浅谈磁悬浮技术

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1、浅谈磁悬浮技术一、磁悬浮技术的原理磁浮技术原理并不深奥，它是运用磁铁“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，即“磁性悬浮”。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮技术的应用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，它利用超导体电磁铁形成的磁场与线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使物体悬浮的；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的系统，它利用吸引力与物体的重力平衡，从而使物体进行悬浮。1.1磁悬浮的种类根据实现悬浮的物质，一般可以分为：常导悬浮、超导悬浮和永磁体悬浮三种。所谓常导、超导和永

2、磁体悬浮，分别是指形成悬浮力需要利用常温导体制造的电磁铁、超导材料制造的电磁铁和永磁铁产生的磁场。表1・1表示两个物体之间的受力关系和悬浮方式。物体2超导体导磁体金属导体超导电磁铁常导电磁铁永磁体物体1永磁体斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力常导电磁铁斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力X超导电磁铁斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力X表1・1磁悬浮按照相互作用的物体间的关系分类1.2磁悬浮技术原理及其应用121根据磁悬浮原理，实际应用中常见以下四种形式：①使用永久磁铁悬浮永久磁铁是使

3、用硬磁材料充磁后所具有的很强的剩磁效应制造的。山于无论采用斥力还是吸引力方式实现悬浮，永磁体在便用中都是不消耗能源的，因此在节能要求高的场合有特殊的优势。其缺点是永磁体产生的磁场难以控制，因此需要和常导电磁铁组合使用。而且强永磁体制作成本高，普通材料又难以产生足够的磁感应强度，因此工作受到限制。②使用超导电磁铁悬浮超导悬浮是在空心超导线圈中通入强电流，从而产生强磁场实现悬浮。超导悬浮有吸引力悬浮和斥力悬浮两种形式。利用吸引力悬浮式，由于电流难以控制，所以常与常导方式结合使用。利用斥力悬浮时，是让超导体与另一个导体产生相对运动，利用在另一导体

4、中产生的感应电流來获得斥力。超导电磁铁悬浮常用于磁悬浮列车。超导电磁铁悬浮的优点是系统是自稳定的，无需主动控制，也无需沉重的铁芯，线圈能量损耗少。但是，超导悬浮系统需要复杂的液氮冷却系统。①利用高频感应的电涡流悬浮高频感应线圈产生的高频交变磁场可以再金属中感应出电涡流，这样的涡流也同样会产生磁场，而且必定与原來磁场方向相反，于是可以利川这一原理实现斥力悬浮。这种方法的优点是可以対任何导电体可以实现静止悬浮，不要求悬浮体是导磁体。这种方法已经应用于高纯度、高熔点金属的熔炼，山于感应悬浮方法的悬浮力决定于感应电流的大小，而且一般采用常导线圈，能

5、耗较大，应用面较窄。②用可控直流常导电磁铁悬浮常导磁悬浮是利用通入直流电流的常导线圈所产生的磁场,对铁磁材料产生的吸引力来实现悬浮。由于这种悬浮方式本质上是不稳定的，因此需要对悬浮气隙进行闭环控制，调节线圈的电流来控制吸引力的大小，从而实现被悬浮物体的稳定悬浮。为提高磁感应强度，通常将线圈绕在铁磁材料的铁芯上。这种方式要求引入主动控制系统來维持稳定悬浮，被悬浮物必须是导磁体。122磁悬浮技术的应用领域及其广泛，主要在以下一些工业和民用领域应用：①磁悬浮列车②磁悬浮轴承③磁悬浮冶炼④磁悬浮防振装置⑤磁悬浮搬运1.3磁悬浮技术特点磁悬浮技术主要

6、有以下突出优点：①无接触。由于不和被悬浮体没有接触，因此无摩擦、无机械磨损、低能耗、低噪声和低维护费。②由于不需要支撑介质，所以可在真空，超净和高温、低温等各种特殊条件下应用，而且可以长期工作无需润滑和维护。③可以实现主动控制，所以能够在各种需要减振、支撑硬度能够改变的系统中得到应用，也易于实现计算机控制，进而实现运动、监控及自动检测和诊断，自动化程度高。④受力分布均匀，因此磁悬浮支撑力是均匀分布在整个磁极血上，大大减轻了应力，可以降低系统制造成本，提高寿命可可靠性。二、磁悬浮技术的发展现状2.1磁悬浮列车的发展状况目前，在世界上对磁悬浮列

7、车进行过研究的国家主要是德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国。美国和前苏联分别在上世纪70年代和80年代放弃了研究计划，但美国最近又开始了研究计划。英国从1973年才开始研究磁悬浮列车，却是最早将磁悬浮列车投入商业运营的国家之一。1984年4月，从伯明翰机场到火车站之间600m长的磁悬浮运输系统正式运营，旅客乘坐磁悬浮列车从机场到火车站仅需90So但1995年，在运行了11年之后，被停止运营，对磁悬浮列车研究最为成熟的是德国和日本。2.1.1德国的磁悬浮列车德国从1968年开始研究磁悬浮列车，刚开始时，常导型和超导型并重，于1977

8、年分别研制出常导型和超导型试验列车。但后来经过分析比较，决定集中力量只发展常导型磁悬浮列车。表1所示为1971年至1999年建造的磁悬浮列车。冃前德国在常导磁悬浮列车研究上的技术