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磁懸浮技術(shù)（磁力克服重力使物體懸浮的技術(shù)）

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磁懸浮技術(shù)

磁力克服重力使物體懸浮的技術(shù)

磁懸浮技術(shù)（英文：electromagnetic levitation， electromagnetic suspension）簡稱EML技術(shù)或EMS技術(shù))是指利用磁力克服重力使物體懸浮的一種技術(shù)。

目前的懸浮技術(shù)主要包括磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、電懸浮、粒子束懸浮等，其中磁懸浮技術(shù)比較成熟。

磁懸浮技術(shù)實現(xiàn)形式比較多，主要可以分為系統(tǒng)自穩(wěn)的被動懸浮和系統(tǒng)不能自穩(wěn)的主動懸浮等。

磁懸浮列車是由無接觸的磁力支承、磁力導(dǎo)向和線性驅(qū)動系統(tǒng)組成的新型交通工具，主要有超導(dǎo)電動型磁懸浮列車、常導(dǎo)電磁吸力型高速磁懸浮列車以及常導(dǎo)電磁吸力型中低速磁懸浮。

基本信息

中文名	磁懸浮技術(shù)
外文名	electromagnetic levitation
時間	1900年初
主要包括	電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮
分類	主動懸浮、被動懸浮等

展開

歷史

國際

1842年，英國物理學(xué)家Earnshaw就提出了磁懸浮的概念，同時指出：單靠永久磁鐵是不能將一個鐵磁體在所有六個自由度上都保持在自由穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。

1900年初，美國，法國等專家曾提出物體擺脫自身重力阻力并高效運營的若干猜想--也就是磁懸浮的早期模型。并列出了無摩擦阻力的磁懸浮列車使用的可能性。然而，當(dāng)時由于科學(xué)技術(shù)以及材料局限性磁懸浮列車只處于猜想階段，未提出一個切實可行的辦法來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

1937年，德國的赫爾曼·肯佩爾申請了磁懸浮列車這一的專利。

20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個載人的氣墊車實驗系統(tǒng)，它是最早對磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車技術(shù)提供了實現(xiàn)的可能。1969年，德國牽引機車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型，以后命名為TR01型，該車在1km軌道上時速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。

1966年，美國科學(xué)家詹姆斯·鮑威爾和戈登·丹比提出了第一個具有實用性質(zhì)的磁懸浮運輸系統(tǒng)。

在20世紀(jì)70、80年代，磁懸浮列車系統(tǒng)繼續(xù)在德國蒂森亨舍爾測試和實施運行。德國開始命名這套磁懸浮系統(tǒng)為“磁懸浮”。

1970年代以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟實力的不斷加強，為提高交通運輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟發(fā)展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發(fā)達(dá)國家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運輸系統(tǒng)的開發(fā)。

在制造磁懸浮列車的角逐中，日本和德國是兩大競爭對手。1994年2月24日，日本的電動懸浮式磁懸浮列車，在宮崎一段74km長的試驗線上，創(chuàng)造了時速430km的日本最高記錄。1999年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在實驗線上達(dá)到時速550 km，德國經(jīng)過20年的努力，技術(shù)上已趨成熟，已具有建造運營線路的水平。原計劃在漢堡和柏林之間修建第一條時速為400 km的磁懸浮鐵路，總長度為248 km，預(yù)計2003年正式投入營運，但由于資金計劃和輻射健康問題，2002年宣布停止了這一計劃。

2009年時，國內(nèi)外研究的熱點是磁懸浮軸承和磁懸浮列車，而應(yīng)用最廣泛的是磁懸浮軸承。它的無接觸、無摩擦、使用壽命長、不用潤滑以及高精度等特殊的優(yōu)點引起世界各國科學(xué)界的特別關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界人士都對其傾注了極大的興趣和研究熱情。

2015年，日本L0型磁懸浮列車刷新了磁懸浮列車的世界記錄，達(dá)到時速603公里的記錄。

磁懸浮是利用懸浮磁力使物體處于一個無摩擦、無接觸懸浮的平衡狀態(tài)，磁懸浮看起來簡單，但是具體磁懸浮懸浮特性的實現(xiàn)卻經(jīng)歷了一個漫長的歲月。由于磁懸浮技術(shù)原理是集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號處理、機械學(xué)、動力學(xué)為一體的典型的機電一體化高新技術(shù)。伴隨著電子技術(shù)、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的進(jìn)一步的研究，磁懸浮隨之解開了其神秘一方面。

中國

1986年，西南交通大學(xué)就率先召開了磁浮技術(shù)與磁浮列車技術(shù)研究大會，成為國內(nèi)較早啟動該領(lǐng)域研究的高校科研單位。在1988年，交大磁浮團(tuán)隊完成了單自由度鐵球懸浮實驗，對電磁吸力懸浮原理有了本質(zhì)的認(rèn)識。

1989年3月，國防科技大學(xué)研制出中國第一臺磁懸浮試驗樣車。

1990年，西南交大磁浮團(tuán)隊研究成功了由 4臺小電磁鐵構(gòu)成的磁浮模型車，并實現(xiàn)了模型車的穩(wěn)定懸浮和基于直線電機的驅(qū)動。

1994年10月，連級三教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊成功地研制出了第一輛可載人4噸磁浮車及其試驗線，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定懸浮與運行，這是在磁浮列車領(lǐng)域的首次突破，標(biāo)志著開始擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁浮列車技術(shù)。該項目1996年通過科技成果鑒定，并獲該年度鐵道部科技進(jìn)步二等獎和1997年度國家科技進(jìn)步三等獎。

1995年，中國第一條磁懸浮列車試驗線在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動控制和載人運行等時速為30.0 km的試驗。西南交通大學(xué)這條試驗線的建成，標(biāo)志中國已經(jīng)掌握制造磁懸浮列車的技術(shù)。

1997年3月，青城山磁浮車工程試驗線的可行性研究通過國家科委工業(yè)科技司組織的專家評審；

1998年，青城山磁浮列車工程試驗示范線工程立項，并開始籌備建設(shè)青城山磁浮列車工程試驗線；

2001年，開始動工修建長430m的青城山磁浮列車工程試驗線。

2005年，西南交通大學(xué)與上海磁浮交通工程技術(shù)中心簽訂了“上海城軌磁浮列車車輛總體設(shè)計”合同，并于次年3月又簽訂了“上海低速（城軌）磁浮交通試驗線工程懸浮控制設(shè)備供貨及服務(wù)”合同，全面參加上海城軌磁浮試驗線磁浮列車研制。該試驗列車為三節(jié)編組，為全新結(jié)構(gòu)設(shè)計并創(chuàng)下多個“首次”：國內(nèi)首次采用整體電磁鐵結(jié)構(gòu)，首次采用五懸浮架結(jié)構(gòu)，首次采用DC330V懸浮電源，首次采用三選二懸浮傳感器，列車最高運行速度100km/h。

2008年和2009年，西南交通大學(xué)又與中國南車股份有限公司簽訂“中低速磁浮交通系統(tǒng)方案設(shè)計研究”合同，與南車株洲電力機車有限公司簽訂“中低速磁浮列車方案設(shè)計研究”合同。攻關(guān)中，交大團(tuán)隊在系統(tǒng)設(shè)計首次提出了適用于中國國情的1860mm軌距和2800mm車寬。這標(biāo)志著西南交通大學(xué)在聯(lián)合企業(yè)推進(jìn)中低速磁浮列車產(chǎn)業(yè)化的工作中又邁進(jìn)一步。

為進(jìn)一步推動中低速磁浮列車工程化，西南交大與南車株洲電力機車有限公司于2011年又簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動懸浮架試驗車懸浮控制系統(tǒng)研制”和“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動中低速磁浮列車系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究”合同；于2011年簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動中低速磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)”，全面參加了株洲中低速磁浮列車的研制。

2012年1月20日，中低速磁浮列車在南車株洲電力機車有限公司內(nèi)下線，這是一條按商業(yè)運行條件設(shè)計的磁浮列車及試驗線路，磁浮列車運行速度100km/h，能適應(yīng)試驗線各種曲線及坡道的要求。

2013年由錢清泉院士牽頭的中國工程院“中低速磁浮交通技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究”項目立項，項目研究匯聚國內(nèi)磁浮領(lǐng)域的院士專家，包括電氣工程學(xué)院和牽引動力國家重點實驗室相關(guān)專家教授，對中低速磁浮交通的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了深入研究，論證了發(fā)展中低速磁浮必在性和戰(zhàn)略意義，進(jìn)一步推動了長沙中低速磁浮工程應(yīng)用線的建設(shè)。

2015年12月26日試運行的長沙高鐵南站至黃花機場的18.55km“長沙磁浮快線”采用了此前西南交大與南車株洲電力機車有限公司研制的中低速磁浮列車系統(tǒng)技術(shù)，該列車懸浮系統(tǒng)核心技術(shù)由西南交通大學(xué)提供。

上海磁浮列車（Shanghai Maglev Train）是服務(wù)于中國上海市的磁浮系統(tǒng)。2001年年1月，上海磁浮列車工程項目啟動；3月1日，上海磁浮列車示范運營線工程舉行開工儀式；9月，上海磁浮列車工程進(jìn)入技術(shù)攻堅關(guān)鍵性階段；11月，上海磁浮列車龍陽路站架梁成功。2002年2月，上海磁浮列車系統(tǒng)設(shè)備安裝全面展開；7月，上海磁浮列車進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，軌道梁制作完成；8月，上海磁浮列車首批三節(jié)車廂運抵上海；9月，首列上海磁浮列車上線參加綜合調(diào)試；11月2日，上海磁浮列車示范運營線首根軌道梁起運；12月31日，上海磁浮列車示范運營線舉行了通車典禮。2003年10月11日，上海磁浮列車示范運營線開始開放運行。2004年1月29日，上海磁浮列車示范運營線開始全天對外試運行。2006年4月27日，上海磁浮列車示范運營線正式投入商業(yè)運營。2007年4月26日，上海磁浮列車示范運營線通過國家驗收。截至2006年4月，上海磁浮列車共開通1條線路，線路總長30千米，采用磁浮系統(tǒng)，共計2座車站投入運營。截至2017年9月5日，上海磁浮列車總計運輸乘客5000萬人次、安全運行1688萬千米。

原理

磁懸浮技術(shù)的系統(tǒng)，是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點的位移，作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

分類

抗磁質(zhì)懸浮

1842年，英國物理學(xué)家Earnshow在研究點粒子集在靜電力作用下的穩(wěn)定靜止問題時提出著名的恩肖理論，這個定理后來被推廣到滿足平方反比例定律力場中的物體靜止平衡問題。

恩肖指出，物體處于穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)需要兩個條件，物體在平衡點處合力為零同時物體在平衡點處合力的通量小于零。其中第二條件，合力通量小于零保證了物體的動態(tài)穩(wěn)定，也就是物體受到擾動后，所受到的合力仍然指向平衡點。

對于永磁體與鐵磁質(zhì)、永磁體之間的作用力滿足平方反比關(guān)系，所以根據(jù)恩肖理論，永磁體之間或者永磁體與鐵磁質(zhì)之間是不可能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁懸浮的。

恩肖理論中的兩個條件后來被布魯貝克（Braunbeck）于1939年應(yīng)用于磁介質(zhì)或者電介質(zhì)在磁場或者電場中的穩(wěn)定問題。布魯貝克指出對于相對磁導(dǎo)率小于1的磁介質(zhì)可以在靜磁場中保持穩(wěn)定。

相對磁導(dǎo)率小于1的磁材料，通常成為抗磁質(zhì)，這種磁懸浮通常稱為抗磁質(zhì)懸浮。但是抗磁質(zhì)的磁化率絕對值往往很小，目前磁化率最大的抗磁質(zhì)為熱解碳，其磁化率為-400e-6，所以抗磁質(zhì)懸浮往往需要比較強的磁場。金屬金屬鉍、銻、水以及絕大多數(shù)的有機物都是抗磁質(zhì)，2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者安德烈- 蓋姆在1997首次成功用16T的磁場將一只青蛙懸浮。

超導(dǎo)斥力懸浮

除了抗磁質(zhì)外超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時，由于邁斯納效應(yīng)磁通不能穿透超導(dǎo)體，其磁化率等于-1，所以其滿足布魯貝克推論的條件，這種懸浮稱為超導(dǎo)體斥力懸浮。

超導(dǎo)釘扎懸浮

對于非理想第二類超導(dǎo)體來說，其具有釘扎效應(yīng)，當(dāng)非理想第二類超導(dǎo)體處于混合態(tài)時，非理想第二類超導(dǎo)體可以俘獲并釘扎磁力線，與磁場產(chǎn)生釘扎力，利用釘扎效應(yīng)也可以產(chǎn)生磁懸浮，這種懸浮稱為釘扎懸浮或者量子懸浮。

渦流懸浮

對于常規(guī)磁介質(zhì)，比如弱磁性材料，其相對磁導(dǎo)率接近于1，當(dāng)其表面或者內(nèi)部產(chǎn)生渦流時，相當(dāng)于產(chǎn)生抗磁效應(yīng)，使物體等效相對磁導(dǎo)率小于1。當(dāng)然渦流懸浮也可以利用，楞次定律來解釋。渦流懸浮通常使用交流電源、電磁鐵和導(dǎo)電的弱磁材料比如銅、鋁作為懸浮物體。

電動懸浮

電動懸浮也是渦流原理，但是渦流的產(chǎn)生并不是因為磁源交變，而是因為磁體與弱磁性材料之間發(fā)生相對移動。比如，磁體（永磁體或者超導(dǎo)磁體）在鋁板或者銅板上快速移動，那么鋁板或者銅板上會感應(yīng)渦流，渦流阻礙磁體與銅板與鋁板的相對運動，運動方向產(chǎn)生磁阻力，垂直方向產(chǎn)生使物體可以懸浮浮力。

主動控制懸浮

主動控制懸浮是對不能夠自穩(wěn)的懸浮系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方法是懸浮穩(wěn)定的一種懸浮技術(shù)。電磁吸力懸浮是主動控制懸浮的一種。

此外還有諧振懸浮、自旋穩(wěn)定懸浮等多種形式的懸浮技術(shù)。

技術(shù)

空間技術(shù)

隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。至2012年的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。

一般習(xí)慣叫electromagnetic suspension (EMS)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實現(xiàn)對金屬球的懸浮。將一個金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時，高頻電磁場會在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實現(xiàn)電磁懸浮。一般通過線圈的交變電流10^4-10^6Hz。

同時，金屬上的渦流所產(chǎn)生的焦耳熱可以使金屬熔化，從而達(dá)到無容器熔煉金屬的目的。至2012年，在空間材料的研究領(lǐng)域，EML技術(shù)在微重力、無容器環(huán)境下晶體生長、固化、成核及深過冷問題的研究中發(fā)揮了重要的作用。

至2012年世界上有三種類型的磁懸浮。一是以德國為代表的常導(dǎo)電式磁懸浮，二是以日本為代表的超導(dǎo)電動磁懸浮，這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動力。而第三種，就是中國的永磁懸浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動力支持。

中國技術(shù)

2006年8月17日，“中華01號”永磁懸浮路車模型在大連舉行的2006中國國際專利技術(shù)與產(chǎn)品交易會上亮相。該模型是大連3000米永磁懸浮試驗線路的仿真微縮，專為城市之間的區(qū)域交通設(shè)計。列車在高架的磁軌上運行，設(shè)計時速230公里，既可貨運，又可客運，適用于大都市圈的交通運輸。據(jù)半島晨報報道只有在小說、科幻電影中才能見到的“大玩具”列車馬上就要出現(xiàn)在大連人身邊了。，3000米永磁懸浮試驗線擬定年底在開發(fā)區(qū)建設(shè)。2006年8月17日上午，在大連世界博覽廣場舉辦的

“2006年中國國際專利技術(shù)與產(chǎn)品交易會”上，“中華01號”1/10槽軌永磁懸浮微縮路-車格外引人注目。該車按照1/10比例微縮，幾何尺寸按實車微縮；路橋結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)、車輛結(jié)構(gòu)與懸浮功能為仿真微縮。在技術(shù)人員的操作下，懸浮在槽軌上的微縮列車十分輕巧“跑”起來，啟動、剎車十分靈活并且悄無聲息。據(jù)了解，至2012年，世界上有3種類型磁懸浮技術(shù)，即日本的超導(dǎo)電動磁懸浮、德國的常導(dǎo)電磁懸浮和中國的永磁懸浮。永磁懸浮技術(shù)是中國大連擁有核心及相關(guān)技術(shù)發(fā)明專利的原始創(chuàng)新技術(shù)。據(jù)技術(shù)人員介紹，日本和德國的磁懸浮列車在不通電的情況下，車體與槽軌是接觸在一起的，而利用永磁懸浮技術(shù)制造出的磁懸浮列車在任何情況下，車體和軌道之間都是不接觸的。中國永磁懸浮與國外磁懸浮相比有五大方面的優(yōu)勢：一是懸浮力強。二是經(jīng)濟性好。三是節(jié)能性強。四是安全性好。五是平衡性穩(wěn)定。槽軌永磁懸浮是專為城市之間的區(qū)域交通設(shè)計的，列車在高架的槽軌上運行，設(shè)計時速230公里，既可客運，又可貨運。大連磁谷科技研究所有限公司蘇珣總經(jīng)理告訴記者，3000米永磁懸浮列車線路預(yù)計在至2011年年底建設(shè)，地點擬定在開發(fā)區(qū)。2010年4月8日，中國首輛高速磁懸浮國產(chǎn)車在成都交付。該樣車由中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團(tuán)）有限公司制造，標(biāo)志著該企業(yè)已經(jīng)具備了磁懸浮車輛國產(chǎn)化、整車集成和制造能力。該高速磁浮列車可以達(dá)到每小時100公里。中航工業(yè)成飛此次交付的車輛是參照德國轉(zhuǎn)讓技術(shù)，按照上海磁浮公司的改進(jìn)方案要求研制的第一輛工程化樣車，在上海編組成列后，投入上海示范線的商業(yè)營運，并有望在世博會期間投入使用。2021年10月，“羲和號”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺在軌試驗成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進(jìn)行工程應(yīng)用。

優(yōu)缺點

優(yōu)點

磁懸浮列車有許多優(yōu)點：列車在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，不但運行速度非常快，可以超過500 千米/小時，；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)。由于無需車輪，不存在輪軌摩擦而產(chǎn)生的輪對磨損，減少了維護(hù)工作量和經(jīng)營成本。

它是21 世紀(jì)理想的超級特別快車，世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。至2012年，中國和日本、德國、英、美等國都在積極研究這種車。日本的超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)過在軌試驗，即將進(jìn)入實用階段，運行時速可達(dá)300千米以上。

磁懸浮列車運行時與軌道保持一定的間隙（一般為1—10cm），因此運行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實現(xiàn)全自動化運行。磁懸浮列車的使用壽命可達(dá)35年，而普通輪軌列車只有20—25年。磁懸浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌只有60年。目前的最高時速是日本磁浮火車在2003年達(dá)到的581公里/小時。據(jù)德國科學(xué)家預(yù)測，到20年，磁懸浮列車采用新技術(shù)后，時速將達(dá)1000公里。而當(dāng)前中國的輪軌列車運營速度最高時速為496公里（法國 TGV 電氣火車最高時速在2007年的測試中達(dá)到過574.8公里/小時）。

缺點

在陸地上的交通工具沒有輪子是很危險的。要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的制動力來克服。磁懸浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動摩擦是很危險的。而對于磁懸浮，當(dāng)遭遇突然停電，采取的是機械臂鎖死軌道強制停車，這正是磁懸浮相對于輪軌滑動摩擦制動方式而言會更加危險，會導(dǎo)致車毀人亡的悲劇，國外無一例建造正是此特點。

此外，磁懸浮列車又是高架的，發(fā)生事故時在5米高處救援很困難，沒有輪子，拖出事故現(xiàn)場困難；若區(qū)間停電，其他車輛、吊機也很難靠近。但是相比較于其他輪軌鐵路，不論高鐵、地鐵，還是輕軌，也同樣是高架的。

2006年，德國磁懸浮控制列車在試運行途中與一輛維修車相撞，報道稱車上共29人，當(dāng)場死亡23人，實際死亡25人，4人重傷。這說明磁懸浮列車突然情況下的制動能力不可靠，不如輪軌列車。說明磁懸浮列車突然情況下的制動能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上輪軌列車，且安全性沒有輪軌火車高（輪軌安全性高數(shù)十倍）。

應(yīng)用

利用“同性相斥，異性相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。世界第一條磁懸浮列車示范運營線——上海磁懸浮列車，建成后，從浦東龍陽路站到浦東國際機場，三十多公里只需7～8分鐘。上海磁懸浮列車是“常導(dǎo)磁斥型”（簡稱“常導(dǎo)型”）磁懸浮列車。是利用“同名磁極相互排斥”原理設(shè)計，是一種排斥力懸浮系統(tǒng)，利用安裝在列車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設(shè)在軌道上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的排斥力使車輛浮起來。就是說，軌道產(chǎn)生磁力的排斥力與列車的重力在一個相應(yīng)平衡的數(shù)據(jù)時，列車就會懸浮起來。

列車底部及兩側(cè)轉(zhuǎn)向架的頂部安裝電磁鐵，在“工”字軌的上方和上臂部分的下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流使電磁鐵和軌道間保持1厘米的間隙，讓轉(zhuǎn)向架和列車間的排斥力與列車重力相互平衡，利用磁鐵排斥力將列車浮起1厘米左右，使列車懸浮在軌道上運行。這必須精確控制電磁鐵的電流。

懸浮列車的驅(qū)動和同步直線電動機原理一模一樣。通俗說，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電，能將線圈變成電磁體，由于它與列車上的電磁體的相互作用，使列車開動。講得更通俗直白一點，相當(dāng)于電動機轉(zhuǎn)子和定子之間的旋轉(zhuǎn)運動變成了磁懸浮列車和軌道之間的直線運功。磁懸浮列車相當(dāng)于電動機的轉(zhuǎn)子，而軌道相當(dāng)于電動機的定子。

列車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體S極所吸引，同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體N極所排斥。列車前進(jìn)時，線圈里流動的電流方向就反過來，即原來的S極變成N極，N極變成S極。周而復(fù)始，列車就向前奔馳。

穩(wěn)定性由導(dǎo)向系統(tǒng)來控制。“常導(dǎo)型磁斥式”導(dǎo)向系統(tǒng)，是在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運行在曲線或坡道上時，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制運行目的。

“常導(dǎo)型”磁懸浮列車的構(gòu)想由德國工程師赫爾曼肯佩爾于1922年提出。

“常導(dǎo)型”磁懸浮列車及軌道和電動機的工作原理完全相同。只是把電動機的“轉(zhuǎn)子”布置在列車上，將電動機的“定子”鋪設(shè)在軌道上。通過“轉(zhuǎn)子”，“定子”間的相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動能。電動機的“定子”通電時，通過電磁感應(yīng)就可以推動“轉(zhuǎn)子”轉(zhuǎn)動。當(dāng)向軌道這個“定子”輸電時，通過電磁感應(yīng)作用，列車就像電動機的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動著做直線運動。

上海磁懸浮列車時速430公里，一個供電區(qū)內(nèi)只能允許一輛列車運行，軌道兩側(cè)25米處有隔離網(wǎng)，上下兩側(cè)也有防護(hù)設(shè)備。轉(zhuǎn)彎處半徑達(dá)8000米，肉眼觀察幾乎是一條直線；最小的半徑也達(dá)1300米。乘客不會有不適感。軌道全線兩邊50米范圍內(nèi)裝有目前國際上最先進(jìn)的隔離裝置。

相關(guān)設(shè)備

磁懸浮潛水電泵

磁懸浮潛水電泵是經(jīng)多年實踐研制而成的專利產(chǎn)品，它實現(xiàn)了世界潛水電泵領(lǐng)域重大突破，有效解決了傳統(tǒng)潛水電泵的種種弊端：如轉(zhuǎn)換效率偏低、耗電過高、揚程受限、軸承易損、檢修頻繁等。廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的供排水、農(nóng)田灌溉及高原、山區(qū)供水等領(lǐng)域。

磁懸浮潛水電泵是世界首創(chuàng)的專利技術(shù)產(chǎn)品，它以獨有的專利技術(shù)改變了潛水電泵的制造工藝，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到令人震驚的新水平，創(chuàng)造了巨大節(jié)能降耗效益。

磁懸浮潛水電泵解決了制約世界潛水電泵領(lǐng)域發(fā)展的軸向力問題，潛水電泵的揚程有了突破性提高，填補了超高揚程(單機揚程設(shè)計到上千米)和超大流量(高承載)潛水電泵的市場空白；揚程、流量曲線趨于平緩。其轉(zhuǎn)換效率、單機最高揚程均居世界領(lǐng)先地位。

磁懸浮潛水電泵是新一代潛水電泵，它實現(xiàn)了立軸磁懸浮(在不同工況下保持高效率)、不磨損，使用時間及檢修周期延長數(shù)倍，省去頻繁的定期檢修工作，可連續(xù)運轉(zhuǎn)數(shù)萬小時，節(jié)省維修、檢修費用。

磁懸浮潛水電泵通過了國家級試驗室、山東省泵類產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測。試驗數(shù)據(jù)證明，磁懸浮潛水電泵的轉(zhuǎn)換效率超過傳統(tǒng)潛水電泵，用戶使用情況結(jié)合實驗數(shù)據(jù)及領(lǐng)域內(nèi)對比，進(jìn)一步證明其高效節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率世界領(lǐng)先、單機揚程世界領(lǐng)先及高承載、超大流量、免檢修、長壽命等特點！

磁懸浮無負(fù)壓供水系統(tǒng)

磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)是一種加壓供水機組直接與市政供水管網(wǎng)聯(lián)接、在市政管網(wǎng)剩余壓力基礎(chǔ)上串聯(lián)疊壓供水而確保市政管網(wǎng)壓力不小于設(shè)定保護(hù)壓力的二次加壓供水系統(tǒng)。

磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)是在二次加壓供水系統(tǒng)運行過程中防止了負(fù)壓產(chǎn)生，消除機組運行對市政管網(wǎng)的影響，在保證不影響附近用戶用水的前提下實現(xiàn)安全、可靠、平穩(wěn)、持續(xù)供水。

磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

1、節(jié)能效果更加明顯。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)采用了磁懸浮技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的無負(fù)壓供水設(shè)備實現(xiàn)了10%以上的節(jié)能效果。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)和自來水管網(wǎng)直接串接，在自來水廠進(jìn)行一次供水管網(wǎng)壓力的條件下在對所需的壓力進(jìn)行疊加，根據(jù)壓力的不足，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾樱偈构芫W(wǎng)的余壓得到充分利用。再用水低峰期階段，供水系統(tǒng)會智能變頻實現(xiàn)極低頻率驅(qū)動，節(jié)能效果更加明顯。

2、靜音運行，易揚磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)核心機組采用磁懸浮技術(shù)，運行起來無噪音污染，為生活創(chuàng)造一個舒適的安靜的環(huán)境。

3、免檢修、長壽命。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)采用獨有的磁懸浮技術(shù)，改變了傳統(tǒng)無負(fù)壓供水設(shè)備的制作工藝，不磨損，使用時間及檢修周期延長數(shù)倍，省去頻繁的定期檢修工作，節(jié)省維修、檢修費用。

4、智能管理，全自動化運行。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)智能全自動變頻控制的，因此具備停電設(shè)備進(jìn)行自動關(guān)機，來電設(shè)備進(jìn)行自動開機的效果，對故障檢測、技術(shù)診斷及報警提醒等較為完善，促使設(shè)備管理及維護(hù)過程中存在相對簡便的優(yōu)勢。

5、安裝使用簡單。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)屬于成套供應(yīng)體系，因此用戶只需對進(jìn)出口水管進(jìn)行連接即可使用，施工周期短，占地面積小且安裝便捷。

7、有效保障供水。停電時磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)的公共供水管網(wǎng)路與用戶管網(wǎng)是直接相連，因此在停電時，雖然無負(fù)壓供水系統(tǒng)停止了運行，但供水公司一次供水壓力也能對用水需求得以滿足。

磁懸浮離心式鼓風(fēng)機

磁懸浮離心式鼓風(fēng)機是風(fēng)機的一種，它是將磁懸浮技術(shù)和高速電機技術(shù)融入傳統(tǒng)風(fēng)機之中所形成的一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型鼓風(fēng)機，廣泛應(yīng)用于工廠、礦井、隧道等的通風(fēng)；城市污水處理；風(fēng)洞風(fēng)源等工業(yè)項目中。

磁懸浮技術(shù)

磁懸浮軸承部分的主要功能是實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮。它通過內(nèi)置的徑向傳感器和軸向傳感器檢測轉(zhuǎn)軸的位移信號，將得到信號送入磁懸浮軸承控制器進(jìn)行調(diào) 理、運算和放大得到控制電流，再將該控制電流輸入徑向磁軸承和軸向磁軸承，通過電流產(chǎn)生磁場，又由磁場產(chǎn)生吸力，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮。

高速電機部分的主要功能是驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。它通過變頻電源產(chǎn)生頻率可控的交變電流，將此交變電流輸入電機定子產(chǎn)生交變的磁場，帶動轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)。

風(fēng)機部分的主要功能是實現(xiàn)鼓風(fēng)。隨轉(zhuǎn)軸一同做高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動空氣從渦殼的進(jìn)氣口進(jìn)入，空氣在渦殼的導(dǎo)向與增壓作用下便成為具有一定流速與壓力的氣體，最后從渦殼的出氣口鼓出，這就完美地實現(xiàn)了風(fēng)機的鼓風(fēng)。

前景

隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的發(fā)展，經(jīng)過多年的研究工作，國內(nèi)外對該項技術(shù)的研究都取得了很大的進(jìn)展。但是不論是在理論還是在產(chǎn)品化的過程中，該項技術(shù)都存在很多的難題，其中磁懸浮列車的技術(shù)難題是懸浮與推進(jìn)以及一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它的實現(xiàn)需要運用電子技術(shù)、電磁器件、直線電機、機械結(jié)構(gòu)、計算機、材料以及系統(tǒng)分析等方面的高技術(shù)成果。需要攻關(guān)的是組成系統(tǒng)的技術(shù)和實現(xiàn)工程化。

磁懸浮軸承面向電力工程的應(yīng)用也具有廣闊的前景，根據(jù)磁懸浮軸承的原理，研制大功率的磁懸浮軸承和飛輪儲能系統(tǒng)以減少調(diào)峰時機組啟停次數(shù)；進(jìn)行以磁懸浮軸承系統(tǒng)為基礎(chǔ)的振動控制理論的研究，將其應(yīng)用于汽輪機轉(zhuǎn)子的振動和故障分析中；通過調(diào)整磁懸浮軸承的剛度來改變汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想，從而改善轉(zhuǎn)子運行的動態(tài)特性，避免共振，提高機組運行的可靠性等，這些都將為解決電力工程中的技術(shù)難題提供嶄新的思路。

國際上對磁懸浮軸承的研究工作也非常活躍。1988年召開了第一屆國際磁懸浮軸承會議，此后每兩年召開一次。1991年，美國航空航天管理局還召開了第一次磁懸浮技術(shù)在航天中應(yīng)用的討論會。至2012年，美國、法國、瑞士、日本和中國都在大力支持開展磁懸浮軸承的研究工作。國際上的這些努力，推動了磁懸浮軸承在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)對磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實驗室階段，落后外國他的售價很高，大大限制了它在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。

2009年8月，參觀者在北京看磁懸浮列車軌道，北京城建設(shè)計研究總院的總工楊秀仁透露，北京正在做一條磁懸浮線的長期規(guī)劃———通往門頭溝的S1軌道線路正在籌劃，計劃采用中國自主研發(fā)的磁懸浮技術(shù)。而由北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司和國防科技大學(xué)合作的中低速磁浮列車，是中國唯一具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的磁懸浮列車。

社會事件

磁懸浮列車能否誘發(fā)脫發(fā)和白血病

2014年7月8日，廣東省深圳市市民在深圳地鐵大廈門前高喊抗議，反對規(guī)劃地鐵8號線采用高架磁懸浮。

大多數(shù)人認(rèn)為“磁懸浮是一個新鮮的東西，國內(nèi)外很多城市都因擔(dān)心其輻射和安全等問題，暫停了建設(shè)磁懸浮的計劃，聽專家說，磁懸浮列車的高感應(yīng)磁場對人體磁場的干擾和影響是明顯的，甚至誘發(fā)脫發(fā)和白血病。想到這些就害怕，就住在線路旁，肯定反對當(dāng)小白鼠。”

因為宇宙中沒有發(fā)現(xiàn)存在磁單極子，也就是說磁場不像電場那樣可以由點源產(chǎn)生，磁場是一個偶極場，所以磁場的強度與距離的三次方成反比，也就是說，距離是1厘米的時候，假設(shè)磁場的強度(為了嚴(yán)謹(jǐn)，這里其實是磁感應(yīng)強度)是1特斯拉，那么當(dāng)距離是2厘米的時候，磁場則變成1/8特斯拉。

因此可以看出，磁場的衰減是很厲害的，假設(shè)磁懸浮列車的電磁鐵在距離1厘米的地方能產(chǎn)生2個特斯拉的磁感應(yīng)強度，那么離電磁鐵1米的地方，磁場就是0.000002特斯拉，也就是0.02高斯——一般小區(qū)離開鐵路軌道的距離肯定在1米以上，所以磁場微乎其微。而地球本身的磁場就有0.5高斯。所以，在離磁懸浮軌道1米的地方，感受到的磁場強度比地球本身的磁場還弱，因此不存在所謂的磁場對小區(qū)的污染問題。

換句話說，鐵軌附近的磁場對人體健康無影響。

而至于另外一種說法，說磁懸浮的電磁鐵的電磁輻射會對人體產(chǎn)生影響，這取決于電磁鐵的功率，基本上，驅(qū)動磁懸浮的電磁鐵的功率對1米以外的小區(qū)的電磁輻射在中國還沒有被測量過，也沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，所以這是值得探討的——這個問題與手機基站類似，取決于基站的輻射功率。

總之，鐵軌的磁場對周遍小區(qū)是沒有影響的，民眾不要無謂恐慌。而電磁輻射部分則需要進(jìn)一步論證，尤其是主要應(yīng)該征求物理學(xué)家的意見，而不是主要征求隧道專家與鐵路工人的意見。

參考資料

[1]

“羲和號”發(fā)射成功！中國正式步入“探日”時代--經(jīng)濟·科技--人民網(wǎng) · 人民網(wǎng)[引用日期2021-10-15]

[2]

磁懸浮地鐵到底有沒有危害？ · 科學(xué)辟謠[引用日期2021-12-19]

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