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東京メトロは、日本で初めて地下鉄を運営した鉄道事業者として、最新の技術を積極的に導入し鉄道業界を先導していますが、世界で初めて鉄道用同期リラクタンスモータの開発に成功しました。
同期リラクタンスモータシステム（SynTRACS）は、同期リラクタンスモータ(SynRM )と駆動用インバータ(フル SiC 素子採用)で構成されており、従来車両で用いられる誘導電動機（モーター）と比較して発熱損失が少なく高効率で、電動機出力を増加して回生ブレーキ領域を拡大し、消費電力量を低減することが出来ます。永久磁石同期電動機（PMSM）と比較しても、レアアースである永久磁石が不要となり回路もシンプルなものとし、省保守化を図ることが出来るのも特徴です。駆動用インバータにはフル SiC 素子を採用し、フル SiC 素子を採用することで、駆動用インバータの電流容量の増加による SynRM の高出力化と電力損失の大幅な低減を実現することも可能です。近年、開発された電車は、主電動機(モータ)に永久磁石同期電動機（PMSM）を搭載した車両が多くありますが、従来の主電動機(モータ)と比較して電力消費量が少なく、回転子の発熱が少ないため全閉構造となったことで、内部に塵埃が入らず、放熱用の部品が不要となり、低騒音化と主電動機(モータ)の小型化が可能になりましたが、弱点もあります。電車は加速すれば、線路の上を惰行で進みますが、磁石が入っている主電動機(モータ)は発電し、発電しているということは、ブレーキを掛けている状態でもあるので、その分だけエネルギー損失が生じてしまいます。そのため、エネルギー消費を抑えるには電力消費の多い主電動機(モータ)の改良は必要不可欠であり、一歩先を行く技術開発が必要でした。同期リラクタンスモータは有力候補の一つでしたが、鉄道向けに採用するには技術的な課題があり、鉄道車両では、可変速かつ高出力で駆動する主電動機(モータ)を搭載する必要がありますが、同期リラクタンスモータではその実現が困難でした。
東京メトロと三菱電機が共同で開発を行い、配線や機器構成などを大きく変えずに容易に搭載が可能だったため、東京メトロ13000系44編成に試験的に搭載して約1ヶ月半に亘り実証実験を行った結果、13000系と同様に制御方式がVVVFインバータ制御で、スイッチング素子にSiC素子を搭載した9000系リニューアル編成と比較して、約18%の省エネ効果が確認されました。また、従来と同等の乗り心地や騒音レベルであることも確認され、加減速性能もきちんと満たしていることが確認されました。
2025年の春以降に就役する東武鉄道80000系に、本格搭載としては私鉄で初めて搭載することが決まっており、近年の輸送動向を踏まえ東武鉄道80000系の導入に合わせて、東武アーバンパークラインで運転される列車の両数が6両から5両に変更されることになっているので、大半の編成については、中間車には5両化によって、余剰となる60000系の中間車を80000系の内装に合わせた改造を行った上で、組み込むことが予定されています。
環境負荷低減に向け、東京メトロでは省エネ性能に優れた車両の開発を進め、近年、大半の路線で新型車両の導入が進んでいますが、他の1000両程度の車両については、B修工事と呼ばれるリニューアルを行う時期を迎えます。例えば、東京メトロが初めて開発した車両でもある10000系も対象になりますが、主電動機(モータ)を同期リラクタンスモータ（SynTRACS）へ換装することによって、18％以上の省エネ効果が見込まれます。さらにその先には、多くの路線で新造車両ラッシュを迎える時期が来ますが、今後、新造される車両とリニューアルされる車両の主電動機(モータ)には、同期リラクタンスモータ（SynTRACS）の導入を図ることになっています。
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参考文献
【CO2削減】東京メトロが挑む省エネ。車両床下にある世界初の技術 NEWS PICKS URL(https://newspicks.com/news/8232184/body/) 2023年12月27日参照
