磁悬浮列车技术发展路线研究
2017年第24卷第6期
技术与市场技术研发磁悬浮列车技术发展路线研究
张杨，吴超
(中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲41001)
摘要：阐述了国内外磁悬浮列车的主要技术研究路线，研究了国内外主要从事磁悬浮技术研究的科研机构与技术特 点，旨在促进我国磁悬浮交通装备产业发展。
关键词：磁浮列车；技术发展；研究
doi：10. 3969/j.issn.1006 - 8554. 2017.06.036
〇引言
磁悬浮列车是根据电磁学原理，利用磁力悬浮与线性驱动 的方法，实现悬浮、导向和推进列车的新型交通工具，据相关机 构统计，磁浮列车在速度上可覆盖100 ~ 600 km/h范围，500 km/h速度下每座位.公里能耗仅为飞机1/3 ~ 1/2,300 k m/h 速度下能耗比I C E高速列车低33%，由于没有机械传动及轮轨 接触，在噪音及振动等方面也表现极佳。正是因其诸多方面的 优势，国内外相关机构开展了大量磁浮列车技术研究。在国际 范围内，开展过磁悬浮列车研究的国家主要有德国、日本、美国 和中国。
1国外磁悬浮列车的发展现状
1.1 超导磁悬浮技术
日本在磁浮列车发展上选择了电动磁浮方式，采用超导材 料作为励磁材料，车辆在轨道上运行时，通过车上移动电磁铁 的作用，使地面悬浮感应线圈产生感应电流及感应磁场，依靠 感应磁场和车上电磁铁的相互作用使车辆悬浮起来，悬浮气隙 可达100 m m。其构建的M L U系统设计速度为500 km/h，2015 年4月，山梨试验线的超导磁浮列车进行载人试验，最高时速 达到663 k m/h,刷新了地面轨道交通工具的最高速度记录。由于其悬浮力必须在一定速度下方能实现，因此只有在速度大于 120 km/h之后才能产生足够的悬浮力使列车起浮，而在低速 范围内仍需依赖车轮支撑运行。因此，这种方式不适合站间距 短、需要频繁启动停车的城市轨道交通系统；同时由于其超导 材料需要在特殊条件下进行管理维护，费用高昂。
1.2 常导磁悬浮技术
德国在技术路线上选择了与日本不同的电磁悬浮方式，采 用普通导电材料作为励磁材料，依靠安装在车体上的电磁铁和 轨道铁轨之间的吸引力使车辆悬浮。其构建的T R系统设计速 度500 k m/h,能实现静止状态下的悬浮；由于悬浮间隙通常为 8 ~ 12 m m，需要动态间隙检测和悬浮控制系统以维持动态间隙 在允许波动范围内。
1.3永磁悬浮技术
美国采用永磁悬浮方式，通过导轨上铺设的直线同步电机线圈来推动，导轨边的供电系统输送可变频率交流电到导轨上 线圈产生移动磁场与车上磁体相互作用而移动，交流电流的频 率控制列车移动速度。其构建的M a g p la n e系统采用弧形断面 轨道来同时提供悬浮和导向力，悬浮间隙为5 ~ 15 m m。与日 本技术类似，车体开始运行时由车轮支撑，轨道两侧的铝制导 轨内产生涡流，当时速达到20 k m以上时实现悬浮。
1.4真空管道磁悬浮技术
美国电动汽车特斯拉和美国科技公司E T3都公布了“真 空管道运输”计划，特斯拉称其为“H y p e r io p”或“超级高铁”
E T3称之为“胶囊高铁”单体重183 k g,长约4. 87m,可以容纳
4 ~6名乘客，预计能达到1 200 km/h的速度，主要分为高架低 真空磁悬浮列车和地下真空管道磁悬浮列车。
2我国磁悬浮列车的发展现状
早期国内相关科研机构如国防科技大学、西南交通大学、同济大学、铁科院等开展了相关试验研究工作，并研制了单悬 浮架试验台及原型样车。
21世纪初我国引进德国高速磁悬浮技术，建设了上海高 速磁悬浮交通示范运营线，成立了国家磁浮交通工程技术研究 中心，开展磁悬浮交通技术的自主研究，实现了上海线线路轨 道技术国产化，并在同济大学嘉定校区建成“三个一”高速磁 悬浮试验系统（含一条1.5 k m轨道，一列两节编组磁悬浮车和 一套牵引及运控系统，简称三个一）。在技术转移基础上，主持 研制了我国首列高速磁悬浮国产化样车（四节编组）并投人上 海线示范运行，还实现了高速磁悬浮道岔、定子铁心和线圈国 产化。国家磁浮中心还与上海磁浮公司合作，开发了上海高速 磁浮列车关键设备的备品备件，逐步实现进口替代。目前，西 南交大也正在开展真空管道磁悬浮列车研究。
北京控股磁浮发展有限公司与国防科大、唐山机车车辆有 限公司合作，2008年建设了唐山中低速磁浮试验线路，并研制 了原理性样车。2006年开始，中车株洲电力机车有限公司，联 合株洲电力机车研究所、株洲电机公司、西南交通大学试，开展 磁悬浮列车技术研究。2012年成功3车编组中低速磁悬浮列 车样车一“追风者”号，在株洲建设了 1.6 k m试验线，全盘掌握
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磁悬浮列车技术 论文
磁悬浮列车技术 苏州科技学院天平学院陈耀1330117102 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统
导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。（EMS）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排斥产生悬浮。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排斥力，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，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上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25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。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。
上海磁悬浮列车中英双版
上海磁悬浮列车 磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说，排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使列车悬浮起来。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体（N极）被轨道上靠前一点的电磁体（S极）所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥——结果是一“推”一“拉”。磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙（一般为1—10cm），因此运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。磁悬浮列车的使用寿命可达35年，而普通轮轨列车只有20—25年。磁悬浮列车路轨的寿命是80年，普通路轨只有60年。此外，磁悬浮列车启动后39秒内即达到最高速度，目前的最高时速是552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达1000公里。而一般轮轨列车的最高时速为350公里。 “常导型”磁悬浮列车 世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力是车辆浮起来。 列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。 悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它于列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。 列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N 极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。 稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。 “常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼?肯佩尔于1922年提出。 “常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。
中国磁悬浮列车原理
磁悬浮列车 1.磁悬浮技术的原理 磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。 2.磁悬浮技术的应用 国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和中国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。 国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。 目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。 2009年8月，参观者在北京看磁悬浮列车轨道，北京城建设计研究总院的总工杨秀仁透露，北京正在做一条磁悬浮线的长期规划———通往门头沟的S1轨道线路正在筹划，计划采用中国自主研发的磁悬浮技术。而由北京控股磁悬浮技术发展有限公司和国防科技大学合作的中低速磁浮列车，是中国唯一具有完全自主知识产权的磁悬浮列车。 3.磁悬浮技术的前景 随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，经过多年的研究工作，国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展。但是不论是在理论还是在产品化的过程中，该项技术都存在很多的难题，其中磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统，它的实现需要运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。 磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理，研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数；进行以磁悬浮轴
磁悬浮列车发展史
磁悬浮列车发展史 磁悬浮列车 2003-12-31 磁悬浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”号蒸气机车问世以来铁路技术最根本的突破。磁悬浮列车在今天看似乎还是一个新鲜事物，其实它的理论准备已有很长的历史。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。进入70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。而美国和前苏联则分别在七八十年代放弃了这项研究计划，目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究，并均取得了令世人瞩目的进展。下面把各主要国家对磁浮铁路的研究情况作一简要介绍。 日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。1972年首次成功地进行了2.2吨重的超导磁浮列车实验，其速度达到每小时50公里。1977年12月在宫崎磁浮铁路试验线上，最高速度达到了每小时204公里，到1979年12月又进一步提高到517公里。1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1995年，载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。为了进行东京至大阪间修建磁浮铁路的可行性研究，于1990年又着手建设山梨磁悬浮铁路试验线，首期18.4公里长的试验线已于1996年全部建设完成。 德国对磁浮铁路的研究始于1968年（当时的联邦德国）。研究初期，常导和超导并重，到1977年，先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆，试验时的最高时速达到400公里。后来经过分析比较认为，超导磁浮铁路所需的技术水平太高，短期内难以取得较大进展，遂决定以后只集中力量发展常导磁浮铁路。1978年，决定在埃姆斯兰德修建全长31.5公里的试验线，并于1980年开工兴建，1982年开始进行不载人试验。列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300公里，1984年又进一步增至400公里。目前，德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟。 与日本和德国相比，英国对磁浮铁路的研究起步较晚，从1973年才开始。但是，英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。1984年4月，伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业。旅客乘坐磁浮列车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒钟。令人遗憾的是，在1995年，这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了
磁悬浮论文
毕 业 论 文 作者：张朋磊
磁悬浮列车的轨道施工工艺 第1章：磁悬浮铁路轨道梁初探 (3) 第2章：板式无碴轨道 (10) 第3章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工 (16) 附：参考文献 (16)
第一章：磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探 轨道梁是磁悬浮铁路的重要组成部分，也是在磁悬浮铁路的一上木上程部分技术难度最大的。本文结合国内外磁悬浮铁路的现状及京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究，对磁悬浮铁路轨道梁做了些初步探讨。 1概述 磁悬浮铁路系统是一种新型的有导向轴的交通系统。 磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统锐路的支承、导向和牵引功能。由于运行的磁悬浮列车和线路之间无机械接触，从根本上突破了轮轨铁路中轮轨关系和弓轨关系的约束，而磁悬浮列车可以比轮轨铁路更经济地达到较高的速度( 400^-500km/h ), 对环境的影响较小。低速运行的磁悬浮列车，在环境保护方而也比其他公共交通具有明显优势。 目前达到或接近应用水平的磁悬浮铁路系统，集中在德国和日本。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计参照的是德国的标准，以下就结合德国磁悬浮铁路和京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计对磁悬浮轨道梁做些初步探索。 磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能，在支承磁悬浮列车运行的结构(一般称为轨道梁)_卜完成列车的导向、牵引等功能的构件一般称为功能件，主要包括长定子(卜而)、支承滑行轨([们)及侧向导轨，长定子用一于提供支承力(吸力)和牵引力，支承滑行轨用于列车降落时提供接触支承滑行轨面，侧向轨土要
用于控制列车运行方向。山于磁悬浮列车车体结构是固定不变的，所以轨道梁上功能件的位置是严格固定的，轨道梁设计时，其结构尺寸严格受到此条件的限制。 根据支承梁的结构形式和功能区与支承梁的连接方式，目前研究较成熟的轨道梁主要有以下几种结构形式;钢结构轨道梁(土要跨径24. 768m , 30. 960m )钢筋混凝土板轨道(土要跨径6. 192m);钢筋混凝上二型轨道梁(土要跨径12. 384m);钢和预应力混凝上复合型轨道梁(土要跨径24.768m.30. 960m ) ;预应力混凝上轨道梁(主要跨径为24. 768m )。受功能件模块化的影响，轨道梁的长度严格按功能件的长铁芯定子〔标准长度为1. 032m)的整数倍取值。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究时轨道梁的长度模数采用了6个铁芯定子长度(即 6. 192m )轨道梁跨度(梁缝中心线的长度)般为6. i920m, 12. 3840m, 18. 5760m、24.7680m、30. 9600m、37.1520m。 2.德国磁悬浮线轨道梁概况
磁悬浮列车主要由悬浮系统
磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，见图3。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍。 悬浮系统：目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。 电磁悬浮系统（EMS）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10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上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。 电力悬浮系统（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25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。 超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。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。
磁悬浮列车的工作原理
超导磁悬浮列车的工作原理 超导磁悬浮列车工作时主要利用了磁性物质同性排斥异性吸引的基本原理,从而最终达到了列车悬浮在车轨上方,列车在磁力的牵引下高速前行,列 车在高速前行过程中自动调整姿势以避免倾斜的目的. 首先,对于列车之所以能够悬浮在轨道上方做简单说明:磁铁有同性相斥 和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁 同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导电磁铁 形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行 的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬 浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上 方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁 铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力 平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 那么，磁体间为什么能产生如此强大的磁场而最终让沉重的车厢悬浮起 来呢？在演示实验中我们用的是极冷的液氮冷却那种放在车厢底部的超导元 件办到的。超导元件在相当低的温度下具有的完全导电性和完全抗磁性。而 实际运用的超导磁体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。。超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料 的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。 其次，磁悬浮列车的高速前进也是利用电磁体间的磁力完成的。 简单的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为 电磁铁。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列 车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁 体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极） 所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就 是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电 磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈 里流动的交流电的频率和电压。 具体地讲超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集 成设备，而列车的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，正是这
大学物理论文磁悬浮列车
德日高速磁悬浮列车 摘要：自德国工程师赫尔曼■肯佩尔提出了电磁悬浮原理，磁悬浮技术的研究就在国际范围内如火如荼的进行着。磁浮技术在交通方面的应用体现在高速磁悬浮列车的出现。现阶段超高速磁浮技术主要有以以日本为代表的超导超高速磁浮铁路MLX技术、德国常导超高速磁浮铁路TR技术。本文主要介绍这两种技术的技术特点，分析他们的能耗等各方面性质，并提出我国下阶段的磁浮研究方向。 关键词：MLX技术、TR技术、电磁吸引式悬浮、侧壁电动式悬浮 磁悬浮列车的概述 很早以前，人们就希望列车能与轨道脱离接触，以解除轮轨车辆的振动与磨损带来的烦恼。自20世纪初德国工程师赫尔曼?肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利以来，人类一直在探索将这一原理应用到地面轨道交通的途径。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始进行磁悬浮运输系统的开发。由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，故其几乎没有轮、轨之间的摩擦。磁悬浮列车有其不可替代的优势：运行速度快，能超过500千米/小时，运行平稳、舒适，易于实现自动控制；它以电为动力，不排出有害的废气，有利于环境保护；可靠性大、维修简便、成本低，可节省建设经费，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有65分贝，是一种名副其实的绿色交通工具。 正因为磁浮列车在交通方面有着如此的优势，国际上有关磁悬浮列车的研究正如火如荼地进行着。20世纪末，经过多个国家长期的试验研究逐渐形成以日本为代表的超导超高速磁浮铁路MLX技术、德国常导超高速磁浮铁路TR技术以及日本主要用于中短途客运的中低速地面运输系统HSST技术。下面主要介绍以德日为代表的两种高速磁浮铁路技术。 日本德国超高速磁浮铁路的比较 目如日本超导超局速磁浮铁路MLX技术和德国常导超局速磁浮铁路TR技术是超高速磁浮铁路领域最具代表性的技术。二者有他们独特的技术特点，在某些方面都有其较高的造诣。 1、超导原理比较[1] ?日本MLX技术 日本超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型。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。其最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。 超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的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，正是这种推力推动列车前进。同时，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，就能精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。?德国TR技术 德国常导型列车也称常导磁吸型，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。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就象是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起到电枢的作用，它就象同步直线电动机的长定子绕组。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
磁悬浮列车技术论文
磁悬浮列车技术论文 Revised by Liu Jing on January 12, 2021
磁悬浮列车技术 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的
推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。 悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。图4给出了两种系统的结构差别。（EMS）是一种吸力悬浮系统，是结 作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，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 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25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。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。 超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列
磁悬浮列车原理
第九篇磁悬浮列车原理 §9.1磁悬浮列车综述 你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，如果你家住在西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！ 其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。
磁悬浮列车技术发展路线研究
2017年第24卷第6期 技术与市场技术研发磁悬浮列车技术发展路线研究 张杨，吴超 (中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲41001) 摘要：阐述了国内外磁悬浮列车的主要技术研究路线，研究了国内外主要从事磁悬浮技术研究的科研机构与技术特 点，旨在促进我国磁悬浮交通装备产业发展。 关键词：磁浮列车；技术发展；研究 doi：10. 3969/j.issn.1006 - 8554. 2017.06.036 〇引言 磁悬浮列车是根据电磁学原理，利用磁力悬浮与线性驱动 的方法，实现悬浮、导向和推进列车的新型交通工具，据相关机 构统计，磁浮列车在速度上可覆盖100 ~ 600 km/h范围，500 km/h速度下每座位.公里能耗仅为飞机1/3 ~ 1/2,300 k m/h 速度下能耗比I C E高速列车低33%，由于没有机械传动及轮轨 接触，在噪音及振动等方面也表现极佳。正是因其诸多方面的 优势，国内外相关机构开展了大量磁浮列车技术研究。在国际 范围内，开展过磁悬浮列车研究的国家主要有德国、日本、美国 和中国。 1国外磁悬浮列车的发展现状 1.1 超导磁悬浮技术 日本在磁浮列车发展上选择了电动磁浮方式，采用超导材 料作为励磁材料，车辆在轨道上运行时，通过车上移动电磁铁 的作用，使地面悬浮感应线圈产生感应电流及感应磁场，依靠 感应磁场和车上电磁铁的相互作用使车辆悬浮起来，悬浮气隙 可达100 m m。其构建的M L U系统设计速度为500 km/h，2015 年4月，山梨试验线的超导磁浮列车进行载人试验，最高时速 达到663 k m/h,刷新了地面轨道交通工具的最高速度记录。由于其悬浮力必须在一定速度下方能实现，因此只有在速度大于 120 km/h之后才能产生足够的悬浮力使列车起浮，而在低速 范围内仍需依赖车轮支撑运行。因此，这种方式不适合站间距 短、需要频繁启动停车的城市轨道交通系统；同时由于其超导 材料需要在特殊条件下进行管理维护，费用高昂。 1.2 常导磁悬浮技术 德国在技术路线上选择了与日本不同的电磁悬浮方式，采 用普通导电材料作为励磁材料，依靠安装在车体上的电磁铁和 轨道铁轨之间的吸引力使车辆悬浮。其构建的T R系统设计速 度500 k m/h,能实现静止状态下的悬浮；由于悬浮间隙通常为 8 ~ 12 m m，需要动态间隙检测和悬浮控制系统以维持动态间隙 在允许波动范围内。 1.3永磁悬浮技术 美国采用永磁悬浮方式，通过导轨上铺设的直线同步电机线圈来推动，导轨边的供电系统输送可变频率交流电到导轨上 线圈产生移动磁场与车上磁体相互作用而移动，交流电流的频 率控制列车移动速度。其构建的M a g p la n e系统采用弧形断面 轨道来同时提供悬浮和导向力，悬浮间隙为5 ~ 15 m m。与日 本技术类似，车体开始运行时由车轮支撑，轨道两侧的铝制导 轨内产生涡流，当时速达到20 k m以上时实现悬浮。 1.4真空管道磁悬浮技术 美国电动汽车特斯拉和美国科技公司E T3都公布了“真 空管道运输”计划，特斯拉称其为“H y p e r io p”或“超级高铁” E T3称之为“胶囊高铁”单体重183 k g,长约4. 87m,可以容纳 4 ~6名乘客，预计能达到1 200 km/h的速度，主要分为高架低 真空磁悬浮列车和地下真空管道磁悬浮列车。 2我国磁悬浮列车的发展现状 早期国内相关科研机构如国防科技大学、西南交通大学、同济大学、铁科院等开展了相关试验研究工作，并研制了单悬 浮架试验台及原型样车。 21世纪初我国引进德国高速磁悬浮技术，建设了上海高 速磁悬浮交通示范运营线，成立了国家磁浮交通工程技术研究 中心，开展磁悬浮交通技术的自主研究，实现了上海线线路轨 道技术国产化，并在同济大学嘉定校区建成“三个一”高速磁 悬浮试验系统（含一条1.5 k m轨道，一列两节编组磁悬浮车和 一套牵引及运控系统，简称三个一）。在技术转移基础上，主持 研制了我国首列高速磁悬浮国产化样车（四节编组）并投人上 海线示范运行，还实现了高速磁悬浮道岔、定子铁心和线圈国 产化。国家磁浮中心还与上海磁浮公司合作，开发了上海高速 磁浮列车关键设备的备品备件，逐步实现进口替代。目前，西 南交大也正在开展真空管道磁悬浮列车研究。 北京控股磁浮发展有限公司与国防科大、唐山机车车辆有 限公司合作，2008年建设了唐山中低速磁浮试验线路，并研制 了原理性样车。2006年开始，中车株洲电力机车有限公司，联 合株洲电力机车研究所、株洲电机公司、西南交通大学试，开展 磁悬浮列车技术研究。2012年成功3车编组中低速磁悬浮列 车样车一“追风者”号，在株洲建设了 1.6 k m试验线，全盘掌握 101
2020年公务员考试常识积累：磁悬浮列车
2020年公务员考试常识积累：磁悬浮列车 磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。简单地说，从内部技术而言，两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。从外部表象而言，两者存在着速度上的区别：超导型磁悬浮列车最高时速可达500公里以上（高速轮轨列车的最高时速一般为300—350公里），在1000至1500公里的距离内堪与航空竞争；而常导型磁悬浮列车时速为400～500公里，它的中低速则比较适合于城市间的长距离快速运输。 磁悬浮列车原理 磁悬浮列车利用电磁体“同性相斥”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。 磁悬浮列车由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路。 另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。 相关介绍 磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此只有空气的阻力。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。2009年6月15日，国内首列具有完全自主知识产权
磁悬浮列车技术论文
磁悬浮列车技术 【摘要】:磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。不同于传统列车利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进。磁悬浮列车运行时与轨道保持10mm或者100mm的间隙，从根本上克服了传统列车轮轨黏着限制、机械噪声和磨损等问题，是一种新型的运载工具，其时速远远超过传动列车。 【关键词】：悬浮、推进、导向、创新 【正文】 一、工作原理 磁悬浮列车利用电磁体“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，让具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三分所采用的技术进行介绍。 导向系统 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。 悬浮系统 目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。 图4给出了两种系统的结构差别。（EMS） 辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力，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，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外
磁悬浮列车运行原理
磁悬浮列车运行原理 磁悬浮列车是现代高科技发展的产物。其原理是利用电磁力抵消地球引力，通过直线电机进行牵引，使列车悬浮在轨道上运行（悬浮间隙约1厘米）。其研究和制造涉及自动控制、电力电子技术、直线推进技术、机械设计制造、故障监测与诊断等众多学科，技术十分复杂，是一个国家科技实力和工业水平的重要标志。它与普通轮轨列车相比，具有低噪音、无污染、安全舒适和高速高效的特点，有着“零高度飞行器”的美誉，是一种具有广阔前景的新型交通工具，特别适合城市轨道交通。磁悬浮列车按悬浮方式不同一般分为推斥型和吸力型两种，按运行速度又有高速和中低速之分，这次国防科大研制开发的磁悬浮列车属于中低速常导吸力型磁悬浮列车。 磁悬浮列车的种类 磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车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可达每小时400～500公里，适合于城市间的长距离快速运输。而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，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100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标，德国青睐前者，集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者，全力投入高速超导磁悬浮技术之中。 德国和日本是世界上最早开展磁悬浮列车研究的国家，德国开发的磁悬浮列车Transrapid于1989年在埃姆斯兰试验线上达到每小时436公里的速度。日本开发的磁悬浮列车MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨县的试验线上创造出每小时550公里的世界最高纪录。德国和日本两国在经过长期反复的论证之后，均认为有可能于下个世纪中叶以前使磁悬浮列车在本国投入运营。
电磁悬浮技术及应用论文
考试序列号 课程设计 课程名称物理学在工程中的应用题目名称电磁悬浮技术及应用 学生学院 专业班级 学号 学生姓名_ 指导教师__ _____ 联系方式 2011年 4 月18 日
电磁悬浮技术及应用 青蛙是一种两栖动物，有时它们会静静地漂浮在水中，这并不稀奇，但是你见过青蛙漂浮在空气中吗? 当青蛙在水中的时候，受到水的浮力，这个力的大小刚好和它自身所受的重力抵消，它就浮在水中。空气不可能提供给青蛙足够支撑重力的浮力，除非还受到别的什么力，青蛙才可能悬浮在空气中。这种力是否存在呢?这就是我这篇论文要说的原理----磁悬浮力。现在科学家已经在实验室中实现了用很强的磁场给青蛙以向上的推力，来抵消地球的引力，使它浮起来。 说到这里就有一个疑问了，青蛙是不带磁性的，因为它不像磁铁那样能够吸在冰箱的门上，那么磁场怎样对它产生力呢?这个问题我要在论文最后才能给出答案。现在，我先介绍一下电磁悬浮技术。 电磁悬浮的原理是利用高频电磁场在金属中产生涡流，进而产生洛伦兹力来实现悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈内时，由于电磁感应现象，会在金属表面产生高频感应电流，并形成闭合回路，称为涡流。这一涡流使金属样品在磁场中受到一个洛伦兹力的作用。通过合理设计悬浮线圈的结构，可以使样品上洛伦兹力的合力方向与重力方向相反，再通过调节高频电源的功率使悬浮力与重力相等，即可实现金属样品的悬浮。 自从1922年德国工程师赫尔曼肯佩尔提出了电磁悬浮原理后，人类开始探索电磁悬浮的奥秘，研制方向主要放在磁悬浮列车方面。 磁悬浮列车是一种靠磁的吸引力或排斥力来减小摩擦阻力的列
车。由于轨道的磁力，列车行进时悬浮在空中，不接触轨道，因此没有与轨道的摩擦阻力，只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度能够达到500km/h以上，而且可以大大减少噪声，人们希望它是将来除飞机之外的另一种快速交通工具。 利用吸引力提起物体，利用排斥力托起物体，两种力都能够使物体处于悬浮状态。目前，世界上的磁悬浮列车主要就是推斥式和吸力式这两种“悬浮”形式。利用磁的吸引力使车辆浮起来的磁悬浮列车，用的是T形导轨，车辆的两侧下部向导轨的两边环抱，导轨底部安有钢板，在车辆的下部装有金属线圈，当电流从线圈中流过时，能产生磁场，这就是电磁铁。钢板在上，电磁铁在下，电磁铁的强大磁力吸引车辆向上，吸引力与车辆重力平衡时，车辆就悬浮在导轨的上方。推斥式的轨道是U形的。当列车向前运动时，车辆下面的电磁铁就使埋在轨道内的线圈中产生感应电流，使轨道内线圈也变成了电磁铁，而且它与车辆下的电磁铁产生相斥的磁力，把车辆推离轨道。 几个国家研制的磁悬浮列车有多种形式。德国于1971年研制成常导电磁铁吸引式磁悬浮试验车；英国于1984年建成低速磁力悬浮式铁路；日本于1987年制成了超导体磁悬浮列车，最高速度为420km/h。目前，美国正在研制用超导方式行驶的地下真空磁悬浮超音速列车，设计最高速度为2.25xl04km/h，只需要21min便可横穿美国大陆。 2002年建成的上海磁悬浮列车采用的是德国技术。2005年建成的我国第一条永磁悬浮列车在大连问世，采用的是我国自主创新的
磁悬浮的前景展望
1真空磁悬浮列车 目前，西南交通大学牵引动力国家重点实验室课题组正在积极研发试验真空管道高速交通。在未来两三年内，实验室将推出时速600～1000千米的真空磁悬浮列车实验模型，10年之后可能投入运行。根据现在的理论研究，这种列车最高时速可达到2万千米。 2声悬浮 声悬浮是通过声音压力波使物质悬浮在稀薄的空气中。和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。声悬浮现象最早是1886年被发现的，随着航天技术的进步和空间资源的开发利用，声悬浮逐渐发展成为一项很有潜力的无容器处理技术.声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。 3.发展前景问题 由于磁悬浮系统以电磁力完成悬浮、向导和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需要很长时间的运行考验。常导磁悬浮技术的悬浮高度降低，因此对线路的平整度、路基下沉量级道岔结构方面的要求较超导技术更高。超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导轨技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。每一种新的交通工具的间世, 都极大地推动着社会的进步。回顾交通工具发展史, 我们发现汽车极大地方便了人们的生活,但长途运输能力差, 且日益增多的汽车数量使交通拥挤堵塞现象越来越严重，常规轮轨列车的运输量大, 但运行速度慢, 运行噪声大, 爬坡能力低, 高速轮轨列车要求轨道有很高的平整度, 在高速运行时, 能量消耗大, 铁轨和车轮的磨损很严重, 从而导致维修费用昂贵。飞机运行速度快, 但运精量小, 且事故往往是致命性的，磁悬浮列车是一种新的交通工具, 相对而言, 它有多方面的优点, 如高速, 运输量大, 安全,舒适, 无噪声等。综合各种因素，就目前而言，磁悬浮的发展是最有潜力，最有发展必要的。 纵览磁悬浮列车在世界上的发展状况, 一可以看到由于磁浮运输系统具有无轮轨接触、速度高、噪音小、能耗少、维持费用低、安全舒适等一系列优点, 使磁悬浮列车特别适于城市间或城市内的中短途交通运输, 并将成为介于传统火车、汽车与飞机之间的一种有力运输工具、日、英、美、加、苏等) 都已经或正在考虑将磁悬浮列车投入实际运营 世界上已开发的主要磁悬浮列车的发展现状及其速度适应范围归纳于表 磁悬浮技术在中国的前景 一：与发达国家相比, 我国磁悬浮系统的研发和建设环境具有以下特点： (1)技术上. 我国磁悬浮技术的研发起步较晚, 尤其是工程层面的工作.不过, 我国通过中德技术合 作于2003年建成了世界上第一条商用高速磁悬浮线路, 即上海浦东机场线, 极大地推动了 我国磁悬浮技术的研发.在引进、消化、吸收的基础上, 我国已经逐步具备了再创新的能力. 例如, 20 世纪90 年代以来, 原国家科委正式将“中低速磁悬浮列车关键技术研究”列入“八五”国家科技攻关计划, 由铁道科学研究院牵头, 国防科技大学、中科院电工所、西南交通