磁浮列車的原理

高鐵技術的另一分支是磁浮技術，就是將列車浮起，大幅降低與路軌之摩擦力以提升速度。磁浮列車是一種靠磁浮力（即磁的吸力和排斥力）來推動的列車。由於其軌道的磁力使之懸浮在空中，行進時不需接觸地面，因此其阻力只來自空氣。

磁浮的構想是由德國工程師赫爾曼·肯佩爾(Hermann Kemper)於1922年首先提出。他的想法很簡單，既然列車最大的阻力來自於與列車車輪與輪軌的摩擦，那麼如果列車能夠懸浮於軌道之上，不就可以實現更高的速度了嗎？並於1934年申請了磁浮列車的專利。

磁浮是利用懸浮磁力使物體處於一個無摩擦、無接觸懸浮的平衡狀態，磁浮看起來簡單，但是具體磁浮懸浮特性的實現卻經歷了一個漫長的歲月。與傳統的輪軌型鐵路相比，磁浮列車並沒有輪軌間的接觸，而是靠電磁鐵「同性相斥、異性相吸」的原理對抗地心引力，使列車懸浮在軌道上方的。磁浮列車不需要藉助接觸網和受電弓就能把電能傳輸到車上，是一種完全無接觸的電磁浮、驅動和導向的列車系統。

目前，世界上有三種類型的磁浮技術：

• 常導電磁浮型(Electromagnetic Suspension，EMS)，由德國研發並擁有核心技術
• 超導電動磁浮型(Electrodynamic Suspension，EDS)，由日本研發並擁有核心技術
• 永磁浮型(Permanent Magnetic Suspension，PMS)，以中國和美國為主

前兩種磁浮都需要用電力來產生磁浮動力，永磁浮則利用特殊的永磁材料，不需要任何其它動力支撐。常導磁浮和超導磁浮技術存在兩大瓶頸，一是系統造價非常高，二是懸浮力比較低，懸浮力每延米為0.8噸。

常導電磁浮型(EMS)：以德國的TR(Transrapid)型磁浮列車為代表，電磁鐵採用常溫導體材料，利用普通材料製成電磁鐵的線圈繞組，產生相應的電磁浮力和導向力；這種磁浮列車的優點是結構簡單、維護方便，但常導線圈相應電阻較大，電流損耗較大。由於產生的電磁吸引力相對較小，火車懸浮高度只有8-10毫米。軌道是一種T型台，列車兩邊下部要把T型軌道的兩邊包住，由安裝在列車車體底部的常規電磁體與位於電磁體上方的導磁道道間的吸引力實現懸浮。常導電磁浮型又分為高速磁浮、中低速磁浮兩大類，磁浮高速列車的時速可達400-500公里。

超導電動磁浮型(EDS)：以日本山梨線的MLX型車為代表，電磁鐵採用超導材料，利用製冷劑冷卻到極低的溫度（接近絕對零度），使其達到超導狀態，即電阻接近零。由於電能損耗很小，電流可以很大，電磁鐵功率也可以很大，可使火車懸浮高達100毫米。超導技術相當複雜，並需屏蔽發散的強磁場。超導磁浮不是列車包軌道，而是軌道包列車，它是利用車載超導磁體在運動過程中與軌道的感應磁場產生相互排斥力而懸浮於軌道上，列車在一個U型槽內運營。超導磁浮列車運行速度快，可以實現時速500公里以上運行。

永磁浮型(PMS)：是一種新的磁浮技術，又名磁浮飛機，懸浮高度80-150毫米，時速可達550公里。永磁浮列車懸浮力每延米4噸，造價比另兩種降低二分之一，在總的效能資源上卻是它們的16倍。永磁型磁浮系統與其它磁浮系統相比，有許多的創新之處，如永磁浮、電磁道岔、自穩定的控制系統等。尤其是永磁體的使用比起超導懸浮列車更經濟，不存在一套精密的製冷系統，簡化了磁浮列車系統，同時也使磁浮系統更可靠，原理更簡單，建造更方便。

磁浮列車有許多優點：

• 列車在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，運行速度非常快，可以超過500公里，而當前中國的輪軌列車運營速度最高時速為496公里（法國
  TGV電氣火車最高時速在2007年的測試中達到過574.8公里）
• 無噪音，不排出有害的廢氣，有利於環境保護
• 由於無需車輪，不存在輪軌摩擦而產生的輪對磨損，減少了維護工作量和經營成本
• 磁浮列車的使用壽命可達35年，而普通輪軌列車只有20-25年。磁浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌只有60年

同時也有許多缺點：

• 與現在的普通鐵路系統相比，修建和運營成本顯著地高
• 機車、軌道和信號控制系統與現在鐵路系統完全不同，因此不能對現有的鐵路系統進行改造利用
• 陸上交通工具停頓時要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的製動力來克服。磁浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動摩擦是很危險的。而對於磁浮，當遭遇突然停電，採取的是機械臂死鎖軌道強制停車，這正是磁浮相對於輪軌滑動摩擦制動方式而言會更加危險
• 磁浮列車是高架的，發生事故時救援很困難，沒有輪子，拖出事故現場困難；若區間停電，其他車輛、吊機也很難靠近
• 磁浮列車突然情況下的製動能力遠遠比不上輪軌列車，且安全性沒有輪軌火車高

1970年代以後，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發達國家相繼開始籌劃進行磁浮運輸系統的開發。美國和前蘇聯則分別在1970年代、1980年代放棄了這項研究計劃，目前只有德國、日本、中國仍在繼續進行磁浮系統的研究。

世界上首條商業運營的磁浮列車線路是英國伯明翰國際機場磁浮，於1984-1995年使用的低速磁浮列車，全長620米，時速25-48公里，由於速度不快以及可靠性的問題，1992年改用單軌列車行走，並已經於2003年拆除，更換為電纜式系統後重新運營。

第二條是德國柏林的M-Bahn高速磁浮，在80年代鋪設，長度1.6公里，於1989年8月開始試驗載客，1991年7月正式服務，該線於運行兩月後改為普通輪軌列車行走。

第三條磁浮列車線路是2000年6月，德國磁浮國際公司與中國上海市合作的磁浮高速列車示范運營線，全長30公里，從上海浦東國際機場至地鐵龍陽路站，是目前處於運營中的四條商業磁浮列車線路之一。

上海磁浮之前的伯明翰磁浮和柏林磁浮都早已停運。另外三條為中低速系統，它們是日本愛知縣的東部丘陵線、韓國仁川廣域市的仁川機場磁浮線及中國湖南長沙市的長沙磁浮快線。

在製造磁浮列車的角逐中，日本和德國是兩大競爭對手。

德國TR常導電磁浮高速列車

德國ICE起步較晚和進展比較落後的一個重要原因是德國人在高速輪軌和磁浮的兩線作戰。由於磁浮在設計理念上的先天優勢（沒有固態摩擦），德國的常導電磁浮型(Electromagnetic
Suspension，EMS)高速磁浮一直是其鐵路方面科研的重點，致力於發展Transrapid(TR)系列，技術相對簡單，也有商業運營上的成功經驗。

• 1969年德國牽引機車公司研製出小型磁浮列車系統模型，以後命名為TR01型，在1公里軌道上時速達165公里
• 1971年在奧托布倫工廠廠區660米長的試驗線路上展示了一台首次載人的原理車，最高時速90公里
• 1979年德國研製出第一個採用長定子同步直線電動機原理的常導吸引型磁浮列車——TR05型，並開放了一條908米長的磁浮線，期間共運送遊客5,000多人次
• 1983年磁浮高速列車TR06型試驗車型投入運行，設計時速400公里
• 1993年TR07型磁浮高速列車在埃姆斯蘭特試驗基地以450公里的時速創造了一項新的速度紀錄
• 1999年8月，磁浮高速列車TR08型試驗系列車型提交給埃姆斯蘭特試驗基地

磁浮高速列車TR08型

德國經過20年的努力，技術上已趨成熟，原計劃在漢堡和柏林之間修建第一條時速為400公里的磁浮鐵路，總長度為248公里，計劃2003年正式投入營運，但由於資金計劃和輻射健康問題，2002年宣布停止。在2003年6月對北萊茵－衛斯伐利亞磁浮項目作調研準備時，議會決定停止該項目，而且今後也不會再進行。連接慕尼黑中心火車站和「弗蘭茨－約瑟夫•施特勞斯」機場的磁浮線路在2008年也被取消。

後來德國又建了一條試驗線，2006年9月，德國拉滕—德爾彭的磁浮試驗在線還發生了脫軌事故，造成了25人死亡，4人重傷。這進一步影響了磁浮列車技術在德國的推廣。

德國目前仍沒有一條商業運營的磁浮線路，甚至在德國媒體界，把磁浮列車技術稱為「昂貴的高科技玩具」。

日本ML超導電動磁浮高速列車

日本的磁浮技術開始於1962年，起初以常導型磁浮技術起步，1972年開始研究與德國完全不同的超導方式：採用低溫超導磁鐵原理的超導電動磁浮型(Electrodynamic Suspension，EDS)磁浮列車：

• 1972年研製出世界上第一台電動懸浮型磁浮列車，為單節試驗車，編號ML100（ML是磁浮列車英文Maglev的縮寫），試驗時速60公里
• 1987年試製成第一台可載人的試驗車MLU002
• 1994年日本的電動懸浮式磁浮列車，在宮崎一段74公里長的試驗在線創造了時速430公里的紀錄
• 1996年研製出MLX01磁浮試驗列車，在多年試驗中完成了長時間長距離下系統與車輛可靠性的測試
• 1997年全長18.4公里的日本山梨磁浮試驗線開始運行試驗，列車最高時速達580公里
• 1999年日本研製的超導磁浮列車在實驗在線達到時速550公里
• 2003年日本MLX01磁浮列車創造了581公里的世界紀錄

日本MLX01磁浮列車

1999年為籌辦2005年愛知世博會，日本決定修建名古屋市區通往愛知世博會會場的常導中低速磁浮運營線。線路於2005年3月6日正式開通，全長9.2公里，最高時速100公里，是世界第一條投入商業運營的中低速磁浮線路。線路採用的HSST-100L型列車被稱為「Linimo」，為無人駕駛列車，期間累計運送旅客1,000萬人次。

與中低速磁浮鐵路不同，日本規劃的實際運營的磁浮高速鐵路線路，卻因為造價高等原因而重重受阻，目前尚未完成將磁浮列車正式用於商業營運的高鐵路在線。

• 2011年5月，日本終於將構想多年的東京—大阪磁浮型中央新幹線項目提上日程，並決定線路的最高設計時速為505公里
• 2011年底，相關超導磁浮技術標準獲得批准
• 2012年11月，L0系新型磁浮列車進入山梨試驗線開展測試
• 2014年12月17日，中央新幹線開始動工建設
• 2013年8月，日本再次啟動連接東京到名古屋的中央新幹線項目，全長286公里，力爭2027年開通，並宣稱將在2045年建成東京到大阪的磁浮線路
• 2015年4月21日，日本東海鐵路公司宣布，公司最新型L0系磁浮高速列車，在山梨磁浮實驗鐵路載人行駛中，創下時速603公里的世界最高速度紀錄，預料列車投入運作後，東京品川到大阪，全長286公里的路程只需40分鐘