1．目的及意义

1.目的及意义

1.1研究背景

磁悬浮技术（electromagnetic levitation）简称EML技术，是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。在目前的悬浮技术中（主要包括磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、电悬浮、粒子束悬浮等），磁悬浮技术是一种相对而言更为成熟的技术。磁悬浮技术的发展始于上世纪,恩思霍斯(Eamshanws)发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮,此现象于1939年由布鲁贝克(Braunbeck)进行了严格的理论证明，但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。近年来，磁悬浮技术得到了迅速发展，并得到越来越广泛的应用。随着现代科学技术的发展，比如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术的进步，使得磁悬浮技术迅速崛起，各国都投入大量的人力、物力进行研究。磁悬浮技术由于具有无接触的特点，避免了物体之间的摩擦和磨损，能延长设备的使用寿命，并改善设备的运行条件，因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。

磁悬浮技术的系统，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^[1]。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。

图1.1 磁悬浮原理图

磁悬浮技术的应用范围从高速磁轴承到高速悬浮列车,以及大气隙的风洞磁悬浮模型等各个领域。磁悬浮轴承的研究是国外一个非常活跃的研究方向^[2],典型对象是发电机的磁悬浮轴承(又称磁力轴承)。主动式磁悬浮轴承(AMB)以其无机械磨损、无噪声、寿命长、无润滑油污染等特点而广泛应用于航空、航天、核反应堆、真空泵、超洁净环境、飞轮储能等领域。在各种旋转机械(如电机、压缩机、风机、水泵、机床主轴等)中采用电磁轴承取代传统的机械轴承，除了在提高工作转速、减少摩擦磨损、降低功耗等方面使机组整体性能得到明显的改善之外，更为重要的是:通过电磁轴承技术，同时将信息技术、微电子技术和计算机技术方便地集成到一大类以处理材料、能量传递与转换为主要目标的传统机械产品中去，促进产品的智能化、小型化、集成化和数字化，从而带动传统机械产品的改造与升级^[3]。

除民用工业之外,电磁轴承在军工和空间技术领域占有特别重要的地位，例如在超低温泵新一代战机中的高温燃气轮机、微尺度机械加工、空间陀螺、储能飞轮、导弹发射装置等机械电子装备中都可以发现众多在特殊工况和环境下应用电磁轴承技术的成功范例^[4]。

磁悬浮列车是由无接触的磁力支承、磁力导向和线性驱动系统组成的新型交通工具^[5]。主要有超导电动型磁悬浮列车、常导电磁吸力型高速磁悬浮列车以及常导电磁吸力型中低速磁悬浮列车。而磁悬浮列车所应用的技术则是基于以下三种磁悬浮技术：一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，三是中国的永磁悬浮。对于前两种磁悬浮技术而言，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力；而第三种，就是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。据技术人员介绍，日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下，车体与槽轨是接触在一起的，而利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下，车体和轨道之间都是不接触的。中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有以下五大方面的优势：（1）悬浮力强;（2）经济性好;（3）节能性强;（4）安全性好;（5）平衡性稳定。

通过利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成之后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需7～8分钟。上海磁悬浮列车是“常导磁斥型”（简称“常导型”）磁悬浮列车，是利用“同名磁极相互排斥”原理设计，其是一种排斥力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁和铺设在轨道上的磁铁在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来。就是说，轨道产生磁力的排斥力与列车的重力在一个相应平衡的数据时，列车就会悬浮起来。