小田急2400形電車
1960年代後半になると、京王帝都電鉄(当時)では1968年から同社の初代5000系において、関東地方では初めて冷房装置を装備した通勤車両が登場するなど、通勤車両の冷房化が検討されるようになった。小田急においても、通勤車両の冷房化に着手することになったが、特急車両において既に3100形NSE車で冷房装置の採用実績があったものの保守に問題を生じていた上、定員の2倍以上の乗客が乗っている状態ではどの程度の冷房能力が必要かという懸念があった。そこで、HE車の1両に冷房を搭載し、実用試験を行なうことになった。
試験車両に選定されたのは2477×4の編成で小田原方先頭車となるクハ2478で、8,500kcal/hの能力を有するCU-12型分散式冷房装置を屋根上に5台搭載し、冷房用の電源として60kVAの容量を有するCLG-326E形電動発電機を搭載した。これが小田急の通勤車両では初の冷房車で、1968年8月から試験が開始された。車内は冷房装置が突き出すような配置で、他の車両と比較して車内がやや暗い印象となった。
1970年夏まで試験が行なわれ、この試験の結果をもとに5000形量産冷房車が登場した。しかし、HE車の冷房化は行われなかったため、中型車の冷房車はこの1両だけに終わっている。
先頭車は車体長15,400mm・全長15,970mm、中間車は車体長18,800mm・全長19,300mmで、車体幅は2,700mm・手すりも含めた全幅は2,755mmの全金属製車体である。1959年度に製造された4編成では、外板の厚さを標準的な2.3mmから1.6mmに、屋根板の厚さは標準的な1.6mmから1.2mmに薄くすることによって更なる軽量化を試みたが、歪み取りの工作費が高くついてしまったことから、1960年度以降の増備車では標準的な厚さに戻している。
後述するように、ABFM車と比較して大出力の主電動機を使用することになったが、加速時の空転を防止するためには、後述する超多段制御装置の採用とともに、重量を極力動輪上に集めること、言い換えれば、動力が伝達される車輪に重量を多くかけることが必要となる。しかし、粘着係数を含めて計算したところ、電動車の重量を32tとする必要が生じ、逆に制御車の重量は編成重量の目標である105tから逆算すると21tにまで抑えなければならない、という計算結果になった。各車両の長さを均等にした上で、電動車と制御車の重量に10t以上も差をつけることは、電動車へ集中的に機器を搭載することを考慮すると困難であった。
この問題に対して、電動車は車体長を18,800mmとすることで解決策とし、台車中心間の距離を既存形式である1800形同様の13,600mmに設定した。一方で編成長を70mに抑える必要から、制御車の車体長は電動車が長くなった分の帳尻合わせで、大手私鉄の戦後型通勤電車としては短い15,400mmに設定した。こうしてHE車の外観上の特徴である、電動車と制御車で3m以上も車体長を違えた変則的構成が成立した。
これを実現するために、HE車の制御装置ではプログラム・コントロールの採用、制御回路の無接点化、バーニヤスイッチによる超多段制御、戻しステップ併用、その他新機構の採用の5点を特徴としていたが、特に力行応荷重および発電制動付バーニヤ制御器を採用したことが重要な特徴である。HE車のバーニヤ制御器は、力行(加速)83段(直列33段、並列43段、弱め界磁7段)、制動(発電ブレーキ)が抵抗段73段という、実用上は無段階に近い内容で、これ以上は段数を増やす必要性の薄いほどのハイスペックである。
この制御装置には、空転をモーター間の電圧の差としてブリッジ回路で早期検知して即座に再粘着させる(再粘着装置)が開発・装備されている。HE車ではこれらの空転検知回路によって、空転・滑走時にはノッチ戻しをするようになっている。また、カム軸制御の無接点化が進められ、調整などのメンテナンスを簡略化したほか、発電ブレーキに他励回路を設け、確実にブレーキが立ち上がるようにしている。
主抵抗器は電動車2両および制御車2/3両分の制動力を負担するため、大きな発熱量に対応した大型のものとなり、なおかつ送風機を4台備えた半強制通風式とされた。この主抵抗器は、デハ2400形の偶数番号車両に搭載されたが、山側の床下台車間をほぼ埋めるサイズとなった。この大型の主抵抗器は2400形の特徴の一つにもなっていた。
主電動機については、三菱電機製の補極付半密閉自己通風式直流直巻電動機であるMB-3039-A型(端子電圧340V、定格電流392A、1時間定格出力120kW、定格回転数1,600rpm(75%界磁)、最弱め界磁率35%、重量795kg)が採用された。駆動装置はWN駆動方式の三菱電機WN-60-Aで、歯数比は97:16=6.13である。
HE車の編成重量は2200形4連の8割程度しかないため、編成あたりの主電動機出力も2200形の約8割でよいことになるが、電動車の比率は半減するため、相応の出力を確保する必要がある。これらの条件から、主電動機1基あたりの1時間定格出力は120kWが必要と計算された。
しかし、1950年代後半当時、経済形高性能車の開発に必要となる大出力カルダン方式のモーターは実用化が遅れていた。狭軌用カルダンモーターはスペースの制約が厳しいことから大出力化が困難で、1958年の時点では狭軌に適した中空軸平行カルダン駆動方式に対応するものでも1時間定格出力110kW級が精一杯という状況であった。
WNドライブは、アメリカのウェスティングハウス・エレクトリック(WH)社が開発したシステムで、「WN継手」と呼ばれるジョイントを介して主電動機の駆動力を車軸に伝達する。