¿Cómo logran los hoverboards Hendo el movimiento autopropulsado? ¿Qué es el AMF?

Como se explica en esta página , el teorema de Earnshaw dice que es imposible tener levitación magnética perfectamente estable donde ninguno de los campos cambia con el tiempo. Pero como también se discute allí, es posible tener una levitación que parezca estable a simple vista si las corrientes que crean el campo magnético se ajustan continuamente a los pequeños movimientos del imán levitado de tal manera que amortiguan rápidamente estos movimientos. Esto se puede hacer usando retroalimentación artificial con electroimanes en diferentes posiciones que pueden ajustar sus campos en respuesta a las actualizaciones de los sensores sobre el movimiento del imán que levita, como se menciona en la sección "retroalimentación" de esa página, pero también hay algunos ejemplos de sistemas donde las corrientes en el material naturalmenteajustar de esta manera. Uno de ellos es el diamagnetismo, donde las corrientes son solo movimientos de electrones alrededor de los núcleos atómicos, y los electrones se ajustan a los cambios en el campo externo de tal manera que siempre crean un campo magnético que se alinea de manera opuesta al campo externo y, por lo tanto, repele el imán creando ese campo. Aquí se puede encontrar una buena explicación conceptual del teorema de Earnshaw y cómo no descarta la levitación de apariencia estable con diamagnetos . Para la mayoría de los materiales diamagnéticos, la respuesta es muy débil, pero los superconductores son una excepción con una respuesta diamagnética muy fuerte, razón por la cual a menudo se usan en ejemplos dramáticos de levitación magnética como la tabla flotante superconductora que se muestra aquí , o el ejemplo de levitación con fijación de flujo.mostrado en este video .

Sin embargo, el hoverboard Hendo no usa superconductores o diamagnetismo ordinario donde la respuesta magnética es causada únicamente por la realineación de electrones en los átomos, sino que se basa en el efecto discutido en la sección "campos oscilantes" de la primera página a la que me vinculé. En este caso, un campo magnético que está diseñado para oscilar de la manera correcta (que aparentemente se puede lograr usando un imán permanente giratorio o una corriente variable en un electroimán que no gira) inducirá corrientes de Foucault en un conductor cercano, movimientos de grandes números de electrones que no están ligados a átomos particulares en el conductor. Como se menciona en esa página, y también en los campos electromagnéticos oscilantessección del artículo de wikipedia sobre levitación magnética, esta es realmente una versión a gran escala de la levitación diamagnética: aparentemente, las corrientes de Foucault se ajustan para repeler continuamente la fuente del campo oscilante de la misma manera que los electrones individuales se ajustan en la levitación diamagnética ordinaria. El artículo wiki enlaza con este artículo pdf con una discusión más técnica de cómo funciona esto en el caso de un campo oscilante producido por una corriente variable en un electroimán, aunque aparentemente los "motores flotantes" de Hendo crean un campo oscilante con imanes permanentes giratorios, como se menciona en la patente que John Rennie señaló en su respuesta. Aquíes un artículo que trata sobre una simulación numérica de un imán permanente giratorio que se cierne sobre una superficie conductora, aunque la configuración es un poco diferente (en el artículo, el eje de rotación es paralelo a la superficie como una rueda, mientras que con el hoverboard Hendo el eje de rotación es perpendicular a la superficie como un CD; aparentemente, el tipo de rotación en el papel conduce a un empuje hacia adelante así como a un levantamiento vertical, lo que podría ser útil en futuras aplicaciones de esta tecnología que necesitan poder acelerar o frenar) .

Creo que la "arquitectura del campo magnético" se refiere a la forma en que los imanes oscilantes están diseñados de tal manera que producen un campo especialmente fuerte debajo del tablero pero uno mucho más débil arriba, usando algún tipo de matriz de Halbach . Este artículo menciona que la patente presentada para el sistema de levitación magnética de Hendo se refería específicamente al uso de una matriz de Halbach.

En cuanto a "autopropulsado", no conozco los detalles, pero este artículo puede sugerir que tiene algo que ver con un sistema incorporado en el que se utilizan almohadillas sensibles a la presión para ajustar los campos magnéticos creados por los diferentes motores flotantes. , creando un sesgo en la fuerza de estos campos que a su vez debería introducir un sesgo direccional en las corrientes de Foucault que lo empujan desde abajo:

Montar el artilugio fue muy divertido, pero también todo un desafío: el hoverboard Hendo no se monta en absoluto como la patineta voladora de McFly. De hecho, sin un sistema de propulsión, tiende a ir a la deriva sin rumbo fijo. El fundador de Arx Pax e inventor de Hendo, Greg Henderson, dice que es algo en lo que la compañía está trabajando. "Podemos impartir un sesgo", me dice, señalando las almohadillas sensibles a la presión en la plataforma de la aerotabla que manipulan los motores. “Podemos activar o desactivar diferentes ejes de movimiento”. Efectivamente, apoyarse en un lado del tablero lo convence de girar y desplazarse en la dirección deseada.

Aunque en su página de kickstarter parecen contrastar que el hoverboard es "principalmente... autopropulsado" con la idea de moverlo variando la fuerza del campo magnético:

Si bien nuestro hoverboard está diseñado principalmente para ser autopropulsado, las acciones que lo estabilizan también se pueden usar para impulsarlo alterando la fuerza proyectada en la superficie de abajo.

...así que eso sugiere que pueden estar usando el término "autopropulsado" de la misma manera que se podría decir que una patineta es "autopropulsada", es decir, se gana velocidad empujando contra el suelo con el pie.

Primero permítanme dejar en claro que no estoy en un motor Hendo y nunca he visto el diseño de uno, por lo que lo que sigue se basa en lo que encontré buscando en Google y lo que parece intuitivamente obvio.

El motor Hendo utiliza una técnica llamada suspensión electrodinámica . Esto puede volverse muy complicado muy rápidamente cuando intentas hacer los cálculos, así que lo describiré en términos generales. Tenga en cuenta que esta tecnología se usa en algunos trenes Maglev , por lo que es una tecnología bien establecida y, de hecho, la primera patente relacionada tiene 109 años (lamentablemente, Google OCR ha hecho un verdadero hash de esta patente).

Todos aprendemos en la escuela que un campo magnético cambiante a través de un conductor inducirá una corriente en el conductor. Este proceso está descrito por la ley de Lenz , de ahí la referencia en el sitio de Hendo. Sin embargo, la corriente a su vez crea un campo magnético. El principio de la suspensión electrodinámica es que un imán en movimiento induce corrientes en un conductor cercano y esas corrientes crean su propio campo magnético. Si obtiene la geometría correcta, los campos original e inducido se repelerán entre sí y obtendrá levitación magnética .

Una característica clave de este proceso es que los imanes tienen que estar en movimiento, porque solo un campo magnético cambiante inducirá una corriente. Creo, y esta es la parte de la que menos estoy seguro, que el motor Hendo utiliza un electroimán giratorio, es decir, el imán gira como una hélice. Es este movimiento el que induce la corriente en el conductor debajo del tablero y crea el campo magnético opuesto que hace levitar el tablero. Esto permite que la tabla flote incluso cuando está estacionaria.

Luego:

Ajá, encontré la patente del motor Hendo . Utiliza imanes giratorios, pero son imanes permanentes, no electroimanes.

El tablero flotante es un condensador inverso o un ejemplo más claro es el filamento en un electroscopio. En un capacitor, tiene dos placas apiladas con una capa dieléctrica para evitar que una placa cargada toque a la otra. Cuando se aplica una carga positiva a una placa, retiene una carga porque la placa adyacente cargada negativamente mantiene cautivos a los electrones. En el electroscopio ocurre lo contrario, allí tienes dos placas (u hojas, láminas, etc.) que están apiladas pero unidas por un cable. cuando aplicas una carga, las dos placas se repelen porque ambas tienen la misma carga.

En el caso de la tabla flotante, los polos negativos del imán probablemente estén orientados hacia abajo y los polos positivos hacia arriba. La placa del piso no es ferrosa (y preferiblemente un buen conductor, por lo tanto, CU o AL) para que los imanes no se adhieran a ella y para que se pueda cargar todo el piso (en este caso negativo a través de un cable de tierra a tierra) ). El piso tiene la carga negativa de toda la tierra, y los motores en el tablero tienen la carga de rotación de un motor con campos magnéticos similares. La armadura plana puede levantar peso en función de su potencia y el trabajo requerido para levantar al ciclista.