電車を止める電気ブレーキの仕組みを解説　「発電ブレーキ」と「回生ブレーキ」の違いはエネルギーを“捨てる”か“使う”か

モーターでブレーキ力が発生する？

　発電ブレーキと回生ブレーキは、どちらもモーターを使ってブレーキ力を発生します。こう書くと、「モーターでブレーキ力が発生するの？」と思う方もいるでしょう。はい、モーターの性質を利用すれば、それができます。

　この原理を理解するには、物理の知識が必要です。ここからちょっとむずかしい話をしますね。

　高校の物理の授業では、以下の2つのことを習います。

【1】モーターと発電機の基本構造は同じ
【2】エネルギー保存則

【1】は、発電ブレーキと回生ブレーキの原理を知る基本中の基本です。モーターは、電流が流れると、回転軸が回ります。いっぽう、逆にモーターの回転軸を動力で回すと、発電します。そう、モーターは、発電機にもなる性質があるのです。

【2】は、物理の基本原理の一つです。広辞苑第七版は「外部から影響を受けない物理系（孤立系）」においては、その内部でどのような物理的あるいは化学的変化が起こっても、全体としてのエネルギーは不変である」という法則、と説明しています。つまり、孤立系であれば、形が変わっても、エネルギーの総量は変わらないという法則です。

　電車は、モーターに電流を流すと、モーターの回転軸の動力が車軸を介して車輪に伝わり、レールの上を走ります（リニアモーター駆動の電車を除く）。このとき、電気エネルギーを運動エネルギーに変換しています。

　いっぽう、電流を流すのをやめると、モーターは車軸によって回され、発電します。このとき、運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。

　もし、この電気エネルギーを何らかの方法で消費すると、電車の運動エネルギーが小さくなります。これによって電車が減速し、ブレーキ力が働きます。

　これが、発電ブレーキと回生ブレーキの基本となる原理です。

「捨てる」発電ブレーキと「回収する」回生ブレーキ

　発電ブレーキでは、モーターが発電した電気を抵抗器で消費します。このとき抵抗器は熱を出します。つまり、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、大気に放出しているのです。もっとわかりやすく言うと、電車が走ることで生じるエネルギーを捨てているのです。

　エネルギーを捨てるのは、もったいないです。また、抵抗器から出る熱は、地下鉄のトンネル内部の温度を上げる原因にもなります。

　そこで、回生ブレーキが開発されました。回生ブレーキでは、電車のモーターが発電した電気を電車線（架線・第三軌条など）に戻して他の電車に消費してもらうことで、ブレーキ力を得ます。

　つまり、エネルギーのリサイクルを可能にして、電車から発生する熱を小さくするだけでなく、電車の走行中の消費電力を減らすことができるのです。このため、近年登場した電車では、回生ブレーキがよく使われています。