《軌道交通車輛新技術(shù)》課件 5-1-2磁浮列車懸浮技術(shù)

磁懸浮列車技術(shù)深度解析磁懸浮列車的懸浮技術(shù)01磁懸浮列車技術(shù)02電磁懸浮EMSCONTENTS03電動(dòng)懸浮EDS04高溫超導(dǎo)磁懸浮HTSMaglev磁懸浮列車技術(shù)磁懸浮列車技術(shù)氣動(dòng)懸浮列車1969年，法國(guó)在奧爾良郊外建起了世界上第一條18km氣動(dòng)懸浮列車實(shí)驗(yàn)線路，最高速度達(dá)到422km/h。磁懸浮列車原理氣動(dòng)懸浮、聲懸浮、光懸浮和磁懸浮等是主要的懸浮原理，其中氣動(dòng)懸浮與磁懸浮能實(shí)現(xiàn)大尺寸的載重懸浮。氣動(dòng)懸浮問(wèn)題氣動(dòng)懸浮列車存在運(yùn)行不穩(wěn)定、可控性差等問(wèn)題，因此相關(guān)研究工作逐漸停滯不前。專利技術(shù)早在1934年，就有相關(guān)專利技術(shù)提出了將磁懸浮原理運(yùn)用于軌道交通工具中，從而形成了一種新型的軌道交通運(yùn)輸方式。磁懸浮列車磁懸浮通過(guò)電磁場(chǎng)中電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁力來(lái)抵消重力場(chǎng)中物體的自身質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸懸浮，可控性較強(qiáng)。電磁懸浮EMS電磁懸浮技術(shù)的提出與應(yīng)用磁懸浮技術(shù)的提出20世紀(jì)20年代，德國(guó)工程師HermannKemper提出了磁吸式常導(dǎo)磁懸浮列車（又稱電磁懸浮EMS）的構(gòu)想。常導(dǎo)電磁懸浮的研究70年代開(kāi)始，英國(guó)的華威大學(xué)、薩塞克斯大學(xué)以及德比鐵路技術(shù)中心開(kāi)始了常導(dǎo)電磁懸浮的研究。專利的申請(qǐng)1934年，Kemper基于高速磁浮列車概念申請(qǐng)了專利，為后來(lái)的磁懸浮列車發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。高速電磁懸浮EMS的代表高速電磁懸浮EMS以德國(guó)Transrapid（TR）系列為代表，現(xiàn)已發(fā)展到了TR09型列車。電磁懸浮系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理電磁懸浮系統(tǒng)（EMS）是一種吸力懸浮系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)車上的電磁鐵與導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。電磁懸浮系統(tǒng)常導(dǎo)磁懸浮列車通過(guò)調(diào)整懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的吸力，與地面軌道兩側(cè)繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。懸浮與導(dǎo)向在導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，車輪與軌道保持側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和導(dǎo)向。輪軌無(wú)接觸列車懸浮高度一般為8mm，通過(guò)高精度電子調(diào)整系統(tǒng)來(lái)保證。在停車狀態(tài)下列車仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。懸浮高度EMS電磁懸浮列車的特點(diǎn)與限制EMS電磁懸浮列車?yán)闷胀ㄖ绷麟姶盆F的電磁吸力將列車懸起，懸浮的氣隙較小，一般為10mm左右。電磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)由于車體采用抱住軌道的方式，其道岔需要采用機(jī)械道岔，存在占地面積大、操作不方便的缺點(diǎn)。道岔結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)EMS電磁懸浮技術(shù)的缺點(diǎn)是懸浮高度較低，對(duì)線路的平整度、路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求高。懸浮高度的問(wèn)題懸浮氣隙的控制需要用一套復(fù)雜的高精度電子調(diào)整系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。電子調(diào)整系統(tǒng)電動(dòng)懸浮EDSEDS技術(shù)起源EDS技術(shù)起源于1966年，由美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的JamesPowell教授所發(fā)明。低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用日本在EDS技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，采用了低溫超導(dǎo)線材開(kāi)發(fā)了LTSEDS。超導(dǎo)磁體與感應(yīng)電流在超導(dǎo)線圈中通以電流，形成強(qiáng)磁的超導(dǎo)磁體，當(dāng)車載低溫超導(dǎo)磁體沿著軌道水平移動(dòng)時(shí)，軌道側(cè)壁上線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電動(dòng)懸浮技術(shù)的起源與專利電動(dòng)懸浮技術(shù)的原理與特點(diǎn)EDS懸浮原理EDS懸浮系統(tǒng)選用超導(dǎo)線繞磁體，需用液氦冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)重，技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)偏高。健康影響懸浮能耗由于渦流效應(yīng)，EDS懸浮系統(tǒng)的能耗較常導(dǎo)技術(shù)大，因?yàn)榇艌?chǎng)發(fā)散，磁場(chǎng)對(duì)人體與環(huán)境會(huì)有影響。EDS懸浮系統(tǒng)利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)電動(dòng)斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右。超導(dǎo)磁體與感應(yīng)電流的作用03懸浮條件EDS列車需要達(dá)到一定初始速度(100km/h)才能實(shí)現(xiàn)懸浮，否則無(wú)法保證穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。01超導(dǎo)磁體與感應(yīng)電流EDS懸浮系統(tǒng)利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)電動(dòng)斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大。02懸浮力來(lái)源車載低溫超導(dǎo)磁體沿著軌道水平移動(dòng)時(shí)，軌道側(cè)壁上線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生懸浮力。電動(dòng)懸浮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限性

EDS懸浮力EDS懸浮系統(tǒng)利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)電動(dòng)斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右。磁場(chǎng)影響由于懸浮力為磁斥力，磁場(chǎng)發(fā)散，磁場(chǎng)對(duì)人體與環(huán)境會(huì)有影響，需用液氦冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)重，技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)偏高。懸浮能耗由于渦流效應(yīng)，其懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)大，要求列車達(dá)到一定初始速度(100km/h)才能實(shí)現(xiàn)懸浮。高溫超導(dǎo)磁懸浮HTSMaglev高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的原理與特性高溫超導(dǎo)體具有強(qiáng)釘扎能力，使得磁力線難以逃離或滲透進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)。釘扎特性超導(dǎo)電流懸浮導(dǎo)向力液氮溫區(qū)超導(dǎo)性能釘扎特性使得超導(dǎo)體能感應(yīng)出超導(dǎo)強(qiáng)電流，與外磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生懸浮和導(dǎo)向力。超導(dǎo)電流與外磁場(chǎng)的電磁相互作用能產(chǎn)生與懸浮體自身重力相平衡的懸浮力和橫向穩(wěn)定所需的導(dǎo)向力。高溫超導(dǎo)體在液氮溫區(qū)表現(xiàn)出良好的超導(dǎo)性能，簡(jiǎn)化了低溫制冷系統(tǒng)。高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用與組成123車載超導(dǎo)體采用熔融織構(gòu)法制備的圓柱形或方形高溫超導(dǎo)體YBaCuO塊材。車載超導(dǎo)塊材軌道由NdIFcB永磁體和聚磁鐵軛等按一定的結(jié)構(gòu)組裝而成，形成地面永磁軌道系統(tǒng)。地面永磁軌道直線驅(qū)動(dòng)由感應(yīng)或同步直線電機(jī)完成，提供車輛前進(jìn)的動(dòng)力，并確保行駛的穩(wěn)定性。直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高溫超導(dǎo)磁懸浮車的性能與優(yōu)勢(shì)懸浮高度環(huán)保與能耗磁場(chǎng)與輻射未來(lái)交通工具高溫超導(dǎo)磁懸浮車的懸浮高度為10～30mm，車體質(zhì)量輕，基建成本低。磁軌道所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為靜磁場(chǎng)，低于國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)1CNIRP推薦的暴露標(biāo)準(zhǔn)。冷卻所需的氮?dú)鈦?lái)自空氣，排放又回到空氣，不會(huì)造成環(huán)境污染；運(yùn)行能耗低。高溫超導(dǎo)磁懸浮列車被認(rèn)為是一種新型、高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的未來(lái)軌道交通工具。高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的影響與前景環(huán)境友好運(yùn)行能耗低磁場(chǎng)輻射低未來(lái)交通工具01020304高溫超導(dǎo)磁懸浮列車采用綠色冷卻方式，不會(huì)造成環(huán)境污染。高溫