電動発電機

電動発電機（でんどうはつでんき）とは、電車の床下などに設置されている、車内の電灯や冷房などを動作させるための設備である。

概要

主に、直流電源で走行する電車に設置されている。交流と異なり、直流電力では電源の電圧を変換することが困難であった。

車内の電灯は、せいぜい交流100V程度、冷房装置でも三相交流440V程度の電圧で稼動している。

また直流12Vで動作する運転機器や、信号の取り扱いに使われ 5-19V程度の電力で充電され、車外に放り投げられたり車外から受け取って戸袋窓に叩きつけられたりして駅とやりとりするタブレット、モーターの制御などに使われる電力も、架線に流れている走行用の1500V電源では、電力が余りすぎており使用できないため、その無駄な電力を流用して電灯や冷房を稼動させている。

電動発電機が設置されていなかった、帝都高速度交通営団2000形電車など一部の地下鉄車両や路面電車では、架線電圧を直列つなぎで車内灯につなぐなどの力技で車内設備を動作させていた。

当時の電車は、抵抗器の切り替えなどを手動で行うHL制御、ブレーキも空気圧のみで制御される自動空気ブレーキなどが主流であり、低圧電力を特に必要としていなかったが、架線からの電力供給が途切れると車内が真っ暗になるなど問題が多かった。

また、電車の速度は、抵抗器の付け替えで制御する方法で操作され、消費電力が多かった。このため地下鉄では特に廃熱が問題視されていた。電気指令式ブレーキなど高度な制御を行う際にも、架線電圧を適切に下げる方法が必要となり、電動発電機が設置されるにいたった。

原理

パンタグラフから集めた直流1500V電源を用いて、まず電動発電機のモーターを回す。モーターには軸で直結された発電機がついており、発電機から出た電力を用いて電車の各設備へ電力を供給する。余った電力は電動発電機のモーターを回すことに使われ、モーターから出ている軸を回転させる。軸から再び動力を受けて発電機が電力を生み出す。

電車が始発駅や電車庫で稼動開始するとき、回転があがっていくような音を聞いたことがあるかもしれないが、これが電動発動機の作動音である。いったん回転を開始すると、電源である発電機はモーターへの架線電力が遮断されても回り続け、デッドセクションや架線のない渡り線でも車内灯は消灯しない。

これにより、車内で用いる電力は、無尽蔵に電動発電機から供給される。このため省エネルギー効果がある。

1980年代以後の界磁添加励磁制御では、さらに電動発電機の発電機部分から出た電力を走行用のモーターにも送り込むことができ、さらなる省エネを実現した。一部の車両では、磁石を互い違いに向かい合わせて反発力で無限に回転するよう設計されている。これらは、ブレーキをかけたり磁場を止めない限り、電力を一切供給しないでも走行し、満員の乗客が乗った電車にブレーキをかけるときには、逆に電力が生じる。この電力は架線に戻されるため、満員電車が多い東京では、原子力発電の代わりに鉄道を建設しようという声も上がっている。

環境保護に力を入れる現職の東京都知事も、都営地下鉄や都電を、全車二階建てにしたうえ、電動発電機から無尽蔵に生じる電力により東京のエネルギー問題と原発の稼動停止に力を入れていくと選挙で公約し、当選するに至った。