磁悬浮支撑技术
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2.被动磁悬浮技术
3.混合磁悬浮技术
4.超导磁悬浮技术
✓主动磁悬浮技术 采用闭环主动控制方式使悬浮体的姿态、动静态 特性等达到期望要求。即：连续地或断续地测量 悬浮体的位置，通过伺服装置迅速地控制场力， 使悬浮体相对其要求位置的偏移不超过应许的范 围。主动悬浮又叫有源悬浮，如图1所示。
图 主动磁悬浮系统
新一代航空发动机——多电发动机
用磁轴承取 代传统的滚 动轴承是多 电发动机的 关键技术之 一。
2.2磁悬浮列车
2.2.1 磁悬浮列车的分类
✓1、按电磁铁的种类 磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型 两大类。 (1)常导吸引型 常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体,用气隙传感器来 调节列车与线路之间的悬浮间隙大小,在一般情况下,其悬浮间隙大小在 10mm左右,这种磁悬浮列车的运行速度通常在300～500 km /h范围内,适 合于城际及市郊的交通运输。德国主要采用这种系统。 (2)超导排斥型 超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之 间悬浮运行的,其悬浮间隙大小一般在100mm左右,这种磁悬浮列车低速 时并不悬浮,当速度达到100 km /h时才悬浮起来。它的最高运行速度可以 达到1 000 km /h,当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬浮列车高得 多。日本主要采用这种系统，与本国的这种地质条件有一定关系。
有源磁悬浮系统 它是由悬浮体、传感器、控制器和执 行器 4 部分组成。其中，执行器包括电磁铁和功率放大 器两部分。现假设在某参考位置上，由于悬浮体受到一 个向下的扰动，它将会偏离其参考位置。这时，传感器 检测出悬浮体偏离参考点的位移，作为控制器的微处理 器将检测的位移变换成控制信号；功率放大器将这一控 制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生电 磁力，从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。因此， 不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上，它始终能处于 稳定的平衡状态。
1.3 磁悬浮支撑技术的特点
磁悬浮技术的特点：由于磁悬浮不存在机械接触，因 此具有下列优点：一是完全无磨损、无污染，可在真 空和腐蚀性介质中长期使用；二是完全无机械摩擦， 功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封，可用于 高速工程，解决高速机械设计中润滑和能耗的问题； 另外，磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制
(3)五自由度磁轴承
一根转子在空间有六个自由度， 除了旋转自由度由电机控制外， 其余五个自由度由磁轴承控制， 称为五自由度磁轴承一转子系统；
其中转子所受的径向载荷(包括转子重量)由两个径向磁轴承 来支承，轴向载荷由一对推力磁轴承来承受，在水平、垂直 和轴向分别安装有五个传感器来测量转子在空间五个自由度 上的位置变化，测量信号被送入控制器，经模拟或数字运算 后送人功率放大器产生控制电流来驱动电磁铁以获得维持转 子稳定悬浮的电磁力。
第一部分：磁悬浮支撑技术的原理及其特点
1.1磁悬浮技术的原理及起源 1.2磁悬浮技术的类型 1.3磁悬浮支撑技术的特点
第二部分：磁悬浮技术的应用
2.1磁悬浮轴承 2.2磁悬浮列车
第三部分：磁悬浮支撑技术的发展趋势及不足 第四部分：磁悬浮技术的发展展望
参考文献
1.1 磁悬浮技术的原理及起源
悬浮：磁悬浮、电悬浮、气悬浮 磁悬浮基于磁拉（斥）力而悬浮，如图所示。
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。
磁悬浮系统的组成：磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机 械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功 率放大器等部分组成。
1.2 磁悬浮技术的类型 磁悬浮技术类型 1.主动磁悬浮技术
x, F x0
U
F
2
2
dR dx
2 20 A
U2 2
0 A
(x0 x)2
U
x, F
F
2
dR
U 20w
2
g
2 dx 2g 2 w(x0 x)2
x0
g
磁 悬 浮 的 起 源 ： 磁 悬 浮 技 术 是 起 源 于 德 国 ， 早 在 1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原 理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。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
轴2.1向.2磁磁悬浮轴承的应用 力轴磁承悬浮轴承-转子
电机
径向磁 力轴承
径向磁 力轴承
配有数控式磁轴承的铣床主轴，用于高速铣削，转速 40000r/min,切削功率40kw。
飞轮储能系统
主要采用基于真空磁 悬浮的飞轮储能技术， 在真空环境中，利用 飞轮旋转所储存的动 能，持续转化成电力。 为关键负载提供不间 断的电力保障，实现 了从化学储能到机械 储能的转变。
(2)二自由度磁力轴承工作原理
电磁体
电磁力
转子
பைடு நூலகம்
F
八磁极径向轴承示意图
间隙 = 0.5 mm
转子分别由X和Y方向的两对电 磁铁来吸引，传感器用来测量转 子的位置变化；
测量信号被送入控制器，经模拟或数字运算后送人功 率放大器产生控制电流Ix和Iy，来驱动径向磁轴承电磁 铁以获得维持转子稳定悬浮的电磁力，当转子在外力 Wo作用下向左下方移动时，传感器将这一信号告诉控 制器(未画出)，控制器增大控制电流Ix和Iy，使得上面 和右面吸力大于下面和左面吸力，转子向右上方移动， 平衡时转子悬浮在径向磁轴承中间。
➢与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比， 结合本章开头普通轴承的图片和他们的共同点，可知 磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速， 具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润 滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净 等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并 非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承 形式，例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁 悬浮+汽化轴承等等。
工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机 电一体化高新技术。
2.1 磁悬浮轴承 先看一下传统的轴承
圆柱滚子轴承
外
球滚
球轴承
圈
动
✓共同点就是内外
体
圈之间必须要有介
质----滚动体、保持
架
内圈
2.1.1 磁悬浮轴承原理
(1) 单 自 由 度 磁 力轴承工作原理
在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传 感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移 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 电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此， 不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。
3.混合磁悬浮技术
4.超导磁悬浮技术
✓主动磁悬浮技术 采用闭环主动控制方式使悬浮体的姿态、动静态 特性等达到期望要求。即：连续地或断续地测量 悬浮体的位置，通过伺服装置迅速地控制场力， 使悬浮体相对其要求位置的偏移不超过应许的范 围。主动悬浮又叫有源悬浮，如图1所示。
图 主动磁悬浮系统
新一代航空发动机——多电发动机
用磁轴承取 代传统的滚 动轴承是多 电发动机的 关键技术之 一。
2.2磁悬浮列车
2.2.1 磁悬浮列车的分类
✓1、按电磁铁的种类 磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型 两大类。 (1)常导吸引型 常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体,用气隙传感器来 调节列车与线路之间的悬浮间隙大小,在一般情况下,其悬浮间隙大小在 10mm左右,这种磁悬浮列车的运行速度通常在300～500 km /h范围内,适 合于城际及市郊的交通运输。德国主要采用这种系统。 (2)超导排斥型 超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之 间悬浮运行的,其悬浮间隙大小一般在100mm左右,这种磁悬浮列车低速 时并不悬浮,当速度达到100 km /h时才悬浮起来。它的最高运行速度可以 达到1 000 km /h,当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬浮列车高得 多。日本主要采用这种系统，与本国的这种地质条件有一定关系。
有源磁悬浮系统 它是由悬浮体、传感器、控制器和执 行器 4 部分组成。其中，执行器包括电磁铁和功率放大 器两部分。现假设在某参考位置上，由于悬浮体受到一 个向下的扰动，它将会偏离其参考位置。这时，传感器 检测出悬浮体偏离参考点的位移，作为控制器的微处理 器将检测的位移变换成控制信号；功率放大器将这一控 制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生电 磁力，从而驱动悬浮体返回到原来的平衡位置。因此， 不论悬浮体受到的扰动是向下还是向上，它始终能处于 稳定的平衡状态。
1.3 磁悬浮支撑技术的特点
磁悬浮技术的特点：由于磁悬浮不存在机械接触，因 此具有下列优点：一是完全无磨损、无污染，可在真 空和腐蚀性介质中长期使用；二是完全无机械摩擦， 功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封，可用于 高速工程，解决高速机械设计中润滑和能耗的问题； 另外，磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制
(3)五自由度磁轴承
一根转子在空间有六个自由度， 除了旋转自由度由电机控制外， 其余五个自由度由磁轴承控制， 称为五自由度磁轴承一转子系统；
其中转子所受的径向载荷(包括转子重量)由两个径向磁轴承 来支承，轴向载荷由一对推力磁轴承来承受，在水平、垂直 和轴向分别安装有五个传感器来测量转子在空间五个自由度 上的位置变化，测量信号被送入控制器，经模拟或数字运算 后送人功率放大器产生控制电流来驱动电磁铁以获得维持转 子稳定悬浮的电磁力。
第一部分：磁悬浮支撑技术的原理及其特点
1.1磁悬浮技术的原理及起源 1.2磁悬浮技术的类型 1.3磁悬浮支撑技术的特点
第二部分：磁悬浮技术的应用
2.1磁悬浮轴承 2.2磁悬浮列车
第三部分：磁悬浮支撑技术的发展趋势及不足 第四部分：磁悬浮技术的发展展望
参考文献
1.1 磁悬浮技术的原理及起源
悬浮：磁悬浮、电悬浮、气悬浮 磁悬浮基于磁拉（斥）力而悬浮，如图所示。
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。
磁悬浮系统的组成：磁悬浮技术是利用电磁力将物体无机 械接触地悬浮起来，该装置由传感器、控制器、电磁铁和功 率放大器等部分组成。
1.2 磁悬浮技术的类型 磁悬浮技术类型 1.主动磁悬浮技术
x, F x0
U
F
2
2
dR dx
2 20 A
U2 2
0 A
(x0 x)2
U
x, F
F
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U 20w
2
g
2 dx 2g 2 w(x0 x)2
x0
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磁 悬 浮 的 起 源 ： 磁 悬 浮 技 术 是 起 源 于 德 国 ， 早 在 1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原 理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。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
轴2.1向.2磁磁悬浮轴承的应用 力轴磁承悬浮轴承-转子
电机
径向磁 力轴承
径向磁 力轴承
配有数控式磁轴承的铣床主轴，用于高速铣削，转速 40000r/min,切削功率40kw。
飞轮储能系统
主要采用基于真空磁 悬浮的飞轮储能技术， 在真空环境中，利用 飞轮旋转所储存的动 能，持续转化成电力。 为关键负载提供不间 断的电力保障，实现 了从化学储能到机械 储能的转变。
(2)二自由度磁力轴承工作原理
电磁体
电磁力
转子
பைடு நூலகம்
F
八磁极径向轴承示意图
间隙 = 0.5 mm
转子分别由X和Y方向的两对电 磁铁来吸引，传感器用来测量转 子的位置变化；
测量信号被送入控制器，经模拟或数字运算后送人功 率放大器产生控制电流Ix和Iy，来驱动径向磁轴承电磁 铁以获得维持转子稳定悬浮的电磁力，当转子在外力 Wo作用下向左下方移动时，传感器将这一信号告诉控 制器(未画出)，控制器增大控制电流Ix和Iy，使得上面 和右面吸力大于下面和左面吸力，转子向右上方移动， 平衡时转子悬浮在径向磁轴承中间。
➢与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比， 结合本章开头普通轴承的图片和他们的共同点，可知 磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速， 具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润 滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净 等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并 非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承 形式，例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁 悬浮+汽化轴承等等。
工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机 电一体化高新技术。
2.1 磁悬浮轴承 先看一下传统的轴承
圆柱滚子轴承
外
球滚
球轴承
圈
动
✓共同点就是内外
体
圈之间必须要有介
质----滚动体、保持
架
内圈
2.1.1 磁悬浮轴承原理
(1) 单 自 由 度 磁 力轴承工作原理
在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传 感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移 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 电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此， 不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。