TANOKAGA! ～たのしい科学～

前回の記事でリニアモーターカーについて言及したので、今回はリニアモーターカーに関する、広く一般には知られていないであろう事柄について、書いてみようと思います。

さて、東京都心の地下深くを走っている地下鉄・大江戸線をご存じですか？　昔は、都営地下鉄12号線とも言われていた、地下鉄の中ではまだ若い路線です。
この地下鉄の特徴はなんと言っても「小さいこと」！　はじめて実物を見た人は、その小ささに驚かれたのではないでしょうか？
トンネルも小さいし、車体も小さい。もちろん車内も通常の電車より狭いです。この小ささ故に、このタイプの地下鉄を「ミニ地下鉄」とも言います。

この大江戸線、実は「リニアモーターカー」なんです！
この事実を人に話すと、ほとんどの人が一様に驚きます。「そんなまさか！　だって大江戸線は『速く』もないし『浮いて』もいないよ！？」と。


リニアモーターで動く地下鉄・大江戸線の車両　(C) Wikipedia

さてさて、多くの人が驚く衝撃の事実、大江戸線がリニアモーターカーだという証拠と解説は以下から！

多くの人が大江戸線をリニアモーターカーだと信じられない理由、それは、我々が持っている「リニアモーターカー」のイメージがそもそも間違っているからに他なりません。

リニアモーターカーといわれて真っ先に思い浮かべるのが、JR東海が開発中のリニア中央新幹線ではないでしょうか？　マスコミでもよく取り上げられていますからね。
あのリニアモーターカーは、流線型の車体で、時速500キロを出して、浮上して進みますね。おそらくこれで、「リニアモーターカー＝速くて浮く」という図式ができてしまうのではないでしょうか。
しかし、リニアモーターカーの定義は、「リニアモーターによって駆動する乗り物」なのです。そこに、「速い」だとか「浮く」などという条件は必要有りません。別に速くなくても、浮かなくても、リニアモーターという装置で動きさえすれば、それは立派な「リニアモーターカー」なのです。

ではそもそも、リニアモーターって何なのか。という疑問が生じると思います。
そこで今回は私が解説する代わりに、以下の番組をご紹介します。リニアモーターと、大江戸線の秘密について勉強したい人は、ぜひご覧ください。

リニアモーターの地下鉄！　大江戸線を調査せよ！｜サイエンスチャンネル

（以下は、上記番組の補足解説です。）

我々が普段「モーター」と呼んでいるものは、「回転運動をするモーター」のことです。対してリニアモーターとは、「直線運動をするモーター」のことです。”リニア”とは”直線”の意味です。

回転式モーターの仕組みは中学校で習いますね。永久磁石とコイルからできているシンプルな構造です。コイルに電気を流すことでコイルが電磁石になり、磁場が発生します。それが永久磁石と影響し合って、軸が回転するのでしたね。
リニアモーターも仕組み自体は回転式モーターと同じようなものです。回転式モーターの電磁石と永久磁石を、筒状ではなくて、直線状にしただけですね。
しかし直線上にすることで、リニアモーターの利点が生まれます。回転式モーターは筒状にしなければいけない都合上、どうしても大型化してしまいますが、リニアモーターは平べったいので、小型化することができます。
大江戸線の車体の下部には、モーターではなくリニアモーターの電磁石が据え付けられていますね。とても平べったくてコンパクトですね！
動力をコンパクトにできれば車体やトンネルも小さくすることができるので、地下鉄の建造費も安くなりますね！

さて、大江戸線の車体にはリニアモーター用の電磁石が取り付けられています。では、永久磁石はどこにあるのでしょうか？　磁石の吸着・反発作用を利用して動かす以上、永久磁石もないといけませんね。
永久磁石の代わりとなるのが、線路の間に敷かれているリアクションプレートです。これは、鉄にアルミの板を貼り付けたものだそうです。
ですが、アルミニウムは永久磁石でないどころか、磁石にくっつくことすらできませんよね。ではなぜアルミニウムが永久磁石代わりになるのでしょうか。

ポイントは、アルミニウムは「磁石にはくっつかない」が「電気は流す」ということです。
アルミニウムに電磁石から生じる磁力をあてると、アルミニウムに電気が流れます。物質に電気が流れると言うことは、同時に磁力も出しているということになりますね。
つまり、車体についている電磁石が磁石になり、かつ同時に、線路に敷かれたアルミニウムも一瞬磁石になる、ということなのですね。すると磁石同士の吸着・反発作用が生まれますから、それによって車体が走る、ということになるのです。

ううむ、ちょっとややこしいかな・・・？

このリニアモーターで動く地下鉄は、東京だけでなく、横浜や大阪などにもあります。
リニアモーター地下鉄の最大の特長は先にも書いたように「小さくて安く造れる」ことですが、大きな欠点として、「消費電力が高い」ことが挙げられます。
それは、電磁石とリアクションプレートの隙間が広いことによって、多くの磁力が逃げてしまい、エネルギー変換効率が下がってしまうのが原因です。
更に近年では技術革新によって、回転式モーターの小型化が順調に進んでいるそうです。効率で勝る回転式モーターが小型化してしまうと、リニアモーターの利点がかすんでしまうかもしれません。

リニアモーターカーという言葉の響きはとても未来的で、私たちをときめかせてくれますが、すべてにおいて理想的な技術ではなかったというわけですね。

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