文档介绍：1 磁悬浮技术的原理
磁浮技术原理并不深奥,它是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。
由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁悬浮技术的应用也有两种相应的形式:一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统,它利用超导体电磁铁形成的磁场与线圈形成的磁场之间所产生的相斥力,使物体悬浮的;另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的系统,它利用吸引力与物体的重力平衡,从而使物体进行悬浮。
1 磁悬浮的种类
根据实现悬浮的物质,一般可以分为:常导悬浮、超导悬浮和永磁体悬浮三种。所谓常导、超导和永磁体悬浮,分别是指形成悬浮力需要利用常温导体制造的电磁铁、超导材料制造的电磁铁和永磁铁产生的磁场。表1-1表示两个物体之间的受力关系和悬浮方式。
表1-1 磁悬浮按照相互作用的物体间的关系分类
物体2
超导体
导磁体
金属导体
超导电磁铁
常导电磁铁
永磁体
物体2
永磁体
斥力/吸引力
吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
常导电磁铁
斥力/吸引力
吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
超导电磁铁
斥力/吸引力
吸引力
斥力/吸引力
斥力/吸引力
2 磁悬浮技术原理及其应用
(1) 根据磁悬浮原理,实际应用中常见以下四种形式:
①使用永久磁铁悬浮
永久磁铁是使用硬磁材料充磁后所具有的很强的剩磁效应制造的。由于无论采用斥力还是吸引力方式实现悬浮,永磁体在使用中都是不消耗能源的,因此在节能要求高的场合有特殊的优势。其缺点是永磁体产生的磁场难以控制,因此需要和常导电磁铁组合使用。而且强永磁体制作成本高,普通材料又难以产生足够的磁感应强度,因此工作受到限制。
②使用超导电磁铁悬浮
超导悬浮是在空心超导线圈中通入强电流,从而产生强磁场实现悬浮。超导悬浮有吸引力悬浮和斥力悬浮两种形式。利用吸引力悬浮式,由于电流难以控制,所以常与常导方式结合使用。利用斥力悬浮时,是让超导体与另一个导体产生相对运动,利用在另一导体中产生的感应电流来获得斥力。超导电磁铁悬浮常用于磁悬浮列车。超导电磁铁悬浮的优点是系统是自稳定的,无需主动控制,也无需沉重的铁芯,线圈能量损耗少。但是,超导悬浮系统需要复杂的液氮冷却系统。
③利用高频感应的电涡流悬浮
高频感应线圈产生的高频交变磁场可以再金属中感应出电涡流,这样的涡流也同样会产生磁场,而且必定与原来磁场方向相反,于是可以利用这一原理实现斥力悬浮。这种方法的优点是可以对任何导电体可以实现静止悬浮,不要求悬浮体是导磁体。这种方法已经应用于高纯度、高熔点金属的熔炼,由于感应悬浮方
法的悬浮力决定于感应电流的大小,而且一般采用常导线圈,能耗较大,应用面较窄。
④用可控直流常导电磁铁悬浮
常导磁悬浮是利用通入直流电流的常导线圈所产生的磁场,对铁磁材料产生的吸引力来实现悬浮。由于这种悬浮方式本质上是不稳定的,因此需要对悬浮气隙进行闭环控制,调节线圈的电流来控制吸引力的大小,从而实现被悬浮物体的稳定悬浮。为提高磁感应强度,通常将线圈绕在铁磁材料的铁芯上。这种方式要求引入主动控制系统来维持稳定悬浮,被悬浮物必须是导磁体。
(2) 磁悬