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第160回 大規模に本格化してきた、リニアモーターカーをみてみよう!

 2010年5月、JR東海は「超電導リニアによる中央新幹線の実現について」というリリースを発表。東京—名古屋間は2027年、名古屋—大阪間は2045年の開業を目指すなど、事業計画の概要を公開しました。筆者が子どもの頃から、ずっと「未来の象徴」に留まっていたリニアモーターカーが、いよいよ営業運転に向けて一歩踏み出したわけです。

 ただし、「リニアモーターカー」自体は、すでに20年以上も前から営業運転を開始していますし、読者のみなさんの中にも通勤や通学で毎日利用されている方がいらっしゃるはずです。愛知万博会場への交通手段として営業運転が開始されたリニモ(愛知高速交通東部丘陵線)だけではありません。日本国内で、ここ20年ほどの間に開業した地下鉄では、「鉄輪式リニアモーターカー」が主流となっているのです。開業した順に、それらの路線をあげてみましょう。
  • 大阪市営地下鉄 長堀鶴見緑地線(1990年3月一部開業・全線開通は1997年)
  • 東京都営地下鉄 大江戸線(1991年12月一部開業・全線開通は2000年12月)
  • 神戸市営地下鉄 海岸線(2001年7月開業)
  • 福岡市営地下鉄 七隈線(2005年2月開業)
  • 大阪市営地下鉄 今里筋線(2006年12月開業)
  • 横浜市営地下鉄 グリーンライン(2008年3月開業)
 これらすべての路線の総延長を合計すると100.5kmにもなります。また、2015年の開業を目指して工事が進められている仙台市営地下鉄 東西線(動物公園駅−新井駅間14km)も鉄輪式リニア車両を採用しています。

そもそもリニアって何?


 計画されている中央新幹線、営業運転中のリニモや上海トランスラピッド(中国)は、「磁気浮上式」のリニアモーターカーです。磁力によって車体を地面から浮き上がらせた上で、リニアモーターによって推進力を得るのですが、車両を安全確実に浮上させておく上で技術的な課題が少なくないため、一般に広く普及していないのが現状です。これに対して、鉄輪式リニアモーター地下鉄(リニアメトロ)は、車体そのものは通常の電車と同様に車輪で支え、軌道にもレールを使い、推進力にだけリニアモーターを使うものです。

 リニアモーターの「リニア(Linear)」は「直線的」の意味です。リニアモーターとはその名の通り、直線方向に作用する構造のモーターです。その原型は1841年にイギリスのホイートストンが考案、現在も大英博物館に展示されている「片側式誘導型モーター」に辿ることができます。「リニアモーター」の名は1891年にフランスのレボンが考案したと言われ、同年にはアメリカのブラックリーが移動磁界を用いたリニア誘導型モーターを考案。1900年代の初頭には、早くもリニアモーターを用いた鉄道車両やモノレールが構想されていたことが記録に残っています。

 通常の電動モーターが、1次側(ステータ、固定子)と2次側(ロータ、回転子)で構成されていることはご存知でしょう。最もベーシックな構造である直流モーターの場合、1次側に異なる極性が重なった構造の永久磁石を配置して平行な磁場を作り、その内側に配した2次側のコイルに電流を流して電磁力を発生、磁界の移動による1次側と2次側の磁極が反発/吸引する力を利用して2次側を回転運動させ、その力を機械エネルギーとして利用しています。電車で使われている交流モーターは構造が少々異なりますが、固定子と回転子の関係は同様です。

 これに対してリニアモーターは、1次側と2次側を切り開いてまっすぐに展開したような構造によって、磁界が直線的に移動することが特徴です。リニモやリニアメトロが採用しているリニアモーターでは、1次側=車体側にコイルを配置し、レール側に置いた2次側の磁石(リアクションプレート、固定子)、その間の距離を保つために支持する「支持案内部」で磁気回路を構成する「誘導型リニアモーター」です。センサで1次側の位置と速度ならびに、それらの関係から導き出される加速度を検出し、それに応じて制御系が1次側へ流す交流電流の量と周波数を調整することで推進力を得ています。ちなみに、JR東海が計画している磁気浮上式リニアでは逆にレール側にコイル、車体側に磁石を配置する「同期型リニアモーター」を採用しています。

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