자기 부상

6 개의 축 (자유도 3 개, 병진 3 개 및 회전 3 개) 모두의 성공적인 부상 및 제어를 위해 영구 자석과 전자석 또는 반 자석 또는 초전도체와 매력적이고 반발하는 장의 조합 사용할 수 있습니다. Earnshaw의 정리에서 시스템이 성공적으로 부상하려면 하나 이상의 안정된 축이 있어야하지만 다른 축은 강자성을 사용하여 안정화 될 수 있습니다.

자기 부상 열차에 사용되는 주요 축은 서보 안정화 전자기 서스펜션입니다. (EMS), EDS (Electrodynamic Suspension).

기계적 제약 (의사 부상) 편집

안정성을위한 적은 양의 기계적 제약으로 의사- 부상은 비교적 간단한 과정입니다.

예를 들어 두 개의 자석이 단일 축을 따라 기계적으로 구속되고 서로 강하게 밀어 내도록 배열 된 경우 자석 중 하나가 다른 자석 위로 부상하는 역할을합니다.

또 다른 기하학은 자석이 끌리지 만 끈이나 케이블과 같은 인장 부재가 닿지 않도록하는 곳입니다.

Anoth 예를 들어 실린더가 매력적인 자석 아래에 매달려 있고 아래에서 니들 베어링으로 안정화되는 Zippe 유형 원심 분리기가 있습니다.

다른 구성은 강자성 U 자형에 설치된 영구 자석 배열로 구성됩니다. 프로파일 및 강자성 레일과 결합됩니다. 자속은 첫 번째 축을 가로 지르는 방향으로 레일을 가로 질러 U 자형 프로파일에 폐쇄 루프를 생성합니다. 이 구성은 자속 교차점 (최소 자기 저항)을 중심으로 레일을 유지하고 자기 적으로 부하를 견딜 수있는 첫 번째 축을 따라 안정적인 평형을 생성합니다. 다른 축에서 시스템은 바퀴와 같은 기계적 수단에 의해 구속되고 중앙에 위치합니다.

ServomechanismsEdit

고정 강도 자석의 인력은 거리가 멀수록 감소하고 거리가 가까울수록 증가합니다. 이것은 불안정합니다. 안정된 시스템을 위해서는 그 반대가 필요하며, 안정된 위치에서 목표 위치로 다시 밀어 넣어야합니다.

부상되는 물체의 위치와 속도를 측정하여 안정적인 자기 부상을 얻을 수 있습니다. 물체의 움직임을 수정하기 위해 하나 이상의 전자석을 지속적으로 조정하는 피드백 루프를 사용하여 서보 메커니즘을 형성합니다.

많은 시스템은 이러한 종류의 시스템에 대해 중력에 대해 위쪽으로 당기는 자기 인력을 사용합니다. 측면 안정성이 있지만 일부는 자기 인력과 자기 반발을 조합하여 위쪽으로 밀어냅니다.

두 시스템 모두 전자기 서스펜션 (EMS)의 예를 나타냅니다. 아주 간단한 예의 경우 일부 탁상 부상 시연에서는이 원리를 사용합니다. 물체가 빛의 빔을 차단하거나 홀 효과 센서 방법을 사용하여 물체의 위치를 측정합니다. 전자석은 부상되는 물체 위에 있습니다. 전자석은 물체가 너무 가까워지고 멀리 떨어지면 다시 켜집니다. 이러한 단순한 시스템은 그다지 강력하지 않습니다. 훨씬 더 효과적인 제어 시스템이 존재하지만 이것은 기본적인 아이디어를 보여줍니다.

EMS 자기 부상 열차는 이러한 종류의 부상을 기반으로합니다. 열차는 트랙을 감싸고 아래에서 위로 당겨집니다. 서보 컨트롤은 트랙에서 일정한 거리를 유지하여 안전하게 유지합니다.

유도 전류 편집

이러한 방식은 다음과 같은 반발력으로 인해 작동합니다. Lenz의 법칙입니다. 도체에 시간에 따라 변하는 자기장 전류가 설정되어 반발 효과를 일으키는 자기장을 생성합니다.

이러한 종류의 시스템은 일반적으로 추가 댐핑이 필요할 때도 있지만 고유 한 안정성.

도체와 자석 사이의 상대 운동 편집

구리, 알루미늄 또는은과 같은 매우 우수한 전기 도체로 만든베이스를 가까이 이동하는 경우 자석에 (와디) 전류가 전도체에 유도되어 자기장의 변화에 반대하고 자석을 밀어내는 반대 자기장을 생성합니다 (렌츠의 법칙). 충분히 높은 이동 속도에서 매달린 자석은 금속 위에 떠오르거나 그 반대의 경우에는 매달린 금속으로 떠오를 것입니다.금속으로 보이는 주파수에 대해 표피 깊이보다 얇은 와이어로 만든 리츠 와이어는 단선보다 훨씬 효율적으로 작동합니다. 그림 8 코일은 무언가를 정렬 상태로 유지하는 데 사용할 수 있습니다.

특히 기술적으로 흥미로운 경우는 단일 극 영구 자석 대신 Halbach 어레이를 사용할 때 발생합니다. 이는 전계 강도를 거의 두 배로 늘리기 때문입니다. 회전은 와류의 강도를 거의 두 배로 증가시킵니다. 순 효과는 양력의 세 배 이상입니다. 두 개의 반대되는 Halbach 어레이를 사용하면 필드가 더욱 증가합니다.

Halbach 어레이는 자이로 스코프와 전기 모터 및 발전기 스핀들의 자기 부상 및 안정화에도 매우 적합합니다.

진동 전자기장 편집

도체는 교류 전류가 흐르는 전자석 위에 (또는 그 반대로) 부상 할 수 있습니다. 이로 인해 도체에서 생성 된 와전류로 인해 일반 도체가 반 자석처럼 작동합니다. 와전류는 자기장에 반대하는 자기장을 생성하기 때문에 전도성 물체는 전자석에서 튕겨 나가고 자기장의 대부분의 자기장 선은 더 이상 전도성 물체를 관통하지 않습니다.

이 효과 강자성 물질은 또한 전자석에 강하게 끌리고 (고주파에서 장은 여전히 방출 될 수 있음) 더 높은 저항을 가지고 더 낮은 와전류를 제공하는 경향이 있기 때문에 알루미늄이나 구리와 같은 비 강자성이지만 전도성이 높은 물질이 필요합니다. 다시 말하지만, litz wire가 최상의 결과를 제공합니다.

이 효과는 그 안에 알루미늄 판을 숨겨 전화 번호부를 공중에 띄우는 것과 같은 스턴트에 사용할 수 있습니다.

고주파 (몇몇 수십 킬로 헤르츠 정도) 및 킬로와트 전력 소량의 금속은 도가니에 의해 금속이 오염 될 위험없이 부상 용해를 사용하여 부상 및 용해 될 수 있습니다.

사용되는 진동 자기장의 한 원인은 다음과 같습니다. 선형 유도 전동기. 이것은 부양하고 추진력을 제공하는 데 사용할 수 있습니다.

반자 기적으로 안정화 된 부상 편집

Earnshaw의 정리는 반 자석에는 적용되지 않습니다. 이는 μr

1 (예 : 음의 자화율). 반 자기 부상은 본질적으로 안정적 일 수 있습니다.

영구 자석은 강력한 영구 자석과 강력한 반 자석의 다양한 구성으로 안정적으로 매달릴 수 있습니다. 초전도 자석을 사용하면 인간의 손가락에 물의 작은 반자성으로 인해 영구 자석의 부상이 안정화 될 수도 있습니다.

반 자기 부상 Edit

자기는이를 일으키는 물체의 속성입니다. 외부에서 가해진 자기장과 반대되는 자기장을 생성하여 재료가 자기장에 의해 반발되도록합니다. 반자성 재료는 자속 선이 재료에서 멀어 지도록합니다. 특히 외부 자기장은 핵 주위의 전자의 궤도 속도를 변경하여 자기 쌍극자 모멘트를 변경합니다.

Lenz의 법칙에 따르면 이것은 외부 자기장과 반대입니다. Diamagnets는 자기 투과성을 가진 물질입니다. μ0 미만 (상대 투자율 1 미만) 결과적으로 반자성은 외부에서인가 된 자기장이 존재하는 상태에서만 물질에 의해서만 나타나는 자기의 한 형태입니다. 일반적으로 초전도체이지만 대부분의 재료에서 상당히 약한 효과입니다. 강력한 효과를 발휘합니다.

직접 반 자기 부상 편집

반자성 물질은 자기장을 반발합니다. 모든 재료는 반자성 특성을 갖지만 효과는 매우 약하고 일반적으로 물체의 상자성 또는 강자성에 의해 극복됩니다. 반대 방식으로 작동하는 gnetic 속성. 반자성 구성 요소가 더 강한 모든 재료는 자석에 의해 반발됩니다.

반 자기 부상은 매우 가벼운 열분해 흑연 또는 비스무트 조각을 적당히 강한 영구 자석 위에 부양하는 데 사용할 수 있습니다. 물은 주로 반자성이기 때문에이 기술은 물방울과 메뚜기, 개구리, 생쥐와 같은 살아있는 동물을 부양시키는 데 사용되었습니다.그러나이를 위해 필요한 자기장은 일반적으로 16 테슬라 범위의 매우 높기 때문에 강자성 물질이 근처에 있으면 심각한 문제를 야기합니다. 개구리 부상 실험에 사용 된이 전자석의 작동에는 4MW (4000000 와트)의 전력이 필요했습니다. : 5

반 자기 부상의 최소 기준은 B d B dz = μ 0 ρ g χ {\ displaystyle B {\ frac {dB} {dz}} = \ mu _ {0} \, \ rho \, {\ frac {g} {\ chi}}}, 여기서 :

솔레노이드 자석의 z 방향을 따라 이상적인 조건 가정 :

SuperconductorsEdit

초전도체는 완벽한 반 자석으로 간주 될 수 있으며, 초전도가 처음 형성 될 때 마이스너 효과로 인해 자기장을 완전히 방출합니다. 따라서 초전도 부상은 반 자기 부상의 특정 사례로 간주 될 수 있습니다. 유형 II 초전도체에서 자석의 부상은 초전도체 내부의 자속 고정으로 인해 더욱 안정화됩니다. 이것은 부상 된 시스템이 반전 되더라도 초전도체가 자기장에 대해 움직이지 못하게하는 경향이 있습니다.

이러한 원리는 EDS (Electrodynamic Suspension), 초전도 베어링, 플라이휠 등에 의해 활용됩니다.

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열차를 부양하려면 매우 강한 자기장이 필요합니다. JR–Maglev 열차에는 초전도 자기 코일이 있지만 JR–Maglev 부상은 Meissner 효과 때문이 아닙니다.

Rotational stabilizationEdit

자석 또는 토로 이달 필드가있는 적절하게 조립 된 자석 배열은 1 초에 회전시켜 회전하여 안정화 될 때 중력에 대해 안정적으로 부상 할 수 있습니다. 자석의베이스 링에 의해 생성 된 토로 이달 필드. 그러나 이것은 세차 운동 속도가 임계 상한선과 하한 임계 값 사이에있을 때만 작동합니다. 안정성 영역은 공간적으로나 필요한 세차 운동 속도로 매우 좁습니다.

이 현상의 첫 발견은 다음과 같습니다. 버몬트 발명가 인 Roy M. Harrigan이 1983 년에이를 기반으로 부상 장치에 대한 특허를 획득했습니다. 이 특허를 인용하여 회전 안정화를 사용하는 여러 장치 (예 : 인기있는 Levitron 브랜드 부상 탑 장난감)가 개발되었습니다. 비 상업용 장치는 일반적으로 안전한 공공 상호 작용을 위해 너무 강력한 자석을 사용하는 대학 연구 실험 실용으로 만들어졌습니다.

강한 초점 편집

Earnshaw의 이론은 정적 인 장에만 엄격하게 적용됩니다. 순전히 매력적인 장을 번갈아가더라도 안정을 유도하고 자기장을 통해 궤도를 제한하여 부상 효과를 줄 수 있습니다.

이는 입자에 사용됩니다. 가속기는 하전 입자를 가두 고 들어 올리는 데 사용되며 자기 부상 열차에도 제안되었습니다.