磁悬浮电动车辆

通常各种机车和电动车辆都由于轮缘与轨面之间存在着粘着力，才避免动轮对在钢轨上打滑发生空转，从而使机车或电动车辆产生牵引力，驱动车辆前进。由于车辆粘着力的大小不仅与轮－轨间的正压力成正比，而且还随着车辆速度的上升而显著减小，在超高速下可比一般速度下小一个数量级以上。因此，车辆的最大牵引力不能超过轮－轨间的极限粘着力。常规轮-轨系统的机车或电动车辆,不仅在机械上难于满足超高速下的要求,在牵引力上也很难实现350km/h以上的超高速运行要求。此外，常规的旋转式直流牵引电动机也难于克服超高速下的机械应力和换向困难。故在超高速下运行的车辆必须采用气垫（气悬浮）或磁垫（磁悬浮），使其抬离地面，消除与地面的直接摩擦，再用能胜任超高速索引并作直线运动的线性电动机（见直线电动机）驱动。由于磁垫比气垫噪声小、能耗少、污染少，较为经济，因而磁悬浮电动车辆获得了发展。

磁悬浮电动车辆的设计思想早在20世纪初期已经提出，但因其技术复杂、投资大，到60年代才在一些工业先进国家实现，并开始试运行。最早投入正式运行的磁悬浮电动车辆交通线路，是英国伯明翰市的一条通住国际机场的道路。采用常导型线性感应电动机驱动磁悬浮电动车辆。近代超导材料的发现和应用，为这种新型车辆的发展开辟了新的前景。 磁悬浮系统车辆的磁悬浮力由磁悬浮系统产生。

磁悬浮系统一般有 3种，即永磁式磁悬浮系统、常导电吸引式磁悬浮系统和超导电推斥式磁悬浮系统。前者功率小、速度低，故不能用于市内交通；常导电吸引式磁悬浮系统可使车辆上浮10～20mm，目前应用较多。超导电推斥式磁悬浮系统可产生强大的电动斥力，使车辆上浮100mm左右,是磁悬浮系统的发展方向。图中所示为常导电吸引式磁悬浮电动车辆断面。图中装在车体底部的磁悬浮装置的初级线圈，与装在地面导向轨侧面的反应板(次级线圈)相互吸引，使车体抬离地面，通过控制磁悬浮装置初级线圈中的电流，可自动保持车体悬浮的高度。兼有导向作用的反应板与导向电磁铁相互作用，其电磁力可以使车辆保持在导向轨的中心线上，并沿一定方向前进。超导电推斥式磁悬浮电动车辆由车体上的超导体和路基上的载流线圈之间的强大电动斥力，使车辆悬浮。 　　直线牵引电动机 　牵引磁悬浮电动车辆的直线电动机有异步和同步两类。 　　把异步电动机的定子沿径向剖开并拉直，再用平直的导板取代转子，即构成异步直线电动机。定子为直线电动机的初级绕组，导板则为次级绕组，两者分别置于车体和地面。装在车体下的初级绕组通入三相交流电后，产生沿车体纵向平行移动的气隙磁场，这种行波磁场的移动速度为 　　　　　　　 　υs=2ƒτ　 (m/s) 式中ƒ为交流电源频率(Hz)，τ为直线电动机的极矩(m)。行波磁场以同步速度υs切割装在地面导向轨上的次级绕组（即反应板），使它产生感应电动势和电流，此电流与行波磁场相互作用即产生沿导轨切向的牵引力。当改变电源的频率ƒ时,可实现车辆的起动和调速。改变电流的相序时，可使车辆反方向运行。频率和相序的改变也可由装在车内的变频器来实现。 　　异步直线电动机的次级绕组很简单，它可以由整块钢板制成。若在钢板上复合钢板或铝板，则既具有优良的导磁性又有良好的导电性。一般将简单的次级绕组设在漫长的路基上较为经济。但在线路短而车流密度很高的场合下，通常将初级绕组设在路面上，车上装次级绕组，这样车辆上就不需要变频电源，又可避免高速接受电流的困难，结果可能比次级绕组装在路面上更为经济。 　　80年代，随着超导技术的发展，直线同步电动机用于磁悬浮车辆也日益受到重视。装在车上的直线同步电动机的磁极，由超导体组成，它的直流磁场与地面上三相绕组中的交流电流相互作用，产生牵引力。同时当车辆运行时，还可用超导体所产生的强大直流磁场与地面线圈中的感生电流相互作用，产生强有力的悬浮力。 　　直线电动机的气隙比旋转电机大，它的初级绕组所在的磁路是不连续的,故其功率因数和效率都比较低;同时又涉及超导体的应用等多项复杂技术，难度大，投资多。因此,对这种新型高速电动车辆的实际推广应用,还需作出巨大的努力。 　　特点 　磁悬浮电动车辆取消了常规的轮-轨系统,悬离地面，可以实现高速或超高速运行。功率强大的超导型磁悬浮电动车辆,可以达到500km/h以上的超高速。由于没有轮-轨间的撞击和摩擦，它的噪声很低,振动轻微。为每一位旅客所消耗的运输功率，虽大于一般的电动车辆，但远小于飞机所消耗的功率。英国磁悬浮电动车辆的运行实践证明，用于城市交通的磁悬浮电动车辆，在中等和一般的速度下，其运行费用是经济的，工作是可靠的。因此在中等或近距离的客运上，磁悬浮电动车辆受到世界范围的重视。