日本超導(dǎo)磁懸浮列車開發(fā)現(xiàn)狀

　 磁懸浮列車由于具有安全性、穩(wěn)定性、與環(huán)境適應(yīng)性以及高速、適合大量運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，被視為21世紀(jì)綜合運(yùn)輸系統(tǒng)中最具發(fā)展前途的高科技運(yùn)輸手段之一。日本出于謀求國土經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展，以及通過超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的開發(fā)帶動(dòng)各相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的，自1962年起就開始了直線電機(jī)推動(dòng)懸浮方式列車的預(yù)研制工作。至1999年2月10日，隨著在日本山梨縣境內(nèi)進(jìn)行的5節(jié)車輛時(shí)速500公里荷重270人分編組運(yùn)行試驗(yàn)的成功，日本超導(dǎo)磁懸浮列車的基本研制計(jì)劃已接近尾聲，將可以轉(zhuǎn)入商業(yè)性運(yùn)營線路開發(fā)建設(shè)階段。日本擬于下世紀(jì)初在東京、名古屋、大阪之間鋪設(shè)磁懸浮列車中央新干線。現(xiàn)將MLXO1型超導(dǎo)磁懸浮列車概況介紹如下。
1.超導(dǎo)系統(tǒng)
　　超導(dǎo)線圈：超導(dǎo)線圈是磁懸浮列車的最關(guān)鍵設(shè)備之一，它與U型列車行駛導(dǎo)槽中設(shè)置的推力、上浮、導(dǎo)向線圈一起使列車獲得上浮、推進(jìn)、導(dǎo)向力。日本使用的超導(dǎo)物質(zhì)是將超細(xì)鈮鈦合金多芯線埋入銅母線內(nèi)制成的超導(dǎo)電線，當(dāng)此種超導(dǎo)電線浸入液氦(－269℃)中時(shí)進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)。這是世界上首次在實(shí)用運(yùn)輸設(shè)備上用超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可獲得550公里穩(wěn)定時(shí)速的大功率強(qiáng)磁線圈，其電壓為22KV。
　　車載超低溫冷凍系統(tǒng)：每一車載強(qiáng)磁單元上分別裝有一臺(tái)液氦及一臺(tái)液氮壓縮制冷機(jī)。液氦壓縮機(jī)的作用是將由于外部熱能及列車本身行駛時(shí)產(chǎn)生的熱能逐漸氣化了的氦氣重新冷凍還原成液氦。液氮壓縮制冷機(jī)的作用是將冷卻超導(dǎo)線圈外部隔熱板的液氮制冷劑重新冷卻，保持－196℃低溫液氮狀態(tài)。MLX01型列車裝備的壓縮機(jī)為目前世界上體積最小、能力最強(qiáng)的節(jié)能型車載液氦及液氮壓縮機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)了連續(xù)工作1萬小時(shí)無故障的紀(jì)錄。使得列車運(yùn)行時(shí)一次充氦(氮)以后無需再補(bǔ)充液氮或液氦。
　　磁屏蔽技術(shù)：由于超導(dǎo)線圈工作時(shí)產(chǎn)生的巨大磁場(chǎng)，如無有效屏蔽手段將危害乘客的健康，MLX01型列車使用了一種稱之為EFE的屏蔽材料(工業(yè)純鐵類)，有效地將客車內(nèi)的磁場(chǎng)降至10高斯以內(nèi)，可以確保乘客的安全。
2.車體技術(shù)
　　高強(qiáng)度輕型設(shè)計(jì)：當(dāng)列車以550公里時(shí)速穿越隧道時(shí)，空氣密度壓力的突然變化及列車頭部突入隧道時(shí)產(chǎn)生的微氣壓波會(huì)給車體帶來巨大壓力，對(duì)車體的設(shè)計(jì)及材料提出很高的要求。MLX01型列車使用了高強(qiáng)度鋁合金材料及半硬殼結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)，同時(shí)為了提高有效荷重，列車采取了超輕量設(shè)計(jì)并大量使用了強(qiáng)化碳纖維樹脂等新材料。
　　減震系統(tǒng)及舒適性設(shè)計(jì)：為提高列車的舒適性，MLX01型列車在底盤與車廂之間設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制的油壓減震系統(tǒng)及空氣彈簧減震裝置，使得列車行駛極其平穩(wěn)。
　　另外，列車設(shè)計(jì)了利用行駛風(fēng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)能平衡式空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)避免列車行駛時(shí)由于氣壓變化帶來的乘客耳朵不適感。
3.安全控制系統(tǒng)
　　為確保550公里時(shí)速狀態(tài)運(yùn)行的安全，新型磁浮列車的另一關(guān)鍵系統(tǒng)即強(qiáng)電的變電、配電系統(tǒng)。磁浮列車的起動(dòng)、加速、停止等動(dòng)作均通過地面大型變頻、變壓裝置改變向線圈輸送的電流及頻率進(jìn)行精密控制。MLX01型列車的地面系統(tǒng)先通過大型可控硅整流(69MW)及GTO換流變電站將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電，然后再通過世界最大級(jí)(40MVA)的變頻換流裝置，將獲得的直流電源重新轉(zhuǎn)換成磁浮電機(jī)所需的(電壓0—22KV、頻率0—56.6Hz)交流可變電源。
　　為了提高運(yùn)行效率，列車運(yùn)行配電系統(tǒng)僅向磁浮列車所在區(qū)段進(jìn)行配電。日本開發(fā)的SF6氣體保護(hù)GIS型小型區(qū)域配電開關(guān)已通過了100萬次可靠性試驗(yàn)。
　　驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)是代替駕駛員保證列車平穩(wěn)舒適運(yùn)行并控制整個(gè)電力變換向列車各行駛區(qū)域配電的重要控制系統(tǒng)，主要包括：驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、相位同步控制系統(tǒng)、列車區(qū)段配電控制系統(tǒng)等部分。
　　電磁誘導(dǎo)供電系統(tǒng)：磁浮列車在行駛時(shí)，與地面處于非接觸狀態(tài)。列車所需的照明及空調(diào)等用電采用了地面線圈和車上線圈電磁感應(yīng)供電方法，獲得所需電力。
5.圖像信息傳遞系統(tǒng)
　　磁浮列車使用了毫米波無線大容量傳輸方式。山梨縣試驗(yàn)段的工作頻段為45GHz,可以將設(shè)在車頭的CCD圖像通過無線系統(tǒng)傳入中心指令室。地面信息系統(tǒng)使用了光纖LAN系統(tǒng)，傳送各種控制、監(jiān)視、計(jì)測(cè)、廣播、電話等信息。
6.土木工程技術(shù)
　　為確保列車的安全，磁浮列車行駛的U型導(dǎo)槽施工要求極高，其整體施工要求達(dá)到厘米精度。另外，設(shè)置在U性槽體內(nèi)的線圈在列車行駛時(shí)承重極大，在研制過程中，通過計(jì)算機(jī)模擬等一系列試驗(yàn)，合理地解決了承重及抗疲勞問題。
　　磁浮列車的經(jīng)濟(jì)性主要取決于兩個(gè)方面：
　　直接建設(shè)開發(fā)費(fèi)用。包括三個(gè)主要方面，即建設(shè)成本、運(yùn)行成本、設(shè)備制造成本。隨著技術(shù)進(jìn)步，其各項(xiàng)成本的平均概算大約近期以年7％—5％的速度遞減，為此，至2002年，據(jù)估算其建設(shè)成本大約是普通新干線L700型的130％。
　　間接經(jīng)濟(jì)效益。建設(shè)高速的移動(dòng)系統(tǒng)首先可創(chuàng)造大量的時(shí)間經(jīng)濟(jì)價(jià)值；磁浮列車是節(jié)能、環(huán)境負(fù)荷小的交通工具，其能耗(公里/人)約為汽車的1/7，飛機(jī)的1/4，CO2排放量(人/公里)約為汽車的1/10，飛機(jī)的1/6。