I Japan är snabbtåget Shinkansen fyllt till bristningsgränsen och behöver utökas med flera, snabbare linjer. Snabbtåg på räls bullrar, medan turbulensen i luften är det enda som väsnas om svävtåg, och då bara när de kommer uppåt 300 km/t. För att kontra detta har man gjort dem extremt, surrealistiskt aerodynamiska.

Det kommer att gå fort. Acceleration från 160 till 500 km/h på 30 sekunder utan minsta skakning har demonstrerats på den japanska prototypen till Tokyo-Osaka-banan.

Maglev (magnetic levitation) är ett tåg som flyger på, och drivs framåt av, ett magnetfält. Det finns två flygprinciper: antingen stöts magneter i tåget bort av ett uppåtriktat - repulserande magnetfält ovanpå spåret - eller också hänger magneter i tåget i ett attraherande magnetfält under spåret. Båda fungerar och båda används. Repulserande system använder sig av supraledare som motmagneter i vagnen och det är dyrt med supraledare och heliumkylsystem varför man hittills bara byggt attraherande system, men de nya japanska tågen har supraledande motmagneter i vagnarna och hänger i ett magnetfält från sidorna.

Metoden för beröringsfri drift är att tåget kastas och dras framåt av ett magnetfält som rör sig längs spåret. Motmagneter eller virvelströmsfenomen i tåget kontrar magnetfältet och i idealfallet kommer vagnen att röra sig framåt lika fort som magnetfältet förflyttas, lämpligen ett trefasfält. För att öka och minska farten ökas och minskas frekvensen på trefasfältet. I det japanska fallet används 0 till 50 Hertz för farter mellan 0 och 500 km/h och i det tyska fallet 0-270 Hertz, helt enkelt för att det tyska tåget har fler poler.

En vanlig rund asynkron trefasmotor har flera uppsättningar poler – kallade R, S och T - runt insidan. När R-fasen ligger på topp är R-polen mest magnetisk. När strömmen växlar så att S-fasen ligger på topp är S-polen mest magnetisk osv. Så länge växelströmmen är på snurrar fältet runt inuti motorn och rotorn hänger med. Det man gör med maglev är man rullar ut dessa så de ligger efter varandra i rad. Då kommer fältet att röra sig längs plattan. Ovanpå detta placerass  325 utplattade motorer efter varandra och sedan har man ett tågspår med ett fält som rör sig längs spåret. Placera en aluminiumbit på spåret och den kommer att fara iväg ikapp med magnetfältet. Ökas frekvensen går det fortare och sänks den går det långsammare.

Vad händer om strömmen till lyftmagneterna skulle ta slut? I det japanska fallet faller tåget ett par centimeter och landar på hjul. I det tyska fallet släpper man ström från batterier ombord genom en spole i tågets botten som orsakar virvelströmmar i stålet i banan, som bromsar tåget till 10 km/h varefter det faller ned på glidskenor. En sorts omvänd maglev-funktion. Inbromsningen blir sannolikt inte den bekvämaste.

Den som byggt och sålt flest maglevjärnvägar är det tyska företaget Transrapid i Emsland. Förutom sin 31,5 kilometers provbana i Emsland körs tåg i kommersiell drift i Shanghai i Kina. Emsland-banan öppnades 1984 och sedan dess flera generationer tåg provats. Den näst senaste versionen, Transrapid 07 har körts mer än 550.000 kilometer och transporterat fler än 220.000 passagerare. 1993 uppnådde tåget världsrekordet för maglevtåg i passagerartrafik med 450 km/t. Det har sedan dess ersatts av Transrapid 08 som erhållit typgodkännande för kommersiell drift. Det är konstruerat för 550 km/t och är dessutom lättare och tystare än sin föregångare.

Transrapids tåg grenslar spåret och har en stödmagnet (röd, attraherade magnet) som hänger i en stator (grön) från spårets undersida. Tåget hålls på plats i sidled av en styrmagnet på var sida (guidance magnet) som helt enkelt suger åt sig tåget om det skulle komma för långt åt sidan. Magnetfältens styrka måste styras med servoelektronik så att tåget alltid hänger cirka 10 millimeter ovanför spåret.

Spåret byggs av betong i form av balkar med 50 meters längd som stöds av stolpar var 25:e meter. För att tåget ska gå någorlunda rakt fram trots att marken varierar i höjd (sidkrafterna kan bli våldsamma i 500 km/t) kan stolparna vara mellan 2,2 och 20 meter höga. Spåret kan inte gå på marken eftersom det skulle kunna bli mycket farligt med djur på spåret.

Tåget klareras från en fjärrklareringscentral som vilken automatisk bana som helst. Bilden ovan visar Transrapids central i Tyskland. Kommandon från klareringen går ut på en optisk fiber som ligger längs banan, och förarens order (hastighet, inbromsning mm) går tillbaka till klareringen samma väg. Själva överföringen är naturligtvis en radiolänk. Eftersom tåget inte har några egentliga motorer måste förarens order om hastighet och inbromsning skickas till centralen som i sin tur styr om växelriktarna för att mata ut lämplig trefasfrekvens.

Fjärrklareringscentralen säkrar, precis som Trafikverket, att inte två tåg kommer för nära varandra och blockerar banan för ett tåg om det framförvarande inte skulle ha hunnit iväg. Tågens position på banan erhålls från digitala baliser på spåret som tolkas av en mottagare i tåget och sänds till centralen.

Här är metoden lite mera rakt på sak än för spårtrafik. Banan är segmenterad. Eftersom man inte har kraften på, på segment som för tillfället inte har ett tåg, främst för att spara effekt och på sätt öka verkningsgraden, kan man förhindra två tåg att komma för nära varandra genom att helt enkelt inte släppa på strömmen. Man kan också sätta en maxhastighet för det bakomliggande tåget genom att inte tillåta en drivfrekvens högre än ett värde som gör att det kan bromsas i tid innan det når fram till segmentets slut.

Tåget nödbromsas genom att man aktiverar magneter under vagnen med likström från batterier ombord. Dessa orsakar virvelströmmar i stålkärnan i spåret vilket ger motverkade magnetfält som drar tåget bakåt. När faten är tillräckligt låg (10 km/h) kan tåget landsättas på sina glidskenor.

Shangahi

Konstruktionen av det första kommersiella Transrapid-systemet påbörjades i Shanghai 2001 och systemet var igång 2004. Linjen är 30 kilometer och går mellan flygplatsen Pudong och affärsdistriktet Shanghai Lujiazui. Det tar 8 minuter att åka de 3 milen (Sergels torg – Södertälje centrum tar idag drygt en timme). 2003 satte tåget världsrekord med 501 km/h medan ett tåg passerade i motsatt riktning i 430 km/h, men det normala är att man håller sig till 430 km/h. Denna linje är den snabbaste järnvägsförbindelse som finns.

Next stop Munich

Transrapids hemland har beslutat sig för att också bygga en bana. Staden München ska bygga en bana mellan storflygplatsen Franz-Joseph Strauss och centralstationen, som skulle vara klar 2010 men som sköts i framtiden 2008 av ekonomiska skäl. Där finns redan en järnvägslinje, men den är överbelastad, liksom motorvägarna. De 38 kilometrarna ska överbryggas på bara 10 minuter i 350 km/h.

Miyazaki Maglev Test Center

Japanerna började som alla andra med att bygga experimentella maglevbanor för olika utställningar och har på detta sätt transporterat fler än 2 miljoner passagerare. Två banor i experimentdrift utvärderas för närvarande i Japan.

Japanerna har lagt ned miljarder dollar i utveckling av tåg enligt både attraktions- och repulsionsprincipen. Till slut fastnade det nyligen privatiserade Japan Rail (JR) och dess forskningsavdelning Railway Technical Research Institute (RTRI) för den repulserande principen med supraledande magneter i tågen. Man valde ett så högt flygavstånd som 10 centimeter, för att undgå att överföra vibrationer från de talrika japanska jordskalven till vagnarna.

1977 öppnades en första kort provlinje på 7 kilometer i Miyazaki län. Den användes för utprovning av metoder och vagnar för nästa projekt. Hastigheter på 352 och 400 km/h uppnåddes och det supraledande systemet färdigställdes. Man provade ocksåluftbromsar för nödbromsning.

1979 slog man hastighetsrekordet för höghastighetståg, med 518 km/h. Avsikten med dessa mycket höga hastigheter är att konkurrera både med Shinkansen och flyget.

Yamanashi Maglev Test Line

En provbana på 42,8 kilometer mellan städerna Sakaigawa och Akiyama öppnades 1996. Banan finns i Yamanashi län och kallas därför för Yamanashi Maglev Test Line.

När Central Japan Railway Company började planera för en bana från Tokyo till Osaka 1997 (som skulle innefatta banan i Yamanashi) hade man bedömt att hastigheter på 274 km/h var nödvändiga för att kunna konkurrera med flyget. De första tågen är konstruerade för 500 km/h men man avser att senare gå upp till 800 km/h. Förmodligen behövs 10 cm flyghöjd vid dessa hastigheter för att minimera risken att tåget berör banan, helt bortsett från jordskalven.

Här fortsätter experimenten med tågtyperna MLX01-aerowedge

MLX01 Double Cusp

och MLX01 superstrykjärn

På spåret

De japanska spåren utförs som u-formade gravar i betong med magneterna monterade i sidorna. Ytterst ligger framdrivningsspolarna (blå) som åstadkommer det framrusande magnetfältet med hjälp av en trefasström. Innanför dessa ligger lyftspolarna (röda) som både lyfter och håller tåget kvar i mitten. Båda spolsystemen samverkar med de supraledande enheterna ombord på tåget. Botten av betongspåret är passiv och har bara två upphöjningar för tågets hjul, om det skulle behöva nödlanda (eller landa vid en station).

En knivighet: växeln

Växlar blir av nödvändighet väldigt klumpiga. Man måste förskjuta ett spår (traversing) och skjuta in ett annat med hydraulik. Det kan ju låta enkelt, men om spåret väger ett par tiotals ton, är 30-40 meter långt och felet inte får bli mer än ett par millimeter är det inte så enkelt.

El-reflektioner

Man använder sig av tre switchaggregat (frekvensomriktare) för att skapa trefasströmmen. Den norrgående Yamanashi-linjen drar 38 MVA medan den södergående får nöja sig med 20 MVA. Tågets fart regleras som sagt med drivfrekvensen och för den norrgående linjen använder man sig av 0-56 Hertz för att åstadkomma hastigheter på mellan 0 och 550 km/h och den på södergående 0-46 Hertz för 0-450 km/h. Det är uppenbart att skillnaden mellan 450 och 550 km/h kräver mycket effekt. Driftsystemet beräknar också hastighetskurvor som styr frekvensomriktarna för att accelerera och bromsa tåget korrekt.

Här får vi nu en chans att räkna på verkningsgraden. Ett fullsatt pendeltåg (Pågatåg) som drar på för fullt, drar 1 MVA per tågsätt. Fem tågsätt ihop blir 5 MVA. De kommer sällan upp i över 160 km/h så luftmotståndet i den farten är inte så betydelsefullt.

Luftmotståndet ökar emellertid med hastigheten i kvadrat, så effektbehovet ökar med hastigheten i kubik. Jämför man hastigheterna: (550/160)^3= 40,62, dvs luftmotståndet för det japanska tåget är 40 ggr viktigare än för pendeltåget. Även om man har supraledande magneter så drar kylsystemet en icke försumbar effekt.

Det är det man får böta för att få susa fram i 550 kilometer i timmen, lugnt njutande av ett glas gott vin, medan landskapet rusar förbi utanför rutan och korna sprutar åt höger och vänster.