Tàu đệm từ Maglev hoạt động như thế nào? Giải mã công nghệ tương lai

Hãy tưởng tượng một chuyến tàu mà tiếng "lạch cạch" quen thuộc của bánh xe trên ray hoàn toàn biến mất. Thay vào đó, thân tàu lướt êm như đang trượt trên băng, không hề chạm vào đường ray bên dưới. Tốc độ? 431 km/h trong vận hành thương mại, và có thể đạt 603 km/h trong thử nghiệm—nhanh hơn cả máy bay cất cánh.

Đó không phải viễn tưởng. Đó là tàu đệm từ Maglev (Magnetic Levitation), công nghệ sử dụng lực từ trường để nâng đoàn tàu lơ lửng và đẩy nó về phía trước mà không cần bánh xe hay động cơ truyền thống. Tại Thượng Hải, tuyến Maglev sân bay đã vận hành thương mại từ năm 2004. Tại Nhật Bản, dự án Chūō Shinkansen với công nghệ SCMaglev đang trong giai đoạn xây dựng, hứa hẹn rút ngắn thời gian Tokyo-Nagoya xuống còn 40 phút.

Với độc giả Việt Nam đang quan tâm đến đường sắt cao tốc Bắc-Nam, Maglev là một "case study" đáng tìm hiểu: nó cho thấy khi thay đổi một giả định nền tảng—"tàu phải có bánh xe"—thì cả hệ thống công nghệ, hạ tầng và kinh tế vận hành sẽ đổi khác như thế nào.

Bài viết này sẽ giải thích chi tiết: Maglev là gì, tàu "bay" lên bằng cách nào, động cơ tuyến tính hoạt động ra sao, và công nghệ nam châm đóng vai trò gì trong cuộc cách mạng giao thông này.

Tóm tắt nhanh: Bài viết giải thích nguyên lý hoạt động của tàu đệm từ Maglev.

Maglev dùng lực từ trường để nâng tàu lơ lửng, loại bỏ ma sát lăn

Hai công nghệ chính: EMS (lực hút, Shanghai Maglev) và EDS (lực đẩy, SCMaglev Nhật)

Kỷ lục tốc độ: 603 km/h (SCMaglev), thương mại: 431 km/h (Shanghai)

Ưu điểm: Nhanh, êm, ít mài mòn. Nhược điểm: Chi phí rất cao

Tìm hiểu thêm: Nam châm vĩnh cửu trong công nghiệp

Maglev là gì? Khái niệm cơ bản

Maglev là viết tắt của "Magnetic Levitation" (nâng bằng từ trường), chỉ công nghệ sử dụng lực điện từ để nâng đoàn tàu lơ lửng phía trên đường dẫn (guideway) thay vì đặt lên ray thép như tàu thông thường.

Điểm cốt lõi của Maglev: giữa tàu và đường chạy có một khe hở nhỏ, thường từ vài milimet đến vài centimet tùy hệ thống. Lực nâng được tạo ra bởi tương tác từ trường giữa các cuộn dây/nam châm trên tàu và cấu trúc từ tính trên đường chạy.

Hai phép so sánh giúp hiểu trực giác

Để hiểu Maglev hoạt động thế nào, hãy nghĩ về hai ví dụ đơn giản.

Ví dụ thứ nhất: hai nam châm đặt gần nhau. Khi hai cực cùng tên (Bắc-Bắc hoặc Nam-Nam) đối diện, chúng đẩy nhau. Khi hai cực khác tên (Bắc-Nam) đối diện, chúng hút nhau. Maglev khai thác cả hai kiểu tương tác này: có hệ thống dùng lực hút để kéo tàu lên phía đường dẫn, có hệ thống dùng lực đẩy để đẩy tàu lên khỏi đường dẫn.

Ví dụ thứ hai: cân bằng cây bút trên đầu ngón tay. Nếu chỉ dựa vào lực hút/đẩy thụ động, hệ thống sẽ rất dễ mất ổn định—tàu có thể bị hút sát vào thành hoặc rơi xuống. Vì thế, phần "ngầu" của Maglev nằm ở hệ thống điều khiển: cảm biến đo khe hở liên tục, máy tính điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây hàng nghìn lần mỗi giây để giữ khe hở ổn định và êm.

Một hiểu lầm phổ biến

Nhiều người nghĩ Maglev luôn "bay" hoàn toàn. Thực tế, một số hệ thống (đặc biệt kiểu EDS) sử dụng bánh cao su hoặc bánh thép nhỏ để chạy ở tốc độ thấp, và chỉ "nhấc lên" khi đạt một ngưỡng vận tốc nhất định—thường khoảng 100 km/h trở lên. Điều này phản ánh bản chất vật lý của lực nâng kiểu cảm ứng: nó mạnh lên khi có chuyển động tương đối đủ lớn giữa nam châm và cuộn dây.

Hai công nghệ Maglev chính: EMS và EDS

Trong lịch sử phát triển Maglev, hai họ công nghệ quan trọng nhất là EMS (Electromagnetic Suspension) và EDS (Electrodynamic Suspension). Hiểu được sự khác biệt giữa hai công nghệ này giúp bạn nắm rõ vì sao có nhiều "phiên bản" Maglev khác nhau trên thế giới.

EMS: Electromagnetic Suspension (treo điện từ - lực hút)

EMS sử dụng nam châm điện tạo lực hút giữa đoàn tàu và đường dẫn. Cảm giác trực quan: tàu "treo" bằng cách bị hút lên phía dầm dẫn, thường là dạng dầm chữ U hoặc cấu trúc ôm lấy thân tàu.

Hệ thống Transrapid của Đức là đại diện nổi tiếng nhất của EMS. Công nghệ Transrapid cũng chính là nền tảng được triển khai ở tuyến Maglev Thượng Hải—tuyến Maglev thương mại cao tốc nổi tiếng nhất thế giới.

Ưu điểm lớn của EMS: có thể nâng tàu ở tốc độ rất thấp, thậm chí gần bằng 0, vì lực hút không cần chuyển động để "sinh lực". Đổi lại, EMS đòi hỏi hệ thống điều khiển phản hồi cực nhanh và chính xác để tránh tàu bị "dính" vào đường dẫn.

EDS: Electrodynamic Suspension (treo điện động - lực đẩy)

EDS thường sử dụng nam châm siêu dẫn trên tàu để tạo từ trường cực mạnh. Khi tàu chạy qua các cuộn dây trên đường chạy, dòng điện cảm ứng xuất hiện và tạo từ trường đối kháng (theo định luật Lenz), sinh ra lực đẩy nâng tàu lên.

SCMaglev của Nhật Bản—dự án Chūō Shinkansen—thuộc nhóm EDS siêu dẫn và là hệ thống nổi tiếng nhất hiện nay nhờ kỷ lục tốc độ 603 km/h trong chạy thử.

Điểm đáng chú ý của EDS: cần đạt một ngưỡng tốc độ nhất định mới nâng hiệu quả, nên ở tốc độ thấp tàu thường phải dùng bánh phụ. Nghiên cứu về tiêu thụ năng lượng cũng cho thấy EDS có lực cản khá cao ở vùng tốc độ thấp, trước khi đạt trạng thái nâng ổn định.

Bảng so sánh EMS và EDS

Tiêu chí	EMS (lực hút)	EDS (lực đẩy)
Cách tạo lực nâng	Nam châm điện hút vào dầm dẫn sắt từ	Nam châm siêu dẫn + cuộn dây tạo dòng cảm ứng
Nâng ở tốc độ thấp	Có thể nâng từ gần 0 km/h	Cần đạt ngưỡng (~100 km/h), dùng bánh phụ khi chậm
Độ phức tạp điều khiển	Cao, cần phản hồi nhanh	Trung bình, có tính tự ổn định ở tốc độ cao
Ví dụ nổi tiếng	Shanghai Maglev (Transrapid)	SCMaglev Nhật Bản
Kỷ lục tốc độ	431 km/h (thương mại)	603 km/h (thử nghiệm)

Vật lý của việc "nâng" tàu lên

Để nâng một đoàn tàu nặng hàng trăm tấn lên khỏi đường ray, về mặt vật lý cần tạo ra lực hướng lên ít nhất bằng trọng lượng của tàu. Điểm khác biệt của Maglev là lực này không đến từ bánh xe đè lên ray mà đến từ lực điện từ.

Bước 1: Tạo từ trường có thể điều khiển

Nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) tạo từ trường ổn định nhưng khó điều khiển nhanh và khó "tắt/bật". Vì thế, phần lớn Maglev tốc độ cao dựa vào nam châm điện (electromagnet): chỉ cần thay đổi dòng điện là thay đổi từ trường, và do đó thay đổi lực nâng.

Ở EMS, các cuộn nam châm điện trên tàu hút vào phần đường dẫn làm từ vật liệu sắt từ. Nếu khe hở quá lớn, lực hút yếu đi. Nếu khe hở quá nhỏ, lực hút tăng mạnh và có thể "kéo dính" tàu vào đường dẫn. Đây là lý do EMS cần điều khiển phản hồi cực nhanh—giống như cân bằng cây bút trên đầu ngón tay, lệch một chút là phải chỉnh ngay.

Ở EDS, tàu mang từ trường rất mạnh nhờ nam châm siêu dẫn. Khi từ trường này "quét" qua các cuộn dây trên đường chạy, sự biến thiên từ thông tạo dòng điện cảm ứng. Dòng cảm ứng này sinh ra từ trường chống lại sự biến thiên (định luật Lenz), tạo ra lực đẩy nâng tàu lên.

Bước 2: Ổn định theo 3 chiều

Nâng tàu lên mới chỉ là một phần của câu chuyện. Tàu còn phải ổn định theo nhiều phương:

Phương thẳng đứng: Giữ khe hở không đổi, không để tàu rơi xuống hay bị hút dính
Phương ngang: Không va vào thành đường dẫn khi có gió ngang hoặc khi vào cua
Phương quay: Không lắc ngoáy quanh trục dọc thân tàu

Trong EMS, ổn định chủ yếu đến từ cảm biến và điều khiển dòng điện: đo khe hở liên tục và chỉnh lực hút hàng nghìn lần mỗi giây. Trong EDS, một phần ổn định có tính "tự nhiên" hơn ở tốc độ cao do đặc tính cảm ứng, nhưng vẫn cần điều khiển để đảm bảo êm và an toàn.

Bước 3: Vượt qua lực cản

Ngay cả khi không có ma sát lăn, Maglev vẫn phải thắng hai nhóm lực cản chính.

Lực cản khí động học tăng rất mạnh theo tốc độ, đặc biệt ở vùng 400-600 km/h. Đây là "kẻ thù số 1" của tàu siêu tốc và là lý do thiết kế khí động học của Maglev cực kỳ quan trọng.

Lực cản điện từ xuất hiện do dòng xoáy (eddy current) và các hiện tượng cảm ứng. Đặc biệt với EDS, ở giai đoạn đầu khi tàu đang chuyển từ chạy bánh sang nâng, lực cản này khá cao.

Động cơ tuyến tính: Làm sao tàu đi về phía trước?

Nếu lực nâng từ trường trả lời câu hỏi "làm sao tàu không chạm đường?", thì động cơ tuyến tính (linear motor) trả lời câu hỏi "làm sao tàu đi về phía trước?".

Ý tưởng: Động cơ quay "trải phẳng" thành động cơ thẳng

Trong động cơ điện thông thường, từ trường quay kéo rotor quay theo. Ý tưởng của Maglev là "trải" động cơ đó ra thành một đường thẳng: thay vì rotor quay trong stator, ta có "sóng từ" chạy dọc theo đường dẫn kéo đoàn tàu đi.

Hệ thống có hai phần chính. Phần tạo sóng từ dọc tuyến (stator dài) thường nằm trên đường chạy/guideway—gọi là "long-stator". Phần "bị kéo" (phần phản ứng/nam châm trên tàu) gắn trên đoàn tàu.

Khi điều khiển dòng điện trong các cuộn dây dọc tuyến theo pha, hệ thống tạo ra một từ trường "chạy" dọc đường dẫn. Nam châm trên tàu bị lực điện từ kéo theo hướng của sóng từ đó, tạo lực kéo (thrust) để tăng tốc và duy trì tốc độ.

Vì sao "long-stator" quan trọng nhưng đắt?

Trong cấu hình long-stator, phần lớn thành phần tạo lực kéo nằm trên hạ tầng tuyến thay vì hoàn toàn "mang theo" trên tàu như đường sắt truyền thống. Điều này có hai hệ quả.

Về kỹ thuật, long-stator rất mạnh cho tốc độ cao và tăng tốc mượt mà. Tàu nhẹ hơn vì không cần mang theo động cơ nặng.

Về kinh tế, nó làm tăng mức độ "đặc thù" của tuyến: đường chạy không chỉ là "đường" mà thực sự là một phần của "động cơ". Điều này góp phần làm chi phí hạ tầng Maglev cao hơn đáng kể so với đường sắt thông thường.

Nói cách khác, Maglev không đơn giản là "thay bánh xe bằng nam châm". Nó là thay đổi triết lý phân bổ công nghệ giữa phương tiện và hạ tầng.

Ưu điểm của tàu Maglev

Tốc độ là ưu điểm vượt trội của công nghệ Maglev so với tàu cao tốc truyền thống

Maglev hấp dẫn vì nó giải quyết những "điểm đau" lớn của đường sắt tốc độ cao truyền thống: ma sát, mài mòn cơ khí và tiếng ồn do tiếp xúc bánh-ray.

Tốc độ vượt trội

Shanghai Maglev khai thác thương mại với tốc độ tối đa 431 km/h—nhanh hơn bất kỳ tàu cao tốc bánh-ray nào trên thế giới trong vận hành thường xuyên. Thời gian di chuyển 30 km từ sân bay Phố Đông về trung tâm chỉ khoảng 8 phút.

SCMaglev của Nhật đạt 603 km/h trong chạy thử, cho thấy "trần" tốc độ của công nghệ khi tối ưu hóa khí động học và hệ thống nâng-đẩy. Với những con số này, Maglev nằm ở vùng "giữa" hàng không và đường sắt: nhanh hơn tàu cao tốc truyền thống đáng kể, nhưng vẫn giữ được ưu điểm "đi từ trung tâm tới trung tâm" nếu tuyến được đặt hợp lý.

Hiệu quả năng lượng ở tốc độ cao

Một dữ liệu thú vị từ nghiên cứu so sánh: ở tốc độ 330 km/h, Transrapid tiêu thụ khoảng 45 Wh/seat-km trong khi ICE 3 (tàu cao tốc Đức) tiêu thụ khoảng 59 Wh/seat-km trong điều kiện mô phỏng tuyến giả định.

Tuy nhiên, cần lưu ý: lợi thế năng lượng của Maglev thường rõ hơn khi mục tiêu là chạy rất nhanh (vượt vùng tối ưu của bánh-ray). Ở dải tốc độ tương đương tàu cao tốc thông thường, chênh lệch không phải lúc nào cũng "một chiều" và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu hình tàu, tuyến đường, số điểm dừng và địa hình.

Giảm mài mòn cơ khí

Do không có tiếp xúc bánh-ray ở chế độ nâng, Maglev giảm đáng kể mài mòn những bộ phận vốn là "điểm tốn kém" của đường sắt thường: bánh xe, ray, hệ treo liên quan. Điều này thường được nêu như lợi thế vận hành: ít hao mòn cơ khí, ít rung chấn do tiếp xúc.

Tuy nhiên, cần nhớ Maglev lại có hệ thống điện-điều khiển-công suất lớn, nên bảo trì chuyển trọng tâm từ cơ khí sang điện/điện tử công suất và hạ tầng tuyến.

Tiếng ồn và độ êm

Khi bỏ ma sát lăn, tiếng ồn "lạch cạch" và rung do tiếp xúc giảm mạnh. Ở tốc độ cao, tiếng ồn khí động học vẫn là thành phần chính, nhưng tổng trải nghiệm thường êm hơn vì loại bỏ nguồn rung tiếp xúc liên tục.

Trong bối cảnh đô thị hoặc hành lang gần khu dân cư, đây là một lợi ích xã hội đáng kể, dù vẫn phải xử lý tiếng ồn khí động ở vùng tốc độ rất cao.

Thách thức và hạn chế của Maglev

Không phải ngẫu nhiên mà đến nay Maglev vẫn có ít tuyến thương mại hơn tàu cao tốc truyền thống. Rào cản lớn nhất nằm ở chi phí, tính "không tương thích" và rủi ro triển khai.

Chi phí đầu tư khổng lồ

Dự án Chūō Shinkansen giai đoạn đầu (khoảng 285,6 km từ Tokyo đến Nagoya) có chi phí ước tính 4.158 nghìn tỷ yên cho hạ tầng và 136,5 tỷ yên cho đoàn tàu. Với tỷ lệ hầm lên đến 86% do địa hình núi, chi phí bị đẩy lên rất cao.

Đối với nhiều quốc gia, đây là "cú chốt" khiến tàu cao tốc bánh-ray vẫn là lựa chọn thực dụng hơn. Chi phí xây dựng một km Maglev có thể gấp 2-3 lần đường sắt cao tốc thông thường.

Không tương thích với mạng lưới hiện hữu

Tàu cao tốc bánh-ray có thể sử dụng chung một số hạ tầng (ở mức độ nhất định) và tận dụng kinh nghiệm vận hành, thiết bị cứu hộ, depot, tiêu chuẩn. Maglev thì gần như là một hệ sinh thái riêng: đường chạy riêng, chuyển hướng (switch) khác, tiêu chuẩn an toàn-bảo trì-điện lực khác.

Điều này làm giảm lợi thế "mở rộng dần" và tăng rủi ro dự án. Một tuyến Maglev đơn lẻ khó tạo được hiệu ứng mạng lưới như hệ thống đường sắt cao tốc liên kết.

Yêu cầu chính xác hình học cao

Maglev đòi hỏi độ chính xác hình học cao của guideway để duy trì khe hở ổn định và đảm bảo êm ở tốc độ cực cao. Việc xây dựng và duy tu một tuyến dài với dung sai chặt chẽ là thách thức kỹ thuật và chi phí không nhỏ.

Hiệu quả thấp ở tốc độ chậm

Với hệ EDS, ở giai đoạn đầu khi tốc độ thấp, lực cản từ có thể cao và tàu phải dựa vào bánh phụ cho đến khi đạt ngưỡng nâng. Điều này ảnh hưởng đến thiết kế vận hành, đặc biệt nếu tuyến có nhiều ga dừng gần nhau. Lợi thế của Maglev thường "nở rộ" khi chạy hành trình dài với tốc độ cao ổn định.

Các hệ thống Maglev nổi tiếng trên thế giới

Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong công nghệ tàu cao tốc và Maglev

Maglev có ít tuyến thương mại, nhưng mỗi tuyến và chương trình đều mang tính biểu tượng, đại diện cho một nhánh công nghệ.

Shanghai Maglev (Trung Quốc) - EMS Transrapid trong vận hành thương mại

Shanghai Maglev là tuyến Maglev cao tốc thương mại nổi tiếng nhất thế giới, sử dụng công nghệ Transrapid do Đức phát triển. Tuyến dài 30 km nối sân bay quốc tế Phố Đông với trung tâm thành phố Thượng Hải.

Tốc độ khai thác tối đa từng đạt 431 km/h, với thời gian hành trình toàn tuyến khoảng 8 phút. Đây là ví dụ "đời thực" cho thấy EMS có thể vận hành ổn định, phục vụ hành khách hàng ngày, và đạt tốc độ rất cao trong một hành lang ngắn kiểu sân bay-thành phố.

Tuyến khai trương năm 2004 và đến nay vẫn là tuyến Maglev thương mại cao tốc duy nhất trên thế giới đang hoạt động. Tuy nhiên, tốc độ khai thác đã được giảm xuống trong một số giai đoạn để tiết kiệm năng lượng và giảm hao mòn.

SCMaglev và Chūō Shinkansen (Nhật Bản) - EDS siêu dẫn

SCMaglev (Superconducting Maglev) của Nhật giữ kỷ lục tốc độ 603 km/h trong chạy thử năm 2015 với đoàn tàu L0 series. Đây là tốc độ cao nhất từng đạt được bởi một phương tiện đường sắt.

Dự án Chūō Shinkansen đang trong giai đoạn xây dựng, với mục tiêu nối Tokyo (Shinagawa) và Nagoya trong khoảng 40 phút với tốc độ thiết kế 505 km/h. Giai đoạn sau sẽ kéo dài đến Osaka.

Đặc điểm đáng chú ý: 86% tuyến giai đoạn đầu đi ngầm hoặc qua hầm, cho thấy Nhật Bản chấp nhận chi phí rất cao để đổi lấy hành lang tốc độ cực cao xuyên vùng địa hình phức tạp. Dự kiến giai đoạn Tokyo-Nagoya sẽ khai trương vào cuối thập kỷ 2030.

Transrapid (Đức) - Chương trình tiên phong

Dù Đức không có tuyến thương mại nội địa dài hạn, Transrapid là nền tảng công nghệ EMS nổi tiếng toàn cầu. Đường thử Emsland từng ghi nhận kỷ lục 450 km/h của Transrapid 07 vào năm 1993.

Di sản Transrapid được "xuất khẩu" gián tiếp qua tuyến Thượng Hải. Tuy nhiên, các dự án Transrapid nội địa Đức (như Munich Airport Link) đều bị hủy do vấn đề chi phí và phản đối chính trị.

Các tuyến Maglev đô thị

Ngoài Maglev cao tốc, còn có các tuyến Maglev đô thị tốc độ thấp hơn như Linimo ở Nagoya (Nhật), Beijing Capital Airport Express (Trung Quốc), và một số dự án thử nghiệm ở Hàn Quốc. Những tuyến này thường sử dụng công nghệ EMS đơn giản hơn và tốc độ tối đa khoảng 100-110 km/h.

Tương lai của Maglev: Hyperloop và các xu hướng mới

Tương lai của Maglev thường xoay quanh ba câu hỏi: "Có đáng tiền không?", "Có cạnh tranh được tàu cao tốc bánh-ray không?", và "Có bị Hyperloop lấn sân không?".

Maglev và Hyperloop: Giống và khác

Cả Maglev lẫn Hyperloop đều nhằm giảm lực cản để tăng tốc độ. Maglev giảm ma sát lăn bằng cách nâng tàu lên. Hyperloop (theo ý tưởng phổ biến) còn giảm cả lực cản khí động học bằng cách đặt pod trong ống áp suất thấp.

Tuy nhiên, thách thức của Hyperloop nằm ở hạ tầng ống kín dài, an toàn áp suất, thoát hiểm, và tiêu chuẩn hóa. Những yếu tố này khiến nhiều dự án Hyperloop vẫn ở mức thử nghiệm hoặc đề xuất, trong khi Maglev đã có vận hành thương mại (Thượng Hải) và các dự án hạ tầng quy mô quốc gia (Nhật).

Một số chuyên gia cho rằng Hyperloop thực chất là "Maglev trong ống chân không"—kết hợp công nghệ nâng từ với môi trường áp suất thấp. Nếu điều này thành hiện thực, nó sẽ là bước tiến kế tiếp của Maglev chứ không phải đối thủ.

Các hướng phát triển khả thi

Hành lang sân bay-đô thị hoặc đô thị vệ tinh: Cự ly 20-50 km, cần tốc độ rất cao để cạnh tranh taxi/metro và tạo trải nghiệm "wow". Mô hình Thượng Hải là ví dụ điển hình.

Hành lang siêu đô thị: 200-500 km, nơi tàu cao tốc đã cạnh tranh với hàng không, nhưng Maglev có thể rút thêm thời gian nếu chấp nhận chi phí lớn. Mô hình Chūō Shinkansen của Nhật theo hướng này.

Tối ưu năng lượng và vật liệu: Thiết kế khí động học tốt hơn, vật liệu nhẹ hơn, và điều khiển công suất hiệu quả hơn sẽ giúp Maglev cạnh tranh hơn về chi phí vận hành.

Maglev và Việt Nam

Với dự án đường sắt cao tốc Bắc-Nam, Việt Nam hiện nghiêng về công nghệ bánh-ray (có thể là Shinkansen của Nhật) do chi phí thấp hơn và khả năng tích hợp với mạng lưới đường sắt hiện hữu. Tuy nhiên, Maglev vẫn là một tham khảo đáng giá khi nghĩ về tương lai xa hơn—đặc biệt cho các hành lang ngắn đô thị vệ tinh.

Vai trò của nam châm trong Maglev

Không có nam châm, không có Maglev. Nhưng loại nam châm nào được sử dụng và vì sao?

Nam châm vĩnh cửu vs Nam châm điện

Nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) tạo từ trường ổn định mà không cần nguồn điện. Tuy nhiên, chúng khó điều khiển nhanh—bạn không thể "tăng/giảm" lực từ bằng cách vặn nút.

Nam châm điện (electromagnet) cho phép điều khiển từ trường bằng cách thay đổi dòng điện. Đây là lý do phần lớn Maglev tốc độ cao sử dụng nam châm điện: cần điều chỉnh lực nâng liên tục để giữ khe hở ổn định.

Nam châm siêu dẫn

SCMaglev của Nhật sử dụng nam châm siêu dẫn—cuộn dây làm từ vật liệu siêu dẫn được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp (gần độ không tuyệt đối). Ở trạng thái siêu dẫn, điện trở gần như bằng 0, cho phép dòng điện chạy mãi mà không mất năng lượng, tạo ra từ trường cực mạnh và ổn định.

Ưu điểm của nam châm siêu dẫn là có thể tạo từ trường mạnh hơn nhiều so với nam châm điện thông thường trong cùng kích thước. Nhược điểm là cần hệ thống làm lạnh phức tạp và tốn năng lượng.

Nam châm đất hiếm trong Maglev

Một số hệ thống Maglev đô thị tốc độ thấp sử dụng nam châm đất hiếm neodymium (NdFeB) vì chúng có tích năng từ cao—mạnh trong kích thước nhỏ. Tuy nhiên, với Maglev cao tốc, yêu cầu điều khiển liên tục khiến nam châm điện hoặc nam châm siêu dẫn được ưa chuộng hơn.

Tổng kết

Tàu đệm từ Maglev là một trong những thành tựu đáng kinh ngạc của kỹ thuật giao thông hiện đại. Bằng cách thay thế ma sát lăn của bánh xe-ray bằng lực từ trường, Maglev mở ra khả năng đạt tốc độ vượt xa giới hạn của đường sắt truyền thống—từ 431 km/h thương mại ở Thượng Hải đến 603 km/h kỷ lục ở Nhật Bản.

Hai công nghệ chính là EMS (lực hút, đại diện bởi Transrapid/Shanghai Maglev) và EDS (lực đẩy, đại diện bởi SCMaglev). Mỗi công nghệ có ưu nhược điểm riêng, nhưng cả hai đều dựa trên nguyên lý cơ bản: dùng nam châm để nâng tàu lên và động cơ tuyến tính để đẩy tàu về phía trước.

Ưu điểm của Maglev rất hấp dẫn: tốc độ cao, êm ái, ít mài mòn cơ khí, tiếng ồn thấp. Tuy nhiên, chi phí đầu tư khổng lồ, không tương thích với mạng lưới hiện hữu, và yêu cầu hạ tầng đặc chủng khiến Maglev vẫn là lựa chọn của số ít dự án trên thế giới.

Tương lai của Maglev có thể nằm ở các hành lang sân bay-đô thị ngắn, các siêu đô thị có khả năng tài chính lớn, hoặc như một bước đệm cho Hyperloop. Dù thế nào, công nghệ này đã chứng minh rằng khi thay đổi một giả định cơ bản—"tàu phải có bánh xe"—chúng ta có thể mở ra những khả năng hoàn toàn mới trong giao thông.

Tìm hiểu thêm về nam châm công nghiệp?

Nam châm Hoàng Nam - Chuyên gia nam châm công nghiệp với hơn 15 năm kinh nghiệm. Chúng tôi cung cấp nam châm vĩnh cửu, nam châm đất hiếm neodymium và các giải pháp từ tính cho doanh nghiệp.

Hotline: 0988 293 211
Email: [email protected]
Tư vấn kỹ thuật miễn phí

Xem các loại nam châm công nghiệp Liên hệ tư vấn

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

Maglev có nghĩa là gì?

Maglev là viết tắt của "Magnetic Levitation" (nâng bằng từ trường). Đây là công nghệ sử dụng lực điện từ để nâng đoàn tàu lơ lửng phía trên đường dẫn, loại bỏ ma sát lăn giữa bánh xe và ray.

Tàu Maglev nhanh nhất thế giới đạt bao nhiêu km/h?

SCMaglev của Nhật Bản đạt kỷ lục 603 km/h trong chạy thử năm 2015. Trong vận hành thương mại, Shanghai Maglev từng khai thác với tốc độ tối đa 431 km/h, là tuyến thương mại nhanh nhất thế giới.

EMS và EDS khác nhau như thế nào?

EMS (Electromagnetic Suspension) sử dụng lực hút từ nam châm điện để kéo tàu lên phía đường dẫn. EDS (Electrodynamic Suspension) sử dụng lực đẩy từ dòng cảm ứng khi nam châm siêu dẫn trên tàu di chuyển qua cuộn dây trên đường chạy. EMS có thể nâng tàu ở tốc độ thấp, EDS cần đạt ngưỡng tốc độ nhất định.

Vì sao Maglev ít tuyến thương mại hơn tàu cao tốc thông thường?

Chi phí đầu tư Maglev rất cao, có thể gấp 2-3 lần đường sắt cao tốc thông thường. Ngoài ra, Maglev không tương thích với mạng lưới đường sắt hiện hữu, cần hạ tầng đặc chủng riêng. Điều này làm giảm tính khả thi kinh tế cho nhiều quốc gia.

Tàu Maglev có thực sự "bay" không?

Về mặt kỹ thuật, tàu được nâng lên và tách khỏi đường ray nhờ lực từ trường, tạo khe hở vài mm đến vài cm. Tuy nhiên, một số hệ EDS sử dụng bánh phụ ở tốc độ thấp và chỉ "nâng" hoàn toàn khi đạt khoảng 100 km/h trở lên.

Maglev tiết kiệm năng lượng hơn tàu cao tốc thường không?

Tùy điều kiện. Ở tốc độ rất cao, Maglev có thể hiệu quả hơn vì loại bỏ ma sát lăn. Nghiên cứu cho thấy ở 330 km/h, Transrapid tiêu thụ khoảng 45 Wh/seat-km so với 59 Wh/seat-km của ICE 3. Tuy nhiên, so sánh phụ thuộc nhiều vào cấu hình tàu, tuyến đường và số điểm dừng.

Shanghai Maglev có còn hoạt động không?

Có, Shanghai Maglev vẫn đang hoạt động, nối sân bay Phố Đông với trung tâm Thượng Hải. Tuyến khai trương năm 2004 và là tuyến Maglev thương mại cao tốc duy nhất trên thế giới hiện tại.

Dự án Chūō Shinkansen của Nhật khi nào hoàn thành?

Giai đoạn đầu Tokyo-Nagoya dự kiến hoàn thành vào cuối thập kỷ 2030. Giai đoạn sau nối đến Osaka có thể kéo dài thêm nhiều năm. Dự án đang trong giai đoạn xây dựng với nhiều thách thức về địa chất và chi phí.

Hyperloop có phải là Maglev không?

Hyperloop thường kết hợp công nghệ nâng từ (tương tự Maglev) với ống áp suất thấp để giảm cả ma sát lăn lẫn lực cản khí động. Có thể coi Hyperloop là "Maglev trong ống chân không"—một bước tiến kế tiếp của công nghệ Maglev.

Việt Nam có thể xây dựng Maglev không?

Về mặt kỹ thuật, hoàn toàn có thể. Tuy nhiên, do chi phí rất cao và không tương thích với mạng lưới hiện hữu, Việt Nam hiện nghiêng về công nghệ tàu cao tốc bánh-ray cho dự án Bắc-Nam. Maglev có thể phù hợp hơn cho các hành lang ngắn đô thị vệ tinh trong tương lai xa.