СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ВЕСА КАБИНЫ ЛИФТА НА СВЕРХПРОВОДНИКЕ И СПОСОБ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B66B1/00 B60L13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Аналоги не обнаружены.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения - повысить скоростные качества лифтов в высотных домах за счет частичной или полной компенсации веса кабины лифта.

Разработана система для компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике, в основе которой лежит прикрепленное к боковой поверхности кабины лифта с внешней стороны устройство, фрагмент которого состоит из сверхпроводящей при комнатной температуре пластины малых размеров, порядка нескольких сантиметров в ширину и длину, горизонтально расположенной, с прикрепленным к ней вплотную с одной плоской ее стороны сверху 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 стенке шахты лифта устройство, фрагментом которого является электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала в форме буквы «О» с прорезью (с зазором), горизонтально 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 вертикальные 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. Вертикальные желобы могут быть образованы прикрепленным к внутренней стенке шахты лифта 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 компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике, состоящий в том, что система для компенсации веса кабины лифта 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, нескомпенсированная сила действия на сверхпроводник со стороны неоднородного магнитного поля, проникающего на незначительную глубину в толщу сверхпроводника [3], и направленная от незащищенной магнитным экраном плоской поверхности сверхпроводника в сторону ослабления магнитного пуля, то есть в сторону магнитного экрана, то есть вертикально вверх, которая частично или полностью компенсирует вес кабины лифта с грузом, причем внутреннее магнитное поле магнитного экрана из материала постоянного магнита ориентируется в одном направлении с магнитным полем в желобе. Причем сила, компенсирующая вес кабины лифта, регулируется электрической схемой [4], включающей в себя измеритель веса кабины лифта, которая увеличивает электрический ток через обмотку электромагнитов, если сила, компенсирующая вес кабины лифта, меньше заданной величины, и уменьшает электрический ток через обмотку электромагнитов, если сила, компенсирующая вес кабины лифта, больше заданной величины.

Изобретение поясняется чертежами.

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 нескомпенсированной 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 вес в системе для компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике электрической схемой, где: 3 - измеритель силы, компенсирующей вес; 4 - шунт, он же датчик обратной связи; 5 - электронный усилитель; 6 - элемент сравнения; 7 - обмотка электромагнита; 8 - значение силы, компенсирующей вес.

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

Оценка возможности предлагаемого устройства и способа компенсации веса кабины лифта 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 поля ∂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 сильного магнитного поля в сторону ослабления магнитного пуля.

Параметры лифта с системой компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике определяются из (1) следующим естественным образом в CGSM по формуле для определения массы кабины лифта, вес которой полностью компенсируется, приходящейся на единицу площади поперечного сечения кабины лифта:

где М - масса кабины лифта с грузом;

g - ускорение свободного падения на планете Земля;

χ - величина объемной магнитной восприимчивости сверхпроводника;

Н - величина магнитного поля в желобе;

S' - площадь сверхпроводящей пластины;

S - площадь основания кабины лифта;

N - число сверхпроводящих пластин.

Поскольку величина магнитного поля в желобе из электромагнитов может быть разная [6], выберем приемлемый вариант H=10³ Э с расположением сверхпроводящих пластин размером S'=5 см · 5 см через каждые 2,5 см по высоте кабины лифта рядами в четыре ряда, то есть при высоте кабины лифта 2,5 см N=400, S=10⁴ см², χ=-1 CGSM, g=10³ см·с^-2, в результате имеем величину, равносильную грузоподъемности лифта:

M/S≤10³ г·см^-2~10⁴ кг·м^-2.

В действительности масса кабины лифта, вес которой полностью компенсируется, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения кабины лифта, 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 N рядов желобов с рядами сверхпроводящих пластин с легкостью можно добиться довольно высокого значения этого параметра M/S.

Шахта лифта может быть снабжена направляющими рельсами, а корпус кабины лифта - соответствующими полозьями или колесами, входящими в рельсы при движении кабины лифта для исключения вибрации при движении кабины лифта.

Задача настоящего изобретения - повысить скоростные качества подъемников в шахтах для добычи угля и полезных ископаемых.

Возможно использование разработанной системы в качестве космического лифта.

Поскольку расстояние между электромагнитами, образующими желоб для движения сверхпроводящих пластин с магнитным экраном, минимально, следовательно, движение сверхпроводящих пластин с магнитным экраном происходит в практически однородном, практически безградиентном, магнитном поле, что соответствует замыслу изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. Один из фрагментов системы компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике.

Фиг.2. Способ компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме буквы «О» с прорезью (с зазором).

Фиг.3. Способ компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике в магнитном поле электромагнитов с сердечником в форме полосы.

Фиг.4. Способ регулирования веса системы для компенсации веса кабины лифта 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.

Изобретение относится к компенсирующим устройствам и может быть применено для компенсации веса кабины лифта. Устройство содержит горизонтально расположенную сверхпроводящую при комнатной температуре пластину с прикрепленным к ней вплотную или на минимальном расстоянии с одной плоской ее стороны сверху магнитным экраном, представляющим собой лист из ферромагнитного материала, электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала, выполненный в форме буквы «О» с прорезью, горизонтально расположенной, или выполненный в форме полосы. Способ заключается в том, что плоский сверхпроводник с магнитным экраном с одной его стороны помещен 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 повышении скоростных качеств лифтов за счет частичной или полной компенсации веса кабины лифта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система для компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике, фрагментом которой является прикрепленное к боковой поверхности кабины лифта с внешней стороны крепежом из слабомагнитного материала устройство, состоящее из горизонтально расположенной сверхпроводящей при комнатной температуре пластины, с прикрепленным к ней вплотную или на минимальном расстоянии с одной плоской ее стороны сверху магнитным экраном, представляющим собой лист из ферромагнитного материала, причем отдельные фрагменты отстоят друг от друга на расстоянии, превышающем на порядок толщину магнитного экрана, при этом система содержит прикрепленное к внутренней стенке шахты лифта устройство, фрагментом которого является электромагнит с сердечником из ферромагнитного или антиферромагнитного материала, выполненный в форме буквы О с прорезью, горизонтально расположенной, при этом отдельные фрагменты образуют вертикальные ряды желобов в форме буквы О с прорезями для движения рядов пластин из сверхпроводника с магнитным экраном вдоль оси симметрии желоба, или выполненный 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 компенсации веса кабины лифта 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 компенсации веса кабины лифта 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 компенсации веса кабины лифта 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 компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике, состоящий в том, что система для компенсации веса кабины лифта 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, то есть вертикально вверх, которая частично или полностью компенсирует вес кабины лифта с грузом.

6. Способ компенсации веса кабины лифта на сверхпроводнике по п.4, отличающийся тем, что сила, компенсирующая вес кабины лифта, регулируется электрической схемой, включающей в себя измеритель веса кабины лифта, которая увеличивает электрический ток через обмотку электромагнитов, если сила, компенсирующая вес кабины лифта, меньше заданной величины, и уменьшает электрический ток через обмотку электромагнитов, если сила, компенсирующая вес кабины лифта, больше заданной величины.