[发明专利]一种新型磁悬浮装置及实现浮子悬浮动态平衡的方法

说明书

本发明公开了一种新型磁悬浮装置及实现浮子悬浮动态平衡的方法，装置包括浮子和环形底座；环形底座包括一个环形永磁铁以及控制模块，控制模块包括一个三轴地磁传感器、一个中央控制单元、一个线圈驱动模块和若干个电磁线圈。本发明根据三轴地磁传感器的磁场强度检测底座上方是否有浮子悬浮，并估算浮子与基准点在X和Y方向上偏移量，从而调节相应的电磁线圈中的励磁电流，产生相应的纠偏电磁力，浮子回到基准位置。

技术领域

本发明涉及磁悬浮领域，更具体地涉及一种新型磁悬浮装置及实现浮子悬浮动态平衡的方法。

背景技术

现有的基于霍尔传感器的磁悬浮装置，检测浮子存在及其是否有偏移需要三个霍尔传感器和三个独立的控制电路，不仅所需元件数量多，而且对传感器的安装也非常严格，需要两两正交。再者，霍尔传感器的输出为模拟量，需要人工设置传感器的偏置点；因为工艺及电路的差异，偏置点需要三个电位器分别手工设置，并小心地与软件匹配。若采用开关型霍尔传感器，又很难准确确定临界值。

发明内容

为了解决上述传统磁悬浮装置中霍尔传感器的不足，本发明公开了一种基于三轴地磁传感器的磁悬浮装置。三轴地磁传感器是一种MEMs器件，可以同时测量X、Y、Z三维空间的地磁场，X、Y维磁场已事先调整为两两正交的关系，因此也可以合成出任意方向的磁场变化。工作中，浮子位于距离环形底座中心上方不同位置时，传感器测量的磁场相当于地磁场矢量上叠加了一个扰动。扰动的不同矢量值与传感器和浮子位置呈非线性关系，但有一一对应的关系，因此，根据检测到磁场的变化，电路可以感知到底座上方是否有浮子悬浮，并感知浮子的偏移，及时调整相应的线圈电流，产生相应的纠偏电磁力，消除X、Y轴上的偏移。

地磁传感器基于磁阻效应原理，具有价格低廉、结构简单、精度高、体积小、数字量输出、稳定性好等优点，而且，整个磁悬浮装置只需要一个三轴地磁传感器即可，替代了传统磁悬浮装置的三个霍尔传感器及调理电路，简化了电路，提高了电路稳定性。

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型磁悬浮装置及实现浮子悬浮动态平衡的方法，具体的技术方案如下：

一种新型磁悬浮装置，包括浮子和环形底座；所述环形底座包括一个环形永磁铁以及控制模块，所述控制模块包括一个三轴地磁传感器、一个中央控制单元、一个线圈驱动模块和若干个电磁线圈；所述三轴地磁传感器位于环形底座的正中央，电磁线圈沿着环形永磁铁的内表面均匀分布，用于采集其所在位置X、Y、Z三个方向的磁场强度；所述三轴地磁传感器、线圈驱动模块和电磁线圈分别与中央控制单元电连接；所述中央控制单元接收三轴地磁传感器采集的磁场强度信号，根据神经网络算法检测环形底座上方是否有浮子悬浮，并计算电磁线圈的纠偏方向和纠偏时间；线圈驱动模块分别与若干个电磁线圈电相联，中央控制单元根据计算结果，通过线圈驱动模块决定电磁线圈的通断情况。

上述电磁线圈有四个，四个电磁线圈沿着环形永磁铁的内表面均匀分布，并且两两分别串联成互相独立的两组线圈，沿着平面上的X、Y方向垂直排列。

优选地，浮子为含有永磁铁的悬浮物，底座和浮子之间产生的磁斥力与浮子的重力平衡，浮子悬浮在环形底座的正上方，高度由浮子的重量和磁场的磁力决定。

上述环形永磁铁是一个环形磁铁或者是由均匀排列成环形的多个永磁铁组成。

上述三轴地磁传感器的型号为HMC5983或QMC5883L或MAC3110。

上述线圈驱动模块由两对功率三极管或者集成的H桥电路构成。

上述中央控制单元为基于ARM架构的32位微控制器，型号为STM32F103。

一种实现浮子悬浮动态平衡的方法，利用上述的磁悬浮装置，包括如下步骤：

(1)、建立神经网络模型；

(2)、检测环形底座上方是否有浮子悬浮；有，则进入步骤(3)，无，则在步骤(2)等待；