張舒菡

【摘要】 隨著當今社會的發(fā)展，交通工具作為人類的主要運輸工具，已經(jīng)成為人們不可或缺的一部分。電磁懸浮技術便廣泛應用交通運輸方面，并且細分為如下技術：電磁懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、光懸浮、粒子束懸浮等。其中電磁懸浮技術發(fā)展最為成熟，點磁懸浮技術簡稱為EML（electromagnetic levitation），利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的我留來實現(xiàn)對金屬球的懸浮。本篇文章將簡要介紹磁懸浮技術的基本原理、當今社會磁懸浮技術發(fā)展現(xiàn)狀以及硬件方面的應用。

【關鍵詞】 磁懸浮 電磁懸浮 高頻電磁場 高頻渦流

一、電磁懸浮技術原理

磁懸浮技術是指利用磁力克服重力做功從而使得物體處于懸浮狀態(tài)的一種技術。點磁懸浮技術的實現(xiàn)形式多種多樣，但主要可以分為系統(tǒng)自穩(wěn)的被動懸浮以及系統(tǒng)不能自穩(wěn)的主動懸浮等等。磁懸浮技術的系統(tǒng)，主要是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，這其中的執(zhí)行器包括電磁鐵以及功率放大器兩部分。假設在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個向下的擾動，轉(zhuǎn)子就會偏離其參考位置，這個時候傳感器就能檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點的位移，之后作為控制器的微處理器便會將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流便可以在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而其所產(chǎn)生磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置，也就是當初的參考位置。所以，無論轉(zhuǎn)子受到向上或者向下的擾動，轉(zhuǎn)子始終都能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

二、當今電磁懸浮技術簡介

1、磁懸浮技術類型。當今社會的磁懸浮類型是要分為三種：1、以德國為代表的常導電式磁懸浮2、以日本為代表的超導電動磁懸浮3、以中國為代表的永磁懸浮。前兩種磁懸浮技術都需要用一定的電力來產(chǎn)生磁懸浮動力。而第三種，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動力支持，在當今世界磁懸浮技術屬于先進行列。

2、磁懸浮技術在中國的應用以及發(fā)展情況。2006年8月17日，我國的“中華01號”永磁懸浮路車模型在大連舉行的2006 中國國際專利技術與產(chǎn)品交易會上亮相。該模型是大連3000米永磁懸浮試驗線路的仿真微縮型產(chǎn)品，專門為了城市之間的區(qū)域交通設計。列車在高架的磁軌上運行，列車的設計時速230公里，既可運送貨物，又可載客運行，十分適合在大都市圈進行交通運輸。根據(jù)半島晨報報道：原來只有在小說、科幻電影中才能聽到、見到的“空中懸浮”列車即將出現(xiàn)在大連人的視野之中。并且記者專交會上了解到，3000米永磁懸浮試驗線擬定在2006年年底在開發(fā)區(qū)建設。2006年8月17日上午，在大連世界博覽廣場所舉辦的運行中的磁懸浮列車“2006年中國國際專利技術與產(chǎn)品交易會”上，“中華01號”1/10槽軌永磁懸浮微縮路-車格外引人注目。據(jù)調(diào)查顯示，目前世界上有3種類型磁懸浮技術，即德國的常導電磁懸浮、日本的超導電動磁懸浮以及中國的永磁懸浮。永磁懸浮技術是中國大連擁有核心及相關技術發(fā)明專利的原始創(chuàng)新技術。據(jù)技術人員介紹，日本和德國的磁懸浮列車在不通電的情況下，車體與槽軌是接觸在一起的，而利用永磁懸浮技術制造出的磁懸浮列車在任何情況下，車體和軌道之間不論在有電無電的情況下都是永不接觸的。中國永磁懸浮技術與國外磁懸浮技術相比有五個方面的優(yōu)勢：1.懸浮力強。 2.經(jīng)濟性好。3.節(jié)能性強。4.安全性好。5.平衡性穩(wěn)定。

三、磁懸浮技術的應用

磁懸浮鍵盤：通常來說，影響筆記本厚度的配件有很多，比如屏幕、硬盤、機身接口等，但往往很少有廠家會從鍵盤方面入手，這主要是因為大多數(shù)用戶都比較看重鍵盤手感，而一旦鍵盤犧牲了厚度，就勢必會影響手感。不過，2014年臺北電腦展上一家名為Darfon的公司展示了一款磁懸浮鍵盤，不僅超薄，還號稱能以電子方式調(diào)整回彈力度，如圖1。

該鍵盤借用了磁性的魔力，以取代一般鍵盤中的標準膠皮，由于超薄磁懸浮鍵盤沒有了傳統(tǒng)鍵盤采用的膠皮，鍵盤明顯更薄。該公司在現(xiàn)場演示了采用這種鍵盤的纖薄筆記本電腦，鍵盤是如此接近的筆記本電腦機身，以至于參觀者誤以為兩者是一體成型。同時該公司表示，這款鍵盤能以電子方式調(diào)整回彈力度，所以按鍵都會根據(jù)客戶喜好進行不同程度調(diào)整，這個發(fā)明的按鍵不需安裝現(xiàn)有按鍵中的彈性件，可有效延長按鍵的使用壽命。唯一美中不足的就是這種鍵盤在防水性能和觸摸手感方面還有待改進，不過給人一種未來的即視感，還是很有發(fā)展前景的。

磁懸浮鼠標：一般情況下，人的手腕在爭產(chǎn)活動是不會妨礙正中神經(jīng)的，但是在操作電腦的時候，由于鍵盤和鼠標有一定的高度落差，手腕必須背屈到一定角度才能使用，這個時候手腕部就處于一個相對強迫的位置，不能向自然情況下伸展，長時間后自然出現(xiàn)手部麻木、灼痛、手動作不靈活等，實乃現(xiàn)代人尤其是IT行業(yè)中最讓人無奈的“現(xiàn)代職業(yè)病”。不過，俄羅斯設計師Vadim Kibardin設計的磁懸浮鼠標（BAT Mouse）或許將會成為眾多鼠標手的福音。與傳統(tǒng)鼠標有所變化的是，磁懸浮鼠標通過將下方的鼠標墊變?yōu)榇判曰?，使鼠標可以在使用過程中懸浮于鼠標墊上，鼠標則是由一個懸浮導航器和磁力底圈組成。設計師Vadim Kibardin表示，這種設計可以預防和治療腕管綜合征，并且消除因使用鼠標而帶來的手部麻木，刺痛以及肌肉損傷。如圖2所示

磁懸浮列車：磁懸浮列車是當今社會中最先進的交通工具之一，它便是主要運用了電磁懸浮技術來實現(xiàn)穩(wěn)定、快速以及安全的運輸乘客。由于電磁力的緣故，列車與軌道之間可以實現(xiàn)無接觸的懸浮，再通過直線電機產(chǎn)生的電磁力牽引列車向前運行。由于列車與鐵軌沒有接觸，除了空氣阻力幾乎沒有其余阻力，所以磁懸浮列車的速度可以是普通火車三倍至四倍之多，極大的減少了中端距離的運輸時間。磁懸浮列車的產(chǎn)生得益于德國的工程師赫爾曼·肯佩爾（Hermann Kemper）在1992年提出的電磁懸浮原理，并且在當時申請了專利繼而申請了專利。1970年后，隨著各個國家不斷發(fā)展工業(yè)化，經(jīng)濟實力逐步增強，交通運輸效率的提升也成為了當務之急，為了適應經(jīng)濟的發(fā)展，各個發(fā)達國家如德國、美國、日本等國家都開展了對磁懸浮運輸系統(tǒng)的研究。磁懸浮列車的發(fā)展與壯大講帶動一個國家的變頻、電子設備制造以及對外技術合作等一大批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其應用也是十分廣闊的。

四、心得體會

本片調(diào)研論文完成的初衷也是為了了解我國電磁懸浮技術的發(fā)展現(xiàn)狀，同時希望自己通過本子調(diào)研論文的撰寫可以對未來類似于電磁懸浮技術的發(fā)展有所展望。磁懸浮技術作為當今社會的新興技術，也是我國的重點發(fā)展對象，作為這樣一門技術在與電信、通信方面也是密不可分的。電磁不分家，初中物理就學過奧斯特通過實驗表明通電導線周圍和永磁體周圍一樣都存在磁場，法拉第的電磁感應定律也對應了電磁之間的相互關系。從小就學過磁鐵磁極之間存在著一種看不見的磁力，同極相斥，異極相吸也是人人都知道的常識。但是通過對電磁懸浮技術調(diào)研后發(fā)現(xiàn)：即便是人人都知道，十分簡單的物理知識，只要勇于創(chuàng)新并且加上自己的思考，結(jié)合社會實際情況，從最開始理論上的可能，通過不斷得實驗嘗試，最終便可以完成讓當今世人嘆為觀止的電磁懸浮新興產(chǎn)品。雖然自己現(xiàn)在只是一名高中生，但是通過此次調(diào)研論文的撰寫，感覺自己距離社會新興技術更近了一步，對新興技術的渴望與好奇給自己帶來了強烈的使命感。希望以后在大學中可以更加努力的學習專業(yè)知識，可以為中國新興技術的發(fā)展貢獻出自己的綿薄之力。在此還是要感謝在我論文撰寫過程中對我提供幫助的朋友！

結(jié)束語：磁懸浮技術作為一種新興技術還在不斷的探索當中，每一次科研的進步都會為人類生活帶來便利，在磁懸浮技術的探索道路上灑下自己的汗水，為中國乃至世界貢獻出自己的力量！

參 考 文 獻

[1] 倪光正 《工程電磁場原理》（第二版） 高等教育出版社 2010（12）

[2] 房建成 《磁懸浮慣性動量輪技術》 國防工業(yè)出版社發(fā)行部 2012（12）

[3] 張玉民、戚伯云 《電磁學》 科學出版社 2016（1）