磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

磁懸浮技術(shù)的應(yīng)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(nèi)容一、磁懸浮系統(tǒng)的組成原理

二、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀三、磁懸浮技術(shù)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(shù)類型：1.主動磁懸浮技術(shù)

2.被動磁懸浮技術(shù)

3.混合磁懸浮技術(shù)

4.超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1.主動磁懸浮技術(shù)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(dá)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(yīng)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(shù)

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(diào)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(nèi)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(shù)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(guān)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(cè)

左側(cè)

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(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(dǎo)式磁懸浮技術(shù)（1）超導(dǎo)的基本特性1）零電阻效應(yīng)T＜Tc

導(dǎo)體為超導(dǎo)態(tài)，導(dǎo)體處于無電阻狀態(tài)

Tc——超導(dǎo)的臨界轉(zhuǎn)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(dǎo)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(dǎo)現(xiàn)象。

低溫超導(dǎo)：冷卻溫度低于30K，一般用液氦冷卻，成本高；高溫超導(dǎo)：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(yīng)：導(dǎo)體過渡到超導(dǎo)態(tài)時，原來進(jìn)入此導(dǎo)體中的磁力線會一下子被完全排斥到超導(dǎo)體之外，超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強度變?yōu)榱??？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(dǎo)態(tài)除決定溫度外，還與外磁場有關(guān)。

T＜Tc

，H＜Hc

保持超導(dǎo)態(tài)；

H＞Hc超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)（2）超導(dǎo)產(chǎn)生懸浮力的方式

1）基于邁斯納效應(yīng)完全抗磁性的低溫超導(dǎo)斥力懸浮

2）基于部分抗磁性和釘扎性的高溫超導(dǎo)斥力懸浮

3）基于釘扎力的高溫超導(dǎo)吸力懸浮第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）超導(dǎo)式磁懸浮系統(tǒng)組成超導(dǎo)繞組與常導(dǎo)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(shù)的應(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月磁懸浮軸承主軸結(jié)構(gòu)

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

第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月飛輪貯能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)

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(cè)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(shè)備都是按飛機標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(dá)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(yīng)用技術(shù)

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(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、磁懸浮電梯、磁懸浮風(fēng)機（泵）、磁懸浮發(fā)電、磁懸浮關(guān)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(shù)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(xué)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(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)。

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(dá)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(nèi)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(dǎo)磁懸浮列車在實驗線上達(dá)到時速552

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。1989年3月，國防科技大學(xué)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(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300

km的試驗。標(biāo)志我國已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術(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(shù)在航天中應(yīng)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(nèi)對磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實驗室階段，落后外國約20年。1986年，廣州機床研究所與哈爾濱工業(yè)大學(xué)首先對“磁力軸承的開發(fā)及其在FMS中的應(yīng)用”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)、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。

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(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)行了一些測量比較，提