Устройство для магнитной левитации

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для магнитной левитации. Устройство содержит немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, который выполнен в виде электромагнита переменного тока с сердечником и источника питания. Для усиления эффекта левитации при питании от сети со стандартной частотой обмотка электромагнита подключена к ней через последовательно включенный конденсатор. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, преимущественно к устройствам для магнитной левитации, предназначенным для вывешивания элементов конструкции типа небольших платформ, несущих на себе изделия в закрытых объемах с целью осуществления технологических процессов, и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, фармацевтического, полупроводникового и других производств.

Известно устройство для магнитной левитации БИ N 31 от 10.11.95 г. по авторскому свидетельству СССР за N 1383661 М. Кл. B 60 L 13/04, содержащее немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и источник магнитного поля, расположенный под ним.

Недостатком такого устройства является невозможность вывешивания указанного элемента при отсутствии его движения относительно источника магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитная левитационная транспортная система в вакууме по статье "An attemp at development of a magnetic levitation transport system in vacuum using the mechanism of induced repulsive force" в журнале Vacuum/volume 44/numbers 5 - 7/page 757 to 759/1993 (копия русского перевода статьи прилагается), содержащая немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнитов переменного тока с сердечником и источника питания.

Недостатком этого устройства, принятого за прототип, является необходимость использования для питания источника магнитного поля источника питания с нестандартными значениями частоты.

Указанный недостаток устраняется тем, что предлагаемое устройство для магнитной левитации, содержащее немагнитный токопроводящий элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнита переменного тока с сердечником и источником питания, дополнительно содержит конденсатор, через который обмотка электромагнита переменного тока последовательно подключена к источнику питания.

Отличительные признаки неизвестны из других технических решений и поэтому соответствуют критерию "новизна". Указанные признаки по отдельности известны из научно-технической литературы, но их совокупность неизвестна и поэтому предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, на которых представлены: - на фиг. 1 - блок-схема устройства для магнитной левитации; - на фиг. 2 - график тока в обмотке электромагнита переменного тока; - на фиг. 3 - пример схемы реализации устройства для магнитной левитации для ввода движения извне в закрытый объем (в вакуумную камеру).

Устройство для магнитной левитации содержит немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент 1 (см. фиг. 1), расположенный над источником магнитного поля 2, выполненным в виде электромагнита переменного тока с сердечником 3 и обмоткой 4, питаемой от источника переменного напряжения стандартной частоты 5 через последовательно включенный конденсатор 6.

Устройство для магнитной левитации работает следующим образом. При подключении зажимов к источнику переменного напряжения стандартной частоты вывешиваемый элемент 1, находящийся над источником магнитного поля 2, принимает взвешенное состояние. Это состояние достигается тем, что магнитный поток, соединенный обмоткой 4 в сердечнике 3, пересекает указанный элемент 1, вызывая в нем вихревые токи, которые в свою очередь создают магнитный поток. При этом направленность магнитного потока, созданного обмоткой 4 в сердечнике 3, и потока вихревых токов является встречной, что и вызывает эффект отталкивания указанного элемента 1 от торцов сердечника 3.

Для усиления эффекта отталкивания предлагается последовательно с обмоткой 4 электромагнита включить конденсатор 6 с емкостью, дающей возрастание напряжения на указанной обмотке и увеличение магнитного потока до насыщения сердечника, на котором располагается обмотка. При этом в кривой тока обмотки электромагнита (см. фиг. 2) и в магнитном потоке обмотки при питании по данной схеме появляются высшие гармонические составляющие за счет нелинейного действия изменяющегося магнитного сопротивления насыщаемого ферромагнитного сердечника, что дает существенное возрастание левитирующего усилия. Это происходит в связи с меньшей глубиной проникновения вихревых токов повышенной частоты (по сравнению с частотой питания) за счет повышения экранирующего действия немагнитного, но электропроводного материала, из которого выполнен элемент 1.

Такое влияние последовательно включенного конденсатора позволяет избежать питания обмотки от внешних источников повышенных частот (по сравнению со стандартными), что отличает указанную схему питания устройства для магнитной левитации от ранее известной, принятой в прототипе.

Предлагаемое устройство для магнитной левитации может быть использовано для ввода движения извне в закрытый объем, где необходимо соблюдать строжайшие правила высокой чистоты и безмасляности среды. Данное устройство с новой схемой питания может быть использовано в электронной вакуумной промышленности в качестве транспортной системы в вакууме размеров (см. фиг. 3). Здесь приведен пример устройства для магнитной левитации в качестве транспорта для ввода движения в вакуумную камеру, в которой на вывешиваемом элементе 1 размещено обрабатываемое изделие 8 (например, подложка из GaAs). Источник магнитного поля 2 содержит ряд электромагнитов 3 с явно выраженным полюсами и с обмотками 4, подключенными к источнику питания стандартной частоты через конденсатор (на фиг. 3 источник питания и конденсаторы не показаны). Электромагниты 3 составляют транспортную систему, которая приводит в горизонтальное движение в вакууме вывешиваемый элемент 1 за счет последовательной коммутации обмоток электромагнитов. Также это устройство может быть использовано в химической промышленности и в фармацевтическом производстве в качестве транспорта для получения различных химических соединений и лекарственных форм. Это устройство с новой схемой питания обладает целым рядом преимуществ по сравнению с подобного рода устройством, являющимся прототипом. Во-первых, оно не содержит источника питания с нестандартными значениями частоты и состоит из более простых и стандартных элементов; во-вторых, по этой же причине возрастает надежность эксплуатации и ремонтопригодность всей транспортной системы.

Формула изобретения

Устройство для магнитной левитации, содержащее немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнита переменного тока с сердечником и источника питания, отличающееся тем, что обмотка электромагнита переменного тока подключена к источнику питания через последовательно включенный конденсатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3