CN201966845U - 一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，包括：电磁线圈，通电时产生作用于磁浮体的电磁力；导磁铁芯，上部套设于电磁线圈中，底部正对磁浮体；距离传感器，设置于导磁铁芯底部，检测并输出磁悬浮距离信号；磁悬浮扰动距离检测模块，将磁悬浮距离信号与预设磁悬浮平衡距离比较，得到磁悬浮扰动距离极性与大小，输出与磁悬浮扰动距离极性对应的电流方向控制信号；磁悬浮距离闭环控制模块，根据磁悬浮扰动距离大小，输出与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的电流大小控制信号；全桥驱动电路，两桥臂之间接入电磁线圈，在两个控制信号作用下，调节电磁线圈中电流方向及大小。由于可改变线圈中电流方向，可使磁附体回复到磁悬浮平衡状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路。
背景技术
图1示出一种下悬浮装置的结构，包括磁浮体W、电磁线圈3及导磁铁芯2等部件。所述磁浮体受力为自身总重量P、磁浮体W上部永磁材料对固定铁芯的磁吸力F，当受力平衡即P＝F时，磁浮体W实现磁悬浮，此时磁浮体W与上部铁芯的磁悬浮距离D唯一。由于D与F之间的严重非线性关系，当磁浮体W受微小外力扰动作用时，产生D0＝D±ΔD，这导致磁悬浮的力平衡关系被破坏，最终使得磁浮体W的悬浮亦随即被破坏。由此可知，下悬浮装置对磁浮体W悬浮控制的目标关键是稳定D值，为此需设置一种有效的磁浮体悬浮控制电路。
现有技术中，采用单端式电磁线圈驱动电路稳定磁悬浮距离D，其中流过线圈的电流为单方向，只能向磁浮体产生向上拉力F’。为此，D线必须设置在D0＞D的位置；同时，电磁线圈3时刻通电耗能，从而产生例如1/2F’的向上拉力，使磁浮体能在D0的位置上悬浮。当磁浮体因扰动向上运动时，控制电路只能减少向上拉力，最大可能产生一个相当于1/2F’的向下推力；当磁浮体因扰动向下运动时，控制电路只能增加电磁线圈电流，产生一个最大值为1/2F’的向上拉力。由此可见，现有技术对磁悬浮距离的控制不够方便、有效，也不利于节能。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，可以便捷地使磁浮体稳定、可靠地悬浮。
为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案是：一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，该磁浮体含有永磁材料，包括：
一电磁线圈，在电流流经时产生可作用于所述磁浮体的电磁力；
一导磁铁芯，上部套设于所述电磁线圈之中，底部正对所述磁浮体；
一距离传感器，设置于所述导磁铁芯的底部，可检测并输出所述磁浮体相对于所述导磁铁芯的磁悬浮距离信号；
一磁悬浮扰动距离检测模块，将所述磁悬浮距离信号与预设磁悬浮平衡距离比较，得到磁悬浮扰动距离极性与大小，并输出一与磁悬浮扰动距离极性对应的电流方向控制信号；
一磁悬浮距离闭环控制模块，根据磁悬浮扰动距离大小，输出一与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的电流大小控制信号；
一全桥驱动电路，两个桥臂之间接入所述电磁线圈，在所述电流方向控制信号和所述电流大小控制信号作用下，改变流经所述电磁线圈中的电流方向及大小。
所述距离传感器为霍尔传感器。
所述磁悬浮距离闭环控制模块可输出一与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的脉冲宽度调制信号。
所述磁悬浮距离闭环控制模块为实体电路或写入相应算法的功能芯片。
所述磁悬浮扰动距离检测模块为实体电路或写入相应算法的功能芯片。
所述磁浮体的顶部设置有永磁材料。
所述全桥驱动电路包括对称设置的四个开关元件。
所述开关元件为三极管、场效应管或集成电路
与现有技术相比，本实用新型可以便捷地使磁浮体稳定、可靠地悬浮，并实现节能效果，具体而言：全桥式电磁线圈驱动电路能产生两个方向相反的线圈电流，可使D值控制电磁线圈相应地产生±F’的调整力，且该调整力的方向与±ΔD的减少所要求一致，从而使得磁浮体回到磁悬浮平衡位置；当ΔD＝0时，F’＝0，也就是说此时整个系统处于近似零功耗的状态；由于单个线圈就能产生±F’的调整磁力，这意味着电磁力效率提高了100％，同时也能为设置悬浮体的用户提供清晰的稳定手感指示。
附图说明
图1为一现有下悬浮装置的结构示意图；
图2为本实用新型下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路的框图；
图3为图2中全桥式电磁线圈驱动电路的一电路实例。
具体实施方式
本实用新型实施例中，磁浮体W含有永磁材料，它与导磁铁芯2之间一直产生磁力：正常状态时，在不消耗电能的情况下仍能保持悬浮；受到扰动时，通过电磁线圈3产生与扰动方向相反的作用力，从而使磁浮体W恢复到平衡位置。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
参见图2，示出本实用新型下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其中：包括D值(距离)霍尔传感器1、导磁铁芯2、D值(距离)控制电磁线圈3、ΔD极性检测模块4、D值闭环控制模块(为实体电路或写入算法的功能芯片)5、以及全桥式电磁线圈驱动电路(简称全桥驱动电路)6等部分组成，其中：
所述电磁线圈3，在电流流经时产生可作用于磁浮体W的电磁力；改变电磁线圈3中电流方向和大小，即改变了上部磁体对磁浮体W的磁吸力F，最终实现磁悬浮平衡。
所述导磁铁芯2，上部套设与电磁线圈3之中，底部正对磁浮体W，该磁浮体W的顶部设置有铁片，以便保证有较好的导磁性。
所述距离传感器1，优选为霍尔传感器，设置于导磁铁芯2的底部，可检测并输出磁浮体W相对于导磁铁芯2的磁悬浮距离信号D。
磁悬浮扰动距离检测模块4，为实体电路或写入算法的功能芯片，可将磁悬浮距离信号D与预设磁悬浮平衡距离比较，得到磁悬浮扰动距离ΔD极性与大小，并输出一与磁悬浮扰动距离极性对应的电流方向控制信号。
磁悬浮距离闭环控制模块5，为实体电路或写入算法的功能芯片，根据磁悬浮扰动距离大小，输出一与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的电流大小控制信号，优选为脉冲宽度调制(PWM)信号。
全桥驱动电路6，两个桥臂之间接入电磁线圈3，在电流方向控制信号和电流大小控制信号作用下，改变流经电磁线圈3中的电流方向及大小，从而改变磁吸力F方向和大小，在磁悬浮扰动时将磁浮体W恢复到磁悬浮平衡状态。
本实用新型中，全桥式电磁线圈驱动电路6是核心关键，其作用工作原理为：在磁浮体W受到扰动时，使悬浮距离控制电磁线圈3产生一反向电流，从而使得电磁线圈3产生与扰动方向相反的调整力，最终使得磁浮体W回到磁悬浮平衡位置。进一步说明如下：
该全桥式电磁线圈驱动电路6能产生两个方向相反的线圈电流，由此使D值控制电磁线圈3相应地产生±F’的调整力，该调整力的方向与±ΔD的减少所要求一致。当ΔD＝0时，F’＝0，也就是说此时整个系统处于近似零功耗的状态。由于单个线圈就能产生±F’的调整磁力，这意味着本控制电路的电磁力效率提高了100％；同时，同时也能为设置悬浮体的用户提供清晰的稳定手感指示。
反观传统的单端式电磁线圈驱动电路，流过线圈的电流为单方向，只能向磁浮体产生向上拉力F’。为此，D线必须设置在D0＞D的位置；同时，电磁线圈3时刻通电耗能，从而产生例如1/2F’的向上拉力，使磁浮体能在D0的位置上悬浮。当磁浮体因扰动向上运动时，控制电路只能减少向上拉力，最大可能产生一个相当于1/2F’的向下推力；当磁浮体因扰动向下运动时，控制电路只能减加电磁线圈电流，产生一个最大值为1/2F’的向上拉力。
由此可见，本实用新型所提供的新颖的控制电路能够更有效地克服磁浮体受到的扰动，保证其稳定维持在磁悬浮平衡位置。这种控制电路结构简单，实用性好，具有一定节能效果，市场应用前景较好。
参见图3，为一全桥式电磁线圈驱动电路的电路实例，其工作原理如下：
假设电流方向控制端送来一个零电平，则三极管T7截止；PWM信号输入端的高电平信号使三极管T4导通；通过电阻R7的作用使三极管T1基极电压降低，使得三极管T1导通；电源产生的电流通过三极管T1流经电感L(即悬浮距离控制电磁线圈3)及三极管T4到地，电流流经悬浮距离控制线圈L的方向如i1所示。
当电流方向控制端收到的是一个高电平，则三极管T5导通，三极管T6截止；PWM信号的高电平通过电阻R5驱动三极管T3导通，再通过电阻R9拉低极管T2基极电位，使得极管T2导通；电源产生的电流通过三极管T2流经悬浮距离控制线圈3、三极管T3到地，电流方向如i2所示，正好与前述状态相反。
值得注意的是，本实用新型的全桥式电磁线圈驱动电路亦可采用其它电路结构，例如图3中的三级管T1～T4也可以采用相应的场效应管或集成电路代替。
以上对本实用新型所进行了详细介绍，文中应用具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，该磁浮体含有永磁材料，其特征在于，包括：
一电磁线圈，在电流流经时产生可作用于所述磁浮体的电磁力；
一导磁铁芯，上部套设于所述电磁线圈之中，底部正对所述磁浮体；
一距离传感器，设置于所述导磁铁芯的底部，可检测并输出所述磁浮体相对于所述导磁铁芯的磁悬浮距离信号；
一磁悬浮扰动距离检测模块，将所述磁悬浮距离信号与预设磁悬浮平衡距离比较，得到磁悬浮扰动距离极性与大小，并输出一与磁悬浮扰动距离极性对应的电流方向控制信号；
一磁悬浮距离闭环控制模块，根据磁悬浮扰动距离大小，输出一与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的电流大小控制信号；
一全桥驱动电路，两个桥臂之间接入所述电磁线圈，在所述电流方向控制信号和所述电流大小控制信号作用下，改变流经所述电磁线圈中的电流方向及大小。
2.如权利要求1所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述距离传感器为霍尔传感器。
3.如权利要求1所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述磁悬浮距离闭环控制模块可输出一与扰动磁悬浮扰动距离大小对应的脉冲宽度调制信号。
4.如权利要求1所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述磁悬浮距离闭环控制模块为实体电路或写入相应算法的功能芯片。
5.如权利要求1所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述磁悬浮扰动距离检测模块为实体电路或写入相应算法的功能芯片。
6.如权利要求1所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述磁浮体的顶部设置有永磁材料。
7.如权利要求1-6任一项所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述全桥驱动电路包括对称设置的四个开关元件。
8.如权利要求7所述的下悬浮装置的磁浮体悬浮控制电路，其特征在于，所述开关元件为三极管、场效应管或集成电路。
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