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?yuàn)W，它是運(yùn)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(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)，它利用超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與線圈形成的磁場(chǎng)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(jì)的系統(tǒng)，它利用吸引力與物體的重力平衡，從而使物體進(jìn)行懸浮。1.1磁懸浮的種類根據(jù)實(shí)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(chǎng)。表1?1表示兩個(gè)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(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)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(qiáng)的剩磁效應(yīng)制造的。山于無(wú)論采用斥力還是吸引力方式實(shí)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(chǎng)合有特殊的優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn)是永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)難以控制，因此需要和常導(dǎo)電磁鐵組合使用。而且強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)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(shí)，是讓超導(dǎo)體與另一個(gè)導(dǎo)體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用在另一導(dǎo)體

4、中產(chǎn)生的感應(yīng)電流來(lái)獲得斥力。超導(dǎo)電磁鐵懸浮常用于磁懸浮列車(chē)。超導(dǎo)電磁鐵懸浮的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)是自穩(wěn)定的，無(wú)需主動(dòng)控制，也無(wú)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(chǎng)可以再金屬中感應(yīng)出電渦流，這樣的渦流也同樣會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且必定與原來(lái)磁場(chǎng)方向相反，于是可以利川這一原理實(shí)現(xiàn)斥力懸浮。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以対任何導(dǎo)電體可以實(shí)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(diǎn)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(chǎng),對(duì)鐵磁材料產(chǎn)生的吸引力來(lái)實(shí)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(duì)懸浮氣隙進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)線圈的電流來(lái)控制吸引力的大小，從而實(shí)現(xiàn)被懸浮物體的穩(wěn)定懸浮。為提高磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)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(chē)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(yùn)1.3磁懸浮技術(shù)特點(diǎn)磁懸浮技術(shù)主要

6、有以下突出優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)接觸。由于不和被懸浮體沒(méi)有接觸，因此無(wú)摩擦、無(wú)機(jī)械磨損、低能耗、低噪聲和低維護(hù)費(fèi)。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(zhǎng)期工作無(wú)需潤(rùn)滑和維護(hù)。③可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、監(jiān)控及自動(dòng)檢測(cè)和診斷，自動(dòng)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(gè)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(chē)的發(fā)展?fàn)顩r目前，在世界上對(duì)磁懸浮列

7、車(chē)進(jìn)行過(guò)研究的國(guó)家主要是德國(guó)、日本、英國(guó)、加拿大、美國(guó)、前蘇聯(lián)和中國(guó)。美國(guó)和前蘇聯(lián)分別在上世紀(jì)70年代和80年代放棄了研究計(jì)劃，但美國(guó)最近又開(kāi)始了研究計(jì)劃。英國(guó)從1973年才開(kāi)始研究磁懸浮列車(chē)，卻是最早將磁懸浮列車(chē)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的國(guó)家之一。1984年4月，從伯明翰機(jī)場(chǎng)到火車(chē)站之間600m長(zhǎng)的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)正式運(yùn)營(yíng)，旅客乘坐磁懸浮列車(chē)從機(jī)場(chǎng)到火車(chē)站僅需90So但1995年，在運(yùn)行了11年之后，被停止運(yùn)營(yíng)，對(duì)磁懸浮列車(chē)研究最為成熟的是德國(guó)和日本。2.1.1德國(guó)的磁懸浮列車(chē)德國(guó)從1968年開(kāi)始研究磁懸浮列車(chē)，剛開(kāi)始時(shí)，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(yàn)列車(chē)。但后來(lái)經(jīng)過(guò)分析比較，決定集中力量只發(fā)展常導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)。表1所示為1971年至1999年建造的磁懸浮列車(chē)。冃前德國(guó)在常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)研究上的技術(shù)