望今忆古,看世事变迁

[摘 要]磁力弹簧是一种常见的磁力设备，其广泛运用于人类的生产、生活之中。本文以相关专利文献典型技术方案为支撑，并以磁力弹簧的三种技术分支为切入点对磁力弹簧进行描述，详细整理、归纳磁力弹簧发展历程及技术发展路线，并对磁力弹簧的应用前景作出展望。

[关键词]磁力弹簧 电磁 永磁 弹簧悬架 磁悬浮列车

中图分类号：TH135 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0109-01

引言

磁力机械种类繁多，磁力弹簧属于磁力机械中常见的一类，其利用磁体之间的作用力产生类似于机械弹簧的作用，同时具有结构简单、无振动和噪声、无接触、无摩擦磨损、无疲劳变形和刚度成非线性的特性。目前，磁力弹簧有三种形式：一种是完全由电磁铁组成的电磁力弹簧，第二种是完全由永磁铁组成的永磁力弹簧，第三种是由电磁铁与永磁铁组成的混合式磁力弹簧，并被广泛运用于车辆减振悬架、磁力轴承和磁悬浮列车领域，市场前景广阔。

一、磁力弹簧的三种技术分支

1.电磁力弹簧

需要通电产生磁场，即通电后电荷运动产生波动，随之产生运动，其毗邻的电荷也随着运动电荷朝同一方向一起运动，形成磁场，利用同性相斥、异性相吸原理形成工件的空间往复无接触运动，进而实现电磁弹簧效力，断电之后磁场消失，弹簧作用也随之消失的为电磁力弹簧。

2.永磁力弹簧

不需要通电，利用永磁体即能产生磁场，它具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化便保持恒定磁性，跟电磁力弹簧相同，也是利用永久磁铁本身固有的同性相斥、异性相吸的原理，实现其上工件的远离与复位，以此达到减振缓冲效果的为永磁力弹簧。

3.混合式磁力弹簧

混合式磁力弹簧由电磁铁与永磁铁组成，两者协同作用以达到更佳的减振效果。

二、磁力弹簧发展历程及技术发展路线

1.萌芽阶段――欧美领衔

十九世纪末、二十世纪之初，磁力弹簧的发明申请首先出现在奥地利和美国，其中，美国专利US 1395437A（Magnetic Spring，申请人：WESTINGHOUSE AIR SPRING COMPAN）是一份关于磁力弹簧运用于摩托车弹簧悬架的申请。其声称电磁弹簧的运用使得摩托车在行驶过程中更为平顺，驾驶员操作起来更为稳定，这顺应了人们对车辆乘坐舒适度日益提高的要求，并为之后关于车辆悬架加入磁力弹簧元素的运用及发展奠定了坚实的基础。

德国工程师Hermann Kemper于1922年首次提出电磁悬浮原理，他于1934年向德国专利局申请并获得了制造磁悬浮铁路的专利权（DE 643316C，申请人：Hermann Kemper），这标志着人类社会正式跨入磁悬浮列车时代。他在专利中指出：在位于轨道两侧的线圈力通入交流电，其能将线圈变为电磁体。由于它能与列车上的电磁体相互作用，于是使列车开动起来。此后，他还运用试验模型证实了磁悬浮，并写成报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。

1969年德国Krauss-Maffei公司制造了世界上第一个重为80kg的磁浮列车模型，其车辆底板上直接固定四个电磁铁，导磁轨道长5m，这便是世界上最早的电磁悬浮模型车，后来德国将其命名为TR01，并指出列车前进是因为列车头部的电磁体为N极，它与安装在靠前一点的轨道上的电磁S极所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向反转过来，其结果是原来的S极线圈变为N极线圈，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前快速奔驰。根据期望的车速，可以通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压，进而实现列车的加速与减缓。

2.稳固时期――日本突起

二十世纪七十年代起，日本专利事业发展迅速，磁力弹簧专利申请量突增，日本一跃成为全球关于磁力弹簧专利申请的第一大国，拥有的269件磁力弹簧专利申请超越当时排名第二的苏联高达196件之多。受德国影响，日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。1977年12月在宫崎磁浮铁路试验线上，最高速度达到了每小时204公里，到1979年12月又进一步提高到517公里，该试验车创造了世界纪录。

3.持续发展阶段――全球合作

1990年以后，随着以中国为首的亚洲国家的迅速崛起，专利事业也蒸蒸日上，在磁力弹簧领域，中国的专利申请量势头正劲，截止到目前，磁力弹簧中国专利申请量仅次于日本，占据世界申请量的17%，韩国也跃居第四位，除此之外，中国台湾、印度、墨西哥等地区和国家的专利申请逐步发展起来，形成全球专利申请量在各个国家相对平均的格局。

三、磁力弹簧的发展趋势

从上述磁力弹簧专利文献的研究和应用现状看，在未来一段时间内，磁力弹簧将会在以下三个方面得到发展。

（1）磁力弹簧的应用领域将会不断加大。目前磁力弹簧的应用情况已显现出这种发展趋势，新型磁力弹簧将会不断被开发利用，尤其在一些常规机械弹簧不能胜任的极端工况下，磁力弹簧的应用将成为有效的解决方案。

（2）工程领域内的技术进步，将克服目前一些磁力弹簧中存在的制造困难和性价比低等问题。磁应用领域的新材料、新工艺、新技术将使复杂结构的磁力弹簧的加工制造成为可能，性价比得到提高，从而也为磁力弹簧的开发和应用拓宽空间。

（3）磁力弹簧专利事业的迅猛发展，尤其是自上世纪九十年代全球广泛合作以来，中国磁力弹簧专利申请量迅速坐稳世界第二把交椅，专利申请的质量也越发上乘。中国正走向一个创新型时代，中国专利事业的腾飞必然有助于磁力弹簧研究事业再创佳绩。

虽然磁力弹簧不再是新鲜事物，但随着能源危机和环境的恶化，也随着科学技术的发展，它却越来越焕发出生机和活力。我国发展磁力弹簧有磁材资源、产品市场等内部条件，有全球化竞争与合作的外部环境，因此磁力弹簧在未来将会有更大的发展空间和更好的应用前景，有关磁力弹簧的无论是中国还是外国的专利文献也势必会迎来它新的高峰。

参考文献

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