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磁悬浮列车综述
论磁悬浮技术原理，问题创新及现状
一．
磁悬浮列车的起源
磁悬浮列车是一种
采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不
同于传统列车利用车
轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持
10mm
或者
100mm
的间隙，从根本上克服了传统列车轮
轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，
是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车
。
磁悬浮技术的研究源于德国，
早在
1922
年
Hermann
Kemper
先生就提出了电磁悬浮原理，
并于
1934
年申请了磁浮列车的专利。
进
入
70
年代以后，
随着世界工业化国家
经济实力的不
断加强，
为提高交通运输能力以适应其经济发展的
需要，
德国、
日本、
美国、
加拿大、
法国、
英国等发达国家相继开始筹划进行
磁悬浮运输系统的开发。根据当时轮轨极限速度的理论，
科研工作者们认为，
轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时
350
公里左右，
要想超越这
一速度运行，
必
须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。
这种认识引起许多国家的科研部门的
兴趣，
但后来都中途放弃，
目前只有德国和日本仍在
继续进行磁悬浮系统的研究，
并均取得
了令世人瞩目的进展。<
/p>
德国开发的磁悬浮列车
Transrapid
于
1989
年在埃姆斯兰试验线上达
到每小时
436
公里的速度。
日本开
发的磁悬浮列车
MAGLEV(Magnetically
Levitated
Trains)
于
1997
年
12
月在山梨县的试验线上创造出每小时
550
公里的世界最高
记录。
德国和日本两
国在经过长期反复的论证之后，
均认为有可能于下个世纪中叶以前使磁悬浮列车在本国投入
运营。
二、磁悬浮列车的种类
磁悬浮列车分
为常导型和超导型两大类。
常导型也称常导磁吸型，
以德国高速
常导磁浮
列车
Transrapid
为
代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气
隙较小，一般为<
/p>
10
毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时
400~500
公里，适
合于城市间的长距离快
速运输。
而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本
MAGLEV
为代表。它是利用超导磁体产生
的强磁场，
列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，
产生电
动斥力将列车悬起，
悬浮气
隙较大，
一
般为
100
毫米左右，
速度可达每小时
500
公里以上。
这两种磁悬浮列车各
有优缺
点和不同的经济技术指标，
德国青睐前者，
集中精力研制常导高速磁悬浮技术；
而日本则看
好后
者，全力投入高速超导磁悬浮技术之中。
三．工作原理
磁悬浮列车主要由悬浮
系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁
力无关的推进系统，
但在目前的绝大部分设计中，
这三部分的功能均由磁力来完成。
下面分
别对这三分所采用的技术进行介绍。
1.
悬浮系统
目前悬浮系统的设计，可以分为两
个方向，分别是
德国所采用的常导型
和
日本所采用
的超导型
。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（
EMS
）和电力悬浮系统（
EDS
）
。图
4
给出了
两种系统的结构差别。
（
EMS
）
是一种吸力悬浮系统，
是结合在机车上的电磁铁和
导轨上的铁
磁
轨
道
相
互
排
斥
产
生
悬
浮
。<
/p>
常导磁悬浮列
车工作
时，
首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，
与地面轨道两侧的绕组发
生磁铁
反作用将列车浮起。
在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁
的反作用下，
使车轮与轨道保持一
定的侧向距离，
实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。
车辆与行车轨<
/p>
道之间的悬浮间隙为
10
毫米，是通过一
套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮
和导向实际上与列车运行速度无关，所
以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
（
EDS
）将磁铁使用在运动的机车上以在导
轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电
磁斥力会增大，
从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。
然而机车必须安装类
似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，
这是因为<
/p>
EDS
在机车速度
低于大约
25
英里
/
小时无法保证悬
浮。
EDS
系统在低温超导技术下得到了更大的发展。
超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导
元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完
全抗磁性。
超导
磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，
它不仅电流阻力为零，
而且可以传
导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大
的电磁铁。
Linear
Motor
原理图解
超导磁悬浮列
车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，
而列车的驱动绕
组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，
车辆上的感应动力集成设备由动力集
成绕组、
感
应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成
。
当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆
速度频率相一致的三相交
流电时，
就会产生一个移动的电磁场，
因而在列车导轨上产生磁
波，
这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，
正是这种推力推动列车
前进。
其原理就像冲浪运动一样
，
冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。
与
冲浪者所面对的难题相同，
超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准
确地驾驭在移动电磁波
的顶峰运动的问题。
为此，
在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，
根据探测仪传
来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。
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2.
推进系统
磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。
车辆下部支撑电磁铁线圈的
作用就像是
同步直线电动机的励磁线圈，
地面轨道内侧的三相移
动磁场驱动绕组起到电枢的作用，
它就
像同步直线电动机的长定
子绕组。
从电动机的工作原理可以知道，
当作为定子的电枢线圈
有
电时，
由于电磁感应而推动电机的转子转动。
同样，
当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动
绕组提供
三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转
子”一样
被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。
3.
导向系统
导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。
必要的推力与悬浮
力相类似，
也可以分为引力和斥力。
在
机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬
浮系统提供动力，也可以采用独立的
导向系统电磁铁。
四
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磁悬浮列车的优势，存在的问题及创新
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