【2017年整理】空间电磁悬浮技术简介

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1、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 。 编 辑 本 段 定 义电 磁 悬 浮 技 术 （ electromagnetic levitation )简 称 EML 技 术 。 它 的 主 要 原 理 是 利用 高 频 电

2、 磁 场 在 金 属 表 面 产 生 的 涡 流 来 实 现 对 金 属 球 的 悬 浮 。 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 等 ， 即 可 实 现 电 磁

3、悬 浮 。 一 般 通 过 线 圈 的 交 变 电 流 频 率 为 104105Hz。 同 时 ， 金 属 上 的 涡 流 所 产 生 的 焦 耳 热 可 以 使 金 属 熔 化 ， 从 而 达 到 无 容 器 熔 炼 金 属 的目 的 。 目 前 ， 在 空 间 材 料 的 研 究 领 域 , EML 技 术 在 微 重 力 、 无 容 器 环 境 下 晶 体 生 长 、固 化 、 成 核 及 深 过 冷 问 题 的 研 究 中 发 挥 了 重 要 的 作 用 。 磁 悬 浮 技 术 原 理 示 意 图编 辑 本 段 目 前 世 界 上 有 三 种 类 型 的 磁 悬 浮一 是 以 德 国

4、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 。 编 辑 本 段 中 国 到 底 有 磁 悬 浮 技 术 吗 ？ 2006 年 8 月 17 日 ， “中 华 01 号 ”永 磁 悬 浮 路 车 模 型 在 大 连 举 行 的 2006 中 国 国际 专 利 技 术 与 产 品 交 易 会 上 亮 相

5、 。 该 模 型 是 大 连 3000 米 永 磁 悬 浮 试 验 线 路 的 仿 真 微缩 ， 专 为 城 市 之 间 的 区 域 交 通 设 计 。 列 车 在 高 架 的 磁 轨 上 运 行 ， 设 计 时 速 230 公 里， 既 可 货 运 ， 又 可 客 运 ， 适 用 于 大 都 市 圈 的 交 通 运 输 。 据 半 岛 晨 报 报 道 只 有 在 小 说 、 科 幻 电 影 中 才 能 见 到 的 “空 中 悬 浮 ”列 车 马 上 就 要出 现 在 大 连 人 身 边 了 。 记 者 从 昨 日 的 专 交 会 上 了 解 到 ， 3000 米 永 磁 悬 浮 试 验 线

6、拟 定年 底 在 开 发 区 建 设 。 2006 年 8 月 17 日 上 午 ， 在 大 连 世 界 博 览 广 场 举 办 的 “2006 年 中 国 国 际 专 利 技 术与 产 品 交 易 会 ”上 ， “中 华 01 号 ”1/10 槽 轨 永 磁 悬 浮 微 缩 路 -车 格 外 引 人 注 目 。 该 车 按照 1/10 比 例 微 缩 ， 几 何 尺 寸 按 实 车 微 缩 ； 路 桥 结 构 、 轨 道 结 构 、 车 辆 结 构 与 悬 浮 功 能为 仿 真 微 缩 。 在 技 术 人 员 的 操 作 下 ， 悬 浮 在 槽 轨 上 的 微 缩 列 车 十 分 轻 巧 “

7、跑 ”起 来 ， 启动 、 刹 车 十 分 灵 活 并 且 悄 无 声 息 。 据 了 解 ， 目 前 世 界 上 有 3 种 类 型 磁 悬 浮 技 术 ， 即 日 本 的 超 导 电 动 磁 悬 浮 、 德 国 的常 导 电 磁 悬 浮 和 中 国 的 永 磁 悬 浮 。 永 磁 悬 浮 技 术 是 中 国 大 连 拥 有 核 心 及 相 关 技 术 发 明 专利 的 原 始 创 新 技 术 。 据 技 术 人 员 介 绍 ， 日 本 和 德 国 的 磁 悬 浮 列 车 在 不 通 电 的 情 况 下 ， 车体 与 槽 轨 是 接 触 在 一 起 的 ， 而 利 用 永 磁 悬 浮 技 术

8、 制 造 出 的 磁 悬 浮 列 车 在 任 何 情 况 下 ， 车体 和 轨 道 之 间 都 是 不 接 触 的 。 中 国 永 磁 悬 浮 与 国 外 磁 悬 浮 相 比 有 五 大 方 面 的 优 势 ： 一 是 悬 浮 力 强 。 二 是 经 济 性 好。 三 是 节 能 性 强 。 四 是 安 全 性 好 。 五 是 平 衡 性 稳 定 。 槽 轨 永 磁 悬 浮 是 专 为 城 市 之 间 的 区 域 交 通 设 计 的 ， 列 车 在 高 架 的 槽 轨 上 运 行 ， 设 计时 速 230 公 里 ， 既 可 客 运 ， 又 可 货 运 。 大 连 磁 谷 科 技 研 究 所

9、有 限 公 司 苏 珣 总 经 理 告 诉记 者 ， 3000 米 永 磁 悬 浮 列 车 线 路 预 计 在 今 年 年 底 建 设 ， 地 点 拟 定 在 开 发 区 。 2010年 4 月 8 日 ， 我 国 首 辆 高 速 磁 悬 浮 国 产 车 在 成 都 交 付 。 该 样 车 由 中 航 工 业 成 都 飞 机 工业 （ 集 团 ） 有 限 公 司 制 造 ， 标 志 着 该 企 业 已 经 具 备 了 磁 悬 浮 车 辆 国 产 化 、 整 车 集 成 和 制造 能 力 。 该 高 速 磁 浮 列 车 可 以 达 到 每 小 时 500 公 里 。 中 航 工 业 成 飞 此

10、次 交 付 的 车 辆 是参 照 德 国 转 让 技 术 ， 按 照 上 海 磁 浮 公 司 的 改 进 方 案 要 求 研 制 的 第 一 辆 工 程 化 样 车 ， 在 上海 编 组 成 列 后 ， 投 入 上 海 示 范 线 的 商 业 营 运 ， 并 有 望 在 世 博 会 期 间 投 入 使 用 。 编 辑 本 段 磁 悬 浮 列 车磁 悬 浮 列 车 利 用 “同 性 相 斥 ， 异 性 相 吸 ”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 ，

11、创 造 了 近 乎 “零 高度 ”空 间 飞 行 的 奇 迹 。 世 界 第 一 条 磁 悬 浮 列 车 示 范 运 营 线 上 海 磁 悬 浮 列 车 ， 建 成 后 ， 从 浦 东 龙 阳 路站 到 浦 东 国 际 机 场 ， 三 十 多 公 里 只 需 6 7 分 钟 。 磁 悬 浮 列 车 原 理 示 意 图运 行 中 的 磁 悬 浮 列 车上 海 磁 悬 浮 列 车 是 “常 导 磁 斥 型 ”（ 简 称 “常 导 型 ”） 磁 悬 浮 列 车 。 是 利 用 “同 性 相 斥 ”原理 设 计 ， 是 一 种 排 斥 力 悬 浮 系 统 ， 利 用 安 装 在 列 车 两 侧 转 向

12、 架 上 的 悬 浮 电 磁 铁 ， 和 铺 设在 轨 道 上 的 磁 铁 ， 在 磁 场 作 用 下 产 生 的 排 斥 力 使 车 辆 浮 起 来 。 就 是 说 ， 轨 道 产 生 磁 力 的排 斥 力 与 列 车 的 重 力 在 一 个 相 应 平 衡 的 数 据 时 ， 列 车 就 会 悬 浮 起 来 。 列 车 底 部 及 两 侧 转 向 架 的 顶 部 安 装 电 磁 铁 ， 在 “工 ”字 轨 的 上 方 和 上 臂 部 分 的 下 方分 别 设 反 作 用 板 和 感 应 钢 板 ， 控 制 电 磁 铁 的 电 流 使 电 磁 铁 和 轨 道 间 保 持 1 厘 米 的 间隙

13、 ， 让 转 向 架 和 列 车 间 的 排 斥 力 与 列 车 重 力 相 互 平 衡 ， 利 用 磁 铁 排 斥 力 将 列 车 浮 起1 厘 米 左 右 ， 使 列 车 悬 浮 在 轨 道 上 运 行 。 这 必 须 精 确 控 制 电 磁 铁 的 电 流 。 悬 浮 列 车 的 驱 动 和 同 步 直 线 电 动 机 原 理 一 模 一 样 。 通 俗 说 ， 在 位 于 轨 道 两 侧 的 线 圈里 流 动 的 交 流 电 ， 能 将 线 圈 变 成 电 磁 体 ， 由 于 它 与 列 车 上 的 电 磁 体 的 相 互 作 用 ， 使 列 车开 动 。 讲 得 更 通 俗 直 白

14、一 点 ， 相 当 于 电 动 机 转 子 和 定 子 之 间 的 旋 转 运 动 变 成 了 磁 悬 浮 列车 和 轨 道 之 间 的 直 线 运 功 。 磁 悬 浮 列 车 相 当 于 电 动 机 的 转 子 ， 而 轨 道 相 当 于 电 动 机 的 定子 。 列 车 头 部 的 电 磁 体 N 极 被 安 装 在 靠 前 一 点 的 轨 道 上 的 电 磁 体 S 极 所 吸 引 ， 同 时又 被 安 装 在 轨 道 上 稍 后 一 点 的 电 磁 体 N 极 所 排 斥 。 列 车 前 进 时 ， 线 圈 里 流 动 的 电 流 方向 就 反 过 来 ， 即 原 来 的 S 极 变

15、成 N 极 ， N 极 变 成 S 极 。 周 而 复 始 ， 列 车 就 向 前 奔 驰。 稳 定 性 由 导 向 系 统 来 控 制 。 “常 导 型 磁 斥 式 ”导 向 系 统 ， 是 在 列 车 侧 面 安 装 一 组 专门 用 于 导 向 的 电 磁 铁 。 列 车 发 生 左 右 偏 移 时 ， 列 车 上 的 导 向 电 磁 铁 与 导 向 轨 的 侧 面 相 互作 用 ， 产 生 排 斥 力 ， 使 车 辆 恢 复 正 常 位 置 。 列 车 如 运 行 在 曲 线 或 坡 道 上 时 ， 控 制 系 统 通过 对 导 向 磁 铁 中 的 电 流 进 行 控 制 ， 达 到

16、控 制 运 行 目 的 。 “常 导 型 ”磁 悬 浮 列 车 的 构 想 由 德 国 工 程 师 赫 尔 曼 肯 佩 尔 于 1922 年 提 出 。 “常 导 型 ”磁 悬 浮 列 车 及 轨 道 和 电 动 机 的 工 作 原 理 完 全 相 同 。 只 是 把 电 动 机 的 “转子 ”布 置 在 列 车 上 ， 将 电 动 机 的 “定 子 ”铺 设 在 轨 道 上 。 通 过 “转 子 ”， “定 子 ”间 的 相 互 作用 ， 将 电 能 转 化 为 前 进 的 动 能 。 我 们 知 道 ， 电 动 机 的 “定 子 ”通 电 时 ， 通 过 电 磁 感 应 就可 以 推 动 “转 子 ”转 动 。 当 向 轨 道 这 个 “定 子 ”输 电 时 ， 通 过 电 磁 感 应 作 用 ， 列 车 就 像 电 动机 的 “转 子 ”一 样 被 推 动 着 做 直 线 运 动 。 上 海 磁 悬 浮 列 车 时 速 430 公 里 ， 一 个 供 电 区 内 只