磁悬浮技术的应用与现状

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1、磁悬浮技术的应用与现状作者：王维05物理教育（2）班1505069[摘要]文中介绍了磁悬浮原理，磁悬浮列车和磁悬浮轴承的研究和应用，指出了磁悬浮研究的方向。由于有机体同时具有磁性和超导性，金属化合物MgB2新超导转变温度的发现，超导磁悬浮技术有望产生新的突破。[关键词]磁悬浮列车；磁悬浮轴承；超导1引言利用磁悬浮使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦。但实现起来并不容易。因为磁悬浮技术是集电磁学，电子技术，控制工程，信号处理，机械学，动力学为一体的典型的机电一体话技术。随着电子技术，控制工程，信号处理元器件，电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的

2、进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。目前国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而经用最广泛的是磁悬浮轴承，国内外学者和企业界人士都对其倾注了及大的兴趣的热情。2磁悬浮原理磁悬浮系统是由转子，传感器，控制器和执行器四部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分，转子放置在电磁铁和位置传感器之间。假设在参考位置上转子受到一个向下的扰动就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离其参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移转变成控制信号，然后功率放大器将着一控制型号转变成控制电流，控制电流在执行使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大，系统的动态性能降低，而且成本高

3、可靠性底。由于磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回原来的平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。3研究现状20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车试验系统，他是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。磁悬浮列车是运用“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，及“磁性悬浮”。科学家将磁性悬浮这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为无轮列车，时速可达几百公里以上。由于铁磁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的列车，它利用车

4、上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上的线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的轨道；另一种则是运用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的底部安装磁铁，在T型导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来庞大的控制设备变的十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能，1969年，德国牵引机车公司的马法伊研究出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为

5、TR01型，该车在一千米跪倒上时速达165KM，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的角逐中，日本和德国是两大竞争对手。1994年2月24日，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，创造了时速431千米的日本最高纪录。1999年4月日本研制的超导磁悬浮列车在试验线上达到时速552千米，德国经过20年的努力，技术上已趋成熟，已具有建造运营线路的水平。我国对它的研究工作起步较迟，1989年3月，国防科技大学研制出我过第一台磁悬浮试验样车。1995年，我过第一条磁悬浮试验样车在西南交通大学建成，并且成功进行了稳定悬浮，导向，驱动控制和载人运行等时速为300千米的试

6、验。西南交通大学这条试验线的建成，标志我国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术，上海将铺设13.8千米的磁悬浮铁路，那时我国将成为世界上第一个具有磁悬浮运营铁路的国家。当前，国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一界磁悬浮轴承会议，以后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国，法国，瑞士，日本和我国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后与外国约20年。1986年，广州机床研究

7、所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行可研究。此后，清华大学，西安交通大学，天津大学，山东科技大学，南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。由于传感器的价格比较高，从而导致了磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广和应用。如何降低磁悬浮轴承的价格，一直是国际上的热点研究课题。最近几年结合磁悬浮和无传感器检测两大研究领域的最新成果，诞生了一个全新的研究方向——无传感器的轴承。即不需要设计专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承在以下几个方面得到了显著的改善和提高：转子的轴

8、向尺寸变小，系统的动态性能得到提高；进