專利名稱：一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路。
背景技術(shù)：
圖1示出一種下懸浮裝置的結(jié)構(gòu)，包括磁浮體W、電磁線圈3及導(dǎo)磁鐵芯2等部件。 所述磁浮體受力為自身總重量P、磁浮體W上部永磁材料對固定鐵芯的磁吸力F，當(dāng)受力平衡即P = F時，磁浮體W實現(xiàn)磁懸浮，此時磁浮體W與上部鐵芯的磁懸浮距離D唯一。由于 D與F之間的嚴重非線性關(guān)系，當(dāng)磁浮體W受微小外力擾動作用時，產(chǎn)生DO = D士 Δ D，這導(dǎo)致磁懸浮的力平衡關(guān)系被破壞，最終使得磁浮體W的懸浮亦隨即被破壞。由此可知，下懸浮裝置對磁浮體W懸浮控制的目標關(guān)鍵是穩(wěn)定D值，為此需設(shè)置一種有效的磁浮體懸浮控制電路。現(xiàn)有技術(shù)中，采用單端式電磁線圈驅(qū)動電路穩(wěn)定磁懸浮距離D，其中流過線圈的電流為單方向，只能向磁浮體產(chǎn)生向上拉力F’。為此，D線必須設(shè)置在DO > D的位置；同時， 電磁線圈3時刻通電耗能，從而產(chǎn)生例如1/2F’的向上拉力，使磁浮體能在DO的位置上懸浮。當(dāng)磁浮體因擾動向上運動時，控制電路只能減少向上拉力，最大可能產(chǎn)生一個相當(dāng)于 1/2F’的向下推力；當(dāng)磁浮體因擾動向下運動時，控制電路只能增加電磁線圈電流，產(chǎn)生一個最大值為1/2F’的向上拉力。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)對磁懸浮距離的控制不夠方便、有效， 也不利于節(jié)能。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，可以便捷地使磁浮體穩(wěn)定、可靠地懸浮。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的技術(shù)方案是一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，該磁浮體含有永磁材料，包括一電磁線圈，在電流流經(jīng)時產(chǎn)生可作用于所述磁浮體的電磁力；一導(dǎo)磁鐵芯，上部套設(shè)于所述電磁線圈之中，底部正對所述磁浮體；一距離傳感器，設(shè)置于所述導(dǎo)磁鐵芯的底部，可檢測并輸出所述磁浮體相對于所述導(dǎo)磁鐵芯的磁懸浮距離信號；一磁懸浮擾動距離檢測模塊，將所述磁懸浮距離信號與預(yù)設(shè)磁懸浮平衡距離比較，得到磁懸浮擾動距離極性與大小，并輸出一與磁懸浮擾動距離極性對應(yīng)的電流方向控制信號；一磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊，根據(jù)磁懸浮擾動距離大小，輸出一與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的電流大小控制信號；一全橋驅(qū)動電路，兩個橋臂之間接入所述電磁線圈，在所述電流方向控制信號和所述電流大小控制信號作用下，改變流經(jīng)所述電磁線圈中的電流方向及大小。[0012]所述距離傳感器為霍爾傳感器。所述磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊可輸出一與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號。所述磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊為實體電路或?qū)懭胂鄳?yīng)算法的功能芯片。所述磁懸浮擾動距離檢測模塊為實體電路或?qū)懭胂鄳?yīng)算法的功能芯片。所述磁浮體的頂部設(shè)置有永磁材料。所述全橋驅(qū)動電路包括對稱設(shè)置的四個開關(guān)元件。所述開關(guān)元件為三極管、場效應(yīng)管或集成電路與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以便捷地使磁浮體穩(wěn)定、可靠地懸浮，并實現(xiàn)節(jié)能效果，具體而言全橋式電磁線圈驅(qū)動電路能產(chǎn)生兩個方向相反的線圈電流，可使D值控制電磁線圈相應(yīng)地產(chǎn)生士F’的調(diào)整力，且該調(diào)整力的方向與士 AD的減少所要求一致，從而使得磁浮體回到磁懸浮平衡位置；當(dāng)AD = 0時，F(xiàn)’ = 0，也就是說此時整個系統(tǒng)處于近似零功耗的狀態(tài)；由于單個線圈就能產(chǎn)生士F’的調(diào)整磁力，這意味著電磁力效率提高了 100%，同時也能為設(shè)置懸浮體的用戶提供清晰的穩(wěn)定手感指示。

圖1為一現(xiàn)有下懸浮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路的框圖；圖3為圖2中全橋式電磁線圈驅(qū)動電路的一電路實例。
具體實施方式
本實用新型實施例中，磁浮體W含有永磁材料，它與導(dǎo)磁鐵芯2之間一直產(chǎn)生磁力正常狀態(tài)時，在不消耗電能的情況下仍能保持懸?。皇艿綌_動時，通過電磁線圈3產(chǎn)生與擾動方向相反的作用力，從而使磁浮體W恢復(fù)到平衡位置。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。參見圖2，示出本實用新型下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其中包括D值 (距離)霍爾傳感器1、導(dǎo)磁鐵芯2、D值(距離)控制電磁線圈3、AD極性檢測模塊4、D值閉環(huán)控制模塊(為實體電路或?qū)懭胨惴ǖ墓δ苄酒?5、以及全橋式電磁線圈驅(qū)動電路(簡稱全橋驅(qū)動電路)6等部分組成，其中所述電磁線圈3，在電流流經(jīng)時產(chǎn)生可作用于磁浮體W的電磁力；改變電磁線圈3 中電流方向和大小，即改變了上部磁體對磁浮體W的磁吸力F，最終實現(xiàn)磁懸浮平衡。所述導(dǎo)磁鐵芯2，上部套設(shè)與電磁線圈3之中，底部正對磁浮體W，該磁浮體W的頂部設(shè)置有鐵片，以便保證有較好的導(dǎo)磁性。所述距離傳感器1，優(yōu)選為霍爾傳感器，設(shè)置于導(dǎo)磁鐵芯2的底部，可檢測并輸出磁浮體W相對于導(dǎo)磁鐵芯2的磁懸浮距離信號D。磁懸浮擾動距離檢測模塊4，為實體電路或?qū)懭胨惴ǖ墓δ苄酒?，可將磁懸浮距離信號D與預(yù)設(shè)磁懸浮平衡距離比較，得到磁懸浮擾動距離Δ D極性與大小，并輸出一與磁懸浮擾動距離極性對應(yīng)的電流方向控制信號。[0030]磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊5，為實體電路或?qū)懭胨惴ǖ墓δ苄酒?，根?jù)磁懸浮擾動距離大小，輸出一與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的電流大小控制信號，優(yōu)選為脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。全橋驅(qū)動電路6，兩個橋臂之間接入電磁線圈3，在電流方向控制信號和電流大小控制信號作用下，改變流經(jīng)電磁線圈3中的電流方向及大小，從而改變磁吸力F方向和大小，在磁懸浮擾動時將磁浮體W恢復(fù)到磁懸浮平衡狀態(tài)。本實用新型中，全橋式電磁線圈驅(qū)動電路6是核心關(guān)鍵，其作用工作原理為在磁浮體W受到擾動時，使懸浮距離控制電磁線圈3產(chǎn)生一反向電流，從而使得電磁線圈3產(chǎn)生與擾動方向相反的調(diào)整力，最終使得磁浮體W回到磁懸浮平衡位置。進一步說明如下該全橋式電磁線圈驅(qū)動電路6能產(chǎn)生兩個方向相反的線圈電流，由此使D值控制電磁線圈3相應(yīng)地產(chǎn)生士F’的調(diào)整力，該調(diào)整力的方向與士 AD的減少所要求一致。當(dāng) AD = 0時，F(xiàn)’ = 0，也就是說此時整個系統(tǒng)處于近似零功耗的狀態(tài)。由于單個線圈就能產(chǎn)生士F’的調(diào)整磁力，這意味著本控制電路的電磁力效率提高了 100%;同時，同時也能為設(shè)置懸浮體的用戶提供清晰的穩(wěn)定手感指示。反觀傳統(tǒng)的單端式電磁線圈驅(qū)動電路，流過線圈的電流為單方向，只能向磁浮體產(chǎn)生向上拉力F’。為此，D線必須設(shè)置在DO > D的位置；同時，電磁線圈3時刻通電耗能， 從而產(chǎn)生例如1/2F’的向上拉力，使磁浮體能在DO的位置上懸浮。當(dāng)磁浮體因擾動向上運動時，控制電路只能減少向上拉力，最大可能產(chǎn)生一個相當(dāng)于1/2F’的向下推力；當(dāng)磁浮體因擾動向下運動時，控制電路只能減加電磁線圈電流，產(chǎn)生一個最大值為1/2F’的向上拉力。由此可見，本實用新型所提供的新穎的控制電路能夠更有效地克服磁浮體受到的擾動，保證其穩(wěn)定維持在磁懸浮平衡位置。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，實用性好，具有一定節(jié)能效果，市場應(yīng)用前景較好。參見圖3，為一全橋式電磁線圈驅(qū)動電路的電路實例，其工作原理如下假設(shè)電流方向控制端送來一個零電平，則三極管T7截止；PWM信號輸入端的高電平信號使三極管T4導(dǎo)通；通過電阻R7的作用使三極管Tl基極電壓降低，使得三極管Tl導(dǎo)通；電源產(chǎn)生的電流通過三極管Tl流經(jīng)電感L(即懸浮距離控制電磁線圈幻及三極管T4 到地，電流流經(jīng)懸浮距離控制線圈L的方向如il所示。當(dāng)電流方向控制端收到的是一個高電平，則三極管T5導(dǎo)通，三極管T6截止；PWM 信號的高電平通過電阻R5驅(qū)動三極管T3導(dǎo)通，再通過電阻R9拉低極管T2基極電位，使得極管T2導(dǎo)通；電源產(chǎn)生的電流通過三極管T2流經(jīng)懸浮距離控制線圈3、三極管T3到地，電流方向如i2所示，正好與前述狀態(tài)相反。值得注意的是，本實用新型的全橋式電磁線圈驅(qū)動電路亦可采用其它電路結(jié)構(gòu)， 例如圖3中的三級管Tl T4也可以采用相應(yīng)的場效應(yīng)管或集成電路代替。以上對本實用新型所進行了詳細介紹，文中應(yīng)用具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下， 還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，該磁浮體含有永磁材料，其特征在于，包括一電磁線圈，在電流流經(jīng)時產(chǎn)生可作用于所述磁浮體的電磁力；一導(dǎo)磁鐵芯，上部套設(shè)于所述電磁線圈之中，底部正對所述磁浮體；一距離傳感器，設(shè)置于所述導(dǎo)磁鐵芯的底部，可檢測并輸出所述磁浮體相對于所述導(dǎo)磁鐵芯的磁懸浮距離信號；一磁懸浮擾動距離檢測模塊，將所述磁懸浮距離信號與預(yù)設(shè)磁懸浮平衡距離比較，得到磁懸浮擾動距離極性與大小，并輸出一與磁懸浮擾動距離極性對應(yīng)的電流方向控制信號；一磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊，根據(jù)磁懸浮擾動距離大小，輸出一與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的電流大小控制信號；一全橋驅(qū)動電路，兩個橋臂之間接入所述電磁線圈，在所述電流方向控制信號和所述電流大小控制信號作用下，改變流經(jīng)所述電磁線圈中的電流方向及大小。
2.如權(quán)利要求1所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述距離傳感器為霍爾傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊可輸出一與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號。
4.如權(quán)利要求1所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊為實體電路或?qū)懭胂鄳?yīng)算法的功能芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述磁懸浮擾動距離檢測模塊為實體電路或?qū)懭胂鄳?yīng)算法的功能芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述磁浮體的頂部設(shè)置有永磁材料。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述全橋驅(qū)動電路包括對稱設(shè)置的四個開關(guān)元件。
8.如權(quán)利要求7所述的下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，其特征在于，所述開關(guān)元件為三極管、場效應(yīng)管或集成電路。
專利摘要本實用新型公開一種下懸浮裝置的磁浮體懸浮控制電路，包括電磁線圈，通電時產(chǎn)生作用于磁浮體的電磁力；導(dǎo)磁鐵芯，上部套設(shè)于電磁線圈中，底部正對磁浮體；距離傳感器，設(shè)置于導(dǎo)磁鐵芯底部，檢測并輸出磁懸浮距離信號；磁懸浮擾動距離檢測模塊，將磁懸浮距離信號與預(yù)設(shè)磁懸浮平衡距離比較，得到磁懸浮擾動距離極性與大小，輸出與磁懸浮擾動距離極性對應(yīng)的電流方向控制信號；磁懸浮距離閉環(huán)控制模塊，根據(jù)磁懸浮擾動距離大小，輸出與擾動磁懸浮擾動距離大小對應(yīng)的電流大小控制信號；全橋驅(qū)動電路，兩橋臂之間接入電磁線圈，在兩個控制信號作用下，調(diào)節(jié)電磁線圈中電流方向及大小。由于可改變線圈中電流方向，可使磁附體回復(fù)到磁懸浮平衡狀態(tài)。
文檔編號H02N15/00GK201966845SQ20102068740
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者朱石雄 申請人:朱石雄