首頁 > 資訊 > 經(jīng)驗(yàn) > 磁懸浮的原理及制作，磁懸浮的原理是什么

磁懸浮的原理及制作，磁懸浮的原理是什么

來源：整理時(shí)間：2023-06-25 10:21:11 編輯：智能門戶手機(jī)版

1，磁懸浮的原理是什么

將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時(shí)，高頻電磁場會在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個(gè)洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實(shí)現(xiàn)電磁懸浮。

高速磁浮列車是20世紀(jì)的一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明，其原理并不深?yuàn)W。它是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車，時(shí)速可達(dá)幾百公里以上。這就是所謂的“磁浮列車”?！　∮捎诖盆F有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與軌道上的線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在t形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10毫米（正負(fù)誤差2毫米）的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的吸引力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。磁懸浮列車是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物。其原理是利用電磁力抵消地球引力，通過直線電機(jī)進(jìn)行牽引，使列車懸浮在軌道上運(yùn)行（懸浮間隙約1厘米）。其研究和制造涉及自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、直線推進(jìn)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、故障監(jiān)測與診斷等眾多學(xué)科，技術(shù)十分復(fù)雜，是一個(gè)國家科技實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。它與普通輪軌列車相比，具有低噪音、無污染、安全舒適和高速高效的特點(diǎn)，有著“零高度飛行器”的美譽(yù)，是一種具有廣闊前景的新型交通工具，特別適合城市軌道交通。磁懸浮列車按懸浮方式不同一般分為推斥型和吸力型兩種，按運(yùn)行速度又有高速和中低速之分?！叭艏慈綦x”，是磁懸浮列車的基本工作狀態(tài)。磁懸浮列車?yán)秒姶帕Φ窒厍蛞?，從而使列車懸浮在軌道上。在運(yùn)行過程中，車體與軌道處于一種“若即若離”的狀態(tài)，磁懸浮間隙約1厘米，因而有“零高度飛行器”的美譽(yù)。它與普通輪軌列車相比，具有低噪音、低能耗、無污染、安全舒適和高速高效的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有廣闊前景的新型交通工具。特別是這種中低速磁懸浮列車，由于具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合城市軌道交通。

磁懸浮的原理是什么

2，磁懸浮原理

磁懸浮系統(tǒng)，它是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng)，就會偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

磁懸浮技術(shù)原理其實(shí)并不是如大家想想的高不可測，它是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的天然的性質(zhì)，使受力物體在充電的瞬間產(chǎn)生抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。用科學(xué)術(shù)語就是：主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實(shí)現(xiàn)對金屬球的懸浮。前者是天然的，可以成為磁浮，后者由于電磁場，簡而言之電磁浮。目前運(yùn)用至上海的磁懸浮技術(shù)、磁懸浮地球儀以及相框衍生物，則為電磁浮。

當(dāng)今，世界上的磁懸浮列車主要有兩種“懸浮”形式，一種是推斥式；另一種為吸力式。推斥式是利用兩個(gè)磁鐵同極性相對而產(chǎn)生的排斥力，使列車懸浮起來。這種磁懸浮列車車廂的兩側(cè)，安裝有磁場強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵。車輛運(yùn)行時(shí)，這種電磁鐵的磁場切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán)，致使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)同極性反磁場，并使車輛推離軌面在空中懸浮起來。但是，靜止時(shí)，由于沒有切割電勢與電流，車輛不能產(chǎn)生懸浮，只能像飛機(jī)一樣用輪子支撐車體。當(dāng)車輛在直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下前進(jìn)，速度達(dá)到80公里／小時(shí)以上時(shí)，車輛就懸浮起來了。吸力式是利用兩個(gè)磁鐵異性相吸的原理，將電磁鐵置于軌道下方并固定在車體轉(zhuǎn)向架上，兩者之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場，并相互吸引時(shí)，列車就能懸浮起來。這種吸力式磁懸浮列車無論是靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都能保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。這次，我國自行開發(fā)的中低速磁懸浮列車就屬于這個(gè)類型。盡管磁懸浮列車技術(shù)有上述的許多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些不足： (1)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電后的制動(dòng)問題仍然是要解決的問題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)。 (2)常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低，因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高。 (3)超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大，冷卻系統(tǒng)重，強(qiáng)磁場對人體與環(huán)境都有影響。

自然界存在所謂的超導(dǎo)體，也就是，在某一條件下，導(dǎo)體的電阻變?yōu)?或者接近0，比如金屬鋁在溫度極低的情況下，電阻會突然消失。超導(dǎo)磁懸浮，是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，通電的導(dǎo)體在其周圍會產(chǎn)生磁場，而設(shè)計(jì)制作的。超導(dǎo)磁懸浮列車由于受阻力小，因此速度很快

同極相斥，異極相吸

磁懸浮原理

3，磁懸浮列車是根據(jù)什么和什么原理制成的

磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與磁力無關(guān)的推進(jìn)系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設(shè)計(jì)中，這三部分的功能均由磁力來完成。[1] 懸浮方式（1）磁浮有3個(gè)基本原理。第一個(gè)原理是當(dāng)靠近金屬的磁場改變，金屬上的電子會移動(dòng)，并且產(chǎn)生電流。第二個(gè)原理就是電流的磁效應(yīng)。當(dāng)電流在電線或一塊金屬中流動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生磁場。通電的線圈就成了一塊磁鐵。磁浮的第三個(gè)原理我們就再熟悉不過了，磁鐵間會彼此作用，同極性相斥，異極性相吸?，F(xiàn)在看看磁浮是如何作用的：磁鐵從一塊金屬的上方經(jīng)過，金屬上的電子因磁場改變而開始移動(dòng) （原理一）。電子形成回路，所以接著也產(chǎn)生了本身的磁場（原理二）。圖 1 以最簡單的方式來表達(dá)這個(gè)過程，移動(dòng)中的磁鐵使金屬中出現(xiàn)一塊假想的磁鐵。這塊假想磁鐵具有方向性，因是同極性相對，因此會對原有的磁鐵產(chǎn)生斥力。也就是說，如果原有的磁鐵是北極在下，假想磁鐵則是北極在上；反之亦然。因?yàn)榇盆F的同極相斥（原理三），讓磁鐵在一塊金屬上方移動(dòng)，結(jié)果會對移動(dòng)中的磁鐵產(chǎn)生一股往上推動(dòng)的力量。如果磁鐵移動(dòng)得足夠快，這個(gè)力量會大得足以克服向下的重力，舉起移動(dòng)中的磁鐵。所以當(dāng)磁鐵移動(dòng)時(shí)，會使得自己浮在金屬上方，并靠著本身電子移動(dòng)產(chǎn)生的力量保持浮力。這個(gè)過程就是所謂的磁浮，這個(gè)原理可以適用在列車上。下面介紹常導(dǎo)磁吸式（EMS）和超導(dǎo)磁斥式（EDS）列車的具體運(yùn)行原理。[1] 常導(dǎo)磁吸式(EMS) 利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起，見圖2所示。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車運(yùn)行的平穩(wěn)，使直線電機(jī)有較高的功率，必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和懸浮力，使車體與導(dǎo)軌之間保持大約10 mm的間隙。通常采用測量間隙用的氣隙傳感器來進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設(shè)置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪，對控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。[1] 超導(dǎo)磁斥式(EDS) 此種形式在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體（放在液態(tài)氦儲存槽內(nèi)），在軌道兩側(cè)鋪設(shè)一系列鋁環(huán)線圈。列車運(yùn)行時(shí)，給車上線圈(超導(dǎo)磁體)通電流，產(chǎn)生強(qiáng)磁場，地上線圈(鋁環(huán))與之相切與車輛上超導(dǎo)磁體的磁場方向相反，兩個(gè)磁場產(chǎn)生排斥力。當(dāng)排斥力大于車輛重量時(shí)，車輛就浮起來。因此，超導(dǎo)磁斥式就是利用置于車輛上的超導(dǎo)磁體與鋪設(shè)在軌道上的無源線圈之間的相對運(yùn)動(dòng)，來產(chǎn)生懸浮力將車體抬起來的。如圖3所示。由于超導(dǎo)磁體的電阻為零，在運(yùn)行中幾乎不消耗能量，而且磁場強(qiáng)度很大。在超導(dǎo)體和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生的強(qiáng)大排斥力，可使車輛浮起。當(dāng)車輛向下位移時(shí)，超導(dǎo)磁體與懸浮線圈的間距減小電流增大，使懸浮力增加，又使車輛自動(dòng)恢復(fù)到原來的懸浮位置。這個(gè)間隙與速度的大小有關(guān)，一般到100km/h時(shí)車體才能懸浮。因此，必須在車輛上裝設(shè)機(jī)械輔助支承裝置，如輔助支持輪及相應(yīng)的彈簧支承，以保證列車安全可靠地著地?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和停車的精確控制。

磁懸浮列車是一種現(xiàn)代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實(shí)現(xiàn)列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)行。利用的是“同名磁極相斥,異名磁極相吸”的原理。