JR貨物HD300形ハイブリッド機関車

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JR貨物HD300形ハイブリッド機関車
東京貨物ターミナルのHD300-901号機(2013年5月5日)
東京貨物ターミナルのHD300-901号機
(2013年5月5日)
最高速度 45 km/h(力行時)
110 km/h(回送時)
全長 14,300 mm
全幅 2,950 mm
全高 4,088 mm
車両質量 60.0t
軸配置 B-B
総出力 500KW
機関出力 270ps
主電動機 永久磁石同期電動機
主電動機出力 125kW
駆動装置 吊り掛け駆動方式
制御装置 主変換装置
コンバータ+VVVFインバータ制御
台車 軸梁式ボルスタレス台車
FDT102(1エンド側)
FDT102A(2エンド側)
制動方式 電気指令式ブレーキ
回生ブレーキ併用
保安装置 ATS-SF
製造メーカー 東芝
備考 最大引張力 : 20,000kgf
Wikipedia laurier W.png
第52回(2012年
ローレル賞受賞車両

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HD300形ハイブリッド機関車(エイチディー300がたハイブリッドきかんしゃ)とは、日本貨物鉄道(JR貨物)が2010年平成22年)に製造したハイブリッド機関車である。試作機にあたる901号が、2012年鉄道友の会ローレル賞を受賞した。

概要[編集]

これまで入換機関車として使用されてきたDE10形ディーゼル機関車など、日本国有鉄道(国鉄)から承継された機関車の老朽化が進行しており、これらの車両を置き換えるため開発された。近年の環境問題に対しての取り組みとして、排出ガスを削減する新しいシステムによる車両の導入が検討され、ハイブリッド方式を採用した。現在、JR貨物の長期経営計画に基づき、導入が進められている。

構造[編集]

この機関車は、ディーゼル発電機を動力源とする電気式ディーゼル機関車蓄電池リチウムイオンバッテリー)を動力源とする蓄電池機関車の2つの要素を兼ね備えた、日本初のハイブリッド機関車である。具体的にはディーゼル発電機からの電力と蓄電地からの電力を協調させてモーターを制御する「シリーズ・ハイブリッド」方式と呼ばれるシステムであり、本機に搭載されたディーゼルエンジンは直接駆動力には使用されず、発電機を回転させる発電用として使用されるだけである。これにより、ディーゼルエンジンを直接駆動力に用いるDE10形に比べて排出ガスでは30% - 40%、騒音を10デシベルと大幅に削減できるものとしている。また、CO2排出量は、動力協調システムによるエンジンの効率的な運転と回生ブレーキ作動時において、モーターから発生した電力を蓄電池に充電することにより、大幅な削減することを目指している。そのため、形式記号の頭文字にディーゼル機関車を指す「D」や蓄電池機関車を指す「A」[脚注 1]ではなく、ハイブリッド (Hybrid) 方式の機関車であることを表す「H」を初採用し、動軸数4であることを表す「D」と組み合わせた「HD」となっている。ハイブリッドシステムの開発にあたっては国土交通省の鉄道技術開発費の補助を受けている。

車体[編集]

車体はセミセンターキャブタイプで[1]、前位側から主変換機モジュール、蓄電池モジュール、運転室モジュール、発電モジュールと、車体を4ブロックに分割したモジュール構造とし、保守の簡略化を目指している。運転台は進行方向に対して横向きとなっている(これはDE10形と同様)。前面の連結器周辺は警戒色の黄色と黒で塗られており、このほかは、EF510形と同じフレート・レッドで塗装されている。なお、ハイブリッド方式の機関車であることを強調するため、車体にはHybridのロゴが描かれている。整備重量は60tとDE10形の65tより軽量化されたが、動軸数が1軸少ないため軸重は15tとなりDE10形より2t重くなっている。

走行機器[編集]

HD300形ハイブリッド機関車のエンジン発電機と各機器の配置とそれらを繋ぐ配線の見取り図

発電モジュールにあるディーゼル発電機のエンジンは、国土交通省の定める第3次排出ガス規制に適合したものであり、エンジン出力は騒音や有害排出ガス低減のため、既存の50万台実績のある産業用325PSのエンジンを転用したものを270PSで使用しており、エンジンの仕様は、定格出力325PS(242kW)-1,800rpm(エンジンラジエータ10HP含む)、定格回転数は1,600rpm、最高回転数は1,800rpmであり、エンジンと直結駆動される発電機の仕様は、定格出力160kW、定格電圧440Vである。また、ディーゼル発電機の起動・停止は自動的に行われており、力行時には、ディーゼル発電機を起動させて、電力を主変換装置に給電するが、制動時には、ディーゼル発電機を停止させて、電力の給電を停止させる。

蓄電モジュールにある蓄電池にはリチウムイオンバッテリーを使用しており、ジーエス・ユアサコーポレーション製のLIM30H型を搭載し、電池構成は3並列、公称電圧750V、電力容量は40-70kWhである。 寒冷地における経年劣化でも起動できるだけの出力容量を確保しており、制動時での回生ブレーキでは、モーターから発生する電力を充電して電力を蓄えるほか、ディーゼル発電機からの電力を状況に応じて充電することも可能である。またバッテリーは複数のバンクで構成し、異常時はバンクを開放して走行継続可能となるような冗長性を持っている。

主変換モジュールにある主変換装置には、IGBT素子のVVVFインバータ装置が内蔵されており、力行時には、ディーゼル発電機と蓄電池から給電される電力または蓄電池から給電される電力を主変換装置を介してVVVFインバータ制御によりモーターを制御する。また、ディーゼル発電機からの電力を状況に応じて主変換装置を介して蓄電池に充電することも可能である。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主変換装置を介して蓄電池に充電する。

モーターには、全密閉構造の永久磁石同期電動機を機関車として初採用している。 鉄道車両においてVVVFインバータ制御により駆動されるモーターは誘導電動機が主流だが、誘導電動機よりも効率が高く、小型軽量化を図ることができる特性があり、出力125kWの永久磁石同期電動機を4基搭載して500kWの総出力としており、最大牽引力は20tfを出すことができる[脚注 2]。電動機の冷却は自然冷却方式を採用しているため、冷却用送風機は省略されている。使用されている永久磁石には、最大エネルギー積41MGOeクラスのネオジム--ボロン系磁石を採用し、全閉構造による温度上昇にも耐えられる耐熱性となっている。また磁極位置は、逆ハの字磁極配置とフラックスバリアを構成することにより、突極性リラクタンストルクを有効に活用する。台車はボルスタレス台車を採用し、1位側がFDT102形、2位側がFDT102A形となっており、軸箱支持装置は軸はり式を採用している。また、モーターから輪軸に動力を伝達する(モーターを台車に装架する)方式は吊り掛け駆動方式を採用している。

ハイブリッド以外の新機構としては、新たに開発した運転士異常時列車停止装置を装備しており、その他にも、前後のステップを大きく取り、前後と側面の手すりは大型のものを採用するなど、運転士や構内作業員の作業性向上が図られている。また、入換作業時の運転台からの死角解消のため、手すりにカメラが取り付けられている。前部標識灯は両端の手すりに角形のものが2灯ずつ取り付けられ、連結器直上部には夜間作業時のための連結器灯(LED灯)が設けられている。

現況と動向[編集]

甲種輸送される量産車2号機(2012年10月26日、西国分寺駅
大宮総合車両センターで展示された量産車6号機(2014年5月24日)

2014年4月1日現在、16機(901、1 - 15号機)が東京貨物ターミナル駅新座貨物ターミナル駅越谷貨物ターミナル駅隅田川駅新鶴見機関区八王子駅南松本駅盛岡貨物ターミナル駅郡山駅沼津駅宇都宮貨物ターミナル駅で構内入換用として使用されている[2]

推移

2010年3月、試作機HD300-901が東芝府中事業所で落成し、3月25日に公開された[3]2011年に入り1月下旬からは札幌貨物ターミナル駅構内で寒冷地試験が行われた[4]

その後も道内の別地域や東京貨物ターミナル駅、南松本駅等で試験走行を行い、様々な条件下における車両の性能の情報を収集している。

試作機である901号機は、2011年7月11日から入換機として東京貨物ターミナル駅で運用を開始した[5]

2012年1月には量産型1号機となるHD300-1が東芝府中事業所で落成、甲種輸送され[6]、2012年2月8日より、東京貨物ターミナル駅構内で使用開始した[7]。量産車は警戒色塗装が施されている前面の排障器の幅が試作車より広まり、後部標識灯が前照灯下部にまとめられ、連結器灯にカバーが設けられる等の形状の差異が見られる。

2012年度以降についても、量産車を順次投入して、老朽化したDE10形機関車を置き換えていく予定としているが、本線用電気機関車と変わらぬ新製費用がかかるため初期投資が大きく、本形式は入換作業の密度が高い貨物駅に重点的に配置され、密度が低い貨物駅に関しては電車線を増設して電気機関車による入換を行うこととしている[2]。2014年度は4両が新製され、そのうちの3両が寒冷地仕様として札幌貨物ターミナル駅へ、1両が吹田貨物ターミナル駅に配置される計画となっている[2]。4月6日には16号機が西岡山に[8]、11月には寒冷地向けの501号機が苗穂車両所に甲種輸送されている[9]

出典[編集]

  1. ^ 鉄道ファン』2012年7月号、「JR車両ファイル2012 JR貨物」p.64
  2. ^ a b c 「導入進むHD300形」『交通新聞』2014年4月8日付
  3. ^ 国内初のHV機関車 JR貨物が試作車を報道陣に公開” (日本語). 産経新聞 (2010年3月25日). 2010年3月26日閲覧。
  4. ^ HD300-901、札幌貨物ターミナルで寒冷地走行試験”. 鉄道ファン railf.jp. 交友社 (2011年1月26日). 2011年1月26日閲覧。
  5. ^ HD300形式ハイブリッド機関車の営業開始について (PDF) 日本貨物鉄道プレスリリース 2011年7月13日付
  6. ^ HD300-1が甲種輸送される”. 鉄道ファン railf.jp. 交友社 (2012年1月18日). 2012年1月18日閲覧。
  7. ^ HD300形式ハイブリッド機関車「量産車」の運転開始について (PDF) 日本貨物鉄道プレスリリース 2012年2月16日付
  8. ^ HD300形が西岡山まで甲種輸送される 鉄道ニュース - 2014年4月6日 鉄道ファン・railf.jp
  9. ^ 【JR貨】HD300-501が苗穂車両所にネコ・パブリッシングRMニュース2014年11月12日配信

脚注[編集]

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  1. ^ 国鉄・JRで蓄電池機関車が実際に存在したのは1927年に製造された「AB10形」のみ(機械扱いのスイッチャーを除く)。1931年には架線集電化改造を施され、「EB10形」に形式名を改めている。
  2. ^ DE10形はエンジン出力が1350psでkWに換算して993kWとなるが、補機類や液体変速機などの損失などで、実際の踏面出力においては660kWとなり、最大牽引力は19.5tfとなっている

参考文献[編集]

  • 「JR貨物HD300形900番代」『RailMagazine』2010年6月号、2010年、54 - 57頁
  • 「ディーゼルハイブリッド入換専用機関車HD300形式の電気品について」山田・林・長谷部・氏家・添田著 電気学会 モータドライブ 家電・民生合同研究会 MD-12-008/HCA-12-008 41 - 48頁
  • 『鉄道のテクノロジー7機関車』 三栄書房、2010年、p89 ISBN 9784779609077

関連項目[編集]

外部リンク[編集]