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1、总第195期交通科技SerialNo.1952002年第6期TransportationScience&TechnologyNo.6Dec.2002磁悬浮列车的原理及现状张金平张奕黄(北方交通大学电气与电机研究所北京100044)摘要对磁悬浮列车的背景、分类及磁悬浮列车的悬浮、导向、推进原理进行阐述,并介绍国内外磁悬浮列车的发展现状。关键词磁悬浮电磁吸引式悬浮电动式悬浮永磁斥力式悬浮1引言2磁悬浮列车的分类众所周知,传统的铁路列车都是依靠诸如蒸2.1按电磁铁种类汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力,车磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分轮和钢轨之间的相互作用作为运行导向,由
2、铁路为常导吸引型和超导排斥型两大类。线路承受压力,借助于车轮沿着钢轨滚动前进的。(1)常导吸引型常导吸引型磁悬浮列车是而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性以常导磁铁和导轨作为导磁体,用气隙传感器来相斥、异性相吸”的特性将车辆托起,使整个列车调节列车与线路之间的悬浮间隙大小,在一般情悬浮在线路上,利用电磁力进行导向,并利用直线况下,其悬浮间隙大小在10mm左右,这种磁悬电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的浮列车的运行速度通常在300～500km/h范围最新颖的第五代交通运输工具。内,适合于城际及市郊的交通运输。与传统铁路相比,磁悬浮列车有以下优点。(2)超导排斥型超导排
3、斥型磁悬浮列车是(1)适于高速运行磁悬浮列车最大特点在利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之间于它没有通常的轮轨系统,由于消除了与轮轨之悬浮运行的,其悬浮间隙大小一般在100mm左间的接触,不存在由于轮轨摩擦及粘着所造成的右,这种磁悬浮列车低速时并不悬浮,当速度达到诸如极限速度等影响列车运行的问题,速度可达100km/h时才悬浮起来。它的最高运行速度可以500km/h以上;达到1000km/h,当然其建造技术和成本要比常(2)稳定安全列车运行平稳,能提高旅客导吸引型磁悬浮列车高得多。舒适度,由于磁悬浮系统采用导轨结构,不会发生2.2按悬浮方式脱轨和颠覆事故,提高了列车运行的安全
4、性和可有电磁吸引式悬浮(electromagneticsuspen-靠性;sion,EMS)和永磁力悬浮(permanentrepulsive(3)污染小,易维护悬浮列车在运行中既suspension,PRS)及感应斥力悬浮(electrody-不产生机械噪声,也不排放任何废气、废物,对周namicssuspension,EDS)。边环境的污染极小,有利于环境保护,加上磁悬浮(1)EMS该方式利用导磁材料与电磁铁之列车由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦组件,间的吸引力,绝大部分悬浮采用此方式。可以省去大量维修工作和维修费用;(2)PRS这是一种最简单的方案,利用永(4)能充分利用
5、能源、获得较高的运输效率。久磁铁同极间的斥力,一般产生斥力为0.1MPa。另外,磁悬浮列车可以实现全自动化控制,因其缺点为横向位移的不稳定因素。此,将成为未来最具有竞争力的一种交通工具。(3)EDS依靠励磁线圈和短路线圈的相对运动得到斥力,所以列车要有足够的速度才能悬收稿日期:2002-05-28浮起来,大约为100km/h,它不适用于低速。82张金平张奕黄:磁悬浮列车的原理及现状2002年第6期2.3按列车的驱动方式(1)长转子、短定子异步直线电机驱动这种电机的“定子”安装在车辆的底部,“转子”线圈安装在轨道上。它适合于低速运行。(2)长定子、短转子同步直线电机驱动此方式是将电
6、机的“转子”线圈装在车辆上,“定子”线圈装在轨道上。它适合于高速运行。3磁悬浮列车的原理图2超导磁斥式磁悬浮原理图由于超导磁体的电阻为零,在运行中几乎不3.1悬浮原理消耗能量,而且磁场强度很大。在超导体和导轨之(1)常导磁吸式(EMS)利用装在车辆两侧间产生的强大排斥力,可使车辆浮起。当车辆向下转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线位移时,超导磁体与悬浮线圈的间距减小,电流增路导轨上的磁铁,在磁场作用下产生的吸引力使大,使悬浮力增加,又使车辆自动恢复到原来的悬车辆浮起,见图1所示。车辆和轨面之间的间隙与浮位置。这个间隙与速度的大小有关,一般到100吸引力的大小成反比。为了保
7、证这种悬浮的可靠km/h时车体才能悬浮。因此,必须在车辆上装设性和列车运行的平稳,使直线电机有较高的功率,机械辅助支承装置如辅助支持轮及相应的弹簧支必须精确地控制电磁铁中的电流,使磁场保持稳承,以保证列车安全可靠地着地。控制系统应能实定的强度和悬浮力,使车体与导轨之间保持大约现起动和停车的精确控制。10mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感3.2导向原理器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要磁悬浮列车利用电磁力的作用进行导向。现设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮,对按常
