Изобретение относится к устройству для левитации некоторого количества проводящего материала, содержащему катушку для удерживания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушке.The invention relates to a device for levitation of a certain amount of conductive material, comprising a coil for holding material in levitation using a varying electric current in the coil.
Известно устройство для левитации некоторого количества проводящего материала (см. WO 03/071000 A1), содержащее катушку, в которую подается изменяющийся электрический ток, создающий электромагнитное поле и обеспечивающий нагревание проводящего материала до испарения с последующим покрытием подложек, таких как полосовой материал.A device is known for levitation of a certain amount of conductive material (see WO 03/071000 A1), comprising a coil, into which a varying electric current is applied, generating an electromagnetic field and heating the conductive material before evaporation, followed by coating substrates, such as strip material.
Недостатком данного устройства является одновременное использование изменяющегося электрического тока, как для обеспечения сил левитации, так и нагрева материала, с последующим возникновением дисбаланса тепломассобменного процесса, особенно когда требуется более высокая температура плавления и испарения, что резко ухудшает качество готового продукта.The disadvantage of this device is the simultaneous use of a varying electric current, both to provide levitation forces and heat the material, with the subsequent occurrence of an imbalance in the heat and mass transfer process, especially when a higher melting and evaporation temperature is required, which sharply affects the quality of the finished product.
Известно устройство для левитации некоторого количества проводящего материала (см. патент РФ №2370921 МПК H05B 6/32 опуб. 20.10.2009 бюл. №29), содержащее катушку для удержания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушке. При этом устройство содержит две катушки, первую и вторую катушку, которые во время использования создают переменное электромагнитное поле, при этом труба из непроводящего материала расположена внутри катушек так, что труба присутствует между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушкой по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри трубы из непроводящего материала, причем первая катушка расположена под второй катушкой, имеет меньшее число обмоток и соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока. Недостатком является узкая область использования, обусловленная обязательным наличием электропроводящего материала, подвергаемого левитации. При этом необходима сложная система поддержания температурного режима плавления и испарения проводящего материала при регулировании силы тока, обеспечивающего лишь его нагрев, а в условиях внезапного перегрева, наблюдаемого в практических условиях, отсутствует возможность охлаждения проводящего материала, то есть не осуществляется поддержание устойчивости тепломассообменного процесса.A device for levitation of a certain amount of conductive material (see RF patent No. 2370921 IPC H05B 6/32 publ. 10/20/2009 bull. No. 29), containing a coil for holding the material in levitation using a varying electric current in the coil. The device contains two coils, the first and second coils, which during use create an alternating electromagnetic field, while a pipe of non-conductive material is located inside the coils so that the pipe is present between the coils and some amount of material used and held in levitation between the first and the second coil as it moves along the central axis of the coils inside the pipe of non-conductive material, and the first coil is located under the second coil, has fewer windings and with are integrated through one current source or each has a separate current source. The disadvantage is the narrow area of use, due to the mandatory presence of electrically conductive material subjected to levitation. At the same time, a complex system is needed to maintain the temperature regime of the melting and evaporation of the conductive material while regulating the current strength, providing only its heating, and under the conditions of the sudden overheating observed in practical conditions, there is no possibility of cooling the conductive material, i.e., the stability of the heat and mass transfer process is not maintained.
Технической задачей является осуществление левитации некоторого количества не только проводящего, но и непроводящего материала, а также упрощение поддержания нормированного тепломассообменного процесса путем осуществления не только нагрева подвергаемого левитации материала, но и при необходимости его охлаждение путем погружения некоторого количества материала в магнитную жидкость, подвергающуюся воздействию переменного электромагнитного тока первой и второй катушек.The technical task is to levitate a certain amount of not only conductive, but also non-conductive material, as well as to simplify the maintenance of a normal heat and mass transfer process by not only heating the material being levitated, but also, if necessary, cooling it by immersing a certain amount of material in a magnetic fluid exposed to an alternating electromagnetic current of the first and second coils.
Технический результат по осуществлению левитации проводящего и непроводящего материалов достигается тем, что устройство для левитации некоторого количества материала, содержащее катушки для удержания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушках. При этом устройство содержит две катушки, первую и вторую катушку, которые во время использования создают переменное электромагнитное поле, при этом труба из непроводящего материала расположена внутри катушек так, что труба присутствует между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушкой по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри трубы из непроводящего материала, причем первая катушка расположена над второй катушкой, имеет меньшее число обмоток и соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока, при этом труба расположена вертикально с открытым верхним отверстием и закрытым нижним отверстием и заполнена магнитной жидкостью. При этом первая катушка с меньшим числом обмоток расположена у входного отверстия. Левитирующий материал, удерживаемый между электромагнитными полями первой и второй катушек, смещается от открытого входного отверстия к закрытому выходному отверстию трубы под воздействием сил давления магнитной жидкости.The technical result of the levitation of conductive and non-conductive materials is achieved by the fact that the device for levitation of a certain amount of material containing coils for holding the material in levitation using a varying electric current in the coils. The device contains two coils, the first and second coils, which during use create an alternating electromagnetic field, while a pipe of non-conductive material is located inside the coils so that the pipe is present between the coils and some amount of material used and held in levitation between the first and the second coil as it moves along the central axis of the coils inside the pipe of non-conductive material, the first coil being located above the second coil, has fewer windings and with are single through one current source or each has a separate current source, while the pipe is located vertically with an open upper hole and a closed lower hole and filled with magnetic fluid. In this case, the first coil with a smaller number of windings is located at the inlet. Levitating material held between the electromagnetic fields of the first and second coils is shifted from the open inlet to the closed outlet of the pipe under the influence of pressure forces of the magnetic fluid.
Устройство для левитации некоторого количества материала содержит (фиг.1) вертикально установленную трубу 1 из непроводящего материала, верхнее 2 открытое отверстие и нижнее 3 закрытое отверстие. При этом труба 1 заполнена магнитной жидкостью 4. Первая катушка 5 имеет меньшее число обмоток, чем вторая катушка 6, и находится у верхнего 2 открытого отверстия, а вторая катушка 6 расположена перед нижним отверстием 3. Материал 7, подвергающийся левитации по мере перемещения по центральной оси 8 катушек 5 и 6, занимает последующие положения а), б), и в) от верхнего 2 открытого отверстия до нижнего 3 закрытого отверстия трубы 1.A device for levitation of a certain amount of material contains (Fig. 1) a vertically mounted pipe 1 of non-conductive material, an upper 2 open hole and a lower 3 closed hole. In this case, the pipe 1 is filled with magnetic fluid 4. The first coil 5 has a smaller number of windings than the second coil 6, and is located at the top 2 of the open hole, and the second coil 6 is located in front of the lower hole 3. Material 7, undergoing levitation as it moves along the central axis 8 of coils 5 and 6, occupies the following positions a), b), and c) from the top 2 of the open hole to the bottom 3 of the closed hole of the pipe 1.
Устройство для левитации некоторого количества материала работает следующим образом. Материал (проводящий или непроводящий) помещается на поверхность магнитной жидкости 4 у верхнего 2 открытого отверстия вертикально установленной трубы 1 с первой 5 и второй 6 катушками. Вначале работы свободная поверхность магнитной жидкости 4 имеет плоскую горизонтальную форму. При подаче электрического тока на обмотки катушки 5 в ней генерируется электромагнитное поле, поверхность магнитной жидкости 4 сначала принимает вогнутую форму, а затем по мере увеличения тока на катушке 5 пондеромоторные силы, прижимая магнитную жидкость 4 к стенке трубы 1 одновременно втягивают ее в область максимального поля, в результате чего образуется магнитожидкостное кольцо в плоскости симметрии магнитного поля. При дальнейшем увеличении тока на обмотках катушки 5 пондеромоторные (магнитные) силы значительно превосходят силу тяжести, благодаря чему магнитожидкостное кольцо над материалом 7 утолщается. Под слоем магнитной жидкости 4 образуется изолированная газовая полость, перекрывающая сечение трубы 1. Далее толщина слоя магнитной жидкости 4 растет за счет перетекания магнитной жидкости 4 снизу, а воздушная полость с материалом 7 под действием сил левитации проталкивается вниз. При этом магнитная жидкость 4 действует как охлаждающий элемент материала 7. При подаче и увеличении электрического тока на обмотки катушки 6 плоскость симметрии магнитного поля смещается вниз, проталкивая воздушную полость с материалом 7 к нижнему отверстию 3.A device for levitation of a certain amount of material works as follows. The material (conductive or non-conductive) is placed on the surface of the magnetic fluid 4 at the top 2 of the open hole of the vertically mounted pipe 1 with the first 5 and second 6 coils. At the beginning of the work, the free surface of the magnetic fluid 4 has a flat horizontal shape. When applying electric current to the windings of coil 5, an electromagnetic field is generated in it, the surface of the magnetic fluid 4 first takes a concave shape, and then, as the current on the coil 5 increases, ponderomotive forces push the magnetic fluid 4 against the wall of the pipe 1 and simultaneously draw it into the region of the maximum field As a result, a magneto-liquid ring is formed in the plane of symmetry of the magnetic field. With a further increase in the current on the windings of the coil 5, the ponderomotive (magnetic) forces significantly exceed the force of gravity, due to which the magneto-liquid ring over the material 7 thickens. An insulated gas cavity is formed under the layer of magnetic fluid 4, overlapping the cross section of the pipe 1. Further, the thickness of the layer of magnetic fluid 4 increases due to the flow of magnetic fluid 4 from below, and the air cavity with material 7 is pushed down under the influence of levitation forces. In this case, the magnetic fluid 4 acts as a cooling element of the material 7. When applying and increasing the electric current to the windings of the coil 6, the plane of symmetry of the magnetic field shifts downward, pushing the air cavity with the material 7 to the lower hole 3.
Оригинальность предложенного изобретения заключается в том, что для левитации, как проводящего, так и непроводящего материала, используется магнитная жидкость, заполняющая вертикально установленную трубу, расположенную вдоль центральной оси электромагнитного поля, создаваемого катушками, при этом первая катушка расположена у входного открытого отверстия трубы для создания воздушной полости, а вторая перед выходным закрытым отверстием.The originality of the proposed invention lies in the fact that for levitation, both conductive and non-conductive material, a magnetic fluid is used to fill a vertically mounted pipe located along the central axis of the electromagnetic field created by the coils, while the first coil is located at the inlet open hole of the pipe to create air cavity, and the second in front of the outlet closed hole.