TW201506968A - 磁場可調式磁單元 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種磁場可調式磁單元，其係包括至少三磁鐵，磁鐵包括至少二軸向磁化磁鐵與至少一徑向磁化磁鐵，二軸向磁化磁鐵與徑向磁化磁鐵係呈交替堆疊設置，且二軸向磁化磁鐵與夾設在二軸向磁化磁鐵之間的徑向磁化磁鐵所產生之各磁力線方向分別呈順時針方向流動與呈逆時針方向流動，並於二軸向磁化磁鐵上分別環繞線圈以接通電流，使磁場可調式磁單元根據電流大小改變磁力線強化方向。本發明之磁鐵極化方向係以特殊的排列方式排列，並利用線圈纏繞特定極化方向之磁鐵，以利用線圈發出的電流大小控制磁場大小以及方向。

Description

磁場可調式磁單元

本發明係有關一種可調整磁鐵磁場之結構，特別是指一種利用電流大小調整磁場之磁場可調式磁單元。

磁浮是一種利用磁的吸力和排斥力來使物件在空中浮動，而不依靠其他外力的方法，只透過利用電磁力來對抗引力，可以使物件不受引力束縛，從而自由浮動。

以先前的技術而言，一般的磁浮系統中的複數磁鐵皆以電磁鐵，或以永久磁鐵其中一種單一磁鐵所組成，以電磁鐵為例，電磁鐵係以線圈環繞全部的磁鐵，使線圈通入電流產生磁場，以進行懸浮作用，然而在電磁鐵產生磁力進行穩定懸浮時，由於電磁鐵要由電流產生所需之磁力，因此所需耗費較大電流。再者，習用之電磁鐵在使用時，因應作用力需求大之處所，乃必需選用較大功率之電磁鐵，但相對的其電磁鐵因線圈之纏燒數增多而使體積加大，成本增高，非常佔用空間，而裝設使用之位置並不一定有大空間，致使大電磁鐵有使用上之困難及成本考量，為其缺點者；而如果使用小電磁鐵而通以較強電壓，其在保磁一段時間後即會燒毀，而通以低電壓則作用力又太小而拉不動作用物，為其缺點者。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種永久磁鐵與電磁鐵的組合體，利用由永久磁鐵提供大部分磁力，再由電 磁鐵通以線圈電流調整整體磁場，達到穩定懸浮之目的，以有效克服上述 之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種磁場可調式磁單元，其係磁鐵極化方向係以特殊的排列方式排列，並利用線圈纏繞特定極化方向之磁鐵，以利用電流大小與電流方向改變磁場大小以及方向，且由於中間徑向永久磁鐵產生大部分磁力支撐外力，再藉由兩旁軸向電磁鐵控制輸入電流調整整體磁場，可用小電流即可使電流穩定，以達到穩定的懸浮。

本發明之另一目的在提供一種磁場可調式磁單元，其係可有效地降低偏磁電流的大小。

本發明之再一目的在提供一種磁場可調式磁單元，其係結構簡單、製作成本低，且生產效率高。

為達上述之目的，本發明提供一種磁場可調式磁單元，其係包括至少三磁鐵，其包括至少二軸向磁化磁鐵與至少一徑向磁化磁鐵，二軸向磁化磁鐵與徑向磁化磁鐵係呈交替堆疊設置，且二軸向磁化磁鐵與夾設在二軸向磁化磁鐵之間的徑向磁化磁鐵，產生之各磁力線方向分別呈順時針方向流動與呈逆時針方向流動，並於二軸向磁化磁鐵上分別環繞線圈，以使線圈接通電流，磁場可調式磁單元即可根據電流大小改變磁力線強化方向。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1‧‧‧磁場可調式磁單元

10‧‧‧磁鐵

12‧‧‧軸向磁化磁鐵

14‧‧‧軸向磁化磁鐵

15‧‧‧徑向磁化磁鐵

16‧‧‧徑向磁化磁鐵

18‧‧‧徑向磁化磁鐵

20‧‧‧線圈

30‧‧‧電源供應器

40‧‧‧磁浮系統

42‧‧‧導軌

422‧‧‧磁力單元

44‧‧‧框架

第一圖係為本發明第一實施例之方塊示意圖。

第二圖係為本發明第一實施例之磁力線分布圖。

第三圖係為本發明第二實施例之方塊示意圖。

第四圖係為本發明第二實施例之磁力線分布圖。

第五圖係為本發明第三實施例之方塊示意圖。

第六圖係為本發明第三實施例之磁力線分布圖。

第七圖係為本發明第一實施例應用於磁浮系統的示意圖。

如第一圖所示，其係包括至少三磁鐵10，磁鐵10包括至少二軸向磁化磁鐵12、14，本實施例舉例軸向磁化磁鐵12、14係為電磁鐵與至少一徑向磁化磁鐵15，本實施例舉例徑向磁化磁鐵15係為永久磁鐵，二軸向磁化磁鐵12、14與徑向磁化磁鐵15係呈交替堆疊設置，使且二軸向磁化磁鐵12、14夾設一徑向磁化磁鐵15，並使二軸向磁化磁鐵12、14與夾設在二軸向磁化磁鐵12、14之間的徑向磁化磁鐵15產生的各磁力線方向分別呈順時針方向流動與呈逆時針方向流動；二軸向磁化磁鐵12、14上分別環繞線圈20，二線圈20電性連接一電源供應器30，使電源供應器30產生電流至線圈20，使軸向磁化磁鐵12、14形成電磁鐵，可調式磁鐵組1即可根據電源供應器30所產生的電流大小改變磁力線強化方向。磁鐵10間皆係以海爾貝克陣列(Halbach Array)排列，本實施例係舉例二軸向磁化磁鐵12、14極化方向皆朝向二軸向磁化磁鐵12、14間夾設的 徑向磁化磁鐵15，因此所分布之磁力線則如第二圖所示，磁力線係由徑向磁化磁鐵15分別向外流出置兩側的軸向磁化磁鐵12、14，兩側軸向磁化磁鐵12、14再分別流回徑向磁化磁鐵15中，由於本發明之軸向磁化磁鐵12、14分別環繞線圈20，因此如圖所示，所產生的磁力線除了根據擺設的磁極方向改變磁力線流動方向之外，更因可透過線圈20上電流的調整，更加強了整個磁力線的磁場的大小。

由於上述實施例之徑向磁化磁鐵15係為永久磁鐵，而 軸向磁化磁鐵12、14係為電磁鐵，因此透過電磁鐵與永久磁鐵的搭配，使中間永久磁鐵的徑向磁化磁鐵15產生大部分磁力支撐外力，再藉由兩旁電磁鐵的軸向磁化磁鐵12、14控制輸入電流調整整體磁場，可用小電流達到穩定懸浮，軸向磁化磁鐵12、14與徑向磁化磁鐵15係為永久磁鐵，或將軸向磁化磁鐵12、14設為電磁鐵，徑向磁化磁鐵15為永久磁鐵，亦可實施本實施例；若軸化向磁化磁鐵12、14係為電磁鐵，則可根據線圈20產生的電流方向改變極化方向，不需將磁鐵重新排列，即可改變磁場方向。

接下來請參照第三圖，如圖所示，其係為本發明之第二 實施例，如圖所示，除了於二軸向磁化磁鐵12、14之間夾設一徑向磁化磁鐵15之外，二軸向磁化磁鐵12、14兩側更可分別設有軸向磁化磁鐵16、18，其可為永久磁鐵，以將導回外流的磁力線，以加強整體磁力線強度；而二軸向磁化磁鐵12、14極化方向皆朝向二軸向磁化磁鐵12、14間夾設的徑向磁化磁鐵15，兩側徑向磁化磁鐵16、18極化方向皆朝下，若由左至右看，此實施例的極化方向排列則係逆時針方向，並以90度連續變化 之排列；軸向磁化磁鐵12、14分別環繞線圈，以電性連接電源供應器30，產生電流至線圈20中。

接下來請參照第三圖與第四圖，第二實施例結構之磁力 線則如第四圖所示，磁力線係由徑向磁化磁鐵15向外，分別流出兩側的軸向磁化磁鐵12、14，兩側軸向磁化磁鐵12、14再分別流回徑向磁化磁鐵15中，由於本發明之軸向磁化磁鐵12、14分別環繞線圈20，因此線圈20中的電流更加強了磁力線的強度，且軸向磁化磁鐵12、14兩側設有二徑向磁化磁鐵16、18，能夠牽引軸向磁化磁鐵12、14所流出的磁力線，將磁力線導回，可有效地降低偏磁電流的大小，使磁力線更加集中，效果更強。

本發明更可如第五圖所示，其係為第三實施例，其係舉 例除了於二軸向磁化磁鐵12、14之間夾設一徑向磁化磁鐵15之外，二軸向磁化磁鐵12、14兩側更可分別設有軸向磁化磁鐵16、18，其可為永久磁鐵，以將外流的磁力線回流，可有效地降低偏磁電流的大小，以加強整體磁力線強度；其中二軸向磁化磁鐵12、14極化方向皆係背向二軸向磁化磁鐵12、14間夾設的徑向磁化磁鐵15，兩側徑向磁化磁鐵16、18極化方向皆朝下，若由左至右看，第三實施例的磁鐵10極化方向排列則係以順時針方向以90度連續變化之排列。並於軸向磁化磁鐵12、14分別環繞線圈，以電性連接電源供應器30，以產生電流至線圈中。

接下來請參照第五圖與第六圖，第三實施例之結構磁力 線則圖所示，第三實施例軸向磁化磁鐵與第二實施例軸向磁化磁鐵化極化方向相反，使磁力線方向亦相反，第三實施例之磁力線則係由兩側軸向磁 化磁鐵12、14分別流出至徑向磁化磁鐵15中。由此可知，即改變磁鐵10極化方向的排列，即可改變磁力線方向，再者，若軸向磁化磁鐵12、14係為電磁鐵時，只需改變電流的方向，不須重新調整磁鐵10的排列方向，即可同時改變極化方向以及磁力線方向，相當簡易方便。

再者，本發明之軸向磁化磁鐵12、14分別環繞的線圈 20中流通的電流更加強了磁力線的強度，軸向磁化磁鐵12、14兩側設有二徑向磁化磁鐵16、18，並能夠牽引軸向磁化磁鐵12、14所流出的磁力線，將磁力線導回，使磁力線更加集中，效果更強。

接下來請參照第七圖，本實施例舉例使用第一實施例之 磁場可調式磁單元1應用於一磁浮系統40中，當然第二實施例與第三實施例亦可應用於磁浮系統40中。此實施例係舉例為磁浮列車中的磁浮系統40，當然本發明磁場可調式磁單元1亦應用於馬達、飛輪儲能電池、發電機等裝置中，如圖所示，磁浮系統40中具有導軌42，導軌42上設有磁力單元422，而本發明之磁場可調式磁單元1則分別設置於磁浮列車(圖中未示)下方與導軌42連接之框架44上，框架44的垂直與水平方向皆分別設有磁場可調式磁單元1，以對應於磁力單元422，使磁場可調式磁單元1透控制電流的大小，控制變換磁場可調式磁單元1磁力線大小，以根據磁力線加強或減弱，以實現磁浮的應用，使磁浮列車開動。

綜上所述，本發明之磁鐵極化方向係以特殊的排列方式 排列，並利用線圈纏繞特定極化方向之磁鐵，以利用電流大小與電流方向改變磁場大小以及方向，且由於中間徑向永久磁鐵產生大部分磁力支撐外力，再藉由兩旁軸向電磁鐵控制輸入電流調整整體磁場，可用小電流即可 使電流穩定，以達到穩定的懸浮，本發明並可有效地降低偏磁電流的大小，且結構簡單、製作成本低，且生產效率高。

本發明可唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧磁場可調式磁單元

10‧‧‧磁鐵

12‧‧‧軸向磁化磁鐵

14‧‧‧軸向磁化磁鐵

15‧‧‧徑向磁化磁鐵

20‧‧‧線圈

30‧‧‧電源供應器

Claims (7)

1. 一種磁場可調式磁單元，包括：至少三磁鐵，包括至少二軸向磁化磁鐵與至少一徑向磁化磁鐵，該二軸向磁化磁鐵與該徑向磁化磁鐵係呈交替堆疊設置，該二軸向磁化磁鐵與夾設在該二軸向磁化磁鐵之間的該徑向磁化磁鐵所產生之各磁力線方向分別呈順時針方向流動與呈逆時針方向流動；以及至少二線圈，環繞於該軸向磁化磁鐵，以接通電流，根據該電流大小改變該磁力線強化方向。
2. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，更包括至少一電源供應裝置，分別電性連接該二線圈，以產生電流至該線圈。
3. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，其中該軸向磁化磁鐵係為電磁鐵與該徑向磁化磁鐵係為永久磁鐵。
4. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，其中該軸向磁化磁鐵與該徑向磁化磁鐵係為永久磁鐵。
5. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，其中該軸向磁化磁鐵係為電磁鐵，該徑向磁化磁鐵係為永久磁鐵。
6. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，其中該等磁鐵係以海爾貝克陣列(Halbach Array)排列。
7. 如請求項1所述之磁場可調式磁單元，其中該二徑向磁化磁鐵兩側更可分別設有一該軸向磁化磁鐵，以引導該磁力線。