Система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике и способ его осуществления

Изобретение относится к движителям транспортных средств. Устройство содержит сверхпроводящую при комнатной температуре пластину с прикрепленным к ней вплотную или на минимальном расстоянии с одной плоской ее стороны впереди или позади по ходу движения поезда метро магнитным экраном, представляющим собой лист из ферромагнитного материала, электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала, выполненный в форме буквы «О» с вертикально расположенной прорезью или выполненный в форме полосы. Способ заключается в том, что плоский сверхпроводник с магнитным экраном с одной его стороны, помещенный в межполюсной зазор-желоб электромагнита или постоянного магнита, ориентируется своими сверхпроводящими пластинами параллельно магнитному полю в желобе и нормально к оси симметрии желоба для движения пластин из сверхпроводника вдоль оси симметрии желоба. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области технической физики. Изобретение относится к движителям транспортных средств, использующим нескомпенсированную силу, действующую на сверхпроводник со стороны магнитного поля, возникающую вследствие применения магнитного экрана, прикрепленного к сверхпроводящей пластине с одной ее плоской стороны.

Уровень техники.

Аналоги не обнаружены.

Раскрытие изобретения.

Цель настоящего изобретения - предложить новый тип скоростного метро.

Разработана система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике, в основе которой лежит прикрепленное к внешней неторцевой поверхности вагона поезда метро устройство, фрагмент которого состоит из сверхпроводящей при комнатной температуре пластины малых размеров порядка нескольких сантиметров в ширину и длину, вертикально расположенной, с прикрепленным к ней вплотную с одной плоской ее стороны впереди или позади по ходу движения поезда метро магнитным экраном, представляющим собой лист из ферромагнитного материала, причем отдельные фрагменты параллельны между собой в каждом ряду с последовательным чередованием сверхпроводящих пластин и ферромагнитных листов и отстоят друг от друга на расстоянии, в несколько раз или на порядок превышающем толщину магнитного экрана; система содержит также прикрепленное к внутренней поверхности тоннеля метро устройство, фрагментом которого является электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала в форме буквы «О» с прорезью (с зазором), вертикально расположенной, причем отдельные фрагменты отстоят друг от друга на расстоянии меньшем или порядка толщины сердечника электромагнита и параллельны между собой в ряду с одинаковыми соседними магнитными полюсами, при этом образуют ряды желобов для движения рядов пластин из сверхпроводника с магнитным экраном вдоль оси симметрии желоба в прорезях (в зазорах) буквы «О». Сверхпроводящие пластины с магнитным экраном крепятся к внешней боковой поверхности кабины лифта крепежом из слабомагнитного материала, чтобы не искажать магнитный поток в желобе. В качестве магнитного экрана может быть использован также лист из намагниченного вдоль плоскости листа материала постоянного магнита [1], причем оси намагничивания отдельных фрагментов параллельны между собой и направлены в одну сторону, в направлении магнитного поля желоба. Между сверхпроводящей пластиной и магнитным экраном в одном фрагменте может быть выдержано минимальное расстояние меньше или порядка толщины листа магнитного экрана. Желобы могут быть образованы прикрепленным к внутренней поверхности тоннеля метро устройством, фрагментом которого является электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала в форме полосы, причем отдельные фрагменты отстоят друг от друга на расстоянии меньшем или порядка толщины сердечника электромагнита и параллельны между собой в ряду с одинаковыми соседними магнитными полюсами, а ряды отстоят друг от друга с промежутком для движения пластин из сверхпроводника с магнитным экраном, причем в каждом промежутке магнитные полюса соседних рядов противоположны. Вместо электромагнита может быть использован постоянный магнит. Также в системе со стороны магнитного экрана параллельно ему на расстоянии в несколько раз или на порядок меньшем, чем расстояние между сверхпроводящими пластинами, может быть расположен второй дополнительный магнитный экран аналогичный первому, так как двойной магнитный экран намного эффективнее одинарного [2]. Вся система объединяется крепежом из слабомагнитного материала, чтобы не нарушать магнитный поток в межполюсном пространстве магнитов.

Разработан способ ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике, состоящий в том, что система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике ориентируется своими сверхпроводящими пластинами параллельно магнитному полю в желобе и нормально к оси симметрии желоба для движения пластин из сверхпроводника вдоль оси симметрии желоба, поэтому за счет взаимодействия пластин из сверхпроводника с магнитным полем желоба возникает со стороны плоской поверхности сверхпроводника, не защищенной магнитным экраном, некомпенсированная сила действия на сверхпроводник со стороны неоднородного магнитного поля, проникающего на незначительную глубину в толщу сверхпроводника [3], направленная от незащищенной магнитным экраном плоской поверхности сверхпроводника в сторону ослабления магнитного поля, то есть в сторону магнитного экрана, которая ускоряет систему из сверхпроводящих пластин с магнитным экраном и связанную жестко с ней конструкцию вагона поезда метро в этом направлении, причем внутреннее магнитное поле магнитного экрана из материала постоянного магнита ориентируется в одном направлении с магнитным полем в желобе. Причем ускорение регулируется электрической схемой [4], включающей в себя измеритель ускорения вагона поезда метро, которая увеличивает электрический ток через обмотку электромагнитов, если ускорение меньше заданной величины, и уменьшает электрический ток через обмотку электромагнитов, если ускорение больше заданной величины.

Изобретение поясняется чертежами фиг.1-4.

На фиг.1 показана пластина из сверхпроводника, обозначенная как 1, и прикрепленный к ней с одной ее плоской поверхности магнитный экран, обозначенный как 2.

На фиг.2 показано, как ориентируется в изображенных тонкими линиями силовых линиях магнитного поля электромагнита с сердечником в форме буквы «О» с прорезью (зазором) пластина из сверхпроводника 1 с магнитным экраном 2 для обеспечения некомпенсированной силы , действующей на свободную от магнитного экрана плоскую поверхность сверхпроводника в направлении магнитного экрана.

На фиг.3 показано, как ориентируется в изображенных тонкими линиями силовых линиях магнитного поля электромагнита с сердечником в форме полосы пластина из сверхпроводника 1 с магнитным экраном 2 для обеспечения нескомпенсированной силы , действующей на свободную от магнитного экрана плоскую поверхность сверхпроводника в направлении магнитного экрана.

На фиг.4 показано, как регулируется ускорение системы для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике электрической схемой, где: 3 - измеритель ускорения; 4 - шунт, он же датчик обратной связи; 5 - электронный усилитель; 6 - элемент сравнения; 7 - обмотка электромагнита; 8 - значение ускорения.

На обмотку электромагнита подается с элемента сравнения разность напряжений Δu между заданным напряжением u_зад и напряжением с электронного усилителя u_эу.

Система для ускорения вагона поезда метро должна содержать съемные ряды сверхпроводящих пластин с расположением магнитного экрана как впереди, так и позади по отношению к ходу движения поезда соответственно как для ускорения в первой половине пути между станциями, так и для замедления во второй половине пути между станциями.

Оценка возможности предлагаемого устройства и способа ускорения вагона поезда метро состоит в оценке силы , действующей на сверхпроводник, помещенный в магнитное поле.

Сила, действующая на вещество, помещенное в магнитное поле, определяется следующим образом [5] в CGSM:

где f_x - величина силы, действующей на вещество в направлении x;

χ - величина объемной магнитной восприимчивости вещества;

ν - объем вещества;

Н - величина магнитного поля;

x - направление.

Поскольку магнитное поле выталкивается из сверхпроводника и поскольку глубина проникновения магнитного пуля в сверхпроводник составляет 10^-5÷10^-6 см [3], следовательно, на этой глубине возникает сравнительно высокий градиент магнитного пуля ∂Н/∂х со стороны сверхпроводника, не защищенной магнитным экраном, обеспечивающий сравнительно высокую силу f_x, действующую на поверхность сверхпроводника, свободную от магнитного экрана. При этом сверхпроводник как идеальный диамагнетик выталкивается из области более вильного магнитного поля в сторону ослабления магнитного пуля.

Параметры вагона поезда метро с системой для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике определяются из (1) следующим естественным образом в CGSM по формуле для определения ускорения вагона поезда метро:

где М - масса вагона поезда метро;

а - ускорение вагона поезда метро;

χ - величина объемной магнитной восприимчивости сверхпроводника;

Н - величина магнитного поля в желобе;

S' - площадь сверхпроводящей пластины;

S - площадь основания вагона поезда метро;

N - число сверхпроводящих пластин.

Для времени t в пути между станциями с ускорением а в первой половине пути и с ускорением минус а во второй половине пути формула длины пути будет:

где L - длина пути между станциями метро;

а - ускорения вагона поезда метро;

t - время в пути между станциями метро.

Формула максимальной скорости будет:

где V - величина максимальной скорости поезда метро;

а - ускорения вагона поезда метро;

t - время в пути между станциями метро.

Поскольку величина магнитного поля в желобе из электромагнитов может быть разная [6], выберем приемлемый вариант H=3·10³ Э с расположением сверхпроводящих пластин размером S'=5 см · 5 см через каждые 2,5 см рядами по длине вагона поезда метро в восемь рядов, то есть при длине вагона поезда метро 10 м N=3,2·10³, S=10⁵ см², χ=-1 CGSM, при условии грузоподъемности вагона поезда метро M/S~10³ г·см^-2~10⁴ кг·м^-2, в результате

а≤10⁴ см·с^-2~10² м·с^-2.

В действительности величина развиваемого поездом метро ускорения будет в несколько раз меньше расчетной, так как в области проникновения магнитного поля в сверхпроводник абсолютная величина магнитной восприимчивости сверхпроводника уменьшается и величина магнитного поля уменьшается, и это обстоятельство вносит свои коррективы в оценочную формулу (2). Но путем регулирования величины магнитного поля Н в желобе из электромагнитов или путем увеличения количества сверхпроводящих пластин N, или путем снижения грузоподъемности M/S можно добиться приемлемого значения параметра а.

Для времени в пути между станциями t=20 с при ускорении а=10 м·с^-2 будет L=10³ м и V=10² м·с^-1.

В формуле (2), полученной из формулы (1), не учитывается сила трения, действующая противоположно направлению движения вагона поезда метро, но корректировка параметров ускорения вагона поезда метро по формуле (2) всегда компенсирует и силу трения.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1. Один из фрагментов системы ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике.

Фиг.2. Способ ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме буквы «О» с прорезью (с зазором).

Фиг.3. Способ ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме полосы.

Фиг.4. Способ регулирования ускорения системы для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике с помощью электрической схемы.

Осуществление изобретения.

Средство, реализующее данное устройство и способ, еще не создано. Но из приведенных в описании изобретения расчетов следует возможность его осуществления.

Литература

[1] Под редакцией Дж.Киршвинка, Д.Джонса, Б.Мак-Фаддена. Биогенный магнетит и магниторецепция, Москва, «Мир», 1989 г., т.1, с.271.

[2] Под редакцией Дж.Киршвинка, Д.Джонса, Б.Мак-Фаддена. Биогенный магнетит и магниторецепция, Москва, «Мир», 1989 г., т.1, с.264.

[3] Малая Советская Энциклопедия. Государственное научное издательство «Советская энциклопедия», издание третье, т.8, с.254-255.

[4] А.С.Клюев. Автоматическое регулирование, Москва, «Энергия», 1973 г., с.6-11.

[5] П.Селвуд. Магнетохимия, изд. ИЛ, Москва, 1958 г., с.13.

[6] С.В.Вонсовский. Магнетизм, изд. «Наука», Москва, 1971, с.419.

1. Система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике, фрагментом которой является прикрепленное крепежом из слабомагнитного материала к внешней неторцевой поверхности вагона поезда метро устройство, состоящее из вертикально расположенной сверхпроводящей при комнатной температуре пластины, с прикрепленным к ней вплотную или на минимальном расстоянии с одной плоской ее стороны впереди или позади по ходу движения поезда метро магнитным экраном, представляющим собой лист из ферромагнитного материала, причем отдельные фрагменты отстоят друг от друга на расстоянии, превышающем на порядок толщину магнитного экрана, система содержит также прикрепленное к внутренней поверхности тоннеля метро устройство, фрагментом которого является электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала, выполненный в форме буквы О с вертикально расположенной прорезью, при этом отдельные фрагменты образуют горизонтальные ряды желобов в форме буквы О с прорезями для движения рядов пластин из сверхпроводника с магнитным экраном вдоль оси симметрии желоба, или выполненного в форме полосы, при этом ряды отстоят друг от друга с промежутком для движения пластин из сверхпроводника с магнитным экраном, причем в каждом промежутке магнитные полюса соседних рядов противоположны, при этом отдельные фрагменты в форме полосы или в форме буквы О отстоят друг от друга на расстоянии, меньшем или порядка толщины сердечника электромагнита, и параллельны между собой в ряду с одинаковыми соседними магнитными полюсами.

2. Система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике по п.1, отличающаяся тем, что в качестве магнитного экрана используется лист из намагниченного вдоль плоскости листа материала постоянного магнита, причем оси намагничивания отдельных фрагментов параллельны между собой и одинаково направлены в направлении магнитного поля желоба.

3. Система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике по п.1, отличающаяся тем, что со стороны магнитного экрана на расстоянии, на порядок меньшем чем расстояние между сверхпроводящими пластинами, расположен дополнительный магнитный экран.

4. Система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между сверхпроводящей пластиной и магнитным экраном в одном фрагменте меньше или порядка толщины листа магнитного экрана.

5. Способ ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике, состоящий в том, что система для ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике, включающая в себя в качестве фрагмента плоский сверхпроводник с магнитным экраном с одной его стороны, помещенный в межполюсной зазор-желоб электромагнита или постоянного магнита, ориентируется своими сверхпроводящими пластинами параллельно магнитному полю в желобе и нормально к оси симметрии желоба для движения пластин из сверхпроводника вдоль оси симметрии желоба, поэтому за счет взаимодействия пластин из сверхпроводника с магнитным полем желоба возникает со стороны плоской поверхности сверхпроводника, не защищенной магнитным экраном, нескомпенсированная сила действия на сверхпроводник со стороны неоднородного магнитного поля, проникающего на незначительную глубину в толщу сверхпроводника, и направленная от незащищенной магнитным экраном плоской поверхности сверхпроводника в сторону ослабления магнитного поля, то есть в сторону магнитного экрана, которая ускоряет систему из сверхпроводящих пластин с магнитным экраном и связанную с ней жестко конструкцию вагона поезда метро в этом направлении.

6. Способ ускорения вагона поезда метро на сверхпроводнике по п.4, отличающийся тем, что ускорение вагона поезда метро регулируется электрической схемой, включающей в себя измеритель ускорения вагона поезда метро, которая увеличивает электрический ток через обмотку электромагнитов, если ускорение меньше заданной величины, и уменьшает электрический ток через обмотку электромагнитов, если ускорение больше заданной величины.