專利名稱：超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于天體地球儀技術領域，具體涉及到超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置。
背景技術：
自從發(fā)現(xiàn)永磁材料以來，人們就設想利用同性磁極相斥的原理，實現(xiàn)磁懸浮現(xiàn)象，但一直沒有成功。近年來對磁懸浮列車、磁懸浮地球儀等技術的研究開發(fā)熱情空前高漲，如上海中德合作的磁懸浮列車時速達到了400公里/每小時，日本的山黎線超導磁懸浮列車時速已達到582公里/每小時，最近又報道上海某大學研制出了永磁磁懸浮列車，大連又研制出了永磁和電磁懸浮相結合的磁懸浮列車，但所有這些超導磁懸浮列車都有復雜的結構，并且需要很復雜的精密控制系統(tǒng)。雖然列車是懸浮的，但人們不能清楚直觀的看到磁懸浮現(xiàn)象，如何清楚直觀的看到磁懸浮現(xiàn)象已經(jīng)成為教學、科研、使用以及計量部門當前所需要解決的技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種設計合理、結構簡單、演示直觀的超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置。
解決上述技術問題所采用的技術方案是在支架上部設置內裝有北極超導體和液氮的北極液氮杜瓦、下部設置內裝有南極超導體和液氮的南極液氮杜瓦，在地球儀的北極或北極空白圈以南設置有北極組合磁體、南極或南極空白圈以北設置有南極組合磁體，在地球儀的赤道部位設置有磁性軌道，地球儀上磁性軌道的外側懸浮有模型飛船。
本發(fā)明的磁性軌道為由至少兩種軌道永磁體從赤道起往南往北至少排列成3圈構成，一圈軌道永磁體的S極向外、N極向內，相鄰一圈軌道永磁體的N極向外、S極向內，一圈軌道永磁體與相鄰一圈軌道永磁體遠離赤道方向軌道永磁體的寬度小于近離赤道方向軌道永磁體的寬度；所說的北極組合磁體由至少三種極永磁體從北極起或從北極空白圈起往南按緯度方向至少列成3圈構成，一圈極永磁體的N極向外、S極向內，相鄰一圈極永磁體的S極向外、N極向內，同一圈極永磁體的形狀相同，一圈極永磁體的個數(shù)與相鄰一圈極永磁體的個數(shù)相同、形狀不相同，一圈極永磁體與相鄰一圈極永磁體兩個徑向平面之間的夾角相同。本發(fā)明的模型飛船為在飛船殼體內設置有飛船超導體和飛船液氮，在飛船殼體設置有飛船蓋。
本發(fā)明的一種軌道永磁體和另一種軌道永磁體的內表面是兩側面之間的圓柱面、外表面是兩側面之間的地球儀的球面，上表面是兩側面之間的圓環(huán)面，下表面是兩側面之間、且大于上表面的圓環(huán)面，兩側面為弓形與直角梯形之和的平面。本發(fā)明的飛船超導體為圓柱體形，飛船超導體圓形底面的直徑小于磁性軌道的寬度。本發(fā)明的每個極永磁體的上表面是前后側面之間的不同緯度的球面，下表面是前后側面之間的圓環(huán)平面，內表面和外表面是前后側面之間的圓柱面，前后表面為弓形與直角梯形之和的平面。
本發(fā)明的南極組合磁體的結構與北極組合磁體的結構相同。
本發(fā)明利用第二類超導磁懸浮的自穩(wěn)定特性，通過超導磁懸浮、超導磁懸掛和超導磁側掛原理，將一個地球儀懸浮在空中，自由、無摩檫地繞地軸旋轉。同時將一個模型飛船無任何接觸地側懸掛于地球儀的赤道上，環(huán)繞地球儀旋轉。它具有設計合理、結構簡單、演示直觀等優(yōu)點，可用于演示超導磁懸浮特性原理、研究超導體磁懸浮特性規(guī)律以及超導磁懸浮原理的應用實驗。


圖1是本發(fā)明一個實施例的結構示意圖。
圖2是圖1的A-A剖視圖。
圖3是圖1中北極組合磁體5的結構示意圖。
圖4是圖1中磁性軌道8的展開示意圖。
圖5是圖1中模型飛船14的結構示意圖。
圖6是圖4中一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的幾何形狀圖。
圖7是圖3中五種極永磁體的幾何形狀圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
實施例1發(fā)明人給出了以半徑R為310mm地球儀的本發(fā)明產(chǎn)品為例所用的零部件以及零部件的聯(lián)接關系如下
在圖1中，本實施例的超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置是由地球儀1、北極液氮杜瓦2、北極超導體3、液氮4、北極組合磁體5、北極鐵片6、支架7、磁性軌道8、環(huán)形鐵皮帶9、南極組合磁體10、南極鐵片11、南極液氮杜瓦12、南極超導體13、模型飛船14聯(lián)接構成。
在支架7的上部放置有北極液氮杜瓦2、下部用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有南極液氮杜瓦11，南極液氮杜瓦11與北極液氮杜瓦2的形狀和結構相同。在北極液氮杜瓦2內放置有北極超導體3，南極液氮杜瓦12內放置有南極超導體13，南極超導體13的形狀和結構與北極超導體3的形狀和結構完全相同，在北極液氮杜瓦2和南極液氮杜瓦12內裝有液氮4，液氮4的液面高于北極超導體3的上端面和南極超導體13的上端面。在地球儀1的北極空白圈以南部位用北極鐵片6和螺紋緊固聯(lián)接件聯(lián)接有北極組合磁體5、南極空白圈以北部位用南極鐵片11和螺紋緊固聯(lián)接件聯(lián)接有南極組合磁體10，在地球儀1的赤道部位用環(huán)形鐵皮帶9和螺紋緊固聯(lián)接件聯(lián)接有磁性軌道8。制作時先將北極組合磁體5、南極組合磁體10、磁性軌道8固定在地球儀1的球體上，然后將地圖用膠粘貼在球體的表面上。懸浮的地球儀1可演示地球儀1繞地軸自轉，演示時，操作者輕輕地撥一下地球儀1，由于地球儀1的摩擦阻力很小，地球儀1可較長時間地自轉。在地球儀1上磁性軌道8的外側懸掛有模型飛船14，懸浮的模型飛船14可演示模型飛船14圍繞地球儀1旋轉，演示時，操作者輕輕地撥一下模型飛船14，模型飛船14可較長時間地圍繞地球儀1旋轉，模型飛船14的轉動方向與速度由操作者用力的方向和大小控制。
在圖1、2、4中，本實施例的磁性軌道8是由形狀和體積完全相同的一種軌道永磁體8-1從赤道起往南188塊排列成第一圈、往北188塊排列成第一圈，由形狀和體積完全相同的另一種軌道永磁體8-2從赤道起往南188塊排列成第二圈、往北188塊排列成第二圈構成，排列在赤道北面第一圈軌道永磁體的S極向外、N極向內，排列在赤道北面第二圈軌道永磁體的N極向外、S極向內，排列在赤道南面第一圈軌道永磁體的N極向外、S極向內，排列在赤道南面第二圈軌道永磁體的S極向外、N極向內。磁性軌道8與模型飛船14產(chǎn)生的磁相互作用力，可使模型飛船14懸浮在磁性軌道8表面的一定距離。
圖6給出了一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的立體幾何形狀示意圖。在圖6中，本實施例的一種軌道永磁體8-1為A1B1C1D1A2B2C2D2六面體，另一種軌道永磁體8-2為A2B2C2D2A3B3C3D3六面體，O1O3為地球儀1的旋轉軸，θ為一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的兩側面之間的夾角，θ1為圓弧A1D1的圓心角、θ2為圓弧A2D2的圓心角、θ3為圓弧A3D3的圓心角。一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的內表面是前后側面夾角為θ的圓柱面、外表面是兩側面夾角為θ的地球儀1的球面、上表面是兩側面夾角為θ的圓環(huán)平面，下表面是兩側面夾角為θ、且大于上表面的圓環(huán)平面，前后表面為弓形與直角梯形之和的平面。一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的幾何尺寸見表1。
表1 一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的幾何尺寸表

在圖1、3中，地球儀1的北極圈為空白圈，北極圈的半徑為6mm，北極圈以南，由五種極永磁體往南排列成5圈構成本實施例的北極組合磁體5，也可將五種極永磁體從北極點往南排列成5圈構成北極組合磁體5。本實施例的北極組合磁體5的第一圈的極永磁體5-1的N極向外、S極向內，第二圈的極永磁體5-2的S極向外、N極向內，第三圈的極永磁體5-3的N極向外、S極向內，第四圈的極永磁體5-4的S極向外、N極向內，第五圈的極永磁體5-5的N極向外、S極向內，同一圈極永磁體的形狀相同，每個極永磁體的厚度均為10mm，一圈極永磁體的個數(shù)與相鄰一圈極永磁體的個數(shù)相同、形狀不相同。在兩個徑向平面之間的夾角為15°的范圍內排列有5個不同緯度的極永磁體。
圖7給出了第一圈極永磁體5-1、第二圈極永磁體5-2、第三圈極永磁體5-3、第四圈極永磁體5-4、第五圈極永磁體5-5的幾何形狀示意圖。在圖7中，第一圈極永磁體5-1為E1F1G1H1E2F2G2H2六面體，第二圈極永磁體5-2為E2F2G2H2E3F3G3H3六面體、第三圈極永磁體5-3為E3F3G3H3E4F4G4H4六面體、第四圈極永磁體5-4為E4F4G4H4E5F5G5H5六面體、第五圈極永磁體5-5為E5F5G5H5E6F6G6H6六面體，O1O2為地球儀1的旋轉軸，α為兩側面的夾角。每個極永磁體的上表面是兩側面夾角為α的不同緯度的球面、下表面是兩側面夾角為α的圓環(huán)平面、內表面和外表面是兩側面夾角為α的圓柱面、兩側面為弓形與直角梯形之和的平面。五圈極永磁體的幾何尺寸見表2。
表2 是五圈極永磁體的幾何尺寸表

南極組合磁體11的形狀和結構以及零部件的聯(lián)接關系與北極組合磁體5完全相同。
在圖5中，本實施例的模型飛船14是由飛船殼體14-1、飛船液氮14-2、飛船蓋14-3、飛船超導體14-4聯(lián)接構成。在飛船殼體14-1內放置有飛船超導體14-4，本實施例的飛船超導體14-4為圓柱體形，飛船超導體14-4的圓形底面的直徑小于磁性軌道8的寬度，飛船超導體14-4的圓形底面朝向地球儀1上的磁性軌道8并與磁性軌道8保持有距離，在飛船殼體14-1內裝有飛船液氮14-2，飛船液氮14-2使飛船超導體14-4處于超導態(tài)，在飛船殼體14-1上蓋有飛船蓋14-3。
實施例2在本實施例中，磁性軌道8是由形狀和體積完全相同的一種軌道永磁體8-1在赤道上排列一圈，赤道上排列的一種軌道永磁體8-1的S極向外、N極向內，在赤道的南邊和赤道的北邊各排列一圈與赤道上排列的一種軌道永磁體8-1相互吸引在一起的另一種軌道永磁體8-2，排列在赤道南面一圈另一種軌道永磁體8-2的N極向外、S極向內，排列在赤道北面一排另一種軌道永磁體8-2的N極向外、S極向內。一種軌道永磁體8-1和另一種軌道永磁體8-2的幾何形狀與實施例1完全相同。在北極空白圈以南，由三種極永磁體往南按緯度方向排列成3圈構成本實施例的北極組合磁體5，本實施例的北極組合磁體5的第一圈的極永磁體5-1的N極向外、S極向內，第二圈的極永磁體5-3的S極向外、N極向內，第三圈的極永磁體5-3的N極向外、S極向內，每一種極永磁體的幾何形狀與實施例1完全相同。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關系與實施例1相同。
本發(fā)明的工作原理如下北極超導體3和南極超導體13位于地球儀1的北極組合磁體5與南極組合磁體10的磁場內，在互不相接觸的情況下液氮4冷卻北極超導體3和南極超導體13，使北極超導體3和南極超導體13由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)，地球儀1北極上方的北極超導體3與地球儀1的北極組合磁體5有相互作用力，地球儀1南極下方的南極超導體13與地球儀1的南極組合磁體10有相互作用力，使地球儀1處于穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。當?shù)厍騼x1在地球引力的作用下向下運動時，北極超導體3與地球儀1北極組合磁體5之間的距離增大，二者之間的吸引力增大，南極超導體13與地球儀1南極組合磁體10之間距離減小，二者之間的排斥力增大，在吸引力和排斥力的共同作用下地球儀1向上運動恢復到原位置，保持地球儀1位于北極超導體3與南極超導體13之間的穩(wěn)定位置。
模型飛船14內的飛船超導體14-4置于地球儀1赤道上磁性軌道8的磁場中，在不相互接觸的情況下飛船液氮14-2冷卻飛船超導體14-4，使飛船超導體14-4由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)，飛船超導體14-4與磁性軌道8之間有相互作用力，使模型飛船14處于穩(wěn)定的磁懸掛狀態(tài)。由于固定在離地球儀1赤道上的磁性軌道8沿赤道方向的磁場均勻分布，沿經(jīng)線方向的磁場不均勻分布，模型飛船14在繞地球儀1赤道飛行的過程中，不受阻力自由飛行，磁性軌道8沿經(jīng)線方向不均勻分布的磁場對模型飛船14內的飛船超導體14-4產(chǎn)生較大的磁相互作用力，在克服地球引力的同時，阻止模型飛船14向上或向下偏離地球儀1赤道上的磁性軌道8，使模型飛船14穩(wěn)定地懸掛于地球儀1赤道上的磁性軌道8的外側。模型飛船14在繞地球儀1赤道飛行的過程中，當模型飛船14偏離地球儀1赤道上的磁性軌道8時，模型飛船14內的飛船超導體14-4與地球儀1赤道上的磁性軌道8之間的距離就會增大，二者之間的吸引力增大，當模型飛船14靠近地球儀1赤道上的磁性軌道8時，模型飛船14內的飛船超導體14-4與地球儀1赤道上的磁性軌道8之間的距離就會減小，二者之間的排斥力增大，在吸引力和排斥力的共同作用下模型飛船14就會運動恢復到原位置，保持模型飛船14與地球儀1之間的穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置，其特征在于在支架(7)上部設置內裝有北極超導體(3)和液氮(4)的北極液氮杜瓦(2)、下部設置內裝有南極超導體(13)和液氮(4)的南極液氮杜瓦(12)，在地球儀(1)的北極或北極空白圈以南設置有北極組合磁體(5)、南極或南極空白圈以北設置有南極組合磁體(10)，在地球儀(1)的赤道部位設置有磁性軌道(8)，地球儀(1)上磁性軌道(8)的外側懸浮有模型飛船(14)。
2.按照權利要求1所述的超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置，其特征在于所說的磁性軌道(8)為由至少兩種軌道永磁體從赤道起往南往北至少排列成3圈構成，一圈軌道永磁體的S極向外、N極向內，相鄰一圈軌道永磁體的N極向外、S極向內，一圈軌道永磁體與相鄰一圈軌道永磁體遠離赤道方向軌道永磁體的寬度小于近離赤道方向軌道永磁體的寬度；所說的北極組合磁體(5)由至少三種極永磁體從北極起或從北極空白圈起往南按緯度方向至少列成3圈構成，一圈極永磁體的N極向外、S極向內，相鄰一圈極永磁體的S極向外、N極向內，同一圈極永磁體的形狀相同，一圈極永磁體的個數(shù)與相鄰一圈極永磁體的個數(shù)相同、形狀不相同，一圈極永磁體與相鄰一圈極永磁體兩個徑向平面之間的夾角相同；所說的模型飛船(14)為在飛船殼體(14-1)內設置有飛船超導體(14-4)和飛船液氮(14-2)，在飛船殼體(14-1)設置有飛船蓋(14-3)。
3.按照權利要求2所述的超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置，其特征在于所說的一種軌道永磁體(8-1)和另一種軌道永磁體(8-2)的內表面是兩側面之間的圓柱面、外表面是兩側面之間的地球儀1的球面，上表面是兩側面之間的圓環(huán)面，下表面是兩側面之間、且大于上表面的圓環(huán)面，兩側面為弓形與直角梯形之和的平面；所說的飛船超導體(14-4)為圓柱體形，飛船超導體(14-4)圓形底面的直徑小于磁性軌道(8)的寬度；所說的每個極永磁體的上表面是前后側面之間的不同緯度的球面，下表面是前后側面之間的圓環(huán)平面，內表面和外表面是前后側面之間的圓柱面，前后表面為弓形與直角梯形之和的平面。
4.按照權利要求1或2或3所述的超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置，其特征在于所說的南極組合磁體(10)的結構與北極組合磁體(5)的結構相同。
全文摘要
一種超導磁懸浮與磁浮飛船實驗裝置，在支架上部設置內裝有北極超導體和液氮的北極液氮杜瓦、下部設置裝有南極超導體和液氮的南極液氮杜瓦，在地球儀的北極空白圈以南設置有北極組合磁體、南極空白圈以北設置有南極組合磁體，在地球儀的赤道部位設置有磁性軌道，在地球儀上磁性軌道外側懸浮有模型飛船。本發(fā)明利用第二類超導磁懸浮的自穩(wěn)定特性，通過超導磁懸浮、超導磁懸掛和超導磁側掛原理，將一個地球儀懸浮在空中，自由、無摩檫地繞地軸旋轉。同時將一個模型飛船無任何接觸地側懸掛于地球儀的赤道上，環(huán)繞地球儀旋轉。它具有設計合理、結構簡單、演示直觀等優(yōu)點，可用于演示超導磁懸浮特性原理和規(guī)律以及應用實驗。
文檔編號G09B25/00GK1632845SQ20041007350
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權日2004年12月28日
發(fā)明者楊萬民, 鈔曦旭, 劉鵬, 朱思華, 武曉亮 申請人:陜西師范大學