电磁悬浮技术调研

【摘要】 随着当今社会的发展，交通工具作为人类的主要运输工具，已经成为人们不可或缺的一部分。电磁悬浮技术便广泛应用交通运输方面，并且细分为如下技术：电磁悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、光悬浮、粒子束悬浮等。其中电磁悬浮技术发展最为成熟，点磁悬浮技术简称为EML（electromagnetic levitation），利用高频电磁场在金属表面产生的我留来实现对金属球的悬浮。本篇文章将简要介绍磁悬浮技术的基本原理、当今社会磁悬浮技术发展现状以及硬件方面的应用。

【关键词】 磁悬浮 电磁悬浮 高频电磁场 高频涡流

一、电磁悬浮技术原理

磁悬浮技术是指利用磁力克服重力做功从而使得物体处于悬浮状态的一种技术。点磁悬浮技术的实现形式多种多样，但主要可以分为系统自稳的被动悬浮以及系统不能自稳的主动悬浮等等。磁悬浮技术的系统，主要是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，这其中的执行器包括电磁铁以及功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置，这个时候传感器就能检测出转子偏离参考点的位移，之后作为控制器的微处理器便会将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流便可以在执行磁铁中产生磁力，从而其所产生磁力驱动转子返回到原来平衡位置，也就是当初的参考位置。所以，无论转子受到向上或者向下的扰动，转子始终都能处于稳定的平衡状态。

二、当今电磁悬浮技术简介

1、磁悬浮技术类型。当今社会的磁悬浮类型是要分为三种：1、以德国为代表的常导电式磁悬浮2、以日本为代表的超导电动磁悬浮3、以中国为代表的永磁悬浮。前两种磁悬浮技术都需要用一定的电力来产生磁悬浮动力。而第三种，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持，在当今世界磁悬浮技术属于先进行列。

2、磁悬浮技术在中国的应用以及发展情况。2006年8月17日，我国的“中华01号”永磁悬浮路车模型在大连举行的2006 中国际专利技术与产品交易会上亮相。该模型是大连3000米永磁悬浮试验线路的仿真微缩型产品，专门为了城市之间的区域交通设计。列车在高架的磁轨上运行，列车的设计时速230公里，既可运送货物，又可载客运行，十分适合在大都市圈进行交通运输。根据半岛晨报报道：原来只有在小说、科幻电影中才能听到、见到的“空中悬浮”列车即将出现在大连人的视野之中。并且记者专交会上了解到，3000米永磁悬浮试验线拟定在2006年年底在开发区建设。2006年8月17日上午，在大连世界博览广场所举办的运行中的磁悬浮列车“2006年中国国际专利技术与产品交易会”上，“中华01号”1/10槽轨永磁悬浮微缩路-车格外引人注目。据调查显示，目前世界上有3种类型磁悬浮技术，即德国的常导电磁悬浮、日本的超导电动磁悬浮以及中国的永磁悬浮。永磁悬浮技术是中国大连拥有核心及相关技术发明专利的原始创新技术。据技术人员介绍，日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下，车体与槽轨是接触在一起的，而利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下，车体和轨道之间不论在有电无电的情况下都是永不接触的。中国永磁悬浮技术与国外磁悬浮技术相比有五个方面的优势：1.悬浮力强。 2.经济性好。3.节能性强。4.安全性好。5.平衡性稳定。

三、磁悬浮技术的应用

磁悬浮键盘：通常来说，影响笔记本厚度的配件有很多，比如屏幕、硬盘、机身接口等，但往往很少有厂家会从键盘方面入手，这主要是因为大多数用户都比较看重键盘手感，而一旦键盘牺牲了厚度，就势必会影响手感。不过，2014年台北电脑展上一家名为Darfon的公司展示了一款磁悬浮键盘，不仅超薄，还号称能以电子方式调整回弹力度，如图1。

该键盘借用了磁性的魔力，以取代一般键盘中的标准胶皮，由于超薄磁悬浮键盘没有了传统键盘采用的胶皮，键盘明显更薄。该公司在现场演示了采用这种键盘的纤薄笔记本电脑，键盘是如此接近的笔记本电脑机身，以至于参观者误以为两者是一体成型。同时该公司表示，这款键盘能以电子方式调整回弹力度，所以按键都会根据客户喜好进行不同程度调整，这个发明的按键不需安装现有按键中的弹性件，可有效延长按键的使用寿命。唯一美中不足的就是这种键盘在防水性能和触摸手感方面还有待改进，不过给人一种未来的即视感，还是很有发展前景的。

磁悬浮鼠标：一般情况下，人的手腕在争产活动是不会妨碍正中神经的，但是在操作电脑的时候，由于键盘和鼠标有一定的高度落差，手腕必须背屈到一定角度才能使用，这个时候手腕部就处于一个相对强迫的位置，不能向自然情况下伸展，长时间后自然出现手部麻木、灼痛、手动作不灵活等，实乃现代人尤其是IT行业中最让人无奈的“现代职业病”。不过，俄罗斯设计师Vadim Kibardin设计的磁悬浮鼠标（BAT Mouse）或许将会成为众多鼠标手的福音。与传统鼠标有所变化的是，磁悬浮鼠标通过将下方的鼠标垫变为磁性基座，使鼠标可以在使用过程中悬浮于鼠标垫上，鼠标则是由一个悬浮导航器和磁力底圈组成。设计师Vadim Kibardin表示，这种设计可以预防和治疗腕管综合征，并且消除因使用鼠标而带来的手部麻木，刺痛以及肌肉损伤。如图2所示

磁悬浮列车：磁悬浮列车是当今社会中最先进的交通工具之一，它便是主要运用了电磁悬浮技术来实现稳定、快速以及安全的运输乘客。由于电磁力的缘故，列车与轨道之间可以实现无接触的悬浮，再通过直线电机产生的电磁力牵引列车向前运行。由于列车与铁轨没有接触，除了空气阻力几乎没有其余阻力，所以磁悬浮列车的速度可以是普通火车三倍至四倍之多，极大的减少了中端距离的运输时间。磁悬浮列车的产生得益于德国的工程师赫尔曼・肯佩尔（Hermann Kemper）在1992年提出的电磁悬浮原理，并且在当时申请了专利继而申请了专利。1970年后，随着各个国家不断发展工业化，经济实力逐步增强，交通运输效率的提升也成为了当务之急，为了适应经济的发展，各个发达国家如德国、美国、日本等国家都开展了对磁悬浮运输系统的研究。磁悬浮列车的发展与壮大讲带动一个国家的变频、电子设备制造以及对外技术合作等一大批产业的发展，其应用也是十分广阔的。

四、心得体会

本片调研论文完成的初衷也是为了了解我国电磁悬浮技术的发展现状，同时希望自己通过本子调研论文的撰写可以对未来类似于电磁悬浮技术的发展有所展望。磁悬浮技术作为当今社会的新兴技术，也是我国的重点发展对象，作为这样一门技术在与电信、通信方面也是密不可分的。电磁不分家，初中物理就学过奥斯特通过实验表明通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场，法拉第的电磁感应定律也对应了电磁之间的相互关系。从小就学过磁铁磁极之间存在着一种看不见的磁力，同极相斥，异极相吸也是人人都知道的常识。但是通过对电磁悬浮技术调研后发现：即便是人人都知道，十分简单的物理知识，只要勇于创新并且加上自己的思考，结合社会实际情况，从最开始理论上的可能，通过不断得实验尝试，最终便可以完成让当今世人叹为观止的电磁悬浮新兴产品。虽然自己现在只是一名高中生，但是通过此次调研论文的撰写，感觉自己距离社会新兴技术更近了一步，对新兴技术的渴望与好奇给自己带来了强烈的使命感。希望以后在大学中可以更加努力的学习专业知识，可以为中国新兴技术的发展贡献出自己的绵薄之力。在此还是要感谢在我论文撰写过程中对我提供帮助的朋友！

结束语：磁悬浮技术作为一种新兴技术还在不断的探索当中，每一次科研的进步都会为人类生活带来便利，在磁悬浮技术的探索道路上洒下自己的汗水，为中国乃至世界贡献出自己的力量！

参 考 文 献

[1] 倪光正 《工程电磁场原理》（第二版） 高等教育出版社 2010（12）

[2] 房建成 《磁悬浮惯性动量轮技术》 国防工业出版社发行部 2012（12）

[3] 张玉民、戚伯云 《电磁学》 科学出版社 2016（1）