【鉄道・電車のモーターの話】鉄道、電車のモーターに使われている電動機って直流電動機ですか？交流電動機

【鉄道・電車のモーターの話】鉄道、電車のモーターに使われている電動機って直流電動機ですか？交流電動機ですか？


直流電動機なら、
１.直巻電動機モーター？
２.分巻電動機モーター？
３.他励電動機モーター？

交流電動機なら、
４.同期電動機モーター？
５.誘導電動機モーター？

誘導電動機モーターなら、
5-1.単相誘導電動機モーター？
5-2.三相誘導電動機モーター？

どのモーターが使われているんですか？

No.8 ベストアンサー 回答者： koge-magu 回答日時： 2016/12/01 10:17

こんにちは。

電車運転士をして居ります。

最近の主流は、
かご形三相誘導電動機です。
質問文の中だと、5-2です。

質問者様は電気関係に通じている方だと見受けられるので、ある程度専門的な用語を使わせていただきます。
電車登場黎明期～1980年代くらいまでは、交流電動機が良い事は分かっていたものの、実用に落とし込む次元ではなかったので、直流電動機でした。

始まりは1の直巻電動機です。
抵抗を介して制御する“抵抗制御”。

半導体技術から、
1970年代に複巻電動機。

分巻電動機だと、高周波分巻チョッパ制御で実用化されています。
今はVVVF制御に積み換えられて数が減ってしますが、東京メトロの車両で多く見られました。

直流電動機は、質問者様はもうご存知だと思いますが、ブラシの交換と、カーボンのカスが電動機のコアの部分に付着してしまうので、定期的な清掃（研磨）が必要です。
清掃しないと高圧が短絡し、フラッシュオーバー起きてしまいますから。

界磁チョッパ制御など、半導体技術が成熟した事もあり、昨今は交流電動機を使うことが殆どです。
理由は上記の通りで、フラッシュオーバーのリスクはなく、メンテナンスの軽減、一時的な過負荷にも耐えられるので。

鉄道車両の分類だと、
○抵抗制御
○チョッパ制御（電機子チョッパ・界磁チョッパ）
○VVVF制御
……と、3つに分かれるのですが、一番数を減らしているのは、実は“チョッパ制御”になります。

半導体がなく、定期的な部品交換で直しようがある抵抗制御は寿命が長く、
回生電力を期待するのなら、機器更新するより半導体の寿命に合わせてVVVF制御に積み換える（若しくは車両そのものを廃車する）方が効率的だからです。

この回答へのお礼

みなさん回答ありがとうございます

歴史まで教えてくれて感謝です

お礼日時：2016/12/01 14:02

No.7 回答者： tksk835 回答日時： 2016/12/01 00:27

現在の鉄道のモーターは、ほとんどが交流電動機です。

　日本の鉄道において電車は、はじめは直流電源で開通しました。
　その頃は直流電動機の直巻電動機が使われました。

　理由は電源が直流なので、直流電動機を用いることになるのですが、
直巻モーターの特性が、
「低速時はトルクが強く、高速回転になるほどトルクが下がる」
という鉄道の走行特性に一致していたからのようです。

　なお、自動車のエンジンの回転特性は、「低速時にはトルクが弱く、
高速回転になるほどトルクが上がる」ので、変速機（ギア）を介して、
低速から高速まで加速できるようにしています。が、鉄道のモーターは
上記の特性から変速機は一般的についていません。


　その後、鉄道は１９６０年代に交流電化も開発されましたが（東海道
新幹線など）、モーターはほとんど直流電動機のままでした。
　「交流電源なので、交流電動機を使用してもいいのでは？」とも思い
ますが、直巻電動機の特性である上記の理由には、「加える電圧を変え
ることで、回転速度を容易に変えられる」利点もあったため、そのまま
直流電動機が使われました。

　交流電車に搭載されている直流電動機については、電車内で交流を直流に
変換して、電動機に用いました。


　１９８０年代になると、半導体技術も進歩し、電源をいろいろと変換できる
ようになります。
　その中で、鉄道に交流電動機を使用するようになりました。

　交流電動機（三相誘導電動機）は直流直巻電動機と比べて、一般的に次の
利点があります。

１．構造が簡易。
２．直流電動機にある「整流子」が不要なので、同一寸法であれば、
　　出力を大きくできる。
３．保守が容易（「整流子」がないので、定期的な分解・点検が
　　不要となる）。

しかし、直流電動機に比べて、不利な点として、

１．回転速度の制御が複雑（回転速度とトルクを制御するには、
　　電動機に加える電圧と周波数を連続的に変える必要がある）。

があります。しかし、この電圧と周波数を連続的に変える技術が開発され、
１９９０年代には交流電動機が鉄道のモーターに採用されるようになりました
（東海道新幹線では３００系から）。

　また、近年では、同期電動機も一部の鉄道で採用されています。
　利点としては、

１．三相誘導電動機よりも、効率が良い。

などがあります。

No.6 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2016/12/01 00:20

電化方式が直流でも交流モータが使われる事もあれば、交流でも直流モータが使われます。

電車は、気動車やトラックなどのようなトルクコンバータと逆転器は積まず、台車にモーターを載せています。
その為、モーターの特性は、起動時にはトルクが得られ、高速走行では回転力が得られる必要があります。
また、モーターは多の方法と併用で制動力を得る為にも使います。
これが発電ブレーキや回生ブレーキと呼ばれるものです。
発電ブレーキは、この電力を使ってくれる相手が必要で、所定の制動力が得難い問題があって回生ブレーキが主流。

モーターの片方を台車で支え直接車軸のギヤに動力を伝える方式が「吊り掛け式」。低速で走る古いタイプの電車に多い。
自在継手を介し動力を伝える方式が「カルダン式」。モーターを車軸と並行に配置すると平行カルダン式。直角に配置すると直角カルダン。

電車の制御方法は、時代の変遷と路線の特性に依り多岐に亘ります。
最近は、直流区間でも、交流モータを使ったVVVF（可変電圧可変周波数）制御が主流。
交流モータは、ブラシ（整流子）を必要とせず、メンテし易い。
更に、電圧と周波数で自在にトルクと回転力をコントロールできます。

モーターの種類は、制御方式と関係します。
VVVF制御では、一般的に「かご形三相誘導電動機」を用いる事が多いです。

No.5 回答者： windwald 回答日時： 2016/11/30 22:19

直流電化区間だから直流電動機、交流電化区間だから交流電動機という認識は完全な誤りです。

交流区間だろうが直流区間だろうが、昭和までは直流電動機が平成以降は交流電動機が主流です。
(交流電化の黎明期には、電源を直接利用する交流電動機の利用も検討され、現在でもごく少数存在します。)
現在使用されている交流電動機も、交流電化の区間では一度整流して直流にしたのち再度交流を発生させています。

No.4 回答者： AVENGER 回答日時： 2016/11/30 21:14

本州と九州を往復するＪＲ九州の電車は交直両用なんだけど、どれなんだろね。

下関門司間で切り替えてるよ。

No.3 回答者： Hoyat_for_goo 回答日時： 2016/11/30 20:59

>鉄道、電車のモーターに使われている電動機って直流電動機ですか？交流電動機ですか？

どっちもあります。
交流線区、直流線区がありますし、両方走れせるものもあります。

>直流電動機なら、

１.直巻電動機モーターが多いですね。
主に電車に使われています（電気機関車でも直流電気機関車に使われています）。
２.分巻電動機モーターはディーゼル機関車の一部に使われています。

>交流電動機なら、

５.誘導電動機モーターが電気機関車に多く

>誘導電動機モーターなら、

5-2.三相誘導電動機モーターが多く使われています。

No.2 回答者： windwald 回答日時： 2016/11/30 20:58

電車のモーターは直流電動機も交流電動機もどちらも使われます。

その特性より直流分巻電動機や交流同期電動機はあまり使われていないようですが。

歴史的には直流直巻電動機を使用した抵抗制御に始まり、チョッパ制御などの制御方式がとられ、
複巻電動機を用いた界磁チョッパ、直巻電動機を他励制御する界磁添加励磁制御などへと発展します。
平成以降の設計になると交流三相誘導電動機を用いた可変電圧可変周波数制御が主流です。

なお、「電動機モーター」という言い方は「排気ガス」だとか「チゲ鍋」だとかと同じ二重表現です。
三相誘導電動機もしくは三相誘導モーター(または三相誘導電気モーター)
などと表現しましょう。

No.1 回答者： kairou 回答日時： 2016/11/30 20:48

あまり詳しくはありませんが、会社や路線に依って気がうと思います。

主に使われているのは、「直流整流子電動機」と「単相整流子電動機」と云われるもので、
交流区間では「三相誘導電動機」も使われているようです。

一般的なモーターとは違う構造の物らしいです。
起動時にトルクが大きいことが必要で高速時には小さなトルクで充分なため。
最近では、制動時に回転力を発電に使う方式の物もあるようです。