高速铁路技术发展：轻量化与永磁电机技术应用

（1）普遍采用动力分散配置。世界高速列车总体趋势是越来越多地采用动力分散式高速列车。例如，日本高速列车所有车型都采用动力分散方式；法国前三代TGV高速列车采用动力集中式设计，但最新开发的AGV列车则采用动力分散式设计，就是在采用铰接式转向架的同时也采用动力分散式；德国ICE1、ICE2高速列车为动力集中式，ICE3、ICE4等车型采用动力分散的配置方式，德国新一代高速列车（NGT）采取动力分散式并采用独立轮对走行装置；意大利除ETR500高速列车为动力集中方式外，其余均为动力分散布置。韩国最新研制的高速列车HEMU-430X（海雾号），最高速度430 km/h，也采用动力分散式布置。

（2）追求车体的轻量化。高速铁路列车重要技术之一是要运用车辆轻量化技术。其主要途径是采用高性能的新材料和改进车辆结构、缩小尺寸等优化设计。同时，采用车辆轻型化技术，还可以有效抑制地基振动的增加，降低噪声，减少因速度的提高而带来的空气动力声的显著增加。在近代，高速车辆的车体材料主要有不锈钢、高强度耐候钢和铝合金。

（3）永磁电机技术日益应用。世界高速列车牵引传动系统趋于采用三相交流电力传动技术，并向功率大、体积小、质量轻、可靠性高、成本低的方向发展。在变流器元件方面，已从普通晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）发展到绝缘栅双极晶体管（IGBT），现已出现集成门极换向晶闸管（IGCT）。在牵引电动机方面，主流仍是交流异步电动机，但已经出现新型永磁电机，其具有体积小、质量轻、损耗小、效率高等优点。

（4）研究新型受流技术。德国新一代高速列车（NGT）正在研究一种新型受流技术，将直线电机一分为二，其原边绕组安装在轨道上（2根钢轨之间），次边绕组安装在列车上，如同磁悬浮列车 Transrapidi 一样，利用感应原理把电能从轨道以非接触方式传递到列车上。这种受流技术虽然目前还只是一种设计理念，且具有不能与既有高速铁路技术兼容的局限性，但由于其安全性高、低噪声、低磨耗等特点，将来有可能实现在高速铁路上的应用。

（5）提高列车的空气动力学性能。世界高速铁路努力加强列车空气动力学设计及研发。日本高速动车组在头部形状设计时，对空气阻力和气动噪声、隧道微气压波等内容进行深化研究，从0系到500系，高速动车组头部逐渐长型化。为降低微气压波，700 系和E4系还开发了独特的头车形状。德国 ICE 高速列车头部为流线型，车厢之间没有大的间隙，降低与空气的摩擦阻力。另外，考虑到气动力学，车体结构、车窗、车门、通过台、空调系统、卫生间系统等零部件实施了密封，以减少空气阻力，提高空气动力学性能。

（6）普遍采用混合制动方式。高速列车大多采用再生制动与空气盘形制动相结合的方式，但速度提高到 350 km/h 及以上时，制动盘的制动功率已超出极限，难以满足安全制动距离要求。日本研究了 4 种强化安全制动的方法：

① 开发新材料、新结构的制动盘和闸片，提高耐热裂性能和耐热衰退性。(www.xing528.com)

② 增加安全电阻制动新方式，可在受流失效时采用蓄电池的电能通过逆变器为牵引电机励磁，使其可继续按发电模式工作，实施列车制动，而制动产生的能量因受流失效不能回馈电网，则在电阻带上消耗，因而是一种可靠的安全制动方式。

③ 增加空气阻力制动新方式，紧急制动时，利用从车顶上弹出的阻力板使高速列车有效减速。

④ 采用喷射陶瓷粒子增加紧急制动时的轮轨黏着力。

（7）增加车体气密性、降低列车噪声。世界高速列车针对增加车体气密性，主要在车体大断面挤压铝合金型材连续焊接工艺、车窗高性能密封材料、塞拉车门气压密封及紧闭机构、排水水封装置气密性能、高压鼓风机连续供排气性能等方面实现突破，提高气密性指标。同时，综合集成新技术降低了列车噪声，具体措施包括低噪声新结构受电弓及隔声板的研制、车体侧墙板采用新型吸声材料、车厢间采用叠层式金属挡罩、车头形状采用高长细的优化流线型以抑制隧道微压力波、减少车厢横截面尺寸、采用浮动地板结构和低噪声牵引电机等。

（8）采用先进的列车故障监测、诊断及自动控制系统。为了更好地提高列车的安全性、可维修性，世界高铁积极发展列车故障监测、诊断及自动控制系统，利用各种传感器、监测装置及列车信息传输与控制技术，对高速列车各种实时运行状态进行监控，随时向地面维修中心发送信息，并对列车上各种设备（如空调、通风系统、车门等）实行自动控制。