Электромагнитное устройство, путепровод и транспортное средство, снабженные таким устройством

Электромагнитное устройство, путепровод и транспортное средство, снабженные таким устройством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области электрофизики, электротехники, в частности, к электромагнитным устройствам и в некоторых аспектах к транспортным системам, в которых применяются электромагнитные устройства в виде электромагнитного подвеса.

Уровень техники

В патенте CN202847462 представлен магнитный подвес транспортного средства, в котором применяются электромагниты. Указанные электромагниты, как показано на фиг. 1 и 2b в патенте CN202847462, представляют собой катушки (обмотки) с U-образными сердечниками, расположенными в них вдоль линии, параллельной путепроводу, к которому притягивается магнитный подвес (это направление в указанном патенте в изображенной конструкции является горизонтальным; оно совпадает с направлением линий и/или магнитного момента электромагнита). U-образные сердечники загнуты вверх, по направлению к ферромагнитной направляющей (рельсу, балке), входящей в состав путепровода. Указанная ферромагнитная направляющая также имеет выступы (полюсы), направленные к полюсам магнитного подвеса, образованные загнутыми концами сердечников электромагнитов. Полюсы рельса и магнитного подвеса расположены таким образом, чтобы между ними был воздушный промежуток, через который замыкается поток магнитного поля, обеспечивающий притяжение магнитного подвеса к путепроводу. Величина зазора между полюсами регулируется электромагнитной силой, которая зависит от величины электрического тока, протекающего в обмотке электромагнита.

Для обеспечения левитации транспортного средства, весящего несколько тонн или десятков тонн, требуется весьма сильное магнитное поле. Его концентрация у полюсов при движении будет создавать сильные вихревые токи, которые будут разогревать полюсы ферромагнитной направляющей и сердечников электромагнитов до значительных температур. Это приводит к ухудшению свойств магнитной системы, более быстрому износу оборудования, снижению сроков эксплуатации и повышенному энергопотреблению. Уровень магнитного поля в зазоре ограничен степенью насыщения стали сердечника U-образного магнита.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков уровня техники, в частности, на более эффективное распределение магнитного поля, уменьшение полей рассеяния вне рабочей зоны и уменьшение его взаимодействия на грузы и пассажиров.

Далее будем использовать известные определения.

1) Выражение [a×b] обозначает векторное произведение двух векторов а=(a_x, a_y, a_z) и b=(b_x, b_y, b_z). Здесь и далее вектора выделяются полужирным шрифтом. Векторное произведение [a×b] есть вектор с=(c_x, c_y, c_z) компоненты которого равны c_x=a_yb_z-a_zb_y, c_y=a_zb_x-a_xb_z, c_z=a_xb_y-a_yb_x. Вектор с перпендикулярен плоскости, в которой лежат а и b.

2) Магнитный момент токонесущей катушки электромагнита произвольной формы, m, в общем случае объемных проводников равен m = 1 2 ∫ V [ r × j ] d V , где V - объем проводника, dV - элемент объема, характеризуемого радиус-вектором r, j - вектор плотности электрического тока. Если намотку электромагнита представлять в виде тонкого замкнутого контура, то m = I 2 ∮ [ r × d l ] , где l - полный ток, dl - элемент контура. Для плоских контуров последнее выражение дает m=ISn, где S - площадь, n - единичный вектор нормали к плоскости контура, направленный в соответствии с правилом буравчика (если вращать ручку буравчика в направлении тока, то направление магнитного момента будет совпадать с направлением поступательного движения буравчика). Магнитный момент является характеристикой электромагнита (обмотки, катушки) в выбранной системе координат (И.Е. Тамм "Основы теории электричества", M: Наука, 1989).

3) Центр электромагнита, r₀, определяется как r 0 = L − 1 ∮ r d l , где L - полная длина контура намотки (в т.ч. для случая многовитковой и/или многослойной намотки), dl - элемент контура. В случае, если контур симметричен, данное определение совпадает с центром симметрии.

4) Поперечная плоскость электромагнита в общем случае - плоскость, проходящая через его центр перпендикулярно вектору магнитного момента. Если электромагнит состоит из одного плоского витка, поперечная плоскость совпадает с плоскостью витка. Если катушка плоская, поперечная плоскость совпадает с плоскостью среднего витка.

5) Направление максимальной асимметрии магнитного поля - это направление, вдоль которого должна быть обеспечена максимальная разница значений модуля магнитного поля в точках наблюдения, расположенных симметрично по разные стороны электромагнитного устройства. Поскольку для транспортных средств на магнитном подвесе это направление обычно определяется силой тяжести и совпадает с вертикальной осью транспортного средства, здесь и далее это направление для краткости называется вертикальным.

6) Горизонтальная плоскость - плоскость, перпендикулярная вертикальному направлению.

7) Электромагнитное устройство состоит из двух, трех, четырех или более электромагнитов, центры которых смещены друг относительно друга в некотором направлении (далее для краткости называемом продольным направлением). Продольное направление можно вычислить как прямую линию в горизонтальной плоскости, наименее уклоняющуюся от центров электромагнитов, например, методом наименьших квадратов (Линник Ю.В., Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. М., 1962). Электромагниты в продольном направлении образуют последовательность, позволяющую определить понятие «соседний электромагнит». У крайних электромагнитов один сосед, у остальных - по два.

8) Для определенности далее используется следующая система координат. Выберем произвольным образом начало координат О. Из него проведем в продольном направлении ось X, а в вертикальном направлении - ось Z. Ось Y направим перпендикулярно вертикальной плоскости XOZ. Эти обозначения используются на нескольких чертежах, прилагаемых к настоящему описанию. В том случае, если устройство или его компоненты ориентировано по-другому, оно может быть приведено к принятым обозначениям осей и плоскостей путем поворота (действительного или воображаемого) или же могут быть переориентированы оси и плоскости. В последнем случае характеризующие названия осей и плоскостей, если они использованы, могут быть изменены (например вертикальная плоскость может оказаться горизонтальной, если устройство повернуто на 90° вокруг продольной оси).

Задача изобретения решается с помощью электромагнитного устройства, содержащее (две или более) электрические обмотки, ориентированные друг относительно друга таким образом, что магнитные моменты соседних электрических обмоток не коллинеарны.

В предпочтительном варианте устройство содержит, по меньшей мере, три обмотки, которые преимущественно установлены, например, в продольном направлении со взаимным смещением друг относительно друга. Векторные произведения магнитных моментов двух соседних обмоток в соответствии с изобретением направлены в одну и ту же сторону от вертикальной плоскости (вертикальная плоскость может задаваться, например, магнитными моментами какой-либо пары соседних обмоток).

Радиус кривизны внутренних витков одной или множества обмоток в преимущественном варианте выполнения составляет не менее 10%, 20%, 30%, 40% или 50% от характерного размера замкнутой кривой, описывающей внутренние витки обмотки. По меньшей мере, часть обмоток в предпочтительном варианте могут иметь вытянутую форму в проекции на горизонтальную плоскость. Обмотки устройства в некоторых вариантах осуществления могут быть механически соединены друг с другом на участках, имеющих одинаковые направления электрического тока.

Задача изобретения также решается с помощью путепровода для транспортного средства, которое перемещается с использованием магнитной левитации. Такой путепровод может содержать, по меньшей мере, одно электромагнитное устройство по любому из вышеописанных вариантов.

Задача изобретения также решается с помощью транспортного средства, предназначенного для перемещения по путепроводу с использованием магнитной левитации. Транспортное средство должно иметь в своем составе магнитный подвес, содержащий, по меньшей мере, одно электромагнитное устройство по любому из вышеописанных вариантов. Кроме того, путепровод может содержать ферромагнитную направляющую и/или проводящую поверхность для транспортных средств с электромагнитным подвесом (ЭМП) или электродинамическим подвесом (ЭДП), соответственно.

Благодаря настоящему изобретению достигаются такие технические результаты, как формирование магнитного поля по заданной площади с обеспечением того, что электромагнитное устройство формирует магнитное поле преимущественно по одну сторону от устройства, а значит, все магнитное поле используется более эффективно и уменьшаются поля рассеяния в других областях вне рабочей зоны. Кроме того, снижен вес устройства. Кроме того, устройством в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается возможность создания сильных магнитных полей, распределенных по площади, причем само устройство может иметь компактные размеры в виде плоской структуры из минимального количества обмоток, то есть без излишних коммуникаций, подводящих сильные токи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан возможный вариант устройства из двух электромагнитов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показано распределение магнитного поля вдоль двух прямых, параллельных оси ОХ и симметрично расположенных выше и ниже пары электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 3 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже множества электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 4 показан возможный вариант электромагнитного устройства из трех электромагнитов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже сборки из трех электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 6 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже пары расположенных рядом сборок из трех электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 7 показан схематичный вид сбоку другого возможного варианта электромагнитного устройства из 5 обмоток в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 8 показан схематичный вид сбоку еще одного возможного варианта электромагнитного устройства из девяти обмоток в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже электромагнитного устройства из шести электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 10 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже электромагнитного устройства из двенадцати электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 11 показан схематичный вид сбоку возможной реализации электромагнитного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 12 показано распределение магнитного поля вдоль двух параллельных прямых, симметрично расположенных выше и ниже другого электромагнитного устройства из двенадцати электромагнитов относительно линии их центров.

На фиг. 13 схематично показан преимущественный вариант электромагнитного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 14 показан вид в разрезе возможного варианта электромагнитного устройства в соответствии с настоящим изобретением над проводящей поверхностью.

На фиг. 15 показан вид сверху возможного варианта электромагнитного устройства в соответствии с настоящим изобретением, представленного на фиг.14, над проводящей поверхностью.

Осуществление изобретения

Распределение поля магнитного подвеса с конструкцией, изображенной в патенте CN202847462, может быть обеспечено, в частности, путем увеличения площади поперечного сечения полюсов. Однако это приводит к повышению расхода материала на изготовление полюсов ферромагнитной направляющей и сердечника электромагнита, что также сказывается на увеличении веса магнитного подвеса и транспортного средства в целом, что снижает эффективность системы.

Для уменьшения расхода материала на полюсы сердечника и ферромагнитной направляющей можно установить дополнительную катушку (обмотку) электромагнита так, чтобы магнитный момент или силовые линии электромагнита были, по существу, перпендикулярны ферромагнитной направляющей. В таком случае обеспечивается, с одной стороны, распределение магнитного поля по площади, не меньшей чем площадь внутри обмотки электромагнита, а, с другой стороны, вес электромагнита не только не увеличивается, но и снижается. Кроме того, сердечник в некоторых вариантах осуществления может быть исключен из электромагнита, поскольку обычно катушки электромагнитов располагаются достаточно близко к ферромагнитной направляющей, чтобы уменьшить рассеяние магнитного поля. Также необходимо отметить, что при указанном в патенте CN202847462 расположении электромагнита с U-образным сердечником появляется возможность использования такого подвеса не только в схеме ЭМП (с притяжением к ферромагнитной направляющей), но и в схеме ЭДП (с отталкиванием от проводящей поверхности, выполненной из немагнитного электропроводящего материала, например меди, алюминия и т.п.), путем переустановки полюсов U-образного сердечника вниз. Однако, переключение между схемами с ЭМП и ЭДП в ходе движения невозможно.

Недостатком конфигурации по патенту CN202847462 является то, что магнитное поле по одну сторону от электромагнита не участвует во взаимодействии с ферромагнитной направляющей (или проводящей поверхностью), что приводит к недостаточно эффективному использованию энергии электромагнитного поля в рабочей зоне и появлению значительных полей рассеяния в других областях вне рабочей зоны. Это приводит к необходимости применения увеличенного количества электромагнитов или электромагнитов увеличенного размера и массы для формирования магнитного поля требуемой величины, что также приводит к снижению полезной нагрузки, перевозимой транспортным средством, для создания левитации в которых применяется электромагнит с подобной ориентацией.

Для более эффективного использования энергии магнитного поля в рабочей зоне и уменьшения паразитных полей рассеяния в других областях вне рабочей зоны возможно использовать электромагнитное устройство (сборку электромагнитов с «поворачивающимся» вектором магнитного момента) в соответствии с настоящим изобретением.

Электромагнитным устройством согласно настоящему изобретению является сборка трех или более электромагнитов, в которой выполнены условия:

(1) Векторы магнитных моментов какой-либо пары соседних электромагнитов не коллинеарны, то есть не параллельны (иначе, их векторное произведение не равно нулю);

(2) проекции векторов магнитных моментов на вертикальную плоскость XOZ последовательности электромагнитов монотонно поворачивается при перемещении точки наблюдения от центра одного магнита к центру другого в одном направлении (по или против часовой стрелки). Причем углы поворота меньше 180°. Другими словами, все векторные произведения магнитных моментов двух последовательных электромагнитов находятся в одном полупространстве относительно вертикальной плоскости XOZ (либо в полупространстве Y>0, либо Y<0).

В простейшем варианте, показанном на фиг. 1, электромагнитное устройство содержит две электрические обмотки 11 и 12, расположенные под углом друг к другу (на фиг.1 плоскости обмоток перпендикулярны друг другу). Магнитные моменты m₁₁ и m₁₂ обмоток 11 и 12, соответственно, в случае плоских обмоток направленные перпендикулярно плоскостям обмоток, также будут перпендикулярны друг другу, то есть не коллинеарны. Магнитное поле, формируемое таким электромагнитным устройством, будет несимметрично в вертикальной плоскости относительно продольной линии, проходящей через обмотки (в показанной на фиг. 1 ориентации устройства она будет параллельна оси ОХ).

Обмотка в предельном случае может состоять из одного витка, однако в предпочтительном варианте исполнения каждая обмотка, входящая в состав электромагнитного устройства согласно настоящему изобретению, обычно содержит несколько витков, поскольку это обеспечивает оптимальную величину тока питания.

Форма витка или обмотки в целом в поперечной плоскости может быть любой. Однако, в преимущественном варианте витки и обмотки выполнены в форме гладких линий не содержащих изгибов, поскольку в случае протекания в обмотках токов большой величины, необходимых для создания сильных магнитных полей, на изгибах будут создаваться предпосылки для выхода обмоток из строя. В показанном на фиг. 1 варианте обмотки выполнены в виде круглых колец. В преимущественном варианте радиусы кривизны (закруглений) изгибов обмоток и витков в соответствии с настоящим изобретением имеют величину не менее 10%, 20%, 30% или 40% от внутреннего поперечного размера обмотки, а предпочтительно не менее 50%.

В устройстве на фиг. 1, также как и на других фигурах, не показаны подводящие провода или проводники в целях удобства иллюстрирования изобретения. В то же время необходимо учитывать, что электромагнитное устройство в соответствии с настоящим изобретением может осуществлять свои функции при пропускании электрического тока через обмотки (или при наличии в них электрического тока), который и создает необходимое магнитное поле. В связи с этим при осуществлении устройства на практике оно будет иметь соединительные провода или проводники, подводящие электрический ток. Ток может подводиться к каждой обмотке по отдельности, и в этом случае обеспечивается возможность изменения силы и/или направления тока в обмотках по отдельности, что дает гибкость в коммутации обмоток и возможность создания разнообразных конфигураций магнитного поля около устройства в зависимости от токов в обмотках.

В других вариантах обмотки могут быть соединены между собой - некоторые или все. Это уменьшает количество проводов, подводящих ток, и упрощает управление конфигурацией магнитного поля, создаваемого устройством. В то же время это снижает гибкость в обеспечении различных конфигураций магнитного поля. Например, если все обмотки соединены между собой, то есть через все обмотки протекает один и тот же ток, то конфигурация магнитного поля будет предпочтительно оставаться одной и той же независимо от изменений тока, а будет меняться лишь напряженность магнитного поля и/или его направление. В компромиссном варианте обмотки могут быть разделены на комплексы обмоток и соединяться между собой в комплексах (то есть в одной группе обмоток течет один и тот же ток), а путем изменения токов в различных комплексах обмоток возможно изменять конфигурацию магнитного поля. Группы обмоток, описываемые далее, могут иметь соединения обмоток внутри групп или между группами, или же в указанных группах каждая обмотка может коммутироваться отдельно - таким образом, комплексы обмоток и группы обмоток в целом различающиеся понятия, хотя в некоторых случаях они могут и совпадать.

Электромагнитное устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для формирования магнитного поля, взаимодействующего с внешним по отношению к электромагнитному устройству объектом. Это значит, что объект, с которым взаимодействует электромагнитное устройство, не охватывается устройством. Иными словами, объект, для магнитного взаимодействия с которым предназначено электромагнитное устройство, находится вне объема, ограничиваемого любыми прямолинейно соединенными крайними точками, линиями или поверхностями.

Кроме того, электромагнитное устройство в соответствии с настоящим изобретением создает магнитное поле, преимущественно формируемое лишь с одной из сторон. Это позволяет усилить магнитное взаимодействие при той же массе и/или токах. Соответственно, объект, для взаимодействия с которым предназначено электромагнитное устройство, преимущественно находится с той стороны, где формируется магнитное поле (предпочтительно максимальное по величине).

Результаты математического моделирования магнитного поля такого устройства показаны на фиг. 2. На всех графиках в качестве величины магнитного поля используется абсолютное значение (модуль) вектора магнитной индукции В, а над графиками, в которых приведено распределение абсолютной величины магнитного поля вдоль оси ОХ, показано расположение обмоток, соответствующее показанному распределению. В частности, на фиг. 2 над графиком показаны обмотки 11 и 12. Из графика видно, что линия 21 расположена над линией 22 на всем протяжении графика. Это означает, что поле около описанного устройства сверху всегда будет больше по абсолютной величине, чем снизу.

В том случае, если несколько сборок обмоток, показанных на фиг. 1, будут размещены рядом со смещением в продольном направлении (совпадающем на фигурах с осью ОХ) как это показано в верхней части фиг. 3 (вид сборки сбоку), то величина магнитного поля будет распределена вдоль этого продольного направления так, как это показано на графике, представленном на фиг. 3 под условным изображением сборки, для которой производился расчет (сборка и график показаны в соответствующем масштабе и положении). Соотношение кривой 31, отображающей величину магнитного поля сверху от сборки, и кривой 32, отображающей величину магнитного поля снижу от сборки, показывает, что асимметрия магнитного поля будет наблюдаться на краях сборки, а в средней части в среднем асимметрии магнитного поля нет, так как на некоторых участках сборки, величина поля сверху больше величины поля снизу, а на некоторых наоборот.

Таким образом, каждое электромагнитное устройство (пара электромагнитов с разной ориентацией), представленных на фиг. 2, по отдельности обеспечивают асимметрию магнитного поля. Но, установленные рядом со смещением в продольном направлении, - не обеспечивают. В связи с этим в тех приложениях, где требуется асимметрия магнитного поля, таким устройства могут использоваться при установке на таком расстоянии друг от друга, при котором магнитные поля соседних сборок не будут оказывать существенного влияния и около самих сборок будет наблюдаться асимметрия магнитного поля. Расстояния, на которых магнитное поле спадает до несущественных величин, может составлять одно или несколько (2, 3, 4, 5, 7, 10) линейных размеров обмоток, входящих в устройство (например их поперечных размер).

Однако, в тех приложениях, где требуется обеспечить сильное магнитного поле с асимметрией в вертикальном направлении на значительном протяжении в продольном направлении (площади), устройство, схематично представленное на фиг. 3 над графиком, не может быть применено. Поэтому, ввиду необходимости разнесения устройств, представленных на фиг. 1, по расстоянию между ними, эффективность устройства может оказаться недостаточной. Решить подобную задачу возможно путем использования другого электромагнитного устройства. В этом устройстве обмотки располагаются так, чтобы обеспечить несимметричное магнитное поле на большой протяженности в продольном направлении или площади, в том числе путем расположения рядом нескольких дополнительно предлагаемых устройств.

Один из таких возможных вариантов электромагнитного устройства в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг. 4. Сборка содержит, по меньшей мере, три обмотки 41, 42 и 43. Поперечные плоскости соседних обмоток - это такие пары обмоток, как 41 и 42, а также 42 и 43 - расположены под углом друг к другу (то есть не находятся в одной плоскости, не коллинеарны, иными словами, углы между поперечными плоскостями обмоток составляют величины больше 0° и меньше 180°, например от 1° до 179°). Те обмотки, которые не являются соседними, то есть их разделяет (например, при развороте одной из обмоток на место другой), по меньшей мере, одна промежуточная обмотка, могут лежать в одной плоскости, то есть углы между поперечными плоскостями таких обмоток могут иметь значение 0° или 180°, хотя это и не обязательно. Например, обмотки 41 и 43 на фиг. 4 не являются соседними, т.к. их разделяет обмотка 42. Переход от обмотки 41 к обмотке 42 осуществляется поворотом обмотки 41 (ее поперечной плоскости, в которой лежат витки) на угол 90°; аналогично совершается переход от обмотки 42 к обмотке 43. В то же время обмотки 41 и 43 могут находиться в одной плоскости (на фиг. 4 она параллельна горизонтальной (продольной) плоскости XOY). Все обмотки 41-43 (их поперечные плоскости, в которых располагаются витки обмоток) на фиг. 4 расположены перпендикулярно вертикальной плоскости XOZ.

Для того, чтобы электромагнитное устройство создавало магнитное поле преимущественно с одной стороны, обмотки устройства должны быть расположены так, и быть запитаны токами так, чтобы результаты векторных произведений магнитных моментов соседних обмоток были направлены в одну и ту же сторону от плоскости, составленной какой-либо (или, в некоторых случаях, любой) парой магнитных моментов обмоток, входящих в состав электромагнитного устройства. Другими словами, результаты векторных произведений магнитных моментов соседних обмоток находятся в одном и том же полупространстве, получаемом делением пространства плоскостью, составленной какой-либо парой магнитных моментов обмоток, входящих в состав электромагнитного устройства.

Необходимо учитывать тот факт, что для настоящего изобретения имеет значение направление векторного произведения, а не его длина. В связи с этим в упрощенном способе определения направления векторного произведения может оказаться достаточным построение вектора, создающего правую тройку векторов с магнитными моментами соседних обмоток - в соответствии с настоящим изобретением, два таких построенных векторных произведения для двух или более пар магнитных моментов соседних обмоток должны быть направлены (расположены) с одной стороны плоскости, построенной по одной паре магнитных моментов соседних обмоток (или с одной стороны нескольких таких плоскостей, построенных по парам магнитных моментов соседних обмоток).

Кроме того, возможен вариант определения необходимых направлений магнитных моментов обмоток и без определения векторного произведения и построения какого либо дополнительного вектора. Для этого по двум магнитным моментам создается плоскость и далее при наблюдении электромагнитного устройства с одной и той же стороны этой плоскости (из одного и того же полупространства, на которые плоскость делит пространства) кратчайший поворот магнитных моментов обмоток, входящих в устройство, совершается либо всегда против часовой стрелки, либо всегда по часовой стрелке. Например, на фиг.1 магнитными моментами m₄₁, m₄₂ и m₄₃ обмоток 41-43 образуется вертикальная на фиг.1 плоскость XOZ. При наблюдении обмоток 41-43 с ближайшей стороны от плоскости XOZ (по оси OY от точки О по направлению вдоль стрелки Y, то есть с той стороны, с которой мы смотрим на фигуру) кратчайший поворот магнитного момента m₄₁ к моменту m₄₂ осуществляется против часовой стрелки, также как и кратчайший поворот магнитного момента m₄₂ к моменту m₄₃ - это означает, что обмотки 41-43 (сборка этих обмоток) образуют электромагнитное устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Соседство обмоток определяется по их расположению в сборке обмоток, составляющей устройство. Для некоторой заданной обмотки соседней обмоткой будет считаться та обмотка, которая находится ближе всего к заданной обмотке с той или другой стороны от поперечной плоскости, перпендикулярной магнитному моменту обмотки. Таким образом, у заданной обмотки может быть не более двух соседних обмоток. Например, соседними обмотками считаются обмотки 41 и 42, а также 42 и 43 на фиг. 4. На фиг. 7 соседними обмотками являются обмотки 71 и 72, 72 и 73, 73 и 74, 74 и 75. Переход между соседними обмотками (между их поперечными плоскостями) преимущественно происходит поворотом на угол предпочтительно не более 135° и сдвигом вдоль направления магнитного момента. В том случае, если ближайшая обмотка находится в направлении, поперечном направлению магнитного момента, такая обмотка преимущественно не может считаться соседней. Например, на фиг. 4 не являются соседними обмотки 41 и 43 (поскольку они лежат в одной плоскости, то векторное произведение их параллельных (коллинеарных) магнитных моментов равно нулю, а направление нулевого вектора неопределяемо), а на фиг. 7 обмотки 71, 73 и 75, а также обмотки 72 и 74, обмотки 72 и 75 и обмотки 71 и 74.

Также может быть предложен другой способ определения соседства обмоток. Поскольку электромагнитное устройство по настоящему изобретению предназначено для формирования магнитного поля, взаимодействующего с объектом вне устройства, то для электромагнитного устройства (оно еще может называться как сборка обмоток, катушек или электромагнитов) может быть задано продольное направление, преимущественно пролегающее вдоль объекта, с которым предполагается взаимодействие устройства. На фигурах такое продольное направление задано осью ОХ (где она показана). В соответствии с этим обмотки устройства будут расположены со взаимным смещением вдоль продольного направления.

Смещение катушек может определяться с использованием различных точек. В предпочтительном варианте смещение определяется по положению, например, геометрических центров обмоток (электромагнитов, катушек). Геометрическими центрами могут считаться, в частности, точки симметрии, если обмотки выполнены в виде симметричных изделий, или точки, равноудаленные или в среднем равноудаленные от крайних точек и/или поверхностей обмоток. В то же время смещение в продольном направлении не означает, что эти электромагниты не могут быть установлены со смещением в других направлениях. Продольным направлением также может считаться то направление, в отношении которого обмотки смещены и углы между магнитными моментами обмоток, определенные относительно продольного направления, соответствуют настоящему изобретению.

Соседними обмотками в таком случае будет считаться пара таких обмоток, которые смещены относительно продольного направления на наименьшее расстояние в одну или другую сторону вдоль продольного направления относительно заданной обмотки. Например, в том случае, если положение обмотки определяется по ее геометрическому центру, то между проекциями геометрических точек соседних обмоток на продольное направление не находятся проекции геометрических точек других обмоток.

Обмотки сборки могут быть сгруппированы в две группы обмоток. Первая группа обмоток располагается в плоскости, преимущественно параллельной объекту, для взаимодействия с которым создается магнитное поле (например ферромагнитная направляющая или проводящая поверхность). На фиг. 4 это обмотки 41 и 43, на фиг. 7 это обмотки 71, 73, 75, на фиг. 8 обмотки 81, 83, 85, 87, 89, на фиг. 11 обмотки 111, 113, 115, на фиг. 13 обмотки 131, 133, 135, на фиг. 14 и 15 это обмотки 141, 143, 145, 147 (на фиг. 14 и 15 также показана проводящая поверхность 140). Обмотки первой группы, расположенные рядом (но не являющиеся соседними в вышеуказанном смысле, поскольку соседними обмотками могут являться только обмотки разных групп обмоток), имеют преимущественно противоположно направленные магнитные моменты (на фиг. 6 обмотки в центре имеют одинаково направленные моменты, но эти обмотки относятся к разным устройствам, расположенным последовательно). То есть, магнитное поле, формируемое одной обмоткой первой группы, направлено в сторону, противоположную направлению, в котором направлено магнитное поле, формируемое обмоткой первой группы, входящей в то же самое устройство и расположенной рядом.

При таком расположении обмоток часть полей, формируемых в обе стороны, будут замыкаться друг на друга, а часть будет рассеиваться. Для того, чтобы устранить рассеяние и обеспечить формирование магнитного поля только с одной стороны, в сборке преимущественно применяются две (но, в зависимости от конфигурации, возможно, деление на три и более) группы обмоток (в наименьшем варианте, когда в сборке всего три обмотки, вторая группа обмоток может быть представлена одной обмоткой, например это обмотка 42 на фиг. 4). На фиг. 7 во вторую группу входят обмотки 72, 74, на фиг. 8 обмотки 82, 84, 86, 88, на фиг. 11 обмотки 112, 114, на фиг. 13 обмотки 132, 134, на фиг. 14 и 15 обмотки 142, 144, 146. Обмотки второй группы ориентируют преимущественно поперечно (или перпендикулярно) обмоткам первой группы, так, чтобы магнитный момент был преимущественно параллелен объекту, на который направляется магнитное поле (например, ферромагнитной направляющей или проводящей поверхности). Располагаются обмотки второй группы между обмотками первой группы или около них, преимущественно около ближних частей обмоток электромагнитов первой группы, так, чтобы магнитный момент обмоток второй группы был направлен от одной обмотки первой группы к другой (расположенной рядом) обмотке первой группы. Магнитные моменты расположенных рядом обмоток второй группы направлены в противоположных направлениях, то есть навстречу друг другу или друг от друга.

В каждой точке магнитные поля разных обмоток векторно складываются. Поскольку магнитное поле формируется всеми обмотками, то результирующее магнитное поле будет складываться как из полей, формируемых обмотками, расположенными в плоскости или под незначительным углом к плоскости, параллельной объекту, для взаимодействия с котором предназначено электромагнитное устройство, так и из полей, формируемых обмотками, расположенными перпендикулярно или с некоторым отклонением от перпендикулярного направления к указанной плоскости обмотками, а значит вклад в формирование магнитного поля вносят все элементы (обмотки), входящие в состав электромагнитного устройства. Кроме того, при таком расположении обмоток в сборке суммарное магнитное поле будет направлено преимущественно в одну сторону от электромагнитного устройства, к объекту, с которым обеспечивается магнитное взаимодействие (на фигурах это направление вниз). Таким образом достигается высокая эффективность устройства в соответствии с настоящим изобретением, которая может быть определена как отношение величины формируемого магнитного поля по отношению к массе устройства.

Суммарное магнитное поле может быть использовано, например, для создания левитации путем притяжения к ферромагнитной направляющей или отталкивания от проводящей поверхности. Благодаря наличию обмоток (электромагнитов) второй группы, разворачивающих поле обмоток (электромагнитов) первой группы с одной стороны и направляющих его в другую сторону, взаимодействовать с ферромагнитной направляющей или проводящей поверхностью будет практически все магнитное поле, создаваемое обмотками (электромагнитами) как первой группы, так и второй - то есть, всеми обмотками (электромагнитами) сборки. С другой стороны электромагнитного устройства (сборки электромагнитов или обмоток), противоположной расположению ферромагнитной направляющей или проводящей поверхности, магнитное поле отсутствует или имеет незначительную величину.

Для того, чтобы сборка обмоток, располо