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リニアモーター(linear motor) とは、軸のない電気モーター(電動機)のこと。通常のモーターが回転運動をするのに対し、基本的に直線運動をする。

応用例として磁気浮上式リニアモーターカーが知られるため、浮上技術のことと誤解されやすいが、あくまでも駆動装置である。浮上の有無とは関係なく、また浮上するための装置でもない。

◆リニアの意味

リニアとは、回転運動(rotating motion)に対する直線運動(linear motion)を意味する。

ここでいう直線運動とは工学的な意味あいであり、ガイドに沿って曲げることもできる。例えば、扇形に並べて、普通のモーターより圧倒的な薄さで円弧運動を行わせることもでき、ハードディスクのヘッドなどはこの形で使用している。これは水平方向(ステータ⇔ロータに垂直方向)の例だが、垂直方向(ステータ⇔ロータ方向)に曲げることもできる。

原理的には、一周して円環形にして回転運動をさせることもできる。したがって、回転モーターとの本質的な違いは、回転運動か直線運動かではなく、機械的な軸がありトルクを利用するかどうかであるといえる。

◆特徴

既存の回転モーターのような軸受け部分がないので、駆動系をコンパクトにできる。回転モータを置くだけのスペースが確保できない場合などに使われる。

リニアモータは同規模の出力の回転型電動機と比較した場合、損失が多いため、消費電力が増える。

◆種類

動作原理により、リニア誘導モータ(LIM, Linear Induction Motor)、リニア同期モータ(LSM, Linear Synchronous Motor)、リニア直流モータ(LDM, Linear Direct Motor)、リニアステッピングモータがある。

ローレンツ力を用いた電磁式リニアモータだけでなく、超音波モータと同じ作動原理であるピエゾ効果を応用した圧電素子で駆動するリニアモータも存在する。

◆原理

基本的な原理は回転型のモーターと同一で、誘導型では磁界中に置かれた導体に電流を流したときに生じるローレンツ力を利用しており、同期型では磁極同士の吸引・反発力を利用している。

もっとも原始的な構造は、回転型のモーターを直線に切り開いた形を想像すると理解しやすい。回転磁界を起こす代わりに直進させる磁界変化を起こしている。

同期型のリニアモーターの原理を簡略的に表すと、以下のようなものである。

・静止状態では、直線的に配置された固定電磁石と可動する電磁石は逆の極(たとえばNとS)。

・動かしたい方向の、直線的に配置された固定電磁石をSにする。すると、可動電磁石は、その方向に動き出す。(動かしたい方向と反対側の固定電磁石をNにすると、より強い力で駆動される。)

・固定電磁石の磁極変化を繰り返していくと、可動電磁石は、前方に引き寄せられつづける。

リニアモーターカーでの応用例では、以下のようなイメージになる。

車体本体(図例では個々の中段の S N S)の磁極は変わらず、推進コイル(ガイドレール側)の磁極を次々と変えていく。この変化させる時間間隔によって速度も調節できる。

(上から見たイメージ)

S N S N S N S N S N S N

← S N S

S N S N S N S N S N S N

レールのみ:S⇔N

N S N S N S N S N S N S

← S N S

N S N S N S N S N S N S

◆用途

リニアモーターカーに使われていることでよく知られている。

他にも、工作機械、宇宙船、加速器、[外部リンク] サスペンション、髭剃り機など、応用範囲は幅広い。カメラのオートフォーカス(リニアステッピングモータ)にも使用される。飛行機のカタパルトの実験が行われた事もある。

近年は、半導体製造技術の進歩により、MEMSでアクチュエータとしてのリニアモータの開発も進みつつある。

レールガンがリニアモーターの原理を応用していると誤解されることがあるが、全く別の原理に基づくものである。リニアモーターと原理的に近いのはコイルガンである。

◆ 応用例

◇ 鉄道

日本では以下の鉄道路線でこの方式を採用している。

・ミニ地下鉄(リニアメトロ)

  ・大阪市営地下鉄長堀鶴見緑地線(1990年3月20日開業)

  ・都営地下鉄大江戸線(1991年12月10日開業)

  ・神戸市営地下鉄海岸線(2001年7月7日開業)

  ・福岡市地下鉄七隈線(2005年2月3日開業)

  ・大阪市営地下鉄今里筋線(2006年12月24日開業)

  ・横浜市営地下鉄グリーンライン(2008年3月30日開業)

  ・仙台市地下鉄東西線(建設中、2015年度開業予定)

・磁気浮上式鉄道

  ・HSST

    ・愛知高速交通東部丘陵線(リニモ、2005年3月6日開業)(磁気浮上式)

  ・JR式マグレブ(試験中、JR東海が中央新幹線として2025年開業を目標にすると発表)

日本以外は、磁気浮上式として、ドイツのトランスラピッドがある。

◇ その他

・東京ディズニーランド「ビッグサンダー・マウンテン」 - 加速、減速用にリニアモーターが使用されている。

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