[科普中国]-常导磁悬浮

常导磁悬浮是用于高速磁悬浮列车的一种技术。常导磁悬浮采用直流电磁铁与良导磁材料之间的电磁吸力，借助自动闭环控制实现。

常导磁悬浮简介目前悬浮系统的设计可以分为两个方向：常导型和超导型。

常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车 Transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，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400~500km/h，适合于城市间的长距离快速运输。

超导型又称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100mm左右，速度可达500km/h以上。1

从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。

EMS即常导磁悬浮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10mm，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。由于悬浮和导向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。

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25mile/h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。超导磁悬浮列车的主要特征就是其超导元件所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁悬浮列车要处理的是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。2

磁悬浮列车的优点磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400~500km/h，超导磁悬浮列车可达500~600km/h，它的高速度使其在1000~1500km的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电30%。在500km/h的速度下，每座位km的能耗仅为飞机的1/3~1/2，比汽车也少耗能30%。无轮轨接触，震动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪声很低。它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。采用电力驱动，避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。磁悬浮列车一般以4.5m以上的高架通过平地或翻越山丘，从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。磁悬浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。3

超导磁悬浮和常导磁悬浮比较走行部两个系统走行部的特点可以概括如下表所示。

由于日本超导磁悬浮系统的超导磁体没有冗余，为了保证磁悬浮列车的使用效率，就要求超导磁体有很高的可靠性。超导磁体的失超问题，是影响到车能否正常安全运行的关键问题。经过近十年的研究，已找到产生失超的原因，并在试验室条件下进行了研究和证实，从根本上消除了失超的可能性。超导磁体平均无故障时间已达到10万小时以上。在山梨试验线磁悬浮列车上使用了三个公司提供的超导磁体，到目前为止均未出现失超现象。失超现象的解决，使超导磁悬浮铁路向实用化迈进了一大步。

牵引制动系统日本的超导磁悬浮铁路的牵引制动系统以长定子同步直线电机为基础，与德国的 Transrapid系统的长定子牵引制动系统相比，既有相似点，又有不同点，其特点比较见表下表：

在宫崎试验线上，曾经试验过一段将长定子线圈结合在悬浮/导向的8字形线圈中的方案，证明是可行的。但当时山梨线已选定驱动线圈与8字形线圈分别设置的方案，所以新方案未在山梨线采用。在将来新建的磁悬浮线路上采用驱动、悬浮和导向三种功能合一的线圈，可以降低线路造价，这是改进超导磁悬浮铁路经济性的重要措施之一。4

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学