磁悬浮列车

运转于西门子试验段的磁浮列车
日本JR磁浮L0系高速列车(实验)。2015年5辆编组)
日本JR磁浮MLX01-2实验车。2003年时速581公里金氏世界纪录认可

磁浮列车(英语:Maglev,字源来自magnetic levitation的简写),是一种靠磁力(即磁铁的排斥力和吸引力)来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中,行进时不需接触地面,因此其阻力只有空气阻力。磁浮列车的最高时速理论上可达每小时600公里以上,比轮轨高速列车的最高时速574.8公里更快。日本东海旅客铁路公司最新型L0系高速列车是当前全球最快的列车,在山梨磁浮实验铁路试行时,达到时速603公里的超高速。另外,尽管磁浮在一般人印象中是高速列车的象征,但除高速磁浮列车外,还有中低速磁浮列车,行驶时速约100公里左右,主要应用于都市轨道运输系统机场联络轨道系统上,具有安静、加速线性、爬坡能力佳、回转半径小、保养成本相对较低等优点。

磁浮技术的研究源于德国,早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁浮原理,并于1934年申请了磁浮列车的专利权。1970年代以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德国日本美国加拿大法国英国中国大陆苏联等国家相继开始筹划进行磁浮运输系统的开发。而美国苏联则分别在1970年代、1980年代放弃了这项研究计划,目前只有德国日本中国大陆仍在继续进行磁浮系统的研究,并均取得了令世人瞩目的进展,也将使地面交通发生革命性的变化。它速度快,运转安全、平稳舒适、低噪声,可以实现全自动化运转。

世界上首条商业营运的磁浮列车线路是1984年英国伯明罕磁浮,但是速度不快,已经于2003年拆除,更换为缆索式系统后重新营运,第二条德国柏林M-Bahn高速磁浮则是体验之用。而当前中国大陆上海市上海磁浮示范营运线是世界上唯一一条商业营运的高速磁浮列车线路(通常指时速大于250公里)、也是第三条磁浮列车线路(2002年),目前处于营运中的五条商业磁浮列车线路之一,不过另四者为中低速磁浮列车,分别为日本爱知县东部丘陵线韩国仁川广域市仁川机场磁浮线中国大陆长沙市长沙磁浮快线中国大陆北京市北京地铁S1线

上海磁浮之前的伯明罕磁浮和柏林磁浮都早已停驶。圣地牙哥机场慕尼黑机场等磁浮计划均因资金问题而取消,而日本中央新干线依旧还在兴建中。上海磁浮的盈亏、电磁辐射污染噪音污染、延伸线的停工等问题也是关注和争议的焦点[1][2]

历史

1972年日本ML100概念车
世界上首条商业运转的磁浮铁路,位于英国伯明罕,1984年开通营运,1995年停运
1989年德国Transrapid 07概念车

英国的伯明罕国际机场曾于1984年至1995年使用低速磁浮列车,全长600公尺。由于可靠性的问题,该线后来被缆车替代。

西德曾在80年代于柏林铺设磁浮列车系统(M-Bahn)。该系统设有三个车站,长度1.6公里,用的是无人驾驶列车,于1989年8月开始试验载客,1991年7月正式服务。由于柏林围墙倒塌,该线于运转两月后改为普通轮轨列车行走。

德国的Transrapid公司于2001年于中国上海浦东国际机场站龙阳路站兴建磁浮列车系统,并于2002年正式启用。该线全长30公里,列车最高时速达430公里,由起点至终点站只需八分钟。参见上海磁浮示范营运线

日本现在的山梨县试验线使用低温超导磁铁,可容纳更大的缝隙,该线列车的最高速度达每小时581公里,成为世界纪录。

2015年4月21日,日本东海铁路公司宣布,公司最新型L0系高速磁浮列车,在山梨磁浮实验铁路载人行驶中,创下时速603公里的世界最高速度纪录。预料列车在2027年投入运作后,东京到大阪,全长286公里(此为东京至名古屋段的长度)的路程只需40分钟。[3][4]

最高行驶时速历史

  • 1971年:西德,Prinzipfahrzeug,90 km/h
  • 1971年:西德,TR—02(TSST)—164 km/h
  • 1972年:日本,ML100,60 km/h,(载人)
  • 1973年:西德,TR04,250 km/h(载人)
  • 1974年:西德,EET—01,230 km/h(无人)
  • 1975年:西德,Komet,401.3 km/h(由蒸汽火箭推进,无人)
  • 1978年:日本,HSST—01,307.8 km/h(由蒸汽火箭推进,日产汽车制造,无人)
  • 1978年:日本,HSST—02,110 km/h(载人)
  • 1979年12月12日:日本,ML—500R,504 km/h(无人)第一次突破500 km/h
  • 1979年12月21日:日本,ML—500R,517 km/h(无人)
  • 1987年:西德,TR—06,406 km/h(载人)
  • 1987年:日本,MLU001,400. km/h(载人)
  • 1988年:西德,TR—06,412.6 km/h(载人)
  • 1989年:西德,TR—07,436 km/h(载人)
  • 1993年:德国,TR—07,450 km/h(载人)
  • 1994年:日本,MLU002N,431 km/h(无人)
  • 1997年:日本,MLX01,531 km/h(载人)
  • 1997年:日本,MLX01,550 km/h(无人)
  • 1999年:日本,MLX01,548 km/h(无人)
  • 1999年:日本,MLX01,552 km/h (载人/5辆编组) 金氏世界纪录认可
  • 2003年:中国,Transrapid SMT(德国提供技术所建设,第一条商业运转路线),501.5 km/h
  • 2003年:日本,MLX01,581 km/h(载人/3辆编组)金氏世界纪录认可[5]
  • 2015年:日本,L0,590 km/h(载人/7辆编组)
  • 2015年4月:日本,L0,603 km/h(载人/7辆编组)[3][4]

种类

依据永久磁铁同极相斥、异极相吸的原理,目前磁浮也分为这两类[6][7]

  • 相吸型:为EMS电磁力悬浮常导型悬浮)技术,借由磁铁吸引力使车辆浮起来,路线外表类似单轨铁路。车辆的两侧下部向导轨的两边环抱,内翻部分装有磁力强大的电磁铁,导轨底部设有板。钢板在上,电磁铁在下。所谓电磁铁,就是一个金属线圈,当电流流经线圈时,能产生磁力吸引钢板,因而车辆被向上擡举。当吸引力与车辆重力平衡,车辆就可悬浮在导轨上方的一定高度上。改变电流,也就改变磁感应强度,使悬浮的高度得到调整。德国Transrapid即是属于此类型,称做常导体磁浮列车
  • 相斥型:为EDS电动力悬浮超导型悬浮)技术,借由磁铁排斥力使车辆浮起来,路线外表类似高速铁路。当列车向前进时,车辆下面的电磁铁就使埋在轨道内的线圈中感应出电流,使轨道内线圈也变成了电磁铁,而且它与车辆下的磁铁产生相斥的磁力,把车辆向上推离轨道。一旦发动很快就可以加速到时速50公里,行驶50至60公里的距离后就会在轨道上浮起来。沿着地面越「跑」越快,目前最高时速可达603公里(理论上还可以继续超越下去)。日本JR磁浮即是属于此类型,称做超导体磁浮列车[注 1]。另有永磁性EDSInductrack),2007年在中国大陆辽宁省大连市虽有开发雏形,但现今已无下文[8]

优点和缺点


技术 优点 缺点

EMS[9][10]
电磁力悬浮
常导型悬浮
列车内外的磁场较电动力悬浮低。技术上时速可达500公里。没有车轮或二级推进系统需要。造价成本低廉。 列车与轨道之间分离,两者之间的电磁吸引力容易不稳定,必须不断透过电脑系统进行监测和纠正以免发生碰撞。由于系统固有的不稳定性和外部系统需要不断修正,振动可能会导致系统出现问题。

EDS[11][12]
电动力悬浮
超导型悬浮
内建磁铁大幅度使用于列车与轨道,技术上时速可达603公里,比电磁力悬浮还要更快,且具备高负载的能力。已于2005年12月证明使用廉价的液态氮冷却高温超导磁体,能成功在船上操作。 强大的磁场令列车上的乘客无法使用心律调节器或磁性数据储存装置(如硬碟及信用卡),因此需要使用磁屏蔽。轨道的诱导性会限制列车的最高速度,列车必须有作低速运转。造价成本昂贵。

永磁性EDS[13][14]
Inductrack
故障安全防护悬吊系统,磁铁不需电力供给;磁场固定在列车的下面;能在低速时(大约5 km/h)产生足够的磁场使磁浮列车悬浮;停电时列车会逐渐减速以保障安全;Halbach array永久磁铁比电磁铁可能更符合成本效益。 在列车停止时,仍需要轮或轨道的一段继续运动。

现存系统

磁浮技术分为轨道、车辆、牵引、运转控制四大系统,有16项核心技术。韩国、德国、日本与中国为世界上目前有磁浮列车试验或营运路线的国家。

营运中

兴建中

  • 美国老道明大学
  • 美国乔治亚州Powder Springs:AMT Test Track
  • 美国加州圣巴巴拉:Applied Levitation/Fastransit Test Track
  • 巴基斯坦喀拉蚩/拉瓦尔品第/瓜达尔
  • 中国大陆清远磁浮
  • 日本中央新干线

测试中

高温超导高速磁浮工程化样车及试验线
  • 美国圣地牙哥
  • 德国埃姆斯兰县:Transrapid拥有31.5公里的轨道,定期运转的速度最高达420公里每小时。
  • 日本JR磁浮:日本研发超导体磁浮列车由东海旅客铁道(JR东海)和铁道总合技术研究所(JR总研)主导。首列实验列车JR-Maglev MLX01从1970年代开始研发,并且在山梨县建造了五节车厢的实验车和轨道。在2003年12月2日最高速达到581km/h(361 mph)。在2015年更创下了603km/h(375mph)的速度,创下有车厢车辆的陆地极速。
  • 美国联邦运输管理局(FTA)城市磁浮技术示范(UMTD)计划
  • 中国中车青岛四方600公里磁浮试验列车,样车于2020年12月底在青岛编组完成。2021年7月20日,600公里高速磁浮交通系统在青岛亮相[15]
  • 西南交通大学研发的高温超导高速磁浮工程样车与配套验证段试验线[16]
  • 2022年3月10日,中车株洲电力机车有限公司党委书记、董事长周清和透露,中国自主研发的首列商用磁浮3.0列车在同济大学高速磁浮试验线上完成相关试验和系统联调联试。[17]

规划中系统

澳洲墨尔本磁浮提案

澳洲雪梨—伊拉瓦拉磁浮提案

有一个磁浮列车建议在雪梨卧龙岗市之间。[18]

伦敦—格拉斯哥(英国)

上海—杭州(中国大陆)

孟买—新德里(印度)

拉合尔市中心—拉合尔机场(巴基斯坦)

Union Pacific Freight Conveyor(美国)

西雅图—温哥华国际磁浮(美国)

西雅图温哥华国际磁浮是I-5的扩展计划的延长部分,但美国政府已安排分开兴建,不过加拿大政府并没有接受这些建议。虽然目前已有进一步的研究要求,但资金方面至今尚未同意。

加州内华达州际磁浮(美国)

巴尔的摩—华盛顿磁浮(美国)

一个64公里计划提议连接巴尔的摩市中心和巴尔的摩/华盛顿国际机场,目的是解决区内目前的交通挤塞问题。

宾夕凡尼亚州计划(美国)

宾夕凡尼亚州的高速磁浮列车计划是由匹兹堡国际机场到Greensburg,中间停在匹兹堡市中心和门罗维尔。这个计划最初是人口约240万人在匹兹堡圈。巴尔的摩提案与匹兹堡提案获得联邦9000万美元的拨款。该计划的目的是要知道磁浮系统能否正常在一个美国城市运转。[19]

圣迭戈机场(美国)

2006年,圣地牙哥委托进行一项到圣迭戈国际机场的磁浮列车研究。SANDAG称,这个是一个「机场无航厦」的概念,让旅客可在圣迭戈的一个航厦办理登机手续,并乘坐悬浮列车到达机场并登上飞机。此外,磁浮列车将有可能收取优先运费。虽然目前已有进一步的研究要求,但资金方面至今尚未同意。[20]

亚特兰大—查塔努加(美国)

计划中的磁浮列车的运转路线从哈茨菲尔德-杰克逊亚特兰大国际机场贯穿亚特兰大,到达亚特兰大的北郊,甚至可能延伸到田纳西州查塔努加。一旦建成,磁浮线路可能会成为目前亚特兰大的地铁系统MARTA的竞争对手。[21]

德国磁浮试验线

2007年9月25日,德国巴伐利亚州宣布将建立高速磁浮铁路服务从慕尼黑市中心到慕尼黑国际机场。巴伐利亚州政府与德国铁路和磁浮公司及西门子蒂森克虏伯签订1.85亿欧元(2.6亿美元)的计划。[22]

2008年3月27日,德国交通部长宣布,由于建设轨道成本的上升,该计划已被取消。该计划预估需要3.2至3.4亿欧元。[23]

雅加达—泗水(印尼)

计划中建立一个683公里长之间雅加达泗水的磁浮铁路服务,它将会有7个车站,其中包括三宝垄。PT. Maglev Indonesia与法国国家铁路公司,Transrapid Deutschland,和其他一些公司或许将于2010年正式开始建设。但目前没有具体的规划计划启动中。

关连计划

注释

  1. ^ 超导体并不是真正意义上的超导体,因为真正的超导体是指在某一温度下电阻为零的导体,然而这里的「超导体」电阻并不为零。

参考资料

  1. ^ 上海磁浮优化案仍引争议有公众称健康已受影响. 新华网、法制日报. 2008年1月17日 [2013-10-01]. (原始内容存档于2013-10-07). 
  2. ^ 8号线磁浮的4年之争. 南方日报. 2013年6月20日 [2013-10-01]. (原始内容存档于2013-10-04). 
  3. ^ 3.0 3.1 日本新型磁浮列车创造时速603公里世界纪录. "香港电台". 2015-04-21 [2015-04-21]. (原始内容存档于2015-05-05). 
  4. ^ 4.0 4.1 时速飙破600 日本磁浮列车再创纪录. 中央通讯社. 2015-04-21 [2015-04-21]. (原始内容存档于2015-07-13). 
  5. ^ The Superconducting Maglev Sets a Guinness World Record for Attaining 581km/h in a Manned Test Run. Central Japan Railway Company. 2004-03-01. (原始内容存档于2009-06-25). 
  6. ^ 高铁》 高铁有两种 轮轨普及 磁浮飞快
  7. ^ 哗!磁浮列车
  8. ^ 大连自主技术永磁悬浮试验线 明年建成. [2020-06-25]. (原始内容存档于2020-06-26). 
  9. ^ Ireson, Nelson. Dutch university working on affordable electromagnetic suspension. MotorAuthority.com. 2008-11-14 [2010-12-03]. (原始内容存档于2009-09-29). 
  10. ^ Ogawa, Keisuke. Hitachi Exhibits Electromagnetic Suspension System. techon.nikkeibp.co.jp. 2006-10-30 [2010-12-03]. (原始内容存档于2011-10-25). 
  11. ^ Marc T. Thompson; Richard D. Thornton. Flux-Canceling Electrodynamic Maglev Suspension: Part II Test Results and Scaling Laws (PDF). IEEE Transactions on Magnetics. May 1999, 35 (3) [2010-12-03]. (原始内容 (PDF)存档于2011-07-17). 
  12. ^ Cotsalas, Valarie. It Floats! It Speeds! It's a Train!. New York Times. 2000-06-04 [2010-12-03]. (原始内容存档于2012-04-10). 
  13. ^ A New Approach for Magnetically Levitating Trains—and Rockets. llnl.gov. [2009-09-07]. (原始内容存档于2010-05-28). 
  14. ^ Richard F. Post. MagLev: A New Approach. Scientific American. January 2000. (原始内容存档于2005-03-09). 
  15. ^ “贴地飞行”!时速600公里的磁浮列车亮相青岛,你了解多少?. [2021-07-20]. (原始内容存档于2021-07-22). 
  16. ^ 中国第二款高速磁悬浮样车下线,采用高温超导技术. 
  17. ^ 我国首列商用磁浮3.0列车完成试验. 
  18. ^ 存档副本. [2009-05-13]. (原始内容存档于2010-11-07). 
  19. ^ The Pennsylvania Project. [2007-09-25]. (原始内容存档于2010-06-25). 
  20. ^ SANDAG: San Diego Maglev project. [2008-05-23]. (原始内容存档于2010-06-12). 
  21. ^ Atlanta Chattanooga Maglev. [2008-08-04]. (原始内容存档于2018-09-08). 
  22. ^ BBC NEWS, Germany to build maglev railway. [2009-05-12]. (原始内容存档于2011-11-12). 
  23. ^ Germany scraps Munich Transrapid as cost spirals. [2009-05-12]. (原始内容存档于2009-01-03). 

外部连结

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