徹底解説! JR東日本の新幹線E956形試験電車「アルファX」

徹底解説! JR東日本の新幹線E956形試験電車「アルファX」

360km/hの営業運転を目指すE956形「ALFA-X」(2019年5月、草町義和撮影)。

JR東日本の新型試験電車E956形「アルファX」が完成し、東北新幹線で試験運転が始まりました。車両ごとに異なる形状や技術を採用しているのが大きな特徴。360km/hの営業運転を目指し、複数の形状や技術を比較検証します。

「営業360km/h」に再チャレンジ

 JR東日本のE956形電車「ALFA-X(アルファエックス)」が完成。2019年5月10日(金)の夜から、東北新幹線で走行試験が始まりました。

「ALFA-X」は新幹線の新型試験車両です。同社は2016年11月、技術開発の中長期計画で「次世代新幹線の実現に向けた開発」を盛り込み、試験車両の開発を計画しました。ちなみに、愛称の「ALFA-X」は「Advanced Labs for Frontline Activity in rail eXperimentation(最先端の実験を行うための先進的な試験室)」の略です。

 JR東日本は「ALFA-X」の前にも、新幹線の高速化を目的にした試験車両を開発しています。まず1992(平成4)年に952・953形電車「STAR(スター)21」を開発。走行試験では425km/hを記録しています。続いて営業運転での最高速度360km/hを目指し、E954形電車「FASTECH(ファステック) 360 S」とE955形電車「FASTECH 360 Z」を2005(平成17)年から2006(平成18)年にかけて開発しました。

 しかし試験結果から、360km/h運転は騒音抑制などの環境対策や速度向上のためのコストに課題が多いと判断され、当面の営業最高速度は320km/hとすることに。東北新幹線用のE5系電車と秋田新幹線直通用のE6系電車がデビューし、2013(平成25)年からは320km/h運転が始まりました。

 ただ、2030年度には北海道新幹線の新青森〜札幌間が全線開業する予定です。東京〜札幌間の所要時間は、現在の計画で約5時間とされており、飛行機に比べると長い時間を要します。そこでJR東日本は、北海道新幹線の札幌開業を目標に、再び360km/hの営業運転を目指して「ALFA-X」を開発したのです。

先頭も中間も…車両ごとに異なる形状

「ALFA-X」は10両編成。各車両の番号は東京寄り1号車がE956-1で、2号車がE956-2、3号車がE956-3と続き、新青森寄り10号車がE956-10です。すべての車両にモーターが搭載されており、パンタグラフは3号車と7号車に搭載されています。JR東日本によると、最高運転速度は「360km/h(※試験として一時的に400km/h)」です。

 車体の塗装はメタリックをベースに、緑色の帯を側面の上下に配置。途中で上下の帯をクロスさせることで、アルファベットの「X」を表現しています。

 JR東日本の新幹線は雪の多い地域を通っていることから、「ALFA-X」は風の流れを変えることで、台車(車輪がある部分)や台車周辺部に雪が流れこむのを防ぐ車体構造を採用しています。また、様々なケースを想定して速度の向上を目指す試験車両のため、車両ごとに車体の形状や搭載機器の方式などを変え、比較検証に対応しているのも大きな特徴です。

 編成両端の先頭部は、おもにトンネル突入時に発生する騒音の軽減を図るため、コンピューターシミュレーションにより空気力学上の最適な形状を決めました。流線型になっている先端部(ノーズ)の長さは1号車と10号車で異なり、1号車はE5系先頭車(約15m)より少し長い約16m、10号車は客室を縮小して長さを確保した約22mです。1号車はE5系と同程度の客室スペースを確保しつつ騒音を軽減する研究を行い、10号車では客室の広さに関係なく騒音軽減策を追求することになります。

 ほかにも、車体構造や客室環境を比較検証するため、窓の部分を中心にデザインが異なっています。側面にある客室窓の間隔は、1、3、4、6、7、10号車がE5系の普通車と同じ1040mm、2号車はやや狭い980mm。グランクラスの8号車は1300mm、グリーン車の9号車は1160mmです。多目的室とミーティング室が設けられた5号車は、窓がほとんどありません。このうち3号車と7号車は、窓の面積が大幅に小さくなっています。

地震発生時の停止距離短縮にふたつの装置

 高速化のカギとなる走行装置では、地震発生時に列車を安全に停止させるための技術の導入が図られています。「FASTECH 360」シリーズで採用されながら、E5系とE6系には導入されなかった「空気抵抗板ユニット」を再び搭載。車体の天井に板が設置されており、地震発生時には板が車外に出すことで空気抵抗を増やし、停止距離を短縮します。

 さらに、台車にも「リニア式減速度増加装置」を搭載。地震発生時にコイルをレールに近付けることで、コイルとレールのあいだに電磁的な力を発生させ、車両の減速度を増加させます。このほか、車体と台車のあいだに「地震対策左右動ダンパ」と「地震対策クラッシャブルストッパ」を設置し、大きな揺れや衝撃を抑えられる構造にしました。

 通常時の乗り心地の向上も目指し、「動揺防止制御装置」と「上下制振装置」を設置。左右方向の揺れだけでなく上下方向の揺れの低減を図ります。また、空気バネを使った車体傾斜制御装置の導入により、カーブ通過時における乗り心地の向上も目指します。

 主回路機器は高速化と勾配区間での速度向上を目指すため高出力化を図り、台車単位で制御する方式も採用しました。主変換装置のスイッチング素子には、次世代半導体素子のSiCを採用し、機器の大型化を抑えつつ高出力化を図っています。

 パンタグラフは従来型より騒音を抑えた新型を開発。形状は3号車と7号車で異なっており、比較検証が可能です。ひとつのパンタグラフだけで1編成を運転できるよう、すり板の形状も改良されました。

 このほか、総合的に線路や車両の状態をモニタリングするシステムも構築します。高速運転を行った場合に生じる線路のゆがみや、車体や台車の振動などの測定データを収集。JR東日本は、このデータをメンテナンスで活用することで、安全、安定輸送の実現を目指すといいます。

北海道での運転見据え空調を強化

 車内は運転室を除き未公開(2019年5月9日時点)です。腰掛けは快適性とメンテナンス性、高速化のための軽量化の並立を目指して開発。リクライニングに連動した座面チルト機構の採用、脚台構造の変更による足元スペースの拡大、振動抑制機構の追加が行われました。その一方で構造を可能な限りシンプルにし、部品の交換作業や清掃作業の短時間化を図り、現場作業の負担軽減を目指したといいます。

 JR東日本の開発担当者によると、いまのところ腰掛けは一部だけ設置されており、今後は様々なタイプの腰掛けを設置、交換しながら比較検証を進めるといいます。空調装置は小型軽量化を図ったほか、北海道新幹線の札幌延伸を見据えて暖房性能を強化。JR東日本は、外気が氷点下30度でも快適な車内を提供するとしています。

「ALFA-X」の開発を担当したJR東日本研究開発センターの小川一路所長は、2019年5月9日(木)の報道公開で、「再チャレンジ」となる360km/hの営業運転について「『FASTECH』から何年もたって、いろんな機器が小型化され、車体の形も環境に優しいデザインに進化しました。こうした複数の技術の進歩を混ぜ込んでいくと、より実現に近いものがあると思います」と話しました。

 一方で小川所長は「360km/h運転は車両だけでできるものではありません。(線路などの)地上設備の環境対策なども必要です」と述べ、車両と地上の両面から360km/hの営業運転を実現させる方針を明らかにしました。

 JR東日本は2022年3月まで、東北新幹線の仙台〜新青森間を中心に「ALFA-X」の走行試験を実施。360km/h運転のほか、400km/h程度の走行試験も数回程度行う計画です。

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