コラム　インバータ電気機関車

25. インバータ電気機関車

このところJR貨物の機関車の増備が以前にも増して急ピッチになってきました。現在増備が進行している形式は、EF210、EF510、EH200、EH500、DF200となっており、電気機関車についてみると、直流機、交直流機ともF型機とH型機の2種類があります。
ところで、H型機と言えば旧型電機の最後を飾ったEH10以降、国鉄ではH型機が全く計画されませんでした。新性能直流機で見ると、ED60に始まって出力増大のためにF型機としたEF60、そして更なる出力増強に対しては、動軸の増加ではなく主電動機出力の増加をはかったEF66に至りました。
このEF66、国鉄時代は案外不運な時代を経験しました。というのも、EF66は特急貨物牽引用としてデビューしましたが、折からの鉄道輸送の衰退に伴い本来の力が発揮できる特急貨物が減少してしまい、1980年ごろにはワムなどの2軸貨車を牽引するようなありさま。このため、EF66の増備が打ち切られた後は、性能的には劣るEF65が増備され続けることになったのでした。
ところが国鉄分割民営化を前後してコキ50000系を使用して100km/h運転が開始され、力をもてあそんでいたEF66が再び脚光を浴びることになります。時を経ずしてEF66が不足してしまい、JR貨物はEF66を大量に増備する事になりました。そして、EF66増備の延長として登場したのがEF200でした。EF200はVVVFインバータ制御を採用し、従来では考えられなかった1軸1000kWという巨大なモータを持ち、狭軌でありながら一気にヨーロッパの高性能機関車にひけをとらないという画期的な機関車でした。この機関車は列車本数を増やさずに輸送力を増加させることを念頭に置いており、1600t列車を110km/hで牽引する能力を前提に計画され、試作車も含めて22両が製造されました。しかし、この高性能車に待っていたのはEF66の時と同様の「力のもてあそび」でした。EF200がフル出力を出すと変電所の容量を超えて停電させてしまうなど、地上設備が追いつかなくなり、程なくして電流制限が掛けられることになります。せっかくの高性能が、地上設備の制約により生かされないばかりか、EF200そのものの評価を下げてしまう結果となりました。また、同時に登場した交直両用機のEF500に至っては試作機のテストで誘導障害が発生してしまい、量産機すら登場しないと言う悲劇がありました。また、EF66クラスの実用的な出力をもっている機関車をD型機で実現するという挑戦的な機関車であったED500も省みられることはありませんでした。
せっかくコストの高い高性能機関車を作りながら、全くその持てる性能を発揮できない状況により全く発想を転換して開発されたのがEF210でした。この機関車は、30分定格という新たな概念を導入することにより、EF66とEF65の中間的な性能を持ちつつ、EF66並の性能を確保するという作戦に出ました。主電動機出力が小さくなったことから、粘着特性に優れたEF200の軸単位個別制御から2軸一括制御に変更され、インバータの半減によるコストダウンを実現しています。まさに国鉄時代に起こった、EF66とEF65の関係に似た動きといえるでしょう。
EF210はまさにJR貨物が作ったEF65ともいえる機関車で、比較的バランス良くまとまった機関車といえます。ただ、インバータ制御の性能を100%生かし切った性能設定とは言えません。確かにEF200はその巨大な出力であるが故、電圧降下等の問題を発生させました。しかし、EF210の3390kW程度の出力であれば、D型機でも同様の性能を出すことは可能であったはずです。それをしなかったのは、設計上余り無理をせず技術的な進歩を否定しているとも言えます。この思想を更に発展させたのがED75置換用として登場したEH500です。この機関車もED75重連を置き換えるのであれば、インバータ制御を採用したF型機、すなわちEF500かそれより若干落ちる性能の機関車で十分であったはずです。しかし、現実にはED75重連(4軸×2)をEH機(8軸)で置き換えていることになり、全く技術的な進歩が見られません。また、この特殊な2車体電機になった理由として、旅客会社に支払う線路使用料は機関車の出力ではなく機関車の両数で決まるからです。ED75重連をEH500で置き換えると線路使用料を減らすことが可能になるため、敢えてこの様な特殊な構造の機関車が大量に増備される結果になったといえます。同様のことはEF64を置き換えるために開発されたEH200にも言えます。
また、JR貨物の機関車全てに言えることですが、インバータ制御車でありながら電車と異なり電力回生ブレーキをもっていないことが特徴として挙げられるでしょう。地球温暖化が叫ばれている中、ブレーキエネルギを熱として逃がすだけの機関車が大量に作られていることも問題といえます。
このような、技術の発展を否定し、いびつな形の機関車が大量に作られた背景として、貨物会社が旅客会社の線路を借りて走っているという問題、その中の線路貸借に関するルールがこのような機関車を生んでいると言えます。国鉄時代は線路の保有も機関車の保有も同一事業体が行っていたため、車輌・線路を一体としてシステムを構築するという思想があったのですが、車輌と線路が分離してしまったことから、特にJR貨物の機関車を中心として地上設備を無視して車輌単独で設計してしまう環境になっているといえます。これは正常な技術の発展を阻害しているとも言え、この問題は後々悪い影響を与えるのではないかと心配しています。
インバータ制御は鉄道車輌に新しい可能性を提供しましたが、機関車の世界についてみるとどうもそのような良い影響が現れていないように思われます。日本はもともと動力分散車輌には強いが機関車の技術が欧米と比べて劣っていました。ところが日本のすばらしい半導体技術により、インバータ制御が主流になった今、機関車の技術についても欧米各国に追いつくチャンスが到来したと言え、EF200やED500のように実際に欧米の高性能機関車に引けを取らない機関車が設計できるに至っただけに、このような技術の後退は非常に残念です。ただ、日本の機関車の歴史は、幾度とない技術後退の歴史とも言えるのかも知れません。このことについては別の機会に書いてみたいと思います。