专利名称：微功耗永磁斥力型磁悬浮装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型主要涉及到磁悬浮控制领域，特指一种适用于礼品或展示用的磁悬浮
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背景技术 磁悬浮装置从悬浮原理上可分为电磁吸力型悬浮装置和永磁斥力型悬浮装置。基于电磁吸力原理的悬浮装置应用最为广泛。它是通过可控电磁铁吸引铁磁性悬 浮物，使之无接触地悬浮在空中。磁悬浮球装置就是其中的典型应用，它通过安装在悬浮支 架顶部的电磁铁吸引位于其下方的小铁球，当吸力与小球重力相等时，小球就能漂浮在空 中。这种悬浮装置结构简单、易于实现；但是由于悬浮物上方还有其他必备装置，因此影响 观赏性。另外，这类装置也无法用于那些不允许在悬浮物上方安装设备的应用场合。永磁斥力型悬浮装置分别在底座和悬浮物上安装有磁性相反的永久磁铁，利用永 久磁铁“同性相斥”的原理实现悬浮。但是该原理无法使物体稳定地悬浮在空中。为此，通 常可以通过安装垂向的限位装置使悬浮物固定悬浮在一定范围内，但是这种结构的实现和 维护难度较大，并存在永久磁铁破损、飞落等潜在危险。另一种方法是利用永磁铁快速滑过 导线圈时感生的涡流的斥力，实现稳定悬浮，这种系统是自稳定的。但是其无法实现静态悬 浮，且悬浮时存在振动问题，难以使用。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新 型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、供耗低、工作稳定可靠的微功耗永磁斥力 型磁悬浮装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。一种微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，包括底座、悬浮物以及悬浮控制机构，所述底 座和悬浮物上装设有磁性相反的永磁体，其特征在于所述底座上设有两个沿底座中轴线 呈对称布置的永磁铁以及两个沿底座中轴线呈对称布置的电磁铁，所述悬浮控制机构包括 传感器单元和主控制单元，所述传感器单元用来检测悬浮物到底座中轴线的距离，所述主 控制单元接收传感器单元传送来的信号并将处理后的控制信号传送给电磁铁。其中，底座 所设永磁体与悬浮物所设永磁体之间的斥力能克服悬浮物重力实现悬浮，而悬浮控制机构 能使底座所设电磁铁对悬浮物所设永磁铁产生适当的吸力/斥力，从而确保悬浮的稳定 性。作为本实用新型的进一步改进所述传感器单元包括一个以上安装于底座上的霍尔传感器。所述传感器单元为一个霍尔传感器，所述霍尔传感器安装于底座中轴线上。所述传感器单元为两个霍尔传感器，所述两个霍尔传感器装设于底座中轴线的两 侧并呈对称布置，所述两个霍尔传感器的检测面朝向相反。[0012]所述悬浮控制机构中包括微功耗控制电路单元，所述微功耗控制电路单元包括电 流反馈传感器和处理器，所述电流反馈传感器用来检测电磁铁得到的实际电流值I。，处理 器将实际电流值I0与期望电流值L进行比较得到误差值，并将得到的误差值处理后得出控 制信号，处理器输出的控制信号送至主控制单元并与主控制单元输出的控制信号叠加后传 送给电磁铁。与现有技术相比，本实用新型的优点就在于 (1)本实用新型的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，结构简单紧凑、成本低廉、操作 简便、悬浮稳定范围更大，且悬浮物易放置、抗干扰力强。(2)本实用新型的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，采用微功耗控制电路单元，利用 电流反馈，使电磁铁的额定工作电流降低至几十毫安，而普通磁悬浮装置的则达到上百毫 安，因此更加节能；悬浮装置功耗低，可以用电池供电实现长时间稳定悬浮。(3)本实用新型的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，可采用电池和市电双电源供电 系统，解决了普通永磁斥力型悬浮装置掉电后悬浮物跌落的问题。(4)本实用新型的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，变化磁场弱，对外界的磁辐射 弱，因而更加环保、安全，不会对人体造成伤害。
图1是本实用新型的主视结构示意图；图2是本实用新型中底座的俯视结构示意图；图3是图2中A-A处的剖视结构示意图；图4是本实用新型中悬浮控制机构的框架结构示意图；图5是具体实施例中传感器单元的电路原理示意图；图6是具体实施例中微功耗控制电路单元的电路原理示意图；图7是传感器单元为一个霍尔传感器时的布置示意图；图8是传感器单元为两个霍尔传感器时的布置示意图。图例说明1、底座；101、永磁铁；102、电磁铁；2、悬浮物；3、悬浮控制机构；301、传感器单元； 3011、霍尔传感器；3012、传感器信号处理单元；302、主控制单元；303、微功耗控制电路单 元；3031、电流反馈传感器；3032、处理器；304、功率放大电路单元。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。如图1、图2和图3所示，本实用新型微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，包括底座1、 悬浮物2以及悬浮控制机构3，底座1和悬浮物2上装设有磁性相反的永磁体，永磁体通常 选用钕铁硼材料，悬浮物2内永磁铁的磁场方向要与底座1垂直，悬浮物2位于底座1的上 方。参见图1，永久磁铁的外形尺寸可根据悬浮物的形状而定。底座1上设有两个沿底座1 中轴线呈对称布置的永磁铁101以及两个沿底座1中轴线呈对称布置的电磁铁102，永磁 铁101和电磁铁102均为圆柱形磁铁。悬浮控制机构3装设于底座1的下方。两个永磁铁 101和两个电磁铁102呈菱形布置且以底座1的中心轴为中心，其中，两个永磁铁101处在一条对角线上，而两个电磁铁102处在另一对角线上，这两条对角线相互垂直。两个永磁铁101用来限制悬浮物2在一个水平方向的移动，当悬浮物2正好位于 底座1的中心轴上时，受到两个永磁铁101的斥力在该水平方向正好抵消，从而使悬浮物2 在该方向处于临界稳定状态。两个电磁铁102控制悬浮物2在另一个水平方向的移动，电 磁力可以是吸力，也可以是斥力，从而可以控制悬浮物2在该方向上做左、右移动，通过适 当的控制，就能使之稳定地悬浮在底座1的中心轴上。当两个方向都稳定时，悬浮物2就能 悬浮在底座1的上方。如图4和图5所示，悬浮控制机构3包括传感器单元301和主控制单元302，传感 器单元301用来检测悬浮物2到底座1中轴线的距离，主控制单元302接收传感器单元301 传送来的信号并将处理后的控制信号传送给电磁铁102。传感器单元301包括两个安装于 底座1中轴线上的霍尔传感器3011和一个用来处理传感器采集到信号的传感器信号处理 单元3012。为了消除电磁铁激励磁场对悬浮物2磁场的共模干扰，参见图8，本实施例中， 传感器单元301使用两个相同型号的霍尔传感器3011，并且对称地安装在底座1中轴线两 侧，检测朝向相反(即上面的霍尔传感器3011的检测面为正面，下面的霍尔传感器3011的 检测面为反面)，从而同时检测到两路混有相同幅度干扰信号的位置信号，并在后续处理中 对消干扰，提高位置检测的准确度，进而改善悬浮稳定性。参见图7，在另外一个实施例中， 也可以传感器单元301为一个霍尔传感器3011，霍尔传感器3011安装于底座1中轴线上。 传感器信号处理单元3012的输出端与主控制单元302相连。主控制单元302的输出端与 电磁铁102之间设有功率放大电路单元304，本实施例中功率放大电路单元304采用H桥 推挽放大器，负责将控制信号转换成大电流，以驱动电磁铁102产生控制磁场，根据控制信 号的不同，放大电路可输出双向电流。功率元件可选用三极管或M0SFET。为了消除电磁铁 激励磁场对悬浮物2磁场的共模干扰，本实施例特使用两个相同型号的霍尔传感器3011， 并且对称地安装在底座1的中轴线上，从而同时检测到两路混有相同幅度干扰信号的位置 信号，以便在后续处理中对消干扰，提高位置检测的准确度，进而改善悬浮稳定性。传感器 信号处理单元3012要将来自霍尔传感器3011的微弱信号(通常为毫伏级)放大至利用主 控制单元302使用的较大幅度信号(伏级)，因此通常需要采用高增益、高精度放大电路实 现，但是这样的成本较高。本实施例采用多个普通运放组成仪表放大器，实现高增益精确放 大，以较低成本获得了与高性能放大器件相同的效果。如图5所示，Kl和K2组成共模抑制 电路，能有效抑制传感器信号中混有的共模电压噪声，K3构成放大级电路，对有效信号进行 放大。每路传感器的输出信号都分别经过一个图5所示的电路，得到两个初步放大的信号； 然后将这两个信号再经过1个图5所示电路，目的是消除因电磁铁电流引起而混入两个传 感器中的噪声，最终得到真实的位置信号。如图6所示，本实施例中，悬浮控制机构3中还包括微功耗控制电路单元303，微 功耗控制电路单元303能通过比例积分控制使得当装置稳定悬浮时，电磁铁的实际电流接 近零安培，从而实现微功耗悬浮。微功耗控制电路单元303 (K4和K5)包括电流反馈传感器 3031和处理器3032，电流反馈传感器3031用来检测电磁铁102得到的实际电流值I。，处理 器3032将实际电流值I。与期望电流值I,进行比较得到误差值，并将得到的误差值处理后 得出控制信号，处理器3032输出的控制信号送至主控制单元302并与主控制单元302输出 的控制信号叠加后传送给电磁铁102。其工作原理是电流反馈传感器3031检测得到的电磁铁102的电流值I。，与期望的电流值I,比较后，得到的误差先经K4放大，再经K5积分处 理后，得出适当的控制信号，该信号叠加在主控制单元302输出的控制信号上，将产生合适 的控制力，能迫使悬浮物2朝着稳态工作电流减小的方向移动。这样构成的电流反馈回路， 能使悬浮系统在稳定悬浮时，电磁铁102的电流几乎为零，从而实现微功耗悬浮。微功耗控 制电路单元303和主控制单元302可以用两个模拟电路分别实现，也可以集成在同一个数 字信号处理芯片中。微功耗控制电路单元303的有益之处在于，第一，根据微功耗控制电路单元303的 原理可知，当悬浮物2位于理想中心位置附近时，悬浮控制机构3就能自动地迫使悬浮物2 归中，因此更容易放置。第二，微功耗控制电路单元303能使悬浮物2准确地悬浮在底座1 的中轴线上，与同类系统相比，其位置居中性更好，产品的一致性更好。第三，由于能实现 微功耗工作，因此可以采用电池供电，若在此基础上构成双电源供电系统，则即使突然断市 电，也能由电池维持较长的时间悬浮且不跌落，这就提高了系统的适用性和安全性。第四， 由于稳态悬浮时电磁铁102的电流几乎为零，因此系统周围的交变磁场极弱，不会对其他 电子设备的产生威胁，因此更环保、更安全。本装置通电工作后，将悬浮物2放置于底座1中轴线附近。此时传感器单元301中 位于中轴线上的霍尔传感器3011开始检测悬浮物2的悬浮位置，并输出检测信号给传感器 信号处理单元3012，传感器信号处理单元3012将接收到的检测信号放大后传送给悬浮主 控制单元302，主控制单元302将信号处理后又传送至功率放大电路单元304，功率放大电 路单元304将控制信号转换成大电流信号，输出至电磁铁102进而产生控制磁场，并维持悬 浮物稳定悬浮。但是，此时悬浮物可能并非位于底座的几何中心，因此电磁铁电流较大。为 此需要增加微功耗控制，具体过程为微功耗控制电路单元303中的电流反馈传感器3031 将检测到的电磁铁的工作电流信号传送给处理器3032。处理器3032将实际电流值I。与期 望电流值I,进行比较得到误差值，再将得到的误差值处理后输出控制信号，处理器3032输 出的控制信号送至主控制单元302并与主控制单元302输出的控制信号叠加后传送给电磁 铁102，电磁铁102产生相应的控制磁场能将悬浮物2的悬浮位置调整至底座的几何中心轴 上，实现微功耗悬浮。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于 上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指 出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和 润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，包括底座(1)、悬浮物(2)以及悬浮控制机构(3)，所述底座(1)和悬浮物(2)上设有磁性相反的永磁体，其特征在于所述底座(1)上设有两个沿底座(1)中轴线呈对称布置的永磁铁(101)以及两个沿底座(1)中轴线呈对称布置的电磁铁(102)，所述悬浮控制机构(3)包括传感器单元(301)和主控制单元(302)，所述传感器单元(301)实时检测悬浮物(2)到底座(1)中轴线的距离，所述主控制单元(302)接收传感器单元(301)传送来的信号并将处理后的控制信号传送给电磁铁(102)。
2.根据权利要求1所述的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，其特征在于所述传感器单 元(301)包括一个以上安装于底座(1)上的霍尔传感器(3011)。
3.根据权利要求2所述的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，其特征在于所述传感器单 元(301)为一个霍尔传感器(3011)，所述霍尔传感器(3011)安装于底座(1)中轴线上。
4.根据权利要求2所述的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，其特征在于所述传感器单 元(301)为两个霍尔传感器(3011)，所述两个霍尔传感器(3011)装设于底座(1)中轴线的 两侧并呈对称布置，所述两个霍尔传感器(3011)的检测面朝向相反。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，其特征在于 所述悬浮控制机构(3)中包括微功耗控制电路单元(303)，所述微功耗控制电路单元(303) 包括电流反馈传感器(3031)和处理器(3032)，所述电流反馈传感器(3031)用来检测电磁 铁(102)中的实际电流值Io，处理器(3032)将实际电流值Io与期望电流值Ir进行比较得 到误差值，并将得到的误差值处理后得出控制信号，处理器(3032)输出的控制信号送至主 控制单元(302)并与主控制单元(302)输出的控制信号叠加后传送给电磁铁(102)。
专利摘要一种微功耗永磁斥力型磁悬浮装置，包括底座、悬浮物以及悬浮控制机构，所述底座和悬浮物上设有磁性相反的永磁体，所述底座上设有两个沿底座中轴线呈对称布置的永磁铁以及两个沿底座中轴线呈对称布置的电磁铁，所述悬浮控制机构包括传感器单元和主控制单元，所述传感器单元用来检测悬浮物到底座中轴线的距离，并将距离量转化为电信号，所述主控制单元接收传感器单元传送来的信号并将处理后的控制信号传送给电磁铁，使电磁铁对悬浮物产生适当大小的吸引/排斥力，从而改变悬浮物的位置，使之稳定地悬浮在底座中心点正上方的固定高度处。本实用新型是一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、功耗低、悬浮稳定的微功耗永磁斥力型磁悬浮装置。
文档编号H02N15/00GK201594802SQ20092031638
公开日2010年9月29日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者刘翔, 姚彦斌, 张鼎, 黄从争, 龙功运, 龚江春 申请人:深圳博迪恒业科技有限公司