磁悬浮技术原理.doc

1、 磁悬浮技术原理磁悬浮技术原理空间电磁悬浮技术简介 随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称 EML 技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。目录起源 概述 空间电磁悬浮技术 发展历史 国际 中国中国磁悬浮技术 原理 应用 前景 磁悬浮列车 磁悬浮列车的优点 磁悬浮列车的缺点起源概述空间电磁悬浮技术发展历史 国际 中国中国磁悬浮技术原

2、理应用前景磁悬浮列车磁悬浮列车的优点磁悬浮列车的缺点展开编辑本段起源磁悬浮技术的研究源于德国，早在 1922 年德国工程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于 1934 年申请了磁悬浮列车的专利。1970 年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 编辑本段概述利用磁力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化技术(高新技术) 。随着电子技术

3、、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进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。 磁悬浮列车原理示意图. 目前（2009 年）国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。编辑本段空间电磁悬浮技术随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。 电磁悬浮技

4、术（electromagnetic levitation )简称 EML 技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 磁悬浮列车工作示意图将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。一般通过线圈的交变电流频率为 104105Hz。 同时，金属上的涡流所产生的焦耳热可以使金属熔化，从而达到无容器熔炼金属的目的。目前，在空间材料的研究领域, EML

5、技术在微重力、无容器环境下晶体生长、固化、成核及深过冷问题的研究中发挥了重要的作用。 目前世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。 编辑本段发展历史国际20 世纪 60 年代，世界上出现了 3 个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，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制出小型磁悬浮列

6、车系统模型，以后命名为 TR01 型，该车在 1km 轨道上时速达 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，在宫崎一段 74km 长的试验线上，创造了时速 431km 的日本最高记录。1999 年 4 月日本研制的超导磁悬浮列车在实验线上达到时速 552 km，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。原计划在汉堡和柏林之间修建第一条时速为 400 km 的磁悬浮铁路，总长度为 248 km，预计 2003 年正式投入营运，但由于资金计划问题，2002

7、 年宣布停止了这一计划。 中国中国对磁悬浮列车的研究工作起步较迟，1989 年 3 月，国防科技大学研制出中国第一台磁悬浮试验样车。 1995 年，中国第一条磁悬浮列车试验线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 km 的试验。西南交通大学这条试验线的建成，标志中国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术。 编辑本段中国磁悬浮技术2006 年 8 月 17 日， “中华 01 号”永磁悬浮路车模型在大连举行的 2006 中国国际专利技术与产品交易会上亮相。该模型是大连 3000 米永磁悬浮试验线路的仿真微缩，专为城市之间的区域交通设计。列车在高架的磁轨上运行

8、，设计时速 230 公里，既可货运，又可客运，适用于大都市圈的交通运输。 据半岛晨报报道 只有在小说、科幻电影中才能见到的“ 空中悬浮”列车马上就要出现在大连人身边了。记者从昨日的专交会上了解到，3000 米永磁悬浮试验线拟定年底在开发区建设。 2006 年 8 月 17 日上午，在大连世界博览广场举办的 运行中的磁悬浮列车“2006 年中国国际专利技术与产品交易会”上， “中华 01 号 ”1/10 槽轨永磁悬浮微缩路- 车格外引人注目。该车按照 1/10 比例微缩，几何尺寸按实车微缩；路桥结构、轨道结构、车辆结构与悬浮功能为仿真微缩。在技术人员的操作下，悬浮在槽轨上的微缩列车十分轻巧“跑”

9、起来，启动、刹车十分灵活并且悄无声息。 据了解，目前世界上有 3 种类型磁悬浮技术，即日本的超导电动磁悬浮、德国的常导电磁悬浮和中国的永磁悬浮。永磁悬浮技术是中国大连拥有核心及相关技术发明专利的原始创新技术。据技术人员介绍，日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下，车体与槽轨是接触在一起的，而利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下，车体和轨道之间都是不接触的。 中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势：一是悬浮力强。二是经济性好。三是节能性强。四是安全性好。五是平衡性稳定。 槽轨永磁悬浮是专为城市之间的区域交通设计的，列车在高架的槽轨上运行，设计时速 230 公里，既可客运，又可货运

10、。大连磁谷科技研究所有限公司苏珣总经理告诉记者，3000 米永磁悬浮列车线路预计在今年年底建设，地点拟定在开发区。 2010 年 4 月8 日，我国首辆高速磁悬浮国产车在成都交付。该样车由中航工业成都飞机工业（集团）有限公司制造，标志着该企业已经具备了磁悬浮车辆国产化、整车集成和制造能力。该高速磁浮列车可以达到每小时 500 公里。中航工业成飞此次交付的车辆是参照德国转让技术，按照上海磁浮公司的改进方案要求研制的第一辆工程化样车，在上海编组成列后，投入上海示范线的商业营运，并有望在世博会期间投入使用。 编辑本段原理磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器 4 部分组成，其中执行器包括

11、电磁铁和功率放大器两部分。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参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。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。 编辑本段应用国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988 年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。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、日本和中国都在大力支持开展磁悬浮轴

12、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，落后外国约 20 年。1986年，广州机床研究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”这一课题进行了研究。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。 目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要 5 个或 10 个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，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、可靠性低。

13、此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。 2009 年 8 月，参观者在北京看磁悬浮列车轨道，北京城建设计研究总院的总工杨秀仁透露，北京正在做一条磁悬浮线的长期规划通往门头沟的 S1 轨道线路正在筹划，计划采用中国自主研发的磁悬浮技术。而由北京控股磁悬浮技术发展有限公司和国防科技大学合作的中低速磁浮列车，是中国唯一具有完全自主知识产权的磁悬浮列车。 编辑本段前景随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，经过多年的研究工作，国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展。但是不论是在理论还是在产品化的过程中，该项技术都存在很多的难题，其中磁悬

14、浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统，它的实现需要运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。 磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理，研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数；进行以磁悬浮轴承系统为基础的振动控制理论的研究，将其应用于汽轮机转子的振动和故障分析中；通过调整磁悬浮轴承的刚度来改变汽轮机转子结构设计的思想，从而改善转子运行的动态特性，避免共振，提高机组运行的可靠性等，这些都将为解决电力工程中的技术难题提供崭新的思路。 编辑本段磁悬浮列车

15、磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约 1 厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。 世界第一条磁悬浮列车示范运营线上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需 67 分钟。 上海磁悬浮列车是“常导磁斥型”（简称“ 常导型”）磁悬浮列车。是利用“ 同性相斥”原理设计，是一种排斥力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来。就是说，轨道产生磁力的排斥力与列车的重力在一个相应平衡的数据时，列车就会悬浮起来。 列车底部及两侧转

16、向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的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轨道间保持 1 厘米的间隙，让转向架和列车间的排斥力与列车重力相互平衡，利用磁铁排斥力将列车浮起 1 厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。 悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它与列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。讲得更通俗直白一点，相当于电动机转子和定子之间的旋转运动变成了磁悬浮列车和轨道之间的直线运功。磁悬浮列车相当于电动机的转子，而轨道相当于电动机的定子。 列车头部的电磁体 N

17、 极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体 S 极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体 N 极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的 S 极变成 N 极，N 极变成 S 极。周而复始，列车就向前奔驰。 稳定性由导向系统来控制。 “常导型磁斥式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。 “常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼 肯佩尔于 1922 年提出。 “常导型”磁悬浮列车及轨

18、道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“ 转子 ”， “定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子” 输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 上海磁悬浮列车时速 430 公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧 25 米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达 8000 米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达 1300 米。乘客不会有不适感。轨道全线两边 50 米范围内装有目前国际上最先进

19、的隔离装置。上海线路将最终延伸到杭州。并且直接为世博会服务。 编辑本段磁悬浮列车的优点磁悬浮列车有许多优点：列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度快，能超过 500 千米小时，而且运行平稳、舒适，易于实现自动控制；无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护；可节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。它是 21 世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，我国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达 500 千米以上。 到目前可以讲，磁悬浮列车轨道技术在中国，磁悬浮列车技术仍在德国，引进产品是引

20、进不来技术的。我国的轮轨铁路技术有近百年的历史，形成了专门从事机车设计、科研创新的产业大军，拥有数十年设计、制造、运营、维修配套的四十多万人的产业链。磁悬浮技术掌握在少数专家、教授手中，是不具备应用条件的。 磁悬浮列车需要高架，高架梁的挠度必须小于 1 毫米，因此，高架桥跨一般要小于 25 米，桥墩基础要深 30 米以上。因此，在上海到杭州的地面上要形成一道 200 多公里的挡墙。此外，由于运行动力学的影响，轨道两侧各 100 米内是不允许有其他建筑物的。修建沪杭磁悬浮，占地多，对环境影响比较大。 编辑本段磁悬浮列车的缺点2006 年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上

21、共 29 人，当场死亡 23 人，实际死亡 25 人，4 人重伤。这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。 在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止，要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在 5 米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。 词条图册更多图册扩展阅读： 1 上海轨道交通俱乐部 磁悬浮 专区 : http:/ 中国磁悬浮网: http:/( 磁悬浮视频、图片、资料等)3 山东省磁悬浮轴承工程

22、技术研究中心 http:/4 西南交通大学 学校概况 http:/ 技术，简介，磁悬浮，前沿，航空科技 我来完善 “磁悬浮技术” 相关词条： 福州轨道交通磁悬浮地球仪宜万铁路福州轨道交通 磁悬浮地球仪 宜万铁路 百度百科中的词条内容仅供参考，如果您需要解决具体问题（尤其在法律、医学等领域） ，建议您咨询相关领域专业人士。1453 本词条对我有帮助添加到搜藏 分享到: 合作编辑者 ThomasYang2010 ， 百科 ROBOT ，Rioezy ， 天荒地老 ， 玫瑰满园 1982 ，海皮牛爷儿 更多 如果您认为本词条还需进一步完善，百科欢迎您也来参与编辑词条在开始编辑前，您还可以先学习如何编

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