无电机微型按摩器原理与电路设计

无电机微型按摩器原理与电路设计[20200406105610]
摘要
电磁感应现象被人们发现并掌握其原理以后,为人类在许多电磁科技应用领域开辟了广阔的道路,如今电磁感应已经广泛存在鱼我们的生活中,日光灯、变压器、电磁炉等运用电磁感应原理的电器产品已经离不开我们的生活。本课题研究的核心部件就是电机。电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置,能使机械能 转化为电能、电能转化为机械能,实现电能与机械能的转换。无电机微型按摩器的设计原理就是利用电磁感应现象对线圈中的电流进行控制从而带动相应的磁体进行有规律的运动实现按摩作用,从而达到噪音小,体积小等优势。
对按摩器这种电器产品,通过对市场上已经流行的进行调查发现,均有电机,故其体积都是较大的并且噪音较大。从舒适度来说我们从需要更加轻便且噪声小的微型按摩器。从而使得这类产品小巧携带方便,并且更经济实惠。在这个生活日益富足,更加重视身体健康的时代,这种无电机的微型按摩器具有很好的市场前景。本课题主要研究无电机的微型按摩器的重要组成部分:LC振荡电路、换向电路,以及产品的设计、前景分析。
No micro- motor massage theory and circuit design
Abstract
Electromagnetic induction phenomenon was found and master its principle, has opened up a broad road for mankind in many electromagnetic technology application field, electromagnetic induction is now widespread fish in our life, fluorescent lamp, transformers, induction cooker and so on how to apply the principles of electromagnetic induction electric products is inseparable from our life. This topic research is the core component of the research of motor. . Motor is the basis of the law of electromagnetic induction to achieve energy conversion or transfer of an electromagnetic device , enabling the mechanical energy into electrical energy , electrical energy into mechanical energy , electrical energy and mechanical energy conversion to achieve. No motor mini massager design principle is to use electromagnetic induction phenomenon to control the current in the coil to drive the corresponding magnets for regular exercise to achieve massage function, so as to achieve low noise, small size and other advantages.
This kind of electrical products for massager, through investigating has been popular in the market, found that all have motor, so the volume is larger and larger noise. From comfort for we need more light and noise from mini massager. Making this kind of product small easy to carry, and more economical. In this increasingly affluent life, pay more attention to physical health, the micro massage appliance without motor has very good market prospect. This topic mainly studies an important part of mini massager motor: LC oscillation circuit, commutation circuit, and the design of the product and prospect analysis.
第一章 绪论 5
1.1课题研究的背景和意义 5
第二章 电磁相关的理论知识 5
2.1 理论基础—电磁感应 5
2.2 RLC电磁振荡电路 5
2.2.1振荡电路 6
2.2.2 RLC振荡电路工作原理 6
2.3载流直螺旋管的磁场应用 6
2.3.1细长通电螺旋管的磁场的简介 6
2.3.2比奥—萨法尔定律 7
2.3.3安培环路定理 8
第三章 无电机微型按摩器的设计 9
3.1 电流换向电路的设计 9
3.2 按摩频率的控制 10
3.3 设计结构模块及具体参数 10
3.3.1电源 10
3.3.2换向电路 10
3.3.3 电磁继电器 10
3.3.4 按摩器头 10
3.4 按摩器电路结构图及使用说明 11
第四章 产品市场前景的分析 13
参考文献 14
绪 论
背景:随着群众生活水平的慢慢提高,各种各样的保健仪器林林总总。让人目不暇接。耳部按摩仪产品向小型化,家庭化,高智能的发展。此中,技术含量不高的产品也在向着家用式方向发展,基本接近于家电了。高技术含量的按摩器朝着微电子技术,数字技术,生物工程和新材料技术一体化发展。接下去的数年里包括我过在其中的按摩器市场也会进入飞快的发展。
意义:目前市场上的按摩器虽然多种多样,但大多都离不开笨重的躯体和扰人的噪声,这类按摩器是以电机为核心带动按摩头实行按摩,故按摩器噪声大、成本高、耗电多。这些按摩器用起来很不方便,一般只能家用。而对于那些经常出行或者是长期在办公室工作的人们,体积小、噪声小的按摩器是他们迫切的需求。本课题正是在这样的背景下产生的,无电机的按摩器轻便舒适,节能环保。是不可多得的按摩器。
第二章 电磁相关的理论知识
2.1理论基础—电磁感应
由于磁通量变化产生感应电动势的现象称之为电磁感应。
电磁感应现象,是一种在电磁学领域最伟大的成就。它不仅揭示了电和磁之间的内在关系,为电和磁之间转化的基础实验提供基本原理,并且提供了人类获取巨大和廉价电力的方式,在实际应用中具有重要的意义。电磁感应现象的出现,是一个重要工业和技术革命的到来。事实已经证明,在电汽,电子以及自动化等行业,它的大范围使用,为促进社会生产力和科学技术的发展起到了一个关键性的作用。
2.2 LC电磁振荡电路
用电感L以及电容C组成选频网络的振荡电路称为LC振荡电路,它电流的大小和方向都呈周期性变化,作用是可以产生高频正弦波信号,常见的LC正弦波振荡电路有RC振荡电路、LC振荡电路、石英晶体振荡电路、三角波振荡电路、锯齿边振荡电路等。
2.2.1 LC振荡电路工作原理
LC振荡电路在工作的时候经过了充电—放电—再充电—再放电的重复过程,下面我们就用简单的示意图对LC振荡电路的工作过程进行分析说明。
图A:给电容充电,电容器本身有一定量的电荷,当电容器和电感器构成通路的电容器将对感应放电。充电完成之后电场能会到达最大值,磁场能量等于0,回路中的感应电流等于0
图B:电感线圈接受电容器放出的一定量的电荷后,产生了如图所示方向的磁场,从而产生了对应的磁场能量。放电完成后电场能等于0,磁场能量到达最大值,回路里感应电流到达最大值。
图C:在经过一段时间后,电感积攒到到了一定的磁场能量之后,将会把磁场能量转换成电场能量,而且会以电荷的形式对电容器进行反向充电。
图D:在电容器经过上述过程又被反方向充了一定的电荷,这样又开始了新一轮的充电放电。
充电过程中增加了电场能量,磁场能量在减少,回路中的电流减小,电容器容量的增加,磁场能转化为电能的能量。放电过程磁场能在增加,回路电流在增加,电容器上的电量在减少,从能源的角度来看是电能转换成磁场能。
2.3 载流直螺线管的磁场应用
2.3.1 细长通电螺旋管的磁场的简介
螺旋管是用来产生磁场的一种装置,当通有电流时,螺旋管内的电流分布比较复杂,其磁场教难细致描述。密饶的细螺旋管可近似看做是柱电流面,如螺旋管单位长度的线圈匝数位n,通过的电流为I,则可看做是一段电流面密度为: 的柱电流面,螺旋管外的磁场较弱,在管内中间段磁场大致是均匀的,中间段磁感应强度为 。越靠近两边的地方,磁感线越来越发散,这种现象称为边缘效应。通电螺线管与柱电流面的一个显著的差别在于它的电流总是存在于有一定粗细的导线内的,因而电流分布是不均匀的,可以想到在导线外还有围绕导线轴的磁感应线,这种情况对粗线粗绕的螺线管的影响尤其严重。通电螺线管的另一个特点是其电流的横向分布,而且还有轴向分布,从外部观察,它有轴向电流I,因而还有横向磁场,从内部观察,其电流元按螺旋管分布其磁感线也是三维空间中的某种闭合线,而不是在一个平面上的简单的线。
2.3.2比奥—萨法尔定律
毕奥-萨伐尔定律适用于计算一个稳定电流所产生的磁场。这电流是连续流过一条导线的电荷,期间电流量不随时间而改变,电荷不会在任何位置积累或消散。采用国际单位制,用方程表示:
其中, I是源电流, 是L积分路径,dl 是源电流的微小线元素, 为电流源指向待求场点的单位向量,μ为真空磁导率其值为

dB的方向垂直于Idl和 所确定的平面,当右手弯曲,四指从方向沿小于 角转向r时,伸直的大拇指所指的方向为dB的方向, 即dB、dl、r三个矢量的方向符合右手定则。
利用毕奥-萨伐尔定律计算载流螺线管中的磁场:
设螺线管的半径为R,总长度为L,单位内的匝数n,每点在场点P产生的磁感应强度都沿轴线方向,其大小可有下式计算
因此,整个螺线管在P点产生的磁场强度为

β的几何意义可见下图
把上面的螺线管积分变量L换成β,则有,
∵无限长螺旋管L→∞,β1=0,β2=π,

2.3.3 安培环路定理
利用安培定理计算载流螺线管中的磁场:
已知:电流I、匝数n
管内磁力线平行于管轴,管外磁场为0
利用安培定理得:
内部:
外部:B=0
在有限大小电流及有限的绕组密度n的前提下尽可能增强螺旋管产生的磁感应强度,可以通过在管内填充磁介质来达到要求常用的典型软磁铁材料性能
材料 化学成分(百分比)
纯铁 0.05杂质 10000 20000
硅钢(热轧) 4 硅,其余为铁 450 8000
硅钢(冷轧) 3.3硅,其余为铁 600 10000
坡莫合金 4.5镍,其余为铁 2500 25000
第三章、无电机微型按摩器的设计
3.1电流换向电路的设计
对于本课题来说,换向电路十分重要。因为对于没有电击的按摩器来说,是以电磁力带动按摩头实现按摩,而电磁力的变化是通过变化的电流实现控制的。 控制电流的换向是由震荡电路产生周期性变化的电流来控制的。
选用的是RLC振荡电路,RLC振荡电路又分为RLC串联电路和RLC并联电路。如下图: RLC振荡电路可以在某个频率或者若干个频率发生谐振现象,称为谐振电路。
RLC串联电路 RLC并联电路
流I同相的时候的工作状态称为谐振。两者的起振条件不同:串联电路的起振条件:Im[Z(jw)]=W1-1/wc;并联电路的起振前提:Im[Y(jw)]=0。
3.2 按摩头频率的控制
通常电动的按摩器频率为100Hz,我们设计的用RLC振荡电路控制的频率,可以通过调节电感来控制频率的范围,这样我可以将频率设为:1~100Hz。
3.3 设计结构模块及具体参数
分为①电源②换向电路(RLC振荡电路)③电磁继电器④按摩器头
3.3.1 电源
为了是产品达到轻便,利于携带的目的,电源采用普通的2节5号电池或7号电池。
3.3.2 换向电路
换向电路直接关系到按摩的频率,因为每个人对于按摩频率的要求可能不同,故
在RLC震荡电路中采用可调式电感。
3.3.3 电磁继电器
电磁继电器一般来说是由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等结构组成的,它的工作电路是由低压控制电路以及高压工作电路两部分构成的。电磁继电器可以实现远程控制和自动化控制。只需要在线圈的两端加上一定的电压,线圈中就会流过电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下挣脱返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈中断电的时候,电磁的吸力也会随之消散,衔铁就会在弹簧的反向作用力之下回到先前的位子,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称之为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
通过电磁继电器和RLC振荡电路的结合来控制按摩器头的正转和反转。
3.3.4 按摩器头
对于按摩器头的选择,应满足在夏天长时间使用不会出汗且不会过敏,冬天也不会感觉非常冰冷的材料,否则会影响使用者的心情.
表面应采用磨砂处理,对于按摩效果有帮助,材料采用橡胶漆,使接触皮肤时的触感更好
3.4 按摩器电路结构图
通过RLC振荡电路控制电磁继电器的闭合,从而达到让两个螺线管轮流导通的作用,使按摩头在磁力的作用下来回运动达到按摩的效果。
从实际角度考虑,匝数N在20左右为好,电流=0.01A,螺旋管半径0.005M
磁感应强度B= T
考虑到出门使用一次性干电池可能不便,增加了外接充电口,可以使用充电电池。
?第四章 产品市场前景的分析
耳朵是人体听觉受体,是人类大脑与外界沟通的主要渠道。中医认为“肾开窍于耳”。耳朵和身体的各个部位是一个统一的整体,即所谓“五脏六腑,十二经脉有络于耳者”,“耳为宗脉之所聚”。自古以来,历代医家重视按摩耳朵,耳朵清洁,用手或按摩术,人工清洗不干净、按摩推拿,按摩,成本高、不能随时随地享受,采用先进的工具,是适应当今社会的发展趋势。
如今,随着群众生活水平的日益改善,人名群众们追寻的也已经不再是简单温饱了,而是健康舒适的生活,按摩器也就日渐红火,但如今市场上的按摩器多为含电机的按摩器,此类按摩器不易携带,噪声较大,使用起来造成诸多不便,特别是耳部按摩器,噪声是产品的致命伤。
无电机的微型按摩器轻便舒适,小巧精致,易于携带,极大的符合了长期蹲办公室、经常出差或旅游人士对于产品的要求。市场潜力很大。
参考文献
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致谢
毕业论文已经快到结尾,四年的大学生活让我学到了很多,无论是书本上的还是实践经历的,都是不可或缺促使我成长的催化剂。四年里,许多老师教会了我不同的知识。他们让我受益匪浅。
在此要感谢我的指导老师,黄强老师。在最后的几个月里抽出了许多宝贵的时间指导我们如何起手,修改,完善论文。虽然在写论文的过程中遇到很多困难和障碍,但是老师不厌其烦的帮助我们修善,改进。老师的精神深深的感染了我们。
由于我的学术水平有限,论文难免有不足之处,望各位老师和学友批评和指正!
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