磁懸浮列車的設(shè)計(jì)理念

磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排斥力）來(lái)推動(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不需接觸地面，因此其阻力只有空氣的阻力。磁懸浮列車的最高速度可以達(dá)每小時(shí)500公里以上，比輪軌高速列車的300多公里還要快速。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國(guó)，早在1922年德國(guó)工程師赫爾曼?肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車的專利。1970年代以后，隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。

磁懸浮技術(shù)是起源于德國(guó)，早在1922年德國(guó)工程師赫爾曼?肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車的專利。1970年代以后，隨著世界工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國(guó)、日本、美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。利用磁力使物體處于無(wú)接觸懸浮狀態(tài)的設(shè)想是人類一個(gè)古老的夢(mèng)，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。因?yàn)榇艖腋〖夹g(shù)是集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化技術(shù)(高新技術(shù))。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的進(jìn)展，磁懸浮技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前（2009年）國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是磁懸浮軸承和磁懸浮列車，而應(yīng)用最廣泛的是磁懸浮軸承。它的無(wú)接觸、無(wú)摩擦、使用壽命長(zhǎng)、不用潤(rùn)滑以及高精度等特殊的優(yōu)點(diǎn)引起世界各國(guó)科學(xué)界的特別關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界人士都對(duì)其傾注了極大的興趣和研究熱情。

磁懸浮技術(shù)的系統(tǒng)，是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng)，就會(huì)偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測(cè)的位移變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來(lái)平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，經(jīng)過(guò)多年的研究工作，國(guó)內(nèi)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究都取得了很大的進(jìn)展。但是不論是在理論還是在產(chǎn)品化的過(guò)程中，該項(xiàng)技術(shù)都存在很多的難題，其中磁懸浮列車的技術(shù)難題是懸浮與推進(jìn)以及一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它的實(shí)現(xiàn)需要運(yùn)用電子技術(shù)、電磁器件、直線電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、材料以及系統(tǒng)分析等方面的高技術(shù)成果。需要攻關(guān)的是組成系統(tǒng)的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)工程化。

磁懸浮軸承面向電力工程的應(yīng)用也具有廣闊的前景，根據(jù)磁懸浮軸承的原理，研制大功率的磁懸浮軸承和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)以減少調(diào)峰時(shí)機(jī)組啟停次數(shù)；進(jìn)行以磁懸浮軸承系統(tǒng)為基礎(chǔ)的振動(dòng)控制理論的研究，將其應(yīng)用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)和故障分析中；通過(guò)調(diào)整磁懸浮軸承的剛度來(lái)改變汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想，從而改善轉(zhuǎn)子運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性，避免共振，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性等，這些都將為解決電力工程中的技術(shù)難題提供嶄新的思路。

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