磁悬浮列车

磁悬浮列车有没有车轮?如果没有,它怎么前进,靠磁力?

  磁悬浮列车是一种没有车轮的陆上无接触式有轨交通工具,时速可达到500公里。它的原理,是利用常导或超导电磁铁与感应磁场之间产生相互吸引或排斥力,使列车“悬浮”在轨道上面或下面,作无摩擦的运行,从而克服了传统列车车轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,并且具有启动、停车快和爬坡能力强等优点。

  早在1922年,德国的赫尔曼•肯珀(Hermann Kemper)就提出了电磁悬浮原理,并在1934年申请了磁浮列车的专利,并由此开始为人类编织一个高速乘行的梦想。人们对速度追求的目光,因而转向摩擦阻力大大减小的磁悬浮从技术的角度上来说,磁悬浮并不如量子计算机之类的发明高深。用一小块磁铁,再随便个钉子什么的,就可以轻易的让我们体会到磁力产生的吸引力和排斥力。当然,这种悬浮只是示意性的,很难达到稳定的状态。科学家的创想不是我们用一块简单的磁铁就可以摆弄出来的。

  数十年的发展,时至今日,磁悬浮技术形成了分别以德国和日本为代表的两大研究方向——EMS系统和EDS系统。德国认准的EMS(常导磁吸型)系统,是利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸附上来悬浮运行。日本看好的EDS(排斥式悬浮)系统,则是用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行。目前两种车型都达到了500公里左右的时速,两种方案都切实可行,孰优孰劣,也确实难分高下。

  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使车辆浮起来。

  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,由于它与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。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。

  它是21 世纪理想的超级特别快车,世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前,我国和日本、德国、英国、美国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验,即将进入实用阶段,运行时速可达500 千米以上。
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