何穎卓++李春芝

摘 要：文章對(duì)幾種不同類型磁懸浮列車的原理特點(diǎn)及其發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并通過分析磁懸浮列車的特點(diǎn)，使讀者對(duì)磁懸浮列車這一現(xiàn)代交通工具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解。

關(guān)鍵詞：磁懸浮列車；磁體；特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U237 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0022-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市中新型交通工具種類繁多，其中的一種為上世紀(jì)六十年代出現(xiàn)的磁懸浮列車。磁懸浮列車是利用磁體間或與感應(yīng)磁場(chǎng)之間產(chǎn)生作用力使列車“懸浮”在軌道上面或下面與軌道無(wú)摩擦的運(yùn)行，從而克服了傳統(tǒng)列車車輪和車軌的摩擦及產(chǎn)生的磨損和機(jī)械噪聲等問題，它是一種不用車輪行駛的陸上無(wú)接觸式有軌交通工具。磁懸浮列車與普通列車相比，具有噪音小、不排放有害氣體、啟動(dòng)和停車速度快、爬坡能力強(qiáng)、維修簡(jiǎn)便、高速安全舒適等特點(diǎn)，是未來(lái)城市理想的交通工具，也是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。目前，德國(guó)、日本與中國(guó)為世界上能研制和開發(fā)磁懸浮列車的三個(gè)主要國(guó)家[1]。磁懸浮列車設(shè)計(jì)原理是利用磁體間或與感應(yīng)磁場(chǎng)之間產(chǎn)生相互吸引力或排斥力[2]，能產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體又分為永久磁體、常規(guī)磁體、超導(dǎo)磁體等三個(gè)種類。 利用這些磁體可以設(shè)計(jì)出多種不同的磁懸浮列車，但目前世界上的磁懸浮列車主要有三種類型。一是以德國(guó)為代表的常導(dǎo)吸力式磁懸浮列車（簡(jiǎn)稱常導(dǎo)型磁懸浮列車）；二是以日本為代表的超導(dǎo)斥力式磁懸浮列車（簡(jiǎn)稱超導(dǎo)型磁懸浮列車）；而第三種，就是我國(guó)利用永久磁體自主生產(chǎn)的永磁懸浮列車[3]。這三種類型的磁懸浮列車原理及特點(diǎn)各不相同，為了便于了解它們，根據(jù)磁懸浮列車所利用的磁體種類的不同分別加以介紹。

1 磁體的種類[1]

（1）永久磁體。遠(yuǎn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，人們就能利用天然磁石制作出永久磁體。而我們現(xiàn)在使用的永久磁體一般是采用人工方法制成。 制作方法是利用鐵、鈷、鎳合金或三氧化二鐵及二價(jià)金屬氧化物制成的鐵氧體。優(yōu)點(diǎn)是不需要電能。缺點(diǎn)是：需要通過改變磁體的形狀才能實(shí)現(xiàn)控制磁場(chǎng)的強(qiáng)弱；磁極的方向是固定不變的，要想改變磁極方向需要轉(zhuǎn)動(dòng)磁體；永久磁體不容易產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度一般在1特斯拉以下。

（2）常規(guī)磁體。常規(guī)磁體是由銅或鋁等導(dǎo)體作為導(dǎo)線饒鐵芯制成。由于使用時(shí)導(dǎo)線需要通以電流才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此，常規(guī)磁體也稱電磁鐵或電磁體。優(yōu)點(diǎn)是：可以通過調(diào)節(jié)電流的大小和方向控制磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向；磁場(chǎng)強(qiáng)度也比永久磁體高很多。缺點(diǎn)是由于磁體電阻及磁滯損耗導(dǎo)致大量電能的浪費(fèi)，使該種磁體不容易產(chǎn)生高于10特斯拉磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)。另外，由于產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的常規(guī)磁體使用時(shí)導(dǎo)線熱損耗嚴(yán)重，需要配置制冷系統(tǒng)散熱，造成使用不便利。

（3）超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)磁體與常規(guī)磁體制作方法完全一樣，只是用超導(dǎo)材料作為導(dǎo)線，同樣是饒鐵芯制成。超導(dǎo)磁體的特點(diǎn)是利用超導(dǎo)材料傳導(dǎo)電流時(shí)阻力為零的零電阻特性，它可以傳導(dǎo)比常規(guī)磁體強(qiáng)大無(wú)比的電流。因而，這種磁體除具備常規(guī)磁體的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還克服了常規(guī)磁體的缺點(diǎn)，它不需要配備散熱制冷系統(tǒng)，一般只要提供使超導(dǎo)材料降溫的液氮或液氦即可。該種磁體主要優(yōu)點(diǎn)是：磁場(chǎng)強(qiáng)，一般可以達(dá)到30特斯拉以上，這是常規(guī)磁體無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；重量輕及相對(duì)體積也小，磁體重量與常規(guī)磁體相差萬(wàn)倍，使用時(shí)運(yùn)輸更加實(shí)用方便、節(jié)能。

2磁懸浮列車種類介紹

（1）常導(dǎo)型磁懸浮列車。最先出現(xiàn)的磁懸浮列車為常導(dǎo)型磁懸浮列車，其原理是利用普通直流電磁體的電磁吸力將列車懸起。這種列車是將一個(gè)電磁體置于軌道下方并固定在車體轉(zhuǎn)向架上，另一個(gè)電磁體置于車輛下部，兩個(gè)電磁體之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大相互吸引的磁場(chǎng)，使列車懸浮起來(lái)，其懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右。該車車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對(duì)不可能出軌。列車時(shí)速可以達(dá)到500公里。例如我國(guó)上海浦東已運(yùn)行的磁懸浮列車就屬于這個(gè)類型。該磁懸浮鐵路是世界首創(chuàng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)，運(yùn)行時(shí)速已達(dá)到400多公里，它標(biāo)志著中國(guó)磁懸浮應(yīng)用技術(shù)已進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。目前德國(guó)在這類列車研制上處于世界領(lǐng)先地位[1]。

（2）超導(dǎo)型磁懸浮列車。超導(dǎo)型磁懸浮列車主要為推斥式的，它是利用兩個(gè)磁體同極性產(chǎn)生的排斥力設(shè)計(jì)的。這種磁懸浮列車車廂的兩側(cè)安裝具有超大磁場(chǎng)的超導(dǎo)電磁體。車輛運(yùn)行時(shí)，超導(dǎo)電磁體的磁場(chǎng)切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán)，致使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)同極性反磁場(chǎng)，并使車輛推離軌道面在空中懸浮約100毫米的高度。當(dāng)列車靜止時(shí)，由于沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，車輛不能產(chǎn)生懸浮。只有列車行駛達(dá)到一定速度時(shí)，才能產(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)，使車輛懸浮起來(lái)。超導(dǎo)型磁懸浮列車的最主要特征就是利用超導(dǎo)元件在其臨界溫度以下所具有的完全導(dǎo)電性[4]。該種列車所用的超導(dǎo)磁體是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，它導(dǎo)電時(shí)不僅電流阻力為零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流。目前日本在該類磁懸浮列車研究中處于世界領(lǐng)先地位，時(shí)速達(dá)到500多公里，已經(jīng)通過載人試驗(yàn)，即將進(jìn)入實(shí)用階段[1，4]。

（3）永磁懸浮列車。永磁懸浮列車是用特殊永磁材料制成的。我國(guó)擁有永磁懸浮列車完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這種列車不需要任何其他動(dòng)力支持，始終保持懸浮狀態(tài)。我國(guó)大連磁谷科技研究所設(shè)計(jì)了一臺(tái)世界首輛“倒掛”永磁懸浮列車——“中華06號(hào)”，這類磁懸浮列車還在進(jìn)一步研究中。

3 三種磁懸浮列車的特點(diǎn)

常導(dǎo)型、超導(dǎo)型磁懸浮列車都需要用電力來(lái)產(chǎn)生磁懸浮動(dòng)力，在不通電的情況下，車體與槽軌是接觸在一起的。常導(dǎo)型磁懸浮列車在通電的情況下，無(wú)論是靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都能保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。超導(dǎo)型磁懸浮列車只有時(shí)速超過80公里列車才能懸浮，因此，超導(dǎo)磁懸浮列車是有車輪的。而中國(guó)用永磁懸浮技術(shù)制造出的磁懸浮列車在任何條件下，都呈懸浮狀態(tài)。永磁懸浮列車與其它兩類磁懸浮列車相比具有懸浮力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)及安全性能好、環(huán)保節(jié)能，并且耗能幾乎為零，還具有平衡性好、穩(wěn)定程度高等優(yōu)勢(shì)。另外，磁懸浮列車軌道都是采用高架鐵路，避免開山挖洞對(duì)環(huán)境的破壞。endprint

4 磁懸浮列車存在的問題[5，6]

盡管磁懸浮列車技術(shù)有不排放有害氣體，有利于環(huán)境保護(hù)、速度快、乘坐磁懸浮列車也比較舒適安全等許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在造價(jià)高等諸多不足。

（1）突然斷電對(duì)列車的影響。常導(dǎo)型及超導(dǎo)型磁懸浮列車由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成磁懸浮的，突然停電后的列車制動(dòng)等安全保障措施仍然是要解決的問題。列車在高速運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性也還需要長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)。

（2）對(duì)鐵路鋪設(shè)技術(shù)的要求。磁懸浮列車對(duì)鐵路路面鋪設(shè)平整度要求非常高，尤其是常導(dǎo)型磁懸浮列車比超導(dǎo)型磁懸浮列車懸浮高度低，因此，鐵路鋪設(shè)技術(shù)要求更高。

（3）列車軌道使用效率問題。目前，磁懸浮列車的車廂不能變軌，不像普通軌道列車可以從一條軌道借助道岔?yè)Q軌進(jìn)入另一軌道。因此，一條軌道上的磁懸浮列車只能從一個(gè)起點(diǎn)駛向終點(diǎn)再原路返回，一條軌道上只能容納一列列車往返運(yùn)行，造成軌道使用效率低。磁懸浮軌道越長(zhǎng)，使用效率越低。

（4）超導(dǎo)型磁懸浮列車系統(tǒng)能耗。超導(dǎo)型磁懸浮列車是應(yīng)用低溫超導(dǎo)材料設(shè)計(jì)的，列車中需要用一定重量的低溫液體及冷卻系統(tǒng)，超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)磁懸浮大，這些因素造成超導(dǎo)磁懸浮列車費(fèi)用較高。

（5）解決磁懸浮列車造價(jià)高問題。上述磁懸浮列車鋪設(shè)鐵路技術(shù)要求高及列車軌道使用效率低等因素造成磁懸浮列車造價(jià)較高的問題，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一定能夠改善。修建超導(dǎo)磁懸浮列車的成本隨著超導(dǎo)材料及低溫技術(shù)的不斷發(fā)展也會(huì)降低。

5 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)家預(yù)測(cè)磁懸浮列車如果采用在真空管中行駛新技術(shù)后時(shí)速將提高一倍，這是普通列車包括動(dòng)車組都很難達(dá)到的速度。伴隨現(xiàn)代高科技的發(fā)展，高速、平穩(wěn)、安全、低碳環(huán)保的磁懸浮列車，將成為人類理想的綠色交通工具[7]。

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