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书名：电动汽车 第9辑
定价：58.0
ISBN：9787030594594
作者：无
版次：1
出版时间：2019-01
内容提要：
本书是《电动汽车》技术专辑的第9辑，主题是磁悬浮列车线性电机的研究，主要内容包括超导磁悬浮列车的行驶原理、日本超导磁悬浮列车的研发史和非磁悬浮线性电机的驱动原理及应用，介绍了日本节能形式比赛往届冠军的经验分享和针对比赛所做的车辆性能优化，承接第8辑的内容，介绍了自制EV的人性化设计和学生方程式EV的安全电路。
目录：
目录
专题 磁悬浮列车线性电机的研究
超导磁悬浮列车的行驶原理 001
—超导磁悬浮列车与高速线性电机
日本超导磁悬浮列车的研发史 015
—实现列车安全高速运行的技术
非磁悬浮线性电机的驱动原理及应用 026
—用于地铁的理由及今后的展望
解说
ECODEN冠军的奋斗历程 047
—能源管理是关键
降低EV赛车损耗的方法 076
—电机和控制器篇
停机电路 091
—确保驾驶员和参赛人员的安全
2017年全日本大学生方程式大赛 103
—日本终于也来到了EV居上的时代
连载
设计人性化接口 110
—试制车1号
采用低损耗铁心与相电流控制达成目标距离，蝉联冠军 119
—2017年CQ EV卡丁车筑波赛夺冠报告
在线试读：
专题 磁悬浮列车线性电机的研究
超导磁悬浮列车的行驶原理——超导磁悬浮列车与高速线性电机
〔日〕村上雅人 小林忍 执笔 | 王玉婷 译
提及线性电机，很多人会想起仅需1 小时就可以从东京到大阪的世界首辆超导磁悬浮列车。本文将介绍其中涉及的超导磁悬浮原理、高速线性电机运行原理等。（编者按）
引言
时速500km，东京至大阪仅需1 小时
超导磁悬浮（Superconducting Maglev ①）列车指借助磁力悬浮车体，并以高速行驶的列车。世界首辆超导磁悬浮列车计划于2027 年开通，日本中央新干线仅需45min 就可以从东京到达名古屋（图1）。超导磁悬浮列车的研究工作*初由日本国营铁道技术研究所负责，中央新干线的开发主要由JR 公司负责。
此线路计划于2037 年实现1 小时从东京到大阪。
建设超导磁悬浮列车
高速行驶原理
高速行驶需要磁力
高速行驶是超导磁悬浮列车的*大特征，东京至大阪的用时不到目前新干线的一半。
超导磁悬浮列车利用磁悬浮实现高速行驶，不会用到车轮。
利用磁体的引力和斥力
磁体具有N 极和S 极，同极相斥，异极相吸，利用磁极间的引力和斥力可实现行驶（前进、制动）。
如图2 所示，超导磁悬浮列车车头为N 极。假设在列车前方放置磁体的S 极，异极间产生的引力就会拉动列车，使列车前进。期间，加速度随磁体间距离的缩小而增大，相互吸附后加速度消失。
在列车前方放置磁体的N 极时，同极间产生的斥力给列车施加与前进方向相反的加速度，列车减速，直至速度变为零，甚至后退。
控制列车前方磁极位置
调节并移动图2中前方磁体与列车磁体间的距离，就可以控制列车持续前进并改变加速度。这就是简单的线性驱动原理。
搭载大量线圈
移动车体前方的磁体，并控制其相对车体的位置十分困难，于是选用电磁体作为驱动磁体。
接通电流，电磁体就能产生磁力，切断电流，磁力也随之消失。如图3 所示，通过开/ 关电磁体，可使磁体向前移动。
图4 所示为利用电磁体开关切换的直流线性驱动示意图。超导磁悬浮列车的行驶利用了此原理。
交流驱动
超导磁悬浮列车为交流驱动，利用交流相位差，切换N 极和S 极，与交流电机的运转原理相同。
图5 所示为二相交流示例。相邻线圈交流相位差为180°，磁极随交流周期变化进行切换，实现线性驱动。
实际上，超导磁悬浮列车为三相交流驱动，相邻线圈的相位差为90°，线圈N、S 极为90°旋转（↑→ ↓←↑）。
图1 超导磁悬浮列车
日本山梨县的实验线路，时速可达400km 以上（总长42.8km），是中央新干线的一部分
图2 超导磁悬浮列车的行驶原理
列车车头为N 极，如果在前方放置磁体的S 极，列车前进；反之，列车减速
交流频率决定列车速度
利用交流电驱动超导磁悬浮列车时，交流频率决定了列车的速度。超导线圈的长度为1.35m，一组线圈的长度是一个周期前进的距离，为2.7m，。
利用三相交流电时，需要3 个（↑→ ↓）地面线圈，每个线圈长度为0.9cm。
如果频率为50Hz，则相位在1s 内反转50 次。而超导线圈一个周期推进2.7m，因此，1min 可前进2.7 × 50 × 60 = 8100（m） = 8.1（km），此时车速为486km/h。
实际运行中，会有改变频率调节速度的情况。当行驶速度达到500km/h 时，频率为51.4Hz。
超导磁悬浮列车的电源
普通铁路中，电缆传输的电流通过变电站改变电压和频率后流向接触线，通过受电弓供给火车。
图6 所示为超导磁悬浮列车电能传输系统。
电力公司传输的电能先通过变电站，改变原有的电压、电流和频率。再利用逆变器改变交流频率，控制线性速度。
图3 线性驱动原理
图4 直流线性电机的示意图
图5 利用交流电的线性驱动
图6 超导磁悬浮列车的电能变换系统
线性电机负责前进
由上文介绍的原理可知，线性电机位于车辆侧与地面设施侧。
线性电机的位置
普通列车的电机属于异步电机中的旋转电机，而线性电机属于线性驱动电机。线性电机也不仅应用于磁悬浮列车（专栏A）。
如图7 所示，线性电机中的励磁绕组（定子绕组）为线性排列，铺设长度需要与驱动长度（距离）相同，是一个巨大的结构。
车辆侧电机部分较小
车辆侧仅需搭载磁体，电机部分并不在车内。
电机控制并不在车辆侧，而是在车辆外，控制车辆外的线路，并且不由车辆驾驶员控制。
图7 线性电机
普通列车采用的线性电机
由线性电机的驱动原理可知，线性电机不仅可用于悬浮车辆，也可用于使用车轮的车辆。世界各地已有利用线性电机的列车开始运营。
图A.1 所示为轨道间铺设线性电机驱动线圈的轨道示意图。
普通列车（火车）内搭载旋转电机，并借助外部提供的电能运行。车内的驾驶员可以控制电机的转速，操作起动和行驶的速度。
线性驱动可缩小车辆体积
使用线性驱动的情况下，车辆仅搭载磁体。普通列车无需搭载超导磁体，搭载较小型的电磁体即可。因此，车辆体积变小、质量变小，用于地铁将会非常有优势。车辆体积缩小也就意味着地下隧道空间缩小，工程费用削减，同时也省去了驾驶员。
但必须铺设与铁路长度对应的线圈，又提高了建设成本。
因此，可以采用在地面铺设反应板，控制车上的电磁体，并利用电磁感应进行线性驱动的方法。但此方法的实现离不开驾驶员。
日本东京大江户线等线路采用此种方法。图A.2所示为大江户线采用的铁轨和线性驱动反应板的照
图A.1 铁路中采用的线性电机
普通列车车辆侧搭载磁体，地面轨道内侧放置驱动线圈便可实现线性驱动
图A.2 大江户线中的反应板铁轨和中心放置的线性驱动线圈
超导磁悬浮列车的悬浮
悬浮30t 的车辆
上文已简单介绍了线性驱动中应用的线性电机原理，也对磁悬浮原理进行了说明。但列车非常重，质量可达20 ～ 30t。
确保悬浮横向的稳定性
斥力能否保证稳定性
如图8 所示，利用磁力进行悬浮必须利用磁体同极相斥的原理。但这种悬浮并不稳定，很容易发生悬浮磁体磁极调转相吸。
确保横向稳定性
这种不稳定性遵循厄钉定理。不仅是磁力，电力、重力等不遵循平方反比定律的力及其合成力，都无法使物体稳定悬浮。
因此，利用磁体进行悬浮时，为了确保横向的稳定性，需要额外施加牵引力。
确保悬浮纵向的稳定性
斥力产生的悬浮力
钕铁硼永磁体表面磁通密度可达0.5T（Wb/m2），是世界上磁力*强的磁体。同极相对时，每平方厘米可产生能够支撑1kg 的力。即，10cm2 的正方形可支撑100kg 的质量。
但磁力与距离的平方成反比。当列车悬浮到可行驶的高度时，悬浮力会突然减小。
利用永磁体还是电磁体?
利用引力
利用异极相吸解决此问题，如图9 所示。
在地面的牵引轨道上铺设磁体，并在下方放置悬浮磁体，使磁体与列车相连，就可利用磁体间的引力使列车悬浮。
正常传导型使用永磁体和电磁体
利用上述原理的磁悬浮列车称为正常传导型磁悬浮列车。但永磁体的引力产生的悬浮力并不稳定，所以将上方的磁体换成电磁体，利用传感器控制电磁体中的电流，使悬浮高度保持稳定。中国上海的磁悬浮列车采用的就是这种磁悬浮方式，时速为400km。
由于悬浮高度（磁体间的间隙）仅为8mm，当列车高速行驶时，磁体间很有可能会发生接触。这种接触不造成磨损就不会发生事故，但无法保证不会磨损。
如果从保障生命安全的角度出发，则悬浮高度越大越好。
地震国不使用永磁体
磁悬浮列车在地震国日本高速行驶时，足够的悬浮高度至关重要，悬浮高度达到10cm 左右才能保证行驶时的安全。
日本在开发磁悬浮列车之际， 考虑到要悬浮20 ～ 30t 的列车，为了获得足够的悬浮高度，必须使用强力的磁体，排除了永磁体。
也有观点认为，可以图9 为原理图，开发正常传导型磁悬浮列车。当然，任何一种技术都有利有弊。超导磁悬浮列车与正常传导磁悬浮列车的比较见表1。
使用电磁体产生强磁场
电磁体可能会产生比永磁体更强的磁场。
铜线圈可产生磁通密度为5T 的大型磁场，但如果想使电磁体产生强磁场，就必须流通大电流，但铜、铝等金属线存在电阻，流通电流就会发热。虽然可以产生强磁场，但也有大电流引发线圈着火的情况。
图8 同极磁体相斥
利用这种特性悬浮物体，但这种磁悬浮并不稳定，悬浮磁体很容易脱离悬浮位置，并发生磁极调转，*终与下方磁体相吸
图9 利用异极间的引力悬浮列车
强磁场的产生离不开线圈的冷却
为了使铜线圈产生强磁场，需要采用水冷。磁场越强，需要的冷却量就越大。实验电磁体可产生磁通密度为1.5T，直径约为1m 的磁场。此时就需要打开所有水道冷却线圈。
产生1.5T 磁场的电磁体就需要教室般大小的冷却设备，质量也大得惊人。搭载这种大型电磁体和冷却设备的列车不可能悬浮起来。
使用超导磁体
为了使列车悬浮高度达到10cm，必须利用不发热的超导磁体，理由见表1。
使用超导磁体产生20T 磁场
超导指导体电阻为零的现象。用含有超导体的金属线材制作线圈，在产生强磁场的同时不会造成发热。目前超导磁体产生的*大磁场可达20T。
实际上，使用NbTi（铌钛合金）就可以产生5T磁场。当然，能够产生更强的磁场更好。
电阻为零时的**电流模式
超导磁体线圈不存在电阻，所以即使没有接收外部传输的电能也可继续产生磁场。这称为**电流模式。
但超导磁体也存在一些课题。
课题1：需要极低温度的液氦
如果不将温度降至临界温度/ 转移温度以下，金属就不能变为超导状态。也就是说，不进行冷却，超导磁体就无法变为超导状态。临界温度非常低，多数情况下需使用液氦作为冷却剂，液氦的沸点为-269℃。
超导线材在电阻为零时不产生热量，但为了变为超导状态需要温度极低的环境。
课题2：难以处理的昂贵液氦
液氦的处理非常困难，在空气中会很快蒸发，而且价格昂贵。
利用昂贵且难处理的液氦冷却列车上的超导磁体，可提高悬浮高度。这项技术非常难以实现，但为了将列车悬浮高度提高到10cm，不得不利用超导的力量。
超导中的电磁感应现象
设置超导磁体
很多人存在对超导磁体磁悬浮的误解，认为地面侧与车辆侧的超导磁体相对并产生悬浮力，而且也常听说超导磁悬浮列车轨道上铺满超导磁体。事实并非如此。
超导磁体仅搭载于车辆侧，地面侧为普通磁体牵引轨道。
利用电磁感应悬浮列车
可利用电磁感应悬浮重型列车。
电磁感应
闭合电路中的导体周围磁场变化产生电流
闭合电路中的导体周围的磁场变化会在导体内产生感应电流的现象称为电磁感应。
水力发电站、火力发电站、核电站都是利用电磁感应发电的。图10 所示为电磁感应示意图。
发电原理
水力发电站使储存的水从高处落下转动水车。水车连接的磁体旋转，周围的铜线会产生感应电流。
火力发电站燃烧石油、核电站利用核能产生的热量，将水变为水蒸气，液体变为气体后体积膨胀，会对外界产生作用力，这个力使磁体旋转。脚踏发电机利用车轮上的旋转磁体发电。
利用电磁感应理解悬浮原理
楞次定律
楞次定律是指感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。
磁体的N 极靠近金属板时，感应电流遵循楞次定律，为了反抗磁体的靠近，感应电流形成的磁场使相对面变为N 极。电流方向和产生的磁场的方向如图11所示。
电磁感应决定电流方向
磁体N 极靠近金属圆板时，根据楞次定律，导体中会产生使其与磁体相对面变为 N 极的感应电流，图10所示的感应电流方向也如此。
电磁感应使铝制硬币移动
众所周知，铝制硬币并不会被磁体吸附，但强磁力磁体也可使其产生感应电流。
将硬币立起来并使其靠近强力磁体，会产生排斥现象（图12）。根据楞次定律，为了不接近磁体，铝制硬币中产生了感应电流。
此时，如果靠近磁体N 极，则硬币中产生使相对面为N 极的感应电流；如果靠近S 极，则在硬币中产生使相对面为S 极的感应电流。这种原理也用于异步电机。
利用超导体电磁感应产生的斥力悬浮
电流导致发热
普通金属存在电阻，电磁感应产生的电流会在瞬间衰减（因发热消耗能量）。因此，为了使电流持续流动，必须使磁体转动。发电站利用水力、火力使磁体旋转，产生电能。旋转停止，电能就会消失。因此，发电站需要不停工作。
感应电流即使流向超导体，损耗也为零
在无电阻的导体中，感应电流将无衰减地持续流动，斥力也会持续。因此，利用超导体进行电磁感应实验，可**维持磁体靠近时的斥力。
图11 电流产生的磁场
图12 硬币被排斥
图10 电磁感应原理
闭合电路中的导体周围磁场发生变化，产生感应电流，感应电流流向导体。例如，磁体靠近由铜、铝等金属圆板时，会有电流流过金
在超导体上悬浮永磁体
图13（a）所示为用液氢（-196℃）冷却的钇钡铜氧化物超导体上悬浮永磁体的实验。
观察图13（b），可知永磁体的N 极朝向超导体。
于是，超导体中产生使相对面为N 极的感应电流。又因为超导体的电阻为零，可**流通感应电流，持续维持斥力，磁体可以持续悬浮。
利用电磁感应产生的引力悬浮
电磁感应也可获得引力
此前都是利用斥力进行悬浮，也可利用电磁感应获得引力（图14）。
如果磁体远离导体，此时根据楞次定律，导体中会产生阻止磁体远离的感应电流。例如，使磁体N极远离导体时，导体中会产生使相对面为S 极的感应电流。
斥力、引力各司其职
由楞次定律可知，当磁体接近导体时，斥力发挥作用；当磁体远离导体时，引力发挥作用。遇到地震等外部干扰时，超导磁悬浮列车也会因恢复力稳定悬浮。
利用引力
磁体远离导体时，感应电流瞬间减小，引力很难被察觉。如果利用电阻为零的超导体，感应电流不会发生变化，引力会更易察觉。
如图15 所示，永磁体下方的超导体被电磁感应产生的引力牵引并悬浮在空中。超导体下方的铁环仅用于展示。
超导磁悬浮列车的悬浮原理
高速移动时，利用电磁感应产生的斥力悬浮列车搭载的超导磁体产生强磁场，在地面牵引轨道上运行时会产生感应电流，并产生斥力。超导磁悬浮列车利用强磁场和斥力进行悬浮，如图16 所示。
首先在金属牵引轨道上放置磁体，此时磁场并未
图13 根据电磁感应和楞次定律进行的超导磁悬浮
图14 电磁感应与楞次定律
图15 利用超导体电磁感应的引力进行悬浮实验
图16 利用电磁感应的磁悬浮原理
定价：58.0
ISBN：9787030594594
作者：无
版次：1
出版时间：2019-01
内容提要：
本书是《电动汽车》技术专辑的第9辑，主题是磁悬浮列车线性电机的研究，主要内容包括超导磁悬浮列车的行驶原理、日本超导磁悬浮列车的研发史和非磁悬浮线性电机的驱动原理及应用，介绍了日本节能形式比赛往届冠军的经验分享和针对比赛所做的车辆性能优化，承接第8辑的内容，介绍了自制EV的人性化设计和学生方程式EV的安全电路。
目录：
目录
专题 磁悬浮列车线性电机的研究
超导磁悬浮列车的行驶原理 001
—超导磁悬浮列车与高速线性电机
日本超导磁悬浮列车的研发史 015
—实现列车安全高速运行的技术
非磁悬浮线性电机的驱动原理及应用 026
—用于地铁的理由及今后的展望
解说
ECODEN冠军的奋斗历程 047
—能源管理是关键
降低EV赛车损耗的方法 076
—电机和控制器篇
停机电路 091
—确保驾驶员和参赛人员的安全
2017年全日本大学生方程式大赛 103
—日本终于也来到了EV居上的时代
连载
设计人性化接口 110
—试制车1号
采用低损耗铁心与相电流控制达成目标距离，蝉联冠军 119
—2017年CQ EV卡丁车筑波赛夺冠报告
在线试读：
专题 磁悬浮列车线性电机的研究
超导磁悬浮列车的行驶原理——超导磁悬浮列车与高速线性电机
〔日〕村上雅人 小林忍 执笔 | 王玉婷 译
提及线性电机，很多人会想起仅需1 小时就可以从东京到大阪的世界首辆超导磁悬浮列车。本文将介绍其中涉及的超导磁悬浮原理、高速线性电机运行原理等。（编者按）
引言
时速500km，东京至大阪仅需1 小时
超导磁悬浮（Superconducting Maglev ①）列车指借助磁力悬浮车体，并以高速行驶的列车。世界首辆超导磁悬浮列车计划于2027 年开通，日本中央新干线仅需45min 就可以从东京到达名古屋（图1）。超导磁悬浮列车的研究工作*初由日本国营铁道技术研究所负责，中央新干线的开发主要由JR 公司负责。
此线路计划于2037 年实现1 小时从东京到大阪。
建设超导磁悬浮列车
高速行驶原理
高速行驶需要磁力
高速行驶是超导磁悬浮列车的*大特征，东京至大阪的用时不到目前新干线的一半。
超导磁悬浮列车利用磁悬浮实现高速行驶，不会用到车轮。
利用磁体的引力和斥力
磁体具有N 极和S 极，同极相斥，异极相吸，利用磁极间的引力和斥力可实现行驶（前进、制动）。
如图2 所示，超导磁悬浮列车车头为N 极。假设在列车前方放置磁体的S 极，异极间产生的引力就会拉动列车，使列车前进。期间，加速度随磁体间距离的缩小而增大，相互吸附后加速度消失。
在列车前方放置磁体的N 极时，同极间产生的斥力给列车施加与前进方向相反的加速度，列车减速，直至速度变为零，甚至后退。
控制列车前方磁极位置
调节并移动图2中前方磁体与列车磁体间的距离，就可以控制列车持续前进并改变加速度。这就是简单的线性驱动原理。
搭载大量线圈
移动车体前方的磁体，并控制其相对车体的位置十分困难，于是选用电磁体作为驱动磁体。
接通电流，电磁体就能产生磁力，切断电流，磁力也随之消失。如图3 所示，通过开/ 关电磁体，可使磁体向前移动。
图4 所示为利用电磁体开关切换的直流线性驱动示意图。超导磁悬浮列车的行驶利用了此原理。
交流驱动
超导磁悬浮列车为交流驱动，利用交流相位差，切换N 极和S 极，与交流电机的运转原理相同。
图5 所示为二相交流示例。相邻线圈交流相位差为180°，磁极随交流周期变化进行切换，实现线性驱动。
实际上，超导磁悬浮列车为三相交流驱动，相邻线圈的相位差为90°，线圈N、S 极为90°旋转（↑→ ↓←↑）。
图1 超导磁悬浮列车
日本山梨县的实验线路，时速可达400km 以上（总长42.8km），是中央新干线的一部分
图2 超导磁悬浮列车的行驶原理
列车车头为N 极，如果在前方放置磁体的S 极，列车前进；反之，列车减速
交流频率决定列车速度
利用交流电驱动超导磁悬浮列车时，交流频率决定了列车的速度。超导线圈的长度为1.35m，一组线圈的长度是一个周期前进的距离，为2.7m，。
利用三相交流电时，需要3 个（↑→ ↓）地面线圈，每个线圈长度为0.9cm。
如果频率为50Hz，则相位在1s 内反转50 次。而超导线圈一个周期推进2.7m，因此，1min 可前进2.7 × 50 × 60 = 8100（m） = 8.1（km），此时车速为486km/h。
实际运行中，会有改变频率调节速度的情况。当行驶速度达到500km/h 时，频率为51.4Hz。
超导磁悬浮列车的电源
普通铁路中，电缆传输的电流通过变电站改变电压和频率后流向接触线，通过受电弓供给火车。
图6 所示为超导磁悬浮列车电能传输系统。
电力公司传输的电能先通过变电站，改变原有的电压、电流和频率。再利用逆变器改变交流频率，控制线性速度。
图3 线性驱动原理
图4 直流线性电机的示意图
图5 利用交流电的线性驱动
图6 超导磁悬浮列车的电能变换系统
线性电机负责前进
由上文介绍的原理可知，线性电机位于车辆侧与地面设施侧。
线性电机的位置
普通列车的电机属于异步电机中的旋转电机，而线性电机属于线性驱动电机。线性电机也不仅应用于磁悬浮列车（专栏A）。
如图7 所示，线性电机中的励磁绕组（定子绕组）为线性排列，铺设长度需要与驱动长度（距离）相同，是一个巨大的结构。
车辆侧电机部分较小
车辆侧仅需搭载磁体，电机部分并不在车内。
电机控制并不在车辆侧，而是在车辆外，控制车辆外的线路，并且不由车辆驾驶员控制。
图7 线性电机
普通列车采用的线性电机
由线性电机的驱动原理可知，线性电机不仅可用于悬浮车辆，也可用于使用车轮的车辆。世界各地已有利用线性电机的列车开始运营。
图A.1 所示为轨道间铺设线性电机驱动线圈的轨道示意图。
普通列车（火车）内搭载旋转电机，并借助外部提供的电能运行。车内的驾驶员可以控制电机的转速，操作起动和行驶的速度。
线性驱动可缩小车辆体积
使用线性驱动的情况下，车辆仅搭载磁体。普通列车无需搭载超导磁体，搭载较小型的电磁体即可。因此，车辆体积变小、质量变小，用于地铁将会非常有优势。车辆体积缩小也就意味着地下隧道空间缩小，工程费用削减，同时也省去了驾驶员。
但必须铺设与铁路长度对应的线圈，又提高了建设成本。
因此，可以采用在地面铺设反应板，控制车上的电磁体，并利用电磁感应进行线性驱动的方法。但此方法的实现离不开驾驶员。
日本东京大江户线等线路采用此种方法。图A.2所示为大江户线采用的铁轨和线性驱动反应板的照
图A.1 铁路中采用的线性电机
普通列车车辆侧搭载磁体，地面轨道内侧放置驱动线圈便可实现线性驱动
图A.2 大江户线中的反应板铁轨和中心放置的线性驱动线圈
超导磁悬浮列车的悬浮
悬浮30t 的车辆
上文已简单介绍了线性驱动中应用的线性电机原理，也对磁悬浮原理进行了说明。但列车非常重，质量可达20 ～ 30t。
确保悬浮横向的稳定性
斥力能否保证稳定性
如图8 所示，利用磁力进行悬浮必须利用磁体同极相斥的原理。但这种悬浮并不稳定，很容易发生悬浮磁体磁极调转相吸。
确保横向稳定性
这种不稳定性遵循厄钉定理。不仅是磁力，电力、重力等不遵循平方反比定律的力及其合成力，都无法使物体稳定悬浮。
因此，利用磁体进行悬浮时，为了确保横向的稳定性，需要额外施加牵引力。
确保悬浮纵向的稳定性
斥力产生的悬浮力
钕铁硼永磁体表面磁通密度可达0.5T（Wb/m2），是世界上磁力*强的磁体。同极相对时，每平方厘米可产生能够支撑1kg 的力。即，10cm2 的正方形可支撑100kg 的质量。
但磁力与距离的平方成反比。当列车悬浮到可行驶的高度时，悬浮力会突然减小。
利用永磁体还是电磁体?
利用引力
利用异极相吸解决此问题，如图9 所示。
在地面的牵引轨道上铺设磁体，并在下方放置悬浮磁体，使磁体与列车相连，就可利用磁体间的引力使列车悬浮。
正常传导型使用永磁体和电磁体
利用上述原理的磁悬浮列车称为正常传导型磁悬浮列车。但永磁体的引力产生的悬浮力并不稳定，所以将上方的磁体换成电磁体，利用传感器控制电磁体中的电流，使悬浮高度保持稳定。中国上海的磁悬浮列车采用的就是这种磁悬浮方式，时速为400km。
由于悬浮高度（磁体间的间隙）仅为8mm，当列车高速行驶时，磁体间很有可能会发生接触。这种接触不造成磨损就不会发生事故，但无法保证不会磨损。
如果从保障生命安全的角度出发，则悬浮高度越大越好。
地震国不使用永磁体
磁悬浮列车在地震国日本高速行驶时，足够的悬浮高度至关重要，悬浮高度达到10cm 左右才能保证行驶时的安全。
日本在开发磁悬浮列车之际， 考虑到要悬浮20 ～ 30t 的列车，为了获得足够的悬浮高度，必须使用强力的磁体，排除了永磁体。
也有观点认为，可以图9 为原理图，开发正常传导型磁悬浮列车。当然，任何一种技术都有利有弊。超导磁悬浮列车与正常传导磁悬浮列车的比较见表1。
使用电磁体产生强磁场
电磁体可能会产生比永磁体更强的磁场。
铜线圈可产生磁通密度为5T 的大型磁场，但如果想使电磁体产生强磁场，就必须流通大电流，但铜、铝等金属线存在电阻，流通电流就会发热。虽然可以产生强磁场，但也有大电流引发线圈着火的情况。
图8 同极磁体相斥
利用这种特性悬浮物体，但这种磁悬浮并不稳定，悬浮磁体很容易脱离悬浮位置，并发生磁极调转，*终与下方磁体相吸
图9 利用异极间的引力悬浮列车
强磁场的产生离不开线圈的冷却
为了使铜线圈产生强磁场，需要采用水冷。磁场越强，需要的冷却量就越大。实验电磁体可产生磁通密度为1.5T，直径约为1m 的磁场。此时就需要打开所有水道冷却线圈。
产生1.5T 磁场的电磁体就需要教室般大小的冷却设备，质量也大得惊人。搭载这种大型电磁体和冷却设备的列车不可能悬浮起来。
使用超导磁体
为了使列车悬浮高度达到10cm，必须利用不发热的超导磁体，理由见表1。
使用超导磁体产生20T 磁场
超导指导体电阻为零的现象。用含有超导体的金属线材制作线圈，在产生强磁场的同时不会造成发热。目前超导磁体产生的*大磁场可达20T。
实际上，使用NbTi（铌钛合金）就可以产生5T磁场。当然，能够产生更强的磁场更好。
电阻为零时的**电流模式
超导磁体线圈不存在电阻，所以即使没有接收外部传输的电能也可继续产生磁场。这称为**电流模式。
但超导磁体也存在一些课题。
课题1：需要极低温度的液氦
如果不将温度降至临界温度/ 转移温度以下，金属就不能变为超导状态。也就是说，不进行冷却，超导磁体就无法变为超导状态。临界温度非常低，多数情况下需使用液氦作为冷却剂，液氦的沸点为-269℃。
超导线材在电阻为零时不产生热量，但为了变为超导状态需要温度极低的环境。
课题2：难以处理的昂贵液氦
液氦的处理非常困难，在空气中会很快蒸发，而且价格昂贵。
利用昂贵且难处理的液氦冷却列车上的超导磁体，可提高悬浮高度。这项技术非常难以实现，但为了将列车悬浮高度提高到10cm，不得不利用超导的力量。
超导中的电磁感应现象
设置超导磁体
很多人存在对超导磁体磁悬浮的误解，认为地面侧与车辆侧的超导磁体相对并产生悬浮力，而且也常听说超导磁悬浮列车轨道上铺满超导磁体。事实并非如此。
超导磁体仅搭载于车辆侧，地面侧为普通磁体牵引轨道。
利用电磁感应悬浮列车
可利用电磁感应悬浮重型列车。
电磁感应
闭合电路中的导体周围磁场变化产生电流
闭合电路中的导体周围的磁场变化会在导体内产生感应电流的现象称为电磁感应。
水力发电站、火力发电站、核电站都是利用电磁感应发电的。图10 所示为电磁感应示意图。
发电原理
水力发电站使储存的水从高处落下转动水车。水车连接的磁体旋转，周围的铜线会产生感应电流。
火力发电站燃烧石油、核电站利用核能产生的热量，将水变为水蒸气，液体变为气体后体积膨胀，会对外界产生作用力，这个力使磁体旋转。脚踏发电机利用车轮上的旋转磁体发电。
利用电磁感应理解悬浮原理
楞次定律
楞次定律是指感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。
磁体的N 极靠近金属板时，感应电流遵循楞次定律，为了反抗磁体的靠近，感应电流形成的磁场使相对面变为N 极。电流方向和产生的磁场的方向如图11所示。
电磁感应决定电流方向
磁体N 极靠近金属圆板时，根据楞次定律，导体中会产生使其与磁体相对面变为 N 极的感应电流，图10所示的感应电流方向也如此。
电磁感应使铝制硬币移动
众所周知，铝制硬币并不会被磁体吸附，但强磁力磁体也可使其产生感应电流。
将硬币立起来并使其靠近强力磁体，会产生排斥现象（图12）。根据楞次定律，为了不接近磁体，铝制硬币中产生了感应电流。
此时，如果靠近磁体N 极，则硬币中产生使相对面为N 极的感应电流；如果靠近S 极，则在硬币中产生使相对面为S 极的感应电流。这种原理也用于异步电机。
利用超导体电磁感应产生的斥力悬浮
电流导致发热
普通金属存在电阻，电磁感应产生的电流会在瞬间衰减（因发热消耗能量）。因此，为了使电流持续流动，必须使磁体转动。发电站利用水力、火力使磁体旋转，产生电能。旋转停止，电能就会消失。因此，发电站需要不停工作。
感应电流即使流向超导体，损耗也为零
在无电阻的导体中，感应电流将无衰减地持续流动，斥力也会持续。因此，利用超导体进行电磁感应实验，可**维持磁体靠近时的斥力。
图11 电流产生的磁场
图12 硬币被排斥
图10 电磁感应原理
闭合电路中的导体周围磁场发生变化，产生感应电流，感应电流流向导体。例如，磁体靠近由铜、铝等金属圆板时，会有电流流过金
在超导体上悬浮永磁体
图13（a）所示为用液氢（-196℃）冷却的钇钡铜氧化物超导体上悬浮永磁体的实验。
观察图13（b），可知永磁体的N 极朝向超导体。
于是，超导体中产生使相对面为N 极的感应电流。又因为超导体的电阻为零，可**流通感应电流，持续维持斥力，磁体可以持续悬浮。
利用电磁感应产生的引力悬浮
电磁感应也可获得引力
此前都是利用斥力进行悬浮，也可利用电磁感应获得引力（图14）。
如果磁体远离导体，此时根据楞次定律，导体中会产生阻止磁体远离的感应电流。例如，使磁体N极远离导体时，导体中会产生使相对面为S 极的感应电流。
斥力、引力各司其职
由楞次定律可知，当磁体接近导体时，斥力发挥作用；当磁体远离导体时，引力发挥作用。遇到地震等外部干扰时，超导磁悬浮列车也会因恢复力稳定悬浮。
利用引力
磁体远离导体时，感应电流瞬间减小，引力很难被察觉。如果利用电阻为零的超导体，感应电流不会发生变化，引力会更易察觉。
如图15 所示，永磁体下方的超导体被电磁感应产生的引力牵引并悬浮在空中。超导体下方的铁环仅用于展示。
超导磁悬浮列车的悬浮原理
高速移动时，利用电磁感应产生的斥力悬浮列车搭载的超导磁体产生强磁场，在地面牵引轨道上运行时会产生感应电流，并产生斥力。超导磁悬浮列车利用强磁场和斥力进行悬浮，如图16 所示。
首先在金属牵引轨道上放置磁体，此时磁场并未
图13 根据电磁感应和楞次定律进行的超导磁悬浮
图14 电磁感应与楞次定律
图15 利用超导体电磁感应的引力进行悬浮实验
图16 利用电磁感应的磁悬浮原理