日本低速磁悬浮列车发展

：磁悬浮交通概论第二讲 日本超导磁悬浮铁路的发展过程日本JR磁悬浮实验线介绍超导磁悬浮铁路基本原理线、桥、隧、站设备及建筑物日本低速磁悬浮列车HSST发展2.1 日本磁悬浮铁路的发展过程☐第一阶段的试验(1987-1996)☐第二阶段的试验(1997-1999）☐第三阶段的试验(2000-2004)日本山梨县HSST磁浮试验线日本超导磁悬浮列车—新型试验车MLX01-901（2002年）日本山梨县HSST磁浮试验车日本磁悬浮铁路试验的现状☐日本早在1960年，在旧国铁内成立了“超高速铁路研究同仁会”，聚集人材开始研究。

☐1970年，由铁道技术研究所制成“模拟试验装置”，开始了超电导磁浮铁路的试验，1972年向社会公开了这种试验的情况。

☐1987年3月，即国铁改民营前1个月，开始了由模型转向现代的宫崎试验线试验。

☐从现地试验开始，迄今已十余年，其试运行15万km，试乘人数2万余人，取得了大量的数据和宝贵的经验。

1 第一阶段的试验(1987-1996)☐首先从1987年3月到1991年10月，在宫崎试验线试运行23 000 km，试乘客人94000人，最高时速运394 km。

☐1993年3月开始正式浮起试验。

到1995年1月，在乘人的条件下已达到411-431 km／h，以后因试验线长度仅7 km满足不了高速、减速和制动的需要，故新建山梨试验线并移地试验。

2 第二阶段的试验(1997-1999）☐1997年3月本试验迁入山梨试验线，到2000年3月(日本会计年度为当年4月1日到来年3月31日)已完成3年的运行试验。

在2000年4月运输技术审议会(运输省的咨询机构)铁道分科会第8次超电导磁浮铁路实用技术评价委员会上，对这3年的试验作了全面评价，并对今后5年(第三阶段)的试验作了具体按排。

☐原定第二阶段的试验目标是，提高磁浮铁路的高速性、运输能力和经济性。

☐在高速性方面，1997年12月30日就达到了设计最高550km／h，以后以5辆编组运行，也都稳定在最高552 km／h，无大变化，累计试运距离为7.5万km。

中低速磁悬浮在城市轨道交通中的运用磁悬浮技术的研究源于德国,1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,1934年他申请了磁悬浮列车的专利,1953年完成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。

20世纪70年代以后,世界工业化国家经济实力不断加强,为提高交通运输能力以适应经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始对磁悬浮运输系统进行开发,并取得令人瞩目的进展。

磁悬浮列车与传统轮轨列车不同，它用电磁力将列车浮起，导向和驱动。

在运行时不与轨道发生摩擦，中低速磁悬浮列车（时速小于200km）在运行时发出的噪声非常低。

此外，磁悬浮列车还具有速度高，制动快，爬坡能力强，转弯半径小，振动小，舒适性好等优点。

在修建城市轨道交通线路的造价攀升的情况下，中低速磁悬浮线的性能价格比好的优势得以显示出来。

1 磁悬浮技术的种类目前，载人试验获得成功的磁浮列车系统有3种，它们的磁悬原理和系统技术完全不同，不能兼容。

（1）用常导磁吸式（EMS）进行悬浮导向，同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。

以德国的TR（Trans rapid）磁浮列车系统为代表。

TR采用常规电导吸引的方式进行悬浮和导向，悬浮的气隙较小，一般为 10mm 左右；由地面一次控制的直线同步电机驱动。

我国上海机场磁悬浮线就是引进的德国 TR系统（2）采用超导磁斥式（EDS)进行悬浮和导向，同步长定子直线电机驱动的高速磁浮列车系统。

高速超导磁悬浮列车以日本的ML系统为代表。

车上的超导线圈在低温下进入超导状态，通电后产生很强的磁场，列车运动时，超导磁体使线路上的导体产生感应电流，该电流也将产生磁场，并与车上的超导磁体形成斥力，使车辆悬浮（悬浮高度较大，一般为100mm左右）。

列车由地面一次控制的线性同步电机进行驱动，同步电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧，无需通过弓网受电方式供电。

（3）采用常导磁吸式（EMS）进行悬浮和导向，异步短定子直线电机驱动的中低速磁浮列车系统。

磁浮交通技术的发展及应用现状简述金鑫【摘要】文章主要介绍磁浮列车的主要技术原理及磁浮系统的主要特点,总结了国内外高速磁浮及中低速列车的发展及应用现状,并分析了既有线路磁浮轨道梁结构特点,对比部分现行规范中的轨道梁刚度限值,探讨了磁浮技术在我国轨道交通中的应用前景及存在的不足.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2018(038)005【总页数】3页(P73-75)【关键词】磁浮列车;技术原理;轨道梁;应用现状【作者】金鑫【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U2371 磁浮交通概述进入21世纪以来，我国城市化进程不断加快，城市人口快速增长，产生了极大的客运交通需求，这也促使我国轨道交通飞速发展。

磁浮交通作为一种采用无直接接触电磁悬浮、导向及驱动的新型轨道交通型式，由于其噪声低、平稳性好、安全性高、环保节能以及适应能力强等方面的优势，在城市轨道交通中脱颖而出，成为一种极具竞争力的绿色地面交通工具[1]。

1.1 磁浮列车悬浮原理磁浮列车利用电磁铁产生的强大电磁吸力或斥力悬浮，并通过直线电机产生的牵引力驱动前进。

目前按照车辆悬浮原理及方式不同，磁浮铁路可分为常导电磁悬浮EMS (Electromagnetic Suspension)、超导电动磁悬浮EDS (Electrodynamic Suspension)、永磁悬浮PMS (Permanent Magnetic Suspension)三种形式[2](图1～图3)。

其中常导电磁悬浮采用常温导体材料作为电磁铁绕组线圈，产生导向力和悬浮力，优点是结构简单、维护方便，缺点是由于材料电阻较大，电流损耗大，产生的电磁力小，悬浮高度较小(一般为8～12 mm)。

常导电磁悬浮一般采用列车两边包住轨道的形式，通过列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮，常导电磁浮型又分为高速磁浮、中低速磁浮两大类，高速磁浮列车的速度可达400～500 km/h。

磁悬浮技术发展应用与研究现状磁悬浮系统及悬浮控制原理磁悬浮系统主要由间隙传感器、加速度计、磁悬浮电源变换器、悬浮电磁铁和悬浮控制器等组成。

当向电磁铁的绕组中通以一定的电流时，悬浮电磁铁会对浮体产生相应的电磁吸引力。

当产生的电磁吸引力大过被悬浮物体的重力时，浮体就会被向上吸起来，从而实现悬浮。

因此，为了使浮体可以稳定地处于悬浮状态，需要调节电磁铁绕组中的电流的大小，使其产生的电磁吸力的大小等于被悬浮物体重力的大小。

但是由电磁吸引力与重力所构成的平衡是一种不稳定的平衡关系。

这是由于电磁铁和浮体之间的电磁力大小与悬浮间隙大小的平方成反比，即当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越小时电磁吸引力就越大，反之当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越大时电磁力就会越小。

所以外界的扰动来干扰这种平衡时，即便系统只是受到非常微小的扰动，这种平衡状态也会被破坏。

因此，需要设计一个闭环反馈控制系统来对对整个系统实现闭环控制。

间隙传感器可以直接测量出浮体的悬浮间隙的大小，并且将它转变成位移信号；再由控制器存储、变换及运算，并且根据控制器的运算方法产生相应的控制信号；功率放大器会根据接收到的控制信号产生系统需要的控制电压，从而控制电磁铁中的电流，使执行电磁铁产生相应的电磁吸引力。

所以当浮体与电磁铁之间的悬浮间隙发生改变时，需要及时地调整电磁铁线圈中电流的大小，就可以改变电磁力的大小，这样就可以保证被悬浮物体能够稳定地悬浮在平衡位置附近。

因此为了实现磁悬浮系统的可靠性，必须精确控制电磁铁中电流，即电磁铁线圈两端电压的大小，以确保磁场可以保持稳定的电磁强度和相应的电磁悬浮力。

磁悬浮技术的发展与应用1842年，英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概念，同时指出，单靠永久磁铁不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。

1900年初，美国、法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运行的若干猜想，也就是磁悬浮的早期模型，并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。

磁悬浮列车基本资料磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。

由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。

磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上，比轮轨高速列车的300多公里还要快手。

磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。

1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

“常导型”世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需8分钟。

上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。

是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来（利用同名磁极相互排斥）。

列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设磁悬浮列车反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的排斥力与列车重力相互平衡，利用磁铁排斥力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。

这必须精确控制电磁铁的电流。

悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。

通俗说，在位于轨道两侧的介绍线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它与列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。

磁悬浮列车列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。

列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。

循环交替，列车就向前奔驰。

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。

课程磁悬浮技术基础专业机械电子工程班级机电研0401班教师胡业发姓名戴迎宏2005 年12 月29日磁悬浮列车的原理及发展现状摘要：本文介绍了磁悬浮列车的背景、特点、分类及国外两种代表性的磁悬浮列车：德国的常导磁悬浮列车和日本的超导磁悬浮列车的工作原理, 并介绍日本山梨试验线研究现状，还提到了目前存在的技术以及我国磁悬浮列车的研究和发展现状。

关键词：磁悬浮列车工作原理发展现状0、引言众所周知, 传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力, 车轮和钢轨之间的相互作用作为运行导向, 由铁路线路承受压力, 借助于车轮沿着钢轨滚动前进的。

而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起, 使整个列车悬浮在线路上, 利用电磁力进行导向, 并利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的最新颖的第五代交通运输工具。

1、磁悬浮列车的特点与传统铁路相比, 磁悬浮列车有以下优点：(1) 适于高速运行磁悬浮列车最大特点在于它没有通常的轮轨系统, 由于消除了与轮轨之间的接触, 不存在由于轮轨摩擦及粘着所造成的诸如极限速度等影响列车运行的问题, 速度可达500 km/h 以上；(2) 稳定安全列车运行平稳, 能提高旅客舒适度, 由于磁悬浮系统采用导轨结构, 不会发生脱轨和颠覆事故, 提高了列车运行的安全性和可靠性；(3) 污染小, 易维护悬浮列车在运行中既不产生机械噪声, 也不排放任何废气、废物, 对周边环境的污染极小, 有利于环境保护, 加上磁悬浮列车由于没有钢轨、车轮、接触导线等摩擦组件,可以省去大量维修工作和维修费用；(4) 能充分利用能源、获得较高的运输效率。

另外, 磁悬浮列车可以实现全自动化控制, 因此, 将成为未来最具有竞争力的一种交通工具。

2、磁悬浮列车的分类2．1 按电磁铁种类磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型两大类。

(1) 常导吸引型常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体, 用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小, 在一般情况下, 其悬浮间隙大小在10mm 左右, 这种磁悬浮列车的运行速度通常在300～500 km/h 范围内, 适合于城际及市郊的交通运输。

综述ｑ浏辩文章编号：１００２—７６１０（２００８）０１—０００１—０３回零低遭磁悬浮刻辜凌震陈贵荣，龙志强（国防科技大学磁悬浮工程研究中心，湖南长沙４１００７３）摘要：介绍了日本低速磁悬浮列车的发展历程，以及研制的８组磁悬浮列车样车。

关键词：磁悬浮列车；发展；日本中图分类号：Ｕ２７１文献标识码：ＢＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＬｏｗＳｐｅｅｄＭａｇｌｅｖＴｒａｉｎｉｎＪａｐａｎＣＨＥＮＧｕｉ—ｒｏｎｇ，ＬＯＮＧＺｈｉ—ｑｉａｎｇ（ＭＡＧＬＥＶＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｅｓｃｒｉｂｅｄｉｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅｌｏｗｓｐｅｅｄｍａｇｌｅｖｔｒａｉｎｉｎＪａｐａｎ．ａｓｗｅｌｌｔｈｅ８ｍａｇｌｅｖｓａｍｐｌｅｔｒａｉｎ－ｓｅｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｌｅｖｔｒａｉｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ｊａｐａｎｌ概述日本地少人多，历来重视铁路技术的发展，是世界上拥有最长时间发展轮轨高速铁路经验的国家。

早在１９７２年，日本航空公司（ＪＡＬ）就将磁悬浮列车ＨＳＳＴ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＳｕｒｆａｃｅＴｒａｎｓｐｏｒｔ）作为新一代陆地快速交通工具，其重要性已日益凸现。

ＨＳＳＴ系统是以常温吸引方式实现悬浮导向，以直线感应电机（ＬＩＭ）为动力的线性机车。

随着理论和技术的日趋成熟，日本、德国等发达国家已具备进入商业化运营的能力，并作为城市轨道及机场交通工具着手进行了开发。

２发展历程２．１开发ＨＳＳＴ的动机ＨＳＳＴ的开发始于１９７４年初，当时德国开发的ＴＲ－０４磁悬浮系统令人注目，且可以减少公害。

考虑到日本的实际情况，必须选择对环境影响小的交通工具，这就是进行开发和研究的动机。

２．２ＨＳＳＴ－０１磁悬浮列车日本最早采用德国Ｋｒｕｓｓ—Ｍａｆｆｅｉ技术开展低速磁悬浮技术的研究。