高温超导体（HTS）磁悬浮列车与其他磁悬浮列车相比具有许多优点。在之前的工作中，已经验证了电磁导轨（EMG）在高速磁浮列车上的可行性，并证明了电磁导轨在反向磁场中获得排斥力，可以用于基于EMG的高速磁浮列车的推进功能。本文分别对轨道单元和悬浮端在不同因素下的斥力进行了实验。以单个轨道单元为例，讨论了不同悬浮高度、不同运行速度下的推进力以及推进力的滞后性。在60 cm轨道直线段上，讨论了推进力的周期性，并进行了自由推进实验。研究结果验证了磁悬浮列车悬浮、制动、推进一体化运行系统的可行性，为其进一步发展提供了依据。

通过单个轨道单元上的推进力测试实验，可以发现，在移动距离为30mm之前，不同悬浮高度下的推进力是相同的。之后，高温超导体的悬浮越低，存在的推进力就越大。然而，力峰值出现的位置不受悬浮高度的影响。在图1中，进行了四种移动速度下的推进力，最高速度是最低速度的8倍。结果表明，运动速度对推进力没有影响。这意味着在速度变化过程中感应电流密度和内部磁场保持不变。该特性可用于高温磁悬浮列车推进系统的速度控制。

图1：悬浮端在单个轨道单元上的推进力测试实验

通过在60cm轨道段上的推进力测试实验可以发现，从图2可以看出，当Icool小于Iwork时，各运动周期的推进力曲线形式相似，力具有较好的周期性。当Iwork不高于Icool时，前几个周期的受力曲线是不同的，但最终会达到一个稳定的周期形式。当看到一个周期的推进力时，后退的力略大于前进的力。这是因为在反向激发态下，Iwork产生的磁场会在一定程度上穿透高温超导体，这个穿透的磁场与外场方向相同，它们之间的相互作用力遵循钉钉效应的规律。因此，当高温超导体离开导轨时，这部分磁场产生的力为约束力，而当高温超导体接近导轨时，磁场产生的力为约束力，导轨上的力就是斥力。在这种情况下，总推进力在前进和后退的过程中有这样的差异。

图2：悬浮端在60cm轨道直线段上的推进力测试实验

通过自由悬浮推进实验可以看出，图4为不同Icool和Iwork下纵向（推进方向）加速度曲线对比图。反向激励在t=0 s时启动，在t= 0.5 s时被激模块完成模块切换。在悬浮单元撞击挡板后，实现了明显的反向加速度。图中，曲线的颜色段为有效驾驶区域。可以看出，在反向激励启动后，悬浮部分获得了第一次纵向加速度（红色区域），不同电流实验之间的加速度速度不明显。在励磁模块切换后，悬浮部分获得第二次纵向加速度（绿色区域），加速度速度比第一次大大提高。在此之后，会有第三次轻微的加速，这是因为当行驶到电磁轨道的末端时，由于悬浮力的急剧下降，悬挂单元会下沉，随着HTS体靠近导轨，推进力会略有增加。随着Icool和Iwork的增长，加速速度也随之增加。总电流越大，悬浮部分越早驱动到终点，撞击挡板（蓝色区域）后产生的反向加速度越大。

图3：自由悬浮实验样机

图4：自由悬浮加速度测试实验

结论

1) HTS块材在电磁轨道单元末端时，推进力受悬浮高度的影响。它与高温超导体的运动速度无关。

2)在一个轨道单元中，当反向激励从每个轨道单元的中心区域开始时，推进力曲线具有周期性，与起始点无关。当起始点在中心区域之外时，周期性将不再存在。

3)在自由推进实验中，验证了所提推进系统的可行性。在没有其他推进系统的情况下，悬浮部分可以稳定地在轨道段上运动。励磁电流越大，获得的加速度越大。

论文信息

该研究成果发表于《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》，论文通讯作者为全讯600cc大白菜教师王常骐。

论文网址：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10415074/authors#authors