磁悬浮列车

拼音：cí xuán fú liè chē

磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力(即磁的吸力和排斥力)来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上，比轮轨高速列车的300多公里还要快，因此可成为航空的竞争对手

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。它的时速可达到500公里以上，是当今(截至2012年)世界最快的地面客运交通工具。有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少等优点;并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。

高速磁悬浮列车作为一种新型的轨道交通工具，是对传统轮轨铁路技术的一次全面革新。它不使用机械力，而是主要依靠电磁力使车体浮离轨道，就像一架超低空飞机贴近特殊的轨道运行。整个运行过程是在无接触、无磨擦的状态下实现高速行驶，因而具有“地面飞行器”、“超低空飞机”的美誉。

磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。

根据吸引力和排斥力的基本原理，国际上磁悬浮列车有两个发展方向：一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统--EMS系统，利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行，悬浮的气隙较小，一般为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;另一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统--EDS系统，它使用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行，这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。

磁悬浮列车 - 发展历程

磁悬浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”号蒸气机车问世以来铁路技术最根本的突破。

磁悬浮技术的研究源于德国。早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。

1969年，克劳斯-马菲公司制造出电磁悬浮模型TR-01。支承和导向系统按赫尔曼·肯佩尔原则设计，由一台短定子直线电动机驱动。

1971年-1974年，先后制造了TR02、TR03、TR04号试验车。

1975年，开发、研制和试验第一台长定子电磁行车技术功能的设备。由蒂森·亨舍尔在卡塞尔厂区内用试验平台MB1进行。

1976年，生产第一台用长定子电磁行车技术的载人试验车HMB2，在卡塞尔由蒂森·亨舍尔在厂区内进行。采用电磁式支承和导向系统，有10毫米空气间隙，车重为2.5吨，4个座位，最大速度为36公里/小时。

1977年，联邦德国研究技术部作出有利于发展电磁悬浮驱动系统的决定。筹建埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施。赫尔曼·肯佩尔工程师逝世(1892年4月5日-1977年7月13日)。

1979年，在汉堡的国际交通展览会上展出5月17日投产的TR05号并引起轰动。

1980年，开始建造TR06号。

1984年，埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施投产，用TR06号开始作行车试验。8月17日达到302公里/小时的速度。

1986年，在蒂森工业公司(亨舍尔)开发TR07号样车。

1987年，埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施第二期施工最终完成并投入使用。TR07号开始组装。11月11日TR06号达到406公里/小时的速度。

1988年，TR06号的速度于1月22日达到412.6公里/小时。在慕尼黑国际交通展览会上展出TR07号。

1989年，在埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施上开始检验TR07号。磁悬浮铁路快速列车技术已趋成熟。

1978年，决定在埃姆斯兰德修建全长31.5公里的试验线，并于1980年开工兴建，1982年开始进行不载人试验。列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300公里，1984年又进一步增至400公里。

1994年中国西南交通大学成功地进行了4个座位、自重4吨、悬浮高度为8毫米、时速为30公里的磁悬浮列车试验之后，由中国铁道科学研究院主持、长春客车厂、中科院电工所、国防科技大学参加，共同研制的长为6.5米、宽为3米、自重4吨、内设15个座位的6吨单转向架磁悬浮试验车。在铁科院环行试验线的轨距为2米、长36米、设计时速为100公里的室内磁悬浮实验线路上成功地进行了试验，并于1998年12月通过了铁道部科技成果鉴定。6吨单转向架磁悬浮试验车的研制成功，为低速常导磁悬浮列车的研究提供了技术基础，填补了中国在磁悬浮列车技术领域的空白。

2000年，中国西南交通大学磁悬浮列车与磁浮技术研究所研制成功世界首辆高温超导载人磁悬浮实验车。

2001年德国的Transrapid公司在中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站兴建磁悬浮列车系统，是中国第一条投入运行的磁悬浮铁路，并于2002年正式启用。当时采用的是已通过安全认证的比较简单的单线折返运行方式。

2003年，四川成都青山磁悬浮列车线完工，该磁悬浮试验轨道长420米，主要针对观光游客，票价低于出租轿车费。

2005年5月，中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁悬浮列车于大连亮相，据称其速度可达每小时400公里。

2005年9月，中国成都飞机公司开始研制CM1型“海豚”高速磁悬浮列车，最高时速500公里。

2006年4月30日，中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车，在四川成都青城山一个试验基地成功经过室外实地运行联合试验。

2010年4月8日，由中航工业成飞制造的中国首辆高速磁浮国产化样车在成都实现交付，标志着中航工业成飞已经具备了磁浮车辆国产化设计、整车集成和制造能力。

2011年2月28日，中低速磁浮交通运营示范线(S1线)在北京启动建设。

2011年4月1日，张家界市政府、中国南车股份有限公司、中国中铁股份有限公司和湖南省铁路投资集团有限公司签署协议，计划在2012年底之前在张家界市区至世界自然遗产武陵源风景名胜区之间，修建中低速磁悬浮列车商业示范线。最大运行时速约每小时120公里，满载可乘坐402人。

2012年1月，中国首台自主研发、即将投入商业运营的中低速磁浮列车，在位于湖南株洲的中国南车株洲电力机车有限公司下线。

运行时最高时速历史发展

1971年 — 西德 — Prinzipfahrzeug — 90 km/h

1971年 — 西德 — TR—02(TSST)— 164 km/h

1972年 — 日本 — ML100 — 60 km/h — (载人)

1973年 — 西德 — TR04 — 250 km/h (载人)

1974年 — 西德 — EET—01 — 230 km/h (无人)

1975年 — 西德 — Komet — 401.3 km/h (由蒸汽火箭推进，无人)

1978年 — 日本 — HSST—01 — 307.8 km/h (支援由火箭推进，由日产汽车制造导无人)

1978年 — 日本 — HSST—02 — 110 km/h (载人)

1979年12月12日 — 日本 — ML—500R — 504 km/h (无人) 第一次突破500 km/h

1979年12月21日 — 日本 — ML—500R — 517 km/h (无人)

1987年 — 西德 — TR—06 — 406 km/h (载人)

1987年 — 日本 — MLU001 — 400. km/h (载人)

1988年 — 西德 — TR—06 — 412.6 km/h (载人)

1989年 — 西德 — TR—07 — 436 km/h (载人)

1993年 — 德国 — TR—07 — 450 km/h (载人)

1994年 — 日本 — MLU002N — 431 km/h (无人)

1997年 — 日本 — MLX01 — 531 km/h (载人)

1997年 — 日本 — MLX01 — 550 km/h (无人)

1999年 — 日本 — MLX01 — 548 km/h (无人)

1999年 — 日本 — MLX01 — 552 km/h (载人/5辆编组) 吉尼斯世界纪录认可

2003年 — 日本 — MLX01 — 581 km/h (载人/3辆编组) 吉尼斯世界纪录认可

磁悬浮列车 - 原理

磁悬浮列车利用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶。

由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，磁悬浮列车有两种相应的形式：

一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路;

另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。

磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体(N极)被轨道上靠前一点的电磁体(S极)所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥————结果是一“推”一“拉”。磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙(一般为1—10cm)，因此运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。

磁悬浮列车运行时，应当与轨道始终保持10厘米的间隙。任何的偏差对于列车的稳定性都是很危险的，磁场解决了这个问题。由于在轨道底端的磁体与车厢上的磁体是同一极性，它们之间总有排斥力，如果因为某种原因使得列车悬浮高于10厘米，也就意味着列车向轨道产生的磁场逐渐变弱的区域移去，从而它所得到的悬浮力减少，这样列车又会回落至10厘米的高度。相反，如果车厢太靠近铁轨，将遇到轨道磁场非常大的阻力，并得到较大的排斥力，这就使列车又能与铁轨保持正常距离。

磁悬浮列车最大的优点就是速度快，其时速可达400—550公里，通过调节通过磁体的电流强度，可以方便地改变列车的速度。而传统轮轨列车经过100多年发展，最高时速仅为300—350公里，如进一步提速，就会受到用轮轨支承和受电弓供电的限制。高速磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨，采用长定子同步直线电机将电供至地面线圈，从而取消受电弓，实现了与地面没有接触、不带燃料的地面飞行，克服了传统轮轨铁路的主要困难。由于是抱在轨道上悬浮行驶，并且按飞机的防火标准配置设施，因此乘坐平稳舒适，安全性非常高。

磁悬浮列车上装有储备电源，一旦发生断电现象，系统会自动切换到储备电源上来，储备电源可以继续维持列车行驶一段时间，在此过程中，列车速度会逐渐慢下来，离地面的高度也逐渐下降，最后平稳落地。不会出现停电后，高速行驶的列车骤然降落的情况，这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。

磁悬浮列车 - 主要类型

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。

常导型

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。

超导型

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。

实用型

2005年7月，中国首辆中低速磁悬浮工程化样车在唐车公司问世，并投入试验运行。

2008年5月，唐车公司建成了长达1.547公里的国内首条中低速磁悬浮列车工程化试验示范线，科技部将其确立为国家科技支撑计划中低速磁悬浮交通试验基地。

2009年5月13日，中国首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车在唐车公司完成组装，顺利下线，并随即开始进行列车调试。该车在原有工程化样车基础上进行了大量实用化改进，整列车为3辆编组模式，由2辆结构相同的端车和1辆中间车组成，运行时速为100到120公里，首尾车定员为每辆100人，中间车为120人，使用寿命在25年以上。 该车采用铝合金车体、宽幅车身，供电电压由直流750伏提高到直流1500伏，噪音低、无辐射、运行安全可靠，爬坡能力达到70‰的水平，更加适合在城市复杂线路运行，并大幅降低了线路建设拆迁成本。[5]

磁悬浮列车 - 系统组成

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(截至2012年)的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍。

悬浮系统

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)。给出了两种系统的结构差别。

电磁悬浮系统(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吸引产生悬浮。

电力悬浮系统(EDS)将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。

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。

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。

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。

推进系统可以分为两种：“长固定片”推进系统使用缠绕在导轨上的线性电动机作为高速磁悬浮列车的动力部分;“短固定片”推进系统使用缠绕在被动的轨道上的线性感应电动机(LIM)。虽然短固定片系统减少了导轨的花费，但由于LIM过于沉重而减少了列成的有效负载能力，导致了比长固定片系统的高的运营成本和低的潜在收入。而采用非磁力性质的能量系统，也会导致机车重量的增加，降低运营效率。

导向系统

导向系统，运用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，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。

磁悬浮列车 - 优缺点

优点

磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点。常导磁悬浮列车可达400至500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。

由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前(截至2012年)最先进的高速火车省电30%。在500公里/小时速度下，每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2，比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音很低。它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。

由于采用电力驱动，避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。

磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。

磁悬浮线路的造价只是普通路轨的85%，而且运行时间越长，效益会更明显。因为，磁悬浮列车的路轨寿命可达80年，而普通路轨只有60年。磁悬浮列车车辆的寿命是35年，轮轨列车是20至25年。此外，磁悬浮列车的年运行维修费仅为总投资的1.2，而轮轨列车高达4.4%。磁悬浮高速列车的运行和维修成本约是轮轨高速列车的1/4。磁悬浮列车和轮轨列车乘客票价的成本比约为1：2.8。

缺点

初始投资较大。

磁悬浮列车 - 交通意义

首先，它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。

世界上第一个磁悬浮列车的小型模型是1969年在德国出现的，日本是1972年造出的。可仅仅十年后的1979年，磁悬浮列车技术就创造了517公里/小时的速度纪录。

第二，磁悬浮列车速度高，常导磁悬浮可达400-500公里/小时，超导磁悬浮可达500-600公里/小时。

对于客运来说，提高速度的主要目的在于缩短乘客的旅行时间，因此，运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度、安全、舒适与经济的特点，分别在不同的旅行距离中起骨干作用。专家们对各种运输工具的总旅行时间和旅行距离的分析表明，按总旅行时间考虑，300公里/小时的高速轮轨与飞机相比在旅行距离小于700公里时才优越。而500公里/小时的高速磁悬浮，则比飞机优越的旅行距离将达1500公里以上。

第三，磁悬浮列车能耗低，据日本研究与实际试验的结果，在同为500公里/时速下，磁悬浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的1/3。据德国试验，当TR磁悬浮列车时速达到400公里时，其每座位公里能耗与时速300公里的高速轮轨列车持平;而当磁悬浮列车时速也降到300公里时，它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低33%。