Microsoft PowerPoint - 火+車+進+化+史

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1 科 技 史 報 告 ~ 火 車 進 化 史 蒸 汽 式 火 車 柴 油 式 火 車 傾 斜 式 列 車 郭 彥 宏 倪 博 盈 磁 浮 列 車 前 言 蒸 氣 火 車 研 究 動 機 : 在 現 代 交 通 便 利 時 代, 交 通 工 具 琳 瑯 滿 目, 有 機 車 汽 車 火 車 飛 機, 火 車 是 最 早 載 來 往 人 們 的 交 通 工 具, 就 因 此 把 人 們 來 往 各 地 時 間 上 大 大 縮 短 了, 不 論 在 載 客 上 還 是 在 搬 運 貨 物 上 也 因 蒸 汽 機 發 明 以 後, 人 們 想 到 利 用 它 來 代 替 獸 力, 由 此 火 車 對 於 人 類 交 通 方 面 佔 有 很 重 要 的 一 塊 人 民 型 蒸 汽 火 車 RM1163 東 風 蒸 氣 火 車 蒸 汽 火 車 又 稱 蒸 氣 機 車 是 以 蒸 汽 機 作 為 動 力 來 源, 其 構 造 是 由 蒸 氣 鍋 爐 蒸 汽 機 行 走 部 制 動 裝 置 貯 存 燃 料 和 水 的 煤 水 車 組 成

2 蒸 汽 火 車 CK124 蒸 氣 火 車 火 車 ( 最 早 火 車 蒸 汽 汽 車 ) 通 常 被 認 為 是 英 國 人 喬 治 斯 蒂 芬 遜 (1781~1848 年 ) 發 明 的 斯 蒂 芬 遜 出 身 在 一 個 工 人 家 庭 中,8 歲 當 牧 童,14 歲 跟 父 親 在 煤 礦 當 鍋 爐 工 的 助 手 當 時 英 國 的 煤 礦 已 經 廣 泛 使 用 蒸 汽 機 來 抽 水 為 了 掌 握 蒸 汽 機 的 構 造 原 理 作 業 和 維 修, 沒 有 文 化 的 斯 蒂 芬 遜 從 17 歲 開 始 報 名 讀 夜 校, 從 小 學 一 年 級 開 始 讀 起 經 過 幾 年 的 學 習, 終 於 摘 掉 了 文 盲 的 帽 子 蒸 氣 火 車 1803 年, 史 蒂 芬 生 突 破 重 量 困 難, 雄 偉 的 利 物 浦 到 曼 徹 斯 特 的 鐵 路 終 於 修 築 完 成, 史 蒂 芬 生 為 英 國 鐵 路 奉 獻 一 生 精 力, 博 得 了 CK120 型 水 櫃 式 蒸 汽 機 車 鐵 路 之 路 的 美 名 1804 年, 兌 比 茲 克 製 造 完 成 了 單 一 汽 缸 型 蒸 氣 火 車 頭, 這 就 是 利 用 蒸 氣 的 力 量 行 駛 再 鐵 軌 上 的 第 一 輛 火 車 1829 年, 在 英 國 雨 丘 所 舉 行 的 火 車 駕 駛 競 賽 火 箭 號 以 時 速 20 公 里 遙 遙 領 先, 獲 得 勝 利! 蒸 氣 火 車 CT270 型 煤 水 車 式 蒸 汽 機 車 CT150 型 煤 水 車 式 蒸 汽 機 車 1809 年, 一 輛 運 煤 車 壞 了, 許 多 機 械 師 修 不 好, 他 修 好 了, 於 是 被 任 命 為 工 程 師 就 在 這 時, 斯 蒂 芬 遜 聽 說 有 人 想 把 蒸 汽 機 用 做 陸 路 交 通 的 動 力, 製 造 能 行 走 的 蒸 汽 機 ", 他 對 這 想 法 發 生 了 極 大 的 興 趣 1814 年, 發 明 了 一 台 機 車 這 台 蒸 汽 機 由 于 在 前 進 時 不 斷 從 煙 囪 裡 冒 出 火 來, 所 以 人 們 稱 它 為 火 車 " 它 能 拖 得 動 30 多 噸 貨 物, 但 速 度 很 慢, 而 且 樣 子 難 看 由 於 沒 有 裝 設 彈 簧, 開 起 來 震 動 得 很 厲 害, 因 而 遭 到 許 多 人 的 諷 刺 蒸 氣 火 車 蒸 汽 機 在 剛 發 明 的 時 候 體 積 很 大, 後 來 英 國 人 兌 比 茲 克 的 改 良 下, 成 功 地 將 它 小 型 化 此 後 馬 車 貨 運 的 時 代 就 慢 慢 的 結 束 了 在 兌 比 茲 克 不 斷 研 究 改 良 下, 終 於 發 明 了 人 類 史 上 第 一 部 蒸 氣 火 車 頭

3 柴 油 機 車, 又 稱 內 燃 機 車, 是 指 以 柴 油 發 動 機 為 動 力 來 源, 並 通 過 傳 動 裝 置 驅 動 車 輪 的 鐵 路 機 車 20 世 紀 中 期 開 始 各 地 鐵 路 廣 泛 使 用 這 些 機 車 的 功 率 輸 出 和 效 率 比 蒸 氣 機 車 高, 自 20 世 紀 中 開 始 在 世 界 大 部 份 地 方 成 為 主 要 鐵 路 機 車 種 類, 柴 油 機 車 可 以 直 接 取 代 蒸 汽 機 車, 不 像 電 力 機 車 必 須 依 賴 其 他 的 電 力 機 械 傳 動 的 傳 送 設 施 自 1950 年 代 起, 鐵 路 電 氣 化 開 始 普 遍 應 用, 隨 著 技 術 進 步, 電 力 機 車 在 牽 引 力 加 速 力 爬 坡 能 力 和 最 高 速 度 上 逐 漸 超 越 柴 油 機 車, 因 此 現 時 柴 油 機 車 多 在 一 些 缺 乏 電 氣 化 的 鐵 路 區 段 行 走 柴 油 機 車 可 按 用 途 分 類 : 貨 運 機 車 客 運 機 車 調 車 機 車 廠 礦 機 車 內 燃 動 車 組 DHL100 型 柴 液 式 機 車 1892 年, 德 國 工 程 師 魯 道 夫 狄 塞 爾 基 於 熱 力 學 中 的 卡 諾 循 環, 設 想 將 吸 入 氣 缸 的 空 氣 高 度 壓 縮, 使 其 溫 度 超 過 燃 料 的 自 燃 溫 度, 再 用 高 壓 空 氣 將 燃 料 吹 入 氣 缸 並 使 之 燃 燒 做 功, 這 有 別 於 煤 氣 或 汽 油 發 動 機 吸 入 燃 氣 混 合 氣 點 燃 做 功 的 方 式 根 據 這 原 理, 狄 塞 爾 發 明 了 採 用 柴 油 作 為 燃 料 的 壓 縮 點 火 式 內 燃 機, 也 就 是 世 界 上 第 一 台 柴 油 機, 並 用 自 己 的 名 稱 為 這 種 發 動 機 命 名 功 率 大 效 率 高 的 柴 油 機 自 然 成 為 車 輛 的 理 想 動 力 來 源, 但 當 時 柴 油 機 剛 剛 起 步, 技 術 遠 未 成 熟, 將 體 積 重 量 龐 大 的 柴 油 機 置 於 鐵 路 車 輛 上 無 疑 遇 到 相 當 的 技 術 LDH101 型 柴 液 式 機 車 困 難 台 鐵 DR2700 型 柴 油 車 1896 年, 英 國 工 程 師 赫 伯 特 史 塔 特 為 英 國 的 皇 家 軍 工 廠 設 計 了 一 種 使 用 熱 球 式 內 燃 機 以 柴 油 為 燃 料 的 鐵 路 機 車, 但 由 於 設 計 和 技 術 上 的 缺 陷, 其 發 動 機 功 率 效 率 比 很 低, 被 稱 為 准 內 燃 機 但 另 一 方 面 這 台 機 車 的 出 現 無 疑 是 邁 向 柴 油 機 車 的 重 要 一 步

4 DH210 型 柴 液 式 機 車 1906 年, 狄 塞 爾 和 德 國 鐵 路 工 程 師 阿 道 夫 克 勞 茨 (Adolf Klose) 瑞 士 一 家 發 動 機 製 造 商 格 林 蘇 爾 壽 (Gebrüder Sulzer ) 並 肩 合 作, 三 方 合 股, 成 立 了 狄 塞 爾 - 蘇 爾 壽 - 克 勞 茨 有 限 公 司 (Diesel- Sulzer-Klose GmbH ), 專 門 設 計 生 產 鐵 路 柴 油 機 車 格 林 蘇 爾 壽 發 動 機 廠 除 了 生 產 傳 統 的 蒸 汽 機, 也 在 1898 年 開 始 生 產 柴 油 機 DR1000 型 柴 油 客 車 由 於 柴 油 機 汽 缸 壓 力 比 汽 油 機 高 很 多, 因 而 柴 油 機 的 缸 體 強 度 體 積 比 汽 油 機 大 得 多, 同 時 早 期 的 柴 油 機 使 用 的 空 氣 壓 縮 機 體 積 也 非 常 巨 大, 使 得 柴 油 機 整 體 上 十 分 笨 重 這 對 應 用 於 陸 地 上 的 汽 車 鐵 路 構 成 一 定 阻 礙, 因 此 柴 油 發 動 機 作 為 鐵 路 機 車 動 力 來 源 的 潛 力 當 時 並 沒 有 得 到 重 視 普 魯 士 國 家 鐵 路 於 1909 年 向 狄 塞 爾 - 蘇 爾 壽 - 克 勞 茨 公 司 訂 購 了 一 台 柴 油 機 車 作 為 試 驗, 經 過 3 年 時 間 的 研 究, 世 界 上 首 台 真 正 意 義 上 的 柴 油 機 車 於 DH207 型 柴 液 式 機 車 1912 年 的 瑞 士 誕 生 這 台 柴 油 機 車 重 量 為 95 噸, 功 率 為 883 千 瓦, 最 高 速 度 100 公 里 / 小 時 當 年 夏 季 這 台 機 車 在 瑞 士 的 溫 特 圖 爾 至 羅 曼 斯 霍 恩 的 鐵 路 首 次 亮 相, 經 過 短 暫 的 試 運 行 後 於 1912 年 9 月 交 付 德 意 志 帝 國 使 用 在 1913 年 的 試 運 行 期 間 又 相 繼 發 現 一 些 問 題 和 故 障, 德 國 和 瑞 士 工 程 師 也 不 斷 進 行 技 術 改 進 但 由 於 第 一 次 世 界 大 戰 在 1914 年 爆 發, 進 一 步 的 試 驗 亦 告 終 止 DHL102 牽 引 而 在 大 洋 彼 岸 的 美 國, 美 國 啤 酒 製 造 商 安 海 斯 - 布 希 合 夥 創 辦 人 之 一 的 阿 道 弗 斯 布 希 在 1898 年 買 下 了 在 美 國 生 產 柴 油 發 動 機 的 授 權, 雖 然 在 20 世 紀 初 期 曾 經 有 將 柴 油 機 用 於 鐵 路 軌 道 車 的 記 錄, 但 美 國 並 沒 有 廣 泛 運 用 這 種 新 興 動 力 來 源 於 交 通 運 輸 美 國 奇 異 公 司 在 20 世 紀 初 涉 足 鐵 路 軌 道 車 市 場, 而 作 為 奇 異 創 始 人 之 一 的 湯 瑪 斯 愛 迪 生 也 於 1880 年 進 行 了 電 力 軌 道 車 的 實 驗, 奇 異 公 司 於 1895 年 首 次 推 出 了 電 力 機 車 原 型 車

5 S200 型 牽 引 南 港 站 的 報 廢 車 :S208 然 而, 高 成 本 的 電 力 化 費 用 令 奇 異 公 司 將 其 注 意 力 轉 移 到 柴 油 機 上, 構 想 出 一 種 採 用 柴 油 發 動 機 發 電 向 牽 引 電 動 機 供 電 的 電 動 軌 道 車, 也 就 是 後 來 的 電 傳 動 柴 油 機 車 但 一 開 始 研 製 就 遇 上 技 術 困 難, 由 於 採 用 了 哈 利 沃 德 倫 納 德 發 明 的 直 流 發 電 機 電 動 機 變 速 控 制 系 統, 導 致 柴 油 機 和 電 動 機 協 調 性 欠 佳 至 1914 年, 研 製 出 現 了 重 大 技 術 突 破, 一 位 奇 異 工 程 師 赫 爾 曼 萊 帕 (Hermann Lemp) 發 明 了 一 種 可 靠 的 直 流 電 力 控 制 系 統 並 申 報 了 專 利 該 控 制 系 統 將 內 燃 發 動 機 調 節 器 與 發 電 機 和 牽 引 電 動 機 自 動 耦 合, 內 燃 電 傳 動 機 車 上 就 無 需 由 第 三 者 來 人 工 調 節 發 動 機 這 個 系 統 的 意 義 在 於 解 決 了 電 傳 動 柴 油 機 車 的 控 制 協 調 問 題, 並 成 為 以 後 電 傳 動 柴 油 機 車 控 制 系 統 的 始 祖 S400 型 牽 引 苗 栗 鐵 道 公 園 的 S405 S300 型 牽 引 彰 化 的 S 年, 奇 異 利 用 萊 帕 的 控 制 系 統, 製 了 一 台 實 驗 性 電 力 傳 動 柴 油 機 車, 也 是 美 國 第 一 台 電 傳 動 柴 油 機 車 1923 年, 紐 約 市 通 過 了 考 夫 曼 法 案 禁 止 污 染 嚴 重 的 蒸 汽 機 車 進 入 紐 約 市 的 範 圍 這 項 法 案 的 目 的 是 將 紐 約 市 內 所 有 高 運 輸 量 的 鐵 路 進 行 電 力 化 改 造, 然 而 將 低 運 輸 量 地 區 的 鐵 路 電 力 化 並 不 划 算 為 此 紐 約 市 向 英 格 索 蘭 公 司 要 求 研 製 一 種 調 車 用 柴 油 機 車, 即 Boxcab, 採 用 了 奇 異 的 發 動 機 牽 引 電 動 機 及 控 制 系 統, 機 車 功 率 220 千 瓦, 並 於 1925 年 7 月 交 付 這 種 機 車 的 實 際 運 用 顯 示, 在 當 時 鐵 路 電 力 化 成 本 非 常 高 的 情 況 下, 柴 油 機 車 是 十 分 經 濟 的 選 擇 1920 年 代 中 期, 美 國 鮑 德 溫 機 車 廠 也 設 計 生 產 了 一 種 電 傳 動 柴 油 機 車 的 原 型 車, 採 用 西 屋 電 力 公 司 (Westinghouse Electric) 的 電 器 設 備, 主 要 運 用 於 難 以 運 行 蒸 汽 機 車 的 路 段, 例 如 缺 水 缺 煤 的 地 方 在 這 個 時 候, 柴 油 機 車 進 入 實 用 階 段, 其 性 能 優 勢 逐 漸 顯 現

6 1929 年, 加 拿 大 國 家 鐵 路 向 西 屋 電 力 訂 購 了 兩 台 柴 油 機 車, 成 為 北 美 首 家 將 柴 油 機 車 運 用 於 鐵 路 幹 線 的 鐵 路 公 司 另 一 方 面, 柴 油 機 車 開 始 在 調 車 機 車 範 疇 廣 泛 使 用, 奇 異 公 司 在 1930 年 代 生 產 了 一 系 列 小 型 調 車 柴 油 機 車, 西 屋 電 力 公 司 及 鮑 德 溫 機 車 廠 也 在 1929 年 開 始 生 產 調 車 柴 油 機 車 但 由 於 不 久 之 後 的 經 濟 大 蕭 條, 西 屋 電 力 後 來 停 產 機 車, 轉 而 提 供 機 車 的 電 力 部 件 DR2510 型 柴 油 客 車 而 在 歐 洲 方 面, 德 國 的 克 勞 斯 - 瑪 菲 威 格 曼 公 司 奧 格 斯 堡 - 紐 倫 堡 機 械 工 廠 股 份 公 司 和 福 伊 特 公 司 於 1935 年 研 製 成 功 世 界 首 台 液 力 傳 動 柴 油 機 車 V140 並 投 入 運 用 這 一 類 型 的 柴 油 機 車 較 電 傳 動 機 車 結 構 簡 潔 重 量 輕, 德 國 國 家 鐵 路 (Deutsche Reichsbahn, DR) 對 這 種 機 車 的 表 現 十 分 滿 意, 自 此 液 傳 柴 油 機 車 成 為 德 國 鐵 路 幹 線 的 主 型 機 車 第 二 次 世 界 大 戰 之 後, 柴 油 機 車 進 入 迅 速 發 展 的 階 段 由 於 柴 油 機 的 性 能 和 製 造 技 術 迅 速 提 高, 此 外 廢 氣 渦 輪 增 壓 系 統 開 始 普 及, 柴 油 機 車 功 率 比 二 戰 前 普 遍 提 高 了 約 50% 到 了 1950 年 代, 柴 油 機 車 數 量 急 驟 增 長, 直 流 電 力 傳 動 柴 油 機 車 和 液 力 傳 動 內 燃 機 車 呈 現 雙 線 發 展 1960 年 代, 大 功 率 矽 整 流 器 研 製 成 功, 並 應 用 於 鐵 路 機 車, 出 現 了 交 直 流 電 力 傳 動 的 內 燃 機 車, 功 率 水 平 進 一 步 提 高 隨 著 電 子 技 術 的 發 展, 聯 邦 德 國 ( 西 德 ) 在 1971 年 試 製 出 功 率 1840 千 瓦 的 交 直 交 流 電 力 傳 動 柴 油 機 車 (Henschel-BBC DE2500), 從 而 為 柴 油 機 車 的 技 術 發 展 提 供 了 新 的 途 徑 - 傳 動 方 式 - 電 力 傳 動 與 蒸 氣 引 擎 不 同, 柴 油 機 車 的 內 燃 機 需 經 傳 動 方 能 把 動 力 輸 出 到 其 車 輪 上, 當 機 車 停 下 時, 其 引 擎 可 繼 續 運 作 依 照 動 力 傳 動 方 式 的 不 同, 柴 油 機 車 又 可 分 為 以 下 三 大 類 電 力 傳 動 液 力 傳 動 機 械 傳 動 台 鐵 的 DR3100 型 柴 油 車 電 力 傳 動 柴 油 機 車, 亦 稱 柴 油 電 力 式 機 車 或 柴 電 機 車, 是 把 機 車 上 柴 油 引 擎 帶 動 發 電 機 轉 化 成 電 力, 再 由 牽 引 電 動 機 帶 動 車 輪 轉 動 可 以 說, 電 力 傳 動 柴 油 機 車 是 自 攜 發 電 機 的 電 力 機 車 克 羅 埃 西 亞 鐵 路 公 司 的 7122 系 列 柴 聯 車

7 在 最 初 幾 十 年 製 造 的 柴 電 機 車 都 使 用 調 速 簡 單 的 直 流 電 動 機 來 帶 動 車 輪, 但 近 年 來 交 流 電 動 機 的 使 用 有 增 加 趨 勢, 因 為 交 流 牽 引 電 動 機 比 直 流 電 動 機 結 構 簡 單, 易 於 維 護, 功 率 更 大, 但 是 需 要 配 搭 技 術 要 求 和 質 量 高 的 VVVF 逆 變 器 達 到 良 好 的 調 速 性 能 按 照 直 流 和 交 流 的 制 式, 電 力 傳 動 又 可 再 分 : 美 國 F59PHI 型 柴 電 直 流 電 力 傳 動 交 直 流 電 力 傳 動 交 直 交 流 電 力 傳 動 直 流 電 力 傳 動 : 牽 引 發 電 機 和 電 動 機 均 為 直 流 電 機 交 直 流 電 力 傳 動 : 使 用 三 相 交 流 同 步 發 電 機, 發 出 交 流 電 經 過 整 流 器 裝 置 變 為 直 流 電, 供 應 直 流 牽 引 電 動 機 交 直 交 流 電 力 傳 動 : 使 用 三 相 交 流 同 步 發 電 機, 發 出 交 流 電 通 過 整 流 器 變 為 直 流 電, 電 路 中 恆 定 直 流 電 壓 通 過 逆 變 器 調 節 其 振 幅 和 頻 率, 將 直 流 電 逆 變 成 變 頻 調 壓 交 流 電, 供 給 交 流 牽 引 電 動 機 - 液 力 傳 動 台 鐵 E100 型 電 力 機 車 台 鐵 E1000 型 推 拉 式 電 車 組 制 動 ( 煞 車 ) 裝 置 方 面, 所 有 電 傳 動 內 燃 機 車 都 裝 有 高 效 率 的 空 氣 制 動 機, 同 時 大 部 分 也 使 用 動 態 制 動 ( 電 阻 制 動 ), 在 這 個 裝 置 下 動 能 經 由 牽 引 電 動 機 轉 換 成 電 力, 電 力 再 由 電 阻 轉 換 成 熱 能 後 經 由 散 熱 裝 置 散 去 動 態 制 動 能 在 山 嶽 地 區 路 線 減 少 制 動 裝 置 使 用 及 磨 損, 但 在 低 速 情 況 下 則 沒 有 顯 著 效 果, 仍 需 使 用 空 氣 制 動 在 美 國 紐 約 行 走 的 柴 電 機 車 裝 有 第 三 軌 配 電 設 備 在 市 內 設 有 第 三 軌 的 地 方 行 走 時 可 以 從 電 網 取 電, 以 純 粹 電 力 機 車 方 式 運 作, 在 郊 區 未 電 氣 化 的 路 段 則 使 用 柴 油 引 擎 發 電 這 種 機 車 通 常 被 稱 為 雙 模 式 機 車 液 力 傳 動 柴 油 機 車, 亦 稱 柴 油 液 力 式 機 車 或 柴 液 機 車, 使 用 液 力 變 矩 器 又 稱 液 力 變 扭 器, 用 液 力 把 內 燃 機 的 動 力 傳 到 車 輪 上 液 力 變 矩 器 主 要 有 三 個 浸 在 傳 動 油 的 部 分 : 離 心 式 油 泵, 渦 輪 及 中 間 固 定 導 輪 離 心 式 油 泵 和 內 燃 機 曲 軸 相 連, 當 內 燃 機 轉 動 時, 離 心 式 油 泵 隨 著 轉 動, 把 傳 動 油 泵 向 渦 輪, 渦 輪 被 傳 動 油 帶 動 而 旋 轉, 並 帶 動 導 輪 轉 動 輸 出 機 械 能, 液 力 耦 合 器 與 輪 軸 用 萬 向 軸 相 連, 令 車 輪 轉 動

8 液 力 傳 動 的 內 燃 機 車 結 構 較 電 傳 動 機 車 簡 潔, 重 量 輕, 不 像 電 力 傳 動 機 車 同 時 需 要 發 電 機, 整 流 櫃 / 逆 變 器 和 電 動 機 等 部 件 才 能 運 作 即 在 同 樣 的 機 車 重 量 下, 液 傳 機 車 的 功 率 一 般 都 比 電 傳 機 車 大 而 且 液 傳 機 車 不 需 要 消 耗 電 傳 機 車 電 機 設 備 所 需 要 的 大 量 銅 金 屬, 製 造 成 本 較 低 另 外, 許 多 工 礦 企 業 使 用 液 力 傳 動 內 燃 機 車, 因 為 電 傳 動 機 車 的 發 電 機 和 直 流 牽 引 電 機 電 刷 會 產 生 火 花, 容 易 引 起 粉 塵 或 危 險 氣 體 爆 炸 液 力 傳 動 機 車 比 電 傳 動 機 車 效 率 稍 高 當 液 力 機 車 起 動 和 低 速 運 行 時, 變 扭 器 中 的 渦 輪 轉 速 很 低, 傳 動 油 對 渦 輪 葉 片 的 壓 力 就 很 大, 從 而 滿 足 機 車 起 動 時 牽 引 力 大 的 需 求 ; 當 渦 輪 的 轉 速 隨 著 機 車 運 行 速 度 提 高 而 加 快 時, 傳 動 油 對 渦 輪 葉 片 的 壓 力 也 逐 漸 減 小, 正 好 滿 足 機 車 高 速 運 行 時 對 牽 引 力 小 的 需 求, 但 因 此 也 有 加 速 慢 的 問 題 所 以 柴 油 機 發 出 的 大 小 不 變 的 扭 矩, 經 過 變 扭 器 就 能 變 成 滿 足 列 車 牽 引 要 求 的 機 車 牽 引 力 在 特 定 的 負 載 條 件 下, 液 傳 機 車 的 功 率 傳 遞 效 率 比 電 傳 機 車 略 高 全 負 載 情 況 下, 液 傳 的 效 率 稍 高 於 電 傳 ; 半 負 載 情 況 下, 液 傳 效 率 會 進 一 步 提 升, 而 電 傳 效 率 會 進 一 步 下 降 功 率 越 小, 液 力 傳 動 的 優 勢 就 越 明 顯, 功 率 越 大 液 力 傳 動 效 率 越 低, 依 靠 提 高 泵 輪 轉 速 推 高 功 率 使 變 扭 器 發 出 高 熱, 造 成 能 量 流 失, 這 時 電 力 傳 動 更 有 優 勢 而 且 液 力 傳 動 柴 油 機 車 的 功 率 難 以 提 升, 因 為 液 力 傳 動 裝 置 受 到 泵 輪 變 扭 器 箱 體 金 屬 強 度 的 限 制, 只 能 有 限 度 承 受 並 傳 遞 非 常 巨 大 的 液 壓 力 2006 年, 德 國 福 伊 特 公 司 才 研 製 出 世 界 上 首 台 功 率 達 5000 馬 力 的 液 傳 內 燃 機 車 Voith Maxima 40cc, 但 電 傳 機 車 早 在 十 幾 年 前 已 達 到 同 功 率 級 別 但 液 力 變 扭 器 傳 動 裝 置 本 身 沒 有 磨 耗 零 件, 只 要 金 屬 質 量 精 度 達 標, 機 車 可 靠 性 可 以 相 當 高, 保 養 也 更 便 捷 然 而 在 同 等 功 率 下, 液 力 傳 動 的 機 車, 耗 油 量 要 高 出 10~20%, 經 濟 性 較 差 中 國 和 北 美 洲, 大 部 分 的 柴 油 機 車 都 是 採 用 電 力 傳 動, 這 是 因 為 液 傳 機 車 無 法 發 展 為 單 機 大 功 率 內 燃 機 車 而 在 日 本 和 歐 洲, 尤 其 是 德 國, 以 電 力 為 主 要 牽 引 動 力, 客 車 普 遍 使 用 高 速 列 車, 內 燃 機 車 居 於 次 要 的 位 置, 大 多 用 於 中 速 輕 載 或 調 車 作 業, 對 功 率 要 求 不 高, 而 液 傳 機 車 正 擁 有 中 低 速 牽 引 力 較 大 的 特 點, 所 以 這 些 國 家 的 柴 油 機 車 主 要 為 液 力 傳 動

9 - 機 械 傳 動 機 械 傳 動 柴 油 機 車 像 汽 車 的 手 動 變 速 器 一 様 用 變 速 箱 和 離 合 器 但 機 械 結 構 的 離 合 器 難 以 承 受 高 功 率, 而 且 變 速 箱 結 構 就 必 然 十 分 複 雜 和 龐 大, 以 增 加 排 檔 數 提 供 相 對 平 穩 的 變 速 性 能, 所 以 機 械 傳 動 柴 油 機 車 功 率 通 常 很 低, 現 時 最 高 只 有 1500kW, 傳 動 效 率 低 於 液 力 傳 動 和 電 力 傳 動, 所 以 機 械 傳 動 多 用 於 輕 型 軌 道 車 1960 年 代 匈 牙 利 也 曾 經 生 產 過 NC 系 列 機 械 ( 齒 輪 ) 傳 動 柴 油 動 車 組 西 門 子 製 造 的 電 力 機 車 是 指 從 外 界 擷 取 電 力 作 為 能 源 驅 動 的 鐵 路 機 車, 電 源 包 括 架 空 電 纜 第 三 軌 電 池 等 同 樣 使 用 牽 引 電 動 機 的 電 傳 動 柴 油 機 車 燃 氣 機 車 等 並 不 屬 於 電 力 機 車 西 班 牙 的 優 點 : 使 用 電 力 機 車 的 其 中 一 個 好 處, 在 於 能 減 少 污 染, 包 括 蒸 氣 機 車 柴 油 機 車 運 行 時 產 生 的 廢 氣 供 電 氣 化 鐵 路 使 用 的 發 電 廠 在 使 用 化 石 燃 料 時, 均 會 控 制 廢 氣 排 放, 除 此 之 外 也 可 使 用 低 污 染 的 風 力 或 水 力 發 電 噪 音 方 面, 電 力 機 車 在 行 走 時 可 比 柴 油 機 車 靜 得 多, 同 樣 更 可 進 一 步 縮 減 行 車 時 間 在 性 能 上, 由 於 不 需 像 柴 油 機 車 般 自 攜 引 擎, 從 而 減 輕 自 重, 因 此 在 加 減 速 高 速 均 比 柴 油 機 車 優 勝 缺 點 : 電 力 機 車 的 缺 點 在 於 其 本 身 沒 有 動 力 源, 電 能 來 自 外 部 的 電 纜, 如 遇 自 然 災 害 戰 爭 等 不 可 抗 力 狀 況 引 發 斷 電 就 無 法 運 行, 甚 至 可 能 引 發 事 故 故 而 電 力 機 車 雖 有 許 多 優 點, 仍 然 無 法 全 面 取 代 傳 統 的 柴 油 ( 內 燃 ) 機 車 混 合 動 力 是 一 種 折 中 方 案, 即 在 電 力 機 車 上 額 外 配 備 有 應 急 柴 油 發 電 機, 以 應 付 突 發 的 斷 電 狀 況

10 - 擺 式 列 車 歷 史 : 早 期 的 電 力 機 車 大 多 使 用 直 流 牽 引 電 動 機, 由 於 人 們 發 現 交 流 電 動 機 能 提 供 更 高 牽 引 動 力 及 效 益, 且 體 積 比 相 同 輸 出 的 直 流 電 動 機 小, 因 此 鐵 路 技 術 發 達 國 家 的 新 機 車 均 使 用 交 流 傳 動 近 年 新 建 的 電 氣 化 鐵 路 多 數 以 交 流 電 為 主, 但 世 界 各 地 仍 然 有 不 少 直 流 電 的 電 氣 化 鐵 路 世 界 最 快 的 輪 式 鐵 路 列 車 是 由 電 力 機 車 牽 引 的 法 國 TGV, 曾 在 2007 年 創 下 時 速 574 公 里 的 紀 錄 ICE-T 列 車 停 靠 於 私 圖 加 特 中 央 車 站 擺 式 列 車 ( 英 文 Tilting Train, 或 稱 傾 斜 式 列 車 擺 錘 式 列 車 搖 擺 式 列 車 振 子 列 車 ) 是 一 種 車 體 轉 彎 時 可 以 側 向 擺 動 的 列 車 相 較 於 普 通 列 車, 擺 式 列 車 通 過 一 般 彎 道 時 會 以 較 快 速 度 行 駛, 可 以 節 省 行 駛 時 間 原 理 : 當 任 何 車 輛 以 高 速 轉 彎, 車 內 的 物 件 和 乘 客 都 會 受 到 慣 性 的 影 響 因 為 車 內 的 物 件 以 本 來 慣 性 直 線 前 進, 與 車 輛 轉 彎 後 的 前 進 方 向 不 一 致, 於 是 產 生 了 相 對 的 速 度 變 化 在 鐵 路 列 車 上, 引 致 車 廂 內 的 物 件 和 行 李 傾 側 滑 行, 座 位 上 的 乘 客 亦 會 被 壓 向 一 旁, 而 站 著 的 乘 客 更 可 能 失 去 平 衡 跌 倒 飛 機 和 單 車 能 夠 以 較 高 速 轉 彎, 因 為 它 們 在 轉 彎 的 時 候 都 會 向 側 面 傾 斜 但 汽 車 或 鐵 路 列 車 的 車 輪 必 需 著 地, 本 身 並 不 能 夠 傾 斜 為 了 使 到 它 們 可 以 無 需 減 速 高 速 轉 彎, 高 速 公 路 及 高 速 鐵 路 的 路 軌 在 彎 曲 處 都 被 建 成 向 內 傾 斜 的 弧 形 這 樣 車 內 的 乘 客 所 受 的 向 外 離 心 力 便 可 以 被 向 內 的 重 力 抵 銷 傾 斜 過 彎 中 的 JR 北 海 道 283 系 柴 聯 車 對 汽 車 使 用 的 道 路 來 說, 這 種 傾 斜 非 常 重 要 如 果 汽 車 轉 彎 時 的 速 度 過 高, 輪 胎 會 失 去 黏 著 力 而 引 致 汽 車 打 滑 對 鐵 路 來 說, 重 心 高 的 車 輛 以 太 過 高 的 速 度 駛 過 急 彎, 亦 存 在 著 翻 側 的 可 能 性 將 路 軌 建 成 斜 的 弧 形 亦 是 避 免 這 種 可 能 的 方 法 但 是 一 般 來 說, 當 列 車 還 未 接 近 足 以 翻 側 的 速 度 和 急 彎, 乘 客 所 感 受 到 的 不 適 已 非 常 嚴 重 故 此 大 多 數 的 鐵 路 設 計 時 所 考 慮 到 的, 並 非 避 免 車 輛 翻 側, 而 是 乘 客 所 感 的 不 適

11 弧 形 路 軌 所 需 要 的 傾 斜 角 是 根 據 預 計 車 輛 經 過 行 駛 時 的 速 度 來 決 定 若 果 車 速 高, 傾 斜 便 要 較 多 部 分 在 1960 至 1970 年 代 所 建 成 的 高 速 線 路 卻 出 現 了 一 個 問 題, 適 合 高 速 客 運 列 車 行 駛 的 傾 斜 角 度, 並 不 適 合 普 通 速 度 的 客 車 和 貨 車 法 國 及 日 本 的 高 速 鐵 路 結 果 都 需 要 建 造 專 線, 盡 量 減 少 彎 曲 的 路 線 至 於 其 他 因 為 多 山, 或 者 沒 有 空 間 或 金 錢 投 資 建 設 新 路 線 的 國 家, 唯 有 採 用 其 他 方 法 提 高 鐵 路 的 營 運 速 度 例 如 英 國, 多 數 的 鐵 路 都 是 早 年 車 速 甚 低 的 時 候 建 造 這 些 路 線 現 在 都 變 成 了 建 築 密 集 的 地 區, 要 重 建 比 較 困 難 義 大 利 則 因 為 多 山, 路 線 必 然 多 彎 這 些 國 家 於 是 投 資 發 展 了 擺 式 列 車 擺 式 列 車 供 乘 客 乘 座 的 車 體 在 轉 彎 時 可 以 側 向 擺 動 當 車 輛 向 左 轉 時, 車 體 向 左 傾 擺, 讓 重 力 抵 銷 向 右 推 的 離 心 力 列 車 可 以 是 靠 慣 性 自 行 擺 動 的 被 動 擺 式, 亦 可 以 是 由 電 腦 控 制, 動 力 輔 助 的 主 動 擺 式 早 期 的 車 體 傾 斜 裝 置 可 區 分 為 : 利 用 慣 性 把 離 心 力 透 過 連 桿 等 機 械 裝 置 使 車 體 自 然 傾 斜 的 自 然 傾 斜 式 ( 被 動 擺 式 ) 與 利 用 感 測 器 檢 測 離 心 力 大 小 再 透 過 電 動 或 油 壓 等 方 式 強 制 使 車 體 主 動 傾 斜 的 控 制 形 傾 斜 式 ( 主 動 擺 式 ) ; 前 者 主 要 是 由 日 本 於 國 鐵 時 代 所 研 發 並 加 以 實 用 化, 而 後 者 主 要 是 由 歐 洲 方 面 所 主 導, 其 中 又 以 義 大 利 所 開 發 的 傾 斜 式 列 車 最 為 成 功 與 普 及 擺 式 列 車 供 乘 客 乘 座 的 車 體 在 轉 彎 時 可 以 側 向 擺 動 當 車 輛 向 左 轉 時, 車 體 向 左 傾 擺, 讓 重 力 抵 銷 向 右 推 的 離 心 力 列 車 可 以 是 靠 慣 性 自 行 擺 動 的 被 動 擺 式, 亦 可 以 是 由 電 腦 控 制, 動 力 輔 助 的 主 動 擺 式 早 期 的 車 體 傾 斜 裝 置 可 區 分 為 : 利 用 慣 性 把 離 心 力 透 過 連 桿 等 機 械 裝 置 使 車 體 自 然 傾 斜 的 自 然 傾 斜 式 ( 被 動 擺 式 ) 與 利 用 感 測 器 檢 測 離 心 力 大 小 再 透 過 電 動 或 油 壓 等 方 式 強 制 使 車 體 主 動 傾 斜 的 控 制 形 傾 斜 式 ( 主 動 擺 式 ) ; 前 者 主 要 是 由 日 本 於 國 鐵 時 代 所 研 發 並 加 以 實 用 化, 而 後 者 主 要 是 由 歐 洲 方 面 所 主 導, 其 中 又 以 義 大 利 所 開 發 的 傾 斜 式 列 車 最 為 成 功 與 普 及 在 日 本, 自 然 傾 斜 式 的 列 車 開 始 營 運 以 後, 便 有 許 多 乘 客 出 現 類 似 暈 車 或 暈 船 的 不 適 應 感 經 追 查 後 發 現 其 最 大 原 因 在 於 : 自 然 傾 斜 裝 置 在 使 列 車 傾 斜 地 通 過 曲 線 軌 道 後, 恢 復 正 位 時 會 產 生 如 鐘 擺 效 應 般 的 左 右 來 回 晃 動 在 了 解 原 因 後, 開 發 者 為 此 增 加 了 抑 制 來 回 晃 動 的 機 構 之 後 又 為 了 加 強 自 然 傾 斜 式 列 車 的 性 能 : 增 加 了 利 用 列 車 上 的 ATS 檢 知 系 統, 預 先 得 知 前 方 彎 曲 路 線 的 資 料 ; 使 列 車 在 進 入 曲 線 軌 道 前 先 緩 緩 地 傾 斜 車 體, 並 在 通 過 曲 線 後 迅 速 地 恢 復 正 常 位 的 控 制 形 自 然 傾 斜 式 此 種 傾 斜 方 式 於 1990 年 代 開 始 進 入 實 用 化, 並 受 到 民 營 化 之 後 的 各 家 JR 旅 客 鐵 道 公 司 青 睞 而 紛 紛 加 以 採 用 推 拉 式 的 美 鐵 Acela 特 快 也 利 用 主 動 擺 動 來 增 加 過 彎 時 速 肚 種 類 : 1969 年, 首 列 擺 式 列 車 United Aircraft Turbo(UAC) 在 加 拿 大 國 家 鐵 路 投 入 服 務, 一 直 在 多 倫 多 至 蒙 特 婁 之 間 行 駛, 直 至 1984 年 UAC 屬 被 動 擺 式, 行 駛 舒 適 程 度 一 般, 亦 有 不 少 機 械 毛 病 義 大 利 的 Pendolino ( 即 義 大 利 文 搖 擺 之 意 ) 擺 式 列 車 最 初 由 飛 雅 特 (FIAT) 製 造,ETR401 型 最 先 在 1975 年 投 入 服 務 1980 年 代 Pendolino 發 展 出 非 常 成 功 的 ETR450 型, 在 歐 洲 其 他 國 都 有 使 用 英 國 在 1970 至 80 年 代 曾 硏 究 發 展 出 名 為 Advanced Passenger Train(APT) 的 擺 式 列 車, 但 由 於 技 術 原 因 沒 有 投 產 最 後 英 國 將 知 識 產 權 轉 移 給 義 大 利 的 Pendolino 加 拿 大 之 後 亦 發 展 出 LRC(Light, Rapid, Comfortable) 擺 式 列 車, 由 龐 巴 迪 公 司 製 造 LRC 的 車 輛 是 獨 立 的, 由 動 力 輔 助 擺 動, 可 以 跟 普 通 非 擺 式 的 車 輛 混 合 行 走 1980 年 首 先 在 美 國 Amtrak 行 駛, 之 後 在 加 拿 大 使 用 至 今 德 國 的 403 型 擺 式 列 車 在 1978 年 投 入 服 務, 在 法 蘭 克 福 提 供 機 場 鐵 路 服 務 之 後 曾 嘗 試 在 萊 茵 河 谷 使 用, 後 來 因 為 乘 客 投 訴 在 轉 彎 時 感 到 暈 車 不 適 而 暫 停 擺 動 功 能 瑞 士 的 ICN 擺 式 列 車 在 2000 年 8 月 開 始 提 供 服 務, 行 走 日 內 瓦 經 蘇 黎 世 至 聖 嘉 倫 之 間 的 路 線 早 期 擺 式 列 車 使 用 傳 統 的 伺 服 馬 達 因 為 伺 服 馬 達 未 能 對 轉 彎 時 產 生 的 轉 向 力 即 時 作 出 反 應, 這 些 些 微 差 別 引 起 了 非 常 輕 度 的 搖 晃 乘 客 雖 然 不 會 意 識 到 這 種 輕 微 的 晃 動, 但 仍 然 會 感 到 有 暈 車 的 不 適 感 Pendolino 的 ETR401 於 每 輛 車 使 用 獨 立 的 陀 螺 儀, 這 種 構 造 亦 是 必 然 會 產 生 少 量 的 時 間 延 緩 英 國 的 APT 試 圖 將 陀 螺 儀 放 在 列 車 的 兩 端, 由 它 們 控 制 全 車 的 擺 動 但 當 時 的 控 制 技 術 似 乎 仍 未 成 熟 現 代 的 擺 式 列 車 能 夠 透 過 訊 號 系 統 知 道 前 面 路 軌 的 弧 度, 準 確 改 變 每 一 車 輛 的 傾 側 乘 客 已 經 很 少 會 感 到 暈 車 不 適 臺 灣 鐵 路 管 理 局 向 日 本 日 立 公 司 採 購 與 日 本 JR 九 州 885 系 電 車 同 型 之 TEMU1000 型 電 聯 車, 已 於 2007 年 5 月 8 日 正 式 投 入 樹 林 ~ 臺 北 ~ 花 蓮 間 做 為 太 魯 閣 號 營 運 日 本 亦 有 不 少 的 擺 式 列 車, 稱 為 振 子 列 車, 除 了 新 幹 線 的 N700 系 E5 系 及 E6 系 外, 都 是 窄 軌 車 型 澳 洲 昆 士 蘭 州 的 長 途 火 車, 從 布 里 斯 班 至 凱 恩 斯 有 混 合 的 電 氣 柴 油 列 車, 而 布 里 斯 班 至 洛 咸 頓 之 間 為 電 器 化 的 窄 軌 擺 式 列 車, 是 目 前 最 快 的 窄 軌 鐵 路

12 各 國 的 傾 斜 式 列 車 : 使 用 慣 性 擺 動 的 列 車 - 西 班 牙 美 國 加 拿 大 UAC Turbo 使 用 加 速 計 控 制 - 美 國 加 拿 大 LRC 電 腦 控 制 擺 動 - 德 國 ICE-T/TD 瑞 典 X2000 義 大 利 英 國 芬 蘭 斯 洛 維 尼 亞 Pendolino 英 國 Super Voyager 美 國 Acele 瑞 士 ICN 台 灣 TEMU1000 磁 浮 列 車 磁 浮 列 車 是 一 種 靠 磁 懸 浮 力 ( 即 磁 的 吸 力 和 排 斥 力 ) 來 推 動 的 列 車 由 於 其 軌 道 的 磁 力 使 之 懸 浮 在 空 中, 行 走 時 不 需 接 觸 地 面, 因 此 其 阻 力 只 有 空 氣 的 阻 力 磁 浮 列 車 的 最 高 速 度 可 以 達 每 小 時 500 公 里 以 上, 比 輪 軌 高 速 列 車 的 300 多 公 里 還 要 日 本 ML100 快, 因 此 可 成 為 航 空 的 競 爭 對 手 磁 懸 浮 技 術 的 研 究 源 於 德 國, 早 在 1922 年 德 國 工 程 師 赫 爾 曼 肯 佩 爾 就 提 出 了 電 磁 懸 浮 原 理, 並 於 1934 年 申 請 了 磁 浮 列 車 的 專 利 1970 年 代 以 後, 隨 著 世 界 工 業 化 國 家 經 濟 實 力 的 不 斷 加 強, 為 提 高 交 通 運 輸 能 力 以 適 應 其 經 濟 發 展 的 需 要, 德 國 日 本 美 國 加 拿 大 法 國 英 國 等 已 開 發 國 家 相 繼 開 始 籌 划 進 行 磁 懸 浮 運 輸 系 統 的 開 發 而 美 國 和 前 蘇 聯 則 分 別 在 1970 年 代 1980 年 代 放 棄 了 這 項 研 究 計 劃, 目 前 只 有 德 國 日 本 中 國 仍 在 繼 續 進 行 磁 懸 浮 系 統 的 研 究, 並 均 取 得 了 令 世 人 矚 目 的 進 展 磁 浮 列 車 - 技 術 磁 浮 列 車 的 推 進 系 統 亦 是 利 用 馬 達 推 進, 但 磁 浮 列 車 的 馬 達 跟 一 般 電 車 的 並 不 一 樣 馬 達 本 身 是 利 用 磁 鐵 的 吸 力 與 斥 力 將 電 能 轉 變 成 旋 轉 能 的 機 器, 一 般 的 電 車 是 利 用 車 輪 將 馬 達 的 旋 轉 能 變 成 推 進 力, 而 線 型 馬 達 則 是 將 普 通 的 馬 達 攤 開 排 成 一 直 線, 以 直 接 將 電 能 轉 變 成 推 進 力 磁 浮 車 的 線 型 馬 達 是 將 相 當 於 馬 達 外 殼 的 部 分 固 定 在 地 上, 而 將 馬 達 的 迴 轉 磁 鐵 以 裝 在 車 體 上 的 電 磁 鐵 代 替 再 與 列 車 兩 側 面 相 對 的 壁 上, 裝 有 相 當 於 一 般 馬 達 磁 場 線 圈 的 線 圈, 只 要 通 上 電 流, 就 會 變 成 電 磁 鐵 磁 浮 列 車 推 進 示 意 圖 磁 浮 列 車 - 技 術 在 車 體 上 交 互 排 列 著 N 極 與 S 極 的 磁 鐵, 因 此 只 要 變 換 側 面 壁 上 的 電 流 方 向, 使 在 車 體 前 面 壁 上 電 磁 鐵 的 磁 性 與 車 上 電 磁 鐵 的 磁 性 相 反, 而 在 車 體 後 面 壁 上 電 磁 鐵 的 磁 性 與 車 上 相 同, 就 會 產 生 前 吸 後 推 的 作 用 而 使 得 車 子 前 進 由 於 列 車 一 經 開 動 後, 這 種 前 吸 後 推 的 磁 性 關 係 就 會 跟 著 變 化, 所 以 設 在 壁 上 的 電 磁 鐵 必 須 通 以 適 當 的 交 流 電 來 變 換 磁 性, 因 此 交 流 電 的 頻 率 與 電 壓 可 用 來 控 制 列 車 的 速 度, 這 就 是 為 什 麼 磁 浮 列 車 ( 線 型 馬 達 車 ) 可 以 由 外 部 指 揮 行 駛 而 不 必 駕 駛 員 的 原 因 同 時, 車 道 上 的 強 磁 場 也 只 有 當 列 車 經 過 時 感 應 生 成, 車 通 過 了 之 後 電 流 也 會 因 金 屬 線 圈 的 正 常 電 阻 而 很 快 的 消 失, 不 致 於 影 響 通 過 平 交 道 的 行 人 和 車 輛

13 磁 浮 列 車 - 技 術 磁 懸 浮 列 車 是 自 大 約 200 年 前 斯 蒂 芬 森 的 火 箭 " 號 蒸 汽 機 車 問 世 以 來 鐵 路 技 術 最 根 本 的 突 破 70 年 代 以 後, 隨 著 世 界 工 業 化 國 家 經 濟 時 力 的 不 斷 加 強, 為 提 高 交 通 運 輸 能 力 以 適 應 其 經 濟 發 展 的 需 要, 德 國 日 本 美 國 加 拿 大 法 國 英 國 等 發 達 國 家 相 繼 開 始 計 劃 磁 懸 浮 系 列 的 開 發 而 美 國 和 前 蘇 聯 分 別 在 七 八 十 年 代 放 棄 了 研 究 計 劃, 目 前 只 有 德 國 和 日 本 仍 在 進 行 磁 懸 浮 系 列 車 的 研 究, 並 均 取 得 了 令 世 人 囑 目 的 發 展 以 下 介 紹 各 國 磁 浮 列 車 發 展 : 1. 德 國 1992 年 德 國 工 程 師 赫 爾 曼 肯 佩 爾 首 次 考 慮 電 磁 懸 浮 鐵 路 1934 年 赫 爾 曼 肯 佩 爾 獲 得 製 造 磁 懸 浮 鐵 路 的 基 本 專 利 1935 年 赫 爾 曼 肯 佩 爾 運 用 試 驗 模 型 證 實 了 磁 懸 浮 1939 年 年 赫 爾 曼 肯 佩 爾 在 格 丁 根 空 氣 動 力 學 研 究 所 進 行 電 磁 懸 浮 鐵 路 的 基 本 研 究 工 作 1953 年 赫 爾 曼 肯 佩 爾 寫 成 科 學 報 告 電 子 懸 浮 導 向 的 電 力 驅 動 鐵 路 機 車 車 輛 1969 年 大 通 過 能 力 高 速 鐵 路 研 究 會 開 始 基 礎 性 研 究 克 勞 斯 - 馬 菲 公 司 製 造 出 電 磁 懸 浮 模 型 TR-01 支 承 和 導 向 系 統 按 赫 爾 曼 肯 佩 爾 原 則 設 計, 由 一 台 短 定 子 直 線 電 動 機 驅 動 磁 浮 列 車 - 技 術 1971 年 年 先 後 製 造 了 TR02 TR03 TR04 號 試 驗 車 1975 年 開 發 研 製 和 試 驗 第 一 台 長 定 子 電 磁 行 車 技 術 功 能 的 設 備 1976 年 生 產 第 一 台 用 長 定 子 電 磁 行 車 技 術 的 載 人 試 驗 車 HMB2, 在 卡 塞 爾 由 蒂 森 亨 舍 爾 在 廠 區 內 進 行 採 用 電 磁 式 支 承 和 導 向 系 統, 有 10 毫 米 空 氣 間 隙, 車 重 為 2.5 噸,4 個 座 位, 最 大 速 度 為 36 公 里 / 小 時 1977 年 聯 邦 德 國 研 究 技 術 部 作 出 有 利 於 發 展 電 磁 懸 浮 驅 動 系 統 的 決 定 籌 建 埃 姆 斯 蘭 磁 懸 浮 列 車 試 驗 設 施 1979 年 在 漢 堡 的 國 際 交 通 展 覽 會 上 展 出 5 月 17 日 投 產 的 TR05 號 並 引 起 轟 動 1980 年 開 始 建 造 TR06 號 1984 年 埃 姆 斯 蘭 磁 懸 浮 列 車 試 驗 設 施 投 產, 用 TR06 號 開 始 作 行 車 試 驗 8 月 17 日 達 到 302 公 里 / 小 時 的 速 度 1986 年 在 蒂 森 工 業 公 司 ( 亨 舍 爾 ) 開 發 TR07 號 樣 車 1987 年 埃 姆 斯 蘭 磁 懸 浮 列 車 試 驗 設 施 第 二 期 施 工 最 終 完 成 並 投 入 使 用 TR0 7 號 開 始 組 裝 11 月 11 日 TR06 號 達 到 406 公 里 / 小 時 的 速 度 1988 年 TR06 號 的 速 度 於 1 月 22 日 達 到 公 里 / 小 時 在 慕 尼 黑 國 際 交 通 展 覽 會 上 展 出 TR07 號 年 在 埃 姆 斯 蘭 磁 懸 浮 列 車 試 驗 設 施 上 開 始 檢 驗 TR07 號 磁 懸 浮 鐵 路 快 速 列 車 技 術 已 趨 成 熟 磁 浮 列 車 - 技 術 磁 浮 列 車 - 技 術 德 國 Transrapid 年 6 月 30 日, 中 德 兩 國 政 府 正 式 簽 訂 合 作 開 展 上 海 磁 懸 浮 快 速 列 車 運 營 線 項 目 可 行 性 研 究 的 協 議 8 月, 國 家 計 委 批 准 項 目 建 議 書 ; 同 月, 上 海 申 通 集 團 等 6 家 公 司 聯 合 出 資 20 億 元 註 冊 成 立 上 海 磁 懸 浮 交 通 發 展 有 限 公 司 ( 後 擴 股 為 8 家 公 司, 註 冊 資 金 30 億 元 ), 上 海 市 委 市 府 批 准 成 立 上 海 市 磁 懸 浮 快 速 列 車 工 程 指 揮 部 2001 年 1 月 23 日, 上 海 磁 懸 浮 交 通 發 展 有 限 公 司 與 由 德 國 西 門 子 公 司 蒂 森 快 速 列 車 系 統 公 司 和 磁 懸 浮 國 際 公 司 組 成 的 聯 合 體 簽 署 上 海 磁 懸 浮 列 車 項 目 供 貨 和 服 務 合 同, 合 同 總 金 額 億 德 國 馬 克 ;1 月 26 日, 又 與 德 國 線 路 及 軌 道 梁 技 術 聯 合 體 (TGC) 簽 署 磁 懸 浮 快 速 列 車 混 凝 土 複 合 軌 道 梁 系 統 技 術 轉 讓 合 同, 合 同 使 用 德 國 政 府 贈 款 共 1 億 德 國 馬 克 3 月 1 日 工 程 正 式 開 始 5 月 專 用 道 路 全 線 貫 通 7 月 軌 道 梁 生 產 基 地 投 產 2002 年 2 月 28 日, 上 海 磁 懸 浮 列 車 示 範 線 下 部 結 構 工 程 全 線 貫 通 並 開 始 架 梁 2. 日 本 日 本 從 1970 年 代 開 始, 開 始 致 力 於 發 展 超 導 磁 浮 列 車, 因 為 常 導 系 統 的 懸 浮 高 度 太 低 並 不 適 合 多 地 震 的 日 本, 並 於 1977 年 建 造 7 公 里 的 宮 崎 單 線 試 驗 線, 在 1979 年 ML-500 試 驗 車 創 造 了 時 速 517 公 里 的 紀 錄.1980 把 試 驗 線 改 為 U 行 軌 道 結 構, 先 後 進 行 了 MLU-001,MLU- 002,MLU-00X1, 和 MLU-002N 試 驗 車 試 驗, 在 1990 年 決 定 建 構 18.4km 的 三 黎 線, 此 線 為 規 劃 中 東 京 到 大 阪 的 其 中 一 條 路 線, 此 線 更 創 造 出 時 速 552km 的 紀 錄, 2005 年 3 月 26 日 新 幹 線 創 下 時 速 六 百 五 十 公 里 的 磁 浮 列 車 日 本 JR 磁 浮 MLX01-2 實 驗 車 2003 年 581km/h 金 氏 世 界 紀 錄 認 可

14 磁 浮 列 車 - 技 術 磁 浮 列 車 - 技 術 3. 英 國 與 日 本 和 德 國 相 比, 英 國 對 磁 浮 鐵 路 的 研 究 起 步 較 晚, 從 1973 年 才 開 始 但 是, 英 國 則 是 最 早 將 磁 浮 鐵 路 投 入 商 業 運 營 的 國 家 之 一 1984 年 4 月, 伯 明 翰 機 場 至 英 特 納 雄 耐 爾 車 站 之 間 一 條 600 米 長 的 磁 浮 鐵 路 正 式 通 車 營 業 旅 客 乘 坐 磁 浮 列 車 從 伯 明 翰 機 場 到 英 特 納 雄 耐 爾 火 車 站 僅 需 90 秒 鐘 令 人 遺 憾 的 是, 在 1995 年, 這 趟 一 度 是 世 界 上 唯 一 從 事 商 業 運 營 的 磁 浮 列 車 在 運 行 了 11 年 之 後 被 宣 佈 停 止 營 業, 其 運 送 旅 客 的 任 務 由 機 場 班 車 所 取 代 4. 中 國 2000 年 6 月 30 日, 中 德 兩 國 政 府 正 式 簽 訂 合 作 開 展 上 海 磁 懸 浮 快 速 列 車 運 營 線 項 目 可 行 性 研 究 的 協 議 8 月, 國 家 計 委 批 准 項 目 建 議 書 ; 同 月, 上 海 申 通 集 團 等 6 家 公 司 聯 合 出 資 20 億 元 註 冊 成 立 上 海 磁 懸 浮 交 通 發 展 有 限 公 司 ( 後 擴 股 為 8 家 公 司, 註 冊 資 金 30 億 元 ), 上 海 市 委 市 府 批 准 成 立 上 海 市 磁 懸 浮 快 速 列 車 工 程 指 揮 部 2001 年 1 月 23 日, 上 海 磁 懸 浮 交 通 發 展 有 限 公 司 與 由 德 國 西 門 子 公 司 蒂 森 快 速 列 車 系 統 公 司 和 磁 懸 浮 國 際 公 司 組 成 的 聯 合 體 簽 署 上 海 磁 懸 浮 列 車 項 目 供 貨 和 服 務 合 同, 合 同 總 金 額 億 德 國 馬 克 ;1 月 26 日, 又 與 德 國 線 路 及 軌 道 梁 技 術 聯 合 體 (TGC) 簽 署 磁 懸 浮 快 速 列 車 混 凝 土 複 合 軌 道 梁 系 統 技 術 轉 讓 合 同, 合 同 使 用 德 國 政 府 贈 款 共 1 億 德 國 馬 克 3 月 1 日 工 程 正 式 開 始 5 月 專 用 道 路 全 線 貫 通 7 月 軌 道 梁 生 產 基 地 投 產 2002 年 2 月 28 日, 上 海 磁 懸 浮 列 車 示 範 線 下 部 結 構 工 程 全 線 貫 通 並 開 始 架 梁 2003 年 全 線 通 車 磁 浮 列 車 - 種 類 磁 浮 列 車 構 造 簡 圖 日 本 MLX01-2 超 導 電 磁 轉 向 架 目 前 世 界 上 有 2 種 類 型 的 磁 懸 浮 : 1. 日 本 為 代 表 的 超 導 電 磁 懸 浮 2. 德 國 為 代 表 的 常 導 電 磁 懸 浮 磁 浮 列 車 - 種 類 1. 電 動 懸 浮 日 本 因 常 地 震 日 本 不 能 使 用 EMS 系 統, 於 是 致 力 於 發 展 EDS. 電 動 懸 浮 (EDS) 是 利 用 同 性 相 斥 的 原 理, 當 列 車 經 由 外 力 而 移 動, 裝 置 於 列 車 上 的 常 電 導 磁 石 產 生 移 動 磁 場, 而 在 軌 道 上 的 線 圈 產 生 感 應 電 流, 此 電 流 再 生 磁 場, 由 於 此 二 磁 場 方 向 相 同, 故 列 車 與 軌 道 間 產 生 互 斥 力, 列 車 隨 即 由 此 互 斥 力 舉 升 而 懸 浮. 因 列 車 的 懸 浮 是 靠 兩 磁 場 作 用 力 相 互 平 衡 而 達 成, 故 其 懸 浮 高 度 可 固 定 不 變 ( 約 10~ 15mm), 列 車 即 因 此 具 有 相 當 之 穩 定 性. 此 外, 列 車 必 須 先 以 其 他 方 式 啟 動, 其 所 帶 之 磁 場 才 能 產 生 感 應 電 流 與 磁 場, 車 輛 才 會 懸 浮 ; 因 此, 列 車 必 須 裝 置 車 輪 以 便 起 飛 與 降 落 之 用, 當 速 度 達 40kph 以 上 時, 列 車 開 始 懸 浮 ( 即 起 飛 ), 車 輪 自 動 收 起 ; 同 理 當 速 度 漸 減 不 再 懸 浮 時, 車 輪 自 動 放 下 以 便 滑 行 ( 即 降 落 ) 電 動 磁 浮 軌 道 剖 面 圖

15 磁 浮 列 車 磁 浮 列 車 2. 電 磁 懸 浮 德 國 起 源 於 德 國. 電 磁 懸 浮 (EMS) 則 是 利 用 異 性 相 吸 的 原 理, 列 車 兩 側 向 導 軌 環 抱 ( 類 似 跨 座 式 單 軌 系 統 ), 列 車 環 抱 的 下 部 裝 有 電 磁 石, 導 軌 的 底 部 裝 有 鋼 板 代 替 線 圈, 此 時 導 軌 之 鋼 板 在 上, 而 列 車 之 電 磁 石 在 下, 當 通 電 勵 磁 時, 電 磁 石 產 生 之 磁 場 吸 引 力 吸 引 列 車 向 上, 列 車 因 重 力 而 下 沉, 兩 力 平 衡 時 使 列 車 與 導 軌 間 產 生 間 隙 (Gap), 列 車 即 因 此 懸 浮, 其 懸 浮 高 度 ( 約 10 ~ 15mm) 因 磁 力 強 弱 而 產 生 變 化, 故 磁 場 之 勵 磁 電 流 須 採 封 閉 迴 路 以 保 持 磁 力 穩 定. 此 外, 列 車 一 開 始 ( 速 度 為 零 時 ) 即 可 產 生 懸 浮, 因 此 列 車 不 須 裝 置 車 輪 基 本 資 料 與 特 徵 \ 系 統 種 類 懸 浮 原 理 懸 浮 位 置 懸 浮 間 隙 推 動 方 式 德 日 兩 國 技 術 比 較 德 國 電 磁 磁 浮 列 車 控 制 電 磁 鐵 磁 力, 可 靜 止 懸 浮 軌 道 上 置 吸 引 1.5 公 分 長 定 子 線 型 同 步 馬 達 日 本 超 導 磁 浮 列 車 速 度 感 應 誘 導 懸 浮 力, 車 速 約 70 公 里 以 上 懸 浮 軌 道 側 置 吸 推 30 公 分 長 定 子 線 型 同 步 馬 達 最 大 操 作 車 速 爬 坡 度 車 廂 設 計 430km/hr 10 % 密 閉 加 壓 空 調 550km/hr 4 %( 山 梨 線 ) 密 閉 加 壓 空 調 行 車 控 制 原 理 閉 鎖 洩 漏 電 纜 閉 鎖 洩 漏 電 纜 電 磁 磁 浮 軌 道 剖 面 圖 供 電 站 設 置 環 境 衝 擊 低 速 運 轉 噪 音 超 高 壓 分 區 設 置 地 震 電 磁 干 擾 氣 候 可 降 低 至 最 低 標 準 雙 迴 路 超 高 壓 分 區 設 置 電 磁 干 擾 無 法 達 成 ( 使 用 輪 胎 ) 磁 浮 的 優 缺 點 : 磁 浮 列 車 磁 浮 列 車 相 對 於 其 他 鐵 路 運 輸 有 許 喔 優 點 及 缺 點, 其 優 點 有 : 1. 速 度 快 2. 公 害 少 3. 安 全 性 高 4. 維 修 成 本 低 5. 能 源 效 率 高 6. 對 地 形 或 氣 侯 的 適 應 性 高 其 缺 點 有 : 1. 建 造 成 本 非 常 龐 大 2. 液 態 氦 氣 價 格 非 常 昂 貴 3. 空 氣 阻 力 轉 轍 問 題, 仍 有 待 解 決 4. 磁 場 對 乘 客 及 沿 線 居 民 產 生 的 影 響 5. 液 態 氦 避 免 氣 化 的 隔 熱 設 備 與 超 導 電 線 圈 及 地 上 線 圈 之 強 度 問 題 6. 後 車 對 前 車 的 越 行 問 題 不 能 解 決 7. 磁 浮 與 普 通 鐵 路 不 能 相 容, 無 法 形 成 網 路 而 損 害 效 益 8. 磁 浮 造 價 太 高, 德 國 和 日 本 分 別 認 為 磁 浮 比 輪 軌 高 一 點 七 倍 和 二 倍 9. 磁 浮 列 車 運 輸 能 力 太 小, 遠 遜 於 輪 軌 列 車 比 較 優 缺 點 可 知, 磁 浮 列 車 在 高 速 運 行 上 比 快 速 鐵 路 佔 有 優 勢, 但 是 許 多 技 術 尚 未 克 服, 造 價 非 常 昂 貴, 因 此 許 多 國 家 選 取 快 速 軌 道 運 輸 以 高 速 鐵 路 為 首 選 而 不 是 以 磁 浮 為 第 一 考 量, 但 慢 速 磁 浮 的 記 書 的 創 新 讓 磁 浮 運 具 又 有 了 一 股 新 的 活 力 參 考 資 料 來 源 為 基 百 科 : 奇 摩 知 識 家 : 第 4 頁 所 有 第 5 頁 圖 片 騰 雲 號 圖 片 CT270 型 煤 水 車 式 蒸 汽 機 車 CT150 型 煤 水 車 式 蒸 汽 機 車 CK120 型 水 櫃 式 蒸 汽 機 車 CK100 型 水 櫃 式 蒸 汽 機 車 BK10 型 蒸 汽 機 車 台 鐵 E100 型 電 力 機 車 台 鐵 E1000 型 推 拉 式 電 車 組 S400 型 牽 引 苗 栗 鐵 道 公 園 的 S405S300 型 牽 引 彰 化 的 S318S200 型 牽 引 南 港 站 的 報 廢 車 :S208 DHL102 牽 引 LDH101 型 柴 液 式 機 車 DHL100 型 柴 液 式 機 車 DR1000 型 柴 油 客 車 DR2510 型 柴 油 客 車 台 鐵 DR2700 型 柴 油 車