磁悬浮技术及其工程应用.pdf

2005 年 11 月农机化研究第 6 期

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

据产生磁力的方式不同,磁力弹簧可被分为电磁弹
1 磁悬浮原理及其特点
簧和永磁弹簧两种。东南大学的朱美玲、袁世峰等
磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机械接触地研究了一种电磁弹簧模型[2]。在此模型中,静态力
悬浮起来,该装置由传感器、控制器、电磁铁和功基本上由永磁体产生的力支持,外部扰动产生的振
率放大器等部分组成。根据在磁悬浮系统中实现稳动则由通电线圈产生的电磁力来控制。
定悬浮的电磁力的状态(是静态的还是动态的),可永磁弹簧通常仅由永久磁铁来提供磁力,而永
将磁悬浮系统划分为无源(被动)和有源(可控) 久磁铁常选取稀土类磁性材料。江苏大学的钱坤喜、
两种悬浮系统。吕利昌等人研制了一种稀土磁力弹簧[3]。南京航空
图 1 为简单的有源磁悬浮系统,它是由悬浮体、航天大学的龚余才,对稀土磁弹簧吸振器的特性进
传感器、控制器和执行器 4 部分组成。其中,执行行了研究,他介绍了稀土金属制成的磁弹簧吸振器
器包括电磁铁和功率放大器两部分。现假设在某参的构造和工作机理,并分析了磁弹簧刚度的可调节
考位置上,由于悬浮体受到一个向下的扰动,它将性及其刚度与磁弹簧的有关参数间的关系[4]。
会偏离其参考位置。这时,传感器检测出悬浮体偏由于磁悬浮不存在机械接触,因此具有下列优
离参考点的位移,作为控制器的微处理器将检测的点:一是完全无磨损、无污染,可在真空和腐蚀性
位移变换成控制信号;功率放大器将这一控制信号介质中长期使用;二是完全无机械摩擦,功耗小、
转换成控制电流,控制电流在执行磁铁中产生电磁噪声低、效率高,不需润滑和密封,可用于高速工
力,从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。因此, 程,解决高速机械设计中润滑和能耗的问题。
不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上,它始终能对于有源式磁悬浮系统,可以控制其刚度、阻
处于稳定的平衡状态[1]。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
功放电磁铁外,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
悬浮体
控制器断和监测。
位置传感器
2 磁悬浮技术应用状况

磁悬浮轴承
图 1 磁悬浮原理图磁悬浮轴承与磁悬浮列车是目前国内外研究较
磁力弹簧是磁悬浮系统重要的执行器元件。根多的两类磁悬浮技术产品;而在国外,目前磁悬浮
收稿日期:2004-11-19 轴承已