一种实现盲插拔及智能脱离的充电接口

范超群　曹丽珍　仝媛媛　张睿崇

摘 要：根据电磁定律，两个平行放置的线圈中若通上同方向的电流，会产生吸引力，反之，产生排斥力。线圈的一面产生南极磁场，另一面北极磁场。如上所说的两个线圈，正好是一个线圈的南极对着另一个的北极，产生吸引。这就是磁铁“同性相斥、异性相吸”的理论来源。本案例是利用磁铁的这一性能的一个典型案例。

关键词：移动设备 充电 智能脱离

引 言

随着社会的发展和进步，各种通过充电电池供电的移动设备进入大众的视野，带来的方便和快捷。但目前的给移动设备充电和数据连接时，却存在诸多不便，甚至有安全隐患。例如，充电时需要拿好对应的数据公母接头，小心地插入，以免伤及接口或插偏。另外电器充满电后，充电器还是连着移动设备，极易引起安全隐患。

一、盲插拔及智能脱离的充电接口工作原理

盲插拔及智能脱离的充电接口装置包括充电接口母座以及与接口母座配合后实现充电功能的接口公座，接口母座的左右两侧均对称设有旋转后改变磁铁磁性的磁铁旋转装置，在接口公座的左右两侧均设有磁铁，且磁铁的N极朝外。磁铁旋转装置与第一磁铁默认对应的磁性为S极。接口公座的每一个管脚的定义和接口母座的每个管脚的定义是一一对应的。

磁铁旋转装置的组成结构包括固定架以及设于固定架内的磁铁旋转控制系统。磁铁旋转控制系统包括控制器、微电机、旋转轴以及设于旋转轴内的中央磁铁等，控制器的两个信号检测端分别与第一检测点Ua、第二检测点Ub连接，而控制器的输出端与微电机连接，而微电机的输出轴与旋转轴连接。在磁铁旋转装置上连接有控制磁铁旋转装置旋转的电流检测装置，电流检测装置包括电阻、智能终端的电池、智能终端中的充电电路，电阻连接在电池的输出端与充电电路的输出端之间，其中电阻R与充电电路的输出端的连接点作为第一检测点Ua，电阻R与电池的输出端的连接点作为第二检测点Ub，且第一检测点Ua与第二检测点Ub连接磁铁旋转装置的控制端输入端。

当充电时，只需要将公座大致对准母座，此时由于磁铁的默认状态处于S极状态，且在公座的左右各固定了一个N极朝外的第一磁铁，因此当公座靠近母座时，由于磁铁的N极、S极异性相吸的特性，用户不用刻意对准确准移动设备母座接口，就能近距离内将公座吸入到母座中，从而使移动设备母座的接口与移动设备公座的接口相互连接，实现充电的功能。充电功能启动的同时电流检测电路开始工作，磁铁旋转装置实时监测Ua 和Ub两点电压，由公式：I=（Ub- Ua）/R可以得到充电电路的充电电流，当电流小于某一门限值，磁铁旋转装置控制内部的磁铁旋转改变磁铁的极性，使得移动设备母座处的磁铁N极面向移动设备公座中第一磁铁的N极，由于磁铁的N极N极同性相斥特性，自动把移动设备公座弹开，从而断开充电电路。

为了实现真正的盲插效果，在移动设备母座上自定义有若干母座接口，在移动设备公座上自定义有上下分布的公座接口，且移动设备公座中上排公座接口从左到右各个引脚定义的名称与移动设备公座中下排公座接口从右到左各个引脚定义的名称一致，即引脚的定义按照中心对称型设计。这样，不论公座正插还是反插，插入母座后，公座的每个引脚的定义和母座的每个引脚的定义一一对应，保证了数据接口的物理功能，在人口老龄化趋势下，上述的设计可以让用户轻松地实现数据连接，而不用担心是否连接到位，从而享受这一过程。

二、应用实例说明

如图1、图2、图3所示，该实施例所描述的智能终端盲插拔接口装置，包括移动设备母座1以及与移动设备母座1配合后实现充电模式的移动设备公座2，在移动设备母座1的左右两侧均对称设有旋转后改变内部磁铁磁性的磁铁旋转装置3，在移动设备公座2的左右两侧均设有第一磁铁，且该第一磁铁的N极朝外，磁铁旋转装置3与第一磁铁默认对应的磁性为S极，移动设备公座2的每一个引脚的定义和移动设备母座1的每个引脚的定义是一一对应的。在磁铁旋转装置3上连接有控制磁铁旋转装置3旋转的电流检测装置4，该装置包括电阻R、智能终端的电池5、智能终端中的充电电路6，上述的电阻R连接在电池5的输出端与充电电路6的输出端之间，其中电阻R与充电电路6的输出端的连接点作为第一检测点Ua，电阻R与电池5的输出端的连接点作为第二检测点Ub，且第一检测点Ua与第二检测点Ub连接磁铁旋转装置3的控制端输入端。

上述的设计，当需要给移动设备进行充电时，只需要将移动设备公座2对准母座，此时由于移动设备母座1左右各固定了一个磁铁旋转装置3，而且内部磁铁的默认状态都处于S极状态，而且在移动设备公座2的左右各固定了一个第一磁鐵，且该第一磁铁的N极固定朝外，因此当移动设备公座2靠近移动设备母座1时，由于磁铁的N极、S极异性相吸的特性，使得用户不用刻意去对准移动设备母座1接口，从而使得移动设备公座2在磁铁15的磁力作用下，在近距离内将移动设备公座2吸入到移动设备母座1中，从而使得移动设备母座1的接口与移动设备公座2的接口相互连接，从而实现充电的功能，此时电流检测电路开始工作，磁铁旋转装置3的控制端实时监测Ua 和Ub两点电压，由公式：I=（Ub- Ua）/R可以得到充电电路6的充电电流，当电流小于某一门限值，磁铁旋转装置3控制内部的磁铁旋转改变磁铁的极性，使得移动设备母座1处的磁铁N极面向移动设备公座2中第一磁铁的N极，由于磁铁的N极与N极同性相斥特性，自动把移动设备公座2弹开，从而断开充电电路6，综上所述，上述设计可以用于手机、PAD、电脑等各种需要数据线插拔的场合，同时具有自动断电弹出装置，避免移动设备过充问题，提高电池使用寿命，并且该数据接口装置易于标准化，以替代当前各种数据接口。

结束语

移动设备电池充满电后自动脱离这一功能可以避免因过充引发的电池爆炸、火灾等问题。

该技术中的电池也可以考虑采用电磁铁，通过控制电磁铁线圈匝数、电流强度等控制电磁铁的磁性强弱，从而控制电池铁的吸引和退出力度。随着新能源汽车的推广普及和充电桩的不断增加，该技术也可以在这些场合加以应用，从而提升绿色能源的使用安全性。

参考文献

[1] 路峻岭，永磁体同性磁极相吸现象的研究.《大学物理》 2005-09-20

[2] 林其壬，永磁磁路基础.《磁性材料及器件》1989年