せんぷうきの はねを まわして いる ものが、まるい かたちの モーターです。モーターは、でんきと じしゃくの はたらきで、ものを まわす 力を 出します。

この まるい モーターを、ひとところで きって、ぺたんと ひらたく のばして みましょう。まわる かわりに、ものが まっすぐ すすむ 力が 出ます。それが リニアモーターです。

よい ところは、車輪しゃりんや ぎあを つかわなくても、ふれずに 力が 出る ことです。ただ、ひらたく のばした だけでは うごきません。つぎの ページで、すすむ ための ひみつを 見ます。

扇風機のモーターは、中心の軸が回ることで羽根を回します。この丸い形のモーターを、一か所で切って、まっすぐ平らにのばしたと考えてください。回る代わりに、まっすぐ進む力が出ます。これがリニアモーターです。

日本大百科全書は、リニアモーターで力が生まれるしくみは、回転形のモーターと同じだと述べています。世界大百科事典によると、動く部分には、ふれあわずに推進力が生まれます［2］。つまり車輪を回す歯車のような「力を伝える部品」がなくても、力を出せます。

ただし、平らにのばしただけでは電車は走りません。回るモーターは、コイルが作る磁石の向きを次々に切りかえることで、軸を回し続けます。直線にのばしたときも、磁石の向きを順に切りかえる仕組みが要ります。ここが、記事の中心の問いです。

回転形モーターは、固定子が作る回転磁界が回転子を引きまわす。日本大百科全書は、リニアモーターの推力の発生機構は回転形と同一だと述べ、世界大百科事典は、移動部分に推進力が非接触で生じると説明する［2］。科学技術振興機構も、丸い回転部分とコイルを平たい形に変えたものがリニアモータだと解説している［1］。

したがって、リニアモーターの本体は「回転の仕組みを直線に引きのばした」ものであり、歯車のような伝達機構を挟まない点が回転形との実用上のちがいになる。

ただし、形をのばしただけでは力は続かない。回転形が回り続けるのは、磁界が回り続けるからである。直線にのばしたとき、磁界は端で止まってしまう。では、直線の上で磁界はどう「動き続ける」のか。次の章で、その答えを見る。

じしゃくは、北と 南が ひきあい、おなじ きょくどうしは はなれます。この ひっぱる 力と おす 力で、でんしゃを うごかします。

ちょうでんどうリニアの 場合、地めんの みぞに コイルが ならべて あります。コイルに でんきを 流すと、じしゃくに なります。この じしゃくの 北と 南を、前から じゅんばんに かえて いきます。

車りょうには じしゃくが つんで あります。コイルの 北と 南を かえると、車りょうの じしゃくが ひかれて、車りょうが 前に すすみます。すすんだら、つぎの コイルを かえます。これを くりかえすと、車りょうは どんどん すすみます。

はやさは、北と 南を かえる はやさを かえて、ちょうせつ します。

ただし、ぜんぶ ではありません。ういて はしるのは、べつの コイルの しごとです。この ページでは、すすむ しごとだけ 見ました。

JR東海の子ども向け解説によると、超電導リニアのガイドウェイ（走る道）には、「推進コイル」が埋めてあります。この推進コイルに電流を流してN極とS極を切りかえ、車両に積んだ超電導磁石をひきつけて前に進みます。切りかえの速さを変えることで、速度を調節します［3］。

回るモーターの磁界は、軸のまわりを回りました。直線のリニアモーターでは、地面側のコイルの磁極を次々と直線方向に切りかえると、磁界が車両に向かって「動いて」いるように働きます。Motor-Fanの解説も、回転磁界を直線磁界にすると直線運動が起こると説明しています［4］。

コイルの磁極を切りかえるたびに、車両の磁石が引かれたり押されたりする場所が前へ前へと移り、車両はそれについて進みます。

速さは、切りかえの速さを変えて調節します。2015年4月21日、山梨のリニア実験線で、7両編成のL0系が有人走行で時速603kmを記録しました。鉄道の世界最高速度です［5］。時速603kmは秒速約167mなので、車両は1秒間に約167m進む計算で、そのあいだも磁極の切りかえが追いつき続けています。

車両が浮くのは、別の「浮上・案内コイル」の役目です。時速150km以上で浮上走行し、それ以下はタイヤで走ります［3］。浮く仕組みは別の記事で扱うので、ここでは前に進む力に絞りました。

超電導リニアは、地面側の磁極の切りかえで進む。JR東海の解説によれば、ガイドウェイに埋めた推進コイルに電流を流してN極とS極を切りかえ、車両の超電導磁石をひきつけて進み、切りかえの速さで速度を調節する［3］。

この原理は、回転磁界を直線磁界にすれば直線運動が起こる、という形で整理されている。ガイドレール側の磁極を連続的に次々と直線方向に変えると、車両側の磁石が引かれ、押される［4］。回転形では磁界が軸のまわりを回ったが、直線では磁極の切りかわる位置が車両の進行方向へ移っていく。車両の磁石は、それに引かれて付いていく。

JR東海は、磁極を切りかえる速さを変えて車両の速度を調節すると説明する。2015年4月21日に山梨リニア実験線で、L0系7両編成が有人走行で時速603kmを記録し、鉄道の世界最高速度となった［5］。時速603kmは秒速約167mである。

浮上と推進は別の働きである。ガイドウェイには推進コイルと、浮上・案内コイルの2種類が埋められ、時速150km以上で浮上走行し、それ以下はタイヤで走る［3］。浮く仕組みは本サイトの別記事に譲る。

リニアモーターの でんしゃは、うかない ものも あります。とうきょうの ちかてつ、おおえどせんは、車輪しゃりんと レールで はしります。でも、車輪しゃりんを まわす モーターは つんで いません。

道の まん中に 金ぞくの 板が おいて あります。車りょうの でんじしゃくが つくる うごく じばが、この 板に でんきを 生みます。その でんきと じしゃくが はんのう して、車りょうを すすめる 力が 出ます。

モーターを 車輪しゃりんに つけないので、車りょうが ちいさく、かるく できます。ちいさな トンネルで すむため、ちかの 道を うまく つかって はしれる のです。

きゅうな さかや、きつい まがりかどを 走る ことも できます。ちょうでんどうリニアと くらべて、おなじ ひらたい モーターでも、つかい方は ずいぶん ちがいます。

東京の大江戸線は、リニア地下鉄と呼ばれます。乗りものニュースの解説では、車輪を回すモーターを積まず、レールの間に置いた「リアクションプレート」と、車体の電磁石を反応させて推進力を得ます。車輪とレールで走る鉄輪式です［6］。

超電導リニアが「磁石を引き寄せる」のに対し、こちらは「導体の板に電流を生じさせる」方式で、誘導式と呼ばれます。英語版Wikipediaの解説によると、一次側が作る動く磁界が、アルミなどの導体の板に渦電流を生み、その電流が作る磁界との相互作用で力が生まれます［7］。大江戸線では板が軌道に固定されているので、その板に対して車両が前へ進みます。

モーターを車輪に積まない利点は、台車の自由度が高くなる点です。乗りものニュースによると、大江戸線は半径100mの急曲線も走れて、鉄輪では難しい急勾配にも対応できます［6］。科学技術振興機構の2008年の解説は、方式の目安として、回転モーターの電車は勾配が約3%まで・曲線は半径100m以上、リニア地下鉄は約8%の坂・半径50mの曲線まで走れるとしています［1］。3%は100m進んで3m上がる坂、8%は100m進んで8m上がる坂です。

小さなトンネルで済むので、既存の地下施設の間をぬう路線が作りやすくなりました［6］。同じ平らなモーターでも、浮いて速さをねらう超電導リニアと、坂や曲がり角を得意にした地下鉄は、ねらいがまるでちがいます。

大江戸線は、車輪を回すモーターを積まない。軌間に置いたリアクションプレートと、車体の電磁石を反応させて推進力を得る鉄輪式である［6］。これは誘導式で、三相交流で一次側に動く磁界を作り、アルミなどの導体板（二次側）に渦電流を生じさせる。渦電流が作る磁界との相互作用で推進力が生まれる。大江戸線では板が軌道側に固定され、その板に対して車両が進む［7］。超電導リニアは磁石を引きつけて進み、誘導式は導体板に生じる電流を使う。この力の作り方が二つの方式の分かれ目になる。

この方式の利点は、台車にモーターが要らず、台車の自由度が高いことである。乗りものニュースは、大江戸線について半径100mの急曲線の走行と、鉄輪では難しい急勾配への対応が可能だと述べる［6］。科学技術振興機構（2008年）は、方式一般の目安として、回転モーターの電車を勾配約3%・半径100m以上、リニア地下鉄を勾配約8%・半径50mの曲線までとし、一次側と二次側の間隔は12mmだと記す［1］。100mは大江戸線の例、50mは方式の目安なので、数字がちがっても矛盾ではない。

勾配8%は、100m進むと8m上がる坂である。回転形の3%の約2.7倍にあたる。乗りものニュースは、小さいトンネルで済むため、既存の地下施設の間をぬう路線が可能になったと述べる［6］。坂と曲線に強いことが、都市の地下に線路を通す自由度につながった。

リニア誘導式でも、リニモ（愛知高速交通東部丘陵線）は、浮いて走る。2005年に開業し、最高速度は時速100km、電磁石の吸引力で地面からわずか約8mm浮上する（出典により数mm〜1cm）［8］。浮上と推進は別の話なので、ここでは「リニア」にも浮く電車と車輪で走る電車があることだけ押さえておく。

ひらたい モーターの かんがえは、じつは むかしから ありました。でも、すぐには うまく いきませんでした。

百八十ねんくらい 前、ホイートストンと いう ひとが ためしたと いわれます。ただ、力の つかい方が わるく、よく うごきませんでした。

それから 九十ねんほど あとの 一九三五ねんに、ドイツの ケンパーが うごく ものを つくったと されます。つぎに、イギリスの レイスウェイトが、じっさいの 大きさの ものを つくりました。

いろいろな ひとが、少しずつ すすめて きました。いまの でんしゃは、その つみかさねの 上に あります。

平らなモーターの考えは、新しいものではありません。英語版Wikipediaの記事によると、1840年代にホイートストンが実験しましたが、効率が悪かったようです。1905年には、列車やエレベーターに使うという米国特許（782312）が出されています［9］。

同じ記事では、1935年にドイツのケンパーが動く模型を作り、1940年代の後半にはマンチェスター大学のレイスウェイトが、実用の大きさの試作機を作ったとされます［9］。これらはWikipediaの記述なので、「とされる」話として読んでください。

電車を力強く走らせるには、磁石の切りかえを細かくそろえる電子の制御が欠かせません。考えが生まれてから実際の鉄道になるまで、長い時間がかかりました。

平らなモーターの着想は古い。英語版Wikipediaによれば、1840年代にホイートストンが実験したが非効率だった。1905年にはZehdenの米国特許782312があり、列車やエレベーターへの利用が書かれている。1935年にはドイツのケンパー（Hermann Kemper）が動く模型を作った。1940年代後半にマンチェスター大学のレイスウェイト（Eric Laithwaite）が実用大の試作機を作り、1964年にインペリアル・カレッジの教授になった［9］。

以上は英語版Wikipediaの記述なので、「とされる」話として、大きな流れだけを使う。

流れから分かるのは、原理が先にあり、実用化が後から来たということだ。回転形と力の出方が同じなら、直線にして使えそうに思えるが、実際の電車で使うには、磁界の動きを高い精度で制御し続ける必要があった。この点は、超電導リニアが磁極の切りかえの速さで速度を調節し、大江戸線が三相交流で動く磁界を作る、という現在の二つの方式にも引き継がれている。

では、読者自身は、この原理をどう確かめられるか。次の章で、家にあるもので試す。

きょう できる こと

じしゃくと クリップを よういします。かみの 上に クリップを おいて、かみの 下から じしゃくを ゆっくり うごかして みましょう。クリップが、じしゃくに ついて うごきます。

じしゃくを うごかす はやさを かえて、クリップの うごきが どう かわるか 見て みましょう。これは、うごく じしゃくに ひかれる ようすで、リニアの すすみかたに ちょっと にて います。

気をつけること

じしゃくは、スマホや カードの 近くに おかないで ください。小さな じしゃくを 口に いれないように します。

紙の下で磁石を動かす

クリップを紙の上に置き、紙の下から磁石をゆっくり動かしてみましょう。クリップが磁石に引かれてついてきます。磁石を動かす速さを変えて、クリップの動き方がどう変わるか見てみましょう。

これは、動く磁石にものが引かれて付いていく様子で、リニアモーターの「動く磁界」に近い現象です。ただし、本物のリニアは、コイルの磁極の切りかえで磁界を動かします。

安全のために

磁石はスマートフォンやカードに近づけず、小さな磁石は口に入れないようにしてください。

資料を読むなら

JR東海の子ども向け解説［3］と、科学技術振興機構の記事［1］は日本語で読めます。

磁石で確かめる

紙の上にクリップを置き、下から磁石を動かすと、クリップがついてくる。磁石の動かし方を変えて、クリップの動きを見比べてみよう。これは、磁石を動かすとクリップも動く実験である。リニアモーターでは、コイルの磁極を順に切りかえて磁界を動かす。磁石は、スマートフォンやカードに近づけない。

資料を読むなら

JR東海の子ども向け解説［3］と科学技術振興機構の記事［1］は日本語で読める。Motor-Fanの記事［4］は、回転磁界から直線磁界への考え方を日本語で説明している。この三つを読み比べれば、同期式と誘導式がなぜ「リニア」とひとくくりなのに別の乗り物に見えるか、自分の言葉で説明できるはずだ。