磁悬浮技术

1 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 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。

表1-1 磁悬浮按照相互作用的物体间的关系分类

2 磁悬浮技术原理及其应用

（1）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

永久磁铁是使用硬磁材料充磁后所具有的很强的剩磁效应制造的。由于无论采用斥力还是吸引力方式实现悬浮，永磁体在使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，利用在另一导体中产生的感应电流来获得斥力。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。

③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，而且必定与原来磁场方向相反，于是可以利用这一原理实现斥力悬浮。这种方法的优点是可以对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，由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，能耗较大，应用面较窄。

④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来维持稳定悬浮，被悬浮物必须是导磁体。

（2）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

3 磁悬浮技术特点

磁悬浮技术主要有以下突出优点：

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面上，

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。4目前存在的技术问题

尽管磁悬浮技术有上述的许多优点，但仍然存在一些不足：(1)由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施。尤其是磁悬浮列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题，同时其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。

(2)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低。因此磁悬浮列车对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。

(3)超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，其造价也相对较高，整个系统也复杂，而且强磁场对人体与环境都有影响。