没有轮子的“火车”——磁悬浮列车

磁悬浮列车是基于磁极“同性相吸，异性相斥”的原理，利用永磁力、电磁力或超导磁力克服车辆重力的作用，使车辆和轨道相互间达到无机械接触式的平衡状态，并利用直线电机驱动控制列车的加减速[3]。

磁悬浮列车与高铁最大的区别是无机械接触，故与高铁相比具有六大优势[4][5]：（1）无接触摩擦、摩擦能耗低，同一速度下高速磁浮列车的单个座位能耗比高铁降低30%；（2）爬坡能力强、转弯半径小，同等距离下磁浮列车的爬坡能力可达10%，比高铁高6%，同一速度下，磁浮列车的转弯半径更小，易于路线选定；（3）安全性好、舒适度高，基于电磁悬浮实现无接触，车体振动小，不易脱轨，其安全性是轮轨列车的250倍；（4）速度可调范围大、适应性强，中低速磁浮列车可用于解决城市-郊区之间的短途交通，高速磁浮列车速度可达500km/h，为远距离的客运和货运提供了更高效的解决方案；（5）污染小、环境友好程度高，磁浮列车原理是基于磁悬浮实现无接触式运行，故其碳排放量和噪音均远低于普通有轨列车；（6）系统耐用、维护费用低，磁浮列车正常工作属于无接触、无磨损运行，系统的维护费用仅占传统有轨列车的34%。

以上六点优势是磁悬浮特有的，也是磁悬浮列车的最大潜力所在。其实在1998年中国建设京沪高速铁路时，就出现高铁技术和磁悬浮技术两种方案的互斥争议，京沪高速铁路项目也因此搁置了一段时间，最终经专家论证选择了当时技术更为成熟的高铁技术。也正因为高铁技术在京沪高速铁路上的成功应用，中国高铁技术在新世纪的20年内发展迅猛。现如今，传统的常导吸力型磁悬浮技术已完全成熟，中车青岛四方、国防科大、西南交大和中科院电工所等单位已掌握了具有自主知识产权的常导型高速磁浮列车和常导型中低速磁浮列车技术。另外，低温超导磁悬浮、高温超导磁悬浮和超级高铁等多种磁悬浮方案相继提出，并逐步开展了原理性验证、实验示范等工作，使得磁悬浮列车的发展再次进入到了大众的视野，也逐渐引起国家、相关行业和大众的持续关注。

（三）磁悬浮列车的“前世今生”

世界上最早进行磁浮列车研究的国家是德国，并创造了磁浮列车技术发展历史上的多个里程碑。1922年，德国人赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并在1934年获得世界上第一项有关磁悬浮技术的专利。20 世纪70年代以后，随着工业化国家经济实力不断增强，为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要，德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国相继开展了磁悬浮运输系统的研发工作。

从上个世纪20年代至今的一百年里，世界范围内研究、开发了多种磁悬浮列车，根据悬浮原理的不同，可将其分为五类。第一类：常导吸引型磁悬浮列车，安装在列车上的电磁铁（常规导电线缆绕制而成）与轨道之间的吸力与列车的重力平衡，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为8-10mm；第二类：低温超导斥力型磁悬浮列车，安装在列车上的电磁铁（超导线缆绕制而成）与布置在两侧轨道上的“8”字型线圈之间相对运行而产生斥力，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为100mm；第三类：高温超导型磁悬浮列车，安装在列车上的高温超导磁体与布置在轨道上的永磁体相互作用，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为20mm；第四类：磁悬浮飞机，安装在列车上的永磁体与布置在轨道上的感应板或感应线圈相互作用，使得磁悬浮飞机稳定悬浮于空中，悬浮高度约为80-150mm（之所以称为磁悬浮飞机有三点原因：第一，磁悬浮飞机的悬浮高度比磁悬浮列车的悬浮高度更高；第二，机身两侧设计有边条或小翼，尾部还设计有起平衡作用的尾翼，具有许多飞机的特点；第三，磁悬浮飞机的自动控制系统、车体、定位系统等设备都是按飞机标准设计，具有无噪音、无污染、速度快、节能等优点）。第五类：超级高铁，将磁悬浮技术和真空管道技术结合，无机械摩擦阻力和降低空气摩擦阻力，大幅提高其运行速度。各类磁悬浮列车的发展历程总结如表1所示[6-10]。

表1 磁悬浮列车发展历程简表

（四）世界上仍在商业运营的磁悬浮线路

到目前为止，全世界范围内仍在商业运营的磁悬浮线路均为常导吸引型磁悬浮。常导吸引型磁悬浮分为高速型和中低速型，高速型磁悬浮的运行时速一般大于400km/h，如德国TR系列高速磁悬浮列车和具有中国自主知识产权的高速磁悬浮列车；中低速型磁悬浮的运行时速约为80-120km/h，如日本HSST系列中低速磁悬浮列车、中国CMS系列中低速磁悬浮列车和韩国MLV系列中低速磁悬浮列车。

除德国、日本、韩国和中国四个国家外，英国、加拿大、美国、前苏联等国家从上世纪中期起，均开展了EMS型磁悬浮列车技术的研究。到目前为止，我国在2002年底引进的德国磁浮技术于上海建成的国内首条高速磁浮线，仍是全球唯一商业运营的高速磁浮列车线路，最高运行时速达430km/h。目前还在运营的中低速型磁浮列车，全球一共四条线路，分别是中国长沙磁浮快线（最高运行速度 100km/h）、中国北京S1号地铁线（最高运行速度80km/h）、日本名古屋磁浮线（最高运行速度100km/h）和韩国仁川国际机场线（最高运行速度110km/h）。

参考文献

[1] 高速铁路与磁悬浮的技术差异_懵懂少年_新浪博客.（http://blog.sina.com.cn/s/blog_6150054e0100h09o.html）

[2] 中国高速铁路_百度百科. （https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E9%AB%98%E9%80%9F%E9%93%81%E8%B7%AF/5923925?fromtitle=%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E9%AB%98%E9%93%81&fromid=23415742&fr=aladdin）

[3] 朱美玲, 颜景平. 磁悬浮在工程中的应用和发展[J]. 电子工业专用设备, 1993, (03): 35-38.

[4] 严陆光, 徐善纲, 孙广生, et al. 高速磁悬浮列车的战略进展与我国的发展战略(下)[J]. 电工电能新技术, 2003, (01): 1-8.

[5] 申月, 胡思继. 高速磁浮列车技术及其在我国客运交通中的战略地位[J]. 技术经济, 2001, (12): 35-37.

[6] 李益民. 直线电机与磁浮驱动[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2018: 4-21.

[7] 赵昌宗. 磁悬浮“飞机”[J]. 东方电机, 2002, 30(04): 387-391.

[8] 邓自刚, 李海涛. 高温超导磁悬浮车研究进展[J]. 中国材料进展, 2017, 36(05): 329-334+351.

[9] 陈贵荣, 常文森. 磁悬浮列车发展综述[J]. 国外铁道车辆, 1993, (01): 1-4.

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[11] 陈茜. 超级高铁引领未来新时速[J]. 现代工业经济和信息化, 2013, (17): 80-81.

[12] 谷江敏. 秒杀磁悬浮的交通工具—超级高铁[J]. 中国经济报告, 2016, (06): 114-116.

[13] 崔丽媛. 国外研究:“超级高铁”真的要来了?[J]. 交通建设与管理, 2017, (04): 44-47.

[14] 中国版“超级高铁”试验时速有望达到1500km[J]. 现代隧道技术, 2018, 55(04): 96.

[15] 首个超级高铁乘客舱在西班牙展出 设计时速达1200 km[J]. 隧道建设(中英文), 2018, 38(10): 1711.