ワクちゃん雑学

電車はどうやって走る?電気から車輪が回るまで

集電、走行モーター、駆動装置と車輪、およびドア駆動と戸閉め確認の関係図

一般的な電車は、取り入れた電気でモーターを回し、その回転を歯車などを介して車輪へ伝えて走ります。レールへ電気を流せば車体がそのまま引っ張られるのではなく、電気を回転運動に変える装置が車両に載っています。

ワクちゃんワクちゃん:電気がレールから車体を押しているのかな。
チャッピーチャッピー:一般的な電車では、まずモーターを回すよ。その回転を車輪に伝えて走るんだ。

集電装置から、制御装置とモーターへ電気が届く

架線から給電される電車では、屋根のパンタグラフなどで電気を受け取ります。車両の方式に応じた変換・制御装置を通り、走行用のモーターへ送られます。地下鉄などには線路脇の第三軌条から集電する方式もあります。

近年の多くの電車では、インバーターでモーターへ送る電気の周波数や電圧を調整します。運転操作に応じて回転や力を制御するためのもので、コンセントのスイッチを単純に入切する動きとは違います。

ワクちゃんワクちゃん:屋根のパンタグラフは電気の入口だったんだね。
チャッピーチャッピー:そう。受け取った電気を車両内の装置で制御して、モーターへ送るよ。

モーターの回転が車輪に伝わり、レールを押す

モーターの回転は駆動装置の歯車などを通じて車軸へ伝わります。車輪とレールの接触面で力が働き、車輪がレールを後ろへ押すと、車両は前へ進む力を受けます。雨や落ち葉などで滑りやすいときは、回す力を大きくするだけではうまく加速できません。

編成のすべての車両に走行用モーターがあるとは限りません。モーターを持つ車両と、持たない車両を組み合わせた電車もあります。

ワクちゃんワクちゃん:モーターを速く回せば、いつでも速く進める?
チャッピーチャッピー:車輪が滑ると力を伝えにくいんだ。レールとの接触も大事だよ。

減速するときは、モーターが発電機として働く場合もある

回生ブレーキを使うと、走っている車両の運動エネルギーをモーターで電気へ変え、減速に利用できます。条件に応じてほかの列車などでその電気を使います。回生だけですべての停止を済ませるわけではなく、空気ブレーキなどと組み合わせて制御します。

ワクちゃんワクちゃん:止まるときに電気が生まれるの?
チャッピーチャッピー:回生ブレーキではモーターが発電側に働くよ。ほかのブレーキとも組み合わせて止めるんだ。

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参考:JR東日本・鉄道博物館オンラインイベントの質問回答 / JR東日本の省エネルギー車両・回生ブレーキの説明。

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