新幹線電車編成

9．新幹線電車編成の機能的な特徴と変遷

1. 現在の新幹線電車編成の概略仕様

　昭和39年に登場した0系新幹線電車以来、200、100系と続き、JR発足後は300、400、500、700、E1、E2、E3、E4系と種類が大幅に増えています。
　車両をほぼ登場順に並べてみますと次の表のようになります。

車両形式	開発	特徴	主な編成	ユニット構成	電動機種別	電動機定格	編成出力
0系	国鉄	最初の新幹線電車	16M	MM'	直流	185kW	11,840kW
200系	国鉄	最初の東北上越新幹線電車	12M	MM'	直流	230kW	11040kW
100系	国鉄	最初に付随車、2階建て車を導入	12M4T	MM'	直流	230kW	11040kW
300系	JR東海	最初にVVVFインバータ制御採用	10M6T	MTPM	3相交流	300kW	12,000kW
400系	JR東	最初の新在直通新幹線電車	6M1T	MM'	直流	210kW	5,040kW
E1	JR東	最初の全2階建て新幹線電車	6M6T	MM'	3相交流	410kW	9,840kW
500系	JR西	世界最高速度300km/h運転実現	16M	M'M1MpM2	3相交流	285kW	18,240kW
E2	JR東	急勾配・異周波数対応の北陸新幹線電車	6M2T	M1M2	3相交流	300kW	7,200kW
E3	JR東	VVVF制御第2世代新在直通新幹線電車	4M1T	M1M2	3相交流	300kW	4,800kW
E4系	JR東	第2世代全2階建て新幹線電車	4M4T	TM1M2T	3相交流	420kW	6,720kW
700系	JR東海・西	最新の「のぞみ」	12M4T	M1M'M2T	3相交流	275kW	13,200kW
800系	JR	九州新幹線「つばめ」	4M	M1M2	3相交流

2. 代表的な新幹線電車編成の編成一覧

　次に代表的な新幹線の編成を示します。機器の行は主回路の代表的なもののみを記載しており、実際はざまざまな機器が床下等に搭載されています。

○東海道山陽新幹線

編　成	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
0系ひかり
MＴ構成	Mc	M'	M	M'	MB	M'	MA	M'D	MS	M'S	M7	M'	M	M'	M	M'c
機器	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf
100系ひかり
MＴ構成	Tc	M'	M	M'	M	M'	M	TDD	TSD	M'S	M	M'	M	M'	M	T'c
機器		Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re			Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re
100Ｎ系
MＴ構成	Mc	M'	M	M'	MＢ	M'	TSD1	TDD	TSD2	T'SD	M7	M'	M	M'	M	M'c
機器	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf					CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf
300系のぞみ
MＴ構成	Tc	M1	TPW	M2	M1W	TP	M2K	M1S	TPS	M2S	M1H	TP	M2W	M1	TPW	M2c
機器		CI	Tr	CI	CI	Tr	CI	CI	Tr	CI	CI	Tr	CI	CI	Tr	CI
500系のぞみ
MＴ構成	Mc	M1	MP	M2	M'	M1	MPK	M2S	MS	M1S	MPKH	M2	M'	M1	MP	M2c
機器		CI･CI	Tr	CI･CI		CI･CI	Tr	CI･CI		CI･CI	Tr	CI･CI		CI･CI	Tr	CI･CI
700系のぞみ
MＴ構成	Ｔｃ	M2	M'W	M1	M1W	M'	M2K	Ｔ'S	ＴS	M2S	M'H	M1	M1W	M'	M2W	Ｔ'ｃ
機器		CI･CI	Tr	CI	CI	Tr	CI･CI			CI･CI	Tr	CI	CI	Tr	CI･CI

○東北・上越・北陸新幹線

編　成	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
200系
MＴ構成	Mc	M'	M	M'	MK	M'	M	M'	MB	M'	MS	M'c
機器	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf	CS･Re	Tr･Rf
E1系
MＴ構成	Ｔ1ｃ	M1	M2	T1	T2	M1	M2	TPK	ＴPS	M1S	M2S	T2c
機器		Tr･CI	CI			Tr･CI	CI			Tr･CI	CI

編　成	1	2	3	4	5	6	7	8
E2系
MＴ構成	Ｔ1ｃ	M2	M1	M2	M1K	M2	M1S	T2c
機器		Tr･CI	CI	Tr･CI	CI	Tr･CI	CI
E4系
MＴ構成	Tc	M1	M2	T	Tk	Mp	Ms	Tpsc
機器		2CI	Tr･2CI			2CI	Tr･2CI

○秋田・山形新幹線

山形新幹線＜つばさ＞

編　成	1	2	3	4	5	6	7
400系
MＴ構成	MSC	M'2	M	M'2	T	M2	M'c
機器	CS Re	Tr Rf	CS Re	Tr Rf		CS Re	Tr Rf
E3系1000番台
MＴ構成	M1SC	M2	T1	M2	T2	M1	M2c
機器	CI	Tr CI		Tr CI		Tr CI	CI

秋田新幹線＜こまち＞

編　成	1	2	3	4	5	6
E3系
MＴ構成	M1SC	M2	T1	T2	M1	M2c
機器	CI	Tr CI			Tr CI	CI

○九州新幹線

九州新幹線＜つばさ＞

編　成	1	2	3	4	5	6
800系
MＴ構成	Mwc	Mp	M2w	M2	Mpw	Mc
機器	CI	Tr	2CI	CI	Tr	2CI

3. 新幹線電車編成の特徴と変遷

　これらの編成の機能的な面での特徴と変遷についてまとめてみました。

○M車とT車
　 M車は主制御装置または主変換装置を持っているモーター付きの車両で自車及びユニット構成の場合は他車も制御し、 M'はそのM車から制御を受けるモーター付きの車両です。M1、M2はそれぞれ主変換装置を持って自車及びユニット構成の場合は他車も制御するモーター付きの車両です。T車は付随車で、モーターは持っていません。
　 M車系はモーターを持っているので、ブレーキ時にはそれを発電機として使用して電気ブレーキが使えます。ディスクブレーキも持っていますが発電ブレーキが優先的に動作するようになっているためディスクやブレーキライニングの摩耗が少なくて済みます。電力回生ブレーキも可能です。
　 T車はモーター等の機器がないため一般に軽く、車両製作費も安いので車両性能が許せる限り編成に組み込むようになっていますが、 M車の機器を一部T車に移して重量を平均化するためにも使われます。300系の1ユニットがMTPMとなっているのはこのような考えからです。 T車のブレーキはディスクブレーキ（機械式、渦電流式）です。

○ユニット構成
　 1ユニットとは、駆動機構として最小の機能を持つ単位のことで、たとえば0系はM+M'が1つのユニットを構成しており、 Mに主制御装置、M'にパンタグラフと主変圧器を分けあって持つというようなことです。その他補助電源装置、電動圧縮機等の機器類は各車の重量バランスを配慮して配分されますが、当然モーターはM系の各車に付いています。16両ですから8ユニットあることになります。ある車両のモーター等の機器が故障した場合には、その車両を含む1ユニット2両を開放（T車的な扱いにする）することで、編成の能力は14／16になりますが走行は可能です。
　編成が短い場合は1ユニット開放の所要性能に対する影響が大きくなるので、故障場所にもよりますが1両単位、台車単位で開放できるようにしているようです。さすがに新幹線ではありませんが在来線電車では1両で全ての機能を持つ1両ユニット？方式も結構あります。
　 300系以降の16両編成の車両は、300系がM+TP+M、500系がM'+M1+Mp+M2、700系がM1+M'+M2+Tと1通りではありません。モーターのないT車もユニットに組み込まれています。全2階建て8両編成の新MaxのE4系はT+M1+M2+Tの構成になっています。
　 4両編成のような短編成ではこのようなT車を組み合わせたようなユニット構成は出力、故障時対応等の関係から難しく、MM'、またはM1M2構成にならざるを得ないと思われます。

○電動機の種類
　直流電動機を使用している車両は、架線の単相交流25000Vを変圧器で降圧後、整流装置で直流にして直流電動機に電気を供給していますが、交流電動機を使用している300系以降（400系は直流電動機）は、架線電源を変圧器で降圧後、コンバータ（整流器）で一旦直流にしてそれを更にインバータ（逆変換器）で再度VVVF（可変電圧可変周波数）制御を行い電動機に交流電気を供給しています。
　直流電動機は整流子という部品が必要で、保守、回転数制限等の問題がありましたが、VVVFインバータ制御方式が確立して以降は、小型軽量で保守のあまりかからない3相交流誘導電動機駆動方式が一般になっています。

○パンタグラフと高圧母線引き通し
　 0系、200系、100系はMM'の1ユニットに1つずつパンタグラフがあり、その高圧回路はそれぞれ独立していましたが、新幹線の210km/hを超える高速運転化に伴い全体騒音のに占める集電系騒音、特に速度の影響の大きいパンタグラフ空力音が問題になり、パンタカバーの対策と合わせてパンタグラフの数を減らす対策が検討されました。パンタグラフをなくすとそのユニットに架線からの電気を供給することが出来なくなるため、他の車両から電気を供給することになり、このためにＬ形ケーブルヘッド等を開発して実用化されたのが「高圧母線引き通し」です。
　パンタグラフの数が減れば1パンタグラフ当たりの集電電流が増え、すり板の摩耗も増えますが、高圧母線を編成に引き通すことによりあるパンタグラフが離線しても他のパンタグラフは集電しているためバチバチという夜目にも美しい？スパークが減り、スパーク音、すり板摩耗減につながりました。
　最低は1つで良いわけですが、2つあれば万一1つが不具合になってもそれを下げて走行できること、前項の離線防止の観点から編成で2個が標準になっているようです。2個のパンタグラフの位置はユニット構成だけでなく編成から見てパンタグラフ空力音、離線等の最も少なくなることを考慮して最適な位置を決定しているようです。
　東海道新幹線は最初、BT（BoosterTransformer）き電方式で建設されたため、高圧母線を引き通すとセクション間を短絡してしまうため母線引き通しは出来ませんでしたが、き電方式改良工事を進め、平成3年3月のＡT（AutoTransformer）き電開始以降母線引き通しによるパンタグラフ削減が可能になりました。

4. 編成の組み合わせ

東海道・山陽新幹線		東北新幹線		上越・北陸新幹線		九州新幹線
のぞみ	700系16両	はやて・こまち	E2系10両＋E3系6両	Maxとき	E4系8両＋E4系8両	つばめ	800系6両
のぞみ	500系16両	はやて	E2系10両＋E3系6両		E4系8両
ひかり	700系16両	はやて	E2系10両		E1系12両
	300系16両	Maxやまびこ	E4系8両＋E4系8両	とき	200系10両
	100系16両	Maxやまびこ	E4系8両	Maxたにがわ	E4系8両＋E4系8両
ひかりRailStar	700系8両	Maxやまびこ・つばさ	E4系8両＋400（E3）系7両		E1系12両
こだま	700系16両	やまびこ	E2系10両＋E3系6両		E4系8両
	300系16両	やまびこ	200系10両	たにがわ	200系10両
	100系16両	つばさ	400(E3)7両	あさま	E2系8両
	700系RailStar8両	Maxなすの	E4系8両＋E4系8両
	0系6両	Maxなすの	E4系8両
	100系4両	なすの	E4系8両＋400（E3）系7両
			E4系8両＋400(E3)系7両
			200系10両

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9． 新幹線電車編成の機能的な特徴と変遷