專利名稱：永磁懸浮技術(shù)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及永磁懸浮車、永磁懸浮軌道及永磁懸浮玩具和工
# 口乙叩o
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)的石油資源的枯竭，各個(gè)國(guó)家都在研發(fā)節(jié)能省油新技術(shù)，大力推行節(jié)能減排技術(shù)和產(chǎn)品。為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增強(qiáng)物質(zhì)流通速度，大力促進(jìn)人才流動(dòng)，提高運(yùn)輸能力，各個(gè)國(guó)家都在加緊研制高速列車。其中安全、高速、舒適、低噪音的磁懸浮列車曾經(jīng)倍受人們矚目和推崇。磁懸浮列車沒有機(jī)械磨擦，只有空氣阻力，運(yùn)行磨擦阻力非常小，是目前公認(rèn)最節(jié)能的技術(shù)。由于現(xiàn)有的電磁驅(qū)動(dòng)的懸浮技術(shù)的成本太高使得電磁驅(qū)動(dòng)的懸浮技術(shù)難以
普及和推廣。上世紀(jì)70年代以后，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、日本、美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。目前德國(guó)、美國(guó)、日本仍在繼續(xù)進(jìn)行磁懸浮系統(tǒng)的研究，均取得了令世人矚目的進(jìn)展。德國(guó)主要進(jìn)行研制的是電磁懸浮列車，德國(guó)技術(shù)是靠電磁鐵的吸力使磁懸浮列車車身與軌道處于懸浮狀態(tài)，采用直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在軌道上鋪設(shè)驅(qū)動(dòng)線圈。由于超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用超導(dǎo)狀態(tài)下渦流電路的強(qiáng)大磁場(chǎng)的渦流懸浮特性，日本從70年代初開始轉(zhuǎn)而研究超導(dǎo)磁浮鐵路，超導(dǎo)磁浮需要把線圈用液氮冷卻到超導(dǎo)溫度，需要消耗大量制冷能量，軌道上要鋪設(shè)大量的強(qiáng)永磁體和驅(qū)動(dòng)線圈。美國(guó)麻省理工大學(xué)在從事磁懸浮飛機(jī)的研究方面也取得了顯著進(jìn)展，與德國(guó)電磁懸浮列車不同的是，磁懸浮飛機(jī)是用永磁鐵替代吸力電磁鐵，采用了飛機(jī)的姿態(tài)控制技術(shù)取代電磁導(dǎo)向控制技術(shù)，與日本電渦流磁懸浮列車不同的是，磁懸浮飛機(jī)是用永磁鐵替代超導(dǎo)渦流線圈。目前這三種磁懸浮車的驅(qū)動(dòng)技術(shù)都是采用直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，軌道上需要鋪設(shè)驅(qū)動(dòng)線圈，這使得磁懸浮車和軌道的造價(jià)太高，讓各國(guó)都望而卻步。
為實(shí)現(xiàn)懸浮不耗能，國(guó)內(nèi)有使用永磁體懸浮，但其永磁體懸浮狀態(tài)不穩(wěn)定，左右導(dǎo)向需要機(jī)械導(dǎo)向輪輔助支撐，仍然存在機(jī)械摩擦，沒有實(shí)現(xiàn)完全懸浮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、易推廣的永磁懸浮技術(shù)。用不耗電的永磁體代替電磁懸浮和超導(dǎo)渦流懸浮，優(yōu)化永磁體的截面形狀，使永磁體磁場(chǎng)產(chǎn)生合理分布的排斥力，不需要較高的控制技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)完全懸浮。
技術(shù)方案
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是主要由外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)組成，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的截面為基本同心的圓形或基本等距的多邊形，此截面按直線、圓弧或曲線方向延伸形成的圓柱面或球面或球環(huán)或圓錐曲面，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的磁極方向?yàn)橥源艠O面相對(duì)。
外永磁體a)和內(nèi)永磁體(2)的截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，截面也可以是橢圓、拋物線、雙曲線，此截面按直線、圓弧或曲線方向延伸形成的圓柱面或球面或球環(huán)，或橢球面或拋物面或雙曲面。
外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的永久磁體的截面為多個(gè)直線段組成的多邊形，或多邊
形的一半或多邊形的一部分，多邊形截面按直線、圓弧或曲線延伸形成的圓柱面或圓錐曲面，
外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的永久磁體的相對(duì)面基本等距離。
截面兩端為內(nèi)外基本同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，中間由直線或曲線連接，此截面沿直線、圓周或曲線方向延伸形成的曲面外永磁體(l)和內(nèi)永磁體(2)。外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)按上圓弧面和下弧面首尾順次連接的波浪形分布，或按正弦曲線、余弦曲線分布，每個(gè)對(duì)應(yīng)的圓柱面或曲面基本等距離懸浮。
多邊形的直線段數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上，最少為2個(gè)時(shí)，這兩個(gè)直線段按豎直平面左右對(duì)稱分布，直線段的夾角最好為60度至120度，中間角度可取值60、 65、 70、 75、 80、 85、卯、95、 100、 105、 110、 115、 120,角度精度為士2度。
多個(gè)直線段首尾順次連接形成的折線形永磁體，之間存在懸浮間隙(3),形成折線形的永磁懸浮裝置。
外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的為圓柱面或球面或球環(huán)面或圓錐曲面的一部分，如球面被多邊形平面截得的三角形、四邊形、五邊形、六邊形的球缺，球環(huán)面被多邊形平面截得的三角形、四邊形、五邊形、六邊形的部分球環(huán)面。
外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的表面可設(shè)置固定連接件、填充物、殼體或保護(hù)罩，固定連接件、填充物、殼體或保護(hù)罩可以是導(dǎo)磁性好的鐵磁性材料，也可以是非導(dǎo)磁性材料。
前述的永磁體、殼體或保護(hù)罩(ll)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)上設(shè)置配重、掛鉤、突起或吊鏈或工藝飾品。
有益效果
本發(fā)明的永磁懸浮技術(shù)及裝置的有益效果是-
一、 完全永磁懸浮。本發(fā)明通過優(yōu)化永磁體的截面形狀，利用永磁體磁場(chǎng)的合理分布產(chǎn)生的排斥力，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)導(dǎo)向和完全懸浮的永磁懸浮，懸浮和導(dǎo)向不需要位置傳感器、復(fù)雜的電磁控制系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)。
二、 懸浮不耗電。本發(fā)明采用永磁體產(chǎn)生懸浮，在運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)都不耗電，非常節(jié)能，也不必?fù)?dān)心突然斷電時(shí)的運(yùn)行安全問題。
三、 節(jié)能省電。懸浮的車與軌道完全脫離，沒有機(jī)械摩擦，只存在空氣阻力，行駛阻力非常小，可節(jié)約大量的行駛能量。低速運(yùn)行時(shí)可比輪軌節(jié)能省電幾倍到幾十倍，即使在300公里時(shí)速以上高速行使時(shí)強(qiáng)大空氣阻力下也比高速輪軌列車節(jié)能50%左右。節(jié)省的電能足可以收回最初投入的永磁體的費(fèi)用。
四、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。只用強(qiáng)永磁體就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)導(dǎo)向和完全懸浮，在任何方向的位移變
化都會(huì)自動(dòng)回復(fù)到平衡位置，懸浮和導(dǎo)向不需要復(fù)雜的電磁控制系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)，軌道上也不必設(shè)置感知車身位置的傳感器和反饋懸浮控制系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可靠性高。
五、 體積小，重量輕。省去復(fù)雜的電磁控制系統(tǒng)后車身體積減小，重量大大減輕，慣性力小，加速和減速時(shí)間都縮短。
六、 線路建設(shè)造價(jià)低。省去復(fù)雜的電磁控制系統(tǒng)，軌道上也不必設(shè)置感知車身位置的傳感器和反饋懸浮電磁控制系統(tǒng)，車身體積減小，重量大大減輕，材料費(fèi)用降低。不需要建設(shè)沿途控制分電站，也不需要復(fù)雜的電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，鐵路沿線建設(shè)成本低。軌道上只鋪設(shè)強(qiáng)磁鐵，軌道不需要一塊驅(qū)動(dòng)線圈，所以軌道建設(shè)成本很低。因懸浮不耗電節(jié)省的懸浮電能可以收回最初投入的強(qiáng)磁鐵的費(fèi)用，而且這些稀土材料強(qiáng)永磁體可以永遠(yuǎn)使用，反復(fù)充磁，釹鐵硼等強(qiáng)永磁體的使用壽命在千年、萬(wàn)年以上。由于懸浮磁力間隙大，所以軌道加工精度不需要很高，制造工藝簡(jiǎn)單、制造成本低。
七、 運(yùn)行安全平穩(wěn)。永磁懸浮具有自動(dòng)回復(fù)穩(wěn)定的無源懸浮特點(diǎn)，車身在不同重量下都可以自行穩(wěn)定懸浮，也不必?fù)?dān)心突然斷電時(shí)的運(yùn)行安全問題。運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低。
八、 應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明提供的永磁懸浮技術(shù)可廣泛應(yīng)用于磁懸浮列車、非接觸傳動(dòng)機(jī)械和設(shè)備，可用于煤炭礦山冶金等行業(yè)的煤炭礦石的磁懸浮輸送線、民航貨運(yùn)等現(xiàn)場(chǎng)傳送物品的磁懸浮輸送帶。也可應(yīng)用于商場(chǎng)、超市、鐵路車站等的上下扶梯，也可應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)、電子行業(yè)、化工行業(yè)、建筑行業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的裝配線和傳送帶。采用永磁懸浮技術(shù)的磁懸浮車將廣泛應(yīng)用于城際軌道交通、城內(nèi)地鐵列車、輕軌列車、
4有軌電車，將成為城市文明的標(biāo)志之一。利用本發(fā)明特有的神奇的自行懸浮的特性，還可以制作成磁懸浮玩具、磁懸浮鐘擺、磁懸浮地球儀、磁懸浮旋轉(zhuǎn)底座、磁懸浮飾品和磁懸浮工藝品，使生活更加豐富多彩、神奇有趣。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的同心圓截面的永磁懸浮的結(jié)構(gòu)原理剖示圖。圖2是本發(fā)明的同心圓柱面的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的開口朝向上下設(shè)置的永磁懸浮球環(huán)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的開口朝向內(nèi)外設(shè)置的永磁懸浮球環(huán)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的雙組同心圓截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的雙組同心圓柱面的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的雙組同心球環(huán)的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的雙組同心圓截面延曲線延深的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明的同心球面或球缺的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明的雙組同心球面或球缺組合的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明的內(nèi)外等距跑道形截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)原理剖示圖。圖12是本發(fā)明的內(nèi)外等距跑道形柱面的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是本發(fā)明的內(nèi)外等距跑道形外球環(huán)面的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是本發(fā)明的多圓弧形截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)剖示圖。圖15是本發(fā)明的多邊形截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)剖示圖。圖16是本發(fā)明的雙層三邊形截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)剖示圖。圖17是本發(fā)明的雙層V形截面延直線延伸的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)剖示圖。圖18是本發(fā)明的雙層連續(xù)V形截面的永磁懸浮裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖19是本發(fā)明的雙層波浪形截面的永磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)剖示圖。圖20是本發(fā)明的雙層波浪形截面延直線延伸的永磁懸浮的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)-外永磁體，2-內(nèi)永磁體，3-磁懸浮間隙，4-軸線，5-外連接體，6-內(nèi)連接體，7-磁懸浮車身，8-支架，9-轉(zhuǎn)子體，10-連接軸，11-外殼或保護(hù)罩，12-固定連接件，13-填充物。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，為本發(fā)明的永磁懸浮技術(shù)原理圖。外永磁體(1)、內(nèi)永磁體(2)都是強(qiáng)永磁體，如釹鐵硼材料，Nd^enB/a-Fe，也可以是新發(fā)展起來的性價(jià)比更高的強(qiáng)永磁體。外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的截面為同心圓或同心圓的一半，也可以都是圓形的一部分，如優(yōu)弧或劣弧。外永磁體(1)、內(nèi)永磁體(2)基本同心布置，每個(gè)永磁體的磁極方向?yàn)閮?nèi)部都是相同磁極(如N極)，外部都是另一種磁極(如S極)，外永磁體(1)、內(nèi)永磁體(2)組合在一起時(shí)的相對(duì)一側(cè)的磁極為同性磁極，利用永磁體同性磁極相互排斥的原理產(chǎn)生斥力，形成懸浮間隙(3)。當(dāng)一個(gè)永磁體固定而另一個(gè)永磁體發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，任何方向發(fā)生相對(duì)位移時(shí)沿此位移方向的永磁體位移改變最大，主要靠沿此位移方向的永磁體起排斥作用產(chǎn)生的穩(wěn)定懸浮，由于同心圓具有各向同性，這樣就可以實(shí)現(xiàn)任意方向的完全磁懸浮。例如圖l中的內(nèi)永磁體(2)固定，外永磁體(1)向下運(yùn)動(dòng)，下方的懸浮間隙(3)減小，斥力增大，克服外永磁體(1)的重力產(chǎn)生向上的回復(fù)力，回復(fù)到平'衡位置。左右方向發(fā)生相對(duì)位移時(shí)左右兩側(cè)位置的永磁體位移改變比較大，主要靠左右兩側(cè)位置的永磁體起排斥作用產(chǎn)生左右的穩(wěn)定懸浮。其他方向也根據(jù)同樣原理自動(dòng)回復(fù)平衡位置形成穩(wěn)定的懸浮。截面為半圓形時(shí)可充分利用下方的永磁體的向上排斥力來克服懸浮物體的重力，減少稀土材料(如釹鐵硼)的用量。
除圓形截面以外，其他類似的形狀也可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁懸浮，如橢圓、拋物線、雙曲線。其他形狀與圓形截面相比不具有各向同性，而且加工制作沒有圓形簡(jiǎn)單。
如圖2所示，截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧的外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2),此截面延直線方向延伸形成內(nèi)、外同心的圓柱體或半圓柱體，圓柱面的外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)基本同軸布置或兩者的中心線上下布置，而實(shí)際會(huì)略有偏移。外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)都是強(qiáng)磁體，如釹鐵硼材料。圓柱永磁體的磁極方向?yàn)閮?nèi)部都是相同磁極(如S極)，外部都是另一種磁極(如N極)，外永磁體(1)、內(nèi)永磁體(2)組合在一起時(shí)的相對(duì)一側(cè)的磁極為同性磁極，利用永磁體同性磁極相互排斥的原理產(chǎn)生斥力，形成懸浮間隙
(3)。當(dāng)一個(gè)永磁體固定而另一個(gè)永磁體發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，任何方向發(fā)生相對(duì)位移時(shí)沿此位移方向的永磁體位移改變最大，主要靠沿此位移方向的永磁體起擁P斥作用產(chǎn)生的穩(wěn)定懸浮，由于同心圓具有各向同性，這樣就可以實(shí)現(xiàn)任意方向的完全磁懸浮。截面為半圓形時(shí)可充分利用下方的永磁體的向上排斥力來克服懸浮物體的重力，可減少稀土材料(如釹鐵硼)的用量。
一組同心的圓柱面外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的磁懸浮裝置可以繞軸線擺動(dòng)。可以用作搖擺軸、單滑道、懸浮吊拉門等產(chǎn)品。
如圖3所示，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)同性磁極面相對(duì)，截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，圓弧的開口可以按上、下方向分布，此截面延圓周方向繞軸線(4)旋轉(zhuǎn)延伸，形成開口朝上或朝下的同心雙球環(huán)永磁體，球環(huán)形外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)各處截面基本同心布置或兩者的中心線上下布置，之間存在斥力而產(chǎn)生懸浮間隙G)，實(shí)現(xiàn)完全懸浮，并且可以繞中軸線回轉(zhuǎn)懸浮。為了節(jié)省釹鐵硼等稀土材料，其中的一個(gè)球環(huán)永磁體可以截成幾個(gè)部分，如2段、3段或3段以上等間距分布的部分球環(huán)永磁體，與另一個(gè)完整的球環(huán)永磁體形成懸浮。
如圖4所示，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)同性磁極面相對(duì)，截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，圓弧的開口朝左或朝右方向，此截面延圓周方向繞軸線(4)延伸形成開口朝內(nèi)或朝外的同心雙球環(huán)永磁體，球環(huán)形外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)各處截面基本同心布置，之間存在永磁斥力而產(chǎn)生懸浮間隙(3)，實(shí)現(xiàn)完全懸浮，并且可以繞中央軸線(4)回轉(zhuǎn)。
前述圓弧的開口可以朝向任意方向，此截面延圓周方向繞軸線(4)延伸即形成內(nèi)、外同心的雙球環(huán)永磁懸浮裝置。
如圖3、 4所示的永磁懸浮裝置適用于制作永磁懸浮藝術(shù)品、7lc磁懸浮玩具、永磁懸浮鐘擺、永磁懸浮地球儀、永磁懸浮旋轉(zhuǎn)底座、永磁懸浮飾品，非常神奇有趣。
如圖5所示，2組截面為內(nèi)外同心的圓弧形外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)，之間存在懸浮間隙(3)， 2個(gè)外永磁體(1)之間由外連接體(5)連接，2個(gè)內(nèi)永磁體(2)之間由內(nèi)連接體(6)連接，左右各是一組同心圓弧的永磁懸浮裝置，連接起來互相防止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定完全懸浮。2個(gè)內(nèi)永磁體(2)和內(nèi)連接體(6)固定，2個(gè)外永磁體(1)與外連接體(5)上面連接磁懸浮車身(7)就可以成為磁懸浮車。
如圖6所示，圖5所示的2組截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，沿直線方向延伸形成2組同心圓柱面結(jié)構(gòu)的永磁懸浮裝置，外永磁體(1)和內(nèi)圓柱永磁體(2)在每處截面上都是同心圓弧，外永磁體(1)上部與永磁懸浮車身(7)連接，可在內(nèi)永磁體(2)組成的
雙圓柱體直線軌道上按直線方向懸浮行駛。此7lC磁懸浮裝置可應(yīng)用于磁懸浮列車，完全脫離
軌道行駛，或做超低空"飛行"，可節(jié)約大量行駛能量。
如圖7所示，圖5所示的2組截面為內(nèi)外同心的圓弧，沿圓周方向延伸形成2組雙球環(huán)結(jié)構(gòu)，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)在每處截面上都是同心分布的，外永磁體(1)上部與永磁懸浮車體連接，可在內(nèi)永磁體(2)組成的雙球環(huán)形永磁軌道上按圓周方向運(yùn)行。
如圖8所示，2組截面為內(nèi)外同心的圓弧，除了沿直線和圓周方向延伸外，還可以沿曲線方向延伸形成曲線軌道。曲線軌道可以由上述的直線和雙球環(huán)形軌道組合成適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)地形的永磁懸浮車路系統(tǒng)。這種2組曲線球環(huán)形軌道上面設(shè)置多個(gè)雙組同心圓柱面結(jié)構(gòu)的永磁懸浮車，多個(gè)永磁懸浮車首尾順次柔性連接可作為循環(huán)輸送線，適用于機(jī)械行業(yè)、電子行業(yè)、化工行業(yè)、建筑行業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的生產(chǎn)線和傳送帶，還適用于煤炭、礦山、冶金等行業(yè)輸送煤炭和礦石的磁懸浮輸送線、民航貨運(yùn)等現(xiàn)場(chǎng)傳送物品的磁懸浮輸送帶?？梢怨?jié)約大量的物流運(yùn)輸能量。
如圖9所示，截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧、劣弧，沿直徑所在的軸線(4)回轉(zhuǎn)時(shí)，即可形成內(nèi)外同心的半球面或球缺。內(nèi)、外球面體基本同心設(shè)置，內(nèi)、外球面體都為永磁體。每個(gè)永磁球體的磁極方向?yàn)閮?nèi)部都是相同磁極(如S極)，外部都是另一種磁極(如N極)，外永磁體(1)、內(nèi)永磁體(2)組合在一起時(shí)的相對(duì)一側(cè)的磁極為同性磁極，利用永磁體同性磁極相互排斥的原理產(chǎn)生永磁斥力，形成懸浮間隙(3)，可以實(shí)現(xiàn)上下和左右及任意方向的完全磁懸浮。截面為半圓形時(shí)可充分利用下方的永磁體的向上排斥力來克服懸浮物體的重力，可減少稀土材料(如釹鐵硼)的用量。
如圖10所示，兩個(gè)上述的同心雙球體組合在一起，可形成穩(wěn)定的完全懸浮，可以繞同心雙球體的連接軸線(4)回轉(zhuǎn)。兩個(gè)半球面形外永磁體(1)分別由支架(7)支撐在兩端，兩個(gè)與之同心的半球面形內(nèi)永磁體(2)中間由連接軸(9)將轉(zhuǎn)子體(8)連接起來，轉(zhuǎn)子體(8)在兩個(gè)外永磁體(1)之間繞軸線(4)旋轉(zhuǎn)，形成穩(wěn)定的懸浮間隙(3)。這種永磁懸浮結(jié)構(gòu)可以用航天器或航海業(yè)或軍事的慣性導(dǎo)航陀螺儀定位系統(tǒng)中，而且不需要用電就可以實(shí)現(xiàn)任意方向的完全懸浮和慣性回轉(zhuǎn)定位。轉(zhuǎn)子體(8)在真空狀態(tài)下可長(zhǎng)期高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
如圖11所示，截面的兩端為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，中間由直線或曲線連接，成為內(nèi)外等距的跑道形永磁懸浮裝置。這種跑道形的雙層永磁懸浮裝置可以比前者提高上下方向的懸浮力。
如圖12所示，圖ll所示的兩端為圓弧中間為直線或曲線的內(nèi)外等距跑道形截面，沿直線方向延伸形成內(nèi)外等距跑道形柱面的永磁懸浮裝置。
如圖13所示，圖ll所示的兩端為圓弧中間為直線或曲線的內(nèi)外等距跑道形截面，沿圓周方向延伸形成內(nèi)外等距跑道形外球環(huán)面的永磁懸浮裝置。內(nèi)外等距跑道形截面沿曲線方向延伸形成曲線永磁懸浮軌道。
如圖14所示，截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧在實(shí)際生產(chǎn)制造中通常把這種截面制作成多個(gè)小的圓弧段，再由這些小的圓弧段組成圓形或半圓形、優(yōu)弧、劣弧。
如圖15所示，內(nèi)永磁體(2)和外永磁體(1)的截面也可以制作成多個(gè)直線段，按圓周方向連續(xù)排列組成的多邊形，或多邊形的一半，或多邊形的一部分。多邊形的數(shù)量為2、3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20，或20以上。多邊形的直線段數(shù)量可以多到成千上萬(wàn)個(gè)，也可以少到3、 5個(gè)，最少為2個(gè)。
如圖14、 15所示，前述的內(nèi)永磁體(2)和外永磁體(1)的表面可以設(shè)置殼體或保護(hù)罩(ll)。殼體或保護(hù)罩(ll)的材料最好是不導(dǎo)磁的材料。
前述的殼體或保護(hù)罩(ll)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)的表面可設(shè)置固定連接件(12)，方便連接和固定內(nèi)永磁體(2)和外永磁體(1)。
前述的每個(gè)永磁體之間及永磁體與殼體或保護(hù)罩(ll)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)之間設(shè)置填充材料(13)，如粘接劑、緩沖墊。也可設(shè)置配重、掛鉤、突起或吊鏈，便于制作成精美的飾品或工藝品。
如圖16所示，多邊形的截面為三邊形的永磁懸浮裝置，底部的直線段水平布置，左右兩條直線段按豎直平面左右對(duì)稱分布，左右兩條直線段的夾角A最好為60度至150度，中間角度可取值60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 95、 100、 105、 110、 115、 120、 125、 130、135、 140、 145， 150，角度精度為士2度。兩個(gè)截面為三邊形的永磁體(1)和(2)，上下分布成雙層，之間由于永磁斥力產(chǎn)生懸浮間隙(3)，形成雙層三邊形截面的永磁懸浮裝置。
如圖17所示，多邊形的直線段數(shù)量最少為2個(gè)時(shí)，這兩個(gè)直線段按豎直平面左右對(duì)稱分布，這兩條直線段的夾角最好為60度至150度，中間角度可取值35、 40、 45、 50、 55、60、 65、 70、 75、 80、 85、卯、95、 100、 105、 110、 115、 120、 125、 130、 135、 140、 145，角度精度為士2度。兩個(gè)截面為"V"形的永磁體，上下分布成兩層，之間由于永磁斥力產(chǎn)生懸浮間隙(3)，形成雙層V形截面的永磁懸浮裝置。
如圖18所示，多個(gè)V形截面的直線段首尾順次連接形成的折線形永磁體，上下等距分布，之間由于永磁斥力產(chǎn)生懸浮間隙(3),形成雙層連續(xù)V形截面的永磁懸浮裝置。
如圖19所示，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的永久磁體按上圓弧面和下圓弧面首尾順次連接，固定連接在外連接體(5)和內(nèi)連接體(6)上形成連續(xù)的波形，每個(gè)對(duì)應(yīng)的圓弧面基本同心。兩層上述連續(xù)波形的永磁懸浮體可形成完全懸浮，而且可以產(chǎn)生很大的懸浮力，懸浮間隙(3)可達(dá)到10-IOO毫米。與此類似的，兩層正弦曲線或余弦曲線形狀的永磁體也可形成完全永磁懸浮。
如圖20所示，上述兩層連續(xù)波形的永磁體延直線或曲線延伸后形成雙層連續(xù)波形磁體，可實(shí)現(xiàn)完全懸浮，而且可以產(chǎn)生很大的懸浮力，整體可以做得更薄。
外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的每個(gè)單元結(jié)構(gòu)為前述結(jié)構(gòu)被平面和曲面截得的一部分，再由這些單元組合成完整的結(jié)構(gòu)。例如外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)為圓柱面、球面、球環(huán)或圓錐曲面的一部分。再比如外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)為球面被多邊形平面截得的三角形、四邊形、五邊形、六邊形的球缺。再比如球環(huán)面被多邊形平面截得的三角形、
四邊形、五邊形、六邊形的部分球環(huán)面。
上述幾種實(shí)施方案可以自由組合形成不同的排列組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)地情況組合成更適用于現(xiàn)場(chǎng)情況的永磁懸浮裝置。
權(quán)利要求
1.永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是主要由外永磁體前述的永磁體、殼體或保護(hù)罩(11)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)上前述的永磁體、殼體或保護(hù)罩(11)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)上(1)和內(nèi)永磁體(2)組成，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的截面為基本同心的圓形或基本等距的多邊形，此截面按直線、圓弧或曲線方向延伸形成的圓柱面或球面或球環(huán)或圓錐曲面，外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)的磁極方向?yàn)橥源艠O面相對(duì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)的截面為內(nèi)外同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，截面也可以是橢圓、拋物線、雙曲線， 此截面按直線、圓弧或曲線方向延伸形成的圓柱面或球面或球環(huán)，或橢球面或拋物面或雙曲 面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)的永久磁體的截面為多個(gè)直線段組成的多邊形，或多邊形的一半或多邊形的一部 分，多邊形截面按直線、圓弧或曲線延伸形成的圓柱面或圓錐曲面，外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)的永久磁體的相對(duì)面基本等距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是截面兩端為內(nèi)外基本 同心的半圓、優(yōu)弧或劣弧，中間由直線或曲線連接，此截面沿直線、圓周或曲線方向延伸形 成的曲面外永磁體(1)和內(nèi)永磁體(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)按上圓弧面和下弧面首尾順次連接的波形分布，或按正弦曲線、余弦曲線分布， 每個(gè)對(duì)應(yīng)的圓弧面或曲面基本等距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是多邊形的直線段數(shù)量 為2個(gè)或2個(gè)以上，最少為2個(gè)時(shí)，這兩個(gè)直線段按豎直平面左右對(duì)稱分布，直線段的夾角 最好為60度至150度，之間角度可取值60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 95、 100、 105、 110、 115、 120、 125、 130、 135、 140、 145、 150，角度精度為土2度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是多個(gè)直線段首尾順次 連接形成的折線形永磁體，之間存在懸浮間隙(3)，形成折線形的永磁懸浮裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)的為圓柱面或球面或球環(huán)面或圓錐曲面的一部分，如球面被多邊形平面截得的三 角形、四邊形、五邊形、六邊形的球缺，球環(huán)面被多邊形平面截得的三角形、四邊形、五邊 形、六邊形的部分球環(huán)面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是外永磁體(1)和內(nèi)永 磁體(2)的表面可設(shè)置殼體或保護(hù)罩(11)、固定連接件(12)、填充物(13)，殼體或保護(hù) 罩(11)、固定連接件(12)、填充物(13)可以是導(dǎo)磁性好的鐵磁性材料，也可以是非導(dǎo)磁 性材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮技術(shù)及裝置，其特征是前述的永磁體、殼體 或保護(hù)罩(ll)、外連接體(5)、內(nèi)連接體(6)上設(shè)置配重、掛鉤、突起、吊鏈或工藝飾品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、易推廣的永磁懸浮技術(shù)及裝置，利用永磁體磁場(chǎng)的合理排斥力實(shí)現(xiàn)完全永磁懸浮，具有無機(jī)械接觸的摩擦阻力、線路建設(shè)造價(jià)低、運(yùn)行安全平穩(wěn)的特點(diǎn)，懸浮不耗電，具有明顯的節(jié)能省電優(yōu)勢(shì)，低速運(yùn)行時(shí)可比目前的輪軌列車節(jié)能數(shù)倍。非常適合做永磁懸浮高速城際列車、城市地鐵、有軌電車、輕軌列車。適用于機(jī)械、電子行業(yè)、食品行業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的生產(chǎn)線和傳送帶，還適用于輸送煤炭和礦石的磁懸浮輸送線、還適合做永磁懸浮旋轉(zhuǎn)底座、永磁懸浮工藝飾品、玩具、禮品等，具有趣味性和知識(shí)性，非常神奇有趣。
文檔編號(hào)H02N15/00GK101640507SQ20081014429
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者劉忠臣 申請(qǐng)人:劉忠臣