磁懸浮技術(shù)在電梯中的應(yīng)用前景

焦一帆

摘 要：隨著城市化的普及，樓層建筑呈現(xiàn)高層化。電梯作為一種垂直交通工具，對(duì)城市的發(fā)展越來越重要。自電梯誕生之日起，人們對(duì)電梯的舒適性、方便性、便捷性、快速性等方面的追求從未止步。如何將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用在豎直導(dǎo)軌上的技術(shù)，也就是磁懸浮電梯，也應(yīng)該進(jìn)行嘗試。本文就磁懸浮技術(shù)在電梯中的應(yīng)用進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：磁懸?。浑娞?；應(yīng)用前景

中圖分類號(hào)：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

磁懸浮電梯是一種以磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于電梯的產(chǎn)物。把磁懸浮列車豎起來開，但是其中還有很多技術(shù)問題有待于解決。這種技術(shù)主要是通過結(jié)合運(yùn)用磁鐵的吸引及排斥作用使得物體懸浮靜止在半空。不像以往的舊式電梯需要靠垂直軌道牽引升降，它去除了傳統(tǒng)電梯的鋼纜、曳引機(jī)、鋼絲導(dǎo)軌、配重、限速器、導(dǎo)向輪、配重輪等復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備。新型的磁懸浮電梯在轎廂內(nèi)裝有磁鐵，在移動(dòng)時(shí)與電磁導(dǎo)軌（直線電機(jī)）上的電磁線圈通過磁力相互作用綜合調(diào)整，使得轎廂與導(dǎo)軌“零接觸”。由于不存在摩擦磁懸浮電梯于運(yùn)行時(shí)非常安靜并更加舒適，還可以達(dá)到傳統(tǒng)電梯無法企及的極高速。該種電梯適用于樓宇用梯、發(fā)射平臺(tái)及太空電梯等載人、載物的垂直運(yùn)輸設(shè)備。該種電梯非常節(jié)能。它根據(jù)電磁感應(yīng)原理可以利用電磁導(dǎo)軌切割磁感線的形式來回收轎廂動(dòng)能及勢(shì)能，使得它的能耗極大地降低。

1.磁懸浮技術(shù)原理及概述

自磁懸浮技術(shù)開發(fā)以來，科學(xué)工作者便致力于將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)，生活等領(lǐng)域中。就目前而言，磁懸浮技術(shù)比較成熟的是電磁懸浮技術(shù)。另外磁懸浮技術(shù)主要包括光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，如圖1所示。高頻電磁場(chǎng)在金屬表面會(huì)產(chǎn)生渦流，產(chǎn)生一個(gè)力，托起金屬球。這種原理就是電磁懸浮技術(shù)（Electromagnetlc Levitate），簡(jiǎn)稱EML技術(shù)。從力學(xué)上看，電磁懸浮技術(shù)就是通過高頻電場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)洛倫茲力，在合適的空間配置下，使洛倫茲力的方向同重力的方向相反，力作用平衡，實(shí)現(xiàn)電磁懸浮。其中高頻電場(chǎng)是一個(gè)十分重要的因素。在高頻電場(chǎng)放置一個(gè)金屬樣品時(shí)，高頻電廠會(huì)在金屬表面產(chǎn)生高頻渦流，高頻渦流與外磁場(chǎng)相互作用就會(huì)使金屬受到一個(gè)洛倫茲力，這也是洛倫茲力的產(chǎn)生方式。一般高頻電廠的是將交變電流為104Hz～105Hz的通過線圈中產(chǎn)生的。

2.傳統(tǒng)電梯的問題

（1）重心不能完全重合而造成的電梯平衡問題一直困擾著電梯界多年。傳統(tǒng)電梯的設(shè)計(jì)原理是曳引繩的拉力同電梯的重力達(dá)到力的平衡，從而工作。這種平衡僅僅是理論上的計(jì)算，即使在無人情況下達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的平衡，也無法滿足在載人工況下力的平衡。傳統(tǒng)電梯要求曳引繩的中心與轎廂中心完全重合，但是在實(shí)際工況中，不太可能達(dá)到。載人的狀況千變?nèi)f化，乘客在轎廂中的位置分布也是隨機(jī)的，這樣在導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的磨損就是不可避免地存在，有的時(shí)候會(huì)很嚴(yán)重，從而導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量的問題。關(guān)于導(dǎo)靴磨損嚴(yán)重的反饋和事故等也常常出現(xiàn)，網(wǎng)上出現(xiàn)的電梯事故也多是這種原因。而導(dǎo)軌使用問題往往是在使用一段時(shí)間出現(xiàn)的，這種狀況恰好說明了是磨損的問題。磁懸浮技術(shù)應(yīng)用在導(dǎo)軌上恰好解決了這個(gè)問題，磁懸浮電梯的導(dǎo)靴不與導(dǎo)軌直接接觸，這樣就不會(huì)出現(xiàn)磨損的問題，并且還可以省去導(dǎo)靴這個(gè)部件，使電梯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。

（2）噪音污染。平穩(wěn)性不好也一直困擾著傳統(tǒng)電梯，根本無法得到解決。接觸便會(huì)產(chǎn)生摩擦，理論上0摩擦的接觸是不存在的。導(dǎo)靴與導(dǎo)軌是采用機(jī)械接觸的，所以也會(huì)產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生噪聲?，F(xiàn)在的技術(shù)在導(dǎo)軌的接頭處是無法做到無縫連接的，再加上導(dǎo)軌表面粗糙度精度有限，如今市面上導(dǎo)軌的精度一般在0.4左右，使用的是機(jī)械拋光在電解的方式。所以導(dǎo)靴在導(dǎo)軌上運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生撞擊聲、摩擦聲，且速度越快噪聲越大。另外受限于技術(shù)，導(dǎo)軌的直線度也無法保證有很高的精度，隨著樓層的增高，電梯航程便會(huì)加大，從而降低電梯的直線度，當(dāng)電梯運(yùn)行很快時(shí)，轎廂中的乘客就會(huì)感覺道明顯的晃動(dòng)感，也就是平穩(wěn)性差。

3.磁懸浮電梯的應(yīng)用前景

隨著磁懸浮技術(shù)在高速鐵路上的應(yīng)用，技術(shù)越來越成熟，人們對(duì)此懸浮技術(shù)的應(yīng)用前景充滿了期待，期待磁懸浮技術(shù)更好地改造生活中，生產(chǎn)中的工作方式。同為運(yùn)輸工具的電梯應(yīng)用磁懸浮技術(shù)是人們考慮的方向。舒適性和安全性越來越考驗(yàn)如今的電梯。隨著樓層越來越高，電梯的航程也越來越遠(yuǎn)，如今的老式電梯明顯不能解決這個(gè)問題。而磁懸浮技術(shù)恰恰可以很好地解決這些問題。電磁懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)是磁懸浮電梯正常運(yùn)行需要的3個(gè)系統(tǒng)。

（1）電磁懸浮系統(tǒng)利用電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁導(dǎo)軌相互吸引產(chǎn)生的力懸浮，是一種吸力懸浮系統(tǒng)。磁懸浮電梯工作時(shí)，是利用吊架上的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力同導(dǎo)軌軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生鐵磁反作用將掉吊架與導(dǎo)軌分離，實(shí)現(xiàn)懸浮的目的。輪軌在垂直方向是無接觸支撐和接觸導(dǎo)向的。為了保證掉吊接和導(dǎo)軌軌道之間的懸浮間隙，高精度的電子調(diào)整系統(tǒng)被應(yīng)用。（2）推進(jìn)系統(tǒng)是指一種利用反作用原理為設(shè)備提供推力的裝置。其是磁懸浮電梯導(dǎo)向和運(yùn)行的動(dòng)力，其由馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)。（3）導(dǎo)向系統(tǒng)顧名思義就是來引到電梯吊架的系統(tǒng)，磁懸浮電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)是利用側(cè)向力來完成吊架沿著導(dǎo)軌的方向平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。永久磁鐵和電磁鐵組成了復(fù)合磁鐵裝置，利用復(fù)合磁鐵裝置，吊架導(dǎo)靴和升降導(dǎo)軌有一定的縫隙，不需要兩者接觸就可以升降轎廂。裝置的布置也是符合力學(xué)平衡原理。取轎廂的上下梁的兩端4個(gè)位置，兩塊磁鐵相向安裝在磁鐵中，位于板狀導(dǎo)軌的兩側(cè)，另外用于檢測(cè)導(dǎo)軌位置關(guān)系的傳感器也需要安裝。導(dǎo)軌和磁鐵裝置的位置關(guān)系就是通過這些裝置來控制的。

4.磁懸浮電梯的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）導(dǎo)軌的粗糙度不影響電梯的運(yùn)行，減少了加工成本，減少了直線度和扭曲度的影響。（2）提高了舒適性，磁懸浮電梯運(yùn)行平穩(wěn)，不受重心、摩擦和噪音的影響。（3）克服安裝偏差，提高安全性。（4）使用電能，利用永久磁鐵，節(jié)能。（5）速度快。（6）磁懸浮電梯運(yùn)行軌道長(zhǎng)，高達(dá)數(shù)百米，適用于現(xiàn)代化樓層。（7）有利于環(huán)保，減少污染。（8）維護(hù)成本低。

缺點(diǎn)：（1）由于磁懸浮電梯和現(xiàn)有的電梯工作原理不同，必須從新設(shè)計(jì)制造新的導(dǎo)軌，無法在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用和改造，需要一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。（2）相對(duì)于常規(guī)電梯，磁懸浮電梯制動(dòng)能力下降。（3）穩(wěn)定性和安全性需要實(shí)際考驗(yàn)。（4）無法避免磁場(chǎng)對(duì)人體的影響。

結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，樓房高層化已經(jīng)成為趨勢(shì)，這也是為了利用空間和增加土地利用率所采取的措施。所以對(duì)電梯的舒適性和速度有了要求。常規(guī)電梯明顯對(duì)這方面的要求滿足不了，粗懸浮技術(shù)就是在這種情況下走進(jìn)我們的視野。可以預(yù)見，磁懸技術(shù)隨著超導(dǎo)材料和超低溫技術(shù)的發(fā)展，磁懸浮電梯應(yīng)用在電梯上的成本便會(huì)大大降低，磁懸浮電梯就會(huì)出現(xiàn)在我們的日常生活中，電梯的性能和舒適度就會(huì)大大提高，磁懸浮電梯就會(huì)同目下的常規(guī)電梯飛馳在高樓大廈之中，給我們的生活增添舒適和快捷。

參考文獻(xiàn)

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