前言：现代化工业革命的发展，使车、飞机、轮船、 火车等传统交通方式在运输行业的应用占据重大比例。但伴随社会经济的快速发展及环境保护的要求，人类对于交通运输的需求更高了。而传统的运输方式的安全性能低，能源消耗大，空气污染严重的缺点问题已经突显出来，在很多方面已经无法满足社会经济发展的要求。传统的陆上交通工具的牵引力主要通过车轮与轨道表面接触产生，由此产生摩擦力较大，速度上的提高具有局限性。因此发展能耗低，污染小，高速的交通运输方式是绿色经济发展的要求。由此，超导电动悬浮列车应运而生。

所谓磁悬浮技术，是根据磁力让物体悬空，相互作用的物体之间没有摩擦。区别于传统交通工具运输方式，磁悬浮列车是以磁悬浮技术为理论基础，没有直接接触就可以实现交通运输，达到无空气污染、动力大、低能耗、爬坡力强等要求，磁悬浮列车已经在城市轨道交通中是一种新型的绿色交通运输工具，被称为目前世界上最先进的列车。根据磁铁具有的同性相斥和异性相吸两种形式特点，磁悬浮列车也有两种类别：常导磁吸型和超导磁斥型。德国的科研方向主要是常导高速磁悬浮；日本的研制方向是高速超导电动悬浮技术。我国对两种技术都在展开研究，见图1。

1、常导磁悬浮列车

根据异性相吸、同性相斥的原理，磁铁产生一定的引力抗拒能力，令车体与轨道呈现不接触的状态，常导磁悬浮列车的驱动原理与同步直线电机原理大致相同。利用轨道两侧线圈中的流动交流电，将线圈变为电磁体性质，由于其与列车上电磁体产生相互作用，使列车开动。车头设置的 N 极电磁体和靠前轨道上设置的 S 极电磁体发生吸引作用，于此同时受到靠后轨道上的 N 极电磁体的排斥作用。这样使得列车具有向前的动力。在前进的过程中，电流在线圈中反向流动，使得 S 极和 N 极发生交换。如此往复循环，磁悬浮列车就可以一直前行。

列车中的导向系统主要用于列车稳定性控制，在列车侧面位置安装。若列车在行驶过程中出现左右偏移的状况，这时导向系统中的电磁铁就和导向轨侧面产生排斥作用力，能够及时纠正位移问题，保证车辆行驶能够处于正常轨道。若车辆行驶在坡道或弯曲路段，系统则会展开控制操作工作，通过对电流的控制，完成相应运行任务。

图1  常导电磁悬浮系统（EMS）和超导电动悬浮系统（EDS）的区别

2 超导电动悬浮列车

超导型磁悬浮被称为超导磁斥型。其主要是通过磁相互作用，超导体的完全抗磁性，在整个列车运行过程中，是通过放置在轨道上的线圈和车身之间产生强大的排斥力得以实现悬浮。而磁斥型磁浮列车在运行速度等于零时是不能静止悬浮的。它必须通过车辆上的磁体（超导磁体，常导线圈或永磁铁）在运动时割切线路上的导体（短路环），由此产生的感应电流，此电流产生的磁力线，与产生它的磁力线相反，形成排斥力。这此类磁浮列车的垂直悬浮力与过曲线的横向导向力全是利用这个原理实现的，所以在运行速度为零时是没有悬浮力和导向力。超导技术和高温超导技术的研制开发使得超导电动悬浮技术的研究提供了思路，使其实现普及成为可能。以高温超导下磁悬浮而言，其部件必须在某一温度下实现完全抗磁以及电阻率为零的无耗散输运是必须具备的特征。超导线圈构成超导磁铁是其中一个十分重要的部件，在运行过程中，超导线圈能够确保电阻为零，减小损耗。并且可以传输大电流，强电流，传输效率非常高，实现运输成本的有效控制。

3、 超导

随着温度发生不同变化，材料的电阻率也会发生不同的变化，物理上根据这些行为的差异把材料分为金属、半金属、绝缘体、半导体等。最初，人们在研究金属汞时就发现超导现象。后来多个实验组的研究数据证明其他金属或者合金在温度下降到一定程度时也存在类似的现象即超导。超导体则是指某些材料在特定的温度下，电阻率为零，我们把这样的材料称为超导体。超导体一个重要的特性就是零电阻。高电流密度、低损耗传输的超导体作为电线电缆在电力传输中具有极高的发展应用前景。

超导体的性质不仅仅是零电阻的特性，还有在其进入到超导态时必须具有完全抗磁性。该特性是 1933 年德国物理学家迈斯纳等人超导体锡单晶的研究种发现的，他们的研究实验表明若降低温度令锡单晶进入超导态，再使其置于小磁场中，磁力线将没法从锡单晶体中穿过的。即如果一旦令超导体降温使其达到超导态，其体内的磁场强度即为零。这种完全抗磁性，也称做“迈斯纳效应”。另一个层面看，超导态是一种动态平衡，这与材料进入超导态的方式无关。以上两个效应是断定一个材料是否具有超导性的根本，两种性质彼此独立却又相互联系。零电阻的出现并不能说明迈斯纳效应的存在，而是其存在的必然条件，也就是说一个材料只有同时具有零电阻行为和完全抗磁性，才能说明该材料是超导体。

在磁悬浮列车运行中，超导线圈是列车运行关键设备，能确保列车推进、上浮与导向力重要因素的获取。日本在超导电动悬浮列车研究和建造过程中，是通过超导物质将超细铌钛合金多芯线放入由铜母线制作而成的超导电线中，将其放入-269 ℃液氦中，形成超导状态，并产生强大磁场，由此完成线圈制作，为列车高速运行提供了助力。超导技术为列车稳定、高效性运行提供了支持和助力。

目前世界各国专家对超导技术以及超导电动悬浮列车相关研究一直处于不断上升的趋势，超导相关课题研究成为各领域学者研究的重要内容。伴随测试技术及材料生长手段的不断加强，高性能、低成本的超导材料普及应用速度得到显著提升，超导体的应用及研究将会延伸到更多的领域中。

4、 结语

在超导技术的助力下，大大提升了磁悬浮列车的速度，有效地控制了行车的摩擦力，并且行车的安全性也得到有效地提升。鉴于超导电动悬浮列车所具有的各方面优点，相关部门将加大对该类型列车的研究力度，并结合超导技术和列车使用具体情况，不断调整与改善列车结构以及各方面性能，切实优化提高行车质量以及速度，确保人们享受更优质的出行感受。

参考文献：

[1]谢梦，李天社.诞生在西部的中国首部磁悬浮列车[J].中国西部，2001（6）：54-55.

[2]田晓岑，张萍.磁悬浮列车原理简介[J].大学物理（08）：43- 44，47.

[3]邹芹，李瑞，李艳国，等.超导材料的研究进展及应用[J].燕山大学学报，43（02）：5-17.

作者简介：董磊（身份证号：220122198010074611） 男 ，吉林 长春， 长春轨道客车股份有限公司 磁浮研究所，130012