拓撲軌道超導磁懸浮裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型總體上涉及磁懸浮，更特別地，涉及一種具有拓撲軌道的超導磁懸浮
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮是一種有趣的物理現(xiàn)象，物體可以通過看不見的磁相互作用力而無接觸地懸浮在空中。由于無接觸，所以懸浮物體可以在較小阻力下運動，例如旋轉(zhuǎn)或平移等，從而節(jié)省了能耗。因此，磁懸浮現(xiàn)象有巨大的實用價值，小到家庭的磁懸浮實用擺件，例如磁懸浮地球儀、磁懸浮臺燈等，大到磁懸浮輸運工具，例如磁懸浮傳送帶、磁懸浮列車等。
[0003]超導磁懸浮由于其特殊的物理特性而一直是研宄的熱點。超導體有著各種奇特的性質(zhì)，例如抗磁性，也稱作邁斯納效應(yīng)。具體而言，當把處于超導狀態(tài)的超導體放進小于臨界磁場He的外磁場H中時，由于電磁感應(yīng)作用，在超導體的表面形成感應(yīng)電流，在超導體的內(nèi)部，由感應(yīng)電流激發(fā)的磁場和外磁場大小相等，方向相反，二者完全相互抵消，從而超導體內(nèi)的磁場強度為O。因此，當把超導體放入磁場中時，如果磁相互作用產(chǎn)生的斥力與重力平衡，就實現(xiàn)了超導體的懸浮。超導體還有許多其他特殊的電磁特性，例如磁通量子效應(yīng)等，這將在本說明書的后續(xù)部分進行詳細描述。
[0004]磁懸浮，尤其是超導磁懸浮，還是一個很好的科普題材。通過演示超導磁懸浮這種有趣的物理現(xiàn)象，能引起少年兒童的好奇心，大大激發(fā)他們探索科學奧秘的興趣。然而，缺乏一種磁懸浮演示裝置，尤其是超導磁懸浮演示裝置，其設(shè)計巧妙，而又操作簡單，并且能演示各種奇特的超導磁懸浮現(xiàn)象。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的一個方面在于提供一種拓撲軌道超導磁懸浮裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，并且能夠演示超導磁懸浮的各種奇特實驗現(xiàn)象。
[0006]根據(jù)一示范性實施例，一種拓撲軌道超導磁懸浮裝置包括:拓撲軌道，包括:支承本體，具有將細長結(jié)構(gòu)繞其長軸旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度后將所述細長結(jié)構(gòu)的兩端相接而形成的閉合環(huán)形形狀，所述細長結(jié)構(gòu)具有旋轉(zhuǎn)對稱的橫截面形狀，且具有N個旋轉(zhuǎn)對稱的表面，旋轉(zhuǎn)角度為360/N，其中N是大于等于3的正整數(shù)，所述預(yù)定角度為nX 360/N度，其中η是大于等于I的正整數(shù)；以及第一至第N磁組件，分別設(shè)置在所述細長結(jié)構(gòu)的N個旋轉(zhuǎn)對稱的表面上，其中所述第一至第N磁組件亦呈旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)置。
[0007]在一示例中，所述第一至第N磁組件中的每個均包括:第一永磁體，其磁化方向垂直于其所位于的表面；第二永磁體，設(shè)置在所述第一永磁體的一側(cè)，且其磁化方向反平行于所述第一永磁體的磁化方向；以及第三永磁體，設(shè)置在與所述第二永磁體相反的所述第一永磁體的另一側(cè)，且其磁化方向也反平行于所述第一永磁體的磁化方向。
[0008]在一示例中，所述第一、第二和第三永磁體中的每個均包括沿所述支承本體的長度方向拼接的多塊磁體，并且所述多塊磁體粘接到所述支承本體上。
[0009]在一示例中，所述支承本體是軟磁支承本體。
[0010]在一示例中，η等于I。
[0011]在一示例中，N等于3，所述支承本體具有正三角形橫截面形狀，且第一、第二和第三磁組件分別設(shè)置在所述正三角形的三條邊上。
[0012]在一示例中，N等于4，所述支承本體具有正方形橫截面形狀，且第一、第二、第三和第四磁組件分別設(shè)置在所述正方形的四條邊上。
[0013]在一示例中，所述正三角形或所述正方形具有倒圓角或斜切角。
[0014]在一示例中，所述拓撲軌道超導磁懸浮裝置還包括:懸浮單元，其包括非理想第II類超導體，且能懸浮在所述拓撲軌道上。
[0015]在一示例中，所述非理想第II類超導體具有1nm至15mm之間的厚度。
[0016]本實用新型的拓撲軌道超導磁懸浮裝置可以應(yīng)用到諸多方面。例如，該裝置可以制作成教具，向?qū)W生或少年兒童演示上述奇異的磁學、拓撲幾何、以及超導現(xiàn)象，有助于他們理解現(xiàn)象背后的物理原理，并且激發(fā)他們探索科學奧秘的好奇心。上述裝置還可以應(yīng)用于例如傳送帶等工業(yè)應(yīng)用，或者例如過山車等娛樂設(shè)施。
【附圖說明】
[0017]下面將參照附圖來描述本實用新型的示范性實施方式，附圖中相似的元件使用相似的附圖標記來指示。應(yīng)理解，下面參照附圖描述的實施方式僅是示范性的，而無意在任何方面限制本實用新型的范圍。
[0018]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的磁懸浮軌道的支承本體的立體圖。
[0019]圖2是根據(jù)本實用新型一實施例的磁懸浮軌道的橫截面圖。
[0020]圖3示出圖2所示的磁組件產(chǎn)生的磁場的示意圖。
[0021]圖4示出超導磁懸浮體懸浮于圖2所示的磁組件上方時的磁場的示意圖。
[0022]圖5示意性示出圖2所示的磁組件的橫截面的磁場分布。
[0023]圖6示意性示出非理想第II類超導體的1-H特性曲線。
[0024]圖7示意性示出置于磁場中的處于正常狀態(tài)的非理想第II類超導體。
[0025]圖8示意性示出置于磁場中的處于超導狀態(tài)的非理想第II類超導體。
[0026]圖9示出根據(jù)本實用新型另一實施例的磁懸浮軌道的支承本體的立體圖。
【具體實施方式】
[0027]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的磁懸浮軌道100 (見圖2)的支承本體110的立體圖。如圖1所示，支承本體110大致上具有跑道形狀。然而，與常規(guī)的平面軌道不同的是，支承本體110具有立體結(jié)構(gòu)。具體而言，支承本體Il0具有將細長結(jié)構(gòu)繞其長軸扭曲一定角度之后，再將細長結(jié)構(gòu)的兩端彼此連接而形成的形狀。這樣，磁懸浮單元150 (見圖4)在沿軌道懸浮滑行的同時，還繞軌道的長軸旋轉(zhuǎn)，如下面將詳細描述的那樣。
[0028]為了清楚地示出支承本體110的形狀和結(jié)構(gòu)，在圖1所示的支承本體110上，尚未設(shè)置任何磁組件。圖2示出了磁懸浮軌道100的橫截面圖，其顯示了支承本體110以及設(shè)置在支承本體110上的第一磁組件120、第二磁組件130和第三磁組件140。
[0029]下面將結(jié)合圖1和圖2來更詳細地描述支承本體110。如圖1和2所示，支承本體110可以具有正三角形橫截面形狀，其具有三個表面112、114和116。通過將具有正三角形橫截面形狀的細長結(jié)構(gòu)繞其長軸扭曲預(yù)定角度，在圖1中是120度，然后將細長結(jié)構(gòu)的兩端連接起來，即形成圖1所示的形狀。這樣，如果沿順時針方向扭曲120度，則第一表面112可以連接到第二表面114，第二表面114可以連接到第三表面116，第三表面可以連接到第一表面112。換言之，如果從圖1所示的A點出發(fā)，沿軌道行進三圈之后，將會回到A點。并且在沿軌道行進三圈的同時，繞軌道長軸旋轉(zhuǎn)了一圈(360度)。
[0030]除了圖1所示的示例，還可以有許多其他示例。例如，細長結(jié)構(gòu)可以逆時針扭曲120度，這樣第一表面112連接到第三表面116，第三表面116連接到第二表面114，并且第二表面114連接到第一表面112?；蛘?，細長結(jié)構(gòu)可以繞長軸扭曲120度的其他倍數(shù)，例如2倍、3倍、4倍等。應(yīng)注意的是，當扭曲角度是360度或其倍數(shù)時，即使將細長結(jié)構(gòu)的兩端相接，上述三個表面不會連接到彼此，而是仍保持為彼此獨立的三個表面。因為本實用新型的磁懸浮軌道100(或者說支承本體110)采用了拓撲幾何構(gòu)型，所以又可以稱為拓撲軌道。
[0031]圖2示出磁懸浮軌道100的橫截面圖。如圖2所示，磁懸浮軌道100還包括設(shè)置在支承本體110的第一表面112上的第一磁組件120、設(shè)置在支承本體110的第二表面114上的第二磁組件130、以及設(shè)置在支承本體110的第三表面116上的第二磁組件140。
[