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2016年8月28日 星期日

世界高速鐵路-磁浮列車(World High Speed Railway-Maglev)


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磁浮列車是一種靠磁鐵的懸浮力(即磁鐵的吸引力和排斥力)來推動的列車。利用軌道的磁力使列車懸浮在空中,列車行駛時不需接觸地面,因此高速行駛時只有空氣阻力。磁浮列車的最高時速理論上超過600km/hr,目前實驗速度已達603km/hr比輪軌高速列車的最高實驗時速574.8km/hr更快。日本東海鐵路公司最新型L0系高速磁浮列車是全球最快的,在山梨磁浮實驗鐵路試行時,得到603km/hr的高速。除了高速磁浮列車的應用之外,也有中低速磁浮系統,線路營運時速約100km/hr左右,一般用於城市的捷運系統,具有安靜、加速線性、爬坡能力佳、相對營運成本較低等優點。
磁浮技術的研究起源於德國,早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾(Hermann Kemper)就提出了電磁浮原理,並於1934年申請了磁浮列車的專利。 1970年代以後,隨著世界工業化國家經濟實力的不斷加強,以提高交通運輸能力來因應經濟發展的需要,德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等工業先進國家相繼開始籌劃進行磁浮運輸系統的開發。不過美國和前蘇聯則分別在1970年代與1980年代放棄磁浮列車研究計劃,目前只有德國、日本、中國以及韓國仍在繼續進行磁浮系統的研究,讓磁浮列車技術繼續往前邁進, 不過美國近年又興起研究磁浮列車的浪潮。
世界首條商業運營的磁浮列車線路是1984年英國伯明罕磁浮,不過速度並不快已經於2003年拆除,更換為電纜式系統後重新運營。第二條1991年營運的德國柏林M-Bahn低速磁懸浮則是體驗用,目前也已經停止營運。而當前中國的上海磁浮示範運營線是世界上唯一一條商業運營的高速磁浮列車線路(時速大於250km/hr),也是第三條正式營運的磁浮列車路線(2002),以及目前運營中的四條商業磁浮列車線路之一,另三條為中低速系統,分別是日本愛知縣的東部丘陵線及韓國仁川廣域市的仁川機場磁浮線以及中國的長沙中低速磁浮線(長沙磁浮快線)。目前日本東京到大阪的中央新幹線也決定採用磁浮技術興建,而且有別於之前磁浮列車僅用於捷運系統,興建完成將成為第一條正式營運不同城市間的高速磁浮列車系統。不過由於高速磁浮列車系統營運費用昂貴,以及帶來的電磁輻射與噪音問題,興建與否頗具爭議。
目前除了日本外,美國也正進行三條磁浮測試路線的興建。而其他提案建造城際與實驗磁浮列車的國家還有美國、英國、印度、巴基斯坦與德國等,尤其美國更是除了超迴路列車(hyperloop)外也規劃了多條磁浮路線。
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現存磁浮列車系統比較:
類型 懸掛式吸引型 上推式推斥型

懸浮法
EMS
Electromagnetic Suspension
電磁力懸浮
常導型懸浮
EDS
Electrodynamic Suspension
電動力懸浮
超導型懸浮
Inductrack系統
永磁性EDS
開發國 德國 日本 美國
原理 車輛下方裝有電磁鐵,而軌道底部則裝鋼板,當車體下方兩側的電磁鐵通電後會跟磁軌的鋼板產生吸力,來保持車體穩定。 車輛運行時,下方的電磁鐵會與軌道線圈產生相斥,使列車懸浮,這種列車啟動還是需要輪子維持方向與加速,等磁力足以支撐列車重量後才收起輪子。

優點 列車內外的磁場較電動力懸浮低。技術上可達非常高的速度(超過500km/h )。不需要車輪或二級推進系統。 內建磁鐵大幅度使用於列車與軌道,技術上已可達至非常高的速度(603    km/h)和具高負載的能力。200512月使用廉價的液態氮冷卻高溫超導磁體,已成功在船上操作。 有故障安全防護懸吊系統,不需要電力作啟動電磁鐵;磁場固定在列車的下面;能在低速時(大約5km/h)產生足夠的磁場使磁浮列車懸浮;停電時列車會逐漸減速以保障安全;Halbach array永久磁鐵比電磁鐵可能更符合成本效益。
缺點 列車與軌道之間分離,兩者之間的電磁吸引力容易不穩定,必須不斷透過電腦系統進行監測和糾正以免發生碰撞。由於系統固有的不穩定性和外部系統需要不斷修正,振動可能會導致系統出現問題。對於路線平整度與路基下陷幅度等的技術要求較高,建造費用相對昂貴。 強大的磁場令列車上的乘客無法使用心律調整器或磁性數位儲存裝置(如硬碟及信用卡),因此需要使用磁屏蔽。軌道的誘導性會限制列車的最高速度,列車必須具有輪子作低速運行。高溫超導需液態氮冷卻但容易受熱氣入侵影響可靠度,實用性不如常導型。 在列車停止時,仍需要輪子或一段軌道繼續運動。這新技術仍在開發中,尚未商業化也還沒有具體成熟的系統的雛形。
離地高度 ~1cm ~10cm N.A.
使用國 德國與中國 日本
最高速度 450km/hr 603 km/hr N.A.



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