磁懸浮列車原理及未來發(fā)展

1、目錄目錄 1 1磁懸浮列車發(fā)展史磁懸浮列車發(fā)展史 2 2磁懸浮列車的原理磁懸浮列車的原理 3 3磁懸浮列車的優(yōu)缺點磁懸浮列車的優(yōu)缺點 4 4未來的發(fā)展方向未來的發(fā)展方向 5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 6 6高速列車和磁懸浮列車在我國實現(xiàn)基礎(chǔ)高速列車和磁懸浮列車在我國實現(xiàn)基礎(chǔ)1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 德國工程師赫爾曼德國工程師赫爾曼肯佩爾首次肯佩爾首次考慮電磁懸浮鐵路（電磁對車道的吸引原考慮電磁懸浮鐵路（電磁對車道的吸引原則）。則）。 年年 赫爾曼赫爾曼肯佩爾獲得制造磁懸浮肯佩爾獲得制造磁懸浮鐵路的基本專利（年月日鐵路的基本專利（年月日德國國家專

2、利）。德國國家專利）。 年年 赫爾曼赫爾曼肯佩爾運用試驗模型證肯佩爾運用試驗模型證實了磁懸浮。實了磁懸浮。1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年年年 赫爾曼赫爾曼肯佩爾在肯佩爾在格丁根空氣動力學研究所進行電磁懸浮鐵格丁根空氣動力學研究所進行電磁懸浮鐵路的基本研究工作。路的基本研究工作。 年年 赫爾曼赫爾曼肯佩爾寫成科學報告肯佩爾寫成科學報告電子懸浮導向的電力驅(qū)動鐵路機車車電子懸浮導向的電力驅(qū)動鐵路機車車輛輛。 年年 大通過能力高速鐵路研大通過能力高速鐵路研究會開始基礎(chǔ)性研究?？藙谒柜R菲公司究會開始基礎(chǔ)性研究。克勞斯馬菲公司制造出電磁懸浮模型。支承和制造出電磁懸浮模型。支承和導向系統(tǒng)按赫爾

3、曼導向系統(tǒng)按赫爾曼肯佩爾原則設(shè)計，由一肯佩爾原則設(shè)計，由一臺短定子直線電動機驅(qū)動。臺短定子直線電動機驅(qū)動。 1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 開發(fā)、研制和試驗第一臺長定開發(fā)、研制和試驗第一臺長定子電磁行車技術(shù)功能的設(shè)備。子電磁行車技術(shù)功能的設(shè)備。 年年 生產(chǎn)第一臺用長定子電磁行車生產(chǎn)第一臺用長定子電磁行車技術(shù)的載人試驗車，在卡塞爾由技術(shù)的載人試驗車，在卡塞爾由蒂森蒂森亨舍爾在廠區(qū)內(nèi)進行。采用電磁式支亨舍爾在廠區(qū)內(nèi)進行。采用電磁式支承和導向系統(tǒng)，有毫米空氣間隙，車承和導向系統(tǒng)，有毫米空氣間隙，車重為噸，個座位，最大速度為重為噸，個座位，最大速度為公里小時。公里小時。1磁懸浮列車的發(fā)展

4、史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 聯(lián)邦德國研究技術(shù)部作出有聯(lián)邦德國研究技術(shù)部作出有利于發(fā)展電磁懸浮驅(qū)動系統(tǒng)的決定?；I建利于發(fā)展電磁懸浮驅(qū)動系統(tǒng)的決定。籌建埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施。赫爾曼埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施。赫爾曼肯肯佩爾工程師逝世（年月日佩爾工程師逝世（年月日年月日）。年月日）。 年年 埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施投產(chǎn)，用號開始作行車試驗。投產(chǎn)，用號開始作行車試驗。月日達到公里小時的速度。月日達到公里小時的速度。1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施第二期施工最終完成并投入使用。第二期施工最終完成并投入使用

5、。號開始組裝。月日號號開始組裝。月日號達到公里小時的速度。達到公里小時的速度。 年年 號的速度于月號的速度于月日達到公里小時。日達到公里小時。1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 月日，中德兩國政府正月日，中德兩國政府正式簽訂合作開展上海磁懸浮快速列車運營式簽訂合作開展上海磁懸浮快速列車運營線項目可行性研究的協(xié)議。月，國家計線項目可行性研究的協(xié)議。月，國家計委批準項目建議書；同月，上海申通集團委批準項目建議書；同月，上海申通集團等家公司聯(lián)合出資億元注冊成立上等家公司聯(lián)合出資億元注冊成立上海磁懸浮交通發(fā)展有限公司（后擴股為海磁懸浮交通發(fā)展有限公司（后擴股為家公司，注冊資金億元），上海市委

6、、家公司，注冊資金億元），上海市委、市府批準成立上海市磁懸浮快速列車工程市府批準成立上海市磁懸浮快速列車工程指揮部。指揮部。 1磁懸浮列車的發(fā)展史磁懸浮列車的發(fā)展史 年年 月日，上海磁懸浮交通發(fā)展月日，上海磁懸浮交通發(fā)展有限公司與由德國西門子公司、蒂森快速列車有限公司與由德國西門子公司、蒂森快速列車系統(tǒng)公司和磁懸浮國際公司組成的聯(lián)合體簽署系統(tǒng)公司和磁懸浮國際公司組成的聯(lián)合體簽署上海磁懸浮列車項目供貨和服務合同上海磁懸浮列車項目供貨和服務合同，合，合同總金額億德國馬克；月日，同總金額億德國馬克；月日，又與德國線路及軌道梁技術(shù)聯(lián)合體（）又與德國線路及軌道梁技術(shù)聯(lián)合體（）簽署簽署磁懸浮快速列車混凝土

7、復合軌道梁系統(tǒng)磁懸浮快速列車混凝土復合軌道梁系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，合同使用德國政府贈款共，合同使用德國政府贈款共億德國馬克。月日工程正式開始。月專億德國馬克。月日工程正式開始。月專用道路全線貫通。月軌道梁生產(chǎn)基地投產(chǎn)。用道路全線貫通。月軌道梁生產(chǎn)基地投產(chǎn)。2磁懸浮列車的原理磁懸浮列車的原理 磁懸浮列車是一種采用無接觸電磁懸浮、磁懸浮列車是一種采用無接觸電磁懸浮、導向和驅(qū)動系統(tǒng)的高速列車系統(tǒng)，時速可導向和驅(qū)動系統(tǒng)的高速列車系統(tǒng)，時速可以達到以達到450550450550千米。主要分為兩種：一種千米。主要分為兩種：一種是電磁型（是電磁型（EMS),EMS),也稱為吸力型、常導型；也稱為吸力

8、型、常導型；另一種是電動型（另一種是電動型（EDS)EDS)，也稱為斥力型、，也稱為斥力型、常導型。常導型。2.1電磁型列車電磁型列車 在車體內(nèi)裝有電磁鐵，路軌為一導磁體。在車體內(nèi)裝有電磁鐵，路軌為一導磁體。電磁鐵繞組中電流的大小根據(jù)間隙傳感器電磁鐵繞組中電流的大小根據(jù)間隙傳感器的信號進行調(diào)節(jié)，使車體與路軌間保持一的信號進行調(diào)節(jié)，使車體與路軌間保持一定距離。懸浮力大小與車速無關(guān)，任何車定距離。懸浮力大小與車速無關(guān)，任何車速時都能保持穩(wěn)定的懸浮力。懸浮氣隙較速時都能保持穩(wěn)定的懸浮力。懸浮氣隙較小，約小，約1厘米。車前進的動力又直線感應電厘米。車前進的動力又直線感應電機或直線同步電機提供。機或直線

9、同步電機提供。2.2電動型列車電動型列車 在車內(nèi)安裝有超導線圈，軌道上分布有按在車內(nèi)安裝有超導線圈，軌道上分布有按一定規(guī)則排列的電路鋁環(huán)。當超導線圈內(nèi)一定規(guī)則排列的電路鋁環(huán)。當超導線圈內(nèi)通電時，就會產(chǎn)生強磁場，在列車以一定通電時，就會產(chǎn)生強磁場，在列車以一定速度前進時，該強磁場就在路軌的鋁環(huán)內(nèi)速度前進時，該強磁場就在路軌的鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電流，兩者相互排斥而產(chǎn)生上浮產(chǎn)生感應電流，兩者相互排斥而產(chǎn)生上浮力。速度越大排斥力越大，當速度超過時力。速度越大排斥力越大，當速度超過時速速80千米時，列車就脫離路軌表面，最大千米時，列車就脫離路軌表面，最大距離可達到距離可達到10厘米以上。其懸浮式自穩(wěn)定厘米以

10、上。其懸浮式自穩(wěn)定的，無須加任何主動控制。的，無須加任何主動控制。3.1磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點 速度快速度快 普通列車的速度主要是受限于輪軌之間的普通列車的速度主要是受限于輪軌之間的粘性力，而磁浮列車的速度僅僅受限于空粘性力，而磁浮列車的速度僅僅受限于空氣阻力。氣阻力。3.1磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點 乘坐平穩(wěn)舒適、噪音低乘坐平穩(wěn)舒適、噪音低 車身與軌道之間無接觸，軌道不平度的影車身與軌道之間無接觸，軌道不平度的影響可以通過控制系統(tǒng)被濾除。響可以通過控制系統(tǒng)被濾除。 磁懸浮列車的噪聲屬于低水平噪聲。磁懸浮列車的噪聲屬于低水平噪聲。3.1磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點 占地面積

11、小占地面積小 每公里占地面積，六車道的高速公路為每公里占地面積，六車道的高速公路為4.28萬平方米，四車道為萬平方米，四車道為2.86萬平方米；萬平方米；而單向磁懸浮路軌僅為而單向磁懸浮路軌僅為1.43萬平方米，若萬平方米，若是高架路軌，幾乎不占地。是高架路軌，幾乎不占地。 此外，磁懸浮列車爬坡能力強，可達此外，磁懸浮列車爬坡能力強，可達10%，轉(zhuǎn)彎半徑比普通列車小。轉(zhuǎn)彎半徑比普通列車小。3.1磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點 能耗較低能耗較低 按行駛按行駛600km左右核算，各種交通工具的左右核算，各種交通工具的能耗指標數(shù)據(jù)如下。能耗指標數(shù)據(jù)如下。 時速達到時速達到220km左右時，普通列車

12、與磁懸左右時，普通列車與磁懸浮列車的功耗基本一致。再提高時速，磁浮列車的功耗基本一致。再提高時速，磁懸浮列車的優(yōu)越性就更加明顯了。懸浮列車的優(yōu)越性就更加明顯了。3.1磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車的優(yōu)點 安全可靠安全可靠 EMS型列車懸浮高度大約型列車懸浮高度大約1cm左右，萬一左右，萬一懸浮系統(tǒng)失靈，應急車輪能支撐列車繼續(xù)懸浮系統(tǒng)失靈，應急車輪能支撐列車繼續(xù)行進。另外，車體兩側(cè)像鉗子一樣抱住路行進。另外，車體兩側(cè)像鉗子一樣抱住路軌，不會出軌。軌，不會出軌。 EDS型列車由于采用大氣隙懸浮，及時車型列車由于采用大氣隙懸浮，及時車體稍微不平衡，或車體與軌道少許對不準，體稍微不平衡，或車體與軌道少許對

13、不準，或軌道上有冰雪之類的雜物，都不會影響或軌道上有冰雪之類的雜物，都不會影響列車運行的安全性列車運行的安全性3.2磁懸浮列車的缺點磁懸浮列車的缺點 昂貴昂貴一公里高速鐵路投資需要一公里高速鐵路投資需要2 2億人民幣；億人民幣；一公里磁懸浮鐵路投資翻兩番不止一公里磁懸浮鐵路投資翻兩番不止! !（上海到杭州建造一條（上海到杭州建造一條170170公里的軌道系統(tǒng)，公里的軌道系統(tǒng)，需要需要4040億美元，上海到北京，超過億美元，上海到北京，超過12001200公公里，需要里，需要220220億美元，平均每公里億美元，平均每公里18001800萬美萬美元不止）元不止）3.2磁懸浮列車的缺點磁懸浮列車的

14、缺點 不能變軌不能變軌 車廂不能變軌，不想軌道列車可以從一條車廂不能變軌，不想軌道列車可以從一條鐵軌借助岔道進入另一條鐵路。一條軌道鐵軌借助岔道進入另一條鐵路。一條軌道只能容納一列列車往返運行，造成浪費。只能容納一列列車往返運行，造成浪費。磁懸浮軌道越長，使用率越低磁懸浮軌道越長，使用率越低3.2磁懸浮列車的缺點磁懸浮列車的缺點 斷電后安全事故斷電后安全事故 由于磁懸浮系統(tǒng)是憑借電磁力來進行懸浮，由于磁懸浮系統(tǒng)是憑借電磁力來進行懸浮，導向和驅(qū)動功能的，一旦斷電，磁懸浮列導向和驅(qū)動功能的，一旦斷電，磁懸浮列車將發(fā)生嚴重的安全事故，因此斷電后磁車將發(fā)生嚴重的安全事故，因此斷電后磁懸浮的安全保障措施

15、仍然沒有得到完全解懸浮的安全保障措施仍然沒有得到完全解決。決。3.2磁懸浮列車的缺點磁懸浮列車的缺點 影響健康影響健康強磁場對人的健康，生態(tài)環(huán)境的平衡與電子強磁場對人的健康，生態(tài)環(huán)境的平衡與電子產(chǎn)品的運行影響仍需進一步研究。產(chǎn)品的運行影響仍需進一步研究。4 4未來的發(fā)展方向未來的發(fā)展方向 4.1改變列車改變列車 這款為這款為龐巴迪運輸龐巴迪運輸公司公司設(shè)計的概念磁設(shè)計的概念磁懸浮列車，擁有自懸浮列車，擁有自主導航系統(tǒng)，每次主導航系統(tǒng)，每次經(jīng)過站臺時都會校經(jīng)過站臺時都會校準數(shù)據(jù)，保證安全準數(shù)據(jù)，保證安全通行。通行。車身側(cè)面為透明材質(zhì)，可車身側(cè)面為透明材質(zhì)，可以讓乘客在乘車時獲得良以讓乘客在乘車時

16、獲得良好的視野。好的視野。整車的內(nèi)飾經(jīng)過精心設(shè)計：整車的內(nèi)飾經(jīng)過精心設(shè)計：每個座位旁邊都有一個電鈴，每個座位旁邊都有一個電鈴，只要乘客按下按鈕，列車就只要乘客按下按鈕，列車就會在所選擇的站停下。車內(nèi)會在所選擇的站停下。車內(nèi)還備有顯示儀器，可以為乘還備有顯示儀器，可以為乘客提供下一站的天氣情況、客提供下一站的天氣情況、到達時間或廣告。到達時間或廣告。車廂頂部配有可根據(jù)太陽照射方車廂頂部配有可根據(jù)太陽照射方向轉(zhuǎn)動的智能太陽能板，為列車向轉(zhuǎn)動的智能太陽能板，為列車的行進提供動力來源。的行進提供動力來源。這樣的座位設(shè)計有三點疑問：這樣的座位設(shè)計有三點疑問：1 1，高速行駛時，高速行駛時，你能看到外部的

17、近景嗎？你能看到外部的近景嗎？2 2，人的眼睛受得了，人的眼睛受得了嗎嗎?3?3，容積率太低，容積率太低我認為有兩點多余：我認為有兩點多余：1.“1.“車廂頂部配有可根據(jù)車廂頂部配有可根據(jù)太陽照射方向轉(zhuǎn)動的智能太陽能板太陽照射方向轉(zhuǎn)動的智能太陽能板”。磁懸浮。磁懸浮車速度很高，按裝太陽能板，增加阻力，其發(fā)車速度很高，按裝太陽能板，增加阻力，其發(fā)電量還不如風阻浪費電多，不如直接平鋪在車電量還不如風阻浪費電多，不如直接平鋪在車頂上；頂上；2.“2.“每個座位旁邊都有一個電鈴，只要每個座位旁邊都有一個電鈴，只要乘客按下按鈕，列車就會在所選擇的站停下乘客按下按鈕，列車就會在所選擇的站停下”。列車是按規(guī)

18、定站?？康?，沒人下但可能有人上，列車是按規(guī)定站?？康?，沒人下但可能有人上，一樣要停車一樣要停車4 4未來的發(fā)展方向未來的發(fā)展方向 4.24.2改變軌道改變軌道5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.1初投資 如圖可見，平原地區(qū)，磁懸浮列車的初投資時高速列車的1.6倍，山區(qū)磁懸浮列車至略高一點，原因主要是磁懸浮列車的爬坡能力大，可以靈活的選擇路線。5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.2爬坡能力 由于粘著系數(shù)的制約，輪軌系統(tǒng)列車的爬坡能力遠小于磁懸浮列車，常速下其爬坡能力一般限于35%的坡道，在高速情況下大約限于15%.而磁懸浮列車運行的坡道可以

19、達到60%100%，即達到高速列車的5到6倍。5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.3能量消耗 高速列車的能耗主要由空氣阻力和摩擦力產(chǎn)生，這部分消耗與列車運行速度的三次方成正比。 磁懸浮列車的能耗幾乎只有空氣阻力5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.4舒適性舒適性 舒適性主要是指噪聲狀況、列車的平穩(wěn)度、舒適性主要是指噪聲狀況、列車的平穩(wěn)度、車內(nèi)空間的寬敞度和設(shè)施水平，其中噪聲車內(nèi)空間的寬敞度和設(shè)施水平，其中噪聲狀況尤為重要。高速列車的噪聲主要來自狀況尤為重要。高速列車的噪聲主要來自空氣摩擦，它近似速度的六次方函數(shù)。因空氣摩擦，它近似速度的六次

20、方函數(shù)。因此高速和超高速下，空氣摩擦噪聲是噪聲此高速和超高速下，空氣摩擦噪聲是噪聲的基本成分；但是高速列車還有輪軌間和的基本成分；但是高速列車還有輪軌間和傳動齒輪間的摩擦。所以摩擦噪聲略高于傳動齒輪間的摩擦。所以摩擦噪聲略高于磁懸浮列車。磁懸浮列車。5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.5安全性安全性 20多年來高速列車運行中從未發(fā)生重大安多年來高速列車運行中從未發(fā)生重大安全事故，這是高速列車高技術(shù)和高管理水全事故，這是高速列車高技術(shù)和高管理水平的結(jié)果，磁懸浮列車由于它的高科技和平的結(jié)果，磁懸浮列車由于它的高科技和它運行在它運行在U型或型或T型截面線路中的特點，不型截面線路中的特點，不會出現(xiàn)翻車、出軌等事故。會出現(xiàn)翻車、出軌等事故。 超導體磁懸浮列車可能產(chǎn)生對人體有影響超導體磁懸浮列車可能產(chǎn)生對人體有影響的磁場，這主要是來自超導體的強磁場。的磁場，這主要是來自超導體的強磁場。5 5高速列車和磁懸浮列車的比較高速列車和磁懸浮列車的比較 5.6土地使用量土地使