使用偏置磁阵列实现磁悬浮和移动的装置和应用制造方法及图纸

我们使用永磁体来使重物悬浮和运输重物。选择性地致动永磁体床以使位于床上方的磁体阵列悬浮，使得悬浮阵列中的磁体与致动的磁体相反，并且磁极相同，从而产生排斥力。致动的磁体与永磁体床中未致动的磁体相抵，从而将最大悬浮力施加予悬浮阵列中的磁体。我们的系统使用磁排斥力在仓库中使货物悬浮并运输货物，模拟行走或跑步(诸如在跑步机或虚拟游戏平台上)，以及运输人员(诸如移动的人行道上)。我们的系统是使用磁悬浮来固定设备或使设备悬浮的电机，并且还使用永磁体来无线传输电力。并且还使用永磁体来无线传输电力。并且还使用永磁体来无线传输电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用偏置磁阵列实现磁悬浮和移动的装置和应用

技术介绍

[0001]磁悬浮是一个古老的概念，其利用两块磁体之间的排斥或吸引力将物体提升。任何玩磁体的孩子都会发现两块磁体可以互相推开，并且可能会尝试排列这两块磁体，使一块磁体漂浮在另一块磁体的上方。他们很快发现，让磁体稳定地漂浮在空中在实践中是困难的，甚至是不可能的。
[0002]Neal在20世纪40年代就披露了使用永磁体将轻型物体悬浮以进行显示的系统示例(US2,323,837A)。该系统只能提升轻型物体，比如鞋子，并且有一个严重的问题，即在不增加复杂性的情况下，被提升的物体是否会保持稳定(参见US 5，168，183A和后来对恩绍(Earnshaw)定理的讨论)。
[0003]Harrigan在20世纪70年代就披露了另一个使用永磁体将轻型物体悬浮的系统示例(US4,382,245)。该系统使用碗形的底层磁体，并需要轻型悬浮物体旋转以保持稳定。
[0004]有时在某些应用中使用的是永磁体阵列而不是一体式磁体。Halbach阵列是一种磁体排列，它大大增强了阵列一侧的磁场，同时大大减弱了另一侧的磁场。Halbach阵列中的各个单独的磁体必须是定向的，以便每个磁体都具有一个磁场，指向与接触它的每个磁体相差90度。
[0005]Halbach阵列很难组装，因为所需的不同磁方向使组件磁体相互排斥。可能很难保证阵列将保持在一起。此外，随着时间的推移，每个磁体的力都会使其相邻的磁体退磁，具体取决于磁性材料的矫顽力。此外，加热磁体通常会降低其矫顽力。
[0006]Whitehead在20世纪90年代初期披露了一种悬浮系统(US 5,168,183A)，该系统使用永磁体进行提升并且使用带有传感器的电磁体进行反馈控制，以确保稳定性，该系统可以用于提升轻型玩具。Davis于2009年加入Whitehead，一起描述了一种改进的悬浮系统，该系统同样使用永磁体进行提升并使用带有传感器的电磁体进行反馈控制以确保稳定性(US7,505,203)，该系统声称具有更好的稳定性，可以以更低的成本以及更少的磁性材料来提升同样的轻型玩具。
[0007]也可以使用旋转磁体阵列产生悬浮力，以在金属板中产生涡流。在实践中的一个示例是Hendo悬浮滑板，它具有圆盘形悬浮发动机，这些发动机是电磁体并且还在顺磁性铜或铝地板上感应产生涡流和排斥磁场。Hendo悬浮滑板只能悬浮在顺磁性地板上，并且在使用过程中，发动机和顺磁性地板都会变得非常热。悬浮滑板上的发动机消耗大量能量，所需的电池会增加悬浮滑板的质量，然后必须将其悬浮。
[0008]悬浮列车的行驶速度比传统车辆快得多，因为不需要轮子，因此车辆和导轨/道路之间无需克服摩擦。100多年来，人们一直致力于高速列车的磁悬浮技术。这些系统结合使用了永磁体、电磁体，有时还使用超导磁体。超导磁体的使用需要低温系统，但除了最大的工业应用(例如磁悬浮列车)之外，低温系统的价格昂贵得令人望而却步。电磁体的使用也存在问题，因为它需要大量的电力才能使相对较重的物体悬浮。Halbach永磁体阵列可用于磁悬浮列车轨道。
[0009]通过磁悬浮来运输物体基本上还停留在科幻小说的领域。想象一下，拨动一个开
关，让一堆盒子悬浮在地板之上，这样您就可以在没有摩擦力的情况下，仅靠惯性和空气阻力推动它。这种运输系统之所以不存在，主要是因为用电磁体提升重物非常昂贵、能源消耗量大且会产生热量。
[0010]确实存在使用磁悬浮的小型运输系统。将直线电机用于磁悬浮列车，使其进行一维运动。1968年，Bruce Sawyer申请了第一台平面电机或Sawyer电机的专利，该电机可以在二维平面内移动质量很小的物体。这种类型的系统用于微芯片的精密光刻，因此通常悬浮的物体的质量仍然很小。Planar Motor公司目前提供的平面电机悬浮系统，声称能够提升质量高达14kg的物体。这些系统中的每一个系统都使用电磁线圈来产生排斥的磁升力。
[0011]全向跑步机，如电影《头号玩家》中展示的Infinadeck，是可用的，但不使用磁悬浮。Infinadeck的机构就像一条由较小的垂直输送带组成的传送带：例如，大型传送带向北或向南移动，而北/南运动的传送带上的较小条带分别向东或向西移动。尽管这种全向跑步机在二维中近似行走和慢跑运动，但它仍存在许多问题。直接驱动跑步机，如Infinadeck，面临着摩擦和惯性问题。摩擦力的存在限制了直接驱动跑步机对用户运动变化的反应速度，需要相对较大的驱动电机来克服系统上的摩擦阻力。同样，直接驱动电机的皮带和滑轮的惯性限制了该系统的反应时间。
[0012]使用永磁体进行磁悬浮用于旨在提升超过几磅的应用主要存在三个问题：
[0013]1.恩绍定理
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数学上已经证明，使用任何固定的永磁体排列都不可能使物体稳定地悬浮。
[0014]2.缩放不良
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随着固定厚度磁体的横向尺寸增加，悬浮力不随面积缩放。为了在单位面积上保持较大的力，磁体的厚度必须根据其横向尺寸进行缩放，这导致系统相对较重，适用性有限。
[0015]3.小磁体处于大磁体上方
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如果小磁体(横向尺寸较小)在一个同等横向尺寸的磁体上使用磁斥力悬浮，则会产生相对较大的悬浮力。但是，如果增大其中一个磁体的横向尺寸，并且保持两个磁体的厚度不变，则悬浮力减小；如果增大其中一个磁体上的两个横向尺寸，则悬浮力减小幅度更大。这意味着很难将相对较小的磁体悬浮在更大的磁体上。

技术实现思路

[0016]本专利技术使用永磁体来产生磁悬浮所需的力。解决了在这些应用中使用永磁体进行磁悬浮的三个主要问题：恩绍定理中的不稳定性、缩放不良和将小磁体悬浮在较大的磁体上的困难。
[0017]专利技术者开发了一种系统，包括一个磁体床，其中每个单独的磁体都连接到线性致动器上，该致动器上下垂直地移动磁体。待磁悬浮的一个或多个磁体的另一较小阵列放置在所致动的磁体床上方。通过选择性地将单个或成组的被致动的磁体从磁床向上移动到子阵列中，然后向下移动，偏移子阵列直接保持在上层阵列的下方，使其悬浮。此外，该致动既可以稳定悬浮，也可以横向移动上层悬浮阵列。
[0018]该系统利用了以下发现：当将具有给定表面积和厚度的大磁体与具有相同表面积和厚度的较小磁体阵列进行比较时，具有间距的磁体阵列比实心磁体提供更大的升力。该系统还利用了以下发现：当下层阵列与上层悬浮阵列的尺寸接近时，它比下层阵列大于上层阵列时提供更好的升力。该系统尽可能使用永磁体，以减少总功耗，并避免或限制系统的
悬浮部分对电源和电池的需求。
[0019]该系统还利用了以下发现：当使用间隔磁体阵列而不是实心磁体时，在小距离(小于1厘米，例如使用1/4英寸厚的钕磁体时)内产生的升力超过相同厚度和表面积的实心磁板产生的升力。因此，对于悬浮应用，特别是那些具有垂直脉冲力的应用而言，这种在小距离上增强的悬浮力有助于确保系统免受产生升力的下层磁体阵列与悬浮磁阵列或悬浮平台之间的碰撞。此外，对于在小距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种悬浮和悬浮式运输系统，包括：永磁体的基座平面排列，其中，每个基座磁体都具有指向一个方向的磁化矢量，并且每个所述基座磁体的所述磁化矢量都指向相同的方向，所述方向与所述基座排列的所述平面垂直；并且其中，每个所述基座磁体都连接到线性致动器，所述线性致动器可以在所述方向上将所述基座磁体或多个磁体提升到所述基座平面上方，而不改变被提升的磁体的磁化矢量的方向；并且其中，每个所述基座磁体都与其相邻的最近邻磁体横向分离；和一个或多个永磁体的一个或多个悬浮平面排列，其中，每个悬浮磁体都牢固地连接到悬浮物体的底侧；并且其中，每个所述悬浮磁体都具有指向一个方向的磁化矢量，并且每个所述悬浮磁体的所述磁化矢量指向相同的方向，所述方向与所述悬浮排列的所述平面垂直，并且所述方向与每个所述基座磁体的方向相反；并且其中，所述永磁体的悬浮平面排列具有占地面积，所述占地面积被定义为由所有所述悬浮磁体所占的组合横向面积和图案。2.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，每个所述基座磁体与其相邻的最近邻基座磁体横向隔开，其间距小于所述系统中使用的悬浮磁体的最小横向尺寸。3.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：第一非磁性假地板，其位于所述永磁体的基座平面排列和所述一个或多个永磁体的悬浮平面排列之间，所述假地板具有与所述基座平面和所述悬浮平面平行的占地面积和平面。4.根据权利要求3所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：第二非磁性假地板，其位于所述一个或多个永磁体的悬浮平面排列的上方，所述第二假地板具有与所述第一假地板平行的占地面积和平面。5.根据权利要求4所述的悬浮和悬浮式运输系统，用作单向或全向类似跑步机的机器来支撑人体，进一步包括：其中，所述悬浮物体包括多个悬浮物体，每个悬浮物体均被配置成接收和支撑人脚的重量；并且其中，所述第二假地板的所述占地面积与所述第一假地板的所述占地面积不同。6.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，所述永磁体的基座平面排列牢固地连接到可移动物体、甲板或车辆上。7.根据权利要求3所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，所述永磁体的基座平面排列牢固地连接到可移动物体、甲板或车辆上。8.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，所述永磁体的悬浮平面排列包括放置在周边地层中的多个磁体，以及无磁体的区域，所述无磁体区域位于所述周边内。9.根据权利要求8所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：多个永磁体，称为吸引磁体，每个永磁体的磁化矢量均指向与所述基座磁体的磁化矢量相同的方向；并且
其中，所述吸引磁体被放置在所述无磁体区域内。10.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，每个所述悬浮磁体与其相邻的最近邻磁体横向隔开，其间距与所述相邻最近邻基座磁体之间的所述横向间距不同。11.根据权利要求1所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，每个所述基座磁体都连接到线性致动器上，所述线性致动器可以在所述方向上将所述基座磁体或多个磁体提升到所述基座平面上方至少0.25厘米处，而不改变被提升的磁体的磁化矢量的方向。12.一种悬浮和悬浮式运输系统，包括：永磁体的基座路径排列，其中，所述路径排列具有宽度；并且其中，每个基座磁体都具有指向一个方向的磁化矢量，并且每个所述基座磁体的所述磁化矢量都指向相同的方向，所述方向与所述基座排列的所述平面垂直；并且其中，每个所述基座磁体与其相邻的最近邻磁体横向隔开；和一个或多个永磁体的一个或多个悬浮平面排列，其中，每个悬浮磁体牢固地连接到悬浮物体的底侧；并且其中，每个所述悬浮磁体都具有指向一个方向的磁化矢量，并且每个所述悬浮磁体的所述磁化矢量指向相同的方向，所述方向与所述悬浮排列的所述平面垂直，并且与每个所述基座磁体的方向相反；并且其中，所述永磁体的悬浮平面排列具有占地面积，所述占地面积被定义为由所有所述悬浮磁体所占的组合横向面积；并且其中，所述占地面积具有最小的横向尺寸，并且其中，所述最小的横向尺寸为所述基座路径的所述宽度的至少一半；和一组2个导轨，所述基座路径的两侧各有一个导轨，所述导轨适当隔开以使所述悬浮物体在所述导轨之间适配，并且能够沿着所述路径上方和在所述导轨之间移动。13.根据权利要求12所述的悬浮和悬浮式运输系统，进一步包括：其中，每个所述基座磁体与其相邻的最近相邻基座磁体横向隔开，其间距小于所述系统中使用的悬浮磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：R，
类型：发明
国别省市：