純電気ブレーキ

純電気ブレーキの概要

純電気ブレーキ（じゅんでんきブレーキ）とは、従来の電気ブレーキや空気ブレーキと異なり、制動開始から停止に至るまで電気ブレーキの機能のみで操作が行われるブレーキです。この技術は、特に鉄道車両における効率的な制動方法として注目されています。三菱電機が提唱する商品名ではありますが、他の製造メーカーでも異なる呼称で使用されており、日立製作所は全電気ブレーキ、東芝はオール電気ブレーキと呼んでいます。

技術的背景

このブレーキ技術の導入は、三相誘導電動機とインバータ制御が鉄道車両に採用されたことに関連しています。これにより、直流電動機とサイリスタチョッパ制御の組み合わせに比べ、低速域での安定した制御が可能となり、回生ブレーキの使用可能なスピード領域が拡大しました。しかし、回生ブレーキには起電力による制限があり、これが原因で完全に単独で停車することはできません（いわゆる回生失効が発生します）。この問題を解決するために、純電気ブレーキ方式が開発されたのです。

具体的には、回生失効が発生する速度域において、主電動機のすべり周波数を維持し、磁界を逆回転させてトルクを生じさせる方法と、停止に近づく際にすべり周波数をゼロに近づける方法の2種類があります。

実用面での利用

各製造メーカーは、この技術の導入を推進しています。純電気ブレーキは、摩擦ブレーキをほとんど必要としないように思われがちですが、実際には低速での制動では回生ブレーキの性能が不足する場合があったり、高速時の架線電圧の上昇を抑える必要が生じるため、摩擦ブレーキの併用が避けられないのです。さらに、列車は法令により最低2系統のブレーキを装備しなければならないため、完全に摩擦ブレーキを排除することはできません。そのため、車両価格の大幅な削減には至っていませんが、摩擦ブレーキの保守面ではブレーキシューの交換周期の延長により経費削減が可能です。

変換の可能性

純電気ブレーキの導入は、既存の車両の改造を通じても行われています。通常、ブレーキ制御のソフトウェアを変更することにより、最初は純電気ブレーキが使用できなかった車両でもこの技術を活用できるようになります。新京成電鉄の8800形電車や小田急の1000形電車、東京都交通局の6300形電車など、この技術が導入された例が多数あります。

制御方式の多様性

制御方法については、メーカーごとに異なるアプローチがあります。三菱や東芝の製品は逆相モード制御を使用し、日立の製品は直流印加（直流励磁）方式を採用しています。このため、日立製のものは制動寸前に特有の発振音を発生する場合があります。これは非同期モードと兼用になっており、その発振音の周波数は多くの場合200Hz程度です。また、2013年以降、ショックを軽減するために、逆相モードのタイプも登場しました。

主な利点

この純電気ブレーキ方式は、摩擦ブレーキと比較することで、いくつかの重要な利点があります。まず、回生ブレーキの使用速度域が広いため、電力の回生効率が向上します。また、摩擦ブレーキの切り替えによる衝動が軽減され、より快適な乗り心地が実現されます。さらに、摩擦ブレーキ部品の磨耗が少ないため、部品交換にかかる費用を削減することができます。高度な再粘着制御により、滑走が発生しにくい点も注目されます。

鉄道業界における新しい技術として、純電気ブレーキはその実用性と効率の向上を目指し、ますます注目されています。

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