直流電車と交流電車の違いとは！なぜ２種類の電車があるの？

日本には、直流電車と交流電車の２種類の電車が走っています。ここで気になるのが、直流電車と交流電車の違いと、なぜ２種類あるのかというところです。このページでは、この気になるポイントについてお話しています。

念のため追記します。 直流型電車の代表例として山手線の車両の場合、205系(運用1985～2005年)までの主電動機は「直流直巻電動機」でしたが、その後継のE231系(2002～2020年)やE235系(2015年～)は「かご形三相誘導電動機」が用いられているようです。 交流型電車の代表例として東海道新幹線の車両の場合、第１世代(0系,運用1964～1999年)と第２世代(100系,1985～2003年)の主電動機は「直流直巻電動機」でしたが、第３世代(300系,1992～2012年)から現行の第６世代(N700S系,2020年～)は「かご形三相誘導電動機」のようです。 以上のように約20年前にはJRの車両の主電動機は「直流直巻電動機」から「かご形三相誘導電動機」に移行されているようです。 確かに、電動機（モーター）の分類は紛らわしいことが多く、例えば永久磁石モーターの場合、「ブラシレスDCモータ」と「永久磁石同期電動機」は構造的には同じですが、前者は制御回路を含んだ特性がブラシ付直流モーター（永久磁石界磁形整流子直流電動機）とほぼ同じなので名前のとおり「直流モーター」に分類されることが多いのに対し、後者は一般的には（制御回路を含まずに）「交流モーター」に分類されているようです。感覚的には の図が分かり易く、分類の仕方によっては「ブラシレスDCモータ」を「直流モーター」や「交流モーター」とは別個に分類している例(Nidecなど)もあります。 但し「誘導電動機」は殆どの場合「交流モーター」に分類されており、「直流モーター」に分類されることはほぼ無いと思います。 現在の現役で活躍している電車や電気機関車の主電動機は「かご形三相誘導電動機」が主流だと思うので、イラストの〔直流モーター〕の部分は〔インバーター〕⇒〔交流モーター〕としたほうが現状には合っているのかなと思います。また、新幹線車両などの交流型電車には単相交流(50/60Hz,25k/20kV)から直流に変換する「コンバーターユニット」と直流から可変電圧・可変周波数(VVVF)の三相交流へ逆変換する「インバーターユニット」が一体になった「主変換装置」が搭載されていることが多いようですので、イラストの「〔直流変換器〕⇒〔直流モーター〕」は「〔コンバーター（直流変換器）⇒インバーター〕⇒〔交流モーター〕」としたほうが現状には合っているのかなと思います。 まとめの「電車のモーターは、直流で動く」も間違いではないとは思いますが「電車のモーターを効率よく速度制御するためには直流が必要」などとしたほうが無難な気もします。

みぃやんさん、いろいろと教えて頂きありがとうございます！ みぃやんさんは、電車関係についてとてもお詳しい知識をお持ちなのですね。 とても勉強になりました。 現在の電車は、直流モーターではなく「かご形三相誘導電動機」という交流モーターで 動いているのですね。 そしてこの交流モーターを動かすために、インバーターの技術を使って 任意の電圧・周波数の三相交流を作っているということですね。 また、電源が直流であればインバーターだけで良いけども、 電源が交流の場合は一度直流に変換しないといけないので、 コンバータも使っているということですかね。 そうなると説明図に関しては確かにご指摘頂いた通りにした方が適切かと思うので、 時間できたらもう一度勉強し直して、図を書き直してみようかなと思います(^^)

私の冗長なコメントに応答いただきまして有難うございます。 私自身は電車関係に詳しいわけではなく、たまたまテレビ番組を見ていて興味を持ったJRの電化区間をウェブで調べていて検索された貴ブログを閲覧させていただいた際に、イラストの「直流モーター」という単語が気になって Wikipedia等で調べた知識でコメントさせていただいた次第です。 なお、以前に情報機器のモーターに携わっていたことがあり、「モーターの分類は分かり難い」と感じていて、とくに「直流モーターと交流モーターのふたつに分類することは適切なのか？」と疑問に思っています。前回のコメント入力の際にURLを記載したためその部分が削除されて「感覚的には…の図が分かり易く」となってしまいましたが、「…」部分は「taketake2 モーターの種類」などで検索されるページのURLでした。 また、鉄道車両のモーターの動向については、11年以上前のブログ記事「PMSM・・・電車用モーターの次のスタンダードとなりうるか？」が分かり易く参考になりました。 余談ですが、たまたま前回コメント投稿の翌日に見かけたニュース記事「西武鉄道、中古車両を導入」には『2024年度に小田急の8000形を西武国分寺線に、25年度以降に東急の9000系を西武秩父線など4支線で走らせる。29年度までに約100両を順次導入する計画だ。これらは省エネ性能が高い「VVVFインバーター制御車両」で、旧型の直流モーター車両に比べて使用電力を半分に抑えられる。』（朝日新聞デジタル）や『首都圏の大手私鉄のうち、省エネ性能の高いインバーター制御で運行している車両の割合は小田急が100％、東急が99％で、西武は70％』（共同通信）のような記述がありました。

みぃやんさん、こちらこそ、詳細な内容のコメントを頂けてありがたいです。 Webで調べた知識をきちんと理解してまとめられていることは、とても素晴らしいことだと思います。 情報機器のモーターに携われれていたので、モーターに関する知見が豊富なのですね(^^) また、参考になるページや記事もご紹介頂いてこちらもありがとうございます。 ページを見ると、なかなか難しくて理解するのに時間が掛かりそうだと感じましたが、なんとか理解できるように頑張ってみます(^^;)

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