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国鉄の｢技術水準｣？｢要求仕様｣？
交直流両用電車の50Hz/60Hz別形式/共用形式

　国鉄の交直両用特急電車485系についての本が立て続けに出版されていますが、その解説中で、当初は60Hz用と、50Hz用が別物として作られたことについてどの本も「技術水準で両周波数共用が作れなかった」「技術の進歩で３電源用を作れるようになった」「50/60Hz両用トランスTM-14が開発されて485系･･････」などと記述していますが、古くからの電気屋としては「それは嘘でしょう。50/60Hz両用トランスなど当時も既存技術であり、発注側の要求仕様が共用ではなく周波数別だったのが原因で、『電気技術が追い付かなかった』というのは電気屋への責任転嫁」と思うのですが、如何なものでしょうか？趣味本とはいえ旧国鉄にゴマを摺りすぎだと思います。

　最初から50/60Hz共用仕様を求められていたら、十分対応できる既存技術でしたが、国鉄側が50/60両区間を直通する運転形態を当初は想定せず周波数毎に仕様を決めて発注してしまい、予想を超える好評から３電源直通長距離運行や、需要変化に応じた車両配置替えの可能な共通仕様を後から指定したのではないでしょうか。
　主トランスだけでみれば50Hz用は60Hzでも十分使用可能なもので、しかも「交直両用車」の基本構造が直流電車に直流化変電所を載せたものですから、周波数対応は交流部のみが問題で、冷却部のモータなど周辺部に周波数依存性があると特定周波数専用になり、直流側から駆動の共通機器なら自然に両用になるものですから、トランス以外で50/60Hz両用にならない方がおかしいのです。他の要因では、周波数依存機器の補助電源をトランスから直接取る構造（これは交直両用では有り得ず）だと各周波数専用、ＭＧ方式ＳＩＶ方式だと共用可能ということでしょう。（可能性としては50Hz車はそのまま60Hzで走れるのかも知れません。漏れリアクタンス分の電圧降下が周波数比例で増えるだけなので恐らくは走行可能でしょう。逆の60Hz車は50Hz区間ではトランス鉄心に対して過電圧になって入線出来ません。「50Hzでも60Hzでも10Hzの差くらい、どうって事ない」のなら(TDF記事)、わざわざ60Hz専用車両など作りません。）

【トランスと動作周波数】

　交直両用電車の電源周波数については「50Hz/60Hzどちらでも何て事ない(TDF)」とか「中間の55Hzで設計する」とかの記事が横行していますが、それらは鉄芯入りコイルや電源トランスの動作を良く知らない間違った解説です。

　トランスの鉄芯には磁気飽和現象があり、ED75のタップ間電圧調整にも使っている磁気増幅器は、この飽和現象を積極的に利用して流通角制御をして電圧を制御しています。一方、歪みのない電圧が必要なトランスの場合は飽和しない直線範囲で使います。すなわち大きな励磁で鉄芯を磁気飽和させると短絡状態になるので、磁気増幅器では制御巻線の励磁電流で制御となりますが、トランスのコイルには短絡状態となる過電圧は掛けられません。

　コイルに発生する電圧は、「磁束の変化率×コイル巻数」ですから、電磁鋼板の鉄心が飽和せず使える範囲は材質により磁束密度で1.2〜1.6［Wb/m2≡T(テスラ)］(飽和磁束密度1.6〜2.0［Wb/m2≡T］)程度であり、磁束の変化率は周波数比例ですから、発生電圧が周波数比例、60Hzより50Hzの方が最大電圧が低い訳で、これが電源電圧に満たないと一種短絡状態になって、トランスとしては動作できません。
　今、最大磁束φmで動作しているトランスを想定すると、その巻線電圧は周波数比例 （∵v＝N･(dφ/dt)＝N･d/dt(φmsinωt)＝2πfNφmcosωt）ですから、50Hzで20kV対応であれば、60Hzでは24kV対応ですから、20kVは動作範囲で問題ありませんが、逆に60Hzで20kV対応だった場合には50Hzでは16.7kV対応ですから20kVでは過電圧となり動作できません。このため60Hzと50Hzを両用にするには、低い周波数の50Hzを基準に電圧関係を設計して、巻線のインピーダンス(交流抵抗)が高くなる高い方の周波数で電圧降下仕様を満たすよう設計することになります。(工高電気科2年「電気機械１」'§変圧器'など参照)

　航空機の交流電源周波数に400Hzを採用したのは周波数比例の出力を得る軽量化のためですし、数10kHzといった高周波でのスイッチング電源を採用すると鉄心が周波数反比例で小さくて済み、軽量化されます。

【トランスの小型化改良】

　車載用トランスは特に軽量化が求められますが、それは絶縁材の絶縁性と耐熱性改良と、電磁鋼板自体の磁気特性改良、トランス構造の改良が行われて実現されました。

　トランスの動作で損失を生じて銅損も鉄損もほとんど総て発熱となり温度上昇しますが、高温ほど放熱効率が良く小型化できるので、トランス材料中で最も熱に弱い絶縁物の耐熱温度で小型化限界が決まります。新系列国電のモータ界磁巻線に高耐熱の「Ｃ種絶縁」を採用して小型化したのがこれに当たります。交流電車開発当初にトランスの冷却液に使われたＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）は高温での絶縁性・安定性に優れていて採用されたものですが猛烈な環境毒性が発見されたため使用禁止となり、ＰＣＢ代替絶縁材を用いた車載トランスの設計・既存車対応にかなりの期間を要して北海道向けの交流電車711系に続くべき交流特急車両781系開発が遅くなり、繋ぎの485系投入では北海道の厳しい気象条件に耐えられず、定期列車のほとんどが運休するほど故障続発となりました。ＰＣＢは安全で現実的な処理法が定まらず、当面は永久保存しています。

　鉄心の鉄損減少策は、先ず積層構造として、更に珪素含有合金として抵抗率を上げて渦電流損を抑えた熱間圧延の「珪素鋼板」が使われ、更にそれを冷間圧延した「方向圧延鋼板」が圧延方向に透磁率を増して鉄損抑制できることがわかって「オリエント・コア」などとして製品化され、珪素不使用の材質も現れたことで「電磁鋼板(←珪素鋼板)」と呼ぶようになりました。トランスのＥＩコアでは主磁束方向を圧延方向にして鉄損を軽減、更に「巻鉄芯型トランス」として枠に巻かれたコイルに帯鉄板を通して巻いて、磁路全体を高透磁率低損失構造にしたものが作られました。一般家庭向けの配電線柱上トランスなど巻線が単純なものの新増設をこの低損失＝高効率の巻き鉄心型トランスが席巻し始めた時代に丁度重なって交直流電車の開発が行われました。但し、巻鉄芯構造は作業性が悪いので、主に小型トランスで、一旦鉄心だけで巻いて樹脂などで固めたものを切断してコイルと組み合わせる「カットコア・トランス」構造が工夫されました。（但し高圧タップ式交流電気機関車では単巻変圧器と整流変圧器を共通磁路で繋いで軽量化を図っていますから、巻鉄芯構造は採用できないでしょう）。


　交流電化開発試験は主に機関車で行われて、仙山線仙台作並間を試験線区に、直流電化区間である関東圏・関西圏を離れた北陸線などの幹線から部分的に行われていったもので、当初は機関車牽引列車が基準に考えられて、動力方式が直流・交流・蒸気・ディーゼルと変わるのは駅で機関車を取り替える前提でしたから、50/60Hz共用要求は顕在化しませんでしたし、極端な重量オーバーや整流装置など様々の課題解決に難儀していたこの時点で要求仕様でもない50/60共用など考えてはいられなかったでしょう。
　そこに1958年以降、通勤型モハ90系(形式呼称制度改定で101系)に続き、基本的に共通の動力装置である在来線こだま型20系(151系)、東海型91系(153系)、修学旅行電車82系(155系)、デラックス準急日光型157系のデビューによる電車急行特急ブームとなり、新潟を地盤とする有力議員田中角栄ら地元の強い要求で（勾配用である日光型157系投入は拒否で）こだま型車体＋日光型足回りの161系上越特急「とき」も走り、非電化区間にもディーゼル特急を走らせる、分散動力方式志向が強まり、長距離電車列車は交流区間に掛かった運行となって交直両用が必須で、また茨城県内の常磐線は地磁気観測所の存在で交流電化が必要なため列車密度の高い大都市通勤圏内での交直切換となり、切換時間の不要な走行中切換を行うようになりました。試作交直両用電気機関車ED46が常磐線投入だったのはある意味必然でした。当時は下関も北九州の通勤圏でしたから、門司までの直流区間と直通できる60Hz交直流車421系が投入されたのでしょう。
　1964年(s.39)の東海道新幹線開通で、これに接続・対応する特急網整備となり、こだま型は特急富士などとして交流区間の九州門司から博多まで機関車牽引で入線、同時期の北陸線交流電化で120kW出力MT54モータに増力した60Hz交直流481系を投入(こだま型は100kWモータ採用で関ヶ原の登坂で発煙事故を起こすなど若干出力不足でした)、次いで九州特急の交直流481系化、常磐線特急ひたちへの50Hz交直流483系投入、151/161系を増力して登坂補機の連結を無用にした181系への改造・新製投入と、旅客需要急増に追われて線区、線区で専用周波数車両を投入していった経過があって、「共通周波数仕様」など戦略的配慮が欠けて泥縄投入したからこそ、電車による裏日本縦貫特急設定で初めて50/60Hz交直流485系が必要になって、付随車は共通で、電動車のみ別型番の３種類になってしまったのであって、以降の増備は総て50/60Hz３電源車となったもので、寝台特急電車は581系が60Hz用の次は50/60Hz両用583系としてデビューし２種類、最初の交直流車401系/421系＆451系/471系の時代から技術的に３電源車が作れなかったのではありません。
　こうした経過で、最大磁束密度が1.2Wb/m2〜1.6Wb/m2余、(飽和領域を使う磁気増幅器では2Wb/m2Max)に増えて、冷却効率改善も加わり、小型化されました。鉄道誌にはどういうトランスが使われたかの記述が全く見あたりませんが、巻線構造が複雑な機関車系は「外鉄型」のＥＩ積層構造が主でも、巻線の単純な交直流電車用は早い時期から小型軽量の「内鉄型」巻鉄芯構造が使われているのではないかと思います。ＶＶＶＦインバータ制御となった近年は機関車も内鉄型トランスを使うようです。この辺りの設計情報が出てくると、50/60Hz共用化は「仕様」問題であって、「技術水準」問題では無かったことが確定するでしょう。
　今は外資のブランド名Sansuiだけになってしまった山水電気は、第２次世界大戦直後の混乱期にトランス鉄材の品質を落とさなかったことで高い信用を得たオーディオ機器メーカーでしたが、その時代の外鉄型変形ＥＩコアは磁束密度1.2Wb/m2程度で動作していたはずです。労働組合潰しに狂奔して、組合役員宛に覚醒剤を送りつけて逮捕させる様なでっち上げ弾圧を試みて技術者達に逃げられてしまいデジタル化など急激な技術変化に付いていけなくなって崩壊したのは、労務対策優先民社党会社ぐるみ選挙と製品仕様の他社トヨタ追随でプリンスから引き継いだ優れた技術を食いつぶして外資に喰われた日産と瓜二つ。ＣＭでトヨタから「隣の車が小さく見えま〜す」と攻撃されていた時代には、まだ走りもブレーキも耐久性も優れた良い車を作っていたのに、組合対策優先とトヨタ仕様物まね路線とでの自滅でした。当記事本題の401/421系など交直両用車のトランスはどういう動作点で設計されていたか興味のある処です。

　当時の電気製品の周波数対応をみても、交流モータ（誘導電動機）は50/60Hz共用で２重定格、洗濯機やレコードプレーヤーなど回転速度が問題になる製品では、２種のプーリーを切り換えて対応するとか、周波数切換無対応製品は概ね建造物に固定設置されるなどで周波数変更の可能性がないものに限られていました。固定設置の電力用トランスを50/60Hz共用にしても小型で済む60Hz地区では無駄になりますので周波数固定は当然です。かって東京都電廃止時にその50Hz用変電所を長崎市電の60Hz変電所に流用したのは激安だったからで、60Hz電源に新品50Hz用トランスを入手する合理性は全くありません。要求仕様で共用化を長らく考えなかった国鉄が仕様の検討不足だったと言うべきです。

　なお、国鉄自身の後日の扱いとしては、60Hz用481系、50Hz用483系は、大量増備された50/60Hz両用485系のプロトタイプとして総て485系扱いにしているはずで、付随車の型式番号は３形式共通して481型のままだったりで、周波数毎の動力ユニットが旅客需要急増に追われた過渡的な形式だったことが判ります。信越線横川-軽井沢登坂電機協調運転対応の489系は基本的な電気特性は485系と同じでも、牽引力増加対応にフレームを補強して、空気バネの空気を抜くモードとか非常制動時のエアーの抜け方を緩和するなど超急勾配67/1000特有の改良をしていますので481系よりも相違は大きいでしょう。

　ちなみに周波数切換対応の無かった電気製品としては、交流モーター式タイマーとかは困りましたが、九州は夜間も停電が多くて交流モーター式タイマー自体が停電時間分遅れてしまい信頼性が低くて使い物になりませんでした。（数ヶ月間の長期出張で福岡県飯塚市で暮らしてみて、東電が非常に停電の少ないことに気付き、大したものだと思いました）。
　版下原稿から孔版印刷の刷版を作る「謄写ファックス」の周波数切換は、プーリー交換だけでは済まず、「鉄共振型定電圧トランス」（あの「大嶽電機」製？電子屋の年代の判るアイテム。まだ都下府中市で稼働中の模様）が使われていて、これが両用にはならず、内部でオクタル・ソケットで接続していまして、メーカーに請求して60Hz用を\5.5kほどで入手して交換しましたが、配線作業は全く無用で、その光学系の清掃・再調整などに相当する「重整備」レベルの作業で周波数切り替えに対応していました。（旧型真空管式の方がトランシスタ式の新型より刷版の解像度が良かったため、製造中止になった真空管を保守用に数台分ストックして長らく自家整備で使っていましたが、その後、改良された最新型に買い換えて、九州子会社で結成の新組合に印刷機一式を譲渡）。トラック便が粗雑な扱いで電子機器輸送には使い物にならなかった時代で、東京から車で九州に帰省する組合員に頼んで丁寧に運んで貰ったのですが、それでも1200km余の行程でバインドが不十分な配線１本が折れていました。当時の電子機器は振動対応など全く考えてなかった様です。これはハンドマイク（トランシスタ・メガフォン）でも同様で、宣伝カーに積みっ放しにしますと電池ボックスからプリント基板への長い配線がハンダ付けした端子部で折れる故障を今も良く起こしています。

口から出任せ言いたい放題の「幸福の科学」慰安婦攻撃ビラ！
名誉毀損罪には相当、｢慰安婦当人の守護霊」が「証言は嘘だった」と 　　<2>

幸福の科学慰安婦中傷ビラ
元慰安婦二人を妄想で誹謗中傷する
カルト政治団体｢幸福の科学｣配布ビラ
　千葉駅前を通り掛かると、20〜40歳と思われる10名程の男女がビラを配りながら「独占スクープです」などと声を張り上げていまして、受け取って歩きながら記事に目を通しますと「幸福の科学総裁大川隆法が元慰安婦の守護霊を呼び本心を語らせた結果、”各地で語った証言は嘘で、韓国政府の指示でやっているでっちあげだった”という」荒唐無稽なもので、元慰安婦への全く根拠のない個人攻撃だけのものでした。しかもパッと見には見出しで「当人が嘘を認めた」と読める酷いもの！

　この集団に向かって「根拠のない中傷は名誉毀損であり、不当で犯罪だからビラ撒きを中止しなさい！」と初老の小父さんがたった一人で抗議の声を上げていまして、「幸福の科学」側が「じゃ、韓国から武力侵略を受けたらあなたはどうするつもりなの！」と、あらぬ反論を試みて、逆に「事実の評価に、政治的思惑を優先させては科学じゃない！今すぐ『科学』という名前を返上しなさいっ！」とやり込められていて、「僕は理系の出ですが」という負け惜しみに、「事実認識の方法論は科学の基礎だ。その思想を理解してないのはどんな有名学校を卒業しても理系の出とは言えない！科学の基礎の思想から勉強し直しなさい！」と追撃。京大、東工大、大学院など超一流処を出ながらオウムの無差別殺人テロに加担した例も些末な高度知識は身に付けながら科学の本質は学ばなかった典型でしょう。私も是非是非加勢したかったのですが、どうしても外せない用事を控えて適切な論戦で孤軍奮闘氏にＶサインを送って激励し、現場を離れたのでした。

　攻撃内容の挙証責任はビラの発行者、配布者にあり、裁判の場で現実に「守護霊を呼び出して証言させる」ことが出来なければ、立証不能の荒唐無稽な主張で耐え難い苦痛を与えたとして、刑事・民事両面からの責任追及となるでしょう。
　この内容で「証言は嘘だ」と公に主張すれば、全く根拠のない誹謗中傷として発行者も配布者も刑法犯の名誉毀損罪に問われ、民事の損害賠償（慰謝料請求）に応じさせられる内容です。
　オウムも統一協会も共通ですが、カルト教ほど「科学」を前面に押し出して、一般人には縁遠い最新の天文学の解説にまぶして教義に掛かる「超常現象」の存在を主張して煙に巻く手法が取られていて、論戦に慣れてないと、混乱させられてディペードに破れたり、反論できなかったことで入信して活動してしまう人も出るでしょう。

　今思うと、現場でもっと目立って「賛成！」とか「異議な〜し！」とか声を掛けるべきでした。ヘイト・スピーチ同様、カルト(邪教)政治集団'幸福の科学'による重大な人権侵害・名誉毀損であり、断固抗議して配布中止を要求したい内容でしたが、抗議されても配布はやめませんでした。ナチス親衛隊の威嚇と暴力で一切の批判が封じられて世界的悲劇に暴走した歴史をなぞることのない様、発言できるうちにきちんと言うべきことを言う、抗議する人に助勢して跳ね返すことは今特に重要だと思います。今ですと、こうして原文を晒すだけでも理性的批判が拡がりますが、狂気と暴力が世論を制圧した後では批判の自由も無くなってしまいます。効果が逆転するまでの差はもう紙一重なのでは？

不成立得票の市長・市議会に
　住民投票不成立を言えるのか！？ 　<3>

　5月26日に行われた東京小平市の住民投票の結果、投票率が市長選挙、市会議員選挙並みの35%余で過半数に達しなかったことを以て不開票・廃棄を決めてしまい、敢えて住民の声に蓋をしてしまいました。
　投票率が過半数に満たないことを以て不成立だというなら、それを提案・決定した市長・市議会自体が過半数の投票を得ていない「不成立市長」と「不成立議会」であり、住民投票に卓越してその無効・廃棄を決定すること自体が僭越で、正統性を欠くでしょう。小平市長の言い分は全く説明になっていません。自らの投票率、絶対得票率に照らして、不成立だから辞任するといって、「成立」した再選挙の結果でものを言うべきでしょう。あまりにバランスを欠く恥知らずな決定です。票数を見てから改めて決定すべきです。
　市長も、市会議員多数派も「俺が衆愚住民の支配者だ！」とでも思っているような傲慢さに呆れます。

　情報公開請求を受けても、自分たちで勝手に決めた「市条例」を盾に非公開、３ヶ月後の廃棄を強行する可能性もあり、即座に裁判を起こして「証拠保全」として投票用紙を差し押さえて廃棄不能にする必要があるでしょう。どんな請求内容にすれば証拠保全が通り、内容の検証が出来るかは、運動参加の弁護士・法律家集団に相談して、少なくとも３ヶ月間の線香花火にはさせない工夫が求められます。

2013/05/27　23:55
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