超导作业-磁悬浮列车悬浮与推进原理及研发实例(全部摘录自文献并修改整合)

磁悬浮列车悬浮与推进原理

1.悬浮原理：

一种是常导磁吸式（EMS型），另一种是超导磁斥式（EDS型）。前者是利用异名磁极相互吸引的原理设计的，在T型导轨两端的下侧和车厢底部转向架的上侧装设磁极相反的磁铁，这两块磁铁通过相互吸引使车体悬浮起来，并通过一套高精度的电子调整系统来控制电磁铁的励磁电流使车厢上电磁铁与导轨之间维持10-15mm的间隙，同时使磁吸力与车体重力平衡，以保证车体稳定的悬浮在导轨之上，上海的31公里磁悬浮列车就是利用这种悬浮原理。后者则是利用同名磁极相互排斥的原理设计的，在车体上装设的超导磁体所产生的磁场与轨道上线圈产生的磁场产生相互排斥的作用，这种排斥力通过控制系统控制大小使其与车体重力平衡并稳定地维持一定的悬浮距离，悬浮距离一般为100mm左右，所以超导磁悬浮列车在线路平整度、路基下沉量及道岔结构等方面要求比常导磁悬浮列车低；另外，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。

2.推进原理：

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好比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则起到电枢的作用，好比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三相交流电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同理，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，从而实现非接触的牵引和制动。对于超导磁悬浮列车，其上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而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，推动列车前进。

超导磁悬浮列车研发实例

——山梨试验线超导磁悬浮列车

1.试验线概况（1999）

山梨试验线全长42.8km，分为南线和北线，各分别设一个变电所。1997年首先开通的18.4km试验线位于北线，隧道占80%左右，隧道长度达16km。最小曲线半径8000m，最大坡度4%，有一部分为双线，复线轨道中心间距5.8m。设一个车辆基地，两辆试验列车分别由3节车厢和5节车厢组成。设有一个试验中心，主要试验项目有：速度为550km/h时的安全性、舒适性及运行稳定性；车辆和连同超导磁体在内的地面设施设备的可靠性和耐用性；确定最小曲线半径、最陡坡度等结构标准；考虑列车交会通过时的轴距；与隧道截面及隧道内压力波动有关的车辆性能；道岔性能；多节列车控制系统；操作安全性能；站间控制系统；环境影响确认试验；维修标准，建造和运行的经济性试验。

2.技术特点（1999）

在车辆端部下方布置超导磁铁，车辆可以500km/h以上的速度悬浮运行，制

动系统为再生制动，配备有盘型制动和空气动力制动两种紧急制动装置在磁悬浮车上，采用液氦冷却的低温超导线圈励磁，形成超导磁铁。磁铁的N极和S极沿车的运行方向交替分布，车辆侧的超导磁铁和线路侧的8字形线圈及长定子无铁心同步电机线圈共同作用，实现车辆的驱动、悬浮和导向功能。

车体装有磁屏，以把乘客与超导磁体的磁场隔开。换气系统在低速时采用换气扇，在180km/h以上的高速时主要采用冲压进气口。通过隧道时，用调节进、出气阀的方法来控制车厢内的压力，从而解决车厢内压力突变而造成乘客听觉不适的问题。

超导磁悬浮铁路控制系统的总体结构分为3个子系统，即集中控制子系统，沿线路分散的控制子系统和车上控制子系统。磁悬浮列车的运行是由地面自动控制的。磁悬浮列车上的移动的控制子系统对车上的重要设备和系统进行监控。在紧急情况下，车上的控制系统应具有不依赖线路传动系统和线路侧控系统而独立实现安全保护的功能。

正常制动为再生制动，紧急制动低速时采用盘形制动，高速时采用空气动力制动。高速运行中，当主制动系统(再生制动)失灵时，使用空气动力制动系统作为紧急制动系统，这种制动系统在接到开启指令后1.5s内就可动作,其动力源是转向架供给的油压。因此将其安装在各车转向架处的上方。

3.2000年后续发展

2003年12月创造了世界最高速——581 km/h的高速记录，翌年11月，又创造交会相对速度1026 km/h的记录。到2005年11月为止，已累计运行47万km，试乘人数达10万人次。

各种运行试验基本结束后，又在推进长期耐用性试验、营业线设备标准探讨、车内外环境改善及以降低成本为主题的技术开发和试验。在地面上已改进了推进线圈；在车辆方面，也运用了高温超导磁铁进行试运行，并已采用2列列车完成了高速交会试验，以及多台列车控制试验。在2005年，于爱知地博会上展出了甲府方前头车Mc1。之后，又将中间车M2及东京方前头车Mc2各1辆编入新B 编组，现只用1个编组作运行试验和试乘。