简介

发展历史

简介

磁悬浮列车是一种采用无接触的悬浮、导向和驱动系统的列车系统。磁悬浮列车作为一种新型的地面交通工具已从实验阶段走向了商业运营，并且有速度快、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，它从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪音和磨损等问题，成为了人们梦寐以求的理想陆上交通工具。

磁悬浮列车从悬浮机理上可分为电磁悬浮（EMS，electromagnetic suspension）和电动悬浮（EDS，electrodynamic suspension）两种。前者以德国的Transrapid（简称TR）08型和日本的HSST100L型磁悬浮列车为代表，后者以日本的MLX型超导磁悬浮列车为代表。

电磁悬浮也称磁吸式（Attractive Levitation）悬浮，一般采用“T”型导轨，车辆环抱导轨运行。对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁通电励磁而产生磁场，磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引，将列车向上吸起悬浮于轨道上，磁铁和铁磁轨道之间的悬浮间隙一般约为8～12mm。列车通过控制悬浮磁铁的励磁电流来保证稳定的悬浮间隙，通过直线电机来牵引列车运行。这种悬浮方式由于采用磁铁异性相吸的原理，磁场在直线电机的初级、次级线圈之间基本可以形成闭合回路，磁场向外扩散较少，电磁污染程度较低，磁场对人的影响可以忽略不计。

电动悬浮也称磁斥式（Repulsive Levitation）悬浮，当列车运动时，车载磁体（一般为低温超导线圈或永久磁铁）的运动磁场在安装于线路上的悬浮线圈中产生感应电流，两者相互作用，产生一个向上的磁力将列车悬浮于路面一定高度，悬浮间隙一般为100～150mm，列车运行也是由直线电机提供牵引力。与电磁悬浮相比，电动悬浮系统在静止时不能悬浮，必须在列车达到一定速度（约150km/h）后才能起浮。电动式悬浮系统在应用速度下，悬浮间隙较大，不需要进行主动控制。当电动悬浮由于采用磁铁同性相斥的原理，初、次级线圈所产生的磁场在直线电机内部不能闭合，故其电磁污染比电磁悬浮型要大许多。

德国、日本、美国、中国等国家都在积极地研究磁悬浮列车技术，并且已经取得了较大的进展。以EMS型磁悬浮列车为代表的德国和以EDS型磁悬浮列车为代表的日本，其磁悬浮铁路系统目前达到或接近应用水平：分别为德国的TR常导吸力型磁悬浮列车，日本的MLX超导斥力型磁悬浮列车和HSST常导吸力型磁悬浮列车。我国西南交通大学和国防科技大学正在研制的磁悬浮列车属于常导电磁吸力悬浮型。

德国是世界上最早研究磁悬浮列车的国家。1922年，德国人赫尔曼·肯佩尔（Hermann Kemper）提出了电磁悬浮原理，并在1934年获得世界上第一项有关磁悬浮技术的专利。由于当时技术和工艺条件限制，在此后的30多年时间里，磁悬浮技术没有得到明显的发展。

1969年，德国联邦交通部、联邦铁路公司和德国工业界参与了关于“高速与快速铁路的研究”，所研究的高速交通涉及轮轨高速铁路和磁悬浮高速铁路。1971年2月，德国第一辆磁悬浮原理车MBB和一段660m长的试验线路投入试验运行。原理车采用车辆侧的短定子直线电机驱动。1975年，Thyssen Henschel公司在卡塞尔（Kassel）的工厂中的HMB试验线上率先实现了线路侧长定子直线同步电机驱动的磁悬浮列车。这一试验系统，将直线驱动和悬浮支承结合起来，奠定了今天TR磁悬浮高速铁路发展的基础。1976年研制的“彗星”号试验车，首次证明磁悬浮车可以以400km/h以上速度运行。在1979年汉堡国际交通博览会上，一段900m长的TR磁悬浮铁路示范线顺利展出，促进了磁悬浮铁路的发展进展。

为了建造第一段试验线路，德国工业界组成了磁悬浮铁路Transrapid联合体。在德国西北部的埃姆斯兰（Emsland）地区建设Transrapid试验线（简称TVE）。第一期工程包括21.5km长的试验线路、试验中心和试验车Transrapid06（简称TR06）。考虑到将来的实际应用，提高试验速度，联邦研究与工艺部于1984年决定在TVE扩建南环线，即试验线路的第二线路段。南环线1984年开工，1987年竣工。至此，TVE的试验线总长达到31.5km。同年，TR06磁悬浮车在试验线上达到406km/h的速度，1988年，试验速度提高到412.6km/h。

发展历史

从1986年开始，由德国Thyssen Henschel公司牵头，研制了面向应用的磁悬浮列车TR07，1989年该车投入试验线运行，1993年，TR07在载人试验运行中，达到了450km/h的速度。由于线路长度的限制，磁悬浮列车不允许再往上加速。

在Transrapid磁悬浮高速铁路开发过程中，联邦铁路和七所著名的大学的专家组成的工作组，由位于慕尼黑的联邦铁路中心局牵头，对Transrapid系统进行了独立、全面的评价和鉴定。1991年底，德国得出TR磁悬浮高速铁路系统技术以成熟的结论。1997年4月，德国决定建造柏林和汉堡之间的磁悬浮铁路。该线全长292km，原计划1998年下半年动工，2005年投入商业运行，并为此开发了拟用于柏林至汉堡线的TR08型磁悬浮列车，该车于1999年10月开始在TVE上进行了试验。后因原来预测的客流量偏大，新的预测表明建设新线将面临亏损的危险，遂于2000年2月取消建设计划。

2000年6月，中国上海市与德国磁悬浮国际公司合作进行中国高速磁悬浮列车示范运营线可行性研究。同年12月，中国决定修建上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际继承高速磁悬浮交通示范运营线。2001年3月正式开工建设。

日本于1962年开始磁悬浮交通的研究工作。1977年在南部九州建成7公里超导磁悬浮试验线，即宫崎试验线。宫崎试验线是单线，没有坡道和隧道，不能满足接近应用条件的试验要求，因此日本运输省决定建设超导磁悬浮山梨试验线，并于1991年在山梨县境内开始建设山梨试验线，1997年4月投入试验运行。山梨试验线主要包括18.4km长的试验线路、变电站、试验中心和两列磁悬浮车（MLX01和MLX02）。1997年12月24日，三辆编组的MLX01型磁悬浮列车不载人试验运行达到550km/h的速度，创下地面交通速度的最高世界纪录。1999年12月，日本山梨磁悬浮列车试验线进行了磁悬浮列车高速错车试验，创造了错车时相对时速为1003km的世界最高记录，当时两列车的时速分别为546km和457km。

从六十年代开始，日本、德国、英国、前苏联、韩国和中国等国家都先后投入力量研究中低速磁悬浮列车。

日本的HSST系统磁悬浮列车最初是由日航投资成立HSST公司研究开发，希望用于机场到市区的快速轨道交通，后又与其它股东联合开发。1974年4月，小型磁悬浮试验装置的浮起试验成功，1975年试制成电磁支承和导向的第一辆试验车HSST-01，1978年向公众展出了HSST-02号车，最高速度约为100km/h，总共有9个座位，为了改善舒适性，在车厢和悬浮架之间采用了二系弹簧悬挂系统，从1983年到1989年，HSST-03到HSST-05型车相继投入试验。

1991年，日本在名古屋附近的大江，建成一条新的面向应用的试验线。试验线总长1530m，最小竖曲线半径1000m，最大超高为80,最大坡度7%。从1991年到1995年，对HSST100S型磁悬浮列车进行了100多项面向应用要求的运行试验，最高运行速度达到130km/h。1993年3月，以日本运输省、建设省和其它单位的专家学者组成的可行性研究委员会对试验结果进行了最后论证，考察了噪声、振动和磁场影响等，结论是：HSST磁悬浮铁路系统是舒适的低污染系统，能够应付紧急情况，长期的运行试验证明它是可靠的，并且由于其悬浮的优点使得它的维修量降低，作为城市交通系统，HSST磁悬浮铁路系统已进入实用阶段。

美国从20世纪60年代开始磁悬浮铁路的研究，1975停止工作。1989年起又重新开始评估磁悬浮列车的实用价值，由铁道总署、陆军工兵总部、能源部牵头、数家公司和大学参加，历时4年，定出4个磁悬浮车设计时速均为500km/h的方案，其中3个方案为电动型。美国还对大城市间的16条线进行技术经济条件评估，认为只有纽约—波士顿线能在短期内回收投资并能实现赢利。

目前美国正在积极推进应用的是永磁Magplane，它属于永磁悬浮型。Magplane的悬浮电磁铁和驱动电磁铁皆为永磁体，间隙可达5～15cm。在悬浮和导向上使用了20毫米厚的弧形铝板轨道，这种结构具有高速转弯的优点。这种设计方案需要加辅助轮，为了安全起见，Magplane的设计者计划在行驶的全程不收回辅助轮，而是将其固定在列车下面，整个列车技术相对简单。

Magplane高速磁悬浮列车系统与其它磁悬浮列车系统相比，有许多的创新之处，最显著的特点就是永磁悬浮、电磁道岔、自稳定的控制系统等。

Magplane方案采用永磁方案，永磁体的使用比起超导悬浮列车更经济，不存在一套精密的制冷系统，简化了磁悬浮列车系统，同时不会出现日本超导高速磁悬浮列车MLU在试验时曾出现的超导体失超而引发的事故，使得磁悬浮系统可靠性大大提高，同时也使得原理更简单，建造更方便。对磁悬浮系统来说有一个震荡的过程，从安全角度，系统不需要防止与地面碰撞。而对旅客来说，存在振动则会感觉不舒服，为阻尼这些振荡，磁铁不是粘在列车上，而是有一个可以运动的装置。磁铁在列车底部运动，可吸收掉能量以阻尼振荡，这个可以运动的范围大约2cm，频率大约是1周。磁铁在车体下面只是径向运动，因为磁铁下面有一个稳定机构，不能上下运动，列车动起来后，所有的磁块都在不断地运动。速度更高时，有像飞机一样的稳定翼，振动幅度1cm左右，用空气动力学原理来控制列车系统的晃动。

列车在拐弯时允许倾斜10度，这样列车在通过半径为2公里的曲线时，仍可保证360km/h的速度，而且乘客感觉和坐飞机一样舒适，该方案目前还在设计与改进过程中。和传统的列车自动控制系统不同，Magplane的控制系统除检测列车的位置外，还要检测列车的姿态。根据这些信号由控制系统处理后发出控制信号控制磁块。

1974年，英国在德比进行了磁悬浮车运行试验。为了将新建的伯明翰机场终端和国际博览会展区及火车站连接起来，英国建造了一条620m长的磁悬浮铁路线，该线于1984年投入载客运行。这条线路是复线，轨道架在6m高的刚结构上，来往运行3辆有电磁支承、导向系统和直线电机驱动的小型磁悬浮车，速度可达50km/h。磁悬浮车辆重约5t，具有铝焊接底架和玻璃纤维强化塑料制成的车厢结构，一辆车有6个座位和26个站位。伯明翰磁悬浮铁路是第一个用在公共旅客运输上的磁悬浮铁路系统，1992年，由于故障率高，维护困难，该线路关闭。