磁悬浮的构想是由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出的。
稍有物理知识的人都知道:把两块磁铁相同的一极靠近,它们就相互排斥;反之,把相反的一极靠近,它们就互相吸引。磁悬浮列车,其实就是使用这种吸引力与排斥力将列车托起,使列车悬浮在轨道上方,和轨道之间没有直接接触,大大减小运行阻力,达到高速运行的目的。
磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨,采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈,驱动列车高速行驶,从而取消了受电弓。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中,与轨道保持一厘米左右距离,处于一种“若即若离”的状态。
由于避免了与轨道的直接接触,磁悬浮列车的行驶速度也大大提高,其正常的运营速度可以达到每小时430公里。世界上第一列磁悬浮列车小型模型1969年在德国出现,日本是三年后研制成功的。1979年,磁悬浮列车技术就创造了517公里/小时的速度纪录。
为什么要发展磁悬浮列车
磁悬浮列车快速、低耗、安全、舒适、经济、无污染。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离比乘坐飞机更优越。
运行成本和能耗低是它的又一优点。由于没有轮子、无摩擦等因素,它比目前最先进的高速火车省电30%。在500公里/小时速度下,每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2,比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触,震动小、舒适性好,对车辆和路轨的维修费用也大大减少。
磁悬浮列车交通有利于保护环境。它在运行时不与轨道发生摩擦,且爬坡能力强、转弯半径小,所以发出的噪音很低(只有当时速达到200公里以上时,才会产生与空气摩擦的轻微噪音)。它的磁场强度非常低,与地球磁场相当,远低于家用电器。由于采用电力驱动,避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。磁悬浮列车的爬坡能力为10%,而一般铁路的最高坡度只有4%。磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘,从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。
磁悬浮列车在路轨上运行,按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊,将路轨紧紧搂住,绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流,同一区域内的电磁流强度相同,不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象,从而排除了列车追尾或相撞的可能。列车的整个安全系统可以相互检测,自动替补,这在其他交通工具是不具备的,因而它是一种高安全度的交通工具。
磁悬浮列车的种类
磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。
常导型也称常导磁吸型,以德国高速常导磁浮列车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毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400至500公里,适合于城市间的长距离快速运输。
而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型,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毫米左右,速度可达每小时500公里以上。
这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标,德国青睐前者,集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者,全力投入高速超导磁悬浮技术之中。