日本高速铁路：超导磁悬浮技术展现实力

日本的超导磁悬浮铁路的研发可追溯到新干线开通的前两年。1962年，虽然当时新干线尚未开通，但日本国铁已经把目光投向了更远的将来，他们希望继新干线之后的新一代高速铁路的速度能够达到 500 km/h，用 1 h 左右的时间就把东京和大阪连接起来。要实现这个梦想，日本国铁意识到传统轮轨式铁路在高速化方面的局限性，于是决定抛弃原有的轮轨式铁路，另辟蹊径考虑采用新的铁路方式——采用直线电机驱动的悬浮铁路方式。

日本并没有走德国的磁悬浮技术道路，因为日本地震多，常导磁悬浮间隙为 10 mm，在地震情况下车体和导轨会有碰撞的危险，于是决定把超导磁悬浮铁路作为研发方向，组织进行基础性实验研究，1972年研制出超导磁悬浮试验车辆，悬浮高度是常导磁悬浮的 10 倍，在200 m 长的导轨上成功悬浮运行。该超导磁悬浮技术采用铌钛合金做磁铁线圈绕组，用液氦把线圈冷冻起来，使其温度达到－269 ℃ 而进入电阻为零的超导状态。给超导线圈通电后，电流会在超导线圈中永远流动下去，并且不会发热。日本的磁悬浮铁路，超导磁铁安装在车体两侧，导轨断面呈“U”字形，两侧安装“8”字形的普通导体材料做成的感应线圈。起动时是靠轮子助跑的，加速到时速100多千米时收起轮子，这时车体两侧的超导磁铁和导轨上的悬浮线圈悬浮中心线出现位差，超导磁铁的磁场就会在悬浮线圈中产生感应电流，把悬浮线圈变成了电磁铁，“8”形线圈的下边极性与超导磁铁形成排斥力，上边极性相对，则产生吸引力，两个力量使车体悬浮，所以浮力大。1974 年，日本建设成约 7 km 长的宫崎试验线，1979年12月创造了时速 517 km 的磁悬浮列车新纪录。1996年建成山梨试验中心，此后不断刷新纪录，2003年12月2日，日本超导磁悬浮铁路的载人试验速度达到时速 581 km。2005年3月，日本超导磁悬浮实用技术评价委员会宣称，日本已掌握了成熟的超导磁悬浮铁路实用技术。但该技术的实施成本更高，实现商业运用还得等待时机。

日本第一条正式运营的磁悬浮铁路是名古屋市区通向爱知世博会会场的磁悬浮线路，这条铁路于2005年3月6日正式开通，全长约 9 km，中途设有9个站。该磁悬浮列车由3节车厢构成，全程无人驾驶，最高速度为100 km/h，行驶全程需要 17 min。整条磁悬浮铁路投资约500亿日元，在2005年爱知世博会期间累计运送 1 000 万乘客。日本于20世纪90年代初拟规划建设东京至大阪的磁悬浮铁路，并进行了可行性研究，但最终由于造价过高而搁置。

2015年4月21日，日本东海旅客铁道公司（JR东海）在山梨县实施了超导磁悬浮列车载人行驶试验，创下了时速603 km的最新纪录。这是人类铁道史上可载人商用运输工具首次突破时速600 km大关。(www.xing528.com)

继2016年完成“超导磁悬浮铁路技术开发基本计划”后，为实现维修效率化和提高适应性等开发目标，2017 年 3 月，日本铁道综合技术研究所和JR东海铁路公司根据日本国土交通省的变更计划，又制订了延长 6 年至 2022年度的技术开发计划。该计划以“低费用的高效维修体系检验证”“高温超导磁石的长期耐久性检证”和“提高快适性”作为重点课题，持续开展磁悬浮技术及其在既有铁路的应用研究工作。在已完成的“超导磁悬浮铁路技术开发基本计划”中，日本铁路取得了一系列研究成果，主要包括利用稀土类高温超导线材料开发了 700 kA 车载超导线圈，验证了线圈在振动环境中的稳定励磁能力与温升情况；通过地面线圈及超导磁铁的合理设计缩小磁悬浮车辆起浮间隙，减少直线同步电机消耗电力；研究了磁悬浮铁路用推进线圈连接电缆的振动特性评价方法，进而评价推进线圈与连接电缆的耐久性；开发了利用传感器标签与维修用车之间的通信功能监视地面磁悬浮线圈状态的方法，并进行了相关试验。

此外，日本还开展了超导磁悬浮技术在既有线铁路的应用研究，主要包括开发铁路车辆内低频磁场可视化评价系统，采用不同动作温度的磁性填充材料改善磁性热泵式空调的制冷效果，高速车辆直线电机制动机构的小型轻量化研究，超导磁悬浮飞轮蓄电系统可靠性验证，基于超导电缆的铁路车辆无损耗供电试验等。在此次延长至2022年的技术开发计划中，日本铁道综合技术研究所将持续深入开展磁悬浮铁路的基础研究：深化有关地面线图研究，包括磁悬浮铁路地面线圈循环和再生利用方法研究、磁悬浮铁路地面线圈传感器数据采集系统开发等；深化高温超导线圈研发，包括稀土类高温超导线圈的机械振动试验等；车辆运动仿真解析技术和仿真装置研究。

2018年8月23日，日本东海旅客铁道公司（JR 东海）公开了磁悬浮中央新干线攻坚地段——南阿尔卑斯隧道的施工现场。2019 年 11 月，日本超高速磁悬浮线的神奈川县车站举行开工典礼。运营商中央铁路公司计划在2027年开始在品川（东京）和名古屋（爱知）之间提供超高速磁悬浮线路的运营服务。