【電車が動く仕組みを解説!】電気をもらってから動くまで!

電車が動く仕組みを解説!電気をもらってから動くまで!

こんにちは!

疑問を持つ子

電車ってどうやって動いているの?

悩む子

電車の動く仕組みが知りたい〜!

とお悩みの方や、お子さんに教えたい方の悩みを解決します!

驚く子

理系っぽい知識とか苦手なんだけど!

って方にもわかりやすくお伝えしますので、ぜひ読んでみてくださいね♪

シモ

10年間電車整備士を務めた筆者が解説します!

こんな人に読んでもらいたい!
  • 電車が動く仕組みを知りたい
  • 電車に流れる電気について知りたい
  • 電車の車輪はどうやって回っているのか知りたい
  • 電車で使う電気は直流と交流のどっちを使うのか知りたい
  • 電車の速度はどうやって制御しているのか知りたい

電車初心者の方でも分かりやすいように知識をまとめました!

シモ

ぜひブックマークをして
何回も復習して知識を習得してくださいね!

それでは、よろしくお願いします!

目次

電車が動く仕組み

まずは電車がどうやって動くのか、その概要を簡単に抑えておきましょう!

大まかな流れを知っておくことはとても大事ですよ!

電車が動く仕組み①動力源はなに?どこから来るのか?

電車と言う名前の通り、電車の動力源は電気!電気でモーターを回転させることで動いています!

ではその電気はどこから来るのか?どんなルートで電車に流れるのか?

シモ

答えは変電所から架線を通って電車に電気が届きます!
架線からの電気はパンタグラフで受け取っているよ!

変電所→架線→パンタグラフ→電車の順番で電気をもらっている!

詳しくはこちら!

電車の動力源は電気!その電気はどこから来るの?

電車が動く仕組み②電車の電気の流れについて!

電気はもらっただけでは流れず、必ず帰り道が必要になります!

では電車に流れた電気の帰り道はどこでしょうか?

シモ

答えはレールになります!
電気は電気回路になって初めて流れるよ!

電気はプラス線とマイナス線が必ず必要になります!電車の電気の流れをしっかりと理解しておきましょう!

電車→車輪→レール→吸い上げ線→変電所の順番で電気は帰っていく!

詳しくはこちら!

電車の電気の流れとは?実はレールに電気が流れていた!

電車が動く仕組み③モーターと台車で電車は動く!

電車がもらった電気はモーターを動かすために使用します

モーターを回転させてその動力を台車に伝えることで、車輪が回転してレールの上を転がって行きます!

シモ

これって実はおもちゃのミニ四駆ととても似ているんですよ!

電車が動く仕組みはミニ四駆ととても似ている!

おもちゃを分解すると電車が動く仕組みが分かるかもしれませんよ!詳しくはこちら!

電車が動くまで!床下についているモーターと台車が電車を動かす!

電車が動く仕組み④3つの力で考える車輪の仕組み!

電気をもらって車輪を動かすと言うことは、言い換えると電気のエネルギーを動かすエネルギーに変換していると言えるんです!

では車輪が動く時にはどんな力が働いているのか?

シモ

車輪には3つの力が働いています!
そのバランスで動いたり止まったりしているよ!

輪重・推進力・粘着力の3つの力のバランスで、車輪は回転する!

普段乗る自転車と非常に似ています!詳しくはこちら!

3つの力で考える車輪の仕組み

電車を動かすための各機器(パーツ)について

大まかな電車の流れが理解できたら、電車を動かすための各機器(パーツ)について詳しくみていきましょう!

電車が架線から電気を受け取るパンタグラフの仕組み

架線からの電気の流れで登場したパンタグラフですが、皆さんはひし形◇のイメージがあるのではないでしょうか?

シモ

パンタグラフには色んな形のものがあるよ!

また実際にパンタグラフではどのように電気を受け取っているのか、パンタグラフが動く仕組みを一緒に学んでいきましょう!

パンタグラフの仕組みを解説!電車の電気はどうやって取り込む?

電車のモーターが回転する仕組み

大まかな電車の動く流れを理解できたら、次は電車を動かす重要パーツ「モーター」の仕組みについて理解をしていきましょう!

モーターには直流で回転する「直流モーター」と交流で回転する「交流モーター」があります!

シモ

それぞれの回転の仕組みについて、一緒に学んでいきましょう!

直流モーターが回転する仕組み

直流モーターが回転する仕組みって実は中学生の理科の授業で習っていたって覚えていましたか?

せっかくの機会なので、思い出しながら復習していきましょう!

フレミングの法則とは!?

直流モーターが回転する仕組みは、フレミングの法則で説明できます!

シモ

覚えていますか?右手と左手を使うあれです!

フレミングの法則とは!?

電車の速度の制御の方法について

モーターが回転する仕組みが分かったら、次はどうやって回転を制御しているのか理解しましょう!

速度の制御には古いタイプでは「抵抗制御」「弱め界磁」という制御方法があります。また新しいタイプでは「VVVFインバータ」を使用したものが主流となっています。

モーターの回転を制御する仕組みを応用編としてぜひ理解しましょう!

抵抗制御の仕組みを解説!逆起電力を抑える弱め界磁とは?

VVVFインバータとは?現代の電車の仕組みをわかりやすく解説!

直流電車と交流電車の違い

電車は架線からの電気をもらって動きますが、もらう電気には種類があります

それは直流交流です!

シモ

そもそも直流と交流って何がどう違うのか
皆さんはご存知でしょうか?

直流と交流についての解説と電車の場合はどう使い分けるのかについて解説します!

直流と交流の違いとは?

直流とは電気の流れが1方向にしか流れない電気、交流とは時間ごとに流れる方向や電圧が変わる電気のことです!

この直流と交流にはそれぞれメリット・デメリットがあるので、電車ではうまく使い分けています!

ぜひそれぞれの特徴について理解しましょう!

架線からの電源による違いを解説!

電圧降下とは?

架線からの電気は電車に運ばれるまでに電圧が下がってしまいます。これを電圧降下と言います!

この電圧降下を考慮すると、交流で電気を送る方が効率が良いんです!

電圧降下とは何かと、なぜ交流の方が効率が良く送れるのか、ぜひ理解しておきましょう!

変圧や電圧降下について解説!

最後に運転士さんがマスコンを扱えば電車は動く!

ここまで電車が動くための電気の流れやモーターの仕組みなどについてお話ししました。電車の機器の仕組みのことが理解できれば、あとは最後に運転士さんがマスコンハンドルを扱うのみ!

ということで、最後は電車の機器の花形とも言える電車のマスコンについて、その仕組みや役割について知っておきましょう!

電車のマスコン(主幹制御器)とは?仕組みと役割をわかりやすく解説!

まとめ:電車が動く仕組みを通じて、電気や力学について理解しよう!

いかがでしたか?

電車の仕組みを理解することで、電気や力学についても理解を深めることができます

驚く子

電気や力学に詳しくないと電車の仕組みなんてわからないよ!

って言う方は、反対に電車の仕組みと合わせて電気や力学の理解を深めてみてくださいね!

実際に経験していたり、見たことがあるものの仕組みを考えてみた方が理解につながりやすいと思います!

シモ

私も経験的に電車のことを理解してから
電気や力学について勉強しました!

皆さんの理解の助けになれば幸いです!

それでは、ありがとうございました!

電車を好きになろうブログでは、鉄道マン歴10年の筆者が鉄道に関することを記事にしております。

ぜひ他の記事と合わせて鉄道に興味を持っていただけたら幸いです!

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