陆一娣
众所周知，传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、
燃油、电力等各种类型机车作为牵弓f动力，车轮和
钢轨之问的相互作用作为运行导向，由铁路线路承
受压力，借助于车轮沿着钢轨滚动前进的。而磁悬
浮列车则是一种依靠电磁场特有的.. “同性相斥、异
路上，利用电磁力进行导向，并利用直线电机将电
能直接转换成推进力，来推动列车前进的最新颖的
第五代交通运输工具。与传统铁路相比，磁悬浮列
车有以下优点。
适于高速运行磁悬浮列车最大特点在于它
没有通常的轮轨系统，由于消除了与轮轨之间的接
触，不存在由于轮轨摩擦及黏着所造成的诸如极限
速度等影响列车运行的问题，速度可达.. 500km／h以
上。
稳定安全列车运行平稳，能提高旅客舒适
度，由于磁悬浮系统采用导轨结构，不会发生脱轨
和颠覆事故，提高了列车运行的安全性和可靠性。
污染小，易维护磁悬浮列车在运行中既不产
生机械噪声，也不排放任何废气、废物，对周边环
境的污染极小，有利于环境保护，加上磁悬浮列车
由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦组件，可以
省去大量维修工作和维修费用。
效率高能充分利用能源、获得较高的运输效
率。另外，磁悬浮列车可以实现全自动化控制，因
此将成为未来最具有竞争力的一种交通工具。
磁悬浮列车的发展史
磁悬浮列车是大约二百年前斯蒂芬森的“火箭”
号蒸汽机车问世以来铁路技术最根本的突破。磁悬
浮列车在今天看来似乎还是一个新鲜事物，其实它
的理论准备已有很长的历史。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。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。而美国和前苏联则分别在七八十年..
21卷第6期.. (总126期)
代放弃了这项研究计划，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
况作一简要介绍。
日本于.. 1962年开始研究常导磁浮铁路。此后由
于超导技术的迅速发展，从.. 7O年代初开始转而研究
超导磁浮铁路。1972年首次成功地进行了.. 2．2吨重
的超导磁浮列车实验，其速度达到每小时.. 50千米。.
.
1977年.. 12月在宫崎磁浮铁路试验线上，最高速度
达到了每小时.. 204千米，到.. 1979年.. l2月又进一步
提高到.. 517千米。1982年.. 11月，磁浮列车的载人
试验获得成功。1995年，载人磁浮列车试验时的最
高时速达到.. 41
11千米。为了进行东京至大阪问修建
磁浮铁路的可行性研究，于.. 1990年又着手建设山梨
磁悬浮铁路试验线，首期.. 18．4千米长的试验线已于..
1996年全部建设完成。
德国对磁浮铁路的研究始于.. 1968年(当时的联
邦德国)。研究初期，常导和超导并重，到.. 1977年，
先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相
斥式试验车辆，试验时的最高时速达到.. 400千米。
后来经过分析比较认为，超导磁浮铁路所需的技术
水平太高，短期内难以取得较大进展，遂决定以后
只集中力量发展常导磁浮铁路。1978年，决定在埃
姆斯兰德修建全长31．5千米的试验线，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300千米，..
1984年又进一步增至400千米。目前，德国在常导
磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟。
与日本和德国相比，英国对磁浮铁路的研究起
关闭起重装置步较晚，从.. 1973年才开始。但是，英国则是最早
将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。1984年.. 4
月，伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之问一条.. 600
米长的磁浮铁路正式通车营业。旅客乘坐磁浮列
车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒
钟。令人遗憾的是，在.. 1995年，这趟一度是世冕
上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了.. 1
11年之
幻听的中药后被宣布停止营业，其运送旅客的任务由机场班
车所取代。
光滑爪蟾．..
43．
磁悬浮列车的分类..
(1)按电磁铁种类磁悬浮列车根据所采用
的电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型两
大类。
常导吸引型常导吸引型磁悬浮列车是以常导
磁铁和导轨作为导磁体，用气隙传感器来调节列车
与线路之间的悬浮间隙大小，在一般情况下，其悬
浮间隙大小在.. 10mm左右，这种磁悬浮列车的运行
芯撑速度通常在.. 3 00～500km／h范围内，适合于城际及市
郊的交通运输。
超导排斥型超导排斥型磁悬浮列车是利用
超导磁铁和低温技术，来实现列车与线路之间悬浮
运行，其悬浮间隙大小一般在.. 1 00mm左右，这种
磁悬浮列车低速时并不悬浮，当速度达到.. 1 00km／.. h
时才悬浮起来。它的最高运行速度可以达到.. 10 00
km／.. h，当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬
浮列车高得多。..
(2)按悬浮方式磁悬浮列车按悬浮方式有
电磁吸引式悬浮( electromagneticsuspen—sion，EMS)
和永磁力悬浮( permanentrepulsivesuspension，P RS)
及感应斥力悬浮( eetoynmis sseso
lcrd．acupnin，
EDS、。..
EMS该方式利用导磁材料与电磁铁之间的
吸引力，绝大部分悬浮采用此方式。..
PRS这是一种最简单的方案，利用永久磁铁
abp-486同极间的斥力，一般产生斥力为.. 0．1MPa。其缺点 为横向位移的不稳定因素。..
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浮起来，
大约为.. 1 00km／.. h，它不适用于低速。..
(3)按列车的驱动方式
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。
长定子、短转子同步直线电机驱动此方式是
将电机的.. “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。
磁悬浮列车的原理..
(1)悬浮原理
磁浮有.. 3个基本原理。第一个原理是当靠近金
属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电
流。第二个原理就是电流的磁效应。当电流在电线
．
44．
或一块金属中流动时，会产生磁场。通电的线圈就
成了一块磁铁。磁浮的第三个原理我们就再熟悉不
过了，磁铁间会彼此作用，同极性相斥，异极性相
吸。现在看看磁浮是如何作用的：磁铁从一块金属
的上方经过，金属上的电子因磁场改变而开始移动..
(原理一)。电子形成回路，所以接着也产生了本身
的磁场.. (原理二)。图.. 1以最简单的方式来表达这个
过程，移动中的磁铁使金属中出现一块假想的磁铁。
这块假想磁铁具有方向性，因是同极性相对，因此
会对原有的磁铁产生斥力。也就是说，如果原有的
磁铁是北极在下，假想磁铁则是北极在上；反之亦
然。因为磁铁的同极相斥.. (原理三)，让磁铁在一块
金属上方移动，结果会对移动中的磁铁产生一股往
上推动的力量。如果磁铁移动得足够快，这个力量
会大得足以克服向下的重力，举起移动中的磁铁。
所以当磁铁移动时，会使得自己浮在金属上方，并
靠着本身电子移动产生的力量保持浮力。这个过程
就是所谓的磁浮，这个原理可以适用在列车上。如
图.. 2，如果在列车的地板上安装一些磁铁，列车一
开动.. (例如，可以收起的充气胎)，就可产生向上的
力量。这个时候，列车就像飞机在跑道上加速准备
起飞。当向上的力量足够时，就可使得列车离开地
面，浮在金属导轨之上。事实上，列车经过特别的
设计，使得车厢在离地面.. 1 0～150mm处。这样列车
就可以飞速前进了。从以上的讨论可以发现磁浮列
车的第一个优点。因
为没有轮子和铁轨，它就没有
轮轨间的摩擦力所造成的能量损失。如此一来，就
少了一个传统列车的主要能量损耗来源。理论上，
就只剩下风阻会影响列车的行车速度了。如果观察
一
下列车是怎样行进的，就可以发现磁浮列车的第
二个优点。虽然同极性会相斥.. (用以产生浮力)，但
异性可以相吸。磁浮列车就是运用这个原理前进的。
当列车下方导轨因电子运动而产生浮力的同时，两
侧导轨的线路开始通电，产生另一组比列车稍前的
磁铁。经过特殊安排，导轨上的南极会靠近列车上
的磁北极。由于这股吸力，列车得以往前移动。通
过调整导轨两侧的电流，得以让这股吸引磁力恰好
落在列车前方。事实上，列车是陷在所谓的磁波或
磁场之中。可以想象导轨两侧移动的磁铁产生一股
波浪，列车就像骑在这浪头的冲浪者一样.. (图3 )。
下面介绍常导磁吸式.. ( EMS)和超导磁斥式..
(EDS)列车的具体运行原理。
现代物理知识
图.. l悬浮原理
f
j
斥，]
一
图2磁浮列车
磁铁..
1S N SN S N金属导轨l
图3磁浮列车周围的磁波
常导磁吸式( EMS)利用装在车辆两侧转向架
上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上
的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，
见图.. 4所示。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大
小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行
的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控
制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮
力，使车体与导轨之间保持大约.. 10mm的间隙。通
常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈
控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装
置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍
哺乳服装低一些。
超导磁斥式( EDS)此种形式在车辆底部安装
超导磁体.. (放在液态氦储存槽内)，在轨道两侧铺设
一
系列铝环线圈。列车运行时，给车上线圈(超导磁
体)通电流，产生强磁场，地上线圈(铝环)与之相切
割，在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场
21卷第.. 6期.. (总.. 1 26期1
与车辆上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生
排斥力。当排斥力大于车辆重量时，车辆就浮起来。
因此，超导磁斥式就是利用置于车辆上的超导磁体
与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动，来产
生悬浮力将车体抬起来的。如图5所示。
图4常导吸引式磁悬浮原理图
图5超导磁斥式磁悬浮原理图
由于超导磁体的电阻为零，在运行中几乎不消
耗能量，而且磁场强度很大。在超导体和导轨之间
产生的强大排斥力，
可使车辆浮起。当车辆向下位
移时，超导磁体与悬浮线圈的间距减小电流增大，
使悬浮力增加，又使车辆自动恢复到原来的悬浮位
置。这个间隙与速度的大小有关，一般到.. 1 00km／.. h
时车体才能悬浮。因此，必须在车辆上装设机械辅
助支承装置，如辅助支持轮及相应的弹簧支承，以
保证列车安全可靠地着地。控制系统应能实现起动
和停车的精确控制。
．
45．
(2)导向原理
磁悬浮列车利用电磁力的作用进行导向。现按
常导磁吸式和超导磁斥式两种情况简述如下。
常导磁吸式的导向系统与悬浮系统类似，是
在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。车体
与导向轨侧面之间保持一定间隙。当车辆左右偏移
时，车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，
使车辆恢复到正常位置。控制系统通过对导向磁铁
中的电流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到
控制列车运行方向的目的。
超导磁斥式的导向系统可以采用以下3种方
式构成：①在车辆上安装机械导向装置实现列车导
向。这种装置通常采用车辆上的侧向导向辅助轮，
使之与导向轨侧面相互作用(滚动摩擦)以产生复原
力，这个力与列车沿曲线运行时产生的侧向力相平
衡，从而使列车沿着导向轨中心线运行。②在车辆
上安装专用的导向超导磁铁，使之与导向轨侧向的
地面线圈和金属带产生磁斥力，该力与列车的侧向
作用力相平衡，使列车保持正确的运行方向。这种
导向方式避免了机械摩擦，只要控制侧向地面导向
线圈中的电流，就可以使列车保持一定的侧向间隙。
③利用磁力进行导引的.. “零磁通量.. ”导向系铺设.. “8”
字形的封闭线圈。当列车上设置的超导磁体位于该
线圈的对称中心线上时，线圈内的磁场为零；而当
列车产生侧向位移时，.. “8”字形的线圈内磁场为零，
并产生一个反作用力以平衡列车的侧向力，使列车
回到线路中心线的位置。..
(3)推进原理
磁悬浮列车推进系统最关键的技术是把旋转电
机展开成直线电机。它的基本构成和作用原理与普
通旋转电机类似，展开以后，其传动方式也就由旋
转运动变为直线运动。
常导磁吸式磁悬浮采用短定子异步直线电
机。在车上安装三相电枢绕组，轨道上安装感应轨。
采用车上供电方式。这种方式结构比较简单，容易
维护，造价低，适用于中低速城市运输及近郊运输
以及作为短程旅游线系统；主要缺点是功率偏低，
不利于高速运行。其中.. TR型快速动车和上海引进
的T ransrapid06号磁悬浮列车，以及日本的HS ST
型磁悬浮列车都采用这种形式。
超导磁斥式
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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