JR東日本HB-E210系気動車
| JR東日本HB-E210系気動車 | |
|---|---|
 HB-E210系気動車C-3編成 （2015年6月14日、陸前山王駅） | |
| 基本情報 | |
| 製造所 | 総合車両製作所横浜事業所 |
| 主要諸元 | |
| 編成 | 2両編成 |
| 軌間 | 1,067 mm |
| 最高運転速度 | 100 km/h |
| 起動加速度 | 2.3Km/h/sと1.8Km/h/sの両方を切替え可能 |
| 減速度（常用） | 3.5Km/h/s |
| 編成定員 | 262名(座席定員90名） |
| 自重 |
38.4ｔ（HB-E211） 39.6t（HB-E212） |
| 編成重量 | 78t |
| 最大寸法 （長・幅・高） |
19,500×2,950×3,620(mm) 連結面中心間20,000mm |
| 車体 | ステンレス |
| 台車 |
軸梁式ボルスタレス台車 DT75B（動力）/TR260B（付随） |
| 機関 | DMF15HZB-G直噴式直列6気筒ディーゼルエンジン |
| 機関出力 | 331kW (450ps) |
| 主電動機 |
かご形三相誘導電動機 MT78 (95kW)×2 |
| 歯車比 | 14:99 (7.07) |
| 編成出力 | 662kW (900ps) |
| 制御装置 |
C124形主変換装置 コンバータ+VVVFインバータ制御 |
| 制動装置 | 回生・発電ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ(応荷重・滑走・再粘着機能付き）直通予備ブレーキ 抑速ブレーキ |
| 保安装置 |
ATS-Ps 防護無線・EB装置・TE装置 |
HB-E210系気動車（HB-E210けいきどうしゃ）は東日本旅客鉄道（JR東日本）が2015年5月から｢仙石東北ライン｣で主に使用している一般形気動車である。
概要
東日本大震災により全線で被害を受けた仙石線は、その後の一部区間の高台移設を含んだ復旧工事を進め、2015年5月30日より仙石線の全線運転を再開するとともに、仙台駅より東北本線を走行し、利府町から松島町にかけての東北本線と仙石線の並走区間に新たに設けられた仙石線・東北本線接続線を経由して仙石線に入線の上、石巻までを結ぶ｢仙石東北ライン｣の運転を開始することになった。東北本線は交流饋電方式、仙石線は直流饋電方式とそれぞれ電気方式が異なる事と仙石線・東北本線接続線が非電化区間となるため気動車による直通運転となり、ディーゼルハイブリッドシステムを搭載した当車両が開発された。2016年5月24日付で「鉄道友の会」のローレル賞を受賞した[1]。
構造
車体
車体構造は新系列電車と同じく車体底部の台枠の一部を除きステンレス材で構成される軽量ステンレス製のワイドボディとなっており、客室扉のレールヒータなどを装備した耐寒耐雪構造としている。側面からの衝撃に対する安全策として、車体の側構体の柱の位置に幕板補強と車体の屋根構体の枕木方向に配置されている骨組みの垂木を合わせることで車体構体に数多くのリンク構造を設け、衝撃荷重を受けた時の車体構体の変形量の抑制を図っている。またハイブリッドシステムの搭載に伴う車体質量増加に対応するため、側窓などの側開口周囲や車体中央部出入口の側梁を補強することで強度や剛性の強化を図っている。また、車幅がキハE200よりも30 mm広い2,950 mmに改良された。
運転席前面はステンレス構体にFRP製の成形品を被せた構造となっている。仙台地区の通勤需要に配慮して側扉を押しボタン開閉式の半自動扉機構付き片側3扉としており、客室の床面高さは仙石線ホームの高さ1,100 mmと東北本線ホームの920 mmに対応するため1,130 mmとして、客室扉の出入口付近はノンステップとなっている[2]。
搭載量が最大550リットルの燃料タンクは車両両側からの給油が可能で、タンク体は鋼製であるが部分的に板厚を変えることで軽量化している。なお、燃料タンクの中段より下部には、社内で研究開発された、線路内で使用されるバラストなどが衝突しても損傷が発生しないように防爆塗料を4 mm厚で塗布しており[3][4]、タンクの気抜き管（ブリーザーパイプ）部に燃料漏れ検知センサを装備して燃料漏れを検知することが可能となっている[5]。
車両のデザインは、仙石線のラインカラーである「青」と仙台エリアのラインカラーである「緑」を基調とし、東北本線沿線のシオガマザクラ・仙石線沿線の矢本海浜緑地公園・石巻の日和山公園のサクラの名所をイメージした「桜色」を用いた[6]。二つの四角形が重なるデザインを用いることで、仙台エリアと石巻エリアをつなぐことを表現している[6]。また、車体の前面の向かって右下と4位側の側面には「HYBRID TRAIN」の文字が描かれている[6]。
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「青」「緑」「桜」を用いたカラーリングと「HYBRID TRAIN」のロゴ
車内
車内の色合いはE233系と同様としており、客室の座席はE721系と同じくセミクロスシートの配置となっているが、腰掛がE233系の座り心地を踏襲したE129系の座席を流用している[4]。ハイブリッドシステムなどの機器を内蔵した機器室が車内の山側に設置されているため、本来はボックスシートが配置されている場所が機器室やロングシートとなっている。貫通引戸は、自然閉機能とブレーキ機能を持たせた水平式戸閉装置としている。客室扉に半自動機能が付いているため、車外と車内に設置された押しボタンを設けて乗客がドアを開閉できるようになっている。室内照明にはLED照明を採用しており、機器室の壁には本車のハイブリッドシステムの動作状況を表示する液晶式のハイブリッドモニタが設置されている。また仙台方のHB-E211形後位側の端部には車椅子スペースおよびベビーカースペースと車椅子対応の洋式便所が設置されており、トイレ内には、炎検知装置と非常通話装置を設置している。また、トイレ内の排気はE233系と同じ床下からとなっている。
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車内 -
車内に設置された、本車のハイブリッドシステムの動作状況を表示する液晶式のハイブリッドモニタ
主要機器
電源・制御システム
採用されているハイブリッドシステムはキハE200形やHB-E300系と同じく、エンジンの動力は発電機を回転させる電力用として使用し、発電機からの電力と搭載された蓄電池の電力と組合わせてモーターを駆動するシリーズハイブリッド方式と呼ばれるシステムで、エンジンは発電専用とし、車両の速度制御には電気車の技術が最大限に活かされている。システムは、エンジンとそれに直結した発電機・主回路用蓄電池・主変換装置・車輪駆動用の主電動機（モーター）で構成されており、力行時には主回路用蓄電池からの電力または主回路用蓄電池とエンジン発電機からの両方の電力を使用して、主変換装置に内蔵されたVVVFインバータ装置により、VVVFインバータ制御でモーター（誘導電動機）を駆動させる。制動時には回生ブレーキによりモーターから発生した電力をVVVFインバータ装置を介して主回路用蓄電池に充電する[7]。また、エンジン発電機の起動または停止は主回路用蓄電池の充電状態により自動的に行われている。キハE200形やHB-E300系と同様の｢エネルギー管理制御システム｣を搭載しており、各装置からの情報を集約して最適な動作の指令を各装置に指示することで、エンジン発電機と最適な蓄電池の充放電の制御を行なっている。車両の床下には主変換装置・エンジン発電機・エンジンラジエーター・電動空気圧縮機・制御用蓄電池箱・ブレーキ制御装置などの機器を搭載しており、HB-E300系と同じくエンジン冷却性能向上のためエンジンラジエーターの大形化や後述する静止形インバータの容量増加による主変換装置の大形化が図られている。これによる床下ぎ装面積の低下は、屋根上の集中式冷房装置を挟んで前位に主回路用蓄電池を2個、後位に元空気だめの一部を搭載することで補われている（HB-E212形では前後逆）。
動力源として、エンジンと交流発電機を1基ずつ搭載する。エンジンは直噴式直列6気筒横形[8]ディーゼルエンジン DMF15HZB-G を各車両に1基搭載する[9]。定格出力331kW（450PS）定格回転数2100rpmであり、DMF15HZ（キハE120形・キハE130系）をベースに過給機を水冷式に変更し、スターターを省略した構造である[9]。燃料噴射系は高圧電子制御システム（コモンレール式）を採用して、排気中の窒素酸化物（NOx）を約60%低減させている。交流発電機は出力270kWのDM113形三相交流発電機を各車両に1基搭載し、エンジンと直結駆動することで車両運行に必要な電力をまかなっている[9]。
主回路用蓄電池には出力密度が高く、軽量高出力のMB3形リチウムイオン電池が使用されており、1両あたりの容量は15.2kWhで電圧は直流680Vである。また、蓄電池を2群構成とすることで冗長性を持たせており、不具合が発生した場合を考慮している。主制御装置にはCI24形主変換装置を搭載しており、補機類とサービス電源用の電源装置である静止形インバータ（SIV）と一体構成となっている。なお補助電源装置の容量は70kVAで三相交流400Vを出力する。また各車には、補助電源で作動するMH3125-C600N形電動空気圧縮機（CP）を搭載している。
主電動機は、キハE200形やHB-E300系で実績のあるMT78形かご形三相誘導電動機を採用する[9]。軽量化、低騒音化および保守省力化を図った構造で1時間定格出力は95kWであり、動力台車1台につき2基搭載する[9]。
車両が停車→発車→加速→惰行→制動→停車するまでの車両の状態は以下の通りになる。
- 停車中・惰行中
- エンジン発電機は停車時エンジン停止を行い、車両の補機類とサービス用の電源は、主回路用蓄電池からの電力が補助電源装置を経由して送られる。また、エンジン発電機は起動させることも可能であり、そこから送られる電力は、主回路用蓄電池への充電と補助電源装置で使用される。
- 力行時（低速時）
- 主回路用蓄電池からの電力のみでモーターを駆動させる。15 km/h程度からエンジン発電機を起動させて、主回路用蓄電池とエンジンからの電力を併用しながら増速する。
- 力行時 （中高速時）
- エンジン発電機を起動させ、主回路用蓄電池とエンジンからの電力を併用しながらモーターを駆動させる。惰行中からの場合はエンジン発電機を起動させる。また走行負荷の状態に応じて主回路用蓄電池の充放電を行う。
- 制動時（抑速ブレーキ時も含む）
- エンジン発電機を停止させ、回生ブレーキによりモーターから発生した電力は主回路用蓄電池に充電されるが、一部は補助電源装置に送られる。
台車
台車は、HB-E300系用を基本としており、軸梁式軸箱支持装置を備えたボルスタレス台車である[9]。HB-E300系用（DT75A・TR260A）と極力部品を共通化できるように配慮しつつ、EXバネを新たに採用した[9]。電動台車は DT75B、付随台車は TR260B と呼称される[9]。スノープラウ、フランジ塗油装置、セラジェットは準備工事とされている[9]。
1両あたり電動台車と付随台車を1台ずつ装備しており、HB-E211形前位とHB-E212形後位が DT75B（動力台車）、HB-E211形後位とHB-E212形前位が TR260B（付随台車） となる[6]。
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動力台車のDT75B -
付随台車のTR260B
乗務員室
E721系電車と同じく半室構造となっており、非貫通時においては、引戸により運転台と客室との間を完全に仕切ることができる。運転台は左側に主幹制御器が配置されており左手操作式のワンハンドルマスコンである。その周囲にはリセットスイッチ・システム停止・定速スイッチが取付けられており、右手手掛け内には勾配起動スイッチが取付けられている。また、正面にはモニタ装置が内蔵されている。ワンマン設備は準備工事のみに留められている。
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運転台
保安装置
地方線区においてATS-Psの整備を行ってきたが、将来的にATS-Pに統一することを念頭におき、統合形ATS車上装置 RSCU77 をHB-E212形客室内の機器室に搭載する[10][11]。これは、ATS-PとATS-Psの車上装置機能を兼ね備えたものであるが、本形式においてはATS-Pは準備工事としている[11]。
デジタル列車無線（3形）、防護無線、EB・TE装置のほか、E233系等で導入された移動禁止システムも装備している。
運用
2015年1月13日、逗子駅
2015年（平成27年）1月に第1陣となるC-1とC-2編成が総合車両製作所横浜事業所を出場している[12]。同年3月までに2両編成8本が出揃い、小牛田運輸区に配置された[13]。
同年5月30日から仙台 - 石巻間の｢仙石東北ライン｣と、仙台への送り込みを兼ねた東北本線の仙台 - 小牛田間で、2016年8月6日から石巻線の石巻 - 女川駅間で運用を開始した。
形式
- HB-E211
- 仙台方の先頭車。前位側に運転台、後位側に身障者対応トイレと車椅子スペースを備える。
- HB-E212
- 小牛田・石巻・女川方の先頭車。前位側に運転台を備える。
- 編成表
| 編成番号 | ← 仙台 小牛田
・石巻 ・女川 → | ||||
| C-1 - C-8 | 形式 | HB-E211 | HB-E212 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 車両重量(t) | 39.6 | 38.4 | |||
今後の予定
当形式のうち8両に、205系やキハ40系と同様のマンガラッピングが施される予定である。[14]
脚注
- ^ "2016年 ブルーリボン・ローレル賞選定車両" (Press release). 鉄道友の会. 24 May 2016. 2016年5月24日閲覧。
- ^ このため、車両全体の見付けは後述の機器室配置で窓がない部分を除けばE129系とほとんど同じになっている。
- ^ 落石衝撃時の車両の安全性向上に関する研究JR EAST Technical Review No.49 p21 - 24
- ^ a b 『鉄道車両と技術』第23巻第5号、No.225 p.20 - 29
- ^ 燃料タンクから燃料が漏れるとそれに見合う量の空気量が気抜き管を介して燃料タンクに流入することを利用しており、ある一定の値の空気流入量を超えた場合、それを検知して燃料漏れと判断することで早期の燃料漏れに対応することができる。
- ^ a b c d 『Rolling stock & Machinery』第23巻第5号、p.30
- ^ 主変換装置内はコンバータ部とVVVFインバータ部に分かれており、その間に主回路用蓄電池が接続されている。力行時はDM113形交流発電機からの三相交流の電力をコンバータで直流の電力に変換した後に主回路用蓄電池からの直流の電力を加えてVVVFインバータで三相交流に変換して誘導電動機を駆動させ、制動時は誘導電動機からの三相交流をVVVFインバータで直流の電力に変換した後に主回路用蓄電池に充電される仕組みとなっている。また、補助電源装置の静止形インバータ（SIV）へ送る電力は、停止時や低速域での力行時では主回路用蓄電池から、中高速域での力行時には主回路用蓄電池からの電力の他に発電機からの電力の一部が送られる、制動時は回生ブレーキにより発生した電力が主回路用蓄電池に充電するために送られる際、その一部が送られる。
- ^ 「横形」とは、水平シリンダー式エンジンを指す国鉄時代からの内部呼称で、クランクシャフトが枕木方向という意味ではない。
- ^ a b c d e f g h i 『Rolling stock & Machinery』第23巻第5号、p.32
- ^ 『Rolling stock & Machinery』第23巻第5号、p.31
- ^ a b 『Rolling stock & Machinery』第23巻第5号、p.34
- ^ JR仙石東北ライン用新型車両 HB-E210系出場・甲種輸送 鉄道ニュース部（2015年1月13日）
- ^ 交友社『鉄道ファン』2015年7月号「JR旅客会社の車両配置表」
- ^ 施策大綱3 自然への畏敬の念を持ち自然とともに生きる 石巻市震災復興基本計画実施計画（平成27年度から平成29年度）P180 石巻市 (PDF)
参考文献
- 山田孝夫「仙石東北ラインHB-E210系一般形ディーゼルハイブリッド車両の概要」『Rolling stock & Technology』第21巻第5号、レールアンドテック出版、2015年7月、20 - 29頁。
- 山田孝夫（JR東日本鉄道事業本部運輸車両部車両技術C在来線車両Gr）「仙石東北ラインHB-E210系ハイブリッド車両の概要」『Rolling stock & Machinery』第23巻第5号、日本鉄道車両機械技術協会、2015年5月、29 - 34頁。
- 平成27年5月30日、｢仙石東北ライン｣にデビュー! HB-E210系ディーゼルハイブリッド車両 『鉄道ファン』2015年4月号、交友社、2015年、p.62 - p.67。
- ｢仙石東北ライン｣、東北本線、仙石線にデビュー! ｢HB-E210系一般形ハイブリッド車両｣ 『鉄道ファン』2015年5月号、交友社、2015年、p.48 - p.54。
関連項目
- ハイブリッドカー
- JR東日本キハE200形気動車（ハイブリッド式気動車）
- JR東日本HB-E300系気動車（ハイブリッド式気動車）
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 | この項目は、鉄道に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（P:鉄道/PJ鉄道）。 |