CN220629203U - 一种磁悬浮驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮驱动电路，包括线圈组、H桥电路、第一比较器电路、第一霍尔传感器J1、基准电路和电源电路；电源电路与第一霍尔传感器J1的VCC端连接，第一霍尔传感器J1的输出端与第一电压比较电路的反向输入端连接，基准电路的输出端与第一比较器电路的正向输入端连接；第一比较器电路的第一输出端和第二输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端，第一比较器电路的第一输出端和第二输出端输出电平相反，线圈组连接在H桥电路的两个输出端之间。本实用新型的一种磁悬浮驱动电路，对浮子位置进行自动校准防止浮子放入磁悬浮底座后发生偏移而掉落，提高浮子放入后的稳定性，灵敏度高且校准速度快。

Description

一种磁悬浮驱动电路

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮驱动电路。

背景技术

磁悬浮技术(英文：electromagnetic levitation，electromagneticsuspension)简称EML技术或EMS技术，是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

磁铁的成分是铁、钴、镍等原子，其原子的内部结构比较特殊，本身就具有磁矩。磁铁能够产生磁场，具有吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属的特性，磁铁与磁铁之间，同名磁极相排斥、异名磁极相吸引，当将一块磁铁放桌子上，另一块磁铁放磁铁上方且相互为同名磁极时，只要施加很小的一点力，上面的磁铁就能克服重量悬浮在空中。

在下推式磁悬浮装置中，悬浮物虽然靠磁铁排斥力克服重力悬浮在空中，若在悬浮物放入后产生偏移且线圈不对悬浮物施加外力或施加外力的反应速度较慢时，则悬浮物会从侧边掉下来，影响悬浮物的稳定性。

实用新型内容

为解决上述背景技术中的问题，本实用新型提供一种磁悬浮驱动电路，对浮子位置进行自动校准防止浮子放入磁悬浮底座后发生偏移而掉落，提高浮子放入后的稳定性，灵敏度高且校准速度快。

本实用新型采用下述技术方案：

一种磁悬浮驱动电路，包括线圈组、H桥电路、第一比较器电路、第一霍尔传感器J1、基准电路和电源电路；

线圈组包括第一线圈L1和与第一线圈Ll串联的第二线圈L2，第一线圈L1和第二线圈L2的绕向相反；

电源电路与第一霍尔传感器J1的VCC端连接，第一霍尔传感器J1的输出端与第一电压比较电路的反向输入端连接，基准电路的输出端与第一比较器电路的正向输入端连接；

第一比较器电路的第一输出端和第二输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端，第一比较器电路的第一输出端和第二输出端输出电平相反，线圈组连接在H桥电路的两个输出端之间。

进一步的，电源电路包括第一稳压器U4、电阻R18、电阻R26，第一稳压器U4的阳极2接地，第一稳压器U4的阴极3与VCC端连接，电阻R7一端与VCC端连接，另一端连接至第一稳压器U4的参考极1，电阻R14一端与第一稳压器U4的参考极1连接，另一端接地，电阻R18、电阻R26的阻值相同。

进一步的，第一比较器电路包括第一电压比较器U1D，基准电路包括电位器R10，电位器R10的第一引脚和第二引脚分别连接在电源电路输出端和GND端，电位器R10的调节端连接至第一电压比较器U1D的正向输入端，第一霍尔传感器J1的输出端连接至第一电压比较器U1D的反向输入端。

进一步的，第一比较器电路还包括第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C，第一电压比较器U1D的输出端分别连接至第一差分放大器U1B的正向输入端和第二差分放大器U1C的反向输入端，第一差分放大器U1B的反向输入端和第二差分放大器U1C的正向输入端均与电源电路的输出端连接，第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C的输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端。

进一步的，H桥电路包括NPN管Q1、PNP管Q2、NPN管Q3、PNP管Q4；

NPN管Q1的基极和PNP管Q2的基极均与第一电压比较电路的第一输出端连接，NPN管Q1的集电极与VCC端连接，PNP管Q2的发射极与NPN管Q1的发射极连接，PNP管Q2的集电极接地；

NPN管Q3的基极和PNP管Q4的基极均与第一电压比较电路的第二输出端连接，NPN管Q3的集电极与VCC端连接，PNP管Q4的发射极与NPN管Q3的发射极连接，PNP管Q4的集电极接地；

线圈组一端与NPN管Q1的发射极连接，另一端与NPN管Q3的发射极连接。

进一步的，还包括第三霍尔传感器J3、第二电压比较器U5A、电源接头和PNP管Q5，第三霍尔传感器J3的输出端与第二电压比较器U5A的正向输入端连接，第二电压比较器U5A的反向输入端接地，第二电压比较器U5A的输出端与PNP管Q5的基极连接，电源接头的输出端1与PNP管Q5的发射极连接，PNP管Q5的集电极作为电源电路的VCC端。

进一步的，还包括第二稳压器U3，第二稳压器U3的VI引脚与电源接头的输出端连接，第二稳压器U3的GND端接地，第二稳压器U3的VO引脚与第三霍尔传感器J3的VCC端连接。

进一步的，还包括发光二极管D9、电阻R0，发光二极管D9的阳极串联电阻R0后与PNP管Q5的集电极连接，发光二极管D9的阴极接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种磁悬浮驱动电路，线圈组包括第一线圈L1和与第一线圈Ll串联的第二线圈L2，第一线圈L1和第二线圈L2的绕向相反；第一霍尔传感器J1安装在第一线圈L1和第二线圈L2之间，检测浮子在水平面上的偏移度，通过第一霍尔传感器输出模拟量来判断浮子的偏移度，设置基准电路的基准电压，当第一霍尔传感器J1模拟输出低于基准电压时说明浮子左偏，驱动H桥电路导通使线圈产生相应的力阻止浮子左偏，当第一霍尔传感器J1模拟输出高于基准电压时说明浮子右偏，H桥三极管导通使线圈产生相应的力阻止浮子右偏，实现对浮子位置进行自动校准防止浮子放入磁悬浮底座后发生偏移而掉落，提高浮子放入后的稳定性，灵敏度高且校准速度快。

(2)本实用新型的一种磁悬浮驱动电路，通过第三霍尔传感器J3感应磁场变化来判断PNP管Q5是否导通，当第三霍尔传感器J3输出到第二电压比较器U5A正向输入端的模拟值低于接地端时，输出为低电平，PNP管Q5导通，反之截止，实现在没有放浮子的时候电路不工作，进而降低功耗。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。

图1为本实用新型一种磁悬浮驱动电路的电路图(一)；

图2为本实用新型一种磁悬浮驱动电路的电路图(二)；

图3为本实用新型霍尔传感器和线圈之间的位置关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

下面结合附图1至附图3以及具体实施例详细论述本实用新型：

本实用新型实施例提供了一种磁悬浮驱动电路，包括线圈组、H桥电路、第一比较器电路、第一霍尔传感器J1、基准电路和电源电路；

线圈组包括第一线圈L1和与第一线圈Ll串联的第二线圈L2，第一线圈L1和第二线圈L2的绕向相反；

电源电路与第一霍尔传感器J1的VCC端连接，第一霍尔传感器J1的输出端与第一电压比较电路的反向输入端连接，基准电路的输出端与第一比较器电路的正向输入端连接；

第一比较器电路的第一输出端和第二输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端，第一比较器电路的第一输出端和第二输出端输出电平相反，线圈组连接在H桥电路的两个输出端之间；

其中，第一霍尔传感器均采用AH49E线性霍尔传感器。AH49E线性霍尔电路由电压调整器，霍尔电压发生器，线性放大器和射极跟随器组成，其输入是磁感应强度，输出量是和输入量成正比的电压参数；第一霍尔传感器J1安装在第一线圈L1和第二线圈L2之间，检测浮子在水平面上的偏移度，通过第一霍尔传感器J1输出模拟量来判断浮子的偏移度，设置基准电路的基准电压，当第一霍尔传感器J1模拟输出低于基准电压时说明浮子左偏，驱动H桥电路导通使线圈产生相应的力阻止浮子左偏，当第一霍尔传感器J1模拟输出高于基准电压时说明浮子右偏，H桥三极管导通使线圈产生相应的力阻止浮子右偏，从而保持浮子的稳定性；还包括用于阻止浮子上翘和下翘的第三线圈L3和与第三线圈L3串联的第四线圈L4，以及设置在第三线圈L3和第四线圈L4之间的第二霍尔传感器J2，第三线圈L3和第四线圈L4的绕向相反，第二霍尔传感器J2检测浮子在竖直面上的偏移度，通过第二霍尔传感器J2输出模拟量来判断浮子的翘起程度；第三线圈L3和第四线圈L4的控制电路与第一线圈L1和第二线圈L2的控制电路相同，在此不再赘述。

具体的，如图1所示，电源电路包括第一稳压器U4、电阻R18、电阻R26，第一稳压器U4的阳极2接地，第一稳压器U4的阴极3与VCC端连接，电阻R7一端与VCC端连接，另一端连接至第一稳压器U4的参考极1，电阻R14一端与第一稳压器U4的参考极1连接，另一端接地，电阻R18、电阻R26的阻值相同；采用5V电压向第一霍尔传感器J1供电，使第一霍尔传感器J1输出模拟电压在0-5V，其中VCC端为12V电源，需要将输入第一霍尔传感器J1的电压稳定在5V，第一稳压器U4采用三端稳压器TL431，第一稳压器U4的输出电压通过电阻值均为5.1K欧的电阻R18、电阻R26的分压作用即可设置为5V；电源电路还包括连接在电源电路输出端和GND端的极性电容C3和极性电容C4，起到滤波作用。

具体的，如图1所示，第一比较器电路包括第一电压比较器U1D，基准电路包括电位器R10，电位器R10的第一引脚和第二引脚分别连接在电源电路输出端和GND端，电位器R10的调节端连接至第一电压比较器U1D的正向输入端，第一霍尔传感器J1的输出端连接至第一电压比较器U1D的反向输入端；通过电位器R10调整基准电压为2.5V，当第一霍尔传感器J1模拟输出低于2.5V时说明浮子左偏，驱动H桥电路导通使线圈产生相应的力阻止浮子左偏，当第一霍尔传感器J1模拟输出高于2.5V时说明浮子右偏，H桥三极管导通使线圈产生相应的力阻止浮子右偏，从而保持浮子的稳定性。

具体的，如图1所示，第一比较器电路还包括第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C，第一电压比较器U1D的输出端分别连接至第一差分放大器U1B的正向输入端和第二差分放大器U1C的反向输入端，第一差分放大器U1B的反向输入端和第二差分放大器U1C的正向输入端均与电源电路的输出端连接，第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C的输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端；进而使第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C输出电平相反，第一差分放大器U1B的反向输入端和第二差分放大器U1C的正向输入端亦连接其他可以输出基准电压的电路，不限于电源电路。

具体的，如图1所示，H桥电路包括NPN管Q1、PNP管Q2、NPN管Q3、PNP管Q4；

NPN管Q1的基极和PNP管Q2的基极均与第一电压比较电路的第一输出端连接，NPN管Q1的集电极与VCC端连接，PNP管Q2的发射极与NPN管Q1的发射极连接，PNP管Q2的集电极接地；

NPN管Q3的基极和PNP管Q4的基极均与第一电压比较电路的第二输出端连接，NPN管Q3的集电极与VCC端连接，PNP管Q4的发射极与NPN管Q3的发射极连接，PNP管Q4的集电极接地；

线圈组一端与NPN管Q1的发射极连接，另一端与NPN管Q3的发射极连接；当第一差分放大器U1B输出为高电平、第二差分放大器U1C输出为低电平时，NPN管Q1和PNP管Q4导通，NPN管Q3和PNP管Q2处于关断状态，电流依次经过第一线圈L1和第二线圈L2；当第一差分放大器U1B输出为低电平、第二差分放大器U1C输出为高电平时，NPN管Q1和PNP管Q4处于关断状态，NPN管Q3和PNP管Q2导通，电流依次经过第二线圈L2向第一线圈L1；进而实现改变第一线圈L1和第二线圈L2的极性，对浮子的位置进行调整。

具体的，如图2所示，还包括第三霍尔传感器J3、第二电压比较器U5A、电源接头和PNP管Q5，第三霍尔传感器J3的输出端与第二电压比较器U5A的正向输入端连接，第二电压比较器U5A的反向输入端接地，第二电压比较器U5A的输出端与PNP管Q5的基极连接，电源接头的输出端1与PNP管Q5的发射极连接，PNP管Q5的集电极作为电源电路的VCC端；第三霍尔传感器J3设置于线圈底座上，用于感应线圈底座上是否放入浮子，通过第三霍尔传感器J3感应磁场变化来判断PNP管Q5是否导通，第二电压比较器U5A选用LM393，当第三霍尔传感器J3输出到第二电压比较器U5A正向输入端的模拟值低于接地端时，输出为低电平，PNP管Q5导通，反之截止，实现在没有放浮子的时候电路不工作，进而降低功耗。

具体的，如图2所示，还包括第二稳压器U3，第二稳压器U3的VI引脚与电源接头的输出端连接，第二稳压器U3的GND端接地，第二稳压器U3的VO引脚与第三霍尔传感器J3的VCC端连接；第二稳压器U3采用三端稳压器78L05，起到稳定输入至第三霍尔传感器J3的电压的作用。

具体的，如图2所示，还包括发光二极管D9、电阻R0，发光二极管D9的阳极串联电阻R0后与PNP管Q5的集电极连接，发光二极管D9的阴极接地；发光二极管D9用于放置浮子后电路处于工作状态的指示作用。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (8)

1.一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，包括线圈组、H桥电路、第一比较器电路、第一霍尔传感器J1、基准电路和电源电路；

所述线圈组包括第一线圈L1和与第一线圈Ll串联的第二线圈L2，所述第一线圈L1和第二线圈L2的绕向相反；

所述电源电路与第一霍尔传感器J1的VCC端连接，所述第一霍尔传感器J1的输出端与第一电压比较电路的反向输入端连接，所述基准电路的输出端与第一比较器电路的正向输入端连接；

所述第一比较器电路的第一输出端和第二输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端，所述第一比较器电路的第一输出端和第二输出端输出电平相反，所述线圈组连接在H桥电路的两个输出端之间。

2.根据权利要求1中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，所述电源电路包括第一稳压器U4、电阻R18、电阻R26，所述第一稳压器U4的阳极2接地，所述第一稳压器U4的阴极3与VCC端连接，所述电阻R7一端与VCC端连接，另一端连接至第一稳压器U4的参考极1，所述电阻R14一端与第一稳压器U4的参考极1连接，另一端接地，所述电阻R18、电阻R26的阻值相同。

3.根据权利要求1中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，所述第一比较器电路包括第一电压比较器U1D，所述基准电路包括电位器R10，所述电位器R10的第一引脚和第二引脚分别连接在电源电路输出端和GND端，所述电位器R10的调节端连接至第一电压比较器U1D的正向输入端，所述第一霍尔传感器J1的输出端连接至第一电压比较器U1D的反向输入端。

4.根据权利要求3中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，所述第一比较器电路还包括第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C，所述第一电压比较器U1D的输出端分别连接至第一差分放大器U1B的正向输入端和第二差分放大器U1C的反向输入端，所述第一差分放大器U1B的反向输入端和第二差分放大器U1C的正向输入端均与电源电路的输出端连接，所述第一差分放大器U1B、第二差分放大器U1C的输出端分别连接至H桥电路的第一输入端和第二输入端。

5.根据权利要求1中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，所述H桥电路包括NPN管Q1、PNP管Q2、NPN管Q3、PNP管Q4；

所述NPN管Q1的基极和PNP管Q2的基极均与第一电压比较电路的第一输出端连接，所述NPN管Q1的集电极与VCC端连接，所述PNP管Q2的发射极与NPN管Q1的发射极连接，所述PNP管Q2的集电极接地；

所述NPN管Q3的基极和PNP管Q4的基极均与第一电压比较电路的第二输出端连接，所述NPN管Q3的集电极与VCC端连接，所述PNP管Q4的发射极与NPN管Q3的发射极连接，所述PNP管Q4的集电极接地；

所述线圈组一端与NPN管Q1的发射极连接，另一端与NPN管Q3的发射极连接。

6.根据权利要求1中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，还包括第三霍尔传感器J3、第二电压比较器U5A、电源接头和PNP管Q5，所述第三霍尔传感器J3的输出端与第二电压比较器U5A的正向输入端连接，所述第二电压比较器U5A的反向输入端接地，所述第二电压比较器U5A的输出端与PNP管Q5的基极连接，所述电源接头的输出端1与PNP管Q5的发射极连接，所述PNP管Q5的集电极作为电源电路的VCC端。

7.根据权利要求6中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，还包括第二稳压器U3，所述第二稳压器U3的VI引脚与电源接头的输出端连接，所述第二稳压器U3的GND端接地，所述第二稳压器U3的VO引脚与第三霍尔传感器J3的VCC端连接。

8.根据权利要求6中所述的一种磁悬浮驱动电路，其特征在于，还包括发光二极管D9、电阻R0，所述发光二极管D9的阳极串联电阻R0后与PNP管Q5的集电极连接，所述发光二极管D9的阴极接地。