专利名称：基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种餐桌转盘，尤其是一种基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，属 于电磁驱动的餐桌电动转盘技术的应用领域。
背景技术：
现有的餐桌转盘基本都是手推的，而在为数不多的电动式餐桌转盘中，无论使用何种方法，都是用直流或交流电机作为执行机构直接或间接地驱动转盘旋转的，由于加入电机的缘故，许多设计方法使得转盘体积变大，不美观实用，更重要的是不同的设计思路对旋转电机的要求也不一样，因此增加了成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其结构简单紧凑，使用成本低，转动控制精度高，适应范围广，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，所述基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，包括底座及位于所述底座上的转盘本体；所述转盘本体与底座之间设有轨道环，所述轨道环位于底座上，且轨道环上设有若干均匀分布的钢珠，转盘本体通过钢珠设置于底座的上方，并能通过钢珠在底座上转动；所述轨道环的内侧设置若干环形凹铁芯，所述环形凹铁芯位于底座上，环形凹铁芯内嵌置有三相线圈绕组，所述三相线圈绕组与旋转控制器电连接，所述旋转控制器与开关电连接；环形 凹铁芯的上方设有适量的N极与S极相间的凸极式永磁体，所述永磁体固定安装于转盘本体的下表面；旋转控制器根据开关输入的开关信号控制三相线圈绕组的导通，三相绕组中通入在时间上对称的三相交流电流时，产生的气隙磁场在空间成正弦分布，沿环形凹铁芯方向形成行波磁场，以使得行波磁场与永磁体配合产生的作用力推动转盘本体在底座上转动。所述三相线圈绕组采用Y形连接。所述旋转控制器包括与三相线圈绕组连接的主电路，所述主电路与主驱动电路电连接，所述主驱动电路与处理控制电路的输出端连接，所述处理控制电路与开关驱动电路的输出端连接。所述主电路包括整流电路及全桥逆变电路，所述整流电路包括第七二极管，所述第七二极管的阳极端与第十二极管的阴极端连接，第七二极管的阴极端与第八二极管的阴极端、第九二极管的阴极端以及第一电感的第一端连接，第十二极管的阳极端与第十一二极管的阳极端及第十二二极管的阳极端连接，第十一二极管的阴极端与第八二极管的阳极端连接，第十二二极管的阴极端与第九二极管的阳极端连接；第一电感的第二端与第一电容的一端及全桥逆变电路中第一 MOS管的漏极端连接，第一电容的另一端与第十二二极管的阳极端及全桥逆变电路中的第四MOS管的源极端连接；
第四MOS管的漏极端与第一 MOS管的源极端连接，第四MOS管的源极端与第六MOS管的源极端及第二 MOS管的源极端连接，第三MOS管的漏极端与第一 MOS管的漏极端及第五MOS管的漏极端连接，第六MOS管的漏极端与第三MOS管的源极端连接，第二 MOS管的漏极端与第五MOS管的源极端连接，第一 MOS管的栅极端、第二 MOS管的栅极端、第三MOS管的栅极端、第四MOS管的栅极端、第五MOS管的栅极端及第六MOS管的栅极端分别与主驱动电路对应的输出端连接；第一 MOS管的源极端与三相线圈绕组中第一绕组的一端连接，第三MOS管的源极端与三相线圈绕组中第二绕组的一端连接，第五MOS管的源极端与三相线圈绕组中第三绕组的一端连接，第一绕组的另一端、第二绕组的另一端及第三绕组的另一端相互连接。
所述第一 MOS管的漏极端与第一二极管的阴极端连接，第一二极管的阳极端与第一 MOS管的源极端连接，第二 MOS管的漏极端与第二二极管的阴极端连接，第二二极管的阳极端与第二 MOS管的源极端连接，第三MOS管的漏极端与第三二极管的阴极端连接，第三二极管的阳极端与第三MOS管的源极端连接；第四MOS管的漏极端与第四二极管的阴极端连接，第四二极管的阳极端与第四MOS管的源极端连接，第五MOS管的漏极端与第五二极管的阴极端连接，第五二极管的阳极端与第五MOS管的源极端连接，第六MOS管的漏极端与第六二极管的阴极端连接，第六二极管的阳极端与第六MOS管的源极端连接。所述主驱动电路包括光电二极管模块，所述光电二极管模块左侧的阳极端与3.3V电源连接，光电二极管模块左侧的阴极端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与处理控制电路的输出端连接，光电二极管模块右侧的集电极端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与5V电压连接，光电二极管模块右侧的发射极端接地，且光电二极管模块右侧的发射极端与主电路连接。所述永磁体采用凸极式永磁体。所述凸极式永磁体可采用环形导电金属板。本发明的优点:在底座与转盘本体间设置轨道环，转盘本体通过轨道环上的钢珠支撑在底座上，转盘本体上设置N极、S极相间的永磁体，所述永磁体与下方的三相线圈绕组对应，在通电后可通过电磁感应原理来产生电磁推力，从而使转盘本体因钢珠在轨道环上滚动而旋转，结构简单，无需使用旋转电机驱动，缩小了电动类转盘的结构体积，灵活、实用、省力、省空间、定位准、美观大方，使用成本低，转动控制精度高，适应范围广，安全可靠。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明永磁体与三相线圈绕组配合的示意图。图3为本发明旋转控制器的结构框图。图4为本发明旋转控制器内的主电路的电路原理图。图5为本发明旋转控制器内主驱动电路的电路示意图。图6为本发明旋转控制器内处理控制电路的示意图。图7为本发明开关驱动电路的示意图。附图标记说明:1_转盘本体、2-底座、3-轨道环、4-钢珠、5-环形凹铁芯、6-三相线圈绕组、7-永磁体、8-旋转控制器、9-开关、10-开关驱动电路、11-处理控制电路、12-主驱动电路及13-主电路。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示:为了能够代替常规电机驱动转盘旋转结构，本发明包括底座2及位于所述底座2上的转盘本体I ;所述转盘本体I与底座2之间设有轨道环3，所述轨道环3位于底座2上，且轨道环3上设有若干均匀分布的钢珠4，转盘本体I通过钢珠4设置于底座2的上方，并能通过钢珠4在底座2上转动；所述轨道环3的内侧设置若干环形凹铁芯5，所述环形凹铁芯5位于底座2上，环形凹铁芯5内嵌置有三相线圈绕组6，所述三相线圈绕组6与旋转控制器8电连接，所述旋转控制器8与开关9电连接；环形凹铁芯5的上方设有N极、S极相间的永磁体7,所述永磁体7固定安装于转盘本体I的下表面；旋转控制器8根据开关9输入的开关信号控制三相线圈绕组6的导通，以使得三相线圈绕组6与永磁体7配合产生的作用力推动转盘本体I在底座2上转动。具体地，所述三相线圈绕组6采用Y形连接，永磁体7采用凸极式永磁体。钢珠4用于支撑和带动转盘本体I的转动，旋转控制器8根据开关9输入的开关信号选择相应的动作，即旋转控制器8根据开关9的开关信号控制三相线圈绕组6的导通状态，由电磁感应原理知道，三相线圈绕组6上产生行波磁场，所述行波磁场与永磁体7之间产生磁力，所述磁力能推动转盘本体I在底座2上方的转动。开关9可以设置在底座2上，开关9设置的数量应根据餐桌的位置及就餐人员数量匹配。环形凹铁芯5 (为3的倍数)数或设置的永磁体7磁极对数越多，控制转盘本体I转动的精度越高，可以驱动转盘本体I如同步进电机旋转驱动，也可以单步转 动。转盘本体I的转动速率由磁极切换频率决定。如图3所示:所述旋转控制器8包括与三相线圈绕组6连接的主电路13，所述主电路13与主驱动电路12电连接，所述主驱动电路12与处理控制电路11的输出端连接，所述处理控制电路11与开关驱动电路10的输出端连接。当电路开始工作，由就餐人员按开关9来控制转盘运动，开关信号产生后，经开关驱动电路10输入到处理控制电路11，处理控制电路11接收到开关信号后，发出PWM脉冲信号给主驱动电路12，主驱动电路12产生的驱动信号对主电路13输入的三相交流电压进行调制，调制后再将其输入到三相线圈绕组6中产生行波磁场驱动转盘本体I旋转。如图4所示:所述主电路13包括整流电路及全桥逆变电路，所述整流电路包括第七二极管D7，所述第七二极管D7的阳极端与第十二极管DlO的阴极端连接，第七二极管D7的阴极端与第八二极管D8的阴极端、第九二极管D9的阴极端以及第一电感LI的第一端连接，第十二极管DlO的阳极端与第十一二极管Dll的阳极端及第十二二极管D12的阳极端连接，第十一二极管Dll的阴极端与第八二极管D8的阳极端连接，第十二二极管D12的阴极端与第九二极管D9的阳极端连接；第一电感LI的第二端与第一电容Cl的一端及全桥逆变电路中第一 MOS管VTl的漏极端连接，第一电容Cl的另一端与第十二二极管D12的阳极端及全桥逆变电路中的第四MOS管VT4的源极端连接；
第四MOS管VT4的漏极端与第一 MOS管VTl的源极端连接，第四MOS管VT4的源极端与第六MOS管VT6的源极端及第二 MOS管VT2的源极端连接，第三MOS管VT3的漏极端与第一 MOS管VTl的漏极端及第五MOS管VT5的漏极端连接，第六MOS管VT6的漏极端与第三MOS管VT3的源极端连接，第二 MOS管VT2的漏极端与第五MOS管VT5的源极端连接，第一 MOS管VTl的栅极端、第二 MOS管VT2的栅极端、第三MOS管VT3的栅极端、第四MOS管VT4的栅极端、第五MOS管VT5的栅极端及第六MOS管VT6的栅极端分别与主驱动电路12对应的输出端连接；第一 MOS管VTl的源极端与三相线圈绕组6中第一绕组的一端连接，第三MOS管VT3的源极端与三相线圈绕组6中第二绕组的一端连接，第五MOS管VT5的源极端与三相线圈绕组6中第三绕组的一端连接，第一绕组的另一端、第二绕组的另一端及第三绕组的另一端相互连接。第一 MOS管VTl的栅极端为Ql端、第二 MOS管VT2的栅极端为Q2端，第三MOS管VT3的栅极端为Q3端，第四MOS管VT4的栅极端为Q4，第五MOS管VT5的栅极端为Q5及第六MOS管VT6的栅极端为Q6。所述第一 MOS管VTl的漏极端与第一二极管Dl的阴极端连接，第一二极管Dl的阳极端与第一 MOS管VTl的源极端连接，第二 MOS管VT2的漏极端与第二二极管D2的阴极端连接，第二二极管D2的阳极端与第二 MOS管VT2的源极端连接，第三MOS管VT3的漏极端与第三二极管D3的阴极端连接，第三二极管D3的阳极端与第三MOS管VT3的源极端连接；第四MOS管VT4的漏极端与第四二极管D4的阴极端连接，第四二极管D4的阳极端与第四MOS管VT4的源极端连接，第五MOS管VT5的漏极端与第五二极管D5的阴极端连接，第五二极管D5的阳极端与第五MOS管VT5的源极端连接，第六MOS管VT6的漏极端与第六二极管D6的阴极端连接，第六二极管D6的阳极端与第六MOS管VT6的源极端连接。使用时，第七二极管D7的阳极端及第十二极管的阴极端与三相电源中的Al相连接，第八二极管D8的阳极端及第十一二极管Dll的阴极端与三相电源中的A2相连接，第九二极管D9的阳极端及第十二二极管D12的阴极端与三相电源中的A3连接，三相线圈绕组6中第一绕组为U相、第二绕组为V相，第三绕组为W相，全桥逆变电路将逆变后的三相交流电输入到底座2的三相线圈绕组6中，跟据全桥逆变电路中的第一 MOS管VT1、第二 MOS管VT2、第三MOS管VT3、第四MOS管VT4、第五MOS管VT5及第六MOS管VT6的触发导通而调整输出电压、频率，从而实现三相线圈绕组6内电流变化，产生相应的行波磁场。如图5所示:从图4中可知，主电路中包括第一 MOS管VT1、第二 MOS管VT2、第三MOS管VT3、第四MOS管VT4、第五MOS管VT5及第六MOS管VT6，即主电路13中包含了六个驱动控制端，驱动控制端为QfQ6需要分别驱动信号。本发明实施例中，以Ql端的驱动控制为例进行说明，Q2 Q6端的驱动控制与Ql端的实施方式类同。所述主驱动电路12包括光电二极管模块Ul，所述光电二极管Ul模块左侧的阳极端与3.3V电源连接，光电二极管Ul模块左侧的阴极端 与第一电阻Rl的一端连接,第一电阻Rl的另一端与处理控制电路11的输出端连接，光电二极管模块Ul右侧的集电极端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与5V电压连接，光电二极管模块Ul右侧的发射极端接地，且光电二极管模块Ul右侧的发射极端与主电路13连接。第一电阻Rl的另一端与处理控制电路11中单片机的P2.1端连接，光电二极管模块Ul用于实现信号的隔离，确保处理控制电路11与主电路13之间的安全，光电二极管模块Ul包括发光二极管部分以及与所述发光二极管部分配合的光电三极管，光电二极管模块Ul右侧发射极与Ql端连接。当P2.1端输出的电压由高电平变为低电平时，发光二极管模块Ul的发光二极管部分导通，致使Ql端电压上升，从而触发第一 MOS管VTl导通，完成信号传递，第一电阻Rl及第二电阻R2分别能够实现保护光电二极管模块Ul及实现分压的作用。如图6所示:为处理控制电路11的电路原理图。处理控制电路11包括单片机，所述单片机采用型号为MSP430F149的单片机，Yl是为单片机提供频率的8M晶体振荡器，两端分别接至单片机的XT2IN和XTEOUT端口 ；单片机的DVCC和DVSS分别是数字电源的正负输入端，DVCC端接3.3V的电压，DVSS端接地；为了防止意外故障，外围电路还设置了开关S3与电阻R13共同组成复位电路，单片机的/RST端口接开关S3自复位按键和电阻R13，开关S3另一端接地，电阻R13另一端接3.3V电源，正常情况下端口是高电平，在必要时候按下开关S3，对控制电路进行复位。单片机的Pl.1与Pl.2两个端口接开关驱动电路10，接收开关信号来执行相关指令，P2.1-P2.6分别接到如附图5所示的驱动电路中，发出PWM信号给主驱动电路12对主电路13的电压进行调制。单片机MSP430F149接收到开关9的选择信号后，单片机输出信号触发导通主电路逆变部分的第一 MOS管VTl-第六MOS管VT6管引脚，三相线圈绕组6中通入交流电，从而产生不同方向的行波磁场，由于凸极式永磁体7在行波磁场中，根据电磁感应原理，永磁体7在行波磁场中受切向力，又因为永磁体7固定在转盘本体I下表面,而转盘本体I是由钢珠4支撑的，因此转盘本体I在受力时由钢珠4带动旋转。如图7所示:为开关9及开关驱动电路10的电路图，单片机的Pl.1端口接电阻R15的一端和开关组SI左侧，电阻R15的另一端接地，开关组SI的左侧全部并联，所述开关组SI右侧也全部并联，且右侧接3.3V低压电源；单片机的Pl.2端口接至电阻R14的一端和开关组S2的左侧，电阻R14的另一端接地，开关组S2的左侧全部并联，右侧也全部并联，开关组S2右侧同样接3.3V低压电源。通过开关组S1、开关组S2内相应开关的开断就可以给单片机端口提供高低电平信号，所述单片机收到的开关信号有三种，点动和持续旋转信号从Pl.1端输入，由开关组SI实现；停止信号从Pl.2端输入，由开关组S2实现。由于一般圆桌就餐人员是10个，本发明实施例中，开关组SI及开关组S2共提供了 20个开关，桌子周边每个位子左手侧均匀分布二只按钮，SI组(绿色按钮)—如果持续按下超预定时间则转盘持续旋转，在预定时间内点动一下电机转一步，步矩由磁极对数决定；S2组(红色按钮)一转盘本体I启动后，按下此按钮切断磁场电源，转盘本体I停止旋转。本发明在底座2与转盘本体I间设置轨道环3，转盘本体I通过轨道环3上的钢珠4支撑在底座2上， 转盘本体I上设置N极、S极相间的凸极式永磁体，
所述凸极式永磁体 可米用环形导电金属板。所述永磁体7与下方的三相线圈绕组6对应，在通电后可通过电磁感应原理来产生电磁推力，从而使转盘本体I因钢珠4在轨道环3上滚动而旋转，结构简单，无需使用旋转电机驱动，缩小了电动类转盘的结构体积，灵活、实用、省力、省空间、定位准、美观大方，使用成本低，转动控制精度高，适应范围广，安全可靠。
权利要求
1.一种基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，包括底座(2)及位于所述底座(2)上的转盘本体(I);其特征是:所述转盘本体(I)与底座(2 )之间设有轨道环(3 )，所述轨道环(3 )位于底座(2)上，且轨道环(3)上设有若干均匀分布的钢珠(4)，转盘本体(I)通过钢珠(4)设置于底座(2)的上方，并能通过钢珠(4)在底座(2)上转动；所述轨道环(3)的内侧设置若干环形凹铁芯(5)，所述环形凹铁芯(5)位于底座(2)上，环形凹铁芯(5)内嵌置有三相线圈绕组(6)，所述三相线圈绕组(6)与旋转控制器(8)电连接，所述旋转控制器(8)与开关(9)电连接；环形凹铁芯(5)的上方设有N极、S极相间的凸极式永磁体(7)，所述永磁体(7)固定安装于转盘本体(I)的下表面；旋转控制器(8)根据开关(9)输入的开关信号控制三相线圈绕组(6)的导通，以使得三相线圈绕组(6)与永磁体(7)配合产生的作用力推动转盘本体(I)在底座(2 )上转动。
2.根据权利要求1所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述三相线圈绕组(6)采用Y形连接。
3.根据权利要求1所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述旋转控制器(8)包括与三相线圈绕组(6)连接的主电路(13)，所述主电路(13)与主驱动电路(12)电连接，所述主驱动电路(12 )与处理控制电路(11)的输出端连接，所述处理控制电路(11)与开关驱动电路(10)的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述主电路(13)包括整流电路及全桥逆变电路，所述整流电路包括第七二极管(D7)，所述第七二极管(D7)的阳极端与第十二极管(DlO)的阴极端连接，第七二极管(D7)的阴极端与第八二极管(D8)的阴极端、第九二极管(D9)的阴极端以及第一电感(LI)的第一端连接，第十二极管(DlO)的阳极端与第十一二极 管(Dll)的阳极端及第十二二极管(D12)的阳极端连接，第十一二极管(Dll)的阴极端与第八二极管(D8)的阳极端连接，第十二二极管(D12)的阴极端与第九二极管(D9)的阳极端连接；第一电感(LI)的第二端与第一电容(Cl)的一端及全桥逆变电路中第一 MOS管(VTl)的漏极端连接，第一电容(Cl)的另一端与第十二二极管(D12)的阳极端及全桥逆变电路中的第四MOS管(VT4)的源极端连接； 第四MOS管(VT4)的漏极端与第一 MOS管(VTl)的源极端连接，第四MOS管(VT4)的源极端与第六MOS管(VT6)的源极端及第二 MOS管(VT2)的源极端连接，第三MOS管(VT3)的漏极端与第一 MOS管(VTl)的漏极端及第五MOS管(VT5)的漏极端连接，第六MOS管(VT6)的漏极端与第三MOS管(VT3 )的源极端连接，第二 MOS管(VT2 )的漏极端与第五MOS管(VT5 )的源极端连接，第一 MOS管(VTl)的栅极端、第二 MOS管(VT2)的栅极端、第三MOS管(VT3)的栅极端、第四MOS管(VT4)的栅极端、第五MOS管(VT5)的栅极端及第六MOS管(VT6)的栅极端分别与主驱动电路(12)对应的输出端连接；第一 MOS管(VTl)的源极端与三相线圈绕组(6)中第一绕组的一端连接，第三MOS管(VT3)的源极端与三相线圈绕组(6)中第二绕组的一端连接，第五MOS管(VT5)的源极端与三相线圈绕组(6)中第三绕组的一端连接，第一绕组的另一端、第二绕组的另一端及第三绕组的另一端相互连接。
5.根据权利要求4所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述第一MOS管(VTl)的漏极端与第一二极管(Dl)的阴极端连接，第一二极管(Dl)的阳极端与第一 MOS管(VTl)的源极端连接，第二 MOS管(VT2)的漏极端与第二二极管(D2)的阴极端连接，第二二极管(D2)的阳极端与第二 MOS管(VT2)的源极端连接，第三MOS管(VT3)的漏极端与第三二极管(D3)的阴极端连接，第三二极管(D3)的阳极端与第三MOS管(VT3)的源极端连接；第四MOS管(VT4)的漏极端与第四二极管(D4)的阴极端连接，第四二极管(D4)的阳极端与第四MOS管(VT4)的源极端连接，第五MOS管(VT5)的漏极端与第五二极管(D5)的阴极端连接，第五二极管(D5)的阳极端与第五MOS管(VT5)的源极端连接，第六MOS管(VT6)的漏极端与第六二极管(D6)的阴极端连接，第六二极管(D6)的阳极端与第六MOS管(VT6)的源极端连接。
6.根据权利要求3所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述主驱动电路(12)包括光电二极管模块(U1)，所述光电二极管(Ul)模块左侧的阳极端与3.3V电源连接，光电二极管(Ul)模块左侧的阴极端与第一电阻(Rl)的一端连接，第一电阻(Rl)的另一端与处理控制电路(11)的输出端连接，光电二极管模块(Ul)右侧的集电极端与第二电阻(R2)的一端连接，第二电阻(R2)的另一端与5V电压连接，光电二极管模块(Ul)右侧的发射极端接地，且光电二极管模块(Ul)右侧的发射极端与主电路(13)连接。
7.根据权利要求1所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述永磁体(7)采用凸极式永磁体。
8.根据权利要求1所述的基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其特征是:所述凸极式永磁体采用环形导电金属板。
全文摘要
本发明涉及一种基于环形磁场驱动的餐桌电动转盘，其包括底座及转盘本体；转盘本体与底座之间设有轨道环，且轨道环上设有若干均匀分布的钢珠，转盘本体通过钢珠设置于底座的上方，并能通过钢珠在底座上转动；轨道环的内侧设置若干环形凹铁芯，环形凹铁芯位于底座上，环形凹铁芯内嵌置有三相线圈绕组，三相线圈绕组与旋转控制器电连接，旋转控制器与开关电连接；环形凹铁芯的上方设有N极、S极相间的凸极式永磁体，永磁体固定安装于转盘本体的下表面；旋转控制器根据开关输入的开关信号控制三相线圈绕组的导通，以使得三相线圈绕组与永磁体配合产生的作用力推动转盘本体在底座上转动。本发明结构简单紧凑，使用成本低，转动控制精度高，适应范围广，安全可靠。
文档编号A47G23/08GK103211466SQ20131015178
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者惠晶, 谢林利 申请人:江南大学