渦電流式レールブレーキ

渦電流式レールブレーキは、鉄道車両における高度なブレーキシステムの一つです。電磁石を用いてレールに渦電流を発生させ、その反作用によって制動力を得る仕組みを持っています。

原理

このブレーキの核心は、レールに近接して設置された電磁石にあります。ブレーキを作動させる際、電磁石が励磁され、強力な磁場がレールに作用します。磁石のN極とS極を進行方向に交互に配置することで、レールには変動する磁界が作用し、これにより渦電流が発生します。この渦電流が磁場と相互作用し、レンツの法則に従って、車両の運動を妨げる方向に力が生じ、ブレーキ力として機能します。このプロセスにおいて、車両の運動エネルギーは渦電流を通じて最終的に熱エネルギーに変換され、レールを暖めます。

特徴

渦電流式レールブレーキの最大の特徴は、レールや車輪との間に物理的な接触がないことです。従来の制輪子を使用するブレーキシステムと比較して、摩擦や衝撃による部品の損傷が大幅に減少します。また、作動時に騒音、粉塵、摩擦熱、不快な臭いが発生しないという利点もあります。

ただし、低速域ではブレーキ効果が弱いため、完全に停止させる用途には適していません。通常、他のブレーキシステムと組み合わせて使用されます。しかし、高速域においては、常用ブレーキとして、または非常ブレーキとして非常に有効です。

欧州連合（EU）の汎ヨーロッパ高速鉄道に関する技術仕様（TSI）では、新造される高速鉄道車両への渦電流式レールブレーキの搭載が義務付けられています。最初にこのブレーキシステムを搭載し営業運転を開始したのは、ドイツのICE 3です。

他の方式との比較

渦電流を利用して制動力を得るという点では、渦電流式ディスクブレーキと共通していますが、適用箇所が異なります。渦電流式ディスクブレーキが車軸に取り付けられたディスクに渦電流を発生させるのに対し、渦電流式レールブレーキはレール自体に渦電流を発生させます。

渦電流式ディスクブレーキは、最終的に車輪とレールの間の粘着力に依存するため、強いブレーキをかけると車輪が滑走する可能性があります。一方、渦電流式レールブレーキはレールとの直接的な作用を利用するため、粘着係数の影響を受けにくいという利点があります。一般的に、速度が上がるほど粘着係数は低下するため、高速走行時には渦電流式レールブレーキの方が有利となります。

電磁石をレールに近づけるという点では、電磁吸着ブレーキと似ていますが、電磁吸着ブレーキは電磁石をレールに接触させるのに対し、渦電流式レールブレーキは非接触です。また、電磁吸着ブレーキはレールの左右方向にN極とS極を配置し、前後方向には同一極性を配置します。これは、渦電流によるブレーキ力が速度によって変動するため、速度に依存しないブレーキ力を得るために渦電流の発生を抑制する設計となっています。渦電流式レールブレーキとは、極性の向きが逆になります。

車両に搭載した電磁石で地上側の設備に渦電流を発生させるという原理は、鉄輪式リニアモーターカーと共通していますが、リニアモーターカーはレールではなくリアクションプレートに渦電流を発生させます。また、リニアモーターカーは減速だけでなく加速にもリアクションプレートとの相互作用を利用するという点が異なります。

永久磁石式渦電流 ブレーキ

近年のローラーコースターや自由落下式アトラクション（ドロップ・タワー）などでは、電磁石の代わりに永久磁石を使用した渦電流式ブレーキが採用されています。永久磁石を使用する利点は、電力を消費しないため停電時でも確実に減速できるフェイルセーフ性にあります。ただし、磁力の強さを調整できないため、ブレーキ力の調整は困難です。そのため、リアクションプレートを可動式にし、永久磁石間を通過するリアクションプレートの枚数を増減させることでブレーキ力を調整する機種も存在します。

参考文献

* 電気学会電気鉄道における教育調査専門委員会編『最新電気鉄道工学』（初版）コロナ社、2000年。ISBN 4-339-00723-4。 pp.74 - 76

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