磁悬浮列车的缺点

篇一：浅谈磁悬浮列车的优缺点13281150张泽英

浅谈磁悬浮列车的优缺点

运输1305 张泽英 13281150

摘要：本文探讨了一些磁悬浮列车的优点与缺点，以及现阶段所存在的一些技术难关。并对优缺点进行了详细的比较。最后畅想了磁悬浮列车的发展前景。

关键词：磁悬浮列车、优点、缺点、前景

近几年我国城市轨道交通进入了一个快速发展期，按目前每年开工建设100～120公里线路的发展速度，到2020年我国建设城市轨道交通线路将达到2000～2500公里规模。可见，城市轨道交通未来的就业前景及发展空间不可估量。城市轨道交通受到了国家大力支持，因为它不仅仅是对国家科学技术的体现，更是社会高速发展到一定阶段的社会基础建设的必然部分。它具有运量大，速度快，安全，准点等特点，备受城市新兴运输方式及城际交通的青睐。在不久的将来，城市轨道交通必然会遍布大中型城市，成为城市内及近城间的主流交通方式。

而在城市轨道交通中，磁悬浮列车一直处于一种非常特殊的位置，使得专家们对它又爱又恨。为什么这样说呢，下面我们先来谈一谈它的优缺点。 首先，磁悬浮列车的优点是显而易见的。总的来说，磁悬浮列车具有高速，低噪音，环保，经济和舒适等特点。磁悬浮列车从北京运行到上海，不超过4个小时，从杭州至上海只需23分钟。在时速达200公里时，乘客几乎听不到声响。磁悬浮列车采用电力驱动，其发展不受能源结构，特别是燃油供应的限制，不排放有害气体。据专家介绍，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。磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。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。 然而，磁悬浮列车也并不是完美无缺的。

首先，由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮，导向和驱动功能的，一旦断电，磁悬浮列车将发生严重的安全事故，因此断电后磁悬浮的安全保障措施仍然没有得到完全解决。2006年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上共29人，当场死亡23人，实际死亡25人，4人重伤。这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，

不如轮轨列车。 在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止，要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处，救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。

.其次，强磁场对人的健康，生态环境的平衡与电子产品的运行影响仍需进一步研究。2014年7月8日，广东省深圳市市民在深圳地铁大厦门前高喊，反对规划地铁8号线采用高架磁悬浮。关于磁悬浮的辐射问题，国内专家存在两种声音。一方代表为国内磁悬浮技术领域的权威专家、北京控股磁浮交通研究中心总设计师常文森，他认为，电磁辐射就是个伪命题，中低速磁悬浮列车采用吸力型电磁悬浮技术，轨道与列车底部的电磁铁之间形成一个异性相吸的封闭磁场，在这个磁场外面，几乎是没有辐射的。另一方代表为中国工程院院士、隧道及地下工程专家王梦恕，其观点与前者针锋相对，他认为，磁悬浮列车的轨道上铺设有交流线圈(即电磁铁)，在通电时，不仅列车会有辐射，轨道上也会产生电磁辐射，由于国内并没有关于电磁辐射的安全标准，他也并不认同这些检测符合标准。

还有，磁悬浮列车在造价上也有一定的劣势。即便有解决以上技术难题的手段，但是又牵涉到另外一个问题——资金。上海段约30公里的线路设计投资为100亿元人民币，而德国的两条线路，一条36．8公里长，将耗资约16亿欧元；另一条长度78．9公里，则将耗资32亿欧元（1欧元约等于10元人民币）。实际施工中，根据地形、路面及设计运送能力的不同，当然造价也会相差较大。但无论如何，一公里的路线至少需要3亿元人民币的投资，也就是说，1厘米线路就得花上3000元。

因此磁悬浮列车是一把双刃剑。要想充分发挥其优点，就要攻破一个又一个技术难关。研究新材料新技术，降低施工成本。到那时，人们对城市轨道的速度、安全可靠性能、运载能力、经济效益、便捷服务导向、有效科学管理以及可持续发展环保都有了更高的要求，我们有关的运输方面的人才考虑的不再仅仅是轨道的运输能力，而应该把眼光放长远，结合可持续发展要求，坚持以人为本，城市让生活更美好，提供更多城轨周边的人性化运营服务，争取达到便捷安全高效。而要实现这些偏人文化的技术提高不仅仅依赖于科学层次的提升，还应辅之以科学的统筹管理、高效的团队合作及突破性的管理模式。将信息化与智能化融汇入城市轨道交通的点点滴滴，达到现代城市交通的理想目标：可达最大化，事故最小化，交通对环境的影响最小化，公众代价最小化，从而引导城市规划目标的实现。

参考文献：张忠，磁悬浮列车与直线传动，中国铁道出版社，1996年

吴祥明，悬浮列车，上海科学技术出版社，2003年

篇二：中国高铁为何没有选择磁悬浮？

中国高铁为何没有选择磁悬浮？ 一提磁悬浮，

大家立马就会有一种高大上的感觉，认为磁悬浮在技术上必然是最新的、在速度上必然是最快的。毕竟列车是悬浮在轨道上飞行，这很难让人不产生科幻的感觉。

高大上的真空磁悬浮列车

真空磁悬浮概念的提出，进一步强化了人们这种感觉，中国西南交通大学与美国约翰·霍普金斯大学，均提出了真空磁悬浮方案。

通常情况下，民用飞机的空中巡航速度在每小时850公里左右，对于超过8000公里以上的旅行，乘坐飞机耗费的时间与经济成本是惊人的，并会因为大量排放严重污染环境。有没有一种更高速的旅行工具能让人们更快、更经济、更环保的旅行呢？

于是，真空磁悬浮就作为一个选项被人们提出。所谓真空磁悬浮，就是在一个真空的管道里面铺设磁悬浮线路，然后让列车在真空管道中运营。由于没有了空气阻力，真空磁悬浮时速可达3000—4000公里，能耗不到民航客机的十分之一，而噪音、废气排放接近于零。

中国西南交通大学的张耀平主持的“

真空管道高速磁浮交通基础研究项目编号50678152)”，2007年获得了国家自然科学基金项目的支持。目前张耀平已经调入陕西省西京学院，专门组建了真空管道运输研究所，正全力推进这一“运输革命”进入现实。

但是，截至目前，真空磁悬浮毕竟还停留在概念阶段，考虑到巨大的建设成本以及维护等问题，真空磁悬浮离实际应用还有很远的距离。

不仅是真空磁悬浮，就是普通的常导磁悬浮与超导磁悬浮技术在全球的应用也是寥寥无几。如此高大上的一种技术，为什么没有在全球普及？中国高铁建设为什么没有采用磁悬浮技术？

磁悬浮技术全球推广的坎坷之路

与大家心目中的“高大上”有所不同，揭开磁悬浮的神秘面纱你会发现如下事实：其一，磁悬浮其实并不是一项新技术。1922年起源于德国，1934年国工程师赫尔曼·肯佩尔就申请了磁悬浮列车专利。其二，磁悬浮并不一定意味高速。1984年，第一辆商用磁悬浮列车在英国伯明翰国际机场投入运营，全长仅600米，运营时速42公里，11年后因维护问题关闭。

磁悬浮的基本原理就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让车辆悬浮

起来，利用电磁力引导，推动列车前行。目前磁悬浮列车技术在国际上主要有两个流派：

第一种，是以德国为代表的常导磁悬浮。轨道是一种T型台，列车两边下部要把T型轨道的两边包住，由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮。常导磁悬浮的优势是技术简单，劣势是产生的电磁吸引力较小，列车与轨道之间的缝隙大约8—10毫米。常导型高速磁悬浮列车的时速可达400公里—500公里之间。

上海浦东机场线采用的就是德国常导磁悬浮技术，由德国Transrapid公司于2001年在中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站建设，2002年正式启用。该线全长30公里，列车最高时速达430公里，平均运行时速380公里，转弯处半径达8000米，由起点至终点站只需8分钟。

第二种，是以日本为代表的超导磁悬浮列车系统。

超导磁悬浮就不是列车包轨道了，而是轨道包列车，它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁场产生相互排斥力而悬浮于轨道上，列车在一个U型槽内运营。超导磁悬浮，悬浮气隙较大，一般为100mm左右。超导磁悬浮的优点是悬浮力大，列车运行速度快，可以实现时速500公里以上运行；缺点是技术复杂，需要屏蔽发散的电磁场。

磁悬浮技术不可谓不先进。由于列车运行时不同于传统轮轨列车，不需要接触轨道，因此只受来自空气的阻力，所以更容易实现高速运营，理论上可以按照时速500公里运营。但是现实情况是，高速磁悬浮技术，在世界的推广之路却异常坎坷。

首先我们来看磁悬浮的发源地德国的推广情况。德国目前仍没有一条商业运营的磁悬浮线路，甚至在德国媒体界，把磁悬浮列车技术称为“昂贵的高科技玩

具”。1989年德国在柏林建设长度1.6公里的无人驾驶磁悬浮列车，并载客试运营，

1991年7月正式服务，柏林墙倒掉之后被废弃。

此后德国连续三次提出磁悬浮线路规划，但都先后出局，没有一次能够成功。2000年德国提出了首都柏林至工业化大城市汉堡的磁悬浮线路，2003年德国又提出了鲁尔区都市磁悬浮特快项目，但全都没有通过有关部门的批准。2008年，德国再次提出了慕尼黑机场磁悬浮项目，但第三次出局。而在2006年9月22日，德国拉滕—德尔彭的磁悬浮试验线上还发生了脱轨事故，造成了25人死亡，4人重伤。该事故反映了，磁悬浮列车在突然情况下的制动能力不如轮轨列车。这进一步影响了磁悬浮列车技术在德国的推广。

其次，我们再看一下磁悬浮技术的另外一个大国日本。日本的磁悬浮技术开始于1962年，1979年12月试验速度达到了517公里，1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1997年全长18.4公里的日本山梨磁悬浮试验线建设成功并开始运行试验，2003年日本3辆编组的MLX01磁悬浮列车创造了581公里的世界纪录。

但是日本的高速磁悬浮线路建设却依旧困难重重。上世纪90年代初期，日本规划了东京—大阪的磁悬浮线路，并进行可行性研究，但最终因为造价过高而搁置。

但日本推广磁悬浮的雄心一直未泯。20年后，2013年8月，日本再次启动连接东京到名古屋的中央新干线项目，力争2027年开通；并宣称将在2045年建

篇三：磁悬浮列车的原理及发展现状

课 程

专 业

班 级

教 师

姓 名 磁悬浮技术基础 机 械 电 子 工 程 机电研0401班 胡 业 发 戴 迎 宏

2005 年 12 月29日

磁悬浮列车的原理及发展现状

摘 要：本文介绍了磁悬浮列车的背景、特点、分类及国外两种代表性的磁悬浮列车：德国的常导磁悬浮列车和日本的超导磁悬浮列车的工作原理, 并介绍日本山梨试验线研究现状，还提到了目前存在的技术以及我国磁悬浮列车的研究和发展现状。

关键词：磁悬浮列车 工作原理 发展现状

0、引言

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引动力, 车轮和钢轨之间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、异性相吸”的特性将车辆托起, 使整个列车悬浮在线路上, 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。

1、磁悬浮列车的特点

与传统铁路相比, 磁悬浮列车有以下优点：

(1) 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粘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500 km/h 以上；

(2) 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；

(3) 污染小, 易维护 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；

(4) 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。

2、磁悬浮列车的分类

2．1 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。

(1) 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

磁悬浮列车的运行速度通常在300～500 km/h 范围内, 适合于城际及市郊的交通运输。

(2) 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的, 其悬浮间隙大小一般在100mm 左右, 这种磁悬浮列车低速时并不悬浮, 当速度达到100 km /h 时才悬浮起来。它的最高运行速度可以达到1 000 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。

2．2 按悬浮方式

磁悬浮列车按悬浮方式分有电磁吸引式悬浮(electromagnetic suspension, EMS) 和永磁力悬浮(permanent repulsive suspension, PRS ) 及感应斥力悬浮(electrodynamics suspension, EDS)。

(1) 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。

(2) PRS 这是一种最简单的方案, 利用永久磁铁同极间的斥力, 一般产生斥力为0. 1MPa。其缺点为横向位移的不稳定因素。

(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浮起来, 大约为100 km/h, 它不适用于低速。

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、两种磁悬浮列车的工作原理

国际上有代表性的几种磁悬浮列车有：高速常导磁悬浮列车, 低速常导磁悬浮列车以及高速超导磁悬浮列车。高速常导磁浮车为德国研制的TR (transrapid) 系列；低速常导磁浮车为日本研制的HSST系列；高速超导磁浮车为日本研制MLU系列。

3．1 德国的常导磁悬浮列车

常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。

常导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

象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，它就象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象电机的“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。

3．2 日本的超导磁悬浮列车

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场，因而在列车导轨上产生磁波，这时列车上的车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。其原理就象冲浪运动一样，冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同，超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。

超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电，并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动，实现非接触性牵引和制动。但地面导轨两侧的悬浮导向绕组与外部动力电源无关，当列车接近该绕组时，列车超导磁铁的强电磁感应作用将自动地在地面绕组中感生电流，因此在其感应电流和超导磁铁之间产生了电磁力，从而将列车悬起，并经精密传感器检测轨道与列车之间的间隙，使其始终保持100毫米的悬浮间隙。同时，与悬浮绕组呈电气连接的导向绕组也将产生电磁导向力，保证了列车在任何速度下都能稳定地处于轨道中心行驶。

4． 日本山梨试验线研究现状

4． 1 基本情况简介

日本山梨试验线全长18.4 km,最大坡度40‰,是可进行各种不同试验的正规的复线。超电导磁悬浮铁道，是在车上安装超电导磁铁，在地面安装线圈，利用它们之间的磁力作非接触运行的全新的输送系统。试验车辆为“山梨试验线车辆（MLX01）Ｂ”编组。一部头车是新型试验车辆（MLX01 －901），另一部头车的头部是双峰型，车辆长度为101.9 m（头

车28.0 m×2辆，中间车24.3 m+21.6 m），车辆的最大宽度：车体部为2.9 m，转向架部为

3.22 m，车辆的重量为105 t。车辆的高度：车轮行走时3.32 m, 浮起行走时3.28 m, 浮起行走时车高比车轮行走时低4 cm。

4. 2 超电导磁悬浮铁道的基本技术

⑴ 推进原理

当电流在推进线圈内流动时就产生磁场，该磁场与车辆的超电导磁铁之间的排斥力与吸引力使车辆前进（图1）。超电导磁铁的极距为1.35 m，三相推进线圈（图4）每隔0.9 m设置。为此，车站、桥梁、车辆的长度等都必须设计成0.9 m或者2.7 m的 倍数。 ⑵ 浮起原理

8 字型的浮起导轨线圈被设置在导轨的侧壁。当车辆的超电导磁铁高速通过时，两侧的浮起导轨线圈就流过电流而成为电磁铁，它产生将车辆抬起和降下的斥力和引力，这种浮起对车辆高速运行是必要的，当时速达到130 km则由补助车轮支持车辆，此后车轮收起离开地面。这时车体由线圈中央下降，引力斥力就发生作用，所谓浮起走行实际是利用引力而使车辆接近悬挂的状态。减速时速度到130 km/h以下就着陆再用车轮行走。

⑶ 导轨原理

两侧配置的浮起导轨线圈通过线路的下方，用电路连接。运行中的车辆，无论偏向哪一边，都会在该回路中感应电流，靠近车辆侧的浮起线圈产生斥力，远离侧则产生引力，这样，车辆就能经常保持在导轨中央行走。

⑷ 输送能力

1997年进行了无人试验，达到了设计目标速度也是当时世界最高时速550 km。此后1999年由5辆编组载人运行，时速达到了552 km，刷新世界最高记录。由于高速化，能量的消耗有怎样的变化呢？在新干线，每输送1人公里需要30 Wh电能。因为能量的消耗与速度的平方成比例，故以大约2 倍的速度行走的超电导磁悬浮铁道，估计需要120 Wh，但实际上消耗能量为90 Wh，即可用较少的能量高速运送旅客。为了走向实用化，必须对几台车辆同步控制。

5、目前存在的技术问题

尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点，但仍然存在一些不足：

(1)由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。

(2)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。

(3)超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。

篇四：磁悬浮列车发展现状

哈尔滨工业大学

磁悬浮列车发展现状

姓 名：

指导老师：

学科专业： 电气工程及其自动化 学 院： 电气学院

提交日期： 2013年3月4日

电气学院

摘要:磁悬浮列车是一种新型的高速有轨地面运输系统 ,开创了铁路运输史上的新时代。磁悬

浮运输系统是一种介于轮轨铁路和航空之间的一种独特的高速地面运输系统。本文主要从磁

悬浮列车的分类、关键技术、重要性、国内外发展四个方面介绍磁悬浮列车的发展现状。

关键词: 磁悬浮列车；磁悬浮列车的工作原理；悬浮；推进；导向；常导型；超导型

0 引言

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

作为牵引动力, 车轮和钢轨之间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、异性相吸”的特性将车辆托起, 使整个列车悬浮在线路上, 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。

1 磁悬浮列车的意义、重要性及必要性

速度是人类永恒追求的目标。

如今在欧洲及日本,高速列车以成为普及,时速超过200公里/小时的速度,同

时进一步拉近了城市与城市、甚至国家与国家的距离,大力促进信息沟通和人才

流动。

现代科技造所就的社会的特征之一是大信息量和信息广泛高速传输,在人们

头脑中建立了全新的地域和速度概念,而且成为一种全球性文化越来越不可更

改。

伴随着人类这种对高速的渴求,磁浮技术应运而生,在多个国家的实验室里,

科学家和工程师们力图将这种常规机电产品与现代控制技术相结合的产物投入

商业运用。

好多人羡慕上海,因为上海拥有世界上唯一一条投入商业运营的磁浮线,因

为有那么多的国家都参与了磁浮技术的研究,而只有上海建成了真正意义上的磁

浮运营线。她的成功再次证明了磁浮技术的安全性、经济性、先进性；当然,其

所带来的经济效应和政治效应更是无法估计的。

2 磁悬浮列车的悬浮、制导及驱动方式

（1） 悬浮方式 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。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。

图 1 悬浮原理

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2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10 mm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3所示。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100km/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。

图2 常导吸引式磁悬浮原理图 图3 超导磁斥式磁悬浮原理图

（2）导向方式 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）推进方式 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 Transrapid 06 号磁悬浮列车，以及日本的 HSST型磁悬浮列车都采用这种形式。超导磁斥式磁悬浮采用长定子同步直线电机。其超导电磁体安装在车辆上，在轨道沿线设置无源闭合线圈或非磁性金属板。作为磁浮装置的超导电磁线圈的采用，为直线同步电机的激磁线圈处 于超导状态提供了方便条件。它们可以共存于同一 个冷却系统，或者同一线圈同时起到悬浮、导向和推进的作用。高速长定子同步直线电机牵引系统的构成相对复杂。地面牵引系统，供电一个区间（长约30km）区间又分成许多段（约300-1000 m），每段只有列车通过时供电，各段切换由触点真空开关完成。为使列车在段间不冲动，需两组逆变器轮 流供电，其特点为大功率、高压、大电流。动力在地面的优势有路轨电机的功率强以及车辆的设计简化、重量轻。适用于高速和超高速磁悬浮铁路。日本和加拿大决定发展这种磁悬浮系统[4]。

3 磁悬浮列车的主要特点

（1）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粘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；

篇五：磁悬浮列车是怎么回事？

磁悬浮列车是怎么回事？

最近磁悬浮又火了！4月

21日，日本东海铁路公司（JR东海）磁悬浮创造了603公里时速世界纪录，这是人类地面交通工具的最高纪录。

创造603公里时速的日本磁悬浮列车

另外一条消息是，也是4月21日爆出的，继长沙机场中低速磁悬浮线路将于今年开通外，中国第二条中低速磁悬浮线路，北京S2线也于近日全面开工。 可以说，沉寂了几年的磁悬浮列车概念又火了，好多人发私信问磁悬浮有关的问题，小编就在这里一并予以回答。

磁悬浮列车的原理

最早提出磁悬浮高速列车概念的，是德国工程师赫尔曼·肯佩尔，他的想法很简单，既然列车最大的阻力来自于与列车车轮与轮轨的摩擦，那么如果列车能够悬浮于轨道之上，不就可以实现更高的速度了吗？1922年，赫尔曼·肯佩尔创造性地提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。

磁悬浮可乐展示架

但是由于造价与技术难度的问题，磁悬浮列车一直没有得到大规模应用，德国、日本、美国、苏联、加拿大、法国、英国虽然后开展过研究，但是坚持下来的只有德国和日本。

磁悬浮的基本原理很简单，就是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，让磁铁对抗地心引力，让车辆悬浮起来（一般情况下不超过1厘米），然后利用电磁力引导，推动列车前行。

磁悬浮列车工作原理

第一种，是以德国为代表的常导磁悬浮。轨道是一种T型台，列车两边下部要把T型轨道的两边包住，由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮。常导磁悬浮的优势是技术简单，劣势是

产生的电磁吸引力较小，列车与轨道之间的缝隙大约8—10

毫米。

常导型高速磁悬浮列车的时速可达400公里—500公里之间。

常导磁悬浮示意图

上海浦东机场线采用的就是德国常导磁悬浮技术，由德国Transrapid公司于2001年在中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站建设，2002年正式启用。该线全长30公里，列车最高时速达430公里，平均运行时速380公里，转弯处半径达8000米，由起点至终点站只需8分钟。

上海磁悬浮线路

第二种，是以日本为代表的超导磁悬浮列车系统。超导磁悬浮就不是列车包轨道了，而是轨道包列车，它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁

场产生相互排斥力而悬浮于轨道上，列车在一个U型槽内运营。超导磁悬浮，悬浮气隙较大，一般为100mm左右。超导磁悬浮的优点是悬浮力大，列车运行速度快，可以实现时速500公里以上运行；缺点是技术复杂，需要屏蔽发散的电磁场。

最近创造603公里时速、打破地面载人交通最高速度纪录的就是这种超导磁悬浮。

中国高铁为什么没有采用磁悬浮？

世界上第一条磁悬浮线路是英国的伯明翰国际机场线，1984年建成使用，全长600米，后来因为可靠性问题，被放弃了，改成了单轨列车。

德国曾在80年代于柏林铺设磁悬浮列车系统，长度1.6公里，于1989年8月开始试验载客，1991年7月正式服务。两德统一后，也废弃了。

后来德国终于又建了一条试验线，2006年9月22日，德国拉滕—德尔彭的磁悬浮试验线上还发生了脱轨事故，造成了25人死亡，4人重伤。这进一步影响了磁悬浮列车技术在德国的推广。德国目前仍没有一条商业运营的磁悬浮线路，甚至在德国媒体界，把磁悬浮列车技术称为“昂贵的高科技玩具”。

日本的磁悬浮技术开始于1962年， 1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1997年全长18.4公里的日本山梨磁悬浮试验线建设成功并开始运行试验，2003年日本3辆编组的MLX01磁悬浮列车创造了581公里的世界纪录。

但是日本规划的实际运营的磁悬浮高铁线路，却因为造价高等原因，一直没有获得批复。但是日本在发展磁悬浮高铁上面是打不死的小强，2013年8月，日本再次启动连接东京到名古屋的中央新干线项目，力争2027年开通；并宣称将在2045年建成东京到大阪的磁悬浮线路。日本这次在山梨线做的603公里磁悬浮列车试验就是为中央新干线做准备。

世界上第一条商业运营的磁悬浮线路诞生在中国，就是上海磁悬浮线路，前面已经做了介绍。但是这条线路建成后，发展磁悬浮高铁的路线在中国就被无情地抛弃了。主要原因包括以下几个方面：

第一，磁悬浮线路造价高。当年争议京沪高铁是上磁悬浮，还是上轮轨的时候，京沪高铁1300公里线路，磁悬浮的预算大约是4000亿人民币，而轮轨磁悬浮的造价大约是1300亿人民币（后来实际建成的时候是2200亿人民币）。

第二，轮轨技术实现突破之后，磁悬浮的相对优势已经不明显了。按照当年京沪高铁的研究，如果采用磁悬浮可以实现420公里时速，最快大约需要3小时；如果采用轮轨可以实现380公里时速，最快大约3小时25分钟。为了2分钟多花几千亿，显然划不来。

为什么？磁悬浮不是阻力更小吗？这是一个中学物理问题，因为高速运行物体的空气阻力是速度的二次方，其能耗是速度的三次方，当速度达到300公里以上时，运动物体所受的阻力90%是空气阻力。所以当高铁速度达到时速300公里以上时，磁悬浮已经没有什么优势了。

第三，磁悬浮有天然的劣势比较难克服，最突出的是联网难。高铁要发挥它的最大效用，必须要联网，相对一条一条孤零零的线路，联网的高铁效能会呈几何倍数增长。但是，在技术上磁悬浮天生就是为点对点运输而生的，因为无论是常导磁悬浮技术还是超导磁悬浮技术都存在难以变轨的缺点，常导磁悬浮技术，列车是抱轨的，所以变轨的技术难度很大；而超导磁悬浮是在U型槽内运行，变轨更难。所以磁悬浮很难联网。

变轨困难会带来另外一个困难，那就是救援。中国上海浦东机场线磁悬浮列车，曾经发生过一次火灾事故，一周之后才将事故列车拖走。这也是磁悬浮列车的一个命门。

高大上的真空磁悬浮

所谓真空磁悬浮，就是在一个真空的管道里面铺设磁悬浮线路，然后让列车在真空管道中运营。由于没有了空气阻力，真空磁悬浮时速可达3000—4000公里，能耗不到民航客机的十分之一，而噪音、废气排放接近于零。

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