所謂懸浮就是上不著天、下不著地,、哪也不挨,、懸在半空，磁懸浮就是利用磁場的作用力使物體上不著天下不著地,。磁懸浮技術(shù)主要被用做有相對運動的兩個物體之間,，避免運動時相互接觸產(chǎn)生摩擦。常見的使用場合是磁懸浮列車和磁懸浮軸承,。老師就這兩個方面給寶寶們瞎想一把,。

   1 電磁基礎知識。在講兩個應用之前先說說磁懸浮技術(shù)的基礎知識,。

   1.1 磁力,。寶寶們都知道，磁鐵有兩個極,，分別叫N極和S極,，同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引,。也就是說,，兩個磁鐵之間存在著作用力，我們叫做磁力,。磁力不僅存在于兩個磁鐵之間,，一個磁鐵與鐵磁類物質(zhì)靠近時也存在磁力，寶寶們用磁鐵吸引一枚鋼針就屬于這種情況,。磁鐵無論哪個極靠近一個鐵磁類物體時產(chǎn)生的都是吸力,，這是因為鐵磁類物質(zhì)在磁場中會被磁化,，也變成一個磁鐵，而且磁化后的方向總是與磁化它的磁鐵異性相對,，產(chǎn)生吸力,。說這些是考慮到寶寶們的物理基礎和理解力，比較好理解,，其實按現(xiàn)代電磁學的理論,，用磁極說事是很不嚴密的，現(xiàn)代電磁學都是用場的理論來描述電磁現(xiàn)象,，由于這些理論過于深奧,，說了你也不懂，只好就用那些傳統(tǒng)的說法了,！

   1.2 磁是怎么來的,。早期人們對磁的認識只是停留在一種具有“魔性”的石頭能夠吸引鐵磁類物質(zhì)，這種“瘋狂的石頭”就叫磁石,，也有叫“吸鐵石”的,。隨著認識的深入，后來又了解了同性相斥異性相吸的規(guī)律,。那時人們只知道這些天然的磁石是上天的安排,，神來之筆,。直到1820年,，有個叫奧斯特的老兄發(fā)現(xiàn)了電流周圍會產(chǎn)生磁場，從此將磁與電聯(lián)系起來,，為后來的法拉第和麥克斯韋兩位英國老弟建立現(xiàn)代電磁理論奠定了基礎,。理論和實驗均表明，所有的磁現(xiàn)象都是由電流產(chǎn)生的,，包括那些永久磁鐵的磁場也是由“分子電流”產(chǎn)生的,。

   1.3 怎樣才能磁懸浮。知道了同性相斥,、異性相吸的道理,，我們就可以用兩個同性磁極的斥力或者用兩個異性磁極的吸力把一個物體懸浮起來。且慢,！問題遠沒有寶寶們想像的那么容易,。一個叫恩肖（也有的叫他恩紹Earnshow)的英國哥們就說了，不可能只用一個永磁體不用其它的控制和約束手段把另一個永磁體或鐵磁物質(zhì)穩(wěn)定地懸浮起來,！并且這位老兄用數(shù)學的方法證明了這個結(jié)論,。他指出一個物體穩(wěn)定地懸浮在半空的條件有兩個：一個是該物體所受到的合力為0；二是合力沿任意自由度方向的偏導數(shù)必須小于0,。上述第一個條件很好滿足,，但第二個條件就難滿足了！知道寶寶們一提微積分就蒙圈，老師就通俗地解釋一下第二個條件,，第二個條件是說一旦物體受到擾動偏離平衡位置或狀態(tài),，必須要受到一個指向平衡位置的合力，以使物體自行恢復到平衡位置和平衡狀態(tài),，只有這樣物體才能穩(wěn)定地懸浮在半空,。就像一個玻璃球可以非常輕松地穩(wěn)定停在一個圓弧形的鍋底，但如果你要把鍋扣過來讓玻璃球穩(wěn)定地停在弧頂就不可能了,！其中的道理就是因為不滿足上述第二個條件,。上述那個結(jié)論和那兩個條件被稱作恩肖定理或恩肖理論。既然恩大大都把定理都整出來了,，寶寶們就別做夢只用永磁不用別的控制和約束手段搞磁懸浮了,。說這個主要是因為磁懸浮領域也是民科的重災區(qū)，總有一些不知天高地厚的民科,，沒上過幾天學,，毫無基本科學素養(yǎng)，每天想著推翻恩大大,、牛大大,、愛大大等等大大們理論，老師就經(jīng)常遇到這樣的人和事,，也希望寶寶們通過看老師的瞎想提高科學素養(yǎng),，見到這些能夠馬上甄別，在磁懸浮領域,，凡是說只用永磁體不需要控制就可實現(xiàn)穩(wěn)定磁懸浮的統(tǒng)統(tǒng)都是蝦扯蛋,！跑偏了，老師一提民科就來氣,！趕緊回到正題,。

   2 磁懸浮列車。磁懸浮列車主要有三方面的事,，一是懸浮,，二是導向，三是驅(qū)動,。   

   2.1 懸浮,。懸浮方式主要有兩種，一是靜懸浮,，即在靜止時就通過磁力將列車懸浮起來,，懸浮高度大約在10mm左右；另一種是動懸浮,，即只有當列車行駛到一定速度時才使列車懸浮起來,，懸浮的高度與列車行駛速度和列車的質(zhì)量有關(guān),，通常在100mm左右。

   我們先說靜懸浮,。靜懸浮也叫常導磁吸式或電磁式（EMS）懸浮,。其結(jié)構(gòu)是車輛的兩側(cè)伸到T型軌道的下方，像兩個側(cè)臂一樣環(huán)抱著軌道,，伸下來的“手掌”上表面安裝有常溫懸浮電磁鐵,，T型軌道的兩測下表面是用鐵磁材料制成的鐵芯，當給電磁鐵的線圈通電時磁鐵與軌道上的鐵芯就會產(chǎn)生電磁吸力,，吸力的大小取決于二者之間的間隙和勵磁電流,，控制電流的大小就可以控制吸力，在軌道和電磁鐵之間裝有檢測間隙的傳感器,，根據(jù)間隙的大小,，控制吸力等于車體重力，并保證懸浮間隙為10mm左右,，這樣就實現(xiàn)了車輛的懸浮,。注意這里必須要有控制，否則就違反了恩大大的定理了,！由于靜懸浮與列車速度無關(guān),，所以這種方式可以在靜止狀態(tài)下實現(xiàn)懸浮，并在列車運行時根據(jù)間隙大小實時調(diào)節(jié)勵磁電流以保證懸浮間隙穩(wěn)定,，因此這種磁懸浮列車無需車輪作為輔助支撐,。上海浦東機場線的磁懸浮列車就是采用這種方式，德國的磁懸浮技術(shù)也是采用的這種方式,。

   再說動懸浮,。動懸浮也稱超導磁斥式或電動式（EDS）懸浮,。其結(jié)構(gòu)是在車輛兩側(cè)裝有超導電磁鐵,，其磁感強度非常高，可以達到數(shù)特斯拉,，在軌道的兩側(cè)面與超導電磁鐵相對裝有8字型的短路線圈,，當列車運行時，超導磁鐵強大的磁場就會在8字型短路線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電勢,，由于線圈成8字型反接,，當超導電磁鐵位于8字的中心時，8字型線圈的上下兩部分感應的電勢相等,，方向相反,，串聯(lián)后剛好抵消，線圈內(nèi)沒有電流,，因此也稱這種線圈為0磁通線圈,。如果超導電磁鐵中心低于8字線圈中心線,，線圈的上下兩部分感應電勢大小就不相等，串聯(lián)后就會在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流,，根據(jù)奧大大的理論,，有電流就會產(chǎn)生磁場，線圈下半部分產(chǎn)生的磁場與超導電磁鐵極性相同,，對列車產(chǎn)生向上的斥力,，上半部分的磁場與超導電磁鐵極性相反，對列車產(chǎn)生向上的吸力,，這一推一拉就會使列車懸浮起來,，由于列車有重力存在，必須要產(chǎn)生相上的懸浮力,，所以正常情況下,，超導電磁鐵的中心總是低于8字型線圈中心線。必須指出的是,，這種懸浮方式只有當列車達到一定速度時才能產(chǎn)生足夠大的懸浮力,，在列車靜止或低速運行時，是不能懸浮的,，因此稱為動懸浮,。動懸浮列車有個“起浮”和“著陸”的問題，因此這種列車必須要有輪子,，用于低速和靜止時支撐車輛,。這種方式通常用于高速磁懸浮列車，日本的磁懸浮就主要基于這種方式,。

   2.2 導向,。磁懸浮列車運行時上不著天下不著地，拐彎就成了個問題,，專業(yè)術(shù)語叫“導向”,。那么磁懸浮列車如何實現(xiàn)導向呢？對于EMS系統(tǒng),，列車環(huán)抱軌道的臂膀內(nèi)側(cè)和軌道的外側(cè)分別裝有導向電磁鐵,、導向鐵芯和檢測側(cè)向間隙的傳感器，當檢測到側(cè)向間隙增大時,，就給加大導向電磁鐵的勵磁電流,，同時減小另一側(cè)導向電磁鐵的勵磁電流，這樣列車就受到一個側(cè)向力迫使列車轉(zhuǎn)彎,，正常運行時如果列車受到干擾偏離軌道中央,，導向力也會迫使列車回到軌道中央穩(wěn)定運行。對于EDS系統(tǒng),，如果列車兩側(cè)的側(cè)向間隙不相等,，則間隙小的一側(cè)8字型線圈會產(chǎn)生一個較大的側(cè)向斥力將列車推回到軌道中央,，實現(xiàn)導向，因此對于EDS系統(tǒng),，懸浮系統(tǒng)同時具備了導向功能,。為了寶寶們的安全，EDS系統(tǒng)還在列車的側(cè)面設置了輔助導向輪,，以提高導向的可靠性和安全性,。

   2.3 驅(qū)動。前面說了,，磁懸浮列車上不著天下不著地,，無法利用車輪與軌道的粘著力實現(xiàn)驅(qū)動，只能依靠電磁推力來實現(xiàn),。磁懸浮列車的驅(qū)動系統(tǒng)其實就是一個直線電機,，把旋轉(zhuǎn)電機沿圓周展開就形成了一個直線電機，原來的定子側(cè)稱為初級,，轉(zhuǎn)子側(cè)稱為次級,，在磁懸浮列車中我們可以把初級放在列車上，把次級放在軌道上,，稱為長次級短初級,，這種系統(tǒng)由車上供電，在列車運行時需要由受電弓從線路上滑動獲取電能,，由于滑動接觸摩擦生熱,，嚴重限制了列車的最高運行速度，因此該方式主要適用于中低速磁懸浮列車,，但這種方式也有很大的優(yōu)點,，由于成本很高的初級較短，成本較低的次級裝在軌道上,，因此工程造價很低,。我們也可以把初級置于軌道上，次級置于列車上,，即長初級短次級,，這種系統(tǒng)由軌道側(cè)供電,，無需滑動受電,，因此可以實現(xiàn)很高的運行速度。這種結(jié)構(gòu)的磁懸浮列車司機在陸上的控制室里,，車上可沒有司乘人員,。當然這種系統(tǒng)由于在成千上萬公里的軌道上布滿了電樞線圈，造價會非常昂貴,！

特別指出的是,，無論是哪種磁懸浮系統(tǒng),，推進的初級和次級都不能放到車肚子底下和軌道的上表面，這是為什么呢,？留個作業(yè),，寶寶們自己去瞎想吧！

   3 磁懸浮軸承,。

   磁懸浮的另一個用途是磁懸浮軸承,。磁懸浮軸承就是采用磁力把轉(zhuǎn)子懸浮在定子中間。根據(jù)磁懸浮軸承所約束的方向,，可分為二自由度和三自由度兩種,，二自由度就是只約束上下左右兩個方向，即X,、Y方向,，三自由度的還要加一個軸向（Z向）約束。通常情況下,，臥式安裝的電機在運行時,，定轉(zhuǎn)子的磁力中心線會自動對齊，因此無需軸向約束,。磁懸浮軸承也有定子和轉(zhuǎn)子,，在定子的上下左右各有一對電磁鐵，轉(zhuǎn)子就是軸或在軸上套一個圓柱形的鐵芯,，定轉(zhuǎn)子之間設有兩個檢測X和Y方向間隙的傳感器,，根據(jù)測得的間隙，控制各電磁鐵的勵磁電流,，以調(diào)節(jié)X,、Y方向的電磁吸力，保持轉(zhuǎn)子處于中間位置,，原理就是這么簡單,，寶寶們懂了嗎？需要指出的是,，磁懸浮軸承雖然沒有了滑動接觸,，但并不是沒有損耗，因為轉(zhuǎn)子在靜止磁場中高速旋轉(zhuǎn),，鐵耗還是有的,，只是比摩擦損耗小而已。

   好了,！看了這期瞎想,，相信寶寶們再帶上女盆友坐磁懸浮列車時就可以跟她吹牛B了！