周樹名

【摘要】磁懸浮技術(shù)是一門很復(fù)雜的多學(xué)科綜合的技術(shù)。近年來，隨著科學(xué)家對于電子技術(shù)、控制工程、電磁理論以及新型電磁材料的研究，磁懸浮技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、鐵路、儀表、機(jī)械制造等多個領(lǐng)域。本文首先對于磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用原理和應(yīng)用特點(diǎn)做了全面的解釋，然后對于其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況做了簡要分析，基于此，我們對于未來磁懸浮技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提出了一些具有前瞻性的看法。

【關(guān)鍵詞】電磁學(xué) 磁懸浮技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展趨勢

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

1.磁懸浮技術(shù)的原理和特征

磁懸浮技術(shù)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(jìn)行有效組合從而產(chǎn)生電磁力將物體無機(jī)械接觸地懸浮起來的一門技術(shù)。懸浮系統(tǒng)大致分為兩類：一類是被動的，一類是可控的。這個分類依據(jù)的是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮的電磁力的狀態(tài)來劃分的。簡單的可控磁懸浮系統(tǒng)包括懸浮體、控制器、傳感器、執(zhí)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(wěn)定的狀態(tài)。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(diǎn)的位移信息，控制器的微處理器就會將該位移轉(zhuǎn)化為信號，功率放大器就會將該控制信號轉(zhuǎn)化為控制電流，控制電流流經(jīng)磁鐵，產(chǎn)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(yīng)用，懸浮體始終可以處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

磁懸浮不存在機(jī)械接觸，所以它具備很多優(yōu)點(diǎn)：首先是，完全無磨損，無污染，在真空的和具有腐蝕性的介質(zhì)中可以長久使用；其次是不存在機(jī)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(yīng)用較廣泛，有效地解決了高速機(jī)械設(shè)計(jì)中潤滑和能耗的問題。另外，在可控磁懸浮系統(tǒng)中，懸浮物體的全部運(yùn)動特性可以通過位置傳感器獲得，便于運(yùn)行診斷和控制。

2.磁懸浮技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)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(jīng)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(gòu)想，加上技術(shù)的實(shí)施，從而真正實(shí)現(xiàn)了列車和地面軌道間的真正無機(jī)械接觸。根據(jù)懸浮方式的不同，磁懸浮列車分為常導(dǎo)磁吸型和超導(dǎo)排斥型兩類。常導(dǎo)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(dǎo)電流產(chǎn)生電磁吸引力，和軌道下面的導(dǎo)磁體發(fā)生吸引，使得列車懸浮。而超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車的運(yùn)行原理相對就比較復(fù)雜，通過超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)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(dǎo)磁吸型列車產(chǎn)生的間隙要大，但是這類技術(shù)相對復(fù)雜，而且還需要屏蔽發(fā)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(guān)，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(guān)系，所以它的隔振作用才會體現(xiàn)出非線性特征?；谠撛恚覈茖W(xué)院的研究人員崔瑞意、申仲翰等人研發(fā)出了一種磁懸浮隔振裝置，在設(shè)計(jì)制造的過程中對于摩擦、運(yùn)動軌跡的約束以及穩(wěn)定性等諸方面的因素都需要給予考慮。此外，國防科技大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)的磁懸浮隔振系統(tǒng)，在隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對于隔振系統(tǒng)的基本特性成功進(jìn)行了分析，提出了通過使用加速度反饋來壓低系統(tǒng)頻帶的方法。日本對于磁懸浮減振機(jī)構(gòu)的研究比較成功，通過磁懸浮原理的應(yīng)用，成功的將減振機(jī)構(gòu)中的磁性彈簧的常數(shù)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(jì)80年代開始研究，已經(jīng)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(yùn)行，而傳感器的存在增大了軸承系統(tǒng)的軸向尺寸，降低了系統(tǒng)的動態(tài)性能，并且成本高，不穩(wěn)定。近些年，技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成功研制出了無傳感器的磁懸浮軸承。它的轉(zhuǎn)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(yōu)化。

3.磁懸浮技術(shù)的前景

隨著材料的不斷改進(jìn)，技術(shù)的不斷更新，理論的不斷完善，磁懸浮技術(shù)將會有很大的發(fā)展。但是，不管是理論還是產(chǎn)品，該技術(shù)都存在很多技術(shù)難題，磁懸浮列車需要制定一套很復(fù)雜的控制系統(tǒng)。軸承需要通過技術(shù)改進(jìn)使得控制系統(tǒng)和滿足轉(zhuǎn)子軸系動力特性。每個領(lǐng)域都有其自身的問題。

另一個小領(lǐng)域，超導(dǎo)磁懸浮軸承，它具有體積小，承載能力大的特征。當(dāng)然，該項(xiàng)技術(shù)依賴材料的不斷革新。不久的將來具有更多實(shí)用價值的超導(dǎo)體將會出現(xiàn)在我們的生活中，那時候，超導(dǎo)磁懸浮產(chǎn)品的研究將會取得更加突破性的進(jìn)展。

生產(chǎn)力的提升以及其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了磁懸浮技術(shù)的進(jìn)步，同時，磁懸浮技術(shù)的進(jìn)步反過來促進(jìn)了生產(chǎn)力和其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展?；诖艖腋〖夹g(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，磁懸浮技術(shù)將會在我國的各個領(lǐng)域取得重大成果。

參考文獻(xiàn)：

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