《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)氣動懸浮列車1969年，法國在奧爾良郊外建起了世界上第一條18km氣動懸浮列車實驗線路，最高速度達到422km/h。磁懸浮列車原理氣動懸浮、聲懸浮、光懸浮和磁懸浮等是主要的懸浮原理，其中氣動懸浮與磁懸浮能實現(xiàn)大尺寸的載重懸浮。氣動懸浮問題氣動懸浮列車存在運行不穩(wěn)定、可控性差等問題，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用于軌道交通工具中，從而形成了一種新型的軌道交通運輸方式。磁懸浮列車磁懸浮通過電磁場中電流與磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力來抵消重力場中物體的自身質(zhì)量，實現(xiàn)無接觸懸浮，可控性較強。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20年代，德國工程師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年代開始，英國的華威大學(xué)、薩塞克斯大學(xué)以及德比鐵路技術(shù)中心開始了常導(dǎo)電磁懸浮的研究。專利的申請1934年，Kemper基于高速磁浮列車概念申請了專利，為后來的磁懸浮列車發(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)，通過機車上的電磁鐵與導(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，實現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和導(dǎo)向。輪軌無接觸列車懸浮高度一般為8mm，通過高精度電子調(diào)整系統(tǒng)來保證。在停車狀態(tài)下列車仍然可以進入懸浮狀態(tài)。懸浮高度EMS電磁懸浮列車的特點與限制EMS電磁懸浮列車利用普通直流電磁鐵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)點由于車體采用抱住軌道的方式，其道岔需要采用機械道岔，存在占地面積大、操作不方便的缺點。道岔結(jié)構(gòu)的缺點EMS電磁懸浮技術(shù)的缺點是懸浮高度較低，對線路的平整度、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)來實現(xiàn)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。電子調(diào)整系統(tǒng)電動懸浮EDSEDS技術(shù)起源EDS技術(shù)起源于1966年，由美國約翰·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，形成強磁的超導(dǎo)磁體，當車載低溫超導(dǎo)磁體沿著軌道水平移動時，軌道側(cè)壁上線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電動懸浮技術(shù)的起源與專利電動懸浮技術(shù)的原理與特點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，因為磁場發(fā)散，磁場對人體與環(huán)境會有影響。EDS懸浮系統(tǒng)利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強磁場電動斥力將列車懸起，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列車需要達到一定初始速度(100km/h)才能實現(xiàn)懸浮，否則無法保證穩(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)生的強磁場電動斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大。02懸浮力來源車載低溫超導(dǎo)磁體沿著軌道水平移動時，軌道側(cè)壁上線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生懸浮力。電動懸浮技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

EDS懸浮力EDS懸浮系統(tǒng)利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強磁場電動斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右。磁場影響由于懸浮力為磁斥力，磁場發(fā)散，磁場對人體與環(huán)境會有影響，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，要求列車達到一定初始速度(100km/h)才能實現(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)體具有強釘扎能力，使得磁力線難以逃離或滲透進入超導(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)強電流，與外磁場相互作用產(chǎn)生懸浮和導(dǎo)向力。超導(dǎo)電流與外磁場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)動由感應(yīng)或同步直線電機完成，提供車輛前進的動力，并確保行駛的穩(wěn)定性。直線驅(qū)動系統(tǒng)高溫超導(dǎo)磁懸浮車的性能與優(yōu)勢懸浮高度環(huán)保與能耗磁場與輻射未來交通工具高溫超導(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)生的磁場為靜磁場，低于國際非電離輻射防護委員會1CNIRP推薦的暴露標準。冷卻所需的氮氣來自空氣，排放又回到空氣，不會造成環(huán)境污染；運行能耗低。高溫超導(dǎo)磁懸浮列車被認為是一種新型、高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的未來軌道交通工具。高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的影響與前景環(huán)境友好運行能耗低磁場輻射低未來交通工具01020304高溫超導(dǎo)磁懸浮列車采用綠色冷卻方式，不會造成環(huán)境污染。高溫