磁懸浮技術(shù)

　　磁懸浮技術(shù)是利用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，從而實(shí)現(xiàn)無接觸的懸浮狀態(tài)。

　　由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計的電磁運(yùn)行系統(tǒng)，它利用超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場與線圈形成的磁場之間所產(chǎn)生的相斥力，使物體保持懸浮；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計的系統(tǒng)，它利用吸引力與物體的重力平衡，從而使物體保持懸浮。

　　磁懸浮技術(shù)一般可以分為常導(dǎo)懸浮、超導(dǎo)懸浮和永磁體懸浮三種。所謂常導(dǎo)、超導(dǎo)和永磁體懸浮，分別是指形成懸浮力需要利用常溫導(dǎo)體制造的電磁鐵、超導(dǎo)材料制造的電磁鐵和永磁鐵產(chǎn)生的磁場。

01可控直流常導(dǎo)電磁鐵懸浮

　　常導(dǎo)磁懸浮是利用通入直流電流的常導(dǎo)線圈所產(chǎn)生的磁場，對鐵磁材料產(chǎn)生的吸引力來實(shí)現(xiàn)懸浮。由于這種懸浮方式本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，因此需要對懸浮氣隙進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)線圈的電流來控制吸引力的大小，從而實(shí)現(xiàn)被懸浮物體的穩(wěn)定懸浮。為提高磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常將線圈繞在鐵磁材料的鐵芯上。這種方式要求引入主動控制系統(tǒng)來維持穩(wěn)定懸浮，被懸浮物必須是導(dǎo)磁體。

02高頻感應(yīng)的電渦流懸浮

　　高頻感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場可以在金屬中感應(yīng)出電渦流，這樣的渦流也同樣會產(chǎn)生磁場，而且必定與原來磁場方向相反，于是可以利用這一原理實(shí)現(xiàn)斥力懸浮。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對任何導(dǎo)電體可以實(shí)現(xiàn)靜止懸浮，不要求懸浮體是導(dǎo)磁體。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于高純度、高熔點(diǎn)金屬的熔煉，由于感應(yīng)懸浮方法的懸浮力決定于感應(yīng)電流的大小，而且一般采用常導(dǎo)線圈，能耗較大，應(yīng)用面較窄。

03永久磁鐵懸浮

　　永久磁鐵是使用硬磁材料充磁后所具有的很強(qiáng)的剩磁效應(yīng)制造的。由于無論采用斥力還是吸引力方式實(shí)現(xiàn)懸浮，永磁體在使用中都是不消耗能源的，因此在節(jié)能要求高的場合有特殊的優(yōu)勢。其缺點(diǎn)是永磁體產(chǎn)生的磁場難以控制，因此需要和常導(dǎo)電磁鐵組合使用。而且強(qiáng)永磁體制作成本高，普通材料又難以產(chǎn)生足夠的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此工作受到限制。

04超導(dǎo)電磁鐵懸浮

　　超導(dǎo)懸浮是在空心超導(dǎo)線圈中通入強(qiáng)電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)懸浮。超導(dǎo)懸浮有吸引力懸浮和斥力懸浮兩種形式。利用吸引力懸浮式，由于電流難以控制，所以常與常導(dǎo)方式結(jié)合使用。利用斥力懸浮時，是讓超導(dǎo)體與另一個導(dǎo)體產(chǎn)生相對運(yùn)動，利用在另一導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流來獲得斥力。超導(dǎo)電磁鐵懸浮常用于磁懸浮列車。超導(dǎo)電磁鐵懸浮的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)是自穩(wěn)定的，無需主動控制，也無需沉重的鐵芯，線圈能量損耗少。但是，超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)需要復(fù)雜的液氮冷卻系統(tǒng)。

　　磁懸浮技術(shù)主要有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 無接觸。由于不和被懸浮體接觸，因此無摩擦、無機(jī)械磨損、低能耗、低噪聲和低維護(hù)費(fèi)。

　　2) 由于不需要支撐介質(zhì)，所以可在真空，超凈和高溫、低溫等各種特殊條件下應(yīng)用，而且可以長期工作無需潤滑和維護(hù)。

　　3) 可以實(shí)現(xiàn)主動控制，所以能夠在各種需要減振、支撐硬度能夠改變的系統(tǒng)中得到應(yīng)用，也易于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動、監(jiān)控及自動檢測和診斷，自動化程度高。

　　4) 受力分布均勻，因此磁懸浮支撐力是均勻分布在整個磁極面上，大大減輕了應(yīng)力，可以降低系統(tǒng)制造成本，提高壽命可可靠性。

　　盡管磁懸浮技術(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)動功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施。尤其是磁懸浮列車停電后的制動問題仍然是要解決的問題，同時其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長時間的運(yùn)行考驗(yàn)。

　　2) 常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低。因此磁懸浮列車對線路的平整度、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，其造價也相對較高，整個系統(tǒng)也復(fù)雜，而且強(qiáng)磁場對人體與環(huán)境都有影響。