一种悬浮摆件的制作方法

1.本实用新型涉及一种悬浮摆件。


背景技术：

2.磁悬浮摆件是一款斥力型悬浮产品。摆件可实现悬浮参数的自动调整，维持长时间稳定地悬浮。该摆件还可作为公司文化产品的一环，用于企业宣传，推广磁悬浮理念，提升品牌形象。而现有的磁悬浮摆件普遍存在悬浮稳定性差、悬浮时间短的弊端，进而导致其在现阶段难以被普及和应用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种悬浮摆件。
4.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种悬浮摆件，包括：底座，浮子；
5.所述底座包括：壳体，安装在所述壳体内的控制单元，在所述控制单元上设置的至少一个用于提供悬浮磁场的磁体，在所述控制单元上设置的用于提供可变磁力并控制所述浮子悬浮位置稳定的电磁组件，在所述控制单元上设置的用于感应水平方向和竖直方向磁力变化的传感器组件；
6.所述浮子中设置有用于提供磁力的浮子磁体。
7.根据本实用新型的一个方面，所述传感器组件包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器；
8.所述第一传感器和所述第二传感器用于测量水平方向的磁力变化，且所述第一传感器和所述第二传感器的测量方向是相互垂直的；
9.所述第三传感器用于感应竖直方向上是否存在所述浮子，或者，所述第三传感器用于感应竖直方向上是否存在所述浮子，以及测量竖直方向上磁力的变化。
10.根据本实用新型的一个方面，所述电磁组件包括：第一电磁结构和第二电磁结构；
11.所述第一电磁结构和所述第二电磁结构分别用于调整所述浮子在水平方向上所受到的磁力，且所述第一电磁结构和所述第二电磁结构对所述浮子所受磁力的调整方向是相互交叉的。
12.根据本实用新型的一个方面，所述第一电磁结构包括：第一电磁发生器和第二电磁发生器；
13.所述第一电磁发生器和所述第二电磁发生器在所述控制单元上对称布置；
14.所述第二电磁结构包括：第三电磁发生器和第四电磁发生器；
15.所述第三电磁发生器和所述第四电磁发生器在所述控制单元上对称布置；
16.所述第一电磁发生器和第二电磁发生器的连线方向与所述第三电磁发生器和所述第四电磁发生器的连线方向相互垂直的设置。
17.根据本实用新型的一个方面，所述第一传感器位于所述第一电磁发生器和第二电磁发生器的连线方向上，且处于所述第一电磁发生器和第二电磁发生器之间；
18.所述第二传感器位于所述第三电磁发生器和所述第四电磁发生器连线方向上，且处于所述第三电磁发生器和所述第四电磁发生器之间。
19.根据本实用新型的一个方面，所述第一传感器、所述第二电磁发生器、所述第三传感器相邻设置，且处于所述浮子的下方。
20.根据本实用新型的一个方面，所述控制单元包括：pcb板，连接在所述pcb板上的电源模块、传感器连接器、放大电路、单片机、驱动芯片、输出连接器；
21.所述传感器连接器、所述放大电路、所述单片机、所述驱动芯片、所述输出连接器依次连接；
22.所述传感器连接器与所述第一传感器、第二传感器和第三传感器相连接；
23.所述输出连接器与所述第一电磁发生器和第二电磁发生器相连接。
24.根据本实用新型的一个方面，所述磁体为一个呈环形的电磁铁或永磁铁；或者，所述磁体为多个独立的电磁铁或永磁铁，呈环形等间隔的分布设置。
25.根据本实用新型的一个方面，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器均为线性霍尔传感器。
26.根据本实用新型的一个方面，所述放大电路包括：轨至轨运算放大器和双运算放大器；
27.所述轨至轨运算放大器用于采集所述第一传感器和第二传感器的输出电压并放大处理后限幅输出；
28.所述双运算放大器用于采集所述第三传感器的输出电压并基于所述轨至轨运算放大器的输出进行跟随限幅处理后输出。
29.根据本实用新型的一种方案，本实用新型的悬浮摆件体积小巧使用方便，通过将浮子和底座可分离设置的方式，方便了悬浮摆件的运输、携带，在需要进行悬浮使用时将浮子拆下即可，不使用时将浮子放置在底座上即可。此外，在本方案中通过额外的磁体提供稳定的悬浮磁场，在结合电磁组件的调节作用即可实现浮子的悬浮稳定，不仅实现了稳定悬浮的效果，还具有耗能低持久保持的能力。
30.根据本实用新型的一种方案，将多个传感器集中设置的方式极大的减小了传感器布置的空间，且将多个传感器均布置在了磁场的中间位置，这样在使得各传感器能够更加准确且灵活的感知浮子与底座之间的磁力变化，实现对浮子位置的精准、稳定控制。
31.根据本实用新型的一种方案，采用线性的霍尔传感器更加方便的采集单一方向上的磁力变化，以及输出更加稳定的测量信号，对保证本实用新型的控制精度和控制稳定性、持久性有益。
附图说明
32.图1是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的悬浮摆件的结构图；
33.图2是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的底座中结构布置的俯视图；
34.图3是示意性表示根据本实用新型的另一种实施方式的底座中结构布置的俯视图；
35.图4是示意性表示根据本实用新型的另一种实施方式的底座中结构布置的俯视图；
36.图5是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的控制单元的结构图；
37.图6是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的放大电路的结构及信号输出图；
38.图7是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的驱动芯片的结构图。
具体实施方式
39.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
40.在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
41.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
42.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的一种悬浮摆件，包括：底座1，浮子2。在本实施方式中，浮子2与底座1可分离的设置，在浮子2不需要进行悬浮时，可以将其放置在底座上，而底座上同样会有一个放置浮子的凹槽，该凹槽的形状与浮子的外形是相一致的，这样可以保证浮子位置的固定和准确。而当浮子2需要悬浮时，浮子可离开底座悬浮在底座的上方。在本实施方式中，底座1包括：壳体11，安装在壳体11内的控制单元12，在控制单元12上设置的至少一个用于提供悬浮磁场的磁体13，在控制单元12上设置的用于提供可变磁力并控制浮子2悬浮位置稳定的电磁组件14，在控制单元12上设置的用于感应水平方向和竖直方向磁力变化的传感器组件15。在本实施方式中，浮子2中设置有用于提供磁力的浮子磁体。
43.在本实施方式中，底座1中通过磁体13提供一个稳定的悬浮磁场，而在浮子上具有浮子磁体的情况下，可为浮子的初始悬浮状态提供条件，由于浮子在仅受到磁体13的磁力的情况下，其位置是不可控的，进而通过设置的电磁组件14用于调整水平方向上的磁力，以实现浮子在二维平面上的位置稳定。
44.通过上述设置，本实用新型的悬浮摆件体积小巧使用方便，通过将浮子和底座可分离设置的方式，方便了悬浮摆件的运输、携带，在需要进行悬浮使用时将浮子拆下即可，不使用时将浮子放置在底座上即可。此外，在本方案中通过额外的磁体提供稳定的悬浮磁场，在结合电磁组件14的调节作用即可实现浮子的悬浮稳定，不仅实现了稳定悬浮的效果，还具有耗能低持久保持的能力。
45.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，传感器组件15包括：第一传感器151、第二传感器152和第三传感器153。在本实施方式中，第一传感器151和第二传感器152用于测量水平方向的磁力变化，且第一传感器151和第二传感器152的测量方向是相互垂直的；其中，第一传感器151用于测量x方向的磁力变化，第二传感器15用于测量y方向的
磁力变化。具体的，由于浮子是在磁体13上方处于悬浮状态的，而若要保持浮子能够在上方固定位置处于稳定状态而不会左右移动，则需要在磁体13所提供的悬浮磁场中浮子在水平方向(即x方向和y方向)上所受到的磁力是平衡的。因此，当浮子在水平方向上的磁力在发生改变时，第一传感器151和第二传感器152可分别在对应的方向上检测出磁力的变化，以电信号的方式传输至控制单元12，在控制单元12对信号进行处理后发出控制信号以驱动相应的电磁组件14调整浮子在水平方向上的磁力，使其重新保持稳定。
46.在本实施方式中，第三传感器153用于感应竖直方向上是否存在浮子2。当然，在实际应用中，第三传感器153在起到感应竖直方向上是否存在浮子2的作用之外，还可以测量竖直方向上磁力的变化，根据所测量的磁力大小信号发送至控制单元12，通过控制单元12进一步调整电磁组件14所产生的磁力的大小，以保证浮子在水平方向上磁力平衡的状态下，调整浮子在竖直方向的高度，实现浮子在悬浮状态下的上下移动，进而展示动态效果。
47.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，电磁组件14包括：第一电磁结构141和第二电磁结构142。在本实施方式中，第一电磁结构141和第二电磁结构142分别用于调整浮子2在水平方向上所受到的磁力，且第一电磁结构141和第二电磁结构142对浮子2所受磁力的调整方向是相互交叉的。
48.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，第一电磁结构141包括：第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b；其中，第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b在控制单元12上对称布置。在本实施方式中，第二电磁结构142包括：第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b；其中，第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b在控制单元12上对称布置。在本实施方式中，第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b的连线方向与第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b的连线方向相互垂直的设置。其中，第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b、第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b沿环形等间隔的设置，即各传感器是均布设置的，进而各电磁发生器距离中间位置的距离均是相等的，以实现对浮子在水平位置的准确控制有益。
49.在本实施方式中，电磁发生器141a、141b、142a、142b的结构是相同的，其包括：线圈和铁芯。在本实施方式中，铁芯为圆柱状，线圈缠绕在铁芯上设置。在本实施方式中，电磁发生器141a、141b、142a、142b均是竖直设置的，即铁芯垂直的固定在控制单元12上，其一端与控制单元12固定，另一端朝着远离控制单元12的方向延伸。
50.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，第一传感器151位于第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b的连线方向上，且处于第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b之间。第二传感器152位于第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b连线方向上，且处于第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b之间。
51.在本实施方式中，在第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b是用于调整x方向的磁力的，而由于处在磁体13的磁场范围内，进而，在浮子需要保持稳定时，第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b和磁体13在x轴方向上施加在浮子上的磁力应当是平衡的。因此，将第一传感器151设置在第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b之间，且处在第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b的连线方向上，这样在浮子处于恒定时，处在磁体13的磁场范围内的第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b之间的磁力也为平衡的，此时,通过上述设置的第一传感器151可准确感应第一电磁发生器141a、第二电磁发生器
141b、磁体13磁场之间的磁场变化即可实现在x轴方向上对浮子所受的磁力进行准确的感应，而不需要对浮子进行测试，极大的降低了本方案中对浮子所受磁力的测量难度，而且还可方便的将传感器、电磁组件、磁体等结构集合在较小的范围内，降低了底座的尺寸和结构难度。同样的，将第二传感器152设置在第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b之间，且处在第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b的连线方向上，这样在浮子处于恒定时，处在磁体13的磁场范围内的第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b之间的磁力也为平衡的，此时，通过上述设置的第二传感器152可准确感应第三电磁发生器142a、第四电磁发生器142b、磁体13磁场之间的磁场变化即可实现在y轴方向上对浮子所受的磁力进行准确的感应，而不需要对浮子进行测试，极大的降低了本方案中对浮子所受磁力的测量难度，而且还可方便的将传感器、电磁组件、磁体等结构集合在较小的范围内，降低了底座的尺寸和结构难度。
52.结合图1和图2所示，根据本实用新型的一种实施方式，第一传感器151、第二电磁发生器141b、第三传感器153相邻设置，且处于浮子2的下方。在本实施方式中，第一传感器151、第二电磁发生器141b、第三传感器153相邻的处于磁发生器所围成的环形范围内的中间位置。
53.通过上述设置，将多个传感器集中设置的方式极大的减小了传感器布置的空间，且将多个传感器均布置在了磁场的中间位置，这样在使得各传感器能够更加准确且灵活的感知浮子与底座之间的磁力变化，实现对浮子位置的精准、稳定控制。
54.根据本实用新型的一种实施方式，第一传感器151、第二传感器152和第三传感器153均为线性霍尔传感器。
55.通过上述设置，采用线性的霍尔传感器更加方便的采集单一方向上的磁力变化，以及输出更加稳定的测量信号，对保证本实用新型的控制精度和控制稳定性、持久性有益。
56.如图5所示，根据本实用新型的一种实施方式，控制单元12包括：pcb板121，连接在pcb板121上的电源模块122、传感器连接器123、放大电路124、单片机125、驱动芯片126、输出连接器127。在本实施方式中，传感器连接器123、放大电路124、单片机125、驱动芯片126、输出连接器127依次连接；传感器连接器123与第一传感器151、第二传感器152和第三传感器153相连接；输出连接器127与第一电磁发生器141a和第二电磁发生器141b相连接。
57.在本实施方式中，电源模块122通过电源连接器与外部的电源相连接，用于对其他结构进行稳定供电。
58.在本实施方式中，放大电路124用于采集三个方向的传感器输出的磁场电压信号，并将其放大调整到可供单片机125进行a/d转换的电压范围内。
59.在本实施方式中，单片机125接收放大电路所输出的电压信号将其进行a/d转换，并输出相应占空比的pwm信号。
60.在本实施方式中，单片机125上还设置有串口、jtag测试接口，通过串口和jtag测试接口与外部设备的连接可实现对本实用新型进行测试，保证本实用新型的使用稳定性。
61.在本实施方式中，驱动芯片126根据单片机输出的pwm信号输出控制电磁组件14的线圈电流，以控制浮子2的稳定悬浮状态。
62.如图2、图3所示，根据本实用新型的一种实施方式，磁体13为多个独立的电磁铁或永磁铁，呈环形等间隔的分布设置。在本实施方式中，磁体13可设置为四个柱状结构，其竖
直的在控制单元12上呈环形阵列，且两两相对的实现对称布置，这样在环形区域内也可形成一个均布的恒定磁场。在本实施方式中，在环形区域的径向磁体13可设置在电磁组件14的外侧(参见图3)，也可以在环形区域的周向将磁体13设置在相邻的磁发生器之间(参见图2)。此外，磁体的设置数量还可以根据实际需要进行设置，例如将其设置为3个、5个、6个等。
63.通过上述设置，将尺寸大小等结构一致的磁体均匀的排布，可有效的在底座上形成一个供浮子漂浮的稳定磁场，有效的保证了浮子在初始状态的悬浮可靠，进而也方便电磁组件的准确调节，极大的提高了本实用新型的调节精度和悬浮的持久度。
64.如图4所示，根据本实用新型的另一种实施方式，磁体13为一个呈环形的电磁铁或永磁铁；在本实施方式中，磁体13整体呈连续的环状结构，进而其可以将电磁组件14和传感器组件15设置在磁体13的环形区域内，这样可有效实现磁体13磁场在周围的均衡分布，进而对提高电磁组件的调节精度和稳定性有利，以及对保证传感器组件15的感应精度有益。
65.结合图5和图6所示，根据本实用新型的一种实施方式，放大电路124包括：轨至轨运算放大器和双运算放大器。在本实施方式中，轨至轨运算放大器用于采集第一传感器151和第二传感器152的输出电压并放大处理后限幅输出；双运算放大器用于采集第三传感器153的输出电压并基于轨至轨运算放大器的输出进行跟随限幅处理后输出。
66.为进一步说明本方案，结合附图对本方案做进一步举例说明。
67.结合图1和图2所示，本实用新型的悬浮摆件包括位于下方的底座1和位于底座上方的浮子2。在本实施方式中，浮子2可采用圆形浮子，其尺寸和质量可根据实际需要进行设置，其中，浮子2可以整体设置为磁性的，也可以是在外侧设置壳体，壳体内部嵌入提供磁性的浮子磁体所实现。
68.在本实施方式中，底座1的壳体11的形状可根据需要进行相应的设置，而其内部空间则需要满足容纳控制单元12、磁体13、电磁组件14、传感器组件15等结构。
69.在本实施方式中，控制单元12包括：pcb板121，连接在pcb板121上的电源模块122、传感器连接器123、放大电路124、单片机125、驱动芯片126、输出连接器127。其中，传感器连接器123、放大电路124、单片机125、驱动芯片126、输出连接器127依次连接的设置。同时，磁体13、电磁组件14、传感器组件15均可支撑在pcb板121上。
70.在本实施方式中，磁体13为四个柱状结构的永磁体，且呈环形的阵列设置在pcb板121上，传感器组件15中的第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b，第三电磁发生器142a、第四电磁发生器142b也分别相互对称的设置在pcb板121上。同时，磁体13设置在相邻的磁发生器之间设置。
71.在本实施方式中，传感器组件15中的第一传感器151、第二传感器152、第三传感器153均采用ah3503线性霍尔传感器，输入电压为5v，工作电流为9ma，需要三个传感器对x、y、z三个方向磁场进行采样。x、y方向用于线圈电流控制，z方向用于检测是否有浮子存在。其中，当浮子不存在时，第三传感器153感应的磁场强度为零，各传感器的输出均为2.5v电压信号。而当浮子存在时，第三传感器153感应的磁场强度不为零，进而，当浮子在稳定悬浮位置，沿x或y方向有一定偏离时，x方向(第一传感器151)或y方向(第二传感器152)的输出电压会在2.5v上下范围波动，例如2.5
±
0.2v。
72.进一步的，结合图5和图6所示，通过放大电路124中的轨至轨运算放大器(例如tlc2252轨对轨运算放大器(用双电源供电(
±
5v))，将x、y方向输入的2.5
±
0.2v电压放大
至单片机可处理的范围后限幅输出，另外，通过放大电路124中的双运算放大器用(例如，lm358放大器)将z方向的输入电压跟随限幅之后输出。
73.在本实施方式中，磁浮摆件工作时，磁体13施加给与其极性相反的浮子斥力使其浮起，此时，传感器即可实时检测在x和y方向上的磁力变化，进而通过输出的信号以通过上述电路驱动电磁线圈调整浮子的位置，即在二维平面上，第一电磁发生器141a、第二电磁发生器141b的两个线圈控制x 和x-，另外，第三电磁发生器142a和第四电磁发生器142b两个线圈控制y 和y-。例如，当浮子往左偏时，左边线圈产生排斥力，右边线圈产生吸引力，使得浮子始终处于平衡点位置。当浮子向多个方向偏移时，多个线圈则同时动作以调整浮子的平衡点位置。
74.在本实施方式中，单片机125可采用gd32e230c8t6芯片作为主控芯片，输入电压3.3v，m3核，主频72mhz,可产生三路互补的pwm信号，可调死区时间。在本实施方式中，单片机125将放大电路124处理过的传感器电压信号进行模数转换，并输出两路pwm控制驱动芯片126输出电流，控制电磁线圈磁场。
75.在本实施方式中，如图7所示，驱动芯片126采用rz7899芯片，两片芯片根据单片机给出的pwm信号，输出相应的电流，控制x、y两个方向电磁线圈磁场。电源供电范围3.0v～25v。在本实施方式中，可在pcb板上安装驱动芯片126的5,6,7,8脚的位置设置外布散热铜片，以保证驱动芯片具有良好的散热效果和稳定的工作性能。
76.上述内容仅为本实用新型的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
77.以上所述仅为本实用新型的一个方案而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。