高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車工作原理

高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)擁有 無源自穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能、無化學(xué)和噪聲污染、安全舒適、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)， 是理想的新型軌道交通工具，適用于多種速度域，尤其適合高及超高速線路的運(yùn)行；其為具有自懸浮、自導(dǎo)向、自穩(wěn)定特征的高溫超導(dǎo)磁浮交通技術(shù)，是面向未來發(fā)展、應(yīng)用前景廣闊的新制式軌道交通方式。

時(shí)速600

該技術(shù)擬首先在大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)工程化， 預(yù)期運(yùn)行速度目標(biāo)值大于600km/h，可望創(chuàng)造在大氣環(huán)境下陸地交通的速度新紀(jì)錄。下一步結(jié)合未來真空管道技術(shù)，開發(fā)填補(bǔ)陸地交通和航空交通速度空白的綜合交通系統(tǒng)，將為遠(yuǎn)期向1000km/h以上速度值的突破奠定基礎(chǔ)，從而構(gòu)建陸地交通運(yùn)輸?shù)娜履Ｊ?，引發(fā)軌道交通發(fā)展的前瞻性、顛覆性變革。

世界首臺(tái)高溫超導(dǎo)高速磁浮工程試驗(yàn)線位于西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，驗(yàn)證段全長165米，可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)高速磁浮樣車的懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動(dòng)等基本功能，以及整個(gè)系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，滿足后期研究試驗(yàn) 。這標(biāo)志著高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化研究實(shí)現(xiàn)從無到有的突破將對(duì)我國軌道交通現(xiàn)代化事業(yè)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

誕生于西南交通大學(xué)

高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)作為革命性的交通技術(shù)創(chuàng)造，首先誕生于西南交通大學(xué)。

學(xué)校從上世紀(jì)80年代啟動(dòng)磁浮研制；40年來，經(jīng)過幾代人的不懈努力與艱苦奮斗，建立起了高溫超導(dǎo)磁浮電磁熱力耦合模型，形成了車載高溫超導(dǎo)體永磁軌道相互作用理論，構(gòu)建了高溫超導(dǎo)磁浮車軌耦合動(dòng)力學(xué)模型，突破了大載重、高速高溫超導(dǎo)懸浮技術(shù)，掌握了高溫超導(dǎo)高速磁浮列車及其運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。

2020年開始，學(xué)校聯(lián)合中國中車、中國中鐵等單位協(xié)同攻關(guān)，共同開展高溫超導(dǎo)磁浮工程化樣車和試驗(yàn)線的工程化實(shí)踐，成功建立了高溫超導(dǎo)高速磁浮列車系統(tǒng)集成技術(shù)。

根據(jù)磁懸浮列車所采用的電磁鐵種類可以分為常導(dǎo)吸引型和超導(dǎo)排斥型兩大類。常導(dǎo)吸引和超導(dǎo)排斥 型

磁浮列車常導(dǎo)吸引型

常導(dǎo)吸引型磁懸浮列車是以常導(dǎo)磁鐵和導(dǎo)軌作為導(dǎo)磁體，用氣隙傳感器來調(diào)節(jié)列車與線路之間的懸浮間隙大小，在一般情況下，其懸浮間隙大小在10 mm 左右，這種磁懸浮列車的運(yùn)行速度通常在300-500 km/h 范圍內(nèi)，適合于城際及市郊的交通運(yùn)輸。

磁浮列車超導(dǎo)排斥型

超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車是利用超導(dǎo)磁鐵和低溫技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)列車與線路之間懸浮運(yùn)行，其懸浮間隙大小一般在100mm左右，這種磁懸浮列車低速時(shí)并不懸浮，當(dāng)速度達(dá)到100 km/h 時(shí)才懸浮起來。它的最高運(yùn)行速度可以達(dá)到1000km/h，當(dāng)然其建造技術(shù)和成本要比常導(dǎo)吸引型磁懸浮列車高得多。

（2）按懸浮技術(shù)，磁懸浮列車按懸浮方式有電磁吸引式懸浮(EMS)和永磁力懸浮(PRS)及感應(yīng)斥力懸浮(EDS)兩種。

“空軌磁懸浮”的軌道由鋼架支起，在車的正上方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，就像是車被懸掛在空中一樣。磁懸浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類。簡單地說，從內(nèi)部技術(shù)而言，兩者在系統(tǒng)上存在著是利用磁斥力、還是利用磁吸力的區(qū)別。

磁浮列車實(shí)驗(yàn)用型

2008年5月，唐車公司建成了長達(dá)1.547公里的國內(nèi)首條中低速磁懸浮列車工程化試驗(yàn)示范線，科技部將其確立為國家科技支撐計(jì)劃中低速磁懸浮交通試驗(yàn)基地，導(dǎo)致深圳市民一致謾罵反對(duì)。

2009年5月13日，國內(nèi)首列具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)用型中低速磁懸浮列車在唐車公司完成組裝，順利下線，并隨即開始進(jìn)行列車調(diào)試。該車在原有工程化樣車基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量實(shí)用化改進(jìn)，整列車為3輛編組模式，由2輛結(jié)構(gòu)相同的端車和1輛中間車組成，運(yùn)行時(shí)速為100到120公里，首尾車定員為每輛100人，中間車為120人，使用壽命在25年以上。 該車采用鋁合金車體、寬幅車身，供電電壓由直流750伏提高到直流1500伏，爬坡能力達(dá)到70‰的水平，更加適合在城市地鐵復(fù)雜線路運(yùn)行，并幅降低了線路建設(shè)拆遷成本。

磁浮列車其他類型

利用磁鐵吸引力使車輛浮起來的磁懸浮列車，用的是“T”形導(dǎo)軌，車輛的兩側(cè)下部向?qū)к壍膬蛇叚h(huán)抱。在車輛的下部的內(nèi)翻部分面上裝有磁力強(qiáng)大的電磁鐵，導(dǎo)軌底部設(shè)有鋼板。鋼板在上，電磁鐵在下。 所謂電磁鐵，就是一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí)，能產(chǎn)生磁力吸引鋼板，因而車輛被向上抬舉。當(dāng)吸引力與車輛重力平衡，車輛就可懸浮在導(dǎo)軌上方的一定高度上。改變電流，也就改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，使懸浮的高度得到調(diào)整。另一種磁懸浮列車，采用相斥磁力使車輛浮起，它的軌道是“U”形的溝槽。當(dāng)列車向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輛下面的電磁鐵就使埋在軌道內(nèi)的線圈中感應(yīng)出電流，使軌道內(nèi)線圈也變成了電磁鐵，而且它與車輛下的磁鐵產(chǎn)生相斥的磁力，把車輛向上推離軌道。

利用相斥磁力懸浮的列車，一開動(dòng)很快就可以加速到時(shí)速50公里/小時(shí)，跑了100米的距離之后，便在軌道上懸浮起來。列車沿著地面越“飛”越快，最高可達(dá)每小時(shí)450公里（理論上可以到更高速，高鐵也是這樣，可是國家怎么限速運(yùn)行呢？）。

磁浮列車國產(chǎn)列車

西南交通大學(xué)在2000年研制的世界第一輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮列車“世紀(jì)號(hào)”以及后來研制的載人常溫常導(dǎo)磁懸浮列車“未來號(hào)”等受到黨和領(lǐng)導(dǎo)人的高度關(guān)注和充分肯定。據(jù)介紹，早在1994年，西南交大就研制成功中國第一輛可載人常導(dǎo)低速磁浮列車，但那是在完全理想的實(shí)驗(yàn)室條件下運(yùn)行成功的。

2003年，西南交大在四川成都青山磁懸浮列車線完工，該磁懸浮試驗(yàn)軌道長420米，主要針對(duì)觀光游客，票價(jià)低于出租車費(fèi)？不盈利誰會(huì)建設(shè)。懸浮列車的原理并不深?yuàn)W。它是運(yùn)用磁鐵“同名磁極相斥，異名磁極相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。科學(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車，時(shí)速可達(dá)幾百公里以上。這就是所謂的“磁懸浮列車”，亦稱之為“磁墊車”。

磁懸浮列車在磁力作用下，使車輛浮起，并沿著特殊的導(dǎo)軌運(yùn)行。有速度快噪音低費(fèi)用低等特點(diǎn)。

上海磁懸浮列車是中國第一條磁懸浮列車（德產(chǎn)TR08）， 最高運(yùn)營速度431km/h（由于距離短、速度快，列車達(dá)到最高速約幾十秒后就開始減速），轉(zhuǎn)彎處半徑達(dá)8000米已經(jīng)廢除，為我國實(shí)驗(yàn)磁懸浮列車積累了經(jīng)驗(yàn)。

截至2018年，中國中車株洲電力機(jī)車制造廠相繼研制了1.0和2.0版的中低速磁懸浮列車。其中1.0版本的車型已在長沙磁懸浮快線中投入使用，構(gòu)造速度120km/h；2.0版本的車型預(yù)計(jì)2018年6月下線，構(gòu)造速度160km/h，服務(wù)的范圍擴(kuò)展為城際軌道交通，車輛定位為快速磁懸浮列車。_{（參考資料：湖南新聞聯(lián)播）}

2019年9月17日，中車株洲電機(jī)有限公司參與的國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高速磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”專項(xiàng)子課題，已自主研發(fā)出長定子直線電機(jī)和懸浮電磁鐵，并成功應(yīng)用于我國600公里時(shí)速磁懸浮列車樣機(jī)，運(yùn)行良好。這意味著，我國高速磁浮列車關(guān)鍵技術(shù)走在世界前列。

中車株洲電機(jī)磁浮產(chǎn)品研究所副所長何云風(fēng)介紹，高速磁浮列車與中低速磁浮列車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求不同。中低速磁浮列車主要通過接觸網(wǎng)供電，但這類供電方式無法確保大功率高速磁浮列車的供電穩(wěn)定。此外，列車要貼地高速“飛行”，也需盡量降低車體自身重量。為此，公司研發(fā)出長定子直線電機(jī)，將中低速磁浮列車采用的短定子直線電機(jī)中“定子”部分，從車體內(nèi)“挪”到列車軌道上，由地面供電設(shè)備直接供電，確保供電穩(wěn)定。同時(shí)，大功率逆變器也從車上轉(zhuǎn)移到地面，大大降低了列車自身重量。

據(jù)悉，該長定子直線電機(jī)既能滿足車輛高速運(yùn)行的高功率要求，還能同時(shí)提供車輛所需的懸浮力和牽引力。相比中低速磁浮的短定子結(jié)構(gòu)，其采用的同步控制方式，可提高電機(jī)效率20%，提高電機(jī)電壓10倍以上 。