磁懸浮技術(shù)的原理(揚(yáng)大)

1、磁懸浮技術(shù)的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀曾 勵(lì)揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院主要報(bào)告內(nèi)容主要報(bào)告內(nèi)容一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理 二、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀二、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀三、磁懸浮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、磁懸浮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理 懸?。簯腋。捍艖腋?、電懸浮、氣懸浮磁懸浮、電懸浮、氣懸浮磁懸浮基于磁拉（斥）力而懸浮，如圖磁懸浮基于磁拉（斥）力而懸浮，如圖所示。所示。2220200222 ()AdRUFdxAxx , x F0 xU, x F0 xUg222020222()UwdRgFdxgw xx 磁懸浮技術(shù)類(lèi)型：磁懸浮技術(shù)類(lèi)型： 1. 1.主動(dòng)磁懸浮技

2、術(shù)主動(dòng)磁懸浮技術(shù) 2.2.被動(dòng)磁懸浮技術(shù)被動(dòng)磁懸浮技術(shù) 3.3.混合磁懸浮技術(shù)混合磁懸浮技術(shù) 4.4.超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)1.1.主動(dòng)磁懸浮技術(shù)主動(dòng)磁懸浮技術(shù) 采用閉環(huán)主動(dòng)控制方式使懸浮體的采用閉環(huán)主動(dòng)控制方式使懸浮體的姿態(tài)、動(dòng)靜態(tài)特性等達(dá)到期望要求。姿態(tài)、動(dòng)靜態(tài)特性等達(dá)到期望要求。即：連續(xù)地或斷續(xù)地測(cè)量懸浮體的位即：連續(xù)地或斷續(xù)地測(cè)量懸浮體的位置，通過(guò)伺服裝置迅速地控制場(chǎng)力，置，通過(guò)伺服裝置迅速地控制場(chǎng)力，使懸浮體相對(duì)其要求位置的偏移不超使懸浮體相對(duì)其要求位置的偏移不超過(guò)應(yīng)許的范圍。伺服控制懸浮又叫有過(guò)應(yīng)許的范圍。伺服控制懸浮又叫有源懸浮，如圖源懸浮，如圖1 1所示。所示。主動(dòng)磁懸浮

3、系統(tǒng)22212120220102()()IIFFFNAgggg磁懸浮軸承的工作原理磁懸浮軸承工作原理圖磁懸浮軸承工作原理圖 2221202200()()()()IiIiFFFNAgxgx懸浮力：懸浮力： 2.2.被動(dòng)磁懸浮技術(shù)被動(dòng)磁懸浮技術(shù) 不另外提供控制能源，靠自身磁場(chǎng)能不另外提供控制能源，靠自身磁場(chǎng)能量支承懸浮體。又叫無(wú)源懸浮。量支承懸浮體。又叫無(wú)源懸浮。 1 1）電磁式：通過(guò)調(diào)整自身激磁電路本）電磁式：通過(guò)調(diào)整自身激磁電路本身參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)固有穩(wěn)定的懸浮。身參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)固有穩(wěn)定的懸浮。 2 2）永磁式：利用永磁體提供磁場(chǎng)能量）永磁式：利用永磁體提供磁場(chǎng)能量懸浮物體。懸浮物體。 無(wú)源懸浮僅在偏離

4、要求位置一定的范無(wú)源懸浮僅在偏離要求位置一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定。圍內(nèi)穩(wěn)定。圖圖2 2 電磁式被動(dòng)型磁懸浮組成圖電磁式被動(dòng)型磁懸浮組成圖 1）電磁式被動(dòng)型磁懸浮技術(shù)）電磁式被動(dòng)型磁懸浮技術(shù)xgANL021xgANL022電磁式被動(dòng)型磁懸浮工作原理圖電磁式被動(dòng)型磁懸浮工作原理圖 xgANL021xgANL022電磁式被動(dòng)型磁懸浮電流電感關(guān)系圖電磁式被動(dòng)型磁懸浮電流電感關(guān)系圖 電磁式被動(dòng)磁懸浮軸承的工作原理電磁式被動(dòng)磁懸浮軸承的工作原理 右側(cè)右側(cè) 左側(cè)左側(cè) xgANL021xgANL02220211)()(xgANiF20222)()(xgANiF22212122200()()iiFFFNAgxgx電感變

5、化電感變化電磁力變化電磁力變化電磁合力電磁合力永磁被動(dòng)懸浮力計(jì)算永磁被動(dòng)懸浮力計(jì)算2）永磁式被動(dòng)磁懸?。┯来攀奖粍?dòng)磁懸浮xU00A UURx22020122UAFAx永磁永磁磁懸浮直流電機(jī)磁懸浮直流電機(jī)永磁永磁磁懸浮軸磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)承結(jié)構(gòu)徑向懸浮力與徑向偏移量的關(guān)系徑向懸浮力與徑向偏移量的關(guān)系軸向懸浮力與軸向位移的關(guān)系3.3.混合磁懸浮系統(tǒng)混合磁懸浮系統(tǒng) 為了提高無(wú)源懸浮的剛度，或者，為了提高無(wú)源懸浮的剛度，或者，因?yàn)闊o(wú)源懸浮僅在偏離要求位置一定因?yàn)闊o(wú)源懸浮僅在偏離要求位置一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定的，可以將伺服控制疊的范圍內(nèi)穩(wěn)定的，可以將伺服控制疊加在無(wú)源懸浮上，即有源和無(wú)源混合加在無(wú)源懸浮上，即有源

6、和無(wú)源混合組成主動(dòng)控制的混合磁懸浮系統(tǒng)。組成主動(dòng)控制的混合磁懸浮系統(tǒng)。 混合型主動(dòng)磁懸浮工作原理圖混合型主動(dòng)磁懸浮工作原理圖 20022222002()U gU NFAxigxgxUUii混合磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)混合磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)永磁電磁混合磁懸浮系統(tǒng)4.超導(dǎo)式磁懸浮技術(shù)超導(dǎo)式磁懸浮技術(shù)二、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用二、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用 1. 磁懸浮軸承技術(shù)磁懸浮軸承技術(shù)磁懸浮軸承支承的主軸系統(tǒng)飛輪貯能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)飛輪貯能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁懸浮軸承主軸結(jié)構(gòu)磁懸浮軸承主軸結(jié)構(gòu) 無(wú)軸承電機(jī)基本結(jié)構(gòu)無(wú)軸承電機(jī)基本結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖2.無(wú)軸承電機(jī)技術(shù)無(wú)軸承電機(jī)技術(shù) 飛輪貯能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較飛輪貯能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較 無(wú)軸承密封泵無(wú)軸承密封

7、泵 無(wú)軸承人工血泵無(wú)軸承人工血泵 兩自由度無(wú)軸承電機(jī)兩自由度無(wú)軸承電機(jī)兩自由度無(wú)軸承電機(jī)兩自由度無(wú)軸承電機(jī)1512345678917161413121110多自由度無(wú)軸承電機(jī)多自由度無(wú)軸承電機(jī)3.磁懸浮列車(chē)技術(shù)磁懸浮列車(chē)技術(shù) 5.其它應(yīng)用技術(shù)其它應(yīng)用技術(shù) 此外，磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用還有磁懸浮主此外，磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用還有磁懸浮主軸系統(tǒng)、磁懸浮飛輪、磁懸浮減振器、軸系統(tǒng)、磁懸浮飛輪、磁懸浮減振器、磁懸浮電梯、磁懸浮風(fēng)機(jī)（泵）、磁懸磁懸浮電梯、磁懸浮風(fēng)機(jī)（泵）、磁懸浮發(fā)電、磁懸浮關(guān)節(jié)、磁懸浮直線電浮發(fā)電、磁懸浮關(guān)節(jié)、磁懸浮直線電機(jī)機(jī). .。三、磁懸浮技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、磁懸浮技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1）磁懸浮列車(chē)）磁

8、懸浮列車(chē)1842年英國(guó)物理學(xué)家恩休首先提出磁懸浮概念；年英國(guó)物理學(xué)家恩休首先提出磁懸浮概念；1922年德國(guó)工程師赫爾曼年德國(guó)工程師赫爾曼.肯佩爾提出了電磁懸浮原肯佩爾提出了電磁懸浮原理，并于理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車(chē)專利；年申請(qǐng)了磁懸浮列車(chē)專利；20世紀(jì)世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了年代，世界上出現(xiàn)了3個(gè)載人的氣墊車(chē)實(shí)驗(yàn)個(gè)載人的氣墊車(chē)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁懸浮列車(chē)進(jìn)行研究的系統(tǒng)。系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁懸浮列車(chē)進(jìn)行研究的系統(tǒng)。 1969年，德國(guó)牽引機(jī)車(chē)公司研制出小型磁懸浮列車(chē)年，德國(guó)牽引機(jī)車(chē)公司研制出小型磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)模型，并在系統(tǒng)模型，并在1km軌道上時(shí)速達(dá)軌道上時(shí)速達(dá)165 km，這是磁，這

9、是磁懸浮列車(chē)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。懸浮列車(chē)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。1994年年2月，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車(chē)，在一月，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車(chē)，在一段段74 km長(zhǎng)的試驗(yàn)線上，創(chuàng)造了時(shí)速長(zhǎng)的試驗(yàn)線上，創(chuàng)造了時(shí)速431 km的日本的日本最高記錄。最高記錄。 1.1.國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1999年年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在實(shí)驗(yàn)線上達(dá)月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在實(shí)驗(yàn)線上達(dá)到時(shí)速到時(shí)速552 km，德國(guó)經(jīng)過(guò)，德國(guó)經(jīng)過(guò)20年的努力，技術(shù)上已趨年的努力，技術(shù)上已趨成熟，已具有建造運(yùn)營(yíng)線路的水平。成熟，已具有建造運(yùn)營(yíng)線路的水平。1989年年3月，國(guó)防科技大學(xué)研制出我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮月，國(guó)防科技

10、大學(xué)研制出我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮試驗(yàn)樣車(chē)。試驗(yàn)樣車(chē)。1995年，我國(guó)第一條磁懸浮列車(chē)試驗(yàn)線在西南交通年，我國(guó)第一條磁懸浮列車(chē)試驗(yàn)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(dòng)大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)控制和載人運(yùn)行等時(shí)速為控制和載人運(yùn)行等時(shí)速為300 km的試驗(yàn)。標(biāo)志我國(guó)的試驗(yàn)。標(biāo)志我國(guó)已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車(chē)的技術(shù)。已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車(chē)的技術(shù)。2001年，西南交通大學(xué)研制的高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)年，西南交通大學(xué)研制的高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)成功。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)成功。 國(guó)際上對(duì)磁懸浮軸承的研究工作也非?；钴S。國(guó)際上對(duì)磁懸浮軸承的研究工作也非?；钴S。1988 年召開(kāi)了年召開(kāi)了第

11、一屆國(guó)際磁懸浮軸承會(huì)議，此后每?jī)赡暾匍_(kāi)一次。第一屆國(guó)際磁懸浮軸承會(huì)議，此后每?jī)赡暾匍_(kāi)一次。1991年，年，美國(guó)航空航天管理局還召開(kāi)了第一次磁懸浮技術(shù)在航天中應(yīng)美國(guó)航空航天管理局還召開(kāi)了第一次磁懸浮技術(shù)在航天中應(yīng)用的討論會(huì)。現(xiàn)在，美國(guó)、法國(guó)、瑞士、日本和我國(guó)都在大用的討論會(huì)?，F(xiàn)在，美國(guó)、法國(guó)、瑞士、日本和我國(guó)都在大力支持開(kāi)展磁懸浮軸承的研究工作。力支持開(kāi)展磁懸浮軸承的研究工作。國(guó)內(nèi)對(duì)磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，國(guó)內(nèi)對(duì)磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，落后外國(guó)約落后外國(guó)約20年。年。1986年，廣州機(jī)床研究所與哈爾濱工業(yè)大年，廣州機(jī)床研究所與哈爾濱工業(yè)大學(xué)首先對(duì)學(xué)

12、首先對(duì)“磁力軸承的開(kāi)發(fā)及其在磁力軸承的開(kāi)發(fā)及其在FMS中的應(yīng)用中的應(yīng)用”這一課題這一課題進(jìn)行了研究。此后，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、進(jìn)行了研究。此后，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、山東科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等都在進(jìn)行這方面的研究山東科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等都在進(jìn)行這方面的研究工作。工作。 2 2）磁懸浮軸承）磁懸浮軸承3 3）無(wú)軸承電機(jī)）無(wú)軸承電機(jī)自自1991年以來(lái)，瑞士、日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家先后提出年以來(lái)，瑞士、日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家先后提出和研制了不同類(lèi)型的無(wú)軸承電機(jī)。相繼提出了內(nèi)外置永磁型、和研制了不同類(lèi)型的無(wú)軸承電機(jī)。相繼提出了內(nèi)外置永磁型、感應(yīng)型、磁阻型、同步磁阻型、永磁同步型等磁軸承。并進(jìn)感應(yīng)型、磁阻型、同步磁阻型、永磁同步型等磁軸承。并進(jìn)行了一些測(cè)量比較，提出了控制結(jié)構(gòu)；行了一些測(cè)量比較，提出了控制結(jié)構(gòu)； 國(guó)內(nèi)對(duì)磁軸承的研究起步較晚，同外國(guó)相比有一定的差距。國(guó)內(nèi)對(duì)磁軸承的研究起步較晚，同外國(guó)相比有一定的差距。目前，西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)已成功研制了無(wú)軸目前，西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)已成功研制了無(wú)