JP2001138911A

JP2001138911A - 貨物列車の発電機構およびこれを利用した情報通信システム

Info

Publication number: JP2001138911A
Application number: JP32213299A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 亨高橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】外部から電力を供給することなく、貨物車両
上に設置された各種装置に電力を供給することができ、
また保守に手間がかからない貨物列車の発電機構を提供
する。【解決手段】貨物列車の貨物車両に、車軸３４の回転
を動力源として発電する発電機３０を設ける。この発電
機３０は、車軸端に設けた磁石３１と、固定側の部材３
５に設置されたコイル３２とを備える。車軸３４に直接
に磁石３１を埋め込む代わりに、磁石３１が埋め込まれ
た軸受キャップを設け、これを車軸端に取付けても良
い。発電機３０で発電した電力は、二次電池を介して、
貨物車両のセンサ機器や通信装置、制御装置等の電源に
使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電源を有しない
貨物列車の貨物車両において、センサ機器や通信機器の
電源として用いられる貨物列車の発電機構およびこれを
利用した情報通信システムを提供することである。

【０００２】

【従来の技術】貨物列車の各車両の状況、例えば車軸軸
受温度等を、動力車両の運転席でモニタしようとした場
合、各車両にセンサ機器や送受信器の電源が必要とな
る。貨物列車の各車両に電源を供給するには、架線また
は動力車両から電線を使用して電源を引く必要がある。
あるいは貨物車両に電池が必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、架線から電源
供給するには集電装置が必要で構造が複雑になり、現実
的でない。動力車両から電線を使用して貨物車両に電源
を引く場合は、各車両間で電線の接続が必要になる。そ
のため、貨物車両の入れ換え等の作業が頻繁に行われる
場合に、車両間で配線接続作業が増えることになり、作
業効率の面で好ましくない。貨物車両に電池を搭載する
場合は、上記の各問題はないが、電池寿命の問題があ
る。貨物車両における通信をワイヤレスで行おうとした
場合、ある程度の電力が必要で、頻繁な電池交換により
保守が煩雑となる。

【０００４】この発明の目的は、外部から電力を供給す
ることなく、貨物車両上に設置された各種装置に電力を
供給することができ、また保守に手間がかからない貨物
列車の発電機構を提供することである。この発明の他の
目的は、発電機構の搭載と相まって、車両間の配線を行
うことなく、貨物車両の発生情報の動力車両への伝達が
行える貨物列車の情報通信システムを提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の貨物列車の発
電機構は、貨物列車の貨物車両に、車軸の回転を動力源
として発電する発電機を設けたものである。この構成に
よると、各種センサ機器や、制御機器、通信機器等を貨
物車両に設置した場合に問題となる電源供給を、車軸の
回転で発電する発電機から得ることで解消できる。その
ため、動力車両から電線を引く必要がなく、車両間の配
線接続が不要になる。

【０００６】この発明において、上記発電機は、車軸端
に設けた磁石と、固定側の部材に設置されて車軸の回転
に伴って誘導電流を発生するコイルとでなるものとして
も良い。固定側の部材は、車軸に対して回転しない部材
であり、車台や、軸受ハウジング、車軸ケース等であ
る。このように、車軸端を利用することで、車軸の回転
を利用する発電機を、簡単な構成で実現できる。

【０００７】この発明において、上記発電機は、磁石が
埋め込まれて車軸端に取付けられた軸端キャップと、固
定側の部材に設置されて車軸の回転に伴って誘導電流を
発生するコイルとでなるものとしても良い。このように
軸端キャップに発電機の磁石を設けることで、車軸に複
雑な加工を施すことなく、発電機を製作することができ
る。

【０００８】この発明の貨物列車の情報通信システム
は、貨物列車の貨物車両に、この車両に発生した情報を
検出するセンサ機器と、このセンサ機器の検出情報を他
の車両に伝達するワイヤレスの送受信器を設け、この送
受信器の電源として、この発明における上記いずれかの
構成の発電機構を用いたものである。この構成の場合、
送受信器をワイヤレス通信用のものとしたため、車軸の
回転を利用した発電機と相まって、車両間の配線を行う
ことなく、貨物車両の発生情報の動力車両への伝達が行
える。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図面と共
に説明する。この貨物列車の情報通信システムは、運転
席のある動力車両１に設置された列車の情報管理用のホ
ストコンピュータ３と、個々の貨物車両２に設置した中
継器５と、各車両１，２の前後両端に設けられたワイヤ
レスの送受信器４とを備える。中継器５は、マイクロコ
ンピュータで構成される。各送受信器４は、互いに連結
される車両１，２および車両２，２の対向する端部の送
受信器４，４間で双方向に通信されるものである。ワイ
ヤレスの送受信器４としては、微弱無線電波による通
信、磁気結合を利用した通信、赤外線による通信、超音
波による通信のいずれを行うものであっても良い。これ
ら送受信器４および中継器５により、列車全体の情報通
信経路１０が構成される。この情報通信経路１０は、２
組以上設けて冗長構成とし、障害発生時の対策としても
良い。貨物車両に搭載された送受信器４、中継器５、お
よび中継器５に接続された各種の電気機器、例えばセン
サ機器６の電源には、貨物車両の車軸の回転を動力源と
して発電する発電機３０が用いられる。発電機３０の具
体的構成については、後に説明する。

【００１０】指令を発信するのは動力車両１上のホスト
コンピュータ３であり、貨物車両２の中継器５は、外部
から呼び出されたときと、緊急のときだけ情報発信を行
う。個々の中継器５には、不揮発性のメモリ７（図３）
が搭載されており、車体の固有番号、メンテナンス情報
などが入力されていて、必要に応じて情報の更新が行わ
れる。また中継器５には入力端子８が設けられていて、
これに接続した入力用端末（図示せず）から、車両２上
のコンテナの情報を入力したり、別のセンサ機器６や制
御機器９から車両２の各種状態の入力ができるようにな
っている。センサ機器６および制御機器９は、一つであ
っても複数であっても良い。センサ機器６としては、例
えば、車軸または車軸軸受の温度を検出する温度検出器
等が設けられる。センサ機器６は、単独のセンサに限ら
ず、異常検出ユニットとして構成されて、センサの他に
異常判定手段を有し、その判定結果の信号を中継器５に
入力するものであっても良い。センサ機器６の出力の異
常判定機能は、中継器５に持たせても良い。

【００１１】この貨物列車の情報通信システムは、先頭
の動力車両１から発信された命令を次々に中継して、そ
れぞれの貨物車両２に伝達し、命令に対する応答を逆方
向に順次伝達していくことで、必要な情報が動力車両１
に集められる。図２は、通信の基本単位の概念を示す。
隣の車両から呼出信号を受信すると、それに対する応答
を同車両に返信する（応答作業）。必要に応じて反対側
の車両へ情報の送信する（中継作業）。最後尾の車両に
特別な符号を与えておけば、先頭の動力車両１で発信し
た情報が最後尾の車両まで届いているかどうかを確認す
ることができる。

【００１２】図３に示すように、中継器５と外部機器
（センサ機器６，制御機器９等）を接続することで、個
々の貨物車両２についての情報を中継器５に集めること
ができる。そして、呼出符号，応答符号の取決めと共
に、各種の符号を付加することによって、中継器５のメ
モリ７の記憶情報や、接続された外部機器から異常情報
等を取り出すようにすることもできる。電源１１は、発
電機３０と、この発電機３０の発電電力を蓄える二次電
池１１ａとで構成され、中継器５、センサ機器６、制御
機器９、および送受信器４の電源として用いられてい
る。

【００１３】図４は、動力車両１におけるホストコンピ
ュータ３の概念構成を示すブロックである。ホストコン
ピュータ３は、列車構成検出手段１２と、情報収集手段
１３と、緊急信号処理手段１４とを有する。列車構成検
出手段１２は、各車両２に列車構成の情報である構成応
答を求める構成要求命令の発信部１５と、この構成に対
する応答を記憶する構成応答記憶部１６とでなる。列車
構成検出手段１２の互いに異なる具体的な２種類の処理
例を図１０，図１６に各々示す。情報収集手段１３は、
各車両２に情報要求命令を発信すると共に、各車両２の
応答情報を記憶する手段であり、その情報要求命令を発
信する情報要求発信部１７と、応答情報を記憶する情報
応答記憶部１８とでなる。情報収集手段１３の互いに異
なる具体的な２種類の処理例を図１２，図１８に各々示
す。緊急信号処理手段１４は、貨物車両２から発信され
た緊急信号に対して所定の処理をする手段である。

【００１４】図５は、貨物車両２における中継器５の概
念構成を示すブロック図である。中継器５は、上記メモ
リ７および入力端子８の他に、構成要求処理手段１９、
情報要求処理手段２０、返信情報中継手段２１、および
緊急信号発信手段２２を有する。

【００１５】構成要求処理手段１９は、後に図１１の流
れ図と共に説明する処理を行う手段である。概略を説明
すると、構成要求処理手段１９は、送受信器４で受信し
た構成要求命令に所定の加工を施して車両識別情報（例
えばＩＤ番号）を生成し、この車両識別情報を構成応答
として応答すると共に、その車両識別情報を記憶し、か
つ上記加工の結果の構成要求命令を中継情報として送信
する手段である。情報要求処理手段２０は、ホストコン
ピュータ３から発信された情報要求に対して、所定の情
報応答を行う手段であり、後に図１３の流れ図と共に説
明する処理、または図１９の流れ図に示す処理を行う。
返信情報中継手段２１は、動力車両１から遠い方の車両
２から受信した返信情報（構成応答、情報応答、緊急信
号等）を、加工せずにそのまま動力車両１側へ送信する
手段である。ただし、返信情報中継手段２１は、車両１
台分の通過を認識させる所定の加工を行って動力車両１
側へ送信するものとしても良い。

【００１６】緊急信号発信手段２２は、センサ機器６で
所定の異常が検出されたときに、緊急信号を発信して動
力車両１のホストコンピュータ３へ伝える手段である。

【００１７】上記構成の動作を説明する。動力車両１に
貨物車両２が連結されて列車が構成された状態で、まず
列車構成情報を次のようにして収集する。ここでは、各
貨物車両２に識別情報（ＩＤ番号）を付ける方法を説明
する。この様子を、図６、図１０、図１１に示す。 (1) 動力車両１から構成要求が発信される。この構成要
求は、例えば、番号「Ｏ」とする。 (2) 受信した貨物車両２は、受信した番号に１を加えた
番号が自分の車両番号であると認識し、構成応答を返
す。１両目では、構成応答は番号「１」である。 (3) 応答を返すのと同時に、次の車両２に対して構成要
求を番号「１」で発信する。 (4) 上記(2),(3) を繰り返して各貨物車両２に番号が振
られて行く。 (5) 構成要求に対する応答を受けた貨物車両２は、その
情報をそのまま中継して先頭の動力車両１まで届ける動
作をする。 (6) 最後尾の貨物車両２には、予め特別な符号（最終情
報）を与えておくか、送信に対する応答が所定時間内に
戻って来ないのを確認することで、信号を中継せずに、
所定の符号を付けた応答を返すようにする。 (7) 以上で、動力車両１に列車の構成台数情報が集ま
り、個々の貨物車両２にはＩＤ番号が割り当てられる。
なお、最初に先頭の動力車両１から発行される構成要求
の番号は、任意の番号で良い。

【００１８】列車の構成情報が構築され、各車両２にＩ
Ｄ番号が割り当てられた後は、各種の情報を次のように
して収集することができる。この様子を図７、図１２、
図１３に示した。 (1) 先頭の動力車両１から情報送信要求が対象貨物車両
２のＩＤ番号付きで発信される。 (2) 受信した貨物車両２は、ＩＤ番号が自分のＩＤと一
致していなければ、そのまま中継する。 (3) 自分のＩＤと一致した場合には、要求された情報を
返信し、中継は行わない。 (4) 応答を受信した貨物車両２は、その情報を先頭の動
力車両１に届ける。

【００１９】各貨物車両２にＩＤ番号を割り当てずに、
同様のシステムを構成することもできる。列車の構成情
報は、前記のＩＤ番号を付ける場合と同様にして、次の
ように得ることができる。その処理を、図１６，図１７
に示す。 (1) 先頭の動力車両１から構成要求が発信される（番号
「０」）。 (2) 受信した貨物車両２は、受信した番号に１を加え、
その番号を受信応答として返答する。 (3) 応答を返すのと同時に、次ぎの貨物車両２に対して
構成要求を番号「１」で発信する。 (4) 上記(2),(3) を繰り返して各貨物車両２に構成要求
が伝達される。 (5) 構成要求に対する応答を受けた貨物車両２は、その
情報を中継して先頭の動力車両１まで届ける動作をす
る。 (6) 最後尾の貨物車両２には、予め特別な符号（最終情
報）を与えておくか、送信に対する応答が所定時間内に
戻って来ないのを確認することで、信号を中継せずに、
所定の符号を付けた応答を返すようにする。 (7) 以上で先頭の動力車両１に列車の構成台数分の返答
情報が集まり、連結されている貨物車両２が何台あるか
が明らかになり、台数の確認が行える。この場合も、最初に発行される構成要求の番号は任意の
番号で良い。

【００２０】各貨物車両２にＩＤ番号を割り当てずに各
種の情報を収集するには、次のような手順で情報伝達を
行えば良い。この様子を図８，図１８，図１９に示し
た。 (1) 先頭の動力車両１が、先頭から何両目の貨物車両２
に対する要求であるかを示す番号を付けて情報要求信号
を発信する。 (2) 信号を受信した貨物車両２は、要求番号から１を減
算し、「０」でなければその結果の番号を付けた情報要
求信号を次の貨物車両２に送信する。 (3) 減算結果が「０」になった場合は、要求された情報
に対する返信作業を行い、中継は行わない。 (4) 応答を受信した貨物車両２は、応答番号に１を加え
て情報を中継し、先頭の動力車両１に届けるようにす
る。このようにして、貨物車両２にＩＤ番号を振らなくて
も、情報を収集することができる。

【００２１】通常の場合は、各貨物車両２が送信作業を
行うのは、動力車両１からの要求信号に対する応答また
は中継をするとき、あるいは後続の貨物車両２からの送
信情報を中継するときだけであるが、緊急の場合には個
々の貨物車両２が自ずから情報発信できる。この様子を
図９，図１４，図１５に示した。 (1) 緊急信号を表す符号を付けて送信する（番号
「１」）。 (2) 緊急信号を受信し貨物車両２は番号に１を加えて中
継する。 (3) 先頭車両に届いた緊急信号の番号を見て、発信元の
貨物車両２が特定される。

【００２２】なお、貨物車両２にＩＤ番号が付されてい
るときは、緊急信号を発信する中継器５はＩＤ番号を付
して発信し、他の貨物車両２はそのまま緊急信号および
ＩＤ番号を中継することで、先頭の動力車両１における
ホストコンピュータ３に送るようにしても良い。

【００２３】図２０は発電機３０の一例を示す。この発
電機３０は、貨物車両２における車軸３４の軸端面に磁
石３１を埋め込み状態に取付け、固定側の部材である車
軸ケース３５の蓋部分３５ａの裏側に、磁石３１の磁極
に合わせて鉄心３３とコイル３２とを取付けたものであ
る。磁石３１は、車軸３４の軸心回りの円周方向に並べ
て複数設け、交互に極性を逆向きとしてある。車軸３４
は軸受３６を介して鞍などからなる軸受ハウジング３７
に支持され、軸受ハウジング３７に車台（図示せず）が
載せられている。この構成の発電機３０によると、車両
２の進行により車軸３４が回転すると、回転しない車軸
ケース３５に取付けられたコイル３２には誘導電流が流
れ、発電動作する。コイル３２に生じた電流は、車軸ケ
ース３５が回転しないため、電線（図示せず）を介して
取り出すことができ、電気を必要とする機器のところま
で配線することで、電力が供給できる。発電機３０の出
力は、貨物車両２の走行速度にって変動するため、電圧
を調整して二次電池１１ａ（図３）に蓄えるようにして
いる。

【００２４】図２１は、発電機３０の変形例を示す。こ
の発電機３０は、車軸３４に加工する代わりに、磁石３
１を埋め込んだ軸端キャップ３８を作り、車軸３４の端
面に軸端キャップ３８をボルト等で取付けたものであ
る。軸端キャップ３８は、例えば、図２２に示すよう
に、車軸３４の軸端に取り付けられて軸受ハウジング３
７との間にオイルシール３９が設けられる前蓋であって
も良い。その他の構成は、図２０に示した発電機と同じ
である。このように軸端キャップ３８に発電機３０の磁
石３１を設けることで、車軸３４に複雑な加工を施すこ
となく、発電機３０を製作することができる。なお、車
軸ケース３５内に余裕があれば、コイル３２は、車軸端
面に対して軸方向に面して配置せずに、半径方向に面し
て配置しても良い。また、前記各実施形態の発電機３０
は、車軸３４に磁石３１を取付けたが、この発明の貨物
列車の発電機構は、例えば、車軸３４に転接するローラ
等を介して車軸３４の回転を取り出し、発電の動力に利
用するものとしても良い。

【００２５】なお、この発明の発電機３０を用いた貨物
列車の情報通信システムは、上記実施形態のものに限ら
ず、車軸の回転で発電する発電機３０を備えたものであ
って、次のいずれかの構成を備えるものであっても良
い。以下の説明においては、上記実施形態で用いたもの
符号を参考のために付した。すなわち、この貨物列車の
情報通信システムは、貨物列車の各車両２の前後端にワ
イヤレスの送受信器４を設け、これら送受信器４は、互
いに連結される車両２の対向する端部の送受信器４，４
間で双方向に通信されるものとする。このように、ワイ
ヤレスの送受信器４を用いるため、車両２，２間に余分
な配線をすることなく、各車両２の情報を動力車両１に
集めることができる。隣同士の車両２，２間の通信がで
きれば、列車全体のネットワークが形成できるため、途
中で車両２の連結や切り離しが行われた場合でも、すぐ
に情報を再構築して列車の状態を知ることが可能であ
る。また、送受信器４は、各車両２の前後端に設け、隣
の車両２の互いに連結される端部同士で通信可能なもの
としたため、通信距離が短くて済む。そのため、小電力
のワイヤレス通信で送受信が可能であり、また混信や障
害物の影響を受けずに、通信ができる。この通信経路を
介して、例えば車軸軸受の異常が検出された場合などに
確実に異常情報を先頭の動力車両１に知らせることがで
き、走行中の貨物車両の状態を動力車両で監視すること
ができる。

【００２６】この構成の場合に、車両２の一端の送受信
器４を介して隣の車両２から受け取った情報を、他端の
送受信器４を介して反対側の車両２に伝達する中継器５
を各車両２に設け、これら送受信器４および中継器５に
より、列車全体の情報通信経路１０を構成しても良い。
このように、隣合った車両２間で１対１の双方向通信を
行い、それを各車両２で中継することで、列車全体の情
報通信経路１０を確保すれば、車両構成の変更に対して
影響を受けず、混信や干渉の問題のない情報伝達が可能
になる。

【００２７】上記中継器５は、各種の目的に使用でき
る。例えば、上記中継器５に、この中継器５が搭載され
た車両２に発生した事項を検出するセンサ機器６を接続
し、上記中継器５は、上記センサ機器５の検出した情報
を、上記情報通信経路１０を介して動力車両１に伝達す
る機能を有するものとしても良い。このように中継器５
にセンサ機器６を接続することで、その車両２に発生し
た情報を動力車両１に伝えることができる。

【００２８】上記のように、各車両２に送受信器４およ
び中継器５を設けて列車全体の情報通信経路１０を構成
した場合に、動力車両１にホストコンピュータ３を置
き、このホストコンピュータ３に、上記情報通信経路１
０を介して各車両２に情報要求命令を発信すると共に、
各車両２の応答情報を記憶する情報収集手段１３を設け
ても良い。これにより、ホストコンピュータ３の搭載さ
れた動力車両１で、列車全体の状態の管理が行える。

【００２９】

【発明の効果】この発明の貨物列車の発電機構は、電源
を持たない貨物車両において、車軸の回転を利用した発
電機を実装したため、外部から電力を供給することな
く、車両搭載の電気機器を利用できるようになる。ま
た、電池交換の必要がなくて、保守に手間がかからな
い。この発明の貨物列車の情報通信システムは、ワイヤ
レスの送受信器と、車軸の回転を利用した発電機とを組
み合わせたため、車両間の配線を行うことなく、貨物車
両の発生情報の動力車両への伝達が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる貨物列車の情報
通信システムの全体を示す概念構成の説明図である。

【図２】その通信の基本単位の概念構成を示す説明図で
ある。

【図３】その貨物車両の搭載機器構成を示す説明図であ
る。

【図４】そのホストコンピュータの概念構成を示すブロ
ック図である。

【図５】その中継器の概念構成を示すブロック図であ
る。

【図６】列車構成要求の伝達例の概念を示す説明図であ
る。

【図７】情報送信要求の伝達例の概念を示す説明図であ
る。

【図８】情報送信要求の他の伝達例の概念を示す説明図
である。

【図９】緊急信号の送信例の概念を示す説明図である。

【図１０】列車構成検出手段の処理例を示す流れ図であ
る。

【図１１】構成要求処理手段の処理例を示す流れ図であ
る。

【図１２】情報収集手段の処理例を示す流れ図である。

【図１３】情報要求処理手段の処理例を示す流れ図であ
る。

【図１４】緊急信号発信手段の処理例を示す流れであ
る。

【図１５】緊急信号の中継の処理例を示す流れ図であ
る。

【図１６】列車構成検出手段の他の処理例を示す流れ図
である。

【図１７】構成要素処理手段の他の処理例を示す流れ図
である。

【図１８】情報収集手段の他の処理例を示す流れ図であ
る。

【図１９】情報要求処理手段の他の処理例を示す流れ図
である。

【図２０】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる発電
機の斜視図、（Ｂ）はその断面図である。

【図２１】この発明の他の実施形態にかかる発電機の斜
視図である。

【図２２】同発電機と車軸軸受との具体的な関係例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１…動力車両２…貨物車両３…ホストコンピュータ４…送受信器５…中継器６…センサ機器１０…情報通信経路１１…電源１１ａ…二次電池１２…列車構成検出手段１３…情報収集手段１９…構成要求処理手段２０…情報要求処理手段２１…返信情報中継手段３０…発電機３１…磁石３２…コイル３３…鉄心３４…車軸３５…車軸ケース（固定部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貨物列車の貨物車両に、車軸の回転を動
力源として発電する発電機を設けた貨物列車の発電機
構。
【請求項２】上記発電機は、車軸端に設けた磁石と、
固定側の部材に設置されて車軸の回転に伴って誘導電流
を発生するコイルとでなる請求項１記載の貨物列車の発
電機構。
【請求項３】上記発電機は、磁石が埋め込まれて車軸
端に取付けられた軸端キャップと、固定側の部材に設置
されて車軸の回転に伴って誘導電流を発生するコイルと
でなる請求項１記載の貨物列車の発電機構。
【請求項４】貨物列車の貨物車両に、この車両に発生
した情報を検出するセンサ機器と、このセンサ機器の検
出情報を他の車両に伝達するワイヤレスの送受信器を設
け、この送受信器の電源として、請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の発電機構を用いた貨物列車の情報
通信システム。