Устройство магнитной левитации на постоянных магнитах
MAGNETIC LEVITATION DEVICE ON PERMANENT MAGNETS

Изобретение относится к области магнитолевитационной транспортной технологии, а именно к конструкции устройства магнитной левитации на постоянных магнитах. Устройство магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержит транспортный путь в виде постоянных магнитов намагниченных аксиально установленных плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути, взаимодействующие с постоянным магнитом помещенного в оболочку из цветного металла или их сплавов, установленном на левитирующей платформе.
В результате обеспечивается магнитная левитация подвижной платформы в статике и на высокой скорости, колеса в конструкции не нужны.
Известно изобретение, Устройство магнитной левитации транспортного средства, патент RU 2698408 С1, автор Селин В.В. Устройство магнитной системы левитации для устойчивого высокоскоростного перемещения грузов. Изобретение относится к высокоскоростному транспорту на основе индукционной магнитной левитации на постоянных магнитах. Устройство состоит из магнитных подвесов, прикрепленных к грузовой платформе, и не менее двух путевых дорожек, в которых при перемещении магнитных подвесов возникают индукционные токи, приводящие к левитации подвесов. Магнитные подвесы имеют форму цилиндра или многогранной призмы, находящихся внутри путевых дорожек. Поверхности подвесов покрыты постоянными магнитами, собранными по схеме Хальбаха. Подвесы предназначены для создания подъемной и демпфирующей сил. Путевые дорожки представляют собой трубы из электропроводного немагнитного материала с продольным разрезом для перемещения опор с магнитными подвесами грузовой платформы. В путевых дорожках могут находиться магнитные подвесы и с магнитами, собранными по однонаправленной схеме, где поле магнитов направлено вдоль или перпендикулярно направлению движения магнитных подвесов. На грузовой платформе вне путевых дорожек установлен по меньшей мере один магнитный подвес с магнитами, собранными по однонаправленной схеме. Магнитные подвесы с магнитами, собранными по однонаправленной схеме, предназначены для создания тяговых усилий с помощью электромагнитов. В результате повышается устойчивость грузовой платформы на высоких скоростях движения за счет создания больших демпфирующих сил против перемещения платформы в направлениях, перпендикулярных движению.
Это изобретение имеет непреодолимый недостаток, так же как изобретение Устройство магнитной левитации и поперечной стабилизации на постоянных магнитах, патент RU 2683122 автор Брюханов С.А. Максимальная скорость подвижного состава 104 км/ч, на этой скорости магниты размагничиваются или разрушаются от вибрации, не зависимо от того, по магнитному полю или по вихревым токам происходит скольжение. Дело в том, что магниты невозможно намагнитить абсолютно одинаково, такой технологии на сегодняшний день нет. В сборке Хальбаха, магниты установленные максимально плотно друг к другу и имея не большую разницу в намагничивании, эту разницу увеличивают в разы. Магнитное поле становиться жёстким и не однородным, поэтому скорость ограничена вибрацией.
Известно изобретение, ссылка: https://www.youtube.com/watch?v=TPWFLUwXrsY   Так как нигде не нашел информации по патентам этого изобретения, поэтому оставил ссылку. Эта команда подошла ближе всего к реальности, именно их устройство подсказало, какие опыты нужно провести.
Устройство содержит левитационную трассу из алюминия, по середине полотна рельс из того же металла. Левитационная платформа содержит магниты в алюминиевой обойме в сборке Хальбаха с права и слева от выступа для поперечной стабилизации с подъемно-амортизирующей системой, а также ролики. Четыре опоры, каждая сдержит сборку Хальбаха, по два ролика и подъемно-амортизирующую систему. Где линейный двигатель и аккумулятор не ясно, их нет на видео. Для поперечной стабилизации, в зависимости от скорости, сборки Хальбаха сдвигаются или раздвигаются от рельса. На малых скоростях включаются в работу ролики. Тоже самое происходит с четырьмя опорами, сборки Хальбаха создают вихревые токи и скользят над алюминиевой пластиной. Команде удалось увеличить скорость на небольшую величину, потому как алюминиевая обойма сборки Хальбаха сыграла демпфирующую роль из-за свойств металла. Скорость этой конструкции без вибрации выросла, но далеко не до самолетной.
Эта конструкция имеет недостатки, самый главный, это вибрация сборок Хальбаха, которую ничем не с демпфировать. Питание электричеством линейного двигателя от бортового аккумулятора, ограничено расстояния перемещения. Тяжелая подвеска, вес подвески будет потреблять электричество. Поперечная стабилизация на постоянных магнитах в виде сборки Хальбаха и подвес, не дадут разогнаться больше 150 км/ч. Хальбах сделал сборку не для левитации массивных тел, а совсем для другого. Для левитации массивных тел ни сборки, ни массивы Хальбаха не работают на скорости без колоссальной вибрации. Есть сборки и массивы не только Хальбаха, но у всех один дефект – вибрация, как её не гаси, чем не поглощай она разрушительна до самолетных скоростей. Сборки Хальбаха применяют из-за того, что у магнитов без неё не хватает мощности, чтобы создавалась левитацию на токах Фуко с нагрузкой, взаимодействуя с алюминием.
Есть и другие устройства у зарубежных коллег на принципе индукционного скольжения на постоянных магнитах без сборок, но не удалось найти информацию. Когда выкладывается магистраль из постоянных магнитов, то между магнитами образуется небольшой провал магнитного поля, второй недостаток — это неравномерное намагничивание длинного магнита, и третий недостаток — это разница в намагничивании магнитов. Измерение магнитов Гауссметром это чётко показывает. Можно выровнять магнитное поле качественным изготовлением магнитов, но надо совершенствовать технологию изготовления магнитов. Поэтому нет поездов на постоянных магнитах, левитация на разноименных полюсах есть, что может сэкономить 80% энергозатрат, а транспорта нет, потому что вибрация, и высокая скорость не возможна.
Все эти устройства имеют недостаток, низкая скорость из-за вибрации и необходимы ролики в статическом положении и на малых скоростях.
Изобретение направлено на устранение этих недостатков, левитация обеспечивается в статике и на скорости без электрического тока, колеса для поддержки при отключенном электроснабжении не нужны.
Техническое решение достигается посредством устройства магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержащее транспортный путь с постоянными магнитами, намагниченных аксиально, установленных плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути, взаимодействующие с постоянным магнитом, вмонтированный в оболочку из цветного металла, установленный на левитирующей платформе, достигается магнитная левитация в статике и на высокой скорости и индукционная левитация на разных скоростях.
1. Устройство магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержащее транспортный путь с постоянными магнитами намагниченными аксиально, установленными плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути, взаимодействующими с постоянным магнитом вмонтированным в оболочку из цветного металла, установленным на левитирующей платформе, отличающееся тем, что постоянные магниты, установленные на транспортном пути, вмонтированы в оболочку из цветного металла с выступами слева и справа.
отличается тем,
2. Устройство по п.1,  что постоянный магнит левитирующей платформы шире постоянного магнита, установленного на транспортном пути.
отличается тем,
3. Устройство по п.1,  что оболочка с выступами постоянного магнита, в месте смыкания, имеет один конец с внутренними пазами, другой конец с внешними пазами для соединения оболочек и выступов друг с другом без сквозного шва.
отличается тем,
4. Устройство по п.1,  что постоянный магнит с оболочкой из цветного металла левитирующей платформы подвижен в направляющих вертикально, посредством подъёмно-амортизирующего устройства.
отличается тем,
5. Устройство по п.1,  что постоянные магниты, установленные на левитирующей платформе, имеют заострённую форму впереди и сзади, магнит вмонтирован в оболочку из цветного металла, которая повторяет форму магнита.
Сущность заявленного технического решения поясняется фигурами 1 - 5 где:
на фиг.1 представлен поперечный разрез транспортного пути и левитирующей платформы с постоянными магнитами, магниты левитирующей платформы установлены в нижнем положении.
на фиг.2 представлен продольный разрез магнита в оболочке установленного на транспортном пути в месте соединения между собой.
на фиг.3 представлен продольный разрез транспортного пути и левитирующей платформы.
на фиг.4 представлена схема пневматической подвески и продольный разрез оболочки магнита из цветного металла установленных на левитирующей платформе.
на фиг.5 представлен поперечный разрез транспортного пути и левитирующей платформы с постоянными магнитами, магниты левитирующей платформы установлены в верхнем положении.
Техническое решение достигается посредством устройства магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержащее транспортный путь 1 (фиг. 1) с постоянными магнитами 2, намагниченных аксиально, установленных плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути 1, взаимодействующие с постоянным магнитом 3, вмонтированный в оболочку 4 из цветного металла, установленный на левитирующей платформе 5, достигается магнитная левитация в статике и на высокой скорости и индукционная левитация на разных скоростях.
отличающееся тем,
1. Устройство магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержащее транспортный путь (фиг. 1) с постоянными магнитами 2 намагниченными аксиально, установленными плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути 1, взаимодействующими с постоянным магнитом 3, вмонтированным в оболочку 4 из цветного металла, установленным на левитирующей платформе 5,  что постоянные магниты 2, установленные на транспортном пути 1, вмонтированы в оболочку 6 из цветного металла с выступами 7 слева и справа.
отличается тем,
2. Устройство по п.1,  что постоянный магнит 3 (фиг. 1) левитирующей платформы 5 шире постоянного магнита 2, установленного на транспортном пути 1.
отличается тем,
3.      Устройство по п.1,  что оболочка 6 (фиг. 1 и фиг. 2) с выступами 7 постоянного магнита 2 в месте смыкания имеет один конец с внутренними пазами 8 (фиг. 3), другой конец с внешними пазами 9 для соединения оболочек 6 и выступов 7 друг с другом без сквозного шва.
отличается тем,
4. Устройство по п.1,  что постоянный магнит 3 (фиг. 1 и фиг. 3) с оболочкой 4 из цветного металла левитирующей платформы 5 подвижен в направляющих 10 вертикально, посредством подъёмно-амортизирующего устройства 11 (фиг. 4).
отличается тем,
5. Устройство по п.1,  что постоянные магниты 3, установленные на левитирующей платформе 5 имеют заострённую форму впереди и сзади, магнит 3 вмонтирован в оболочку 4 из цветного металла, которая повторяет форму магнита 3.
Техническое решение достигается посредством устройства магнитной левитации транспортного средства на постоянных магнитах, содержащее транспортный путь 1 (фиг.1 и фиг.3) с постоянными магнитами 2 намагниченных аксиально, установленных плотно друг к другу вдоль на всём протяжении транспортного пути 1, взаимодействующие с постоянным магнитом 3 находящийся в оболочке 4 из цветного металла или их сплавов, установленном на левитирующей платформе 5.
Постоянные магниты 2 и 3 взаимодействуя одноименными полюсами создают магнитные поля, которые отталкиваются друг от друга. При движении платформы 5 магнит 3 взаимодействует с поверхностью оболочки 6 и выступами 7 (фиг. 1), а магнит 2 взаимодействует с ближайшей поверхностью оболочки 4, оба взаимодействия происходят посредством индукционных токов между магнитом и цветным металлом. В статическом состоянии магнитные поля магнитов 2 и 3 остаются постоянными. Когда платформа 5 начинает двигаться в линейном направлении магнитные поля магнитов 2 и 3 увеличиваются, платформа 5 поднимается. Тоже самое происходит при взаимодействии магнита 2 с поверхностью оболочки 4 и магнита 3 с поверхностью оболочки 6 и выступами 7, только за счёт индукционных токов. Получаем три подъёмные силы левитации, первая - взаимодействие магнитов разноименными плюсами, вторая - взаимодействие магнита 2 с поверхностью оболочки 4, третья - взаимодействие магнита 3 с поверхностью оболочки 6 и выступами 7. Чтобы токи Фуко, создающие левитацию использовать в полной мере и не терять их отталкивающий эффект, для магнита 3 сделаны выступы 7, при рыскании платформы 5 выступы 7 продолжают взаимодействие с магнитом 3 не теряя индукционных полей слева и справа от оболочки 6 относительно пути 1.
В месте соединения оболочек 6 (фиг. 2) и выступов 7 (фиг. 1) между собой сделаны всесторонние внутренние пазы 8 (фиг. 2) на одном конце и наружные пазы 9 на другом, чтобы не было сквозного шва. На сквозном шве между оболочками, токи Фуко прекращают работу, чтобы их работа возобновилась необходимо расстояние от края следующей оболочки 6, так образуется провал (яма) создающий вибрацию. Когда пазы 8 и 9 оболочек 6 вставлены друг в друга, то в месте смыкания есть второй слой, на котором индукционное поле остается. Провал становиться значительно меньше. Для оболочек 4 (фиг. 1 и фиг. 3) и 6 можно использовать алюминий, так как его достаточно много и это не дорогой металл. Можно использовать медь, но лучшие показатели у сплавов алюминия, можно сделать сплав, у которого будет нужная сила токов Фуко. Алюминий или его сплавы, или медь и её сплавы должны быть выполнены качественно, цветной металл должен быть однородным по всей поверхности оболочки 4 и 6. Неоднородность металла создаёт неоднородные индукционные токи, т.е. будут кочки и ямы, что вызовет вибрацию.
Магниты 3 (фиг. 1) в оболочке 4 для удобства монтажа, и для того чтобы рёбра магнита 2, а также противоположный его полюс не взаимодействовали с магнитом 3 при движении платформы 5. На высокой скорости токи Фуко начинают взаимодействовать и с боковыми частями оболочек 4 и 6, даже немного захватывают края противоположной стороны оболочки 4 и 6. Чем дополнительно способствуют поперечной стабилизации платформы 4.
Магнит 3 шире магнита 2, можно установить их и наоборот, это даёт возможность платформе 5 не выходить из схемы левитации магнитов 2 и 3, т.е. у платформы 5 есть возможность перемещения вправо, влево относительно пути 1. Такая схема даёт возможность увеличить зазор 12 между электромагнитом 13 и ответной частью 14 сделать левитирующую платформу 5 на транспортном пути более манёвренной на поворотах и стрелочных переводах, нужна меньшая точность при изготовлении и при монтаже.
Чем выше скорость, тем больше поднимается платформа 5, т.е. на разных скоростях разное расстояние между магнитами 2 и 3. Это расстояние достаточно значительное, ответная часть 14 поперечной стабилизации будет подниматься и отпускаться при эксплуатации относительно электромагнита 13. Значить нужно делать широкую ответную часть на каждой платформе 5, что не экономично, лишние расходы на материал. Из-за подъёма левитирующей платформы 5 над транспортным путём 1 подвижной состав будет вертикально не устойчив. Если эксплуатация платформы 5 будет в трубопроводе, то подъём платформы 5 не возможен физически. Поэтому магнит 3 (фиг. 4) установлен на пневматическом подвесе 11, который обеспечивает движение вверх и вниз относительно платформы 5 (фиг. 5) магнита 3 с оболочкой 4 и постоянную амортизацию. Также подвес 11 выравнивает платформу 5 относительно транспортного пути 1 в горизонтальное положение при неравномерной загрузке платформы 5. Датчики 15 (фиг. 3 и фиг. 4) установленные на платформе контролируют расстояние от платформы 5 (фиг. 5) до магнита 2, которое должно быть всегда одинаковым. Каждый амортизатор 11 (фиг. 4) работает независимо и имеет свой датчик 15, если один пневматический баллон 11 выходит из строя, то рядом стоящий возьмёт функцию на себя. С пневматической подвеской 11 (фиг. 5) платформа 5 при наборе скорости остаётся на одном уровне и не поднимается относительно пути 1.
Работает пневматическая подвеска просто, основана на регулировании количества воздуха в пневматическом баллоне 11. После получения сигнала от датчика 15, информация обрабатывается в электронном блоке 16. Дальше блок 16 подает команду на электромагнитный клапан 17, который установлен на выходе из ресивера 18. По команде блока 16 клапан 17 открывается, и воздух по воздушным магистралям 19 под давлением поступает в пневматический баллон 11. Далее клапан 17 закрывается, а объем воздуха в ресивере 18 компенсируется компрессором 20. Если нужно уменьшить расстояние от платформы 5 (фиг. 5) до магнита 2, блок 16 подает команду на стравливание воздуха из пневмобаллона 11. Открывается соответствующий клапан 21 и воздух выходит на улицу. Новая порция воздуха поступает в систему благодаря компрессору 20. Этот принцип работы пневматической подвески 11 цикличен и повторяется многократно. Электропитание всех узлов подвески 11 осуществляет аккумулятор 22.
Магнитное поле магнитов всегда неравномерно, больше или меньше зависит от качества изготовления и качества намагничивания магнита 2 (фиг. 3). В местах соединения магнитов 2 всегда будет небольшой провал, чем плотнее магнит 2 к магниту 2, тем меньше провал. Магниты 3 (фиг. 5) платформы 5 имеют острую форму спереди и сзади, для того, чтобы ослабить магнитное поле на концах магнита 3 (фиг. 4). Такой магнит 3 можно только изготовить на заказ, если обточить, то магнит 2 потеряет необходимые свойства. Острый конец не для разрезания магнитного поля, это возможно только в условиях сверхпроводимости. В нашем случае заостренный конец имеет магнитное поле меньше, чем основное тело магнита 3.
Работает устройство следующим образом. Магнит 3 (фиг. 3) входит в магнитное поле магнита 2 на участках большей намагниченности постепенно без удара и также постепенно съезжает с большего магнитного поля без резкого падения. В местах соединения магнитов 2 магнитное поле меньшее (провал). Поле заостренного конца магнита 3 тоже небольшое, поэтому удара вначале нет, он растягивается во времени. Столкновение магнитных полей происходит постепенно нарастая. Если допустить, что магнит 3 не заострён и его поле такое же как у тела, то магнитное поле магнита 3 провалиться между магнитами 2 и резко подпрыгнет вверх. Затем провалиться задний конец магнита 3, это создаст горизонтальный дисбаланс магнита 3, вызовет вибрацию на всех четырёх опорах платформы. Вибрация на каждой опоре будет разной, это создаст вертикальный дисбаланс и магниты размагнитятся или разрушаться. Заостренный конец магнита спереди не проваливается в магнитную яму между магнитами 2, потому что основное тело магнита 3 находится на магнитном поле тела магнита 2. А магнитное поле заострённого конца магнита 3, меньше магнитной ямы. По мере увеличения ширины магнита 3 происходит постепенное нарастание сопротивления магнитного поля магнита 2. Магнит 3 поднимается вверх без удара, конец сзади сходит без вибрации, чисто, как будто ямы нет. Так заостренными концами магнита 3 компенсируются неровность магнитного поля магнитов 2 и мест их соединения. Остальное дорабатывает повестка, задача решается также как, например, с автомобильной подвеской. Без надувных колёс (заострённые магниты 3), пружин и амортизаторов (подвес 11) езда по асфальту на автомобиле будет ограничена вибрацией. На скорости чуть больше 100 км/ч, зависит от качества асфальта, автомобиль начнет разваливаться от вибрации.
Оболочка 4 (фиг. 4) имеет форму магнита 3, её острый конец впереди постепенно включает работу индукционных токов расширяя до ширины основного тела. Также постепенно прекращается работа индукционных токов при сходе оболочки 4 с магнита 2 на магнит 2.
Можно развивать самолётные скорости. Испытаний на высокой скорости ещё не было, но судя по тому, что вибрация на небольших скоростях меньше чем у современных маглев поездов, можно сделать вывод, что рекорд скорости 603 км/ч можно превзойти.
Изобретение можно использовать для магнитолевитационного транспорта почтового типа, пассажирских и грузовых поездов на магнитной подушке, экономя 80% электропотребления.