Область техники

Изобретение относится к области магнитолевитационной транспортной технологии, а именно к конструкции устройства магнитной левитации и попе- речной стабилизации на постоянных магнитах

Предшествующий уровень техники

Известна транспортная система по патенту РФ NS2643900, содержащая грузовую магнитолевитационную транспортную платформу и активную путевую структуру, при этом грузовая магнитолевитационная транспортная платформа содержит типовую фитинговую платформу, установленную на двух несущих тележках, каждый магнитный модуль левитации состоит из бортового и путево- го магнитных полюсов левитации, причем путевой магнитный полюс установ- лен на активной путевой структуре, а бортовой магнитный полюс прикреплен к несущей тележке, при этом на несущих тележках установлено четыре магнит- ных полюса левитации - по два на каждую тележку, кроме того, транспортная платформа снабжена тяговым линейным электродвигателем, выполненным в виде линейного синхронного двигателя со сверхпроводниковой обмоткой воз- буждения и системой питания, статор которого уложен вдоль активной путевой структуры.

Известно устройство магнитной левитации и поперечной стабилизации транспортного средства на постоянных магнитах по патенту РФ N°2683122, которое содержит транспортный путь в виде канала, на боковых стенах канала установлены магниты в виде «массива Хальбаха», вдоль пути на всем протя- жении, статор линейного двигателя, левитирующую платформу, которая в свою очередь содержит постоянный магнит в виде «массива Хальбаха», уста- новленный на боковых стенах платформы, постоянные магниты ротора ли- нейного двигателя, отличается тем, что бортовой магнит шире постоянного магнита, установленного на транспортном пути, и бортовой магнит закруглен с двух сторон в центр левитирующей платформы, может иметь замкнутую фор- му в виде ноля или восьмерки.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техни- ческому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа. Данная система обеспечивает левитацию транспортного средства без электри- ческого тока как на стоянке, так и при движении на скорости. Недостатками данного технического решения является необходимость уста- новки большого количества магнитов на 1 п.м. пути и на борту транспортного средства. Встречно установленные массивы Хальбаха препятствуют возникнове- нию устойчивой левитации, которая в данном случае достигается путем примене- ния физических ограничителей (напр. боковых колес), не позволяющих противо- положным полюсам массивов Хальбаха примагнититься друг к другу, кроме того в прототипе не учтены вертикальные колебания транспортного средства в зависи- мости от нагрузки и динамики.

Недостатки прототипа и других известных транспортных систем сводятся к следующему: а) в транспортных системах с применением электромагнитов:

- высокие затраты электроэнергии;

- высокая точность строительно-монтажных работ из-за малых зазоров между путем и подвижным составом;

- высокие требования к контролю левитационного зазора;

- высокие требования к безотказности работы системы поддержания левитаци- онного зазора и бесперебойности электроснабжения. б) в транспортных системах с применением сверхпроводниковой технологии:

- высокая стоимость изготовления и эксплуатации сверхпроводниковых катушек;

- необходимость применения специальной защиты живых организмов и грузов от воздействия магнитных полей высокой индукции;

- высокие затраты электроэнергии;

- отсутствие левитации при низких скоростях движения.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка конструкции стабильного магнит- ного подвеса магнитолевитационного транспортного средства, а именно, кон- струкции комбинированного устройства магнитной левитации и поперечной стабилизации на постоянных магнитах на основании создания магнитных полей требуемой формы, обеспечивающей устойчивый бесконтактный подвес транс- портного средства.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей сово- купности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявите- лем технической проблемы и получения, обеспечиваемого изобретением техни- ческого результата. Согласно изобретению магнитолевитационное транспортное средство, включающее магнитную систему в виде совокупности постоянных магнитов, ха- рактеризуется тем, что совокупность магнитов выполнена в виде двух магнитно взаимосвязанных магнитных систем, при этом первая магнитная система состоит из двух аксиально намагниченных магнитов с диагональным расположением по- люсов, при этом оба магнита жёстко соединены между собой, а вторая магнитная система выполнена в виде двух сборок магнитов, жестко закреплённых между со- бой, при чем каждая сборка состоят из трех аксиально намагниченных магнитов, а именно, двух боковых с нормальным расположением полюсов и одного цен- трапьного магнита с диагональным расположением полюсов, причем магниты второй магнитной системы расположены друг относительно друга и относительно магнитов первой магнитной системы таким образом, что центральные магниты второй магнитной системы с диагональным расположением полюсов обращены к магнитам первой магнитной системы одноименными с ними полюсами, а боковые магниты второй магнитной системы с нормальным расположением полюсов раз- мещены таким образом, что снаружи и внутри образовавшегося между ними угла находятся стороны магнитов с одноимёнными полюсами, при этом крайняя точка полюса магнита первой магнитной системы, обращенная в сторону второй маг- нитной системы, расположена в углу, образованном одноименными полюсами бо- ковых магнитов второй магнитной системы, и расположена от вершины этого угла на расстоянии, обеспечивающем левитационное и стабилизирующее усилия, воздействующие на первую магнитную систему, достаточные для ее стабильного положения в пространстве и для надежной работы магнитолевитационного транс- портного средства.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ря- да дополнительных факультативных признаков, а именно:

- первая магнитная система может быть неподвижно закреплена на дорожном по- лотне, а вторая магнитная система - на транспортном средстве;

- первая магнитная система может быть неподвижно закреплена на транспортном средстве, а вторая магнитная система - на дорожном полотне;

- первая магнитная система транспортного средства может быть снабжена допол- нительным аксиально намагниченным магнитом с диагональным расположением полюсов, при этом все магниты первой магнитной системы жестко соединены между собой с образованием геометрической фигуры в плане, при этом вторая магнитная система снабжена дополнительной сборкой из трех жестко закреплён- ных между собой аксиально намагниченных магнитов, двух боковых с нормаль- ным расположением полюсов и одного центрального магнита с диагональным расположением полюсов, при этом дополнительная сборка магнитов второй маг- нитной системы части расположена относительно дополнительных магнитов пер- вой магнитной системы аналогично вышеуказанному.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о техниче- ских решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью от- личительных признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о соответст- вии изобретения условию “новизна” (N).

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достиже- ние технического результата, который заключается в том, что заявленное выпол- нение и взаимное расположение постоянных магнитов двух взаимодействую- щих между собой магнитных систем обеспечивает новый принцип конфигури- рования магнитных полей требуемой формы, обеспечивающий устойчивое взаи- модействие и бесконтактное расположения постоянных магнитов двух магнитных систем магнитолевитационного транспортного средства в пространстве друг от- носительно друга.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких, как опорное ложе, а является свойством только всей совокупности сущест- венных признаков, изложенных в независимом пункте формулы изобретения. Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствую- щим условию “изобретательский уровень” (IS).

Лучший вариант использования изобретения

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на кото- ром на фиг. 1 представлена блок-схема магнитной системы магнитолевитацион- ного транспортного средства, в которой первая магнитная система неподвижно закреплена на дорожном полотне, а вторая магнитная система закреплена на транспортном средстве, на фиг. 2 - блок-схема магнитной системы магнитолеви- тационного транспортного средства, в которой первая магнитная система непод- вижно закреплена на транспортном средстве, а вторая магнитная система закреп- лена на дорожном полотне., на фиг. 3 - один из возможных вариантов взаимного расположения первой и второй магнитных систем, на фиг. 4 - схема взаимодейст- вия первой и второй магнитных систем, на фиг. 5 - расположение первой и второй магнитных систем, обеспечивающей устойчивое положение магнитолевитацион- ного транспортного средства, на фиг. 6 - возможные варианты выполнения пер- вой и второй магнитных систем магнитолевитационного транспортного средства, на фиг.7 - варианты взаимного расположения первой магнитной системы, непод- вижно закрепленной на дорожном полотне, и второй магнитной системы непод- вижно закрепленной на транспортном средстве, на фиг. 8 - варианты конфигура- ций магнитных полей постоянных магнитов, где а - отдельно стоящие аксиально намагниченные магниты с нормальным расположением полюсов; б - сведенные аксиально намагниченные магниты с нормальным расположением полюсов с от- сутствием целостности линии равного потенциала магнитного поля; в -сведенные аксиально намагниченные магниты с нормальным расположением полюсов и центральный магнит с диагональным расположением полюсов с ярко выражен- ным присутствием целостной линии равного потенциала магнитного поля

На чертежах позициями обозначены: 1 - опорная часть путевой структуры, 2 - путевая структура, 3 - магниты первой магнитной системы, 4 - вторая магнитная система, 5 - опорная платформа, 6 - кузов транспортного средства, 7 - боковые магниты аксиальной намагниченности второй магнитной системы с нормальным расположением полюсов, 8 - центральные магниты аксиальной намагниченности второй магнитной системы с диагональным расположением полюсов

Заявленное магнитолевитационное транспортное средство имеет магнит- ную систему в виде двух магнитно взаимосвязанных магнитных систем.. Первая магнитная система состоит из двух аксиально намагниченных магнитов 3 с диа- гональным расположением полюсов, в которых линия нейтральной намагниченно- сти проходит от одной грани к диагонально противоположной, при этом оба маг- нита 3 жёстко соединены между собой и расположены так, что линии намагничи- вания правого и левого магнитов 3 являются продолжением друг друга. Вторая магнитная система 4 выполнена в виде двух сборок магнитов, жестко закреплён- ных между собой, при чем каждая сборка состоят из трех аксиально намагничен- ных магнитов 7, двух боковых с нормальным расположением полюсов и одного центрального магнита 8 с диагональным расположением полюсов. Магниты вто- рой магнитной системы 4 расположены друг относительно друга и относительно магнитов 3 первой магнитной системы таким образом, что центральные магниты 8 второй магнитной системы с диагональным расположением полюсов обращены к магнитам 3 первой магнитной системы 3 одноименными с ними полюсами, а бо- ковые магниты 7 второй магнитной системы 4 с нормальным расположением по- люсов размещены таким образом, что снаружи и внутри образовавшегося между ними угла находились стороны магнитов с одноимёнными полюсами.

Заявленное магнитолевитационное транспортное средство работает сле- дующим образом.

Принцип работы магнитной системы магнитолевитационного транспортного средства основан на формировании магнитных полей сборок постоянных или на- магниченных магнитов, как показано на фиг.8, из которой видно, что в варианте «в» сведенные аксиально намагниченные магниты с нормальным расположением полюсов и центральный магнит с диагональным расположением полюсов образу- ют магнитное поле с ярко выраженным присутствием целостной линии равного потенциала, что и является основой для обеспечения работоспособности магнит- ной системы в целом.

Магнитная система заявленного магнитолевитационного транспортного сред- ства может быть выполнена в нескольких варианта, два из которых показаны на фиг.1 и фиг. 2. В варианте, представленном на фиг. 1, вторая магнитная система 4 расположена непосредственно на перемещающемся магнитолевитационном транспортном средстве, а взаимодействующая с ней первая магнитная система 3 установлена на опорной части 1 путевой структуры 2. Кузов транспортного сред- ства 6 установлен на опорную платформу 5. В варианте, представленном на фиг. 2, первая магнитная система 3 расположена непосредственно на перемещаю- щемся магнитолевитационном транспортном средстве, а взаимодействующая с ней вторая магнитная система 4 установлена на опорной части 1 путевой струк- туры 2.

Для обеспечения работоспособности системы должны соблюдаться следую- щие условия:

1. Постоянные магниты 3 и 8 должны находиться одноимёнными полюсами друг напротив друга;

2. Расстояние «а» на фиг. 5 должно быть больше 0 (а > 0);

3. Геометрические размеры постоянных магнитов, а также материал посто- янных магнитов не оказывают влияния на работоспособность системы. Углы а (фиг. 3) могут находиться в диапазоне от 0° до 180°.

4. В зависимости от заданного угла а заявленная магнитная система может работать в трех режимах:

1) При а = 90° сила левитации равна силе стабилизации (F _n = F _CT ); 2) При a > 90° сила левитации меньше силы стабилизации (F _n < F _CT ). Систе- ма может применяться как устройство дополнительной поперечной стабилизации магнитолевитационного транспортного средства;

3) При а < 90° сила левитации больше силы стабилизации (F _n > F _CT ). Систе- ма может применяться как устройство дополнительной вертикальной удерживаю- щей силы магнитолевитационного транспортного средства.

5. Критическими углами в рассматриваемых случае являются: а = 0° и а =

180°.

Рассматриваемая система устойчива при соблюдении условия нахождения крайней точки полюса магнита первой магнитной системы 3 (точка «А» на фиг. 4), обращенной в сторону второй магнитной системы 4, в углу, образованном одно- именными полюсами боковых магнитов 7 второй магнитной системы 4, и распо- ложена от вершины этого угла на расстоянии, обеспечивающем левитационное и стабилизирующее усилия, воздействующие на первую магнитную систему, доста- точные для ее стабильного положения в пространстве и для надежной работы магнитолевитационного транспортного средства. При удалении точки «А» от ука- занного положения система теряет устойчивость.

Точек взаимодействия первой и второй магнитных систем магнитолевитаци- онного транспортного средства может быть от двух и более, как показано на фиг 6 (а, б, в), кроме того эти магнитные системы могут иметь различные варианты ис- полнения в зависимости от расположения неподвижной путевой структуры, как показано на фиг. 7 (а, б, в, г), но общие принципы организации магнитного взаи- модействия магнитных систем частей заиленного магнитолевитационного транс- портного средства.

Промышленная применимость

Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным спосо- бом с использованием известных технических и технологических средств, что обусловливает его соответствие условию «промышленная применимость».