電磁產品在列車上的應用
磁懸浮列車從問世到現在已經有几十年曆史,雖然擁有一系列優勢,但一直未能成為主流交通工具。
英國廣播公司(BBC)報道,磁懸浮列車擁有一系列優勢,它速度快、能耗低、噪音小、易於維護、綠色環保並且安全舒適,正是這些優勢促使包括中國和日本在內的一些國家不惜投入巨資進行研發。支持者表示磁懸浮列車代表着列車的未來發展方向,同時也將成為高速和長途旅行的主流交通工具。
實際上,磁懸浮列車並不是什麼新技術。早在1922年,德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理,並于1934年申請了磁懸浮列車的 ,但 直到1984年,世界上 輛商用磁懸浮列車才在英國的伯明翰國際機場投入運營。這條磁懸浮線路全長僅600米,運營時速40公里,11年後因維護問題關閉。
2003
年,日本磁懸浮列車創造了世界速度紀錄,時速達到581公里。由於高昂的啟動成本以及汽車、飛機和票價低並且可靠的傳統列車仍佔據統治地 位,磁懸浮列車還沒有成為主流,目前運營的商業磁懸浮列車線路只有兩條,一條在中國,一條在日本。不過,這種情況可能在不久后發生改變。現在,公路擁堵情況越發嚴重,客機也經常出現延誤同時在安全性和環境方面引發擔憂情緒。在這種形勢下,一些國家開始將目光投向磁懸浮列車,試圖將其作為交通系統的一個重要 補充。
磁懸浮列車的原理很簡單,利用磁的吸力和排斥力推動列車前行。在磁排斥力的作用下,列車懸浮在距離鐵軌几毫米的半空。由於摩擦力大幅減少,磁懸浮列車的速度要遠遠超過採用傳統發動機的普通列車。美國通用原子公司交通運輸項目負責人薩姆·古羅爾博士表示:“磁懸浮列車的所有推進力都來自于電磁力、浮力 以及導向力。整輛列車安全在磁力的作用下懸浮、行進和轉向。”值得一提的是,美國 的磁懸浮列車便出自這家公司之手。
電磁懸浮(EMS)是最常見的一種磁懸浮技術,中國上海的磁懸浮列車便採用這種設計,時速超過400公里。電磁懸浮列車裝有電磁體,鐵路底部安裝線圈。通電后,地麵線圈產生的磁場極性與列車上的電磁體極性始終保持相同,兩者同性相斥,所產生的排斥力讓列車懸浮起來。此外,鐵軌兩側也裝有線圈,交流電 使線圈變為電磁體並與列車上的電磁體相互作用,驅動列車前進。這種磁懸浮列車的優勢是,能夠在靜止時懸浮。控制人員可以監視和改變懸浮高度,幅度在10到 15毫米之間——微小的差異能夠對磁力產生巨大影響。
第二種磁懸浮列車採用電動懸浮(EDS)設計。與電磁懸浮不同的是,電動懸浮系統的鐵軌和列車均裝有磁鐵。列車上的磁鐵可以是電磁鐵,也可以是強力 永磁鐵,鐵軌則裝有一個電磁鐵陣列。在列車高速行駛時,列車和鐵軌相互排斥。這一系統能夠自我修正,讓列車始終懸浮在 高度,無需安裝昂貴而複雜的反饋系統。電動懸浮的缺陷是:低速行駛時無法產生足夠的排斥力,讓列車懸浮起來,因此仍需要安裝車輪。
通用原子公司設計的磁懸浮列車立基於第三種方式,被稱之為“感應軌”。在這一磁懸浮系統,鐵軌安裝永磁鐵,排列成所謂的哈爾巴赫陣列。哈爾巴赫陣列最初為粒子加速器設計,能夠將磁場集中到一側,消除對側的磁場。與電動懸浮系統一樣,這種磁懸浮列車在靜止時也需要車輪支撐。不過,它能夠在速度較低時保 持懸浮狀態,因此具有更高的實用性。感應軌設計的一大優勢是:在電力系統出現故障情況下,列車能夠自行減速,懸浮高度隨着速度的減慢下降。隨着時間的推移,這種設計可能比電磁懸浮系統更具有成本效益。不過,只有真正投入商業運營后,我們才能確定是否具有這種成本優勢。
通用原子公司用了5年時間改進電力和控制系統,並在美國交通部的監督下完成一項全面測試。古羅爾表示:“測試非常成功,我們對這種類型的鐵軌進行了一切可能的測試。這項技術將進入下一個階段,也就是製造一個驗証系統,用於搭載乘客或者貨物。”目前,通用原子公司需要獲得進一步資金支持,繼續磁懸浮列車的研發。
磁懸浮列車最常見的推進方式是採用直線電機。直線電機是一種直線感應電動機,結構相當于將旋轉電機切割展開成直線狀,定子(初級線圈)設置在列車上、轉子(次級線圈)設置在鐵軌上,列車由設置在列車上的直線電機與鋪設在鐵軌中央的反應板之間產生的磁力推進。
通用原子公司設計的磁懸浮列車採用直線同步電動機。古羅爾說:“這種電動機的運轉方式與沖向海岸的海浪類似。不過,它的‘海浪’並不是水,而是電磁 力。列車彷佛衝浪者一樣在電磁浪上行進。這種系統擁有當前的磁懸浮列車技術所不具備的幾個優勢。在遭遇惡劣天氣時,它的性能超過當前的磁懸浮列車,原因在於並非由摩擦驅動,同時不存在電接觸問題。普通列車需要有一條第三軌,也就是輸電軌,用於從導軌獲取電量。所獲電量輸送給列車上的旋轉式電機,產生推動 力。這一系統需要列車安裝變速箱以及各種電力設備。”
磁懸浮列車的支持者表示,這種列車無需很多運動機件,沒有普通列車的磨損問題同時維護成本低。不過,並非所有人都認同這種觀點。由於當前運營的磁懸浮列車少得可憐,還無法了解其真正運營成本。隨着北京和首爾磁懸浮列車開通運營,這些爭論將塵埃落定。目前,波多黎各、委內瑞拉、歐洲以及澳大利亞也計劃 打造磁懸浮列車,既有低速城市線路,也有高速跨大陸線路。這些計劃無疑向航空業發出挑戰。有人甚至建議打造一條跨大西洋磁懸浮線路,如果這一夢想成為現實,還會有人選擇飛機嗎。。。。。。