磁悬浮列车的原理及发展现状.doc

课 程 磁悬浮技术基础 专 业 机 械 电 子 工 程 班 级 机电研0401班 教 师 胡 业 发 姓 名 戴 迎 宏 2005 年 12 月29日 磁悬浮列车的原理及发展现状 摘 要：本文介绍了磁悬浮列车的背景、特点、分类及国外两种代表性的磁悬浮列车：德国的常导磁悬浮列车和日本的超导磁悬浮列车的工作原理, 并介绍日本山梨试验线研究现状，还提到了目前存在的技术以及我国磁悬浮列车的研究和发展现状。 关键词：磁悬浮列车　工作原理 发展现状 0、引言 众所周知, 传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力, 车轮和钢轨之间的相互作用作为运行导向, 由铁路线路承受压力, 借助于车轮沿着钢轨滚动前进的。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起, 使整个列车悬浮在线路上, 利用电磁力进行导向, 并利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的最新颖的第五代交通运输工具。 1、磁悬浮列车的特点 与传统铁路相比, 磁悬浮列车有以下优点： (1) 适于高速运行　磁悬浮列车最大特点在于它没有通常的轮轨系统, 由于消除了与轮轨之间的接触, 不存在由于轮轨摩擦及粘着所造成的诸如极限速度等影响列车运行的问题, 速度可达500 km/h 以上； (2) 稳定安全　列车运行平稳, 能提高旅客舒适度, 由于磁悬浮系统采用导轨结构, 不会发生脱轨和颠覆事故, 提高了列车运行的安全性和可靠性； (3) 污染小, 易维护　悬浮列车在运行中既不产生机械噪声, 也不排放任何废气、废物, 对周 边环境的污染极小, 有利于环境保护, 加上磁悬浮列车由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦组件,可以省去大量维修工作和维修费用； (4) 能充分利用能源、获得较高的运输效率。 另外, 磁悬浮列车可以实现全自动化控制, 因此, 将成为未来最具有竞争力的一种交通工具。 2、磁悬浮列车的分类 2．1　按电磁铁种类 磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型两大类。 (1) 常导吸引型　常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体, 用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小, 在一般情况下, 其悬浮间隙大小在10mm 左右, 这种磁悬浮列车的运行速度通常在300～500 km/h 范围内, 适合于城际及市郊的交通运输。 (2) 超导排斥型　超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术来实现列车与线路之间悬浮运行的, 其悬浮间隙大小一般在100mm 左右, 这种磁悬浮列车低速时并不悬浮, 当速度达到100 km /h 时才悬浮起来。它的最高运行速度可以达到1 000 km/h, 当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬浮列车高得多。 2．2　按悬浮方式 磁悬浮列车按悬浮方式分有电磁吸引式悬浮(electromagnetic suspension, EMS) 和永磁力悬浮(permanent repulsive suspension, PRS ) 及感应斥力悬浮(electrodynamics suspension, EDS)。 (1) EMS 该方式利用导磁材料与电磁铁之间的吸引力, 绝大部分悬浮采用此方式。 (2) PRS 这是一种最简单的方案, 利用永久磁铁同极间的斥力, 一般产生斥力为0. 1MPa。其缺点为横向位移的不稳定因素。 (3) EDS依靠励磁线圈和短路线圈的相对运动得到斥力, 所以列车要有足够的速度才能悬浮起来, 大约为100 km/h, 它不适用于低速。 2．3　按列车的驱动方式 (1) 长转子、短定子异步直线电机驱动　这种电机的“定子”安装在车辆的底部,“转子”线圈安装在轨道上。它适合于低速运行。 (2) 长定子、短转子同步直线电机驱动　此方式是将电机的“转子”线圈装在车辆上,“定子”线圈装在轨道上。它适合于高速运行。 3、两种磁悬浮列车的工作原理 国际上有代表性的几种磁悬浮列车有：高速常导磁悬浮列车, 低速常导磁悬浮列车以及高速超导磁悬浮列车。高速常导磁浮车为德国研制的TR (transrapid) 系列；低速常导磁浮车为日本研制的HSST系列；高速超导磁浮车为日本研制MLU系列。 3．1 德国的常导磁悬浮列车 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10毫米，是通过一套高精