【正文】 車(chē)擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài)，研發(fā)以太陽(yáng)能氫能源為動(dòng)力的汽車(chē)已經(jīng)勢(shì)在必行了，它也必將得到市場(chǎng)的認(rèn)可。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)；三是地球和其他天體相互作用的能量：如潮汐能等 ； 四是氫能源。制取氫氣的資源很多，如煤、石油、天然氣、水等，都可用來(lái)制取氫氣。所以氫氣不像煤、石油、天然氣等有較大的自然儲(chǔ)量，但作為長(zhǎng)期來(lái)源的資源是非常豐富的。氫的制取方法有水分解制氫；生物制氫(1細(xì)菌制取氫氣如紅螺菌， 2用綠藻生產(chǎn)氫氣 3酶制取氫氣 )。從 1990 年開(kāi)始，德 、日、美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家成立了專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，制訂了生物制氫的發(fā)展計(jì)劃，通過(guò)對(duì)省去制氫技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究，在 21 世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此全部用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的轎車(chē)，需要幾十平方米的接收面積，顯然難以達(dá)到。所以 未來(lái)汽車(chē)必以電能、氫燃料為主驅(qū)動(dòng)力，太 陽(yáng)能為汽車(chē)輔助設(shè)備的能源，其中電能來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能、礦物能源、地?zé)崮?、潮汐能及原子核能。氫氣可謂是最清潔最理想的能源，新能源太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)是全世界各國(guó)的研究方向。氫能汽車(chē)是以氫為主要能量的汽車(chē)。 氫燃料汽車(chē)不污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具。氫燃料電池汽車(chē)是利用氫燃料電池發(fā)出的動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)汽車(chē)行駛，所以它是一種電動(dòng)汽車(chē)。氫燃料汽車(chē)無(wú)污 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 染、效率高、噪聲低，且隨著燃料電池制造技術(shù)的提高和成本低的降低，將會(huì)是未來(lái)的主要交通工具。 1999 年第一家公共液氫加氣站在慕尼黑開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。最高時(shí)速達(dá) 300km/h 以上，破百時(shí)間被嚴(yán)格控制在了 6s 以?xún)?nèi)，并獲得 FIA確認(rèn)。綜合氫耗，液氫 。汽油模式續(xù)駛里程為 500km?？偫m(xù)駛能力為700km。最高車(chē)速為 230km/h。福特 E450 型氫燃料巴士的動(dòng)力裝置于 2020 年在北美國(guó)際汽車(chē)展覽會(huì)上首次亮相。日本的馬自達(dá)公司早在 2020年便在東京車(chē)展上展出了名為 RX8 Hydrogen RE 的燃燒后 完全無(wú)污染的氫氣燃料汽車(chē)。 2020 年，由江蘇鎮(zhèn)江江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車(chē)三方自主研發(fā)的“示范性氫燃料轎車(chē)研制項(xiàng)目”通過(guò)國(guó)家級(jí)專(zhuān)家組評(píng)審，中國(guó)第一輛具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以氫燃料為動(dòng)力的轎車(chē)研制成功，標(biāo)志著中國(guó)氫動(dòng)力技術(shù)已達(dá)國(guó)際同步領(lǐng)先水平。高效低 排放氫內(nèi)燃機(jī)是國(guó)家“ 863”計(jì)劃唯一立項(xiàng)的氫燃料重點(diǎn)項(xiàng)目，它的成功點(diǎn)火標(biāo)志著我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)研究技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，為氫內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)出的新能源必須提高利用率，否則供不應(yīng) 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 求的態(tài)勢(shì)還在阻礙經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。電能方便運(yùn)輸，有效利用率高。據(jù)德國(guó)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)磁懸浮列車(chē)達(dá)到 400km/h 時(shí)，其每座位公里能耗與時(shí)速 300km/h 高速輪機(jī)列車(chē)持平；而當(dāng)磁懸浮列車(chē)時(shí)速也降到300km/h 時(shí)，它的每座位公里能耗可比輪機(jī)鐵路低 33%。磁懸浮將是 21 世紀(jì)新型現(xiàn)代化的高速交通工具。高速公路和航空業(yè)的發(fā)展，鐵路面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的輪軌粘著式鐵路是利用車(chē)輪和鋼軌的粘著力使列車(chē)前進(jìn)的，而其粘著系數(shù)又隨著速度的增加而減小，走行阻力卻隨著速度的增加而增大。如果要想再進(jìn)一步提高速度，同時(shí)又要做到更加安全、舒適，減輕振動(dòng)和噪音，減少能耗，降低運(yùn)輸成本，那么， 傳統(tǒng)鐵路將是難以辦到的。目前技術(shù)已經(jīng)成熟，可進(jìn)入 500km/h 的實(shí)用運(yùn)營(yíng)的建造階段。 磁懸浮列車(chē)是由無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車(chē)分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類(lèi)。從外部表象而言，兩者 存在著速度上的區(qū)別：超導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)最高時(shí)速可達(dá) 500 公里以上（高速輪軌列車(chē)的最高時(shí)速一般為 300— 350 公里），在 1000至 1500 公里的距離內(nèi)堪與航空競(jìng)爭(zhēng)；而常導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)時(shí)速為 400～ 500 公里，它的中低速則比較適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸。 在這行研究中，德國(guó)和日本起步最早，但倆國(guó)采用的制式完全不同，德國(guó)采用常導(dǎo)磁吸式，而日本則采 用超導(dǎo)磁斥式，在車(chē)輛和線路結(jié)構(gòu)上，在懸浮、導(dǎo)向和推進(jìn)方式上雖然不同，然而基本原理卻是一樣的。日本的專(zhuān)家信心十足地認(rèn)為他們的磁懸浮列車(chē)將是“最有發(fā)展前途的列車(chē)”為適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，日本還要修建 50km 長(zhǎng)的試驗(yàn)線，一條從扎幌道千葉機(jī)場(chǎng)，另一條是連接?xùn)|京至甲府的中央線。在 300~500km 速度范圍，能量消耗和噪音明顯降低，乘客的舒適 度比較高。此外，所有關(guān)鍵系統(tǒng)高度冗余保證了列車(chē)安全、可靠。在我國(guó)磁懸浮已在上海運(yùn)行 ,上海磁懸浮列車(chē)是世界上第一段商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮列車(chē)，設(shè)計(jì)時(shí)速 430km/h,實(shí)際時(shí)速380km/h,但是由于技術(shù)方面等問(wèn)題，我國(guó)磁懸浮耗資較大，所以一直沒(méi)有大力推廣。 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 世界第一條商業(yè)性運(yùn)營(yíng)線 我國(guó)舉世屬目的上海磁懸浮列車(chē)示范線是中國(guó)第一條集城市交通、觀光、旅游于一體的世界第一條商業(yè)性運(yùn)營(yíng)線。 863 公里，總投資約 89億元人民幣。中間的車(chē)廂長(zhǎng) 米， 14 分鐘內(nèi)能在上海市區(qū)和浦東機(jī)場(chǎng)之間打個(gè)來(lái)回。乘 客不會(huì)有不適感。磁懸浮列車(chē)的車(chē)窗是減速玻璃，乘客可以更好的觀賞窗外的風(fēng)景。并且在擋風(fēng)玻璃邊緣都有漸淡的點(diǎn)狀黑色裝飾邊，同樣也起到一定效果。 磁懸浮列車(chē)是一種采用無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速列車(chē)系統(tǒng)。 磁懸浮列車(chē)從北京運(yùn)行到上海，不超過(guò) 4 個(gè)小時(shí)，從杭州至上海只需23 分鐘。磁懸浮列車(chē)采用電力驅(qū)動(dòng)，其發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu)，特別是燃油供應(yīng)的限制，不排放有害氣體。因?yàn)?，磁懸浮列?chē)的路軌壽命可達(dá) 80 年，而普通路軌只有 60 年。此外，磁懸浮列車(chē)的年運(yùn)行維修費(fèi)僅為總投資的 1． 2%，而輪軌列車(chē)高達(dá) 4． 4%。磁懸浮列車(chē)和輪軌列車(chē)乘客票價(jià)的成本比約為 1:。而磁懸浮列車(chē)則是一種依靠電磁場(chǎng)特有的“同性相斥、異性相吸”的特性將車(chē)輛 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 托起，使整個(gè)列車(chē)懸浮在線路上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，并利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力，來(lái)推動(dòng)列車(chē)前進(jìn)的交通工具。 如上海地鐵造價(jià)為每公里人民幣 8 億元 , 而上海磁懸浮試驗(yàn)線的造價(jià)約每公里人民幣 3 億元。常導(dǎo)磁吸型以德國(guó)高速常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)為代表。常導(dǎo)磁吸型技術(shù)較簡(jiǎn)單 , 產(chǎn)生的電磁吸力相對(duì)較小 , 懸浮的氣隙較小 , 一般為 8 mm～ 10mm。超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車(chē)以日本為代表。根據(jù)行駛速度的不同 , 又可 分為高速型和中低速型。超導(dǎo)體由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成 , 它不僅電阻為 0, 而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流。 懸浮與推進(jìn)原理 磁懸浮 列車(chē)?yán)?“ 同性磁極相斥，異性磁極相吸 ” 的原理，讓 磁鐵 具有抗拒地心引力 的能力，使車(chē)體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約 10mm 處，騰空行駛。在位于軌道倆側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶朋w。列車(chē)前進(jìn)是因?yàn)榱熊?chē)頭部的電磁體（ N 級(jí)）被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體（ S 級(jí)）所吸引，并且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 （ N 級(jí)）所排斥。其結(jié)果就是原來(lái)那個(gè) S 級(jí)線圈，現(xiàn)在變?yōu)?N 級(jí)線圈了，反之亦然。根據(jù)車(chē)速，通過(guò)電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里 流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。此時(shí)加速與減速作用時(shí)間相等。 磁懸浮列車(chē)主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。另一種是以日本為代表的排斥懸浮系統(tǒng)━━━ EDS 系統(tǒng)，它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理，使車(chē)輪與鋼軌之間產(chǎn)生排斥力，使列車(chē)懸空運(yùn)行。 磁懸浮列車(chē)上裝有 電磁體 ，鐵路底部則安裝線圈。鐵軌兩側(cè)也裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w。列車(chē)頭的電磁體（ N 極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（ S 極）所吸引，同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁 體（ N 極）所排斥，結(jié)果是一 “ 推 ”一 “ 拉 ” 。 系統(tǒng)懸浮原理 電磁懸浮系統(tǒng)（ EMS）是一種常導(dǎo)吸力懸浮系統(tǒng)，它是結(jié)合在機(jī)車(chē)上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)軌道在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān)，所以即使在列車(chē)停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。車(chē)廂與走行機(jī)構(gòu)的懸浮架之間通過(guò)二系懸掛以及牽引拉桿相互連接。懸浮架是車(chē)輛的走行機(jī)構(gòu)，其作用是裝載電磁鐵，且將懸浮力、導(dǎo)向力、牽引力和制動(dòng)力通過(guò)二系懸掛系統(tǒng)傳遞給車(chē)廂。超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性。超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)基本性質(zhì)是抗磁性，即在磁場(chǎng)中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。因而超導(dǎo)體能夠支撐體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵，利用超導(dǎo)的抗磁性可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。超導(dǎo)磁懸浮就是利用了這一懸浮原理。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度低于 120km/h 之后，所產(chǎn)生的懸浮力較小，不足以支撐車(chē)輛懸浮。車(chē)輛以 500km/h的速度運(yùn)行時(shí)，其懸浮高度約為 10cm。必須的推力與選福利類(lèi)似，在 機(jī)車(chē)底板上的同一塊電磁鐵可以同時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動(dòng)力，也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。該新型磁懸浮列車(chē)綜合利用德國(guó) EMS 制的磁吸力原理、日本EDS 制的磁斥力原理以及美國(guó) magplane 和 Urban Maglev 方案中的懸浮原理。該實(shí)施例的 懸浮鋁板 2 分別敷設(shè)在路軌豎直軌道面面上懸浮陣列。該 懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)合二為一，懸浮系統(tǒng)既用于列 車(chē)懸浮又用于列車(chē)導(dǎo)向 （如下圖 3 所示） ,圖 3 中 車(chē)載懸浮磁體 1 采用銣鐵硼 等強(qiáng)力永久磁體，也可采用電磁體、超導(dǎo)磁體等。 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 新型磁懸浮列車(chē) 綜合利用德國(guó) EMS制的磁吸力原理、日本 EDS制的磁斥力原理以及美國(guó) magplane和 Urban Maglev方案中的懸浮原理 ， 將車(chē)載 懸浮磁體 非接觸性地插入懸浮鋁板之間，利用 磁體與 鋁板 作相對(duì)運(yùn)動(dòng)在 鋁板 內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)磁場(chǎng)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)的懸浮和導(dǎo)向 ， 其性能比其他磁懸浮系統(tǒng)更為優(yōu)越， 是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮艖腋×熊?chē)。在 豎直的懸浮陣列中， F1和 F3分別代表磁懸浮列車(chē)的車(chē)載懸浮磁體 1和懸浮鋁板 2相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁斥力， F1和 F3沿豎直方向的合力起著列車(chē)懸浮的作用， F1和 F3沿水平方向的合力起著列車(chē)導(dǎo)向的作用 ?？傊?，車(chē)速越快懸浮越高。但當(dāng) 列車(chē)不處于軌道正中央時(shí)，則 左右 合力不為零 。 當(dāng)列車(chē)向右偏移時(shí) 情況正好相反 ，列車(chē)受到 沿水平方向的總合力向左，這樣列車(chē)被迫左移。 ： 實(shí)施方案的 推進(jìn)系統(tǒng)主要有驅(qū)動(dòng)繞組 和推進(jìn)磁體，該推進(jìn)系統(tǒng)分兩種（即長(zhǎng)定子和短定子）：第一種推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的驅(qū)動(dòng)繞組和列 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 車(chē)底部中間的車(chē)載推進(jìn)磁體構(gòu)成，作為直線電機(jī)的定子（即驅(qū)動(dòng)繞組）沿著軌道連續(xù)分布，而作為車(chē)載推進(jìn)磁體的轉(zhuǎn)子固定在列車(chē)上，推力由軌道上驅(qū)動(dòng)繞組 的交流 電流產(chǎn)生；該推進(jìn)系統(tǒng)系統(tǒng)采用分段供電，大約 2～ 3km 為一個(gè)供電區(qū)，每個(gè)供電區(qū)通過(guò) 沿線分布 的供電柜供電，使驅(qū)動(dòng)繞組 與列車(chē)下面的 車(chē)載推進(jìn)磁體或者 動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng) ， 由于列車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組 (定子電樞 )安裝在路軌上，功率電源放置在地面，用接力的方 式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行，運(yùn)行更加可靠。第二種 推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的推進(jìn)磁體和列車(chē)底部中間的車(chē)載驅(qū)動(dòng)繞組構(gòu)成，推進(jìn)磁體的定子沿著軌道連續(xù)分布，而作為直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子（即驅(qū)動(dòng)繞組）固定在列車(chē)上，推力是由列車(chē)驅(qū)動(dòng)繞組的交流電流產(chǎn)生的，驅(qū)動(dòng)繞組 與軌道上面的 推進(jìn)磁體或者 動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)列車(chē) ， 由于推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組安裝在列車(chē)上，需要受流軌供電，所以列車(chē)運(yùn)行時(shí)需要饋電線和集電弓。圖中 箭頭代表磁軸方向， N 代表北極，S 代表 南極 ， 磁軸方向?yàn)?10 由 S 極指向 N 極， 雙 箭頭 11 代表磁體的寬度 。 圖 55 車(chē)載懸浮磁體示意圖 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 該新型的磁懸浮列車(chē)的優(yōu)勢(shì) 一是技術(shù)要求低 ： 由于車(chē)載懸浮 磁體 1 是 豎直地 非接觸性地插入路軌懸浮鋁板 2 之間之間形成懸浮陣列 ， 車(chē)載懸浮 磁體 1 在列車(chē)加速時(shí)就會(huì) 在懸浮鋁板 2間 上浮 ， 在列車(chē)減速時(shí) 就會(huì)下降，因此列車(chē)的 懸浮力是由車(chē)載懸浮 磁體 1 與懸浮鋁板 2 作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度以及 車(chē)載懸浮 磁體 1 在懸浮鋁板 2 之間的插入量 來(lái)決定的。只要列車(chē)上用來(lái)固定 車(chē)載懸浮 磁體 1 的豎直 底架有一定長(zhǎng)度，列車(chē)就能夠在一個(gè)比較大的浮降范圍內(nèi)而能夠使底架不會(huì)接觸