磁悬浮技术及其工程应用

磁悬浮技术及其工程应用

徐晓美，朱思洪

（南京农业大学 工学院，南京 210031）

摘 要：磁悬浮技术是一门涉及多种学科的综合性技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料和转子动力学的发展，磁悬浮技术得到了长足的发展，其已被广泛应用于航空、航天、精密仪器、仪表、机械制造和交通运输等领域。为此，在分析了磁悬浮技术原理及其特点的基础上，论述了磁悬浮技术在工程上的主要应用状况，并展望了磁悬浮技术的发展前景。 关键词：电磁学；磁悬浮技术；工程应用；发展前景

中图分类号：TM574 文献标识码：A 文章编号：1003─188X(2005)06─0192─03

1 磁悬浮原理及其特点

磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功率放大器等部分组成。根据在磁悬浮系统中实现稳定悬浮的电磁力的状态（是静态的还是动态的），可将磁悬浮系统划分为无源（被动）和有源（可控）两种悬浮系统。

图1为简单的有源磁悬浮系统，它是由悬浮体、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。现假设在某参考位置上，由于悬浮体受到一个向下的扰动，它将会偏离其参考位置。这时，传感器检测出悬浮体偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号；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电磁力，从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。因此，不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上，它始终能处于稳定的平衡状态[1]。

图1 磁悬浮原理图

浮体

控制器

置传感器

功放

电磁铁

据产生磁力的方式不同，磁力弹簧可被分为电磁弹簧和永磁弹簧两种。东南大学的朱美玲、袁世峰等研究了一种电磁弹簧模型[2]。在此模型中，静态力基本上由永磁体产生的力支持，外部扰动产生的振动则由通电线圈产生的电磁力来控制。

永磁弹簧通常仅由永久磁铁来提供磁力，而永久磁铁常选取稀土类磁性材料。江苏大学的钱坤喜、吕利昌等人研制了一种稀土磁力弹簧[3]。南京航空航天大学的龚余才，对稀土磁弹簧吸振器的特性进行了研究，他介绍了稀土金属制成的磁弹簧吸振器的构造和工作机理，并分析了磁弹簧刚度的可调节性及其刚度与磁弹簧的有关参数间的关系[4]。

由于磁悬浮不存在机械接触，因此具有下列优点：一是完全无磨损、无污染，可在真空和腐蚀性介质中长期使用；二是完全无机械摩擦，功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封，可用于高速工程，解决高速机械设计中润滑和能耗的问题。

对于有源式磁悬浮系统，可以控制其刚度、阻尼的大小，使其与外界干扰频率相适应，从而保持悬浮物体处于平衡状态，便于振动的主动控制。此外，对于有源式磁悬浮系统，其悬浮物体的全部运动特性可由位置传感器测得，便于实现运行状态诊断和监测。

2 磁悬浮技术应用状况

2.1 磁悬浮轴承

磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较多的两类磁悬浮技术产品；而在国外，目前磁悬浮轴承已经开始进入工业应用阶段。我国从20世纪80年代开始研究磁悬浮轴承技术，现已取得了一定的研究成果。

磁力弹簧是磁悬浮系统重要的执行器元件。根

收稿日期：2004-11-19

作者简介：徐晓美（1965-）,女，江苏泰兴人，博士研究生，(E-mail)

xxm120480@。