磁悬浮列车与感应轨道

《铁道知识》1998.6

乔阿光编译

磁悬浮列车已不是新闻，早在30多年前日本就研制了常导电磁铁吸引式悬浮铁路。1979年在宫崎县建成了7公里长的试验线。德国1971年制成了常导电磁铁吸引式磁悬浮模型试验车。英国于1984年在伯明翰研制的低速磁悬浮式铁路投入使用。但它们均未能大规模推广，因为维修和动力一直是磁悬浮列车尚待完善的关键。但问题不仅仅是工程方面的，而是根本性的技术问题，即悬浮方法的问题。

现在的磁悬浮方法有两种类型，一种是用超导悬浮，把列车举在导轨上一英寸之内，使列车保持悬空并向前移动。这要求精确的反馈回路和很高的公差控制，所以这种设计很不稳定。虽然能造出来，但太昂贵太困难了。另一种类型是用超导线圈，形成通过导电板的磁场来产生悬浮力，这就要用昂贵的超低温冷却系统，所以至今悬浮列车未能进入大规模实用阶段。

最近，美国《大众机械》杂志的记者参观了美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)。这里正在设计一种用无源永久磁体做的感应轨道。它结构简单，造价低廉，是一种有希望大规模进入实用的悬浮列车轨道。

　　这种新设计由附着在列车下的无源磁悬浮组块和一个在其表面上埋着非磁性感应线的轨道组成。磁悬浮组块和感应线圈相互排斥时，列车开始悬浮。

励磁线圈使轨道起着线性马达的作用，既能加速又能刹车。刹车是通过让电能流回干线或者说是流回电池来实现的。假如驱动电源坏了，感应轨道系统会自动防障。

感应轨道使用的是哈尔巴赫永久磁铁组块，这是物理学家克劳乌斯· 哈尔巴赫发明的用在粒子加速器上的永久磁铁组块。它有独特的效果，能把磁场集中在组块的一个面上，而另一个面上全无磁场。它安在列车底部，当列车通过轨道上的无源线圈时，哈尔巴赫永久磁铁组块周期性地改变磁场，在紧密组合的轨道线圈上感应起电流。用1磅重的磁铁能举起50磅负荷。

由于磁场集中在永久磁铁的一个面上，旅客不会受磁场千扰，就不需要像用超导线圈那样对旅客实行屏蔽。

这个实验室制成的第一个用于试验的模型由60英尺长的木轨道制成，轨道上绕着l000圈感应导线圈，每个大约宽7英寸，高4英寸。它们组成一个闭合的线路，这就是具有哈尔巴赫组块功能的列车通道，哈尔巴赫组块在这些线圈中感应起电流产生悬浮力。

美国劳伦斯·利弗莫尔实验室的机械师比尔·肯特在轨道的一端发动起一个48磅重的模型车，在达到跃迁速度前，异相电流的磁场在车上产生相当大的阻力，这个阻力在用手推动模型车时十分明显。慢慢推，它在轨上自由滚动，较快地推，电流开始产生阻力。未达到跃迁速度时，推力越大，阻力越大。而超过跃迁速度时，速度越快，阻力越小。

劳伦斯·利弗莫尔实验窒和美国能源部对感应轨道很感兴趣，并在过去三年中对这个项目投资了50万美元。他们还在等待进一步的资金，以便收集数据，设计一个商业上能用得起来的系统。

感应轨道还引起了美国航空航天局的注意。他们和研究人员签订了一个180万美元的合同来建一个高速感应轨道的模型。用一个放大比例的感应轨道来帮助发射卫星。这个轨道将升起一个斜面，在火箭发动机点火之前把它加速到一个马赫数的速度，这将是真正的通向未来的轨道。

责任编辑 汪培安