Как ховерборды Hendo достигают самоходного движения? Что такое МИД?

Как поясняется на этой странице , теорема Эрншоу утверждает, что невозможно иметь абсолютно стабильную магнитную левитацию, при которой ни одно из полей не меняется со временем. Но, как также обсуждается там, возможна левитация, которая кажется устойчивой невооруженным глазом, если токи, создающие магнитное поле, постоянно приспосабливаются к небольшим движениям левитирующего магнита таким образом, чтобы быстро гасить эти движения. Это можно сделать с помощью искусственной обратной связи с электромагнитами в разных положениях, которые могут регулировать свои поля в ответ на обновления от датчиков о движении левитирующего магнита, как указано в разделе «обратная связь» на этой странице, но есть также несколько примеров системы, в которых токи в материале естественным образомнастроить таким образом. Одним из них является диамагнетизм, где токи представляют собой просто движение электронов вокруг ядер атомов, и электроны приспосабливаются к изменениям внешнего поля таким образом, чтобы всегда создавать магнитное поле, которое направлено противоположно внешнему полю и, таким образом, отталкивает магнит, создающий это поле. Хорошее концептуальное объяснение теоремы Эрншоу и того, как она не исключает стабильной левитации с диамагнетиками, можно найти здесь . Для большинства диамагнитных материалов отклик очень слабый, но сверхпроводники являются исключением с очень сильным диамагнитным откликом, поэтому они часто используются в драматических примерах магнитной левитации, таких как показанный здесь сверхпроводящий ховерборд , или в примере левитации с закреплением потока .показано в этом видео .

Ховерборд Hendo не использует сверхпроводники или обычный диамагнетизм, где магнитный отклик вызван исключительно перегруппировкой электронов в атомах — вместо этого он полагается на эффект, обсуждаемый в разделе «Осциллирующие поля» на первой странице, на которую я ссылаюсь. В этом случае магнитное поле, предназначенное для колебаний в правильном направлении (что, по-видимому, может быть достигнуто либо с помощью вращающегося постоянного магнита, либо с переменным током в невращающемся электромагните), будет индуцировать вихревые токи в соседнем проводнике, движения большого числа электронов, не связанных с определенными атомами в проводнике. Как упоминалось на этой странице, а также в колеблющихся электромагнитных поляхраздел статьи в Википедии о магнитной левитации, это действительно крупномасштабная версия диамагнитной левитации — по-видимому, закрученные вихревые токи приспосабливаются, чтобы постоянно отталкивать источник колеблющегося поля, точно так же, как отдельные электроны приспосабливаются при обычной диамагнитной левитации. Статья в вики ссылается на эту статью в формате pdf с более техническим обсуждением того, как это работает в случае колеблющегося поля, создаваемого переменным током в электромагните, хотя, по-видимому, «парящие двигатели» Хендо создают колеблющееся поле с вращающимися постоянными магнитами, как упоминается в патенте , на который Джон Ренни указал в своем ответе. Здесьпредставляет собой документ, посвященный численному моделированию вращающегося постоянного магнита, зависшего над проводящей поверхностью, хотя конфигурация немного отличается (в документе ось вращения параллельна поверхности, как колесо, тогда как у ховерборда Hendo ось вращения перпендикулярно поверхности, как компакт-диск — очевидно, тип вращения в бумаге приводит к прямой тяге, а также к вертикальному подъему, что может быть полезно в будущих приложениях этой технологии, которые должны иметь возможность ускоряться или тормозить) .

Я считаю, что «архитектура магнитного поля» относится к тому, как колеблющиеся магниты сконструированы таким образом, чтобы создавать особенно сильное поле под доской, но гораздо более слабое сверху, с использованием некоторого типа массива Хальбаха . В этой статье упоминается, что патент, поданный на систему магнитной левитации Хендо, конкретно касается использования массива Хальбаха.

Что касается «самодвижения», я не знаю подробностей, но эта статья может предположить, что это как-то связано со встроенной системой, в которой чувствительные к давлению подушечки используются для регулировки магнитных полей, создаваемых различными парящими двигателями. , создавая смещение в силе этих полей, которое, в свою очередь, должно вводить смещение направления в вихревых токах, толкающих его снизу:

Ездить на этом приспособлении было очень весело, но также и довольно сложно: ховерборд Hendo ездит совсем не так, как летающий скейтборд McFly. На самом деле, без двигательной установки он имеет тенденцию бесцельно дрейфовать. Основатель Arx Pax и изобретатель Hendo Грег Хендерсон говорит, что компания работает над этим. «Мы можем придать предвзятость», — говорит он мне, указывая на чувствительные к давлению подушечки на палубе ховерборда, которые управляют двигателями. «Мы можем включать или выключать разные оси движения». Конечно же, опираясь на одну сторону доски, вы заставляете ее вращаться и дрейфовать в нужном направлении.

Хотя на своей странице на кикстартере они, кажется, противопоставляют ховерборд как «в основном ... самоходный» с идеей его перемещения за счет изменения силы магнитного поля:

В то время как наш ховерборд в первую очередь предназначен для самодвижения, действия, которые стабилизируют его, также могут использоваться для его движения вперед путем изменения проецируемой силы на поверхность под ним.

... так что это говорит о том, что они могут использовать термин «самоходный» так же, как скейтборд можно назвать «самоходным», то есть вы набираете скорость, отталкиваясь ногой от земли.

Во-первых, позвольте мне пояснить, что я не работаю с движком Hendo и никогда не видел его дизайн, поэтому нижеследующее основано на том, что я нашел в Google, и на том, что кажется интуитивно очевидным.

В двигателе Hendo используется технология, называемая электродинамической подвеской . Это может очень быстро усложниться, когда вы попытаетесь выполнить вычисления, поэтому я просто опишу это в общих чертах. Обратите внимание, что эта технология используется в некоторых поездах Maglev , так что это хорошо зарекомендовавшая себя технология, и действительно, первому соответствующему патенту 109 лет (к сожалению, Google OCR сделал настоящий хэш этого патента).

Все мы знаем в школе, что изменение магнитного поля в проводнике индуцирует ток в проводнике. Этот процесс описывается законом Ленца , отсюда и ссылка на сайте Хендо. Однако ток, в свою очередь, создает магнитное поле. Принцип электродинамической подвески заключается в том, что движущийся магнит индуцирует токи в соседнем проводнике, и эти токи создают собственное магнитное поле. Если вы получите правильную геометрию, первоначальное и индуцированное поля будут отталкивать друг друга, и вы получите магнитную левитацию .

Ключевой особенностью этого процесса является то, что магниты должны двигаться, потому что только изменяющееся магнитное поле будет индуцировать ток. Я считаю, и в этом я меньше всего уверен, что в двигателе Хендо используется вращающийся электромагнит, т.е. магнит вращается как пропеллер. Именно это движение индуцирует ток в проводнике под доской и создает противоположное магнитное поле, которое левитирует доску. Это позволяет доске парить, даже когда она неподвижна.

Потом:

Ага, я нашел патент на двигатель Хендо . В нем используются вращающиеся магниты, но это постоянные магниты, а не электромагниты.

Ховерборд — это обратный конденсатор или более наглядный пример — нить накала в электроскопе. В конденсаторе у вас есть две сложенные пластины с диэлектрическим слоем, чтобы одна заряженная пластина не касалась другой. Когда положительный заряд прикладывается к одной пластине, она сохраняет заряды, потому что соседняя отрицательно заряженная пластина удерживает электроны в плену. В электроскопе все наоборот: у вас есть две пластины (или листья, фольга и т. д.), которые уложены друг на друга, но соединены проволокой. когда вы прикладываете заряд, две пластины отталкиваются друг от друга, потому что они обе имеют одинаковый заряд.

В случае парящей доски отрицательные полюса магнита, скорее всего, направлены вниз, а положительные полюса вверх. Напольная плита из цветного металла (и желательно с хорошим проводником - отсюда CU или AL), чтобы к ней не прилипали магниты, и чтобы можно было заряжать весь пол (в данном случае минусом через заземляющий провод на землю ). Пол имеет отрицательный заряд всей земли, а моторы на доске имеют вращательный заряд мотора с подобными магнитными полями. Затем плоский якорь может поднимать вес в зависимости от его мощности и работы, необходимой для подъема всадника.