• 大家来做个想象吧• 跨越 30 多公里的距离，你能想到的最快的

交通 工具是什么？• 飞机？（我只能说，你个土豪）• 火车？（火车站很危险）• 好吧那就汽车？（汽车能做到 5~6 分钟把

你驮过去吗？）

磁悬浮列车• 是的，你没有看错。• 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。

今天，让我们走进磁悬浮世界，了解这个技术究竟是怎么回事。

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。电磁悬浮技术（简称 EML 技术）的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。

利用高频电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，即可实现电磁悬浮。一般通过线圈的交变电

流频率为 104—105Hz 。

悬浮技术主要原理

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。

• 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。（缺点：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）

• 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。

• 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。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。

• 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。

磁悬浮列车的奥秘

德国科学家设计了一个名为 Transrapid 的系统，利用了「电磁力悬浮法」(EMS) 把火车浮起。在这个系统中，火车的底部包着一条导轨，在火车底部起落架的电磁铁向着导轨，磁力使火车悬浮在导轨之上约一厘米，即使在静止的时候，火车仍然保 持浮起。其它导引磁铁则能使火车在行使时保持稳定。

德国：常规磁铁吸引式悬浮系统

日本的科学家则利用了「电动力悬浮法」 (EDS) 把火车浮起。当磁铁在导体附近移动，导体内的磁场会因而改变 ( 图三 ) ，并感应出电流。感应电流又能产生磁场，根据楞次定律，这样产生出来的磁场总是倾向于抗拒引起这个感应的改变。 火车在启动时会首先靠轮子来滑行，直到产生的磁力足以 承托火车的重量，才将轮子收起来，就好像飞机起飞一样。

磁浮火车是怎样被推动的？ 移动的列车带同超导磁铁在导槽两边的线圈感应出电流，根据这些讯息，系统便会把交流电输入导槽两边的推进线圈，产生南北梅花间竹的磁极对超导磁铁造成拉力和推力，使列车加速。

日本：排斥式悬浮系统

磁悬浮轴承

磁浮轴承主要由以下三部分组成：电磁驱动机构，传感器，控制器及算法。磁浮轴承的结构与马达类似，电磁铁除了产生力矩以外，还产生使转子悬浮的吸引力。转子与定子的间隙一般为0.5mm 至 2mm 。主轴位置传感器用于给控制系统提供反馈，一般情况下设置四个径向传感器一个轴向传感器。控制器通过对电流大小的调节而控制主轴的位置。先进的控制算法可以实现每秒１００００次的位置测量和电流调节。同时，软件还提供接口供使用者监测振动，动平衡，速度等参数。

图为一简单磁悬浮系统，它是由转子、传感器、控制器和执行器 4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号。然后功率放大器将这一控

制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

磁悬浮地球仪磁悬浮地球仪利用电流磁效应使地球仪漂浮在半空中。地球仪顶端有一个磁铁 ,圆环形塑胶框内部顶端有一个金属线圈，金属线圈通过电流就会成为电磁铁。电磁铁与地球仪顶端磁铁间的吸引力可抵消地球仪所受重力，因此地球仪可漂浮在半空中。用手轻轻触碰地球仪使其偏离平衡位置，手移开后地球仪仍可回到平衡位置不至掉落，这是利用负回馈机制。

磁悬浮地球仪主要由永磁体、 铁芯、 线圈、 磁场传感器、 功率放大器和控制器等组成。

地球仪底端也有一个磁铁。塑胶框内部底端有一个霍尔侦测器，可侦测地球仪底端磁铁的磁场变化。地球仪 偏离平衡位置时，霍尔侦测器侦测到地球仪底端磁铁的磁场变化，便会产生一补偿电流。补偿电流流到塑胶框顶端金属线圈时，金属线圈磁场增加，可将地球仪拉回平衡位置。轻轻转动地球仪便可持续不停转动 , 这可以用惯性原理 ( 说得深入一点，依据动量守恒原理 ) 解释。地球仪所受到的外力总和为零，因此会以固定速率沿固定方向转动。

磁悬浮技术主要有以下突出优点：

• 1. 无接触。由于不和被悬浮体没有接触，因此无摩擦、无机械磨损、低能耗、低噪声和低维护费。

• 2. 由于不需要支撑介质，所以可在真空，超净和高温、低温等各种特殊条件下应用，而且可以长期工作无需润滑和维护。

• 3. 可以实现主动控制，所以能够在各种需要减振、支撑硬度能够改变的系统中得到应用，也易于实现计算机控制，进而实现运动、监控及自动检测和诊断，自动化程度高。

• 4. 受力分布均匀，因此磁悬浮支撑力是均匀分布在整个磁极面上，大大减轻了应力，可以降低系统制造成本，提高寿命可可靠性。

生活中的应用

除此之外还有：磁悬浮冶炼 、磁悬浮防振装置、磁悬浮搬运

磁悬浮灯罩磁悬浮灯罩

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