N700系新幹線のブレーキについて

質問

今、N700は以前まで使われていた渦電流ブレーキではなく、回生ブレーキを採用していることを知りました。
そこで、二つの疑問があります。

(1).渦電流ブレーキをWikipediaで調べてみると、『車軸に取り付けた円盤を電磁石で挟んだブレーキ装置で、円盤に渦電流を発生させることによってブレーキ力を発生させる。』と書いてありました。なぜ渦電流を発生させると、ブレーキ力が発生するのでしょうか？

(2).回生ブレーキは発電した電力を送電線に送り、後ろを走っている他の新幹線の加速時に必要な電力として、再利用されます。そこで思ったのが発電した電気を送電線に送らずに、自車両に充電しておいて、後で使うことはできないのでしょうか？？

以上が私が疑問に思ったことなのですが、どなたかお答えしていただけないでしょうか？？よろしくお願いします。

回答No.4

mtaka2 · ベストアンサー

> (1)
「導体にかかる磁界が変化する」と「そこに電流が流れようとする」というのが発電機の原理です。
発電機は、電流を効率よく取り出すために「コイル」に「磁石が近づけたり離れたりする」ような構造になってます。

こうしてコイルなどから電流を取り出すと、流れた電流に応じて「逆起電力」という、発電を妨げるような力が発生します。
そういった原理で「発電した電気を取り出すと、その分ブレーキがかかる」あるいは「発電によって取り出したエネルギーの分だけ減速する」ことになります。

「渦電流ブレーキ」も、このあたりの原理は同じです。
円盤などの「大きな金属導体」に磁界を横切らせると「発生した電気」が「その場で流れて消費してしまう」ことになります。それが「渦電流」です。
その場で電流が流れていますので、流れた電流の分だけ、回転を止めるような力が発生します。
その結果、「回転する導体円盤に磁石を近づける」だけで、ブレーキになる」のです。
渦電流ブレーキは構造が非常に単純なのがメリットです。

> (2)
一編成だけでみるのではなく、「車両運行システム」全体で見れば、
「自車内で充電して再利用」するのも「他車に回して再利用」するのも、エネルギーの再利用ができているという点では同じことです。
そうなると、回生した電気を架線に戻すのに比べ、蓄電池などを用意するのは重量的に不利であまりメリットがありません。
ただし、それができるのは、都会の路線や新幹線など「架線を介して他の車両に電気を供給できる」ぐらい、車両密度(=走っている電車の本数)が多い所だけです。

郊外の路線だと、発電した電気を架線に戻しても、その電気を使ってくれる車両が近くにいるとはかぎらないため、回生ブレーキが使えるとは限りません。
そのため「郊外用車両」としては、回生したエネルギーを自車内で蓄電するような方式も最近になって開発が進められるようになっているのです。

回答No.8

mtaka2

西武秩父線なんかでは、変電所(送電設備)の方に充電設備も持たせることで、閑散路線でも回生できるようにしてますね。

秩父線は「閑散路線から都心部に直通している」ので、自車内に充電設備を持たせると、回生が使える都心部ではデッドウェイトになってしまいます。
その代わりに「回生ブレーキ車両が閑散路線部に乗り入れられる」ようにした形です。

回答No.7

outerlimit

＞電気を入れ物に貯めるとは書いてないんだがなァ

＞自車両に充電しておいて、後で使うことはできないのでしょうか

とあるのに　入れ物に貯めないで、どのようにして後で使うのでしょうか　ね
すばらしい発想をお聞きしたいものです

回答No.6

Tacosan

閑散地区を走る電車だと「回生しても誰も使ってくれない」ので, 今でも発電ブレーキを搭載した電車が新製されてたりしますね.
で回生した電力を自分でためるという形だと JR東日本のキハE200系が近いかなぁ.
ディーゼルエンジンで発電し, その電力でモータをまわして走るという「電気式気動車」で, ブレーキをかけたときには発生する電力を蓄電池にためます. 出発時はディーゼルエンジンで発電した分と蓄電池にためておいた分の両方を使ってモータをまわします. もともと非電化区間なので「架線から電力をとりこむ」とか「回生した電力を他車にまわす」とかいうことは不可能で, この形にする以上はどうしても自分で使わないとしょうがないということになります. 今はまだ小海線でしか走っていないと思いますが, これでうまくいくようであれば閑散地区を走る電車でも使えるかも... って, 本当は「閑散地区に電車を走らせる」ことの方が無理があるんですがね....

回答No.5

debukuro

電気を入れ物に貯めるとは書いてないんだがなァ
質問者を素人呼ばわりするのは止めようよ

自車両に充電しておいて、後で使うことはできないのでしょうか
こう書いてあるのだけど

小型で大容量の電池が開発されると十分実用になりますね
田舎の山道にはうってつけですね
下りでのブレーキングで充電する
上りは架線と電池の両方を使う

回答No.3

outerlimit

かなりの素人と判断します
（２）
電気を直接貯めておくことはできません
そのため　機械的（運動）エネルギーや化学的エネルギー・位置エネルギー・熱エネルギーに変換する必要があります
バッテリは化学的エネルギーとして蓄えます
いずれにしても貯蔵するための変換の際の損失が大きいこと、貯蔵設備の容積重量が大きいために実用化されていません（試験設備や小規模の設備はかなりありますが）

（１）渦電流が流れ導体抵抗で消費され熱に変わることで運動エネルギーを吸収します（運動→電気→熱）

多分　これや他の回答は十分な理解ができないと想像されます

質問のことを確実に理解するには、最低限工業高校の電気専攻レベルの知識が必要です

回答No.2

shinkun0114

まず、誤解がないように、

＞N700は以前まで使われていた渦電流ブレーキではなく、回生ブレーキを採用していることを知りました。

回生ブレーキは、300系から使われています。N700系では、
「併用していた渦電流ブレーキをやめて、モーターによる回生ブレーキのみにした」
というのが実際です。

(1)渦電流ブレーキ
　アラゴの円盤ってご存知ですか？
　金属の円盤を磁石の両極ではさみ、磁石を動かすと円盤もそれに引きずられて動く、
　というのものです。現在の電車で使用されている誘導モーターはこの原理を応用しています。
　逆に、動いている円盤を、固定した磁石で挟むと、円盤を止めようとする力が働きます。

　アラゴの円盤については、以下のページをごらんください。
　http://www.salesio-sp.ac.jp/department/ec/topic/mame/bk/arago/index.html

(2)回生ブレーキの自車利用
　まず、新幹線で回生ブレーキを使う目的は、積極的な省エネルギーではなく、
　摩耗する機械的な部品を極力使わずに、電気的なブレーキを主体にすることが目的です。
　渦電流ブレーキも同じ目的でした。
　しかし、渦電流ブレーキ装置を使うより、回生ブレーキの方が軽く作れることがわかってきました。
　新幹線の車両は軽量化も重要なポイントです。
　そこでN700系は渦電流ブレーキの使用をやめたのです。

　新幹線の使用する電力はとても大きなもので、車両に充電する装置を組み込んでおくとすれば
　それは大変な大きさになり、重量もかさみます。
　これは新幹線の軽量化に逆行するものですから、あまり意味がないと思います。

　ただし、在来線を走る車両には、電気二重層キャパシタという一時的に電気を蓄える装置を
　搭載した電車の試験が行われています。JR東海の313系には一部実車に搭載されて
　試験を行っています。
　http://www.railforum.co.jp/imgpost/images/1/20050301-2631.pdf

回答No.1

Kon1701

(2)ですが、バッテリを積むと当然重くなりますし、その場所も必要になります。新幹線車両、消費電力が自動車などと比べ物にならないほど大きいですから、必要なバッテリも大きくなります。
他の車両が消費そしてくれるなら、わざわざバッテリなんて余計なものを載せる必要はないですね。

お礼

早速の回答ありがとうございます。
確かにそうですね。電車の軽量化を進めているのにわざわざ荷物になるようなバッテリーを積む必要はありませんよね。
ありがとうございました。