福豐國中  宋慶瑋

壹、前言

        偶而看見上海磁浮列車的網路影片(http://www.linli-e.com.tw),想想看有什麼樣的簡單教具可以讓學生了解磁浮列車的原理,於是就展開腦力大作戰,跟著也是同科的老婆相互討論著,終於想出了利用簡易材料製作一個簡易的磁浮列車,雖然只是一個很小的創意點子,真正的磁浮原理也未能全數道盡,但畢竟「它」花了我幾乎一個週五晚上到週日晚上不眠不休的假日,跑了電子材料行不下二十趟,嘗試更換最適合的電子零件,最後終於做出還可以動的「簡易磁浮列車」,希望藉由K12的分享平台,給予同好們指教的機會,也希望夥伴們不吝惜提供新的創意點子,製作更精良的教具,歡迎大家一起來。

貳、磁浮列車的產生

上圖顯示我們無法使一塊磁鐵

穩定地浮在另一塊磁鐵上

 
        人類日常生活中所使用到的交通工具,有自行車、公車、電車、汽車、火車、船、飛機等,我們把這些運送人或物品從一個地方到另外一個地方的東西,稱為運輸工具。這些運輸工具為了要移動,有些車子加的是汽油、有些車子加柴油,也有一部分的車子使用的是天然氣或電力。然而,在地面上的這些交通工具,主要靠輪子與地面的摩擦力行走,但是也因為摩擦力,使得它們的速度有一個上限( 300公里 )。為了要有更快速、廉價、安全且不製造污染的交通工具。磁浮列車,這種完全符合未來要求的新交通工具,正由幾個國家很努力的發展當中。

叁、磁浮原理

        磁浮火車是利用磁力使火車懸浮於路軌之上

        。磁浮列車是利用磁力使車體浮起來,因為

        並沒有與軌道直接接觸,因此能將阻力減到

        最小,在前進的時候,利用電與磁的交互作

        用,可以使磁浮列車前進及後退。磁浮列車

        使用了許多的電磁鐵,電磁鐵的好處就是可

        以用電流方向來改變磁極,不但方便而且容

        易控制。

    一、電流的磁效應原理

            在螺旋形的導線上通電,就會在螺旋形導線的中間產生感應磁場,而此感應磁場的

            大小和導線圈數及電流成正比,當電流斷路時感應磁場也會同時消失。磁場方向可

            安培右手定則決定:右手四指的方向依照導線電流方向握起則姆指方向則為感應

            磁場的N極。

    二、磁浮列車浮起的原理

     永久磁鐵或電磁鐵異極會相吸,同極卻有極強的排斥力,磁浮列車能浮起來就是利

     用這個原理。而車體的重量並不輕,若要靠磁鐵相吸及相斥的力量將它浮起來,車

     上及軌道上的磁力就必須要很強。因此搭配使用電磁鐵和永久磁鐵,除了可增強磁

     性之外還可以節省一部分的電力。

    三、磁浮列車前進的原理

     磁浮列車的前進原理是利用線性馬達。線性馬達將原來普通馬達轉動的力量轉換

     為直線移動的力量。同樣利用磁力的排斥力與吸引力,使得浮在軌道上的列車能向

     前加速或減速,由於車體與軌道 間沒有摩擦力,能量不會因此而消耗。

         (註1線性馬達:將馬達與直線動作機構結合為一體,即稱為線性馬達。)

              (以上資料摘自http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1005030504152)

肆、磁浮列車種類

1.吸引型磁浮列車

  德國高速運輸系統所採用,

  利用了「電磁力懸浮法」

  (EMS) 把火車浮起。

Transrapid 系統的原理

2.推斥型磁浮列車

  日本磁浮列車所採用,利用

  了「電動力懸浮法」(EDS)

  把火車浮起。

           PS.以上磁浮列車原理簡介可以自行上網查詢相關資料。

伍、材料設備

3M 的強力雙面膠

裝飾用的彩色反光膠帶

高腳圖釘用來墊高圓磁鐵

細鐵絲用來拖引保麗龍車廂

單刀開關用來切換電源ON,OFF

四或五號電池盒

隨身聽使用之小馬達,規格5V

竹片棒用來當作車廂底座

強力圓形磁鐵黏在馬達上帶動車體

強力長條磁鐵用來當軌道

           工具:尖嘴鉗、剪刀、美工刀、瞬間膠、電烙鐵、焊錫、錐子、LED、膠帶、工具箱之

                       塑膠隔片。

陸、製作流程

    一、環形軌道製作

            先至壓克力店,請老闆製作環形壓克

            力,寬度以圓形磁鐵直徑為準,稍大

            1 -2mm ,厚度約 4mm 環型軌道,直徑

            不可太小,太大又不方便移動,約

            500mm 即可。

    二、貼上長條磁鐵

            3M 強力雙面膠剪開,先黏在長條磁

            鐵的底側,撕開雙面交保護膜,再緊緊

            地沿環型軌道兩側,黏上長條磁鐵,因

            為長條磁鐵具有柔軟度,故可以沿環形

            壓克力軌道黏上長條磁鐵。注意環型軌

            道兩側之長條磁鐵一定要同極,另外長

            條磁鐵相接處最好以美工刀切除接縫多

            餘磁鐵,儘量密合。

    三、車頭製作

        ()將工具箱塑膠隔片當作車頭底座,馬

                達以 3M 雙面膠固定在一端,強力圓

                形磁鐵已快乾膠黏在馬達轉軸上,注

                意,一定要黏在圓形磁鐵正中央,而

                且轉軸與磁鐵沾黏處面積極小不容易

                黏,要靠經驗累積。

         ()將電池盒以 3M 雙面膠黏在隔片上方

                 ,並將電源線正負極焊在單刀開關上

                 ,在將單刀開關固定在隔片電池盒前

                 簷。

         ()車頭之後輪以高腳圖釘黏在薄圓形磁

 

                鐵上,並將隔片車頭的另一端開一小

 

                孔,以利支撐車頭車身。

        ()為考慮電源是否有電,可以串聯方式

                焊接LED,一方面增加美觀,二方面

                判定電源是否正常運作,市面上也有

                閃爍型LED,顏色也很多,稍貴,可

                以考慮。

    四、拖車車箱製作

        ()以竹片棒為車體,將短圖釘黏在竹片

            棒二端,圖釘針扭成900,再以短圖

            釘黏在薄圓形磁鐵上,負責支撐車箱

            車體。

        ()以約 50mm 之細鐵絲,兩端扭成小圓

            型,掛在兩個車箱扭成900的圖釘針

           上,聯成一列列車箱。

        ()取厚約 300mm 之保麗龍,切割成車

            箱形狀,注意美觀及修飾,可以彩色

            膠帶點綴,保麗龍車箱以 3M 雙面膠

            固定在車體上。

 柒、成果展示

    一、照片集錦

完成的車頭本體()

完成的車頭本體()

車頭加上保麗龍車箱及LED

完成的車廂()

完成的車廂()

列車全貌()

列車全貌()

車箱磁鐵懸浮

車頭磁鐵懸浮

大功告成─終於可以向前跑了

    二、影片集錦

        ()影片一   ()影片二   ()影片三

捌、參考資料

中國大陸於2001年開始興建從浦東機場至龍陽路(陸家嘴),全長 30公里 的磁浮高速鐵路,並於 2003年開始營運。

磁懸浮高速列車08號。技術資料:由3節車廂組成, 總長: 78.8 3.7 ,高: 4.2 ;客車空重:約53 /節,貨車空重:48/節,貨車有效載荷:約15/節;座位數:末節車廂最多92,中間車廂最多127;最高運行時速: 500公里 /小時。

德國19998月磁懸浮高速列車08號試驗系列車型提交給埃姆斯蘭特試驗基地(TVE)。

19994月日本磁浮列車 MLX01的創下時速552公里的新紀錄。

 

玖、製作心得

    平日就喜歡DIY,尤其家中電器的維修、保養、清潔,木工、音響、電腦組裝、咖啡器材製作…等,絕不假手他人(可以到我的網站逛逛http://spaces.msn.com/members/sungchingwei/ 有用的生活DIY),也因為經常動手做,所以知識背景經驗不斷累積,此次的磁浮列車製作,只是輕輕的念頭一閃,就衝動的動手DIY起來,當完成此件作品時,好像創作了一個新的生命,當同事看見此物時,都非常好奇:「你怎會把不相干的小零件運用到此?」,其實這就是重點,我們不斷教導學生要有創造力,能夠獨立思考與問題解決的能力,這就是一個很好的範例,相信喜好DIY的同好們,可以精益求精,創造更獨一無二的「科玩」,一方面滿足自己的成就感,二方面分享大眾,期待大家指教。

作者:福豐國中 輔導主任  宋慶瑋 2005/05/09