一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統，磁懸浮系統包括浮子和位于浮子正下方的懸浮底座部分，浮子從上至下依次包括懸浮電器、懸浮永磁鐵、無線供電接收線圈，無線供電接收線圈與懸浮電器連接；懸浮底座部分從上至下依次包括凹槽基座、無線供電發射線圈、磁懸浮底座、升降永磁鐵、限位模塊、升降電磁鐵和中控電路板；無線供電發射線圈與無線供電接收線圈配合實現懸浮電器無線供電，可實現懸浮電器的持續電能傳輸；無線供電發射線圈、磁懸浮底座和升降永磁鐵共同構成聯動整體，升降電磁鐵與升降永磁鐵配合實現聯動整體的升降，無噪音和磨損，升降過程方便控制，精度和可靠性高。
【專利說明】
一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及磁懸浮技術領域，具體的說，涉及一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統。
【背景技術】
[0002]磁懸浮利用同性相斥異性相吸的磁性原理加上環形磁體的特殊磁場分布，當磁性浮子的磁場方向與環形磁體中間磁場方向相反時，環形磁鐵中間會存在一定的斥力把浮子托于空中，使其處于漂浮狀態，達到一些特殊的視覺效果，特別是具有一些科技含量的電器設備，將使其更具特色。
[0003]目前的磁懸浮方案，一側采用環形的永磁鐵，在環形永磁鐵的中心位置產生斥力，另一側采用反極性的永磁鐵，依靠兩側斥力達到力學的平衡，從而實現懸浮的效果。目前市場上銷售的磁懸浮產品均采用手動尋找力學平衡位置的方法。但是，這個平衡位置很難找至IJ，人工操作時很不方便，并且需要較長的時間才能找到該平衡位置。這些都會影響產品的用戶體驗。如中國專利號CN104467202A公開一種磁懸浮無線充電裝置，具體公開如下特征:包括磁懸浮模塊、接收線圈、懸浮基座、驅動線圈和控制模塊，通過懸浮基座產生磁場與磁懸浮模塊配合使帶充電設備懸浮;通過驅動線圈與接收線圈相互配合為待充電設備充電，通過霍爾傳感器感測待充電設備的高度以及旋轉狀態，通過遠程調控調整懸浮高度。由此可見，上述充電裝置雖公開了磁懸浮充電的結構組成，但由于僅通過電磁體兩端的霍爾傳感器和遠程調控很難精確調控懸浮高度和懸浮力學平衡，很容易出現在控制過程中出現失穩現象。
[0004]也有一些方案是通過機械結構來實現磁懸浮的自動升起和落下。實際上實在磁懸浮平衡狀態下，整體上使系統有一定位移。由于機械的位移行程隱藏在殼體內部，從外部看來就會形成自動升起和落下的效果。如中國專利號CN102570927公開一種具有懸浮物自動升降功能的磁懸浮裝置，該裝置的磁懸浮組件上對應懸浮物的位置處設置升降組件，升降組件包括托盤架、升降柱、升降傳動部件以及控制單元，在控制單元的控制下，升降傳動部件帶著懸浮物運動到合適的磁懸浮位置后，磁懸浮組件的懸浮作用開啟，用磁懸浮技術將懸浮物漂浮在空中，然后通過手動開關控制升降傳動部件帶著托盤架降下來即可。即上述懸浮物升降過程中，需要托盤架和傳動系統配合實現，即采用機械傳動方式，但采用機械傳動方式或電機驅動的機械齒輪結構實現裝置的位移，會帶來一定的噪音和磨損，用戶在使用過程中會聽到響聲，影響用戶體驗效果。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統，采用電磁升降系統，實現無噪音，無磨損的磁懸浮底座升降，并且增強了系統控制的靈活性。
[0006]本實用新型的技術方案是:一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統，該磁懸浮系統包括浮子和位于浮子正下方的懸浮底座部分，浮子從上至下依次包括懸浮電器、懸浮永磁鐵、無線供電接收線圈，無線供電接收線圈與懸浮電器連接;懸浮底座部分從上至下依次包括凹槽基座、無線供電發射線圈、磁懸浮底座、升降永磁鐵、限位模塊、升降電磁鐵和中控電路板;無線供電發射線圈與無線供電接收線圈配合實現懸浮電器無線供電，無線供電發射線圈、磁懸浮底座和升降永磁鐵共同構成聯動整體，升降電磁鐵與升降永磁鐵配合實現聯動整體的升降，限位模塊設有可彈出的卡墊，卡墊位于上升后的聯動整體底端，中控電路板與無線供電發射線圈、限位模塊和升降電磁鐵連接。
[0007]優選的是，所述磁懸浮底座上端安裝浮子平衡裝置和磁場檢測裝置，磁場檢測裝置安裝于浮子平衡裝置的中心，浮子平衡裝置和磁場檢測裝置均與中控電路板連接。
[0008]優選的是，所述浮子平衡裝置由4只對稱安裝的懸浮電磁鐵組成，包括第一懸浮電磁鐵、第二懸浮電磁鐵、第三懸浮電磁鐵和第四懸浮電磁鐵，第一懸浮電磁鐵和第三懸浮電磁鐵對向安裝，第二懸浮電磁鐵和第四懸浮電磁鐵對向安裝。
[0009]優選的是，所述磁場檢測裝置由3個霍爾傳感器組成，分別為第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器和第三霍爾傳感器，磁場檢測裝置4安裝于磁懸浮底座的中心，且3個霍爾傳感器兩兩互相垂直。
[0010]優選的是，所述浮子整體采用凸形構造，凸形浮子的下端為光滑圓弧過渡；凹槽基座上設有凹形槽，凹形槽的形狀與凸形浮子的光滑圓弧形狀完全吻合。
[0011]優選的是，所述無線供電發射線圈上安裝升降高度檢測元件，升降高度檢測元件采用光電開關，光電開關共有2只，2只光電開關與無線供電發射線圈徑向方向一致，光電開關與中控電路板相連，光電開關將檢測的高度信號傳遞至中控電路板，控制聯動整體停止運動。
[0012]優選的是，所述升降永磁鐵上安裝用于檢測浮子重量的壓力傳感器，壓力傳感器與中控電路板相連。
[0013]優選的是，所述中控電路板包括微控單元MCU、無線供電模塊電路、磁懸浮懸浮控制電路、升降控制電路和檢測電路;無線供電模塊電路包括無線供電發射電路和無線供電接收電路，無線供電發射電路包括逆變電路和驅動電路，微控單元MCU經脈寬調制電路PffM、無線供電發射電路與無線供電發射線圈相連;無線供電接收電路包括整流電路和降壓電路，無線供電接收線圈經無線供電接收電路與懸浮電器連接;磁懸浮懸浮控制電路輸入端與微控單元MCU連接，輸出端與懸浮電磁鐵連接;升降控制電路包括升降電磁鐵控制電路和升降繼電器控制電路，升降電磁鐵控制電路和升降繼電器控制電路輸入端均與微控單元MCU連接，輸出端分別與升降電磁鐵和升降繼電器連接;檢測電路與微控單元MCU連接。
[0014]優選的是，所述檢測電路包括高度檢測電路、壓力檢測電路和磁場檢測電路，高度檢測電路輸入端與光電開關連接，輸出端與微控單元MCU連接;壓力檢測電路輸入端與壓力傳感器連接，輸出端與微控單元MCU連接;磁場檢測電路輸入端與霍爾傳感器連接，輸出端與微控單元MCU連接。
[0015]本實用新型與現有技術相比的有益效果為:
[0016]I)浮子整體采用凸形構造，凹槽基座的凹形槽與凸形浮子的光滑圓弧形狀完全吻合，當懸浮狀態部分下落時，凹槽基座的凹形槽將凸形浮子完全卡住，增加系統穩定性；
[0017]2)采用電磁鐵與升降永磁鐵配合實現聯動整體的升降，即采用電磁力來控制系統升降，與機械升降方式相比，無噪音和磨損，升降過程方便控制，精度和可靠性高；
[0018]3)供電方式采用遠距離無線供電，與現有磁懸浮的無線充電方式不同，在電能不足時，無需浮子中的懸浮電器降落，亦可實現懸浮電器的持續電能傳輸。
[0019]4)凹槽機械結構使浮子一開始就處于平衡位置處，加之磁場檢測裝置，通過感應磁場變化，自動進行浮子位置平衡微調節，整個過程無需手動進行尋找平衡，提高了用戶體驗。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0021 ]圖2為磁懸浮底座203結構示意圖；
[0022]圖3為中控電路板電路結構圖；
[0023]圖4為壓力控制閉環系統電路圖；
[0024]圖5為無線供電模塊電路圖。
[0025]圖中，浮子I;懸浮電器101;懸浮永磁鐵102;無線供電接收線圈103;
[0026]懸浮底座部分2;凹槽基座201;無線供電發射線圈202;磁懸浮底座203;升降永磁鐵204 ；升降電磁鐵205 ；限位模塊206 ；中控電路板207 ；壓力傳感器208;光電開關209 ；
[0027]浮子平衡裝置3;第一懸浮電磁鐵301 ;第二懸浮電磁鐵302;第三懸浮電磁鐵303;第四懸浮電磁鐵304;
[0028]磁場檢測裝置4;第一霍爾傳感器401;第二霍爾傳感器402;第三霍爾傳感器403。
【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0030]實施例1
[0031]本實用新型公開一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統，參見圖1，該磁懸浮系統由上下兩部分組成，包括上方的浮子I和位于浮子I下方的懸浮底座部分2。
[0032]浮子I整體采用凸形構造，凸形浮子的下端為光滑圓弧過渡，浮子I從上至下依次包括懸浮電器101、懸浮永磁鐵102、無線供電接收線圈103。無線供電接收線圈103上表面與懸浮永磁鐵102下表面緊密貼合。懸浮電器101通過電路板與無線供電接收線圈103電連。
[0033]懸浮底座部分2包括凹槽基座201、無線供電發射線圈202、磁懸浮底座203、升降永磁鐵204、升降電磁鐵205、限位模塊206和中控電路板207。
[0034]凹槽基座201位于該懸浮底座部分的上端，凹槽基座201上設有凹形槽，凹形槽的形狀與凸形浮子的光滑圓弧形狀完全吻合。懸浮狀態部分下落時，凹槽基座201的凹形槽將凸形浮子完全卡住，增加系統穩定性。
[0035]凹槽基座201的下方依次安裝無線供電發射線圈202、磁懸浮底座203和升降永磁鐵204，無線供電發射線圈202下表面與磁懸浮底座203的上表面緊密貼合，磁懸浮底座203采用環形磁鐵，磁懸浮底座203的下部與升降永磁鐵204固定，即無線供電發射線圈202、磁懸浮底座203和升降永磁鐵204共同構成聯動整體。升降電磁鐵205安裝于升降永磁鐵204下方，升降電磁鐵205與升降永磁鐵204配合實現聯動整體的升降效果。
[0036]無線供電發射線圈202上安裝升降高度檢測元件，升降高度檢測元件采用光電開關209，光電開關209共有2只，2只光電開關209與無線供電發射線圈202徑向方向一致，光電開關209與中控電路板207相連，用于對聯動整體進行上升定位，即當聯動整體的無線供電發射線圈上升至一定高度時，光電開關209將檢測的高度信號傳遞至中控電路板207，控制聯動整體停止運動。
[0037]升降永磁鐵204上安裝壓力傳感器208，壓力傳感器208與中控電路板207相連，用于檢測浮子重量。
[0038]參見圖2，磁懸浮底座203上端安裝浮子平衡裝置3和磁場檢測裝置4，磁場檢測裝置4安裝于浮子平衡裝置3的中心。
[0039]浮子平衡裝置3與中控電路板207連接，用于平衡浮子水平位置。浮子平衡裝置3由4只對稱安裝的懸浮電磁鐵組成，包括第一懸浮電磁鐵301、第二懸浮電磁鐵302、第三懸浮電磁鐵303和第四懸浮電磁鐵304，第一懸浮電磁鐵301和第三懸浮電磁鐵303對向安裝，第二懸浮電磁鐵302和第四懸浮電磁鐵304對向安裝。
[0040]磁場檢測裝置4與中控電路板207連接，用于感應磁場變化，配合浮子平衡裝置3平衡浮子水平位置。磁場檢測裝置4由3個霍爾傳感器組成，分別為第一霍爾傳感器401、第二霍爾傳感器402和第三霍爾傳感器403。3個霍爾傳感器通過支架安裝于磁懸浮底座203的中心，且3個霍爾傳感器兩兩互相垂直。具體為:第一霍爾傳感器401安裝于第二懸浮電磁鐵302和第四懸浮電磁鐵304之間；第二霍爾傳感器402安裝于第一懸浮電磁鐵301和第三懸浮電磁鐵303之間；第三霍爾傳感器403安裝于磁懸浮底座203中心的正上方，且與第一霍爾傳感器401與第二霍爾傳感器402均垂直。
[0041 ]限位模塊206設置于升降永磁鐵204與升降電磁鐵205之間，限位模塊206包括升降繼電器和卡墊，卡墊對向安裝于懸浮底座部分的內壁，通過升降繼電器控制卡墊的收縮。當聯動整體模塊上升到指定高度后，卡墊自動彈出，將聯動整體的底部限位在限位模塊206之上，通過限位模塊206向上托住聯動整體，以防止聯動整體下落;在連通整體模塊上升以及下降過程中，卡墊保持收縮狀態。
[0042]參見圖3，中控電路板207安裝于升降電磁鐵205下方，包括微控單元M⑶、無線供電模塊電路、磁懸浮懸浮控制電路、升降控制電路和檢測電路。
[0043]無線供電模塊電路包括無線供電發射電路和無線供電接收電路，無線供電發射電路包括逆變電路和驅動電路，微控單元MCU經脈寬調制電路PWM、無線供電發射電路與無線供電發射線圈202相連;無線供電接收電路包括整流電路和降壓電路，無線供電接收線圈103經無線供電接收電路與懸浮電器101連接。
[0044]磁懸浮懸浮控制電路具體為:微控單元MCU經驅動放大電路與懸浮電磁鐵連接，實現對懸浮電磁鐵的控制。
[0045]升降控制電路包括升降電磁鐵控制電路和升降繼電器控制電路。升降電磁鐵控制電路具體為:微控單元MCU經驅動放大電路與升降電磁鐵205連接，實現對升降電磁鐵控制；升降繼電器控制電路具體為:微控單元MCU與升降繼電器電連，控制卡墊彈出或收縮。
[0046]檢測電路包括高度檢測電路、壓力檢測電路和磁場檢測電路，高度檢測電路具體為:微控單元MCU與光電開關209連接，實現升降高度檢測功能;壓力檢測電路具體為:微控單元MCU與壓力傳感器208連接，實現浮子壓力的檢測功能;磁場檢測電路具體為:微控單元MCU與霍爾傳感器連接，實現磁場的檢測功能。
[0047]該磁懸浮系統的工作流程為:
[0048]系統上電后，磁場檢測裝置4監察磁場大小變化，將檢測到的磁場信息傳遞至微控單元MCU，微控單元MCU發出控制命令至懸浮電磁鐵，控制浮子進入懸浮平衡狀態。
[0049]微控單元MCU控制升降電磁鐵205與升降永磁鐵204之間產生斥力，將聯動整體向上抬升。光電開關實時檢測聯動整體的上升高度，并將檢測的高度信號傳遞至中控電路板207，當聯動整體上升至指定高度時，此時聯動整體底部上升至限位模塊的卡墊處，升降繼電器控制卡墊彈出，卡墊向上托住聯動整體底部，微控單元MCU控制升降電磁鐵205斷電，此時，升降電磁鐵205與升降永磁鐵204之間無斥力產生，通過卡墊托住聯動整體，保持浮子的懸浮狀態，無線供電模塊電路對懸浮電器101進行供電。
[0050]當浮子需要下降時，通過外部發送下降命令或懸浮底座部分電量不足時，微控單元MCU將喚醒升降電磁鐵205產生斥力，并通過升降繼電器控制卡墊收縮，由于慣性作用，聯動整體將帶著浮子一起緩慢下降，在此過程中控制升降電磁鐵205產生斥力慢慢減小至與浮子重力相同，當聯動整體下降至一定位置或者浮子恰好落入凹槽基座201的凹形槽時，整個懸浮系統停止，同時無線供電系統停止。
[0051 ] 參見圖4，當懸浮電器101重量發生變化時，即浮子重量發生變化時，通過升降永磁鐵204上的壓力傳感器208檢測壓力信號，并將浮子重量信號傳遞至微控單元MCU中，微控單元MCU根據當前浮子重量，控制升降電磁鐵205產生相應的斥力，形成壓力控制閉環系統。即在浮子重量增大時，微控單元MCU產生的激勵電流信號增大，升降電磁鐵205產生的斥力增大;在浮子重量減小時，微控單元MCU產生的激勵電流信號減小，升降電磁鐵205產生的斥力減小。無論升降電磁鐵205斥力增大或減小，無線供電發射線圈202與無線無線供電接收線圈103之間的間距保持不變，即無線供電距離不變，不會影響無線供電信號的產生，增強系統的穩定性和機動性。
[0052]本實用新型中懸浮電器101的供電方式為遠距離無線供電，與現有磁懸浮的無線充電方式不同，在電能不足時，無需浮子中的懸浮電器101降落，亦可實現懸浮電器101的持續電能傳輸。無線供電模塊電路采用閉環反饋系統，無線供電模塊電路的結構如圖5，微控單元MCU控制經脈寬調制電路PWM、驅動電路、逆變電路連接至無線供電發射線圈，無線供電發射線圈與無線無線供電接收線圈經LC振蕩電路互感耦合，經整流電路、降壓電路后給懸浮電器101供電，在此過程中，通信電路實時將耦合后信號反饋至微控單元MCU，微控單元MCU實時調節控制信號輸出，實現懸浮電器101無線供電的閉環反饋調節。
【主權項】
1.一種可用于無線供電設備的磁懸浮系統，該磁懸浮系統包括浮子(I)和位于浮子(I)正下方的懸浮底座部分(2)，其特征在于:浮子(I)從上至下依次包括懸浮電器(101)、懸浮永磁鐵(102)、無線供電接收線圈(103)，無線供電接收線圈(103)與懸浮電器(101)連接;懸浮底座部分(2)從上至下依次包括凹槽基座(201)、無線供電發射線圈(202)、磁懸浮底座(203)、升降永磁鐵(204)、限位模塊(206)、升降電磁鐵(205)和中控電路板(207);無線供電發射線圈(202)與無線供電接收線圈(103)配合實現懸浮電器(101)無線供電，無線供電發射線圈(202)、磁懸浮底座(203)和升降永磁鐵(204)共同構成聯動整體，升降電磁鐵(205)與升降永磁鐵(204)配合實現聯動整體的升降，限位模塊(206)設有可彈出的卡墊，卡墊位于上升后的聯動整體底端，中控電路板(207)與無線供電發射線圈(202)、限位模塊(206)和升降電磁鐵(205)連接。2.根據權利要求1所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述磁懸浮底座(203)上端安裝浮子平衡裝置(3)和磁場檢測裝置(4)，磁場檢測裝置(4)安裝于浮子平衡裝置(3)的中心，浮子平衡裝置(3)和磁場檢測裝置(4)均與中控電路板(207)連接。3.根據權利要求2所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述浮子平衡裝置(3)由4只對稱安裝的懸浮電磁鐵組成，包括第一懸浮電磁鐵(301)、第二懸浮電磁鐵(302)、第三懸浮電磁鐵(303)和第四懸浮電磁鐵(304)，第一懸浮電磁鐵(301)和第三懸浮電磁鐵(303)對向安裝，第二懸浮電磁鐵(302)和第四懸浮電磁鐵(304)對向安裝。4.根據權利要求2所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述磁場檢測裝置(4)由3個霍爾傳感器組成，分別為第一霍爾傳感器(401)、第二霍爾傳感器(402)和第三霍爾傳感器(403)，磁場檢測裝置4安裝于磁懸浮底座(203)的中心，且3個霍爾傳感器兩兩互相垂直。5.根據權利要求1所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述浮子(I)整體采用凸形構造，凸形浮子的下端為光滑圓弧過渡；凹槽基座(201)上設有凹形槽，凹形槽的形狀與凸形浮子的光滑圓弧形狀完全吻合。6.根據權利要求1所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述無線供電發射線圈(202)上安裝升降高度檢測元件，升降高度檢測元件采用光電開關，光電開關共有2只，2只光電開關與無線供電發射線圈(202)徑向方向一致，光電開關與中控電路板(207)相連，光電開關將檢測的高度信號傳遞至中控電路板(207)，控制聯動整體停止運動。7.根據權利要求1所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述升降永磁鐵(204)上安裝用于檢測浮子重量的壓力傳感器(208)，壓力傳感器(208)與中控電路板(207)相連。8.根據權利要求1所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述中控電路板(207)包括微控單元MCU、無線供電模塊電路、磁懸浮懸浮控制電路、升降控制電路和檢測電路;無線供電模塊電路包括無線供電發射電路和無線供電接收電路，無線供電發射電路包括逆變電路和驅動電路，微控單元MCU經脈寬調制電路P麗、無線供電發射電路與無線供電發射線圈(202)相連;無線供電接收電路包括整流電路和降壓電路，無線供電接收線圈(103)經無線供電接收電路與懸浮電器(101)連接;磁懸浮懸浮控制電路輸入端與微控單元MCU連接，輸出端與懸浮電磁鐵連接;升降控制電路包括升降電磁鐵控制電路和升降繼電器控制電路，升降電磁鐵控制電路和升降繼電器控制電路輸入端均與微控單元MCU連接，輸出端分別與升降電磁鐵(205)和升降繼電器連接;檢測電路與微控單元MCU連接。9.根據權利要求8所述的磁懸浮系統，其特征在于:所述檢測電路包括高度檢測電路、壓力檢測電路和磁場檢測電路，高度檢測電路輸入端與光電開關連接，輸出端與微控單元MCU連接;壓力檢測電路輸入端與壓力傳感器(208)連接，輸出端與微控單元MCU連接;磁場檢測電路輸入端與霍爾傳感器連接，輸出端與微控單元MCU連接。
【文檔編號】H02N15/00GK205430095SQ201620118511
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月6日
【發明人】李聃, 張超
【申請人】青島魯渝能源科技有限公司