CN2749004Y - 超导磁悬浮地球仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种超导磁悬浮地球仪，其球体(1)内中心下端水平固定安装有轴向充磁的圆形永磁铁(2)；底座(6)的中心位置设有低温容器(5)，低温容器(5)顶壁下紧贴有圆形的超导块材(4)。它克服了现有磁悬浮地球仪的不足，视觉与演示效果良好，并且球体悬浮更稳定。

Description

超导磁悬浮地球仪
所属技术领域
本实用新型涉及一种磁悬浮地球仪。
背景技术
现有的磁悬浮地球仪，均为电磁悬浮地球仪或称为常导磁悬浮地球仪，大多在上部装置中安装电磁线圈和位移传感器，球体内装有铁磁材料，线圈通电后产生磁场，对球体内铁磁物质的吸引力，使球体克服重力而悬浮起来。如中国专利02217547.4公开的磁悬浮地球仪，其支架做成“[”形，支架上端安装电磁线圈，球体内上方装有铁磁材料。电磁线圈通电后，可吸引球体悬浮在“[”形支架内。但支架和支架上部的装置，严重影响视觉效果。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种超导磁悬浮地球仪，克服了现有磁悬浮地球仪的不足，视觉与演示效果良好，并且球体悬浮更稳定。
本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种超导磁悬浮地球仪，主要包括球体、球体下方的托架、托架下的底座，其结构特点为：球体内中心下部水平固定安装有轴向充磁的圆形永磁铁；底座的中心位置安设有低温容器，低温容器顶壁下紧贴有圆形的超导块材。
其工作原理是：使用时，用托架托住球体，使低温容器降温后，超导块材的温度达到其超导转变温度以下时，超导块材进入超导状态，由于超导的特性，超导块材在三维方向上对球体内中心下部固定安装的轴向充磁的圆形永磁铁产生钉扎与导向作用，产生超导磁悬浮现象，使球体不再需要托架也可稳定悬浮在底座上方。其具体的原理是：圆形永磁铁处于进入超导态的超导块材附近时，磁通线进入超导块材内，在超导块材体内形成很大的磁通密度梯度，感应出临界电流，从而对圆形永磁铁产生排斥，排斥力随相对距离的减小而逐渐增大，而克服圆形永磁体及地球仪球体的重力使其悬浮在超导块材(底座)的上方托架支撑高度上，此时已无需托架的支撑；当圆形永磁体在三维方向上离开超导块材时，超导块材内均能产生一负的磁通密度，感应出反向的临界电流，一部分磁场被俘获在超导块材内，对永磁铁产生吸引。由于斥力和吸引力同时存在而产生的钉扎与导向作用，使得球体得以在水平和垂直方向上能稳定地悬浮于底座上方。即使受到干扰偏移时，也能够自动恢复到原悬浮位置。完全克服了常规磁铁之间同性相斥，异性相吸仅有一种作用力而导致的相互作用的两物体位置不稳定的现象。并且由于圆形永磁铁和超导块材的圆心在垂向上同轴，沿该轴心的圆周上磁场是导通的，故圆形磁体在转动时不会受到磁场的转动阻力；轻轻拨动悬浮的球体，球体则仅需克服空气磨擦阻力，而能长时间旋转。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用高温超导磁悬浮技术制造地球仪，球体外部没有附加装置，能获得良好的视觉效果，并且球体悬浮更加稳定，不会发生左右偏移，自由旋转长时间长。
上述的超导块材为多个，其放置方式为，中心一块超导块材，其余超导块材沿中心呈一个或多个圆环状紧密排列。
上述的超导块材为钇钡铜氧(YBCD)材料制成。采用钇钡铜氧(YBCD)作为超导材料能实现高温磁悬浮现象。
上述的低温容器为低温保温杜瓦容器，其开口高出低温容器顶壁。这样可确保紧贴顶壁的超导块材能被液氮完全淹没，制冷效果更好。
上述的球体是用塑料或石膏或其他非金属材料制作的空心球体。磁场能很好地穿过非金属球体，使磁场利用率高，节约能源。
上述的托架是放置在底座上或者固定在底座上的升降式托架。托架在球体未悬浮时起支撑作用，一旦球体进入悬浮状态，即可移走或将升降式托架下缩，以获得更好的观赏效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明：
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
图2是本实用新型实施例二的结构示意图。
图3是本实用新型实施例三的结构示意图。
图4是本实用新型实施例四的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
图1示出，本实用新型的一种具体实施方式为：一种超导磁悬浮地球仪，包括球体1、球体1下方的托架3、托架3下的底座6。球体1内中心下端水平固定安装有轴向充磁的圆形永磁铁2；底座6的中心位置安设有低温容器5，低温容器5顶壁下紧贴有圆形的超导块材4。
本例的超导块材4为多个，其放置方式为，中心一块超导块材4，其余超导块材4沿中心呈一个或多个圆环状紧密排列。  超导块材4为钇钡铜氧(YBCD)材料制成。低温容器5为低温保温杜瓦容器，其开口8高出低温容器5顶壁。球体1是用塑料或石膏或其他非金属材料制作的空心球体。托架3是固定在底座6上的升降式托架3。升降式托架3可采用各种现有技术的各种升降式结构，如伸缩式结构构成。
使用时，将球体1放置在升降式托架3上，托起高度为2～4cm。从低温容器5的开孔处注入液氮，将超导块材4完全冷却，进入超导态后，降低托架3，由于球体1内永久磁铁2的磁道受超导体4的钉扎作用，球体1稳定地悬浮在底座6的上方，悬浮高度为2-4厘米。轻轻拨动球体1可使其持续旋转。为保持必须的低温条件，需不断补充低温容器5中的液氮。若要停止演示，则升起了托架3，停止补充液氮，待低温容器5中液氮挥发完，温度升高，超导块材失超后，球体1会缓缓降落到托架3上。
本实施例中空心球体1用有机塑料制成，球体直径50厘米，质量6千克，空心球体1也可以用石膏、景泰蓝等多种非金属材料制作。如果增加永久磁铁和超导块材，球体直径可增大到5米，质量可达2吨以上。
实施例二
图2示出，本例采用制冷机7制冷代替实施例一中的液氮制冷，低温容器也不再开口，其他各部分均与实施例一相同。接通制冷机7的电源，可实现制冷，使超导块材4进入超导态，球体1悬浮在底座6上方，关断制冷机7的电源，超导块材渐渐升温而失超，可停止演示。
实施例三
图3示出，用放置在底座6上的可移走的托架3代替实施例一中的固定在底座6上的升降式托架3，在球体1进入悬浮状态后，将托架3拿走其演示效果更好。其余各部分均与实施例一相同。
实施例四
图4示出，用放置在底座6上的可移走的托架3代替实施例二中的固定在底座6上的升降式托架3，其余各部分均与实施例二相同。
本实用新型还可安装电磁旋转控制装置，对球体1的匀速旋转进行自动控制。

Claims (6)

1、一种超导磁悬浮地球仪，包括球体(1)、球体(1)下方的托架(3)、托架(3)下的底座(6)，其特征在于：所述的球体(1)内中心下端水平固定安装有轴向充磁的圆形永磁铁(2)；底座(6)的中心位置安设有低温容器(5)，低温容器(5)顶壁下紧贴有圆形的超导块材(4)。
2、根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮地球仪，其特征在于：所述的超导块材(4)为多个，其放置方式为，中心一块超导块材(4)，其余超导块材(4)沿中心呈一个或多个圆环状紧密排列。
3、根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮地球仪，其特征在于：所述的超导块材(4)为钇钡铜氧(YBCD)材料制成。
4、根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮地球仪，其特征在于：所述的低温容器(5)为低温保温杜瓦容器，其开口(8)高出低温容器(5)顶壁。
5、根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮地球仪，其特征在于：所述的球体(1)是用塑料或石膏或其他非金属材料制作的空心球体。
6、根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮地球仪，其特征在于：所述的托架(3)是放置在底座(6)上或者固定在底座(6)上的升降式托架(3)。
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