磁悬浮技术的应用现状课件.ppt

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1、主要报告内容主要报告内容一、磁悬浮系统的组成原理一、磁悬浮系统的组成原理 二、磁悬浮技术的应用现状二、磁悬浮技术的应用现状三、磁悬浮技术的发展趋势三、磁悬浮技术的发展趋势一、磁悬浮系统的组成原理一、磁悬浮系统的组成原理 悬浮：悬浮：磁悬浮、电悬浮、气悬浮磁悬浮、电悬浮、气悬浮磁悬浮基于磁拉（斥）力而悬浮，如图磁悬浮基于磁拉（斥）力而悬浮，如图所示。所示。2220200222 ()AdRUFdxAxx , x F0 xU, x F0 xUg222020222()UwdRgFdxgw xx 磁悬浮技术类型：磁悬浮技术类型： 1. 1.主动磁悬浮技术主动磁悬浮技术 2.2.被动磁悬浮技术被动磁悬浮技

2、术 3.3.混合磁悬浮技术混合磁悬浮技术 4.4.超导磁悬浮技术超导磁悬浮技术1.1.主动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。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，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使悬浮体相对其要求位置的偏移不超过应许的范围。伺服控制悬浮又叫有过应许的范围。伺服控制悬浮又叫有源悬浮，如图源悬浮，如图1 1所示。所示。主动磁悬浮系统22212120220102()()IIFFFN

3、Agggg磁悬浮轴承的工作原理磁悬浮轴承工作原理图磁悬浮轴承工作原理图 2221202200()()()()IiIiFFFNAgxgx悬浮力：悬浮力： 2.2.被动磁悬浮技术被动磁悬浮技术 不另外提供控制能源，靠自身磁场能不另外提供控制能源，靠自身磁场能量支承悬浮体。又叫无源悬浮。量支承悬浮体。又叫无源悬浮。 1 1）电磁式：通过调整自身激磁电路本）电磁式：通过调整自身激磁电路本身参数来实现固有稳定的悬浮。身参数来实现固有稳定的悬浮。 2 2）永磁式：利用永磁体提供磁场能量）永磁式：利用永磁体提供磁场能量悬浮物体。悬浮物体。 无源悬浮仅在偏离要求位置一定的范无源悬浮仅在偏离要求位置一定的范围内

4、稳定。围内稳定。图图2 2 电磁式被动型磁悬浮组成图电磁式被动型磁悬浮组成图 1）电磁式被动型磁悬浮技术）电磁式被动型磁悬浮技术xgANL021xgANL022电磁式被动型磁悬浮工作原理图电磁式被动型磁悬浮工作原理图 xgANL021xgANL022电磁式被动型磁悬浮电流电感关系图电磁式被动型磁悬浮电流电感关系图 电磁式被动磁悬浮轴承的工作原理电磁式被动磁悬浮轴承的工作原理 右侧右侧 左侧左侧 xgANL021xgANL02220211)()(xgANiF20222)()(xgANiF22212122200()()iiFFFNAgxgx电感变化电感变化电磁力变化电磁力变化电磁合力电磁合力永磁被

5、动悬浮力计算永磁被动悬浮力计算2）永磁式被动磁悬浮）永磁式被动磁悬浮xU00A UURx22020122UAFAx永磁永磁磁悬浮直流电机磁悬浮直流电机永磁永磁磁悬浮轴磁悬浮轴承结构承结构径向悬浮力与径向偏移量的关系径向悬浮力与径向偏移量的关系轴向悬浮力与轴向位移的关系3.3.混合磁悬浮系统混合磁悬浮系统 为了提高无源悬浮的刚度，或者，为了提高无源悬浮的刚度，或者，因为无源悬浮仅在偏离要求位置一定因为无源悬浮仅在偏离要求位置一定的范围内稳定的，可以将伺服控制叠的范围内稳定的，可以将伺服控制叠加在无源悬浮上，即有源和无源混合加在无源悬浮上，即有源和无源混合组成主动控制的混合磁悬浮系统。组成主动控制

6、的混合磁悬浮系统。 混合型主动磁悬浮工作原理图混合型主动磁悬浮工作原理图 20022222002()U gU NFAxigxgxUUii混合磁悬浮轴承结构混合磁悬浮轴承结构永磁电磁混合磁悬浮系统4.超导式磁悬浮技术超导式磁悬浮技术二、磁悬浮技术的应用二、磁悬浮技术的应用 1. 磁悬浮轴承技术磁悬浮轴承技术磁悬浮轴承支承的主轴系统飞轮贮能系统结构飞轮贮能系统结构磁悬浮轴承主轴结构磁悬浮轴承主轴结构 无轴承电机基本结构无轴承电机基本结构 示意图示意图2.无轴承电机技术无轴承电机技术 飞轮贮能系统结构比较飞轮贮能系统结构比较 无轴承密封泵无轴承密封泵 无轴承人工血泵无轴承人工血泵 两自由度无轴承电机

7、两自由度无轴承电机两自由度无轴承电机两自由度无轴承电机1512345678917161413121110多自由度无轴承电机多自由度无轴承电机3.磁悬浮列车技术磁悬浮列车技术 5.其它应用技术其它应用技术 此外，磁悬浮技术的应用还有磁悬浮主此外，磁悬浮技术的应用还有磁悬浮主轴系统、磁悬浮飞轮、磁悬浮减振器、轴系统、磁悬浮飞轮、磁悬浮减振器、磁悬浮电梯、磁悬浮风机（泵）、磁悬磁悬浮电梯、磁悬浮风机（泵）、磁悬浮发电、磁悬浮关节、磁悬浮直线电浮发电、磁悬浮关节、磁悬浮直线电机机. .。三、磁悬浮技术发展现状三、磁悬浮技术发展现状 1）磁悬浮列车）磁悬浮列车1842年英国物理学家恩休首先提出磁悬浮概念

8、；年英国物理学家恩休首先提出磁悬浮概念；1922年德国工程师赫尔曼年德国工程师赫尔曼.肯佩尔提出了电磁悬浮原肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并于理，并于1934年申请了磁悬浮列车专利；年申请了磁悬浮列车专利；20世纪世纪60年代，世界上出现了年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。 1969年，德国牵引机车公司研制出小型磁悬浮列车年，德国牵引机车公司研制出小型磁悬浮列车系统模型，并在系统模型，并在1km轨道上时速达轨道上时速达165 km，这是磁，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。悬浮列车发展的第一个

9、里程碑。1994年年2月，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，在一月，日本的电动悬浮式磁悬浮列车，在一段段74 km长的试验线上，创造了时速长的试验线上，创造了时速431 km的日本的日本最高记录。最高记录。 1.1.国内外的研究现状国内外的研究现状1999年年4月日本研制的超导磁悬浮列车在实验线上达月日本研制的超导磁悬浮列车在实验线上达到时速到时速552 km，德国经过，德国经过20年的努力，技术上已趋年的努力，技术上已趋成熟，已具有建造运营线路的水平。成熟，已具有建造运营线路的水平。1989年年3月，国防科技大学研制出我国第一台磁悬浮月，国防科技大学研制出我国第一台磁悬浮试验样车。试验样车。199

10、5年，我国第一条磁悬浮列车试验线在西南交通年，我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控制和载人运行等时速为300 km的试验。标志我国的试验。标志我国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术。已经掌握了制造磁悬浮列车的技术。2001年，西南交通大学研制的高温超导磁悬浮列车年，西南交通大学研制的高温超导磁悬浮列车样机实验成功。样机实验成功。 国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988 年召开了年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。第一届国

11、际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和我国都在大用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和我国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约落后外国约20年。年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对学首先对“磁力轴承的开发及其在磁力轴承的开发及其在FM

12、S中的应用中的应用”这一课题这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。工作。 2 2）磁悬浮轴承）磁悬浮轴承3 3）无轴承电机）无轴承电机自自1991年以来，瑞士、日本、美国、德国等国家先后提出年以来，瑞士、日本、美国、德国等国家先后提出和研制了不同类型的无轴承电机。相继提出了内外置永磁型、和研制了不同类型的无轴承电机。相继提出了内外置永磁型、感应型、磁阻型、同步磁阻型、永磁同步型等磁轴承。并进感应型、磁阻型、同步磁阻型、永磁同步型等磁轴承。并进行了一些测量比较，提出了控制结构；行了一些测量比较，提出了控制结构； 国内对磁轴承的研究起步较晚，同外国相比有一定的差距。国内对磁轴承的研究起步较晚，同外国相比有一定的差距。目前，西安交通大学、南京航空航天大学已成功研制了无轴目前，西安交通大学、南京航空航天大学已成功研制了无轴承电机的样机，但到目前为止，对磁悬浮技术的利用还只停承电机的样机，但到目前为止，对磁悬浮技术的利用还只停留在实验室的研究阶段，在轴承刚度和承载能力方面距离大留在实验室的研究阶段，在轴承刚度和承载能力方面距离大规模应用还有一定距离。规模应用还有一定距离。