磁懸浮列車(chē)是一種采用無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的磁懸浮高速列車(chē)系統(tǒng)。應(yīng)用準(zhǔn)確的定義來(lái)說(shuō)，磁懸浮列車(chē)實(shí)際上是依靠電磁吸力或電動(dòng)斥力將列車(chē)懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面軌道間的無(wú)機(jī)械接觸，再利用線(xiàn)性電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車(chē)運(yùn)行。根據(jù)吸引力和排斥力的基本原理，國(guó)際上磁懸浮列車(chē)有兩個(gè)發(fā)展方向。一個(gè)是以德國(guó)為代表的常規(guī)磁鐵吸引式懸浮系統(tǒng)－－EMS系統(tǒng)，利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵性物質(zhì)相吸引的基本原理，把列車(chē)吸引上來(lái)，懸空運(yùn)行，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)400-500公里，適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸；另一個(gè)是以日本的為代表的排斥式懸浮系統(tǒng)－－EDS系統(tǒng)，它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理，使車(chē)輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力，使列車(chē)懸空運(yùn)行，這種磁懸浮列車(chē)的懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上。這兩個(gè)國(guó)家都堅(jiān)定地認(rèn)為自己國(guó)家的系統(tǒng)是最好的，都在把各自的技術(shù)推向?qū)嵱没A段。估計(jì)到下一個(gè)世紀(jì)，這兩種技術(shù)路線(xiàn)將依然并存。
自1825年世界上第一條標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路出現(xiàn)以來(lái),輪軌火車(chē)一直是人們出行的交通工具.然而,隨著火車(chē)速度的提高,輪子和鋼軌之間產(chǎn)生的猛烈沖擊引起列車(chē)的強(qiáng)烈震動(dòng),發(fā)出很強(qiáng)的噪音,從而使乘客感到不舒服.由于列車(chē)行駛速度愈高,阻力就愈大.所以,當(dāng)火車(chē)行駛速度超過(guò)每小時(shí)300公里時(shí),就很難再提速了.
如果能夠使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái),消除了火車(chē)車(chē)輪與鐵軌之間的摩擦,就能大幅度地提高火車(chē)的速度.但如何使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái)呢 科學(xué)家想到了兩種解決方法:一種是氣浮法,即使火車(chē)向鐵軌地面大量噴氣而利用其反作用力把火車(chē)浮起;另一種是磁浮法,即利用兩個(gè)同名磁極之間的磁斥力或兩個(gè)異名磁極之間磁吸力使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái).在陸地上使用氣浮法不但會(huì)激揚(yáng)起大量塵土,而且會(huì)產(chǎn)生很大的噪音,會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的污染,因而不宜采用.這就使磁懸浮火車(chē)成為研究和試驗(yàn)的的主要方法.
當(dāng)今,世界上的磁懸浮列車(chē)主要有兩種"懸浮"形式,一種是推斥式;另一種為吸力式.推斥式是利用兩個(gè)磁鐵同極性相對(duì)而產(chǎn)生的排斥力,使列車(chē)懸浮起來(lái).這種磁懸浮列車(chē)車(chē)廂的兩側(cè),安裝有磁場(chǎng)強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵.車(chē)輛運(yùn)行時(shí),這種電磁鐵的磁場(chǎng)切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán),致使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流,同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)同極性反磁場(chǎng),并使車(chē)輛推離軌面在空中懸浮起來(lái).但是,靜止時(shí),由于沒(méi)有切割電勢(shì)與電流,車(chē)輛不能產(chǎn)生懸浮,只能像飛機(jī)一樣用輪子支撐車(chē)體.當(dāng)車(chē)輛在直線(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下前進(jìn),速度達(dá)到80公里/小時(shí)以上時(shí),車(chē)輛就懸浮起來(lái)了.吸力式是利用兩個(gè)磁鐵異性相吸的原理,將電磁鐵置于軌道下方并固定在車(chē)體轉(zhuǎn)向架上,兩者之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng),并相互吸引時(shí),列車(chē)就能懸浮起來(lái).這種吸力式磁懸浮列車(chē)無(wú)論是靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài),都能保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài).這次,我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的中低速磁懸浮列車(chē)就屬于這個(gè)類(lèi)型.
"若即若離",是磁懸浮列車(chē)的基本工作狀態(tài).磁懸浮列車(chē)?yán)秒姶帕Φ窒厍蛞?從而使列車(chē)懸浮在軌道上.在運(yùn)行過(guò)程中,車(chē)體與軌道處于一種"若即若離"的狀態(tài),磁懸浮間隙約1厘米,因而有"零高度飛行器"的美譽(yù).它與普通輪軌列車(chē)相比,具有低噪音,低能耗,無(wú)污染,安全舒適和高速高效的特點(diǎn),被認(rèn)為是一種具有廣闊前景的新型交通工具.特別是這種中低速磁懸浮列車(chē),由于具有轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),特別適合城市軌道交通.
德國(guó)和日本是世界上最早開(kāi)展磁懸浮列車(chē)研究的國(guó)家,德國(guó)開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)Transrapid于1989年在埃姆斯蘭試驗(yàn)線(xiàn)上達(dá)到每小時(shí)436公里的速度.日本開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨縣的試驗(yàn)線(xiàn)上創(chuàng)造出每小時(shí)550公里的世界最高紀(jì)錄.德國(guó)和日本兩國(guó)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)的論證之后,均認(rèn)為有可能于下個(gè)世紀(jì)中葉以前使磁懸浮列車(chē)在本國(guó)投入運(yùn)營(yíng).
磁懸浮列車(chē)運(yùn)行原理
磁懸浮列車(chē)是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物.其原理是利用電磁力抵消地球引力,通過(guò)直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)行牽引,使列車(chē)懸浮在軌道上運(yùn)行(懸浮間隙約1厘米).其研究和制造涉及自動(dòng)控制,電力電子技術(shù),直線(xiàn)推進(jìn)技術(shù),機(jī)械設(shè)計(jì)制造,故障監(jiān)測(cè)與診斷等眾多學(xué)科,技術(shù)十分復(fù)雜,是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志.它與普通輪軌列車(chē)相比,具有低噪音,無(wú)污染,安全舒適和高速高效的特點(diǎn),有著"零高度飛行器"的美譽(yù),是一種具有廣闊前景的新型交通工具,特別適合城市軌道交通.磁懸浮列車(chē)按懸浮方式不同一般分為推斥型和吸力型兩種,按運(yùn)行速度又有高速和中低速之分,這次國(guó)防科大研制開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)屬于中低速常導(dǎo)吸力型磁懸浮列車(chē).
磁懸浮列車(chē)的種類(lèi)
磁懸浮列車(chē)分為常導(dǎo)型和超導(dǎo)型兩大類(lèi).常導(dǎo)型也稱(chēng)常導(dǎo)磁吸型,以德國(guó)高速常導(dǎo)磁浮列車(chē)transrapid為代表,它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車(chē)懸起,懸浮的氣隙較小,一般為10毫米左右.常導(dǎo)型高速磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)400～500公里,適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸.而超導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)也稱(chēng)超導(dǎo)磁斥型,以日本MAGLEV為代表.它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng),列車(chē)運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線(xiàn)圈相互作用,產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車(chē)懸起,懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上.這兩種磁懸浮列車(chē)各有優(yōu)缺點(diǎn)和不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),德國(guó)青睞前者,集中精力研制常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù);而日本則看好后者,全力投入高速超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)之中.
德國(guó)的常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)
常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)工作時(shí),首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力,與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車(chē)浮起.在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向.車(chē)輛與行車(chē)軌道之間的懸浮間隙為10毫米,是通過(guò)一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的.此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān),所以即使在停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài).
常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的原理.車(chē)輛下部支撐電磁鐵線(xiàn)圈的作用就象是同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線(xiàn)圈,地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用,它就象同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組.從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道,當(dāng)作為定子的電樞線(xiàn)圈有電時(shí),由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng).同樣,當(dāng)沿線(xiàn)布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí),由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車(chē)一起就象電機(jī)的"轉(zhuǎn)子"一樣被推動(dòng)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).從而在懸浮狀態(tài)下,列車(chē)可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng).
日本的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電性和完全抗磁性.超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線(xiàn)圈構(gòu)成,它不僅電流阻力為零,而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線(xiàn)根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵.
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的車(chē)輛上裝有車(chē)載超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備,而列車(chē)的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè),車(chē)輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由動(dòng)力集成繞組,感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成.當(dāng)向軌道兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車(chē)輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的電磁場(chǎng),因而在列車(chē)導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波,這時(shí)列車(chē)上的車(chē)載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力,正是這種推力推動(dòng)列車(chē)前進(jìn).其原理就象沖浪運(yùn)動(dòng)一樣,沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動(dòng)他快速前進(jìn)的.與沖浪者所面對(duì)的難題相同,超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動(dòng)電磁波的頂峰運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題.為此,在地面導(dǎo)軌上安裝有探測(cè)車(chē)輛位置的高精度儀器,根據(jù)探測(cè)儀傳來(lái)的信息調(diào)整三相交流電的供流方式,精確地控制電磁波形以使列車(chē)能良好地運(yùn)行.
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)也是由沿線(xiàn)分布的變電所向地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相交流電,并與列車(chē)下面的動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng).但地面導(dǎo)軌兩側(cè)的懸浮導(dǎo)向繞組與外部動(dòng)力電源無(wú)關(guān),當(dāng)列車(chē)接近該繞組時(shí),列車(chē)超導(dǎo)磁鐵的強(qiáng)電磁感應(yīng)作用將自動(dòng)地在地面繞組中感生電流,因此在其感應(yīng)電流和超導(dǎo)磁鐵之間產(chǎn)生了電磁力,從而將列車(chē)懸起,并經(jīng)精密傳感器檢測(cè)軌道與列車(chē)之間的間隙,使其始終保持100毫米的懸浮間隙.同時(shí),與懸浮繞組呈電氣連接的導(dǎo)向繞組也將產(chǎn)生電磁導(dǎo)向力,保證了列車(chē)在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛.
目前存在的技術(shù)問(wèn)題
盡管磁懸浮列車(chē)技術(shù)有上述的許多優(yōu)點(diǎn),但仍然存在一些不足:
(1)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮,導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的,斷電后磁懸浮的安全保障措施,尤其是列車(chē)停電后的制動(dòng)問(wèn)題仍然是要解決的問(wèn)題.其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn).
(2)常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低,因此對(duì)線(xiàn)路的平整度,路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高.
(3)超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大,冷卻系統(tǒng)重,強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體與環(huán)境都有影響.
自1825年世界上第一條標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路出現(xiàn)以來(lái),輪軌火車(chē)一直是人們出行的交通工具.然而,隨著火車(chē)速度的提高,輪子和鋼軌之間產(chǎn)生的猛烈沖擊引起列車(chē)的強(qiáng)烈震動(dòng),發(fā)出很強(qiáng)的噪音,從而使乘客感到不舒服.由于列車(chē)行駛速度愈高,阻力就愈大.所以,當(dāng)火車(chē)行駛速度超過(guò)每小時(shí)300公里時(shí),就很難再提速了.
如果能夠使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái),消除了火車(chē)車(chē)輪與鐵軌之間的摩擦,就能大幅度地提高火車(chē)的速度.但如何使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái)呢 科學(xué)家想到了兩種解決方法:一種是氣浮法,即使火車(chē)向鐵軌地面大量噴氣而利用其反作用力把火車(chē)浮起;另一種是磁浮法,即利用兩個(gè)同名磁極之間的磁斥力或兩個(gè)異名磁極之間磁吸力使火車(chē)從鐵軌上浮起來(lái).在陸地上使用氣浮法不但會(huì)激揚(yáng)起大量塵土,而且會(huì)產(chǎn)生很大的噪音,會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的污染,因而不宜采用.這就使磁懸浮火車(chē)成為研究和試驗(yàn)的的主要方法.
當(dāng)今,世界上的磁懸浮列車(chē)主要有兩種"懸浮"形式,一種是推斥式;另一種為吸力式.推斥式是利用兩個(gè)磁鐵同極性相對(duì)而產(chǎn)生的排斥力,使列車(chē)懸浮起來(lái).這種磁懸浮列車(chē)車(chē)廂的兩側(cè),安裝有磁場(chǎng)強(qiáng)大的超導(dǎo)電磁鐵.車(chē)輛運(yùn)行時(shí),這種電磁鐵的磁場(chǎng)切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán),致使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流,同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)同極性反磁場(chǎng),并使車(chē)輛推離軌面在空中懸浮起來(lái).但是,靜止時(shí),由于沒(méi)有切割電勢(shì)與電流,車(chē)輛不能產(chǎn)生懸浮,只能像飛機(jī)一樣用輪子支撐車(chē)體.當(dāng)車(chē)輛在直線(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下前進(jìn),速度達(dá)到80公里/小時(shí)以上時(shí),車(chē)輛就懸浮起來(lái)了.吸力式是利用兩個(gè)磁鐵異性相吸的原理,將電磁鐵置于軌道下方并固定在車(chē)體轉(zhuǎn)向架上,兩者之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng),并相互吸引時(shí),列車(chē)就能懸浮起來(lái).這種吸力式磁懸浮列車(chē)無(wú)論是靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài),都能保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài).這次,我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的中低速磁懸浮列車(chē)就屬于這個(gè)類(lèi)型.
"若即若離",是磁懸浮列車(chē)的基本工作狀態(tài).磁懸浮列車(chē)?yán)秒姶帕Φ窒厍蛞?從而使列車(chē)懸浮在軌道上.在運(yùn)行過(guò)程中,車(chē)體與軌道處于一種"若即若離"的狀態(tài),磁懸浮間隙約1厘米,因而有"零高度飛行器"的美譽(yù).它與普通輪軌列車(chē)相比,具有低噪音,低能耗,無(wú)污染,安全舒適和高速高效的特點(diǎn),被認(rèn)為是一種具有廣闊前景的新型交通工具.特別是這種中低速磁懸浮列車(chē),由于具有轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),特別適合城市軌道交通.
德國(guó)和日本是世界上最早開(kāi)展磁懸浮列車(chē)研究的國(guó)家,德國(guó)開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)Transrapid于1989年在埃姆斯蘭試驗(yàn)線(xiàn)上達(dá)到每小時(shí)436公里的速度.日本開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨縣的試驗(yàn)線(xiàn)上創(chuàng)造出每小時(shí)550公里的世界最高紀(jì)錄.德國(guó)和日本兩國(guó)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)的論證之后,均認(rèn)為有可能于下個(gè)世紀(jì)中葉以前使磁懸浮列車(chē)在本國(guó)投入運(yùn)營(yíng).
磁懸浮列車(chē)運(yùn)行原理
磁懸浮列車(chē)是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物.其原理是利用電磁力抵消地球引力,通過(guò)直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)行牽引,使列車(chē)懸浮在軌道上運(yùn)行(懸浮間隙約1厘米).其研究和制造涉及自動(dòng)控制,電力電子技術(shù),直線(xiàn)推進(jìn)技術(shù),機(jī)械設(shè)計(jì)制造,故障監(jiān)測(cè)與診斷等眾多學(xué)科,技術(shù)十分復(fù)雜,是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志.它與普通輪軌列車(chē)相比,具有低噪音,無(wú)污染,安全舒適和高速高效的特點(diǎn),有著"零高度飛行器"的美譽(yù),是一種具有廣闊前景的新型交通工具,特別適合城市軌道交通.磁懸浮列車(chē)按懸浮方式不同一般分為推斥型和吸力型兩種,按運(yùn)行速度又有高速和中低速之分,這次國(guó)防科大研制開(kāi)發(fā)的磁懸浮列車(chē)屬于中低速常導(dǎo)吸力型磁懸浮列車(chē).
磁懸浮列車(chē)的種類(lèi)
磁懸浮列車(chē)分為常導(dǎo)型和超導(dǎo)型兩大類(lèi).常導(dǎo)型也稱(chēng)常導(dǎo)磁吸型,以德國(guó)高速常導(dǎo)磁浮列車(chē)transrapid為代表,它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理將列車(chē)懸起,懸浮的氣隙較小,一般為10毫米左右.常導(dǎo)型高速磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)400～500公里,適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸.而超導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)也稱(chēng)超導(dǎo)磁斥型,以日本MAGLEV為代表.它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng),列車(chē)運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線(xiàn)圈相互作用,產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車(chē)懸起,懸浮氣隙較大,一般為100毫米左右,速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上.這兩種磁懸浮列車(chē)各有優(yōu)缺點(diǎn)和不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),德國(guó)青睞前者,集中精力研制常導(dǎo)高速磁懸浮技術(shù);而日本則看好后者,全力投入高速超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)之中.
德國(guó)的常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)
常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)工作時(shí),首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力,與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車(chē)浮起.在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向.車(chē)輛與行車(chē)軌道之間的懸浮間隙為10毫米,是通過(guò)一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的.此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān),所以即使在停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài).
常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的原理.車(chē)輛下部支撐電磁鐵線(xiàn)圈的作用就象是同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線(xiàn)圈,地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用,它就象同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組.從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道,當(dāng)作為定子的電樞線(xiàn)圈有電時(shí),由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng).同樣,當(dāng)沿線(xiàn)布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí),由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車(chē)一起就象電機(jī)的"轉(zhuǎn)子"一樣被推動(dòng)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).從而在懸浮狀態(tài)下,列車(chē)可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng).
日本的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電性和完全抗磁性.超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線(xiàn)圈構(gòu)成,它不僅電流阻力為零,而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線(xiàn)根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵.
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的車(chē)輛上裝有車(chē)載超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備,而列車(chē)的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè),車(chē)輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由動(dòng)力集成繞組,感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成.當(dāng)向軌道兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車(chē)輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的電磁場(chǎng),因而在列車(chē)導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波,這時(shí)列車(chē)上的車(chē)載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力,正是這種推力推動(dòng)列車(chē)前進(jìn).其原理就象沖浪運(yùn)動(dòng)一樣,沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動(dòng)他快速前進(jìn)的.與沖浪者所面對(duì)的難題相同,超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動(dòng)電磁波的頂峰運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題.為此,在地面導(dǎo)軌上安裝有探測(cè)車(chē)輛位置的高精度儀器,根據(jù)探測(cè)儀傳來(lái)的信息調(diào)整三相交流電的供流方式,精確地控制電磁波形以使列車(chē)能良好地運(yùn)行.
超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)也是由沿線(xiàn)分布的變電所向地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相交流電,并與列車(chē)下面的動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng).但地面導(dǎo)軌兩側(cè)的懸浮導(dǎo)向繞組與外部動(dòng)力電源無(wú)關(guān),當(dāng)列車(chē)接近該繞組時(shí),列車(chē)超導(dǎo)磁鐵的強(qiáng)電磁感應(yīng)作用將自動(dòng)地在地面繞組中感生電流,因此在其感應(yīng)電流和超導(dǎo)磁鐵之間產(chǎn)生了電磁力,從而將列車(chē)懸起,并經(jīng)精密傳感器檢測(cè)軌道與列車(chē)之間的間隙,使其始終保持100毫米的懸浮間隙.同時(shí),與懸浮繞組呈電氣連接的導(dǎo)向繞組也將產(chǎn)生電磁導(dǎo)向力,保證了列車(chē)在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛.
目前存在的技術(shù)問(wèn)題
盡管磁懸浮列車(chē)技術(shù)有上述的許多優(yōu)點(diǎn),但仍然存在一些不足:
(1)由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮,導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的,斷電后磁懸浮的安全保障措施,尤其是列車(chē)停電后的制動(dòng)問(wèn)題仍然是要解決的問(wèn)題.其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn).
(2)常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低,因此對(duì)線(xiàn)路的平整度,路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高.
(3)超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大,冷卻系統(tǒng)重,強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體與環(huán)境都有影響.
