《超導(dǎo)磁懸浮應(yīng)用》

1、超導(dǎo)磁懸浮應(yīng)用摘要：1. 高溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)現(xiàn)簡單介紹，以及在磁懸浮系統(tǒng)方面的廣闊的應(yīng)用前景。2. 高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的核心是車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng), 這個(gè)系統(tǒng)要求較大尺寸的液氮低溫容器, 并且要求高溫超導(dǎo)體塊材與導(dǎo)軌之間的間隙(即磁懸浮凈高度) 越大越好。關(guān)鍵詞：液氮低溫容器，永磁導(dǎo)軌，超細(xì)鈮鈦合金多芯，電磁誘導(dǎo)供電系統(tǒng)線1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98°C時(shí)，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài)。卡茂林由于他的這一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾

2、獎。這一發(fā)現(xiàn)引起了世界范圍內(nèi)的震動。在他之后，人們開始把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中流大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場。1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感興強(qiáng)度為零，卻把原來存在于體內(nèi)的磁場排擠出去。對單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。后來人們還做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)

3、淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小但磁性很強(qiáng)的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性，這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸空不動。邁斯納效應(yīng)有著重要的意義，它可以用來判別物質(zhì)是否具有超性。為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性，人們開始了探索高溫超導(dǎo)的歷程，從1911年至1986年，超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K（OK=-273°C）。86年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30度，12月30日，又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日發(fā)現(xiàn)了98K超導(dǎo)體，很快又發(fā)現(xiàn)了14°C下存在超導(dǎo)跡象，高溫超導(dǎo)體取得了巨大突破，使

4、超導(dǎo)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以到用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在無磨擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性能。超導(dǎo)列車已于70年代成功地進(jìn)行了載人可行性試驗(yàn)，1987年開始，日本國開始試運(yùn)行，但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導(dǎo)船已于1992年1月27日下水試航，目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。利用超導(dǎo)材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙，但它勢必會引發(fā)交通工具革命的一次浪潮。超導(dǎo)材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗，而利用超導(dǎo)體則可最大限度地

5、降低損耗，但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體還未進(jìn)入實(shí)用階段，從而限制了超導(dǎo)輸電的采用。隨著技術(shù)的發(fā)展，新超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn)，超導(dǎo)輸電的希望能在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的高溫超導(dǎo)體還處于必須用液態(tài)氮來冷卻的狀態(tài)，但它仍舊被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一· 初識超導(dǎo)現(xiàn)象     1911年荷蘭科學(xué)家翁納斯（Onnes）在測量低溫下水銀電阻率的時(shí)候發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)溫度降到零下269度附近， 水銀的電阻竟然消失了！圖1復(fù)制了當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)曲線。電阻的消失叫做零電阻性。所謂“電阻消失”，只是說電阻小于儀表的最小可測電阻。也許有人會產(chǎn)生疑問：如果儀表的靈敏度進(jìn)一步提高，會

6、不會測出電阻呢？用“持久電流”實(shí)驗(yàn)可以解決這個(gè)問題。     由正常導(dǎo)體組成的回路是有電阻的，而電阻意味著電能的損耗，即電能轉(zhuǎn)化為熱。這樣， 如果沒有電源不斷地向回路補(bǔ)充能量，回路中的電能在極短時(shí)間( 例如微秒)里全部消耗完，電流衰減到零。如果回路沒有電阻，自然就沒有電能的損耗。一旦在回路中激勵(lì)起電流，不需要任何電源向回路補(bǔ)充能量，電流可以持續(xù)地存在下去。有人曾在超導(dǎo)材料做成的環(huán)中把電流維持兩年半之久而豪無衰減。由此可以電阻率的上限為1023歐姆厘米，還不到最純的銅的剩余電阻率的百萬億分之一。零電阻效應(yīng)是超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)基本性質(zhì)之一。   

7、;  超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)基本性質(zhì)是抗磁性，又稱邁斯納(Meissner) 效應(yīng)。即在磁場中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。也就是說，磁力線完全被排斥在超導(dǎo)體外面，如圖所示。· 超導(dǎo)磁懸浮     利用超導(dǎo)體的抗磁性可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。圖3是超導(dǎo)磁懸浮的示意圖。把一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤把磁感應(yīng)線排斥出去， 超導(dǎo)盤跟磁鐵之間有排斥力，結(jié)果磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤的上方。這種超導(dǎo)懸浮在工程技術(shù)中是可以大大利用的， 超導(dǎo)懸浮列車就是一例。讓列車懸浮起來，與軌道脫離接觸，這樣列車在

8、運(yùn)行時(shí)的阻力降低很多，沿軌道“飛行”的速度可達(dá)500公里/小時(shí)。高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以后，超導(dǎo)態(tài)可以在液氮溫區(qū)(零下169度以上)出現(xiàn)，超導(dǎo)懸浮的裝置更為簡單， 成本也大為降低。我國的西南交通大學(xué)于1994年成功地研制了高溫超導(dǎo)懸浮實(shí)驗(yàn)車。 超導(dǎo)磁懸浮演示裝置THP-1型超導(dǎo)磁懸浮演示裝置   特點(diǎn)：論述一臺高臨界溫度超導(dǎo)體磁懸浮列車物理課堂演示裝置，該裝置為一個(gè)盛放高臨界溫度超導(dǎo)體的列車模型，在具有磁束縛的封閉磁軌道上方懸?。换蛟诖跑壍老路降箳臁皯腋　?，并可在直線電機(jī)加速裝置或旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置作用下，沿這一長度約為1.7m的封閉磁軌道，以懸浮或倒掛“懸浮”狀態(tài)無摩擦的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

9、  一實(shí)驗(yàn)裝置： 1 具有細(xì)微彌散Y系（211相）的 Y1 Ba2Cu3O7-8，用熔融織構(gòu)生長法制備的超導(dǎo)塊材， 尺寸為18mm，厚約10mm。 2 用發(fā)泡聚乙烯隔熱材料模壓成型的列車模型。模型外殼為一上蓋可開啟的封閉鋁殼，兩側(cè)的鋁板在列車模型通過直線電機(jī)加速裝置時(shí)，其感生電流產(chǎn)生的磁場推動列車模型向前運(yùn)動。上側(cè)的鋁板在列車模型通過旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置時(shí)起到如上述相同的推動作用，而底部的鋁板產(chǎn)生的磁阻尼可使列車模型運(yùn)行平穩(wěn)。 3 為由約300塊表磁為0.4特斯拉的NdFeB永磁材料并排拼接而成的磁軌道，三排永 磁材料的磁極按SNS相間排列，以對運(yùn)動著的列車模型形成磁束縛，以使列車模 型

10、不從磁軌道上滑出。磁軌道全長約1.7 M。NdFeB永磁材料吸附在軛鐵4上。 4 為磁軌道支架。兩根長桿架起橢圓形的磁軌道，使懸浮運(yùn)動著的列車模型清晰可見。支 架頂端的軸桿可支架360。 旋轉(zhuǎn)，為演示列車模型與水平面不同角度時(shí)使用，演示倒掛“懸浮”時(shí)可將支架倒轉(zhuǎn)固緊 5 為旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置。由鑲嵌在高分子材料制成的圓柱體內(nèi)的4塊表磁為0.4T的 Nd-Fe-B永磁材料構(gòu)成，兩塊磁鐵之間在圓柱上相間90。高分子材料圓柱體由直流電機(jī)帶動，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為900r/min。 6 為直線電機(jī)加速裝置，由8對相角差為120。的電磁鐵構(gòu)成。  由旋轉(zhuǎn)磁場和直線電機(jī)構(gòu)成的加速裝置可使重量為20g的列

11、車模型，在周長為1.7m的磁軌道上懸浮高度為8mm時(shí)產(chǎn)生約30m/min運(yùn)轉(zhuǎn)連度。如果演示得當(dāng)，列車模型可沿磁道運(yùn)轉(zhuǎn)40r。 二演示方法和注意事項(xiàng) 1 將超導(dǎo)列車模型上液氮灌注口的螺帽旋開，然后置入裝有液氮的容器內(nèi)，待樣品冷卻 到液氮溫度時(shí)開始演示。 2 開始演示時(shí)，先將液氮灌注口的螺帽旋緊，然后用竹夾子將列車模型夾至水平放置的磁導(dǎo)軌上方，并稍稍下壓，以使部分磁通進(jìn)入到超導(dǎo)體內(nèi)，而形成磁軌道對超導(dǎo)樣品的磁束縛。稍加力，列車模型即以懸浮狀態(tài)沿軌道旋轉(zhuǎn)，直至樣品失超而落到磁軌道上方為止。 3 打開列車模型的液氮灌注口，向口內(nèi)注入液氮（注意，此時(shí)列車模型仍落在磁導(dǎo)軌上方）。若液氮揮發(fā)較快，要反復(fù)灌注

12、，直至樣品呈超導(dǎo)狀態(tài)。此時(shí)列車模型可能吸附在磁導(dǎo)軌上方，用手將列車模型稍稍上提，使其稍稍離開磁導(dǎo)軌，而呈懸浮狀態(tài)（但明顯感到磁軌道對其有吸引力）。松開磁軌道緊固螺釘，轉(zhuǎn)動磁軌道使磁軌道與水平面呈倒置平行狀態(tài)，此時(shí)列車模型即以倒掛“懸浮”狀態(tài)在磁軌道下方連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 為防止摔壞列車模型應(yīng)掌握好演示時(shí)間防止掉到地下。 4 皮膚直拉接觸液氮可能造成燒傷，特別防止液氮直接濺到臉部和眼晴。 5 液氮的沸點(diǎn)為 77k，長期在空氣中放置時(shí)，會將空氣中的氧液化，氧的沸點(diǎn)為90K。 若用這樣的液體冷卻超導(dǎo)樣品. 可能使演示失敗。 6 超導(dǎo)樣品在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，對其經(jīng)歷的磁化過程有“記憶功能，演示倒掛懸浮時(shí)，須待樣品失超

13、后再開始演示。 7長時(shí)間不用的超導(dǎo)樣品，放置在有干噪劑的容器內(nèi)保存。三    產(chǎn)品圖片         車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二十幾年來對超導(dǎo)磁懸浮列車的研究證明, 它不僅速度高, 而且能耗低、運(yùn)輸容量大、噪聲低、環(huán)境污染輕、安全可靠 1 。由于低溫超導(dǎo)磁懸浮列車必須工作在液氦(4. 2K) 溫區(qū), 所以使其發(fā)展受到一定的限制。高溫超導(dǎo)體(HTS) 工作溫度高(例如77K) , 在應(yīng)用中省掉了復(fù)雜的液氦(4. 2K) 制冷系統(tǒng), 降低了造價(jià)和運(yùn)行成本, 系統(tǒng)操作簡便, 便于維護(hù), 也更加

14、穩(wěn)定。但要充分發(fā)揮這些優(yōu)勢還必須進(jìn)行大量深入細(xì)致的研究工作。高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的核心是車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng), 這個(gè)系統(tǒng)要求較大尺寸的液氮低溫容器, 并且要求高溫超導(dǎo)體塊材與導(dǎo)軌之間的間隙(即磁懸浮凈高度) 越大越好 2, 3 。為了保證高溫超導(dǎo)磁浮列車具有更大的有效懸浮高度, 要求高溫超導(dǎo)磁浮列車用的液氮低溫容器與軌道相對應(yīng)的該容器的壁厚越薄越好。因?yàn)檫@種液氮低溫容器在磁場下工作, 為保證磁懸浮系統(tǒng)的正常工作, 這種薄壁液氮低溫容器液應(yīng)該是無磁或弱磁的。此外, 本文將討論如何選擇高溫超導(dǎo)體塊材, 確定高溫超導(dǎo)體塊材的最佳組合, 以及整個(gè)車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮。2YBaCuO 塊材的

15、懸浮力 在設(shè)計(jì)車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)之前, 必須在我們自行研制的“高溫超導(dǎo)磁懸浮測試系統(tǒng) 4 ”上測量每塊YBaCuO 高溫超導(dǎo)體塊材在永磁導(dǎo)軌上的懸浮力。這個(gè)測試系統(tǒng)采用了能放置高溫超導(dǎo)體塊材的薄底(3. 5mm ) 液氮低溫容器, 將它置于永磁導(dǎo)軌之上, 永磁導(dǎo)軌表面磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1. 2T。該測量系統(tǒng)能測量多塊或單塊高溫超導(dǎo)體塊材的總體磁懸浮力。一個(gè)典型的單塊YBaCuO 高溫超導(dǎo)體在永磁導(dǎo)軌上的懸浮力如圖1 所示。通過計(jì)算和綜合各方面的因素考慮, 我們提出適合高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(永磁導(dǎo)軌表面磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1. 2T ) 用的YBaCuO 高溫超導(dǎo)體在永磁導(dǎo)軌與HTS 之間為5mm 間隔時(shí)

16、的懸浮力應(yīng)大于9N. cm 2。這個(gè)數(shù)字也是我國自己研制的熔融織構(gòu)法YBaCuO 高溫超導(dǎo)體塊材可能達(dá)到的水平。 3YBaCuO 塊材的形狀和大小為了充分利用永磁導(dǎo)軌的磁塊而不產(chǎn)生漏磁, 一般認(rèn)為高溫超導(dǎo)體塊材應(yīng)做到無間隙的排列。開始我們考慮了正六方形和正方形, 但在永磁導(dǎo)軌上的懸浮力不僅不會增大, 甚至?xí)　Ｆ湓蚴? HTS 在永磁導(dǎo)軌懸浮系統(tǒng)中, 高溫超導(dǎo)材料本身的物性(例如臨界電流密度) 對懸浮力的影響因子大于對外磁場的利用因子。對角30mm 對邊26mm 的正六方形, 屏蔽電流路徑的直徑為26mm , 其宏觀效果可能近似于直徑為26mm 的圓形樣品。所以我們選擇了圓形樣品。YBaC

17、uO 高溫超導(dǎo)體塊材當(dāng)然是尺寸越大越好, 但大尺寸批量生產(chǎn)是較困難的。我們直徑30mm 和26mm 樣品的懸浮力測試結(jié)果比較從直徑30mm 和26mm 測試結(jié)果(見圖1) 可以看出, 直徑30mm 的懸浮力大得多。介于大于直徑30mm 的樣品目前批量制備困難, 所以我們選取直徑30mm 的樣品。4YBaCuO 塊材的組合對于我們的特定的永磁導(dǎo)軌, 我們研究了多塊高溫超導(dǎo)體塊材沿永磁導(dǎo)軌中心不同陣列的單位長度懸浮力 5 。圖2表示高溫超導(dǎo)體塊材樣品不同陣列的組合圖。懸浮力的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果見表I。測試條件: YBCO 高溫超導(dǎo)體塊材, 永磁導(dǎo)軌表面磁場1. 2T , 薄底液氮低溫容器底壁厚3. 5m

18、m。表內(nèi)所列懸浮力是YBCO 與永磁導(dǎo)軌相距20mm 時(shí)的測量值。表I組合樣品懸浮力實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較樣品組合序號1 2 3 4 5 6 7 8 總懸浮力(N ) 145 193 177 163 105 123 136 118 單位長度懸浮力(N.mm ) 1. 20 1. 44 1. 68 2. 32 1. 75 1. 50 2. 27 1. 97 單位長度懸浮力排序8 7 5 1 4 6 2 3 由表I 可以看出, 樣品組合方式4 單位長度懸浮力最大。因此, 我們以組合方式4 為基本單元來設(shè)計(jì)車載高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)。5液氮低溫容器高溫超導(dǎo)磁懸浮列車用的液氮低溫容器尺寸較大, 為了保證高溫超導(dǎo)磁懸

19、浮列車具有更大的有效懸浮高度, 提出了液氮低溫容器底部內(nèi)外壁總尺寸小的要求。實(shí)驗(yàn)研究。日本超導(dǎo)磁懸浮列車開發(fā)現(xiàn)狀磁懸浮列車由于具有安全性、穩(wěn)定性、與環(huán)境適應(yīng)性以及高速、適合大量運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，被視為21世紀(jì)綜合運(yùn)輸系統(tǒng)中最具發(fā)展前途的高科技運(yùn)輸手段之一。日本出于謀求國土經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展，以及通過超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的開發(fā)帶動各相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的，自1962年起就開始了直線電機(jī)推動懸浮方式列車的預(yù)研制工作。至1999年2月10日，隨著在日本山梨縣境內(nèi)進(jìn)行的5節(jié)車輛時(shí)速500公里荷重270人分編組運(yùn)行試驗(yàn)的成功，日本超導(dǎo)磁懸浮列車的基本研制計(jì)劃已接近尾聲，將可以轉(zhuǎn)入商業(yè)性運(yùn)營線路開發(fā)建設(shè)階段。日本擬于下世紀(jì)初在

20、東京、名古屋、大阪之間鋪設(shè)磁懸浮列車中央新干線?，F(xiàn)將MLXO1型超導(dǎo)磁懸浮列車概況介紹如下。 1.超導(dǎo)系統(tǒng) 超導(dǎo)線圈：超導(dǎo)線圈是磁懸浮列車的最關(guān)鍵設(shè)備之一，它與U型列車行駛導(dǎo)槽中設(shè)置的推力、上浮、導(dǎo)向線圈一起使列車獲得上浮、推進(jìn)、導(dǎo)向力。日本使用的超導(dǎo)物質(zhì)是將超細(xì)鈮鈦合金多芯線埋入銅母線內(nèi)制成的超導(dǎo)電線，當(dāng)此種超導(dǎo)電線浸入液氦(269)中時(shí)進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)大磁場。這是世界上首次在實(shí)用運(yùn)輸設(shè)備上用超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可獲得550公里穩(wěn)定時(shí)速的大功率強(qiáng)磁線圈，其電壓為22KV。 車載超低溫冷凍系統(tǒng)：每一車載強(qiáng)磁單元上分別裝有一臺液氦及一臺液氮壓縮制冷機(jī)。液氦壓縮機(jī)的作用是將由于外部熱能及列車本身行駛時(shí)產(chǎn)

21、生的熱能逐漸氣化了的氦氣重新冷凍還原成液氦。液氮壓縮制冷機(jī)的作用是將冷卻超導(dǎo)線圈外部隔熱板的液氮制冷劑重新冷卻，保持196低溫液氮狀態(tài)。MLX01型列車裝備的壓縮機(jī)為目前世界上體積最小、能力最強(qiáng)的節(jié)能型車載液氦及液氮壓縮機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)了連續(xù)工作1萬小時(shí)無故障的紀(jì)錄。使得列車運(yùn)行時(shí)一次充氦(氮)以后無需再補(bǔ)充液氮或液氦。 磁屏蔽技術(shù)：由于超導(dǎo)線圈工作時(shí)產(chǎn)生的巨大磁場，如無有效屏蔽手段將危害乘客的健康，MLX01型列車使用了一種稱之為EFE的屏蔽材料(工業(yè)純鐵類)，有效地將客車內(nèi)的磁場降至10高斯以內(nèi)，可以確保乘客的安全。 2.車體技術(shù) 高強(qiáng)度輕型設(shè)計(jì)：當(dāng)列車以550公里時(shí)速穿越隧道時(shí)，空氣密度壓力

22、的突然變化及列車頭部突入隧道時(shí)產(chǎn)生的微氣壓波會給車體帶來巨大壓力，對車體的設(shè)計(jì)及材料提出很高的要求。MLX01型列車使用了高強(qiáng)度鋁合金材料及半硬殼結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)，同時(shí)為了提高有效荷重，列車采取了超輕量設(shè)計(jì)并大量使用了強(qiáng)化碳纖維樹脂等新材料。 減震系統(tǒng)及舒適性設(shè)計(jì)：為提高列車的舒適性，MLX01型列車在底盤與車廂之間設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制的油壓減震系統(tǒng)及空氣彈簧減震裝置，使得列車行駛極其平穩(wěn)。 另外，列車設(shè)計(jì)了利用行駛風(fēng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的節(jié)能平衡式空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)避免列車行駛時(shí)由于氣壓變化帶來的乘客耳朵不適感。 3.安全控制系統(tǒng) 為確保550公里時(shí)速狀態(tài)運(yùn)行的安全，新型磁浮列車的另一關(guān)鍵系統(tǒng)即強(qiáng)電的變電、

23、配電系統(tǒng)。磁浮列車的起動、加速、停止等動作均通過地面大型變頻、變壓裝置改變向線圈輸送的電流及頻率進(jìn)行精密控制。MLX01型列車的地面系統(tǒng)先通過大型可控硅整流(69MW)及GTO換流變電站將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電，然后再通過世界最大級(40MVA)的變頻換流裝置，將獲得的直流電源重新轉(zhuǎn)換成磁浮電機(jī)所需的(電壓022KV、頻率056.6Hz)交流可變電源。 為了提高運(yùn)行效率，列車運(yùn)行配電系統(tǒng)僅向磁浮列車所在區(qū)段進(jìn)行配電。日本開發(fā)的SF6氣體保護(hù)GIS型小型區(qū)域配電開關(guān)已通過了100萬次可靠性試驗(yàn)。 驅(qū)動控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)是代替駕駛員保證列車平穩(wěn)舒適運(yùn)行并控制整個(gè)電力變換向列車各行駛區(qū)域配電的重要控制系

24、統(tǒng)，主要包括：驅(qū)動控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、相位同步控制系統(tǒng)、列車區(qū)段配電控制系統(tǒng)等部分。 電磁誘導(dǎo)供電系統(tǒng)：磁浮列車在行駛時(shí)，與地面處于非接觸狀態(tài)。列車所需的照明及空調(diào)等用電采用了地面線圈和車上線圈電磁感應(yīng)供電方法，獲得所需電力。 5.圖像信息傳遞系統(tǒng) 磁浮列車使用了毫米波無線大容量傳輸方式。山梨縣試驗(yàn)段的工作頻段為45GHz,可以將設(shè)在車頭的CCD圖像通過無線系統(tǒng)傳入中心指令室。地面信息系統(tǒng)使用了光纖LAN系統(tǒng)，傳送各種控制、監(jiān)視、計(jì)測、廣播、電話等信息。 6.土木工程技術(shù) 為確保列車的安全，磁浮列車行駛的U型導(dǎo)槽施工要求極高，其整體施工要求達(dá)到厘米精度。另外，設(shè)置在U性槽體內(nèi)的線圈在列車行

25、駛時(shí)承重極大，在研制過程中，通過計(jì)算機(jī)模擬等一系列試驗(yàn)，合理地解決了承重及抗疲勞問題。 磁浮列車的經(jīng)濟(jì)性主要取決于兩個(gè)方面： 直接建設(shè)開發(fā)費(fèi)用。包括三個(gè)主要方面，即建設(shè)成本、運(yùn)行成本、設(shè)備制造成本。隨著技術(shù)進(jìn)步，其各項(xiàng)成本的平均概算大約近期以年75的速度遞減，為此，至2002年，據(jù)估算其建設(shè)成本大約是普通新干線L700型的130。 間接經(jīng)濟(jì)效益。建設(shè)高速的移動系統(tǒng)首先可創(chuàng)造大量的時(shí)間經(jīng)濟(jì)價(jià)值；磁浮列車是節(jié)能、環(huán)境負(fù)荷小的交通工具，其能耗(公里/人)約為汽車的1/7，飛機(jī)的1/4，CO2排放量(人/公里)約為汽車的1/10，飛機(jī)的1/6。中國研制成功“高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車世界上第一輛載人“高溫超

26、導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車”日前在西南交通大學(xué)研制成功，這標(biāo)志著中國在高溫超導(dǎo)磁懸浮科學(xué)研究與試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。載人“高溫超導(dǎo)磁浮列車實(shí)驗(yàn)車”可載5人，其永磁導(dǎo)軌長15.5米，最大懸浮重量達(dá)700公斤。該車懸浮穩(wěn)定性好，懸浮剛度高，低溫系統(tǒng)連續(xù)工作可超過6小時(shí)。據(jù)該課題組負(fù)責(zé)人高級工程師王家素介紹，這是迄今為止世界上懸浮重量最大的載人“高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車”。在863成果展的超導(dǎo)技術(shù)展廳，一輛雪白色的磁懸浮列車吸引了眾多人的關(guān)注，這是西南交通大學(xué)在實(shí)施863計(jì)劃中研制成功的可載人“高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車”，在世界上還是第一輛.在場觀眾們抑制不住喜悅心情，爭相排隊(duì)乘坐，親身感受一下我國未來的磁懸

27、浮列車.這輛磁懸浮列車整個(gè)采用高溫超導(dǎo)材料制造，車身在承載530多公斤的情況下，懸浮高度可以達(dá)到20mm.由于是在去年年底研制成功，研究人員給它取名“世紀(jì)號”.據(jù)工作人員介紹，這輛磁懸浮實(shí)驗(yàn)車比日本的磁懸浮列車還要先進(jìn).日本目前應(yīng)用的是常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，其永磁軌道只有一條，懸浮高度僅為8 mm。而眼前的這輛高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車像火車一樣，安置了兩條永磁軌道，不僅比日本的常導(dǎo)磁懸浮列車更平穩(wěn)，磁浮系統(tǒng)導(dǎo)向力大，而且造價(jià)更為便宜.中國科學(xué)院理論物理所研究員、中科院院士何祚庥昨天就磁懸浮列車接受本報(bào)記者獨(dú)家專訪，對于磁懸浮列車本身，何祚庥用了三個(gè)詞來形容：又便宜、又容易、又好.何祚庥算了一筆帳，修建同

28、樣里程的鐵路，磁懸浮線路的造價(jià)只是普通路軌的85%，而且運(yùn)行時(shí)間越長，效益會更明顯.磁懸浮列車的路軌壽命可達(dá)80年，而普通列車路軌只有60年.磁懸浮列車車輛壽命是35年，輪軌列車是20年、25年.此外，磁懸浮列車的年運(yùn)行維修費(fèi)僅為投資的1.2%,而輪軌列車高達(dá)4.4%.磁懸浮高速列車的運(yùn)行和維修成本約是輪軌高速列車的1/4.磁懸浮列車和輪軌列車乘客票價(jià)的成本比為12.8.磁懸浮列車是否已進(jìn)入實(shí)用階段？何祚庥認(rèn)為這在技術(shù)上其實(shí)非常容易.他告訴記者，德國和日本都已經(jīng)發(fā)展了比較成熟的磁懸浮技術(shù)，特別是德國，其常導(dǎo)磁懸浮列車只需用普通的電磁鐵，而這已經(jīng)是完全成熟的技術(shù)，所以在實(shí)用方面已經(jīng)沒有任何障礙.

29、此外，施工難度也不高.何祚庥說，如果要說存在什么問題的話，就是中國方面還缺少實(shí)際運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn).磁懸浮列車的好是非常明顯的.速度快、效益高、能耗省、噪音低、污染少.何祚庥告訴記者，經(jīng)過考察團(tuán)成員的實(shí)地感受，磁懸浮列車乘坐舒適，急轉(zhuǎn)彎時(shí)也感受不到離心力.此外，由電磁回路所漏出的磁場遠(yuǎn)比地磁要弱，噪音方向，在時(shí)速300公里時(shí)只有7880分貝，時(shí)速420公里是90分貝，如時(shí)速下降到200公里，整個(gè)列車的噪聲就和城市中的小汽車差不多了.不但京滬線要修成磁懸浮，而且中國還要再建20000公里的磁懸浮鐵路.何老將上海建造磁懸浮列車看成是一個(gè)好的信號，“京滬”磁懸浮鐵路也將從這里延伸.他認(rèn)為，隨著上海這條磁懸浮

30、線路建成運(yùn)營，“京滬”磁懸浮線的動工也將拉開序幕.理研究所研究員、學(xué)術(shù)委員會主任趙忠賢先生做了題為“奇妙的超導(dǎo)現(xiàn)象”的科普報(bào)告。超導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)可以在生物醫(yī)學(xué)、電力工業(yè)、微電子儀器、微波通訊、大科學(xué)裝置、交通等各方面應(yīng)用，不過形成較大產(chǎn)業(yè)的目前只有基于超導(dǎo)量子干涉器的電子儀器和基于超導(dǎo)磁體的科學(xué)儀器和醫(yī)療設(shè)備。現(xiàn)場的同學(xué)們似乎對磁懸浮列車更感興趣。問：現(xiàn)在的磁懸浮列車是什么樣的狀況？趙忠賢：對磁懸浮列車我也不太懂。因?yàn)槲医裉熘v的是“奇妙的超導(dǎo)現(xiàn)象”，所以還是講超導(dǎo)方面的。超導(dǎo)體有兩個(gè)基本特征，一是電阻為零。二是可以近似看作完全抗磁體。這兩個(gè)特征可應(yīng)用于超導(dǎo)磁懸浮列車，中國的多數(shù)火車(非高速列車)在提速前，大約速度是75公里/小時(shí)，經(jīng)幾次提速目前也還未達(dá)到200公里/小時(shí)。法國的高速列車TGV是有鐵軌的，最高速度已經(jīng)能達(dá)到300公里/小時(shí)。我聽到一個(gè)消息，在一次下大雨之后，地面鐵軌有異常，剎車剎了15公里才剎住，出軌但并沒有翻車。目前上?；诘聡艖腋×熊嚰夹g(shù)正在建設(shè)的實(shí)驗(yàn)線估計(jì)速度為350公里/小時(shí)左右，懸浮高度1厘米。這將會對中國的高速火車的發(fā)展發(fā)揮重要影響。從科學(xué)上講，如不考慮商業(yè)上、成本上和技術(shù)上的問題，現(xiàn)在日本人設(shè)計(jì)的超導(dǎo)磁懸浮工程實(shí)驗(yàn)車很有可取之處。最高速度可以達(dá)到550公里/小時(shí)。在高速行使時(shí)可以浮起來12