磁浮列车

磁浮列车（Maglev），又称磁悬浮列车，是一种基于磁力原理的轨道交通系统，在传统轮轨交通系统的基础上去除或削弱了轮轨系统的作用。磁悬浮列车使用电磁、超导或永久磁力，根据磁极而定“同性相吸、异性相斥”原理，克服列车的重力和导向力，使列车与轨道达到平衡状态，几乎没有明显的机械接触（某些类型的磁悬浮列车在供电弓轨或导向轮上可能会有轻微的机械接触）同时，磁悬浮列车一般采用直线电机驱动。

磁悬浮列车的工作原理是列车通过磁力悬浮在轨道上，同时受到电磁力或磁力的驱动。磁悬浮列车与轨道之间的悬浮和驱动主要依靠磁力的相互作用，没有实际的物理接触。这种非接触式悬浮和驱动方式使磁悬浮列车具有更低的摩擦和阻力，从而实现高速行驶、平稳高效的运行。

磁悬浮交通系统的历史可以追溯到20世纪初。1907年，美国的史密斯提出了历史上第一个磁悬浮交通系统的概念。1912年，美国的巴切莱特获得了一份关于'悬浮传输装置'该专利为磁悬浮技术的发展奠定了基础。

德国是磁悬浮技术研究的先驱，在磁悬浮列车发展史上创造了许多重要的里程碑。1922年，德国赫尔曼·肯佩尔（Herman   Kemper）最早提出了电磁悬浮的原理，并于1934年获得了世界上第一个磁悬浮技术领域的专利。此后，德国在磁悬浮技术的研究和应用方面取得了显著进展。

自1970年以来，德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国等国家先后启动了磁悬浮轨道交通技术的研发。这些国家在磁悬浮技术的开发和实际应用上投入了大量的资源和精力。

磁悬浮列车技术的发展为城市交通和高速铁路运输提供了新的选择。磁悬浮列车速度很快、噪音低、能耗低、同时具有良好的加速和制动性能。这使得磁悬浮列车成为未来城市交通和高速铁路发展的重要方向之一。

悬浮

悬浮是磁悬浮列车的核心原理，通过磁力实现列车与轨道之间的非接触悬浮。电磁悬浮控制系统是磁悬浮列车的核心技术之一，其控制性能是磁悬浮列车安全稳定运行的关键。通常使用电磁悬浮（Electromagnetic   upenion, EM）或电动感应悬浮（Electric   upenion, ED）技术。

EM系统利用电磁铁产生的吸引力或排斥力将列车悬浮在轨道上，并采用由悬浮电磁铁和长定子轨道组成的直线同步电机进行驱动，通过调节电磁铁的电流来控制悬浮高度。ED系统利用变化的磁场在导体中产生感应电流，并产生一个与轨道上的磁场相互作用的力来实现列车的悬浮。

超导磁悬浮列车系统利用超导磁体和铝环线圈实现车体悬浮，其中超导磁体产生的磁场与轨道上的铝环线圈相互作用产生排斥力，使车体悬浮并保持稳定的间隙。超导体具有极低的电阻，可以产生大电流，并实现高飞行高度（通常在100毫米左右）当车厢向下移动时，感应电流增加，排斥力增强，使车辆返回原位，并保持间隙的稳定性。

静止时，车辆仅在达到一定速度时由车轮支撑（一般100公里左右/小时）当列车悬浮时，可以产生足够强的反磁场。超导磁悬浮列车的速度可以超过500公里/小时。

导向

磁悬浮列车需要保持在轨道中心，以确保稳定运行并避免跑偏。磁悬浮导向系统通过调节磁力使列车保持在轨道中心。通过在列车和轨道之间放置导向磁体或导向电磁体来实现普通导向系统。

磁悬浮列车的导向系统依赖于导向电磁铁提供的侧向力。安装在列车底部的导向电磁铁，通过与铁磁轨道的相互作用，保证车辆与导轨之间的间隙相等。当列车偏离轨道时，通过调节导向电磁铁的电流来调整横向间隙，从而达到导向的目的。导向电磁铁的作用是使列车保持在稳定的轨道位置，防止偏离或发生事故。它是保证列车在高速行驶时具有良好稳定性和安全性的导向系统的重要组成部分。

推进

磁悬浮列车需要一种推进力来驱动列车沿轨道行驶。常见的推进方式是使用直线电机（Linear   motor）直线电机沿轨道布置，通过产生变化的电磁场与列车上的电机相互作用产生推进力。

磁悬浮列车的驱动系统利用直线电机的原理驱动列车行驶。通过在车辆底部安装电磁线圈和地面轨道内部的移动磁场绕组，产生的磁场与转子相互作用，从而推动列车直线移动。这种驾驶模式有两种类型：长定子短转子同步直线电机驱动和长转子短定子异步直线电机驱动。在同步驱动中，电磁线圈作为定子绕组，通过电磁感应产生的磁场驱动转子旋转，进而驱动列车运行。这种驾驶模式适合高速运行，因为地面直接向固定轨道供电。

在另一种异步驱动模式下，定子线圈安装在车辆底部，转子线圈安装在轨道上。受电弓向定子绕组供电，产生的磁场与转子相互作用，推动列车运行。由于受电弓的速度限制，这种驱动模式适合低速运行。

磁悬浮列车在高速行驶过程中会产生大量动能，需要对其进行有效管理和利用。制动系统用于控制列车速度和回收制动能量。一种常见的制动方法是利用电磁感应原理将动能转化为电能并反馈给电网。

能源系统

（Power upply   power upply   ytem）

磁悬浮列车又称直线电机列车，是利用直线电机的原理驱动的。如果把一个普通的圆柱形电机剖开展开成一个平面，就可以得到直线电机的结构。电机的定子绕组延伸到类似于铺设在地面上的轨道和轨枕，列车底部装有铝板以起到转子的作用。当轨道上的绕组通电时，列车就会受到电磁力的作用。

磁悬浮轨道系统就是一个应用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理、依靠电磁力使汽车悬浮和行走的轨道交通方式有两种正常导向和超导。常导磁悬浮列车由感应直线电机驱动，运行速度低。这个电磁力可以分解成两个分量，垂直于轨道方向和水平于轨道方向。垂直分量使列车漂浮，实现悬浮状态；水平分力是列车前进的驱动力，推动列车在轨道上高速滑行。这种基于直线电机工作原理的列车就是我们所说的磁悬浮列车。

在直线电机的驱动下，磁悬浮列车实现了非接触式悬浮和驱动，因此具有更低的摩擦和阻力。这使得磁悬浮列车能够高速行驶、平稳、高效的方式运行。

悬浮系统

（upenion   ytem）

磁悬浮列车通过磁力将列车悬浮在轨道上，不使用传统的轮轨系统。有两种主要的悬挂技术：电磁悬浮系统（EM）和电动悬浮系统（ED）EM系统通过在列车和轨道之间产生电磁力来实现悬浮。ED系统利用轨道上的磁场和列车上的导电材料之间的相互作用来实现悬浮。

推进系统

（Propulion   ytem）

磁悬浮列车需要一个推进机构来使列车前进。EM系统的一种常用方法是在列车上安装直线电机，并通过电流在直线电机中产生磁场，从而推动列车前进。ED系统需要其他技术来提供推进力，例如在轨道上安装带有推进线圈的线性马达。

控制与安全系统

（Control   and   ecurity   ytem）

因为磁悬浮列车实际上是在“贴地飞行”所以你需要投球、侧倾和偏航得到稳定控制。为了实现稳定性，磁悬浮系统使用动态磁场进行稳定性控制。EM系统通过连续测量列车与轨道之间的间隙距离并相应调整电磁铁的电流来实现主动稳定控制。ED系统利用变化的磁场产生感应电流，从而实现被动稳定控制。

导向系统

（Guide   ytem）

磁悬浮列车需要一个导向系统来保持列车在正确的轨道上运行。常见的引导系统是使用气流系统，也称为空气通量系统。常导式高速磁浮列车实现了牵引与悬浮一体化，采用长定子直线同步电机作为驱动系统，通过导向电磁铁与感应板之间的电磁感应实现导向功能。

电磁力悬浮（EM）

电磁悬浮技术利用轨道上的电磁场与列车上的导体之间的相互作用实现悬浮和导向。火车产生的磁场 自身的电流与轨道上的磁场相互作用，实现悬浮和稳定导向。EM技术的磁场强度低，可以实现每小时的高速度，并且成本相对较低。高速磁悬浮列车主要依靠电磁力悬浮，车辆由直线电机驱动。与传统的轮轨接触列车相比，磁悬浮列车在运行中消耗电力、振动、噪声具有明显的优势，因此被认为是未来轨道交通的发展趋势。

电动力悬浮（ED）

电动悬浮技术利用列车上的电动力产生磁场，磁场与轨道上的永磁体相互作用实现悬浮和导向。通过将电能转化为机械动能，列车产生的磁场与轨道上的磁场相互作用，实现悬浮和推进。ED技术具有更高的磁场强度，可以实现更高的速度和更大的负载能力。磁悬浮列车的超导电磁铁与轨道线圈形成的磁场之间可能存在排斥力，磁铁安装在磁悬浮列车车体的底部和两侧反向转向的顶部.

永磁性

永磁体ED技术使用永磁体而不是传统的电磁体来产生轨道中的磁场。列车上的列车员与轨道上的永磁体相互作用，实现悬浮和导向。这项技术不需要外部电源，具有故障安全保护系统，并且可以产生足够的磁场以使列车低速悬浮。然而，当停车时，仍然需要车轮或一段轨道来继续运动。

这些关键技术的不同应用使磁悬浮列车具有不同的特点和应用范围。EM技术适用于中低速磁悬浮列车，具有磁场强度低成本相对较低的特点。ED技术适用于高速磁悬浮列车，具有高磁场强度和大负载能力。永磁ED技术是一种新型悬浮技术，具有故障安全和无需外部电源的特点。

电磁悬浮列车

（Electromagnetic   upenion, EM）

电磁悬浮（EM）t型磁浮列车是常见的轨道交通应用，包括德国的TR系列高速磁浮列车、日本HT系列中低速磁悬浮列车、中国的高速和低速磁悬浮列车以及韩国的低速磁悬浮列车。高速磁悬浮列车通常以每小时400多公里的速度行驶/小时运行，而中低速磁浮列车的时速一般为120公里/小时以下。

EM型磁浮列车依靠悬浮电磁铁与轨道之间的吸引力，使列车与轨道之间的间隙保持在8~10 mm左右，从而实现无接触运行。经过几十年的发展，德国 美国的磁悬浮列车是由MBB原型车改装而成的、TR04原型机已逐步发展为TR08和TR09商用原型机，运行速度从100公里/增加到每小时500公里/数小时后，TR系列常导高速磁浮列车系统形成。与此同时，为了解决城市和郊区之间的短途客运问题，日本在开发高速磁悬浮列车的同时开发了HT-01至HT-05磁悬浮列车，其最高运行速度可达100公里/小时，HT系列常导中低速磁悬浮列车系统就形成了。

从1985年开始，韩国开始自主研发磁悬浮列车技术，参与机构包括韩国机械材料协会、韩国现代汽车公司、大宇韩国大宇和韩国铁路公司ROTEM。他们已经成功开发了HML磁悬浮列车、UTM磁悬浮列车和MLV磁悬浮列车属于EM中低速磁悬浮列车。

中国 美国在磁悬浮轨道交通领域的研究工作起步较晚，始于20世纪80年代末，但发展迅速。西南交通大学、国防科技大学、中国科学院电工研究所和中国铁道科学研究院联合攻关，先后研制CM03型实验样车、CM03A型工程样机和CM运行速度110km的实用工程样机/小时，形成了具有自主知识产权CM串联常导中低速磁悬浮列车系统。

除了德国、日本、韩国和中国，其他国家如英国、加拿大、美国和前苏联在20世纪中叶开始研究EM磁悬浮列车技术。然而，截至目前，中国引进德国磁悬浮技术并于2002年底建成上海磁浮线，这仍是世界上唯一的EM高速磁悬浮线路。目前，全球仍在运营的EM中低速磁悬浮线路有四条，其中包括中国的长沙磁悬浮线路（最高跑步速度为100公里/小时，计划2021年7月加速至140公里/小时）中国北京1地铁线（最大运行速度80km/小时）日本名古屋磁悬浮线路（最高跑步速度为100公里/小时）和韩国仁川国际机场线（最高运行速度为110km/小时）

电感应悬浮列车

（Electric   upenion, ED）

电感应悬浮列车是一种利用变化的磁场在导体中产生感应电流，从而在轨道上产生与磁场相互作用的力来实现悬浮的系统。 ED系统利用感应电流产生的力将列车悬浮在轨道上，从而实现非接触式悬浮。一些磁悬浮列车系统采用了ED技术，如德国的Tranrapid磁悬浮列车系统。超导电动磁悬浮列车是一种采用ED的车辆（Electro-Dynamic   upenion）采用磁悬浮技术的列车系统具有较大的悬浮间隙（约100毫米）悬浮和制导系统采用被动控制方式。ED磁悬浮列车主要包括C-ED磁悬浮列车和PM-两种类型的ED磁悬浮列车：

C-ED磁悬浮列车

1962年，日本开始研究C-ED磁悬浮技术，并成功开发了ML100磁悬浮原理车，该车已由人以每小时60公里的速度进行了测试/小时。随后，1979年，日本铁道开发出ML500R磁悬浮试验车，在宫崎试验线上进行试验，空载时速达到517公里/小时，创造了当时的世界纪录。

磁浮列车

然后，在1980年，日本铁路用U型轨道取代了宫崎试验线的T型轨道，并开发了MLU001磁悬浮原型车（进行了载人试验，时速达到了400公里/小时）以及MLU002N磁悬浮原型机（进行空载试验，时速达到431公里/小时）1997年，他们开发了准商用磁悬浮列车的MLX01原型，并在山梨磁悬浮线路上进行载人试验，最高载人试验速度达到每小时531公里/小时，并在1999年实现了每小时1003公里的速度/小时的会车实验。

在2003年，改进的MLX01-901辆样车进行了载人实验，时速581公里/小时，时速为1026公里/长达一小时的会议实验再次创造了新的世界纪录。2012年，日本东海铁路公司公布了基于MLX01原型车开发的L0系列原型车，并计划将其应用于中央新干线的商业运营。2015年，山梨磁悬浮线路进行了载人试验，时速为590公里/小时，并进行了白老鼠测试，速度达到了每小时603公里/小时。

此外，2014年，日本政府宣布计划在2027年建设一条从东京到名古屋的商业磁悬浮线路，计划时速为505公里/小时。此外，随着高温超导材料的发现和液氮制冷技术的快速发展，日本在2000年前后将山梨磁悬浮线上的车载低温超导磁线圈更换为高温超导Bi线圈，并进行了实验测试，时速达到553公里/小时。不过，最终中央新干线的商用磁悬浮线路并没有采用高温超导双串联线圈磁铁方案。

PM-ED磁悬浮列车

PM-ED磁悬浮在轨道交通领域的典型应用有磁平面磁悬浮（又称磁悬浮飞机）和Induc-轨道磁悬浮。磁悬浮飞机是一种创新的永磁电动高速轨道交通系统，不是传统意义上的飞机。

1960年，美国科学家鲍威尔和丹比提出了永磁电动磁悬浮列车的方案。后来麻省理工学院（MIT）基于这种方案，提出了磁平面的概念通过使用新型永磁材料制造车载磁体并优化其设计，我们致力于在城市内部和城市之间实现简约、高效、低成本高稳定性磁悬浮交通系统。

20世纪70年代，美国科学部根据麻省理工学院的Magplane原理建造了一个比例为13，336，025的模型，并在100米长的轨道上进行了数百次实验和测试。根据美国交通部的要求，他们对800公里的路段进行了工程设计和成本分析。工程设计于1995年被采用，并进行进一步的研究和分析，以在大型运输系统中进行测试。

2002年，美国商业合作银行集团与成都四家公司合资成立了成都梅妃磁悬浮飞机有限公司，计划投资8亿美元建设磁悬浮飞机生产基地和运营线路。然而，尽管磁悬浮飞机的概念已经提出了一段时间，但世界上仍然没有商业磁悬浮飞机线路。

高温超导磁悬浮列车

1997年，中德合作研制出高温超导磁悬浮模型车，重20kg，磁悬浮高度7mm，轨道直径3。5m。2000年底，西南交通大学的王研制成功世界 中国第一辆载人高温超导磁悬浮试验车“世纪号”，可搭载4名乘客，磁悬浮力为6350牛，磁悬浮高度大于20毫米，轨道长度为15。5m。2004年，德国IFW研究所成功开发了高温超导磁悬浮试验车“upertranitor”，最大载重350公斤，直线轨道长7米。

2011年，德国IFW研究所改进并完成了第二代高温超导磁悬浮环形实验线“tep up”，可载两人，环形轨道长80米，速度可达20公里/最大加速度1米/2。1998年，巴西里约热内卢联邦大学开始从事高温超导磁悬浮研究，并于2014年建成了一条200米长的磁悬浮列车“Maglev cobra”高温超导磁悬浮试验线可搭载24人，车体采用轻质纤维材料以减轻重量。西南交通大学研究团队在“世纪号”在深入研究的基础上，2014年将真空管道技术与高温超导磁悬浮技术相结合，研制出新一代高温超导磁悬浮环形试验线和真空环形轨道高温超导磁悬浮实验系统“uper-Maglev”该系统采用哈尔巴赫永磁轨道，全长45米，最高时速50公里/h。

2015年，西南交通大学研制成功壁挂式高温超导真空管道磁悬浮系统，空载速度82。5km/h。2021年1月，西南交通大学公布了中国自主研发的设计方案、世界与政治中国首辆高温超导高速磁浮工程化样车及其试验线制造完成，设计时速620公里/h。另外，意大利、俄罗斯等国家也开发了自己的高温超导磁悬浮系统。

PM-EM型磁悬浮

PM-常导磁悬浮在轨道交通领域的典型应用是美国M3磁悬浮列车。M3磁悬浮列车系统是美国MagneMotion公司在Magplane技术的基础上开发的，它综合考虑了TR系列和HT系列磁悬浮列车的优点。系统采用中低速长定子直线同步驱动、具有永磁悬浮和导向的单磁悬浮结构旨在实现高效率、高灵活性和低成本的城市快速交通。这列火车可以坐两节车厢、以六辆或更多车辆为一组运行，它可以直接到达目的地或换乘，具有高度灵活性和全自动控制。

自2003年以来，MagneMotion一直与美国联邦运输管理局合作，以验证其专利技术的可行性。随后，MagneMotion公司提出了M3磁悬浮系统的详细初步方案，并在实验室建造了小型原理车和试验线。2008年，MagneMotion宣布，它从联邦运输管理局获得了约630万美元，用于开发每小时100英里的速度/小时城市磁悬浮交通系统。M3全尺寸系统已经在马萨诸塞州丹弗斯克莱斯特12米长的室内跑道和奥多米尼安大学78米长的室外跑道上进行了测试。虽然有一张南京M3磁悬浮系统的照片文献中的实验原型车和试验线，其他文献和报道均未提及相关内容。

此外，中国科学院电工研究所、国防科技大学、西南交通大学等国内高校和科研院所也在PM-对EM磁悬浮进行了深入研究，并完成了模型车开发和测试等重要工作。

暗轨/悬浮轨道永磁补偿磁悬浮列车

暗轨/悬浮轨道永磁补偿磁悬浮是我国具有自主知识产权的创新技术。它不 它不完全符合传统的磁悬浮列车，因为它没有t完全实现无机械接触，而是依靠永磁补偿磁悬浮技术提供主要的磁悬浮力和导向力，并使用机械导向轮提供辅助的磁悬浮力和导向力。

2004年8月，由中国大连市科学技术局主办“永磁补偿磁悬浮技术鉴定会”这项技术是在网站上发现的。经过进一步的研究和实验，有望用于城市和城际区域交通，建议通过建设实验线来验证相关技术。

2004年10月，中国 中国首台具有完全自主知识产权的隐藏轨道磁悬浮列车样机“中华01号”已在大连磁谷科技学院成功运营，轨道长度56m，车长、这辆汽车的宽度和高度分别为10。3m、3。12m和2。86m，设计时速110km/h，单车载客人数32人，成本不到1亿元/km。

2005年5月，大连磁谷科技研究院研制成功“中华06号”轻型悬浮轨道磁悬浮技术验证原型车，轨道长度为70米，车辆长度、这辆车的宽度和高度分别为9。6m、1。65m和1。87米，设计时速可达400公里/h，每辆自行车载客人数为10人。中华06号”轻轨磁悬浮结构受力简单、材料消耗少，磁悬浮轨道和车体重量减轻，方便高速运行，有效降低磁悬浮车辆的运营成本，建造成本约为0。8亿元/Km仅为TR系列磁浮成本的30%。