发布时间 : 星期五 文章磁悬浮鼠标的设计原理介绍更新完毕开始阅读00dd492c302b3169a45177232f60ddccda38e62e
一.简单的力学原理
稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。托起磁悬浮鼠标的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。
由 于 磁 铁 有 同 性 相 斥 和 异 性 相 吸 两 种 形 式，故 磁 悬 浮 技 术 的 应 用也有两种相应的形式：一 种 是 利 用 磁 铁 同 性 相 斥 原 理 而 设 计 的 电 磁 运 行系统，它 利 用 超 导 体 电 磁 铁 形 成 的 磁 场 与 线 圈 形 成 的 磁 场 之 间 所 产生的相斥力，使 物 体 悬 浮 的；另一种 则 是 利 用 磁 铁 异 性 相 吸 原 理 而 设计 的 系 统，它 利 用 吸 引 力 与 物
【5】 体 的 重 力 平 衡，从 而 使 物 体 进 行 悬 浮 。
二.磁悬浮技术介绍
1.磁悬浮的种类
[13]
根 据 实 现 悬 浮 的 物 质，一 般 可 以 分 为：常 导 悬 浮 、超导悬浮和永磁体悬浮三种。所 谓 常 导 、超 导 和 永 磁 体 悬 浮，分 别 是 指 形 成 悬 浮 力 需 要 利 用 常 温 导 体 制 的 电 磁 铁、超 导 材 料 制 造 的 电 磁 铁 和 永 磁 铁 产 生的磁场。表1 - 1 表示两个物体之间的受力关系和悬浮方式。 表1-1 磁悬浮按照相互作用的物体间的关系分类 超导体 磁导体 物体2 金属导体 超导电磁铁 永磁体 斥力/吸引力 常导电磁铁 超导电磁铁 斥力/吸引力 斥力/吸引力 吸引力 吸引力 吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 常导电磁铁 斥力/吸引力 斥力/吸引力 斥力/吸引力 永磁体 2.磁悬浮技术原理及其应用 （1）根据磁悬浮原理，实际应用中常见以下四种形式 ① 使用永久磁铁 永久磁铁是使用硬磁材料充磁后所具有的很强的剩磁效应制造的。由 于 无 论 采 用 斥 力 还 是 吸 引 力 方 式 实 现 悬 浮，永磁体在使用中都是不消耗能源的，因此在节能要求高的场合有特殊的优势。其缺点是永磁体产生的磁场难以控制，因此需要和常导电磁铁组合使用。而且强永磁体制作成本高，普 通 材 料 又 难 以 产 生 足 够 的 磁 感 应 强 度，因此工作受到限制。 ② 使用超导电磁铁悬浮 [14]
超 导 悬 浮 是 在空 心 超 导 线 圈 中 通 入 强 电 流，从 而 产 生 强 磁 场 实 现 浮。超 导 悬 浮 有 引 力 悬 浮 和 力 悬 浮 两 种 形 式。利用吸引力悬浮式，由 于 电 流 难 以 控 制，所 以 常 与 常 导 方 式 结 合 使 用 。利 用 斥 力 悬 浮 时，是让超导体与另一个导体产生相对运动，利 用 在 另一导 体 中 产 生 的感应电流来获得力。超导电磁铁悬浮常用于磁悬浮列车。超导电磁 铁 悬 浮 的 优 点 是 系 统 是 自 稳 定 的，无主动控制，也无需沉重的铁芯，线 圈 能 量 损 耗 少。但是，超 导 悬 浮 系 统 需 要 复 杂 的 液 氮 冷 却 系 统 。 ③ 利用高频感应的电涡流悬浮
高频感应线圈产生的高频交变磁场可以再金属中感应出电涡流，这样的涡流也同样会产生磁场，而且必定与原来磁场方向相反，于是可以利用这一原理实现斥力悬浮。这 种 方 法 的 优 点 是 可 以 对 任 何 导 电 体可以实现静止悬浮，不要求悬浮体是导磁体。这 种 方 法 已 经 应 用 于 高纯度、高熔点金属的熔炼，由 于 感 应 悬 浮法 的 悬 浮 力 决 定 于 感 应 电流的大小，而且一般采用常导线圈，能耗较大，应用面较窄。
④ 用 可 直 流 常 导 电 磁 铁 悬 浮
常 导 磁 悬 浮 是 利 用 通 入 直 流 电 流 的 常 导 线 圈 所 产 生 的 磁 场，对铁磁材料产生的吸引力来实现悬浮。由于这种悬浮方式本质上是不稳定的，因 此 需 要 对 悬 浮 气 隙 进行 闭 环 控 制，调节线圈的电流来控制吸力的大小，为提高磁感应强度，通 常将线圈绕在铁磁材料的铁芯上。这种方式要求引入主动控制系统来维持稳 定悬浮，被悬浮物必须是导磁体。
（2）磁悬浮技术的应用领域及其广泛，主要在以下一些工业和民用领域应用 :① 磁悬浮列车② 磁 悬 浮 轴 承③ 磁 悬 浮 冶 炼 ④ 磁 悬 浮 防 振 装 置 ⑤ 磁 悬 浮
搬 运
3.磁悬浮技术特点
[15]
磁悬浮技术主要有以下突出优点：
① 无接触。由于不和被悬浮体没有接触，因此无摩擦、无机械磨损、、低 能
耗、低 噪 声 和 低 维 护 费。
②由于不需要支撑介质，所以可在空，超净和高温、低温等各种特 殊 条 件 下 应 用，而 且 可 以长 期 工 作 无 需 润 滑 和 维 护。
③可以实现主动控制，所以能够在各种需要减振、支撑硬度能够改变的系统中得到应用，也易于实现计算机控制，进而实现运动、监控及自动检测和诊断，自动化程度高。
④受力分布均匀，因此磁悬浮支撑力是均匀分布在整个磁极面上，大 大 减 轻 了 应 力，可 以 降 低 系 统 制 造 成 本，提 高 寿 命 可可 靠 性。
4.目前存在的技术问题
尽 管 磁 悬 浮 技 术 有上述 的 许 多 优 点，但 仍 然 存在一些不足：
(1)由 于 磁 悬 浮 系 统 是 以 电 磁 力 完 成 悬 浮 、导 向 和 驱 动 功 能 的，断 电 后 磁 悬
浮 的 安 全保 障 措 施。尤 其 是 磁 悬 浮 列 车 停 电 后 的 制 动 问题 仍 然 是 要 解 决 的 问 题，同 时其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。
(2)常 导 磁 悬 浮 技 术 的 悬 浮 高 度 较 低。因 此 磁 悬 浮 列 车 对 线 路 的 平 整 度、路基下沉量 及 道 岔 结 构 方 面 的 要 求 较 超 导 技 术 更 高。
(3)超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统 重，其 造 价 也 相 对 较 高，整 个 系 统 也 复 杂，而 且 强 磁 场 对 人 体 与 环 境 都有 影 响。
三．几大悬浮原理
[16]