トランスラピッド

トランスラピッド：磁気浮上式高速鉄道の詳細解説

トランスラピッド（Transrapid）は、ドイツで開発された磁気浮上式鉄道システムです。このシステムは、車輪を使用せず、磁力によって車両を浮上させ、推進させることで、従来の鉄道システムとは異なる高速輸送を実現します。

開発の歴史

1969年に計画が開始され、1987年にはドイツのエムスランドに試験施設が完成しました。1991年には、ドイツ連邦鉄道と著名な大学との協力により、実用化に向けた技術的な準備が整いました。最終バージョンであるトランスラピッド09は、500km/hの巡航速度で走行可能であり、1m/s²の加減速性能を持っています。

2002年には、上海市の高速交通網と上海浦東国際空港を結ぶ30.5kmの「上海トランスラピッド」が開業しました。これは商業利用された初の例です。しかし、長距離都市間路線への導入は進んでいません。開発・販売は、シーメンスとティッセンクルップの合弁会社であるトランスラピッド・インターナショナルが行っています。

2011年にはエムスランドの試験線路が閉鎖され、2012年初頭には敷地全体の解体と再開発が承認されました。2017年9月には、最後のトランスラピッド09が会議・博物館スペースとして利用される計画がありました。

技術的な特徴

トランスラピッドは、強磁性体の永久磁石と通常の電磁石を使用しています。液体ヘリウム冷却が必要な超伝導リニアと比較して、低コストでの導入と運用が可能です。また、超電導リニアとは異なり、停止時も浮上しており、車輪を必要としません。

浮上量は車両側コイルと軌道側の間で約1cm程度です。このため、軌道の敷設や保守には高い精度が求められます。地震や地盤変動が避けられない地域では、車両と軌道の接触事故の懸念があります。日本では、この点を考慮して、より浮上量の大きい超電導リニア方式が開発されました。

基本原理

浮上

ガイド下部に設置されたステータ（鉄心コイル）と車両側の電磁石の磁気吸引力を利用して浮上します。これはHSSTと同様の電磁吸引支持方式です。電磁吸引方式は停止中でも約8mmの磁気浮上を維持し、走行中もこの間隔を保ちます。そのため、センサーでギャップを常に計測し、電磁石の電流を制御する必要があります。

案内

浮上とは別に、軌道案内のためのガイド用電磁石が設置されています。軌道と車両の横方向のギャップをセンサーで測定し、一定になるように電磁石の磁力を制御します。

推進

リニア同期モータ（リニアシンクロナスモータ）式で推進します。車両側の電磁石は浮上用と共通で、地上側のコイルの極性を切り替えることで推進力を得ます。推進力は、車両側の電磁石により生じた磁界と地上側のコイルに流れる電流との積に比例し、車両速度は、地上側コイルに供給される交流電流の周波数に比例します。

トランスラピッドは加速性能が高く、300km/hまでの加速に必要な距離が5kmと短いです。

エネルギー消費

トランスラピッドの通常の走行時のエネルギー消費は、推進、浮上、車両制御を含めて1区間あたり50〜100kWです。空気抵抗係数（Cd値）は約0.26です。時速400kmでの走行に必要なエネルギーは約3.53MWと算出されます。効率が0.85の場合、必要な電力は約4.2MWです。浮上、案内に必要なエネルギーは約1.7kW/tです。また、制動時には回生ブレーキで電力を電力網に戻すことができます。

市場と環境への影響

トランスラピッドは、従来の鉄道網よりも高速で、摩擦や磨耗が少なく、エネルギー消費と整備の必要性が少ないことを目指しています。軌道は柔軟で、従来の鉄道システムよりも地形への適合性に優れています。1両あたりの積載重量は15tで、最高速度は550km/hです。

競争の観点から、トランスラピッドは独自のシステムであり、車両や分岐器等の供給先が限られています。

費用の比較

軌道建設費

上海トランスラピッドの建設費は、駅舎と車両を含めて30.5kmで13.3億USドルでした。複線の1kmあたりの建設費は4360万USドル/kmです。これは、商用で初めて使用された技術であるため、建設費は高くなっています。

車両取得費用

2008年のオーストラリアでの見積もりでは、1両あたり1650万〜2000万豪ドルでした。これは、ICEと比較すると2倍以上です。しかし、トランスラピッドは運行速度と加速が速いため、車両数が少なくて済む可能性があります。

運行費用

トランスラピッドは、非接触のため摩擦や磨耗が少なく、整備費が大幅に少ないとされています。

車両技術

ブレーキ

回生ブレーキと緊急用のスキッドブレーキを採用しています。

集電

電磁誘導による非接触給電を行い、低速時にはバックアップバッテリーでサポートします。

その他

ミリ波によるデータ伝送のためのアンテナが車両先頭に設置されています。

地上設備

軌道

T字型断面の変形モノレールを採用しています。ガイド用としてガイド側面に鉄製レールが設置されています。

位置検知

INKREFAというシステムを使用し、軌道に取り付けられた位置基準突起板を検知して、正確な車両位置を検出します。

環境・人体への影響

騒音は、400km/h運転時でも89dB程度で、磁力線の影響も少ないとされています。

開発組織

ドイツ政府、ドイツ鉄道、シーメンス、ティッセンクルップが出資したトランスラピッド・インターナショナルが開発主体です。

実験車両

TR-05からTR-09までの様々な実験車両が開発されました。TR-09は、2007年に一般公開され、営業最高速度350km/hを誇ります。

歴史

1922年にヘルマン・ケンペルが研究を開始し、1960年代から西ドイツ政府が積極的に支援しました。1979年には一般試乗が行われ、1988年には有人で412.6km/hを達成しました。2003年には、上海トランスラピッドが営業運転を開始しました。

事故

2006年にはエムスランド実験線で試運転中に工事用車両と衝突事故が発生し、死傷者が出ました。また、上海トランスラピッドでも火災が発生しましたが、乗客に被害はありませんでした。

実用化計画

中華人民共和国、ドイツ、ヨーロッパ、アメリカ合衆国、イランなどで計画されましたが、多くは実現していません。

その他

トランスラピッドは、その革新的な技術と高速性能にもかかわらず、高コストや安全性への懸念から、大規模な普及には至っていません。しかし、磁気浮上式鉄道の技術は、今後の高速輸送システムの発展に重要な役割を果たす可能性があります。

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