Kaikkien 6 akselin (vapausasteet; 3 siirtymävaihetta ja 3 kiertoa) onnistuneeseen levitaatioon ja hallintaan yhdistyvät kestomagneetit ja sähkömagneetit tai diamagneetit tai suprajohteet sekä houkuttelevat ja hylkivät kentät voidaan käyttää. Earnshaw’n lauseesta alkaen vähintään yhden vakaan akselin on oltava läsnä, jotta järjestelmä levitoi onnistuneesti, mutta muut akselit voidaan vakauttaa ferromagnetismin avulla.
Maglev-junissa käytetään ensisijaisesti servostabiloitua sähkömagneettista jousitusta. (EMS), elektrodynaaminen jousitus (EDS).
Esimerkki magneettisesta pseudolevitaatiosta mekaanisella tuella (puupylväs) tarjoaa vakautta.
Mekaaninen rajoitus (pseudolevitaatio) Muokkaa
Pienellä mekaanisella vakauden rajoituksella saavutetaan pseudo- levitaatio on suhteellisen yksinkertainen prosessi.
Jos kahta magneettia rajoitetaan mekaanisesti esimerkiksi yhtä akselia pitkin ja järjestetään hylkäämään toisiaan voimakkaasti, tämä toimii levitoimalla yhtä magneeteista toisen yläpuolella.
Toinen geometria on magneettien vetovoima, mutta vetojäsen, kuten naru tai kaapeli, estää niitä koskemasta.
Anoth Eräs esimerkki on Zippe-tyyppinen sentrifugi, jossa sylinteri ripustetaan houkuttelevan magneetin alle ja vakautetaan neulalaakerilla alhaalta.
Toinen kokoonpano koostuu joukosta kestomagneetteja, jotka on asennettu ferromagneettiseen U-muotoiseen ja yhdistettynä ferromagneettiseen kiskoon. Magneettivuo ylittää kiskon ensimmäiseen akseliin nähden poikittaisessa suunnassa ja luo U-muotoiseen profiiliin suljetun silmukan. Tämä kokoonpano luo vakaan tasapainon ensimmäisen akselin varrella, joka pitää kiskon keskellä vuon ylityspisteessä (minimaalinen magneettinen reluktanssi) ja sallii kuorman kantamisen magneettisesti. Toisella akselilla järjestelmää rajoitetaan ja keskitetään mekaanisilla keinoilla, kuten pyörillä.
ServomechanismsEdit
Transrapid-järjestelmä käyttää servomekanismeja vetääkseen juna ylös radan alapuolelta ja ylläpitää jatkuvaa rakoa suurella nopeudella ajon aikana.
Kelluva maapallo. Magneettinen levitaatio takaisinkytkentäsilmukalla.
Kiinteän vahvuuden magneetin vetovoima vähenee etäisyyden kasvaessa ja kasvaa lähemmillä etäisyyksillä. Tämä on epävakaa. Vakaalle järjestelmälle tarvitaan päinvastoin, vaihteluiden vakaasta asennosta tulisi työntää se takaisin kohdeasentoon.
Vakaa magneettinen levitaatio voidaan saavuttaa mittaamalla levitettavan kohteen sijainti ja nopeus, ja käyttämällä takaisinkytkentäsilmukkaa, joka jatkuvasti säätää yhtä tai useampaa sähkömagneettia kohteen liikkeen korjaamiseksi muodostaen siten servomekanismin.
Monet järjestelmät käyttävät magneettista vetovoimaa vetämällä ylöspäin painovoimaa vastaan tällaisissa järjestelmissä, koska tämä antaa joillekin luontaisia ominaisuuksia sivuttaisvakaus, mutta jotkut käyttävät magneettisen vetovoiman ja magneettisen työntövoiman yhdistelmää työntääkseen ylöspäin. ja esine leikkaa valonsäteen tai kohteen vaikutuksen mittaamiseen käytetään Hall-efektianturimenetelmää. Sähkömagneetti on levitettavan kohteen yläpuolella; sähkömagneetti sammutetaan aina, kun esine menee liian lähelle ja kytketään takaisin päälle, kun se putoaa kauemmas. Tällainen yksinkertainen järjestelmä ei ole kovin vankka; paljon tehokkaampia ohjausjärjestelmiä on olemassa, mutta tämä havainnollistaa perusajatusta.
EMS-magneettiset levitaatiojunat perustuvat tällaiseen levitaatioon: Juna kiertyy radan ympäri ja vedetään ylöspäin alhaalta. Servo-ohjaimet pitävät sitä turvallisesti tasaisella etäisyydellä radasta.
Indusoidut virratEdit
Nämä järjestelmät toimivat johtuen karkotuksesta Lenzin laki. Kun johtimelle esitetään ajassa vaihteleva magneettikenttä, johtimessa on sähkövirrat, jotka luovat magneettikentän, joka aiheuttaa hylkivän vaikutuksen.
Tämän tyyppisissä järjestelmissä on tyypillisesti luontainen vakaus, vaikkakin joskus tarvitaan ylimääräistä vaimennusta.
Suhteellinen liike johtimien ja magneettien välilläMuokkaa
Jos siirretään alustaa, joka on valmistettu erittäin hyvästä sähköjohtimesta, kuten kuparista, alumiinista tai hopeasta, sulje magneettiin johtimessa indusoidaan (pyörrevirta) virta, joka vastustaa kentän muutoksia ja luo vastakkaisen kentän, joka hylkii magneetin (Lenzin laki). Riittävän suurella nopeudella ripustettu magneetti levitoi metallin kanssa tai päinvastoin ripustetun metallin kanssa.Litz-lanka, joka on valmistettu metallin näkemien taajuuksien ohuemmasta kuin ihon syvyydestä, toimii paljon tehokkaammin kuin kiinteät johtimet. Kuvan 8 keloja voidaan käyttää pitämään jotain linjassa.
Erityisen teknisesti mielenkiintoinen tapaus tästä on, kun käytetään Halbach-ryhmää yhden napaisen kestomagneetin sijasta, koska tämä melkein kaksinkertaistaa kentän voimakkuuden, mikä kierros melkein kaksinkertaistaa pyörrevirtojen voimakkuuden. Nettovaikutuksena on yli kolminkertaistaa nostovoima. Kahden vastakkaisen Halbach-ryhmän käyttäminen lisää kenttää entisestään.
Halbach-ryhmät soveltuvat hyvin myös gyroskooppien sekä sähkömoottorin ja generaattorin karan magneettiseen levitaatioon ja vakautukseen.
Oskilloivat sähkömagneettiset kentätMuokkaa
Induktiokeittotason yläpuolella kelluva alumiinifolio siinä indusoitujen pyörrevirtojen ansiosta.
Johdin voidaan levitoida sähkömagneetin yläpuolelle (tai päinvastoin), jonka läpi kulkee vaihtovirta. Tämä saa minkä tahansa tavallisen johtimen käyttäytymään diamagneetin tapaan johtimeen syntyvien pyörrevirtojen vuoksi. Koska pyörrevirrat luovat omat kentänsä, jotka vastustavat magneettikenttää, johtava esine hylätään sähkömagneetista, ja suurin osa magneettikentän kenttäviivoista ei enää tunkeudu johtavaan esineeseen.
Tämä vaikutus vaatii ei-ferromagneettisia, mutta erittäin johtavia materiaaleja, kuten alumiinia tai kuparia, koska ferromagneettiset materiaalit ovat myös houkutelleet voimakkaasti sähkömagneettia (vaikkakin suurilla taajuuksilla kenttä voidaan silti karkottaa) ja niillä on yleensä suurempi resistiivisyys, mikä antaa pienemmät pyörrevirrat. Jälleen litz-johto antaa parhaat tulokset.
Tätä vaikutusta voidaan käyttää temppuihin, kuten puhelinluettelon levittämiseen piilottamalla siihen alumiinilevy.
Suurilla taajuuksilla (muutama pieniä määriä metalleja voidaan levitoida ja sulattaa levitaattisulatuksella ilman riskiä, että upokas saastuttaa metallia.
Yksi käytetty värähtelevän magneettikentän lähde on lineaarinen induktiomoottori. Tätä voidaan käyttää sekä levitaatioon että työntövoiman tuottamiseen.
Diamagnetisesti stabiloitu levitationEdit
Kestomagneetti levetoi vakaasti sormenpäiden välillä
Earnshaw’n lause ei koske diamagneetteja. Ne käyttäytyvät päinvastoin kuin normaalit magneetit niiden suhteellisen läpäisevyyden vuoksi μr < 1 (ts. negatiivinen magneettinen herkkyys). Diamagneettinen levitaatio voi olla luonnostaan vakaa.
Kestomagneetti voidaan ripustaa vakaasti erilaisilla kokoonpanoilla vahvoja kestomagneetteja ja vahvoja diamagneetteja. Suprajohtavia magneetteja käytettäessä kestomagneetin levitaatio voidaan jopa vakauttaa ihmisen sormien pienellä vesimagnetismilla.
Diamagneettinen levitaatioEdit
Pyrolyyttisen hiilen magneettinen levitaatio
Diamagnetismi on objektin ominaisuus, joka aiheuttaa sen luoda magneettikenttä vastakohtana ulkoisesti käytetylle magneettikentälle aiheuttaen siten materiaalin karkottamisen magneettikentillä. Diamagneettiset materiaalit aiheuttavat magneettivuon kaarevuuden pois materiaalista. Erityisesti ulkoinen magneettikenttä muuttaa elektronien kiertonopeutta niiden ytimien ympärillä, mikä muuttaa magneettista dipolimomenttia.
Lenzin lain mukaan tämä vastustaa ulkoista kenttää. Diamagneetit ovat materiaaleja, joilla on magneettinen läpäisevyys alle μ0 (suhteellinen läpäisevyys alle 1) .Siksi diamagnetismi on eräänlainen magneettisuus, jota aine osoittaa vain ulkoisesti käytetyn magneettikentän läsnä ollessa.Se on yleensä melko heikko vaikutus useimmissa materiaaleissa, vaikka suprajohteet näyttää voimakkaan vaikutuksen.
Suora diamagneettinen levitaatioMuokkaa
elävä sammakko levitoi Bitter-solenoidin halkaisija, halkaisija 32 mm, magneettikentässä, joka on noin 16 teslasia
Diamagneettinen aine hylkii magneettikentän. Kaikilla materiaaleilla on diamagneettisia ominaisuuksia, mutta vaikutus on hyvin heikko, ja kohteen paramagneettinen tai ferroma voittaa sen yleensä geneettiset ominaisuudet, jotka toimivat päinvastoin. Kaikki materiaalit, joissa diamagneettinen komponentti on vahvempi, hylätään magneetilla.
Diamagneettista levitaatiota voidaan käyttää hyvin kevyiden pyrolyyttisen grafiitin tai vismuttin palojen levittämiseen kohtalaisen vahvan kestomagneetin yläpuolelle. Koska vesi on pääosin diamagneettista, tätä tekniikkaa on käytetty vesipisaroiden ja jopa elävien eläinten, kuten heinäsirkka, sammakko ja hiiri, levitoimiseksi.Tähän vaaditut magneettikentät ovat kuitenkin hyvin suuria, tyypillisesti 16 teslan alueella, ja aiheuttavat siten merkittäviä ongelmia, jos ferromagneettisia materiaaleja on lähellä. Tämän sammakonlevitaatiokokeessa käytetyn sähkömagneetin käyttö vaati 4 MW: n (4000000 wattia) tehoa. : 5
Diamagneettisen levitaation vähimmäiskriteeri on B d B dz = μ 0 ρ g χ {\ displaystyle B {\ frac {dB} {dz}} = \ mu _ {0} \, \ rho \, {\ frac {g} {\ chi}}}, jossa:
Oletetaan ihanteelliset olosuhteet solenoidimagneetin z-suunnassa:
SuprajohteetEdit
Suprajohteita voidaan pitää täydellisinä diamagneeteina, ja ne karkottavat magneettikentät kokonaan Meissner-vaikutuksen vuoksi, kun suprajohtavuus alun perin muodostuu. siten suprajohtavaa levitaatiota voidaan pitää diamagneettisen levitaation erityisenä esimerkkinä. Tyypin II suprajohteessa magneetin levitaatio stabiloituu edelleen suprajohtimen sisällä tapahtuvan vuon kiinnittymisen vuoksi; tällä on taipumus estää suprajohde liikkumasta magneettikentän suhteen, vaikka levitoitu järjestelmä olisi päinvastainen.
Näitä periaatteita hyödyntävät EDS (suprajohtavat laakerit, vauhtipyörät jne.)
Junan levitoimiseksi tarvitaan erittäin voimakas magneettikenttä. JR – Maglev-junissa on suprajohtavat magneettikäämit, mutta JR – Maglev-levitaatio ei johdu Meissner-vaikutuksesta.
Rotational stabilizationEdit
Levitron-tuotemerkki on esimerkki pyörimisvakautetusta magneettisesta levitaatiosta
Magneetti tai oikein koottu magneettiryhmä, jolla on toroidaalikenttä, voidaan vakauttaa vakavasti painovoimaa vastaan, kun gyroskooppisesti vakautettu pyörittämällä sitä sekunnissa toroidikenttä, jonka magneetti (t) magneettirengas tuottaa. Tämä toimii kuitenkin vain, kun precession aste on sekä ylemmän että alemman kriittisen kynnyksen välillä – vakausalue on melko kapea sekä alueellisesti että vaaditulla precession nopeudella.
Tämän ilmiön ensimmäinen löytö oli Roy M.Harrigan, Vermontin keksijä, joka patentoi levitaatiolaitteen vuonna 1983 sen perusteella. Tähän patenttiin viitaten on kehitetty useita laitteita, joissa käytetään kiertovakautta (kuten suosittu Levitron-tuotemerkillä varustettu levitoiva ylälelu). Yliopistojen tutkimuslaboratorioille on luotu ei-kaupallisia laitteita, joissa käytetään yleensä liian voimakkaita magneetteja turvalliseen kanssakäymiseen.
Vahva fokusointiMuokkaa
Earnshawin teoria koskee ehdottomasti vain staattisia kenttiä. Vaihtelevat magneettikentät, jopa puhtaasti vuorottelevat houkuttelevat kentät, voivat aiheuttaa vakauden ja rajoittaa liikeradan magneettikentän läpi levitaatioefektin aikaansaamiseksi.
Tätä käytetään hiukkasissa. kiihdyttimet rajoittaakseen ja nostamaan varattuja hiukkasia, ja sitä on ehdotettu myös maglev-junille.