磁悬浮列车的工作原理

2025年03月28日 21:03

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网友（1）：

高速磁浮列车是20世纪的一项技术发明，其原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁浮列车”。

　　由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁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浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上的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毫米（正负误差2毫米）的间隙，并使导轨钢板的吸引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。

　　自20上世纪60年代以来，以德国和日本为代表，对常导和超导两种模式，进行了深入的研究和试验。日本的超导系统，已建成山梨县18.4公里试验线（双线），最高时速曾达552公里／小时。德国的常导系统，先后研制了TR01型至TR08型车辆。1987年，建成埃姆斯兰试验线31.5公里，最高运行速度达450公里/小时，运行里程累计已超过60万公里。

　　上海磁浮列车示范线采用的是德国技术，列车运行时，与轨道完全不接触。它没有轮子和传动机构，列车的悬浮、导从驱动和制动都是利用电磁力来实现的。悬浮电磁铁将车辆往上吸住线路；导向电磁铁保证列车沿线路两侧的定位。电磁控制系统保证磁浮列车与轨道间约10mm的间隙、列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动，直线电机的原理可以从旋转电机引申出来，即将旋转电机定子剖开再展直，安装在线路两侧的下面、直线电机定子线圈中的电流产生一个运动磁场。在这个运动磁场的作用下，磁浮列车往前运运行。
　　
在实际运营中，转弯、路障成了关乎安全的重大问题。整条上海磁浮线路需要转弯的地方有三处，其中设计的最大转弯曲线半径达到8000米，用肉眼看几乎是一条直线，因此在转弯中乘客没有丝毫的不适，最小半径也达到1300米，即使是高速行驶中的转弯，乘客也同样感觉平稳舒适。在磁浮轨道全线两边50米范围内，还装有目前国际上最先进的隔离装置，人为在轨道上制造障碍几无可能。同时，为了防止磁悬浮列车高速运行时对行驶在高架道路上的机动车产生影响，将在高架道路的内侧栏杆处安装防眩板。

　　由于磁浮列车在行驶中是处于不接触轨道的悬浮状态，列车在起动和停止行驶的一刹那，乘客会感觉到车身有些许提升与下降。不过，乘客大可不必为此担心，因为精心制造的磁浮线路轨道梁确保了列车下落时的安全“软着陆”。轨道梁既是承载列车的承重结构，又是浮起列车运行的导向结构，制造精度极高，梁体的最终测试与调整均是在恒温车间进行的，正因此，它能确保列车在浮、落状态下乘客的安全。

网友（2）：

　　磁悬浮列车由于悬浮起一定的高度，使车轮与导轨脱离，故不能依靠它们之间的摩擦力产生牵引力使车辆前进，而是采用一种叫做直线电机的推进装置作为列车的牵引动力。
　　直线电机是从旋转电机演变而来的。它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是，其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
　　由于技术、安全和经济等方面的原因，特别是轮轨间粘着条件的限制，近代高速轮轨接触式传动系统，已经达到了最大的限制速度。20世纪初，许多发达国家均在探索取代传统的接触传动的新途径，纷纷开展了对直线电机的研究。直线电机最主要的优点是：结构简单，推进力大，运行可靠，灵活性大，适应性强，不受离心力限制以及无噪音、无振动等。
　　在磁悬浮列车上采用直线电机，按“定子”和“转子”的设置位置分为两种基本形式：
　　1、长转子、短定子式。这种电机的“定子”安装在车辆的底部，“转子”线圈安装在轨道上；
　　2、长定子、短转子式。此种方式是将电机的“转子”线圈安装在车辆上，“定子”线圈安装在轨道上。

　　直线电机的推进原理是：当“定子”线圈接通电流后，产生磁场，沿轨道方向平行移动，“转子”线圈切割磁场产生的电流（或给“转子”线圈通电流），“转子”线圈在“定子”磁场中受电磁力作用，使“定子”和“转子”间产生相对直线运动，推动列车前进。推进力的大小取决于“定子”磁场的强度、“转子”线圈的电流以及线圈的长度。_
　　直线电机既然是从旋转电机演变而来，自然也有着直线同步电机和直线异步电机之分。在磁悬浮铁路上，直线电机的固定部分只能设置在地面上，运动部分放置在车辆上。其运动部分是“转子”还是“定子”，要根据不同形式的直线电机而定。在实际应用中，直线电机的“定子”和“转子”不可能完全相等，因为在相等的情况下，在列车行进过程中，其相互的电磁耦合部分会越来越小，影响正常运行。必须将“定子”和“转子”作成长短不等，使长的那一级尽可能地长，才能保证在所需行程范围内，得到尽可能满意的电磁耦合状态，从而获得最大的推进力。
　　一些研究磁悬浮列车起步较早、进站较快的国家，对这两种形式的直线电机都进行了研究，根据不同的磁悬浮方式，采用不同的直线电机，投入实用阶段
　　常导磁吸式磁悬浮铁路，一般均采用直线异步电机。在磁悬浮列车上安装三相电枢绕组，在轨道上安置垂直的铝制感应轨。这种方式结构比较简单，容易维护，造价低，投入实用时间短，适用于中低速运输系统；主要缺点是功率偏低，不利于高速运行。

　　随着超导技术的发展，直线同步电机被提高到了应用日程。在超导磁斥式磁悬浮铁路上多采用直线同步电机。处于超导状态下的导体一旦有电流通过，理论上即可保持永久通电状态，无须再继续供电。其超导电磁体安装在车辆上，在轨道沿线设置无源闭路线圈或非磁性金属板。当磁悬浮列车上的超导电磁体通过地面闭路线圈或非磁性金属板时，由于电磁感应而出现的两者之间的排斥力使车体浮起。同时作为磁浮装置的超导电磁线圈的采用，为直线同步电机的激磁线圈处于超导状态提供了方便条件。它们可以共存于同一个冷却系统中，或者同一线圈同时起到悬浮、导向和推进的作用。
　　直线同步电机与异步电机相比，电动机的功率因数提高了。又由于许多设备移到地面上，线路上的设备和造价增加了，但车辆设计可大大简化，故在超导磁悬浮铁路上均采用直线同步电机。

网友（3）：

网友（4）：

电学中的同名磁极互相排斥是关键的原理

网友（5）：

利用重力和磁力平衡原理.

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