RU2131165C1

RU2131165C1 - Magnetic levitation device

Info

Publication number: RU2131165C1
Application number: RU97118513A
Authority: RU
Inventors: Ю.Е. Нитусов; А.И. Коцюбинский; А.А. Шустов; Е.А. Деулин; В.И. Логвин; В.В. Кузнецов
Original assignee: Нитусов Юрий Евгеньевич
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has current-conducting nonmagnetic member being hung out and magnetic field source under it which is made in the form of ac electromagnet with core and power supply. When electromagnet coil is energized from standard- frequency supply mains, it is connected to the latter through series- connected capacitor. EFFECT: improved effect of levitation. 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, преимущественно к устройствам для магнитной левитации, предназначенным для вывешивания элементов конструкции типа небольших платформ, несущих на себе изделия в закрытых объемах с целью осуществления технологических процессов, и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, фармацевтического, полупроводникового и других производств. The present invention relates to electrical engineering, mainly to devices for magnetic levitation, designed to hang structural elements such as small platforms that carry products in closed volumes for the purpose of technological processes, and can be used in enterprises of the chemical industry, pharmaceutical, semiconductor and other industries .

Известно устройство для магнитной левитации БИ N 31 от 10.11.95 г. по авторскому свидетельству СССР за N 1383661 М. Кл. B 60 L 13/04, содержащее немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и источник магнитного поля, расположенный под ним. A device for magnetic levitation BI N 31 from 10.11.95, according to the copyright certificate of the USSR for N 1383661 M. Kl. B 60 L 13/04, containing a non-magnetic conductive posted element and a magnetic field source located below it.

Недостатком такого устройства является невозможность вывешивания указанного элемента при отсутствии его движения относительно источника магнитного поля. The disadvantage of this device is the inability to post the specified element in the absence of its movement relative to the source of the magnetic field.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитная левитационная транспортная система в вакууме по статье "An attemp at development of a magnetic levitation transport system in vacuum using the mechanism of induced repulsive force" в журнале Vacuum/volume 44/numbers 5 - 7/page 757 to 759/1993 (копия русского перевода статьи прилагается), содержащая немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнитов переменного тока с сердечником и источника питания. The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a magnetic levitation transport system in vacuum according to the article "An attemp at development of a magnetic levitation transport system in vacuum using the mechanism of induced repulsive force" in the journal Vacuum / volume 44 / numbers 5 - 7 / page 757 to 759/1993 (a copy of the Russian translation of the article is attached), containing a non-magnetic conductive hanging element and a magnetic field source located under it, made in the form of AC electromagnets with a core and a power source.

Недостатком этого устройства, принятого за прототип, является необходимость использования для питания источника магнитного поля источника питания с нестандартными значениями частоты. The disadvantage of this device, taken as a prototype, is the need to use a power source for magnetic field power source with non-standard frequency values.

Указанный недостаток устраняется тем, что предлагаемое устройство для магнитной левитации, содержащее немагнитный токопроводящий элемент и расположенный под ним источник магнитного поля, выполненный в виде электромагнита переменного тока с сердечником и источником питания, дополнительно содержит конденсатор, через который обмотка электромагнита переменного тока последовательно подключена к источнику питания. This drawback is eliminated by the fact that the proposed device for magnetic levitation, containing a non-magnetic conductive element and a magnetic field source located below it, made in the form of an alternating current electromagnet with a core and a power source, further comprises a capacitor through which the winding of the alternating current electromagnet is connected in series to the source nutrition.

Отличительные признаки неизвестны из других технических решений и поэтому соответствуют критерию "новизна". Указанные признаки по отдельности известны из научно-технической литературы, но их совокупность неизвестна и поэтому предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Distinctive features are unknown from other technical solutions and therefore meet the criterion of "novelty." These features are individually known from the scientific and technical literature, but their combination is unknown and therefore the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, на которых представлены:
- на фиг. 1 - блок-схема устройства для магнитной левитации;
- на фиг. 2 - график тока в обмотке электромагнита переменного тока;
- на фиг. 3 - пример схемы реализации устройства для магнитной левитации для ввода движения извне в закрытый объем (в вакуумную камеру).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, which show:
- in FIG. 1 is a block diagram of a device for magnetic levitation;
- in FIG. 2 is a graph of current in an alternating current electromagnet winding;
- in FIG. 3 is an example implementation diagram of a device for magnetic levitation for inputting external movement into a closed volume (into a vacuum chamber).

Устройство для магнитной левитации содержит немагнитный токопроводящий вывешиваемый элемент 1 (см. фиг. 1), расположенный над источником магнитного поля 2, выполненным в виде электромагнита переменного тока с сердечником 3 и обмоткой 4, питаемой от источника переменного напряжения стандартной частоты 5 через последовательно включенный конденсатор 6. The device for magnetic levitation contains a non-magnetic conductive hanging element 1 (see Fig. 1) located above the magnetic field 2, made in the form of an alternating current electromagnet with a core 3 and a winding 4, powered by a standard frequency 5 alternating voltage source through a series-connected capacitor 6.

Устройство для магнитной левитации работает следующим образом. При подключении зажимов к источнику переменного напряжения стандартной частоты вывешиваемый элемент 1, находящийся над источником магнитного поля 2, принимает взвешенное состояние. Это состояние достигается тем, что магнитный поток, соединенный обмоткой 4 в сердечнике 3, пересекает указанный элемент 1, вызывая в нем вихревые токи, которые в свою очередь создают магнитный поток. При этом направленность магнитного потока, созданного обмоткой 4 в сердечнике 3, и потока вихревых токов является встречной, что и вызывает эффект отталкивания указанного элемента 1 от торцов сердечника 3. A device for magnetic levitation works as follows. When connecting the clamps to an AC voltage source of standard frequency, the hanging element 1, located above the source of magnetic field 2, takes a suspended state. This state is achieved in that the magnetic flux connected by the winding 4 in the core 3 crosses the indicated element 1, causing eddy currents in it, which in turn create a magnetic flux. Moreover, the directivity of the magnetic flux created by the winding 4 in the core 3, and the eddy current flow is counter, which causes the effect of repulsion of the specified element 1 from the ends of the core 3.

Для усиления эффекта отталкивания предлагается последовательно с обмоткой 4 электромагнита включить конденсатор 6 с емкостью, дающей возрастание напряжения на указанной обмотке и увеличение магнитного потока до насыщения сердечника, на котором располагается обмотка. При этом в кривой тока обмотки электромагнита (см. фиг. 2) и в магнитном потоке обмотки при питании по данной схеме появляются высшие гармонические составляющие за счет нелинейного действия изменяющегося магнитного сопротивления насыщаемого ферромагнитного сердечника, что дает существенное возрастание левитирующего усилия. Это происходит в связи с меньшей глубиной проникновения вихревых токов повышенной частоты (по сравнению с частотой питания) за счет повышения экранирующего действия немагнитного, но электропроводного материала, из которого выполнен элемент 1. To enhance the repulsive effect, it is proposed to include a capacitor 6 with a capacitance in series with the electromagnet winding 4 with a capacitance that increases the voltage across the specified winding and increases the magnetic flux to saturate the core on which the winding is located. Moreover, in the current curve of the electromagnet winding (see Fig. 2) and in the magnetic flux of the winding when powered according to this scheme, higher harmonic components appear due to the nonlinear action of the changing magnetic resistance of the saturated ferromagnetic core, which gives a significant increase in levitating force. This occurs due to the lower penetration depth of eddy currents of increased frequency (as compared to the supply frequency) due to an increase in the shielding effect of a non-magnetic, but electrically conductive material from which element 1 is made.

Такое влияние последовательно включенного конденсатора позволяет избежать питания обмотки от внешних источников повышенных частот (по сравнению со стандартными), что отличает указанную схему питания устройства для магнитной левитации от ранее известной, принятой в прототипе. This effect of the series-connected capacitor allows avoiding the winding supply from external sources of increased frequencies (compared to standard), which distinguishes the specified power supply circuit of the device for magnetic levitation from the previously known one adopted in the prototype.

Предлагаемое устройство для магнитной левитации может быть использовано для ввода движения извне в закрытый объем, где необходимо соблюдать строжайшие правила высокой чистоты и безмасляности среды. Данное устройство с новой схемой питания может быть использовано в электронной вакуумной промышленности в качестве транспортной системы в вакууме размеров (см. фиг. 3). Здесь приведен пример устройства для магнитной левитации в качестве транспорта для ввода движения в вакуумную камеру, в которой на вывешиваемом элементе 1 размещено обрабатываемое изделие 8 (например, подложка из GaAs). Источник магнитного поля 2 содержит ряд электромагнитов 3 с явно выраженным полюсами и с обмотками 4, подключенными к источнику питания стандартной частоты через конденсатор (на фиг. 3 источник питания и конденсаторы не показаны). Электромагниты 3 составляют транспортную систему, которая приводит в горизонтальное движение в вакууме вывешиваемый элемент 1 за счет последовательной коммутации обмоток электромагнитов. Также это устройство может быть использовано в химической промышленности и в фармацевтическом производстве в качестве транспорта для получения различных химических соединений и лекарственных форм. Это устройство с новой схемой питания обладает целым рядом преимуществ по сравнению с подобного рода устройством, являющимся прототипом. Во-первых, оно не содержит источника питания с нестандартными значениями частоты и состоит из более простых и стандартных элементов; во-вторых, по этой же причине возрастает надежность эксплуатации и ремонтопригодность всей транспортной системы. The proposed device for magnetic levitation can be used to enter external movement into a closed volume, where it is necessary to observe the strictest rules of high purity and oil-free environment. This device with a new power circuit can be used in the electronic vacuum industry as a transport system in vacuum sizes (see Fig. 3). Here is an example of a device for magnetic levitation as a transport for introducing movement into a vacuum chamber, in which a workpiece 8 is placed on the hanging element 1 (for example, a GaAs substrate). The magnetic field source 2 contains a number of electromagnets 3 with pronounced poles and with windings 4 connected to a standard frequency power source through a capacitor (in Fig. 3, the power source and capacitors are not shown). Electromagnets 3 constitute a transport system, which drives a suspended element 1 in horizontal motion in a vacuum by sequential switching of the electromagnet windings. Also, this device can be used in the chemical industry and in the pharmaceutical industry as a vehicle for various chemical compounds and dosage forms. This device with a new power circuit has a number of advantages compared to a similar type of device, which is a prototype. Firstly, it does not contain a power source with non-standard frequency values and consists of simpler and standard elements; secondly, for the same reason, the reliability of operation and maintainability of the entire transport system increases.

Claims

A device for magnetic levitation, containing a non-magnetic conductive hanging element and a magnetic field source located below it, made in the form of an alternating current electromagnet with a core and a power source, characterized in that the winding of the alternating current electromagnet is connected to the power source through a series-connected capacitor.