磁悬浮

磁悬浮的原理是：

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“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。

磁悬浮分为两种，一种是常导磁吸式(EMS)。另一种是超导磁斥式(EDS)

常导磁吸式(EMS)：

利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁,在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起,如下图所示。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳,使直线电机有较高的功率,必须精确地控制电磁铁中的电流,使磁场保持稳定的强度和悬浮力,使车体与导轨之间保持大约10mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮,对控制系统的要求也可以稍低一些。

超导磁斥式(EDS):

　
此种形式在车辆底部安装超导磁体(放在液态氦储存槽内),在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车运行时,给车上线圈(超导磁体)通电流,产生强磁场,地上线圈(铝环)与之相切割,在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相反,两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时,车辆就浮起来。因此,超导磁斥式就是利用置于车辆上的超导磁体,与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动来产生悬浮力将车体抬起来的。如图2所示。
超导磁斥式磁悬浮原理图由于超导磁体的电阻为零,在运行中几乎不消耗能量,而且磁场强度很大。在超导体和导轨之间产生的强大排斥力,可使车辆浮起。当车辆向下位移时,超导磁体与悬浮线圈的间距减小,电流增大,使悬浮力增加,又使车辆自动恢复到原来的悬浮位置。这个间隙与速度的大小有关,一般到100km/h时车体才能悬浮。因此,必须在车辆上装设机械辅助支承装置如辅助支持轮及相应的弹簧支承,以保证列车安全可靠地着地。控制系统应能实现起动和停车的精确控制。

二.　导向原理
磁悬浮列车利用电磁力的作用进行导向。现按常导磁吸式和超导磁斥式两种情况简述如下。
(1)常导磁吸式的导向系统　与悬浮系统类似,是在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。车体与导向轨侧面之间保持一定间隙。当车辆左右偏移时,车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用,使车辆恢复到正常位置。控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制来保持这一侧向间隙,从而达到控制列车运行方向的目的。
(2)超导磁斥式的导向系统　可以采用以下3种方式构成:
①在车辆上安装机械导向装置实现列车导向。这种装置通常采用车辆上的侧向导向辅助轮,使之与导向轨侧面相互作用(滚动摩擦)以产生复原力,这个力与列车沿曲线运行时产生的侧向力相平衡,从而使列车沿着导向轨中心线运行。
②在车辆上安装专用的导向超导磁铁,使之与导向轨侧向的地面线圈和金属带产生磁斥力,该力与列车的侧向作用力相平衡,使列车保持正确的运行方向。这种导向方式避免了机械摩擦,只要控制侧向地面导向线圈中的电流,就可以使列车保持一定的侧向间隙。
③利用磁力进行导引的“零磁通量”导向系统。即沿线路中心线均匀地铺设“8”字形的封闭线圈,当列车上设置的超导磁体位于该线圈的对称中心线上时,线圈内的磁场为零;而当列车产生侧向位移时,“8”字形的线圈内磁场为零,并产生一个反作用力以平衡列车的侧向力,使列车回到线路中心线的位置。
三.　推进原理磁悬浮列车推进系统最关键的技术是把旋转电机展开成直线电机。它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似,展开以后,其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。
超导磁斥式磁悬浮　采用长定子同步直线电机。其超导电磁体安装在车辆上,在轨道沿线设置无源闭合线圈或非磁性金属板。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,或者同一线圈同时起到悬浮、导向和推进的作用。高速长定子同步直线电机牵引系统的构成相对复杂。地面牵引系统,供电一个区间,区间又分成许多段每段只有列车通过时供电,各段切换由触点真空开关完成。为使列车在段间不冲动,需两组逆变器轮流供电,其特点为大功率,高压,大电流。动力在地面的优势有路轨电机的功率强,以及车辆的设计简化,重量轻。适用于高速和超高速磁悬浮铁路。日本和加拿大决定发展这种磁悬浮系统。