磁懸浮技術的應用現(xiàn)狀

磁懸浮技術的應用現(xiàn)狀第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月主要報告內容一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理

二、磁懸浮技術的應用現(xiàn)狀三、磁懸浮技術的發(fā)展趨勢第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月懸浮：磁懸浮、電懸浮、氣懸浮磁懸浮基于磁拉（斥）力而懸浮，如圖所示。第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月磁懸浮技術類型：1.主動磁懸浮技術

2.被動磁懸浮技術

3.混合磁懸浮技術

4.超導磁懸浮技術第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1.主動磁懸浮技術采用閉環(huán)主動控制方式使懸浮體的姿態(tài)、動靜態(tài)特性等達到期望要求。即：連續(xù)地或斷續(xù)地測量懸浮體的位置，通過伺服裝置迅速地控制場力，使懸浮體相對其要求位置的偏移不超過應許的范圍。伺服控制懸浮又叫有源懸浮，如圖1所示。第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月主動磁懸浮系統(tǒng)第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月磁懸浮軸承的工作原理磁懸浮軸承工作原理圖

懸浮力：

第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2.被動磁懸浮技術

不另外提供控制能源，靠自身磁場能量支承懸浮體。又叫無源懸浮。1）電磁式：通過調整自身激磁電路本身參數(shù)來實現(xiàn)固有穩(wěn)定的懸浮。

2）永磁式：利用永磁體提供磁場能量懸浮物體。

無源懸浮僅在偏離要求位置一定的范圍內穩(wěn)定。第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2電磁式被動型磁懸浮組成圖

1）電磁式被動型磁懸浮技術第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁式被動型磁懸浮工作原理圖

第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁式被動型磁懸浮電流電感關系圖

第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁式被動磁懸浮軸承的工作原理右側

左側

電感變化電磁力變化電磁合力第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁被動懸浮力計算2）永磁式被動磁懸浮第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁磁懸浮直流電機第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁磁懸浮軸承結構第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月徑向懸浮力與徑向偏移量的關系第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月軸向懸浮力與軸向位移的關系第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.混合磁懸浮系統(tǒng)

為了提高無源懸浮的剛度，或者，因為無源懸浮僅在偏離要求位置一定的范圍內穩(wěn)定的，可以將伺服控制疊加在無源懸浮上，即有源和無源混合組成主動控制的混合磁懸浮系統(tǒng)。

第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月混合型主動磁懸浮工作原理圖

第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月混合磁懸浮軸承結構第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁電磁混合磁懸浮系統(tǒng)第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4.超導式磁懸浮技術（1）超導的基本特性1）零電阻效應T＜Tc

導體為超導態(tài)，導體處于無電阻狀態(tài)

Tc——超導的臨界轉變溫度，Tc見表所示，常用的鉍系2223，臨界最高溫度為110K。T＞Tc

導體為正常態(tài)許多金屬和合金在低溫情況下都會出現(xiàn)超導現(xiàn)象。

低溫超導：冷卻溫度低于30K，一般用液氦冷卻，成本高；高溫超導：冷卻溫度在30K以上，可用液氮冷卻，成本低。第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2）完全抗磁性

完全抗磁性即邁斯納效應：導體過渡到超導態(tài)時，原來進入此導體中的磁力線會一下子被完全排斥到超導體之外，超導體內磁感應強度變?yōu)榱恪？勾判缘拇艖腋≡恚?/p>

第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3）臨界磁場Hc

超導態(tài)除決定溫度外，還與外磁場有關。

T＜Tc

，H＜Hc

保持超導態(tài)；

H＞Hc超導態(tài)轉變?yōu)檎B(tài)（2）超導產生懸浮力的方式

1）基于邁斯納效應完全抗磁性的低溫超導斥力懸浮

2）基于部分抗磁性和釘扎性的高溫超導斥力懸浮

3）基于釘扎力的高溫超導吸力懸浮第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）超導式磁懸浮系統(tǒng)組成超導繞組與常導繞組組合可實現(xiàn)“零功率”懸浮第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、磁懸浮技術的應用第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁懸浮軸承技術第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月磁懸浮軸承支承的主軸系統(tǒng)第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月飛輪貯能系統(tǒng)結構第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月磁懸浮軸承主軸結構

第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月無軸承電機基本結構示意圖2.無軸承電機技術

第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月飛輪貯能系統(tǒng)結構比較第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月無軸承密封泵第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月無軸承人工血泵第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月兩自由度無軸承電機第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月兩自由度無軸承電機第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月多自由度無軸承電機第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.磁懸浮列車技術

第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4.磁懸浮飛機

3）具有飛機的特點，如列車兩側有“牙翼”，有點像飛機翅膀，尾部還有起平衡作用的“尾翼”，其自動控制系統(tǒng)、方向舵、車廂、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等設備都是按飛機標準設計的，具有無噪音、無污染、速度快、節(jié)約能源等優(yōu)點。特點：1）運行中離開軌道比磁懸浮列車更高，距離有8至15厘米，如同在軌道上“飛行”；2）時速非常高，可達550公里/小時；第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5.其它應用技術

第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月此外，磁懸浮技術的應用還有磁懸浮主軸系統(tǒng)、磁懸浮飛輪、磁懸浮減振器、磁懸浮電梯、磁懸浮風機（泵）、磁懸浮發(fā)電、磁懸浮關節(jié)、磁懸浮直線電機…………….。第54頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、磁懸浮技術發(fā)展現(xiàn)狀第55頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1）磁懸浮列車1842年英國物理學家恩休首先提出磁懸浮概念；1922年德國工程師赫爾曼.肯佩爾提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車專利；20世紀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行研究的系統(tǒng)。

1969年，德國牽引機車公司研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型，并在1km軌道上時速達165

km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。1994年2月，日本的電動懸浮式磁懸浮列車，在一段74

km長的試驗線上，創(chuàng)造了時速431

km的日本最高記錄。

1.國內外的研究現(xiàn)狀第56頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1999年4月日本研制的超導磁懸浮列車在實驗線上達到時速552

km，德國經(jīng)過20年的努力，技術上已趨成熟，已具有建造運營線路的水平。1989年3月，國防科技大學研制出我國第一臺磁懸浮試驗樣車。1995年，我國第一條磁懸浮列車試驗線在西南交通大學建成，并且成功進行了穩(wěn)定懸浮、導向、驅動控制和載人運行等時速為300

km的試驗。標志我國已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術。2001年，西南交通大學研制的高溫超導磁懸浮列車樣機實驗成功。

第57頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月國際上對磁懸浮軸承的研究工作也非?；钴S。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在航天中應用的討論會?，F(xiàn)在，美國、法國、瑞士、日本和我國都在大力支持開展磁懸浮軸承的研究工作。國內對磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實驗室階段，落后外國約20年。1986年，廣州機床研究所與哈爾濱工業(yè)大學首先對“磁力軸承的開發(fā)及其在FMS中的應用”這一課題進行了研究。此后，清華大學、西安交通大學、天津大學、山東科技大學、南京航空航天大學等都在進行這方面的研究工作。

2）磁懸浮軸承第58頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3）無軸承電機自1991年以來，瑞士、日本、美國、德國等國家先后提出和研制了不同類型的無軸承電機。相繼提出了內外置永磁型、感應型、磁阻型、同步磁阻型、永磁同步型等磁軸承。并進行了一些測量比較，提