磁悬浮技术的分析及应用探讨

周树名

【摘要】磁悬浮技术是一门很复杂的多学科综合的技术。近年来，随着科学家对于电子技术、控制工程、电磁理论以及新型电磁材料的研究，磁悬浮技术取得了突破性的进展。该项技术已经广泛应用于航空、铁路、仪表、机械制造等多个领域。本文首先对于磁悬浮技术的应用原理和应用特点做了全面的解释，然后对于其在各个领域中的应用状况做了简要分析，基于此，我们对于未来磁悬浮技术的发展和应用提出了一些具有前瞻性的看法。

【关键词】电磁学 磁悬浮技术 应用 发展趋势

【中图分类号】U237 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）02-0253-02

1.磁悬浮技术的原理和特征

磁悬浮技术是通过将传感器、控制器、电磁铁以及功率放大器等多个元件进行有效组合从而产生电磁力将物体无机械接触地悬浮起来的一门技术。悬浮系统大致分为两类：一类是被动的，一类是可控的。这个分类依据的是系统中实现稳定悬浮的电磁力的状态来划分的。简单的可控磁悬浮系统包括悬浮体、控制器、传感器、执行器四个部分。这四个部分共同作用保证悬浮体处于一个平衡稳定的状态。其中的原理大致是在某个参考位置上，悬浮体受到向下或者向上的干扰，它会偏离原来的参考位置，这时候传感器便会检测到悬浮体偏移参考点的位移信息，控制器的微处理器就会将该位移转化为信号，功率放大器就会将该控制信号转化为控制电流，控制电流流经磁铁，产生电磁力，从而保证悬浮体回到原来的平衡位置。通过这一系列元件的组合应用，悬浮体始终可以处于稳定的平衡状态。

磁悬浮不存在机械接触，所以它具备很多优点：首先是，完全无磨损，无污染，在真空的和具有腐蚀性的介质中可以长久使用；其次是不存在机械摩擦，功耗很小、噪声低、具有很高的效率，可以降低润滑和密封成本，在高速工程中应用较广泛，有效地解决了高速机械设计中润滑和能耗的问题。另外，在可控磁悬浮系统中，悬浮物体的全部运动特性可以通过位置传感器获得，便于运行诊断和控制。

2.磁悬浮技术在各个领域的应用

2.1磁悬浮列车

说到磁悬浮，我们首先想到的便是磁悬浮列车，我国对于磁悬浮列车的研究已经很长时间了，通过电磁吸引力和斥力将列车悬浮于空中的构想，加上技术的实施，从而真正实现了列车和地面轨道间的真正无机械接触。根据悬浮方式的不同，磁悬浮列车分为常导磁吸型和超导排斥型两类。常导磁吸型列车的工作原理和普通直流电磁铁电磁吸力的原理相同，通过列车上的常导电流产生电磁吸引力，和轨道下面的导磁体发生吸引，使得列车悬浮。而超导排斥型磁悬浮列车的运行原理相对就比较复杂，通过超导磁体产生的强烈磁场和地面下的线圈相互作用，使得列车悬浮，悬浮间隙比常导磁吸型列车产生的间隙要大，但是这类技术相对复杂，而且还需要屏蔽发散的电磁场。

2.2磁悬浮隔振器

磁悬浮隔振作用具有良好的非线性特性，该特性的形成和其隔振原理有关，由于磁悬浮隔振器的磁场力大小和它两个板级之间的距离是非线性的影响关系，所以它的隔振作用才会体现出非线性特征。基于该原理，我国科学院的研究人员崔瑞意、申仲翰等人研发出了一种磁悬浮隔振装置，在设计制造的过程中对于摩擦、运动轨迹的约束以及稳定性等诸方面的因素都需要给予考虑。此外，国防科技大学的研究人员设计的磁悬浮隔振系统，在隔振系统动力学模型的基础上，对于隔振系统的基本特性成功进行了分析，提出了通过使用加速度反馈来压低系统频带的方法。日本对于磁悬浮减振机构的研究比较成功，通过磁悬浮原理的应用，成功的将减振机构中的磁性弹簧的常数值控制为零。

2.3磁悬浮轴承

我国对于磁悬浮轴承的研究也较为长久了，我国自上世纪80年代开始研究，已经取得了很大的研究成果。之前的磁悬浮轴承需要使用非接触式传感器才可运行，而传感器的存在增大了轴承系统的轴向尺寸，降低了系统的动态性能，并且成本高，不稳定。近些年，技术不断发展，已经成功研制出了无传感器的磁悬浮轴承。它的转子的唯一可以通过电磁线圈上的电流和电压信号获得，除此，轴承尺寸，成本都得到了大大地优化。

3.磁悬浮技术的前景

随着材料的不断改进，技术的不断更新，理论的不断完善，磁悬浮技术将会有很大的发展。但是，不管是理论还是产品，该技术都存在很多技术难题，磁悬浮列车需要制定一套很复杂的控制系统。轴承需要通过技术改进使得控制系统和满足转子轴系动力特性。每个领域都有其自身的问题。

另一个小领域，超导磁悬浮轴承，它具有体积小，承载能力大的特征。当然，该项技术依赖材料的不断革新。不久的将来具有更多实用价值的超导体将会出现在我们的生活中，那时候，超导磁悬浮产品的研究将会取得更加突破性的进展。

生产力的提升以及其他科学技术的进步促进了磁悬浮技术的进步，同时，磁悬浮技术的进步反过来促进了生产力和其他科学技术的进步和发展。基于磁悬浮技术的各种优点，磁悬浮技术将会在我国的各个领域取得重大成果。

参考文献：

[1]朱美玲，袁世峰，颜景平.主动振动控制系统中电磁弹簧的理论研究[J].东南大学学报 ，1993，23（增刊）：97-101.