Zdroj 2: Magnetic Levitation, 2015
2.3.1. Typy magnetických levitačných technológií:
Podľa toho ako technológia magnetickej levitácie funguje, rozlišujeme rôzne druhy a princípy ako sa dá využiť pre vlakovú dopravu. Nižšie si bližšie popíšeme 3 princípy magnetickej levitácie: elektrodynamická levitácia, elektromagnetická levitácia a levitácia indukčnou traťou – Indutrack (J.P. Rodrigue, 2020).
2.3.1.1. Elektrodynamická levitácia
Vlaky Maglev používajú magnet na levitáciu nad koľajami, po ktorých jazdia. Sú rýchlejšie, efektívnejšie a ekologickejšie, ako tradičné koľajové vlaky. Prvotná myšlienka vlaku Maglev sa objavila americkému fyzikovi Dr. Powellovi v roku 1960, keď uviazol v automobilovej premávke na moste Throgs Neck Bridge na ceste do Bostonu. Dr. Powell o tejto myšlienke
informoval svojho kolegu, fyzika Dr. Danbyho. Už predtým, keď pomocou magnetov navrhli vtedy najvýkonnejší urýchľovač častíc na svete - synchrotrón so striedavým gradientom, boli nadšenými zástancami využívania magnetickej sily. Ich konštrukcia zamýšľala, aby supravodivé elektromagnety generovali závesnú silu na vznášanie vlaku nad zemou (Northeast Maglev, 2018).
Súčasná technológia Maglev, namiesto tradičných vlakov s motorovým pohonom na kolesách využíva vlaky zavesené a poháňané magnetickou silou. Vlaky su umiestnené približne 13 centimetrov nad vodiacou traťou, čím nevytvárajú žiadne trenie a umožňujú tak vyššiu rýchlosť bez zaťažujúcich vibrácií a hluku. Kľúčom k vysokej rýchlosti a zrýchleniu systému Maglev sú magnetické sily pôsobiace medzi silnými supravodivými magnetmi umiestnenými na spodnej strane vlaku a dvoma súpravami cievok, ktoré sú inštalované v stenách vodiacej trate. Tieto
magnety musia byť pre dosiahnutie najnižšieho odporu extréme ochladzované a to až na -268°C. Bežný rotačný elektromotor obsahuje pohyblivé časti (rotor) a nepohyblivé časti
(stator). Pri elektrifikácii striedavým prúdom generuje stator magnetické pole so striedavými pólmi. Pretože rotor obsahuje magnety s pevnými pólmi, vytvárajú sa medzi statorom a rotorom príťažlivé a odpudivé sily. Tieto sily spôsobujú, že sa rotor nepretržite otáča okolo svojej osi po dobu, ktorú je napájaný. Systém Maglev ale využíva lineárny motor - ktorý je podobný ako bežný elektromotor s rozdielom, že je rozdelený a položený v línii vedúcej po celej dĺžke vodiacej trate. Rovnako ako bežný motor, aj lineárny motor Maglev sa skladá z pohyblivých častí (supravodivé magnety na pohybujúcom sa vlaku) a stacionárnych častí (pohonné cievky na vodiacej dráhe). No na rozdiel od rotačného pohybu pri klasickom motore, v momente kedy je na trati Maglev spustený prúd, vlak je poháňaný pozdĺž vodiacej trate smerom vpred (Northeast Maglev, 2018).
Výskum technológie Maglev sa začal v Japonsku už v roku 1962 ako extra rýchle dopravné spojenie novej generácie medzi Tokiom a Osakou, s dobou cesty 1 hodiny. Prvá úspešná jazda sa uskutočnil v Technickom železničnom výskumnom ústave v roku 1972. V Mijazaki bola postavená testovacia dráha Maglev v roku 1977 a v roku 1979 dosiahlo prvé testovacie vozidlo ML-500 svetový rýchlostný rekord v čase 517 km/h. V roku 2014 japonská vláda uznala, že technologický vývoj potrebný pre dosahovanie zisku bol dokončený a teraz rozširuje systém o zavedenie služieb medzi Tokiom a Nagojou a neskôr aj do Osaky. Spojenie medzi Tokiom a Nagojou má byť hotové do roku 2027. V roku 1984 prišiel v Anglicku do Birminghamu prvý nízko rýchlostný komerčný Maglev. Od roku 1984 do roku 1995 spájal medzinárodné letisko Birmingham a železničnú stanicu Birmingham International. Jazdil iba 600 metrov a cestoval veľmi pomaly. Aj napriek prvotnej popularite technológie, nedostatok vylepšení a úprav viedol k nenaplnenému potenciálu a znehodnoteniu technológie. Nemecko začalo testovať technológiu vlakov Maglev už v 80. rokoch. V júli 1989 Berlín otvoril M-Bahn, vyvýšenú, 1,6 kilometrovú, nízko rýchlostnú Maglev trať, s tromi stanicami určenými na vyplnenie medzier v dopravnej sieti z dôvodu vybudovania Berlínskeho múru. Avšak M-Bahn bol prerušený iba o dva roky neskôr po zjednotení Nemecka. Okrem vyššie spomenutých tratí, v súčasnosti existuje aj nízko rýchlostný mestský systém Maglev, ktorý sa v Japonsku nazýva Linimo. Ďalej sú v prevádzke ďalšie dve komerčné Maglev linky: nízko rýchlostná Maglev trať v Južnej Kórei spájajúca metropolitné mesto Incheon s medzinárodným letiskom Incheon a vysokorýchlostná
Maglev trať v Číne spájajúca Šanghaj s medzinárodným letiskom Pudong v Šanghaji (Northeast Maglev, 2018). Rýchlosť vlaku s technológiou Maglev je v súčasnosti 430 km/h no ďalšie plánované a testované vlaky dosahujú rýchlosť až 600 km/h čím silno konkurujú leteckej doprave, ktorá má priemernú rýchlosť v intervale 800-900 km/h (CNN Travel, 2019).
2.3.1.2. Elektromagnetická levitácia
Tento levitačný systém využíva bežné elektromagnety, ktoré vyvíjajú príťažlivú silu a vznášajú vozidlo. Elektromagnety sú pripevnené k vozidlu, ale sú umiestnené na spodnej strane oceľových koľajníc vodiacej dráhy. Vytvárajú tak príťažlivú silu zdola a vznášajú vozidlo. Táto príťažlivá sila je zároveň kontrolovaná snímačom medzery, ktorý meria vzdialenosť medzi koľajnicami a elektromagnetmi. Riadiaci obvod kontinuálne reguluje vzdialenosť elektromagnetov a zaisťuje, aby medzera zostala v pevnej vzdialenosti asi 8 mm. Ak sa medzera rozšíri nad 8 mm, prúd k elektromagnetom sa zvýši, aby sa zvýšila pôsobiaca príťažlivá sila.
Naopak, ak je medzera menšia ako 8 mm, prúd sa zníži. Tieto činnosti sú kontrolované počítačom až 4000 krát za sekundu, aby sa zabezpečila stabilná levitácia. Levitačné magnety a koľajnica majú tvar písmena U, pričom koľajnica je obrátené U. Ústa každého U smerujú proti sebe (Vozidlo je tak takmer obmotané okolo koľajnice). Táto konfigurácia zaisťuje, že kedykoľvek bude pôsobiť levitačná sila, bude pôsobiť aj bočná vodiaca sila. Ak sa elektromagnet začne posúvať od stredu koľajnice, bočná vodiaca sila začne vyvíjať silu úmernú k rozsahu posunu a elektromagnet sa vráti do pôvodného stavu. Túto technológiu využíva napríklad nemecký Transrapid (K. Wako, K. Sawada, M. Murai, M. Tanaka, 2000).
Technická koncepcia Transrapid eliminovala bezpečnostné riziká spojené s prevádzkou systémov konvenčnej železničnej dopravy. Automatizovaný, rádiom riadený systém zaisťuje, že prevádzková bezpečnosť nebude ohrozená. Princíp synchronizovaného pohonu znemožňuje kolízie medzi vozidlami. Ak by boli súčasne umiestnené dva alebo viac vozidiel v rovnakom segmente dráhy, boli by motorom vo vodiacej dráhe nútené jazdiť rovnakou rýchlosťou v rovnakom smere. Riziko kolízie medzi inými dopravnými prostriedkami je tak isto nemožné, pretože Transrapid používa vlastné vyhradené dráhy bez križovatiek s inými druhmi dopravy, ako sú cesty alebo diaľnice. Navyše, vozidlá sú konštruované tak, aby odolali nárazom s malými predmetmi na vodiacej dráhe. Pretože je vozidlo Transrapid omotané okolo vodiacej dráhy, ako sme si vyššie popisovali, vykoľajenie je prakticky nemožné (American Magline Group, 2011).
Transrapid bol silne podporovaný nemeckou vládou a jeho začiatky boli dôkladne skúmané a vyvíjané až do súčasnej 8. generácia Transrapid 8. Vybudovaná oválna testovacia dráha mala 30 kilometrov a bola postavená v Emsland v Nemecku, kde bolo vykonaných už tisíce vlakových testov, skúmajúcich fyzickú uskutočniteľnosť nových systémov a technológií.
Dosiahnutá testovacia maximálna rýchlosť bola 436 km/h kde bola údajne limitom práve obmedzená dĺžka testovacej trate (Vuchic V. R., Casello J. M., 2002).
2.3.1.3. Levitácia indukčnou traťou - Inductrack
V 90. rokoch minulého storočia bola v Národnej laboratórii Lawrenca Livermora navrhnutá nová metóda magnetickej levitácie s názvom Inductrack. Táto metóda využíva permanentné magnety zrovnané v konfigurácii nazývanej Halbachovo pole (viz. Obrázok č. 3), ktoré svojím zoskupením produkuje silné jednostranné magnetické pole. Keď sa v Halbachovom zoskupení pohybujeme nad hromadou blízko umiestnených cievok, indukciou sa indukujú prúdy, ktoré vytvárajú nepriamo pôsobiace magnetické pole. Interakcia medzi zdrojom (magnetické pole permanentných magnetov) a indukovaným magnetickým poľom Halbachovho zoskupenia, dochádza k magnetickej odpudivej sile, ktorá levituje Halbachovo zoskupenie, umiestené na spodku levitujúceho vozidla.