リニアモーターカーと超電導技術

公益財団法人鉄道総合技術研究所岩松 勝

２０１１．８．６ 創造性の育成塾 講話

今日の話題

• リニアモーターカーって？

• 超電導リニアの特徴どうやって走る？どうやって浮いてる？

• 超電導ってどんな現象なの？

• リニアっていつできるの？

• 夢のある超電導の話

東京から大阪までどうやって行くのかな？

東京ー大阪間の所要時間

0

5

10

15

20

25

1850 1900 1950 2000 2050

西暦

所要時間（時間）

東海道新幹線開業

リニア開業

リニアモーターカーって？

•リニアモーターを使って走行する鉄道。•リニアモーターは磁石で構成されているよ。•浮いて走らないリニアもあるんだよ！

リニアの仲間たち

ＨＳＳＴ（リニモ）

上海マグレブ（中国）超電導リニア

愛知高速交通 東部丘陵線 リニモ(ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞより)

上海空港線(ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞより)

山梨実験線

リニアメトロ

超電導リニアの特徴

鉄道の基本構成

※国土交通省資料より

推進コイル

ガイドウェイ

超電導磁石

浮上・案内兼用コイル

超電導リニアの基本構成

※国土交通省資料より

超電導リニアの駆動方式

送電線

推進コイル

浮上案内コイル超電導磁石

電力変換変電所(電力変換装置)

列車の位置等の情報

駆動制御システム

制御情報

電力供給

走行を制御する電流

ガイドウェイ

磁石の種類

永久磁石

電磁石

超電導磁石も電磁石の一種

（でも永久磁石に似てる）

リニアモーター

固定部

回転部 可動部

円筒モーター リニアモーター

リニアモーターの原理（進む原理）

Ｓ Ｎ

ＳＮ Ｎ

車両側

地上側

超電導磁石

電磁石

電磁誘導

N

S

磁石を動かすとどうなるかな？

浮上走行時

案内車輪

車輪走行時

緊急着地輪

左右ｷﾞｬﾌﾟ

上下ｷﾞｬｯﾌﾟ

浮上・案内コイル

支持車輪

台車枠

超電導磁石

推進コイル

均衡変位

走行モードの変化

吸引力

浮上力なし浮上力

反発力磁束

浮上コイル

超電導磁石

浮上の原理

浮上の原理

浮上力あり

磁束

浮上コイル

超電導磁石

反発力

吸引力

浮上力

均衡変位

案内の原理

浮上・案内コイル

超電導磁石

車両の左右変位

SN SN

N

N

N

N

浮上・案内コイル

超電導磁石

復元力

ヌルフラックス線

反発力 吸引力

山梨リニア実験線について

山梨リニア実験線の概要

新幹線とリニアの加速度比較

※国土交通省資料より

リニア実験車両（The MLX01）

超電導って？

物質の温度をどんどん下げていったときに、電気抵抗がなくなってしまう現象！

温度をすごく下げないと、超電導状態にはならないよ！

物質を冷やすとどうなるのかな？

気体→液体→固体に変化する！

室温で気体：空気（酸素、窒素）など室温で液体：水など室温で固体：金属（鉄、銅）など

←これは何？

物質の三態

固体

物質によって、液体になったり、固体になったりする温度は異なる！

水 鉄 窒素気体

100 2754 -196液体

0 1535 -210固体

（単位：℃）

超電導状態を維持するには！

• 低温の状態が必要です！

• 低温の状態を作るには？

– 冷凍機で冷やす

– 温度が低くても液体の状態である冷却材（液体窒素や液体ヘリウムなど）を使う

液体ヘリウムを使うと－２６９℃（４Ｋ）まで冷やせる！

主な冷凍機と冷却材

ＧＭ冷凍機（ＵＬＶＡＣ社）

液体窒素（－１９６℃）

液体ヘリウム（－２６９℃）（デュワー容器）

臨界温度 Tc のイメージ

電気抵抗

Ｏ

-196℃(液体窒素温度)-269℃ (液体ヘリウム温度)

温度

超電導とは

Tc = -264℃

Tc = -180℃

Tc = -163℃

低温超電導材料低温超電導材料

高温超電導材料

0

20

40

60

80

100

120

140

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

臨界

温度

(K)

西暦 (年)

金属系材料

銅酸化物系材料

鉄系材料

HgPb NbC

NbNNb3Sn

Nb3Ge

MgB2

La2-xBaxCuO4

La2-xSrxCuO4

YBa2Cu3O7-x

Bi2Sr2Ca2Cu3Ox

Tl2Sr2Ca2Cu3Ox

Hg2Sr2Ca2Cu3Ox

LaFePO

LaFeAs(O1-xFx)

NdFeAs(O1-xFx)

SmFeAs(O1-xFx)

Nb-Ti

臨界温度の推移

今年で１００年

30/7

0

車載ヘリウム冷凍機 パワーリード

液体ヘリウムタンク

液体窒素タンク

冷媒供給ポート

外槽

超電導コイル（NbTi）

荷重支持材(FRP)

永久電流スイッチ

輻射熱シールド板

真空多層断熱材

超電導磁石の構造

超電導コイルの電流は、抵抗がないからずっと流れ続けるよ！

冷えた状態を保持するには？

中は真空になっているよ！

外部の容器とは熱が伝わりにくい材料で結ばれているよ！

冷却材だよ！

室温

-269℃

超電導磁石は水筒（魔法瓶）と同じ構造だよ

超電導コイル

0

1

2

3

4

5

6

7

8

ML-500 MLU001 MLU002 MLX01

車両重量／超電導磁石重量

車両重量／超電導磁石重量の変遷

超電導磁石の性能向上

リニアっていつできるのかな？

※ＪＲ東海資料より

中央新幹線の概要

品川駅（東京都）

相模原市（神奈川県）

峡中地域（山梨県）飯田

高森（長野県）

中津川市（岐阜県）

名古屋駅（愛知県）

東京・大阪間 東京・名古屋間

距離延長（ｋｍ） ４３８ ２８６

所要時分（分） ６７ ４０

建設費（億円） ９０,３００ ５４,３００

開業（年） ２０４５ ２０２７

夢のある超電導の話

• リニアエレベータ

– 超電導リニア駆動エレベータ

未来の可能性

軌道エレベーターの想像図（NASA）

宇宙にも、エレベータで行けるようになるかも？

• リニアカタパルト– ロケット打ち上げにリニアを使う

未来の可能性

リニアモーターカーの超電導磁石台車

www.acecombat.jp/ace5/img/fa/fa206.jpg

リニアカタパルト

ロケットの打ち上げも飛行機みたいな感じに！

人口密度分布とリニア路線（北澤先生の構想）

さらに知りたい人は

ここまで来た！超電導リニアモーターカー

（交通新聞社）