磁悬浮技术的原理(扬大)详解.pptx

磁悬浮技术的原理及应用现状 曾 励 ——扬州大学机械工程学院 主要报告内容 一、磁悬浮系统的组成原理 二、磁悬浮技术的应用现状 三、磁悬浮技术的发展趋势 一、磁悬浮系统的组成原理 悬浮： 磁悬浮、电悬浮、气悬浮 磁悬浮基于磁拉（斥）力而悬浮，如图所示。 磁悬浮技术类型： 1.主动磁悬浮技术 2.被动磁悬浮技术 3.混合磁悬浮技术 4.超导磁悬浮技术 1.主动磁悬浮技术 采用闭环主动控制方式使悬浮体的姿态、动静态特性等达到期望要求。即：连续地或断续地测量悬浮体的位置，通过伺服装置迅速地控制场力，使悬浮体相对其要求位置的偏移不超过应许的范围。伺服控制悬浮又叫有源悬浮，如图1所示。 主动磁悬浮系统 磁悬浮轴承的工作原理 磁悬浮轴承工作原理图 悬浮力： 2.被动磁悬浮技术 不另外提供控制能源，靠自身磁场能量支承悬浮体。又叫无源悬浮。 1）电磁式：通过调整自身激磁电路本身参数来实现固有稳定的悬浮。 2）永磁式：利用永磁体提供磁场能量悬浮物体。 无源悬浮仅在偏离要求位置一定的范围内稳定。 图2 电磁式被动型磁悬浮组成图 1）电磁式被动型磁悬浮技术 电磁式被动型磁悬浮工作原理图 电磁式被动型磁悬浮电流电感关系图 电磁式被动磁悬浮轴承的工作原理 右侧 左侧 电感变化 电磁力变化 电磁合力 永磁被动悬浮力计算 2）永磁式被动磁悬浮 永磁磁悬浮直流电机 永磁磁悬浮轴承结构 径向悬浮力与径向偏移量的关系 轴向悬浮力与轴向位移的关系 3.混合磁悬浮系统 为了提高无源悬浮的刚度，或者，因为无源悬浮仅在偏离要求位置一定的范围内稳定的，可以将伺服控制叠加在无源悬浮上，即有源和无源混合组成主动控制的混合磁悬浮系统。 混合型主动磁悬浮工作原理图 混合磁悬浮轴承结构 永磁电磁混合磁悬浮系统 4.超导式磁悬浮技术 （1）超导的基本特性 1）零电阻效应 T＜Tc 导体为超导态，导体处于无电阻状态 Tc ——超导的临界转变温度， Tc见表所示，常用的铋系2223，临界最高温度为110K。 T＞Tc 导体为正常态 许多金属和合金在低温情况下都会出现超导现象。 低温超导：冷却温度低于30K，一般用液氦冷却，成本高； 高温超导：冷却温度在30K以上，可用液氮冷却，成本低。 2）完全抗磁性 完全抗磁性即迈斯纳效应：导体过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外，超导体内磁感应强度变为零。 抗磁性的磁悬浮原理： 3）临界磁场Hc 超导态除决定温度外，还与外磁场有关。 T＜Tc ， H＜Hc 保持超导态； H＞Hc 超导态转变为正常态 （2）超导产生悬浮力的方式 1）基于迈斯纳效应完全抗磁性的低温超导斥力悬浮 2）基于部分抗磁性和钉扎性的高温超导斥力悬浮 3）基于钉扎力的高温超导吸力悬浮 （3）超导式磁悬浮系统组成 超导绕组与常导绕组组合可实现“零功率”悬浮 二、磁悬浮技术的应用 1. 磁悬浮轴承技术 磁悬浮轴承支承的主轴系统 飞轮贮能系统结构 磁悬浮轴承主轴结构 无轴承电机基本结构 示意图 2.无轴承电机技术 飞轮贮能系统结构比较 无轴承密封泵 无轴承人工血泵 两自由度无轴承电机 两自由度无轴承电机 多自由度无轴承电机 3.磁悬浮列车技术 4.磁悬浮飞机 3）具有飞机的特点，如列车两侧有“牙翼”，有点像飞机翅膀，尾部还有起平衡作用的“尾翼”，其自动控制系统、方向舵、车厢、卫星定位系统等设备都是按飞机标准设计的，具有无噪音、无污染、速度快、节约能源等优点。 特点： 1）运行中离开轨道比磁悬浮列车更高，距离有8至15厘米，如同在轨道上“飞行”； 2）时速非常高，可达550公里/小时； 5.其它应用技术 此外，磁悬浮技术的应用还有磁悬浮主轴系统、磁悬浮飞轮、磁悬浮减振器、磁悬浮电梯、磁悬浮风机（泵）、磁悬浮发电、磁悬浮关节、磁悬浮直线电机…………….。 三、磁悬浮技术发展现状 1）磁悬浮列车 1842年英国物理学家恩休首先提出磁悬浮概念；1922年德国工程师赫尔曼.肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车专利； 20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。 1969年，德国牵引机车公司研制出小型磁悬浮列车系统模型，并在1km轨道上时速达165?km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。 1994年2月，日本的电动悬浮式磁