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磁懸浮技術(shù)
磁力克服重力使物體懸浮的技術(shù)
磁懸浮技術(shù)（英文：electromagnetic levitation， electromagnetic suspension）簡稱EML技術(shù)或EMS技術(shù))是指利用磁力克服重力使物體懸浮的一種技術(shù)。
磁懸浮技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式比較多，主要可以分為系統(tǒng)自穩(wěn)的被動(dòng)懸浮和系統(tǒng)不能自穩(wěn)的主動(dòng)懸浮等。
磁懸浮列車是由無接觸的磁力支承、磁力導(dǎo)向和線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具，主要有超導(dǎo)電動(dòng)型磁懸浮列車、常導(dǎo)電磁吸力型高速磁懸浮列車以及常導(dǎo)電磁吸力型中低速磁懸浮。
基本信息
| 中文名 | 磁懸浮技術(shù) |
| 外文名 | electromagnetic levitation |
| 時(shí)間 | 1900年初 |
| 主要包括 | 電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮 |
| 分類 | 主動(dòng)懸浮、被動(dòng)懸浮等 |
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歷史
國際
1842年，英國物理學(xué)家Earnshaw就提出了磁懸浮的概念，同時(shí)指出：單靠永久磁鐵是不能將一個(gè)鐵磁體在所有六個(gè)自由度上都保持在自由穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。
1900年初，美國，法國等專家曾提出物體擺脫自身重力阻力并高效運(yùn)營的若干猜想--也就是磁懸浮的早期模型。并列出了無摩擦阻力的磁懸浮列車使用的可能性。然而，當(dāng)時(shí)由于科學(xué)技術(shù)以及材料局限性磁懸浮列車只處于猜想階段，未提出一個(gè)切實(shí)可行的辦法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
1937年，德國的赫爾曼·肯佩爾申請了磁懸浮列車這一的專利。
20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個(gè)載人的氣墊車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。1969年，德國牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型，以后命名為TR01型，該車在1km軌道上時(shí)速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個(gè)里程碑。
1966年，美國科學(xué)家詹姆斯·鮑威爾和戈登·丹比提出了第一個(gè)具有實(shí)用性質(zhì)的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)。
在20世紀(jì)70、80年代，磁懸浮列車系統(tǒng)繼續(xù)在德國蒂森亨舍爾測試和實(shí)施運(yùn)行。德國開始命名這套磁懸浮系統(tǒng)為“磁懸浮”。
1970年代以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發(fā)達(dá)國家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。
在制造磁懸浮列車的角逐中，日本和德國是兩大競爭對手。1994年2月24日，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車，在宮崎一段74km長的試驗(yàn)線上，創(chuàng)造了時(shí)速430km的日本最高記錄。1999年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在實(shí)驗(yàn)線上達(dá)到時(shí)速550 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(yùn)營線路的水平。原計(jì)劃在漢堡和柏林之間修建第一條時(shí)速為400 km的磁懸浮鐵路，總長度為248 km，預(yù)計(jì)2003年正式投入營運(yùn)，但由于資金計(jì)劃和輻射健康問題，2002年宣布停止了這一計(jì)劃。
2009年時(shí)，國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是磁懸浮軸承和磁懸浮列車，而應(yīng)用最廣泛的是磁懸浮軸承。它的無接觸、無摩擦、使用壽命長、不用潤滑以及高精度等特殊的優(yōu)點(diǎn)引起世界各國科學(xué)界的特別關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界人士都對其傾注了極大的興趣和研究熱情。
磁懸浮是利用懸浮磁力使物體處于一個(gè)無摩擦、無接觸懸浮的平衡狀態(tài)，磁懸浮看起來簡單，但是具體磁懸浮懸浮特性的實(shí)現(xiàn)卻經(jīng)歷了一個(gè)漫長的歲月。由于磁懸浮技術(shù)原理是集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化高新技術(shù)。伴隨著電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的進(jìn)一步的研究，磁懸浮隨之解開了其神秘一方面。
中國
1986年，西南交通大學(xué)就率先召開了磁浮技術(shù)與磁浮列車技術(shù)研究大會(huì)，成為國內(nèi)較早啟動(dòng)該領(lǐng)域研究的高?？蒲袉挝?。在1988年，交大磁浮團(tuán)隊(duì)完成了單自由度鐵球懸浮實(shí)驗(yàn)，對電磁吸力懸浮原理有了本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
1989年3月，國防科技大學(xué)研制出中國第一臺(tái)磁懸浮試驗(yàn)樣車。
1990年，西南交大磁浮團(tuán)隊(duì)研究成功了由 4臺(tái)小電磁鐵構(gòu)成的磁浮模型車，并實(shí)現(xiàn)了模型車的穩(wěn)定懸浮和基于直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
1994年10月，連級(jí)三教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功地研制出了第一輛可載人4噸磁浮車及其試驗(yàn)線，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定懸浮與運(yùn)行，這是在磁浮列車領(lǐng)域的首次突破，標(biāo)志著開始擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁浮列車技術(shù)。該項(xiàng)目1996年通過科技成果鑒定，并獲該年度鐵道部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和1997年度國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
1995年，中國第一條磁懸浮列車試驗(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)控制和載人運(yùn)行等時(shí)速為30.0 km的試驗(yàn)。西南交通大學(xué)這條試驗(yàn)線的建成，標(biāo)志中國已經(jīng)掌握制造磁懸浮列車的技術(shù)。
1997年3月，青城山磁浮車工程試驗(yàn)線的可行性研究通過國家科委工業(yè)科技司組織的專家評審；
1998年，青城山磁浮列車工程試驗(yàn)示范線工程立項(xiàng)，并開始籌備建設(shè)青城山磁浮列車工程試驗(yàn)線；
2001年，開始動(dòng)工修建長430m的青城山磁浮列車工程試驗(yàn)線。
2005年，西南交通大學(xué)與上海磁浮交通工程技術(shù)中心簽訂了“上海城軌磁浮列車車輛總體設(shè)計(jì)”合同，并于次年3月又簽訂了“上海低速（城軌）磁浮交通試驗(yàn)線工程懸浮控制設(shè)備供貨及服務(wù)”合同，全面參加上海城軌磁浮試驗(yàn)線磁浮列車研制。該試驗(yàn)列車為三節(jié)編組，為全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并創(chuàng)下多個(gè)“首次”：國內(nèi)首次采用整體電磁鐵結(jié)構(gòu)，首次采用五懸浮架結(jié)構(gòu)，首次采用DC330V懸浮電源，首次采用三選二懸浮傳感器，列車最高運(yùn)行速度100km/h。
2008年和2009年，西南交通大學(xué)又與中國南車股份有限公司簽訂“中低速磁浮交通系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)研究”合同，與南車株洲電力機(jī)車有限公司簽訂“中低速磁浮列車方案設(shè)計(jì)研究”合同。攻關(guān)中，交大團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)首次提出了適用于中國國情的1860mm軌距和2800mm車寬。這標(biāo)志著西南交通大學(xué)在聯(lián)合企業(yè)推進(jìn)中低速磁浮列車產(chǎn)業(yè)化的工作中又邁進(jìn)一步。
為進(jìn)一步推動(dòng)中低速磁浮列車工程化，西南交大與南車株洲電力機(jī)車有限公司于2011年又簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)懸浮架試驗(yàn)車懸浮控制系統(tǒng)研制”和“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)中低速磁浮列車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究”合同；于2011年簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)中低速磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)”，全面參加了株洲中低速磁浮列車的研制。
2012年1月20日，中低速磁浮列車在南車株洲電力機(jī)車有限公司內(nèi)下線，這是一條按商業(yè)運(yùn)行條件設(shè)計(jì)的磁浮列車及試驗(yàn)線路，磁浮列車運(yùn)行速度100km/h，能適應(yīng)試驗(yàn)線各種曲線及坡道的要求。
2013年由錢清泉院士牽頭的中國工程院“中低速磁浮交通技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目立項(xiàng)，項(xiàng)目研究匯聚國內(nèi)磁浮領(lǐng)域的院士專家，包括電氣工程學(xué)院和牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)專家教授，對中低速磁浮交通的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了深入研究，論證了發(fā)展中低速磁浮必在性和戰(zhàn)略意義，進(jìn)一步推動(dòng)了長沙中低速磁浮工程應(yīng)用線的建設(shè)。
2015年12月26日試運(yùn)行的長沙高鐵南站至黃花機(jī)場的18.55km“長沙磁浮快線”采用了此前西南交大與南車株洲電力機(jī)車有限公司研制的中低速磁浮列車系統(tǒng)技術(shù)，該列車懸浮系統(tǒng)核心技術(shù)由西南交通大學(xué)提供。
上海磁浮列車（Shanghai Maglev Train）是服務(wù)于中國上海市的磁浮系統(tǒng)。2001年年1月，上海磁浮列車工程項(xiàng)目啟動(dòng)；3月1日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線工程舉行開工儀式；9月，上海磁浮列車工程進(jìn)入技術(shù)攻堅(jiān)關(guān)鍵性階段；11月，上海磁浮列車龍陽路站架梁成功。2002年2月，上海磁浮列車系統(tǒng)設(shè)備安裝全面展開；7月，上海磁浮列車進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，軌道梁制作完成；8月，上海磁浮列車首批三節(jié)車廂運(yùn)抵上海；9月，首列上海磁浮列車上線參加綜合調(diào)試；11月2日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線首根軌道梁起運(yùn)；12月31日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線舉行了通車典禮。2003年10月11日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線開始開放運(yùn)行。2004年1月29日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線開始全天對外試運(yùn)行。2006年4月27日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線正式投入商業(yè)運(yùn)營。2007年4月26日，上海磁浮列車示范運(yùn)營線通過國家驗(yàn)收。截至2006年4月，上海磁浮列車共開通1條線路，線路總長30千米，采用磁浮系統(tǒng)，共計(jì)2座車站投入運(yùn)營。截至2017年9月5日，上海磁浮列車總計(jì)運(yùn)輸乘客5000萬人次、安全運(yùn)行1688萬千米。
原理
磁懸浮技術(shù)的系統(tǒng)，是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng)，就會(huì)偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。
分類
抗磁質(zhì)懸浮
1842年，英國物理學(xué)家Earnshow在研究點(diǎn)粒子集在靜電力作用下的穩(wěn)定靜止問題時(shí)提出著名的恩肖理論，這個(gè)定理后來被推廣到滿足平方反比例定律力場中的物體靜止平衡問題。
恩肖指出，物體處于穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)需要兩個(gè)條件，物體在平衡點(diǎn)處合力為零同時(shí)物體在平衡點(diǎn)處合力的通量小于零。其中第二條件，合力通量小于零保證了物體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，也就是物體受到擾動(dòng)后，所受到的合力仍然指向平衡點(diǎn)。
對于永磁體與鐵磁質(zhì)、永磁體之間的作用力滿足平方反比關(guān)系，所以根據(jù)恩肖理論，永磁體之間或者永磁體與鐵磁質(zhì)之間是不可能產(chǎn)生穩(wěn)定的磁懸浮的。
恩肖理論中的兩個(gè)條件后來被布魯貝克（Braunbeck）于1939年應(yīng)用于磁介質(zhì)或者電介質(zhì)在磁場或者電場中的穩(wěn)定問題。布魯貝克指出對于相對磁導(dǎo)率小于1的磁介質(zhì)可以在靜磁場中保持穩(wěn)定。
相對磁導(dǎo)率小于1的磁材料，通常成為抗磁質(zhì)，這種磁懸浮通常稱為抗磁質(zhì)懸浮。但是抗磁質(zhì)的磁化率絕對值往往很小，目前磁化率最大的抗磁質(zhì)為熱解碳，其磁化率為-400e-6，所以抗磁質(zhì)懸浮往往需要比較強(qiáng)的磁場。金屬金屬鉍、銻、水以及絕大多數(shù)的有機(jī)物都是抗磁質(zhì)，2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈- 蓋姆在1997首次成功用16T的磁場將一只青蛙懸浮。
超導(dǎo)斥力懸浮
除了抗磁質(zhì)外超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，由于邁斯納效應(yīng)磁通不能穿透超導(dǎo)體，其磁化率等于-1，所以其滿足布魯貝克推論的條件，這種懸浮稱為超導(dǎo)體斥力懸浮。
超導(dǎo)釘扎懸浮
對于非理想第二類超導(dǎo)體來說，其具有釘扎效應(yīng)，當(dāng)非理想第二類超導(dǎo)體處于混合態(tài)時(shí)，非理想第二類超導(dǎo)體可以俘獲并釘扎磁力線，與磁場產(chǎn)生釘扎力，利用釘扎效應(yīng)也可以產(chǎn)生磁懸浮，這種懸浮稱為釘扎懸浮或者量子懸浮。
渦流懸浮
對于常規(guī)磁介質(zhì)，比如弱磁性材料，其相對磁導(dǎo)率接近于1，當(dāng)其表面或者內(nèi)部產(chǎn)生渦流時(shí)，相當(dāng)于產(chǎn)生抗磁效應(yīng)，使物體等效相對磁導(dǎo)率小于1。當(dāng)然渦流懸浮也可以利用，楞次定律來解釋。渦流懸浮通常使用交流電源、電磁鐵和導(dǎo)電的弱磁材料比如銅、鋁作為懸浮物體。
電動(dòng)懸浮
電動(dòng)懸浮也是渦流原理，但是渦流的產(chǎn)生并不是因?yàn)榇旁唇蛔?，而是因?yàn)榇朋w與弱磁性材料之間發(fā)生相對移動(dòng)。比如，磁體（永磁體或者超導(dǎo)磁體）在鋁板或者銅板上快速移動(dòng)，那么鋁板或者銅板上會(huì)感應(yīng)渦流，渦流阻礙磁體與銅板與鋁板的相對運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生磁阻力，垂直方向產(chǎn)生使物體可以懸浮浮力。
主動(dòng)控制懸浮
主動(dòng)控制懸浮是對不能夠自穩(wěn)的懸浮系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方法是懸浮穩(wěn)定的一種懸浮技術(shù)。電磁吸力懸浮是主動(dòng)控制懸浮的一種。
此外還有諧振懸浮、自旋穩(wěn)定懸浮等多種形式的懸浮技術(shù)。
技術(shù)
空間技術(shù)
隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。至2012年的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。
一般習(xí)慣叫electromagnetic suspension (EMS)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實(shí)現(xiàn)對金屬球的懸浮。將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時(shí)，高頻電磁場會(huì)在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個(gè)洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實(shí)現(xiàn)電磁懸浮。一般通過線圈的交變電流10^4-10^6Hz。
同時(shí)，金屬上的渦流所產(chǎn)生的焦耳熱可以使金屬熔化，從而達(dá)到無容器熔煉金屬的目的。至2012年，在空間材料的研究領(lǐng)域，EML技術(shù)在微重力、無容器環(huán)境下晶體生長、固化、成核及深過冷問題的研究中發(fā)揮了重要的作用。
至2012年世界上有三種類型的磁懸浮。一是以德國為代表的常導(dǎo)電式磁懸浮，二是以日本為代表的超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮，這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動(dòng)力。而第三種，就是中國的永磁懸浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動(dòng)力支持。
中國技術(shù)
2006年8月17日，“中華01號(hào)”永磁懸浮路車模型在大連舉行的2006中國國際專利技術(shù)與產(chǎn)品交易會(huì)上亮相。該模型是大連3000米永磁懸浮試驗(yàn)線路的仿真微縮，專為城市之間的區(qū)域交通設(shè)計(jì)。列車在高架的磁軌上運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)速230公里，既可貨運(yùn)，又可客運(yùn)，適用于大都市圈的交通運(yùn)輸。據(jù)半島晨報(bào)報(bào)道 只有在小說、科幻電影中才能見到的“大玩具”列車馬上就要出現(xiàn)在大連人身邊了。，3000米永磁懸浮試驗(yàn)線擬定年底在開發(fā)區(qū)建設(shè)。2006年8月17日上午，在大連世界博覽廣場舉辦的
“2006年中國國際專利技術(shù)與產(chǎn)品交易會(huì)”上，“中華01號(hào)”1/10槽軌永磁懸浮微縮路-車格外引人注目。該車按照1/10比例微縮，幾何尺寸按實(shí)車微縮；路橋結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)、車輛結(jié)構(gòu)與懸浮功能為仿真微縮。在技術(shù)人員的操作下，懸浮在槽軌上的微縮列車十分輕巧“跑”起來，啟動(dòng)、剎車十分靈活并且悄無聲息。據(jù)了解，至2012年，世界上有3種類型磁懸浮技術(shù)，即日本的超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮、德國的常導(dǎo)電磁懸浮和中國的永磁懸浮。永磁懸浮技術(shù)是中國大連擁有核心及相關(guān)技術(shù)發(fā)明專利的原始創(chuàng)新技術(shù)。據(jù)技術(shù)人員介紹，日本和德國的磁懸浮列車在不通電的情況下，車體與槽軌是接觸在一起的，而利用永磁懸浮技術(shù)制造出的磁懸浮列車在任何情況下，車體和軌道之間都是不接觸的。中國永磁懸浮與國外磁懸浮相比有五大方面的優(yōu)勢：一是懸浮力強(qiáng)。二是經(jīng)濟(jì)性好。三是節(jié)能性強(qiáng)。四是安全性好。五是平衡性穩(wěn)定。槽軌永磁懸浮是專為城市之間的區(qū)域交通設(shè)計(jì)的，列車在高架的槽軌上運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)速230公里，既可客運(yùn)，又可貨運(yùn)。大連磁谷科技研究所有限公司蘇珣總經(jīng)理告訴記者，3000米永磁懸浮列車線路預(yù)計(jì)在至2011年年底建設(shè)，地點(diǎn)擬定在開發(fā)區(qū)。2010年4月8日，中國首輛高速磁懸浮國產(chǎn)車在成都交付。該樣車由中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司制造，標(biāo)志著該企業(yè)已經(jīng)具備了磁懸浮車輛國產(chǎn)化、整車集成和制造能力。該高速磁浮列車可以達(dá)到每小時(shí)100公里。中航工業(yè)成飛此次交付的車輛是參照德國轉(zhuǎn)讓技術(shù)，按照上海磁浮公司的改進(jìn)方案要求研制的第一輛工程化樣車，在上海編組成列后，投入上海示范線的商業(yè)營運(yùn)，并有望在世博會(huì)期間投入使用。2021年10月，“羲和號(hào)”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進(jìn)行工程應(yīng)用。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
磁懸浮列車有許多優(yōu)點(diǎn)：列車在鐵軌上方懸浮運(yùn)行，鐵軌與車輛不接觸，不但運(yùn)行速度非?？欤梢猿^500 千米/小時(shí)，；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)。由于無需車輪，不存在輪軌摩擦而產(chǎn)生的輪對磨損，減少了維護(hù)工作量和經(jīng)營成本。
它是21 世紀(jì)理想的超級(jí)特別快車，世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。至2012年，中國和日本、德國、英、美等國都在積極研究這種車。日本的超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)過在軌試驗(yàn)，即將進(jìn)入實(shí)用階段，運(yùn)行時(shí)速可達(dá)300千米以上。
磁懸浮列車運(yùn)行時(shí)與軌道保持一定的間隙（一般為1—10cm），因此運(yùn)行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。磁懸浮列車的使用壽命可達(dá)35年，而普通輪軌列車只有20—25年。磁懸浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌只有60年。目前的最高時(shí)速是日本磁浮火車在2003年達(dá)到的581公里/小時(shí)。據(jù)德國科學(xué)家預(yù)測，到20年，磁懸浮列車采用新技術(shù)后，時(shí)速將達(dá)1000公里。而當(dāng)前中國的輪軌列車運(yùn)營速度最高時(shí)速為496公里（法國 TGV 電氣火車最高時(shí)速在2007年的測試中達(dá)到過574.8公里/小時(shí)）。
缺點(diǎn)
在陸地上的交通工具沒有輪子是很危險(xiǎn)的。要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的制動(dòng)力來克服。磁懸浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動(dòng)摩擦是很危險(xiǎn)的。而對于磁懸浮，當(dāng)遭遇突然停電，采取的是機(jī)械臂鎖死軌道強(qiáng)制停車，這正是磁懸浮相對于輪軌滑動(dòng)摩擦制動(dòng)方式而言會(huì)更加危險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致車毀人亡的悲劇，國外無一例建造正是此特點(diǎn)。
此外，磁懸浮列車又是高架的，發(fā)生事故時(shí)在5米高處救援很困難，沒有輪子，拖出事故現(xiàn)場困難；若區(qū)間停電，其他車輛、吊機(jī)也很難靠近。但是相比較于其他輪軌鐵路，不論高鐵、地鐵，還是輕軌，也同樣是高架的。
2006年，德國磁懸浮控制列車在試運(yùn)行途中與一輛維修車相撞，報(bào)道稱車上共29人，當(dāng)場死亡23人，實(shí)際死亡25人，4人重傷。這說明磁懸浮列車突然情況下的制動(dòng)能力不可靠，不如輪軌列車。說明磁懸浮列車突然情況下的制動(dòng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上輪軌列車，且安全性沒有輪軌火車高（輪軌安全性高數(shù)十倍）。
應(yīng)用
利用“同性相斥，異性相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。世界第一條磁懸浮列車示范運(yùn)營線——上海磁懸浮列車，建成后，從浦東龍陽路站到浦東國際機(jī)場，三十多公里只需7～8分鐘。上海磁懸浮列車是“常導(dǎo)磁斥型”（簡稱“常導(dǎo)型”）磁懸浮列車。是利用“同名磁極相互排斥”原理設(shè)計(jì)，是一種排斥力懸浮系統(tǒng)，利用安裝在列車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設(shè)在軌道上的磁鐵，在磁場作用下產(chǎn)生的排斥力使車輛浮起來。就是說，軌道產(chǎn)生磁力的排斥力與列車的重力在一個(gè)相應(yīng)平衡的數(shù)據(jù)時(shí)，列車就會(huì)懸浮起來。
列車底部及兩側(cè)轉(zhuǎn)向架的頂部安裝電磁鐵，在“工”字軌的上方和上臂部分的下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流使電磁鐵和軌道間保持1厘米的間隙，讓轉(zhuǎn)向架和列車間的排斥力與列車重力相互平衡，利用磁鐵排斥力將列車浮起1厘米左右，使列車懸浮在軌道上運(yùn)行。這必須精確控制電磁鐵的電流。
懸浮列車的驅(qū)動(dòng)和同步直線電動(dòng)機(jī)原理一模一樣。通俗說，在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變成電磁體，由于它與列車上的電磁體的相互作用，使列車開動(dòng)。講得更通俗直白一點(diǎn)，相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了磁懸浮列車和軌道之間的直線運(yùn)功。磁懸浮列車相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，而軌道相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的定子。
列車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體S極所吸引，同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體N極所排斥。列車前進(jìn)時(shí)，線圈里流動(dòng)的電流方向就反過來，即原來的S極變成N極，N極變成S極。周而復(fù)始，列車就向前奔馳。
穩(wěn)定性由導(dǎo)向系統(tǒng)來控制?！俺?dǎo)型磁斥式”導(dǎo)向系統(tǒng)，是在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時(shí)，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運(yùn)行在曲線或坡道上時(shí)，控制系統(tǒng)通過對導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制運(yùn)行目的。
“常導(dǎo)型”磁懸浮列車的構(gòu)想由德國工程師赫爾曼 肯佩爾于1922年提出。
“常導(dǎo)型”磁懸浮列車及軌道和電動(dòng)機(jī)的工作原理完全相同。只是把電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”布置在列車上，將電動(dòng)機(jī)的“定子”鋪設(shè)在軌道上。通過“轉(zhuǎn)子”，“定子”間的相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)能。電動(dòng)機(jī)的“定子”通電時(shí)，通過電磁感應(yīng)就可以推動(dòng)“轉(zhuǎn)子”轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)向軌道這個(gè)“定子”輸電時(shí)，通過電磁感應(yīng)作用，列車就像電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)著做直線運(yùn)動(dòng)。
上海磁懸浮列車時(shí)速430公里，一個(gè)供電區(qū)內(nèi)只能允許一輛列車運(yùn)行，軌道兩側(cè)25米處有隔離網(wǎng)，上下兩側(cè)也有防護(hù)設(shè)備。轉(zhuǎn)彎處半徑達(dá)8000米，肉眼觀察幾乎是一條直線；最小的半徑也達(dá)1300米。乘客不會(huì)有不適感。軌道全線兩邊50米范圍內(nèi)裝有目前國際上最先進(jìn)的隔離裝置。
相關(guān)設(shè)備
磁懸浮潛水電泵是經(jīng)多年實(shí)踐研制而成的專利產(chǎn)品，它實(shí)現(xiàn)了世界潛水電泵領(lǐng)域重大突破，有效解決了傳統(tǒng)潛水電泵的種種弊端：如轉(zhuǎn)換效率偏低、耗電過高、揚(yáng)程受限、軸承易損、檢修頻繁等。廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的供排水、農(nóng)田灌溉及高原、山區(qū)供水等領(lǐng)域。
磁懸浮潛水電泵是世界首創(chuàng)的專利技術(shù)產(chǎn)品，它以獨(dú)有的專利技術(shù)改變了潛水電泵的制造工藝，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到令人震驚的新水平，創(chuàng)造了巨大節(jié)能降耗效益。
磁懸浮潛水電泵解決了制約世界潛水電泵領(lǐng)域發(fā)展的軸向力問題，潛水電泵的揚(yáng)程有了突破性提高，填補(bǔ)了超高揚(yáng)程(單機(jī)揚(yáng)程設(shè)計(jì)到上千米)和超大流量(高承載)潛水電泵的市場空白；揚(yáng)程、流量曲線趨于平緩。其轉(zhuǎn)換效率、單機(jī)最高揚(yáng)程均居世界領(lǐng)先地位。
磁懸浮潛水電泵是新一代潛水電泵，它實(shí)現(xiàn)了立軸磁懸浮(在不同工況下保持高效率)、不磨損，使用時(shí)間及檢修周期延長數(shù)倍，省去頻繁的定期檢修工作，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)萬小時(shí)，節(jié)省維修、檢修費(fèi)用。
磁懸浮潛水電泵通過了國家級(jí)試驗(yàn)室、山東省泵類產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測。試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，磁懸浮潛水電泵的轉(zhuǎn)換效率超過傳統(tǒng)潛水電泵，用戶使用情況結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及領(lǐng)域內(nèi)對比，進(jìn)一步證明其高效節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率世界領(lǐng)先、單機(jī)揚(yáng)程世界領(lǐng)先及高承載、超大流量、免檢修、長壽命等特點(diǎn)！
磁懸浮無負(fù)壓供水系統(tǒng)
磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)是一種加壓供水機(jī)組直接與市政供水管網(wǎng)聯(lián)接、在市政管網(wǎng)剩余壓力基礎(chǔ)上串聯(lián)疊壓供水而確保市政管網(wǎng)壓力不小于設(shè)定保護(hù)壓力的二次加壓供水系統(tǒng)。
磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)是在二次加壓供水系統(tǒng)運(yùn)行過程中防止了負(fù)壓產(chǎn)生，消除機(jī)組運(yùn)行對市政管網(wǎng)的影響，在保證不影響附近用戶用水的前提下實(shí)現(xiàn)安全、可靠、平穩(wěn)、持續(xù)供水。
磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：
1、節(jié)能效果更加明顯。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)采用了磁懸浮技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的無負(fù)壓供水設(shè)備實(shí)現(xiàn)了10%以上的節(jié)能效果。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)和自來水管網(wǎng)直接串接，在自來水廠進(jìn)行一次供水管網(wǎng)壓力的條件下在對所需的壓力進(jìn)行疊加，根據(jù)壓力的不足，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?，促使管網(wǎng)的余壓得到充分利用。再用水低峰期階段，供水系統(tǒng)會(huì)智能變頻實(shí)現(xiàn)極低頻率驅(qū)動(dòng)，節(jié)能效果更加明顯。
2、靜音運(yùn)行，易揚(yáng)磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)核心機(jī)組采用磁懸浮技術(shù)，運(yùn)行起來無噪音污染，為生活創(chuàng)造一個(gè)舒適的安靜的環(huán)境。
3、免檢修、長壽命。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)采用獨(dú)有的磁懸浮技術(shù)，改變了傳統(tǒng)無負(fù)壓供水設(shè)備的制作工藝，不磨損，使用時(shí)間及檢修周期延長數(shù)倍，省去頻繁的定期檢修工作，節(jié)省維修、檢修費(fèi)用。
4、智能管理，全自動(dòng)化運(yùn)行。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能全自動(dòng)變頻控制的，因此具備停電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)關(guān)機(jī)，來電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)開機(jī)的效果，對故障檢測、技術(shù)診斷及報(bào)警提醒等較為完善，促使設(shè)備管理及維護(hù)過程中存在相對簡便的優(yōu)勢。
5、安裝使用簡單。磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)屬于成套供應(yīng)體系，因此用戶只需對進(jìn)出口水管進(jìn)行連接即可使用，施工周期短，占地面積小且安裝便捷。
7、有效保障供水。停電時(shí)磁懸浮智能無負(fù)壓供水系統(tǒng)的公共供水管網(wǎng)路與用戶管網(wǎng)是直接相連，因此在停電時(shí)，雖然無負(fù)壓供水系統(tǒng)停止了運(yùn)行，但供水公司一次供水壓力也能對用水需求得以滿足。
磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)
磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)是風(fēng)機(jī)的一種，它是將磁懸浮技術(shù)和高速電機(jī)技術(shù)融入傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)之中所形成的一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型鼓風(fēng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于工廠、礦井、隧道等的通風(fēng)；城市污水處理；風(fēng)洞風(fēng)源等工業(yè)項(xiàng)目中。
磁懸浮軸承部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮。它通過內(nèi)置的徑向傳感器和軸向傳感器檢測轉(zhuǎn)軸的位移信號(hào)，將得到信號(hào)送入磁懸浮軸承控制器進(jìn)行調(diào) 理、運(yùn)算和放大得到控制電流，再將該控制電流輸入徑向磁軸承和軸向磁軸承，通過電流產(chǎn)生磁場，又由磁場產(chǎn)生吸力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮。
磁懸浮技術(shù)
高速電機(jī)部分的主要功能是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。它通過變頻電源產(chǎn)生頻率可控的交變電流，將此交變電流輸入電機(jī)定子產(chǎn)生交變的磁場，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)。
風(fēng)機(jī)部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)。隨轉(zhuǎn)軸一同做高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)空氣從渦殼的進(jìn)氣口進(jìn)入，空氣在渦殼的導(dǎo)向與增壓作用下便成為具有一定流速與壓力的氣體，最后從渦殼的出氣口鼓出，這就完美地實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)。
前景
隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，經(jīng)過多年的研究工作，國內(nèi)外對該項(xiàng)技術(shù)的研究都取得了很大的進(jìn)展。但是不論是在理論還是在產(chǎn)品化的過程中，該項(xiàng)技術(shù)都存在很多的難題，其中磁懸浮列車的技術(shù)難題是懸浮與推進(jìn)以及一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它的實(shí)現(xiàn)需要運(yùn)用電子技術(shù)、電磁器件、直線電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、材料以及系統(tǒng)分析等方面的高技術(shù)成果。需要攻關(guān)的是組成系統(tǒng)的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)工程化。
磁懸浮軸承面向電力工程的應(yīng)用也具有廣闊的前景，根據(jù)磁懸浮軸承的原理，研制大功率的磁懸浮軸承和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)以減少調(diào)峰時(shí)機(jī)組啟停次數(shù)；進(jìn)行以磁懸浮軸承系統(tǒng)為基礎(chǔ)的振動(dòng)控制理論的研究，將其應(yīng)用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)和故障分析中；通過調(diào)整磁懸浮軸承的剛度來改變汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想，從而改善轉(zhuǎn)子運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性，避免共振，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性等，這些都將為解決電力工程中的技術(shù)難題提供嶄新的思路。
國際上對磁懸浮軸承的研究工作也非常活躍。1988年召開了第一屆國際磁懸浮軸承會(huì)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(huì)。至2012年，美國、法國、瑞士、日本和中國都在大力支持開展磁懸浮軸承的研究工作。國際上的這些努力，推動(dòng)了磁懸浮軸承在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。
國內(nèi)對磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，落后外國他的售價(jià)很高，大大限制了它在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。
2009年8月，參觀者在北京看磁懸浮列車軌道，北京城建設(shè)計(jì)研究總院的總工楊秀仁透露，北京正在做一條磁懸浮線的長期規(guī)劃———通往門頭溝的S1軌道線路正在籌劃，計(jì)劃采用中國自主研發(fā)的磁懸浮技術(shù)。而由北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司和國防科技大學(xué)合作的中低速磁浮列車，是中國唯一具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁懸浮列車。
社會(huì)事件
磁懸浮列車能否誘發(fā)脫發(fā)和白血病
2014年7月8日，廣東省深圳市市民在深圳地鐵大廈門前高喊抗議，反對規(guī)劃地鐵8號(hào)線采用高架磁懸浮。
大多數(shù)人認(rèn)為“磁懸浮是一個(gè)新鮮的東西，國內(nèi)外很多城市都因擔(dān)心其輻射和安全等問題，暫停了建設(shè)磁懸浮的計(jì)劃，聽專家說，磁懸浮列車的高感應(yīng)磁場對人體磁場的干擾和影響是明顯的，甚至誘發(fā)脫發(fā)和白血病。想到這些就害怕，就住在線路旁，肯定反對當(dāng)小白鼠?！?/span>
因?yàn)橛钪嬷袥]有發(fā)現(xiàn)存在磁單極子，也就是說磁場不像電場那樣可以由點(diǎn)源產(chǎn)生，磁場是一個(gè)偶極場，所以磁場的強(qiáng)度與距離的三次方成反比，也就是說，距離是1厘米的時(shí)候，假設(shè)磁場的強(qiáng)度(為了嚴(yán)謹(jǐn)，這里其實(shí)是磁感應(yīng)強(qiáng)度)是1特斯拉，那么當(dāng)距離是2厘米的時(shí)候，磁場則變成1/8特斯拉。
因此可以看出，磁場的衰減是很厲害的，假設(shè)磁懸浮列車的電磁鐵在距離1厘米的地方能產(chǎn)生2個(gè)特斯拉的磁感應(yīng)強(qiáng)度，那么離電磁鐵1米的地方，磁場就是0.000002特斯拉，也就是0.02高斯——一般小區(qū)離開鐵路軌道的距離肯定在1米以上，所以磁場微乎其微。而地球本身的磁場就有0.5高斯。所以，在離磁懸浮軌道1米的地方，感受到的磁場強(qiáng)度比地球本身的磁場還弱，因此不存在所謂的磁場對小區(qū)的污染問題。
換句話說，鐵軌附近的磁場對人體健康無影響。
而至于另外一種說法，說磁懸浮的電磁鐵的電磁輻射會(huì)對人體產(chǎn)生影響，這取決于電磁鐵的功率，基本上，驅(qū)動(dòng)磁懸浮的電磁鐵的功率對1米以外的小區(qū)的電磁輻射在中國還沒有被測量過，也沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，所以這是值得探討的——這個(gè)問題與手機(jī)基站類似，取決于基站的輻射功率。
總之，鐵軌的磁場對周遍小區(qū)是沒有影響的，民眾不要無謂恐慌。而電磁輻射部分則需要進(jìn)一步論證，尤其是主要應(yīng)該征求物理學(xué)家的意見，而不是主要征求隧道專家與鐵路工人的意見。
參考資料
[1]
“羲和號(hào)”發(fā)射成功！中國正式步入“探日”時(shí)代--經(jīng)濟(jì)·科技--人民網(wǎng) · 人民網(wǎng)[引用日期2021-10-15]
[2]
磁懸浮地鐵到底有沒有危害？ · 科學(xué)辟謠[引用日期2021-12-19]
磁懸浮技術(shù)相關(guān)的文章
腦血管畸形是指先天性腦血管發(fā)育異常，病變在出生時(shí)已存在，但首發(fā)癥狀多見于年輕人。腦血管畸形主要分為四類：動(dòng)靜脈畸形、海綿狀血管瘤、毛細(xì)血管擴(kuò)張癥和靜脈畸形，其中動(dòng)靜脈畸形最為常見。在胚胎早期，原始的動(dòng)靜脈是相互交通的，動(dòng)靜脈畸形由于局部血管發(fā)育異常，動(dòng)靜脈仍以直接溝通的形式遺留下來。血液由動(dòng)脈直接進(jìn)
唐朝（英語TangDynasty,公元618年—公元907年），也是繼隋朝后的又一個(gè)統(tǒng)一的中原政權(quán)。唐朝共計(jì)二百八十九年，共經(jīng)歷二十一位皇帝統(tǒng)治。唐朝在中國歷史上具有獨(dú)特地位。其是封建時(shí)代國力最為強(qiáng)盛，統(tǒng)治時(shí)間最為悠久的王朝之一。唐朝疆域遼闊，國境內(nèi)民族眾多相處和諧。
親歷中國科幻內(nèi)容介紹本叢書的編輯宗旨不是面面俱到，而是像叢書名字中所陳述的，期望在新思維方面給科幻研究領(lǐng)域一些啟迪。閱讀中讀者一定會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論從各分冊或文章的選題還是從研究方法上，本叢書的作者都突破了以往比較單一的文學(xué)研究模式，試圖以多元視角和方法探索科幻文學(xué)。筆者認(rèn)為，對于科幻這種跨越學(xué)科的文學(xué)存
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
