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世界首台MAS永磁悬浮列车研制成功

时间:2017-03-25    点击: 次    来源:原创    作者:王维刚   - 小 + 大

世界首台MAS永磁悬浮列车研制成功

      王维刚

        2017年1月8日上午9点,东方卫视播出了一部《情系磁悬浮》的专题片,在这部时长30分钟的电视专题片中,东方卫视向亿万观众公布了世界首台MAS永磁悬浮列车研制成功的重要讯息,引起了社会各界的广泛关注。报道称:MAS永磁悬浮列车的研制成功标志着人类利用磁能技术又向前迈进了一大步,开拓了世界科技原始创新的又一崭新技术领域,在当前举国上下创新驱动、转型升级的重要历史时期,起到了积极地引领与示范作用。

        据东方卫视报道,世界首台MAS磁悬浮列车是由中国科学院研究员、上海师范大学实验中心主任魏乐汉教授历时18年研制成功的,并获得了第六届国际发明金奖和国内、国际发明专利。据悉,MAS磁悬浮车是一种不用电力即可悬浮的最新交通工具,最高时速可达每小时600公里,是目前高铁的两倍,而造价只是高铁的1/2,能耗只有高铁的1/3。有业内专家预测:未来50年,是磁铁PK高铁的交锋期,未来100年,是磁铁大行其道的鼎盛期(磁铁是磁悬浮列车的简称)。   

        一、磁悬浮列车的优点

        磁悬浮列车由于其快捷、节能、安全,占地少及对环境友好,是21世纪理想的轨道交通工具。例如,行程在2500千米以内时,磁悬浮列车比任何其他交通工具都省时。在能耗方面,每人每千米的能耗不到汽车的1/3,不到飞机的1/5;在占地方面,磁悬浮列车(高架)是高速公路的1/20到1/10。建造磁悬浮列车线不但可缓解交通压力,而且可使直径500千米的一片区域在一小时的路程之内,构成所谓一小时经济圈,这对经济和社会的发展起到了很大的促进作用。

        二、磁悬浮列车的现状

        目前,高速磁悬浮列车主要有两大类:电磁制(EMS)和电动制(EDS)(在磁悬浮列车领域不同的悬浮方式称不同的“制”)。 电磁制磁悬浮列车由德国人发明的,电动制由美国人发明的。德国人在电磁制磁悬浮列车领域领先,上海浦东的磁悬浮列车属于电磁制;日本人在电动制磁悬浮列车领域领先,并创造了时速600公里的世界纪录。电磁制的缺点是列车上布置有笨重的悬浮电磁铁和导向电磁铁,因此列车很笨重,悬浮能耗大。其次,悬浮高度小(约8-10毫米),因此对轨道梁和控制系统要求很高。电动制的缺点是列车上需要安装低温超导磁体,因此需要笨重而复杂的液氦制冷系统。其悬浮能耗也大。另外,电动制的悬浮力和高度与速度有关,低速(小于120千米/小时)时由于浮力和导向力不够,仍需要车轮支撑和导向轮导向。电动制还有杂散磁场大的缺点,装心脏起博器的人不能乘座,手机也不能在车上使用。

       除上述两种高速磁悬浮列车外,还有一些中低速磁悬浮列车。其中HSST低速磁悬浮列车(时速低于130千米)最为成熟,日本人已于2005在爱知县世博会上用作短途载客,取得了成功。此外还有利用高温超导体(YBCO)的抗磁性和钉扎效应同时实现悬浮和导向的高温超导磁悬浮列车和美国人正在研发的永磁磁悬浮飞机,由于一些技术问题,最后两种的成熟度较差。

       三、中国人发明的磁悬浮列车

       由上海师范大学魏乐汉教授发明的具有自主知识产权的磁阵列磁悬浮列车,称为MAS制。MAS是英文Magnetic  Array  Suspension的缩写。MAS制磁悬浮列车已研制了三代(第四代正在安装中)。不但都取得了成功,而且显示出许多优点。尤其在节能方面,MAS制磁悬浮列车可以说是世界上最节能的交通工具。

       MAS制磁悬浮列车包含两大创新:1、零能耗的特大浮力的永磁悬浮系统。2、简单、高效而不接触的磁性推进系统。MAS制磁悬浮列车不同于国内外任何其他磁悬浮列车,是真正由中国人发明的磁悬浮列车,属于原始创新的科技成果。MAS制是利用永久磁体悬浮,从而实现了零能耗悬浮(不是永动机)!其节能效果十分明显。此前国际上尚未研发出永磁磁悬浮列车,其原因是科学家们认为永磁体不可能提供足够的悬浮力。而本发明抛开磁体间的作用力要么是异性相吸要么是同性相斥的传统观念,而考虑磁力线有纵向抗拉伸力和横向抗压缩力的性质(即双向矫顽力),采用磁悬浮力和气隙磁力线相垂直的方案,解决了永磁体磁力不足这一难题。本发明不但能提供足够的悬浮力,而且单位面积或单位车长所产生的悬浮力远大于任何其他磁悬浮方式。其每米车长的承载能力可超过6吨力/米,从而远超过一般轮轨铁路的承载能力(3.5吨力/米)。

        四、MAS磁悬浮列车的应用

        长三角经济区是我国非常重要的经济区之一,所以,在此建设MAS磁悬浮快速城际轨道交通网、满足长三角地区日益快速增长的人流,物流,信息流的需求是十分必要的。

        该计划建设一条上海——南京全程300公里的实验线路,时速达600公里/小时。一列有10节车厢组成,共有10台马达,总功率为30X10是300KW,用半小时即可从上海到达南京,消耗电能300度,乘客以1000人计算,每人消耗0.3度电(按我国最高电价计算),能耗成本0.3元/单程,每人。这是当今世界上最节能的交通工具。沿线不用建设专用供电线路,每节车厢自带电池,今后考虑采用第四代太阳能电池供电,经济效果会更好。                                       

                 

        五、MAS磁悬浮技术的拓展应用

         A、随着MAS磁悬浮列车逐步推广和应用范围的扩大,围绕磁悬浮列车技术必将形成一条又长又宽的产业链。如高强磁性材料、磁性路轨、磁性齿轮、齿条生产、导向设备、车辆整车制造、计算机群体、分层监测、控制系统、无人驾驶、管理系统、仪器仪表、传感器、材料加工、工艺设计等等,涉及到广泛的技术领域和产业,从而带动了大批的制造工厂以及相应的装备研究机构参与到这个产业链中。一言蔽之,MAS磁悬浮列车技术其本身既是一个庞大的系统工程,也是一个万亿级新兴产业的超级引擎,这个产业将对传统轨道交通行业带来革命性的、颠覆性的更新换代。同时,它将结束中国自从李鸿章百年之前推行洋务运动搞第一条铁路线开始,直至目前为止,在技术上,都是跟着洋人屁股后面追赶的局面。期望由中国人自主独立,原始创新的MAS磁悬浮列车技术带动当代轨道交通产业向前继续大跨步发展。

         B、MAS磁悬浮轴承,发明人已经试制成功磁悬浮轴承样机和高速惯性储能装置。用消灭了机械摩擦力的磁悬浮轴承替代现在广泛应用的机械轴承,对机械产品的性能提高,能耗的下降,寿命的增长都会带来革命性的改变。

         C、在航天领域的应用,可用MAS磁悬浮技术建设一条一定长度,并有相当仰角的真空磁悬浮推进装置,替代结构庞大,污染严重的运载火箭的第一级,意义也非常巨大。当然,这种推进装置略加改动即可制成一门威力巨大的电磁炮。

         D、航母弹射器,是航空母舰上最重要的装置,国外用的是普通的电磁式弹射器,简单说就是一台直线电动机,功耗大效率不高。而中国人发明的MAS磁悬浮技术可以大大提升航母弹射器的性能。

        六、笔者体验MAS磁悬浮列车

        在上海UFO研究会理事长吴嘉禄教授引荐下,笔者慕名来到上海师范大学实验中心,亲身体验了一回MAS磁悬浮列车的优异性能。笔者首先乘坐了第一代MAS磁悬浮车,这是一个50 X 40厘米的小型模型车,但是力气很大,最大载荷可达300公斤,笔者坐上后小车沿着3米长的轨道自动往复运行,非常平稳舒适。令人惊奇的是,驱动小车运行的能源只是一节5伏的小电池。

         接下来我们6个人一同登上第三代MAS磁悬浮车,应该说这才是一台能够实用的磁悬浮列车,看上去外形就像面包车,没有车轮也没有发动机,内部有一个电动自行车上用的36伏电池和小电动机。魏教授亲自驾驶,我们6个人在10米长的轨道上来回跑了两趟,感觉很惬意。      

         第四代MAS磁悬浮列车是工业级应用型,完全按照1比1全尺寸制造,可载客60人,最高时速可达每小时600公里,计划在昆山建设一条5公里长的环形磁悬浮轨道进行全面性能测试,其中也包括互联网无人驾驶系统的测试。

        笔者在采访魏乐汉教授时曾提问:有媒体称赞您的科研成果不亚于英国著名科学家法拉第当年发现了电磁感应定律,您对此有何看法?这位科学家谦和地回答:磁能就像太阳能、风力能、潮汐能一样,是大自然馈赠给人类的清洁能源之一,我只是做了一个新能源的开发者,一名科技工作者应该担当的使命。

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