淺析日本超導(dǎo)磁浮列車MLX的技術(shù)特點(diǎn)

摘 要：文章介紹了日本超導(dǎo)磁浮列車MLX的懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)原理，分析了基于基本原理下MLX與輪軌列車和其他類型磁浮列車的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)；磁浮列車；MLX

1997年，日本超導(dǎo)高速磁懸浮列車MLX不載人試驗(yàn)速度達(dá)到550km/h，在目前現(xiàn)有的磁懸浮列車中運(yùn)行速度最快。MLX采用電動(dòng)懸浮原理，就是當(dāng)列車運(yùn)動(dòng)時(shí)，車載磁體（一般為低溫超導(dǎo)線圈或永久磁鐵）產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)在安裝于線路上的懸浮線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩者相互作用，為列車提供懸浮力和導(dǎo)向力，并通過(guò)長(zhǎng)定子直線同步電機(jī)為列車提供牽引動(dòng)力。文章將基于MLX磁浮列車的懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)原理，分析該磁浮列車的基本特性。

1 MLX磁浮列車基本原理

MLX磁浮列車與軌道結(jié)構(gòu)如圖1所示，整體是軌包車的結(jié)構(gòu)。車載超導(dǎo)線圈安裝在磁浮列車懸浮架上，采用液氦冷卻。U型軌道兩側(cè)分別對(duì)稱安裝有用于懸浮和導(dǎo)向的“8”字線圈和用于牽引的驅(qū)動(dòng)線圈（長(zhǎng)定子同步電機(jī)線圈）。斷面幾何位置見圖2所示。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈通入三相交流電時(shí)，將在軌道上形成移動(dòng)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)將與超導(dǎo)線圈相互作用，為列車提供直線牽引力。通過(guò)地面控制設(shè)備調(diào)整電流的強(qiáng)度和頻率可以很好的控制列車牽引力大小。

運(yùn)動(dòng)的列車使得超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿線路移動(dòng)，“8”字線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電流。此時(shí)列車的懸浮高度決定了“8”字線圈上下部分的感應(yīng)電流大小，由此自動(dòng)控制“8”字線圈上下部分的磁極方向，該磁場(chǎng)與超導(dǎo)線圈磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生不需要主動(dòng)控制的懸浮力和導(dǎo)向力，如圖3所示。

列車運(yùn)行速度越快，“8”字形線圈中感應(yīng)的磁場(chǎng)越強(qiáng)，懸浮力和導(dǎo)向力也越大，電動(dòng)式磁浮列車正常懸浮高度可以達(dá)到100mm以上。但是超導(dǎo)線圈與“8”字線圈沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即磁浮列車靜止時(shí)，不能產(chǎn)生懸浮力和導(dǎo)向力。低速運(yùn)行時(shí)磁阻力較大。所以在低速和停車時(shí)，磁浮列車需要依靠橡膠輪支承和導(dǎo)向。

MLX超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)線路的U形槽可以設(shè)在地面、高架、橋梁上或隧道中。磁浮線路的橋梁與輪軌鐵路的橋梁相比，設(shè)計(jì)上沒(méi)有什么特別的要求。由于磁浮列車高速運(yùn)行時(shí)車側(cè)壁與U形槽內(nèi)側(cè)壁“8”字形線圈表面的距離為100mm，車底部與U形槽底板的間距大于100mm，故線路部件的加工和安裝精度的要求可低于懸浮間隙僅10mm左右的常導(dǎo)磁浮系統(tǒng)。

MLX超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)的道岔不同于德國(guó)磁浮鐵路的鋼結(jié)構(gòu)可彎曲連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，而是分段移動(dòng)的混凝土U形槽。道岔的可彎曲段的總長(zhǎng)為80m，分為6段，由液力裝置驅(qū)動(dòng)。可設(shè)計(jì)為垂直分岔或水平分岔。道岔曲線半徑為780m，列車通過(guò)道岔側(cè)向的速度為70km/h。

2 MLX磁浮列車的性能特點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）MLX磁懸浮列車在高速運(yùn)行時(shí)沒(méi)有輪軌關(guān)系，所以沒(méi)有輪軌直接接觸帶來(lái)的摩擦，減少了能量損耗，更加平穩(wěn)、舒適，降低了噪音污染。同時(shí)線路的養(yǎng)護(hù)工作很少。

（2）MLX磁浮列車沒(méi)有弓網(wǎng)關(guān)系（包括所有接觸性受流方式）所帶來(lái)的對(duì)列車受流造成的速度限制，所以MLX磁浮列車運(yùn)行速度可以很快。沒(méi)有了接觸網(wǎng)或接觸軌，也減少了供電附屬設(shè)備，提高了運(yùn)行可靠性，減少了維護(hù)成本。

（3）MLX磁浮列車沒(méi)有復(fù)雜的車載變流設(shè)備，車輛運(yùn)行控制由變電所承擔(dān)，所以增加了列車的有效載重。

（4）MLX磁浮列車在應(yīng)用速度下，懸浮間隙是常導(dǎo)磁浮列車的10倍，并且不需要進(jìn)行主動(dòng)控制。

2.2 缺點(diǎn)

（1）從MLX列車的懸浮原理來(lái)看，列車靜止時(shí)不能產(chǎn)生懸浮力，并且必須要列車在足夠的速度下才能克服磁阻力懸浮起來(lái)，這樣列車在靜止或低速時(shí)需要橡膠輔助輪，會(huì)增加懸浮架的附屬設(shè)備，降低設(shè)備可靠性。

（2）超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大，冷卻系統(tǒng)重。

（3）道岔設(shè)計(jì)和施工較為復(fù)雜。

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