磁懸浮列車是一種採用無接觸的懸浮、導向和驅動系統的列車系統。
基本介紹
- 中文名：磁懸浮高鐵
- 外文名：ghoggjj
- 分類：電磁懸浮，電動懸浮
- 缺點：維護費用高、能耗高、制動差
- 開始年限：1986年
簡介,發展歷史,
簡介
磁懸浮列車作為一種新型的地面交通工具已從實驗階段走向了商業運營，並且有速度快、爬坡能力強、能耗較高、運行時噪音高、安全舒適低、不燃油、電磁波污染少等優點，它從根本上克服了傳統列車輪軌粘著限制、機械噪音和磨損等問題，成為了人們夢寐以求的理想陸上交通大玩具。
磁懸浮列車從懸浮機理上可分為電磁懸浮（EMS，electromagnetic suspension）和電動懸浮（EDS，electrodynamic suspension）兩種。前者以德國的Transrapid（簡稱TR）08型和日本的HSST100L型磁懸浮列車為代表，後者以日本的MLX型超導磁懸浮列車為代表。
電磁懸浮也稱磁吸式（Attractive Levitation）懸浮，一般採用“T”型導軌，車輛環抱導軌運行。對車載的、置於導軌下方的懸浮電磁鐵通電勵磁而產生磁場，磁鐵與軌道上的鐵磁構件相互吸引，將列車向上吸起懸浮於軌道上，磁鐵和鐵磁軌道之間的懸浮間隙一般約為8～12mm。列車通過控制懸浮磁鐵的勵磁電流來保證穩定的懸浮間隙，通過直線電機來牽引列車運行。這種懸浮方式由於採用磁鐵異性相吸的原理，磁場在直線電機的初級、次級線圈之間基本可以形成閉合迴路，磁場向外擴散較少，電磁污染程度較低，磁場對人的影響可以忽略不計。
電動懸浮也稱磁斥式（Repulsive Levitation）懸浮，當列車運動時，車載磁體（一般為低溫超導線圈或永久磁鐵）的運動磁場在安裝於線路上的懸浮線圈中產生感應電流，兩者相互作用，產生一個向上的磁力將列車懸浮於路面一定高度，懸浮間隙一般為100～150mm，列車運行也是由直線電機提供牽引力。與電磁懸浮相比，電動懸浮系統在靜止時不能懸浮，必須在列車達到一定速度（約150km/h）後才能起浮。電動式懸浮系統在套用速度下，懸浮間隙較大，不需要進行主動控制。當電動懸浮由於採用磁鐵同性相斥的原理，初、次級線圈所產生的磁場在直線電機內部不能閉合，故其電磁污染比電磁懸浮型要大許多。
德國、日本、美國、中國等國家都在積極地研究磁懸浮列車技術，並且已經取得了較大的進展。以EMS型磁懸浮列車為代表的德國和以EDS型磁懸浮列車為代表的日本，其磁懸浮鐵路系或接近套用水平：分別為德國的TR常導吸力型磁懸浮列車，日本的MLX超導斥力型磁懸浮列車和HSST常導吸力型磁懸浮列車。我國西南交通大學和國防科技大學正在研製的磁懸浮列車屬於常導電磁吸力懸浮型。
德國是世界上最早研究磁懸浮列車的國家。1922年，德國人赫爾曼·肯佩爾（Hermann Kemper）提出了電磁懸浮原理，並在1934年獲得世界上第一項有關磁懸浮技術的專利。由於當時技術和工藝條件限制，在此後的30多年時間裡，磁懸浮技術沒有得到明顯的發展。
1969年，德國聯邦交通部、聯邦鐵路公司和德國工業界參與了關於“高速與快速鐵路的研究”，所研究的高速交通涉及輪軌高速鐵路和磁懸浮高速鐵路。1971年2月，德國第一輛磁懸浮原理車MBB和一段660m長的試驗線路投入試驗運行。原理車採用車輛側的短定子直線電機驅動。1975年，Thyssen Henschel公司在卡塞爾（Kassel）的工廠中的HMB試驗線上率先實現了線路側長定子直線同步電機驅動的磁懸浮列車。這一試驗系統，將直線驅動和懸浮支承結合起來，奠定了今天TR磁懸浮高速鐵路發展的基礎。1976年研製的“彗星”號試驗車，首次證明磁懸浮車可以以400km/h以上速度運行。在1979年漢堡國際交通博覽會上，一段900m長的TR磁懸浮鐵路示範線順利展出，促進了磁懸浮鐵路的發展進展。
為了建造第一段試驗線路，德國工業界組成了磁懸浮鐵路Transrapid聯合體。在德國西北部的埃姆斯蘭（Emsland）地區建設Transrapid試驗線（簡稱TVE）。第一期工程包括21.5km長的試驗線路、試驗中心和試驗車Transrapid06（簡稱TR06）。考慮到將來的實際套用，提高試驗速度，聯邦研究與工藝部於1984年決定在TVE擴建南環線，即試驗線路的第二線路段。南環線1984年開工，1987年竣工。至此，TVE的試驗線總長達到31.5km。同年，TR06磁懸浮車在試驗線上達到40km/h的速度，1988年，試驗速度提高到41.6km/h。
發展歷史
從1986年開始，由德國Thyssen Henschel公司牽頭，研製了面向套用的磁懸浮列車TR07，1989年該車投入試驗線運行，1993年，TR07在載人試驗運行中，達到了450km/h的速度。由於線路長度的限制，磁懸浮列車不允許再往上加速。
在Transrapid磁懸浮高速鐵路開發過程中，聯邦鐵路和七所著名的大學的專家組成的工作組，由位於慕尼黑的聯邦鐵路中心局牽頭，對Transrapid系統進行了獨立、全面的評價和鑑定。1991年底，德國得出TR磁懸浮高速鐵路系統技術以成熟的結論。1997年4月，德國決定建造柏林和漢堡之間的磁懸浮鐵路。該線全長292km，原計畫1998年下半年動工，2005年投入商業運行，並為此開發了擬用於柏林至漢堡線的TR08型磁懸浮列車，該車於1999年10月開始在TVE上進行了試驗。後因原來預測的客流量偏大，新的預測表明建設新線將面臨虧損的危險，遂於2000年2月取消建設計畫。
2000年6月，中國上海市與德國磁懸浮國際公司合作進行中國高速磁懸浮列車示範運營線可行性研究。同年12月，中國決定修建上海浦東龍陽路捷運站至浦東國際繼承高速磁懸浮交通示範運營線。2001年3月正式開工建設。
日本於1962年開始磁懸浮交通的研究工作。1977年在南部九州建成7公里超導磁懸浮試驗線，即宮崎試驗線。宮崎試驗線是單線，沒有坡道和隧道，不能滿足接近套用條件的試驗要求，因此日本運輸省決定建設超導磁懸浮山梨試驗線，並於1991年在山梨縣境內開始建設山梨試驗線，1997年4月投入試驗運行。山梨試驗線主要包括18.4km長的試驗線路、變電站、試驗中心和兩列磁懸浮車（MLX01和MLX02）。1997年12月24日，三輛編組的MLX01型磁懸浮列車不載人試驗運行達到550km/h的速度，創下地面交通速度的最高世界紀錄。1999年12月，日本山梨磁懸浮列車試驗線進行了磁懸浮列車高速錯車試驗，創造了錯車時相對時速為1003km的世界最高記錄，當時兩列車的時速分別為546km和457km。
從六十年代開始，日本、德國、英國、前蘇聯、韓國和中國等國家都先後投入力量研究中低速磁懸浮列車。
日本的HSST系統磁懸浮列車最初是由日航投資成立HSST公司研究開發，希望用於機場到市區的快速軌道交通，後又與其它股東聯合開發。1974年4月，小型磁懸浮試驗裝置的浮起試驗成功，1975年試製成電磁支承和導向的第一輛試驗車HSST-01，1978年向公眾展出了HSST-02號車，最高速度約為100km/h，總共有9個座位，為了改善舒適性，在車廂和懸浮架之間採用了二系彈簧懸掛系統，從1983年到1989年，HSST-03到HSST-05型車相繼投入試驗。
1991年，日本在名古屋附近的大江，建成一條新的面向套用的試驗線。試驗線總長1530m，最小豎曲線半徑1000m，最大超高為80,最大坡度7%。從1991年到1995年，對HSST100S型磁懸浮列車進行了100多項面向套用要求的運行試驗，最高運行速度達到130km/h。1993年3月，以日本運輸省、建設省和其它單位的專家學者組成的可行性研究委員會對試驗結果進行了最後論證，考察了噪聲、振動和磁場影響等，結論是：HSST磁懸浮鐵路系統是舒適的低污染系統，能夠應付緊急情況，長期的運行試驗證明它是可靠的，並且由於其懸浮的優點使得它的維修量降低，作為城市交通系統，HSST磁懸浮鐵路系統已進入實用階段。
美國從20世紀60年代開始磁懸浮鐵路的研究，1975停止工作。1989年起又重新開始評估磁懸浮列車的實用價值，由鐵道總署、陸軍工兵總部、能源部牽頭、數家公司和大學參加，歷時4年，定出4個磁懸浮車設計時速均為500km/h的方案，其中3個方案為電動型。美國還對大城市間的16條線進行技術經濟條件評估，認為只有紐約—波士頓線能在短期內回收投資並能實現贏利。
極推進套用的是永磁Magplane，它屬於永磁懸浮型。Magplane的懸浮電磁鐵和驅動電磁鐵皆為永磁體，間隙可達5～15cm。在懸浮和導向上使用了20毫米厚的弧形鋁板軌道，這種結構具有高速轉彎的優點。這種設計方案需要加輔助輪，為了安全起見，Magplane的設計者計畫在行駛的全程不收回輔助輪，而是將其固定在列車下面，整個列車技術相對簡單。
Magplane高速磁懸浮列車系統與其它磁懸浮列車系統相比，有許多的創新之處，最顯著的特點就是永磁懸浮、電磁軌岔、自穩定的控制系統等。
Magplane方案採用永磁方案，永磁體的使用比起超導懸浮列車更經濟，不存在一套精密的製冷系統，簡化了磁懸浮列車系統，同時不會出現日本超導高速磁懸浮列車MLU在試驗時曾出現的超導體失超而引發的事故，使得磁懸浮系統可靠性大大提高，同時也使得原理更簡單，建造更方便。對磁懸浮系統來說有一個震盪的過程，從安全形度，系統不需要防止與地面碰撞。而對旅客來說，存在振動則會感覺不舒服，為阻尼這些振盪，磁鐵不是粘在列車上，而是有一個可以運動的裝置。磁鐵在列車底部運動，可吸收掉人能量以阻尼振盪，這個可以運動的範圍大約2cm，頻率大約是1周。磁鐵在車體下面只是徑向運動，因為磁鐵下面有一個穩定機構，不能上下運動，列車動起來後，所有的磁塊都在不斷地運動。速度更高時，有像飛機一樣的穩定翼，振動幅度1cm左右，用空氣動力學原理來控制列車系統的晃動。
列車在拐彎時允許傾斜10度，這樣列車在通過半徑為2公里的曲線時，仍可保證360km/h的速度，而且乘客感覺和坐飛機一樣舒適，該方在設計與改進過程中。和傳統的列車自動控制系統不同，Magplane的控制系統除檢測列車的位置外，還要檢測列車的姿態。根據這些信號由控制系統處理後發出控制信號控制磁塊。
