鉄輪式リニアモーターカーの歴史

鉄輪式リニアモーターカーの歴史では、鉄輪式リニアモーターカーの歴史について記載する。

 概要 
鉄輪式リニアモーター方式電車の開発は、財団法人日本船舶振興会（現・日本財団）の補助事業を受けて、社団法人日本鉄道技術協会（JREA）を中心に、1981年（昭和56年）4月から1985年（昭和60年）3月まで4年間の予定で研究・開発が進められていた（日本財団三十年の歩み・インターネットアーカイブ）日本鉄道車輌工業会『車両技術』 第167号（1984年10月）「新都市交通システム向けリニアモータ・カー」pp.3- 14。。

研究・開発には日立製作所、住友金属工業（現・日本製鉄）、住友電気工業、東急建設、東日交通コンサルタント（現・トーニチコンサルタント）、日本エヤーブレーキ（現・ナブテスコ）、日本車輌製造、日本信号、不動建設（現・不動テトラ）、三菱電機の10社が参加していた（1984年時点）。

この開発は、トンネル断面を小さくすることで建設費用を削減できる「小型地下鉄向けリニアモーターカー」（ミニ地下鉄）での適用と、走行抵抗の大きいゴムタイヤに加えて重厚な地上設備を必要とする高架式AGTならびに高架式モノレールに代わる「地上高架式交通システム向けリニアモータカー」（高架鉄道）として実用化・研究が進められていた。

 年度ごとの試験概要 
 日本船舶振興会による助成金
   事業名助成金額 1981年度（昭和56年度）リニアモータ方式による小断面地下鉄電車の研究  2,910万円 1982年度（昭和57年度）リニアモータ方式による小断面地下鉄電車の研究  4,190万円 1983年度（昭和58年度）リニアモータ方式による小断面地下鉄電車の研究  5,180万円 1984年度（昭和59年度）リニアモータ電車用走行路の研究  3,090万円
 1981年度
地下鉄建設費用の低減や低騒音化を目的として、トンネル断面の小型化、路線の急勾配化および急曲線化が図れるリニアモーター方式による小断面地下鉄の開発を開始。下記の機器を製作し、各種試験を実施した日本モノレール協会『モノレール』No.53（1984年6月）「新都市交通システムとしてのリニアモータ･カーの開発」pp.33 - 42。。
 リニアモーター等価試験装置（ローター、動力吸収用モータ、ギア装置、軸受装置、取付台など）、重量は30 t
 試験用アーチ型リニアモータ（定格出力140 kW）
 インバータ用制御装置の改造
試験用リニアモータによる特性試験の結果を踏まえ、リニアモータ用台車の調査と設計検討などが実施された（成果物検索）。。翌年度に製作が製作が予定されていた実用機、リニアモータ用台車の基礎データが得られた。
 1982年度
 リニアモータ（定格出力140 kW）とリアクションプレートの製作、リニアモータの単体試験
 インバータ制御特性試験
 インバータ用制御装置の改造
 リニアモータ用台車の製作（2台）、リニアモータ用台車の単体試験
 1983年度
 リアクションプレートの製作（124枚）
 リニアモータ試験電車の改造（製作）
 各種走行試験とデータ解析
 下記の日立製作所水戸工場での試験を参照。シーケンス確認試験、空（から）ノッチ試験、起動試験、リニアモータとリアクションプレート空隙寸法確認試験、力行・ブレーキ特性試験、騒音測定試験、台車の輪重・横圧試験、誘導障害試験、乗り心地試験を実施日本鉄道技術協会『JREA』2010年7月号らくがき帳「リニアメトロ電車の開発時の話」pp.51 -55。
 1984年度
リニアモータ用走行路の開発に関連した各種試験とデータ解析
 試験線延長とリアクションプレートの敷設、車両走行による走行路の変位、振動、及び騒音の測定、70kn/hまでの速度向上による車両走行性能試験、分岐器通過性能試験、信号設備（ATC・ATS・誘導無線設備）への誘導障害試験、走行路等の限界

1985年（昭和60年）3月をもって、日立製作所水戸工場における走行試験はすべて終了した。以降は運輸省（当時）と日本地下鉄協会が中心として建設した大阪南港試験線での走行試験に引き継がれた。

 日立製作所水戸工場での試験 
1983年（昭和58年）12月、リニアモーター駆動方式の小型地下鉄の試験車1両を完成させた（車体は日本車輌製造製）日立製作所『日立評論』1986年3月号。。最初に日立製作所水戸工場内の試験線で、この車両を使用した走行試験を行い、鉄輪式リニアモーターカーの実用化の見通しが確認された。このLM1試験車は、日本国内で初の鉄輪式リニアモーター方式電車である。試験線は工場への貨物引込み線を使用したものである日本モノレール協会『モノレール』No.54（1984年12月）「新しい都市交通システム用のリニアモータ･カー」pp.8 - 17。。

車体は普通鋼製、片側が運転室、反対側は機器室（搬入口）となっていた。車体にはリニアメトロと鉄輪式リニアモーターカー第1号車を表す「LM-1」の文字を取り付けた。運転台にはマスコンハンドルはなく、押しボタン方式の操作パネルとなっている。研究開発費の節約のため1両のみとされ、室内には床下に収まらなかった補助電源装置（電動発電機）と空気圧縮機を搭載している。

台車は住友金属工業製のボルスタ付き空気ばね台車で、円形積層ゴム方式の軸箱支持、セルフステアリング機構付の空気ばね台車である。基礎ブレーキは1軸1枚の車輪ディスクブレーキである。軌間は1,067 ㎜（狭軌）、床面高さは750 mm、車輪径は520 ㎜である（床面高さは本来700 mmであるが、コスト面から在来車両用床下機器を使用するため、50 mmかさ上げしている）。

機器はGTOサイリスタ素子VVVFインバータ制御（直流750V電化・1C2M制御）で、主電動機は車上1次片側式三相リニア誘導電動機で、出力は70kW、ギャップ（空隙）15 ㎜、リニアモーターは輪軸にベアリングを介して装架する「車軸装架方式」である。屋根上には小型のシングルアーム式パンタグラフを装備しており、車体が小型なため屋根上に架台を設置して載せている。

 三菱電機による走行試験  
1986年（昭和61年）7月、三菱電機伊丹製作所内に鉄輪式リニアモーター方式の車両が搬入され、構内に建設した試験線を使用して走行試験を開始した軽金属溶接協会『軽金属溶接』1986年8月号業界ニュース「鉄輪方式リニアモーター」p.37。三菱電機『三菱電機技報』1987年1月号トピックス「」p.72。三菱電機『三菱電機技報』1987年2月号「」p.19 - 26（特にpp.24 - 26）。。製造された鉄輪式リニアモーター方式の車両は、日本国内では2番目となる車両（試験車）である。

鉄輪式リニアモーター方式は、既に三菱電機を含む日本地下鉄協会（JSA）が中心となって行う研究・開発を行っていたが、これとは別に三菱電機独自にリニアモーター車両の試験・検証を行うため、当製作所内に「リニアモータ電車総合試験設備」を建設したものである（現存しない）。

場所は構内の南西の場所であり、試験線の全長はおよそ400 mである。試験棟側を起点として、南方向に向かって167.5 mの区間があり（工場への貨物引込み線跡）、半径50 mの急曲線で東方向に90度向きを変え、80 ‰の急勾配を上って150 mの直線区間（高架構造）に至る（新設区間）。架空電車線方式、直流750 V電化、1,067 mm軌間（狭軌）である。最高速度は既設区間で30 km/h、新設区間を含めると40 km/hである。

車両は三菱電機独自の小型試験車両（片運転台）が1両製造された。車体は普通鋼製、主電動機は70 kW出力の三相リニア誘導電動機（車軸装架方式・ギャップ（空隙）は12 mm）である（主電動機は片側の台車のみ取り付け）。研究開発費の節約のため1両のみとされ、室内には床下に収まらなかった補助電源装置と空気圧縮機、計測器ユニットなどを搭載している。台車はボルスタ付の自己操舵機構（セルフステアリング機構）を備えており、車輪径は500 mm。基礎ブレーキは1軸1枚の車輪ディスクブレーキで、非常用に電磁吸着ブレーキを備えている。

運転台は前進力行は3ノッチ、後進力行はTVカメラ映像を見ながら運転するもので1ノッチのみである電気車研究会『電気車の科学』1986年11月号「三菱電機・リニアモータ電車総合試験設備」pp.34 - 38。。ブレーキは常用3段 + 非常ブレーキを備える。

 大阪南港試験線 
1985年度（昭和60年度）からはリニア地下鉄の研究・開発は日本鉄道技術協会（JREA）から日本地下鉄協会（JSA）移管され、運輸省（当時）の交通安全公害研究所（現・交通安全環境研究所）と日本地下鉄協会（民間）の官民共同研究プロジェクトとして、1987年度（昭和62年度）までの3年間の予定で「リニアモータ駆動による小型地下鉄」の実用化研究を行うこととなり、大阪市内に実験線の建設と実用化試作車を使用した走行試験を実施することとなった日本鉄道技術協会『JREA』1987年2月号招待論文「リニアモータ駆動小断面地下鉄の実用化研究」pp.17- 20。 pp.51 - 55（日本機械学会誌1988年10月号）。。

研究・開発には、前述の日立製作所から三菱電機の10社に加えて、川崎重工業、東芝、大成建設、前田建設工業、復建エンジニアリング、京三製作所、日本電設工業、近畿電気工事、曙ブレーキ工業、旭化成工業、日本鋼弦コンクリート、オリエンタルコンクリート（会社名は当時）の12社を加えた22社となった日本鉄道車輌工業会『車両技術』179号（1987年6月）「リニアモータ駆動小型地下鉄車両」pp.22 - 24。。

大阪市交通局の協力により、大阪市内に設けられた。大阪市住之江区南港北に位置しており、大阪湾に面していた。南港ポートタウン線（ニュートラム）中ふ頭駅が最寄り駅（当時は終点）で、現在は埋め立ての進行により、当時とは様相が大きく異なる。

 概要 
 全長1,855 m、直線区間は1,000 mほどあり、最高速度70 km/hの運転も可能。軌間は1,435 mm日本地下鉄協会『SUBWAY』1987年3月号速報「リニアモータ駆動小型地下鉄の実用化をめざして」pp.78 - 81。
 15 mの模擬トンネル、半径50 m、半径100 mの急曲線、40‰、60‰の急勾配区間も設けられた。

 試験車両 
日本地下鉄協会が製作した試験車両は「LM-2」とも呼ばれ、実用化を意識した車両となっている。M1c + M2cの2両で構成され、M1cはアルミニウム合金の溶接構造、M2cはステンレス鋼のスケルトン構造を採用した。前面デザインはそれぞれ異なる。

機器は日立製作所製のGTOサイリスタ素子VVVFインバータ制御（1C4M制御）で、主電動機は車上1次片側式三相リニア誘導電動機、出力は65 kW、ギャップ（空隙）12 ㎜、リニアモーターは輪軸にベアリングを介して装架する「車軸装架方式」である日本鉄道車輌工業会『車両技術』179号（1987年6月）「リニアモータ駆動小型地下鉄車両」pp.27 - 29。。リニアモーターは台車の構造によって2種類が用意された。

ブレーキ装置は回生ブレーキ併用の電気指令式空気ブレーキで、抑速ブレーキ、保安ブレーキを備える日本鉄道車輌工業会『車両技術』179号（1987年6月）「リニアモータ駆動小型地下鉄車両」pp.30 - 36。。常用ブレーキは低速域では逆相ブレーキを併用するほか、非常ブレーキは回生ブレーキとバックアップとして電磁吸着ブレーキを装備する。

台車は2種類が用意された。軽量化のため、台車枠など構造部材はアルミニウム合金製とした。A方式は住友金属工業製、B方式は日本車輛製造製。

 沿革 
 1986年（昭和61年）
 9月3日 - 地下鉄の低コスト化に関する研究開発（リニアモータ駆動小型地下鉄の実用化研究）のための大阪南港試験線建設の起工式日本地下鉄協会『SUBWAY』2000年5月号「社団法人日本地下鉄協会設立20周年記念特集」pp.42 - 56。
 1987年（昭和62年）
 2月24日 - 試験線の竣工検査
 3月1日 - 試験車両を搬入
 3月18日 - 本格的な試験走行を開始
 3月27日 - 大阪南港試験線建設の竣工式
 1989年（平成元年）
 8月28日から12月2日大阪南港試験線撤去

 実用化試作車
 試作車は4両（リニアモータ駆動方式の車両とロータリーモータ駆動方式がそれぞれ2両ずつ）製作され、試験終了後は改造を施して地下鉄長堀鶴見緑地線の70系電車として運行されている。

 東京都交通局による試験 
東京都交通局が12号線（大江戸線）に鉄輪式リニアモーター方式を導入にするにあたり、馬込検車場（現・馬込車両検修場）において試験を実施したもの。走行試験は日本地下鉄協会に委託した。

 リムトレン 
日本モノレール協会が高架方式の新交通システム（モノレールやAGT）に代わる交通手段として提案した鉄輪式リニアモーターカー。愛称は「リムトレン」。

 東芝による走行試験  
1988年度、東芝府中工場内に300 mの走行試験線とリニアモータ電車が用意され、各種試験が実施された東芝『東芝レビュー』1989年3月号 p.257。。

 リニアモーター試験車の諸元 
 最高速度 70km/h、起動加速度 3.0 km/h/s・常用減速度 3.5 km/h/s・非常減速度 4.5 km/h/s（LMT 01は減速度 3.5 km/h/s）
 LM1とLMT 01は鉄輪式リニアモーターやセルフステアリング台車の基本的な性能を確認するための試験車で、車体は簡素なつくりとなっている。LM2は実用化を想定した実際の鉄道車両に近いものなっている。
    LM1  LM2  LMT 01（三菱電機試験車） 製造所 日本車輌製造  日本車輌製造   製造年 1983年  1987年  1986年 試験事業者 日本鉄道技術協会  運輸省日本地下鉄協会  三菱電機 試験線概要 試験場所 日立製作所水戸工場 大阪南港試験線 三菱電機伊丹製作所 延長 330 m→660 m  1,850 m  167.5 m→400 m 最急勾配 なし  60 ‰  80 ‰ 最急曲線 100 m  50 m  50 m 最高速度 50 km/h→70 km/h  70 km/h  30 km/h→40 km/h 軌間 1,067 mm  1,435 mm  1,067 mm 電化方式（架空電車線方式） 直流750 V  直流1,500 V  直流750 V 車両概要 編成 1両（片運転台）  2両  1両（片運転台） 車体材質 普通鋼  アルミニウム合金ステンレス鋼  普通鋼  車両重量 18.2 t  16 t×2（目標）  15.0 t 全長 12,000 mm（車体長）  12,600 mm（連結面間）  9.288 mm（車体長） 全幅 2,460 mm  2,450 mm  2,450 mm 全高 3,095 mm（屋根高さ）  3,050 mm（空調機高さ）  3,050 mm（屋根高さ） 床面高さ 750 mm  700 mm  700 mm 台車概要 操舵方式 自己操舵台車  A方式：自己操舵台車/半強制操舵台車B方式：半強制操舵台車（独立車輪機能付）  自己操舵台車 車輪径 520 mm  520 mm  500 mm 固定軸距 1,700 mm  1,700 mm  1,680 mm VVVFインバータ（GTO素子） 日立製作所製（2,500 V- 1,000A）  日立製作所製（4,500 V- 2,000A）  三菱電機製 リニアモータ概要（1時間定格） 出 力 70 kW×2基  65 kW×2基/両  70 kW×1基 電 圧 三相交流 550V  三相交流 1,100V  三相交流 550V 電 流 275A  117A  255A 標準空隙（ギャップ） 15 mm  12 mm  12 mm 標準ニ次導体方 式アルミ爆着式アルミキャップ式  アルミ爆着式アルミキャップ式  アルミエンドバー式幅300 mm     370 mm厚みアルミ 5 mm     アルミ 5 mm鉄 25 mm     鉄 28 mm
 リニアモータ極数：8極、周波数：20Hz、同期速度：38.9 km/h、絶縁種別：H種、装架方式：車軸装架方式（共通）
 LM1における本来の屋根高さ、床面高さは それぞれ3,045 mm、700 mmであるが、床下機器の都合で50 mm高くなっている。

 脚注 

 参考文献 
 日本鉄道車輌工業会『車両技術』
 第167号（1984年10月）「新都市交通システム向けリニアモータ・カー」
 第179号（1987年6月） 「リニアモータ駆動小型地下鉄車両」
 電気車研究会『電気車の科学』1986年11月号「三菱電機・リニアモータ電車総合試験設備」
 日本鉄道サイバネティスク協議会『鉄道サイバネ・シンポジウム論文集』第24回（1988年2月）「リニアモータ電車総合試験設備」論文番号503

Category:鉄輪式リニアモーター鉄道