CN101743602A - 用于影响彼此间隔的两个物体之间的磁耦合的方法，以及用于实施该方法的装置 - Google Patents

用于影响彼此间隔的两个物体之间的磁耦合的方法，以及用于实施该方法的装置 Download PDF

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Abstract

用于影响两个彼此间隔的物体(10、12)之间的磁耦合的方法，其特征在于在两个物体(10、12)之间布置一具有场位移区域(22)的可控的场位移装置(13)，并且特征在于，通过适当地操纵所述场位移装置(13)，以预定方式将两个物体(10、12)之间存在的磁场(11)从场位移装置(13)的场位移区域(22)移出。

Description

用于影响彼此间隔的两个物体之间的磁耦合的方法，以及用于实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及影响磁场的领域。本发明尤其涉及一种根据权利要求1的前序部分、用于影响彼此间隔的两个物体之间的磁耦合的方法，并且涉及一种用于实施该方法的装置。
背景技术
抗磁性被定义为一种使从物质内部穿过的磁场或多或少程度地移位的物质特性，以及使该磁场衰减的物质特性。理想的抗磁体是第一种类型的超导体，其使磁场完全从其内部移位，除了窄的边缘区域之外。就抗磁性材料而言，由外部磁场基于所假设的模型感应生成原子级别的环流，所述环流的磁场相反于外部磁场并且将外部磁场削弱。就第一种类型超导体而言，通过外部磁场在边缘区域内以宏观尺寸形成无损耗屏蔽电流(Abschirmstrom)，并且该电流的磁场使得在超导体的内部不存在场。
由于场位移(Feldverdraengung)，当抗磁体被带到物体之间的磁耦合区域内时，可通过抗磁体本质上改变(削弱)两个物体之间的磁耦合。不可能控制该过程，尤其不能轻易地使场位移开或关。
发明内容
本发明的目的在于说明一种这样的方法和装置，借助于所述方法和装置能以简单的方式有利地影响并控制两个物体之间的磁耦合。
本目的是通过权利要求1和10的全部特征而实现的。对于本发明而言必要的是，在两个物体之间布置一具有场位移区域的可控的场位移装置，并且通过适当地操纵所述场位移装置，以预定方式将两个物体之间存在的磁场从场位移装置的场位移区域移出。在该情况中，场位移装置限定一如下的空间区域，在该空间区域中存在磁感应通量密度B，其中divB＝0，并且在其外部空间中存在矢势A，其中rotA＝0且B＝0。
一种控制可能性在于，将场位移装置打开或关闭，以便影响两个物体之间的磁耦合。这导致相应于磁耦合的开关切换过程，在完全场位移和无场位移之间的改变。
为了实现周期性地改变的耦合，诸如例如关于感应交流电所发生的，可将场位移装置周期性地打开或关闭，以便影响两个物体之间的磁耦合。
然而，也可想到改变场位移装置的场位移的强度，以便影响两个物体之间的磁耦合，从而实现连续改变，诸如在例如正弦形过程中存在的改变。
在该情况下，优选使用至少一个本身封闭的环形线圈，用于产生场位移区域。另外，矢势还受到如下绕组的影响，电流流经所述绕组，并且所述绕组在所述至少一个环形线圈内沿着环形线圈的轴线的方向行进。
所述将被影响的磁耦合可存在于相同的或者不同的物体之间。因而所述物体中的至少一个可以是永磁体，该至少一个物体的磁场与另一物体相互作用。特别地，所述两个物体都是永磁体，其取决于极性在其相互作用的范围内相互吸引或相互排斥。
然而，所述物体中的至少一个也可以是如下的电磁线圈，所述电磁线圈或者具有流经自身的电流并产生磁场，或者作为感应线圈，其中流过一变化的磁场。特别地，所述两个物体可以都是电磁线圈。
在这种情况下，优选使用一控制器以便控制所述场位移装置。
根据本发明的场位移装置的实施方案的特征在于，场位移装置具有至少一个如下的环形线圈，所述环形线圈的内部磁场以环状形式封闭并且其外部磁场消失。特别地，可在至少一个环形线圈内布置如下绕组(31)，该绕组可施加电流，并且该绕组沿着所述环形线圈的轴线的方向行进。
根据该实施方案的一优选改进方案，将在一个平面内直接互相相邻的多个环形线圈同心地一个布置在另一个内部。
如果将在两个上下叠置的平面内各自直接互相相邻的多个环形线圈同心地一个布置在另一个内部，则可在场位移装置中产生一尤其均衡的场位移区域。
在该情况下，所述环形线圈或绕组优选地连接至一电源，所述电源自身被一控制器控制。
附图说明
将在下文中根据示例性的实施方案并且结合附图更加详细地描述本发明。在所述附图中：
图1以高度简化的形式，示出了根据本发明的方法的一示例性实施方案、用于影响两个永磁体之间的磁耦合的各种步骤(图1a～1d)；
图2示出了穿过环形线圈的一个截面，所述环形线圈是根据本发明的一示例性实施方案的场位移装置的一部分；
图3示出了根据本发明的场位移装置的示例性实施方案的横截面，所述场位移装置具有在两个上下相叠置的平面内交替运行的同心环形线圈；
图4示出了可与图1相比的布置图，根据本发明通过该布置影响在永磁体和电磁线圈之间的耦合；
图5示出了可与图4相比的布置图，根据本发明通过该布置影响在两个电磁线圈之间的耦合；
图6示出了穿过根据本发明另一示例性实施方案的场位移装置的截面，所述场位移装置具有环形线圈以及在其内部环绕的附加绕组，从而控制矢势(Vektorpotential)。
具体实施方式
本发明涉及如下方式和方法：如何能在空间的固定的预定区域(场位移区域)内产生抗磁性的现象和效应，以及如何借助于这种由外电流产生的抗磁性空间区域(场位移区域)实现具有恒定的或者可随时间变化的磁场或电磁场的相互作用，并且所述磁场或电磁场从不同外部独立源(例如外部永磁体或电磁体)延伸进入该区域。
尤其地，本发明提出对由外部源产生的磁场的外部稳态通量、和/或随时间而变化的通量的控制。
为了产生抗磁空间区域，提出了一种专门的场位移装置，即一种抗磁性发生器(在下文中为DMG)，所述装置的变量和参数由指数D示出。在所述固定的预定空间区域内，DMG产生恒定或随时间变化的磁场B D的磁通量密度的封闭流通，其中divB D＝0(在空间区域的内部)。在固定的空间区域的外部，产生具有径向梯度(gradA r，D)的矢势A D，其中rotA D＝0且B D＝0。这两个区域的固定的相互作用作为关于从其它外部源(例如永磁体或电磁体)延伸进入该区域的其它磁场和/或电磁场的外部通量的抗磁性的表现形式。
通过示例方式，由电源供给的圆形螺线管(环形线圈)可被用作DMG，其产生圆形的、本身封闭的电磁场B D(所述场B D的方向沿着圆形螺线管的轴线)。也存在具有矢势A D的外部圆形区域，其在该区域上具有径向梯度(gradA r，D)和参数B D＝0、rotA D＝0。如果螺线管被供给以直流电，则dA D/dt＝0。相反，如果螺线管被供给以交流电，则dA D/dt＝A0.D*KD*f(v)，其中A0.D＝矢势A D的幅度，f(v)＝交流电的频率的函数，以及KD＝校正系数，该校正系数考虑A D的波表现形式。
图1以各种不同的步骤(附图各部分)的形式描述了根据本发明的方法的原理的高度简化示意图。根据图1a，该方法基于两个彼此间隔的物体10和12，所述两个物体在该情况下例如由永磁体构成，并且是磁耦合的，使得在它们之间存在具有非零的磁感应通量密度11的区域。在本实施例中，两个永磁体的异性极朝向彼此，使得在两个物体10、12上的磁相互作用施加吸引力。
现在，根据本发明，可控的场位移装置13被引入到如下的非零磁感应通量密度11的区域，并且具有用于外部控制的控制输入14(用箭头象征示出)(图1b)。在该情况下，场位移装置13优选这样放置，使得场位移对于两个物体10、12的磁耦合的作用为最大值。
当现在将场位移装置13打开时(由图1c中的控制输入14处的方框箭头象征示出)，这导致的场位移产生不同的磁感应通量密度11′，该磁感应通量密度11′导致在两个物体之间相应地不同的磁耦合。当将场位移装置13再次关闭时(图1d)，再次产生如图1a中的原始状态。
然而，代替两个永磁体之间的磁耦合，也可通过场位移装置18——如图4和5所示——影响永磁体12和电磁线圈25之间的磁耦合(图4)，或者两个电磁线圈25和26之间的磁耦合(图5)，在该情况下，电磁线圈25、26其自身任一被用于产生磁恒定场或者磁交变场，或者用于通过改变输入耦合磁场而感应生成电流。
根据本发明的场位移装置13或18的一示例性实施方案的中心元件是，如图2以截面形式示出的类型的环形线圈15，在该环形线圈的内部，线圈电流形成环形封闭的磁感应通量17，同时在外部空间不存在场。
如果，根据图3，为了形成场位移装置18，将如下多个环形线圈19、...、21和19′、...、21′同心地一个布置在另一个内部，所述多个环形线圈中的每个都在上下叠置的两个平面上直接相互相邻，则当线圈19、...、21和19′、...、21′打开时，在线圈平面之间形成一(抗磁作用的)场位移区域22，并且该区域具有图1c所示的效应。在该情况下，环形线圈19、...、21和19′、...、21′不仅在每个平面内而且在所述平面之间交替运行。
通过影响所述磁耦合使得不仅可以影响(切换)磁力，而且也可控制感应过程，该感应过程用于产生并运行该交流电。
图6描述了在与图2可比的图示中、根据本发明的场位移装置的另一示例实施方案。图6中的场位移装置30具有如下的环形线圈32，该环形线圈32沿着中心(圆形)轴线33延伸并且线圈电流34流经该环形线圈32。线圈电流34在场区域中产生磁场B D，所述磁场在左边指向示图平面内并且在右边从示图平面指向外面。一附加绕组31沿着轴线33被布置在环形线圈32内部(通过示例方式示出并且不存在对一般性的任何限制，在图6中示出四圈)，该附加绕组31在另一场区域36中产生一附加磁场B v，所述附加磁场的方向平行于线圈电流34并且垂直于环形线圈32的磁场B D。
变量gradA r，D受到附加线圈31的影响。矢势A r，D和变量gradA r， D受到两个场B v和B D的相互作用的影响，在这种情况下，可改变通过线圈31的电流以产生影响，而不需要改变环形线圈32中的线圈电流34。由此得到了借助于抗磁性的场位移区域来影响磁耦合的附加可能性。
10、12：永磁体
11、11′：磁感应通量密度
13、38、30：场位移装置(可控的)
14：控制输入
15：环形线圈
16：线圈电流
17：磁感应通量
19、20、21：环形线圈
19′、20′、21′：环形线圈
22：场位移区域
23：电源
24：控制器
25、26：电磁线圈
31：绕组
32：环形线圈
33：轴线(环形线圈)
34：线圈电流
35：磁场(绕组31)
36、37：场区域

Claims (17)

1.一种用于影响两个彼此间隔的物体(10、12；25、26)之间的磁耦合的方法，其特征在于在两个物体(10、12；25、26)之间布置一具有场位移区域(22)的可控的场位移装置(13、18、30)，并且特征在于，通过适当地操纵所述场位移装置(13、18、30)，以预定方式将两个物体(10、12；25、26)之间存在的磁场(11)从场位移装置(13、38、30)的场场位移区域(22)移出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述场位移装置(13、18、30)打开或关闭，以便影响所述两个物体(10、12；25、26)之间的磁耦合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述场位移装置(13、18、30)周期性地打开或关闭，以便影响所述两个物体(10、12；25、26)之间的磁耦合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于改变所述场位移装置(13、18、30)的场位移的强度，以便影响所述两个物体(10、12；25、26)之间的磁耦合。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于使用至少一个本身封闭的环形线圈(15；19、20、21、19′、20′、21′；32)用于产生场位移区域(22)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于矢势(A r，D)受到如下绕组(31)的影响，电流流经所述绕组，并且所述绕组在所述至少一个环形线圈(32)内沿着环形线圈(32)的轴线(33)的方向行进。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于所述物体(10、12；25、26)中的至少一个是永磁体(10、12)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述两个物体(10、12)都是永磁体。
9.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于所述物体(10、12；25、26)中的至少一个是电磁线圈(25、26)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述两个物体(25、26)都是电磁线圈。
11.根据权利要求1～10任一项所述的方法，其特征在于使用控制器(24)以便控制场位移装置(13、18、30)。
12.用于实施所述方法的场位移装置(13、18、30)，其特征在于所述场位移装置(13、18、30)限定一如下空间区域，在该空间区域中存在的磁感应通量密度B，其中divB＝0，并且在其外部空间中存在矢势A，其中rotA＝0且B＝0。
13.根据权利要求12所述的场位移装置，其特征在于所述场位移装置(13、18、30)具有至少一个环形线圈(15；19、...、21；19′、...、21′；32)，所述至少一个环形线圈的内部磁场以环状形式封闭并且其外部磁场消失。
14.根据权利要求13所述的场位移装置，其特征在于在所述至少一个环形线圈(32)内布置有如下绕组(31)，可给该绕组施加电流，并且该绕组沿着所述环形线圈(32)的轴线(33)的方向行进。
15.根据权利要求13所述的场位移装置，其特征在于将在一个平面内直接互相相邻的多个环形线圈(15；19、...、21；19′、...、21′)同心地一个布置在另一个内部。
16.根据权利要求15所述的场位移装置，其特征在于将在两个上下叠置的平面内各自直接互相相邻的多个环形线圈(15；19、...、21；19′、...、21′)同心地一个布置在另一个内部。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的场位移装置，其特征在于一个或多个环形线圈(15；19、...、21；19′、...、21′；32)或绕组(31)连接至电源(23)，所述电源自身被一控制器(24)控制。
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