リニアモーターカーの浮上原理

質問

http://okwave.jp/qa/q8350335.html
リンク先の回答者の交流発電機についての説明で説明出来ない問題を見つけたのでそれだけ答えてください。

問題は路面に浮上コイルが設置されてるタイプのリニアモーターカーの浮上原理についてです。
コイルに車体のN極が近づく時はコイルはN極になり反発して浮上します。コイルから遠ざかる時は皆さんの説明ではコイルはS極になり吸引の力が働き車体は路面にひきつけられると同時に進行方向とは逆向きの吸引力によりブレーキもかかってしまいます。これでは浮上どころか進むことすら困難です。

上の説明が間違っているとすれば正しい浮上原理を教えて下さい。

回答No.6

foobar · ベストアンサー

浮上に使われるコイルに流れる電流と、発電機、電動機やリニアモータのトルク、や推力を発生するコイルの電流では、磁束に対する位相が異なります。

浮上コイルの場合には、コイルを流れる電流と磁束が同位相（短絡したコイルに対して、外部からの磁束を時定数より十分短い時間で変化させたときには、こういう位相の電流になる）になっています。

トルクや推力が発生するときには、外部の磁界に対して、空間的に90度ずれた位相の磁界をつくる電流が流れています。（発電機に抵抗負荷をつないだときなどはこちらのタイプ。）

お礼

ショートした回路では同位相、抵抗がある回路では90度ずれた位相ということですが、同位相から90度ずれた位相へ切り替わる抵抗値が存在するということですか？
もしかして抵抗を考えていなかったことが私の落ち度だったかも。

回答No.7

foobar

＃６お礼欄に関して。
外部磁界とコイルの誘導電流がつくる磁界の位相差は、ある巻線抵抗Rで0と90度が切り替わるのではなく、0度（R=0)と90度（R無限大）の間で連続的に変化していきます。
Rが十分小さいときには、近似的に位相差0、Rが十分大きいときには近似的に位相差90度になります。

お礼

自分なりに解決できた感じがします。
皆さんありがとうございました。

回答No.5

BASKETMM

直接の回答ではありません。
二つのことを明確に分けて考えましょう。

【磁気浮上】と【リニアモーターカーによる前進】は全く別物です。

例えば、東京の地下鉄大江戸線はリニアモーターで走行しますが、浮上はせず、線路の上を車輪で走っています。

お礼

リニアモーターカーの磁気浮上と交流発電機の発電が似た現象であることから磁気浮上に言える特徴は交流発電機にも言えるのではと思ったんですが、それについて的を射た回答が欲しいです。

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

元の議論は発電機の出力が開放されている場合
この質問は短絡している場合です。

条件が天と地ほども違います。

それからここは自分の主張の賛同者を募る場では有りません。

お礼

納得いかないことに対し質問したり意見を交わしたりすることはいけないことなのですか？
回答一方通行が趣旨なら満足に疑問を解決することは出来ないと思います。
絶対正しいことが不足なく書かれるのなら回答一方通行でもいいですが。

回答No.3

foobar

コイルの時定数より磁場変化の時間が十分短い場合、コイル内には磁束が通らない状況になります。
通常の交流発電機では、電機子のコイル内に磁束が通っているので様相は異っている、と見るのが妥当かなと思います。

お礼

コイル内に磁束が通っていると負荷が発生するのですか？
交流発電機で発電している時の回転子にかかる負荷の状況をうまく説明出来る方がいると助かるんですが。

回答No.2

foobar

線路上のコイル自体の時定数より短い時間で通過すれば、車体が離れていくときもコイルがS極にはならずに、Nから徐々に弱まり、0になるだけで済みます。

実際のJRのは、８の字コイルを使っていて、挙動がもう少し複雑ですが、「コイル自体の時定数より短い時間で」の点は同じだったかと思います。

お礼

コイルにN極が近づく時も遠ざかる時もコイルはN極のままなら車体には負荷として働かないということですよね。
交流発電機も同じ理解でいい気がするんですが違うんでしょうか？

回答No.1

fujic-1990

趣味でＳＦ小説を書く程度の知識ですが、質問者さんは極を変えるのを忘れていらっしゃるのではないかと思います。

　文字が、ゴシックＰ　なので、字体の幅に合わせて字の間隔を自動的に詰めてしまうので、上下２行の文字位置があいません。ザックリした位置関係を推測して下さい。それと、車体は画面右へ移動します。

（１）上下の磁石の極が同じだと

車体側　　　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・
レール側　　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・

　浮上するだけです。

　なんでも止まっている物体は止まっていようとしますので、いったん動き出すまでは、大きな力が必要なのはご存じの通り。

　浮上はさせても、磁石の力は停止していた重量物を動かすほど強力なわけではありませんので、最初は車輪を回して、加速します。惰性を付けるわけです。

（２）ある程度の速度を得て、位置関係が変わったとします。

車体側　　　　　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・
レール側　　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・

　こういう位置関係（下のＳとＮの間に上のＳがある位置）なら、電車は前進します。

　後ろの同極の磁石と離れようとしますし、同時に前の異極の磁石に引き寄せられますのでね。

（３）　そのまま、極を変化させないと

車体側　　　　　　　 Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・
レール側　　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・

　となってＮの上にＳが、Ｓの上にＮが来る瞬間があって、その瞬間くっついてしまいます。急停車しますよね。

（４）　で、上の３のようになるちょっと前に、下側の極を変えるのです。「ちょっと前」からのちょっとの時間は惰性で前進します。すると、

車体側　　　　　　　 Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・
レール側　　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・

　となって（上下が同じ極になったので）、再び反発し、浮上します。

　この瞬間は浮上するだけで前進力は生まれませんが、リニアモーターでは、車輪とレールの間に摩擦がありませんので、動いている車体は反発・浮上すれば惰性で前進し続けます。

（５）　次の瞬間、２のような位置関係になって、

車体側　　　　 　　 　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・
レール側　　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　　Ｓ　　Ｎ　・・・

　再び後ろの同極磁石から離れようとし、同時に前の異極磁石に引き寄せられるので、車体は前進します。

　という極変換を、絶妙なタイミングで1秒の間に何百何千回もやってやると、加速もするし、減速もするようになります。たぶん。

　たぶん、というのは、リニアの実験線が出来た頃、自分で考えた「前進する理由」だからです。本などに書いてあったことではありませんので、１００％ではありませんが、私としてはこの理屈で動くはずだと納得してます。

お礼

私が知りたいのは推進ではなく浮上の方です。あなたの方法では浮上はしません。