磁悬浮技术的应用前景

磁悬浮技术及其工程应用

徐晓美，朱思洪

（南京农业大学 工学院，南京 210031）

摘 要：磁悬浮技术是一门涉及多种学科的综合性技术。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和转子动力学的发展，磁悬浮技术得到了长足的发展，其已被广泛应用于航空、航天、精密仪器、仪表、机械制造和交通运输等领域。为此，在分析了磁悬浮技术原理及其特点的基础上，论述了磁悬浮技术在工程上的主要应用状况，并展望了磁悬浮技术的发展前景。 关键词：电磁学；磁悬浮技术；工程应用；发展前景

中图分类号：TM574 文献标识码：A 文章编号：1003─188X(2005)06─0192─03

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。

图1为简单的有源磁悬浮系统，它是由悬浮体、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

创意概念设计— 悬磁浮

1251120225 舒莎净 产品一班

这款Kewi Bra磁悬浮文胸的原理非常简单，它的外层主要用来 固定佩戴者胸部的位置及塑造胸部的曲线，而在Kewi Bra的内 层则通过两个磁性设备通过磁力支撑起佩戴者的乳房，最大可 承受5公斤的重量。

Orbit的操作过程非常简单：首先用户 将衣服放入不碎玻璃制造的球体内，也 不需洗衣粉和水，然后透过顶上的触控 按键开机，最后把它放在环状机上的底 座板就可以了。 根据该公司的描述来看，Orbit开始工作 后，放入脏衣服的圆球会被磁浮力来推 动，而这个速度可以把二氧化碳与有机 物质产生出一种像干冰的气流。整个洗 衣过程不会产生噪音，时间也只需数分 钟而已。

这款产品尺寸仅有10.5cm×10.5cm×2cm,重量为908克。运用了 EZ Float技术，能够承受比较重的物体，还可以让物体在悬浮时旋 转。整个悬浮平台由精钢材料打造而成，能将大约369克的物体支撑 在空中。另外，产品还附带了一个直径约为10厘米的铁质盘，该小 铁盘可以漂浮在平台上方，把非铁质物体放在小铁盘上即可达到悬 浮展示效果，如玩具、模型、杯子等物体。

这款Yacht磁悬浮电磁炉是在传统电磁炉基础上创新

YBCO在磁悬浮列车中的应用

一、综述

磁悬浮列车具有速度高、能耗少、噪音小和乘坐安全舒适等优点，是二十一世纪陆上理想的交通工具。目前，以日本的低温超导磁悬浮列车和德国的常导磁悬浮列车代表着世界磁悬浮列车发展水平。但总的说来，这两种磁悬浮列车都存在一定的缺点，例如，低温超导磁浮列车低速不能起浮，常导磁浮列车起浮控制系统十分复杂、悬浮高度小，而且，这两种磁悬浮列车造价都十分昂贵。为了探索磁悬浮列车发展新途径，高温超导磁悬浮试验模型车成为现在主要的研究方向。尽管研究时间才有20年，但高温超导磁悬浮技术以其自身独特的优势显示出很好的应用前景，备受世界各国的关注。

二、磁悬浮车中YBCO的应用

1986年高温超导陶瓷Ba-La-Cu被发现，临界转变温度达到35K，是超导技术及磁悬浮技术跨入新的阶段。目前，中国、德国和俄罗斯等国家已研制出可载人的高温超导磁悬浮实验车。

我国西南交通大学超导技术研究所于2000年12月31日下午2点26分研制成功了世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车可载5人，图1为该车实物照片。

图1 中国西南交通大学研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车

该车全部采用国产高温超导YBCO块材，用液氮浸泡式制冷，永磁轨道长15.5米，采用

磁悬浮列车文献综述

磁悬浮列车文献综述

高速磁悬浮列车的轻量化设计

摘要

当今的高速列车运行速度为200至320公里每小时，磁悬浮列车为400到

500公里每小时，而轮轨式列车的世界纪录为515公里每小时，磁悬浮列车为552公里每小时，只有当轻量化设计系统利用时才能达到这个速度，低轴重对基础装置的使用寿命至关重要，较低的整体重量对减小制动力和制动效率也是必要的，列车配置对座椅舒适度的影响也是相当明显的，对于给定配置的列车，尽管为了满足强度、刚度、消音等要求而增加额外的质量，但最后仍要强制性地轻量化设

计，与许多高速列车相比，如TGV复式，Talgo摆式，ETR500，Pendolino WMCL以及ICN等，磁悬浮列车TR08的特殊性就在于乘客的乘坐安全性，并且属于耐撞车辆的，因此未来的发展趋势显而易见。

简介

钢轮钢轨之间的相互作用是导致轨道列车的滚动阻力比橡胶轮胎与路面的

滚动阻力低5—10倍直接原因，这为单一机车牵引重载列车提供了可能性，在大量铁路干线中很少要显示坡度超过25‰的，在此基础上还有两个事实，铁路客车的皮重对长途大运量线路影响不是很大，而陡坡山区的铁路和频繁停车和加速的通勤服务车，轻量化设计却显得尤为重要。当长途列

开放性试验：

《磁悬浮原理实验仪制作及PID控制》

试验报告

实验内容：学生通过磁悬浮有关知识的学习，根据已有的试验模型，设计出磁悬浮实验仪器，并进行制作，进而在计算机上用PID技术进行调节和控制。

难点：PID控制程序的编写及调试。

创新点：该实验以机械学院数控所得科研成果为依托，以一种新颖的方式，用磁悬浮小球直观的展示了PID控制理论的应用。该仪器构造简单，成本低廉。此实验综合应用了电磁场、计算机、机械控制等相关知识，具有一定的研究创新性特点。该仪器有望成为中学物理实验仪器，和高校PID控制实验仪器。

关键问题

1. 悬浮线圈的优化设计 2. 磁悬浮小球系统模型 3. 磁悬浮小球的PID控制 电磁绕组优化设计 小球质量：钢

小球质量：15~20g 小球直径：15mm 悬浮高度：3mm

要求：根据悬浮高度、小球大小、小球重量设计悬浮绕组 绕组铁芯尺寸、线圈匝数、额定电流、线径。 电磁绕组优化设计：

由磁路的基尔霍夫定律、毕奥-萨格尔定律和能量守恒定律，可得电磁吸力为：

2 ?0AN2?i?F????

2?z?式中：μ0——空气磁导率，4πX10-7H/m； A——铁芯的极面积，单位m2；

论文名称: 磁悬浮轴承研究及其新发展

一．引言

磁悬浮轴承的概念在100多年前就已经提出，由于磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、高速度、高精准、不需要润滑和密封等一系列优良品质，所以国际上对磁悬浮轴承的研究工作十分活跃。我国自60年代开始研究磁悬浮轴承，但由于种种条件的限制，多数产品目前仍处于实验室阶段。

磁悬浮轴承具有广泛的应用前景，除了在机床领域有广泛的运用外（如高速磨床等设备），在动力领域如离心压缩机、分子涡旋泵、汽轮发动机等大型设备上也会广泛应用。在航空航天领域，美国德雷柏实验室在60年代首先在空间制导和惯性轮上成功地使用磁悬浮轴承。其后，法国在SPOT地球观测卫星中安装了姿态控制用的磁悬浮飞轮。1986年6月，日本在H-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

了系统的分析研究，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，美国惠普公司在计划研究的XTC-65发动机的核心机使用了磁悬浮轴承，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的作用。

上海城轨（低速）磁浮试验线

无线机车信号系统

技术规格书

北京交通大学电子信息工程学院运输自动化科研

2007.4

目 录

1. 系统概况........................................................................................................................ 1

1.1. 系统构成.......................................................................................................... 1

1.1.1. 地面设备................................................................................................... 1 1.1.2. 机车设备............................................................................................

国际经济合作,磁悬浮列车技术的引进问题

技术引进项目可行性分析——磁悬浮

国际经济合作,磁悬浮列车技术的引进问题

原理：

磁悬浮列车是采用磁力将车体悬浮在导轨上空处，并采用线性电机进行推动和牵引的运输方式。磁悬浮的产生原理主要有电磁吸引和电动两种。前一种方式可在静止时即获得悬浮，因此不需要轮子支撑。而电动方式在低速时列车由轮胎支撑并牵引，达到一定速度时轮胎将收起。

技术评价指标：

技术和设备选择

——技术的性质：磁浮技术属于资本密集型，这项技术所处的生命周期发展阶段的起步阶段，发展前景远大。

——技术的来源：国外进口；

——获得技术的方式：中国与德国共同出资建造；

德国常导吸引式 日本超导吸引式 选择技术的原则

经济性：磁悬浮列车在时速500公里速度下，每座位的能耗仅为飞机的1／3至1／2、汽车的70％；安全性是飞机的20倍，轮轨列车的250倍，公路系统的700倍。

国际经济合作,磁悬浮列车技术的引进问题

先进性：经过中国铁道科学研究院等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术的基础性研究，已初步掌握了常导低速磁悬浮稳定悬浮的控制技术。

适用性：我国幅员辽阔，人口众多。500公里/小时的磁悬浮列车比300公里/小

北京工商大学演示实验

磁悬浮列车演示实验报告

【实验目的】

1.利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮； 【实验器材】

1．超导磁悬浮列车演示仪，如下图所示。由两部分组成：磁导轨支架、磁导轨。其中磁导轨是用550 × 240 × 3椭圆形低碳钢板作磁轭，按图70-2所示的方式铺以18 × 10×6 mm的钕铁硼永磁体，形成磁性导轨，两边轨道仅起保证超导体周期运动的磁约束作用。

2．高温超导体，是用熔融结构生长工艺制备的，含Ag的YBacuo系高温超导体。之所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77KC（-196℃）下呈现出超导性，以区别于以往在液氦温度42K（-269℃）以下呈现超导特性的低温材料。样品形状为：圆盘状，直径18 mm 左右，厚度为6 mm ，其临界转变温度为90K左右（-183℃）。

3．液氮。

上图：实验装置图 下图：磁导轨

【实验原理】 实验原理：

超导是超导电性的简称.它是指金属或合金在极低温度下(接近绝对零度)电阻变为零的性质.它是一种宏观量子现象,只有依据量子力学才能给与正确的微观解释.这就是BCS理论.

这是一台高临界温度超导磁悬浮的动态演示装置.该装置为一个盛放高临界温度超导体的简易列车模型,在具有磁束

磁悬浮离心式冷水机组

磁悬浮离心式冷水机组

摘要:随着时代与经济的快速发展，节能环保和节能减排也成为必不可少的一个环节。长期以来，中央空调的“高能耗、二次污染”等问题给建筑能耗带来的负担，以及产品运行过程中产生的油污、温室效应等问题对自然环境的二次污染，中央空调的耗电量大和对环境的污染已经是尽人皆知。而磁悬浮离心式冷水机组与传统离心式冷水机组对比，显示了磁悬浮离心式冷水机组无油路故障、噪声低、部分负荷时有超高的性能系数、节能环保等特点，满足了时代发展的需要。

关键词：磁悬浮技术、高效、环保

引言：2012年12月由国家发展和改革委员会(以下简称发改委)下发的《国家重点节能技术推广目录》(第五批)中第42项为“磁悬浮变频离心式中央空调机组技术”，目录对该项技术的简介是：“利用直流变频驱动技术、高效换热器技术、过冷器技术、基于工业微机的智能抗喘振技术，以及磁悬浮无油运转技术等，从根本上提高离心式中央空调的运行效率和性能稳定性”，“单台平均节能7％”。该目录给出的到2015年“行业内推广比例”为10％，投资金额为5亿元，每年可节约标准煤39万吨。

1 磁悬浮技术及发展

1.1磁悬浮技术

磁悬浮是利用磁力使物体处于无接触悬浮状态，磁悬浮技术的研究首先始于磁悬浮列车