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1、磁悬浮鼠标的设计原理班级：光电11202专业：光电科学与工程小组成员：蔡念、胡科、顾昌林、雷航课题：磁悬浮鼠标的设计原理指导老师：汪枫目录摘要.关键字.第一章 概述. 1. 历史背景及意义. 2. 磁悬浮技术简介. 3. 外观及功能介绍.第二章 物理原理. 1.简单的力学原理. 2.磁悬浮技术介绍. 3.几大悬浮原理. 4.相关的数学公式及推导. 第三章 MATLAB仿真模拟. 第四章 总结与展望. 摘要:磁悬浮鼠标（BAT Mouse）来自俄罗斯设计师Vadim Kibardin的创意，把鼠标垫变成了一个磁性基座，而鼠标本身悬浮在这个基座上。 本文介绍了磁悬浮鼠标产生的相关背景、功能、原理以
2、及未来的发展前景ABSTRACT： Magnetic levitation(BAT Mouse) from Russian designer Vadim Kibardins ideas, turning the Mouse pad into a magnetic base, and the Mouse itself is suspended in the base. This article introduces the magnetic levitations background, function principle and the development prospect of the
3、 future.关键字（Key words）:磁悬浮；鼠标；第一章 概 述历史背景及意义在N年以前，对于“磁悬浮”这个词，大多数人都会感到很陌生，但随着科技的发展，磁悬浮技术逐渐应用在人们的生活中，而众所周知的则是上海的磁悬浮列车了。顾名思义磁悬浮技术是利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持一定位置的技术措施。这个高科技的产物最终出现在了数码产品上，这也就是由俄罗斯设计师Vadim Kibardin带来的磁悬浮鼠标(BAT Mouse) 由两部分组成，一个是其鼠标垫，另外一个就是配有磁环的鼠标本身。对于这个无线磁悬浮鼠标的诞生，还是由于办公室的白领人士们每天要操控鼠标，经过长时间的操控造成的鼠
4、标手。设计师把鼠标垫变成了一个磁性基座，而鼠标本身悬浮在这个基座上。这款鼠标的构造很简单，它是由一个悬浮导航器和磁力底圈组成，并依靠简单的磁悬浮技术原理实现鼠标悬浮在空中。通过设计师的解释，它可以预防并治疗腕管综合征(正中神经功能障碍)。活跃的计算机使用者很容易患上这种疾病，这个设计希望通过提高人体工学的控制，来消除因使用鼠标而带来的手部麻木感，刺痛，虚弱或肌肉损伤。当人们第一眼看到这款鼠标的外观造型时，肯定会将它和科幻电影中的飞行器联系起来。的确如此，这款是鼠标的造型设计的十分拉风，它有着类似微软鼠标的拱形外观，只不过增加了一圈悬浮框。当人们将手掌和手肘放在上面使用时不必担心这款鼠标的磁力，
5、它足以撑起人们因为操作带来的压力，或许对于那些习惯了放在桌面上使用的鼠标的人来说，第一次接触它还会感到不好操控，但经过磨合你肯定会爱上它，BAT Mouse会带给你一种与众不同的操控感受。这玩意可以让你彻底告别鼠标垫，有没有注意过你的鼠标垫，又脏又破又难看是吧?或许这将是“高富帅”和“白富美”拿来炫耀的新玩意儿吧! 【1】磁悬浮技术简介一、原理磁悬浮技术的英文名称为magnetic suspension technique，它的定义是利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持在一定位置的技术措施。磁悬浮系统是由转子、传感器、控制器和执行器4个部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设转
6、子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。【2】二、发展历程1900年初，美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想-也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。 然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。1842年，英国物理学家Earn
7、show就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。1934年，德国的赫尔曼肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。1966年，美国科学家詹姆斯鲍威尔和戈登丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。2009年时，国内外研究的热点是磁悬浮轴承
8、和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。【3】三、应用1磁悬浮轴承-磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较多的两类磁悬浮技术产品；而在国外，目前磁悬浮轴承已经开始进入工业应用阶段。我国从20 世纪80 年代开始研究磁悬浮轴承技术，现已取得了一定的研究成果。 传统的磁悬浮轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。由于受结构的限制，传感器不能装
9、在磁悬浮轴承的中间，使系统的控制方程相互耦合，导致控制器设计更为复杂。此外，由于传感器的价格较高，导致磁悬浮轴承的售价很高，这大大限制了它在工业上的推广应用。因此，如何降低磁悬浮轴承的价格，一直是国际上的热点研究课题。近几年，结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果，诞生了一个全新的研究方向，即无传感器的磁悬浮轴承。它不需要设计专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承将使转子的轴向尺寸变小、系统的动态性能和磁悬浮轴承的可靠性得到提高；这样磁悬浮轴承的控制器将便于设计，价格也会显著下降。 2. 磁悬浮列车-磁悬浮技术还主要应用于磁悬浮列车
10、。磁悬浮列车有许多优点：列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度非常快，可以超过500 千米/小时，而且运行平稳、舒适，易于实现自动控制；无噪音，无有害的废气排出，有利于环境保护；可以节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。它是21 世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，中国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达500千米以上。 虽然磁悬浮列车有许多优点，但它的缺点仍然值得注意，磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。要克服很大的惯性，
11、只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。 磁悬浮系统在经济上也有很高的要求。磁悬浮系统单位运输能力的造价高于轮轨系统.。作为发展中国家,，我国中央政府、各级直属部门与多数地方政府的财政预算能力总体上仍然是比较有限的，但部分经济发达地区已经具备建设磁悬浮线路的能力。各国的论证经验表明：磁悬浮系统的自负盈亏能力是比较弱的， 各地区及政府部门对任何磁悬浮系统建造的决议应当考虑实施运营后进行经济补贴的可能性及财政能力。因此，各城
12、市在规划磁悬浮系统建设项目时必须要充分考虑地区经济承载能力。 3. 磁悬浮工作台-磁悬浮工作台也是磁悬浮技术主要应用之一。随着对加工和测量装备精度要求的不断提高，有关长行程、超精密运动控制的研究引起了人们越来越多的兴趣。已有研究表明，影响长行程、超精密运动控制精度的最主要因素是摩擦力非线性。而磁悬浮正是一种实现长行程、超精密运动控制的较为理想的方式。磁悬浮工作台的关键技术之一是电磁铁的结构和参数。由于只能使用电磁铁的吸引力，因此在工作台的上方必须有电磁铁以平衡重力。一方面，在一定程度上会影响工作台台面上工件的安放，这一问题只能通过将电磁铁的尺寸设计得尽量小而得到解决；另一方面，电磁铁会有明显的
13、静态功耗（铜损），由此而产生的热量对精密系统的指标通常会造成严重的影响。要降低静态功耗，则设计又需要将电磁铁及其绕组的尺寸尽量加大。这两个相互矛盾的要求是磁悬浮工作台设计的主要问题之一。 4. 其它应用-磁悬浮技术的应用还有磁悬浮离心式鼓风机和磁悬浮潜水电泵等。磁悬浮离心式鼓风机是风机的一种，它是将磁悬浮技术和高速电机技术融入传统风机之中所形成的一种高效、节能、环保的新型鼓风机，广泛应用于工厂、矿井、隧道等的通风；城市污水处理；风洞风源等工业项目中。磁悬浮潜水电泵是经多年实践研制而成的专利产品，它实现了世界潜水电泵领域重大突破，有效解决了传统潜水电泵的种种弊端：如转换效率偏低、耗电过高、扬程受限、轴承易损、检修频繁等。广泛应用于工矿企业的供排水、农田灌溉及高原、山区供水等领域。【4】外观及功能介绍一、外观磁悬浮鼠标的外壳采用ABS塑料做成,配有一个电源适配器，整套鼠标重2公斤，鼠标悬浮高度最高为4厘米。国内的亿盛磁浮等正在积极的研发中，有
