CN106653283B - 一种便携式电永磁铁的控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式电永磁铁的控制装置及系统，该控制装置包括用于提供控制信号的控制器，以及受控于控制器的供电电路，供电电路包括蓄电池、与蓄电池的输出端连接，用于对蓄电池的输出端的电压进行升压的升压电路、与升压电路和电永磁铁连接，用于控制升压电路放电和控制电永磁铁的充电电流换向的换向放电电路。由于在电永磁铁和蓄电池之间增加了升压电路，通过升压电路的升压作用，使得蓄电池的电压能够升至较大的电压以满足电永磁铁的需要。由此可见，蓄电池的输出电压就可以相应的降低，则本实施例中的蓄电池的体积相对于现有技术中的蓄电池而言会小的多，因此重量轻，便于携带。

Description

一种便携式电永磁铁的控制装置及系统

技术领域

本发明涉及电永磁铁控制技术领域，特别是涉及一种便携式电永磁铁的控制装置及系统。

背景技术

磁力吸盘作为一种经济环保的装夹设备已得到广泛应用于机械制造行业，作为金属切削加工(包括车削、铣削、磨削、刨削、钻削等)的加工夹具使用，既适合普通机床应用，也适合加工中心应用。电磁铁原理的吸盘已成为许多机床设备的标配，电永磁吸盘自上世界80年代推出至今，已在欧美机械制造行业广泛流行，已成为高端机床的标准配置；目前正在引导我国机械制造行业一轮新的变革，为提升我国制造专业的技术水平具有不可替代的作用，具有节能环保且运行安全等特性。同时它还具有永磁吸盘的安全特性，是一款非常实用的磁装夹工具。

电永磁吸盘是电永磁铁的一种具体形态，电永磁铁的工作原理是利用电流的正向和反向分别实现充磁和退磁，并且在充磁完成后，无需保持通电状态。电永磁铁的工作状态由控制系统完成，控制系统中主要包括控制设备和供电电池，控制设备通过控制电池实现对电永磁铁的充磁和退磁。现有技术中，最原始的供电方式是通过市电或是大型直流电源供电，采用有线连接，不适应移动作业。基于该供电方式，现有技术中的另外一种方式是通过蓄电池直接为电永磁铁进行供电，但是由于蓄电池直接为电永磁铁供电，因此，需要蓄电池的输出电压较大，则相应地蓄电池的体积也会很大，而且通常是由多个蓄电池配合使用，导致整个电永磁铁的控制系统的体积较大，虽然可以实现在野外作业，但是重量大，轻则几十千克，重则上百千克，必须采用专业工具搬运，依然使用不便。

由此可见，如何实现电永磁铁的控制系统的小型化，减轻控制系统的重量和体积以方便使用是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式电永磁铁的控制装置及系统，用于实现电永磁铁的控制系统的小型化，减轻控制系统的重量和体积以方便使用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式电永磁铁的控制装置，包括用于提供控制信号的控制器，以及受控于所述控制器的供电电路，所述供电电路包括蓄电池、与所述蓄电池的输出端连接且用于对所述蓄电池的输出端的电压进行升压的升压电路、与所述升压电路和电永磁铁连接且用于控制所述升压电路放电和控制所述电永磁铁的充电电流换向的换向放电电路；

所述控制器为单片机，则相应地还包括：与所述蓄电池的输出端连接，用于为所述单片机供电的电源转换电路；

所述升压电路具体包括与所述单片机分别连接的第一图腾柱电路和第二图腾柱电路、与所述第一图腾柱电路连接的第二开关管、与所述第二图腾柱电路连接的第三开关管、与所述蓄电池的输出端和所述第二开关管以及所述第三开关管连接的高频变压器、与所述高频变压器连接的全桥整流电路、与所述全桥整流电路分别连接的第一充放电电容和第二充放电电容、与由所述第一充放电电容和所述第二充放电电容组成的串联电路并联的第二电压检测电路；

其中，所述第一图腾柱电路和所述第二图腾柱电路在接收到所述单片机的驱动信号后分别驱动所述第二开关管和所述第三开关管，所第二开关管与所述高频变压器的初级绕组的第一端连接，所述第三开关管与所述高频变压器的初级绕组的第二端连接，所述高频变压器的中间抽头端与所述蓄电池的输出端连接，所述第二电压检测电路与所述单片机连接，以提供所述供电电路的输出端的电压的采集信号；

所述换向放电电路具体包括充磁回路、退磁回路和放电控制回路，所述充磁回路与所述单片机和所述电永磁铁的正极连接，在接收到所述单片机的充磁信号时接通所述放电控制回路以控制所述第一充放电电容和所述第二充放电电容放电；所述退磁回路与所述单片机和所述电永磁铁的负极连接，在接收到所述单片机的退磁信号时接通所述放电控制回路以控制所述第一充放电电容和所述第二充放电电容放电。

优选地，所述供电电路还包括充电电路，所述充电电路的一端与电源连接，另一端与所述蓄电池的输入端连接，用于为所述蓄电池充电。

优选地，所述充电电路具体通过5V适配器或USB与所述电源连接，则所述充电电路具体包括：与所述电源连接的电压转换芯片、与所述电压转换芯片连接的充电状态指示灯。

优选地，所述电源转换电路具体包括与所述蓄电池的输出端连接的第一开关管、与所述第一开关管和所述单片机连接的电压转换芯片、与所述电压转换芯片连接的电源指示灯以及与所述第一开关管连接的第一电压采集电路，所述第一电压采集电路还与所述单片机连接以提供检测所述蓄电池的输出端的电压的采集信号，

其中，所述第一开关管在所述蓄电池输出电能时导通，在接收到所述单片机的高电平信号时关断。

优选地，还包括设置于所述蓄电池的输出端和所述电源转换电路之间的电源开关。

优选地，所述蓄电池可拆卸地安装于所述控制装置中。

为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式电永磁铁的控制系统，包括电永磁铁，还包括上述所述的便携式电永磁铁的控制装置，所述控制装置通过可插拔的充电线与所述电永磁铁连接。

本发明所提供的电永磁铁的控制装置及系统，该控制装置包括用于提供控制信号的控制器，以及受控于控制器的供电电路，供电电路包括蓄电池、与蓄电池的输出端连接，用于对蓄电池的输出端的电压进行升压的升压电路、与升压电路和电永磁铁连接，用于控制升压电路放电和控制电永磁铁的充电电流换向的换向放电电路。由于在电永磁铁和蓄电池之间增加了升压电路，通过升压电路的升压作用，使得蓄电池的电压能够升至较大的电压以满足电永磁铁的需要。由此可见，蓄电池的输出电压就可以相应的降低，则本实施例中的蓄电池的体积相对于现有技术中的蓄电池而言会小的多，因此重量轻，便于携带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种便携式电永磁铁的控制装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的另一种便携式电永磁铁的控制装置的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种充电电路图；

图4为本发明实施例提供的一种电源转换电路图；

图5为本发明实施例提供的一种升压电路图；

图6为本发明实施例提供的一种换向放电电路图；

图7为本发明实施例提供的一种电永磁铁的控制系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种便携式电永磁铁的控制装置及系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种便携式电永磁铁的控制装置的结构图。如图1所示，便携式电永磁铁的控制装置1包括用于提供控制信号的控制器10，以及受控于控制器10的供电电路11，供电电路11包括蓄电池110、与蓄电池110的输出端连接且用于对蓄电池110的输出端的电压进行升压的升压电路111、与升压电路111和电永磁铁2连接且用于控制升压电路111放电和控制电永磁铁2的充电电流换向的换向放电电路112。

如图1所示，控制器10用于提供控制信号，例如，控制蓄电池110输出电能、检测蓄电池的输出端的电压、控制换向放电电路112进行电流换向等控制信号。可以理解的是，控制器10可以为多种形式的硬件结构，例如单片机等，本实施例不做限定。蓄电池110用于为电永磁铁提供电能，例如所需要的充磁电流或退磁电流。升压电路110的作用是将蓄电池110的输出端的电压进行放大，使得蓄电池110的电压升高至电永磁铁2所需的电压。换向放电电路112的作用是根据控制器10的控制信号，实现将电永磁铁2的充电电流进行换向，以使电永磁铁2根据充电电流的方向实现充磁和退磁。

在具体实施中，由于升压电路的存在，因此蓄电池可以使用较小输出电压的蓄电池，例如可以选择蓄电池为锂电池组，更具体地可以选择3.7V锂电池组。锂电池具有价格低，寿命长的特点。很显然，上述蓄电池的体积相对于输出电压为48V的蓄电池而言会小很多，因此重量轻，便于携带。

本实施例提供的便携式电永磁铁的控制装置，在电永磁铁和蓄电池之间增加了升压电路，通过升压电路的升压作用，使得蓄电池的电压能够升至较大的电压以满足电永磁铁的需要。由此可见，蓄电池的输出电压就可以相应的降低，则本实施例中的蓄电池的体积相对于现有技术中的蓄电池而言会小的多，因此重量轻，便于携带。

由于蓄电池的体积很小，因此可以将上述控制装置设置外壳，将控制器、供电电路等内置于外壳中，以便手持。可以理解的是，外壳的结构需要根据控制器和供电电路的具体形态相适应，本实施例不再赘述。另外，蓄电池可以拆卸，以便在蓄电池亏电时更换另外一个蓄电池，这样不影响控制装置的工作。

实施例二

图2为本发明实施例提供的另一种便携式电永磁铁的控制装置的结构图。在实施例一的基础上，供电电路11还包括充电电路113，充电电路113的一端与电源连接，另一端与蓄电池110的输入端连接，用于为蓄电池110充电。

由于其它部分的实施例与实施例一，请参见实施例一的描述，本实施例不再赘述。充电电路113的作用是为蓄电池110充电，这样蓄电池可以安装在控制装置中也可以实现充电功能。

图3为本发明实施例提供的一种充电电路图。如图3所示，充电电路113具体通过5V适配器或USB与电源连接，则充电电路113具体包括：与电源连接的电压转换芯片IC1、与电压转换芯片IC1连接的充电状态指示灯D2、D1。具体的，电压转换芯片IC1可以为TP4056，电压转换芯片IC1的引脚7连接D2，用于在充电过程中指示，电压转换芯片IC1的引脚6连接D1，用于在充电完成后指示。电压转换芯片IC1的引脚5的输出端BAT与蓄电池110的正极连接。其余电容和电阻的具体连接结构不再赘述，可以理解的是，图3指示一种具体的应用场景，并不代表只有这样的连接方式。在具体实施中，充电电路还可以选用其它参数的适配器，例如9v、12v、24V等，并不一定是5V，可以灵活选择。

作为优选的实施方式，控制器10为单片机，则相应地还包括：与蓄电池110的输出端连接，用于为单片机供电的电源转换电路114。

电源转换电路114是将蓄电池110输出的电信号转换为单片机能够使用的电信号。图4为本发明实施例提供的一种电源转换电路图。如图4所示，具体的，电源转换电路114具体包括与蓄电池110的输出端连接的第一开关管VD5、与第一开关管VD5和单片机连接的电压转换芯片VR1、与电压转换芯片VR1连接的电源指示灯D17以及与第一开关管VD5连接的第一电压采集电路1140，第一电压采集电路1140还与单片机连接以提供检测蓄电池110的输出端的电压的采集信号，其中，第一开关管VD5在蓄电池110输出电能时导通，在接收到单片机的高电平信号时关断。

如图4所示，第一开关管VD5为PMOS，电源上电后第一开关管VD5导通，单片机在PEWEREN点给出高电平信号控制第一开关管VD5关断。电压转换芯片VR1采用HT7330，将蓄电池110的电压转换为3V，从而为单片机供电。如图4，电压转换芯片VR1从蓄电池的输出端BATIN处连接，从而能够实现第一开关管VD5的保护作用。供电电源指示灯D17在单片机的电源接通后点亮。第一电压采集电路1140包括电阻R17和电阻R18，通过电阻R17和电阻R18的分压后，将二者的中间BATVAL与单片机连接，进行电压检测。

作为优选的实施方式，还包括设置于蓄电池110和电源转换电路114之间的电源开关S1B。可以理解的是，通过控制电源开关S1B可以关断蓄电池和单片机的连接，实现低功耗的目的。

图5为本发明实施例提供的一种升压电路图。作为优选地实施方式，升压电路111具体包括与单片机分别连接的第一图腾柱电路1110和第二图腾柱电路1111、与第一图腾柱电路1110连接的第二开关管VD2、与第二图腾柱电路连接的第三开关管VD4、与蓄电池110的输出端BAT IN和第二开关管VD2以及第三开关管VD4连接的高频变压器、与高频变压器连接的全桥整流电路1112、与全桥整流电路1112分别连接的第一充放电电容C3和第二充放电电容C5、与由第一充放电电容C3和第二充放电电容C5组成的串联电路并联的第二电压检测电路1113；

其中，第一图腾柱电路1110和第二图腾柱电路1111在接收到单片机的驱动信号DR1_PA0和DR1_PA1后分别驱动第二开关管VD2和第三开关管VD4，所第二开关管VD2与高频变压器TR1的初级绕组的第一端连接，第三开关管VD4与高频变压器TR1的初级绕组的第二端连接，高频变压器的中间抽头端与蓄电池的输出端BAT IN连接，第二电压检测电路1113与单片机连接，以提供供电电路11的输出端的电压的采集信号。

如图5所示，第二电压检测电路1113中包括几个分压电阻，分压后通过HIGH V_IN连接至单片机，从而使得单片机能够检测第一充放电电容C3和第二充放电电容C5两端的电压。可以理解的是，第一充放电电容C3和第二充放电电容C5为串联，因此，通过高频变压器升压后，第一充放电电容C3和第二充放电电容C5能够实现快速充电，二者两端的电压很大，即POWER+很大；在放电过程中，两个电容能够产生瞬时大电流以实现电永磁铁的充磁或退磁。

另外，驱动信号DR1_PA0和DR1_PA1分别驱动第二开关管VD2和第三开关管VD4以驱动高频变压器TR1。第二开关管VD2和第三开关管VD4为两个NMOS。

图6为本发明实施例提供的一种换向放电电路图。作为优选地实施方式，换向放电电路112具体包括充磁回路1120、退磁回路1121和放电控制回路1122，充磁回路1120与单片机和电永磁铁2的正极连接，在接收到单片机的充磁信号时接通放电控制回路1122以控制第一充放电电容C3和第二充放电电容C5放电；退磁回路1121与单片机和电永磁铁2的负极连接，在接收到单片机的退磁信号时接通放电控制回路1122以控制第一充放电电容C3和第二充放电电容C5放电。

如图6所示，POWER+、PGND为电容高电压，通过RY1，RY2两个继电器控制换向。放电控制回路1122中包含有晶闸管Q7，通过晶闸管Q7进行放电控制，电永磁铁2的正负极将接在EPM-，EPM+接线点上。可以理解的是，EPM+为充磁回路1120的正极，EPM-为退磁回路1121的负极。

充磁动作时，单片机输出RY1TC_PC14为高电平，RY2CC_PC13低电平，延时0.2S后，SCRDR_PA11输出高电平。退磁动作时，单片机输出RY1TC_PC14为低电平，RY2CC_PC13高电平，延时0.2S后，SCRDR_PA11输出高电平。

为了让本领域技术人员更加清楚换向放电电路112的工作原理，下文以充磁过程为例说明，退磁过程与充磁过程的原理相同，只不过电流的流向发生变化，因此才能实现充磁和退磁。在充磁过程中，首先单片机通过RY1TC_PC14输出高电平，RY2CC_PC13输出低电平，延时0.2S后，SCRDR_PA11输出高电平，对于充磁回路1120来说，RY2CC_PC13输出低电平，因此继电器RY2的线圈得电，则常闭触点打开，常开触点闭合，使得电流从EPM+通过电永磁铁的正极和负极流向至EPM-。而继电器RY1由于RY1TC_PC14输出高电平，则继电器线圈不得电，因此，继电器RY1的连接结构不变，如图所示，则电流通过继电器RY1流向至晶闸管Q7，晶闸管Q7控制第一充放电电容C3和第二充放电电容C5放电，利用其瞬间大电流产生励磁对电永磁铁2充磁。由上可知，对于电永磁铁2而言，电流是正向的，则为充磁过程。

实施例三

图7为本发明实施例提供的一种电永磁铁的控制系统的结构图。如图7所示，电永磁铁的控制系统包括电永磁铁2，还包括实施例一或实施例二所述的便携式电永磁铁的控制装置1，控制装置1通过可插拔的充电线与电永磁铁2连接。

控制装置1的具体实施方式参见上文描述，本实施例不再赘述。电永磁铁2通过控制装置1进行充磁和退磁，以适应不同的应用场合。

本实施例提供的便携式电永磁铁的控制系统，该系统中的控制装置，在电永磁铁和蓄电池之间增加了升压电路，通过升压电路的升压作用，使得蓄电池的电压能够升至较大的电压以满足电永磁铁的需要。由此可见，蓄电池的输出电压就可以相应的降低，则本实施例中的蓄电池的体积相对于现有技术中的蓄电池而言会小的多，因此重量轻，便于携带。

需要强调的是，本发明各实施例中，只是对于各个电路中重要的元器件进行说明，其它外围的电路，以及限流作用等的器件没有详细说明，这些内容均为本领域技术人员所熟知的技术，因此在本申请文件中不再赘述。另外，开关管的类型可以根据实际电路选取，并不是只有图示中的表现形式。

以上对本发明所提供的便携式电永磁铁的控制装置及系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种便携式电永磁铁的控制装置，其特征在于，包括用于提供控制信号的控制器，以及受控于所述控制器的供电电路，所述供电电路包括蓄电池、与所述蓄电池的输出端连接且用于对所述蓄电池的输出端的电压进行升压的升压电路、与所述升压电路和电永磁铁连接且用于控制所述升压电路放电和控制所述电永磁铁的充电电流换向的换向放电电路；

所述控制器为单片机，则相应地还包括：与所述蓄电池的输出端连接，用于为所述单片机供电的电源转换电路；

所述升压电路具体包括与所述单片机分别连接的第一图腾柱电路和第二图腾柱电路、与所述第一图腾柱电路连接的第二开关管、与所述第二图腾柱电路连接的第三开关管、与所述蓄电池的输出端和所述第二开关管以及所述第三开关管连接的高频变压器、与所述高频变压器连接的全桥整流电路、与所述全桥整流电路分别连接的第一充放电电容和第二充放电电容、与由所述第一充放电电容和所述第二充放电电容组成的串联电路并联的第二电压检测电路；

其中，所述第一图腾柱电路和所述第二图腾柱电路在接收到所述单片机的驱动信号后分别驱动所述第二开关管和所述第三开关管，所第二开关管与所述高频变压器的初级绕组的第一端连接，所述第三开关管与所述高频变压器的初级绕组的第二端连接，所述高频变压器的中间抽头端与所述蓄电池的输出端连接，所述第二电压检测电路与所述单片机连接，以提供所述供电电路的输出端的电压的采集信号；

所述换向放电电路具体包括充磁回路、退磁回路和放电控制回路，所述充磁回路与所述单片机和所述电永磁铁的正极连接，在接收到所述单片机的充磁信号时接通所述放电控制回路以控制所述第一充放电电容和所述第二充放电电容放电；所述退磁回路与所述单片机和所述电永磁铁的负极连接，在接收到所述单片机的退磁信号时接通所述放电控制回路以控制所述第一充放电电容和所述第二充放电电容放电；

所述放电控制回路包含有晶闸管，通过所述晶闸管控制所述第一充放电电容和所述第二充放电电容放电。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述供电电路还包括充电电路，所述充电电路的一端与电源连接，另一端与所述蓄电池的输入端连接，用于为所述蓄电池充电。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述充电电路具体通过5V适配器或USB与所述电源连接，则所述充电电路具体包括：与所述电源连接的电压转换芯片、与所述电压转换芯片连接的充电状态指示灯。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述电源转换电路具体包括与所述蓄电池的输出端连接的第一开关管、与所述第一开关管和所述单片机连接的电压转换芯片、与所述电压转换芯片连接的电源指示灯以及与所述第一开关管连接的第一电压采集电路，所述第一电压采集电路还与所述单片机连接以提供检测所述蓄电池的输出端的电压的采集信号，

其中，所述第一开关管在所述蓄电池输出电能时导通，在接收到所述单片机的高电平信号时关断。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括设置于所述蓄电池的输出端和所述电源转换电路之间的电源开关。

6.根据权利要求1至5任一项所述的控制装置，其特征在于，所述蓄电池可拆卸地安装于所述控制装置中。

7.一种便携式电永磁铁的控制系统，包括电永磁铁，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的便携式电永磁铁的控制装置，所述控制装置通过可插拔的充电线与所述电永磁铁连接。