JP2002101502A - 鉄道車両の主回路システムの故障検出装置 - Google Patents
鉄道車両の主回路システムの故障検出装置Info
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Abstract
状態と出力値との比較から故障を検出する。 【解決手段】主回路制御装置4の故障判定手段4Dは、
車両の加速度が0.3m/s2以上である「加速中」と
判断されているにもかかわらず、主電動機6へ流れる電
流の電流値が100A未満であるときには異常であると
判定する。主電動機6へ流れる電流の電流値が100A
未満の状態が10秒以上継続した場合に、異常としてカ
ウンタを1だけ加算する。異常が連続して3回起こり、
カウンタが3以上になると、故障であると判定して、報
知手段4Hによって、故障表示灯5bを点灯させたり、
モニター手段5cのディスプレイに故障表示をさせたり
して、乗務員・保守員などの注意を喚起する。
Description
路システムの故障検出装置に関する。
を検出する手法として、主回路制御装置への入力値と出
力値を比較して故障を検出する方法が知られている。
ステムの主回路制御装置に入力された場合に、その力行
指令に対応する電流や電圧が、主回路制御装置から主電
動機へ出力されているかどうかを検出し、その力行指令
に対応する電流や電圧が出力されていれば正常であると
判断するが、出力されていなければ異常であると判断
し、何らかの故障が発生していると考えることができ
る。よって、例えば、力行指令が入力されたにもかかわ
らず、主電動機へ流れる電流や電圧が0(零)のままで
あれば、故障であると判断される。
方法は、あくまで主回路制御装置への入力値と出力値と
の比較を行って判断しているだけであるので、そのよう
な比較をするための入力がない場合、例えば、運転台か
ら指令された力行指令を伝送するための配線が断線した
場合や力行指令を受信するための素子が故障することに
よって力行指令が主回路制御装置に入力されなかった場
合などにおいては、主回路制御装置に実際に力行指令が
ないために入力がないのか、それとも実際には力行指令
があるものの何らかの不具合によって主回路制御装置に
入力がないのかを判断することはできない。つまり、主
回路制御装置は、その状況が正常であるか否かを判断す
ることができない。
線)から電力が供給されなかった場合には、電車線電圧
が停電したために供給されないのか、それとも電車線と
主回路システムとの間における配線の断線やメインフュ
ーズの溶断によって供給されないのかを、判断すること
はできない。このように、主回路制御装置への入力値と
出力値との比較を単に行うだけでは、故障を検出するこ
とができない場合がある。
される電流や電圧の設計最大値を予め計算しておき、そ
の上で、車両の運行中に前記出力される電流や電圧を監
視し、設計最大値を超えるような値になった場合に、何
らかの異常があったと判断することも行われていたが、
前述した場合と同様に、故障を検出することができない
場合がある。
ので、入力される指令値とは関係なく、実際の車両の状
態と主回路制御装置からの出力値との比較から故障を検
出することが可能である鉄道車両の主回路システムの故
障検出装置を提供することを目的とする。
に、請求項1の発明は、一編成内に少なくとも2ユニッ
ト以上の主変換装置を有する鉄道車両の主回路システム
の故障検出装置において、車両の速度を検出する速度検
出手段と、この速度検出手段からの速度信号に基づき車
両の加速度を検出する加速度検出手段と、前記主変換装
置から主電動機へ流れる電流を検出する電流検出手段
と、前記加速度検出手段及び電流検出手段よりの信号を
受け、前記車両の加速度と主電動機へ流れる電流との関
係に基づき主回路システムが異常又は故障であるか否か
を判定する判定手段とを備えているものである。ここ
で、「一編成内に少なくとも2ユニット以上の主変換装
置を有する」とは、主変換装置による車輪の制御の態様
に関係なく、一編成内に少なくとも2ユニット以上の主
変換装置が含まれていればよいことを意味する。よっ
て、例えば、1つの主変換装置で1つの車輪を制御する
ために1つの車両に4つの主変換装置が設けられている
場合であっても、1つの主変換装置で8つの車輪を制御
するために2つの車両に対して1つの主変換装置が設け
られている場合であっても、一編成内に少なくとも2ユ
ニット以上の主変換装置が含まれていれば、請求項1の
発明の対象となる。
手段にて車両の速度が検出され、その車両の速度から、
加速度検出手段によって車両の加速度が検出される。一
方、電流検出手段によって、主変換装置から主電動機へ
流れる電流が検出される。それから、判定手段によっ
て、加速度と主電動機へ流れる電流との関係に基づき主
回路システムが異常であるか否かが判定される。すなわ
ち、車両(列車)が所定の加速度を得るためには、それ
に見合う電流が主電動機に流れているはずであるから
(経験的に確認されている)、そのような電流が流れて
いない場合には、正常でなく、何らかの問題が発生して
いる異常な状況であると、判定手段が判定する。
く、実際の車両の状態(加速度)とそれに対応する出力
値(主電動機への電流の電流値)とを比較することによ
って、それらが本来予想される対応関係にない場合に
は、主回路システムが異常であると判定される。
前記判定手段が、前記加速度検出手段よりの信号に基づ
き加速中であると判断した場合においてのみ、前記主回
路システムが異常であるか否かを判定するものであり、
加速中において前記主電動機へ流れる電流の電流値が設
定値未満であるときに主回路システムが異常であると判
定するように構成することができる。なお、前記加速度
検出手段よりの信号にて「加速中」であると判定される
場合には、車両は力行中であると判断される。また、
「加速中」と判定するための加速度のしきい値(設定
値)は、車両の性能を考慮して適宜決定される。
おいて、主電動機へ流れる電流が設定値未満であるとき
には、主電動機に加速に必要な電流が流れておらず、加
速するはずがないのに加速しているので、異常であると
判定される。よって、入力される指令値とは関係なく、
加速度と主電動機へ流れる電流との関係から、主回路シ
ステムが異常であることが検出される。
定手段よりの信号を受け、前記異常が継続して発生して
いる時間を計測するタイマー手段と、このタイマー手段
よりの信号を受け、前記異常が継続して発生している時
間が設定時間以上になる場合にカウンタを1だけ増加さ
せるカウント手段とを備え、前記判定手段は、このカウ
ント手段よりの信号を受け、前記カウンタが設定値以上
になった場合に、故障であると判定することが望まし
い。なお、前記タイマー手段についての設定時間やカウ
ント手段についての設定値(設定回数)は、運用される
路線状況及び、運行パターンを考慮して適宜決定する必
要がある。ここで、タイマー手段及びカウント手段を設
けている理由は、例えば車両が下り勾配を走行したとき
などにおいては、主電動機に電流が流れていない状態が
生ずるにもかかわらず、車両が加速する場合も考えられ
るので、このような状態を異常(故障)であると誤検出
させないためである。
によって正常でない、すなわち異常であると判定された
場合に、同じような異常な状況が継続して発生している
時間が、タイマー手段によって計測され、その計測時間
(異常が継続して発生している時間)が設定時間以上に
なると、主回路システムが異常であるとされ、カウント
手段によってカウンタが1だけ加算され、カウンタを1
だけ増加させる。
なく、上述したような異常であると考えられる状況が連
続して繰り返して発生し、カウンタが設定値以上になる
まで増加した場合に、初めて、主回路システムに故障が
発生していると判定される。そして、その故障情報が、
例えば運転台に設けられた故障表示灯や、モニター装置
を利用して、乗務員・保守員などに知らされ、それらの
注意が喚起される。
判定手段は、前記加速度検出手段よりの信号にて加速中
であるか否かの判定に先だって、停車中であるか否かの
判定をし、停止中であると判定した場合においてのみ、
その後、加速中であるか否かの判定をすることが望まし
い。
停車した後、発車すると、加速のために運転台から力行
指令が出されるので、その力行指令ごとに、加速中であ
るか否かの判定が行われることになる。よって、加速中
であるか否かの判断がむやみに行われることがなくな
り、停車後の加速時(力行指令時)という同一の条件の
下で異常の判定が行われる。
前記加速度検出手段及びタイマー手段よりの信号を受
け、前記加速度と主電動機へ流れる電流との関係に基づ
き異常でないと判定した場合に、前記カウンタをリセッ
トするリセット手段を有することが望ましい。
な状態が発生した後であっても、何らかの原因にて正常
な状態に復帰すると、もはや異常な状態の発生回数をカ
ウントして故障を検出する必要がなくなるので、リセッ
ト手段によって、カウンタがリセットされ、初期状態に
戻され、故障であると誤検出することがなくなる。
面に沿って説明する。
である。
ように構成され、電車線100から供給される電力が、
集電機能をもつ集電装置1(パンタグラフ)から、主フ
ューズ装置2を経て、主変換装置であるインバータ装置
3,3に取り込まれる。このインバータ装置3は主回路
制御装置4によって制御され、主回路制御装置4は、運
転台5の主幹制御器5a(マスターコントローラ)から
の運転指令(力行指令、ブレーキ指令)を受け、それに
応じた電力を主電動機6に対して供給するようにインバ
ータ装置3を制御するものであり、鉄道車両の走行特性
の基本となる主電動機6の回転速度、トルク等の制御を
行う。
行指令が主回路制御装置4に入力されると、主回路制御
装置4からの信号によって、インバータ装置3が作動
し、力行指令の指令値に応じた電流を主電動機6へ供給
し、これによって主電動機6が回転し、鉄道車両は走行
を開始するようになっている。
度発電機7が関連づけられている。この速度発電機7
は、車輪の回転に応じた誘導電圧を誘起するもので、速
度を検出する速度センサとして用いられ、速度情報(速
度信号)が主回路制御装置4に送られる。そして、主回
路制御装置4は、その速度情報(速度信号)を処理し
て、車両の停止を検出する停止検出手段4Aと、速度発
電機7からの信号に基づき車両の加速度を検出する加速
度検出手段4Bを備える。なお、鉄道車両の加速度は、
主電動機6に回転数センサ(図示せず)を取り付け、そ
れを用いて検出した回転数情報を主回路制御装置4に送
り、それによって加速度を算出するようにすることもで
きる。
電動機用電流検出器8(電流検出手段)によって検出さ
れる。また、前記電流検出器8は、2つの主電動機6毎
に、すなわち台車ごとに設けられている。前記電流検出
器8にて検出される電流情報(電流信号)は主回路制御
装置4に送られる。
出器8よりの信号を受け、主電動機6へ流れる電流を検
出する電流検出手段4Cを備える。
停止検出手段4A、加速度検出手段4B及び電流検出手
段4Cよりの信号を受け、車両が停止するごとに加速度
と主電動機6へ流れる電流(電流値)との関係に基づき
主回路システムが異常であるか否かを判定し、その異常
な状況が連続して発生した回数に基づき故障であるか否
かを判定する故障判定手段4Dを備える。この故障判定
手段4Dは、例えば、加速度が0.3m/s2以上であ
る場合に「加速中」であると判定し、「加速中」と判断
されているにもかかわらず、主電動機6への電流値が1
00A未満であるときには、正常ではない、すなわち異
常であると判定する。そして、故障判定手段4Dによる
異常の検出が連続して起こり、そのカウント回数(カウ
ンタC)が設定値(例えば3回)以上になると、該当す
る主回路システムにて何らかの故障が発生していると判
定する。
に、故障判定手段4Dよりの信号を受け、異常が発生し
ている時間を計測するタイマー手段4Eと、このタイマ
ー手段4Eよりの信号を受け異常が発生している時間が
設定時間以上である場合にカウンタCを1だけ増加する
カウント手段4Fと備え、このカウント手段4Fよりの
信号を受け、カウンタCが設定値以上になった場合に、
故障であると判定する。故障であると判定されると、報
知手段4Fによって故障であることが報知される。この
報知は、運転台5の故障表示灯5bを点灯したり、ある
いはモニター手段5c(図3参照)のディスプレイに表
示したりして実行する。
が流れていない場合には、計測開始信号がタイマー手段
4Eに送られ、電流が流れていない時間(信号が送られ
てくる時間)が計測され、その時間が設定時間以上にな
ると、異常が発生したものと考え、信号がカウント手段
4Fに送られ、異常発生回数としてのカウンタCを1だ
け加算する。具体的には、例えば、「加速中」と判断さ
れているにもかかわらず、主電動機6へ流れる電流の電
流値が100A未満の状態が10秒以上継続した場合
に、何らかの異常が発生しているものと判断し、カウン
ト手段4Fにてカウントされ、その結果としてのカウン
タCが、故障判定手段4Dに知らされる。
止検出手段4Aにて車両が停止するごとに繰り返され、
加速度検出手段4B及びタイマー手段4Eよりの信号を
受けるリセット手段4Gにおいて、正常、すなわち加速
度が0.3m/s2以上で主電動機6へ流れる電流の電
流値が100A以上となった場合や10秒以上継続しな
くなった場合には正常な状態に復帰したものと判断し、
故障であることを報知する必要がなくなるので、カウン
ト手段4Fにリセット信号が送られ、カウンタCがリセ
ットされ、初期値0に戻される。
出が連続して起こり、その回数(カウンタC)が設定値
(例えば3回)以上になると、該当する主回路システム
にて何らかの故障が発生していると判断される。すなわ
ち、異常が1回生じただけでは故障と判定せずに、連続
して設定回数だけ生じたときに、故障と判定するように
なっている。つまり、異常な状態が1回発生しただけで
は、故障とは判定せず、異常な状態が繰り返して起こ
り、その起こる回数(カウンタ)が設定値以上になった
ときに初めて故障であると判定することで、誤検出が生
ずるのを回避しているのである。
は、故障判定手段4Dから報知手段4Hに報知信号が送
られ、この報知手段4Hが、故障表示灯5bを点灯させ
たり、モニター手段5cのディスプレイに故障表示をさ
せたりして、乗務員・保守員などの注意を喚起すること
になる。また、同時に主回路制御装置4内の記憶手段
(図示せず)に故障時の機器状態を記録するようにする
こともできる。
の流れを、図2に沿って説明する。なお、この主回路制
御装置4が、後述するように、入力される指令値とは関
係なく、実際の車両の状態(車両の加速度)とそれに対
応する出力値(電動機へ流れる電流の電流値)との比較
から、故障を検出する故障検出装置として機能するよう
に構成されている。
ず、カウント手段4Fにおいてカウントされているカウ
ンタCがリセットされ(ステップS1)、カウンタC=
0とされ、タイマー手段4Eによる計測時間tもリセッ
トされ(ステップS2)、計測時間t=0とされ、初期
状態とされる。
発電機7からの信号に基づき車両が停止中であるか否か
が判断され(ステップS3)、停止中であると判断され
るまで、ステップS3の判断が繰り返される。この停止
中であるか否かの判断は、車両の速度vが5km/h未
満の場合には停止中であり、車両の速度vが5km/h
以上の場合には走行中であるとされる。また、停車中で
あるか否かの判断を行うのは、例えば駅などの停車した
ことを基準として、その後の力行指令による加速状況に
より異常又は故障であるか否かを判断するためにであ
る。
て、加速度検出手段4Bにより車両が加速中である否か
が判断され(ステップS4)、停止中が継続している場
合には、加速中であると判断されるまで、ステップS4
の判断が繰り返される。この加速中であるか否かの判断
は、加速度αが0.3m/s2であれば加速中であり、
加速度αが0.3m/s2未満であれば加速中でないと
される。
Cにより主電動機6に電流が流れているか否かが判断さ
れる(ステップS5)。ここで、電流が流れているか否
かのしきい値は100Aとし、電流値Iが100A以上
であれば電流が流れていると判断し、電流値Iが100
A未満であれば電流が流れていないと判断する。
状態に関係なく、現在は正常であると判断されるので、
ステップS1に戻り、リセット手段4Gによりカウント
手段4FによるカウンタCをリセットし、初期状態に戻
される一方、電流が流れていなければ、故障である可能
性があるので、タイマー手段4Eによる計測が10秒以
上継続しているか否か、すなわち計測時間tが10秒以
上であるか否かを判定する(ステップS6)。
加速中であるにもかかわらず必要な電流量が主電動機6
に流れていないと判断されるので、主回路システムが異
常又は故障と考えられる事態であり、カウント手段4F
においてカウンタCを1だけ加算してC+1とする(ス
テップS7)一方、計測時間tが10秒以上でない場合
には、異常又は故障ではないと考えられるので、ステッ
プS2に戻り、計測時間tがリセットされ、t=0とさ
れる。
く、例えば下り坂などを運行している場合にも、加速中
であるにもかかわらず必要な電流量が流れていないと判
断され、ステップS7でカウンタCが1だけ増加するこ
とになるが、カウンタCがC+1とされた後には、ステ
ップS2に戻るので、次に停車するまでカウンタCが増
加することはない。また、下り坂などを運行している場
合に電流が流れないのは正常な状態であるから、一旦停
車した後(ステップS3)、ステップS5で主電動機6
に電流が流れているか否かが判定される際に、電流が流
れていると判定され、ステップS1に戻ることになる。
それによって、カウンタCがリセットされ、C=0とな
り、下り坂などを運行している場合には、結果としてカ
ウントされないことになる。従って、車両が停止する駅
が下り坂の途中に2つある場合などの特殊な場合を除
き、通常は、下り坂などを運行していることを原因とし
て、加速中であるにもかかわらず必要な電流量が流れて
いないとして、故障の判定のためのカウンタCに影響を
与えることはない。
考えられる事態が連続して発生したか否か(すなわちカ
ウンタCが3以上であるか否か)を判定し(ステップS
8)、カウンタCが3以上である場合には、駅などで3
回停車し、その停止後の3回の力行においていずれも、
異常と考えられる事態が発生していると判断されたので
あるから、故障以外の原因で異常と判定される場合(例
えば、前述したしたところの下り坂などを原因として、
加速中であるにもかかわらず必要な電流量が流れていな
い場合)は考えられず、報知手段4Hにより、故障表示
灯5bを点灯させたり、モニター手段5cのディスプレ
イに故障表示をさせたりすることにより、外部に故障で
あることを出力し(ステップS9)、乗務員、保守員な
どの注意を喚起して、終了する。一方、3回以上連続し
て発生していない場合には、ステップS2に戻り、計測
時間tがリセットされ、前述した処理を繰り返すことに
なる。
故障表示灯5bを点灯させたり、モニター手段5cのデ
ィスプレイに故障表示をさせたりするだけでなく、故障
と判定する前の異常な状態が発生している状況を、例え
ばカウンタCを表示したりするなどして報知するように
してもよい。
4E及びカウント手段4Fを用いて、下り坂などを運行
している場合などのように、加速中であるにもかかわら
ず必要な電流量が流れていないと判断される正常な場合
に、異常又は故障と判定するのを防止するようにしてい
るが、本発明はそれに限定されるものではなく、例え
ば、車両の加速度と主電動機への電流との関係に基づき
異常又は故障であるか否かを判定し、異常又は故障であ
ると判定された場合には、とりあえず、乗務員などの注
意を喚起するようにし、その後の処理は乗務員などに任
せるようにし、故障検出装置における処理の簡単化を図
ることもできる。
4を搭載した車両に限定されるものではなく、抵抗制御
方式・チョッパー制御方式など、電動機を動力とするす
べての電車や機関車において適用することができる。
され、以下に述べるような効果を奏する。
機への電流との関係に基づき異常又は故障であるか否か
を判定するようにしているので、入力される指令値とは
関係なく、実際の車両の状態を示す加速度と出力値であ
る主電動機への電流との比較から、主回路システムの異
常又は故障を検出することができる。
出するために新たな検出回路の追加が必要であった主回
路システムの異常又は故障を、ハード的な特別な故障検
出機構を設けなくとも、従来の主回路システムに必要な
構成部品のみで検出が可能となり、低コストでありなが
ら、正確に主回路システムの異常又は故障を検出し、乗
務員・保守員などにその情報を提供することを簡単に実
現することが可能となる。
機への電流の電流値が設定値未満であるときに、異常で
あると判定するようにしているので、入力される指令値
とは関係なく、異常を簡単に検出することができる。
以上継続する事態の発生回数をカウントし、その数が設
定値以上になった場合に、故障であると判定するように
しているので、誤検出を回避して、確実に主回路システ
ムの故障を検出することができる。
判定に先だって、停車中であるか否かの判定をするよう
にしているので、加速中であるか否かの判定をむやみに
行うということがなくなり、駅などに停車した後、運転
台から力行指令が出されるごとに、加速中であるか否か
の判定を行うことができる。
機への電流の電流値との関係に基づき異常でないと判定
されれば、カウンタをリセットするようにしているの
で、異常の発生後であっても、正常な状態に復帰すれ
ば、故障であると、誤って判定されることはない。
を示す図である。
ート図である。
検出装置のブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 一編成内に少なくとも2ユニット以上の
主変換装置を有する鉄道車両の主回路システムの故障検
出装置において、 車両の速度を検出する速度検出手段と、 この速度検出手段からの速度信号に基づき車両の加速度
を検出する加速度検出手段と、 前記主変換装置から主電動機へ流れる電流を検出する電
流検出手段と、 前記加速度検出手段及び電流検出手段よりの信号を受
け、前記車両の加速度と主電動機へ流れる電流との関係
に基づき主回路システムが異常又は故障であるか否かを
判定する判定手段とを備えていることを特徴とする鉄道
車両の主回路システムの故障検出装置。 - 【請求項2】 前記判定手段は、前記加速度検出手段よ
りの信号に基づき加速中であると判断した場合において
のみ、前記主回路システムが異常であるか否かを判定を
するものであり、加速中において前記主電動機へ流れる
電流の電流値が設定値未満であるときに主回路システム
が異常であると判定するものである請求項1記載の鉄道
車両の主回路システムの故障検出装置。 - 【請求項3】 さらに、前記判定手段よりの信号を受
け、前記異常が継続して発生している時間を計測するタ
イマー手段と、 このタイマー手段よりの信号を受け、前記異常が継続し
て発生している時間が設定時間以上になる場合にカウン
タを1だけ増加させるカウント手段とを備え、 前記判定手段は、このカウント手段よりの信号を受け、
前記カウンタが設定値以上になった場合に、故障である
と判定するものである請求項2記載の鉄道車両の主回路
システムの故障検出装置。 - 【請求項4】 前記判定手段は、前記加速度検出手段よ
りの信号に基づく加速中であるか否かの判断に先だっ
て、停車中であるか否かの判断をし、停止中であると判
断した場合においてのみ、その後、加速中であるか否か
の判断をするものである請求項2又は3記載の鉄道車両
の主回路システムの故障検出装置。 - 【請求項5】 さらに、前記加速度検出手段及びタイマ
ー手段よりの信号を受け、前記車両の加速度と主電動機
へ流れる電流との関係に基づき異常でないと判定した場
合に、前記カウンタをリセットするリセット手段を有す
る請求項3又は4記載の鉄道車両の主回路システムの故
障検出装置。
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