磁悬浮原理（电磁悬浮原理）

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磁悬浮原理（电磁悬浮原理）

磁悬浮的简单原理

磁悬浮的简单原理；

磁悬浮是基于涡流原理，磁体和弱磁性材料相对运动。例如，如果磁体（永磁体或超导磁体）在铝板或铜板上快速移动，则会在铝板或铜板上感应出涡流，涡流会阻碍磁体与铜板和铝板的相对运动，在运动方向上产生磁阻，在垂直方向上产生浮力，使物体漂浮。

磁悬浮列车的工作原理是什么？

磁悬浮列车的原理:

使用安装在车辆两侧转向架上的普通导电磁铁（悬浮电磁铁）和铺设在轨道上的磁铁，磁场产生的吸引力将使车辆悬浮。车辆和轨道表面之间的间隙与吸引力成反比。

为了保证这种悬浮的可靠性和列车的平稳运行，并使直线电机具有更高的功率，需要精确控制电磁铁中的电流以保持磁场强度和悬浮力的稳定，并在车体和导轨之间保持约10 mm的间隙。

通常，用于测量间隙的气隙传感器用于执行系统的反馈控制。这种悬挂方式不需要专门的着陆支撑装置和辅助着陆轮，对控制系统的要求可以略低。

由于超导磁体的电阻为零，它在运行中几乎不消耗能量，磁场强度非常高。超导体和导轨之间的强大排斥力可以使车辆悬浮起来。当车辆向下移动时，超导磁体与悬浮线圈之间的距离减小，电流增加，悬浮力增加，车辆自动返回初始悬浮位置。

这种差距与速度有关，车体只有在达到100 km/h时才能浮动，因此车辆必须配备机械辅助支撑装置，如辅助支撑车轮和相应的弹簧支撑，以确保列车安全可靠地着陆。控制系统应能实现启动和停止的精确控制。

情况

由于成本高、功耗大、辐射大、不可靠等特点，磁悬浮列车的前景并不理想。普通导向磁悬浮列车可以达到400-500公里/小时，超导磁悬浮列车可以达到500-600公里/小时，其高速度使其在1000-1500公里的旅行距离中优于飞行。

因为没有轮子，没有摩擦力，它比目前最先进的高铁多消耗30%的电力。在500公里/小时的速度下，每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2，比汽车少30%。因为没有轮轨接触，所以振动大，舒适性不好，但严重的颠簸也需要极高的车辆和轨道维护成本。

磁悬浮列车运行时不会与轨道摩擦，因此噪音很低。磁悬浮列车一般通过平地或翻越空5米高的山丘，开山挖沟，不可避免地对生态环境造成破坏。磁悬浮列车在轨道上运行，按照飞机的防火标准收费。

悬浮磁悬浮的原理是什么？

磁悬浮列车是一种利用磁极相互吸引和排斥的高科技交通工具。简单来说，斥力使火车悬浮空，重力使火车移动。

磁悬浮列车装有电磁铁，铁路底部装有线圈。通电后，接地线圈产生的磁场极性始终与列车上电磁铁的极性相同，它们“同性相斥”，使列车悬浮。线圈也安装在铁轨的两侧，交流电将线圈变成电磁铁。它与火车上的电磁铁相互作用，使火车向前行驶。列车头部的电磁体（N极）被轨道前部的电磁体（S极）吸引，被轨道后部的电磁体（N极）排斥-结果是一个“推力”和一个“拉力”。磁悬浮列车在运行时与轨道保持一定的间隙（一般为1-10厘米），因此运行安全、平稳、舒适，无噪音，可实现全自动运行。磁悬浮列车的使用寿命可以达到35年，而普通轮轨列车的使用寿命只有20-25年。磁悬浮列车轨道的使用寿命为80年，而普通轨道的使用寿命仅为60年。磁悬浮列车在启动后的39秒内达到了最高速度，目前的最高速度为每小时552公里。根据德国科学家的预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后的速度将达到每小时1000公里。普通轮轨列车的最高时速为300公里。

磁悬浮列车基于“同性相斥，异性相吸”的原理，使磁铁具有对抗重力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米的位置，并以空的速度行驶，创造了在“零高度”空之间飞行的奇迹。

上海磁悬浮列车是世界上第一条磁悬浮列车示范运营线路。建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场只需6-7分钟。

上海磁悬浮列车是一种“恒磁吸式”（简称“恒导式”），它是根据“异性相吸”的原理设计的，是一种吸力悬浮系统。使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，通过磁场产生的吸力使车辆悬浮。

电磁铁安装在列车底部和两侧转向架顶部。感应板和感应钢板分别安装在工字形轨道的上方和上臂的下方。控制电磁铁的电流，电磁铁与轨道之间保持1cm的间隙，利用列车的重力平衡转向架与列车之间的吸引力。通过磁铁的吸引，火车可以悬浮1厘米左右，火车可以悬浮在铁轨上。这必须精确控制电磁铁的电流。

悬浮列车的驱动原理与同步直线电机完全相同。一般来说，在轨道两侧线圈中流动的交流电可以使线圈变成电磁铁，由于与列车上的电磁铁相互作用，列车将启动。

列车头部电磁铁的N极被安装在前轨道上的电磁铁的S极吸引，并被安装在后轨道上的电磁铁的N极排斥。当列车前进时，线圈中的电流反向流动，即原来的S极变成了N极，N极变成了S极。当周期交替时，火车将向前行驶。

稳定性由导航系统控制。“恒磁引力”导向系统是安装在列车侧面用于导向的一组电磁铁。当列车左右偏离时，列车上的导向电磁铁与导轨侧面相互作用产生排斥力，使车辆回到正常位置。当列车在弯道或坡道上行驶时，控制系统可以通过控制导向磁铁中的电流来控制运行。

“正常定向”磁悬浮列车的想法是由德国工程师赫尔曼·科尔普斯特在1922年提出的。

“法向”磁悬浮列车，轨道和电机的工作原理完全相同。只需将电机的“转子”安排在列车上，并将电机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”和“定子”之间的相互作用，电能转化为正动能。我们知道，当电机的“定子”通电时，可以通过电磁感应带动“转子”旋转。当电力传输到轨道的“定子”时，通过电磁感应驱动列车像电机的“转子”一样直线运动。

上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区域只能运行一列列车。赛道两侧25米处有隔离网，两侧有防护设备。弯道半径8000米，肉眼几乎是一条直线；最小半径也是1300米。乘客不会感到不舒服。整条轨道两侧50米范围内安装了世界上最先进的隔离装置。

磁悬浮列车的优势:

列车悬浮在铁轨上方，铁轨与车辆不接触，因此运行速度快，可超过500公里/小时，运行平稳舒适，易于实现自动控制；无噪音和有害废气，有利于环境保护；可以节省建设资金；运行、维护和能耗成本低。

磁悬浮的原理是什么？

类别:教育/科学科学技术工程技术科学

分析:

磁悬浮列车的工作原理（示意图）

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610g/用户1/张祖熙/档案/2006/988

自1825年世界上第一条标准轨距铁路出现以来，轮轨列车一直是人们出行的交通工具。然而，随着列车速度的提高，车轮与钢轨之间的剧烈碰撞使列车产生强烈的振动和噪声，使乘客感到不适。因为列车速度越高，阻力越大。所以当火车的速度超过每小时300公里时，就很难再加速了。

如果火车能从铁轨上漂浮起来，火车车轮和铁轨之间的摩擦力就会消除，火车的速度就会大大提高。但是如何让火车从铁轨上漂浮起来呢？科学家们想到了两种解决方案:一种是空气漂浮法，即使火车将大量空空气吹向铁轨地面，也可以通过其反作用力使火车漂浮起来；另一种是磁悬浮法，利用两个同名磁极之间的磁斥力或两个不同名磁极之间的磁引力使列车从轨道上漂浮起来。在陆地上使用气浮不仅会激起大量的灰尘，还会产生大量的噪音，对环境造成很大的污染，因此不适合使用。这使得磁悬浮列车成为研究和试验的主要手段。

目前世界上磁悬浮列车主要有两种形式，一种是推斥式；另一种是吸入。斥力公式是利用两块极性相同的磁铁产生的斥力使火车漂浮起来。这种磁悬浮列车的车厢两侧安装了具有强磁场的超导电磁铁。当车辆行驶时，该电磁铁的磁场切割安装在轨道两侧的铝环，产生感应电流和极性相反的磁场，将车辆推离轨道表面并悬浮在空中。但在静止状态下，由于没有切割电位和电流，车辆无法悬浮，只能像飞机一样用车轮支撑车身。当车辆由线性马达驱动且速度达到80 km/h以上时，车辆停止。吸入式是基于两块磁铁相互吸引的原理。电磁铁放置在轨道下方，固定在车体的转向架上。当两块磁铁产生强大的磁场并相互吸引时，火车就可以悬浮起来。这种吸力磁悬浮列车无论是静止还是运动都能保持稳定的悬浮状态。我国这次研制的中低速磁悬浮列车就属于这种类型。

“如果你离开了”是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力，使列车悬浮在轨道上。运行过程中，车体与轨道处于“若即若离”的状态，磁悬浮间隙约1厘米，因此有“零高度飞机”的美誉。与普通轮轨列车相比，它具有低噪声、低能耗、无污染、安全舒适、高速高效等特点，被认为是一种前景广阔的新型交通工具。特别是这种中低速磁悬浮列车转弯半径小，爬坡能力强，特别适合城市轨道交通。

德国和日本是世界上最早开展磁悬浮列车研究的国家。1989年，德国研发的超快速磁悬浮列车在埃姆斯兰试验线上达到了每小时436公里的速度。磁悬浮列车是日本开发的磁悬浮列车，1997年12月在山梨县的试验线上创下了每小时550公里的世界纪录。经过长期反复的争论，德国和日本都认为磁悬浮列车有可能在下世纪中叶之前在自己的国家投入运营。

磁悬浮列车的工作原理

磁悬浮列车是现代高科技发展的产物。其原理是利用电磁力抵消地球引力，通过直线电机使列车悬浮在轨道上（悬浮间隙约为1厘米）。其研究制造涉及自动控制、电力电子技术、直线推进技术、机械设计制造、故障监测与诊断等诸多学科。技术非常复杂，是一个国家科技实力和工业水平的重要标志。与普通轮轨列车相比，具有低噪音、无污染、安全舒适、高速高效等特点，有“零高度飞机”的美誉。它是一种前景广阔的新型交通工具，特别适用于城市轨道交通。磁悬浮列车根据悬浮方式的不同一般分为推斥式和吸入式，根据运行速度又有高速和中低速之分。国防科大这次研制的磁悬浮列车属于恒导恒吸中低速磁悬浮列车。

磁悬浮列车的类型

磁悬浮列车可分为两类:常导型和超导型。常导磁悬浮又称常导磁悬浮，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表。它利用普通DC电磁铁的电磁吸引原理来悬浮列车，悬浮气隙很小，一般为10毫米左右。正常定向的高速磁悬浮列车每小时可达400 ~ 500公里，适用于城市之间的长距离快速交通。超导磁悬浮列车又称超导磁斥力，以日本磁悬浮为代表。它利用超导磁体产生的强磁场与列车运行时安装在地面上的线圈相互作用，产生电斥力使列车悬浮。悬浮气隙较大，一般在100毫米左右，时速可达500公里以上。这两种磁悬浮列车各有优缺点，经济技术指标也各不相同。德国倾向于前者，集中力量发展恒电导率高速磁悬浮技术。另一方面，日本对后者持乐观态度，并完全致力于高速超导磁悬浮技术。

德国正常运行的磁悬浮列车

正常导向磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下悬浮与导向电磁铁的电磁吸力，通过与地面轨道两侧绕组的磁反应使列车悬浮。在车辆下部的导向电磁铁和轨道磁铁的作用下，车轮和轨道保持一定的横向距离，从而实现车轮和轨道在水平和垂直方向上的非接触支撑和非接触导向。车辆与行驶轨道之间的悬挂间隙为10毫米，这是由一套高精度电子调节系统保证的。由于悬浮和导向实际上与列车的运行速度无关，因此即使列车停止时仍然可以进入悬浮状态。

采用同步直线电机原理驱动常导磁悬浮列车。车辆下部支撑的电磁铁线圈相当于同步直线电机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相动磁场驱动绕组相当于同步直线电机的电枢和长定子绕组。根据电机的工作原理，当作为定子的电枢线圈通电时，电机的转子由于电磁感应而被驱动旋转。同样，当沿线布置的变电站向轨道内部的驱动绕组提供三相调频和调幅功率时，轴承系统和列车将因电磁感应而被推动做类似于电机“转子”的直线运动。因此，在悬浮状态下，列车完全可以实现非接触式牵引和制动。

日本的超导磁悬浮列车

超导磁悬浮列车的最大特点是其超导元件在相当低的温度下具有完全的导电性和抗磁性。超导磁体由超导材料制成的超导线圈组成。它不仅具有零电流电阻，而且可以传导普通电线无法比拟的强大电流。这一特点使得制造体积小、功率大的电磁铁成为可能。

超导磁悬浮列车的车辆装有车载超导磁体，形成感应功率集成装置，列车的驱动绕组和浮动导向绕组安装在地面导轨的两侧。车辆上的感应功率集成装置由功率集成绕组、感应功率集成超导磁体和浮动导向超导磁体组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供相同速度和频率的三相交流电时，将产生移动的电磁场，从而在列车导轨上产生电磁波。此时，列车上的车载超导磁体将受到与移动磁场同步的推力，而正是这种推力推动列车前进。这就像冲浪一样。冲浪者站在海浪上，被海浪推着前进。和冲浪运动员一样，超导磁悬浮列车也要处理如何在运动电磁波峰值时精确控制运动的问题。因此，在地面导轨上安装了高精度仪器来检测车辆的位置，并根据检测器发送的信息调整三相交流电的供应方式，以精确控制电磁波形状，使列车运行良好。

超导磁悬浮列车也由沿线分布的变电站向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电驱动，并由列车下方的功率集成绕组感应，实现非接触式牵引和制动。地面导轨两侧的浮动导向绕组与外部电源无关。当列车接近绕组时，列车超导磁体的强电磁感应会自动在地面绕组中感应出电流，因此感应电流与超导磁体之间会产生电磁力，从而使列车悬浮，精密传感器会检测轨道与列车之间的间隙，使其始终保持100毫米的悬浮间隙同时，与悬浮绕组电连接的导向绕组也将产生电磁导向力，确保列车在任何速度下都能稳定地运行在轨道中心。

目前存在的技术问题

尽管磁悬浮列车技术有许多上述优点，但它仍有一些缺点:

（1）由于磁悬浮系统通过电磁力完成悬浮、导向和驱动功能，因此磁悬浮在断电后的安全措施，尤其是列车在断电后的制动仍是一个有待解决的问题。其高速稳定性和可靠性需要长期测试。

（2）常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路平整度、路基沉降和道岔结构的要求高于超导技术。

（3）由于涡流效应，超导磁悬浮技术比常规磁悬浮技术消耗更多的能量，并且其冷却系统体积庞大。强磁场对人体和环境有影响。