先從人們比較熟悉的 磁鐵說起: 原理上 上下兩塊磁鐵, 同極相對,只要讓磁場方向和上方的磁鐵幾何重心在一條線上,并且磁力等于上方磁鐵的重力時, 是可以使上面的磁鐵懸浮在空中的某一點. 但操作起來,這幾乎是不可能的. 因為普通磁鐵如果稍微偏離平衡位置的話,力的變化會使它更加偏離平衡而不是回去,就像在桌子上立一根針一樣。小時侯玩過磁鐵的,應該都對這種現(xiàn)象不陌生.
實際上:懸浮裝置是一個相當復雜的閉環(huán)反饋伺服系統(tǒng),它除了有電磁鐵作為執(zhí)行機構之外還必須有傳感器以及反饋放大控制電路。在電磁鐵的周圍有4根纏繞著線圈的金屬棒.
下面介紹工作過程:如果漂浮中的地球儀由于任何擾動偏離固定位置的話,傳感器會自動測量出變化的大小,將這個誤差放大以后通過一定的合適的算法(這是關鍵)變成執(zhí)行控制信號來修正電磁鐵的磁場大小甚至方向(通過分別改變4個電磁鐵的磁場大小可以合成不同方向的磁場)來補償讓它向相反的方向運動回到平衡位置,使其能夠穩(wěn)定地懸浮在固定的位置。這個修正過程非??煲卜浅l`敏,所以看起來地球儀非常穩(wěn)定并不抖動。所以這個系統(tǒng)的電路比較精密而且必須始終通電才能工作。
原理介紹完畢, 詳情 可以參照圖片.
上面說的主要是磁懸浮裝置. 接下來分析下 懸浮地球儀.
1. 電磁場 和磁鐵磁場 提供浮力的比例.
上面說到,磁鐵可以提供浮力, 4個纏繞線圈的磁棒也能產(chǎn)生磁力,那分別產(chǎn)生多少浮力呢? 幾乎100%的力都是有磁鐵產(chǎn)品的, 磁棒只是產(chǎn)生一個修正,以維持其平衡. 所以此產(chǎn)品很省電,一個月用電量不到一度.
那么, 可不可以加大電磁場 的浮力,以降低磁鐵用量呢? 答案是肯定的. 事實上大多磁懸浮科研機構都是大比例的使用電磁能. 但是作為磁懸浮地球儀, 這樣卻是行不通的. 電能轉化為磁力的過程會產(chǎn)生比較大的能量損失,作為一個長時間工作的觀賞性用品, 如果大比例的使用電磁能, 會使懸浮地球儀成為一個吃電的電老虎, 其次:過大的電流,也會大大降低產(chǎn)品壽命.這也是盜版貨的一大缺點. 成本低,質量差.
2. 懸浮地球儀的供電方式---合適的算法
目前幾乎所有的懸浮地球儀 都是采用220V 家用電來供電.
那么能不能用電池或者USB來供電呢?
可以
回到上文中的那個 "合適的算法" , 只要這個算法足夠精細,那么只需要很少的電能,就能使系統(tǒng)正常工作. 這個"算法" 也就是磁懸浮地球儀的 關鍵技術所在. 目前國內(nèi)最高水平的懸浮地球儀技術 掌握在深圳普天文科技 和深圳衡藝科技 手中. 普天文能購生產(chǎn)直徑2M的懸浮地球儀, 衡藝的小尺寸精密懸浮裝置,也達到了電池或者USB供電的水平. 但還是那個問題, 磁懸浮地球儀作為一個觀賞性產(chǎn)品,外觀最重要, 置入一個電池盒又會占據(jù)不少空間,這樣的話,就不得不加大底座尺寸,嚴重影響美觀. 使得直到現(xiàn)在也沒有電池版本的懸浮裝置問世. USB供電也是要用USB線,和家用220V供電方式類似. 現(xiàn)實意義也不大.
這個 "合適和算法" 在這里就不過多解釋了(其實我也不懂...), 因為實在是太難理解了, 它不旦能使地球儀平穩(wěn)的懸浮在空中,而且還能使地球儀轉動, 轉動倒不難理解, 4個磁棒通過變換磁力的大小,很容易實現(xiàn),但既可以順時針轉,又可逆時針轉...就不明白原因了..
這個算法 的精確于否, 也直接決定了產(chǎn)品的壽命 和旋轉的穩(wěn)定性. 有些 地球儀 平穩(wěn)的旋轉,有些卻是 轉的搖頭晃腦. 網(wǎng)上視頻很多,大家有空時可以看看.