VVVF名鑑

日立製作所

概要

 日立のVVVFはどの年代のものも比較的耳に残りやすい音の印象がありますね。GTO時代のパルスモードであったり、IGBT時代の非同期モードのキャリア周波数の遷移であったり周波数の変化に富んでいるものが多いですね。また、国内メーカーの中でも積極的に独自に工夫を施したPWMを取り入れているように感じられます。
 長い世代に渡って取り入れられている特徴はあまりないですが、強いて言うなら他社に先駆けて導入した広域3パルスモードを多用しているといった点があります(3レベルインバータにも似た設計思想のパルスモードがあります)。非同期キャリアに着目してみると、GTO時代は200Hz→400Hz、IGBT以降は500/1000Hz→525/1050Hzを採用し、後者においてパルスモードの遷移は変調率に紐づけられているといった特徴もあります。そして最新のSiC適用(ハイブリッド・フルともに)車種はCVVF領域に広域3Pを用いる傾向がありますね。
 ここでは以下のように音を分類しました。

    2レベルGTO
  • H2G-1
  • H2G-2
  • H2G-3A
  • H2G-3B
  • H2G-3C
  • H2G-4
    3レベルIGBT
  • H3I-1
  • H3I-2
  • H3I-3
    2レベルIGBT
  • H2I-1
  • H2I-2
  • H2I-3
    2レベルIGBT・MOSFET(SiC適用インバータ専用パターン)
  • H2_S-1

 時系列に沿ってそれぞれを分類した結果、2レベルGTO・2レベルIGBTはパルスモード、3レベルIGBTは非同期モードにおけるキャリア周波数の変化をカテゴライズの基準としています。黎明期のもので現在は聴けないパターン、例外的なパターン、海外車種や新幹線といった録音・解析が難しいパターン、そして811系更新車等最近出現したもののまだ普及していないパターンに対する分類は現時点では見送らせていただいております、ご了承ください。

2レベルGTO

最終更新日:2020.5.25

H2G-1

パターン 45P(車種によっては減速時ここまで現れない)-27P-15P-9P-5P-3P-1P
登場時期 1984年頃
該当すると思われる車種(調査不可能) 大阪市交20系(消滅)、近鉄7000系(GTOソフト未更新時代、消滅)、東急6000系VVVF試験車(消滅)、西武8500系(消滅)

 現在"日立初期型"として定着しているパターンの一つ前の世代で、この時期は東芝・三菱同様非同期なし、広域3Pなしのパターンであったと思われます(大阪市交での試験時に上記2社と揃えたため)。現在は近鉄7000系のみにその面影を見ることができるものの、ソフト変更で各パルスモードの適用範囲が変わったうえに広域3Pも追加されたため完全な原型は既に消滅しています。

H2G-2

音声ファイル(東急9000系)

解析画面(東急9000系)

加速
減速
パターン 非同期-45P(車種によっては減速時ここまで現れない)-27P-15P-9P-5P-3P-広域3P-1P
登場時期 1986年
該当車種 東急9000系相鉄新7000系(消滅)東武100系Osaka Metro 新20系Osaka Metro 66系南海2000系、JR四国7000系
該当すると思われる車種(調査不可能) 近鉄6400系列・1220系列(GTOソフト未更新時代、消滅)、JR東日本207系900番台(消滅)、東武10080系(GTO時代、消滅)、泉北5000系(ソフト未更新時代、消滅)、JR北海道785系(GTO時代、消滅)

 いわゆる「日立GTO初期型」として広く知られているタイプです。H2G-1と比較すると、極低速域にて非同期モードが用いられ(おそらく東洋に次いで)、また1Pまで電圧を滑らかに上昇させるための広域3Pが追加されていて、一足早くこの大阪市交基準のパルスモードからの脱却が行われています。車種によって各パルスモードが適用されているインバータ周波数の範囲が特に大きく異なっているため、それぞれの特色が最も出やすい世代ですね。

H2G-3A

音声ファイル(相鉄8000系)

解析画面(相鉄8000系)

加速
減速
パターン: 非同期(車種によっては減速時も)-21P-15P-11P-7P-3P-広域3P-1P
登場時期 1989年頃
該当車種 東急8500系8799-0802ユニット(消滅)相鉄8000系

 「日立GTO初期型」(H2G-2)「日立GTO後期型」(H2G-4)の間の特徴を持つもののうちの一つで、このタイプは「過渡期型」とも呼ばれています。非同期モードのキャリア周波数が200Hzである点は初期型と共通ですが、27P→21P、9P→11P、5P→7Pへとそれぞれ変更され、これらの特徴は後期型へと引き継がれています。特に相鉄8000系の減速時は後期型とほぼ変わらない雰囲気となっていますよね。

H2G-3B

パターン 加速時:非同期-11P-7P-3P-広域3P-1P 減速時:(1P-広域3P-3P?)-7P-11P-15P-27P-45P-非同期
登場時期 1990年頃
該当車種 Osaka Metro 70系(GTOソフト更新後)
該当すると思われる車種(調査不可能) 都営12-000形(GTO、消滅)

 このタイプも、200Hzキャリアの非同期や11P、7P採用等「日立GTO初期型」(H2G-2)「日立GTO後期型」(H2G-4)の間の特徴を持っていて、リニア地下鉄向けに搭載されていました。インバータ周波数が高いところまで上がらないため、減速時の全貌についてはまだ未調査ですが、「初期型」の5P、9Pをそのまま7P、11Pに置き換えた印象です。なお、(当時)大阪市交の70系は登場時は別のパルスモードであったようで、1996年の心斎橋延伸時より前に今の音に変わった模様です。

H2G-3C

パターン 加速時:非同期-9P-5P-3P-広域3P-1P 減速時:1P-広域3P-3P-5P-9P-15P-27P
登場時期 1990年頃
該当すると思われる車種(未調査) 近鉄6400系列・1220系列(GTOソフト未更新時代、消滅)

 このタイプも、「日立GTO初期型」(H2G-2)「日立GTO後期型」(H2G-4)の間の特徴を持っていますが、後者の要素は加速時の非同期モードが長くなりキャリアが400Hzとなった点くらいで、あとはほぼ前者の特徴が残っています…というのもそもそも前者をベースとしたソフト更新時に登場したパターンですので。ただし、減速時は基本的に45Pへと切り替わらなくなったようです…インバータ周波数0Hzまで回生が切れなかったとしたらどのようになるか全貌が気になるパターンですね。

H2G-4

音声ファイル(京王8000系)

解析画面(京王8000系)

加速
減速
パターン 加速時:非同期-15P-11P-7P-3P-広域3P-1P 減速時:1P-広域3P-3P-7P-11P-15P-21P(-非同期、車種によっては)
登場時期 1991年頃
該当車種 東急8500系0718-0818ユニット(消滅)[1]、東京メトロ9000系(未更新車、消滅)、西武6000系、京王8000系東急2000系(未更新車、消滅)南海1000系、福岡市交2000系、神戸市交3000形、神戸市交1000-01形
該当すると思われる車種(未調査) 泉北5000系(ソフト更新車)
該当すると思われる車種(調査不可能) JR東日本E351系1000番台(消滅)、南海50000系(未更新車・消滅)

[1]減速時は21Pに切り替わらず15P→非同期へと移行する

 「日立GTO後期型」と呼ばれるタイプで、1990年代に広く普及しました。高いパルスモードや加減速時の顕著な非対称性から比較的音鉄人気の高い音となっていましたが、どの車種も現在集中的に置き換えが進んでいます…しばらく安泰と言えそうなのは南海・泉北くらいでしょうか。

3レベルIGBT

最終更新日:2020.5.25

H3I-1

音声ファイル(多摩モノレール1000形)

解析画面(多摩モノレール1000形)

加速
減速
パターン 非同期(ダイポーラ)-非同期(ユニポーラ)-3P(車種によっては)-1P
登場時期 1993年
該当車種 東京メトロ07系(消滅)[a1][b1]、JR西日本223系1000番台1次車(未更新車)[a1][b1]、福岡市交1000N系[a1][b2]、多摩モノレール1000系[a2][b1]、北九州モノレール1000形[a2][b2][r]、都営12-000形3次車以降(現ソフト)[a2][b2]
該当すると思われる車種(未調査) 東京メトロ02系、東京メトロ9000系、泉北7000系
該当すると思われる車種(調査不可能) 東京メトロ03系(消滅)

ダイポーラ変調時に強調されるもの:[a1]4*Fc成分 [a2]2*Fc成分
3P:[b1]なし [b2]あり
[r]ランダム変調あり

 3レベルIGBTのうち、非同期キャリアが一定のものはこのタイプに分類しています。初期の頃は1800Hz等非常に高いキャリア周波数が採用されていましたが、1990年代後半頃からは1000Hz前後へと落ち着いています。
 日立の場合、ダイポーラ変調が2タイプあるようなので注釈記号で区別しています。全電気ブレーキ採用車種には、このうちのインバータ周波数の2倍成分付近が強調されるタイプが用いられる傾向があるようです。また、3Pがある車種とない車種もあるようで、この3Pは2レベル用広域3Pと似た設計思想のもと、日立独自の方法によって生み出されたようです。

H3I-2

音声ファイル(京王1000系)

解析画面(京王1000系)

加速
減速

音声ファイル(JR西日本223系2000番台)

解析画面(JR西日本223系2000番台)

加速
減速
パターン 非同期(ダイポーラ)-非同期(ユニポーラ)-3P(車種によっては)-1P
登場時期 1995年
該当車種 JR北海道731系[a1][b1][c1]、札幌市交8000形[a1][b2][c2]、京王1000系(未更新車、消滅)[a1][b1][c1]、東武250系[a1][b1][c1]、東武30000系(ソフト更新後)[a2][b1][c2]、東京メトロ6000系(現在はインドネシアを走行)[a1][b1][c2]、近鉄16400系[a1][b1][c1]、JR西日本223系1000番台2次車(未更新車)[a1][b2][c1]、JR西日本223系2000番台[a1][b2][c2]
該当すると思われる車種(未調査) JR東日本E653系、JR東日本E751系
該当すると思われる車種(調査不可能) JR北海道721系1000番台(IGBT試験車、消滅)、JR東日本E351系0番台(消滅)、東武30000系(ソフト更新前、消滅)、東京メトロ7000系(消滅)

ダイポーラ変調時に強調されるもの:[a1]4*Fc成分 [a2]2*Fc成分
3P:[b1]なし [b2]あり
非同期キャリアの増減時に一定となるもの:[c1]周期の変化率 [c2]周波数の変化率

 3レベルIGBTのうち、非同期キャリアが途中で上昇するパターンです。ダイポーラ変調の種類、3Pの有無、キャリア上昇の方法等でかなりのバリエーションがありますね。起動時の非同期のキャリア周波数は500Hz前後のものと900Hz前後のものに大別され、多くのものは1オクターブ上昇しますがJR北海道や東京メトロの車両は例外となっています。

H3I-3

音声ファイル(東急3000系)

解析画面(東急3000系)

加速
減速
パターン 非同期(ダイポーラ)-非同期(ユニポーラ)-1P
登場時期 1999年
該当車種 東急3000系[a1]、西武20000系[a2]、西武10112F[a2]、舞浜リゾートライン10形[a1]、大阪モノレール2000系[a1]
該当すると思われる車種(未調査) 沖縄都市モノレール1000形

ダイポーラ変調時に強調されるもの:[a1]4*Fc成分 [a2]2*Fc成分

 3レベルIGBTのうち、1990年代終盤に登場したパターンです。非同期はすべて1050Hzから始まり、1Pへの移行直前に急上昇します。2レベルIGBTが普及し始めたときに登場しただけあって、H2I-1H2I-2の3レベル版とも言えそうな音ですね。

2レベルIGBT

最終更新日:2020.5.25

H2I-1

音声ファイル(東京モノレール2000形)

解析画面(東京モノレール2000形)

加速
減速
パターン 非同期-1P
登場時期 1997年頃
該当車種 東京モノレール2000形(ソフト未更新車)[c1]、JR東日本E231系900番台[c2]、JR東日本キハE200系[c2][r]、近鉄16600系[c2][r]
該当すると思われる車種(未調査) JR東日本HB-E300系[r]、JR東日本HB-E210系[r]、近鉄シリーズ21

非同期キャリアの増減時に一定となるもの:[c1]周期の変化率 [c2]周波数の変化率
[r]ランダム変調あり

 日立2レベルIGBTのうち、1997頃に登場したパターンです。後にメジャーとなるH2I-2と非常に似ていますが、こちらには広域3Pがありません(モハラジオで録音しないと気づかないですね)。また、東京モノレール2000形のみ、登場時期が少し早いだけあって急上昇の方法がH3I-2の一部で採用されているタイプとなっています。
 なお、日立の2レベルIGBTは1995年の札幌市交5000形第01編成が初採用と思われますが、残念ながら当時のパターンが不明であるためここでは取り上げておりません…(第02編成以降のものも含め)

H2I-2

音声ファイル(JR九州303系)

解析画面(JR九州303系)

加速
減速

音声ファイル(東武50050系)

解析画面(東武50050系)

加速
減速
パターン 非同期-広域3P-1P
登場時期 1999年
該当車種 JR北海道721系5000番台、札幌市交8000形、札幌市交5000形(ソフト更新車)[r]、JR東日本E231系近郊タイプ、東急5000系・5050系(タイプ1)東急5050系(タイプ2)[r]、東急5050系(6極IM)[r]、京王9000系京王7000系、西武8500系(更新車)、西武9000系、東武50000系列[r]、東京メトロ7000系(160kW)、東京メトロ05系(10次車)[s]、東京メトロ6000系[r]、東京メトロ7000系(165kW)[r]、東京モノレール2000形(ソフト更新車)、つくばエクスプレスTX-2000系[s]、南海1051F、Osaka Metro 20系/新20系更新車、Osaka Metro 10A系[r]、神戸市交1000-02形[r]、神戸市交2000-02形[r]、JR九州303系、JR九州817系0番台(ソフト更新後)[r]、福岡市交1000N系
該当すると思われる車種(未調査) JR東日本E257系0番台、JR東日本E257系500番台[r]、東武10030系(更新車)[r]、東京メトロ05系12次車[s]、近鉄7000系更新車、JR九州815系(ソフト更新後)[r]、JR九州885系、JR九州817系(V016編成)
該当すると思われる車種(調査不可能) JR北海道785系更新車(消滅)、JR東日本E531系一部電動車(消滅)[a1][r]、西武モハ20505(消滅)

[a1]回生時に変調率依存連続的キャリア降下型非同期モード採用
[r]ランダム変調あり
[s]ランダム変調以外の手法でスペクトラム拡散を行なっているもの

 日立2レベルIGBTと言えば、おそらくこのタイプをまず浮かべる方が多いでしょう。非同期のキャリア周波数は起動直後は一定で、その後も一定のままのもの、緩やかに上昇を始めるもの、そして下降し始めるもの(いわゆる「墜落」)があります。最終的にはどれも最後に急上昇し、その後広域3Pを経て1Pに到達します。2003年頃になると急上昇した後に到達する周波数が1800Hz→1500Hzに変わったり、ランダム変調が取り入れられたりと少しずつ変化がありました。また、一部車種には特殊な拡散が用いられているようです。
 少し逸れますがこのタイプと前のH2I-1で用いられている急上昇のことを「墜落」と呼ぶ流派もあるようですが、ルーツはE231系近郊タイプの「加速しているのに音が下がる」現象ですよね。なのでやはりその手前までキャリア周波数が下がることを「墜落」と呼ぶ方が本来の意に沿っているだろうと考えています。

H2I-3

音声ファイル(南海8000系)

解析画面(南海8000系)

加速
減速

音声ファイル(JR東日本E233系3000番台)

解析画面(JR東日本E233系3000番台)

加速
減速
パターン 非同期-9P-広域3P(一部車種にはない)-1P
登場時期 2005年
該当車種 JR北海道731系5次車、JR北海道789系1000番台[a1]、JR北海道733系[a1]、JR北海道721系更新車[a1]、JR北海道731系更新車[a1]、札幌市交9000形、JR東日本E531系[a1]、JR東日本E233系3000番台[a1]、JR東日本E231系近郊形(更新車)[a1]、JR東日本255系(更新車)[a1]、京王1000系(1020番台)、西武30000系前期タイプ、西武30000系後期タイプ[a2]、東武60000系[a2]、東武10030系(更新車)[a2]、都営12-600形、相鉄9000系(更新車)[nr][a2]、相鉄8000系(更新車)[nr][a2]、JR西日本321系[b1]、南海8000系[nr]、南海6200系[nr]、南海6200系6250番台[nr]、南海8300系(IGBT)[nr]、南海8300系(ハイブリッドSiC)[nr]、南海9000系[nr]、Osaka Metro 80系[a1]、Osaka Metro 70系(更新車)[a1]、Osaka Metro 66系(更新車)、Osaka Metro 30000系[a2]、JR九州817系2000/3000番台[a1]、JR九州BEC819系[a1]
該当すると思われる車種(未調査) JR北海道735系[a1]、JR東日本E259系[a1]、JR東日本E657系[a1]、JR東日本EV-E801系[a1]、南海/泉北12000系[nr]、南海50000系更新車[nr]、泉北7020系[nr]

[a1]回生時に変調率依存連続的キャリア降下型非同期モード採用
[a2]Fc-Finv接近防止処理あり非同期モード採用
[b1]9Pのみで過変調
[nr]ランダム変調なし

 2005年頃登場したパターンです。それまでの最大の特徴であった過変調時の非同期の急上昇が同期モードに置き換えられました。初期の頃は9Pのみで過変調を行なっていたみたいですが、2006年には広域3P波形を再び導入し1Pへの以降をスムーズにしています。
JRの車両はキャリア周波数が加速時は525Hzから上昇し、減速時は200Hzまで連続的に下がるものが多いようですね。一方2012年頃より他社向けも525Hzがデフォルトとなったようで、キャリア周波数とインバータ周波数を接近させないためか非同期後半のキャリア周波数の挙動が加速時と減速時で異なるものもこの時期より登場しています。また、相鉄・南海・泉北はランダム変調が適用されていません。

2レベルIGBT・MOSFET(SiC適用インバータ専用パターン)

最終更新日:2020.5.25

H2_S-1

音声ファイル(京王5000系)

解析画面(京王5000系)

加速
減速
パターン 非同期-(多パルス)-3P
登場時期 2015年
該当車種 京王8000系(更新車)京王5000系、都営12-600形3次車以降、つくばエクスプレスTX−3000系[nr]、神戸市交6000形
該当すると思われる車種(未調査) 相鉄20000系、福岡市交2000系更新車

[nr]ランダム変調なし

 現在のところSiC適用車種のみに用いられている、高速域が広域3パルスとなるパターンです。途中従来型9Pを経るもの、HOP5Pが間に追加されたもの、9Pも新種のPWMとなっているもの等非同期から3Pに至る過程はまだ定着していない印象です。これが定着したら、また改めて整理してみたいですね。