磁気浮上式鉄道（じきふじょうしきてつどう）とは、磁力による反発または吸引で軌道から浮上する車両を使う鉄道である。東海旅客鉄道（JR東海）では英語の“magnetic levitation”（磁気浮上）を省略した“Maglev”（マグレブ）と表現することが多い。
主な磁気浮上式鉄道には、ジェイアール式マグレブ（以下JRマグレブ）、HSST、トランスラピッドなどがある。2007年現在、世界最高速度は、日本のJRマグレブが2003年に記録した581 km/hである。
車輪がないので通常の鉄道のように動輪で推進することができず、非接触の推進手段を使う。現在実用化されているものはすべて、リニアモーターで推進するリニアモーターカーである（実験車両などを含めればその限りではない）。一方、リニアモーターカーの中には通常の鉄道のように車輪で車体を支えるものもあるので、リニアモーターカーすべてが磁気浮上鉄道というわけではない。
[編集] 磁気浮上鉄道の特徴
磁気浮上鉄道の特徴として、浮上および推進を非接触で行うことができる点に尽きる。
[編集] 非接触推進による特徴
- ダイレクトドライブ
- 車輪のような伝達部分を必要としない。特に鉄道では車輪とレールの摩擦係数が比較的低く、特に加速および制動時、斜面の登坂に対する性能には限界があった。しかし、磁気浮上式の場合はエネルギ効率の向上や加速・制動性能の大幅な向上が期待できる。
- モータ構成の自由度が上がる
- 高速や低速の交通システムやコストに応じたモータタイプの選択ができる。
[編集] 非接触浮上による特徴
- 騒音や振動の低減
- 完全非接触の構成が取れれば、騒音の原因となるのは空気抵抗のみとなる
- 保守の手間が大幅に低減
すなわち、以下の利点に集約される。
- 高速性
- 低環境負荷（低騒音、省エネルギー）
[編集] 磁気浮上鉄道の技術
磁気浮上に必要な要素技術として、力の働く方向に浮上・案内・駆動の3種類に分類できる。
[編集] 磁気浮上の種類
磁石またはコイルの設置方法により、以下の三種類がある。
- 反発浮上方式
- 側面浮上方式
- 吸引方式
反発浮上および側面浮上式は、設置する磁石またはコイルの位置関係で自然に浮上量が決定する。吸引式は吸引力の働いている間のギャップが減ると浮上力が増す関係にあるため、浮上量を一定に保つために電磁石などで吸引力を制御する必要がある。
また電磁気的作用により以下の分類方法も考えられる。
- 永久磁石、電磁石同士の吸引・反発を利用して浮上
- 移動する磁石と、コイル内で発生する電磁誘導作用に発生する起磁力による吸引・反発を利用して浮上
- 磁石と鉄との間に働く吸引力を利用して浮上
実用的な磁気浮上鉄道を考えた場合、磁石同士の吸引または反発を利用する浮上方法は、軌道と車両の両方に磁石を設置することはコストおよび保守の面でかなり難しい。従って、技術・経済的に採用可能なものは以下の2つとなる。
- 電磁誘導浮上支持方式 (EDS, ElectroDynamic Suspension System)
- 車両側に電磁石を設置、軌道側に閉ループのコイルを並べる。車両が軌道上を走行すると、コイルに電磁誘導作用で電流が流れ、これにより磁界が発生する。結果、車両の電磁石と軌道のコイルの間に車体を支持する力が発生する方式。軌道側のコイルは軌道面に置けば、反発浮上式の構成となる。また側面において、側面浮上式の構成も可能である。
- 利 点としては車両の浮上量を設計で任意に取ることができ、結果として後述の電磁吸引支持方式より大きな浮上量が得られる。欠点としては、静止また は低速走行時に十分な浮上力が得られないため車輪等で支持する必要があることと、車両側に超強力な電磁石が必要となる点が挙げられる。
- 電磁吸引支持方式 (EMS, ElectroMagnetic Suspension System)
- 車 両側に吸引用の浮上電磁石を持つ。また軌道側に車両を引き付けるための鉄レール等を使うことができ、軌道側のコストが安く済む利点がある。ま た、停止時、低速時でも浮上可能である。しかし、磁石による吸引は磁界が一定の場合、ギャップが小さくなるほど吸引力は大きくなる関係にある（磁界強度は 距離の二乗に反比例する）。浮上中は、レールと車体とのギャップを常に計測し、浮上電磁石の磁力を制御する必要がある。
- またギャップ長が制御できれば永久磁石を使用できる（この方法はM-Bahnで実用化された）。
[編集] 案内の種類
一般の鉄道の場合、レールと車輪の物理的接触により車両に対してレールの方向に案内する力が生じる。磁気浮上式鉄道の場合、非接触による軌道案内が必要になるが、磁気浮上で使用されるシステムをそのまま案内に使っている場合が多い。
[編集] 駆動の種類
非接触のままで推進力を得る手段としては、浮上用磁石と推進用磁石とで兼用ができるリニアモータによる駆動が一般的である。ロケットやジェットエンジン等を用いることもできるが、実際の営業運転を考えた場合、騒音の面で現実的な解ではない。
[編集] リニアモータの種類
リ ニアモータは、回転型のモータを直線に展開したものと考えてよい。一次（電機子）側と二次（界磁）側に並進力を得ることができるモータである。リ ニアモータには回転モータと同種の方式を取ることができる。しかし、磁気浮上鉄道の利点である非接触を行うためには、無整流子構造の交流モータが有利であ る。すなわち磁気浮上鉄道で採用されている構成はリニア同期モータかリニア誘導モータのどちらかとなる。
[編集] リニア同期モータ（リニアシンクロナスモータ、LSM）
車 両側と軌道側両方に電磁コイルを置き、どちら側かの電磁コイルで進行方向に対して吸引・反発力が得られるように磁界の向きを切り替えることで推進 力を得る。磁界を切り替える制御を行うコイルを一次側と呼ぶが、これを車上側に置くか軌道側に置くかで方法が分かれる。すなわち、前者を車上一次方式、後者を地上一次方式とよぶ。
リ ニア同期モータ式の磁気浮上鉄道では、地上一次式とすると車両側に推進に関わる制御装置を持つ必要が無く、車両側コイルを磁気浮上と共用とするこ ともできる。車両小型化に関しては地上一次側の採用にメリットが大きい。しかし、同期モータの場合は車上一次方式・地上一次方式のどちらの場合でも軌道側 にコイルを設置する必要があり、軌道建設の初期費用が膨らむ欠点がある。
[編集] リニア誘導モータ（リニアインダクションモータ、LIM）
誘 導モータは、一次側にコイルを持つが、二次側は単に導体板を置いたものである。磁界中にある導体板内に発生するうず電流から磁界に反発する力が発 生し、これが推進力となる。二次側にかご形や巻き線型も使用可能である。構造は同期モータに比べて単純であるが、エネルギー効率が劣る。
誘導モータにも車上一次、地上一次方式の両構成が可能であるが、軌道に導体板となるレールを敷設するだけで済む車上一次式が一般的である。また、レールと一次コイルの配置方法として、レールの片面のみにコイルを配置する片側式とレールの両面に配置する両側式がある。
[編集] 磁気浮上鉄道の要素技術分類
ここでは研究開発が行われたことのある磁気浮上鉄道を要素技術別で分類する。大分類としては、リニアモータ駆動の方法と磁気浮上力を得る方法に分けることができる。以下の表を参照のこと。
| [隠す] | |||
|---|---|---|---|
| 磁気浮上方式 リニアモータ方式 | 電磁吸引方式 | 電磁誘導方式 | |
| 支持・案内分離式 | 支持・案内兼用式 | ||
| 地上一次リニア同期モータ | トランスラピッド （TR-05～、独） M-Bahn （旧西独） | JR式マグレブ （日） EET （旧西独） | |
| 車上一次リニア誘導モータ | KOMET（旧西独） EML （日） | HSST（日） バーミンガムピープルムーバ （英） トランスラピッド （TR-02、旧西独） | |
| 推進方式未定 （リニアモータも可能） | インダクトラック （米） | ||
[編集] 推進抵抗
磁気浮上であるため、車体と軌道等との接触はないため、これらの動摩擦力は働かないが、以下の2つが推進時の抵抗として働く。
[編集] 空気抵抗
特に高速移動を前提とする場合には、空気抵抗は速度の二乗に比例して増大するため、大きな問題となる。このため車両デザインには空力的に洗練されたものが要求される。
[編集] 磁気抵抗
磁 界中を移動する導体には電磁誘導により磁界に抗する力が発生するが、これが抵抗となる。磁気浮上鉄道では空気抵抗に比べて桁違いに小さいが、強力 な電磁石を用いて高速に移動する場合は無視できない。通常の鉄橋梁や鉄筋コンクリートの使用は磁気抵抗発生の原因となりうるため、低磁性や非磁性の材料の 使用が必要となる場合がある。
[編集] 磁気浮上鉄道と他の交通機関との比較
1人当りの輸送に係るエネルギー消費で比較した場合、磁気浮上式鉄道(500km/h)はガソリン自動車(100km/h)の約1/2、航空機(900km/h)の約1/3である。また高速移動可能であるにも関わらず騒音や振動は比較的少ない。
高速輸送での運用を考えた場合、速度は高速鉄道と航空機の中間に位置する。航空機と比べ前述のエネルギー効率を始め、運用コストや利便性では有利である。また乗用車と比較しても環境負荷や移動時間の正確性などで有利である。
磁 気浮上式鉄道の導入の一番のボトルネックは軌道の建設など初期投資が莫大であることが挙げられる。ドイツでは、1990年代にトランスラピッドを ハンブルグからベルリンまで導入する計画があり、調査が進められた。1998年に成立した連立政権は建設着工を公約としたが、予算の目処が立たずまた工事 による環境負荷による反対運動もあって、2000年に取りやめとなった。
[編集] 磁気浮上鉄道の歴史
[編集] 浮上鉄道のアイデア
浮上式の交通機関のアイデアは古くから存在する。大部分は航空機へとつながるアイデアであるが、19世紀頃には、気球を車体に取り付け、空中に設置された軌道を走行する鉄道や、水流に乗って走る鉄道の想像図が描かれ、特許も多数申請された。実際、1870年頃のフランスパリで行われた博覧会では、水を軌道から吹き上げ、車両を浮上させてその上を走る列車が運転された。
第 二次世界大戦後、航空機や自動車の技術が発達すると鉄道に関しても高速化に関する研究が各国で始まる。鉄道の高速化に際し、鉄レールと鉄輪の組み 合わせがボトルネックになると考えられていた。そこで、車両そのものを浮上させて高速化を図ろうというアイデアが提案されるようになる。具体的には、磁気 浮上とエア浮上の2種類が考えられた。
[編集] 磁気浮上鉄道の基礎研究・開発
磁気浮上による車両浮上のアイデアは古くからあり、1914年に、イギリスのエミール・バチェレット(Emile Bachelet)が世界初の電磁誘導反発式の磁気浮上リニアモータのモデル実験を行っている。また、ドイツではトランスラピッドの源流ともなる電磁吸引式浮上がヘルマン・ケンペル(Hermann Kemper)により1922年に開発がはじまり、1934年にケンペルは磁気浮上鉄道の基本特許をドイツで取得した。
磁気浮上鉄道の研究が本格化したのは1960年代に入ってからで、各国で研究が始まった。特に旧西ドイツは国家的支援を受けて、メッサーシュミット・ベルコウ・ブローム(MBB)社が1966年から本格的に研究を始め、1971年、Prinzipfahrzeug（車上一次リニア誘導モータ）が90km/hの記録をつくる。また、1975年にKomet(Komponentenmeßtrager)が14mmの電磁吸引浮上で水蒸気ロケット推進ながら401.3km/hの記録をマーク。また、日本のHSSTの一部技術の基になった技術の導入元でもあったクラウス＝マッファイ社が中心となったトランスラッピッド・プロジェクトのTR-02号機が1971年に164km/hをマーク。またシーメンス社が中心となり、超電導による電磁誘導式浮上のEET-01が1974年に280mの円形軌道で230km/hの走行実験を行った。
日本では、1963年から鉄道総合技術研究所を中心に研究が始まり、1972年に国鉄が日本の鉄道100周年を記念してML100による試験走行を公開。また日本航空がクラウス＝マッファイ社の技術を導入してHSSTの開発プロジェクトを立ち上げ、1975年から開発を開始。また当時の運輸省は独自に通勤用の磁気浮上式鉄道イーエムエルプロジェクト（EMLプロジェクト）立ち上げ、1976年に実験を行っている。
アメリカでは、1970年代に磁気浮上の研究が行われていたがその後低調となり、ローマグ社(Romag)から開発を引き継いだボーイング社で1980年代中までは行われていたようである。
[編集] 磁気浮上鉄道の歴史
有人走行実験以降について述べる。
- 1980年- 日本 - マグレブが宮崎実験線をU字型軌道に改良。有人走行車両MLU001を導入。
- 1983年- 西独 - TR-06がエムスランド実験線(20.3km)で走行試験を始める。
- 1984年- 英国 - バーミンガムピープルムーバがバーミンガム空港とバーミンガム駅間の世界初の 実用化路線として完成（1995年運行停止）。英国ではホバートレイン計画の中止後、イギリス国鉄や大学で磁気浮上鉄道の研究が行われていた。イギリス国 鉄は市場調査の結果、低速の市内交通に磁気浮上鉄道の可能性があるとし、小型低速タイプの研究を行っていたが、その成果である。
- 1985年 - 日本 - つくば国際科学技術博覧会でHSST03が運転した。
- 1986年 - カナダ - バンクーバー国際交通博覧会でHSST03が運転した。日本の磁気浮上鉄道が海外で運転されたのは初めて。
- 1987年 - 日本 - 愛知県の葵博覧会でHSST03が運転した。
- 1988年 - 日本 - 埼玉県のさいたま博覧会でHSSTが運転した。
- 1989年- 西独 - M-Bahnが旧西ベルリンのグライスドライエック駅～ケンパープラッツ駅間約1.6kmで、実用線としては世界で2番目に運行開始。1973年に開発が始まり1987年に実用線が完成したが、1992年に廃止された。しかし、実用化に向けた開発・売り込みは続いており、ブラウンシュバイク工科大学のキャンパス内に全周1.3kmの実験線が建設され、日本の神戸製鋼所とAEG社は技術提携を行い、日本国内等で売り込みが行われている模様である。
- 西独では、それまでバラバラに行われていた磁気浮上式鉄道のプロジェクトの一本化をはかり、トランスラピッドを中心とした技術開発に集約された。
- 1989年 - 日本 - 横浜博覧会でHSSTが営業運転した。期間限定・博覧会場内限定ながら第一種鉄道事業免許を得ており（YES'89線）、展示走行ではなく、磁気浮上式鉄道として運輸当局の認可を得た最初の営業運転である。
- 1990年- 日本 - JR式マグレブの実用化実験のための山梨実験線の工事が始まる。
- 1990年代- 日本 - 熊本工業大学で吸引式磁気浮上鉄道の研究が進められた。[1]
- 1993年 - 韓国 - 大田国際科学技術博覧会で吸引式磁気浮上鉄道が運転された。
- 1997年- 日本 - JR式マグレブが山梨の実験線で実用化を目指した開発へと移行。
- 2000年6月- 中国 - ドイツ製のトランスラピッドが上海浦東国際空港のアクセス鉄道として採用が決定。
- 2003年12月29日- 中国 - 上海トランスラピッド（ドイツ製）が上海浦東国際空港のアクセス用に、常設実用線としては、世界で3番目、万博などでの期間限定の実用線を含めれば、世界 で8番目に開業。営業最高速度430km/h。ただし、2003年はまだ、敷設工事が完成した段階で試行運転のみ。一般の乗客を乗せたのが2004年で、 本格的商用運転は2006年から。
- 2005年- 日本 - HSSTが愛知高速交通東部丘陵線（リニモ）として、愛知県で開催された愛知万博に合わせ日本初の常設実用線として開業。最高速度100km/h。
- 2005年5 月 - 中国 - 中華06号…大連で設計速度400km/hの車両が試運転された。中国が独自開発したとされる小型懸垂式リニアで、永久磁石を使用し浮上するのに電力を必 要としない設計。建設コストは、2007年時点で日独方式の半分程度ともいわれる。走行実験での速度は不明。（米国のインダクトラック、ドイツのM-Bahnも参照）。
- 2006年7 月 - 中国 - 成都飛機工業集団（成都市）が2005年9月から開発開始したCM1型車両（愛称「ドルフィン（海豚）」）が、上海で設計最高速度500km/hでの試運 転を目指したとされるが、その後の結果は不明。中国国営テレビ局CCTV（2007年5月10日放送。NHKのBSニュースから）は、「中国は外国の技術 を習得し、今では国産化率85％、関連の知的財産権は全て中国に属する」と大々的なプロパガンダを行っている。しかし、ドイツではトランスラピッドの技術 が流出したと問題になっている。 また、上海TRの上海市から杭州までの約160kmの延伸が認められた。これからの建設計画参照。
- 2007年 - 日本 - JR東海が2025年頃の中央新幹線の実現に向け、一般客の試乗運転を終了。長大編成車両や実験線の延伸、地質調査など、今まで以上に実用化に向けた研究に経営資源を集中させることを発表。
- 2007年 - 中国 - 中華01号（永久磁石方式、最高速度500km/h以上を予定）の為の3kmの実験線が2008年の完成を目指して、遼寧省大連市で建設されている。
[編集] これからの建設計画
- 日本 - JR東海は2007年10月16日に東京―名古屋間の用地買収を含む建設費を4兆-6兆円と試算していることを明らかにした。1km当たりの建設費は平均 すると150億-200億円と試算しており、これは東京―名古屋間を最短距離である280kmで結ぶことを前提としている。また、山梨県から長野県にまた がる区間は、南アルプスにトンネルを掘る計画を打ち出し、実現可能か検討を行うことになっている。このため、2008年2月よりボーリング調査が行われている。もし建設が決まった場合、2025年頃を目処に開業することを目指している。
- ドイツ - 2008年3月27日、ドイツのティーフェンゼー運輸・建設相は、ミュンヘン国際空港―ミュンヘン中央駅間の37.4kmのリニアモーターカー建設を断念し たと発表。建設コスト上昇が理由。総額18億5000万ユーロ(約3000億円)の事業予算を計上したが、最新の見積もりが32億-34億ユーロに膨れ上 がったため実現困難と判断した。2005年にドイツ連邦政府が1億1300万ユーロをTRに投入することを決め計画に弾みがつき、2007年にはドイツ鉄道（ドイチェ・バーン）と正式合意し（AP通信）、同年9月24日、バイエルン州政府は2014年頃までの開業を目指し、2008年年夏にも着工するとしていた。事業主体はトランスラピッド・インターナショナル（ThyssenKruppとシーメンスのコンソーシアム）が担うはずだった。
- 英国 - 2005年、トランスラピッドタイプの磁気高速鉄道、UK Ultraspeed線（最高速度500km/h）をロンドン―グラスゴー間などに導入するプロジェクトが立ち上げられた。
- 中国 - 上海トランスラピッドの延伸計画や、新たな磁気浮上式鉄道の建設計画が目白押しであるものの、健康・騒音被害や建設コスト、用地買収、鉄輪式高速鉄道との 互換性の問題などが浮上し、今後の計画はどうなるかはまだ未知数な面がある。上海トランスラピッドの延伸計画は、現在のところ一部は休止されている。
- 韓国 - 韓国政府は2016年を目標に、550km/hの高速リニアを開発すると発表。2007年中に研究・開発に着手し、2020年に商用化したい考え。
- また、2012年頃の完成を目指し、都市型磁気浮上式鉄道の建設計画が浮上している。2両編成で定員は1両135人、最高速度110km/h。浮上方式は常電導吸引式。1989年から開発に着手し、1993年にドイツの技術指導を受けて列車を製作した。
- 米国 - 米連邦政府はボストン―ニューヨーク―ワシントン―シカゴや、ロサンゼルス―ラスベガスなどの鉄道区間を磁気浮上式鉄道に置き換える計画、MDP(Maglev Deployment Program)を発表。
- その他 - オランダ国内やベルリン―東欧諸都市間、スペインのマドリードの空港と3つの都市間、イランのテヘラン―マシュハド間、ベネズエラのカラカス―ラグアイラ、そしてシモン・ボリバル国際空港間、インドのムンバイ―デリー、ムンバイ中心地とムンバイ国際空港間などで、実現性は別として、TRの導入構想がある。
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