磁懸浮電動車輛

簡介

用電磁力使車體懸浮於路面並用直線電動機驅動的一種新型超高速電動車輛。通常各種機車和電動車輛都由於輪緣與軌面之間存在著粘著力，才避免動輪對在鋼軌上打滑發生空轉，從而使機車或電動車輛產生牽引力，驅動車輛前進。由於車輛粘著力的大小不僅與輪－軌間的正壓力成正比，而且還隨著車輛速度的上升而顯著減小，在超高速下可比一般速度下小一個數量級以上。因此，車輛的最大牽引力不能超過輪－軌間的極限粘著力。常規輪-軌系統的機車或電動車輛,不僅在機械上難於滿足超高速下的要求,在牽引力上也很難實現350km/h以上的超高速運行要求。此外，常規的旋轉式直流牽引電動機也難於克服超高速下的機械應力和換向困難。故在超高速下運行的車輛必須採用氣墊（氣懸浮）或磁墊（磁懸浮），使其抬離地面，消除與地面的直接摩擦，再用能勝任超高速索引並作直線運動的線性電動機（見直線電動機）驅動。由於磁墊比氣墊噪聲小、能耗少、污染少，較為經濟，因而磁懸浮電動車輛獲得了發展。

磁懸浮電動車輛的設計思想早在20世紀初期已經提出，但因其技術複雜、投資大，到60年代才在一些工業先進國家實現，並開始試運行。最早投入正式運行的磁懸浮電動車輛交通線路，是英國伯明罕市的一條通住國際機場的道路。採用常導型線性感應電動機驅動磁懸浮電動車輛。近代超導材料的發現和套用，為這種新型車輛的發展開闢了新的前景。 磁懸浮系統車輛的磁懸浮力由磁懸浮系統產生。

磁懸浮系統分類

磁懸浮系統一般有 3種，即永磁式磁懸浮系統、常導電協籃符吸引式磁懸浮系統和超導電推斥式磁懸浮系統。前者功率小、速度低，故不能用於市內交通；常導電吸引式磁懸浮系統可使譽洪重車輛上浮10～20mm，目前套用較多。超導電推斥式磁懸浮系統可產生強大的電動斥力，使車輛上浮100mm左右,是磁懸浮系統的發展方向。圖中所示為常導電吸引式磁懸浮電動車輛斷面。圖中裝在車體底部的磁懸浮裝置的初級線圈，與裝在地面導向軌側面的反應板(次級線圈)相互吸引，使車體抬離地面，通過控制磁懸浮裝置初級線圈中的電流，可自動保持車體懸浮的高度。兼有導向作用的反應板與導向電磁鐵相互作用，其電磁力可以使車輛保持在導向軌的中心線上，並沿一定方向前進。超導電推斥式磁懸浮電動車輛由車體上的超導體和路基上的載流線圈之間的強大電動斥力，使車輛懸浮。 　　直滲拳線牽引電動機 　牽引磁懸浮電動車輛的直線電動機有異步和同步兩類。 　　把異步電動機的定子沿徑向剖開並拉直，再用平直的導板取代轉子，即構成異步直線電動機。定子為直線電動機的初級繞組，導板則為次級繞組，兩者分別置於車體和地面。裝在車體下的初級繞組通入三相交流電後，產生沿車體縱向平行移動的氣隙磁場，這種行波磁場的移動速度為 　 　υs=2ƒτ　 (m/s) 式中ƒ為交流電源頻率(Hz)，τ為直線電動機的極矩(m)。行波磁場以同步速度υs切割裝在地面導向軌上的次級繞組（即反應板），使它產生感應電動勢和電流，此電流與行波磁場相互作用即產生沿導軌切向的牽引力。當改變電源的頻率ƒ時,可實現車輛的起動和調速。改變電流的相序時，可使車輛反方向運行。頻率和相序的改變也可由裝在車內的變頻器來實現。 　　異步直線電動機的次級繞組很簡單，它可以由整塊鋼板製成。若在鋼板上複合鋼板或鋁板，則既具有優良的導磁性又有良好的導電性。一般將簡單的次級繞組設在漫長的路基上較為經濟。但線上路短而車流密度很高的場合下，通常將初級繞組設在路面上，車上裝次級繞組，這樣車輛上就不需要變頻電源，又可避免高速接受電流的困難，結果可能比次級墊照訂繞組裝在路面上更為經濟。 　　80年代，隨著超導技術的發展，直線同步電動機用於磁懸浮車輛也日益受到重視。裝在車上的直線同步電動機的磁極，由超導體組成，它的直流磁場與地面上三相繞組中的交流電流相互作用，產生牽引力。同時當車輛運行時，還可用超導體所產生的強大直流磁場與地盼姜甩面線圈中的感生電流相互作用，產生強有力的懸浮力。 　　直線電動機的氣隙比旋轉電機大，它的初級繞組所在的磁路是不連續的,故其功率因數和效率都比較低;同時又涉及超導體的套用等多項複雜技術，難度大，投資多。因此,對這種新型高速電動車輛的實際推廣套用,還需作出巨大的努力。 　　特點 　磁懸浮電動車輛取消了常規的輪-軌系統,懸離地面，可以實現高速或超高速運行。功率強大的超和店頁朵導型磁懸浮電動車輛,可以達到500km/h以上的超高速。由於沒有槳轎恥乎輪-軌間的撞擊和摩擦，它的噪聲很低,振動輕微。為每一位旅客所消耗的運輸功率，雖大於一般的電動車輛，但遠小于飛機所消耗的功率。英國磁懸浮電動車輛的運行實踐證明，用於城市交通的磁懸浮電動車輛，在中等和一般的速度下，其運行費用是經濟的，工作是可靠的。因此在中等或近距離的客運上，磁懸浮電動車輛受到世界範圍的重視。