工程电磁场未来发展方向及前景

工程电磁场相关理论在多个领域的成功应用，促进了各领域的突破性发展。在未来的各领域的发展中，也离不开电磁场的研究与运用。在电磁场的诸多应用领域中，以下简单叙述其中的几个应用方面。

1、新型电磁材料

科学技术是推动社会进步和经济繁荣的强大动力，而材料科学是科学技术发展得重要基石，新材料的发现和运用是推动科学技术发展的根本动力之一。人工电磁材料作为一种新型材料，具有天然材料所不具备的独特电磁特性，近年来迅速成为国际上的一个研究热点。电磁特性的研究在人工电磁材料领域必不可少，电磁学的发展与新型电磁材料的研究也密切相关。

2、磁悬浮技术

磁悬浮技术是通过将传感器、控制器、电磁铁以及功率放大器等多个元件进行有效组合从而产生电磁力将物体无机械接触地悬浮起来的一门技术。其是一门很复杂的多学科综合的技术。近年来，随着科学家对于电子技术、控制工程、电磁理论以及新型电磁材料的研究，磁悬浮技术取得了突破性的进展，该项技术已经广泛应用于航空、铁路、仪表、机械制造等多个领域，而电磁学在磁悬浮技术中毫无疑问是极为关键的一环。

3、新型电机研究

现代电机设计质量要求越来越高，随着应用领域的扩展，各种新型电机应运而出。电机设计师一个非常复杂的过程，需要考虑多种因素，并不断进行综合和分析，是一个反复调整设计方案和对设计方案进行评价的过程，而电磁设计则是其中非常关键的一步。

4、生命科学领域

目前，强磁场生命科学的研究是重要的交叉学科前沿，具有重要的学术研究意义，并且存在重大突破的可能性。强磁场下新的生物学效应、大梯度强磁场抗磁悬浮技术及应用、强磁场下的铁代谢及其相关疾病研究、强磁场应用于肿瘤治疗的基础与转化研究、强磁场下生命科学和健康医疗研究技术等课题都是基于强磁场在生命科学领域的研究，对未来的生命科学与健康医疗研究具有重要意义。

5、超导磁浮储能技术

大规模的风电的并网对电力系统的运行影响比较大，如何在可再生能源比例较高的情况下保证电网的稳定运行，是个很大的挑战，而储能就是一个很好的支撑技术。通常发出的电能跟消耗的电能要平衡，但有了储能之后就不需要实时平衡，可以把发电用电从时间空间上分隔开来。超导磁浮储能实际上是利用了超导的特性，就是超导的磁悬浮的原理。超导的磁储能，就是利用超导做成线圈后给线圈充电，需要的时候再把线圈能量返回来。其转换非常快，反应时间短，且可长期无损耗循环储能，储能时间比较长。

“强磁场下的生物医学研究与应用”、“电力变压器及相关装备发展中的关键技术问题”、“多物理场耦合分析与应用现状及趋势”、“超导磁浮交通与超导磁浮储能技术发展展望”、“新型结构电机电磁场及其多物理场”、“三元有机光伏器件的性能研究和制备”等人类利用电磁场制造了电磁起重机；电动机；磁悬浮列车，指南针（利用地磁场）等等。

雷达

利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。

电磁起重机

利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。电磁起重机的主要部分是磁铁。接通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等。

利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫做电磁起重机。电磁起重机能产生强大的磁场力，几十吨重的铁片、铁丝、铁钉、废铁和其他各种铁料，不装箱不打包也不用捆扎，就能很方便地收集和搬运，不但操作省力，而且工作简化了。装在木箱中的钢铁材料和机器可以同样搬运。起重机工作时，只要电磁铁线圈里电流不停，被吸起的重物就不会落下，看不见的磁力比坚固的链条更可靠。如果因某种原因断了电，就会造成事故，因而有的电磁起重机上装有钢爪，待运送的重物提起后，坚固的钢爪就自动落下来紧紧地扣住它们。起重机不能搬运灼热的铁块，因为高温的钢铁不能磁化。大的电磁起重机，一下子能提起近百吨重物，

图中的电磁铁直径约1．5米，可提起16吨的物体。

磁悬浮列车

磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具,磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。简单地说,从内部技术而言,两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言,两者存在着速度上的区别：超导型磁悬浮列车最高时速可达500公里以上（高速轮轨列车的最高时速一般为300—350公里）,在1000至1500公里的距离内堪与航空竞争；而常导型磁悬浮列车时速为400～500公里,它的中低速则比较适合于城市间的长距离快速运输。

当今,世界上的磁悬浮列车主要有两种"悬浮"形式,一种是推斥式;另一种为吸力式.推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力,使列车悬浮起来.这种磁悬浮列车车厢的两侧,安装有磁场强大的超导电磁铁.车辆运行时,这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环,致使其中产生感应电流,同时产生一个同极性反磁场,并使车辆推离轨面在空中悬浮起来.但是,静止时,由于没有切割电势与电流,车辆不能产生悬浮,只能像飞机一样用轮子支撑车体.当车辆在直线电机的驱动下前进,速度达到80公里/小时以上时,车辆就悬浮起来了.吸力式是利用两个磁铁异性相吸的原理,将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上,两者之间产生一个强大的磁场,并相互吸引时,列车就能悬浮起来.这种吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态,都能保持稳定悬浮状态.这次,我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型.

电机

电机，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。变压器，在有的书上称之为静止的电机。从电机的定义发现，这么说也有它的道理的。

变压器

电机和变压器、电抗器方面

工程电磁场的应用研究综述

一、电机和变压器、电抗器方面

电机工业不断发展，单机容量迅速提高，这是由于在理论分析、设计计算和制造工艺诸方面陆续解决了一系列重大问题的结果，其中对电磁场的研究是取得突破性进展的主要原因之一。

长期实践证明，电机采用场的方法来处理更加精确；电机的电磁场实验研究也十分重要，包括模拟实验和电场、磁场的测量，以及与电磁场直接相关的某些电机实验课题，实测结果常常是校核计算结果的依据。在电机和变压器的设计与制造中，有关电磁场的研究无疑是一个关键性的问题，由于发展趋向是要制造高能量密度、高效率、高质量及高可靠性的产品，这就将牵涉到大量有关场的问题需要解决，而其中电磁场是最基本的。电抗器是电力系统和拖动控制系统中常用的一种电感元件，大型电抗器的电场与磁场的分析计算与相近容量的变压器类似，从而可见其中电磁场的重要作用。

二、磁悬浮系统