磁悬浮系统(教案)

课题：磁悬浮系统
授课时间：2021年10月18日
授课教师：陈老师
授课班级：21春轨道1、2、3、4班
课时：2学时
一、教学目标
知识目标
通过对磁悬浮交通系统的学习，让学生掌握到磁悬浮交通的发展历程、概念信息、悬浮方式以及适用范围。

能力目标
通过对磁悬浮交通的学习，学生能够运用口头表达的方式为别人分享磁悬浮的悬浮原理，锻炼表达能力；同时，在学习后，能在生活中拥有辨识磁悬浮交通的能力。

德育目标
通过对磁悬浮交通悬浮方式了解，让学生明白核心技术对一个国家发展的重要意义；同时，在了解到中国磁悬浮攻克技术难关，并且拥有自主知识产权的磁浮交通研制成功，以及青岛下线600km/h时速的突破，让学生了解中国日益强大的国力，为自己是一名中国人而骄傲的民族自豪感。

二、教学重点
磁悬浮交通系统的学习，让学生掌握到磁悬浮交通的发展历程、概念信息、悬浮方式以及适用范围
三、教学难点
磁悬浮交通的悬浮技术难点的理解以及磁悬浮交通出现突发情况的处理方式。

四、教学过程
课时1
课程导入5分钟
城市轨道交通按照导向方式分类的知识回顾，引出今天所学内容，一种没有轮子的城市轨道交通工具。

讲授新知25分钟
1.磁悬浮技术，简称EML技术或EMS技术)是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。

悬浮技术主要包括磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、电悬浮、粒子束悬浮等，其中磁悬浮技术比较成熟。

磁悬浮技术实现形式比较多，主要可以分为系统自稳的被动悬浮和系统不能自稳的主动悬浮等。

2.磁悬浮列车概念
磁悬浮列车是由无接触的磁力支承、磁力导向和线性驱动系统组成的新型交通工具，主要有超导电动型磁悬浮列车、常导电磁吸力型高速磁悬浮列车以及常导电磁吸力型中低速磁悬浮。

3.磁悬浮发展历史
1842年，英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概
1937年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。

1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。

在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。

德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。

1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

在制造磁悬浮列车的角逐中，日本和德国是两大竞争对手。

1994年2月24日，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，在宫崎一段74km长的试验线上，创造了时速430km的日本最高记录。

1999年4月日本研制的超导磁悬浮列车在实验线上达到时速550公里。

2015年，日本L0型磁悬浮列车刷新了磁悬浮列车的世界记录，达到时速603公里的记录。

磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性
的实现却经历了一个漫长的岁月。

4.磁悬浮悬浮原理
利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。

世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需7～8分钟。

上海磁悬浮列车是“常导磁斥型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。

是利用“同名磁极相互排斥”原理设计，是一种排斥力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来。

就是说，轨道产生磁力的排斥力与列车的重力在一个相应平衡的数据时，列车就会悬浮起来。

列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的排斥力与列车重力相互平衡，利用磁铁排斥力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。

这必须精确控制电磁铁的电流。

悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。

通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它与列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。

讲
得更通俗直白一点，相当于电动机转子和定子之间的旋转运动变成了磁悬浮列车和轨道之间的直线运功。

磁悬浮列车相当于电动机的转子，而轨道相当于电动机的定子。

列车驱动方式
列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。

列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。

周而复始，列车就向前奔驰。

稳定性由导向系统来控制。

“常导型磁斥式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。

列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。

列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。

“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼肯佩尔于1922年提出。

“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。

只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。

通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。

我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。

当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列
车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。

知识小结8分钟
1.悬浮技术分类
2.磁悬浮列车的悬浮原理
3.世界上四大磁悬浮技术类型
任务布置2分钟
预习中国磁悬浮技术的研究内容及成果
课时2
复习旧知5分钟
世界上四大磁悬浮技术类型知识回顾，引出本节课内容：中国磁悬浮技术发展历程、磁悬浮列车优缺点及制动方式。

讲授新知25分钟
1.中国第一条磁悬浮列车试验线、样车
1989年3月，国防科技大学研制出中国第一台磁悬浮试验样车。

1994年10月，连级三教授带领的研究团队成功地研制出了我国第一辆可载人4吨磁浮车及其试验线，并实现了系统的稳定悬浮与运行，这是我国在磁浮列车领域的首次突破，标志着我国开始拥有自主知识产权的磁浮列车技术。

1995年，中国第一条磁悬浮列车试验线在西南交通大学建成，并且成功进行了稳定悬浮、导向、驱动控制和载人运行等时速为30.0 km的试验。

西南交通大学这条试验线的建成，标
志中国已经掌握制造磁悬浮列车的技术。

2.永磁悬浮技术
2006年8月17日，“中华01号”永磁悬浮路车模型在大连举行的2006中国国际专利技术与产品交易会上亮相。

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。

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，车体和轨道之间都是不接触的。

3.中国永磁悬浮优势
中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势：一是悬浮力强。

二是经济性好。

三是节能性强。

四是安全性好。

五是平衡性稳定。

4.磁悬浮列车优点：
①速度快。

悬浮运行，铁轨与车辆不接触，运行速度非常快，可以超过500 千米/小时；
②环保。

无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护。

③经济。

由于无需车轮，不存在轮轨摩擦而产生的轮对磨损，减少了维护工作量和经营成本。

④寿命长。

磁悬浮列车的使用寿命可达35年，而普通轮轨列车只有20—25年。

磁悬浮列车路轨的寿命是80年，普通路轨只有60年。

5.磁悬浮列车缺点：
①突然情况下的制动能力不可靠。

对于磁悬浮，当遭遇突然停电，采取的是机械臂锁死轨道强制停车，这正是磁悬浮相对于轮轨滑动摩擦制动方式而言会更加危险，会导致车毁人亡的悲剧
②救援难度大。

磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。

案例：2006年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上共29人，当场死亡23人，实际死亡25人，4人重伤。

这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。

说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力远远比不上轮轨列车，且安全性没有轮轨火车高（轮轨安全性高数十倍）。

6.磁悬浮列车制动方式
①机械制动
②电制动
知识小结8分钟
中国磁悬浮技术发展情况、优缺点、制动方式
任务布置2分钟掌握本节课内容，预习自动导向系统五、教学措施
讲授法、谈话法、读书指导法、练习法
六、思政融入
通过对磁悬浮技术发展的介绍，以及了解到中国磁悬浮技术发展起步较晚的，让学生明白核心知识产权在自己国家手中的重要意义。

七、教学反思
不足：磁悬浮技术内容距离我们实际生活较远，只能通过在授课过程中让学生理解简单的悬浮原理和制动方式，配合音频视频等资料进行学习。

改进措施：尝试在生活中进行实验，进行磁悬浮技术的原理初步探索，便于引导学生在学习中，发现问题，更深刻理解磁悬浮技术的难点。