1.2 磁浮交通原理与关键技术
1.2.1 磁悬浮原理
磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术，伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步研究，磁悬浮才随之揭开了其神秘一面。
1937年，赫尔曼·肯佩尔最先提出了磁悬浮原理，随后他又根据磁悬浮原理提出了磁浮列车这个概念并申请了专利。磁浮列车英文简写为MAGLEV（Magnetic Levitation），是一种利用电磁吸力或斥力来悬浮和导向车体，并采用直线电机进行牵引的列车。磁浮列车可分为电磁悬浮（EMS）和电动悬浮（EDS）两种。
磁悬浮原理如图1.2.1所示，通过对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁通电励磁而产生磁场，磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引，将列车向上吸起悬浮于轨道上，磁铁和铁磁轨道之间的悬浮间隙一般约8～12mm。
图1.2.1 磁悬浮原理示意图
磁浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁浮列车”，亦称之为“磁垫车”。
1.2.2 磁浮导向与驱动技术
磁浮列车发展到今天，日本和德国的技术在国际上领先一步，代表了两种完全不同的发展方向，归纳起来有EMS与EDS两大系统：EMS是一种吸引式电磁悬浮系统；EDS是一种排斥式电动悬浮系统。德国磁浮列车的发展经历了从长定子同步直线电动机的EDS，到短定子异步直线电动机的EMS，再到长定子同步直线电动机的EMS的过程，并最终确定了长定子EMS的发展路线。日本着重于研究超导高速磁悬浮技术并取得了成功。德国人的一贯严谨作风，他们在权衡利弊之后，认为超导高速磁悬浮技术未来发展很困难，于是全身心投入到常导高速磁悬浮技术的研发中，最终，日本和德国分别在超导和常导超高速磁悬浮技术上都取得了巨大突破，并在商业运营上取得了成功。
经过世界各国几十年的研发，现在形成了以日本为代表的超导超高速磁悬浮ML技术、以德国为代表的常导超高速磁悬浮TR技术和以日本研发的主要用于中短途运输的中低速磁悬浮HSST技术。
1.2.3 磁浮列车技术原理综述
磁浮列车工作时主要利用了电磁铁同性排斥异性吸引的基本原理，从而使得列车悬浮在车轨上方，列车在磁力的牵引下高速前行，同时通过设置在车厢两侧的磁铁自动调整姿势以避免倾斜。下面以超高速磁悬浮列车为例，看看磁悬浮铁路需要解决哪几项技术难题。
1.电磁铁
电磁铁一般分为常导磁铁和超导磁铁，常导磁铁是在常温下给电导体充电，从而产生电磁力。超导磁铁是在一定温度下让导体的电阻变成零的状态下，再充电从而产生电磁力。在超导状态下，由于超导材料的电阻为零，用它制成的绕组一旦施加电流之后，会永不衰竭，可以得到数十倍于永久磁铁的磁场强度。很明显超导磁铁因为没有电阻，电流通过时不会产生热量，进而减少了电力的损耗，是一种最理想的电磁铁。
2.直线电机
传统的电机是圆形的，通过转子绕着固定轴（定子）旋转产生电力，而磁悬浮铁路采用非轮轨接触的牵引技术，它使用的直线电机沿着轨道一字铺开，就相当于将圆形电机展开成平面，从而获得牵引动力。由于车辆上超导磁铁的磁场方向极性是固定的，因此车辆将随着地面直线电机磁场的向前移动而前行。
3.磁浮列车驱动技术
一般的电力机车利用受电弓从接触网接受电力，然后传送给设在车辆转向架上的传统旋转电机，从而让车轮与轨道之间产生黏着力进而驱动列车行驶。而磁浮列车在每节车辆两端和两侧均安装有电磁铁，通电之后产生磁场N极和S极。通过某种控制手段，使得前方地面磁场与车辆磁场的极性相反而产生牵引力，后面相邻地面磁场与车辆磁场产生的极性相同而产生推力，使得车辆向前运动。
4.磁浮列车悬浮技术
磁浮铁路比轮轨铁路的优越性就在于，它利用了电磁铁同性相斥、异性相吸的原理而产生悬浮，将列车悬浮在导轨上方，从而消除了轮轨接触所产生的摩擦力。
5.磁浮列车导向技术
传统的轮轨接触型铁路，列车的导向是通过轮缘与钢轨的相互作用实现的。而磁悬浮铁路在导轨侧壁安装有悬浮及导向绕组。如果车辆在平面上远离了导轨的中心位置，则系统会自动在导轨每侧的悬浮绕组中产生磁场，并且使得偏离侧的地面磁场与车体的超导磁场产生吸引力，靠近侧的地面磁场与车体磁场产生排斥力，从而保持车体不偏离导轨的中心位置。
6.磁浮列车速度控制技术
普通的轮轨列车由司机驾驶，司机可以通过调度中心的指令进行加速、减速或者停车。超高速磁浮列车牵引动力在地面，且由于速度太快，为保证列车安全准确行驶，对车辆的加速、减速、停车等控制不能依靠司机，必须依靠地面控制中心远程控制。地面控制中心通过调节变电站送到导轨驱动绕组的电流频率和大小，改变磁场的强弱，来实现对列车的控制。