美国磁浮铁路发展简史

从20世纪60年代，美国开始磁悬浮铁路的研究。美国政府不但积极支持和推动磁浮技术研究，而且1965年颁布了《高速地面运输法案》，该法案批准政府向高速地面运输研究项目提供资金资助（包括磁浮技术研究项目）。美国科研工作者从事各种各样的磁浮技术理论研究和实验，率先提出超导磁浮的概念和相应的系统构想。美国政府1989年起，开始评估磁悬浮列车的实用价值，选取了4个磁悬浮列车设计速度均为500 km/h的方案，其中有3个方案为电动型磁浮高铁。20世纪90年代末，美国通过了《21世纪运输权益法案》，分别从高速和中低速两个方面设立相应的磁浮发展计划，在此计划的支持下，美国磁浮列车技术迅速发展，出现了多种磁浮技术创新方案。

针对美国交通需求，联邦交通部定义了磁浮在交通体系中的地位：“磁浮高铁应是一种城市间安全可靠运输系统，是现有系统的补充。在160～960 km的行程范围内，磁浮在旅行时间、运输成本、可靠性和舒适性方面应具有竞争力。磁浮交通系统应是清洁的、能源利用率高。它不仅能高效率地运送旅客，而且具有货运能力。”这一定义也是美国联邦交通部对磁浮技术可行性和适用性的标准。美国在低速磁浮系统创新发展中，将城市磁浮项目（Urban Maglev Program，UMP）列入21世纪发展计划，主要支持用于市内交通的中低速磁浮交通技术的研究与发展。主要成果包括：Maglev2000公司采用超导EDS技术的M-2000磁浮列车、General Atomics公司的永磁EDS磁浮列车Inductrack、MagneMotion公司的电磁永磁混合悬浮的磁浮列车、AMT的磁浮系统等。

（1）M-2000磁浮系统（M-2000 Maglev System）：Gordon Danby和James Powell在他们早期提出的超导磁浮系统的基础上，开发了超导Maglev-2000系统。并且佛罗里达Maglev2000公司开发了M-2000系统，车辆采用超导四极磁铁，能够在300 mph（约483 km/h）的速度下完成电子换道，即窄束轨道与平面轨道之间的平滑过渡，具有高性能低成本的特点。M-2000系统设计概念，如图5.2所示。

图5.2　M-2000磁浮系统概念图

（2）城市磁浮系统（City Maglev System，CMS）：Magne Motion的磁浮项目采用公司的专有技术，用永磁悬挂结构和线性同步电机推进。2008年，Magne Motion公司宣布获得美国联邦交通管理局630万美元，目标是开发速度100 mph（约161km/h）的城市磁浮交通系统。城市磁浮系统已在马萨诸塞州丹弗斯克莱斯特（Devens，MA）进行了室内测试（12 m长轨道），并在奥多明尼昂大学（Old Dominion University）长距离（78 m）的室外轨道上进行测试。城市磁浮系统悬浮导向及牵引功能模块的结构设计，如图5.3。

图5.3　城市磁浮系统悬浮导向及牵引功能模块

（3）Inductrack磁浮系统（Inductrack Maglev System，IMS）：美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，简称LLNL）提出的Inductrack磁浮系统是一种被动EDS系统，采用Halbach永磁阵列产生悬浮和推进动力。2002年10月，General Atomics公司在加州开始建造120 m试验线路，于2004年9月建成，并进行各种测试，包括电气设备和动力性能（推进和悬浮等）。自1999年至今，LLNL共研发了3种Inductrack系统，Inductrack III更适用于重型货物的运输。图5.4为LLNL研发的Inductrack验证车模型。

图5.4　Inductrack验证车模型

（4）AMT磁浮系统（AMT Maglev System）：American Maglev Technology（简称AMT）公司将磁铁和控制装置设置在轻量车辆中，并开发了更为简单的导轨。AMT磁浮系统类似于日本HSST，采用电磁EMS悬浮和直线感应电机LIM推进，列车运行速度超过35 mph（约56.35 km/h）。图5.5为AMT-ODU悬浮导向和牵引系统的结构设计。(www.xing528.com)

图5.5　AMT-ODU悬浮导向和牵引系统结构示意图

（5）SkyTran空中磁浮系统（SkyTran Maglev System）：SkyTran系统是一种高速、低成本的个人快速交通（Personal Rapid Transit，PRT）系统，其目的是实现一种革命性的公共交通方式。乘客可通过智能手机来预定SkyTran，SkyTran会到一个特定的点接乘客上车并将其直接送到目的地。SkyTran最快可达到70 km/h，而且未来商用版的悬浮汽车最快速度可达240 km/h。图5.6为SkyTran空中磁浮的概念设计。

图5.6　SkyTran空中磁浮概念图

（6）永磁Magplane系统（Permanent Magnet Magplane System，PMMS）：Magplane的悬浮电磁铁和驱动电磁铁皆为永磁体，间隙可达5～15 cm。在悬浮和导向上使用了20 mm厚的弧形铝板轨道，这种结构具有高速转弯的优点。Magplane磁浮飞机研发转向Magpipe磁浮管道运输系统，Magplane磁浮飞机如同无机翼的飞机，安静地飞翔在槽型铝金属导轨道之上。Magplane采用永磁电动悬浮、直线同步电机驱动、电磁道岔等组件。方案包括两种类型，其中有速度在500 km/h左右的高速方案（超导方案），也有速度约在250 km/h的准高速方案（永磁方案）。Magplane磁浮系统，如图5.7所示。

图5.7　Magplane

（7）真空管道磁悬浮系统（Vacuum Tube Maglev Interstellar System，VTMIS）：美国的磁浮技术发展方向比较灵活，且民间研发热情高涨。历史上曾创新发展了多种技术方案，尤其以真空管道磁悬浮列车（也称“超级高铁”系统，Super-Speed Railway，SSR）系统的探索最引人注目，如图5.8所示。特别是美国超级高铁列车运输技术（Hyperloop Transportation Technologies，HTT）公司与劳伦斯利弗莫尔国家实验室签署了一项协议，进行超级高铁的磁悬浮技术研发。传统磁悬浮系统需要提供稳定的电力支持，这就增加了超高速列车的运行成本和复杂性。相比之下，超级高铁的磁悬浮技术成本要低得多，也更容易维护。很多国家都在考虑引入和研制超级高铁，如俄罗斯、印度、中东等国。

图5.8　超级高铁概念图