尽管磁悬浮分电动悬浮和电磁悬浮,也有超导和非超导之分,超导又分低温超导(用液氦,4.2开)和高温超导(用液氮,77开)磁悬浮。但是,不同于低温超导磁悬浮和其他磁悬浮,高温超导磁悬浮只能使用超导体,并利用非理想第二类超导体具备的独特磁通钉扎特性实现应用,无法被其他电磁材料替代,具有唯一性。相比较下,低温超导磁悬浮又被称为电动悬浮,从基本原理上,是可以用普通电磁体或永磁体实现的。
利用非理想第二类超导体的磁通钉扎特性在非均匀分布的静磁场中产生的自稳定悬浮现象,从而实现的一种新型的、悬浮导向一体化自稳定的轨道交通应用工具。
尽管磁悬浮分电动悬浮和电磁悬浮,也有超导和非超导之分,超导又分低温超导(用液氦,4.2开)和高温超导(用液氮,77开)磁悬浮。但是,不同于低温超导磁悬浮和其他磁悬浮,高温超导磁悬浮只能使用超导体,并利用非理想第二类超导体具备的独特磁通钉扎特性实现应用,无法被其他电磁材料替代,具有唯一性。相比较下,低温超导磁悬浮又被称为电动悬浮,从基本原理上,是可以用普通电磁体或永磁体实现的。
在外磁场中,非理想第二类超导体独有的强钉扎能力使得磁力线既难逃离钉扎中心的束缚(对于已经被俘获的磁力线)也难渗透进入超导体内(对于未被俘获的自由磁力线)。这种独特的钉扎特性使得超导体能够随外磁场的变化而感应出阻碍这种变化的超导强电流。这种超导电流与外磁场的电磁互作用在宏观上产生与悬浮体自身重力平衡的悬浮力并提供横向稳定所需的导向力。这类超导体能在价廉的液氮温区(77开)中表现出良好的超导性能,使得超导磁悬浮不仅摆脱液氦(4.2开)的制约,而且大幅降低了制冷系统的复杂度。超导磁悬浮整车系统主要由车载超导块材及其低温系统、地面永磁轨道系统和直线驱动系统三大关键部分组成。车载超导体一般采用熔融织构法制备的圆柱形或者方形高温超导体REBaCuO块材,轨道由NdFeB永磁体和聚磁铁轭等按一定的结构组装而成,直线驱动则由感应或者同步式直线电机来完成。
1987年美国贝尔(Bell)实验室的F.海尔曼(Hellman)等人首次发现自稳定的高温超导悬浮实验现象以来,超导磁悬浮在轨道交通领域中的应用研究已有几十年的历史。超导磁悬浮主要经历了两个研究阶段:①2000年~2011年原理验证性载人实验车的研制阶段;②2011~2016年的载人试验线的研制。2000年12月31日,中国西南交通大学超导技术研究所研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”。“世纪号”永磁轨道长15.5米、悬浮高度20毫米时载重约为635公斤。2004年,德国德雷斯顿固体材料研究所(IFW)研制出轨道长7米、最大载重为350公斤、悬浮高度13~18毫米的载人实验车“SupraTrans I”。2004年,俄罗斯莫斯科飞行学院也公布了他们高温超导磁悬浮载人车研制成功的消息。后来,巴西、日本、意大利等国陆续报道相关实验车及研究工作。中国、德国、巴西等国正加大力度推进超导磁悬浮实用化进程。主要代表包括:2011年德国研制成功的80米高温超导磁悬浮实验线“SupraTrans II”,设计时速20公里;2014年巴西里约热内卢联邦大学的180米高温超导磁悬浮户外中试线“Maglev-Cobra”,设计时速28公里;2013年,中国西南交通大学牵引动力国家重点实验室的高温超导磁悬浮环形试验线“Super-Maglev”,线路总长45米,设计时速50公里,最大载重1吨。随着研究的深入和交叉学科的不断发展,超导磁悬浮中试线已具备条件,工程化应用日趋成熟。
这种新型的超导磁悬浮轨道交通应用具有自稳定悬浮,无须控制,实现条件简单,稳定悬浮空间连续,不存在理论极限速度,适合低、中、高及超高速运营等广泛需求。除了具备磁悬浮的普遍优点外,超导磁悬浮还将具有系统自重轻、结构简单、制造和运行成本低、节能和无电磁污染等原理性优势。