系統(tǒng)組成

磁懸浮列車(chē)主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與磁力無(wú)關(guān)的推進(jìn)系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設(shè)計(jì)中，這三部分的功能均由磁力來(lái)完成。

懸浮方式

（1）磁浮有3個(gè)基本原理。第一個(gè)原理是當(dāng)靠近金屬的磁場(chǎng)改變，金屬上的電子會(huì)移動(dòng)，并且產(chǎn)生電流。第二個(gè)原理就是電流的磁效應(yīng)。當(dāng)電流在電線或一塊金屬中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。通電的線圈就成了一塊磁鐵。磁浮的第三個(gè)原理我們就再熟悉不過(guò)了，磁鐵間會(huì)彼此作用，同極性相斥，異極性相吸?，F(xiàn)在看看磁浮是如何作用的：磁鐵從一塊金屬的上方經(jīng)過(guò)，金屬上的電子因磁場(chǎng)改變而開(kāi)始移動(dòng) （原理一）。電子形成回路，所以接著也產(chǎn)生了本身的磁場(chǎng)（原理二）。圖 1 以最簡(jiǎn)單的方式來(lái)表達(dá)這個(gè)過(guò)程，移動(dòng)中的磁鐵使金屬中出現(xiàn)一塊假想的磁鐵。 這塊假想磁鐵具有方向性，因是同極性相對(duì)，因此 會(huì)對(duì)原有的磁鐵產(chǎn)生斥力。也就是說(shuō)，如果原有的磁鐵是北極在下，假想磁鐵則是北極在上；反之亦然。因?yàn)榇盆F的同極相斥（原理三），讓磁鐵在一塊金屬上方移動(dòng)，結(jié)果會(huì)對(duì)移動(dòng)中的磁鐵產(chǎn)生一股往上推動(dòng)的力量。如果磁鐵移動(dòng)得足夠快，這個(gè)力量會(huì)大得足以克服向下的重力，舉起移動(dòng)中的磁鐵。 所以當(dāng)磁鐵移動(dòng)時(shí)，會(huì)使得自己浮在金屬上方，并靠著本身電子移動(dòng)產(chǎn)生的力量保持浮力。這個(gè)過(guò)程就是所謂的磁浮，這個(gè)原理可以適用在列車(chē)上。下面介紹常導(dǎo)磁吸式（EMS）和超導(dǎo)磁斥式 （EDS）列車(chē)的具體運(yùn)行原理。

常導(dǎo)磁吸式(EMS) 利用裝在車(chē)輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的吸引力使車(chē)輛浮起，見(jiàn)圖2所示。車(chē)輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)，使直線電機(jī)有較高的功率，必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場(chǎng)保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和懸浮力，使車(chē)體與導(dǎo)軌之間保持大約10 mm的間隙。通常采用測(cè)量間隙用的氣隙傳感器來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設(shè)置專(zhuān)用的著地支撐裝置和輔助的著地車(chē)輪，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。

超導(dǎo)磁斥式(EDS) 此種形式在車(chē)輛底部安裝超導(dǎo)磁體（放在液態(tài)氦儲(chǔ)存槽內(nèi)），在軌道兩側(cè)鋪設(shè)一系列鋁環(huán)線圈。列車(chē)運(yùn)行時(shí)，給車(chē)上線圈(超導(dǎo)磁體)通電流，產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，地上線圈(鋁環(huán))與之相切與車(chē)輛上超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)方向相反，兩個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生排斥力。當(dāng)排斥力大于車(chē)輛重量時(shí)，車(chē)輛就浮起來(lái)。因此，超導(dǎo)磁斥式就是利用置于車(chē)輛上的超導(dǎo)磁體與鋪設(shè)在軌道上的無(wú)源線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)產(chǎn)生懸浮力將車(chē)體抬起來(lái)的。如圖3所示。由于超導(dǎo)磁體的電阻為零，在運(yùn)行中幾乎不消耗能量，而且磁場(chǎng)強(qiáng)度很大。在超導(dǎo)體和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生的強(qiáng)大排斥力，可使車(chē)輛浮起。當(dāng)車(chē)輛向下位移時(shí)，超導(dǎo)磁體與懸浮線圈的間距減小電流增大， 使懸浮力增加，又使車(chē)輛自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的懸浮位置。這個(gè)間隙與速度的大小有關(guān)，一般到100km/h時(shí)車(chē)體才能懸浮。因此，必須在車(chē)輛上裝設(shè)機(jī)械輔助支承裝置，如輔助支持輪及相應(yīng)的彈簧支承，以保證列車(chē)安全可靠地著地。控制系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和停車(chē)的精確控制。

導(dǎo)向方式

磁懸浮列車(chē)?yán)秒姶帕Φ淖饔眠M(jìn)行導(dǎo)向。現(xiàn)按常導(dǎo)磁吸式和超導(dǎo)磁斥式兩種情況簡(jiǎn)述如下。

常導(dǎo)磁吸式的導(dǎo)向系統(tǒng)與懸浮系統(tǒng)類(lèi)似，是在車(chē)輛側(cè)面安裝一組專(zhuān)門(mén)用于導(dǎo)向的電磁鐵。車(chē)體與導(dǎo)向軌側(cè)面之間保持一定間隙。當(dāng)車(chē)輛左右偏移時(shí)，車(chē)上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，使車(chē)輛恢復(fù)到正常位置?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制來(lái)保持這一側(cè)向間隙，從而達(dá)到控制列車(chē)運(yùn)行方向的目的。

超導(dǎo)磁斥式的導(dǎo)向系統(tǒng)可以采用以下 3 種方式構(gòu)成: ①在車(chē)輛上安裝機(jī)械導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)列車(chē)導(dǎo)向。這種裝置通常采用車(chē)輛上的側(cè)向?qū)蜉o助輪， 使之與導(dǎo)向軌側(cè)面相互作用(滾動(dòng)摩擦)以產(chǎn)生復(fù)原力，這個(gè)力與列車(chē)沿曲線運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力相平衡，從而使列車(chē)沿著導(dǎo)向軌中心線運(yùn)行。②在車(chē)輛上安裝專(zhuān)用的導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵，使之與導(dǎo)向軌側(cè)向的地面線圈和金屬帶產(chǎn)生磁斥力，該力與列車(chē)的側(cè)向作用力相平衡，使列車(chē)保持正確的運(yùn)行方向。這種導(dǎo)向方式避免了機(jī)械摩擦，只要控制側(cè)向地面導(dǎo)向線圈中的電流，就可以使列車(chē)保持一定的側(cè)向間隙。 ③利用磁力進(jìn)行導(dǎo)引的“零磁通量”導(dǎo)向系鋪設(shè)“8” 字形的封閉線圈。當(dāng)列車(chē)上設(shè)置的超導(dǎo)磁體位于該線圈的對(duì)稱(chēng)中心線上時(shí)，線圈內(nèi)的磁場(chǎng)為零；而當(dāng)列車(chē)產(chǎn)生側(cè)向位移時(shí)，“8”字形的線圈內(nèi)磁場(chǎng)為零，并產(chǎn)生一個(gè)反作用力以平衡列車(chē)的側(cè)向力，使列車(chē)回到線路中心線的位置。

推進(jìn)方式

磁懸浮列車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)是把旋轉(zhuǎn)電機(jī)展開(kāi)成直線電機(jī)。它的基本構(gòu)成和作用原理與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)類(lèi)似，展開(kāi)以后，其傳動(dòng)方式也就由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。常導(dǎo)磁吸式磁懸浮采用短定子異步直線電機(jī)。在車(chē)上安裝三相電樞繞組，軌道上安裝感應(yīng)軌。采用車(chē)上供電方式。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，造價(jià)低，適用于中低速城市運(yùn)輸及近郊運(yùn)輸以及作為短程旅游線系統(tǒng)；主要缺點(diǎn)是功率偏低，不利于高速運(yùn)行。其中TR 型快速動(dòng)車(chē)和上海引進(jìn) 的 Transrapid 06 號(hào)磁懸浮列車(chē)，以及日本的 HSST型磁懸浮列車(chē)都采用這種形式。超導(dǎo)磁斥式磁懸浮采用長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)。其超導(dǎo)電磁體安裝在車(chē)輛上，在軌道沿線設(shè)置無(wú)源閉合線圈或非磁性金屬板。作為磁浮裝置的超導(dǎo)電磁線圈的采用，為直線同步電機(jī)的激磁線圈處 于超導(dǎo)狀態(tài)提供了方便條件。它們可以共存于同一 個(gè)冷卻系統(tǒng)，或者同一線圈同時(shí)起到懸浮、導(dǎo)向和推進(jìn)的作用。高速長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)牽引系統(tǒng)的構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜。地面牽引系統(tǒng)，供電一個(gè)區(qū)間（長(zhǎng)約30km）區(qū)間又分成許多段（約300-1000 m），每段只有列車(chē)通過(guò)時(shí)供電，各段切換由觸點(diǎn)真空開(kāi)關(guān)完成。為使列車(chē)在段間不沖動(dòng)，需兩組逆變器輪 流供電，其特點(diǎn)為大功率、高壓、大電流。動(dòng)力在地面的優(yōu)勢(shì)有路軌電機(jī)的功率強(qiáng)以及車(chē)輛的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、重量輕。適用于高速和超高速磁懸浮鐵路。日本和加拿大決定發(fā)展這種磁懸浮系統(tǒng)。

列車(chē)動(dòng)能

“常導(dǎo)型”磁懸浮列車(chē)及軌道和電動(dòng)機(jī)的工作原理完全相同。

只是把電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”布置在列車(chē)上，將電動(dòng)機(jī)的“定子”鋪設(shè)在軌道上。通過(guò)“轉(zhuǎn)子”，“定子”間的相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)能。我們知道，電動(dòng)機(jī)的“定子”通電時(shí)，通過(guò)電流對(duì)磁場(chǎng)的作用就可以推動(dòng)“轉(zhuǎn)子”轉(zhuǎn)動(dòng)。不過(guò)耗電量巨大，就像一個(gè)個(gè)電動(dòng)機(jī)鋪滿(mǎn)軌道，當(dāng)向軌道這個(gè)“定子”輸電時(shí)，通過(guò)電流對(duì)磁場(chǎng)的作用，列車(chē)就像電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)著做直線運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)存系統(tǒng)

磁浮技術(shù)分為軌道、車(chē)輛、牽引、運(yùn)行控制四大系統(tǒng)，有16項(xiàng)核心技術(shù)。德國(guó)、日本與中國(guó)為世界上目前有磁浮列車(chē)試驗(yàn)或營(yíng)運(yùn)路線的國(guó)家。

正在測(cè)試項(xiàng)目

——美國(guó)圣迭戈：美國(guó)通用原子公司在圣迭戈建造了一條長(zhǎng)120米的磁懸浮軌道，目的是為聯(lián)合太平洋鐵路公司將要在洛杉磯建造的一條8公里的運(yùn)載線路提供測(cè)試。

——德國(guó)埃姆斯蘭縣：Transrapid擁有31.5公里的軌道，定期運(yùn)行的速度最高達(dá)420公里每小時(shí)。

——日本JR磁?。喝毡狙邪l(fā)的超導(dǎo)體磁浮列車(chē)由東海旅客鐵道（JR東海）和鐵道總合技術(shù)研究所（JR總研）主導(dǎo)。首列實(shí)驗(yàn)列車(chē)JR-Maglev MLX01從1970年代開(kāi)始研發(fā)，并且在山梨縣建造了五節(jié)車(chē)廂的實(shí)驗(yàn)車(chē)和軌道。在2003年12月2日最高速達(dá)到581km/h（361 mph）。在2015年更創(chuàng)下了603/h的速度，創(chuàng)下有車(chē)廂車(chē)輛的陸地極速。

——美國(guó)聯(lián)邦運(yùn)輸管理局（FTA）城市磁浮技術(shù)示范（UMTD）計(jì)劃

——中國(guó)西南交通大學(xué)：2003 年，西南交大在四川成都青山磁懸浮列車(chē)線完工，該磁懸浮試驗(yàn)軌道長(zhǎng) 420 米，主要針對(duì)觀光游客， 票價(jià)低于出租轎車(chē)費(fèi)。

運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)

——日本：日本東部丘陵線

——中國(guó)上海：上海磁浮示范運(yùn)營(yíng)線

——韓國(guó)仁川：仁川機(jī)場(chǎng)磁懸浮線

——中國(guó)長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙中低速磁浮線

建設(shè)中系統(tǒng)

——美國(guó)佐治亞州：Powder Springs：AMT Test Track

——日本：東京-名古屋-大阪 中央新干線

——中國(guó)北京：北京S1號(hào)線

運(yùn)行時(shí)速歷史

1971年：西德，Prinzipfahrzeug，90 km/h

1971年：西德，TR—02（TSST）—164 km/h

1972年：日本，ML100，60 km/h，（載人）

1973年：西德，TR04，250 km/h（載人）

1974年：西德，EET—01，230 km/h（無(wú)人）

1975年：西德，Komet，401.3 km/h（由蒸汽火箭推進(jìn)，無(wú)人）

1978年：日本，HSST—01，307.8 km/h（由蒸汽火箭推進(jìn)，日產(chǎn)汽車(chē)制造，無(wú)人）

1978年：日本，HSST—02，110 km/h（載人）

1979年12月12日：日本，ML—500R，504 km/h（無(wú)人）第一次突破500 km/h

1979年12月21日：日本，ML—500R，517 km/h（無(wú)人）

1987年：西德，TR—06，406 km/h（載人）

1987年：日本，MLU001，400. km/h（載人）

1988年：西德，TR—06，412.6 km/h（載人）

1989年：西德，TR—07，436 km/h（載人）

1993年：德國(guó)，TR—07，450 km/h（載人）

1994年：日本，MLU002N，431 km/h（無(wú)人）

1997年：日本，MLX01，531 km/h（載人）

1997年：日本，MLX01，550 km/h（無(wú)人）

1999年：日本，MLX01，548 km/h（無(wú)人）

1999年：日本，MLX01，552 km/h (載人/5輛編組) 吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)可

2003年：中國(guó)，Transrapid SMT（德國(guó)提供技術(shù)所建設(shè)，第一條商業(yè)運(yùn)行路線），501.5 km/h

2003年：日本，MLX01，581 km/h（載人/3輛編組）吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)可

2015年: 日本，L0，590 km/h（載人/7輛編組）

2015年4月: 日本，L0，603 km/h（載白鼠/7輛編組）

乘坐感官

磁懸浮列車(chē)的車(chē)窗是安全玻璃，乘客可以更好的觀賞窗外的風(fēng)景。 減速玻璃在與車(chē)體接觸的邊緣處有弧度變形，正因?yàn)檫@個(gè)弧度可以使車(chē)外景物在透過(guò)弧度時(shí)發(fā)生變形，從而影響車(chē)內(nèi)乘客的視覺(jué)，產(chǎn)生視覺(jué)上的減速的效果?？焖傩旭倳r(shí)人員會(huì)耳鳴難受心慌心悸，在擋風(fēng)玻璃邊緣都有漸淡的點(diǎn)狀黑色裝飾邊，同樣也起到一定高阻效果。