오사카시 교통국 20계 전동차
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1. 개요
오사카시 교통국 20계 전동차는 오사카 시영 지하철의 노후 전동차 대체 및 지하철 소형화 연구의 일환으로 개발되었다. 1984년 주오선에 20계 전동차가 처음 도입되었으며, 이후 다니마치선, 센니치마에선, 요츠바시선, 미도스지선 등 다양한 노선에 투입되었다. 20계는 VVVF 제어 시스템을 선도적으로 도입하여 일본 고속 전동차 기술 발전에 기여했다. 2000년대 이후 갱신 공사를 통해 내구성을 향상시켰으나, 2020년대에 들어 신형 차량으로의 교체가 진행되어 2024년 3월 21일 마지막 편성의 폐차를 끝으로 운행이 종료되었다. 신20계는 21계, 22계, 23계, 24계, 25계로 구성되어 있으며, 각 노선의 특색에 맞는 디자인과 기능을 갖추고 있다.
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오사카시 교통국 20계 전동차 | |
---|---|
개요 | |
이름 | 오사카 시 교통국 신 20계 전동차 |
원어명 | 大阪市交通局新20系 |
기본 정보 | |
종류 | 전동차 |
운행 노선 | 미도스지선 다니마치선 요쓰바시선 주오선 센니치마에선 기타큐 남보쿠선 긴테쓰 게이한나선 |
운행 개시 | 1990년 4월 25일 |
퇴역 시작 | (없음, 현재 운행 중) |
제작 회사 | 알나 차량 히타치 제작소 가와사키 중공업 긴키 차량 일본차량제조 도큐 차량제조 |
제작 연도 | 1990년 - 1998년 |
총 제작 차량 수 | 572량 |
보존 차량 수 | (없음) |
폐차 차량 수 | (없음) |
소속 기지 | 나카모즈 (21계) 다이니치 (22계) 미도리기 (23계) 모리노미야 (24/25/OTS계) |
차량 편성 | 10량 편성 (21계) 6량 편성 (22/23/24/OTS계) 4량 편성 (25계) |
차체 재질 | 스테인리스강 |
차량 길이 | 18.9m (선두차) 18.7m (중간차) |
차량 폭 | 2.89m (선두차) 2.88m (중간차) |
차량 높이 | 3,745mm |
출입문 | 각 측면에 4쌍의 미닫이문 |
최대 속도 | 95km/h (24계, 긴테쓰 게이한나선) 70km/h (기타 계열) |
가속도 | 3km/h/s (21/24계) 2.5km/h/s (기타 계열) |
감속도 | 3.5km/h/s |
비상 감속도 | 4.5km/h/s |
구동 방식 | 가변 주파수 구동 |
견인 전동기 | 1량당 4개의 140kW 견인 전동기 |
전동기 총 출력 | 1량당 560kW |
전력 시스템 | 직류 750V |
집전 방식 | 제3궤조 접촉 슈 |
제동 장치 | 회생 제동 기능이 있는 전기 지령식 브레이크 |
안전 장치 | WS-ATC (21/22/23/24/OTS계) WS-ATC, CS-ATC, ATO (25계) TASC (21계) |
![]() | |
상세 정보 | |
차체 | 스테인리스강 |
대차 | 인다이렉트 마운트, 노스잉 헌거, 축 스프링식 대차 DS-20 |
주전동기 | 농형 유도 전동기 |
구동 방식 | WN 드라이브 |
기어비 | 103:14 (7.36) |
제어 방식 | GTO 소자/IGBT 소자 VVVF 인버터 제어 (2020년 기준) |
보안 장치 | WS-ATC |
2. 개발 배경
1985년 4호선(중앙선) 후카에바시 - 나가타 구간 개업 등에 따른 필요 차량 수 증가에 대응하고, 노후화와 진부화가 눈에 띄기 시작한 50계・30계 등의 저항 제어차 교체와 이에 따른 보수의 합리화, 그리고 냉방화율 향상에 따른 승객 서비스 개선을 목적으로 개발·양산된 18.7m급 4도어 차량군이다.[1]
20계는 1984년 주오 선에 2601F(6량 편성)가 최초로 도입되었고, 이후 1985년과 1989년에 추가 도입되었다. 1989년에는 다니마치선용 30번대(2631F ~ 2639F)가 도입되었는데, 긴테쓰 선 직결 대응 설비 유무를 제외하고는 주오 선용과 동일한 설계이다.[1]
3상 교류 유도 전동기를 인버터 제어기로 제어·구동하는 당시 최신 VVVF 제어 시스템을 탑재하고 있으며, 오사카시 교통국의 제3궤조 집전 방식을 사용하는 고속 전기 궤도 전선에서 사용 가능하다.[1]
3. 20계
알루미늄 합금제 차체를 채택했으며, 대형 압출 형재를 자동 용접하여 제작되었다. 초박형 냉방 장치(미쓰비시 전기 CU-74C, 도시바 RPU-4410)를 탑재하여 객실 내 천장 높이를 확보했다.[1]
GTO 소자를 사용한 VVVF 인버터 제어 방식을 채택했으며, 1대의 제어 장치로 2개의 주 전동기를 제어하는 1C2M 구성을 2세트 탑재했다. 주 전동기는 도시바 SEA-309, 히타치 HS-34529-02RB, 미쓰비시 전기 MB-5012-A 등 3종이 채용되었다.[1]
2004년 긴테쓰 게이한나선 연장에 맞춰 20계 제어 소자가 IGBT 소자로 교체되었으며, 30번대 차량은 주오 선으로 전적되었다. 2014년 8월 2601F를 시작으로 순차적으로 폐차되었으며, 2024년 3월에 형식 소멸되었다.[1]
3. 1. 20계 편성표
편성 | 도입 시기 | 개조 시기 | 운행 중단 시기 | 비고 |
---|---|---|---|---|
2601 | 1984년 3월 28일 | 2004년 5월 31일 | 2014년 8월 25일 | |
2602 | 1985년 10월 17일 | 2005년 11월 7일 | ||
2603 | 1985년 11월 5일 | 2005년 2월 17일 | ||
2604 | 1985년 11월 25일 | 2004년 9월 6일 | ||
2605 | 1985년 12월 16일 | 2006년 7월 14일 | ||
2606 | 1989년 6월 15일 | 2006년 3월 7일 | ||
2607 | 1989년 6월 29일 | 2005년 4월 8일 | ||
2631 | 1989년 5월 25일 | 2006년 8월 2일 | 구, 다니마치선 출신 | |
2632 | 1989년 5월 26일 | 2005년 10월 20일 | ||
2633 | 1989년 6월 12일 | 2005년 7월 11일 | ||
2634 | 1989년 6월 8일 | 2004년 10월 2일 | ||
2635 | 1989년 6월 13일 | 2004년 7월 20일 | ||
2636 | 1989년 6월 27일 | 2006년 1월 16일 | ||
2637 | 1989년 6월 20일 | 2005년 5월 11일 | ||
2638 | 1989년 6월 26일 | 2005년 1월 24일 | ||
2639 | 1989년 6월 30일 | 2006년 2월 14일 |
4. 신20계
신20계는 20계의 후속 모델로, 1990년 국제 꽃과 녹지 박람회 개최에 맞춰 등장했다. 21계, 22계, 23계, 24계, 25계의 5개 계열로 구성되며, 총 89개 편성 572량이 재적하고 있다.
신20계는 경량 스테인리스 차체를 채택하여, 기존 알루미늄 차체에 필적하는 성능을 저렴한 비용으로 구현했다. 1단 하강 창문, 유선형 전면 디자인, LED 표지등 등 참신한 디자인을 도입했으며, 실내등 글로브, 좌석 쿠션 및 팔걸이, 행선 표시기, 비상 통보 장치 등 승객 편의 시설도 개선되었다.
VVVF 제어 시스템을 채택했으며, GTO 사이리스터 용량 증대로 1대의 제어기로 4기의 주 전동기를 제어하는 1C4M 제어가 실현되었다. 제어기는 히타치 제작소 주도로 도시바, 히타치, 미쓰비시 3사에서 공통화된 설계를 사용했다. 주 전동기는 20계와 호환성을 가지며, 도시바 SEA-309B, 히타치 HS-34529-04RB/05RB, 미쓰비시 MB-5012-A3/A4가 채용되었다.
각 노선별 계열은 다음과 같다.
- '''21계''': 오사카 메트로 미도스지선과 기타오사카 급행철도 난보쿠선에서 사용되는 10량 편성
- '''22계''': 오사카 메트로 다니마치선에서 사용되는 6량 편성
- '''23계''': 오사카 메트로 요쓰바시선에서 사용되는 6량 편성
- '''24계''': 오사카 메트로 주오선 및 긴테쓰 게이한나선에서 사용되는 6량 편성
- '''25계''': 오사카 메트로 센니치마에선에서 사용되는 4량 편성
1985년 4호선(주오선) 후카에바시 - 나가타 구간 개업 등에 따른 차량 수 증가에 대응하고, 50계, 30계 등 노후화된 저항 제어차 교체, 보수 합리화, 냉방화율 향상을 위해 개발되었다.
3상 교류 유도 전동기를 인버터 제어기로 제어·구동하는 VVVF 제어 시스템을 탑재하고 있으며, 오사카시 교통국의 제3궤조 집전 방식을 사용하는 고속 전기 궤도 전선에서 사용 가능하다.
신20계 개발의 기초가 된 VVVF 제어 실용화 연구는 오일 쇼크로 인한 건설비 상승에 대응하기 위해, 1979년 3월 설치된 "지하철 소형화 조사 위원회"에서 시작되었다. 이후 7호선(나가호리 쓰루미료쿠치선)용 70계와 8호선(이마자토스지선)용 80계 개발 과정에서 터널 단면 축소를 위한 바퀴 지름 및 바닥면 높이 축소가 중요한 과제로 다루어졌다.
이러한 과제는 반도체 기술, 특히 인버터 장치의 주 회로 스위칭 소자와 마이크로프로세서의 발전에 힘입어 해결의 실마리를 찾았다. 삼상 교류 유도 전동기와 소직경 바퀴를 사용한 구동 시스템의 실용화 가능성이 열린 것이다.
삼상 교류 유도 전동기는 정류자가 없어 보수가 용이하고, 플래시오버 위험이 없으며, 경량, 고회전, 고출력, 우수한 재점착 특성을 갖는 등 여러 장점이 있었으나, 기동 토크가 작다는 단점이 있었다. 그러나 고속, 고내압, 대출력 스위칭 소자와 마이크로프로세서를 조합하여 전압형 PWM 제어를 통한 가변 전압, 가변 주파수(VVVF) 제어를 실시함으로써 이 문제를 해결할 수 있게 되었다.
이러한 기술 발전을 바탕으로 히타치 제작소, 미쓰비시 전기, 도쿄 시바우라 전기 등 주요 전기 메이커들이 고속 전차용 VVVF 제어 시스템 개발에 참여했다. 오사카시 교통국은 일본국유철도, 긴키 닛폰 철도, 도쿄 급행 전철 등과 달리 저상 미니 지하철 사용을 전제로 한 소형 기기 개발에 중점을 두었다.
미니 지하철의 기술적 가능성을 탐구하는 과정에서 VVVF 제어 자체와 스위칭 소자 개발[11]이 동시에 진행되는 이례적인 상황이 발생하기도 했다. 이는 대형 고속 전차 적용에 특화된 타사와는 다른 점이었으며, VVVF 제어차 영업 운전 개시가 늦어지는 요인 중 하나가 되었다.
새로운 제어 시스템 개발 과정에서 발생할 수 있는 유도 장애를 조사하기 위해, 100형(2대)을 테스트 베드로 활용하여 영업 노선에서 시험 운전이 실시되었다.[12][13] 초기에는 저내압 GTO 사이리스터 소자의 불안정성으로 인해 소자 파괴[14][15]가 빈번하게 발생했지만, 이후 회로 구성 개선, 실장 노하우 축적, 2500V 2000A급 GTO 사이리스터 소자 안정성 및 생산 수율 향상으로 신뢰성이 높아져 시험을 성공적으로 마칠 수 있었다.
4. 1. 21계 (미도스지선)
미도스지선과 기타오사카 급행철도 난보쿠선에서 사용되는 10량 편성 차량이다. 새로운 20계 전동차는 1984년부터 20계 전동차를 운행해 온 주오선을 기반으로 개발되었다.10계를 답습한 2단 상승식 측면 창문을 갖춘, 맞배지붕 구조의 알루미늄 합금제 차체이다. 알루미늄 합금 제작 방법의 발전으로 외판과 골조가 일체화된 대형 압출 형재를 조합하여 지붕과 측면 골조를 제작하고, 이를 자동 용접으로 접합하여 제작 비용을 절감했다.[18] 바닥 골조는 중공 구조의 알루미늄 압출 형재를 조합한 것으로, 골조의 가로보는 생략되었고, 중공 형재에는 일체 성형된 커튼 레일 모양의 기기 매달기 홈이 있어, 특수 볼트를 통해 바닥 하부 기기를 매달고 있다.[18] 이로 인해, 기기 매달기용 보에 좌우되지 않는 유연한 기기 배치를 가능하게 하면서[18], 중공 형재 내부를 전선 덕트로 사용할 수 있는 합리적인 구조가 되었다.[18]
또한 종래보다 105mm 얇아진 신형 냉방 장치의 개발로 당시 10계에서는 한 단 낮았던 양쪽 끝 부분의 천장이 다른 부분과 동일 평면으로 처리되었고, 냉방 송풍구도 통상적인 슬릿형으로 되는 등 내장도 더욱 세련된 디자인이 되었으며, 개발 시기의 차이를 반영하여 10계보다 한 단계 진보된 설계[19]가 적용되었다.
전면 디자인은 10계와 마찬가지로 FRP제 테두리 장식이 달린 이른바 액자 스타일이지만, 창틀을 검정색으로 도색하여 일체감을 주며, 당시 유행하던 스타일을 도입했다. 또한 창틀 상부를 직선으로 하고, 각형 전조등과 표지등을 일체화한 유닛을 배치하여 10계보다 사각형으로 깔끔한 인상을 주면서, 유리의 모서리에 둥글림을 줌으로써 부드러움도 함께 갖춘 스타일로 디자인했다.
냉방 장치는 10계에서의 실적을 바탕으로 개발된 초박형 미쓰비시 전기 CU-74C[20] 및 도시바 RPU-4410[21]을 탑재한다. 개발 당시 기술로 극한에 가까운 박형화를 실현했던 10계용 냉방 장치[22]였지만, 그 후 기술의 진보, 특히 스크롤형 컴프레서의 실용화로 더욱 얇게 만드는 것이 가능해졌고, 20계 개발에 맞춰 두께 300mm로 기존 대비 약 74%로 실용화가 이루어졌다.[20][23] 외관상 지붕 높이 등은 거의 변화가 없으며, 박형화의 혜택은 모두 객실 내 천장 높이 상승에 할애되어 10계에서 압박감을 주었던 차내 양쪽 끝 부분의 냉방 장치 노출부가 없어지고 일반 부분과 같은 루버가 설치되었다.
4. 2. 22계 (다니마치선)
1990년부터 1996년까지 6량 편성 19개 편성이 제조되었다. 2004년 주오선 24계와 트레이드되어 24계 9개 편성이 22계 50번대로 편입되었다.[24] 2011년부터 중간 갱신이 진행되고 있다.4. 3. 23계 (요쓰바시선)
23계는 오사카 메트로 요쓰바시선에서 사용되는 6량 편성 전동차이다.[31] 1990년부터 1997년까지 6량 편성 22개 편성이 제조되었다. 2013년 제6편성이 주오선으로 전출되어 24계 56편성이 되었으나, 2018년에 다시 요쓰바시선으로 복귀했다. 2012년부터 중간 갱신이 진행되고 있다.[31]4. 4. 24계 (주오선)
1991년부터 1995년까지 6량 편성 11개 편성이 제조되었다.[33] 2005년 오사카항 교통 시스템(OTS)계 2개 편성이 24계에 편입되었다.[33] 2006년 긴테쓰 게이한나선 연장에 대비하여, 20계와 마찬가지로 긴테쓰 선내 95km/h 운전 및 원맨 운전에 대응하는 개조가 이루어졌다.[34]2006년까지 모든 편성의 제어 장치 개조 공사가 완료되었으며, 게이한나 선 내에서의 최고 속도는 70km/h에서 95km/h, 기동 가속도는 2.5km/h/s에서 3.0km/h/s로 각각 변경되었다. 또한, 게이한나 선 연장 개업 시 긴테쓰 선 내에서 원맨 운전이 시작되어, 이에 대응하는 기기가 설치되었다.[32]
4. 5. 25계 (센니치마에선)
1991년부터 1995년까지 4량 편성 17개 편성이 제조되었다. 센니치마에선 최초로 직접 신규 제작 투입된 차량이자 최초의 냉방차이다. CS-ATC 대응 기기가 탑재되어 있다. 2008년부터 중간 갱신이 진행되었으며, 2014년에 모든 차량의 갱신이 완료되었다.[35][36][37][38][39][10][40]4. 6. OTS계 (오사카항 트랜스포트 시스템)
1997년 OTS 테크노포트선 개업에 따라 히타치 제작소에서 6량 편성 2개 편성이 제조되었다.[43] 차체 및 주요 기기는 주오선 24계와 동일한 사양이다. 2005년 오사카 시영 지하철에 편입되면서 24계로 계열 및 형식 번호가 변경되었고, 이후 다니마치선으로 전속되어 22계 22662F, 22663F가 되었다.5. 갱신 공사
2000년부터 휠체어 공간 설치가, 2002년부터는 측면 목적지 표시기와 차내 안내 표시 장치 설치가 시작되었다.[1]
주오선에 배속된 24계 차량 가운데 2601F와 2602F는 차체 측면 전체에 연선 관광지인 가이유칸의 고래상어 등을 그린 랩핑필름이 부착되었다.[2] 이 두 편성은 랩핑 필름이 벗겨진 후에 측면 목적지 표시기가 부착되었다.[2]
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[73]
문서
1990年製造車の特徴である正面の大きな車両番号は、編入・改番後も存置された。なお、23系時代のドアカット機能は撤去されたほか、2 - 5号車の[[優先席|優先座席]]を4番ドア付近から1番ドア付近へ変更している。
[74]
뉴스
大阪市交中央線24系にリフレッシュ車が登場
http://railf.jp/news[...]
鉄道ファン・railf.jp
2014-06-10
[75]
문서
ドアガラスに貼られていた車椅子マークはリニューアル工事と同時、又はそれ以前に剥がされたのに対して、2014年にリニューアルされた24603Fについては2018年1月現在でも剥がされていない(前述の2017年3月にリニューアルされた、21系21609Fも同様)
[76]
뉴스
独特なルックスに注目集まる「Osaka Metro」新型車両 見た目だけじゃない新しさ
https://www.dailyshi[...]
デイリー新潮
[77]
문서
本系列の投入直前まで千日前線には3世代前の50系が運用されており、2世代前の主力車である30系の投入開始は、御堂筋線への新21系投入で置き換えられた編成が中間車5両を抜き取られたうえで転用された1991年が最初で、本系列の第1陣の投入より後であった。
[78]
뉴스
千日前線用25系第8編成が中央線で試運転
http://railf.jp/news[...]
鉄道ファン・railf.jp
2014-09-06
[79]
뉴스
千日前線 新20系車両リフレッシュのご紹介
http://www.kotsu.cit[...]
大阪市交通局
2011-01-11
[80]
뉴스
千日前線で新20系リニューアル車が営業運転を開始
http://railf.jp/news[...]
交友社
2011-01-24
[81]
뉴스
大阪メトロ御堂筋線用21系21602編成の前照灯がLEDに
http://railf.jp/news[...]
交友社
2018-05-24
[82]
뉴스
大阪市交中央線24系にリフレッシュ車が登場
http://railf.jp/news[...]
交友社
2014-06-10
[83]
뉴스
大阪市交21系21611編成がリフレッシュ改造を終える
http://railf.jp/news[...]
交友社
2017-10-26
[84]
웹사이트
御堂筋線21系車両リフレッシュのご案内
http://subway.osakam[...]
Osaka Metro
2017-10-18
[85]
웹사이트
御堂筋線21系女性専用車両 荷棚&吊り手高さ変更のご案内
http://www.kotsu.cit[...]
大阪市交通局
2016-09-26
[86]
뉴스
御堂筋線用の21系21617編成がリフレッシュ車に
https://railf.jp/new[...]
鉄道ファン・railf.jp
2020-09-30
[87]
웹사이트
地下鉄の車内デザインを「お客さまに楽しんでもらえる車内」に一新します! ~「明るさ・親しみ・楽しみのある車内」でおもてなし~
http://www.kotsu.cit[...]
大阪市交通局
2015-06-25
[88]
문서
第4・6・9・11・10編成に施工。なお第11編成以降に施工された車両は第9編成以前と比較してドアの緑の色が薄くなっている。
[89]
문서
第12編成以降に施工
[90]
문서
第4・6・9・11・10編成に施工。なお第11編成以降に施工された車両は第9編成以前と比較してドアの緑の色が薄くなっている。
[91]
웹사이트
御堂筋線 21系車両 車内デザイン変更のご紹介
https://web.archive.[...]
大阪市交通局
2016-03-16
[92]
웹사이트
御堂筋線21系車両車内デザイン変更のご紹介 ~新たなるステージへ~
http://subway.osakam[...]
Osaka Metro
2016-03-16
[93]
문서
第2・5・8 - 10編成に施工。
[94]
웹사이트
谷町線 22系車両 車内デザイン変更のご紹介
https://web.archive.[...]
大阪市交通局
2016-05-10
[95]
문서
第3・7 - 11・56編成に施工。
[96]
웹사이트
四つ橋線23系車両車内デザイン変更のご紹介
http://subway.osakam[...]
Osaka Metro
2017-07-13
[97]
문서
第2・4編成に施工。谷町線転用後もデザインは変更なし
[98]
웹사이트
中央線 24系車両リフレッシュのご案内
https://web.archive.[...]
大阪市交通局
2015-12-28
[99]
문서
21系は第2、7編成と第10編成以降に施工。この間に改造された編成には施工されていない。22系は第8編成以降に施工、23系は第8編成以降に施工
[100]
문서
先述の通り、谷町線転属の際に千鳥配置に変更されている。
[101]
문서
百の位は新20系と同車種を示し、表記上はOTSを省略してあった。なお、下二桁の車番が各車種で51・52と付番されたのは大阪市交通局在籍車との編成番号の干渉を防ぐためであり、これは大阪市交通局籍編入後も継承されている。
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