日本國鐵 EF81 型電力機車

EF81 型電力機車（EF81 形電気機関車）是日本國有鐵道的多電流制電力機車車型之一，適用於供電制式為 1500 伏特直流電、20 千伏 50 赫茲和 20 千伏 60 赫茲工頻單相交流電的電氣化鐵路，由日立製作所、三菱電機、三菱重工業聯合生產。

EF81 型電力機車最初是為日本海縱貫線設計的客貨運通用電力機車，首臺原型車於 1968 年底完成試製，並於 1969 年投入批次生產；後來又為區間專門製造了 300 番臺和 400 番臺機車。1987 年國鐵分割民營化後，156 臺 EF81 型電力機車由東日本旅客鐵道（JR 東日本）、西日本旅客鐵道（JR 西日本）、九州旅客鐵道（JR 九州）和日本貨物鐵道（JR 貨物）繼承。1989 年至 1991 年間，因應鐵路貨物運輸量增加的需要，JR 貨物再度購置 500 番臺和 450 番臺機車。

開發背景

1960 年代，日本國有鐵道對北陸本線進行了長達近十年的複線電氣化改造工程，其中田村至糸魚川之間採用交流電氣化，而米原至田村、糸魚川至直江津之間採用直流電氣化。隨著糸魚川至直江津區段按計劃於 1969 年 10 月完成直流電氣化，同時亦代表著北陸本線和信越本線全線完成電氣化。由於羽越本線和奧羽本線亦會在不久之後完成電氣化改造，連線大阪和青森的日本海縱貫線將使用三種不同的牽引供電制式，包括 1500 伏特直流電、20 千伏 60 赫茲單相交流電和 20 千伏 50 赫茲單相交流電，因此有必要研製一種可以適應多電流制的客貨運通用電力機車。

早於 1950 年代末，日本國鐵已經開始研究交直流兩用電力機車。1960 年，研製了使用於的 EF30 型電力機車，成為世界上第一種投入量產和運用的交直流兩用電力機車。1962 年，日立製作所在 ED46 型電力機車的基礎上，又研製了使用於常磐線的 EF80 型電力機車，在交流及直流電氣化區段均可以全功率執行，並採用了和輪對空心軸式驅動裝置。雖然 EF80 型電力機車已經是一種比較成熟的雙電流制電力機車，但在效能和維護方面與後來出現的國鐵標準化電力機車相比仍然存在著差距。

從 1960 年代中期開始，隨著電力電子技術在牽引傳動領域的快速發展，日本國鐵先後開發了一系列採用閘流體相控調壓的交流電力機車，包括 ED77、ED78、EF71 型電力機車，展示了無級調壓電力機車的優異粘著效能。在新型多電流制電力機車的研製初期，曾經考慮過兩種技術方案，一是採用電阻調壓方式的 F 型電力機車（Bo-Bo-Bo 軸式），二是採用斬波調壓方式的 D 型電力機車（Bo-2-Bo 軸式）。

閘流體斬波調壓除了具有無級調速和粘著效能較好的優點，也不像傳統的電阻調壓方式那樣會產生電能損耗，實現機車主電路和控制電路的無觸點化。然而，斬波調壓在 1960 年代中期是一項嶄新的技術，日本當時剛開始進行電力動車組應用斬波調壓的研究和試驗，而且斬波器對鐵路通訊訊號的影響尚需進一步研究。由於日本國鐵要求新型多電流制電力機車要在 1969 年 7 月投入批次生產，加上斬波調壓的裝置成本相對高得多，因此最終決定沿用技術成熟可靠的電阻調壓方式。

1968 年 12 月 21 日，首臺 EF81 型電力機車在日立製作所水戶工廠落成。EF81 型電力機車是在日本國鐵標準型電力機車的基礎上，總結了之前 EF65、ED75、ED78 型電力機車的研製經驗，研製而成的新一代多電流制幹線電力機車。機車採用超多段電阻調壓、牽引電動機串並聯換接和磁場削弱的控制方式，並設有供交流區段使用的主變壓器和油冷式矽整流器。EF81 型電力機車在直流區段的小時功率為 2,550 千瓦，在交流區段的小時功率為 2,370 千瓦，構造速度為 115 公里 / 小時，最大運用速度為 110 公里 / 小時。基本效能指標與 EF65 型電力機車相同，可牽引 1200 噸列車（最大 1300 噸）透過 10‰長大坡道。

型式區分

2.1 基本番臺

1968 年 12 月，日立製作所完成試製首臺 EF81 型電力機車的原型車。1969 年 5 月，根據原型車的使用經驗和試驗結果作出改良後，日立製作所、三菱電機、三菱重工業開始批次生產 EF81 型電力機車。從 1968 年至 1980 年間，共製造了 152 臺一般形式的基本番臺機車。

 原型車（1）

1968 年 12 月，因應北陸本線糸魚川至直江津間完成電氣化，日立製作所水戶工廠完成試製 EF81 1 號機車，生產預算由昭和 42 年度第 3 次債務承擔，建造完成後配屬投入運用考核。
原型車落成當時使用 CS36 型電阻控制器、CS37 型勵磁控制器、RS36 型矽整流器、MR102 型主電阻器和 MT52A 型牽引電動機，車體正面下部並安裝了一個 AW-5 型汽笛。

EF81 2 號機車

 第一次量產車（2～28）

EF81 2～28 號機車於 1969 年 5 月至 1969 年 9 月建造完成，因應北陸本線糸魚川至直江津間、信越本線直江津至宮內間完成電氣化而製造，生產預算由昭和 43 年度第 4 次債務承擔，全部配屬富山第二機關區。
與原型車相比，首批次產車改為裝用 CS36A 型電阻控制器、CS37A 型勵磁控制器；矽整流器由 RS36 型變更為 RS36A 型，改進了矽整流器和閘流體逆變器的控制電路。主電阻器由 MR102 型變更為 MR102A 型，增大了電阻器容量並改變了車頂電阻器箱體外形。
車體外觀方面，車體正面中部的左右兩側各有一個司機室通風口，機車編號採用不鏽鋼字型金屬件。機車兩端設有除雪型排障器，由 2.3 毫米厚的鋼板和型鋼組合而成。

 第二次量產車（29～38）

EF81 29～38 號機車於 1969 年 9 月至 1969 年 10 月建造完成，因應日本海縱貫線貨物列車增發的需要而製造，生產預算由昭和 43 年度第 5 次債務承擔，全部配屬富山第二機關區。
除雪型排障器的鋼板厚度由 2.3 毫米增加到 6 毫米。

 第三次量產車（39～41）

EF81 39～41 號機車於 1972 年 4 月建造完成，因應羽越本線新津至秋田間電氣化開業而製造，生產預算由昭和 46 年度第 1 次債務承擔，39 號機車配屬富山第二機關區，40～41 號機車原計劃配屬，但由於該機關區的電力機車整備設施尚未落成，因而出廠後初期配屬。
這批機車改善主控制器、主電阻器等內部裝置的佈置，司機室內根據人體工程學作出了改良。此外，取消了對應的 KE59H 型電氣聯結器，並增加對應單司機值乘的（EB）、（TE）。
機車外觀方面，採用了較小型的尾燈和供電狀態指示燈，車體正面的司機室通風口亦被廢除，機車編號牌改為採用整塊金屬板樣式。

 第四次量產車（42～74）

EF81 42～74 號機車於 1972 年 5 月至 1972 年 9 月建造完成，因應羽越本線新津至秋田間電氣化開業而製造，生產預算由昭和 46 年度第 2 次債務承擔。較早出廠的 42～48、61～64 號機車初期首先配屬長岡運轉區，待酒田機關區的電力機車整備設施落成後，才轉配屬到酒田機關區。而後來出廠的 49～60、65～74 號機車出廠後就直接配屬酒田機關區。
這批機車的受電弓隔離開關增加了誤動作保護電路裝置。

 第五次量產車（75～93）

EF81 75～93 號機車於 1973 年 7 月至 1973 年 9 月建造完成，因應日本海縱貫線集裝箱貨物列車增發、上野至秋田間臥鋪旅客列車增發、東北本線集裝箱貨物列車增發而製造，生產預算由昭和 48 年度民有撥款承擔。75～78 號機車配屬酒田機關區，79～81 號機車配屬富山第二機關區，82～93 號機車配屬田端機關區。
這批機車改為使用 CS36C 型電阻控制器；主變壓器和矽整流器改用不含 PCB 的冷卻油；空轉檢測系統改為每軸獨立檢測方式，檢測用磁放大器由三個增加至六個。除此之外，還改變了車頂主電阻器箱的拆裝方式，車體高度比之前增加了 30 毫米。

 第六次量產車（94～105）

EF81 94～100 號機車於 1974 年 3 月至 1974 年 3 月建造完成，因應上野至青森間臥鋪特急列車增發（經由常磐線和日本海縱貫線）而製造，生產預算由昭和 48 年度第 3 次民有撥款承擔。94 號機車配屬，95～97 號機車配屬富山第二機關區，98～100 號機車配屬酒田機關區。
EF81 101～105 號機車於 1974 年 5 月落成，為配合湖西線山科至近江鹽津區段開通運營而製造，生產預算由昭和 48 年度第 1 次債務承擔，全部配屬。
這批機車的司機室加裝了電熱取暖裝置和電風扇，以改善乘務人員的工作環境。

 第七次量產車（106～126）

EF81 106～126 號機車於 1974 年 7 月至 1974 年 11 月建造完成，因應湖西線開通運營及貨物列車增發而製造，生產預算由昭和 48 年度第 2 次債務和昭和 49 年度第 1 次民有撥款承擔，全部配屬敦賀第二機關區。
這批機車改為裝用 LA15D 型避雷器。

 第八次量產車（127～129）

EF81 127 號機車於 1975 年 2 月建造完成，因應羽越本線貨物列車增發而製造，生產預算由昭和 49 年度第 2 次民有撥款承擔，配屬酒田機關區。
EF81 128～129 號機車於 1975 年 9 月落成，為配合 “日本海號” 臥鋪特急列車增發而製造，生產預算由昭和 49 年度第 1 次債務承擔。128、129 號機車分別配屬酒田機關區和敦賀第二機關區。
排障器改為使用 4.5 毫米厚的鋼板。從 128 號機車開始加強車體內部的防雪措施。

 第九次量產車（130～134）

EF81 130～134 號機車於 1976 年 8 月至 1976 年 9 月建造完成，為替代新潟地區的 EF15 型電力機車而製造，生產預算由昭和 49 年度第 2 次民有撥款承擔，全部配屬酒田機關區。
設計變更主要包括例如避雷器的細節上的改良，整體上與之前的量產車沒有太大區別。

 第十次量產車（135～136）

EF81 135～136 號機車於 1977 年 1 月建造完成，為補充因信越本線碓冰嶺回送機車脫軌顛覆事故而報廢的 EF62 型電力機車而製造，生產預算由昭和 50 年度第 3 次債務承擔，全部配屬酒田機關區。
這批機車改變了閘瓦制動裝置的制動倍率，以提高高速運轉時的制動效能。

 第十一次量產車（137～152）

EF81 137～152 號機車於 1979 年 4 月至 1979 年 9 月建造完成，為替代新潟地區的 EF15 型電力機車而製造，生產預算由昭和 53 年度第 1 次民有撥款承擔，全部配屬。
電器裝置方面，改為使用經過改良的 MT52C 型牽引電動機，電樞軸直徑從 120 毫米增加至 130 毫米；改為使用無潤滑油式的 CS36D 型電阻控制器和 CS37B 型勵磁控制器；整流裝置也改為使用 RS36C 型矽整流器，主要改善了電氣絕緣效能和免維護效能。此外，還採用了 LA16 型直流避雷器和 SRD-60 型電子式速度錶。
機械部分方面，轉向架構架仍然採用鋼板焊接結構，但由一般構造用壓延鋼材（SS）改為使用焊接構造用壓延鋼材（SM）。車體正面的前窗玻璃上方增設了與車體一體的冰柱切割板，機車編號採用蝕刻的製作工藝。

2.2 300 番臺

EF81 303（2010 年 2 月）

橫跨關門海峽的位於下關至門司之間，由於九州地區使用 20 千伏 60 赫茲交流電氣化，因此在隧道往門司方向的出口附近設定了交直流分相區，經山陽本線來往本州和九州的列車必須使用雙電流制電力機車牽引。1973 年至 1974 年間，日立製作所特別製造了四臺 EF81 型 300 番臺電力機車（301～304），作為 EF30 型電力機車的增備車輛，全部配屬。

由於關門隧道內的海水滲漏和高溼度環境會導致鹽害，因此 EF81 型 300 番臺機車和之前的 EF30、EF10 型電力機車一樣，車體外板和頂蓋裝置均採用不鏽鋼板，以防止海水對車體造成鏽蝕。為了減輕車體結構的重量，不鏽鋼車體外板厚度比一般的耐候鋼車體更薄，因此車體下半部採用了波紋不鏽鋼板來保證車體剛度。EF81 302 號機車在內鄉機關區運用期間曾經發生過相撞事故，經修復後車體中部改為採用平面不鏽鋼板，但車體兩端仍然保持波紋板原狀。首兩臺機車（301～302）與基本番臺機車一樣採用紅色塗裝，而後兩臺機車（303～304）則是無塗裝的不鏽鋼原色。

除了車體結構與基本番臺機車有明顯區別外，其他部分基本上與同時期製造的基本番臺第五次量產車相同，採用 CS36C 型電阻控制器、CS37B 型勵磁控制器、RS36B 型矽整流器。此外，由於該型機車僅擔當關門隧道區段的短距離牽引任務，因此並沒有搭載列車供電系統的逆變器，司機室外亦不設供電狀態指示燈，而且也沒有砂管加熱裝置和除雪型排障器。

EF81 型 300 番臺機車投入運用初期以單機方式牽引旅客列車為主，因此機車新造時亦沒有重聯控制裝置，至 1980 年代隨著 EF30 型電力機車的淘汰，才陸續增設重聯控制系統以滿足雙機牽引貨物列車的需要，並能夠與 EF81 型 400 番臺機車重聯運用。

2.3 400 番臺

檔案：Asakaze EF81.jpg|thumb | 作為 “朝風號” 的牽引機車的 EF81 414（1991 年 7 月）

1986 年 3 月至 1987 年 3 月期間，為了淘汰日漸老化的 EF30 型電力機車，其中 14 臺基本番臺機車在小倉工廠（今）進行改造後投入關門隧道區段使用，並改稱為 EF81 型 400 番臺機車（401～414）。改造完成後，401～408 號機車配屬門司機關區，409～414 號機車配屬大分運轉所。

為減少海水對車體結構的鹽害和腐蝕，車體頂蓋採用具有良好耐腐蝕效能的聚氨酯樹脂複合材料塗層，受電弓亦塗上防鏽漆。車體仍然採用與基本番臺相同的耐候鋼車體，車身塗裝也同樣是赤 13 號紅色塗裝。由於該型機車沒有使用列車供電裝置的需要，車端的列車供電插座和供電狀態指示燈亦被移除，但主變壓器和矽整流器內的供電電路仍被保留。

考慮到關門隧道區段存在最大坡度達到 22‰的長大坡道，1200 噸的貨物列車必須使用兩臺機車重聯牽引，因此 EF81 型 400 番臺機車也加裝了重聯控制裝置。改造內容包括車端增加 KE70 型重聯插座，重聯時透過重聯線連線兩臺機車的控制電路和低壓輔助電路，實現同步的牽引和制動動作；司機操縱檯上加裝他車牽引電動機電流錶，方便司機監視補機的工作狀態；機車第一端側加裝控制電路隔離開關，用於當本務或補機故障時切斷故障車輛的控制電路連線；車端加裝用來均衡本務和補機制動風缸壓力的平均管。

除此之外，對於由較早期生產的基本番臺改造而成的 400 番臺機車，電阻控制器、空轉檢測電路和控制電路按照基本番臺第五次量產車的形式進行了更新改造。最初完成改造的 401、402 號機車落成之時，由於沒有對電阻控制器等裝置作出變更，因此不能與其他 400 番臺機車重聯運用，直到後來完成控制系統改造後才不受限制。

2.4 500 番臺

EF81 502 號機車

1989 年 3 月，由於國鐵分割民營化後日本海縱貫線貨物運輸量的增加，日本貨物鐵道（JR 貨物）向日立製作所購置了三臺 EF81 型 500 番臺電力機車（501～503），全部配屬富山機關區。實際上，JR 貨物原本計劃採購六臺該型機車，但最終只訂購了三臺機車。

EF81 型 500 番臺機車的基本結構和效能與最後一批基本番臺機車保持相同，但部分裝置和細節上也作出了一些改變。由於這批機車不會用於牽引旅客列車，因此取消了列車供電系統的電氣線路和逆變器，對應 20 系客車的列車制動增壓裝置亦被移除，僅配備了對應貨物列車的單機制動增壓裝置。此外，兩端司機室的右側還增加了空調裝置，以改善乘務人員的工作環境。

車體塗裝方面，500 番臺機車採用了 JR 貨物標準色塗裝，車體上部使用深淺藍色的組合，車體下部為淺灰色，轉向架部分為灰色，司機室側門為紅色（赤 13 號），前窗四周採用黑色邊框。車體正面的機車編號設置於司機室下部右側，而車體側面的機車編號則移設於司機室側門旁邊，而車體兩端也不再設有不鏽鋼裝飾帶。

2.5 450 番臺

EF81 451 號機車

1991 年 2 月至 8 月間，因應本州往九州方向的貨物列車增發需要，JR 貨物向日立製作所購置了五臺 EF81 型 450 番臺電力機車（451～455），並專門投入到關門隧道區段使用，作為 EF81 型 400 番臺機車的增備車輛，全部配屬門司機關區。

EF81 型 450 番臺機車主要是在 500 番臺機車的基礎上增加了重聯控制裝置，包括兩端排障器上的重聯插座。由於這批機車不會用於牽引旅客列車，因此不設列車供電系統。450 番臺機車改為裝用 MT52C 型牽引電動機，抱軸方式由滑動軸承改為滾柱軸承。此外，還改為使用 FPS22E 型下框架交叉式受電弓，以提高機車檢修效率。

車體塗裝和 500 番臺機車的 JR 貨物標準色塗裝大致相同，但在車體下部圍繞了一圈淺藍色帶。首兩臺機車（451～452）採用燈具一體化設計，前照燈和尾燈以橫向並列方式佈置在車體正面兩側；而後三臺機車（453～455）由於採用了 500 番臺機車的車體鋼結構，因而恢復了原本前照燈和尾燈分別佈置的設計。

運用歷史

3.1 國鐵時代

3.1.1 日本海縱貫線

1969 年（昭和 44 年），EF81 型電力機車的首批 38 臺量產車集中配屬富山第二機關區，同年 9 月北陸本線糸魚川至直江津間電氣化開業，EF81 型電力機車亦正式投入擔當貨物列車的牽引任務，當時的使用區段為金澤至新潟編組站。雖然 EF81 型電力機車是為日本海縱貫線而設計製造，但由於這種多電流制電力機車的製造成本相對較高，同時為了避免長期長距離執行導致機車壽命縮短，因此 EF81 型電力機車投入運用初期較少擔當日本海縱貫線的長距離交路，直流區段仍然主要採用既有的 EF15、EF58、EF65 型電力機車，而交流區段則主要採用 EF70（北陸本線）、ED71、ED75 型電力機車（東北本線）。
1972 年（昭和 47 年），隨著羽越本線和白新線完成電氣化改造，新造的 35 臺 EF81 型電力機車配屬。
1974 年（昭和 49 年），為配合湖西線山科至近江鹽津區段開通運營，新造的 26 臺 EF81 型電力機車配屬。同時，EF81 型電力機車的使用範圍逐步擴大，開始廣泛用於擔當日本海縱貫線大阪至秋田間 “日本海號” 臥鋪特急、“劍號” 臥舖特急、“北國號” 夜行急行等優等列車，以及其他普通列車和貨物列車的牽引任務。
1977 年（昭和 52 年），當時使用於日本海縱貫線的 EF81 型電力機車共計有 123 臺，其中酒田機關區 51 臺、富山第二機關區 45 臺、敦賀第二機關區 27 臺。
1979 年（昭和 54 年），配屬 16 臺新造的 EF81 型電力機車，並投入日本海縱貫線的定期運用。此後，酒田機關區的 EF81 型電力機車數量逐步減少。1980 年代起，由於 EF70、EF15、EF58 型電力機車逐漸被淘汰，日本國鐵為了提高機車運用效率，EF81 型電力機車擔當的日本海縱貫線長交路直通運轉的比重有所增加。
1985 年（昭和 60 年）3 月 14 日，由於酒田機關區和酒田客貨車區合併成立酒田運輸區，所配屬的 EF81 型電力機車全部轉配屬新建立的。
1986 年（昭和 61 年）11 月 1 日，日本國鐵進行國鐵分割民營化之前最後一次全國執行圖調整和車輛配屬調整，EF81 型電力機車亦開始投入奧羽本線秋田至青森區段運用，至此大阪至青森間全長 1023.5 公里的直通運轉長交路正式拉通。此時，日本海縱貫線使用的 EF81 型電力機車分別配屬長岡運轉區（50 臺）、富山第二機關區（44 臺）、敦賀機關區（16 臺）。

3.1.2 首都圈地區

1973 年（昭和 48 年），新造的 13 臺 EF81 型電力機車（82～94）配屬到東京的，擔當東北本線隅田川至福島間的貨物列車牽引任務，同時田端機關區的 EF80 型電力機車退出東北本線方面的定期運用。
1979 年（昭和 54 年），門司機關區的兩臺 EF81 型 300 番臺機車（301、302）和富山第二機關區的兩臺 EF81 型基本番臺機車（80、81）轉配屬內鄉機關區，與 EF80 型電力機車投入到常磐線共同運用。
1982 年（昭和 57 年）10 月 1 日，酒田機關區（75～78）、富山第二機關區（79、95）、敦賀第二個機關區（96、97）的八臺基本番臺機車投入常磐線系統運用，其中內鄉機關區增配 6 臺（75～79、97），田端機關區增配 2 臺（95、96）。此後，隨著更多 EF65 型 1000 番臺電力機車和 ED75 型電力機車投入東北本線，田端機關區的 EF81 型電力機車亦逐步轉投常磐線系統運用，從而加快了 EF80 型電力機車的淘汰速度。
1982 年（昭和 57 年）11 月，兩臺 300 番臺機車（301、302）由內鄉機關區轉配屬田端機關區。
1983 年（昭和 58 年），經由常磐線執行的「夕鶴號」臥鋪特急和「十和田號」夜行急行列車，上野至水戶間的牽引任務開始由 EF80、EF81 型電力機車共同擔當。
1985 年（昭和 60 年）3 月 14 日，和內鄉機關區被撤銷，原配屬內鄉機關區的 10 臺 EF81 型電力機車，分別轉配屬田端機關區（5 臺）、大分運轉所（1 臺）和長岡機關區（4 臺）。
1985 年（昭和 60 年）8 月，「夕鶴號」臥鋪特急列車在上野至水戶間的機車交路正式交由 EF81 型電力機車擔當，結束了該列車由 EF80 型電力機車牽引的歷史。
1986 年（昭和 61 年）1 月，田端機關區的兩臺 300 番臺機車（301、302）轉配屬門司機關區，以替換在關門隧道區段使用的 EF30 型電力機車。

3.1.3 關門隧道區間

1973 年（昭和 48 年）9 月，因應關門隧道區間的列車增發需要，兩臺新造的 EF81 型 300 番臺配屬，與 EF30 型電力機車共同擔當山陽本線下關至門司間的列車牽引任務，其中貨物列車主要採用雙機重聯牽引，而旅客列車和行包列車則採用單機牽引。另外兩臺追加的 300 番臺機車分別於 1974 年 4 月和 1975 年 2 月交付使用。
1979 年（昭和 54 年）3 月，由於 1978 年 10 月國鐵執行圖調整後經過關門隧道區間的列車數量減少，門司機關區的兩臺 300 番臺機車（301、302）轉配屬內鄉機關區。
1986 年（昭和 61 年）1 月，田端機關區的兩臺 300 番臺機車（301、302）轉配屬門司機關區，以替換日漸老化的 EF30 型電力機車。
1986 年（昭和 61 年）3 月，為了加快淘汰老舊的 EF30 型電力機車，富山第二機關區（40～42）、田端機關區（49～54、75）、長岡運轉所（128、130～132）的 14 臺 EF81 型基本番臺機車，開始分批轉配屬門司機關區（8 臺）和大分運轉所（6 臺），並進行加裝重聯控制裝置以便重聯運用，完成改造後這批機車改稱為 EF81 型 400 番臺機車。至 1987 年（昭和 62 年）3 月，關門隧道區段的牽引任務全部交由 EF81 型電力機車擔當，EF30 型電力機車全部被淘汰。

3.2 民營化後

1987 年 4 月 1 日國鐵分割民營化後，156 輛各番臺的 EF81 型電力機車被新成立的東日本旅客鐵道（JR 東日本）、西日本旅客鐵道（JR 西日本）、九州旅客鐵道（JR 九州）和日本貨物鐵道（JR 貨物）繼承。

3.2.1 JR 東日本

1987 年，JR 東日本繼承了 78 臺 EF81 型電力機車，配屬於、和，擔當 JR 東日本管內的臥鋪特急列車，以及 JR 貨物委託的貨物列車牽引業務。

1988 年 3 月，隨著青函隧道和津輕海峽線開通運營，開行了上野至札幌的三對 “北斗星號” 臥鋪特急列車，並由田端運轉所的 EF81 型電力機車擔當上野至青森間的牽引任務，這也是 EF81 型電力機車首次圖定牽引東北本線方向的優等旅客列車；與此同時，上野至青森的 “夕鶴號” 列車停運。此外，EF81 型電力機車亦開始牽引盛岡至青森間由和組成的普通旅客列車。

1993 年 12 月，“曙號” 列車在上野至小牛田間的牽引任務，開始由 EF81 型電力機車擔當，代替原本使用的 EF65、ED75 型電力機車；至 1997 年 “曙號” 列車改為經由上越線和羽越本線執行後，在上野至青森間仍然採用 EF81 型電力機車牽引。1994 年 12 月，“白鶴號” 列車由 583 系電力動車組改為使用 24 系 25 型客車，並使用 EF81 型電力機車擔當上野至青森間的牽引任務，直到 “白鶴號” 列車於 2002 年 12 月停運為止。1999 年 7 月，JR 東日本開行上野至札幌的 “仙后座號” 臥鋪特急列車，同樣使用 EF81 型電力機車擔當上野至青森間的牽引任務。

國鐵分割民營化後，JR 東日本陸續更換了 EF81 型電力機車的車體塗裝，以國鐵交流電力機車標準色 “赤 2 號” 取代了原本的 “赤 13 號”。此外，部分 EF81 型電力機車還採用了特別塗裝，例如 “北斗星號” 列車的本務機車採用了 “赤 2 號流星色”，在車身兩側加上了 “銀之流星” 的獨特標誌；牽引 “超特快彩虹號” 歐風歡樂列車的 EF81 95 號機車採用 “彩虹色” 塗裝，全車以鮮紅色為主色，車身兩側並塗上巨大的 “EF81” 字型。而專門牽引 “仙后座號” 列車的 EF81 79、92、99 號機車，則採用了由白、黃、橙、藍四色構成的 “仙后座色” 塗裝。

2003 年至 2004 年間，由於 EF81 型電力機車的運用逐漸減少，JR 東日本先後將 8 臺剩餘機車轉售予 JR 貨物。除此之外，青森車輛中心（136、139）和長岡車輛中心（134、140、141、151）共計 6 臺 EF81 型電力機車，由於需要作為電力動車組回送至的牽引機車，因此特別改裝了特殊的雙頭式車鉤，這種結合了自動車鉤和密接車鉤的連結器可方便地按需要轉換使用，另外還裝備了一系列對應 209 系電力動車組以後車輛的控制裝置，包括電控空氣制動裝置、MON8 型制動控制訊號傳送裝置、以及傳送控制訊號的 KE100B-10 型電氣聯結器；經過車鉤改造後的機車長度比之前延長了 770 毫米。這些機車主要擔當首都圈地區的電力動車組回送牽引任務，其中 151 號機車因為沒有配置關東地區使用的 ATS-P，因此運用範圍僅限定於北側的信越本線、羽越本線、奧羽本線。

2009 年 3 月 14 日起，“曙號” 列車在上野至長岡間的牽引任務，改由長岡車輛中心的 EF64 型電力機車擔當，EF81 型電力機車的牽引區段縮短為長岡至青森。2010 年夏季，JR 東日本的 EF510 型 500 番臺電力機車開始投入運用，並分別從同年 6 月 25 日和 7 月 14 日起替代 EF81 型電力機車，擔當 “仙后座號” 和 “北斗星號” 列車的牽引任務，此後田端運轉所的 EF81 型電力機車僅用於牽引貨物列車。2010 年 12 月 4 日起，所有定期貨物列車的牽引任務亦轉交 EF510 型電力機車擔當，田端運轉所的 EF81 型電力機車不再牽引定期列車並且開始陸續報廢。

截至 2023 年 4 月 1 日，JR 東日本仍然擁有 10 臺 EF81 型電力機車，其中田端運轉所 5 臺（80、81、95、98、139）、秋田綜合車輛中心 1 臺（136）、長岡車輛中心 4 臺（ 97、134、140、141）。

3.2.2 JR 西日本

1987 年，JR 西日本繼承了 16 臺 EF81 型電力機車，全部配屬於敦賀運轉中心車輛管理室，主要擔當兩對 “日本海號” 和一對 “劍號” 臥鋪特急列車在大阪至青森間的牽引任務。1989 年，JR 西日本開行 “黃昏特快號” 臨時臥鋪特急列車，亦使用 EF81 型電力機車擔當大阪至青森間的牽引任務。

“黃昏特快號” 列車的本務機車特別採用了與客車配套的車體塗裝，配色方案由墨綠色（綠 2 號）和黃色構成。在列車開行的 1989 年，JR 西日本首先更換了四臺 EF81 型電力機車的塗裝（103、104、113、114），隨後由於需求增加又追加了另外兩臺機車（43、44），自此共有六臺 EF81 型電力機車採用 “黃昏特快號” 塗裝。這批機車除了用於牽引 “黃昏特快號” 列車外，也有可能被用於牽引 “日本海號” 列車。後來，為了提高旅客列車的乘坐舒適性、減少列車執行時的縱向衝擊，這些機車改裝了密接式自動車鉤和強化型大容量車鉤緩衝器，與之連線的 24 系客車亦進行了相應改造。

1990 年代初，JR 西日本的 EF81 型電力機車主要用於牽引 “日本海號”、“劍號” 和 “黃昏特快號” 旅客列車。1994 年 12 月，“劍號” 列車降級為臨時列車，並於 1996 年 12 月正式停運。2008 年 3 月，“日本海號” 列車減少至每天一對。2002 年至 2010 年間，由於機車運用逐漸減少，JR 西日本先後報廢了六臺 EF81 型電力機車。2012 年 3 月 17 日，“日本海號” 列車變更為臨時列車，並於 2013 年 1 月正式停運。同年 7 月 8 日，又報廢了另外三臺機車。

截至 2013 年 10 月 1 日，JR 西日本仍然擁有 7 臺 EF81 型電力機車（43、44、103、106、108、113、114），全部均安裝了 ATS-P、ATS-Ps 安全防護裝置。其中，除了 106、108 號機車仍然保持原本的紅色塗裝外，其餘機車均採用 “黃昏特快號” 塗裝。

2015 年 3 月 14 日起，黃昏特快號列車停駛，JR 西日本將其中一列車廂及 EF81 103 電力機車送至梅小路蒸氣火車博物館做為館藏文物，將在 2016 年春季京都鐵道博物館開幕後展出。

2017 年 3 月 31 日起，JR 西日本所配屬 43、44、106、108 及 114 號機報廢解體；2023 年 4 月 10 日 113 號機報廢解體，此後 EF81 型電力機車自此正式 JR 西日本從的車輛編制中消失。

3.2.3 JR 九州

1987 年，JR 九州繼承了 6 臺 EF81 型 400 番臺電力機車（409～414），全部配屬大分車輛中心，擔當關門隧道區間的旅客列車的牽引任務，其中包括 “隼號”、“曉號”、那霸號、“彗星號”、“朝風號”、“富士號” 等藍色列車。國鐵民營化後，JR 九州的 EF81 型電力機車曾經改為使用國鐵交流電力機車標準色 “赤 2 號”，但後來又恢復為原本的 “赤 13 號” 塗裝。

自 2005 年 9 月 “彗星號” 列車停運之後，本州往九州方向的臥鋪特急列車逐步被削減，EF81 型 400 番臺機車的運用亦逐漸減少，部分剩餘的機車入駐 JR 貨物門司機關區，擔當 JR 貨物委託的貨物列車牽引業務。2009 年 3 月，隨著 “富士・隼號” 列車正式停運，JR 九州的 EF81 型 400 番臺電力機車亦脫離定期運用，並於 2010 年 12 月全數報廢。

3.2.4 JR 貨物

1987 年，JR 貨物繼承了 56 臺 EF81 型電力機車，其中包括：44 臺基本番臺（1～10、19～39、115～126、129），全部配屬富山機關區；4 臺 300 番臺（301～304），全部配屬門司機關區；8 臺 400 番臺（401～408），全部配屬門司機關區。1989 年至 1991 年間，因應國鐵民營化後鐵路貨物運輸量增加的需要，JR 貨物購置了 3 臺 EF81 型 500 番臺、5 臺 EF81 型 450 番臺機車，分別配屬富山機關區和門司機關區。富山機關區主要擔當日本海縱貫線的貨運牽引任務，而門司機關區則專門擔當關門隧道區間的貨運牽引任務。

1994 年起，由於早期生產的 EF81 型電力機車的車齡已達到 35 年，JR 貨物為了延長機車的使用壽命，陸續對大多數機車進行了更新改造工程，由、、實施。改造內容包括翻新車內各類裝置，牽引電動機抱軸承改為使用滾柱軸承等。完成改造後的機車在車身塗裝上作出了一些標記以示區別，基本番臺機車在車體下部塗上了一圈白色帶，400 番臺機車在車身兩側下部增加了兩道白色帶。而 300 番臺機車的標記方式則各有不同，其中，301 號機車採用車身兩側白色帶，302、303 號機車的機車編號牌採用白色字型和邊框，304 號機車的車體正面增添了兩道藍色帶。

2003 年至 2004 年間，JR 貨物從 JR 東日本購置了 8 臺 EF81 型電力機車，並配屬到富士機關區和東新潟機關區。隨著新一代的 EF510 型電力機車於 2002 年開始投入日本海縱貫線，以及 EH500 型電力機車於 2007 年開始投入關門隧道區間運用，JR 貨物開始分批報廢部分車齡最長且狀況較差的 EF81 型電力機車。至 2009 年，JR 貨物在本州範圍內的 EF81 型電力機車均集中配屬富山機關區，擔當日本海縱貫線至大阪貨物總站的貨物列車牽引任務；而九州的 EF81 型電力機車仍配屬於門司機關區，擔當幡生至的貨物列車牽引任務。2010 年，門司機關區配屬車輛的運用範圍擴大至鳥棲以南的鹿兒島本線（最遠至八代）、長崎本線（最遠至鍋島）。

技術特點

4.1 總體結構

4.1.1 車體結構

EF81 型電力機車是客貨運通用的多電流制電力機車，適用於供電制式為 1500 伏直流電、20 千伏 50 赫茲和 20 千伏 60 赫茲的工頻單相交流電的電氣化鐵路。EF81 型電力機車採用整體承載式全鋼焊接結構箱型車體。由於交直流兩用電力機車的電氣裝置較多，車上除了設有主變壓器、整流器、平波電抗器等各種交流電器外，亦設有電阻器、調壓裝置等直流電器，另外還有交直流切換器和列車供電裝置等裝置，因此 EF81 型電力機車需要較大型的車體來容納這些裝置，其車體尺寸也是日本國鐵電力機車史上最大的。車體全長為 17600 毫米，車體寬度為 2900 毫米，比國鐵標準寬度增加了 100 毫米。車體外觀與 EF65、EF80 型電力機車較為相似。

4.1.2 司機室

車體兩端各設有一個司機室，司機室內機車執行方向的左側設有司機操縱檯，右側設有副司機座席及手制動手柄，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門，司機室上方車頂裝有兩盞密封光束燈式前照燈。由於 EF81 型電力機車以單機牽引運用為主，車體兩端採用無貫通門的非貫通形式，並設有兩塊大面積前窗玻璃以改善司機的瞭望視野。司機操縱檯的正中央設有速度錶、電流錶、電壓錶、風缸壓力錶等儀表，以及各種機車狀況指示燈和 ATS 無人警惕按鈕；左手邊設有自動空氣制動機和單獨制動機；右手邊設有司機控制器、緊急停車按鈕和各種常用開關。

4.1.3 裝置佈置

車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室，並設有貫通式雙側內走廊連線兩端司機室。機械室內從第一端至第二端方向，順序佈置有第一輔助機械室、變壓器室、整流器室、中間橫向走廊、控制電器室、第二輔助機械室。第一輔助機械室內設有第一電動通風機、交流濾波電阻器、交流濾波電容器、緊急制動風缸和 24 伏特蓄電池等裝置。變壓器設有一臺主變壓器及附屬的高壓電器，包括受電弓隔離開關、空氣斷路器、交直流切換器、避雷器等。整流器室設有一臺矽整流器、主變壓器油冷裝置、交直流電路轉換裝置等裝置。控制電器室設有各類控制電器、電阻控制器、勵磁控制器、勵磁電阻器、平波電抗器、空氣制動裝置等裝置。第二輔助機械室設有電動空氣壓縮機、第二電動通風機和輔助電動發電機。車頂外接的高壓裝置只有兩臺下框架交叉式的 PS22 型雙臂式受電弓，另外主電阻器亦設定在車頂上的一個大型金屬箱體內。車體下方除了有三臺轉向架之外，還吊裝著電動發電機的勵磁機和起動電阻、100 伏特蓄電池、空氣制動系統保溫箱和四個總風缸。

4.1.4 通風系統

車體通風系統與 ED77、ED78 型電力機車基本相同，車身兩側各設有七個通風百葉窗和採光玻璃窗，各類主要電氣裝置的冷卻空氣均取自車內。夏季時從機械室內吸入冷風后經車頂通風口排出熱風，而冬季時則關閉車頂通風口並改為室內迴圈方式，以改善室內保溫效能和減少車外冷風吸入量。車上設有兩套電動通風機系統，第一至第四號牽引電動機共用一臺通風機，而第五及第六號牽引電動機、主電阻器、平波電抗器、勵磁電阻器共用另一臺通風機。主變壓器和整流裝置所採用的迴圈油冷卻系統，則直接從車體下方吸入冷風，冷卻裝置後經車頂排風口排出。

4.2 電氣系統

4.2.1 主電路

EF81 型電力機車是交 — 直流電傳動的整流器式電力機車，機車主電路由空氣斷路器、交直流切換器、主變壓器、整流器、牽引電動機、主電阻器、電路保護裝置等部分組成。在交流電模式時，機車從架空接觸網獲取高壓交流電，首先由主變壓器降低電壓，再透過矽整流器轉換成脈流電（即方向不變而只有電壓變化的直流電），經過電阻調壓後供電給牽引電動機。在直流電模式時，機車從架空接觸網獲取直流電，經過電阻調壓後直接向牽引電動機供電。機車可採用車上切換方式來過渡到另一種電流制式，列車執行時無需停車就能完成交直流切換過程。

4.2.2 調速控制

EF81 型電力機車的調速控制方式和同時期的直流電力機車一樣，透過超多段電阻調壓、牽引電動機的串並聯換接、以及磁場削弱控制來達到調節速度的目的。電阻調壓系統包含了主電阻器及副電阻器，首先利用主電阻器實現多個大調壓級，再於每個大調壓級內利用副電阻器實現若干小調壓級，降低了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。EF81 型電力機車採用 CS36 型電動凸輪軸式電阻控制器和 CS37 型電動凸輪軸式勵磁控制器。除了電阻調壓外，亦可以透過改變牽引電動機迴路連線方式（串聯、串 — 並聯、並聯），來改變牽引電動機的端電壓。此外，為擴大機車的恆功調速範圍，還可以對牽引電動機施行四級磁場削弱。EF81 型電力機車仍然採用傳統的手把式司機控制器，共有 16 個調速級位，包括低速緩行位 4 級（1～4）、串聯位 1 級（S）、串並聯位 1 級（SP）、並聯位 1 級（P），並且在串並聯和並聯位均可以使用 4 級磁場削弱（WF1～WF4）。

4.2.3 主變壓器

機車裝用一臺 TM17 型殼式單相主變壓器。原邊輸入電壓為 20 千伏，冬季額定容量為 2810 千伏安（開啟列車供電），夏季額定容量為 2430 千伏安（關閉列車供電）。變壓器次邊有兩個繞組，包括一個向整流器和輔助系統供電的牽引及輔助繞組（額定電壓為 1840 伏特，額定容量為 2430 千伏安）及一個向旅客列車供電的供電繞組（額定電壓為 1485 伏特，額定容量為 380 千伏安）。冷卻方式為強迫油迴圈導向風冷卻，並採用小型輕量化的鋁製散熱器。

4.2.4 整流裝置

整流裝置採用一臺 RS36A 型矽整流器。EF81 型電力機車首次採用了日立製作所研製的平板型二極體，取代傳統的螺旋型二極體元件，具有冷卻效能好、功率容量大、結構緊湊的優點，每臺機車共使用 32 個 SI800-25 型矽二極體（最大反向峰值電壓為 2500 伏特，平均整流電流為 800 安培）。整流器由四個橋臂組成單相橋式全波整流電路，每一橋臂由兩個並聯支路組成，每個支路有四個串聯連線的二極體。整流器額定功率為 2520 千瓦，額定整流電壓為 1500 伏特，額定整流電流為 1680 安培。冷卻方式為強迫油迴圈導向風冷卻。

除此之外，在直流區段為列車供電的閘流體逆變器亦安裝在整流裝置的箱體內，與矽整流器共用同一套冷卻系統。EF81 型電力機車吸取了 EF80 63 號機車安裝靜止式變流器的經驗，以閘流體逆變器取代了效率較低的電動發電機。該逆變器使用 16 個 CSI400X-13 型平板型閘流體（額定導通電流為 400 安培，額定反向電壓為 1300 伏特），逆變器額定輸出電壓為 1440 伏特，額定容量為 320 千伏安。考慮到可能對軌道電路產生的干擾，因此輸出頻率設定為 67 赫茲，另外還設定了諧波濾波器來減少高次諧波成分。

4.2.5 牽引電動機

每臺轉向架安裝兩臺 MT52 型四極串勵直流牽引電動機（基本番臺 1～136 號、300 番臺、400 番臺機車使用 MT52A 型，基本番臺 137～152 號、500 番臺機車使用 MT52B 型，450 番臺機車使用 MT52C 型）。當機車在直流電模式時，牽引電動機額定電壓為 750 伏特，額定電流為 615 安培，額定功率為 425 千瓦。當機車在交流電模式時，牽引電動機額定電壓為 750 伏特，額定電流為 570 安培，額定功率為 390 千瓦。牽引電動機迴路串接有平波電抗器，以減少整流電流的脈動成分和改善電動機的換向效能。

4.2.6 輔助電路

EF81 型電力機車採用三相交流傳動的輔助電路系統，輔助機械裝置均採用三相鼠籠式非同步電動機驅動，包括牽引電動機通風機、電動空氣壓縮機、主變壓器及整流器冷卻油泵等，輸入電壓 440 伏特 60 赫茲。輔助電路電源由一臺三相交流電動發電機提供，將 1500 伏特直流電轉換成 440 伏特交流電，額定容量為 90 千伏安。在直流區段由架空接觸網直接向電動發電機供電，在交流區段則由整流器供電。

4.3 轉向架

機車走行部為三臺二軸無搖枕轉向架，包括兩臺 DT138 型兩端轉向架和一臺 DT139 型中間轉向架。兩端轉向架可以互換使用，但中間轉向架由於其特殊性，不能與兩端轉向架互換。中間轉向架在二系彈簧與車體之間有一滾動裝置，該滾動裝置由圓柱形滾子、高錳鋼板、橫向限位拉桿等組成，使中間轉向架在機車透過曲線時，可以產生相對於車體中心線左右各最多 200 毫米的橫向位移。

構架採用無端梁的 “H” 字形鋼板焊接結構，側梁中部焊有二系彈簧的支承框架。軸箱採用兩個無磨耗的圓筒型橡膠裝置定位結構，軸箱導杆透過其心柱固定在側樑上，轉向架固定軸距為 2,600 毫米。一系懸掛為兩個並列的螺旋彈簧組，佈置在軸箱頂端的側梁截面內。二系旁承懸掛亦採用每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組，設定在構架側梁外側中部的支承框架內。一系及二系彈簧每個均由內、外圈彈簧組成，而兩端轉向架並設有垂向油壓減震器，連線在車體底架和二系彈簧支承框架之間。

牽引電動機懸掛裝置採用軸懸式，牽引電動機的一側透過抱軸承剛性地支承在車軸上，另一側透過吊杆懸掛在轉向架構架上，牽引電動機輸出的轉矩透過一級減速直齒輪傳動輪對，齒輪傳動比為 3.83（18：69）。牽引力和制動力透過 “Z” 字形低位斜牽引杆裝置來傳遞。牽引杆和牽引拉桿座呈對角斜對稱佈置，與連線於構架下的三角形迴轉支承和橫向連桿組成牽引杆系統，使牽引杆的牽引點交於軌面，理論上轉向架內無軸重轉移，以充分利用機車粘著重量。基礎制動裝置為雙側閘瓦制動，每個輪對左右各設有一個制動缸，並設有制動橫樑以保證兩側閘瓦同步作用，另外還設定了閘瓦間隙調整器。