磁悬浮列车工作原理

磁悬浮列车工作原理；

磁悬浮列车利用“同极相斥，异极相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。

日本JR磁悬浮MLX01-2实验车

由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。

通俗的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。

磁悬浮列车

稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。

常导型

磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出。 “常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电 时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。 上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。 上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线的龙阳路站，东至上海浦东国际机场，专线全长29．863公里。由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线2001年3月1日在浦东挖下第一铲，2002年12月31日全线试运行，2003年1月4日正式开始商业运营。是世界第一条商业运营的磁悬浮专线。 这列当今世界上最酷的列车，带车头的车厢长27.196米，宽3.7米。中间的车厢长24.768米，14分钟内能在上海市区和浦东机场之间打个来回。置身其中，您将亲身体验到这架“陆地客机”所带来的奇异感受。 它是21

超导磁悬浮列车的工作原理

超导磁悬浮列车工作时主要利用了磁性物质同性排斥异性吸引的基本原理,从而最终达到了列车悬浮在车轨上方,列车在磁力的牵引下高速前行,列车在高速前行过程中自动调整姿势以避免倾斜的目的.

首先,对于列车之所以能够悬浮在轨道上方做简单说明:磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。

那么，磁体间为什么能产生如此强大的磁场而最终让沉重的车厢悬浮起来呢？在演示实验中我们用的是极冷的液氮冷却那种放在车厢底部的超导元件办到的。超导元件在相当低的温度下具有的完全导电性和完全抗磁性。而实际运用的超导磁体是由超导材料制成的超导线圈构成，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。。超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。

其次，磁悬浮列车的高速前进也是利用电磁体间的磁力完成的。

简单的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁铁。由于它 与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。

11.3磁悬浮列车工作原理

11.3.1长定子同步直线电机推进的常导吸引型

1．悬浮原理

T形梁翼底部为同步直线电机的定子，其下方为安装在车体上的悬浮电磁铁，该电磁铁同时兼作同步直线电机的转子。悬浮电磁铁通电时产生磁场，成为电磁铁，与直线电机定子的铁心产生吸引力，把磁悬浮车往上拉向定子。利用距离传感器控制悬浮电磁铁与定子的距离（即悬浮气隙），保持在10 mm左右。

2．导向原理

TR磁悬浮列车的车体从两侧将T形轨道梁的翼缘同抱，T形梁翼缘两侧面为导向轨，安

装在车体上的导向电磁铁通电后将与之产生吸引力。通过测量两侧导向电磁铁与导向轨之间

的距离，并调节导向电磁铁的电流，就可以控制列车位于道路巾间。即使列车在路面倾斜的曲线路段停车，该导向力仍可保持列车不与导向轨接触。

3．牵引原理

磁悬浮列车的驱动靠长定子同步直线电机实现。这个无接触的牵引T作原理类似于转动的同步电动机，只是将转动的电机的定子切开，并且沿着线路方向展开。这样，在定子上产生的就不再是一个旋转的行波磁场，而是一个移动的行波磁场。列车的悬浮电磁铁通电后，就成为电动机的转子（励磁磁极）。路轨上的定子中i相绕组产生的移动行波磁场，作用于车上的悬浮磁铁（转子），产生了同步的电磁牵引力，引导磁悬浮列车前进或后退。同步直线电机驱动示意图如图11 8所示。调节定子供电的频率与电压，即可改变磁悬浮列车的运行速度。 4.车上非接触供电的原理

TR磁悬浮列车运行时与轨道完全无接触，其导向电磁铁和悬浮电磁铁的供电，以及车载控制、照明，空调等用电，均来自车载电源（镍镉可充电电池组和整流设备）和直线发电机。车载电源的充电，在列车运行时也靠直线发电机，停站时靠车站的供电轨（列车到站后受流器与供电轨接触供电）。直线发电机是将==相绕组固定放在悬浮磁铁上。当列车运行时，由于速度的变化以及定子槽电压的作用，装在悬浮磁铁上的三相绕组将产生感应的交流电，如图11-9所示，经整流后供车上用电。这些高频磁场分量因列车运行时惯性较大，对列车悬浮控制影响不大。

磁悬浮列车

1. 磁悬浮技术的原理

磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

2. 磁悬浮技术的应用

国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和中国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。

国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。

目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。

2009年8月，参观者在北京看磁悬浮列车轨道，北京城建设计研究总院的总工杨秀仁透露，北京正在做一条磁悬浮线的长期规划———通往门头沟的S1轨道线路正在筹划，计划采用中国自主研发的磁悬浮技术。而由北京控股磁悬浮技术发展有限公司和国防科技大学合作的中低速磁浮列车，是中国唯一具有完全自主知识产权的磁悬浮列车。