鉄輪式リニアモーターカー の損失はなぜ大きい？

質問

ゆっくり走ればリニアーモーターカーも静かでタイヤを付ければグリーンなバスの様な乗り物ができると思うのですが、リニアーモーターカー
は離れているため損失が大きく電気を無駄に使ってしまうそうです。
効率が悪いとフリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』の”リニアーモーターカー”のところに記載されていました。以下そのまま引用したものです。

”従来の粘着式推進に比べるとリニア誘導モーター固有の損失、及び、一次側コイルとリアクションプレート間の隙間が従来の回転式誘導モーターに比べ大きいので（磁界の強度は距離の2乗に反比例する）エネルギーの損失が大きく、単位輸送量あたりの消費電力が従来型に比べ大幅に増える。”とあります。

１．プレートとコイルの隙間が大きいとなぜエネルギー損失が増えるのですか。また損失エネルギーはどこへ消えるのですか。

２．リニアー誘導モーター固有の損失とは何ですか、普通の回転式モーターにはない損失なのでしょうか。

３．JR東海のリニアー新幹線はエコの時代に電気をロスしても高速化のために建設を決定したのでしょうか。（純技術的な質問です。）

一部でも結構です。ご指南お願い申し上げます。なお当方は電磁気学は
多少わかりますがモーターは専門ではありません。よろしくお願いします。

回答No.2

foobar · ベストアンサー

＃１補足欄に関して
励磁電流の増大に関して
空隙の部分は比透磁率が１なので、同じ磁束密度でも鉄心と比べると必要な磁界の強さHは大きくなります。空隙が長くなれば、その分大きなHの必要な距離が長くなり、必要な起磁力(磁界の強さの積分）は増え（磁気抵抗がたかくなり）、必要な励磁電流は増えます。
また、磁束の結合が1（漏れ磁束が無い）状況にするためには、両コイルを透磁率の高い鉄心で結ぶか、密接して配置する必要がありますが、リニアモータだとこういう配置にはできないので、必ず漏れ磁束が生じます。
もっとも、励磁電流の増大には、漏れ磁束増大よりも先に書いた起磁力増大の方が支配的でしょう。

2. 端部磁界に関する損失
磁界を生成するための励磁電流に伴う抵抗損、リアクションプレートでの渦電流損、端部鉄心での鉄損、漏れ磁束が作る渦電流損や鉄損などなど、ひっくるめて、です。

3. 浮くための電気代
JRのリニアだとこれは表には出てこないはずです。（浮上は誘導電流で行うため、浮上のための電力というよりも走行抵抗の形で表れるので。）
浮上用電力として別途表に表れるのは、リニモや上海の磁気浮上鉄道でしょう。こちらは浮上用に電磁石を使っていて、その電力が直接表にでてきます。

回答No.3

foobar

#1補足欄に関して
1.
同じ走行速度で周波数を下げようとすると、ひとつの極のコイルを長大にする必要があります。モータの寸法からコイル寸法には制限がある、リニアモータ端部の影響が大きくなる、リアクションプレートでの損失はたぶん変わらない、等を考えると周波数を下げるメリットはなさそうに思います。
コイルを超伝導すると、コイルでの抵抗損は減りますが、他の損失は変わりません。また、超伝導といっても交流電流に対しては抵抗が出る（超伝導線自体のヒステリシス損、誘導電流損がある）ので若干の損失が出ることと、発生、侵入する熱を除去するための冷凍機電力が必要、ということで総合的には損失は逆に増えるかもしれません。

回答No.1

foobar

1. プレートとコイルの間隙が大きいと、同じだけの磁界を鎖交させるためにより大きな電流（励磁電流）が必要になります。電流が増えると、それだけコイルでの銅損は増えます。（もうひとつ、周囲に漏洩する磁束が増えて、時間変化する漏洩磁界による損失（電動機の漂遊負荷損に相当するのかな？）も増えるかと思います。）

2. リニアモータには端部があります。この端部では進行磁界に乱れが生じて、それによる損失のことを指しているかと思います。（というか、損失を発生するけど推力には寄与しない磁界成分があるというほうが良いかもしれません。）

3. JR東海のは、リニア同期モータになっているかと思います。誘導機と同期機で少々挙動が異なる（同期機の方が、一般に広い空隙でも良かったような）部分もあるかとおもいます。
リニア新幹線が想定している競合対象は（もともとは）航空機ではないでしょうか？もしそうなら、航空機よりも効率が良ければOKという考え方もあるかと思います。

補足

foobarさん早速なご回答ありがとうざいました。う～ん。でも少し質問させてください。
１．＞＞同じだけの磁界を鎖交させるためにより大きな電流（励磁電流）が必要になります。
なぜ同じ磁界が必要なのですか。相互誘導のある二つのコイルでも完全結合ならきちんとエネルギーが伝わるのではないのですか。磁界のエネルギーはもともと空間に逃がす（逃げてしまう）設計なのでしょうか。
それに周波数を下げるか超伝導を使えば電流ロスは小さくなる？

２．＞＞この端部では進行磁界に乱れが生じて、それによる損失・・・
この損失というのは電流によるジュール損失ですか？それとも放射損失
ですか？

３．＞＞もしそうなら、航空機よりも効率が良ければOK・・・
確かにそうですね。時代がそれを望んでいたからでしょうね。エコの時代、新幹線より値段が高く、乗り心地が決して良いとは言えない、騒音・振動のより激しいリニアーに多くの人が乗るでしょうかねえ。
研究者に直接聞いたところ、まず浮くために電気代がいるといってました。ショックでした。
でも大陸に輸出して殆ど直線軌道で日本技術のリニアーが走るのは技術立国としては嬉しいことだと思います。