【康沃真空網(wǎng)】磁懸浮列車具有運(yùn)行速度高、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、環(huán)保性能好、線路適應(yīng)性強(qiáng)、安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，可有效彌補(bǔ)高鐵和航空之間的速度空白，助推我國(guó)立體交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。磁懸浮成為新時(shí)代軌道交通創(chuàng)新發(fā)展的技術(shù)方向。電動(dòng)式磁懸?。╡lectrodynamic suspension）具有氣隙大、穩(wěn)定性強(qiáng)、能耗低、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)隨著列車運(yùn)行速度的提高，其運(yùn)行穩(wěn)定性更好。因此，電動(dòng)式磁懸浮是高速磁懸浮系統(tǒng)和低真空管道列車的重要發(fā)展方向。
現(xiàn)階段研究的電動(dòng)式磁懸浮方案主要有超導(dǎo)電動(dòng)懸浮和永磁電動(dòng)懸浮。超導(dǎo)電動(dòng)懸浮技術(shù)使用兩套電磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其在三維空間的電磁約束。該電動(dòng)懸浮方案存在工程造價(jià)高、懸浮和導(dǎo)向性能差、抬升速度高及后期維護(hù)量大等技術(shù)缺陷，阻礙了其在高速磁懸浮系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。
永磁電動(dòng)懸浮技術(shù)軌道采用金屬感應(yīng)板，系統(tǒng)可靠性更高、制造和運(yùn)營(yíng)成本更低。根據(jù)主磁通磁路的不同，永磁電動(dòng)懸浮技術(shù)可分為直線型、徑向磁通型和軸向磁通型。直線型永磁電動(dòng)懸浮存在運(yùn)行阻力大、浮阻比小等問題；徑向磁通型永磁電動(dòng)懸浮的磁體有效利用率和有效載荷都較低，且懸浮力與推力無法獨(dú)立解耦控制；軸向磁通型永磁電動(dòng)懸浮需要在“不均勻”氣隙工況下才可以產(chǎn)生推進(jìn)和導(dǎo)向力，造成系統(tǒng)推進(jìn)、導(dǎo)向困難。
而且永磁電動(dòng)懸浮系統(tǒng)內(nèi)部只存在單一永磁勵(lì)磁源，氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，從而限制了其運(yùn)行調(diào)速范圍、高效區(qū)拓展以及故障保護(hù)的能力。同時(shí)，永磁電動(dòng)懸浮系統(tǒng)本身是臨界穩(wěn)定的，容易受到外界的干擾而引起振動(dòng)，且由于自身欠阻尼的特性，受到外界干擾后系統(tǒng)將無法收斂，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，阻礙了永磁電動(dòng)懸浮技術(shù)的推廣應(yīng)用。
北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司的秦偉、馬育華、呂剛、李媛、張潔龍，在2022年第16期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，研究一種適用于低真空管道高速磁懸浮列車的高溫超導(dǎo)無鐵心直線感應(yīng)懸浮電機(jī)，是一種可以同時(shí)提供懸浮力和推進(jìn)力的一體化電動(dòng)式磁懸浮系統(tǒng)。
圖1 無鐵心直線感應(yīng)懸浮電機(jī)銅繞組樣機(jī)
該電機(jī)初級(jí)利用無鐵心高溫超導(dǎo)線圈能夠承載大電流強(qiáng)磁場(chǎng)，次級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、造價(jià)低，可應(yīng)用于低真空管（隧）道高速磁懸浮列車系統(tǒng)中。
無鐵心直線感應(yīng)磁懸浮電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理
該新型磁懸浮電機(jī)包括初級(jí)和次級(jí)兩部分。次級(jí)只含有非磁性金屬導(dǎo)體板（銅或鋁），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠且成本較低。初級(jí)由三相空芯線圈和不導(dǎo)電的非磁性線圈骨架構(gòu)成，空芯線圈由開口方向垂直于導(dǎo)體板的豎直線圈和開口方向平行于導(dǎo)體板的水平線圈兩組線圈組成，兩組線圈在空間上有一定的相位差。對(duì)稱三相線圈依次錯(cuò)開120°電角度，均勻地繞制在非磁性骨架上，無鐵心直線感應(yīng)懸浮電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中圖1b為圖1a沿虛線所示的平面將電機(jī)切開所得的二維截面圖。
當(dāng)三相繞組中通入合適的對(duì)稱三相交變電流時(shí)，就會(huì)在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，從而在次級(jí)軌道導(dǎo)體板中感應(yīng)出渦流，渦流磁場(chǎng)與初級(jí)源磁場(chǎng)相互作用，即可同時(shí)產(chǎn)生懸浮和牽引力，實(shí)現(xiàn)車體的懸浮和推進(jìn)運(yùn)行。通過合理排列兩組線圈的空間位置，可以使得初級(jí)繞組其中一側(cè)的磁場(chǎng)得以加強(qiáng)從而提高電機(jī)的力能密度，又可以使得另一磁場(chǎng)減弱實(shí)現(xiàn)自屏蔽，減小對(duì)外輻射，初級(jí)繞組的磁場(chǎng)特性如圖2所示。
研究人員指出，相對(duì)于現(xiàn)有的磁懸浮方案，該方案具有如下特點(diǎn)：
?。?）該電機(jī)可同時(shí)產(chǎn)生懸浮與推進(jìn)力，且軌道只含有非磁性金屬導(dǎo)體板（銅或鋁），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠高且成本較低，適合長(zhǎng)行程應(yīng)用下全行程范圍內(nèi)鋪設(shè)。
（2）初級(jí)繞組采用無鐵心的空芯線圈，不存在鐵心磁飽和問題，可通過提高勵(lì)磁電流獲得適用于超高速管道高鐵所需的動(dòng)力，提高了磁懸浮系統(tǒng)的“浮重比”和運(yùn)載能力。
