淺談磁懸浮技術(shù)

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1、淺談磁懸浮技術(shù)一、磁懸浮技術(shù)的原理磁浮技術(shù)原理并不深奧，它是運用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用也有兩種相應(yīng)的形式:一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計的電磁運行系統(tǒng)，它利用超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使物體懸浮的；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計的系統(tǒng)，它利用吸引力與物體的重力平衡，從而使物體進行懸浮。1.1磁懸浮的種類根據(jù)實現(xiàn)懸浮的物質(zhì)，一般可以分為：常導(dǎo)懸浮、超導(dǎo)懸浮和永磁體懸浮三種。所謂常導(dǎo)、超導(dǎo)和永

2、磁體懸浮，分別是指形成懸浮力需要利用常溫導(dǎo)體制造的電磁鐵、超導(dǎo)材料制造的電磁鐵和永磁鐵產(chǎn)生的磁場。表1?1表示兩個物體之間的受力關(guān)系和懸浮方式。物體2超導(dǎo)體導(dǎo)磁體金屬導(dǎo)體超導(dǎo)電磁鐵常導(dǎo)電磁鐵永磁體物體1永磁體斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力常導(dǎo)電磁鐵斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力X超導(dǎo)電磁鐵斥力/吸引力吸引力斥力/吸引力斥力/吸引力X表1?1磁懸浮按照相互作用的物體間的關(guān)系分類1.2磁懸浮技術(shù)原理及其應(yīng)用121根據(jù)磁懸浮原理，實際應(yīng)用中常見以下四種形式：①使用永久磁鐵懸浮永久磁鐵是使

3、用硬磁材料充磁后所具有的很強的剩磁效應(yīng)制造的。山于無論采用斥力還是吸引力方式實現(xiàn)懸浮，永磁體在便用中都是不消耗能源的，因此在節(jié)能要求高的場合有特殊的優(yōu)勢。其缺點是永磁體產(chǎn)生的磁場難以控制，因此需要和常導(dǎo)電磁鐵組合使用。而且強永磁體制作成本高，普通材料又難以產(chǎn)生足夠的磁感應(yīng)強度，因此工作受到限制。②使用超導(dǎo)電磁鐵懸浮超導(dǎo)懸浮是在空心超導(dǎo)線圈中通入強電流，從而產(chǎn)生強磁場實現(xiàn)懸浮。超導(dǎo)懸浮有吸引力懸浮和斥力懸浮兩種形式。利用吸引力懸浮式，由于電流難以控制，所以常與常導(dǎo)方式結(jié)合使用。利用斥力懸浮時，是讓超導(dǎo)體與另一個導(dǎo)體產(chǎn)生相對運動，利用在另一導(dǎo)體

4、中產(chǎn)生的感應(yīng)電流來獲得斥力。超導(dǎo)電磁鐵懸浮常用于磁懸浮列車。超導(dǎo)電磁鐵懸浮的優(yōu)點是系統(tǒng)是自穩(wěn)定的，無需主動控制，也無需沉重的鐵芯，線圈能量損耗少。但是，超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)需要復(fù)雜的液氮冷卻系統(tǒng)。①利用高頻感應(yīng)的電渦流懸浮高頻感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場可以再金屬中感應(yīng)出電渦流，這樣的渦流也同樣會產(chǎn)生磁場，而且必定與原來磁場方向相反，于是可以利川這一原理實現(xiàn)斥力懸浮。這種方法的優(yōu)點是可以対任何導(dǎo)電體可以實現(xiàn)靜止懸浮，不要求懸浮體是導(dǎo)磁體。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于高純度、高熔點金屬的熔煉，山于感應(yīng)懸浮方法的懸浮力決定于感應(yīng)電流的大小，而且一般采用常導(dǎo)線圈，能

5、耗較大，應(yīng)用面較窄。②用可控直流常導(dǎo)電磁鐵懸浮常導(dǎo)磁懸浮是利用通入直流電流的常導(dǎo)線圈所產(chǎn)生的磁場,對鐵磁材料產(chǎn)生的吸引力來實現(xiàn)懸浮。由于這種懸浮方式本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，因此需要對懸浮氣隙進行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)線圈的電流來控制吸引力的大小，從而實現(xiàn)被懸浮物體的穩(wěn)定懸浮。為提高磁感應(yīng)強度，通常將線圈繞在鐵磁材料的鐵芯上。這種方式要求引入主動控制系統(tǒng)來維持穩(wěn)定懸浮，被懸浮物必須是導(dǎo)磁體。122磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其廣泛，主要在以下一些工業(yè)和民用領(lǐng)域應(yīng)用：①磁懸浮列車②磁懸浮軸承③磁懸浮冶煉④磁懸浮防振裝置⑤磁懸浮搬運1.3磁懸浮技術(shù)特點磁懸浮技術(shù)主要

6、有以下突出優(yōu)點：①無接觸。由于不和被懸浮體沒有接觸，因此無摩擦、無機械磨損、低能耗、低噪聲和低維護費。②由于不需要支撐介質(zhì)，所以可在真空，超凈和高溫、低溫等各種特殊條件下應(yīng)用，而且可以長期工作無需潤滑和維護。③可以實現(xiàn)主動控制，所以能夠在各種需要減振、支撐硬度能夠改變的系統(tǒng)中得到應(yīng)用，也易于實現(xiàn)計算機控制，進而實現(xiàn)運動、監(jiān)控及自動檢測和診斷，自動化程度高。④受力分布均勻，因此磁懸浮支撐力是均勻分布在整個磁極血上，大大減輕了應(yīng)力，可以降低系統(tǒng)制造成本，提高壽命可可靠性。二、磁懸浮技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2.1磁懸浮列車的發(fā)展狀況目前，在世界上對磁懸浮列

7、車進行過研究的國家主要是德國、日本、英國、加拿大、美國、前蘇聯(lián)和中國。美國和前蘇聯(lián)分別在上世紀70年代和80年代放棄了研究計劃，但美國最近又開始了研究計劃。英國從1973年才開始研究磁懸浮列車，卻是最早將磁懸浮列車投入商業(yè)運營的國家之一。1984年4月，從伯明翰機場到火車站之間600m長的磁懸浮運輸系統(tǒng)正式運營，旅客乘坐磁懸浮列車從機場到火車站僅需90So但1995年，在運行了11年之后，被停止運營，對磁懸浮列車研究最為成熟的是德國和日本。2.1.1德國的磁懸浮列車德國從1968年開始研究磁懸浮列車，剛開始時，常導(dǎo)型和超導(dǎo)型并重，于1977

8、年分別研制出常導(dǎo)型和超導(dǎo)型試驗列車。但后來經(jīng)過分析比較，決定集中力量只發(fā)展常導(dǎo)型磁懸浮列車。表1所示為1971年至1999年建造的磁懸浮列車。冃前德國在常導(dǎo)磁懸浮列車研究上的技術(shù)