リニアモーターカーの超伝導体について

　なぜ超伝導体が必要なのでしょうか？普通の磁石の強いものではだめなのでしょうか？
一人乗り用の小さなリニアモーターカーをつくるとしたら超伝導体は必要ありませんか？

No.5 ベストアンサー 回答者： xcrOSgS2wY 回答日時： 2005/08/29 23:12

念のため、常伝導を利用したリニアモーターカーを商業実用化している具体例を挙げておきます。

　　東京の地下鉄大江戸線
　　愛知万博の「リニモ」
　　大阪の地下鉄長堀鶴見緑地線

リニアモーターカーとはリニアモーターで駆動力を得る車両のことですので、リニアモーターカーに超伝導が必須か否かは、すなわち「リニアモーターを作るために超伝導が必須か否か」によります。

答えは当然、必須ではない、ですよね。

ちなみに、質問が「超伝導が必須か否か」でしたので「必須ではない」という回答になっていますが、電磁石が必須か否かという質問であれば「必須です」となります。

この回答への補足

　なぜ電磁石が必須なのでしょうか？普通のN-S磁石（こう呼ぶかは知りません）ではだめなのでしょうか？

補足日時：2005/08/29 23:21

No.14 回答者： xcrOSgS2wY 回答日時： 2005/08/30 23:24

リニアは小さいですよ・・・と言うと語弊がありますが、通常の回転モーターを使う車両よりも小さな車両にすることが可能です。

リニアモーターは回転モーターより薄く作れますから。

先に（#5で）挙げた地下鉄大江戸線と地下鉄長堀鶴見緑地線（の新規開通区間）は、従来型車両では入らないだろうなぁと思える、本当に小さなトンネルです。この2線は掘削コスト削減のためにリニアにしたのかもしれませんね。

No.13 回答者： TT414 回答日時： 2005/08/30 17:57

今までの回答に書いてないことの補足。

超伝導体を使った磁石だと10cm以上浮上できます。
常伝道電磁石だと数cmが限度です。

時速500kmほどの、リニアモーターだと超伝導体は必須です。
一人乗り用の小さなリニアモーターカーでしたら1cmも浮上させる必要が無いので常伝道電磁石、永久磁石でも作れます。
愛知博の「リニモ」も1cmです。

この回答への補足

　小さなリニアができれば場所をとらずに実用的ですかね？地下鉄新幹線の小型版ができれば便利ですかね？
長崎新幹線がリニアでできないかなあ・・・とおもっていたりします。

補足日時：2005/08/30 22:34

No.12 回答者： frage 回答日時： 2005/08/30 16:04

No.5、No.11の方と同意見ですが、これまでのご回答の行間を埋める意味も含めて若干補足させて下さい。

●リニアモーターとは、直線方向（リニア）に推進力を発生させるモーターです。車上の装置と地上の装置との間に電磁力を働かせて、推進力としています。つまりリニアモーターで推進するから、リニアモーターカーと言う訳です。車体を磁力で支えるか（磁気浮上）車輪で支えるかと、リニアモーターを使うかどうかとは原理的には関係ありません。

●これに対して一般のモーターは、回転力の形で推進力を発生させています。回転力を車輪に伝え、車輪とレールとの摩擦を利用して推進力としています。つまり車輪はしっかりとレールに乗っていなくてはならず、磁気浮上（車輪を使わない方式）は無意味です。

●リニアモーターにせよ磁気浮上にせよ、原理的には超伝導電磁石とすべき絶対的必要性はないと思います。しかし実用的には超伝導電磁石が必要になる場合があります。

●JR宮崎や山梨のリニア新幹線実験線でのリニアモーターカーでは、確かに超伝導電磁石を使っています。これは、磁気浮上と高速推進という点から、磁石重量あたりの磁力の強さをはじめ実用上の諸問題を検討した結果であると思います。

●一人乗りリニアモーターカーであれば、車輪つき・磁気浮上どちらも、超伝導電磁石でなくてもよいかも知れません。エネルギ効率や速度などを無視すれば・・・。

●なお、磁気浮上というのは走行抵抗を減らす手段です。エネルギー節約という点で、駅間のレールに下り・上りの勾配をつけて重力を利用するというアイデアも外国にはあるようですが、リニアモーターカーの電磁石とは別の議論です。

No.11 回答者： mii-japan 回答日時： 2005/08/30 12:05

まず質問書にお伝えします

リニアモータカー　と(磁気）浮上　は全く別のものです

リニアモータカーとは磁気浮上電車のことではありません
普通のモータの代わりにリニアモータを使用した電車のことです

これを一緒にしてしまっているから,皆さんの説明が判らないのです（もっとも,そう誤解させるような記事が多いのですが）

ですから,リニアモータによる推進　と
（磁気）浮上による,走行抵抗の減少　　は,別々に考えてください

このことをしっかりと理解されていないために,皆さんの説明に対して,少しずれたコメントになっています
そのため,話がおかしな方向に行ってしまい,ますます訳がわからない状態に陥っているように思えます

車輪つきのリニアモータ電車は　＃５の回答の様に実用化されています

No.10 回答者： kentarou2333 回答日時： 2005/08/30 07:46

そもそもリニアモーターカーというのは推力を電磁石で得る事を指します。

naga092 さんのおっしゃっているリニアモーターカーは単に摩擦を減らすために磁石を使えばいいのではないかという話であり、磁石で推力を得ていません。

そういった意味で、リニアモーターカーは磁石で推力を得る必要があるので、超伝導とは言わないまでも電磁石が必要です。

摩擦のまったくない状況を作る事ができれば、最初に高いところから落として、その速度で巡航する事は可能と思います。

ただ、その場合空気抵抗も無くす必要があるため、真空のパイプを作る必要があります。そのため、実験室内での実現は可能かもしれませんが、現実的な交通機関としての実現は難しいと思います。

No.9 回答者： noname#13382 回答日時： 2005/08/30 07:42

#3 です。

少し本題からそれますが、naga092 さんの「経済的な乗り物を実現させるために車両を浮上させてレールとの転がり摩擦をなくす」というアイディアですが、位置エネルギーにせよ運動エネルギーにせよ、始点でのエネルギー以外にも経路の途中でエネルギーが必要となります。

理由は
１．空気との摩擦
２．導体が磁力線を横切ると電流が発生するので、運動エネルギーが電気エネルギーに変換されてしまう

１．２．いずれの場合も、熱力学の法則で最終的には熱エネルギーになってしまい、効率100％の乗り物(永久機関？)は不可能になってしまいます。
リニアモーターカーは浮上・推進のために電力を多く消費します。経済性では従来型の電車のほうが優れています。

＊新幹線も時速200kmあたりが経済的な運行の限度だそうです。それ以上は飛行機やフランス TGV とのスピード競争の意味合いが強いです。

この回答への補足

　最初の始点で電磁力でリニアのようにスピードをだし、傾斜でスピードを増させておいてあとは永久磁石の力で浮かせて走らせ、その推進力で傾斜を上らせるという　リニアと浮上電車の合体版はどうなのでしょうか？

２．導体が磁力線を横切ると電流が発生するので、運動エネルギーが電気エネルギーに変換されてしまう
についてですが　この損失は大きいのでしょうか？
永久機関をいおうとしているわけではなく（熱力学の第２法則ートムスンの定理？でしたっけ？　で否定されてますし）エネルギーの損失が少なく速い乗り物はできないかとおもっています。最初の質問からだんだんそれてきていますが・・・汗

補足日時：2005/08/30 21:52

No.8 回答者： xcrOSgS2wY 回答日時： 2005/08/30 02:30

なるほど、推進力ではなく磁気浮上のために永久磁石を使用するということですね。

それでしたら、車体のバランスさえうまく取れれば、永久磁石だけで浮上させることは可能です。

ただし、リニアモーターとは磁力（電磁石）で「連続的な直線の（回転でない）推進力」を得るモーターのことですから、磁力で「浮上する」だけではリニアモーターカーとは呼べませんので注意してください。

また、回答No.7の補足にある「始点で電磁石を使って推進」も、始点側のある程度の区間に渡って連続的に推進するのであればリニアモーターですが、始点で一発大きな反発力を発生させるだけであれば、リニアモーターとは呼びがたいと思います。

No.7 回答者： xcrOSgS2wY 回答日時： 2005/08/29 23:56

えーとですね、厳密な話をすれば、電磁石も必須ではありません。

普通の磁石（永久磁石）を、軌道と車体に固定しておいたとします。そうすると、軌道のS極と車体のS極、軌道のN極と車体のN極がなるべく近い場所まで移動して、その場所で止まってしまいます。

止まらないようにするには、磁石を動かさないといけません。例えばN極とS極の向きを変えるとか、磁石を置いてある位置を変えるとか、ということです。

では位置や向きを変えるにはどうしたらいいでしょう。それを行うには何らかの機械力が必要になりますよね。

機械力はゼンマイでも化石燃料エンジンでも構いません。そういう仕掛けを使うのであれば永久磁石でもリニアモーターカーは作れます。（「電磁石を一切使わないリニアモーターカーの実現」なんて、なかなか面白そうなテーマではあります。）

でも、機械力に電気を使うモーターを使ったとすれば、そのモーターには電磁石が入っていますから、結局はそこで電磁石を使うことになります。

それなら最初から磁石を「電磁石」にしておいて、磁石のN極とS極の向きを変えるために電流の向きを変えれば、別の機械力がなくても済むのでとてもシンプルな構成になります。

このシンプルさを実現するために、電磁石が必須なのです。

なお、原理的には軌道・車体のうちどちらか一方だけ電磁石にすれば、もう一方は永久磁石でも構いません。その場合、車体側に永久磁石を使うことが多いですが（模型の場合、車体は小さいことが多く電磁石の制御回路を入れるのが面倒なため）、軌道側に永久磁石を使った例もあります。

この回答への補足

　仮に理論的には始点だけ電磁石を使って推進したとしてあとは（レールを傾けなかったとして）摩擦がない等速度（直線）運動になるはずなので止まるまでは永久磁石だけで浮かせてはしらせれば何の力もいらないとおもうのですがですが実際はどうなのでしょうか？

補足日時：2005/08/30 00:12

No.6 回答者： noname#13382 回答日時： 2005/08/29 23:37

#3 です。

＞レールを複線にしてエレベーターのようにして本体を持ち上げるか、もしくはレールをシーソーのようにするか・・・というのはどうでしょうか？

エネルギー消費が多すぎますし、そもそも車体を浮かせなくても推進します(車体を浮かせるための電力消費が無駄になります)。

＞なぜ電磁石が必須なのでしょうか？普通のN-S磁石（こう呼ぶかは知りません）ではだめなのでしょうか？

車体側は永久磁石(普通の磁石)で OK ですが、軌道側に理由があります。
車体の前方は引き寄せる力、車体の後方は反発する力が働くように磁極を切り替える必要があります。そのために軌道には電磁石が用いられます。

この回答への補足

位置エネルギーで推進させたので今度は運動エネルギーを位置エネルギーに変えるというのはどうでしょう。
つまり１５°の傾斜ではしらせるとして終点付近で２０°の上りにして車両を止めるとすればほとんど同じ高さまで車両をもってくることができるのではないでしょうか？

補足日時：2005/08/29 23:48