도쿄 지하철 01계 전동차
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1. 개요
도쿄 지하철 01계 전동차는 도쿄 지하철 긴자선의 노후 차량 교체를 위해 1984년에 도입된 전동차이다. "기능성, 밝음, 세련됨"을 디자인 테마로 하여, 1997년까지 총 38개 편성이 제작되었다. 고주파 분권 초퍼 제어 방식을 일본 철도 차량 최초로 채택했으며, 이후 다양한 기술적 개량이 이루어졌다. 2012년부터 도쿄 메트로 1000계 전동차로 교체되기 시작하여 2017년에 운행이 종료되었고, 일부 차량은 구마모토 전기 철도로 매각되어 운행 중이다.
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| 도쿄 지하철 01계 전동차 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 운행 | 1984년 1월 1일 ~ 2017년 3월 12일 |
| 대체 | 데토 2000계 전동차 |
| 후속 | 도쿄 메트로 1000계 전동차 |
| 보존 | 4량 |
| 노선 | 긴자선 |
| 제작 회사 | 가와사키 중공업 일본차량제조 도큐 차량 긴키 차량 |
| 차체 | 알루미늄 |
| 차량 제원 | |
| 편성 | 6량 편성 (3M3T) |
| 전기 방식 | 직류 600V, 제3궤조 방식 |
| 차량 높이 | (양산차) (시작차) |
| 바닥 높이 | 995 mm |
| 문 | 차량당 3개 |
| 감속도 | (상용) (비상) |
| 구동 방식 | WN 구동 방식 |
| 기어비 | 6.73 : 1 |
| 차량 무게 | |
| 쵸퍼 제어 | (차량당) |
| VVVF 제어 | (차량당) |
| 수송 능력 | |
| 정원 | 100명 (선두차, 좌석 36석) 102명 (중간차, 좌석 42/44석) |
| 제어 장치 | |
| 초기 차량 | 고주파 분권 쵸퍼 제어 |
| 후기 차량 | IGBT VVVF 인버터 제어 |
| 시험차 | SiC 소자 VVVF 인버터 제어 (01-237) |
| 제동 장치 | |
| 종류 | 전기 지령식 공기 제동 (회생 제동 병용) |
| 연동 장치 | CS-ATC 연동 |
| 안전 장치 | |
| 종류 | CS-ATC TASC ATS (구형) |
| 수상 | |
| 현재 운용 | |
| 운용 회사 | 구마모토 전기 철도 (4량) |
2. 역사
한조몬 선의 8000계까지의 실적에 새로운 기술을 도입하고, 각종 개량 및 검토를 실시하여 1983년에 시제차 1편성(6량)이 취역하였다. 이듬해인 1984년부터 양산이 시작되어 1997년까지 6량 편성 38개(228량)가 제조되었다.[1]
1980년대 당시 긴자 선에서 운용되던 차량에는 전쟁 이전에 사용하던 차량이 있었고, 이후 투입된 차량도 비슷한 디자인이어서 "긴자 선은 오래된 노선"이라는 이미지가 일반 승객들에게 있었다. 이러한 이미지를 개선하기 위해 기존 긴자 선 차량의 이미지를 크게 바꾸는 디자인을 채용하고, 노선의 이미지 개선을 도모했다.
각 객실 문 위쪽에는 노선 안내 표시기가 설치되었다. 이 표시기 양옆에는 문이 열리는 방향을 알려주는 램프가 있었고, 문 차임도 함께 울렸다. 이러한 시설은 당시에는 드물어 승객들에게 호평을 받았다. 처음에는 이 안내 표시기가 양산차와 사양이 달랐지만, 다메이케산노 역 개업 준비 때 양산차와 동일하게 변경되었다. 역 넘버링 도입 후에는 역명 표기 부분에 역 번호를 표기한 스티커가 부착되었다.
긴자 선 구형 차량 대체용으로 등장한 "0x계" 시리즈의 첫 번째 계열로, 이후 다른 노선 구형 차량 대체 및 증차용 차량도 모두 "0x계" 계열 이름이 붙었다. 주행 성능은 기존 긴자 선 차량을 크게 상회하여, 히비야 선에 있던 3000계에 필적하는 고속 성능을 가졌다. 1993년 01계로 통일하면서 CS-ATC를 도입하여 긴자선의 고속화를 실현했다.[22]
2. 1. 개발 배경 및 초기 역사
1980년대 초, 긴자선의 대부분 차량들은 노후화되어, 일부 차량은 제2차 세계 대전 이전으로 거슬러 올라가 승객들에게 노후한 노선의 이미지를 주었다.[1] 당시 긴자선에는 긴자선 개업 초기부터 사용하던 1200형, 1300형 등의 차량이 있었고, 이후 투입된 2000계 등도 비슷한 디자인이어서 "긴자선은 오래되었다"는 이미지가 일반 승객들에게 널리 퍼져 있었다.[22][21]이러한 상황을 개선하기 위해, 기존 긴자선 차량의 이미지를 크게 바꾸는 새로운 디자인을 채택하여 노선의 이미지를 개선하고자 했다.[21] 새로운 디자인 콘셉트는 "기능성", "밝음", "세련됨"이었다.[23]
차량 번호는 기존의 X000 계열 대신, 새롭게 "0x 계열"을 채택했다.[22] 이후 에이단 시대에 설계된 다른 노선의 구형차 교체용 차량 및 증발용 증비차에는 일부 예외를 제외하고 "0x계"의 계열명이 부여되었다. 01계는 한조몬선용 8000계까지의 실적에 새로운 기술을 도입하여 각종 개량과 검토를 거쳐 1983년에 시제차 1개 편성이 완성되었고, 이듬해 1984년부터 양산이 시작되었다.[21] 1997년까지 6량 편성 38개(228량)가 제조되었다.
1983년 5월 중순에 가와사키 중공업에서 완성되어 반입된 제01편성이 시제차에 해당한다. 입적은 9월, 영업 운전은 1983년 12월 31일의 연말 심야 운행부터이다.[41] 정확히는, 1984년 1월 1일 0시 15분 출발의 우에노역 발 아사쿠사역 행 열차부터 영업 운전을 시작했다.[42]
당초 영업 운전은 양산차가 등장하는 1984년 가을 무렵으로 예정되어 있었다.[43] 그러나, 낮에 긴자선에서 시험 운전을 실시했을 때, 이것을 본 승객으로부터 "언제부터 탈 수 있나요"와 같은 문의가 영단에 많이 접수되었기 때문에, 시기를 대폭 앞당기게 되었다.[41]
영업 운전 며칠 전부터 회생 제동 시 계자 초퍼용 GTO 사이리스터가 잇따라 고장나는 문제가 발생했다.[44] 이 때문에, 영업 운전에서는 회생 제동을 사용하지 않고 운전하며, 열차에는 제조사의 기술자가 탑승하여 수송 장애에 대비했다.[44] 다행히 문제 없이 넘길 수 있었고, 이 고장은 어떤 제조사 제어 장치의 프로그램에 오류가 있었던 것이 원인으로 밝혀졌다.[44]
01계는 1985년 (쇼와 60년)의 철도우호회로렐상, 1989년 (헤이세이 원년) 철도우호회글로리아상을 수상했다.[24][25]
01계의 개발 과정에서 긴자선용 차량은 소형이기 때문에, 제어 방식으로는 장비의 소형화를 기대할 수 있는 리니어 모터 구동, VVVF 인버터 제어, 분권 초퍼 제어의 3가지를 검토했다.[22][44] 앞의 두 가지는 비용 문제 등으로 포기하고,[45] 기존의 초퍼 제어의 개량형인 고주파 분권 초퍼 제어（4상한 초퍼 제어, 1C4M 제어 방식）를 일본 철도 차량으로 처음 채용했다.[22][44]
| 배치 | 편성 번호 | 제작 연도 |
|---|---|---|
| 프로토타입 | 01 | 1983년 |
| 1차 | 02-23 | 1984년-1987년 |
| 2차 | 24-27 | 1990년 |
| 3차 | 28-31 | 1991년 |
| 4차 | 32-36 | 1992년 |
| 5차 | 37 | 1993년 |
| 6차 | 38 | 1997년 |
2. 2. 개량 및 기술 발전
1980년대 초, 긴자선의 대부분의 차량들은 노후화되기 시작했다. 일부 차량은 제2차 세계 대전 이전으로 거슬러 올라가 승객들에게 노후한 노선의 이미지를 주었다.[1] 01계는 "기능성, 밝음, 세련됨"을 디자인 테마로 하여 1984년에 도입되었다.[1]처음 23개 편성에는 노선의 작은 터널 크기로 인한 차량 한계 규제 때문에 원래 에어컨 시스템이 장착되지 않았다. 1990년, 미쓰비시 전기는 240mm 두께의 소형 에어컨 장치를 개발했다.[4] 이 에어컨은 16.2kW의 용량을 가졌다. 시제 에어컨 장치는 8월에 16편성에서 시험되었고, 이후 에어컨이 없는 편성들은 모두 개조되었다. 에어컨이 장착된 열차의 천장은 장치를 수용하기 위해 에어컨이 없는 열차보다 낮았다. 에어컨과 함께 제작된 열차는 항상 낮은 천장을 가지고 있었다.
1986년 11월, 전계 초퍼 장치의 소자로 전력 트랜지스터를 사용한 고주파 분권 초퍼 제어 장치의 실용 시험이 02계를 위해 이 시리즈에서 실시되었다.[5] 2007년, 38편성의 01-238호차에 영구 자석 동기 전동기(PMSM)가 시험적으로 장착되었다.[6] 2011년 1월, 38편성의 중간 4량에 LED 조명이 시험적으로 장착되었다.[6] 2011년 12월, 37편성에는 시험 목적으로 실리콘 카바이드(SiC) 가변 전압 가변 주파수 드라이브(VVVF)가 개조되었다.[7]
1983년에 시제차 1개 편성(6량)이 완성되었고, 이듬해 1984년부터 양산이 시작되었다.[21] 1997년까지 6량 편성 38개(228량)가 제조되었다.
2. 3. 퇴역 및 이후
01계 전동차는 2012년 봄부터 새로운 1000계 전동차로 교체되기 시작했다.[9] 2013년 8월, 처음으로 퇴역한 38편성이 폐차되었고,[6] 2016년 4월 1일 기준으로 9개 편성만이 운행 중이었다.[8] 마지막 남은 01계 전동차는 2017년 3월 10일에 정기 운행에서 물러났으며,[10] 3월 12일에는 초청된 손님들을 위한 특별 기념 운행을 가졌다.[10]
2015년 2월, 01-136호와 01-636호 전동차는 규슈의 구마모토 전기 철도에 매각되었으며, 로 궤간이 변경되었다.[11] 이들은 구마모토 전기 철도 01계로 개조되어 팬터그래프, 새로운 대차, 전면 스커트를 추가한 후 2015년 3월부터 운행을 시작했다.[12] 2015 회계 연도에 01-135호와 01-635호 전동차 2량이 구마모토 전기 철도에 추가로 매각되었다.[13]
| 차량 번호 | 편성 번호 | 보존 장소 |
|---|---|---|
| 01-101 | 1 | 도쿄도 나카노 차량기지 |
| 01-201 | ||
| 01-601 | ||
| 01-129 | 29 | 에도가와구 메트로 박물관 (운전실 부분만) |
| 01-630 | 30 | 도쿄 대학 생산기술연구소 지바현 실험소 |
1983년 도쿄 지하철은 한조몬 선 8000계에 도입된 기술을 바탕으로 더욱 새로운 기술을 적용한 01계 전동차 시제차 1편성을 취역시켰다. 긴자선 차량의 소형화에 맞춰 장비 소형화를 위해 리니어 모터 구동, VVVF 인버터 제어, 분권 초퍼 제어 방식을 검토했다.[22][44] 이 중 리니어 모터 구동과 VVVF 인버터 제어는 비용 문제로 채택되지 않았고,[45] 기존 초퍼 제어의 개량형인 고주파 분권 초퍼 제어(4상한 초퍼 제어, 1C4M 제어 방식)가 일본 철도 차량 최초로 채용되었다.[22][44]
2013년에 영업 운전을 중단한 구 1편성(01-101, 01-201, 01-601)의 3량은 도쿄의 나카노 차량기지에서 훈련용으로 보존되어 있다.
01-129호차의 운전실 부분은 도쿄도 에도가와구에 있는 메트로 박물관 내에 보존되어 있다.
01-630호차는 2017년, 333m 길이의 연구 시험선에서 사용하기 위해 지바현에 있는 도쿄 대학 생산기술연구소 지바 실험소에 기증되었다.
3. 기술적 특징
기존 20m 차량용으로 설계된 초퍼 장치와 달리, 01계 전동차의 초퍼 장치는 소형 긴자선 차량에 맞게 극한으로 소형화되었다.[30] 스위칭 소자로는 설계 당시 양산 단계에 막 진입한 대용량 GTO 사이리스터를 채택하여 주 회로 구성을 간소화하고,[46] 기존 초퍼 제어 장치 대비 중량과 공간을 약 20% 절감했다.[30]
시제차는 1량마다 미쓰비시 전기[47], 히타치, 도쿄 시바우라 전기(→도시바)의 제어 장치를 탑재했으며,[48][49] 제어 장치는 주 초퍼 장치(전기자 초퍼)와 계자 초퍼 두 종류로 구성되었다.
대차는 게이한 전기 철도에서 1960년대 중반 이후 대량 채용되어 곡선 통과 성능이 우수하다고 평가받은 스미토모 금속 공업 FS-520(동력 대차), FS-020(부수 대차) 공기 용수철 대차를 신규 설계했다.[50] 기존 차량 대비 축거는 2,200mm에서 2,000mm로 단축되었고, 4상한 초퍼 제어에 의한 회생 제동 상용을 전제로 기초 제동을 양쪽 감싸기 답면식에서 편압 답면식으로 변경하여 곡선 통과 시 전향 성능 향상, 경량화, 차체 하부 의장 공간 확대를 꾀했다.[50]
주 전동기는 고주파 분권 초퍼 제어에 따라 직류 분권 타여자식 정류자 전동기(분권 전동기)를 채택했다. 영단 사내 형식은 MM-3A[51]이며, 정격값은 단자 전압 300V, 전류 440A, 출력 120kW, 회전수 1,600rpm이다.[52]
01계 전동차는 회생 브레이크와의 연동 및 시스템 간소화에 유리한 전기 지령식 브레이크를 채택했다.[57] 기존 긴자선 차량은 웨스팅하우스 에어 브레이크(WABCO)사의 M 삼동변을 사용한 AMM 자동 공기 브레이크, 혹은 전자변을 추가한 AMME 전자 자동 공기 브레이크를 사용했으나, 01계는 이를 개량한 전기 지령식 브레이크를 채택했다.[57] 1992년에 제조된 4차 차량(제32~36편성)부터는 보수성 향상을 위해 기초 제동 장치를 싱글 브레이크에서 유닛 브레이크로 변경했다.[57][28]
3. 1. 차체 및 디자인
알루미늄 합금제 차체로 길이는 16m, 너비는 2,550mm이며 3도어 차량이다. 차체 구조는 알루미늄 합금의 대형 압출 형재나 중공 형재를 사용하여, 이를 연속 미그 용접으로 조립하는 새로운 공법을 채택했다. 이를 통해 품질 향상과 비용 절감을 꾀했다. 바닥판은 가로보를 생략하고, 중공 형재에 일체 성형된 커튼 레일 모양의 기기 걸이 홈을 만들어, 특수 볼트로 바닥 하부 기기를 매달았다.
외관은 차량 한계를 최대한 활용하기 위해 지붕 어깨 부분을 터널 형상에 맞춰 직선으로 잘라내고, 선두차 전면도 직선으로 처리하여 전체적으로 직선적인 디자인을 강조했다.
측창 아래에는 긴자선의 라인 컬러인 오렌지색 띠와 함께 흑백의 가는 띠를 넣어 포인트를 주었다. 초기 검토 단계에서는 측창 전체에 오렌지색 필름을 붙이는 방안도 있었으나, 경쾌함이 부족하다는 이유로 채택되지 않았다.
전면 형상은 좌우 비대칭이며, 비상구는 관통식(스윙식 플러그 도어)이다. 제3궤조 방식을 사용하기 때문에 선로에 내려갈 경우 감전 위험이 있어 비상 계단은 설치하지 않았다. 그러나 2008년경부터 비상용 사다리가 운전실 내에 설치되었다. 전면 유리는 푸르스름한 열선 흡수 유리를 3분할하여 사용했지만, 창 사이의 기둥을 검게 칠해 일체감을 주었다. 창 상부에는 행선 표시기, 운행 번호 표시기와 차량 번호 표기를 배치했다. 행선 표시기는 전면에만 있고 측면에는 설치되지 않았다.
긴자선은 다른 노선과의 직통 운전을 하지 않기 때문에, 영단 시대에는 차량 외부에 심볼 마크(단장, S 마크) 표시가 처면의 형식·차량 중량 표기부에만 있었다. (02계는 측면만) 그러나 도쿄 메트로 출범 시에는 심볼 마크인 '하트 M'이 정면과 측면에 부착되었다.
3. 2. 실내 설비
객실 내부는 베이지색 계열 무늬를 기본으로, 흰색 천장, 베이지색 측벽, 베이지색 바탕에 갈색 사선 줄무늬가 들어간 소매 칸막이 등 화장판을 사용했다.[27]
좌석은 6차 차량까지 1인당 440mm 폭의 롱 시트를 채택했다.[28] 바닥은 중앙을 베이지색, 바깥쪽을 갈색으로 구분하여, 좌석 승객이 다리를 뻗는 것을 방지하는 풋 라인 역할을 했다.[27] 측면 창문은 모두 개폐 가능한 1단 하강창이며,[22] 영업 구간 대부분이 지하 구간이므로 커튼은 설치되지 않았다.
객실 출입문은 실내 쪽도 화장판으로 마감했다. 문 유리는 기존 차량보다 아래쪽으로 더 큰 유리를 채용했다.[22] 도어 엔진은 저소음의 가모이 부착형을 채택하여 유지보수를 용이하게 했다. 연결면에는 8000계와 마찬가지로 각 차량 끝에 관통문과 처마 창문을 설치했다.[29]
각 객실 문 위에는 노선도식 차내 안내 표시기와 도어 차임이 설치되었다.[30] 양산차부터는 안내 표시기 양쪽에 다음 역 개폐 방향을 예고하는 램프가 추가되었다.[31] (녹색 램프 점등, 이후 "이 문이 열립니다" 램프로 변경) 시제차는 안내 표시기 사양이 양산차와 달랐으나,[31] 다메이케산노역 개업 준비 시 양산차와 동일하게 갱신되었다. 역 넘버링 도입 후에는 역명 표기부에 역 번호 스티커가 부착되었다.
짐 선반은 스테인리스강 선을 격자형으로 스폿 용접한 새로운 디자인을 채택했다.[27] 손잡이는 삼각형이며, 초기에는 좌석 앞 선로 방향에만 설치했으나, 2차 차량부터 침목 방향으로 증설되었고, 이후 모든 차량의 출입문 상부 선로 방향에도 추가 설치되었다.[32]
이 외에도 차내 방송 장치에 자동 음량 조절 기능을 설치하고, 노선도식 차내 안내 표시기, 도어 차임, 차외 스피커 등 승객 편의를 위한 새로운 기기를 채택했다.[27]
2007년 여름경부터 비상 통보 장치, 비상 코크 안내 표시, 차내 호차 표시, 소화기 표시 스티커가 10000계와 유사한 형광 페인트칠로 변경되었다.
무전구간 주행 시 실내등 조도는 이전의 1500N(N2 포함)형보다 개선되어 다소 어두워지지만 문제없는 수준이 되었다.[33] 무전구간 통과 시 실내등 조도 저하 문제는 후속 차량인 1000계에서 완전히 해결되었다.
3. 3. 승무원실
승무원실 내장은 녹색, 주간 제어기 계기반은 남색 데스크 타입이다. 주간 제어기는 전후로 슬라이드하는 가로축 레버의 투 핸들 방식이다.[34][30] 계기반 중앙에는 아날로그 계기식 속도계 (90 km/h 표시)가 있고, 좌측 끝에는 고장 표시기[35]가 있다.
승무원실과 객실 칸막이에는 앞면 창과 같은 비율로 창문이 3개 있으며, 차광막은 모든 칸막이 창에 설치되어 있다. 원칙적으로 큰 창과 승무원실 칸막이 문 창이 사용된다. 칸막이 문 창은 개폐 가능한 창문으로, 유리에는 오렌지색 착색 유리를 사용하며, 객실에서 봤을 때 1번 오른쪽 창은 투명 유리를 사용한다. 칸막이 문에 오렌지색 착색 유리를 사용한 것은 운전사가 차광막을 사용하지 않아도 운전에 지장이 없도록 하고, 차장이 안내 방송을 할 때 승객의 시선을 신경 쓰지 않도록 하기 위함이다.[30]
사진은 제38편성의 것이지만,
각 편성 모두 거의 동일하다
칸막이 문의 유리는
오렌지색 착색 유리
3. 4. 주행 장치
한조몬 선의 8000계까지의 실적에 더욱 새로운 기술을 도입, 1983년에 시작차 1편성이 취역하였다. 긴자선용 차량은 소형이기 때문에, 장비 소형화를 위해 리니어 모터 구동, VVVF 인버터 제어, 분권 초퍼 제어의 3가지를 검토했다.[22][44] 이 중 리니어 모터 구동과 VVVF 인버터 제어는 비용 문제로 포기하고[45], 기존 초퍼 제어의 개량형인 고주파 분권 초퍼 제어(4상한 초퍼 제어, 1C4M 제어 방식)를 일본 철도 차량 최초로 채용했다.[22][44]
이 초퍼 장치는 20m 차용으로 설계되었던 기존 초퍼 장치와 달리, 소형의 긴자선용 차량에 맞게 극한까지 소형화되었다.[30] 스위칭 소자에는 설계 당시 양산 단계에 도달한 지 얼마 안 된 대용량 GTO 사이리스터를 채용하여 주 회로 구성의 간소화를 꾀했으며[46], 기존 초퍼 제어 장치에 비해 중량과 공간을 약 20% 줄였다.[30]
시제차에서는 1량마다 미쓰비시 전기[47], 히타치, 도쿄 시바우라 전기(→도시바) 제어 장치를 탑재했다.[48][49] 제어 장치는 주 초퍼 장치(전기자 초퍼)와 계자 초퍼의 2종류로 구성된다.
대차는 게이한 전기 철도에서 1960년대 중반 이후 대량 채용되어 곡선 통과 성능이 양호하다고 평가받았던, 축상 지지 장치가 측량 완충 고무식인 스미토모 금속 공업 FS-520(동력 대차), FS-020(부수 대차) 공기 용수철 대차가 신규 설계되었다.[50] 기존 차량과 비교해 축거는 2,200mm에서 2,000mm로 단축되었고, 4상한 초퍼 제어에 의한 회생 제동 상용을 전제로 기초 제동을 양쪽 감싸기 답면식에서 편압 답면식으로 변경하여, 곡선 통과 시의 전향 성능 향상과 경량화, 차체 하부 의장 공간 확대를 도모했다.[50]
주 전동기는 고주파 분권 초퍼 제어이므로, 직류 분권 타여자식 정류자 전동기(분권 전동기)가 채용되었다. 영단의 사내 형식은 MM-3A[51]이며, 정격값은 단자 전압 300V, 전류 440A, 출력 120kW, 회전수 1,600rpm이다.[52]
3. 5. 제동 장치
01계 전동차는 응답성이 좋고 시스템을 간소화할 수 있으며, 회생 브레이크와의 연동이 가능한 전기 지령식 브레이크를 채택했다.[57]
긴자 선의 기존 차량들은 웨스팅하우스 에어 브레이크(WABCO)사의 M 삼동변을 사용하는 AMM 자동 공기 브레이크 방식을 사용했으며, 이후 전자변을 추가한 AMME 전자 자동 공기 브레이크 방식으로 개량되었다. 01계 전동차는 이러한 방식을 개량하여 전기 지령식 브레이크를 채택했다.[57]
1992년에 제조된 4차 차량(제32~36편성)부터는 보수성 향상을 위해 기초 제동 장치를 싱글 브레이크에서 유닛 브레이크로 변경했다.[57][28]
4. 차량 형태 분류
볼스터 부착 대차
볼스터 부착 대차
볼스터 부착 대차
볼스터 부착 대차
볼스터 부착 대차
VVVF 인버터
볼스터리스 대차
VVVF 인버터
볼스터리스 대차
