CN205430095U - 一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统，磁悬浮系统包括浮子和位于浮子正下方的悬浮底座部分，浮子从上至下依次包括悬浮电器、悬浮永磁铁、无线供电接收线圈，无线供电接收线圈与悬浮电器连接；悬浮底座部分从上至下依次包括凹槽基座、无线供电发射线圈、磁悬浮底座、升降永磁铁、限位模块、升降电磁铁和中控电路板；无线供电发射线圈与无线供电接收线圈配合实现悬浮电器无线供电，可实现悬浮电器的持续电能传输；无线供电发射线圈、磁悬浮底座和升降永磁铁共同构成联动整体，升降电磁铁与升降永磁铁配合实现联动整体的升降，无噪音和磨损，升降过程方便控制，精度和可靠性高。

Description

一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮技术领域，具体的说，涉及一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统。

背景技术

磁悬浮利用同性相斥异性相吸的磁性原理加上环形磁体的特殊磁场分布，当磁性浮子的磁场方向与环形磁体中间磁场方向相反时，环形磁铁中间会存在一定的斥力把浮子托于空中，使其处于漂浮状态，达到一些特殊的视觉效果，特别是具有一些科技含量的电器设备，将使其更具特色。

目前的磁悬浮方案，一侧采用环形的永磁铁，在环形永磁铁的中心位置产生斥力，另一侧采用反极性的永磁铁，依靠两侧斥力达到力学的平衡，从而实现悬浮的效果。目前市场上销售的磁悬浮产品均采用手动寻找力学平衡位置的方法。但是，这个平衡位置很难找到，人工操作时很不方便，并且需要较长的时间才能找到该平衡位置。这些都会影响产品的用户体验。如中国专利号CN104467202A公开一种磁悬浮无线充电装置，具体公开如下特征：包括磁悬浮模块、接收线圈、悬浮基座、驱动线圈和控制模块，通过悬浮基座产生磁场与磁悬浮模块配合使带充电设备悬浮；通过驱动线圈与接收线圈相互配合为待充电设备充电，通过霍尔传感器感测待充电设备的高度以及旋转状态，通过远程调控调整悬浮高度。由此可见，上述充电装置虽公开了磁悬浮充电的结构组成，但由于仅通过电磁体两端的霍尔传感器和远程调控很难精确调控悬浮高度和悬浮力学平衡，很容易出现在控制过程中出现失稳现象。

也有一些方案是通过机械结构来实现磁悬浮的自动升起和落下。实际上实在磁悬浮平衡状态下，整体上使系统有一定位移。由于机械的位移行程隐藏在壳体内部，从外部看来就会形成自动升起和落下的效果。如中国专利号CN102570927公开一种具有悬浮物自动升降功能的磁悬浮装置，该装置的磁悬浮组件上对应悬浮物的位置处设置升降组件，升降组件包括托盘架、升降柱、升降传动部件以及控制单元，在控制单元的控制下，升降传动部件带着悬浮物运动到合适的磁悬浮位置后，磁悬浮组件的悬浮作用开启，用磁悬浮技术将悬浮物漂浮在空中，然后通过手动开关控制升降传动部件带着托盘架降下来即可。即上述悬浮物升降过程中，需要托盘架和传动系统配合实现，即采用机械传动方式，但采用机械传动方式或电机驱动的机械齿轮结构实现装置的位移，会带来一定的噪音和磨损，用户在使用过程中会听到响声，影响用户体验效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统，采用电磁升降系统，实现无噪音，无磨损的磁悬浮底座升降，并且增强了系统控制的灵活性。

本实用新型的技术方案是：一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统，该磁悬浮系统包括浮子和位于浮子正下方的悬浮底座部分，浮子从上至下依次包括悬浮电器、悬浮永磁铁、无线供电接收线圈，无线供电接收线圈与悬浮电器连接；悬浮底座部分从上至下依次包括凹槽基座、无线供电发射线圈、磁悬浮底座、升降永磁铁、限位模块、升降电磁铁和中控电路板；无线供电发射线圈与无线供电接收线圈配合实现悬浮电器无线供电，无线供电发射线圈、磁悬浮底座和升降永磁铁共同构成联动整体，升降电磁铁与升降永磁铁配合实现联动整体的升降，限位模块设有可弹出的卡垫，卡垫位于上升后的联动整体底端，中控电路板与无线供电发射线圈、限位模块和升降电磁铁连接。

优选的是，所述磁悬浮底座上端安装浮子平衡装置和磁场检测装置，磁场检测装置安装于浮子平衡装置的中心，浮子平衡装置和磁场检测装置均与中控电路板连接。

优选的是，所述浮子平衡装置由4只对称安装的悬浮电磁铁组成，包括第一悬浮电磁铁、第二悬浮电磁铁、第三悬浮电磁铁和第四悬浮电磁铁，第一悬浮电磁铁和第三悬浮电磁铁对向安装，第二悬浮电磁铁和第四悬浮电磁铁对向安装。

优选的是，所述磁场检测装置由3个霍尔传感器组成，分别为第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和第三霍尔传感器，磁场检测装置4安装于磁悬浮底座的中心，且3个霍尔传感器两两互相垂直。

优选的是，所述浮子整体采用凸形构造，凸形浮子的下端为光滑圆弧过渡；凹槽基座上设有凹形槽，凹形槽的形状与凸形浮子的光滑圆弧形状完全吻合。

优选的是，所述无线供电发射线圈上安装升降高度检测元件，升降高度检测元件采用光电开关，光电开关共有2只，2只光电开关与无线供电发射线圈径向方向一致，光电开关与中控电路板相连，光电开关将检测的高度信号传递至中控电路板，控制联动整体停止运动。

优选的是，所述升降永磁铁上安装用于检测浮子重量的压力传感器，压力传感器与中控电路板相连。

优选的是，所述中控电路板包括微控单元MCU、无线供电模块电路、磁悬浮悬浮控制电路、升降控制电路和检测电路；无线供电模块电路包括无线供电发射电路和无线供电接收电路，无线供电发射电路包括逆变电路和驱动电路，微控单元MCU经脉宽调制电路PWM、无线供电发射电路与无线供电发射线圈相连；无线供电接收电路包括整流电路和降压电路，无线供电接收线圈经无线供电接收电路与悬浮电器连接；磁悬浮悬浮控制电路输入端与微控单元MCU连接，输出端与悬浮电磁铁连接；升降控制电路包括升降电磁铁控制电路和升降继电器控制电路，升降电磁铁控制电路和升降继电器控制电路输入端均与微控单元MCU连接，输出端分别与升降电磁铁和升降继电器连接；检测电路与微控单元MCU连接。

优选的是，所述检测电路包括高度检测电路、压力检测电路和磁场检测电路，高度检测电路输入端与光电开关连接，输出端与微控单元MCU连接；压力检测电路输入端与压力传感器连接，输出端与微控单元MCU连接；磁场检测电路输入端与霍尔传感器连接，输出端与微控单元MCU连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果为：

1)浮子整体采用凸形构造，凹槽基座的凹形槽与凸形浮子的光滑圆弧形状完全吻合，当悬浮状态部分下落时，凹槽基座的凹形槽将凸形浮子完全卡住，增加系统稳定性；

2)采用电磁铁与升降永磁铁配合实现联动整体的升降，即采用电磁力来控制系统升降，与机械升降方式相比，无噪音和磨损，升降过程方便控制，精度和可靠性高；

3)供电方式采用远距离无线供电，与现有磁悬浮的无线充电方式不同，在电能不足时，无需浮子中的悬浮电器降落，亦可实现悬浮电器的持续电能传输。

4)凹槽机械结构使浮子一开始就处于平衡位置处，加之磁场检测装置，通过感应磁场变化，自动进行浮子位置平衡微调节，整个过程无需手动进行寻找平衡，提高了用户体验。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为磁悬浮底座203结构示意图；

图3为中控电路板电路结构图；

图4为压力控制闭环系统电路图；

图5为无线供电模块电路图。

图中，浮子1；悬浮电器101；悬浮永磁铁102；无线供电接收线圈103；

悬浮底座部分2；凹槽基座201；无线供电发射线圈202；磁悬浮底座203；升降永磁铁204；升降电磁铁205；限位模块206；中控电路板207；压力传感器208；光电开关209；

浮子平衡装置3；第一悬浮电磁铁301；第二悬浮电磁铁302；第三悬浮电磁铁303；第四悬浮电磁铁304；

磁场检测装置4；第一霍尔传感器401；第二霍尔传感器402；第三霍尔传感器403。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本实用新型公开一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统，参见图1，该磁悬浮系统由上下两部分组成，包括上方的浮子1和位于浮子1下方的悬浮底座部分2。

浮子1整体采用凸形构造，凸形浮子的下端为光滑圆弧过渡，浮子1从上至下依次包括悬浮电器101、悬浮永磁铁102、无线供电接收线圈103。无线供电接收线圈103上表面与悬浮永磁铁102下表面紧密贴合。悬浮电器101通过电路板与无线供电接收线圈103电连。

悬浮底座部分2包括凹槽基座201、无线供电发射线圈202、磁悬浮底座203、升降永磁铁204、升降电磁铁205、限位模块206和中控电路板207。

凹槽基座201位于该悬浮底座部分的上端，凹槽基座201上设有凹形槽，凹形槽的形状与凸形浮子的光滑圆弧形状完全吻合。悬浮状态部分下落时，凹槽基座201的凹形槽将凸形浮子完全卡住，增加系统稳定性。

凹槽基座201的下方依次安装无线供电发射线圈202、磁悬浮底座203和升降永磁铁204，无线供电发射线圈202下表面与磁悬浮底座203的上表面紧密贴合，磁悬浮底座203采用环形磁铁，磁悬浮底座203的下部与升降永磁铁204固定，即无线供电发射线圈202、磁悬浮底座203和升降永磁铁204共同构成联动整体。升降电磁铁205安装于升降永磁铁204下方，升降电磁铁205与升降永磁铁204配合实现联动整体的升降效果。

无线供电发射线圈202上安装升降高度检测元件，升降高度检测元件采用光电开关209，光电开关209共有2只，2只光电开关209与无线供电发射线圈202径向方向一致，光电开关209与中控电路板207相连，用于对联动整体进行上升定位，即当联动整体的无线供电发射线圈上升至一定高度时，光电开关209将检测的高度信号传递至中控电路板207，控制联动整体停止运动。

升降永磁铁204上安装压力传感器208，压力传感器208与中控电路板207相连，用于检测浮子重量。

参见图2，磁悬浮底座203上端安装浮子平衡装置3和磁场检测装置4，磁场检测装置4安装于浮子平衡装置3的中心。

浮子平衡装置3与中控电路板207连接，用于平衡浮子水平位置。浮子平衡装置3由4只对称安装的悬浮电磁铁组成，包括第一悬浮电磁铁301、第二悬浮电磁铁302、第三悬浮电磁铁303和第四悬浮电磁铁304，第一悬浮电磁铁301和第三悬浮电磁铁303对向安装，第二悬浮电磁铁302和第四悬浮电磁铁304对向安装。

磁场检测装置4与中控电路板207连接，用于感应磁场变化，配合浮子平衡装置3平衡浮子水平位置。磁场检测装置4由3个霍尔传感器组成，分别为第一霍尔传感器401、第二霍尔传感器402和第三霍尔传感器403。3个霍尔传感器通过支架安装于磁悬浮底座203的中心，且3个霍尔传感器两两互相垂直。具体为：第一霍尔传感器401安装于第二悬浮电磁铁302和第四悬浮电磁铁304之间；第二霍尔传感器402安装于第一悬浮电磁铁301和第三悬浮电磁铁303之间；第三霍尔传感器403安装于磁悬浮底座203中心的正上方，且与第一霍尔传感器401与第二霍尔传感器402均垂直。

限位模块206设置于升降永磁铁204与升降电磁铁205之间，限位模块206包括升降继电器和卡垫，卡垫对向安装于悬浮底座部分的内壁，通过升降继电器控制卡垫的收缩。当联动整体模块上升到指定高度后，卡垫自动弹出，将联动整体的底部限位在限位模块206之上，通过限位模块206向上托住联动整体，以防止联动整体下落；在连通整体模块上升以及下降过程中，卡垫保持收缩状态。

参见图3，中控电路板207安装于升降电磁铁205下方，包括微控单元MCU、无线供电模块电路、磁悬浮悬浮控制电路、升降控制电路和检测电路。

无线供电模块电路包括无线供电发射电路和无线供电接收电路，无线供电发射电路包括逆变电路和驱动电路，微控单元MCU经脉宽调制电路PWM、无线供电发射电路与无线供电发射线圈202相连；无线供电接收电路包括整流电路和降压电路，无线供电接收线圈103经无线供电接收电路与悬浮电器101连接。

磁悬浮悬浮控制电路具体为：微控单元MCU经驱动放大电路与悬浮电磁铁连接，实现对悬浮电磁铁的控制。

升降控制电路包括升降电磁铁控制电路和升降继电器控制电路。升降电磁铁控制电路具体为：微控单元MCU经驱动放大电路与升降电磁铁205连接，实现对升降电磁铁控制；升降继电器控制电路具体为：微控单元MCU与升降继电器电连，控制卡垫弹出或收缩。

检测电路包括高度检测电路、压力检测电路和磁场检测电路，高度检测电路具体为：微控单元MCU与光电开关209连接，实现升降高度检测功能；压力检测电路具体为：微控单元MCU与压力传感器208连接，实现浮子压力的检测功能；磁场检测电路具体为：微控单元MCU与霍尔传感器连接，实现磁场的检测功能。

该磁悬浮系统的工作流程为：

系统上电后，磁场检测装置4监察磁场大小变化，将检测到的磁场信息传递至微控单元MCU，微控单元MCU发出控制命令至悬浮电磁铁，控制浮子进入悬浮平衡状态。

微控单元MCU控制升降电磁铁205与升降永磁铁204之间产生斥力，将联动整体向上抬升。光电开关实时检测联动整体的上升高度，并将检测的高度信号传递至中控电路板207，当联动整体上升至指定高度时，此时联动整体底部上升至限位模块的卡垫处，升降继电器控制卡垫弹出，卡垫向上托住联动整体底部，微控单元MCU控制升降电磁铁205断电，此时，升降电磁铁205与升降永磁铁204之间无斥力产生，通过卡垫托住联动整体，保持浮子的悬浮状态，无线供电模块电路对悬浮电器101进行供电。

当浮子需要下降时，通过外部发送下降命令或悬浮底座部分电量不足时，微控单元MCU将唤醒升降电磁铁205产生斥力，并通过升降继电器控制卡垫收缩，由于惯性作用，联动整体将带着浮子一起缓慢下降，在此过程中控制升降电磁铁205产生斥力慢慢减小至与浮子重力相同，当联动整体下降至一定位置或者浮子恰好落入凹槽基座201的凹形槽时，整个悬浮系统停止，同时无线供电系统停止。

参见图4，当悬浮电器101重量发生变化时，即浮子重量发生变化时，通过升降永磁铁204上的压力传感器208检测压力信号，并将浮子重量信号传递至微控单元MCU中，微控单元MCU根据当前浮子重量，控制升降电磁铁205产生相应的斥力，形成压力控制闭环系统。即在浮子重量增大时，微控单元MCU产生的激励电流信号增大，升降电磁铁205产生的斥力增大；在浮子重量减小时，微控单元MCU产生的激励电流信号减小，升降电磁铁205产生的斥力减小。无论升降电磁铁205斥力增大或减小，无线供电发射线圈202与无线无线供电接收线圈103之间的间距保持不变，即无线供电距离不变，不会影响无线供电信号的产生，增强系统的稳定性和机动性。

本实用新型中悬浮电器101的供电方式为远距离无线供电，与现有磁悬浮的无线充电方式不同，在电能不足时，无需浮子中的悬浮电器101降落，亦可实现悬浮电器101的持续电能传输。无线供电模块电路采用闭环反馈系统，无线供电模块电路的结构如图5，微控单元MCU控制经脉宽调制电路PWM、驱动电路、逆变电路连接至无线供电发射线圈，无线供电发射线圈与无线无线供电接收线圈经LC振荡电路互感耦合，经整流电路、降压电路后给悬浮电器101供电，在此过程中，通信电路实时将耦合后信号反馈至微控单元MCU，微控单元MCU实时调节控制信号输出，实现悬浮电器101无线供电的闭环反馈调节。

Claims (9)

1.一种可用于无线供电设备的磁悬浮系统，该磁悬浮系统包括浮子(1)和位于浮子(1)正下方的悬浮底座部分(2)，其特征在于：浮子(1)从上至下依次包括悬浮电器(101)、悬浮永磁铁(102)、无线供电接收线圈(103)，无线供电接收线圈(103)与悬浮电器(101)连接；悬浮底座部分(2)从上至下依次包括凹槽基座(201)、无线供电发射线圈(202)、磁悬浮底座(203)、升降永磁铁(204)、限位模块(206)、升降电磁铁(205)和中控电路板(207)；无线供电发射线圈(202)与无线供电接收线圈(103)配合实现悬浮电器(101)无线供电，无线供电发射线圈(202)、磁悬浮底座(203)和升降永磁铁(204)共同构成联动整体，升降电磁铁(205)与升降永磁铁(204)配合实现联动整体的升降，限位模块(206)设有可弹出的卡垫，卡垫位于上升后的联动整体底端，中控电路板(207)与无线供电发射线圈(202)、限位模块(206)和升降电磁铁(205)连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述磁悬浮底座(203)上端安装浮子平衡装置(3)和磁场检测装置(4)，磁场检测装置(4)安装于浮子平衡装置(3)的中心，浮子平衡装置(3)和磁场检测装置(4)均与中控电路板(207)连接。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述浮子平衡装置(3)由4只对称安装的悬浮电磁铁组成，包括第一悬浮电磁铁(301)、第二悬浮电磁铁(302)、第三悬浮电磁铁(303)和第四悬浮电磁铁(304)，第一悬浮电磁铁(301)和第三悬浮电磁铁(303)对向安装，第二悬浮电磁铁(302)和第四悬浮电磁铁(304)对向安装。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述磁场检测装置(4)由3个霍尔传感器组成，分别为第一霍尔传感器(401)、第二霍尔传感器(402)和第三霍尔传感器(403)，磁场检测装置4安装于磁悬浮底座(203)的中心，且3个霍尔传感器两两互相垂直。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述浮子(1)整体采用凸形构造，凸形浮子的下端为光滑圆弧过渡；凹槽基座(201)上设有凹形槽，凹形槽的形状与凸形浮子的光滑圆弧形状完全吻合。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述无线供电发射线圈(202)上安装升降高度检测元件，升降高度检测元件采用光电开关，光电开关共有2只，2只光电开关与无线供电发射线圈(202)径向方向一致，光电开关与中控电路板(207)相连，光电开关将检测的高度信号传递至中控电路板(207)，控制联动整体停止运动。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述升降永磁铁(204)上安装用于检测浮子重量的压力传感器(208)，压力传感器(208)与中控电路板(207)相连。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述中控电路板(207)包括微控单元MCU、无线供电模块电路、磁悬浮悬浮控制电路、升降控制电路和检测电路；无线供电模块电路包括无线供电发射电路和无线供电接收电路，无线供电发射电路包括逆变电路和驱动电路，微控单元MCU经脉宽调制电路PWM、无线供电发射电路与无线供电发射线圈(202)相连；无线供电接收电路包括整流电路和降压电路，无线供电接收线圈(103)经无线供电接收电路与悬浮电器(101)连接；磁悬浮悬浮控制电路输入端与微控单元MCU连接，输出端与悬浮电磁铁连接；升降控制电路包括升降电磁铁控制电路和升降继电器控制电路，升降电磁铁控制电路和升降继电器控制电路输入端均与微控单元MCU连接，输出端分别与升降电磁铁(205)和升降继电器连接；检测电路与微控单元MCU连接。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮系统，其特征在于：所述检测电路包括高度检测电路、压力检测电路和磁场检测电路，高度检测电路输入端与光电开关连接，输出端与微控单元MCU连接；压力检测电路输入端与压力传感器(208)连接，输出端与微控单元MCU连接；磁场检测电路输入端与霍尔传感器连接，输出端与微控单元MCU连接。