東急2020系電車

登場の経緯

東急電鉄は、2020年に東京オリンピックが開催されることや、2022年に東急が創業100年を迎えることから、沿線の街や駅と調和する車両とすることを目的に命名している。新形式車両の導入としては、2002年から導入した5000系以来、16年ぶりとなる。
本形式は、車両仕様の共通化と製造コスト削減を目的として、東日本旅客鉄道（JR東日本）のE235系電車と基本設計と主要機器を共通化しており、電動車は従来の2両1ユニット方式から主制御器を各電動車に搭載する独立M車方式とし、他線区での両数変更に伴う編成での導入を考慮して、車両に搭載された機器の配置変更をせずに10・8・7・6・5両で組成しても適切なMT比を実現することができる設計としている。また、乗務員室にある保安装置や取扱機器の設計の際には、東急が相互乗り入れする他社の新製造車両にできる限りの機器配置を合わせている。運転保安装置は、将来的な工事を見据えた仕様としており、信号設備はデジタルATC、CBTC、ホームドア連動、ATC/TASCに対応できるほか、列車無線においてはデジタル無線に対応できる仕様としている。
デザインは多摩田園都市などの「街づくり」を起源に持つ東急電鉄らしさを意識したデザインとしており、東急線沿線の商業施設のデザインなどを手がけている丹青社が監修を担当した。沿線の街や駅との親和性を高め、利用者に親しみを持ってもらうとともに、「これまでにない新しさを感じていただけるような外観、車内空間」を目指しており、エクステリアデザインは、コンセプトカラーに「INCUBATION WHITE」（美しい時代へ孵化していく色）とし、先頭車前面から車体側面上部にかけて導入線区の路線カラーとともに配置されている。丸みのある先頭形状は、やわからみのある顔をイメージしたデザインとしている。インテリアデザインは、東急沿線の風景をイメージした座席や照明も含めた車内全体のカラーコーディネートにこだわり、親しみやすさと心地よさを感じるデザインとしている。

車体

車体構造は、総合車両製作所のステンレス車体のブランドであるsustina（サスティナ）による軽量ステンレス車体としており、「Sustina S24シリーズ」の、車体長20メートルの4ドアステンレス車として製造された。レーザー溶接の積極的な採用、骨組の軽量化などで、アルミ車体と同等の車体軽量化を図り、車両外観と内装でも溶接痕を減らしている。連結妻面は骨組みと外板との一部の接合部分と幌枠の取付け部分にレーザー溶接を使用することで水密性を確保しており、オフセット衝突対策として、隅柱の一部に断面45度で切り取ったような位置に補強を追加しており、これにより、オフセット衝突時において、互いの車両に離反する力を発生させ、外板の剥離を防いで客室の損傷を軽減することができる。また前面衝突対策として、運転台前面に衝撃吸収用のハニカム材を配置して、先頭車と中間車の間に衝撃吸収緩衝器を組込むことにより、衝突エネルギーの吸収と生存区間の確保を図っている。客室扉のドア間隔はホームドアの開口範囲に合うように4820mmとしており、窓の構成は固定窓と下降窓の組み合わせとしている。客室扉の内側は、混雑時に扉が開く際に戸袋に荷物などが引き込まれるのを防止するため、素材に表面が滑りやすい素材を採用している。前部標識灯と前照灯はLED照明を使用しており、前照灯は前面下部に4灯と前面上部に2灯の計6灯としている。ロービーム時では下部の4灯を使用するが、ハイビーム時は上部の2灯を加えて6灯としており、夜間時での視認性の向上を図っている。また、先頭車の屋根上には、また、列車無線アンテナのほかに、後述するINTEROSによる通信にも使用されるWiMAXアンテナを設置している。

内装

天井の客室灯は長い40W相当のLED照明とし、つり手棒の配置変更に合わせて配置の見直しを行い、中間車では従来の24灯から22灯とし、先頭車は従来の22灯から20灯としているが、その中に架線停電時に備えて蓄電池からの電力で点灯する予備灯を、中間車では従来の4灯から11灯とし、先頭車は従来の2灯から10灯としている。枕木方向のつり手棒は側面天井部と接続をすることにより、ロールバーの補強構造をすること構成して側面衝突に対する車両変形量の抑制を図っている。腰掛は2013年以降に導入の5000系の一部車両で採用されているハイバック仕様のロングシートを採用している。車椅子とベビーカーの乗客が利用するフリースペースは各車両の車端部に1か所ずつ設置しており、普通の乗客が利用できやすいように、側面の窓に2段の手すりと妻面に腰当を設置しており、フリースペースであることが分かるように車体外部側面と車内の床敷物に車椅子マークとベビーカーマークを大きく表示している。なお、優先席は先頭車は車端部にあるフリースペースの向かいに3席と各中間車は車端部にあるフリースペースの向かいに3席とそれとは反対側にある車端部に6席設けており、側面から座席の袖仕切を介して妻面までに黄色の帯を付けることで、一般席と区別している。妻面の引戸の戸閉装置は5000系の重力式からぜんまいの力で自動にゆっくり戻る方式に変更している。また、防犯カメラを各車に2台ずつ設置している。
扉間座席中央の側窓上部と妻面引戸上部にデジタルサイネージ（電子看板）を設置している。これは21.5インチサイズの車内表示器であり、扉間座席中央の側窓上部に設置されているものは、3つ横に連続配置されており、これにより、3画面で一つの繋がった画面のように使用することができるようになっている。また、扉鴨居部には17インチの車内案内表示器が2つ横に設置されており、停車駅表示案内のほか、行先情報、ドアの開方向情報、乗り換え案内、乗車マナーなどについて表示する。なお、大井町線用の6020系と目黒線用の3020系にはデジタルサイネージの車内表示器は設置されていない。

乗務員室

前面ガラスの面積を広げて視界の拡大を図っており、主幹制御器は運転台中央に配置されたワンハンドルマスコンとしており、その前方に2つのモニター装置が配置されている。モニター装置はE235系で使用されているINTEROSの導入により、モニター装置に計器・表示灯類などの情報集約を進めており、これにより計器・表示灯類などをモニター装置で表示することが可能となっている。相互乗り入れの際に各社の車両においてその機器配置が異なり、乗務員が運転の際に取扱いの負担が重いことを考慮して、東京地下鉄（東京メトロ）・東武鉄道（東武）・西武鉄道（西武）の関係者と運転台共通化の協議を行い、それに合わせて相互乗り入れする各社が保有している車両（東京メトロ13000系、東武70000系、西武40000系など）との仕様共通化を行い、その他の乗り入れ線区や本車を導入しない他の東急線の車両の仕様も参考にしている。乗務員が扱う機器ついては、設計完了後にモックアップを作成して、集められた各現業職員との間で取付け高さとボタンの形状と操作感などの検証を行ない、修正している。

列車情報管理装置(INTEROS)

INTEROSはE235系電車にも導入されている列車情報管理装置である。データ通信速度を従来と比べて40倍も向上させて大容量のデータを扱うことが可能で、車両の各機器への伝送のほかにWiMAXによるデータ通信を利用して、車両の各種データを地上システムにリアルタイムに送信して活用することが可能としている。これにより故障発直後から遠隔で車両状況を把握して、車両状況把握のための車庫への取り込みなどの時間を短縮でき、故障発生時での早期復旧を図れるだけでなく、将来的には、各機器のデータを利用して、車両留置時で実施する検査の簡略化や蓄積した車両のビックデータを分析し、機器の寿命や故障の予知を捉えて適切な時期に必要なメンテナンスを行う状態保全に向けた取組みを進める予定である。

制御装置

制御装置は、300系以来となる三菱電機製を採用し、フルSiC-MOSFET素子を用いた2レベル式VVVFインバータ制御装置（MAP-144-15V317形）を搭載しており、1台の制御装置で主電動機4台を制御する1C4M方式としている。高速度域まで多パルスのスイッチングを行うため、主電動機の損失を低減させて省エネルギー性能を向上させており、従来の8500系と比べて半分程度の電力で走行できるようになっている。制御装置・フィルタリアクトル・高速度遮断器は独立M方式を採用しているため、各電動車に搭載されているが、2020系の8号車のデハ2820 (M2A) と2号車のデハ2220 (M2B)、6020系の5号車のデハ6520 (M2A) と2号車のデハ6220 (M2B) は、高速度遮断器を2020系ではパンタグラフを搭載する9号車のデハ2920 (M1A) と3号車のデハ2320 (M1B) に、6020系では同じくパンタグラフを搭載する6号車のデハ6620 (M1A) と3号車のデハ6320 (M1B) に集約して、自車の分も含めて2台搭載している。

主電動機

主電動機は、東芝製のTKM-18（東芝形式SEA-446）形全密閉外扇式三相かご形誘導電動機（定格電流108A、定格周波数80Hz、定格出力140kW、定格回転数2,380rpm）を採用しており、熱交換により冷却を行う方式であるため、メンテナンス頻度の低減が図られている。

制動装置

回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ方式としており、INTEROSの編成ブレーキ力管理システムからのブレーキ指令により、編成全体で応荷重制御・電空協調制御・回生ブレーキを優先する遅れ込め制御を行うことで、省エネルギ運転と空気ブレーキの制輪子（ブレーキパッド）の摩耗量の低減が図られている。
常用ブレーキを従来の7段ステップ制御から8段ステップ制御とし、8段ステップは減速度を4.0km/h/sとすることで、回生ブレーキが安定しない時や雨天時と降雪時などで安定した制動力が得られるようにしている。また、降雪時での減速度低下時のバックアップとして非常ブレーキ時の回生補足機能を新たに追加している。これは、従来の非常ブレーキ作動時には、すべて空気ブレーキで作動して回生ブレーキは使用されないが、この機能では、非常ブレーキ作動時には、INTEROSで減速度の演算を行い、一定の減速度低下が計測された場合には、回生ブレーキを補足で使用するものであり、降雪時でのさらなる安全性を図っている。

補助電源装置

補助電源装置はIGBT素子を使用した静止形3レベルインバータであり、出力は三相交流440 V、260 kVAである。整流装置は補助電源装置とは別に搭載しており、出力は直流100 Vである。また各車に変圧器を搭載しており、出力は交流100 Vである。

電動空気圧縮機

電動空気圧縮機は潤滑油の交換や給油が不要のオイルフリーレシプロ式圧縮機を三相かご形誘導電動機で駆動させる。潤滑油を使用しないため外部のオイル排出や元空気タンク側へのオイル流出がなく、圧縮機出口の吐出量は1750ℓ/minである。

冷房装置

冷房装置は出力58.1kW(50000kcal/h)のを屋根上に1台搭載しており、予備暖房用の6.0kWのヒータを内蔵している。また、天井部の横流ファン付近にパナソニックとJR東日本テクノロジーが共同開発した空気洗浄装置の「nanoe（ナノイー）」を設置している。東急電鉄の電車としては初めての設置となる。

集電装置

集電装置は5000系と同じ舟体を有したシングルアーム式だが、すり板検知装置を装備している。

戸閉装置

ラック・ピニオン式のブラシレスモーターを使用した電気式戸閉装置を採用している。戸閉状態では、常に互いの引戸が押し付け合う構造となっており、従来の電気式戸閉装置のように機械的なロックをかける必要がなく、挟まれたものを引き抜きやすい特性がある。

蓄電池

5000系と同じく焼結式のアルカリ蓄電池を採用している。5000系が直流100V/60Ahと列車無線の非常電源に使用する直流24V/30Ahの2種類を搭載していたのに対し、本系列は直流100V/105Ahの1種類のみとしている。

台車

台車は5000・6000系と同じく軸箱支持装置が軸梁式のボルスタレス台車空気ばね台車のTS-1041動力台車、TS-1042・TS-1042A付随台車を採用しているが、台車の牽引力を車体に伝達するけん引装置はZリンク式から一本リンク式に変更されている。基礎ブレーキ装置は、踏面片押し式のユニットブレーキであるが、付随台車はディスクブレーキが追加されている。なおこのディスクブレーキのライニングは脱着性向上を図るため、UIC（国際鉄道連合）規格に基づいた構造としている。
駆動装置は5000・6000系と同じく中実軸平行カルダン式だが、電動機の電機子軸と輪軸の歯車駆動軸との間の継手を、CFRP製のたわみ板を使用したTD継手式から、歯車形たわみ軸継手を使用したWN継手式に変更されており、高速走行時の信頼性向上を図っている。