磁悬浮（maglev）是一种相对较新的运输技术，非接触式车辆在磁场的作用下悬浮、引导和推动下，以每小时250至300英里或更高的速度安全行驶。导轨是磁悬浮车辆悬浮的物理结构。已经提出了各种导轨配置，例如由钢、混凝土或铝制成的T形、U形、Y形和箱形梁。

磁悬浮技术有三个基本功能：（1）悬浮或悬浮；（2） 推进；（3）指导。在大多数当前设计中，磁力用于执行所有三项功能，尽管可以使用非磁性推进源。对于执行每个主要功能的最佳设计，没有达成共识。

悬挂系统

电磁悬架（EMS）是一种吸引力悬浮系统，车辆上的电磁铁与导轨上的铁磁轨道相互作用并被吸引到导轨上。电子控制系统的进步使EMS成为现实，该系统保持车辆和导轨之间的气隙，从而防止接触。

有效负载重量、动态负载和导轨不规则性的变化通过改变磁场来补偿，以响应车辆/导轨气隙测量。

电动悬架（EDS）利用移动车辆上的磁铁在导轨上感应电流。由此产生的斥力产生固有的稳定车辆支撑和导向，因为随着车辆/导轨间隙的减小，磁斥力增加。但是，车辆必须配备车轮或其他形式的“起飞”和“着陆”支撑，因为EDS不会以低于约25 mph的速度悬浮。EDS随着低温和超导磁体技术的进步而发展。

推进系统

在导轨上使用电动直线电机绕组的“长定子”推进似乎是高速磁浮系统的首选方案。它也是最昂贵的，因为导轨建设成本较高。

“短定子”推进装置使用船上的直线感应电机（LIM）绕组和被动导轨。虽然短定子推进降低了导轨成本，但直线电机较重，降低了车辆有效载荷容量，因此与长定子推进相比，运行成本较高，收益潜力较低。第三种选择是非磁性能源（燃气轮机或涡轮螺旋桨），但这也会导致重型车辆和运行效率降低。

制导系统

导向或转向指使车辆沿着导轨行驶所需的侧向力。必要的力以完全类似于悬挂力的方式提供，无论是吸引力还是排斥力。车辆上提供升降机的相同磁铁可同时用于引导，也可使用单独的引导磁铁。

磁悬浮与美国交通

磁浮系统可以为100到600英里长的许多时间敏感的旅行提供一个有吸引力的交通替代方案，从而减少空气和公路拥堵、空气污染和能源使用，并为拥挤机场提供更高效的长途服务。1991年《多式联运地面运输效率法案》（ISTEA）承认了磁浮技术的潜在价值。

在ISTEA通过之前，国会已拨款2620万美元，用于确定在美国使用的磁悬浮系统概念，并评估这些系统的技术和经济可行性。研究还旨在确定磁浮技术在改善美国城际交通方面的作用。随后，又拨款980万美元完成NMI研究。

为什么是磁悬浮？

磁浮列车的哪些特性值得交通规划者考虑？

更快的行程-高峰值速度和高加速/制动使平均速度达到国家公路限速65 mph（30 m/s）的三到四倍，并且门到门的行程时间低于高速铁路或航空（约300英里或500公里以下的行程）。更高的速度是可行的。磁浮列车在高速铁路离开的地方行驶，允许时速为250到300英里（112到134米/秒）甚至更高。

磁浮技术具有高可靠性，与航空或公路交通相比，不易受到拥堵和天气条件的影响。根据国外高铁的经验，与计划的偏差平均不到一分钟。这意味着内部和联运的连接时间可以减少到几分钟（而不是目前航空公司和AMTRAK所需的半小时或更多），并且可以安全地安排预约而不必考虑延迟。

磁悬浮使石油独立于空气和汽车，因为磁悬浮是电动的。生产电力不需要石油。1990年，该国不到5%的电力来自石油，而航空和汽车模式使用的石油主要来自外国。

磁浮技术污染较少——就空气和汽车而言，同样是因为它是电动的。在发电源头比在许多消费点（如空气和汽车使用）更有效地控制排放。

磁浮列车的容量比航空列车高，每个方向每小时至少有12000名乘客。在3到4分钟的车头时距下，可能会有更高的通行能力。磁浮技术提供了足够的容量，以适应二十一世纪的交通增长，并在石油供应危机时提供航空和汽车的替代品。

根据国外经验，磁悬浮列车具有很高的安全性——无论是感知的还是实际的。

磁浮技术具有便利性——由于服务频率高，并且能够服务于中央商务区、机场和其他主要都市区节点。

磁浮列车改善了舒适性——相对于空气而言，由于更大的空间，允许单独的餐饮和会议区域自由移动。没有空气紊流，确保平稳行驶。

磁浮发展

磁悬浮列车的概念在世纪之交由两位美国人罗伯特·戈达德和埃米尔·巴切莱特首次提出。到了20世纪30年代，德国的赫尔曼·肯珀（Hermann Kemper）正在开发一种概念，并演示如何利用磁场将火车和飞机的优势结合起来。1968年，美国人詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比获得了磁悬浮列车设计专利。

根据1965年的《高速地面运输法》，联邦铁路管理局在20世纪70年代早期资助了各种形式的高速陆地运输研究。1971年，FRA将EMS和EDS系统的分析和实验开发合同授予福特汽车公司和斯坦福研究所。FRA赞助的研究导致了直线电机的开发，这是目前所有磁悬浮原型使用的动力。1975年，在美国高速磁浮研究的联邦资金被暂停后，工业界实际上放弃了对磁浮的兴趣；然而，美国对低速磁浮技术的研究一直持续到1986年。

在过去二十年中，包括英国、加拿大、德国和日本在内的多个国家开展了磁悬浮技术的研发项目。德国和日本各投资超过10亿美元，用于开发和演示高速燃气轮机的磁悬浮技术。

德国EMS磁悬浮列车设计Transrapid（TR07）于1991年12月获得德国政府的运行认证。德国正在考虑在汉堡和柏林之间修建一条磁悬浮线路，该线路由私人融资，并可能得到德国北部各州沿拟建线路提供的额外支持。该线路将与高速城际特快列车（ICE）以及常规列车连接。TR07已经在德国埃姆斯兰进行了广泛的测试，是世界上唯一一个准备投入运营的高速磁浮系统。TR07计划在佛罗里达州奥兰多市实施。

日本正在开发的EDS概念使用超导磁体系统。1997年将决定是否在东京和大阪之间的新中环线使用磁悬浮列车。

国家磁悬浮倡议（nmi）

自1975年联邦支持终止以来，直到1990年国家磁悬浮倡议（NMI）成立之前，美国对高速磁悬浮技术的研究很少。NMI是DOT的FRA、USACE和DOE在其他机构支持下的合作成果。NMI的目的是评估磁浮技术改善城际交通的潜力，并为政府和国会提供必要的信息，以确定联邦政府在推进这项技术方面的适当作用。

事实上，从一开始，美国政府就出于经济、政治和社会发展的原因帮助和促进创新交通。有许多例子。在十九世纪，联邦政府鼓励铁路发展，通过诸如1850年向伊利诺伊州中央移动俄亥俄州铁路公司（Illinois Central Mobile Ohio Railways）大规模批地等行动建立跨洲铁路。从20世纪20年代开始，联邦政府通过签订航空邮件航线合同以及支付紧急着陆场、航线照明、天气报告和通信费用的资金，为新的航空技术提供了商业刺激。20世纪后期，联邦资金被用于建设州际公路系统，并协助州和市政府建设和运营机场。1971年，联邦政府成立了美国铁路公司，以确保美国的铁路客运服务。

磁悬浮技术评估

为了确定在美国部署磁浮技术的技术可行性，NMI办公室对磁浮技术的现状进行了全面评估。

在过去二十年中，国外开发了各种地面运输系统，其运行速度超过了150英里/小时（67米/秒），而美国Metroliner的运行速度为125英里/小时（56米/秒）。一些钢轮铁路列车可以保持167至186英里/小时（75至83米/秒）的速度，最著名的是日本300系列新干线、德国ICE和法国TGV。德国的Transrapid磁悬浮列车在测试轨道上的速度为270英里/小时（121米/秒），日本的磁悬浮测试车的速度为321英里/小时（144米/秒）。以下是用于与美国磁悬浮（USML）SCD概念进行比较的法国、德国和日本系统的说明。

法国大维特斯火车（tgv）

法国国家铁路公司的TGV是当代高速钢轮铁路列车的代表。TGV已在巴黎-里昂（PSE）线路上运行了12年，在巴黎-波尔多（亚特兰蒂斯）线路的初始部分上运行了3年。亚特兰蒂斯火车由十节客车组成，每节车厢的两端各有一节动车。动力车使用同步旋转牵引电机进行推进。屋顶安装的受电弓从架空接触网收集电力。巡航速度为186英里/小时（83米/秒）。列车不倾斜，因此需要合理的直线路线来维持高速。尽管操作员控制列车速度，但存在联锁装置，包括自动超速保护和强制制动。制动由变阻器制动器和安装在轴上的盘式制动器组合而成。所有车轴都有防抱死制动。动力轴具有防滑控制。TGV轨道结构是一种传统的标准轨距铁路结构，具有良好的工程基础（压实粒状材料）。轨道由混凝土/钢系材上的连续焊接钢轨和弹性扣件组成。其高速道岔为传统的摆动式道岔。TGV在现有轨道上运行，但速度大幅降低。由于高速、大功率和车轮防滑控制，TGV可以爬坡，坡度大约是美国铁路实践中正常坡度的两倍，因此，可以沿着法国缓慢起伏的地形行驶，而无需大型昂贵的高架桥和隧道。

德国tr07

德国TR07是最接近商用状态的高速磁悬浮系统。如果能够获得资金，1993年将在佛罗里达州破土动工，在奥兰多国际机场和国际大道娱乐区之间建造一条14英里（23公里）的穿梭巴士。TR07系统也正在考虑在汉堡和柏林之间以及匹兹堡市中心和机场之间建立高速连接。顾名思义，TR07之前至少有六款早期车型。70年代初，德国公司，包括克劳斯·马菲（Krauss Maffei）、MBB和西门子（Siemens），使用超导磁体测试了全尺寸气垫车（TR03）和斥力磁悬浮车。1977年，在决定专注于吸引磁浮技术后，该系统的发展以显著的增量进行，从带有轨旁功率收集的直线感应电机（LIM）推进系统发展到在导轨上使用变频电动线圈的直线同步电机（LSM）。1979年，TR05在汉堡国际交通展览会上充当了一名人员搬运员，运送50000名乘客，并提供了宝贵的运营经验。

TR07运行于德国西北部埃姆斯兰试验轨道19.6英里（31.5公里）的导轨上，是德国近25年磁悬浮发展的顶峰，耗资超过10亿美元。这是一个复杂的EMS系统，使用单独的传统铁芯吸引电磁铁来产生车辆提升和引导。车辆环绕T形导轨。TR07导轨使用钢或混凝土梁，其建造和安装公差非常严格。控制系统调节悬浮力和导向力，以保持磁铁和导轨上的铁“轨道”之间的英寸间隙（8至10 mm）。车辆磁铁和边缘安装导轨之间的吸引力提供导向。第二组车辆磁铁和导轨下方的推进定子组件之间的吸引力产生升力。提升磁铁还用作LSM的次级或转子，LSM的初级或定子是沿导轨长度运行的电气绕组。TR07在一个编组中使用两辆或更多非倾斜车辆。TR07推进由一个长定子LSM完成。导轨定子绕组产生行波，与车辆悬浮磁铁相互作用，实现同步推进。中央控制的地面站向LSM提供必要的变频、变压电源。主制动通过LSM再生，带有涡流制动和紧急情况下的高摩擦打滑。TR07已证明在Emsland轨道上以270 mph（121 m/s）的速度安全运行。它的设计巡航速度为311英里/小时（139米/秒）。

日本高速磁悬浮列车

日本已经花费了超过10亿美元开发吸引和排斥磁悬浮系统。HSST吸引系统由一个经常与日本航空公司合作的财团开发，实际上是一系列设计速度为100、200和300 km/h的车辆。每小时60英里（100公里/小时）的HSST Maglev在日本的多个博览会和1989年温哥华的加拿大交通博览会上运送了200多万名乘客。高速日本斥力磁悬浮系统正在由铁路技术研究所（RTRI）开发，RTRI是新近私有化的日本铁路集团的研究机构。RTRI的ML500研究车在1979年12月达到了321英里/小时（144米/秒）的世界高速引导地面车辆记录，这一记录仍然保持着，尽管一辆经过特别改装的法国TGV铁路列车已经接近这一记录。有人驾驶的三辆车MLU001于1982年开始测试。随后，单车MLU002于1991年被大火烧毁。其替代品MLU002N正用于测试侧壁悬浮，该悬浮计划最终用于收入系统。目前的主要活动是在山梨县山区修建一条耗资20亿美元的27英里（43公里）磁浮试验线，计划于1994年在那里开始测试一个收入原型。

日本中部铁路公司计划从1997年开始在新线路（包括山梨试验段）上修建第二条从东京到大阪的高速线路。这将为利润丰厚的东海道新干线（Tokaido Shinkansen）提供纾困，因为它已接近饱和，需要重建。为了提供不断改进的服务，以及防止航空公司侵占其目前85%的市场份额，有必要提高比目前171 mph（76 m/s）更高的速度。尽管第一代磁悬浮系统的设计速度为311英里/小时（139米/秒），但预计未来系统的速度将达到500英里/小时（223米/秒）。排斥型磁浮列车之所以被选为吸引型磁浮列车，是因为其众所周知的更高的速度潜力，以及更大的气隙能够适应日本地震多发地区的地面运动。日本排斥系统的设计并不牢固。拥有这条铁路的日本中央铁路公司1991年的成本估算表明，穿过富士山以北山区的新高速铁路将非常昂贵，传统铁路每英里约1亿美元（每米800万日元）。磁悬浮系统的成本将增加25%。费用的很大一部分是获取地表和地下ROW的成本。对日本高速磁浮技术细节的了解很少。已知的是，它将在转向架上安装超导磁体，具有侧壁悬浮、使用导轨线圈的线性同步推进和311英里/小时（139米/秒）的巡航速度。

u、 美国承包商的磁悬浮概念（SCD）

四个SCD概念中有三个使用EDS系统，其中车辆上的超导磁体通过沿安装在导轨上的无源导体系统的运动来诱导排斥升力和导向力。第四个SCD概念使用类似于德国TR07的EMS系统。在这个概念中，吸引力产生升力并引导车辆沿导轨行驶。然而，与使用传统磁铁的TR07不同，SCD EMS概念的吸引力是由超导磁铁产生的。以下单独描述突出了四个美国SCD的重要特征。

贝克特尔scd

Bechtel概念车是一种EDS系统，采用了一种新型的车载磁通抵消磁铁配置。该车每侧包含六组八个超导磁体，横跨一个混凝土箱梁导轨。车辆磁铁和每个导轨侧壁上的层压铝梯之间的相互作用产生提升。与导轨安装的零磁通线圈的类似交互作用提供了指导。LSM推进绕组也连接在导轨侧壁上，与车辆磁铁相互作用以产生推力。中央控制的地面站向LSM提供所需的变频、变压电源。Bechtel车辆由一辆带有内部倾斜壳体的单节车厢组成。它使用空气动力学控制面来增强磁制导力。在紧急情况下，它会悬浮在空气轴承垫上。导轨由后张法混凝土箱梁组成。由于强磁场，该概念要求在箱梁上部安装非磁性纤维增强塑料（FRP）后张拉杆和箍筋。开关是完全由FRP制成的可弯曲梁。

福斯特米勒博士

福斯特-米勒概念车是一种EDS，类似于日本高速磁浮列车，但具有一些附加功能，以提高潜在性能。Foster Miller概念车采用了车辆倾斜设计，使其在弯道上的行驶速度比日本系统快，从而达到相同的乘客舒适度。与日本的系统一样，福斯特-米勒概念车使用超导车辆磁铁通过与位于U形导轨侧壁的零磁通悬浮线圈相互作用来产生升力。与导轨安装的电力推进线圈的磁铁相互作用提供零磁通引导。其创新推进方案称为局部换向直线同步电动机（LCLSM）。单个“H桥”逆变器依次为转向架正下方的推进线圈供电。逆变器合成一个磁波，该磁波以与车辆相同的速度沿导轨传播。Foster Miller车辆由铰接式乘客模块和尾部和机头部分组成，这些模块在每一端都有磁铁转向架，与相邻车辆共用。每个转向架每侧包含四个磁铁。U形导轨由两个平行的后张混凝土梁组成，后张混凝土梁通过预制混凝土隔板横向连接。为避免不利的磁效应，上部后张拉杆为FRP。高速开关使用开关零磁通线圈引导车辆通过垂直道岔。因此，福斯特-米勒开关不需要移动的结构构件。

格鲁曼公司

格鲁曼概念车是与德国TR07相似的EMS。然而，格鲁曼公司的车辆环绕Y形导轨，并使用一组通用的车辆磁铁进行悬浮、推进和引导。导轨是铁磁性的，并且有LSM绕组用于推进。车辆磁铁是围绕马蹄形铁心的超导线圈。杆面被导轨底面上的铁轨吸引。每个铁芯支腿上的非超导控制线圈调节悬浮力和导向力，以保持1.6英寸（40 mm）的气隙。无需二次悬架即可保持足够的行驶质量。通过嵌入导轨中的传统LSM进行推进。格鲁曼公司的车辆可以是具有倾斜能力的单车组或多车组。创新型导轨上部结构由细长Y形导轨段（每个方向一个）组成，由支腿每隔15英尺安装到90英尺（4.5米到27米）花键梁上。结构样条梁服务于两个方向。切换通过TR07型弯曲导轨梁完成，通过使用滑动或旋转部分缩短。

magneplane scd

Magneplane概念是一种单车EDS，使用0.8英寸（20 mm）厚的槽形铝导轨进行薄板悬浮和引导。Magneplane车辆可以在弯道上自倾斜45度。早期关于这一概念的实验室工作验证了悬浮、制导和推进方案。超导悬浮磁铁和推进磁铁组合在车辆前部和后部的转向架中。中心线磁铁与传统LSM绕组相互作用以推进，并产生一些电磁“翻滚扶正力矩”，称为龙骨效应。每个转向架侧面的磁铁与铝导轨板发生反应，以提供悬浮。Magneplane车辆使用空气动力学控制面提供主动运动阻尼。导轨槽中的铝悬浮板形成两个结构铝箱梁的顶部。这些箱梁直接支撑在桥墩上。高速开关使用开关零磁通线圈引导车辆通过导轨槽中的叉。因此，Magneplane开关不需要移动的结构构件。

资料来源：

• 资料来源：国家交通图书馆http://ntl.bts.gov/