磁悬浮列车

篇一：磁悬浮列车工作原理

磁悬浮列车工作原理

磁悬浮列车的原理是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”。

列车上装有超导磁体，由于悬浮而在线圈上高速前进。这些线圈固定在铁路的底部，由于电磁感应，在线圈里产生电流，地面上线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总是保持相同，这样在线圈和电磁体之间就会一直存在排斥力，从而使列车悬浮起来。

前进的原理：在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。 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。在线圈里流动的电流流向会不断反转过来。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为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。 当今，世界上的磁悬浮列车主要有两种"悬浮"形式，一种是推斥式；另一种为吸力式。推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力，使列车悬浮起来。这种磁悬浮列车车厢的两侧，安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时，这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环，致使其中产生感应电流，同时产生一个同极性反磁场，并使车辆推离轨面在空中悬浮起来。但是，静止时，由于没有切割电势与

电流，车辆不能产生悬浮，只能像飞机一样用轮子支撑车体。当车辆在直线电机的驱动下前进，速度达到80公里／小时以上时，车辆就悬浮起来了。吸力式是利用两个磁铁异性相吸的原理，将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上，两者之间产生一个强大的磁场，并相互吸引时，列车就能悬浮起来。这种吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态，都能保持稳定悬浮状态。这次，我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型。

"若即若离"，是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力，从而使列车悬浮在轨道上。在运行过程中，车体与轨道处于一种"若即若离"的状态，磁悬浮间隙约1厘米，因而有"零高度飞行器"的美誉。它与普通轮轨列车相比，具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点，被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。特别是这种中低速磁悬浮列车，由于具有转弯半径小、爬坡能力强等优点，特别适合365JT城市轨道交通。

篇二：磁悬浮列车高考题

淮北王景民物理工作室2015年3月

．如图所示，两条光滑的绝缘导轨，导轨的水平部分与圆弧部分平滑连接，两导轨间距为L，导轨的水平部分有n段相同的匀强磁场区域（图中的虚线范围），磁场方向竖直向上，磁场的磁感应强度为B，磁场的宽度为S，相邻磁场区域的间距也为S，S大于L，磁场左、右两边界均与导轨垂直。现有一质量为m，电阻为r，边长为L的正方形金属框，由圆弧导轨上某高度处静止释放，金属框滑上水平导轨，在水平导轨上滑行一段时间进入磁场区域，最终线框恰好完全通过n段磁场区域。地球表面处的重力加速度为g，感应电流的磁场可以忽略不计，求：

（1）刚开始下滑时，金属框重心离水平导轨所在平面的高度． （2）整个过程中金属框内产生的电热．

（3）金属框完全进入第k（k＜n）段磁场区域前的时刻，金属框中的电功率．

答案：（1）设金属框在进入第一段匀强磁场区域前的速度为v0，金属框在进入和穿出

2BL2

第一段匀强磁场区域的过程中，线框中产生平均感应电动势为E?

t

E2BL2

平均电流强度为（不考虑电流方向变化） I??

rrt

由动量定理得： ?BILt?mv1?mv0

2BL2

Lt?mv1?mv0 ?Brt2B2L3

?mv1?mv0 ?r2B2L3

?mv2?mv1 同理可得： ?r2B2L3

?mv3?mv2 ?r

……

2B2L3

?0?mv0 整个过程累计得： ?nr

2nB2L3

解得： v0?

mr

2v0122n2B4L6

金属框沿斜面下滑机械能守恒： mgh?mv0 h? ?

22gm2gr22n2B4L6

（2）金属框中产生的热量Q＝mgh Q＝ 2

mr

（3）金属框穿过第（k－1）个磁场区域后，由动量定理得：

2B2L3

?(k?1)?mvk?1?mv0

r

金属框完全进入第k个磁场区域的过程中，由动量定理得：

B2L3??mvk/?mvk?1

r

(2n?2k?1)B2L3

v?解得：

mr

(BLvk/)2(2n?2k?1)2B6L8

P??

rm2r3

/

k

. 功率：

如图16所示，正方形导线框abcd的质量为m、边长为l，导线框的总电阻为R。导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止自由下落，下落过程中，导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内，cd边保持水平。磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，磁场上、下两个界面水平距离为L。已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动。重力加速度为g.

（1）求cd边进入磁场时导线框的速度大小；

（2）请证明：导线框cd边在磁场中运动的任意瞬间，导线框克服安培力做功的功率等

于导线框消耗的电功率；

（3）求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中，导线框克服安培力所做

的功. 答案：

解：（1）设线框cd边刚进入磁场时的速度为v，则cd边进入磁场过程时产生的感应电动势为E=Blv，

（2）根据闭合电路欧姆定律，通过导线框的感应电流为I?

Blv

R

B2I2v

导线框受到的安培力为F安?BIl?……………………1分

R

因cd刚进入磁场时导线框做匀速运动，所以有F安?mg，………………1分 以上各式联立，得：v?

mgR

………………………………………………1分 22

Bl

（2）导线框cd边在磁场中运动时，克服安培力做功的功率为：P安?F安v

B2l2v2

代入（1）中的结果，整理得：P安?………………………………1分

R

B2l2v2B2l2v2

R?导线框消耗的电功率为：P…………………1分 电?IR?2

RR

2

因此有P安?P电……………………………………………………………………1分

（3）导线框ab边刚进入磁场时，cd边即离开磁场，因此导线框继续做匀速运动. 导线

框穿过磁场的整个过程中，导线框的动能不变.

设导线框克服安培力做功为W安，根据动能定理有2mgl?W安?0…………1分 解得W安?2mgl…………………………………………………………………1分 (2009宣武)（8分）用质量为m、总电阻为R的导线做成边长为l的正方形线框MNPQ，并将其放在倾角为θ的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l，如图所示。线框与导轨之间是光滑的，在导轨的下端有一宽度为l（即ab=l）、磁感应强度为B的有界匀强磁场，磁场的边界aa′、bb′垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直。某一次，把线框从静止状态释放，线框恰好能够匀速地穿过磁场区域。若当地的重力加速度为g，求： （1）线框通过磁场时的运动速度； （2）开始释放时，MN与bb′之间的距离； （3）线框在通过磁场的过程中所生的热。 答案：

解：（1）（共4分）线框在磁场区域做匀速运动时，其受力如图所示：

∴ F=mgsinθ

又安培力: F=BIl （1分） 感应电流: I=E/R

感应电动势: E=Blv （1分） 解得匀速运动的速度: v=mgRsinθ/Bl（2分）

（2）（共2分）在进入磁场前，线框的加速度a=gsinθ （1分）

22

v2m2gR2sin?

所以线框进入磁场前下滑的距离s= =（1分）

2a2B4l4

（3）（共2分）过程中线框沿斜面通过了2 l的距离，所以：Q热=mg·2lsinθ （5）综合应用

(2010海淀)（10分）如图18甲所示，长方形金属框abcd下面简称方框），各边长度为ac?bd?l/2、ab?cd?l，方框外侧套着一个内侧壁长分别为l/2及l的U型金属框架MNPQ（下面简称U型框），U型框与方框之间接触良好且无摩擦。两个金属框的质量均为m，PQ边、ab边和cd边的电阻均为r，其余各边电阻可忽略不计。将两个金属框放在静止在水平地面上的矩形粗糙绝缘平面上，将平面的一端缓慢抬起，直到这两个金属框都恰能在此平面上匀速下滑，这时平面与地面的夹角为?，此时将平面固定构成一个倾角为

?

的斜面。已知两框与斜面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。在斜面上有两条与其底边垂直的、电阻可忽略不计，且足够长的光滑金属轨道，两轨道间的宽度略大于l，使两轨道能与U型框保持良好接触，在轨道上端接有电压传感器并与计算机相连，如图18乙所示。在轨道所在空间存在垂直于轨道平面斜向下、磁感强度大小为B的匀强磁场。

（1）若将方框固定不动，用与斜面平行，且垂直PQ边向下的力拉动U型框，使它匀速向下运动，在U形框与方框分离之前，计算机上显示的电压为恒定电压U0，求U型框向下运动的速度多大；

（2）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给U型框垂直PQ边沿斜面向下的初速度

v0，如果U型框与方框最后能不分离而一起运动，求在这一过程中电流通过方框产生的焦

耳热；

（3）若方框开始时静止但不固定在斜面上，给U型框垂直PQ边沿斜面向下的初速度

U型框与方框将会分离。求在二者分离之前U型框速度减小到2v0时，方框的加速度。 3v0，

注：两个电动势均为E、内阻均为r的直流电源，若并联在一起，可等效为电动势仍为

E，内电阻为的电源；若串联在一起，可等效为电动势为2E，内电阻为2r的电源。

答案：

解：（1）当U型框以速度v运动时，在与方框分离之前，方框ab边和cd边为外电路，

甲

Q r2

图18

PQ边为电源，它产生的感应电动势E?Blv………………………………………………1分

内电路电阻为r，外电路电阻为0.5r，U0?分

解得v?

0.5r

Blv …………………………1

(r?0.5r)

3U0

……………………………………………………………………………1分 Bl

（2）由于两金属框在斜面上恰能匀速下滑，所以沿斜面方向两个金属框所受合力为零，因此两个金属框组成的系统沿斜面方向动量守恒。 ……………………………………1分

设二两个金属框一起运动的共同速度为v1，则 mv0?2mv1，解得 v1?两个框产生的焦耳热 Q?

1

v0 2

12112mv0??2mv12?mv0…………………………1分 224

设方框产生的焦耳为Q方， 则解得Q方?

Q方Q

?

0.5r1

?………………………………………1分 1.5r3

12

mv0 ……………………………………………………………………1分 12

（3）设U型框速度为2v0时，方框的速度为v2，二框组成的系统沿斜面方向动量守恒， 则3mv0?2mv0?mv2， 解得v2?v0

框组成回路的总电动势 E总?2Blv0?Blv0?Blv0………………………………1分 两框组成回路中的电流 I?

E总Blv02Blv0

………………………………1分 ＝?

R总r?0.5r3r

2B2l2v0

方框受到的安培力即为合外力 F?BIl?

3r

F2B2l2v0

?根据牛顿第二定律解得此时方框的加速度 a?……………………1分 m3mr

磁悬浮列车是一种高速运载工具，它具有两个重要系统。一是悬浮系统，利用磁力（可由超导电磁铁提供）使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触从而减小阻力。另一是驱动系统，即利用磁场与固定在车体下部的感应金属框相互作用，使车体获得牵引力，图22是实验列车驱动系统的原理示意图。在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2，且B1和B2的方向相反，大小相等，即B1=B2=B。在列车的底部固定着绕有N匝相同的闭合矩形金属线圈，并且与

之绝缘。整个线圈的总电阻为R，每个矩形金属线圈abcd垂直轨道的边长Lab=L，且两磁场的宽度均与金属线圈ad的边长相同（列车的车厢在图中未画出）。当两磁场Bl和B2同时沿导轨方向向右运动时，金属框也会受到向右的磁场力，带动列车沿导轨运动。已知列车车厢及线圈的总质量为M，整个线圈的电阻为R。

（1）假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车，为使列车能随磁场运动，列车所受总的阻力大小应满足的条件；

（2）设列车所受阻力大小恒为f，假如使列车水平向右以速度v做匀速运动，求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量；

（3）设列车所受阻力大小恒为f，假如用两磁场由静止沿水平向右做匀加速运动来起动列车，当两磁场运动的时间为t1时，列车也正在以速度v1向右做匀加速直线运动，求两磁场开始运动后到列车开始起动所需要的时间t0。

答案：（12分）

篇三：磁悬浮列车的物理学原理

磁悬浮列车的物理学原理

蒋洋（1104012002）

潘孝祥(1104012034)

张文亮（1104012018）

罗铁（1104012010）

徐海诺（11040140）

孙璐（1104012031）

(合肥学院，计算机科学与技术系，计本2班)

磁悬浮列车总概：

其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。

但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。

尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。就拿铁轨来说，实际上它已不复存在。轨道只剩下一条，而且也不能称其为"轨道"了，因为轮子并没有从上面滚过。事实上，磁悬浮列车连轮子也没有了。"铁路"上行驶的这种超级列车并没有传统意义上的牵引机车，它运行时并不接触地面，只是在离轨道10厘米的高度"飞行"。 什么是磁悬浮列车：

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。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。

稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把 相反的一极靠近，它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。

应用准确的定义来说，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。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

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。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的，都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个世纪，这两种技术路线将依然并存。

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。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

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

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。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，在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场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。

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。

(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3 0km)区间又分成许多段.. (约3 001000m)，每段只有列车通过时供电，各段切换由触点真空开关完成。为使列车在段问不冲动，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。

篇四：磁悬浮列车的一些资料

磁悬浮列车的一些资料

磁悬浮列车总概

你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，就拿作者本人来说吧，家住西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！

其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。就拿铁轨来说，实际上它已不复存在。轨道只剩下一条，而且也不能称其为"轨道"了，因为轮子并没有从上面滚过。事实上，磁悬浮列车连轮子也没有了。"铁路"上行驶的这种超级列车并没有传统意义上的牵引机车，它运行时并不接触地面，只是在离轨道10厘米的高度"飞行"。

磁悬浮列车是什么

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。磁

悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。 稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠近，它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。 应用准确的定义来说，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。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统，并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。 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。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的，都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个世纪，这两种技术路线将依然并存。

磁悬浮列车技术基础

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，见图3。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，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：目前悬浮系统的设计，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）。图4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。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。 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。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。 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。其原理就像冲浪运动一样，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。 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。 通俗的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。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，现在变为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。

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。由于高的导轨的花费而成本昂贵。而“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：导向系统是一种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，也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。

磁悬浮列车的优势

作为目前最快速的地面交通工具，磁悬浮列车技术的确有着其他地面交通技术无法比拟的优势： 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。第一条轮轨铁路出现在1825年，经过140年努力，其运营速度才突破200公里/小时，由200公里/小时到300公里/小时又花了近30年，虽然技术还在完善与发展，继续提高速度的余地已不大，而困难却很大。还应注意到，轮轨铁路提高速度的代价是很高的，300公里/小时高速铁路的造价比200公里/小时的准高速铁路高近两倍，比120公里/小时的普通铁路高三至八倍，继续提高速度，其造价还将急剧上升。与之相比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。目前技术已经成熟，可进入500公里/小时实用运营的建造阶段。 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％。

磁悬浮列车存在的问题

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。 磁悬浮铁路在一些国家里取得了较大的发展，有的甚至已基本解决了技术方面的问题而开始进入实用研究乃至商业运营阶段，但是随着时间的推移，磁浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势，反而越来越面临着来自其它交通运输方式，特别是高速型常规（轮轨粘着式）铁路的强有力的挑战。 首先，磁浮铁路的造价十分昂贵。与高速铁路相比，修建磁浮铁路费用昂贵。根据日本方面的估计，磁浮铁路的造价每公里约需60亿日元，比新干线高20％。如果规划中的从东京到大阪之间的中央新干线修建为磁浮铁路，全线造价约需3万亿日元，而为了对建造磁浮铁路这一方案进行可行性研究而计划建造的一条42.8公里长的试验线，其初步预算就达3000亿日元。德国也认为磁浮铁路的造价远远高于高速铁路。根据德国在80年代初的这一项估算认为，修建一条复线磁浮铁路其造价每公里约为659万美元，而法国的巴黎至里昂和意大利的罗马至佛罗伦萨的高速铁路每公里的造价只分别为226万和236万美元。现在，德国规划中的汉堡至柏林292公里长的铁路如果建造成为磁浮铁路，其初步预算就达59亿美元，约合每公里2000万美元。磁浮铁路所需的投入较大，利润回收期较长，投资的风险系数也较高，从而也在一定程度上影响了投资者的信心，制约了磁浮铁路的发展。 其次，磁浮铁路无法利用既有的线路，必须全部重新建设。由于磁浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同，因而难以在原有设备的基础上进行利用和改造。高速铁路则不同，可以通过加强路基、改善线路结构、减少弯度和坡度等方面的改造，某些既有线路或某些区段就可以达到高速铁路的行车标准。如，日本1964年投入运营并大受欢迎的东京至大阪的新干线，在没有对机车做重大改进的情况下，仅通过修建曲线半径较大，即没有急转弯和陡坡较小的铁路等方法，从而使列车速度大大提高。再如德国的汉堡至柏林既有铁路线，经过技术改造后，某些区段的最高速度每小时可达230公里。此外，欧洲一些国家如德国、瑞典、意大利等国的设计人员，还采用使车厢在转向架上转动和倾斜的升降技术来对付铁路弯道（即采用摆式车体），这样在无须对既有线路进行改造和更新的情况下，也使列车行驶速度提高到每小时220公里。在对既有线路进行高速铁路改造的过程中，还可以实现高、中速混跑，列车根据不同区段的最高限速以不同的速度行驶。因而，与磁浮铁路的全部重新建设

篇五：磁悬浮列车

磁悬浮列车

火车和其他车辆一样，是利用车轮行驶的。火车的轮子不断地在钢轨上滚动，才推动列车飞速前进。然而，车轮也对列车的高速行驶带来不利影响。

随着火车速度的提高，轮子和钢轨便产生猛烈的冲击和磨损，引起列车强烈的震动，发出很强的噪音，从而使乘客感到不舒服。不仅如此，由于列车在行驶中所受到的阻力（空气阻力和摩擦阻力）与速度的平方成正比。速度愈高，阻力愈大。所以，在利用车轮滚动行驶的条件下，当火车行驶速度超过一定值 （每小时300公里）时，就再也快不了了。

但是，人们总希望火车的速度越快越好。怎样解决这个矛盾呢？有些人就提出把妨碍列车速度提高的车轮甩掉，设法使列车像飞机在空中飞行一样，在钢轨上腾空行驶，不就克服了轮子所带来的各种缺点吗！于是，没有轮子的火车便随之诞生了。

火车头和车厢都很重，如何使它们腾空起来呢？科学家通过研究，提出了两种解决方法。 第一种办法是，利用功率很强的航空发动机向轨道上喷射压缩空气，使列车的车底和轨道之间形成一层几毫米厚的空气垫，从而将整个列车托起，悬浮在轨道面上。再用装在后面的螺旋桨式发动机推动列车前进。这种火车通常叫做“气悬浮列车”。由于它好像被气垫托起来一样，所以又叫做“气垫列车”。

法国是世界上最早修建气垫列车的国家。上世纪60年代，在巴黎和奥尔良郊外建成了两条气悬浮式铁路，一条长18公里，另一条长6.7公里，曾进行了多次运行试验。列车的试验速度为每小时200至422公里。1969年在奥尔良郊外使用的气垫车，长26米，宽3.2米，高4.35米，重20吨，可乘80人。

后来，英国也进行了气垫列车试验。

1955年，易安迪制造两款LWT-12气垫列车,被联合太平洋等铁路公司购买，但没能流行起来。

第二种办法是，利用磁体同性相斥的原理，使车体在轨道上悬浮起来，再用发动机推动列车前进。人们把这种列车叫做磁浮列车。

磁浮列车是在列车的底部装有用一般材料或超导体材料 （在一定温度下这种导体的电阻接近于零）绕制的线圈，而在轨道上安装环形线圈。根据法拉第的电磁感应定律，当列车底部的线圈通入电流产生的磁力线被轨道环形线圈所切割，就在环形线圈内产生感应磁场，它与列车底部超导线圈产生的磁场同性相斥，就使列车悬浮起来。由于悬浮列车克服了轮子和轨道的摩擦阻力，因而可使列车的速度达到或超过每小时300公里。

由于磁浮列车的速度非常快，可与一般飞机的飞行速度媲美，人们称它为“飞行列车”和“超特快”列车。乘坐这种列车，使人感到既舒适、安全，又特别迅速。在车内听不到单调刺耳的车轮撞击声，即使行驶速度很高时，乘客也会觉得像坐飞机那样平稳。它的速度可达每小时500多公里。从北京到上海，距离约1600公里。如果乘坐这种没有轮子的火车，

只要3个小时就可驶完全程，比普通火车快了六七倍。

磁浮火车是在20世纪60年代开始研制的。世界上第一条实用性的磁浮铁路建在原联邦德国汉堡市展览馆至展览广场之间，全长908米，轨道为高架桥式。磁浮列车长26.24米，可载客68人。它可浮离轨面10毫米运行，最高时速为75公里。

1979年12月12日，日本研制的磁浮列车进行了一次运行试验，时速达到504公里。试验是在日本宫崎县向市的铁路试验中心进行的。所用的试验车长13.5米，高2.7米，宽3.8米，重10吨。试验时，列车先经过一段短距离行驶，获得起始速度后，列车便在导轨上 （通常为单轨，也有双轨的）浮升100毫米，并快速向前飞驰。磁浮列车在悬空行驶时，是不使用车轮的。但在起动或刹车时，还需要用车轮。

世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需8分钟。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力使列车浮起来。 上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。

2002年12月31日全线试运行，2003年1月4日正式开始商业运营。是世界第一条商业运营的磁悬浮专线。这列当今世界上最酷最炫的列车，带车头的车厢长27.196米，宽3.7米。中间的车厢长24.768米，14分钟内能在上海市区和浦东机场之间打个来回。置身其中，您将亲身体验到这架“陆地客机”所带来的奇异感受，好像是骑着在陆地低飞的雄鹰。

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