作者：實作派
上週接到社團同學來電說她的磁浮喇叭無法充電，由於原廠已經撤出台灣，無法找到人維修，問我能不能幫她診斷一下，試試有沒有救。
磁浮喇叭還滿有趣的，它是由一個底座與一個藍牙喇叭所組成，藍牙喇叭可以漂浮在底座上方大約 1 cm 的距離。既然是漂浮的喇叭，那要怎麼充電呢？它有兩種方式，一種是利用底座對喇叭做無線充電，另一種是利用喇叭本體的 USB 充電，畢竟直接用 USB 充電效率比較高，無線充電效率其實很差。
拆解磁浮喇叭
既然主訴症狀是喇叭不能充電，而且不管怎麼充電，似乎都無法讓電池充飽電，看來充電線路的嫌疑很大，所以就先從喇叭下手，拆了再說。
如下圖，把美麗的喇叭外罩拿下後，再把四顆螺絲鬆開移除上蓋，就看到下方的電路板了。它基本上就是一個藍牙 BT 模組，配上一個微處理器，我想這應該就是藍牙喇叭的核心了，不過今天的主角是電池。
拆解無法充電的藍牙喇叭（圖片來源：實作派提供）
電路板上面似乎看不到有任何與漂浮有關的零件，只有正下方有個強力磁鐵，把電路板移開後，就只剩下電池、充電線圈以及一顆圓盤型的強力磁鐵，於是想說把底座上電試看看，果然磁鐵就浮在半空中了，看來磁鐵才是飄浮的主角。
磁浮喇叭的底座看來沒壞（圖片來源：實作派提供）
不過這個能夠維持平衡的空間還真是狹小，放置喇叭的時候一個不小心就會讓喇叭掉到底座邊緣被吸住，因為底座也有個超大的永久磁鐵，等會各位就會看到。
檢查充電線路
電池沒電可能是充電線路故障，所以得先測量一下無線充電的電源電路。這下可真的是麻煩，它一定得放在底座上才能偵測到電壓，但是如果漂浮的時候用電表探針去觸碰，很容易讓它失去平衡而跌落底座。
所以我拿了個絕緣膠帶俗稱電火布，卡在兩者之間，高度剛剛好，但測量時也不能太用力，它會翻車的，手還是得扶一下，所以我沒有手可以拍照，這裡就沒拍電表讀值的照片了，直接告訴各位結果，無線充電的接頭電壓是 5 V，它的電路板上也印著 +5 V，所以電壓正確，表示無線充電這部分沒問題。
固定住喇叭方便測量電壓（圖片來源：實作派提供）
接著來看另一個 USB 充電線路，把 USB 接上電路板，找到印有 BAT 的電池接頭，測量電池接頭的電壓，讀到 4.087 V，這個電壓比鋰電池 3.7 V 要高，所以 USB 充電線路也沒問題。
USB 充電線路正常（圖片來源：實作派提供）
檢查電池
如果兩組充電線路都沒問題，那看來內建的鋰電池嫌疑很大，於是就把鋰電池拆下來測量，說實在很難拆，因為它用膠緊緊地黏在磁鐵邊緣，花了一點力氣才弄下來。
測量後發現電壓只有 0.003 V，這不叫沒電，這叫做故障，電池再沒電也不應該變成零伏特，沒電的電池雖然已經無法做功，應該是還要有 1 V~2 V 的電壓，所以確定電池故障，至於電池內哪裡故障，我就不想追了，基本上鋰電池還是有一定的危險性，它的能量密度高，還是給專業的來處理比較好。
鋰電池已經故障（圖片來源：實作派提供）
接下來就要換鋰電池了，下圖就是新舊鋰電池的照片，上面是舊電池，還含了接頭，之所以會看起來烏漆嘛黑，那是因為我為了要看到電池規格，必須把黏在上面的黑色泡棉膠帶移除。下面是新電池很閃亮，買來時是沒有接頭的，所以要自己把接頭從舊電池剪下焊到新電池上，剪的時候請不要用斜口鉗把兩條線就一起剪了，這樣會短路的！務必一次剪一條線，才不會短路，養成好習慣讓你永保安康。
買新鋰電池準備換上（圖片來源：實作派提供）
換鋰電池最重要的就是尺寸規格，畢竟空間有限，一定要買個長寬高尺寸相同的才好安裝，以這顆舊電池為例，它的規格是 102535 800 mAh 3.7 V，所謂 102535 的意思是厚 10 mm、寬 25 mm、長 35 mm，其餘規格如容量 800 mAh 以及 3.7 V 就很直觀了，所以我買新電池的時候就在露天拍賣上面找 102535 的電池，容量基本上只要在 800 mAh 附近的就可以，我剛好找到有 1000 mAh 的容量，但是它實際上是不是有這麼多，天曉得，這時候尺寸比容量重要。
電池買來的時候記得把正負極測試一下，看看極性有沒有接反，電壓有沒有正確，通常這種尺寸的鋰電池電壓都固定為 3.7 V，有些大型電池會有 14.8 V 這種電壓，就是把 4 顆電池單體串聯起來，至於極性反相，目前是還沒有遇過，但我還是會測試，面對電源我習慣謹慎處理，風險控管還是要先做好。
喇叭組裝
接著把電池、電路板、喇叭麥克風等東西，全部再裝回去，瞬間就看到面板的藍色燈亮了，而且喇叭還會講話，看到它復活真是太棒啦！
磁浮喇叭燈亮，終於有電了（圖片來源：實作派提供）
接著就是把喇叭放在底座上方，看看會不會充電。USB 孔旁邊有個紅色 LED 燈，會亮就是有充電，目前紅燈有亮表示修好啦！
紅燈亮表示充電中（圖片來源：實作派提供）
由於我有維修潔癖，即便知道充電功能已經恢復，還是得測試到藍牙連線成功才算完工，因為維修過程總是難免有修了 A 卻壞了 B 的問題，全部測試一次比較保險。如下圖，經過手機連線確認藍牙連線成功，沒想到它還帶有電量資訊。
藍牙連線成功（圖片來源：實作派提供）
漂浮原理
相信很多人會好奇這磁浮到底是甚麼原理，簡單講就是利用磁極的同性相斥來達成磁浮的現象，因為藍牙喇叭底下有個永久強力磁鐵，底座也有強力磁鐵產生互相排斥的磁力，因而讓喇叭漂浮。
但如果你曾經做過磁鐵的同性相斥實驗，所有浮起來的磁鐵最後都會翻車變成同性相吸，為何這裡不會呢？因為底座裡面有四個電磁鐵 Electromagnet、一個環型強力磁鐵以及一個控制系統 Control System 彼此合作無間地讓磁場維持平衡。
磁浮喇叭底座的構造（圖片來源：實作派提供）
環形磁鐵的磁化方向是上下極化，如果上方是 S，下方就是 N，中間的空洞則充滿由下往上的磁力線，所以把電磁鐵放這裡的話，它的鐵心等同於一個 N 極向上的磁鐵。
漂浮原理說明（圖片來源：實作派提供）
繞在四個鐵心外面的線圈 Coil 則是用來加強或削弱鐵心的磁力，如果喇叭飄太遠就抑制磁力，飄太近就增強一些磁力，控制系統會不斷調整電磁鐵，讓喇叭會穩定的待在中間，因此線圈的功能就是拿來調整磁力，而環形磁鐵則是用來把喇叭抬起來。
那麼控制系統是如何知道喇叭飄到哪裡呢？在四顆電磁鐵的中央有放置磁感應元件，正式名稱為霍爾效應感測器 Hall Effect Sensor，它能夠偵測磁場大小；控制系統根據 Sensor 回報的磁場，比對期望的目標值，用來作為調整電磁鐵的 on/off 的依據，這整個過程稱為閉迴路控制 Close Loop Control，是整個產品的核心，所以這東西並不是裝了四個電磁鐵就會飄了喔，它還需要仰賴精密的控制。
控制系統做得好你就飄飄然上天堂，控制得不好馬上就跌下地獄，我相信當初原廠應該調整了很久，所以控制軟體非常重要。為了防止心血被偷，我發現廠商把控制器做成如下圖這個樣子，你看不到型號，也就不知道該從哪裡 Copy 軟體，這防偷的招數真的太高竿。
看不到型號的控制器（圖片來源：實作派提供）
這種控制系統和元件的相依性非常高，換了磁鐵廠商或變更電磁鐵的位置，基本上都要重新調整控制系統，所以不難想一些公共運輸系統若胡亂發包一通，就會因為系統之間的不相容，後續造成維修人員困擾，維修經費大幅上升，但你也知道大部分人都只看最初的經費，越便宜越能拿來邀功，反正老闆也看不懂。
最後參觀結束要把底座零件再裝回去，組好之後還是得要測試一下，確保漂浮功能沒問題，如下圖看來非常 OK。
漂浮中的磁浮喇叭（圖片來源：實作派提供）
這麼有趣的原理一定有去登記專利吧，沒錯！Google 上就能找到這個專利 Magnetic levitation apparatus，不過專利的用語相當的法律，我沒有耐心將它看完，所以我也幫大家找了相對平易近人的文章 Electromagnetic Levitation，各位若也覺得很有趣，也可以自己做一個，網路上有很多套件，但我希望大家可以自己寫控制軟體，有寫過一次的話，相信自動控制的功力會大增。
（本文經同意轉載自實作派電子實驗室、原文連結；責任編輯：賴佩萱）
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