中低速磁悬浮与轻轨、地铁的比较.pdf

,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
济开展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等兴旺国家相
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〔Transrapid〕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。

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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。
以日本的HSST为代表，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，采用车载一次控制的直线感应电
机驱动。由于需要通过导电轨和受流器向车辆供电而限制了提速，列
车最高速度比上述两种磁浮列车低。日本于1974年开始HSST的开发，
以最高速度以100~300km/h为目标速度，用于城市近郊运输以及市中
心与机场之间的中转运输。

2中低速磁悬浮交通系统组成

中低速磁悬浮交通系统主要由线路、车辆、轨道、道岔、供电、
信号、站场、等子系统构成。城市轨道交通系统都是以车辆为核心进
行设计、运营，中低速磁悬浮车辆与轮轨车辆在驱动方式、技术特征
方面的根本差异，导致其他子系统技术上也有很大的变化，某些技术
已经超出传统轨道交通的技术领域。
中低速磁悬浮交通系统供电、信号、线路、站场的设计与现运营
的轨道交通系统理念、技术路线相同，可采用已有的成熟可靠的技术，
仅针对磁悬浮车辆的技术特点进行专项设计和改良即可。但车辆、轨
道、道岔的设计谋略由于磁悬浮技术的引入产生了根本性的变革，需
要专业的研发、验证。国内外研究机构、厂商已经进行了大量的前期
工作，其中日本HSST中低速磁悬浮系统已经商业运营近10年，运行
情况良好，充分展示了其技术成熟，独具特点和优势；国内也修建了
实验线路，已证明是平安可靠的。

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2.1车辆技术
从功能角度上看轨道车辆都是人员从一个地点平安、舒适地运送
到另一个地点，车辆与人的人机界面都是一样的，与之对应的车体、
座椅、门、空调、灯、PIS系统在技术层面不存在差异，可采用轨道车
辆成熟技术甚至产品。但如何开发运输装载人的车体那么采用了不同
的思路，用磁悬浮技术代替了车轮，随之必须用直线电机替代旋转电
机和轮对组成的驱动系统，接着形成了承载车辆、悬挂电磁铁和直线
电机的悬浮架，与之配合的轨道也变成了F轨形状。从系统上看，正
是磁悬浮技术的应用改变了整个系统的技术形态。

2.2磁悬浮技术
磁悬浮系统有常导电磁吸力悬浮〔ElectricalMagnetic
Suspension,EMS)、超导电动斥力悬浮、永久磁铁悬浮3种根本的悬浮
方式。这里讲述的车辆采用EMS技术。磁悬浮系统由控制器、传感器、
电磁铁、F轨道构成。控制器采用二电平的H型斩波电路、电流环和位
置双环PID控制策略。测量间隙的传感器采用电涡流原理，冗余设计，
以适应轨缝和提高可靠性。电磁铁采用铝制导线绕制，选择具有导磁
性好、强度足够高的钢材作为铁心和极板。F轨道用耐候钢轧制而成。
国内乘凉磁悬浮系统的关键部件技术、控制技术已经得到充分验证，
成熟可靠，技术水平完全满足工程化应用的需要。

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2.3直线电机牵引技术
中低速磁