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  • 1 # 工學腦洞

    下面就來系統的介紹下磁懸浮的相關知識。

    什麼是磁懸浮?

    磁懸浮是一種在沒有磁場以外的支撐下懸掛物體的方法。這其中,磁場磁力用於抵消物體重力加速度和任何其他加速度的影響。

    整個磁懸浮體系涉及兩個主要問題,即提升力:提供足以抵抗重力的向上力穩定性:確保系統不會自發地滑動或翻轉到升力被中和的位置

    現今的磁懸浮技術往往用於製造磁懸浮列車,進行非接觸式熔化,磁力軸承和其他相關產品展示用途,如下圖所示。

    圖 磁懸浮列車:磁懸浮系統利用伺服機構將列車從軌道下方拉起,並在高速行駛時保持恆定的間隙

    圖 非接觸式熔融:斯特林放射性同位素發生器的部件在測試過程中採用非接觸式感應加熱

    圖 磁力軸承

    磁懸浮的製作過程

    為了成功地懸浮和控制磁懸浮系統所有的6個軸(或被稱為自由度,包括3個平移軸和3個旋轉軸),實際中往往使用永磁體和電磁體或者抗磁體和超導體的相關組合進行磁懸浮的實現。

    根據Earnshaw定理,系統必須至少存在一個穩定的軸才能使系統成功懸浮,其他軸可以使用鐵磁性原理來穩定。磁懸浮列車中使用的主要是伺服穩定系統包括電磁懸架(EMS)、電動懸架(EDS)等。

    具體來說,來自固定強度磁體的吸引力隨著距離的增加而減小,隨著距離的減小而增加,這是不穩定的狀態。對於穩定的系統,則需要相反的情況:即透過測量懸浮物體的位置和速度,並使用連續調節一個或多個電磁鐵的反饋迴路來校正物體的運動,從而形成伺服機構,可以實現穩定的磁懸浮

    對於這些型別的系統,許多系統使用磁吸力向上抵抗重力,這提供了一些固有的橫向穩定性,也有一些系統使用磁吸引力和磁力排斥的組合來向上推動。兩種系統都代表了上述電磁懸浮(EMS)的特性。舉一個非常簡單的例子,一些桌面懸浮演示便使用這個原理,透過物體切割光束或霍爾效應感測器方法用於測量物體的位置。電磁鐵位於懸浮物體的上方,只要物體太靠近,電磁鐵就會關閉,當物體落得更遠時,它會重新開啟。這個解釋也許並不完美,但是卻形象的說明了磁懸浮的基本思想。

    圖 帶有反饋迴路的磁懸浮

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