日本國鐵 ED61 型電力機車

ED61 型電力機車（ED61 形電気機関車）是日本國有鐵道的直流電力機車車型之一，適用於供電制式為 1500 伏直流電的電氣化鐵路，由日立製作所、東京芝浦電氣等企業於 1958 年研製成功。

發展歷史

1.1 研製

第二次世界大戰結束後，日本國有鐵道為滿足在戰後經濟復興的形勢下不斷增長的運輸量，先後研製了三種標準型直流電力機車，即幹線客運用的 EF58 型電力機車，以及幹線貨運用的 EF15、EH10 型電力機車，併成為了國鐵主要幹線的主型電力機車。至 1950 年代末，在大正時代從國外進口或從私鐵收購的各種舊型電力機車亦將屆使用壽命，因此日本國鐵急需一種新型直流電力機車來取代這些舊型機車，擔當非主要幹線的客貨列車牽引任務。

在這樣的背景下，日本國鐵利用 ED70 型交流電力機車所採用的部分最新技術，開發了 “直流新型電力機車”。1958 年，新三菱重工業、川崎車輛、汽車製造等企業成功研製了新一代的 ED60 型電力機車；與此同時，日立製作所、東京芝浦電氣亦研製了同系列的 ED61 型電力機車。

ED60、ED61 型電力機車均採用了共通的結構，但 ED61 型電力機車的特點是增加了再生制動，將電力機車在制動時所產生的電能回饋到電網，並使列車可以在長大下坡道上實現。由於機車上增加了額外的再生制動裝置，因此 ED61 型電力機車的車體長度比 ED60 型電力機車延長了 130 毫米，而機車整備重量亦提高到 60 噸。

1.2 運用

1958 年，製成了首兩臺 ED61 型電力機車，其中 1 號機車由日立製作所生產，2 號機車由東京芝浦電氣生產。1959 年，日立、東芝、川崎電機制造、川崎車輛開始小批次生產 ED61 型電力機車。1958 年至 1959 年間共生產了 18 臺該型機車。

ED61 型電力機車投入運用初期均配屬到，用來替換戰前製造的 ED16、ED17 型電力機車，主要擔當中央本線甲府以東的貨物列車牽引任務，在八王子至甲府間的 25‰長大坡道則以雙機重聯方式牽引。其中五臺機車曾經入助，亦有機車一度被借予米原機關區和福島機關區使用。1963 年，兩臺 ED61 型電力機車轉配屬（後改為龍華機關區），投入阪和線運用。

然而，在機車運用過程中亦暴露了再生制動的一些不足之處。當兩臺機車重聯執行並使用再生制動時，如果兩臺機車的輪徑有差異，會造成輪對轉差率及制動力不均等的問題。此外，基於中央本線列車執行密度和牽引變電所整流器特性的原因，亦經常發生再生制動失效的問題。因為直流電氣化鐵路是由不可控整流器饋電，所以只有再生電能可以被同一供電區間內的其他列車使用，若架空接觸網電壓已經高於某一水平，即無法使用再生制動。

1960 年代中期，功率更大的 EF64 型電力機車開始投入運用，一臺機車足以代替兩臺重聯的 ED61 型電力機車擔當相同的牽引任務，而且除了再生制動之外還設有電阻制動，使電力機車的動態制動效能不再受到電網電壓的限制。1966 年以後，隨著越來越多的 EF64 型電力機車配屬到甲府機關區，加上中央本線甲府以西的路段亦陸續完成電氣化改造，中央本線的急行旅客列車亦改由 115 系、165 系電力動車組擔當，ED61 型電力機車的運用範圍及頻率日漸減少。1972 年，由於龍華機關區的 ED60 型 2、3 號機車轉往大糸線運用，因此將 ED61 型 17、18 號機車轉屬龍華機關區作為補充，在阪和線上與 ED60 型電力機車混合使用。

1.3 改造

1970 年代初，為了淘汰飯田線的老舊的 ED18、ED19 型電力機車，日本國鐵決定對 ED61 型電力機車進行軸重輕量化改造，以適應飯田線較差的線路條件。1974 年至 1979 年間，所有 ED61 型電力機車先後在長野工廠（今長野綜合車輛中心）進行了改造工程，完成改造後的機車改稱為 ED62 型電力機車，均配屬到伊那松島機關區和豐橋機關區使用。

技術特點

2.1 總體結構

ED61 型電力機車是客貨運通用的直流電力機車，適用於 1500 伏直流電氣化鐵路。機車車體沿用了與同時期 ED70 型電力機車及 DF50 型柴油機車相似的外形及結構，採用表面平滑的全鋼焊接結構車體。車體長度為 14300 毫米，比同系列 ED60 型電力機車長 1300 毫米，以容納再生制動裝置。

機車的兩端各有一個司機室，機車中部是電氣室及機械室，車內設有貫通式雙側內走廊。在司機室內機車執行方向的左側設有司機操縱檯，司機室兩側設有供乘務員乘降的車門。考慮到重聯運用的需要，司機室前端中央設有向外開啟的鉸鏈式貫通門，以便乘務人員透過到另一臺機車。車頂安裝有兩臺國鐵標準的 PS17 型雙臂式受電弓。

2.2 電氣系統

ED61 型電力機車是直 — 直流電傳動的直流電力機車，除了增設再生制動功能外，機車主電路結構與 ED60 型電力機車基本相同。機車採用超多段電阻調壓、牽引電動機的串聯 — 並聯轉換、以及磁場削弱控制來達到調速的目的。

每臺機車設有兩套相同的電阻器系統，分別控制兩臺轉向架上的牽引電動機。電阻器系統包含了並聯的主電阻器及副電阻器，首先利用主電阻器實現十個大調壓級，再於每個大調壓級內利用副電阻器實現五個小調壓級。除了電阻調壓外，亦可以透過改變牽引電動機連線方式，來改變牽引電動機的端電壓。每兩臺牽引電動機作為一組並固定以串聯方式連線，當機車達到一定速度後兩組電動機改以並聯方式連線（兩串兩並）。在超多段電阻調壓和串並聯轉換的共同配合下，使 ED61 型電力機車擁有多達 110 個調壓級，大大降低每個級位之間的電壓變化，從而獲得了相對平滑的調速效能。

此外，為了擴大機車的恆功調速範圍，在牽引電動機串聯或並聯工況均可以施行四級磁場削弱，削弱率最深可達 40%，磁場削弱採用磁感應分路法。司機控制器共有 24 個調速級位，其中串聯位 11 級、並聯位 9 級、磁場削弱位 4 級。和 ED60 型電力機車一樣，ED61 型電力機車亦採用 MT49 型四極串聯直流牽引電動機，小時功率為 390 千瓦，額定電壓為 750 伏特，額定電流為 575 安倍，額定轉速為每分鐘 1180 轉。

除了輪對防空轉保護系統及軸重轉移電氣補償外，ED61 型電力機車還具有再生制動功能。再生制動工況時，牽引電動機變為他勵發電機運轉，發出的電能經受電弓反饋到電網。透過對電樞的串並聯切換，機車在較大速度範圍（25～90 公里 / 小時）內均能使用再生制動，制動力可透過勵磁機輸出的勵磁電流來調節，當列車速度降低到約 25 公里 / 小時以下可自動轉換為使用空氣制動。

2.3 轉向架

機車走行部為兩臺 DT106 型二軸搖枕式轉向架。轉向架構架採用 “日” 字形的全鋼焊接結構，軸箱採用導柱式定位結構。轉向架採用全旁承支重結構，機車的車體重量透過四個旁承支座坐落在兩臺轉向架上。轉向架的搖枕彈簧懸掛裝置為搖動臺式，搖枕橫置於構架下部，其兩端透過旁承支座與車體連線，旁承支座位於構架側梁外側。搖枕和構架之間透過搖枕彈簧、搖枕吊杆、下心盤、中心銷連線。下心盤及中心銷不僅作為搖枕的迴轉中心，亦用來傳遞牽引力及制動力。一系懸掛為軸箱側橡膠圓筒彈簧及軸箱頂螺旋彈簧，中央搖枕彈簧採用並聯的螺旋彈簧，並配有垂向油壓減震器。牽引電動機採用輪對空心軸架懸式安裝方式，將整個牽引電動機懸掛在轉向架構架上，減少牽引電動機承受從軌道傳來的振動衝擊。牽引電動機輸出的扭矩透過一級減速齒輪傳遞給輪對，牽引齒輪傳動比為 15：82（1：5.466）。

比較特別的是東芝製造的 15 號機車，試驗性裝用與其他機車不同的 DT900 型轉向架，其特點是採用 U 形側梁，即構架側梁中部下凹成 U 形。軸箱採用無磨耗的拉板式定位結構，這種定位方式曾經初次用於富山地方鐵道，薄片形定位拉板使用鎳鉻鉬合金鋼（SNCM）製成，兩片定位拉板的其中一端與軸箱連線，另一端與構架側梁相連。一系懸掛除了軸箱頂螺旋彈簧之外，還增加了橡膠彈簧以抑制定位拉板的偏轉。中央搖枕彈簧亦改為使用空氣彈簧。