磁懸浮技術的分析及應用探討

周樹名

【摘要】磁懸浮技術是一門很復雜的多學科綜合的技術。近年來，隨著科學家對于電子技術、控制工程、電磁理論以及新型電磁材料的研究，磁懸浮技術取得了突破性的進展。該項技術已經廣泛應用于航空、鐵路、儀表、機械制造等多個領域。本文首先對于磁懸浮技術的應用原理和應用特點做了全面的解釋，然后對于其在各個領域中的應用狀況做了簡要分析，基于此，我們對于未來磁懸浮技術的發展和應用提出了一些具有前瞻性的看法。

【關鍵詞】電磁學 磁懸浮技術 應用 發展趨勢

【中圖分類號】U237 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）02-0253-02

1.磁懸浮技術的原理和特征

磁懸浮技術是通過將傳感器、控制器、電磁鐵以及功率放大器等多個元件進行有效組合從而產生電磁力將物體無機械接觸地懸浮起來的一門技術。懸浮系統大致分為兩類：一類是被動的，一類是可控的。這個分類依據的是系統中實現穩定懸浮的電磁力的狀態來劃分的。簡單的可控磁懸浮系統包括懸浮體、控制器、傳感器、執行器四個部分。這四個部分共同作用保證懸浮體處于一個平衡穩定的狀態。其中的原理大致是在某個參考位置上，懸浮體受到向下或者向上的干擾，它會偏離原來的參考位置，這時候傳感器便會檢測到懸浮體偏移參考點的位移信息，控制器的微處理器就會將該位移轉化為信號，功率放大器就會將該控制信號轉化為控制電流，控制電流流經磁鐵，產生電磁力，從而保證懸浮體回到原來的平衡位置。通過這一系列元件的組合應用，懸浮體始終可以處于穩定的平衡狀態。

磁懸浮不存在機械接觸，所以它具備很多優點：首先是，完全無磨損，無污染，在真空的和具有腐蝕性的介質中可以長久使用；其次是不存在機械摩擦，功耗很小、噪聲低、具有很高的效率，可以降低潤滑和密封成本，在高速工程中應用較廣泛，有效地解決了高速機械設計中潤滑和能耗的問題。另外，在可控磁懸浮系統中，懸浮物體的全部運動特性可以通過位置傳感器獲得，便于運行診斷和控制。

2.磁懸浮技術在各個領域的應用

2.1磁懸浮列車

說到磁懸浮，我們首先想到的便是磁懸浮列車，我國對于磁懸浮列車的研究已經很長時間了，通過電磁吸引力和斥力將列車懸浮于空中的構想，加上技術的實施，從而真正實現了列車和地面軌道間的真正無機械接觸。根據懸浮方式的不同，磁懸浮列車分為常導磁吸型和超導排斥型兩類。常導磁吸型列車的工作原理和普通直流電磁鐵電磁吸力的原理相同，通過列車上的常導電流產生電磁吸引力，和軌道下面的導磁體發生吸引，使得列車懸浮。而超導排斥型磁懸浮列車的運行原理相對就比較復雜，通過超導磁體產生的強烈磁場和地面下的線圈相互作用，使得列車懸浮，懸浮間隙比常導磁吸型列車產生的間隙要大，但是這類技術相對復雜，而且還需要屏蔽發散的電磁場。

2.2磁懸浮隔振器

磁懸浮隔振作用具有良好的非線性特性，該特性的形成和其隔振原理有關，由于磁懸浮隔振器的磁場力大小和它兩個板級之間的距離是非線性的影響關系，所以它的隔振作用才會體現出非線性特征。基于該原理，我國科學院的研究人員崔瑞意、申仲翰等人研發出了一種磁懸浮隔振裝置，在設計制造的過程中對于摩擦、運動軌跡的約束以及穩定性等諸方面的因素都需要給予考慮。此外，國防科技大學的研究人員設計的磁懸浮隔振系統，在隔振系統動力學模型的基礎上，對于隔振系統的基本特性成功進行了分析，提出了通過使用加速度反饋來壓低系統頻帶的方法。日本對于磁懸浮減振機構的研究比較成功，通過磁懸浮原理的應用，成功的將減振機構中的磁性彈簧的常數值控制為零。

2.3磁懸浮軸承

我國對于磁懸浮軸承的研究也較為長久了，我國自上世紀80年代開始研究，已經取得了很大的研究成果。之前的磁懸浮軸承需要使用非接觸式傳感器才可運行，而傳感器的存在增大了軸承系統的軸向尺寸，降低了系統的動態性能，并且成本高，不穩定。近些年，技術不斷發展，已經成功研制出了無傳感器的磁懸浮軸承。它的轉子的唯一可以通過電磁線圈上的電流和電壓信號獲得，除此，軸承尺寸，成本都得到了大大地優化。

3.磁懸浮技術的前景

隨著材料的不斷改進，技術的不斷更新，理論的不斷完善，磁懸浮技術將會有很大的發展。但是，不管是理論還是產品，該技術都存在很多技術難題，磁懸浮列車需要制定一套很復雜的控制系統。軸承需要通過技術改進使得控制系統和滿足轉子軸系動力特性。每個領域都有其自身的問題。

另一個小領域，超導磁懸浮軸承，它具有體積小，承載能力大的特征。當然，該項技術依賴材料的不斷革新。不久的將來具有更多實用價值的超導體將會出現在我們的生活中，那時候，超導磁懸浮產品的研究將會取得更加突破性的進展。

生產力的提升以及其他科學技術的進步促進了磁懸浮技術的進步，同時，磁懸浮技術的進步反過來促進了生產力和其他科學技術的進步和發展。基于磁懸浮技術的各種優點，磁懸浮技術將會在我國的各個領域取得重大成果。

參考文獻：

[1]朱美玲，袁世峰，顏景平.主動振動控制系統中電磁彈簧的理論研究[J].東南大學學報 ，1993，23（增刊）：97-101.