疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)，屬于電磁懸浮【技術(shù)領(lǐng)域】，其特點(diǎn)在于：錐形反繞線圈2與高頻電源1相連并伸入真空腔體6，高頻電源1向錐形反繞線圈2輸入一個(gè)高頻交變電流，交變電流在其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)放入錐形反繞線圈中的金屬物料，由于電磁感應(yīng)作用，會(huì)在表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與原交變磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，在適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)空間配置的條件下，使電磁力和重力平衡，實(shí)現(xiàn)電磁懸浮；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)U型磁軛3旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的U型磁軛對(duì)錐形反繞線圈所在空間（也就是懸浮物體所在空間）疊加了一個(gè)橫向的旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)，使熔化后的懸浮物內(nèi)部對(duì)流減弱，外部旋轉(zhuǎn)減小，從而獲得穩(wěn)定的電磁懸浮狀態(tài)。
【專利說明】疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)，屬于電磁懸浮【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在地面環(huán)境中，常規(guī)的熔煉金屬或非金屬材料都離不開坩堝，但對(duì)于化學(xué)活性強(qiáng)的高熔點(diǎn)金屬T1、Zr、Mo等卻很難選擇合適的坩堝材料。另外，高純材料的制備、研究材料在液態(tài)下與氣體的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、精確測(cè)量材料熱物性參數(shù)以及研究熔融金屬的均質(zhì)成核過程都需要消除坩堝材料的影響，這就需要一種能使物料在固態(tài)和液態(tài)都能懸浮的技術(shù)，電磁懸浮技術(shù)就能滿足以上要求。
[0003]電磁懸浮技術(shù)的原理是通過高頻電源向線圈輸入高頻交變電流，交變電流在其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)放入線圈中的金屬物料，由于電磁感應(yīng)作用，會(huì)在表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流反過來又與原交變磁場(chǎng)相互作用，使其受到電磁力，在適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)空間配置的條件下，通過調(diào)整電源輸出，使之達(dá)到電磁力與重力相平衡；同時(shí)，懸浮物表面的感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱使其自身熔化，熔化后的金屬依然保持一定形狀，懸浮在空中，從而實(shí)現(xiàn)金屬在固態(tài)和液態(tài)的懸浮。
[0004]然而，在電磁懸浮中，交變電磁場(chǎng)使熔融懸浮物內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流，流速往往達(dá)到10-40cm/s左右,流動(dòng)多為瑞流,并且熔體伴隨著快速旋轉(zhuǎn)，物料的懸浮狀態(tài)極不穩(wěn)定，在利用電磁懸浮技術(shù)測(cè)量材料熱物性參數(shù)時(shí)，由于對(duì)流的影響使得測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真。獲取穩(wěn)定的電磁懸浮狀態(tài)一直是電磁懸浮技術(shù)需要攻克的難題，目前世界各國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)通過超導(dǎo)線圈疊加豎直方向的靜磁場(chǎng)來抑制其內(nèi)部對(duì)流、減弱旋轉(zhuǎn)，但這一做法有以下幾個(gè)缺陷:
[0005]一、超導(dǎo)設(shè)備通孔需與懸浮線圈同軸，而懸浮線圈的軸線只能是豎直方向，因此，只能疊加豎直方向的靜磁場(chǎng)，只能抑制水平方向的對(duì)流。
[0006]二、需要疊加的靜磁場(chǎng)強(qiáng)度過大，磁場(chǎng)強(qiáng)度往往要達(dá)到2特斯拉以上才可獲得基本穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。
[0007]三、設(shè)備復(fù)雜且價(jià)格昂貴，設(shè)備費(fèi)用高達(dá)近千萬元人民幣，國(guó)內(nèi)目前還沒有這樣的設(shè)備。
[0008]因此，急需先進(jìn)可行的技術(shù)發(fā)明既能有效抑制懸浮熔體內(nèi)部對(duì)流和減小外部旋轉(zhuǎn)，又能克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的U形磁軛對(duì)懸浮線圈所在空間(也就是懸浮物體所在空間)，疊加了一個(gè)橫向的旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)，靜磁場(chǎng)與懸浮物體中的感應(yīng)電流相互作用，使熔化后的懸浮物內(nèi)部對(duì)流減弱，外部旋轉(zhuǎn)減小，從而獲得穩(wěn)定的電磁懸浮狀態(tài)。
[0011 ] 本發(fā)明的疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)；
[0012]1、本發(fā)明在懸浮物所在的空間疊加了一個(gè)橫向的旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)，由于磁場(chǎng)方向在水平面內(nèi)不斷變化，對(duì)熔融懸浮物內(nèi)部各方向的對(duì)流都具有抑制作用，從而大大減小了熔融懸浮物的內(nèi)部對(duì)流和外部旋轉(zhuǎn)，懸浮系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
[0013]2、本發(fā)明中的靜磁場(chǎng)使用磁軛提供，相比復(fù)雜昂貴的超導(dǎo)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工制造、價(jià)格合理的優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)推廣潛力。
[0014]3、本發(fā)明只需要提供相對(duì)很小的靜磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到0.5特斯拉就能使懸浮達(dá)到非常穩(wěn)定的狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]如附圖1所示:本發(fā)明主要由高頻電源1、錐形反繞線圈2、U型磁軛3、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
4、物料升降托盤5、真空腔體6、照明電極7、觀察窗口 8組成。其特征在于:U型磁軛3在底部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；U型磁軛3底部開有一個(gè)中心圓孔，錐形反繞線圈2與此圓孔同軸，物料升降托盤5可以通過此圓孔將懸浮物放入錐形反繞線圈2中的合適位置；旋轉(zhuǎn)的U型磁軛3對(duì)其U型空間提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)的靜磁場(chǎng)。電磁懸浮部分由高頻電源I和錐形反繞線圈2組成，錐形反繞線圈2與高頻電源I相連，并伸入真空腔體，放置在加有旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的U型空間中。真空泵對(duì)真空腔體6內(nèi)部抽真空，以防止懸浮物在高溫下與空氣接觸氧化。同時(shí)向真空腔體6內(nèi)通入氦氣，以調(diào)節(jié)懸浮物體的溫度。
【具體實(shí)施方式】
[0016]1、打開真空腔體上蓋，將物料升降托盤5升至錐形反繞線圈2中的合適位置，將懸浮物料放入物料升降托盤5中。
[0017]2、關(guān)閉真空腔體上蓋，啟動(dòng)抽真空泵，將真空腔體中的氣壓抽至5Pa，關(guān)閉真空泵。
[0018]3、打開惰性氣體充氣閥門9，充氣至大氣壓，之后以lL/min的流量沖入并由出氣閥排除，維持真空腔體6內(nèi)氣壓為大氣壓。
[0019]4、啟動(dòng)循環(huán)水泵，確保各回水正常。
[0020]5、啟動(dòng)高頻電源1，調(diào)節(jié)功率輸出旋鈕至懸浮物體脫離物料升降托盤5，撤出物料升降托盤5。
[0021]6、啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4，使U型磁軛3實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
[0022]至此，穩(wěn)定的電磁懸浮狀態(tài)就獲得了。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及一種疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)，它主要由高頻電源1、錐形反繞線圈2、U型磁軛3、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4、物料升降托盤5、真空腔體6、照明電極7、觀察窗口 8等組成；其特征在于:錐形反繞線圈2與高頻電源I相連并伸入圓柱形真空腔體6中，頂部設(shè)有一個(gè)觀察窗口 8,側(cè)面布置抽真空閥門和惰性氣體進(jìn)氣閥門各一個(gè)，U型磁軛3固定在穿過真空腔體6底部的導(dǎo)桿上，U型磁軛3在底部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；U型磁軛3底部開有一個(gè)中心圓孔，錐形反繞線圈2與此圓孔同軸，物料升降托盤5可以通過此圓孔將懸浮物放入錐形反繞線圈2中的合適位置；旋轉(zhuǎn)的U型磁軛3對(duì)其U型空間提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)的靜磁場(chǎng)；電磁懸浮部分由高頻電源I向錐形反繞線圈2通以高頻交變電流實(shí)現(xiàn)；錐形反繞線圈2放置在這個(gè)加有旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的U型空間中；真空泵對(duì)真空腔體6內(nèi)抽真空，以防止懸浮物在高溫下與空氣接觸而氧化，同時(shí)向真空腔體內(nèi)通入氦氣，以調(diào)節(jié)懸浮物的溫度。
2.權(quán)利說明I中的疊加橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)的電磁懸浮系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于:在錐型反繞線圈所在空間(也就是懸浮物體所在空間)，疊加了一個(gè)橫向旋轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)，使熔化后的懸浮物內(nèi)部對(duì)流減弱，外部旋轉(zhuǎn)減小，從而獲得穩(wěn)定的電磁懸浮狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02N15/00GK103532443SQ201310524758
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】石萬元, 宋其暉, 馮林 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)