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朝倉希一の電車と電気機関車の創業史
（技術随筆　汽車　交友社　昭和31年刊　p97-118)

1 電車と電気機関車の始まり  top

　モータで運転する車両に電気機関車と電車がある。
　ドイツのウエルナ・ジーメンスが1879年にベルリンの博覧会場で小形の電気機関車で、数両のトロッコに客を乗せて引張ったのが電気運転の始めである。 
　1881年にベルリンの南の近効リヒタフェルデとグロース・リヒタフェルデの間に電車運転の開始されたのが電車の始めであり、これも同氏の力によるものである。
　わが国では電気機関車は明治45年横川−軽井沢間に初めて運転され、電車は更に古く明治23年5月東京上野における第3回内国勧業博で運転されたものに始まり、営業運転としては明治28年京都市電が最初であった。
　電車ではモータを車軸に取り付けるから、車体には旅客を乗せることができるし、逆行が自由なので都市の交通機関として便利であり、よく発達した。
　600ボルト程度の直流を使用し、運転手が制御器のハンドルを回すことによって､電流を入れたり切ったり､加減することが容易に行われる。
　都市交通に電車が盛んに使われるようになってから、都市間の交通や近郊鉄道にも電車が用いられるようになり、連結両数の多い電車列車が必要となった。
　この種の列車の多くのモータを、列車の前端にいる1人の運転手が自由に制御できるために、総括制御方式が発達した。
　この方式ではモータの電流を入れたり切ったり加減するためのスイッチは、制御器として各車体の下に取り付けられ、運転手はこれらの制御器を直接働かせることなく、低圧の制御電流で間接に作動させる構造とし、その制御電流で各モータの電流を同時に制御して、モータの力行運転が行われるのである。
　かつ運転距離等の関係で近郊線や都市間の鉄道では、電圧の高いものが使用されるので、この電流を運転手が直接開閉しないためにも、制御器を間接に作用させることが必要となるし、大形のモータでは電流が大であるので、それを開閉するためには、運転手が直接に扱う制御器では困難を生ずるのである。
　かくして制御器はなかなか複雑な構造となり、その方式においても電磁式、電磁空気式、電動カム軸式、電磁空気カム軸式等種々のものが発達した。

4 出力の増大  top

　モータの総出力を増加する方法としては、列車に編成される電動車の数を増し、その極限の場合において全部を電動車とすることが一つの方法であり、他の方法としては個々のモータをできるだけ大形のものとすることが考えられる。
　すべての電車を電動車とすれば車両の運用が簡単となるが、電気設備の数が多くなるから設備費が高価となる。
　ますます高速度が要求されるが、高速度運転においてはブレーキの改良が伴なわなければならない。
　一般車両のブレーキのように車輪に作用する摩擦ブレーキにおいては、制輪子の粉が飛散するし、制輪子と車輪の発熱が多くて問題を起したとがあるので、電気運転の場合には電気プレーキを用いるのが最近の傾向である。
　すべての車軸にモータが付いていることは、電気ブレーキを有効にする上からも望ましいのである。
　そして電気ブレーキを使用すればモータの発熱が増加するから、モータの総馬力を増たとを要し、この点からも電動車のみの編成とすることが望ましいことになる。
　ことに高速度で走る場合においては所要馬力は、速度の増大に伴なって、著しく増大するから、速度向上のためにも大きな馬力を必要とするのであり、電動車のみの編成が漸次行われるようになるべきであろう。

7 電車の床下機器  top

　電車の床下には制御器、開閉器、抵抗器、制御電流および電灯用電流発生用の発電機、空気ブレーキ用空気圧縮機、同空気ダメ、動作弁、プレーキシリンダ等の付属品が、所狭きまでに取り付けられている。
　長距離電車がだんだん使用されると、便所の水洗用水タンクに相当大形のものが必要となるが、これらを配置することがなかなかの問題である。
　湘南電車には便所が設備されているが、便所は付髄車にのみ装置されているのである。
　しかし将来電動車のみの編成とする必要が起るときは、水タンクなどの装置場所が相当の問題となろう。
　なおまた将来の電車の改良としては、高速遮断機の取付も必要となろうし、モータに独立の冷却用送風機を取り付けることが問題となり得るのである。
　現在、電気機関車のモータにはこれが付いていて成績が良いが、電車のモータには、電機子軸に取り付けてある送風機があるだけである。
　電車が出動に際し最も大なる電流を通じ、従って最も冷却しなければならないときに、この送風機は回転が遅くて冷却効果が少ないし、停止しているときにも冷却することができない。
　この欠陥はモータの保守の上に現われているのであるから、この改良のため独立した送風機を置くとすれば、機器取付面積が問題となると思われる。
　そこで長距離用電車はできるだけ長形とする必要があろうが、また2両の電車を常に連結しておいて、2両に共通な機器を1両の床下に吊る構造が考えられる。
　この構造はすでに私鉄で採用されているが、多くの電線の連結装置を必要とする等の不便がある。
　高速度長距離電車の運転が期待されるについては、電車構造について種々な研究が必要となるのである。

8 電気機関車列車  top

　電車は都市および近郊鉄道等に用いられたが、長距離列車の電気運転は電気機関車で行われるのが普通であった。
　蒸気機関車で引張った客貨車をそのまま引張るためと、乗心地は電車よりも客車の方が良くなるからである。
　電気機関車の構造は電車と同様に吊掛式モータを採用するのが簡単である。
　電車と違うのは電気設備を車体内に置くことである。
　この種の構造は貨物機関車として各所で採用されでいるが、旅客急行用電気機関車に対しては、この構造の可否が種々に論ぜられた。
　一般に電気機関車のモータは電車のものより大形であるので、吊掛式とするときはバネ下重量が大となり、かつ機関車重心の位置が蒸気機関の場合よりも低くなるが、これらの事柄は線路に対する影響が悪いと考えられた。
　そして実際に悪い影響を現わしだ場合もあった。
　それゆえ電気機関車が線路に及ぼす影響を軽減するため、外国において種々の構造が試みられた。
　電気機関車の構造を左右する主要なものは、モータの回転力を動輪に伝える駆動装置であり、この駆動装置の選択によってバネ下重量の軽減を図ることができるのである。
　電気機関車の発達の初めにおいては、蒸気機関車において動輪が主連棒によって運転されるように、モータから主連棒によって駆動することが試みられた。
　ペンシルバニア鉄道では長い間この方式を採用したが、ドイツにおいても初めこの種の構造を採用して種々の困難な経験を積んだ。

　これは、電気機関車は速度が遅いとき電流が多く流れて出力が大となり、速度が大となると反対に小となるが、蒸気機関車では速度が大となるにつれて出力も大となるからである。
　このように電気機関車は速度が遅いとき出力は大となるが、この大なる出力を長時間にわたって出すとモータが過熱する恐れがあり、従って故障の原因となる。
　表の機関車は現在の運転状態では十分な余裕を有するが、電気機関車は故障をなくすために十分な余裕を以て運転することが必要である。
　そしてこれらの機関車も、将来一層速度を速くするためには、その出力が不足するに至るのである。
　列車速度を高めることは世界的の傾向であり、わが国の列車はこの点で世界の大勢から遅れている。
　速度を速くすると所要馬力が急に増大するものである。
　電気機関車では､モータの数を増すことによって、強力のものを造り得るから、この点では蒸気機関車より便利であるが、機関車が長くなる。
　それよりももっと大形のモータを使用する構造が考えられるならば、経済的にも利益になることであろう。
　しかし狭軌で大形の電動機を採用するについては､大形の動輪を採用して、長さの割合に直径の大なるモータとするか、他に特別の構造を採用しなければならないことになって、慎重な研究を要するのである。
　しかるに以上の考え方は蒸気機関車から転化した電気機関車の構想である。

　電気機関車の項を終るに当って、東海道線電化の初めに輸入した電気機関車で、苦い経験を積んだことについて述べておこう。
　大正12年頃、東京−国府津間電化用機関車として、イギリスから多数購入された電気機関車が、事故を起したことが多くあったので、その改良を図るため電気機関車に関する知識経験を多く得ることができたのである。
　この事故の原因は大別すると二つあって、その一つは製作工事に欠点があったことであり、他の一つは設計に不備の点があったことである。
　製作工事の悪かったのは主として配線関係で、運転に際し短絡事故を起すものがあったことである。
　世界的に有名な会社の製品にこんなことのあったのはむしろ不思議である。
　この不良の工事を改良しても、なお事故を起こすものがしばしばあるので、電気機関車に対する信用がなくなり、電気機関車と蒸気機関車とを連結し、電気機関車が事故を起せば蒸気機関車で運転するような体制をとって運転した期間が相当あった。
　その間に故障の原因を調べて改造を行って、日常の運転に差しつかえないように改良されたのであるが、その改良の主要な点は、制御電流の電圧があまり下らないようにしたことである。
　イギリスの設計では、制御電流の発電機運転用のモータが、送風機用のものと兼用であったがこれをやめて、制御電流の電圧をできるだけ均一に保つような電動発電機を設備したのである。
　また短絡事故を起すような傾向が起ったとき、直ちに電流を切る高速遮断機を取り付けたのである。
　そしてこの方針は、国産電気機関車の設計に取り入れられたのである。
　制御電流に関して事故の起ったことは、電車線電圧が下がり過ぎることが、その一原因をなしたのかも知れない。
　電化を行う場合に、電車線電圧を下げないように、すなわち送電損失を少なくすることは、前に述べたように外国の電化において大いに考えられているのであるが、わが国においては設備費の節約のために、この点に対する考慮が少ない傾向があるのではあるまいか。