磁懸浮（fú）技術原理及分類

懸浮技（jì）術主要包括磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、電（diàn）懸浮、粒子束懸浮等，其中磁懸（xuán）浮技術（shù）比（bǐ）較成熟（shú）。磁懸浮技術實現形式比較多，主（zhǔ）要可以（yǐ）分為係統自穩的被動（dòng）懸浮和係統不能自穩的主動懸（xuán）浮等。磁懸（xuán）浮列車是由無接（jiē）觸的磁力支承、磁力導向和線（xiàn）性驅動係統組成（chéng）的新型交通（tōng）工具，主要有超導電動型（xíng）磁懸浮列車、常導電磁吸力型高（gāo）速磁懸浮列車以及常導電磁（cí）吸力型中低速磁懸浮。

磁懸浮原（yuán）理

磁懸浮技（jì）術的係統，是由轉（zhuǎn）子、傳感器、控（kòng）製（zhì）器和執行器4部分組（zǔ）成，其中執行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設在參考位置上（shàng），轉子受（shòu）到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感（gǎn）器（qì）檢測出轉子偏離（lí）參考點的位（wèi）移（yí），作為控製器的微（wēi）處理器將檢測的位移變（biàn）換成控製信號，然後功率放大（dà）器將這一控製信號轉換成控製電流，控製（zhì）電流在執行磁鐵中產生磁力，從而驅動轉子返回到原來平衡位置。因此，不論轉子受到向（xiàng）下或（huò）向上（shàng）的擾動，轉子始終能處於穩定的平衡狀態。

磁懸浮（fú）分類

抗磁質懸浮

1842年，英國物理學家Earnshow在研究點（diǎn）粒子集在靜電力作用下（xià）的穩定靜止問題（tí）時提出著（zhe）名的恩肖理（lǐ）論（lùn），這個定理後來被推廣到滿足平方（fāng）反比例定律力（lì）場中的物體靜止平（píng）衡問題。

恩肖指出，物體處於穩定的（de）靜止狀態需（xū）要兩個條件，物體在平衡（héng）點處合力為零同時物體在平衡點處合力的通量小於零。其中第二條件，合力（lì）通量小於零保證了物體的動態穩定，也就是物體（tǐ）受（shòu）到擾動後，所（suǒ）受到的合（hé）力仍然指向平衡點。

對於永磁體與鐵磁質、永磁體之間的作（zuò）用力滿足平方反比關係，所以根據恩肖理論，永磁體之間或者永磁體與鐵磁質之間是不可能產（chǎn）生穩定的磁懸浮的。

恩肖理論中的兩個條件後來被布魯貝克（Braunbeck）於（yú）1939年應用於磁介質或者電介質在磁場或者電場中（zhōng）的穩定問（wèn）題。布魯貝克指出對於相（xiàng）對磁（cí）導率小於1的磁介質可以在靜（jìng）磁場中保持穩定。

相對磁導率小於1的磁材料，通（tōng）常成為抗（kàng）磁質，這種磁懸浮通常稱為抗磁質懸浮。但（dàn）是抗磁質的磁化率絕對值（zhí）往往（wǎng）很小，磁化率最（zuì）大的（de）抗磁質為熱解碳，其磁化率為-400e-6，所以抗磁質懸浮（fú）往往需要比較強的磁場。金屬金屬（shǔ）鉍、銻、水以及絕大多數的有機物都是抗磁質，2010年諾貝爾物理學獎獲得者安德烈-蓋姆在1997首次成功用16T的磁場將一隻青蛙懸浮。

超導斥力懸浮

除了抗磁質外超導體處於超導態（tài）時，由於邁斯納效應磁通不能（néng）穿透超導體，其磁化（huà）率等於-1，所以其（qí）滿足布魯貝克推（tuī）論的條件，這種懸浮稱為（wéi）超（chāo）導體（tǐ）斥力懸浮。

超導釘紮（zhā）懸浮

對於（yú）非理想第二類超導體來說，其（qí）具有釘紮效應（yīng），當非理想第二類超導體處於混合態時，非理想第二類超導體可以（yǐ）俘獲並釘紮（zhā）磁力線，與磁（cí）場產生（shēng）釘紮（zhā）力，利用（yòng）釘（dìng）紮效應（yīng）也可以產生磁（cí）懸浮，這種懸浮稱為釘（dìng）紮懸浮（fú）或者量子懸浮。

渦流懸浮

對於常規磁介質，比如弱磁性材料，其相對磁導率接近於1，當其表麵（miàn）或（huò）者內部產生渦流時，相當於產生抗磁效應，使物（wù）體等效相對磁導率小於1。當然（rán）渦流懸浮也可以利用，楞次定律來解釋。渦流懸浮通（tōng）常使（shǐ）用交流電源、電磁鐵（tiě）和導電的弱磁材料比如銅、鋁（lǚ）作為懸浮物體。

電動懸浮

電動懸浮也是渦流原理，但是渦流的產生並不是因（yīn）為磁源交變，而是因為（wéi）磁體與弱磁性材料之間發生（shēng）相對（duì）移動。比如，磁（cí）體（永磁體或者超導磁體）在（zài）鋁（lǚ）板或者（zhě）銅板上快速移動（dòng），那麽鋁板或者（zhě）銅板上會感應渦流，渦（wō）流阻礙磁體（tǐ）與銅板與鋁板的（de）相對運動，運（yùn）動方向（xiàng）產生磁阻力，垂直（zhí）方向產生（shēng）使物（wù）體可以（yǐ）懸浮浮力（lì）。

主動控製懸浮

主（zhǔ）動控製懸浮是對不能夠自穩的懸浮係統采（cǎi）用閉環控製的方（fāng）法是懸浮穩定的一種懸（xuán）浮技術。電磁吸力（lì）懸浮（fú）是主動控製懸浮的一種。

此外還有諧振懸浮、自旋穩定懸（xuán）浮（fú）等多種形式的懸浮技術。