阅读说明：本技术 悬浮开关装置 (Suspension switch device ) 是由 李良清 王晓冰 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：悬浮开关装置,包括：开关悬浮体,具有磁体；磁悬浮支持机构,用于支持开关悬浮体相对其处于稳定悬浮状态；开关霍尔传感器,当开关悬浮体处于稳定悬浮状态时,检测开关悬浮体的磁场强度并输出相应的场强信号；以及开关控制电路,接收开关霍尔传感器所输出的场强信号,并在场强信号超出设定值时产生相应的开关信号。本发明的悬浮开关装置可以应用于各种电器,只需通过对悬浮体施加简单的推压动作即可实现用电器件的开关切换功能,从而兼具便捷操作性和新奇性。(A floating switching device comprising: a switch suspension having a magnet; the magnetic suspension supporting mechanism is used for supporting the switch suspension body to be in a stable suspension state relative to the switch suspension body; the switch Hall sensor detects the magnetic field intensity of the switch suspension body and outputs a corresponding field intensity signal when the switch suspension body is in a stable suspension state; and the switch control circuit receives the field intensity signal output by the switch Hall sensor and generates a corresponding switch signal when the field intensity signal exceeds a set value. The suspension switch device can be applied to various electrical appliances, and the switch switching function of the electrical appliances can be realized only by applying simple pushing action on the suspension body, so that the suspension switch device has convenient operation and novelty.)

悬浮开关装置

技术领域

本发明总体涉及一种开关装置。

背景技术

现有开关装置各式各样，包括物理手动操作开关例如按键、翘板或触摸开关等，感控开关例如声控、温控开关等，以及时控开关等等。

对于某些应用场合，例如内置灯泡的磁悬浮地球仪或磁悬浮音箱来说，由于悬浮体在悬浮过程中通常会伴有旋转运动，这时操作其上设置的物理供电开关就会非常不便。如果采用常规的感控开关例如声控开关，其不但易受环境噪声干扰，而且已经基本不具有新颖操作感受。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电器的新颖开关装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种悬浮开关装置，其包括：

开关悬浮体，具有磁体；

磁悬浮支持机构，用于支持开关悬浮体相对其处于稳定悬浮状态；

开关霍尔传感器，当开关悬浮体处于稳定悬浮状态时，检测开关悬浮体的磁场强度并输出相应的场强信号；以及

开关控制电路，接收开关霍尔传感器所输出的场强信号，并在场强信号超出设定值时产生相应的开关信号。

根据本发明，上述设定值大于开关悬浮体正常稳定悬浮时所对应的扰动值。换言之，在没有人为施加干扰的情况下，开关悬浮体自身受正常空气环境扰动时，开关霍尔传感器检测并输出的场强信号要小于上述设定值。当对处于正常稳定悬浮状态下或大致悬浮基准位置的开关悬浮体施加强制干扰，例如通过简单轻压或轻推开关悬浮体偏开一段合适距离例如1-2mm，这时开关霍尔传感器检测并输出的场强信号就会大于或超出设定值。这种程度的推压通常不会超出或破坏由开关悬浮体和磁悬浮支持机构所组成的磁悬浮系统的自平衡恢复能力或调节能力。

根据本发明的一个具体实施例，磁悬浮支持机构与开关悬浮体可以形成磁斥型悬浮系统，例如开关悬浮体可稳定悬浮在磁悬浮支持机构上方预定基准位置。这种情况下，开关悬浮体的磁体为具有反向磁极的永磁铁，磁悬浮支持机构包括基本环形永磁铁、电磁线圈、磁性传感器组件以及控制器，磁悬浮支持机构的环形永磁铁与开关悬浮体的永磁铁形成基本斥力平衡磁场(通常具有水平自由度)，磁性传感器组件用于实时检测开关悬浮体的永磁铁相对磁悬浮支持机构的环形永磁铁的悬浮平衡位置偏移，控制器根据磁性传感器组件所检测的悬浮平衡位置偏移控制电磁线圈中流过相应的电流以将开关悬浮体的永磁铁返回其相对悬浮平衡位置。

在上述实施例中，磁性传感器组件可以包含水平分量霍尔传感器和垂直分量霍尔传感器。开关霍尔传感器与磁性传感器组件的垂直分量霍尔传感器优选为同一传感器。这种结构既减少了传感器数量，又简化了装置结构，同还有利于进行手动按压这种便捷操作。此外，开关霍尔传感器也可以为设置在任何其它合适位置的独立传感器例如霍尔传感器。

根据本发明的另一个具体实施例，磁悬浮支持机构与开关悬浮体可以形成磁吸型悬浮系统，例如开关悬浮体可以稳定悬浮在磁悬浮支持机构下方预定基准位置。这种情况下，开关悬浮体的磁体也可以为具有反向磁极的永磁铁，磁悬浮支持机构具有铁磁元件、电磁线圈以及磁性传感器，铁磁元件和开关悬浮体的永磁铁形成基本吸力平衡磁场(通常具有竖向或垂直自由度)，磁性传感器用于实时检测铁磁元件与开关悬浮体的永磁铁之间的悬浮平衡位置偏移，电磁线圈根据磁性传感器组件所检测的悬浮平衡位置偏移控制电磁线圈中流过相应的电流以将开关悬浮体的永磁铁返回其相对悬浮平衡位置。

在上述实施例中，开关霍尔传感器与磁悬浮支持机构的磁性传感器例如竖向霍尔传感器为同一传感器。

根据本发明，悬浮体可以设计为任何所需构型，例如合适大小的橡皮或打火机或地球仪或玩具或蓝牙音箱等。另外，悬浮体自身也可以设计成一个具有反向磁极的球体。在本发明中，术语“反向磁极”是指磁体的N和S极处于同一直线上；术语“磁体”包括永磁铁和电磁铁；术语“铁磁元件”是指由铁或永磁铁等制成的元件，能够被其它磁体吸引。

根据本发明的另一方面，提供了一种电器，包括用电器件和上述悬浮开关装置。悬浮开关装置的磁悬浮支持机构、开关霍尔传感器以及开关控制电路设置在基座上(或基座内)，并通过开关控制电路控制用电器件的开关模式。开关模式包括但不限于通电或断电模式，例如还可以包括灯光色彩变换模式等等。

根据本发明的电器，用电器件既可以设置在悬浮开关装置的开关悬浮体上也可以设置在基座上，或二者均可以设置有用电器件。

当开关悬浮体设置有用电器件时，还可以在开关悬浮体中设置为用电器件供电的电力无线接收线圈并在基座中设置相匹配的电力无线发射线圈，开关控制电路所产生的开关信号可以用于控制电力无线发射线圈的供电，即接通或切断与其相连的电源。

根据本发明的电器，优选悬浮开关装置的开关霍尔传感器进一步通过信号放大器有线连接于开关控制电路。

发明人创造性地利用了磁悬浮系统的自平衡调节能力，即在一定范围内强制操作例如通过推压等便捷方式手动操作开关悬浮体后其仍然能够自动返回悬浮平衡位置(无需增加额外结构例如复位弹簧的介入)，并巧妙结合利用磁性传感器例如磁悬浮系统自身的霍尔传感器来准备相应的开关信号，从而实现了构思巧妙、便捷新颖的开关操作。

本发明的悬浮开关装置可以应用于各种电器，只需通过对开关悬浮体施加简单的推压动作即可实现用电器件的开关模式切换，从而兼具便捷操作性及新奇性。

附图说明

图1为具有根据本发明的悬浮开关装置的第一实施例的结构示意图；

图2为为具有根据本发明的悬浮开关装置的第二实施例的结构示意图；

图3为具有根据本发明的悬浮开关装置的第三实施例的结构示意图；以及

图4为根据本发明的悬浮开关装置的电路流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，本领域技术人员应该理解，实施例和附图只是为了更好地理解本发明，并不用来做出任何限制。

图1示出了本发明第一实施例的电器，其中基座或支架A的底部设置有用电器件B例如灯泡以及电路板30，电路板30设置有用于控制用电器件B的电力接通或切断的开关控制电路。

支架A的顶部设置有磁悬浮支持机构10。磁悬浮支持机构10包括铁芯11以及围绕铁芯布置的电磁线圈12。磁性传感器(例如霍尔传感器)13设置在铁芯11下端。球形悬浮体20中设置有具有反向磁极的柱形磁体21。

悬浮体20的磁体21与铁芯11之间会产生磁吸力，当调节二者的距离至合适大小(预定距离)时，悬浮体20的重力会被该磁吸力平衡，从而会相对于磁悬浮支持机构10或铁芯11处于悬浮平衡位置。一旦悬浮体20的磁体21与铁芯11之间的距离因空气扰动等发生改变时，悬浮体20相对于磁悬浮支持机构10的这种悬浮平衡就会被打破。传感器13实时检测悬浮体20相对铁芯11的纵向(图示为竖向)位置变化并产生相应信号，传送给磁悬浮支持机构10上设置的控制器例如控制芯片(未具体示出)。控制器根据传感器13所传递的位置信号，控制电磁线圈12中流过的电流大小及方向，从而使电磁线圈12产生相应的电磁力，作用于悬浮体20的磁体21以将其返回悬浮平衡位置。这种磁吸型悬浮装置的结构和工作原理亦可参见CN2561163Y，在此以参见方式引入其全部内容。

当然，在这种磁悬浮结构或系统中，电磁线圈12并不局限于围绕铁芯11布置，其亦可设置在支架A的底部从而在悬浮时位于悬浮体20的下方；悬浮体20不局限于为球形，其磁体21也不局限于为柱形，例如整个悬浮体20就可以是一个具有反向磁极(图示上下方向)的磁体；传感器13也不局限于布置在铁芯11的下端，可以布置在任何适当位置例如支架A的底部上。

图1所示实施例中，传感器13同时还作为开关霍尔传感器，虽然也可以单独或另外设置其它的磁性传感器来作为开关霍尔传感器。图1所示这种磁吸型悬浮系统中的传感器13通常为垂直分量霍尔传感器，以检测竖向磁场分量变化。传感器13所产生的垂直分量场强信号将通过传输线14传送给电路板30上的开关控制电路。开关控制电路在收到超过设定值的上述垂直分量场强信号后会产生相应的开关信号以切断或接通用电器件B的供电，例如当用手向下轻压或向上轻推悬浮体20，使其沿竖向偏离悬浮平衡位置一段特定距离例如1-2mm而不至于超出装置的自平衡能力(即松开手后悬浮体依然会返回其悬浮平衡位置)时。这样就可以通过手动操作悬浮体20而实现对用电器件B的供电控制。

图2示出了本发明第二实施例的电器，其中磁悬浮支持机构10设置有用电器件B例如灯泡以及电路板30，电路板30设置有用于控制用电器件B的电力接通或切断的开关控制电路。

磁悬浮支持机构10还设置有铁芯11以及围绕铁芯布置的电磁线圈12。电磁线圈12***布置有环形磁体15。磁性传感器或霍尔传感器13设置在环形磁体15中央位置。球形悬浮体20中设置有具有反向磁极的柱形磁体21。

悬浮体20的磁体21与环形磁体15之间会产生磁斥力，当调节二者的距离至合适大小(预定距离)时，悬浮体20的重力会被该磁斥力所平衡，从而会相对于磁悬浮支持机构10或环形磁体15处于悬浮平衡位置。一旦悬浮体20的磁体21与环形磁体15之间的距离因空气扰动等发生改变时，悬浮体20相对于磁悬浮支持机构10的这种悬浮平衡就会被打破。传感器13实时检测悬浮体20的磁体21相对环形磁体15的横向(图示为水平方向)位置变化并产生相应信号，传送给磁悬浮支持机构10上设置的控制器例如控制芯片(未具体示出)。控制器根据传感器13所传递的位置信号，控制电磁线圈12中流过的电流大小及方向，从而使电磁线圈12及其增强铁芯11产生相应的电磁力，作用于悬浮体20的磁体21以将其返回悬浮平衡位置。这种磁斥型悬浮装置的结构和工作原理亦可参见例如申请人之前的专利CN100544183C和CN105790641B，在此以参见方式引入其全部内容。

图2所示磁斥型悬浮系统的实施例中，传感器13通常为由水平分量霍尔传感器和垂直分量霍尔传感器所集成的传感器组件，这时可以选用其垂直分量霍尔传感器作为开关霍尔传感器或开关信号传感器，虽然也可以另外设置其它的磁性传感器或选用上述水平分量霍尔传感器来作为开关霍尔传感器。同图1所示实施例一样，传感器13所产生的垂直分量场强信号将通过传输线14传送给电路板30上的开关控制电路。开关控制电路在收到超过设定值的上述垂直分量场强信号后会产生相应的开关信号以切断或接通用电器件B的供电。

图3示出了本发明第三实施例的电器，其与第二实施例类似，不同之处是与磁悬浮支持机构10一起设置的用电器件B(图示为灯泡)移置于悬浮体20中。

图3中，悬浮体20内还设置有电力无线接收线圈26，电力无线接收线圈26与整流电路板25连接以对用电器件B供电。磁悬浮支持机构10上相应设置有电力无线发射线圈16，开关电路板30用于控制对电力无线发射线圈16的供电。电力无线发射线圈16通电时就可以在电力无线接收线圈26中产生相应的电流，这种无线供电结构属于本领域常规设计，在此不再详细描述其工作原理。这样，就可以如上所述通过手动操作例如轻压悬浮体20而实现其中的用电器件B或指示灯的开关模式切换。

图4给出了本发明的开关电路的方框示意图。如图所示，传感器13将所检测的相应磁场强度信号进一步通过信号放大器19放大后传送至电路板30上的开关控制电路，开关控制电路随后可产生相应的开关控制信号以对用电器件B进行相应的供电控制或模式切换。

当然，信号放大器19也可以省略或同样由磁悬浮支持机构10上原有的信号放大器充任。这种情况下，无需增加包括复位弹簧在内的任何元器件，利用磁悬浮系统的自平衡调节能力及其自有传感器和信号放大器，接入相应的开关电路就可以形成本发明的悬浮开关装置。

虽然悬浮体20设计为球形，但本领域技术人员可以理解，根据需要，可以将其设计为任何所需构型例如合适大小的橡皮或打火机或地球仪或玩具或蓝牙音箱等等。