一種實現盲插拔及智能脫離的充電接口

范超群　曹麗珍　仝媛媛　張睿崇

摘 要：根據電磁定律，兩個平行放置的線圈中若通上同方向的電流，會產生吸引力，反之，產生排斥力。線圈的一面產生南極磁場，另一面北極磁場。如上所說的兩個線圈，正好是一個線圈的南極對著另一個的北極，產生吸引。這就是磁鐵“同性相斥、異性相吸”的理論來源。本案例是利用磁鐵的這一性能的一個典型案例。

關鍵詞：移動設備 充電 智能脫離

引 言

隨著社會的發展和進步，各種通過充電電池供電的移動設備進入大眾的視野，帶來的方便和快捷。但目前的給移動設備充電和數據連接時，卻存在諸多不便，甚至有安全隱患。例如，充電時需要拿好對應的數據公母接頭，小心地插入，以免傷及接口或插偏。另外電器充滿電后，充電器還是連著移動設備，極易引起安全隱患。

一、盲插拔及智能脫離的充電接口工作原理

盲插拔及智能脫離的充電接口裝置包括充電接口母座以及與接口母座配合后實現充電功能的接口公座，接口母座的左右兩側均對稱設有旋轉后改變磁鐵磁性的磁鐵旋轉裝置，在接口公座的左右兩側均設有磁鐵，且磁鐵的N極朝外。磁鐵旋轉裝置與第一磁鐵默認對應的磁性為S極。接口公座的每一個管腳的定義和接口母座的每個管腳的定義是一一對應的。

磁鐵旋轉裝置的組成結構包括固定架以及設于固定架內的磁鐵旋轉控制系統。磁鐵旋轉控制系統包括控制器、微電機、旋轉軸以及設于旋轉軸內的中央磁鐵等，控制器的兩個信號檢測端分別與第一檢測點Ua、第二檢測點Ub連接，而控制器的輸出端與微電機連接，而微電機的輸出軸與旋轉軸連接。在磁鐵旋轉裝置上連接有控制磁鐵旋轉裝置旋轉的電流檢測裝置，電流檢測裝置包括電阻、智能終端的電池、智能終端中的充電電路，電阻連接在電池的輸出端與充電電路的輸出端之間，其中電阻R與充電電路的輸出端的連接點作為第一檢測點Ua，電阻R與電池的輸出端的連接點作為第二檢測點Ub，且第一檢測點Ua與第二檢測點Ub連接磁鐵旋轉裝置的控制端輸入端。

當充電時，只需要將公座大致對準母座，此時由于磁鐵的默認狀態處于S極狀態，且在公座的左右各固定了一個N極朝外的第一磁鐵，因此當公座靠近母座時，由于磁鐵的N極、S極異性相吸的特性，用戶不用刻意對準確準移動設備母座接口，就能近距離內將公座吸入到母座中，從而使移動設備母座的接口與移動設備公座的接口相互連接，實現充電的功能。充電功能啟動的同時電流檢測電路開始工作，磁鐵旋轉裝置實時監測Ua 和Ub兩點電壓，由公式：I=（Ub- Ua）/R可以得到充電電路的充電電流，當電流小于某一門限值，磁鐵旋轉裝置控制內部的磁鐵旋轉改變磁鐵的極性，使得移動設備母座處的磁鐵N極面向移動設備公座中第一磁鐵的N極，由于磁鐵的N極N極同性相斥特性，自動把移動設備公座彈開，從而斷開充電電路。

為了實現真正的盲插效果，在移動設備母座上自定義有若干母座接口，在移動設備公座上自定義有上下分布的公座接口，且移動設備公座中上排公座接口從左到右各個引腳定義的名稱與移動設備公座中下排公座接口從右到左各個引腳定義的名稱一致，即引腳的定義按照中心對稱型設計。這樣，不論公座正插還是反插，插入母座后，公座的每個引腳的定義和母座的每個引腳的定義一一對應，保證了數據接口的物理功能，在人口老齡化趨勢下，上述的設計可以讓用戶輕松地實現數據連接，而不用擔心是否連接到位，從而享受這一過程。

二、應用實例說明

如圖1、圖2、圖3所示，該實施例所描述的智能終端盲插拔接口裝置，包括移動設備母座1以及與移動設備母座1配合后實現充電模式的移動設備公座2，在移動設備母座1的左右兩側均對稱設有旋轉后改變內部磁鐵磁性的磁鐵旋轉裝置3，在移動設備公座2的左右兩側均設有第一磁鐵，且該第一磁鐵的N極朝外，磁鐵旋轉裝置3與第一磁鐵默認對應的磁性為S極，移動設備公座2的每一個引腳的定義和移動設備母座1的每個引腳的定義是一一對應的。在磁鐵旋轉裝置3上連接有控制磁鐵旋轉裝置3旋轉的電流檢測裝置4，該裝置包括電阻R、智能終端的電池5、智能終端中的充電電路6，上述的電阻R連接在電池5的輸出端與充電電路6的輸出端之間，其中電阻R與充電電路6的輸出端的連接點作為第一檢測點Ua，電阻R與電池5的輸出端的連接點作為第二檢測點Ub，且第一檢測點Ua與第二檢測點Ub連接磁鐵旋轉裝置3的控制端輸入端。

上述的設計，當需要給移動設備進行充電時，只需要將移動設備公座2對準母座，此時由于移動設備母座1左右各固定了一個磁鐵旋轉裝置3，而且內部磁鐵的默認狀態都處于S極狀態，而且在移動設備公座2的左右各固定了一個第一磁鐵，且該第一磁鐵的N極固定朝外，因此當移動設備公座2靠近移動設備母座1時，由于磁鐵的N極、S極異性相吸的特性，使得用戶不用刻意去對準移動設備母座1接口，從而使得移動設備公座2在磁鐵15的磁力作用下，在近距離內將移動設備公座2吸入到移動設備母座1中，從而使得移動設備母座1的接口與移動設備公座2的接口相互連接，從而實現充電的功能，此時電流檢測電路開始工作，磁鐵旋轉裝置3的控制端實時監測Ua 和Ub兩點電壓，由公式：I=（Ub- Ua）/R可以得到充電電路6的充電電流，當電流小于某一門限值，磁鐵旋轉裝置3控制內部的磁鐵旋轉改變磁鐵的極性，使得移動設備母座1處的磁鐵N極面向移動設備公座2中第一磁鐵的N極，由于磁鐵的N極與N極同性相斥特性，自動把移動設備公座2彈開，從而斷開充電電路6，綜上所述，上述設計可以用于手機、PAD、電腦等各種需要數據線插拔的場合，同時具有自動斷電彈出裝置，避免移動設備過充問題，提高電池使用壽命，并且該數據接口裝置易于標準化，以替代當前各種數據接口。

結束語

移動設備電池充滿電后自動脫離這一功能可以避免因過充引發的電池爆炸、火災等問題。

該技術中的電池也可以考慮采用電磁鐵，通過控制電磁鐵線圈匝數、電流強度等控制電磁鐵的磁性強弱，從而控制電池鐵的吸引和退出力度。隨著新能源汽車的推廣普及和充電樁的不斷增加，該技術也可以在這些場合加以應用，從而提升綠色能源的使用安全性。

參考文獻

[1] 路峻嶺，永磁體同性磁極相吸現象的研究.《大學物理》 2005-09-20

[2] 林其壬，永磁磁路基礎.《磁性材料及器件》1989年