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
1.2 磁悬浮技术原理及其应用
1.2.1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。
1.2.2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
1.3 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。
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。l984年4月，从伯明翰机场到火车站之间600 m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90 S。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l所示为1971年至1999年建造的磁悬浮列车。目前德国在常导磁悬浮列车研究上的技术已经成熟。
2.1.2 日本的磁悬浮列车
日本从1962年开始研究常导型磁悬浮列车，后来由于超导技术的发展，日本从70年代
开始转向研究超导型磁悬浮列车。1972年12月在宫崎磁悬浮铁路试验线上，时速达到了204 km／h。1979年12月又进一步提高到517km／h。1982年l1月，磁悬浮列车的载人试验获得成功。1995年载人磁悬浮列车试验时的时速高达411 km／b．。1997年12月在山梨县的试验线上创造出时速为550 km／h的世界最高记录。最高时速与试验线的长度有关，德国的试验线两端是环形的，直线部分只有约7 km，日本的试验线是直线且很长，故能达到较高的时速。
2.1.3 中国的磁悬浮列车
中国在上世纪80年代初开始对低速常导型磁悬浮列车进行研究。1994年10月，西南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线，并同时开展了磁悬浮列车的载人试验，成功地进行了4个座位，自重4 t，悬浮高度为8mm，时速为30km/h的磁悬浮列车试验，于1996年1月通过铁道部组织的专家鉴定。然后，在铁科院环形试验线轨距2 m，长36 m，设计时速为100 km 的室内磁悬浮试验线路上成功地对长为6.5 m，宽为3 m，自重4 t，内设15个座位，设计时速为100 km/h的低速常导6 t单转向架磁悬浮试验车进行了试验，于1998年11月通过了铁道部科技成果鉴定，填补了中国在磁悬浮列车技术领域的空白，从而使我国对磁悬浮列车的研究跨人了先进国家的行列。
2.2磁悬浮轴承的发展状况
磁悬浮轴承技术是国际上60年代中期开始研究的一项新的现代轴承技术。人类对它研究的成功，标志着对传统轴承技术的革命。对于磁悬浮轴承技术的发展历史最早可以追溯到古代。人类从自然界的电闪雷鸣和天然磁石上开始注意到电磁现象。中国在1086年以前就发明了指南针，这是人类最早利用磁技术的产品。
1820年丹麦物理学家H c奥斯特发现了电流的磁感应现象，法国的J B毕奥和F萨伐尔得出了直流电流元的磁力定律，D F阿拉戈发明了电磁铁，1825年英国人P巴洛、w斯特金制作了吸持力为其自重(200 g)20倍的电磁铁。然而，利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想一直是人类的一个古老的梦，其中实现起来并不容易。早在1842年，恩休(Eamshow)证明：单靠永久磁铁本身不能使一个铁磁体在空间所有6个自由度上都保持自由、稳定的悬浮状态，因为在受力与距离平方成反比的恒定力场中，一个物体是找不到稳定的平衡位置的，所以，在磁悬浮轴承中，如果一个转子完全处于由永久磁铁或恒定直流电磁铁所形成的静态磁力场中，其稳定悬浮是不能实现的。为了使铁磁体实现稳定的磁悬浮，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，即采用可控电磁铁才能实现。也就是说，要实现稳定悬浮，至少要对被悬浮转子的某一个自由度实行主动控制。这一设想由肯珀(Kemper)在1937年申请了第一个磁悬浮技术的专利，并构成了之后开展的磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。1938年肯珀采用电感式传感器和电子管放大器做了一个可控电磁铁，对一个重量为2 100 N的物体成功地实现了稳定磁悬浮。这就是磁悬浮列车的雏形。在同一时期内，美国费吉尼亚(Virginia)大学的比姆斯(Beams)和霍姆斯(Holmes)采用电磁悬浮技术悬浮小钢球，通过钢球高速旋转时能承受的离心力来测定试验材料的强度，所达到的旋转速度高达1．8 X 106 r ／min(300 kHz)，这可能是世界上采用磁悬浮技术支承旋转物体最早的应用实例。
伴随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展，国际上从20世纪60年代中期开始对磁悬浮支承技术的研究进入了一个全新的时期，在英国、日本和德国都相继开展了对磁悬浮列车的研究，德国的MBB公司1977年研制的磁悬浮列车KOMET在其试验轨道上所达到的时速高达360 km／h。据说他们现在卖给我们上海的磁悬浮列车已是他们第六、第七代磁悬浮列车，时速可达500 km／h。
在航天方面，法国于1972年成功地研制出了世界上第一套完整的电磁悬浮系统并用于通讯卫星导向飞轮的支承上。美国在1983年11月搭载于航天飞机上的欧洲空间实验舱里采用了电磁轴承真空泵。日本在1986年6月用H一1火箭进行的磁悬浮飞轮的空问实验也获
得了满意的效果。
在民用工业方面，1976年法国SEP公司和SKF公司联合成立了$2M公司，发展成为世界上最大的电磁轴承生产销售商，专门开发航天和工业应用的各种电磁轴承。1983年S2M 公司在第五届欧洲机床展览会上展示了磁悬浮电主轴部件。随后在1984年S2M公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本磁轴承公司，在日本生产、销售涡轮分子泵和磁悬浮机床电主轴等，同年日本另一家NTN东洋公司也推出了高速磁悬浮铣削头。
在学术研究方面，从1988年至今相继召开了九届国际磁轴承会议，从已发表的文献资料可以看出，其研究内容涉及到电磁学、电子学、控制理论、机械学、转子动力学、材料学和计算机科学等学科。而在工业应用方面，磁悬浮轴承不仅应用于宇航部门、核工业部门，而且已迅速应用到军事部门和基础工业部门的数百种不同的旋转或往复运动机械上，如斯特林制冷机(红外夜视)、热汽机(潜艇)、斯特林热泵、高速磨床、高速铣床、高速车床、高速电动机、离心机、透平压缩机、真空泵等，所达到的技术指标范围为：
(1)转速：(0—8)X105 r／rain
(2)直径：14～600 nlrll
(3)单个轴承承载力：(0．3—5)×104 N
(4)使用温度范围：一253—450℃
(5)刚度：105～108 N／m
这说明磁悬浮轴承已作为比较成熟的工业产品推向了用户市场。
1986年6月，日本在H一1型火箭上进行了磁悬浮飞轮的空间试验。最近几年，美国对磁悬浮轴承在先进发动机上应用的可行性作了系统的研究，研究的结果表明：使用磁悬浮轴承可以将发动机的重量减轻16％并提高5％的效率。1994年，美国普惠公司在计划研究的XTC一65发动机的核心机是使用了磁悬浮轴承，其验证机已通过了100小时的试验。2002年，日本、澳洲研制的超音速8—10M的飞机上，采用磁悬浮轴承对减轻发动机重量，提高速度具有十分重要作用。
2.3 电磁轴承的发展状况
电磁轴承的研究最早可追溯到1937年，Holmes和Beams利用交流谐振电路实现了对钢球的悬浮。早期的电磁轴承由于硬件的限制，刚度和阻尼等性能指标都远达不到期望值。近20年来，随着电力电子、计算机技术及控制理论等学科的发展，电磁轴承技术也得到了飞速的发展。目前，瑞士、美国、日本等国家研制的电磁轴承性能指标已经很高，并且已成功应用于透平机械、离心机、真空泵、机床主轴等旋转机械中，电磁轴承技术在航空航天、计算机制造、医疗卫生及电子束平版印刷等领域中也得到了广泛的应用。国内对磁悬浮技术的研究始于70年代末，目前西安交通大学、西安理工大学、上海大学、北京航空航天大学等单位的相关研究都取得了阶段性成果，但由于电磁轴承系统涉及的学科领域广、系统较复杂等原因，国内对电磁轴承系统的研究大多处于实验室阶段。从1988年开始，国际上每两年召开一次国际电磁轴承会议，至今已举行了九届。每届会议的成果，往往代表了电磁轴承技术的发展水平和最新研究动向。
2.4 永磁轴承的发展状况
2.4.1 国外研究现状
对IEEE／IEE Electronic Library(IEL)数据库，2007年(包括2007年)之前的检索结果进行了统计分析。其中，将单极式无轴承电机(Bearingless Homo—Polar Motor)归为无轴承同步磁阻电机，将交替极无轴承永磁电机(BearinglessConsequent-Pole Permanent Magnet Motor)、无轴承无刷直流电机(Bearinghss Brushless DC Motor)、无轴承永磁薄片电机(Bearingless Disk —Type PermanentMagnet Motor、Bearingless Slice Motor或Bearingless Hollow-Shaft Drive)和混合转子结构无轴承电机(Bearingless Motor with Hybrid Rotor Struc．ture)归为无轴承永磁同
步电机。且不包括综合性质的文献(7条)及其它内容的文献(4条)。
2.4.2 国内研究现状
进入CNKI期刊全文数据库，截至2008年4月13日，对中国期刊全文数据库一世纪期刊按题名检索“无轴承”的结果共9条(均无效，不是利用电磁力实现转子悬浮的及与已有文献重复的均视为无效，以下同)；对中国重要报纸全文数据库按题名检索“无轴承”的结果共1条(为无轴承电机综述)；对中国博士学位论文全文数据库按关键词“无轴承”检索的结果共6条(含电磁轴承l条)；对中国硕士学位论文全文数据库按关键词“无轴承”检索的结果共37条(无效l条，含电磁轴承l条)；对中国期刊全文数据库与中国重要会议论文全文数据库按关键词“无轴承”检索的结果共147条，有效123条。
三、磁悬浮技术应用现状及前景预测
3.1 磁悬浮技术应用状况
3.1.1 磁悬浮轴承
磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较多的两类磁悬浮技术产品；而在国外，目前磁悬浮轴承已经开始进入工业应用阶段。我国从20 世纪80 年代开始研究磁悬浮轴承技术，现已取得了一定的研究成果。传统的磁悬浮轴承需要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。由于受结构的限制，传感器不能装在磁悬浮轴承的中间，使系统的控制方程相互耦合，导致控制器设计更为复杂。此外，由于传感器的价格较高，导致磁悬浮轴承的售价很高，这大大限制了它在工业上的推广应用。因此，如何降低磁悬浮轴承的价格，一直是国际上的热点研究课题。近几年，结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果，诞生了一个全新的研究方向，即无传感器的磁悬浮轴承。它不需要设专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承将使转子的轴向尺寸变小、系统的动态性能和磁悬浮轴承的可靠性得到提高；这样磁悬浮轴承的控制器将便于设计，价格也会显著下降。
3.1.2 磁悬浮列车
对于磁悬浮列车的研究由来已久，其依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触。按悬浮方式，磁悬浮列车可被分为常导磁吸型和超导排斥型两类。以德国高速常导磁悬浮列车TransRapid 为代表的常导磁吸型利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理，由车上常导电流产生电磁引力，吸引轨道下的导磁体，使列车浮起。以日本MagLev 为代表的超导排斥型磁悬浮列车，利用超导磁体产生的强磁场在列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车浮起，其悬浮气隙较大，技术相当复杂，并需屏蔽发散的电磁场。目前，在世界磁悬浮列车技术领域中，日本和德国占据领先地位。我国磁悬浮列车研究始于20世纪80 年代，虽然起步晚，但发展很快。上海的磁悬浮列车项目是世界上第一条投入商业化运营的高速磁浮线路，并于2002 年12 月31 日成功实现了单线通车试运行。
3.1.3 磁悬浮工作台
随着对加工和测量装备精度要求的不断提高，有关长行程、超精密运动控制的研究引起了人们越来越多的兴趣。已有研究表明，影响长行程、超精密运动控制精度的最主要因素是摩擦力非线性。而磁悬浮正是一种实现长行程、超精密运动控制的较为理想的方式。磁悬浮工作台的关键技术之一是电磁铁的结构和参数。由于只能使用电磁铁的吸引力，因此在工作台的上方必须有电磁铁以平衡重力。一方面，在一定程度上会影响工作台台面上工件的安放，这一问题只能通过将电磁铁的尺寸设计得尽量小而得到解决；另一方面，电磁铁会有明显的静态功耗（铜损），由此而产生的热量对精密系统的指标通常会造成严重的影响。要降低静
态功耗，则设计又需要将电磁铁及其绕组的尺寸尽量加大。这两个相互矛盾的要求是磁悬浮工作台设计的主要问题之一。针对此问题，西安交通大学的毛军红、李黎川等人提出了采用三磁极电磁铁的超精密磁悬浮工作台。通过与常规的采用双磁极电磁铁的磁悬浮工作台的比较显示，采用三磁极电磁铁的超精密磁悬浮工作台可使静态功耗（或发热量）降低50%，且具有更合理的空间结构。
3.1.4 磁悬浮隔振器
由于磁悬浮隔振器的磁场力大小与两个极板之间的距离呈非线性关系，从而使得磁悬浮隔振具有良好的非线性隔振性能。中国科学院力学研究所的崔瑞意、申仲翰等人研制了一种磁悬浮隔振装置。该隔振装置的外观大致呈圆柱形，圆柱的中心部分装有磁性材料，上、下两端可分别与振体和基础相联接。在设计过程中，应考虑摩擦、运动轨迹的约及稳定性等诸方面的因素。
国防科技大学的龙志强、尹力明等人共同设计研究了一种磁悬浮隔振系统。在建立隔振系统动力学模型的基础上，分析了隔振系统的基本特性，并提出了应用加速度反馈来压低系统频带的方法。韩国的Y-B Kim、W-G Hwang 等研究了一种使用电磁减振器的主动振动控制悬架系统。通过对缩小模型的试验分析表明，此电磁减振系统在各种激励输入下均具有良好的减振效果；但由于不能获得足够大的放大器电流以及散热问题，使得其实际应用受到了限制。日本的藤田悦则、川崎诚司等提出了一种磁悬浮减振机构并获得国家专利。此减振机构利用至少两个永久磁铁构成排斥型磁性弹簧，通过适当选择一个永久磁铁相对于另一个的运动轨迹，使磁性弹簧内的存储磁能近似一定，从而设定弹簧常数值近似为零。
此外，磁悬浮技术在半导体制造业，钢铁制造业和汽车制造业等大规模工业中也已开始应用。可以预期，随着磁悬浮技术的不断普及，更多的应用产品将会不断地出现。
3.2 磁悬浮技术前景预测
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，国内外对磁悬浮技术的研究均取得了很大的进展。但不论是在理论上，还是在产品化的过程中，此技术都还存在着很多的难题。其中，磁悬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。磁悬浮轴承所需解决的难题则主要表现在控制系统和满足转子轴系动力特性上。
超导磁悬浮轴承的体积很小，却有很大的承载能力。这方面的研究进展在很大程度上依赖于超导材料的进展。日本科学家发现MgB2 在近40k 时的超导电性，而且研究表明MgB2 具有许多高温超导体所不具备的优点：能承受更高的电流密度，其相干长度长、磁性各向异性小。这些都意味着MgB2 在不久的将来将能成为具有真正应用价值的超导体，超导磁悬浮产品的研究有望随之而产生较大的进展。
随着计算机技术、自动控制技术和电子集成技术的发展，磁悬浮列车的技术性能将得到进一步的完善。超导材料和超低温技术的发展使建造磁悬浮列车的成本可能大幅下降。作为一种安全、快速、舒适的“绿色交通工具”，随着国际社会对人类赖以生存的地球的环保意识的不断加强，磁悬浮列车必将得到不断的普及。
生产和科学技术的发展促进了磁悬浮技术研究的不断深入，同时，磁悬浮技术的发展又不断解决了工程应用中的许多疑难杂症。磁悬浮技术由于无接触、无摩擦磨损、无需润滑和密封等优点，使其在许多工程领域获得了广泛的应用。随着超导磁体的发现，磁悬浮技术必将具有更为美好的发展前景。
四、磁悬浮技术存在的问题
尽管磁悬浮技术有上述的许多优点，但磁悬浮系统本质上是个不稳定系统，因此，如何实现稳定控制是对磁悬浮控制的基本要求。
主要存在一些不足：
(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)磁悬浮列车在单跨和双跨梁上运行时不同的耦合振动问题应引起注意。根据德国在不同类型的磁悬浮列车上的试验说明当车速不同时，为了取得较好的振动频率响应，减少梁的振幅，当时速为400 km／h时，单跨和双跨梁都可，而当时速小于400 km／h时，双跨粱的频率响应特性较好，当时速大于400 km／h时，单跨粱的频率响应特性较好。
(3)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低。因此磁悬浮列车在行驶时尤其是高速行驶时对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。
(4)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。
五、参考文献
[1] 徐晓美，朱思洪．磁悬浮技术及其工程应用[J]．农机化研究，2005
[2] 史筱红，潘冬花．磁悬浮列车的发展及现状[J]．科技论坛，2006
[3] 李晨光，齐蓉，林辉．电磁轴承技术及其发展趋势[J]．工业仪表与自动化装置，2006
磁悬浮列车技术 苏州科技学院天平学院陈耀1330117102 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。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、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”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”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统
导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
磁悬浮列车技术的最新发展和研究方向 【摘要】磁浮列车近年来发展迅速[1]，尤其是低速磁浮系统。美国General Atomics（GA）低速磁浮系统进展顺利，日本HSST也已经投入试运行，中国国防科大HSST系统样车已经做成，美国MagneMotion、Maglev2000以及SemiMaglev Urbanaut也是市内低速磁浮系统，正处于设计和试验阶段,Magplane最新设计也有低速系统的设计。开发低速磁浮系统，这是近年来磁浮列车发展的方向[2]～[10]。 【关键词】磁浮列车低速系统电动式永久磁体【Abstract】Maglev has been developed rapidly, especially low-speed systems. U.S General Atomics low-speed urban maglev is getting well on, Japan HSST has been put into operation, also China HSST has done its vehicle. U.S MagneMotion、Maglev2000 and SemiMaglev Urbanaut are also urban low-speed systems.Low-spped is a trend of maglev recently. 【Keywords】Maglev, low-speed maglev, EDS, permanent magnet 1、引言 德国的Transrapid磁浮列车技术已经工程化，日本高速磁浮JR-Maglev技术也走向成熟。磁浮列车的具有不同种类，经过各国科技工程人员主要是美日德中四国的努力，已经把磁浮技术发展到实用化的阶段。特别是中国建成世界上第一条磁浮试验运营线，并且积极推进建设沪杭高速磁浮线路。近年来，美国磁浮列车技术发展很快，主要是General Atomics低速磁浮系统、MagneMotion、Maglev2000和SemiMaglev Urbanaut，均是市内低速磁浮系统。新的磁浮系统的发展有以下几个热点：电动式磁浮系统（气隙大对轨道要求不是很高）；永久磁体（磁体性价比高）；市内低速磁浮系统（有广阔的市场）；高温超导体（超强磁场）。中科院电工所正在研制永久磁体电动式导体板磁浮列车系统。 2、磁悬浮列车的分类 磁浮列车目前有几种不同的分类方法。根据悬浮原理的不同，磁悬浮列车大体上可分为电动悬浮型（EDS）、电磁悬浮型（EMS）；根据磁体的不同，又可以分为常导型、超导型、永磁型和混合磁体型；根据速度的不同又可以分为中低速磁浮（小于200km/h）和高速磁浮（500km/h）；根据推进方式的不同分为直线同步电机型和直线感应电机型。世界各国主要磁浮系统的比较见下表。 电动型悬浮的机理是：运动磁体和它在导体中感应电流产生的磁场相互作用产生悬浮力，典型代表是日本的JR-Maglev和美国的Magplane磁浮列车。电动型悬浮的特点是：静止或低速运行时不能起浮；当列车运行达到一定速度由于电磁感应的作用开始悬浮；列车运行速度越快，感应的磁场越强，悬浮力越大，所以列车对轨道的要求不是很高。日本的JR-Maglev已经工程化（达到500km/h的速度），Magplane于上世纪70年代用试验线成功地验证了原理可行性，并且设计
毕 业 论 文 作者：张朋磊
磁悬浮列车的轨道施工工艺 第1章：磁悬浮铁路轨道梁初探 (3) 第2章：板式无碴轨道 (10) 第3章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工 (16) 附：参考文献 (16)
第一章：磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探 轨道梁是磁悬浮铁路的重要组成部分，也是在磁悬浮铁路的一上木上程部分技术难度最大的。本文结合国内外磁悬浮铁路的现状及京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究，对磁悬浮铁路轨道梁做了些初步探讨。 1概述 磁悬浮铁路系统是一种新型的有导向轴的交通系统。 磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统锐路的支承、导向和牵引功能。由于运行的磁悬浮列车和线路之间无机械接触，从根本上突破了轮轨铁路中轮轨关系和弓轨关系的约束，而磁悬浮列车可以比轮轨铁路更经济地达到较高的速度( 400^-500km/h ), 对环境的影响较小。低速运行的磁悬浮列车，在环境保护方而也比其他公共交通具有明显优势。 目前达到或接近应用水平的磁悬浮铁路系统，集中在德国和日本。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计参照的是德国的标准，以下就结合德国磁悬浮铁路和京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计对磁悬浮轨道梁做些初步探索。 磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能，在支承磁悬浮列车运行的结构(一般称为轨道梁)_卜完成列车的导向、牵引等功能的构件一般称为功能件，主要包括长定子(卜而)、支承滑行轨([们)及侧向导轨，长定子用一于提供支承力(吸力)和牵引力，支承滑行轨用于列车降落时提供接触支承滑行轨面，侧向轨土要
用于控制列车运行方向。山于磁悬浮列车车体结构是固定不变的，所以轨道梁上功能件的位置是严格固定的，轨道梁设计时，其结构尺寸严格受到此条件的限制。 根据支承梁的结构形式和功能区与支承梁的连接方式，目前研究较成熟的轨道梁主要有以下几种结构形式;钢结构轨道梁(土要跨径24. 768m , 30. 960m )钢筋混凝土板轨道(土要跨径6. 192m);钢筋混凝上二型轨道梁(土要跨径12. 384m);钢和预应力混凝上复合型轨道梁(土要跨径24.768m.30. 960m ) ;预应力混凝上轨道梁(主要跨径为24. 768m )。受功能件模块化的影响，轨道梁的长度严格按功能件的长铁芯定子〔标准长度为1. 032m)的整数倍取值。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究时轨道梁的长度模数采用了6个铁芯定子长度(即 6. 192m )轨道梁跨度(梁缝中心线的长度)般为6. i920m, 12. 3840m, 18. 5760m、24.7680m、30. 9600m、37.1520m。 2.德国磁悬浮线轨道梁概况
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、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
挤压机种类及原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 挤压机是轻合金（铝合金、铜合金和镁合金）管、棒、型材生产的主要设备。它的产生和发展不过是一个多世纪的时间，却发生了巨大的变化。从几兆牛手动的水压机，发展成为两百兆牛全自动的油压机。挤压机的种类也大大增加。挤压机的能力、数量反映了一个企业的生产技术水平。一个国家拥有挤压机的能力、数量、生产能力和装备水平，反映了一个国家的工业发展水平。 挤压机主要由三大部分组成：机械部分、液压部分和电气部分。 机械部分由底座、预应力框架式张力柱、前横梁、活动横梁、X型导向的挤压筒座、挤压轴、供锭机构、残料分离剪、滑动模座等组成。 金属挤压机是实现金属挤压加工的最主要设备。金属挤压加工是利用金属塑性压力成形的一种重要方法。其重要的特点是将金属锭坯一次加工成管、棒、型材完成在瞬息之间，几乎没有任何其他方法可以与之匹敌。漂亮、高雅大厦的装修材料；飞越大洲、大洋的飞机；让人类探索外层空间的宇宙飞船及空间站；铁路、地铁、轻轨、磁悬浮列车车辆、舰船快艇等各个领域所使用的骨干材料，几乎都与挤压加工密切相关。 挤压机 液压系统主要由主缸、侧缸、锁紧缸、穿孔缸、大容量轴向柱塞变量泵、电液比伺服阀（或电液比例调节阀）、位置传感器、油管、油箱及各种液压开关组成。 [2]
电气部分主要供电柜、操作台、PLC可编程序控制器、上位工业控制机和显示屏幕等组成。 现代挤压机的一个特点是向节能化方向发展。铝材产品要降低成本，其中一个重要措施就是节能，挤压机的功率都相当大，节能自然成为企业家的首选。明晟机械自主研发通过采用伺服系统节能控制和优化液压回路的设计，降低了铝材在挤压过程中的耗电量。其原理及优点如下： (1)现有的挤压机动力控制方式是使用6极或4极的定速交流异步电动机驱动变量柱塞泵和叶片泵。变量柱塞泵根据挤压速度的需要改变油泵的变量机构实现调速功能；叶片泵提供辅助动作需要液压驱动。其有如下缺点： ①主机在待机情况下会产生无用功。 ②叶片泵在每次挤压循环提供辅助动作时的实际工作时间只有十来秒，其余时间都是通过溢流伐回油，会消耗一定的电能。 ③油泵长时间在工作或空转状态使用寿命会缩短。 ④主机在待机、电机和油泵在空转时液压油会产生热量。 (2)挤压机采用了伺服控制系统后，电机和油泵会根据挤压机的工作状态和挤压速度要求，受PLC控制实时调整电机的运行状况和所需的电机转速，真实反映了主机所需的功率。从而减少了能量消耗，提高了油泵的使用寿命，降低了液压油的温度，改善了电力系统的功率因数，提高挤压速度的控制精度。采用挤压机伺服系统，能真实地反映挤压机的用功功率和耗电情况，做到智能化控制。与旧液压控制系统相比较，生产每吨铝材节电15%～20%。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
德日高速磁悬浮列车 摘要：自德国工程师赫尔曼■肯佩尔提出了电磁悬浮原理，磁悬浮技术的研究就在国际范围内如火如荼的进行着。磁浮技术在交通方面的应用体现在高速磁悬浮列车的出现。现阶段超高速磁浮技术主要有以以日本为代表的超导超高速磁浮铁路MLX技术、德国常导超高速磁浮铁路TR技术。本文主要介绍这两种技术的技术特点，分析他们的能耗等各方面性质，并提出我国下阶段的磁浮研究方向。 关键词：MLX技术、TR技术、电磁吸引式悬浮、侧壁电动式悬浮 磁悬浮列车的概述 很早以前，人们就希望列车能与轨道脱离接触，以解除轮轨车辆的振动与磨损带来的烦恼。自20世纪初德国工程师赫尔曼?肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利以来，人类一直在探索将这一原理应用到地面轨道交通的途径。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进行磁悬浮运输系统的开发。由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，故其几乎没有轮、轨之间的摩擦。磁悬浮列车有其不可替代的优势：运行速度快，能超过500千米/小时，运行平稳、舒适，易于实现自动控制；它以电为动力，不排出有害的废气，有利于环境保护；可靠性大、维修简便、成本低，可节省建设经费，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有65分贝，是一种名副其实的绿色交通工具。 正因为磁浮列车在交通方面有着如此的优势，国际上有关磁悬浮列车的研究正如火如荼地进行着。20世纪末，经过多个国家长期的试验研究逐渐形成以日本为代表的超导超高速磁浮铁路MLX技术、德国常导超高速磁浮铁路TR技术以及日本主要用于中短途客运的中低速地面运输系统HSST技术。下面主要介绍以德日为代表的两种高速磁浮铁路技术。 日本德国超高速磁浮铁路的比较 目如日本超导超局速磁浮铁路MLX技术和德国常导超局速磁浮铁路TR技术是超高速磁浮铁路领域最具代表性的技术。二者有他们独特的技术特点，在某些方面都有其较高的造诣。 1、超导原理比较[1] ?日本MLX技术 日本超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起。其最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。 超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这种推力推动列车前进。同时，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，就能精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。?德国TR技术 德国常导型列车也称常导磁吸型，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就象同步直线电动机的长定子绕组。当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承
浅谈磁悬浮技术及控制方法 11 浅谈磁悬浮技术 浅谈磁悬浮技术 及控制方法 及控制方法 演讲者孙振刚 时间com 电气工程教研室 电气工程教研室 2012-09-17 1 1 22
目录 目录 磁悬浮技术概述 磁悬浮技术概述 磁悬浮基本概念 磁悬浮基本概念 材料磁特性 材料磁特性 磁悬浮类别 磁悬浮类别 实例分析磁悬浮列车 实例分析磁悬浮列车
电磁悬浮系统的控制方法 电磁悬浮系统的控制方法 单点悬浮系统 单点悬浮系统 多点悬浮系统 多点悬浮系统 2012-09-17 2 2 33 一磁悬浮技术概述 一磁悬浮技术概述 1 基本概念 利用磁场力使物体沿着一个轴或几个轴保持一定
位置的技术措施 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 一体化高新技术 2012-09-17 3 3 44 2 材料磁特性 顺磁性 抗磁性 磁畴未磁化磁畴 磁化 2012-09-17 4 4
55 抗磁性 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消 合磁矩为零但是当受到外加磁场作用时电子 轨道运动会发生变化而且在与外加磁场的相反 方向产生很小的合磁矩这样表示物质磁性的磁 化率便成为很小的负数量抗磁性是物质抗拒 外磁场的趋向因此会被磁场排斥所有物质 都具有抗磁性可是对于具有顺磁性的物质 顺磁性通常比较显著遮掩了抗磁性只有纯抗 磁性物质才能明显地被观测到抗磁性当外磁场 存在时抗磁性才会表现出来 2012-09-17 5
5 66 抗磁性 具有抗磁性的反磁性物质是Faraday在Earnshaw 提出理论之后几年发现的 1872年时Lord Kelvin指出反磁性物质不需要遵守Earnshaw的 理论因此反磁性物质可以在静磁场里浮起来 然而由基本的解释得知所有的物质都有反磁 性只是其磁性很小因此一直到1939年 Braunbek才成功的利用了足够强的磁场将小块 的石墨及铋磁浮了起来 2012-09-17 6 6
内容摘要： 摘要：高速磁浮交通技术是利用电磁理论，采用直线电机牵引和列车自动控制等高科技技术，具有高速、安全、环保等特点，在中长距离城际客运交通领域具有比较优势，有一定的前景。本文简要地阐述磁浮的理论基础、技术进展和应用前景，并针对沪杭磁浮项目提出了建设性意见：要开拓创新，进一步消化吸收上海示范线的磁浮关键技术；通过技术谈判和交流合作，力争掌握核心技术，同时坚定不移走机电设备国产化道路，降低工程造价，提高市场竞争力。在目前沪杭磁浮工程可行性阶段，一定要进行多方案比选（高速轮轨与高速磁浮系统），并开展相应的专题研究，广泛征求意见和建议，采取多元化投资策略，充分利用中央、省市地方资源，创新体制机制，举全社会力量，大力推进磁浮项目的进程。 前言 1 理论基础 在长期的生产实践中，人们发现了天然的磁性物质（如磁铁矿或磁铁等），由于特有的排斥或吸引特性，中国古代发明了“指南针”，并应用于航海。在漫长的岁月里，人们对电磁一直处于感性认识，直到1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场，奠定了电磁科学基础。随后，法拉第发明了电磁感应定律，定量描述了感应电动势与磁通量（磁场强度）的变化关系。19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦（1831-1879）建立了完整的电磁理论并提出了电磁波的猜想。20年以后，赫兹通过实验验证了电磁波的存在，为现代通讯和控制技术的应用奠定了基础。 从基础理论科学走向实践应用，同样经历了艰辛的探索，而且与当时的社会经济条件和科学进步水平密切相关。1922年，德国科学家赫尔曼.肯佩尔（hermann kemper）发明了电磁浮铁路原理，并于1934年8月获得了世界上第一项磁浮技术专利。 磁浮技术从悬浮方式上可以分为电磁磁浮（ems）和电动磁浮（eds）两大类[1]。 电磁磁浮技术是一种常导下的吸引式磁浮系统，即对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁通电励磁而产生电场，磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引，将列车向上吸起悬浮于轨道上，磁铁与铁磁轨道之间的悬浮间隙一般为8-12mm。列车通过控制悬浮磁铁的励磁电流来保证稳定的悬浮间隙，通过直线电机来牵引列车走行。电磁式磁浮列车以德国transrapid（简称tr）型和日本的hsst型为代表，结构原理见图1。 电动磁浮技术是一种超导下排斥式电动磁浮系统，即当列车运动时，车载磁体（一般为低温超导线圈或永久磁铁）的运动磁场，在安装与线路上的悬浮线圈中产生感应电流，两者相互作用，产生一个向上的磁力将列车悬浮于路面一定高度（一般为100-150mm）。通过直线电机来牵引列车走行。与电磁式相比，电动式悬浮系统在静止条件下不能悬浮，必须达到一定速度（约150km/h）后才能悬浮。由于间隙大，一般无须主动控制。电动式磁浮列车以日本mlx 型超导列车为代表。 2 磁浮技术进展 1969年，在工业界和德国联邦铁路公司的大力推动下，开始了大运量高速铁路研究（hsbstudien），随后生产了第一代磁浮列车transrapid-01，简称tr-01，车重5.86吨，4个座位，在试验线（660m）上进行了试验，最大车速90km/h。根据试验，对列车进行了不断改进，研制了tr-02（1971）、tr-03（1972）、tr-04（1973）、hmb2（1976）、tr-05（1979）、tr-06（1984）、tr-07（1989）、tr-08（1999）。1999年研制的tr-08型列车，净重92吨，长51米，最大速度500km/h，并在埃姆斯兰（emsland，tve）双环形试验线（31.5km）运行。
磁悬浮列车技术论文 Revised by Liu Jing on January 12, 2021
磁悬浮列车技术 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。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、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让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”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的
推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。 悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结 作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套 关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。 超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列
第九篇磁悬浮列车原理 §9.1磁悬浮列车综述 你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，如果你家住在西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！ 其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。
无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域及电动汽车和列车领域。未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA 等电器放在桌上就能够立即供 电。 以下是四种主要无线充电方式： 无线充电方式 充电 效率 使用频率范围 传输距离 电场耦合方式 电磁感应方式 92% 22KHz 数mm-数cm 磁共振方式 95% 13.56MHz 数cm-数m 无线电波方式 38% 2.45GHz 数m- 1.电磁感应方式
无线供电驱动一枚60W电灯泡，效率高达75%。 电磁感应无线充电产品示意图
电磁感应方式，送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话，传输效率就会急剧下降。下图靠移动送电线圈对准位置来提高效率。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”， 无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。
在伦 敦利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现为电动汽车无线充电。在展示过程中，该公司将电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下侧，这样电池就可以通过无线充电系统进行无线充电。
电动牙刷无线充电示意图 一种无线充电器发送和接收原理图
2. 磁共振方式 磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。 相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。 应用： 三菱汽车展示供电距离为20cm，供电效率达90％以上。线圈之间最大允许错位为20cm。如果后轮靠在车挡上停车，基本能停在容许范围内。 索尼公司发布的一款样机：无电源线的电视机利用磁场共振实现无线供电的电视机。 还有将供电线圈埋入道路中，在红灯停车时和行驶中为电动汽车充电的构想，以及利用植入轨道中的线圈为行驶中的磁悬浮列车供电的设想。 磁共振方式由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。
2017年第24卷第6期 技术与市场技术研发磁悬浮列车技术发展路线研究 张杨，吴超 (中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲41001) 摘要：阐述了国内外磁悬浮列车的主要技术研究路线，研究了国内外主要从事磁悬浮技术研究的科研机构与技术特 点，旨在促进我国磁悬浮交通装备产业发展。 关键词：磁浮列车；技术发展；研究 doi：10. 3969/j.issn.1006 - 8554. 2017.06.036 〇引言 磁悬浮列车是根据电磁学原理，利用磁力悬浮与线性驱动 的方法，实现悬浮、导向和推进列车的新型交通工具，据相关机 构统计，磁浮列车在速度上可覆盖100 ~ 600 km/h范围，500 km/h速度下每座位.公里能耗仅为飞机1/3 ~ 1/2,300 k m/h 速度下能耗比I C E高速列车低33%，由于没有机械传动及轮轨 接触，在噪音及振动等方面也表现极佳。正是因其诸多方面的 优势，国内外相关机构开展了大量磁浮列车技术研究。在国际 范围内，开展过磁悬浮列车研究的国家主要有德国、日本、美国 和中国。 1国外磁悬浮列车的发展现状 1.1 超导磁悬浮技术 日本在磁浮列车发展上选择了电动磁浮方式，采用超导材 料作为励磁材料，车辆在轨道上运行时，通过车上移动电磁铁 的作用，使地面悬浮感应线圈产生感应电流及感应磁场，依靠 感应磁场和车上电磁铁的相互作用使车辆悬浮起来，悬浮气隙 可达100 m m。其构建的M L U系统设计速度为500 km/h，2015 年4月，山梨试验线的超导磁浮列车进行载人试验，最高时速 达到663 k m/h,刷新了地面轨道交通工具的最高速度记录。由于其悬浮力必须在一定速度下方能实现，因此只有在速度大于 120 km/h之后才能产生足够的悬浮力使列车起浮，而在低速 范围内仍需依赖车轮支撑运行。因此，这种方式不适合站间距 短、需要频繁启动停车的城市轨道交通系统；同时由于其超导 材料需要在特殊条件下进行管理维护，费用高昂。 1.2 常导磁悬浮技术 德国在技术路线上选择了与日本不同的电磁悬浮方式，采 用普通导电材料作为励磁材料，依靠安装在车体上的电磁铁和 轨道铁轨之间的吸引力使车辆悬浮。其构建的T R系统设计速 度500 k m/h,能实现静止状态下的悬浮；由于悬浮间隙通常为 8 ~ 12 m m，需要动态间隙检测和悬浮控制系统以维持动态间隙 在允许波动范围内。 1.3永磁悬浮技术 美国采用永磁悬浮方式，通过导轨上铺设的直线同步电机线圈来推动，导轨边的供电系统输送可变频率交流电到导轨上 线圈产生移动磁场与车上磁体相互作用而移动，交流电流的频 率控制列车移动速度。其构建的M a g p la n e系统采用弧形断面 轨道来同时提供悬浮和导向力，悬浮间隙为5 ~ 15 m m。与日 本技术类似，车体开始运行时由车轮支撑，轨道两侧的铝制导 轨内产生涡流，当时速达到20 k m以上时实现悬浮。 1.4真空管道磁悬浮技术 美国电动汽车特斯拉和美国科技公司E T3都公布了“真 空管道运输”计划，特斯拉称其为“H y p e r io p”或“超级高铁” E T3称之为“胶囊高铁”单体重183 k g,长约4. 87m,可以容纳 4 ~6名乘客，预计能达到1 200 km/h的速度，主要分为高架低 真空磁悬浮列车和地下真空管道磁悬浮列车。 2我国磁悬浮列车的发展现状 早期国内相关科研机构如国防科技大学、西南交通大学、同济大学、铁科院等开展了相关试验研究工作，并研制了单悬 浮架试验台及原型样车。 21世纪初我国引进德国高速磁悬浮技术，建设了上海高 速磁悬浮交通示范运营线，成立了国家磁浮交通工程技术研究 中心，开展磁悬浮交通技术的自主研究，实现了上海线线路轨 道技术国产化，并在同济大学嘉定校区建成“三个一”高速磁 悬浮试验系统（含一条1.5 k m轨道，一列两节编组磁悬浮车和 一套牵引及运控系统，简称三个一）。在技术转移基础上，主持 研制了我国首列高速磁悬浮国产化样车（四节编组）并投人上 海线示范运行，还实现了高速磁悬浮道岔、定子铁心和线圈国 产化。国家磁浮中心还与上海磁浮公司合作，开发了上海高速 磁浮列车关键设备的备品备件，逐步实现进口替代。目前，西 南交大也正在开展真空管道磁悬浮列车研究。 北京控股磁浮发展有限公司与国防科大、唐山机车车辆有 限公司合作，2008年建设了唐山中低速磁浮试验线路，并研制 了原理性样车。2006年开始，中车株洲电力机车有限公司，联 合株洲电力机车研究所、株洲电机公司、西南交通大学试，开展 磁悬浮列车技术研究。2012年成功3车编组中低速磁悬浮列 车样车一“追风者”号，在株洲建设了 1.6 k m试验线，全盘掌握 101
磁悬浮技术的发展与应用 1 磁悬浮原理及其特点 磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功率放大器等部分组成。根据在磁悬浮系统中实现稳定悬浮的电磁力的状态（是静态的还是动态的），可将磁悬浮系统划分为无源（被动）和有源（可控）两种悬浮系统。 它一般是由悬浮体、传感器、控制器和执行器 4 部分组成。其中，执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。现假设在某参考位置上，由于悬浮体受到一个向下的扰动，它将会偏离其参考位置。这时，传感器检测出悬浮体偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号；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电磁力，从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。 因此，不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上，它始终能处于稳定的平衡状态磁力弹簧是磁悬浮系统重要的执行器元件。 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。 2 磁悬浮技术应用状况及发展 2.1 磁悬浮轴承 磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较多的两类磁悬浮技术产品；而在国外，目前磁悬浮轴承已经开始进入工业应用阶段。我国从20 世纪80 年代开始研究磁悬浮轴承技术，现已取得了一定的研究成果。传统的磁悬浮轴承需要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。由于受结构的限制，传感器不能装在磁悬浮轴承的中间，使系统的控制方程相互耦合，导致控制器设计更为复杂。此外，由于传感器的价格较高，导致磁悬浮轴承的售价很高，这大大限制了它在工业上的推广应用。因此，如何降低磁悬浮轴承的价格，一直是国际上的热点研究课题。近几年，结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果，诞生了一个全新的研究方向，即无传感器的磁悬浮轴承。它不需要设专门的位移传感器，转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承将使转子的轴向尺寸变小、系统的动态性能和磁悬浮轴承的可靠性得到提高；这样磁悬浮轴承的控制器将便于设计，价格也会显著下降。 2.2 磁悬浮列车 对于磁悬浮列车的研究由来已久，其依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触。按悬浮方式，磁悬浮列车可被分为常导磁吸型和超导排斥型两类。以德国高速常导磁悬浮列车TransRapid 为代表的常导磁吸型利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理，由车上常导电流产生电磁引力，吸引轨道下的导磁体，使列车浮起。以日本MagLev 为代表的超导排斥型磁悬浮列车，利用超导磁体产生的强磁场在列车
1真空磁悬浮列车 目前，西南交通大学牵引动力国家重点实验室课题组正在积极研发试验真空管道高速交通。在未来两三年内，实验室将推出时速600～1000千米的真空磁悬浮列车实验模型，10年之后可能投入运行。根据现在的理论研究，这种列车最高时速可达到2万千米。 2声悬浮 声悬浮是通过声音压力波使物质悬浮在稀薄的空气中。和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。声悬浮现象最早是1886年被发现的，随着航天技术的进步和空间资源的开发利用，声悬浮逐渐发展成为一项很有潜力的无容器处理技术.声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。 3.发展前景问题 由于磁悬浮系统以电磁力完成悬浮、向导和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需要很长时间的运行考验。常导磁悬浮技术的悬浮高度降低，因此对线路的平整度、路基下沉量级道岔结构方面的要求较超导技术更高。超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导轨技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。每一种新的交通工具的间世, 都极大地推动着社会的进步。回顾交通工具发展史, 我们发现汽车极大地方便了人们的生活,但长途运输能力差, 且日益增多的汽车数量使交通拥挤堵塞现象越来越严重，常规轮轨列车的运输量大, 但运行速度慢, 运行噪声大, 爬坡能力低, 高速轮轨列车要求轨道有很高的平整度, 在高速运行时, 能量消耗大, 铁轨和车轮的磨损很严重, 从而导致维修费用昂贵。飞机运行速度快, 但运精量小, 且事故往往是致命性的，磁悬浮列车是一种新的交通工具, 相对而言, 它有多方面的优点, 如高速, 运输量大, 安全,舒适, 无噪声等。综合各种因素，就目前而言，磁悬浮的发展是最有潜力，最有发展必要的。 纵览磁悬浮列车在世界上的发展状况, 一可以看到由于磁浮运输系统具有无轮轨接触、速度高、噪音小、能耗少、维持费用低、安全舒适等一系列优点, 使磁悬浮列车特别适于城市间或城市内的中短途交通运输, 并将成为介于传统火车、汽车与飞机之间的一种有力运输工具、日、英、美、加、苏等) 都已经或正在考虑将磁悬浮列车投入实际运营 世界上已开发的主要磁悬浮列车的发展现状及其速度适应范围归纳于表 磁悬浮技术在中国的前景 一：与发达国家相比, 我国磁悬浮系统的研发和建设环境具有以下特点： (1)技术上. 我国磁悬浮技术的研发起步较晚, 尤其是工程层面的工作.不过, 我国通过中德技术合 作于2003年建成了世界上第一条商用高速磁悬浮线路, 即上海浦东机场线, 极大地推动了 我国磁悬浮技术的研发.在引进、消化、吸收的基础上, 我国已经逐步具备了再创新的能力. 例如, 20 世纪90 年代以来, 原国家科委正式将“中低速磁悬浮列车关键技术研究”列入“八五”国家科技攻关计划, 由铁道科学研究院牵头, 国防科技大学、中科院电工所、西南交通
磁悬浮列车技术 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。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、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让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”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。 悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。 图4给出了两种系统的结构差别。（EMS） 辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外