発電ブレーキ

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発電ブレーキ(はつでんブレーキ)とは、電気動力で駆動される車両や機器におけるブレーキ方式の一種である。ダイナミック・ブレーキ(Dynamic Brake)とも呼ばれる。 鉄道車両や産業機器において広く用いられている。

直流電動機の場合、電動機への給電を止めて通常の駆動を停止し、ブレーキを掛ける際、電動機に抵抗器を介した閉回路を構成して、通常の出力側(車両では車輪)の回転により、電動機を回転させると、電動機が発電機として働き[1]、逆起電力(フレミング右手の法則)が発生し電気が流れ、それが抵抗器を介した閉回路を通って自らの電動機に戻ることで、電動機内で通常の回転とは逆の回転抵抗を生じさせ(フレミング左手の法則)電動機に制動力を得る。抵抗器は走行中の運動エネルギー電気エネルギーに変換してジュール熱を発生させる。ブレーキ力は、抵抗器の容量によって変化する。

なお、広義には回生ブレーキもこの部類に含まれるが、通常「発電ブレーキ」と表現した場合は、前述の抵抗器によるものを指す。また、発電ブレーキと回生ブレーキを合わせて「電気ブレーキ(電気制動)」と呼ぶことが多いが、その略称である「電制」は専ら発電ブレーキを指す場合が多い。

鉄道車両[編集]

鉄道車両では、連続勾配区間の降坂時や減速時の強力な制動力確保に適していることから、電車電気機関車電気式ディーゼル機関車に発電ブレーキがしばしば用いられている。

だが、車載抵抗器の容量によっては制動能力が制限され、またエネルギーを熱として捨ててしまうことは省エネルギーの観点からも得策ではない。1980年代以降現在に至るまで、電車用としては従来の抵抗器式発電ブレーキに代わって、電力回生ブレーキが主流となっている。主制御器の働きで架線第三軌条の電圧より高い電圧の電気を発生させ、それらを通じて他の力行中の車両や、変電所の抵抗器などに送電することで、車載抵抗器よりもはるかに大きな負荷を得て、より強力なブレーキ力を確保するものである。ブレーキエネルギーを他車の走行エネルギーとして再利用でき、省エネルギーの面からも有利である。電力回生ブレーキも発電ブレーキの一種であるが、鉄道技術の狭義の用語としては、抵抗器で電力消費を行う発電ブレーキとは区別されている。

しかし、鉄道用の発電ブレーキは21世紀初頭現在でもまだ広く用いられている。理由としては次のようなケースがあげられる。

  • 回生ブレーキよりも発電ブレーキの方が回路構成が単純であり、かつては回生ブレーキは製造コストが高価であった。
  • 列車本数の少ないローカル線路面電車など、他車の負荷が少ない場合では、架線電圧という外部要素に依存する回生ブレーキを使用することは必ずしも適切ではなく、自車単独で安定したブレーキ性能の得られる発電ブレーキの方が望ましい。
  • 急勾配路線では降坂時の安全が最優先され、安定したブレーキ性能が要求される。架線事故や集電装置の破損、離線を起こした場合など、回生ブレーキでは失効し、制御不能となる懸念もある。

しかし、実際にローカル私鉄で発電ブレーキ車が多く使われている理由は、単に大手私鉄で旧形となった車両の譲受車が主流であるばかりでなく、回生ブレーキで発生した電力を消費する車両・設備がないことにある。運転本数もまばらであるため、高い加減速性能も必要とされない。また、東急7000系など、回生ブレーキ装備車の払い下げを受けた私鉄では、回生ブレーキで発生した電力が変電所に戻らないように回生ブレーキを使用不可とすることが多く、勾配路線用である叡山電鉄デオ900形電車のように、回生ブレーキに対応した制御装置と主電動機の提供を受けながら、発電ブレーキ専用に改造した例も存在する。

近年では長野電鉄など、譲渡車の回生ブレーキをそのまま使用している鉄道もある。これは変電所に回生ブレーキが発生した電力を吸収する回生電力吸収装置を設置することによって、列車本数の少ない中小私鉄においても回生ブレーキの使用を可能にしたものである。発電ブレーキの抵抗器発熱による搭載機器の劣化を考慮すると、経営基盤の弱体な地方私鉄にとってはメリットにもなる。

また急勾配路線でも、発電制動が継続すると抵抗器の発熱が処理しきれなくなり、過熱、焼損の原因となることから、あえて回生ブレーキとする場合もある(国鉄EF16形電気機関車など)。

JR東日本E127系電車などのように、使用環境によっては発電ブレーキと回生ブレーキ双方を搭載して回生失効対策をとることがある。

なお、交流電化においては比較的回路が簡単で、発生した電力を変電所から送電側に戻すことも容易であるので、交流専用車両では比較的早期段階から回生ブレーキが用いられていた[要出典]国鉄ED78形及びEF71形電気機関車。これらはサイリスタ位相制御方式を採用しており、主回路に抵抗器を持たない。

自動車[編集]

自動車では、大型トラックバストレーラーの補助ブレーキとして、電気式リターダ、エディカレントリターダといった名称で発電ブレーキが使用されている。これらは主に高速からの減速や下り坂を走る際にメインブレーキの焼きつきを予防するために、負荷軽減装置として用いられる。その場合、排気ブレーキも併用している。リターダを装備した大型トレーラーの車軸を覗くと、コイルと磁石が見える。大型トラックは駆動軸にビルトインされているものもあり、目視確認がむずかしい場合がある。いずれも車両後部に「リターダー装備」などのコーションラベルがあることが多いが、このラベルの表示義務はない。

一方、自家用車においてもエコカーブームによって電動機を動力源とする自動車が普及しつつあるが、燃費の改善に重点が置かれているために回収したエネルギーを捨てる発電ブレーキは採用されず、回生ブレーキを備え搭載するバッテリーの充電に用いるモデルが多い。

  • 電動機に逆電流を流し、ブレーキをかけさせる装置も研究されているが、現段階ではこれを発電ブレーキとは称していない。静止状態では無効なため、物理的ブレーキの補助的な存在。鉄道にも同様のものがあり、純電気ブレーキと称する。
  • 自家用車を小規模な改造で牽引車とする、車両総重量3500kg以下のライトトレーラー(主にキャンピングトレーラーモーターボート輸送用トレーラー)では、主制動装置として慣性または接近式ブレーキを備えなければならない(車両総重量750kg以下で条件を満たすものに限り、制動装置は不要)。このなかの慣性制御式電気ブレーキは、牽引車のブレーキコントローラーから指令が電送され、トレーラーのブレーキシュー(もしくはパッド)を電磁石で動かす方式。鉄道車両における電気指令式に相当するもの。回転力を磁気で押さえ込むわけではないので、これは発電ブレーキとは異なる。

脚注[編集]

  1. ^ 直流電動機と直流発電機は構造は同じであるため。出力側からの回転により、発電機にもなる。

関連項目[編集]