大国重器：技术分类与线路长度划分

1．按悬浮方式分类

磁悬浮列车是利用电磁力使车体悬浮在轨道之上，并通过电磁力推动车辆运行的交通工具。磁悬浮列车在运行过程中不与地面接触，消除了轮轨系统才有的摩擦阻力，可以达到很高的速度，可与轮轨式高铁和飞机一争高下。按照悬浮方式的不同，悬浮技术可分为电磁悬浮技术（简称EMS）和电动悬浮技术（简称EDS）。

电磁吸引悬浮是利用车载电磁铁与导轨之间产生的吸引力而悬浮列车，属于“吸引悬浮”，以日本的HSST中低速磁悬浮列车和德国的TR超高速磁悬浮列车为代表。悬浮系统由电磁铁、F轨、斩波器及控制单元、气隙检测传感器组成，电磁铁用于产生电磁力，提供悬浮和导向功能，斩波器及控制单元通过控制电磁铁中的电流确保系统稳定运行，其悬浮间隔为 6～10 mm。韩国的 UTM 系统、日本的HSST系统、德国常导超高速磁悬浮列车以及中国的中低速磁悬浮列车均采用了相同的技术方案。

电动排斥悬浮是指列车行进过程中，采用超导磁铁和永磁铁，利用车辆磁体在感应轨上产生相互排斥的磁场，使车辆悬浮，属于“排斥悬浮”。采用该技术，车辆的悬浮刚度大，自稳性强，不消耗电能，悬浮高度可达到 25 mm。由于这种悬浮结构不产生导向力，所以导向力由直线电机产生。日本的MLU系列高速磁悬浮列车采用的是电动悬浮技术。两种悬浮原理如图 6.3 所示。

图6.3　两种悬浮原理

2．按线路长度分类

磁悬浮铁路按照线路长度划分，可分为干线磁悬浮铁路、城际磁悬浮铁路和城市内磁悬浮铁路。干线磁悬浮铁路线路长度超过 500 km，适合省际间远距离的旅客运输。城际磁悬浮铁路衔接相邻两个城市，线路长度一般在500 km 以下，承担城市之间的旅客运输任务。城市内磁悬浮的线路长度一般在 100 km 以下。

3．按速度分类

磁悬浮列车的速度差异很大，时速小于 120 km 的属于低速（常速）磁悬浮，时速大于120 km 但是小于 200 km 的属于中速磁悬浮，时速大于200 km 但是小于 350 km 的属于高速磁悬浮，当时速大于 350 km 时就划归到超高速磁悬浮范畴。一般在城市轨道交通领域，中低速磁悬浮技术是最佳选择。(www.xing528.com)

4．按采用导体材料分类

按照磁悬浮技术采用的导体材料不同，磁悬浮还可分为常导型和超导型磁悬浮。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车 Transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为 10 mm 左右。常导型高速磁悬浮列车的速度为 400～500 km/h，适合于城市间的长距离快速运输。超导型又称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表，它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为 100 mm 左右，速度可达 500 km/h以上。超导磁悬浮的线圈绕组使用超导材料，在一定的温度下就会处于超导状态，超导绕组内的电阻为零，能产生强大的磁场，可以使列车获得较大的悬浮高度和更快的运行速度。

常导型和超导型磁悬浮进一步细分，常导又分为“中低速”和“高速”两种；超导又分为“低温”超导和“高温”超导。从原理上讲，“超导型”悬浮气隙较“常导型”大，运行速度较常导型高，但造价也高于常导型，两者各有优缺点。但与轮轨技术相比，磁悬浮列车采用无接触的悬浮技术，克服了车辆和轨道之间的接触磨损，无须用高承载旋转件，且推进动力系统置于地面，具有能耗低、速度快、噪声小、安全性高、安全舒适、环保节能、适应性广和维修量小等优点。

超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成的，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小、功率强大的电磁铁。

超导磁悬浮列车也是由沿线分布的变电所向地面导轨两侧的驱动绕组提供三相交流电，并与列车下面的动力集成绕组产生电感应而驱动，实现非接触性牵引和制动。但地面导轨两侧的悬浮导向绕组与外部动力电源无关，当列车接近该绕组时，列车超导磁铁的强电磁感应作用将自动在地面绕组中感生电流，因此在其感应电流和超导磁铁之间产生了电磁力，从而将列车悬起，并经精密传感器检测轨道与列车之间的间隙，使其始终保持 100 mm 的悬浮间隙。同时，与悬浮绕组呈电气连接的导向绕组也将产生电磁导向力，保证列车在任何速度下都能稳定地处于轨道中心行驶。

超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生电磁波，这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场同步的推力，正是这种推力推动列车前进。同时，在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器，根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式，精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。其原理示意图和列车运行原理示意图如图 6.4 所示。

图6.4　“常导”和“超导”磁悬浮列车原理示意

目前，世界上有三种类型的磁悬浮：一是以德国为代表的常导电式磁悬浮；二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力；第三种是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。中国磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势：悬浮力强、经济性好、节能性强、安全性好、平衡性稳定。随着科技的不断发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。