磁懸浮技術原理及分類

懸浮技術主要包括磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、電懸浮、粒子束懸浮等，其中磁懸浮技術比較成熟。磁懸浮技術實現形式比較多，主要可以分為系統自穩的被動懸浮和系統不能自穩的主動懸浮等。磁懸浮列車是由無接觸的磁力支承、磁力導向和線性驅動系統組成的新型交通工具，主要有超導電動型磁懸浮列車、常導電磁吸力型高速磁懸浮列車以及常導電磁吸力型中低速磁懸浮。

磁懸浮原理

磁懸浮技術的系統，是由轉子、傳感器、控制器和執行器4部分組成，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，轉子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉子偏離參考點的位移，作為控制器的微處理器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換成控制電流，控制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，不論轉子受到向下或向上的擾動，轉子始終能處于穩定的平衡狀態。

磁懸浮分類

抗磁質懸浮

1842年，英國物理學家Earnshow在研究點粒子集在靜電力作用下的穩定靜止問題時提出著名的恩肖理論，這個定理后來被推廣到滿足平方反比例定律力場中的物體靜止平衡問題。

恩肖指出，物體處于穩定的靜止狀態需要兩個條件，物體在平衡點處合力為零同時物體在平衡點處合力的通量小于零。其中第二條件，合力通量小于零保證了物體的動態穩定，也就是物體受到擾動后，所受到的合力仍然指向平衡點。

對于永磁體與鐵磁質、永磁體之間的作用力滿足平方反比關系，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生穩定的磁懸浮的。

恩肖理論中的兩個條件后來被布魯貝克（Braunbeck）于1939年應用于磁介質或者電介質在磁場或者電場中的穩定問題。布魯貝克指出對于相對磁導率小于1的磁介質可以在靜磁場中保持穩定。

相對磁導率小于1的磁材料，通常成為抗磁質，這種磁懸浮通常稱為抗磁質懸浮。但是抗磁質的磁化率絕對值往往很小，磁化率最大的抗磁質為熱解碳，其磁化率為-400e-6，所以抗磁質懸浮往往需要比較強的磁場。金屬金屬鉍、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的磁場將一只青蛙懸浮。

超導斥力懸浮

除了抗磁質外超導體處于超導態時，由于邁斯納效應磁通不能穿透超導體，其磁化率等于-1，所以其滿足布魯貝克推論的條件，這種懸浮稱為超導體斥力懸浮。

超導釘扎懸浮

對于非理想第二類超導體來說，其具有釘扎效應，當非理想第二類超導體處于混合態時，非理想第二類超導體可以俘獲并釘扎磁力線，與磁場產生釘扎力，利用釘扎效應也可以產生磁懸浮，這種懸浮稱為釘扎懸浮或者量子懸浮。

渦流懸浮

對于常規磁介質，比如弱磁性材料，其相對磁導率接近于1，當其表面或者內部產生渦流時，相當于產生抗磁效應，使物體等效相對磁導率小于1。當然渦流懸浮也可以利用，楞次定律來解釋。渦流懸浮通常使用交流電源、電磁鐵和導電的弱磁材料比如銅、鋁作為懸浮物體。

電動懸浮

電動懸浮也是渦流原理，但是渦流的產生并不是因為磁源交變，而是因為磁體與弱磁性材料之間發生相對移動。比如，磁體（永磁體或者超導磁體）在鋁板或者銅板上快速移動，那么鋁板或者銅板上會感應渦流，渦流阻礙磁體與銅板與鋁板的相對運動，運動方向產生磁阻力，垂直方向產生使物體可以懸浮浮力。

主動控制懸浮

主動控制懸浮是對不能夠自穩的懸浮系統采用閉環控制的方法是懸浮穩定的一種懸浮技術。電磁吸力懸浮是主動控制懸浮的一種。

此外還有諧振懸浮、自旋穩定懸浮等多種形式的懸浮技術。