磁悬浮列车利用电磁体“同性相斥”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,创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。
通俗的讲就是,在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能把线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥。当列车前进时,在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈,变为N极线圈了,反之亦然。这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速,通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。
稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统,是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时,列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用,产生排斥力,使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时,控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制,达到控制运行目的。
常导型
磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出。
列车动能
“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上,把电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”,“定子”间的相互作用,把电能转化为前进的动能。电动机的“定子”通电时,通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时,通过电磁感应作用,列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。
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)
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)
国外
1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路。
1934年,赫尔曼·肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利。
1935年,赫尔曼·肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。
1939年-1943年,赫尔曼·肯佩尔在格丁根空气动力学研究所进行电磁悬浮铁路的基本研究工作。
1953年,赫尔曼·肯佩尔写成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。
1969年,大通过能力高速铁路研究会开始基础性研究。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。
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。
2000年6月30日,中德两国政府正式签订合作开展上海磁悬浮快速列车运营线项目可行性研究的协议。
2000年8月,国家计委批准项目建议书;同月,上海申通集团等6家公司联合出资20亿元注册成立上海磁悬浮交通发展有限公司(后扩股为8家公司,注册资金30亿元),上海市委、市政府批准成立上海市磁悬浮快速列车工程指挥部。
中国
1989年,国防科技大学研制成中国第一台小型磁悬浮原理样车。
1990年, 第一次“磁浮列车、直线电机技术研讨会在西南交大召开。
1992年,研制载人磁悬浮列车被正式列入国家“八五”科技攻关重点项目。
1994年,西南交大研制成功中国第一辆可载人常导低速磁浮列车,但是只能在完全理想的实验室条件下运行成功。
1995年5月11日,中国第一台载人磁悬浮列车在国防科技大学研制成功,使中国成为继德国、日本、英国、前苏联、韩国之后,第六个研制成功磁悬浮列车的国家。
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1月23日,上海磁悬浮交通发展有限公司与由德国西门子公司、蒂森快速列车系统公司和磁悬浮国际公司组成的联合体签署《上海磁悬浮列车项目供货和服务合同》,合同总金额12.93亿德国马克;
2001年1月26日,与德国线路及轨道梁技术联合体(TGC)签署《磁悬浮快速列车混凝土复合轨道梁系统技术转让合同》,合同使用德国政府赠款共1亿德国马克。
2001年3月1日工程正式开始。5月专用道路全线贯通。7月轨道梁生产基地投产。
2001年8月14日,由长春客车厂、西南交通大学和株洲电力机车研究所联合研制开发的中国首辆磁悬浮客车,在长春客车厂竣工下线,从而使中国继德国和日本之后,成为世界上第三个掌握磁悬浮客车技术的国家。
2001年11月24日北控磁浮第一台磁悬浮列车通过中试评审。
2002年2月28日,上海磁悬浮列车示范线下部结构工程全线贯通并开始架梁。
磁悬浮经过浦东30公里的商业运营,历经两年多的考验,应该可以得到逐步的延伸。
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。
中国成功研制一种新技术──永磁技术MAS-3,其造价比德国及日本的技术还要低。
2005年5月,中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁悬浮列车于连亮相,据称其速度可达每小时400公里。
2005年7月,北控磁浮第二辆磁浮车在北车唐山机车厂下线。
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,原本预计会于2006年7月在上海试行。 然而,由于技术难题,西南交大放弃研制,该车转交国防科大继续研制成功,该车在上海同济大学嘉定分校内。
同年由长春机车厂生产的另一辆高速磁浮车也研制成功,在同济大学校内。
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。利用常导电磁悬浮推动。
2008年1月青城山试验线遭到破坏。
2009年,北控唐山试验线第三代磁悬浮列车编组运行 。
2010年4月8日,由成都飞机公司制造的中国首辆高速磁悬浮国产化样车在成都实现交付,标志着成飞已具备磁悬浮车辆国产化设计、整车集成和制造能力。
2012年1月20日,一列中低速磁浮列车在中国南车株洲电力机车有限公司内下线。磁浮列车采用三节编组,最高运行时速为每小时100公里,列车最大载客量约600人。
2014年8月,中国中低速磁悬浮列车技术在常州实现新突破:西南交通大学牵引动力国家重点实验室与西南交大常州轨道交通研究院联手,自主研制出时速可达40公里的磁悬浮列车车架。
长沙市磁悬浮是中部首条中低速磁悬浮,全线设长沙火车南站、 梨站和黄花机场站三个站,并预留有两个车站。全线设计时速100公里/小时,最小行车间隔3分钟。
按计划,长沙市磁悬浮会在2015年年底开通试运行。期间,运营方会检验设备系统的稳定性及运营组织方案。试运行后,长沙市磁悬浮即可对外试运营,届时从高铁南站下车,只要十分钟就能到黄花机场。[1]
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。
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