高速磁悬浮列车的工作原理

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，科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百千米以上，这就是所谓的“磁浮列车”。它的时速可达到500千米以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低、运行时噪音小、安全舒适、无燃油、污染小等特点。

磁悬浮列车利用了磁铁同性相斥和异性相吸的原理。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浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上的线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮在运行的铁路上;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毫米(正负误差2毫米)的间隙，并使导轨钢板的吸引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。

磁浮火车是利用磁力使火车悬浮于路轨之上。但是，利用一般的磁铁并不能把火车稳定地浮起。我们知道，要是将两块磁铁的北极相对，会发现无法使一块磁铁稳定地浮在另一块上。所以，要把火车浮起并不是简单的同性磁极排斥。

德国科学家设计了一个名为Transrapid的系统，利用了电磁力悬浮法(EMS)把火车浮起。

德国的常导系统，先后研制了TR01型至TR08型车辆。1987年，建成埃姆斯兰试验线31．5千米，最高运行速度达450千米/小时，运行里程累计已超过60万千米。

日本的科学家则利用了电动力悬浮法(EDS)把火车浮起，日本的超导系统，已建成山梨县18．4千米试验线(双线)，最高时速曾达552千米/小时。

磁浮火车是怎样被推动的?下面介绍一种设计。移动的列车带动超导磁铁在导槽两边的线圈感应出电流，根据这些信息，系统便会把交流电输入导槽两边的推进线圈，产生南北梅花间竹的磁极(如图)，对超导磁铁造成拉力和推力，使列车加速。磁浮火车能悬浮在路轨上行驶，免除了火车与路轨之间的摩擦力，故能以高速飞驰。估计未来的磁浮火车能以高达500千米/小时的速度行驶。此外，磁浮火车无噪音。磁浮火车也有缺点，就是建造导轨的费用昂贵，磁浮火车只能在这些导轨上走，极大地限制了它的发展。

我国上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，专线全长29．863千米。这是由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线，2001年3月1日在浦东开工，2002年12月31日全线试运行，2003年1月4日正式开始商业运营，全程只需8分钟。列车运行时，与轨道完全不接触。它没有轮子和传动机构，列车的悬浮、导从驱动和制动都是利用电磁力来实现的。悬浮电磁铁将车辆往上吸住线路，导向电磁铁保证列车沿线路两侧的定位。电磁控制系统保证磁浮列车与轨道间约10毫米的间隙、列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动，直线电机的原理可以从旋转电机引申出来，即将旋转的电机定子剖开再展直，安装在线路两侧的下面、直线电机定子线圈中的电流产生一个运动磁场。在这个运动磁场的作用下，磁浮列车往前运行。

在实际运营中，磁浮火车转弯、路障是关乎安全的大问题。上海磁浮线路转弯的地方共有三处，设计的最大转弯曲线半径达到8000米，用肉眼看几乎是一条直线，最小半径也达到1300米，高速行驶中转弯时，乘客会感觉平稳舒适。在磁浮轨道全线两边50米范围内，装有先进的隔离装置，以确保不出现人为的轨道上制造障碍。

由于磁浮列车在行驶中是处于不接触轨道的悬浮状态，列车在启动和停止行驶时，乘客会感觉到车身有些许提升与下降。

磁悬浮列车有着其他地面交通技术无法比拟的优势，但也有缺点存在。由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮、导向和驱动的，一旦断电磁悬浮列车将发生严重的安全事故，另外磁场对人的健康、生态环境的平衡与电子产品的运行影响仍需进一步研究。

2009年6月15日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车，在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，这标志着我国已经具备中低速磁悬浮列车产业化的制造能力。中低速磁悬浮列车项目是唐车公司与北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科学技术大学等共同发展的磁悬浮技术工程化应用研发项目，被科技部列入国家“十一五”科技支撑计划。