東海道新幹線 300系こだま　６号車

諸元と分解調査

● この６号車は、基本６両編成での動力車を構成している。

● このシリーズは、2003年に発表された旧モデル（92639はか）のフック・リング式カプラーを通電式に改良している。　このため、各車両はこの通電式カプラーで連結され、集電性能を向上させている。

● 主要諸元

車体重量

96.4 グラム

ギャ比

i = 11

動輪直径

φ D = 5.6

● 車体を外した状態を下に示す。　連結部の幌は簡単な構造で表現されている。　カプラーの連結方法は簡単であり、小さな孫でも安心て使用させていた。　しかし、パンタグラフの肝心のシューの部分が紛失していた。　

● 構成部品の分解や諸元調査は、５号車と同じであろうと判断して実施していません。　５号車を参照してください。

動力特性

■　モータ単品状態での測定

　モータ単品状態での回転数の測定には、部品の分解とシート部の穴あけ加工が必要なため、中止することにしました。

■　動力特性の測定

　５号車の測定時に問題となった重り車両の脱線対策として、重心位置を改善することにした。　まず、トレラー車の床下が空洞であったので、ここに重りを入れることにした。　そしてカーテンの重りは車幅多少はみ出しても良いから低く載せることにした。　また、水草の重りはシート部にくっついてしまうのでサランラップを巻いた状態にした。　くっついてしまった後はきれいに掃除するのが大変だからである。

　こうして上左の写真に示す一番上のカーテンの重りが、40.2グラム、その下の水草の重りが26.2グラム、シート部材が14.1グラム、床下部材は4.6グラムで、その中に詰めたカーテンの重りが30.8グラムであった。　これに動力台車２個分の5.9グラムを足して、合計121.8グラムの重り車両を構成した。

●　有線式の動力特性測定装置を使用して動力特性を測定する。　モータ回転数は測定しないが、車体の集電子が見えている部分があったのでモータ端子電圧測定子を差し込んで端子電圧は測定することにした。　上右の写真。

　測定実施日： 2016/7/3、　連結した重り車両： 121.8 グラム、摩擦抵抗 1.6 グラム。

１）速度特性：

　動力車の速度特性として、速度・電圧特性と電流・電圧特性を下に示す。

　５号車と比べて速度がやや高めであり、電圧降下量は低めである。　ほとんど同じであろうと想定していたが、微妙に異なっていた。　もしかして電圧降下量が小さかったのが原因で速度が高めに出たとも判断できるので、モータ単体でのデータを測定しておけばよかったのにと反省している。

２）牽引力特性

　５号車と同じとなる電圧値を設定して牽引力を測定してみた。

　電圧降下量が小さいことを除けば、５号車と同じようで特性であると判断できる。

３）５号車と重連させた場合の推定

　この編成では、動力車として５号車と６号車を重連させて使用している。　このため、その重連特性を検討してみよう。　まず、電圧の設定を 6.5ボルトと設定して牽引力特性を重ねたグラフを作成した。　下の一番左のグラフである。　同じシリーズのモデルであるが、６号車の方が足が少し早いようである。　このグラフから重連時の特性を想定しよう。

　その右の中央のグラフにて検討内容を図示する。　この重連特性を考える上で重要なポイントは、

重連している複数の車両の速度はピッタリと一致していること。
牽引力ゼロよりプラス側は駆動域で動輪は駆動状態であり、マイナス側は制動状態であること。

である事を念頭においてください。

　まず足の遅い５号車の牽引力ゼロの点Aに注目し、その時の６号車の牽引力をB点とします。　このポイントより速度の遅いときは両車とも駆動状態で走行していることになります。　即ち協力して牽引している状態です。　次に６号車の牽引力がゼロの点Cに注目し、その時の５号車の牽引力（制動力）をD点とします。　このポイントより速度の速い時は両車とも制動状態で走行していることになります。

　問題はこの中間領域です。　グラフからも分かるように、この領域では６号車は駆動状態であるのに、５号車は制動状態なのです。　６号車はもっと早く走ろうよと言っているのに、５号車はそんなに早く走るなよとブレーキをかけているのです。　５号車が前を走っている場合には、連結部で押しやっこをしており、５号車が後ろを走っている場合には引っ張りやっこをしているのです。　この駆動力と制動力が干渉しあっている領域は、-10～+14グラムの牽引力の領域で、速度は170～190Km/hであると読み取れます。

　この+14グラムの牽引力以上の負荷が掛かった場合には、５号車と６号車が力を合わせて、トレーラ車の抵抗や坂道抵抗に対抗して坂道を登ります。　そして、６号車の動輪はすでに滑り始めておりますが、最後には合計で60グラムの牽引力を発揮するのです。　反対側の制動領域でも同じ事が言えます。　「東海道新幹線 300系　こだま」の編成諸元から計算すると、この12両編成の全重量は623.4 グラムで、トレラー車走行抵抗合計は6.0グラムとなる。　このため、５号車と６号車の合計 60 グラムの最大粘着駆動力によって、87パーミルの坂道を上ることが出来ることが分かる。　また、トレラー車走行抵抗合計は6.0グラムなので、平坦路を走行中は二つの動力車の干渉領域内であるが、ちょっとした坂道やカーブに差し掛かると２両が協力する領域の入ってしまうものと思われる。

　即ち、A点とB点は、近ければ近いほど干渉領域が狭くなり、干渉領域で発生しやすいギクショク走行の発生が抑えられるのです。

　また、電圧降下量でのグラフも比較しておきましょう。　干渉領域である車速が170～190Km/hでの値は、５号車と６号車はほとんど同じであるので問題無いようです。

４）まとめ

　結論としては、この12両編成で走行させた場合、二つの動力車による重連状態は、この程度の干渉領域ならば大きな問題ないものと判断しています。　実際の走行においても異常は認められません。

　もう少し厳密に検討するならば、実際の重連走行時の二つのモータの回転数を同時に測定するならば、もっとはっきりとした状況把握が出来たものと思われます。　二つのモータが独立して作動しているので回転数をみれば、車輪のスリップ状態が分かるのです。　レールに供給される電圧は同じであったとしても、モータ端子に届くまでの電圧降下具合が異なるし、モータ自身の特性が異なる上に、発熱状態も異なっているので単独走行時とは異なった状態も有りうるのです。

　モータ回転数が検知できない場合には、電流のグラフを見てもある程度把握出来るかもしれません。　「重連特性/実験データでの検証」で検討したように、独特のパターンを呈するからです。　このパターンの出具合で干渉具合の程度を推察できるからです。

　また、通電カプラーの効果についても何か上手い実験方法があるような気がするが、何時かは工夫してみたいと思っている。

　今回の測定で、ザーとであるが電車系の動力特性を大まかに把握することが出来た。　他のモデルでも大体の傾向は同じであろうと推測するので、この動力特性の測定は一休みすることにしよう。　何しろ飽きっぽい性格なのである。　次のテーマは何にしようかな？

　と言うことで、今までの実験状態の記録として測定風景を写真にしておく。　部屋が狭いので測定装置を畳んでおくことにする。