Mind a 6 tengely (szabadságfok; 3 transzlációs és 3 forgási) sikeres lebegtetése és irányítása érdekében állandó mágnesek és elektromágnesek, vagy diamagnetek vagy szupravezetők kombinációja, valamint vonzó és taszító mezők használható. Earnshaw tételéből legalább egy stabil tengelynek jelen kell lennie ahhoz, hogy a rendszer sikeresen lebegjen, de a többi tengely stabilizálható a ferromágnesesség alkalmazásával.
A maglev vonatokban elsődlegesen a szervo-stabilizált elektromágneses felfüggesztés szerepel (EMS), elektrodinamikus szuszpenzió (EDS).
Példa a mágneses állevitációra mechanikus támasztékkal (fapálca) stabilitást biztosít.
Mechanikai kényszer (állevitáció) Szerkesztés
A stabilitás kis mértékű mechanikai kényszerével az ál a lebegtetés viszonylag egyszerű folyamat.
Ha két mágnest például mechanikusan egy tengely mentén kényszerítenek, és úgy vannak elrendezve, hogy erősen taszítsák egymást, ez az egyik mágnes levitálására szolgál a másik fölött.
Egy másik geometria az, ahol a mágnesek vonzódnak, de húzó elem, például zsinór vagy kábel megakadályozza, hogy megérintse őket.
Anoth Ilyen például a Zippe típusú centrifuga, ahol a henger egy vonzó mágnes alatt van felfüggesztve, és alulról egy tűs csapágy stabilizálódik.
Egy másik konfiguráció egy állandó mágnesek sorozatából áll, amelyek ferromágneses U alakúak. profil és ferromágneses sínnel párosítva. A mágneses fluxus keresztezi a sínt az első tengellyel keresztirányban, és zárt hurkot hoz létre az U alakú profilon. Ez a konfiguráció stabil egyensúlyt hoz létre az első tengely mentén, amely fenntartja a sínt a fluxus keresztezési pontján középpontban (minimális mágneses vonakodás), és lehetővé teszi a terhelés mágneses elviselését. A másik tengelyen a rendszert mechanikai eszközök, például kerekek korlátozzák és központosítják.
ServomechanismsEdit
A Transrapid rendszer szervomechanizmusokkal húzza fel a vonatot a vágány alól, és állandó sebességet tart fenn nagy sebességgel haladva
Úszó földgömb. Mágneses lebegés visszacsatoló hurokkal.
A rögzített erősségű mágnes vonzereje a távolság növekedésével csökken, és közelebbi távolságokon növekszik. Ez instabil. A stabil rendszerhez ennek az ellenkezőjére van szükség, a stabil helyzetből adódó eltéréseknek vissza kell tolniuk a célhelyzetbe.
Stabil mágneses lebegés érhető el a levitált tárgy helyzetének és sebességének mérésével, egy visszacsatolási hurok segítségével, amely folyamatosan egy vagy több elektromágneset állít be az objektum mozgásának korrigálására, ezáltal szervomechanizmust alkotva.
Sok rendszer az ilyen típusú rendszereknél mágneses vonzót alkalmaz, amely a gravitációval szemben felfelé húzza, mivel ez bizonyos oldalirányú stabilitás, de egyesek a mágneses vonzás és a mágneses taszítás kombinációját alkalmazzák a felfelé toláshoz.
Mindkét rendszer az elektromágneses felfüggesztés (EMS) példáit képviseli. Egy nagyon egyszerű példaként néhány asztali levitációs bemutató ezt az elvet alkalmazza, és az objektum fénysugarat vág le, vagy az objektum helyzetének mérésére Hall-effektus-érzékelő módszert alkalmaznak. Az elektromágnes a levitálandó tárgy felett van; az elektromágnes kikapcsol, amikor a az objektum túl közel kerül, és újra bekapcsol, ha távolabb esik. Egy ilyen egyszerű rendszer nem túl robusztus; sokkal hatékonyabb vezérlőrendszerek léteznek, de ez szemlélteti az alapgondolatot.
Az EMS mágneses lebegtetésű vonatok ezen a fajta lebegésen alapulnak: A vonat a pálya köré tekeredik, és alulról felfelé húzza. A szervo vezérlők biztonságosan, a vágánytól állandó távolságban tartják.
Indukált áramokEdit
Ezek a sémák a Lenz törvénye. Ha egy vezetőt időben változó mágneses mezővel mutatnak be, a vezetőben elektromos áramok vannak felállítva, amelyek olyan mágneses teret hoznak létre, amely taszító hatást vált ki.
Az ilyen típusú rendszerek általában a stabilitás, bár néha extra csillapításra van szükség.
A vezetők és a mágnesek közötti relatív mozgás mágneshez egy (örvény) áram indukálódik a vezetőben, amely szembeszáll a mező változásával, és ellentétes teret hoz létre, amely taszítja a mágnest (Lenz törvénye). Kellően nagy mozgási sebesség mellett egy felfüggesztett mágnes lebeg a fémben, vagy fordítva, függő fémnél.A fém mélységénél vékonyabb huzalból készült Litz huzal sokkal hatékonyabban működik, mint a szilárd vezetők. A 8. ábra szerinti tekercsek felhasználhatók valamilyen igazításhoz.
Ennek egy technológiailag különösen érdekes esete akkor fordul elő, amikor az egyik pólusú állandó mágnes helyett Halbach-tömböt használnak, mivel ez majdnem megduplázza a térerősséget, ami fordulat majdnem megduplázza az örvényáramok erősségét. A nettó hatás több mint háromszorosára emeli az emelőerőt. Két szemben álló Halbach-tömb használata még tovább növeli a teret.
A Halbach-tömbök jól alkalmazhatók a giroszkópok, valamint az elektromos motorok és a generátororsók mágneses lebegtetésére és stabilizálására is.
Oszcilláló elektromágneses mezőkEdit
Az indukciós főzőlap felett lebegő alumíniumfólia a benne indukált örvényáramoknak köszönhetően.
Az elektromágnes felett (vagy fordítva) vezetőt lehet lebegtetni, amelyen váltakozó áram folyik át. Ez azt eredményezi, hogy bármely rendszeres vezető diamagnettént viselkedik a vezetőben keletkező örvényáram miatt. Mivel az örvényáramok saját tereket hoznak létre, amelyek ellentétesek a mágneses térrel, a vezető tárgyat eltaszítja az elektromágnes, és a mágneses mező térvonalainak többsége már nem hatol be a vezető tárgyba.
Ez a hatás nem ferromágneses, de nagymértékben vezető anyagokat igényel, mint például alumínium vagy réz, mivel a ferromágneses anyagokat is erősen vonzza az elektromágnes (bár nagy frekvenciákon a mezőt mégis ki lehet dobni), és általában nagyobb az ellenállásuk, alacsonyabb örvényáramot adva. Ismét a litz huzal adja a legjobb eredményt.
A hatás olyan mutatványokra használható, mint például a telefonkönyv levitálása úgy, hogy egy alumínium lemezt rejt magában.
Magas frekvencián (néhány kb. tíz kilohertz) és kilowatt teljesítményű kis mennyiségű fém levitálható és olvasztható fel a levitációs olvasztás alkalmazásával, anélkül, hogy a fém szennyeződne a tégelyen.
A rezgő mágneses mező egyik forrása a lineáris indukciós motor. Ez használható a lebegtetéshez, valamint a meghajtás biztosításához.
Gyémántilag stabilizált levitationEdit
Az ujjhegyek között állandóan lebegő állandó mágnes
Earnshaw-tétel nem vonatkozik a diamagnetekre. Ezek a normál mágnesekkel ellentétesen viselkednek μr < 1 (azaz negatív mágneses érzékenység). A gyémánt mágneses lebegés önmagában stabil lehet.
Az állandó mágnest az erős állandó mágnesek és az erős diamágnesek különböző konfigurációi stabilan felfüggeszthetik. Szupravezető mágnesek használata esetén az állandó mágnes levitálása akár az emberi ujjak vízének kis diamagnetizmusával is stabilizálható.
Diamagnetic levitationEdit
A pirolitikus szén gyémánt mágneses lebegtetése
A dimagnetizmus egy objektum tulajdonsága, amely okozza hogy mágneses teret hozzon létre, szemben a külsőleg alkalmazott mágneses térrel, ezáltal az anyagot mágneses mezők taszítják. A mágneses anyagok miatt a mágneses fluxus vonalai elgörbülnek az anyagtól. Pontosabban, egy külső mágneses tér megváltoztatja az elektronok orbitális sebességét a magjaik körül, ezáltal megváltoztatja a mágneses dipólus momentumot.
Lenz törvénye szerint ez ellentétes a külső térrel. A gyémántok mágneses permeabilitású anyagok. kevesebb, mint μ0 (relatív permeabilitás kisebb, mint 1). Következésképpen a diamagnetizmus a mágnesesség egy olyan formája, amelyet egy anyag csak külsőleg alkalmazott mágneses tér jelenlétében mutat ki. Általában meglehetősen gyenge hatással van a legtöbb anyagra, bár a szupravezetők erős hatást mutat.
Közvetlen diamágneses levitációEdit
Egy élő béka levitál egy A Bitter mágnesszelep 32 mm átmérőjű függőleges furata körülbelül 16 teslas mágneses mezőben
A diamágneses anyag taszítja a mágneses teret. Minden anyag diamagnetikus tulajdonságokkal rendelkezik, de a A hatás nagyon gyenge, és általában legyőzi az objektum paramágneses vagy ferroma hatása gnétikai tulajdonságok, amelyek éppen ellenkezőleg hatnak. Bármely anyagot, amelyben a diamágneses komponens erősebb, mágnes taszítja.
A gyémánt mágneses lebegtetéssel nagyon könnyű pirolitikus grafit vagy bizmut darabjai lebegtethetők egy közepesen erős állandó mágnes felett. Mivel a víz túlnyomórészt diamágneses, ezt a technikát alkalmazták vízcseppek, sőt élő állatok lebegtetésére, például szöcskére, békára és egérre.Az ehhez szükséges mágneses tér azonban nagyon magas, jellemzően 16 tesla tartományban van, ezért jelentős problémákat okoz, ha ferromágneses anyagok vannak a közelben. Ennek a béka levitációs kísérletben használt elektromágnesnek a működtetéséhez 4 MW (4000000 watt) teljesítményre volt szükség. : 5
A diamágneses lebegés minimális kritériuma B d B dz = μ 0 ρ g χ {\ displaystyle B {\ frac {dB} {dz}} = \ mu _ {0} \, \ rho \, {\ frac {g} {\ chi}}}, ahol:
Ideális feltételeket feltételezve a mágnes mágnesének z irányában:
SzupravezetőkEdit
A szupravezetők tökéletes diamagneteknek tekinthetők, és a Meissner-effektus miatt teljesen kiűzik a mágneses tereket, amikor a szupravezetés kezdetben kialakul; így a szupravezető lebegés a diamágneses lebegés sajátos példájának tekinthető. A II. Típusú szupravezetőkben a mágnes levitációja tovább stabilizálódik a szupravezetőn belüli fluxus rögzítése miatt; ez hajlamos megakadályozni a szupravezető mozgását a mágneses mező vonatkozásában, még akkor is, ha a levitált rendszert megfordítjuk.
Ezeket az elveket az EDS (elektrodinamikus felfüggesztés), a szupravezető csapágyak, lendkerék stb.
A vonat lebegéséhez nagyon erős mágneses mezőre van szükség. A JR – Maglev vonatok szupravezető mágneses tekercsekkel rendelkeznek, de a JR – Maglev levitáció nem a Meissner-hatásnak köszönhető.
Rotation stabilizationEdit
A Levitron márka teteje példa a spin-stabilizált mágneses lebegésre
A toroid terű mágnes vagy a megfelelően összeállított mágnesek tömbje stabilan levitálható a gravitációval szemben, amikor giroszkóposan stabilizálható egy másodperc forgatásával toroidális mező, amelyet egy mágnes (ek) alapgyűrűje hoz létre. Ez azonban csak akkor működik, ha a precesszió mértéke mind a felső, mind az alsó kritikus küszöb között van – a stabilitás régiója elég szűk mind térben, mind az előírt precíziós arányban.
Ennek a jelenségnek az első felfedezése Roy M. Harrigan, a vermonti feltaláló, aki 1983-ban szabadalmaztatta a levitációs eszközt. Számos forgásstabilizáló eszközt (például a népszerű Levitron márkájú levitáló felső játékot) fejlesztettek ki erre a szabadalomra hivatkozva. Nem kereskedelmi eszközöket hoztak létre egyetemi kutató laboratóriumok számára, általában túl erős mágneseket használva a biztonságos nyilvános interakcióhoz.
Erős fókuszálásEdit
Earnshaw elmélete szigorúan csak a statikus mezőkre vonatkozik. A váltakozó mágneses mezők, még a tisztán váltakozó vonzó mezők is, stabilitást indukálhatnak, és a mágneses téren keresztül korlátozhatják a pályát, hogy levitációs hatást érjenek el. gyorsítók a töltött részecskék korlátozásához és felemeléséhez, és a maglev vonatokra is javasolták.