日本在世界上第一条高速铁路——东海道新干线开通的前两年（1962年），就开始进行磁悬浮铁路的开发研究。当时经过广泛深入的研究，决定采用超导磁悬浮系统。

超导磁悬浮列车的概念由美国的J.R.Powell和G.T.Danby于1966年提出，但超导磁浮列车的实验车（ML100，见图2-13）是日本人在1972年实现的。这一时期起步的超导磁悬浮车需要在接近绝对零度的4.2K低温下工作，所以相对于后来的高温超导，把它称为低温超导磁悬浮车。

1）低温超导磁悬浮列车基本原理

1977年，日本建成“磁悬浮铁路宫崎试验中心”，同年7月，低温超导磁悬浮车ML-500在宫崎试验的倒“T”形轨道上开始走行试验。1979年，试验车ML-500R的最高试验速度达到517km/h。1980年，宫崎试验线上开始了“U”形导轨走行试验。1986年12月，MLU001试验车3辆编组载人走行速度达到352.4km/h。1991年，双线模式的山梨试验线开工建设，1996年7月，“超导磁悬浮铁路山梨试验中心”建成，开始MLX01试验车的走行试验（图2-14）。1999年，5辆编组的载人MLX01试验车走行速度达到552km/h。2003年，试验速度达到581km/h。

图2-13　低温超导磁悬浮车ML100

图2-14　山梨试验线及MLX01超导磁浮车

山梨试验线是世界低温超导磁悬浮列车系统的代表，其导轨为“U”字形，用来支承车辆的重量和防止车辆横向滑动及水平方向摆动，并提供列车前进及制动时的驱动和制动力。在“U”字形导轨的侧壁垂直部分设置有驱动绕组、悬浮绕组和导向绕组，这些绕组与装在车辆上的低温超导磁铁之间产生引力和斥力，使列车可以沿着导轨悬浮行驶。

在宫崎试验线进行基础技术开发时，曾采用将悬浮绕组设置在导轨底部，驱动绕组和导向绕组设置在导轨侧壁的引导反推悬浮方式，当时的技术人员就认为，侧壁悬浮方式更利于超导磁悬浮列车稳定高效地行驶。因此，山梨试验线采用了侧壁悬浮形式。

日本低温超导磁悬浮列车上使用的超导线圈绕组采用铌（Nb）钛（Ti）合金超导材料，用液氦制冷机制冷，在-269℃的低温下进入超导状态。在超导状态下，由于超导材料的电阻为零，用它制成的线圈绕组一旦施加电流后，其中的电流会永久地流动下去，由此可以得到数十倍于永久磁铁的磁场强度。超导磁铁的内部结构如图2-15所示。在导轨两侧的侧壁上，排列着一组组导向绕组，当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场。每组悬浮绕组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力，下侧极性与超导磁场极性相同而产生斥力，使得车辆悬浮起来，如图2-16所示。

图2-15　低温超导磁铁内部结构

图2-16　日本低温超导磁悬浮车悬浮原理示意图(www.daowen.com)

图2-17　日本低温超导磁悬浮车驱动原理示意图

由于导轨产生的磁场为感应磁场，列车运行速度越高则悬浮力越大。当列车运行速度低于120km/h时，所产生的悬浮力较小，不足以支承车辆悬浮。因此当运行速度低于120km/h时，日本的低温超导磁悬浮车辆需要依靠安装在转向架底部的车轮支承行驶。当速度高于120km/h时，车辆就自动悬浮起来。列车以500km/h的速度行驶时，其悬浮高度约为10cm。

2015年4月，山梨磁悬浮试验线利用“L0系”超导磁悬浮列车进行高速运行试验，达到了载人行驶每小时590公里的世界最高速度，刷新了此前MLX01车型每小时581公里的记录。

2）高温超导磁悬浮

我国研制的高温超导磁悬浮试验车基本工作机理源自神奇的超导磁浮钉扎特性，是一个自稳定系统，悬浮高度和左右导向稳定，不需控制。结构简单，运行可靠性、安全性得到很大提高。载重量大，自重量轻，体积小，适合超高速“飞行”，跟未来真空管道运输系统结合后，理论速度可达到2万km/h，建设造价和运行成本低，只相当于城市轻轨的成本。能耗低，噪声低，舒适环保。高温超导磁浮车使用的”能源”是占大气成分78%的氮，这是一个真正意义上的易于获得、低成本的”取之不尽，用之不竭”的能源宝库。

车载低温容器内装有钇钡铜氧超导块材，用液氮制冷即可使超导块材进入超导态。试验车总悬浮重量727公斤，净悬浮高度大于20毫米，可载5人，永久磁铁轨道，线路长度15.5m，用轨道长定子直线电机驱动，采用自动控制技术。其原理如图2-18所示。

图2-18　高温超导磁悬浮试验车原理示意图

国家九五863科研项目重点成果——世界第一辆载人高温超导磁悬浮试验车“世纪号”（图2-19），由西南交通大学王家素教授主持研制。高温超导磁悬浮试验车的研制成功，标志着我国在高温超导磁悬浮车研究领域的研发水平已经超过德国、日本、美国等发达国家，进入世界前列，至今仍处于世界领先地位，在国际上引起了强烈的反响。这些国家先后通过国际技术会议或派专家组到我国交流访问，积极跟踪开发。2004年初，俄罗斯制成世界第二辆载人高温超导磁悬浮试验车（如图2-20）

图2-19　中国“世纪号”高温超导磁悬浮试验车

图2-20　俄罗斯载人高温超导磁悬浮试验车