JP2005030589A - 鉄道車両におけるｉｃタグ・センサ付き軸受の異常検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の軸受の異常発生の検査を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することのできる簡素で安価な異常検査システムを提供する。
【解決手段】 このシステムは、機械設備１０に組込まれた転がり軸受１の異常検査システムである。軸受１をＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａとし、そのＩＣタグ３に対して記憶情報の読取りおよび電源回路５に対する給電を非接触で行うタグ読書き端末２を設ける。ＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａは、ＩＣタグ３と、温度センサ４と、電源回路５とを軸受１に設けたものである。上記電源回路５は、上記ＩＣタグ３に内蔵されまたはこのＩＣタグ３とは別体とされて非接触で軸受外部から給電され、上記センサ４を駆動するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道車両に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグおよびセンサ付きのものとして上記軸受の異常を検出する鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムに関する。

各種の機械設備において、転がり軸受が多数個使用され、その軸受寿命の管理が必要でありながら、管理が難しい場合が多くある。
鉄道車両では、多数ある各車輪の支持に軸受が用いられているが、客や荷物を目的地まで輸送するため、車両が動き出すと途中では容易に止めることができない。そのため、運転途中で異常が発生しないようにするために、車両停止時に軸受を定期的に検査し、管理している。

鉄道車両の車輪支持用の軸受では、上記のように定期的な検査を停止時に行っているが、運転時間が長く、高速で長距離を走る車両では、軸受の使用条件が過酷なものとなる。そのため、停止時の定期検査だけでは、軸受の異常発生を十分に予防することができないことがある。また、走行時の軸受状態が停止時では的確に知ることができない。

この発明の目的は、多数の軸受の異常発生の検査を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することのできる簡素で安価な鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムを提供することである。

この発明の鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムは、鉄道車両に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグと、検出対象を検出するセンサと、上記ＩＣタグに内蔵されまたはこのＩＣタグとは別体とされて非接触で軸受外部から給電され上記センサを駆動する電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受とし、上記ＩＣタグに対する情報の読取りおよび上記電源回路に対する給電を非接触で行うタグ用受信機を設けたものである。上記ＩＣタグ・センサ付き軸受は車輪支持軸受であっても良い。
この構成によると、上記タグ用受信機を定期的にあるいは任意時に移動させて軸受に近づけ、そのときに電力を軸受の電源回路に供給し、その電力でセンサを駆動し、任意の時間だけセンサを稼働させて測定を行うことができる。測定結果により軸受の異常が検査できる。測定結果は、タグ用受信機に送信しても良いし、また、ある一定の条件に達したときのみ送信するようにしても良い。このような操作を、１台のタグ用受信機で多数のＩＣタグ・センサ付き軸受につき行うこともできる。
このため、従来の常時検査の場合のように、各軸受ユニットにセンサの他に送信装置および常時駆動用の電源を付けずに、ＩＣタグと供給電力をセンサに伝える電源回路を設けるだけで済み、各軸受ユニット毎に対応する受信機を設ける必要もなく、そのため設置スペースが少なくて済み、設備費用も少なくて済む。例えば、１日１回とか、ある時間毎に１回とかの監視時を決めて断続的に監視すれば良いので、多くの軸受を監視することができ、測定したい軸受が多くても対応ができる。また、測定の結果により、異常が発生する前に交換することができるので、鉄道車両自体の故障に繋がらず、鉄道車両自体を傷めずに済む。また、鉄道車両を停止した定期保守時に不良兆候のある軸受を交換することもできるので、交換用の軸受や軸受ユニット等の必要な在庫が行い易い。

この発明において、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が、上記センサとして、温度センサおよび振動センサの両方またはいずれか一方を有するものとしても良い。その場合に、上記電源回路は上記各センサの駆動が可能なものとしても良い。
軸受の寿命は、温度や振動によって判断される。温度情報の他に振動の情報が得られると、より精度良く軸受異常の判断が行える。

上記ＩＣタグには、このＩＣタグを設けた転がり軸受の識別情報を記憶させておいても良い。上記識別情報は製品番号やロット番号等である。軸受の識別情報が温度測定情報と共に得られると、管理用のコンピュータ等による寿命判断や管理がより一層容易になる。また、上記ＩＣタグには、鉄道車両に対する軸受の設置場所の情報を記憶させても良い。

上記鉄道車両は、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が複数個配列されたものであっても良い。多数個の軸受が配列されている場合に、この発明のＩＣタグ・センサ付き軸受を用いた異常検査システムが効果的となる。

上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が車輪支持軸受である場合に、上記鉄道車両を走行させる経路に、上記鉄道車両の走行時に読取りおよび給電が可能なように上記タグ読書き端末を設置しても良い。
鉄道車両の場合、多くの軸受が用いられるが、これらの軸受の温度，振動等の検出対象が走行経路に設けられたタグ読書き端末により読み取れるため、走行中の測定が可能になる。そのため、車両停止時の定期検査を補い、より確実な軸受異常判断が行える。

この発明の鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムは、鉄道車両に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグと、検出対象を検出するセンサと、上記ＩＣタグに内蔵されまたはこのＩＣタグとは別体とされて非接触で軸受外部から給電され上記センサを駆動する電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受とし、上記ＩＣタグに対する記憶情報の読書きおよび上記電源回路に対する給電を非接触で行うタグ読書き端末を用いて定期的にまたは任意時に上記センサを駆動させ、かつＩＣタグの記憶情報を読み取る方法である。
この方法によると、この発明の異常検査システムで説明したと同様に、多数の軸受の異常発生の検査を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することができる。しかも簡素で安価な検査方法となる。

この発明の鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムは、鉄道車両に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグと、検出対象を検出するセンサと、電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受とし、上記ＩＣタグに対する記憶情報の読書きと、上記電源回路に対する給電とを非接触で行うタグ読書き端末を設けたものであるため、多数の軸受の異常発生の検査を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することができる簡素で安価な異常検査システムとすることができる。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すように、この鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムは、鉄道車両１０Ａに組込まれた転がり軸受１をＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａとし、タグ読書き端末２を設けたものである。ＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａは、転がり軸受１に、ＩＣタグ３と、温度センサ４と、電源回路５とを設けたものである。電源回路５は、ＩＣタグ３に内蔵されまたはこのＩＣタグ３とは別体とされて非接触で軸受外部から給電され、上記温度センサ４を駆動するものである。上記ＩＣタグ３、温度センサ４、および電源回路５は、共通の基板上に設置されて一つの軸受装備電子部品６を構成する。軸受装備電子部品６は、図１中に引き出して拡大したブロック図により概念構成を示してある。タグ読書き端末２は、ＩＣタグ・センサ付き軸受１ＡのＩＣタグ３に対して記憶情報の読取り、および上記電源回路５に対する給電を非接触で行うものである。

鉄道車両１０Ａは、車輪６１を支持する車輪支持軸受１をＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａとする。また鉄道車両を走行させる経路にタグ用受信機２を設置し、このタグ用受信機２により鉄道車両の走行時にＩＣタグ３の読取りおよび電源回路５への給電が可能なようにする。

ＩＣタグ３は、ＩＣチップ１１とアンテナ１２とで構成される。これらＩＣチップ１１とアンテナ１２は、共通の基板（図示せず）に設けられ、樹脂（図示せず）等で一体に包まれる。ＩＣタグ３は、種々の形式，形状，大きさのものがあり、板状の物の他に、例えば１mm未満の大きさの角状や球状のものなどがあり、また記憶容量も種々異なるが、取付対象となる軸受１に応じて大きさや形式等を選択すれば良い。ＩＣタグ３としては、例えばＲＦＩＤ（無線周波数認識：Radio Frequency Idetification)技術を応用したＲＦＩＤタグが利用できる。ＲＦＩＤ形式のＩＣタグ３は、伝送方式として、静電結合、電磁結合、電磁誘導、マイクロ波、光などを用いる形式のものがあり、このうちいずれの形式のものを用いても良いが、図示の例では電磁誘導形式のものを用いている。また、ＩＣタグ３は、周辺に金属があっても使用可能なものがあり、軸受１に取付けるため、このようなものが好ましい。

図２は、ＩＣタグ３等を設けた軸受装備電子部品６とタグ読書き端末２の構成の一例を示すブロック図である。ＩＣタグ３のＩＣチップ１１は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３、メモリ１４、送受信回路１５、および電源回路５を有しており、電源回路５はアンテナ１２から電源を得るものとされている。電源回路５はＩＣタグ３の各部の駆動に用いられる他に、温度センサ４の駆動にも用いられ。メモリ１４は情報の記憶に電源が不要なものが用いられる。
軸受装備電子部品６は、このようなＩＣタグ３と、温度センサ４とを、共通の基板等に搭載するなどして一体に取扱い可能な部品としたものである。温度センサ４の出力は、例えばＩＣタグ３の所定の入力端子（図示せず）に接続される。温度センサ４としてアナログ出力のものを用いた場合、その出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１６を介してＩＣタグ３等に出力される。Ａ／Ｄコンバータ１６は、温度センサ４と共通の基板（図示せず）等に設置され、温度センサ４とＡ／Ｄコンバータ１６とでコンバータ付き温度センサ４Ａが構成される。コンバータ付き温度センサ４Ａの出力は、図示の例ではＩＣタグ３の中央処理装置１３に接続しているが、送受信回路１５に接続しても良い。

タグ読書き端末２は、ＩＣタグ３に対して非接触で信号の伝達および電力の供給が可能なものである。タグ読書き端末２は、中央処理装置（ＣＰＵ）２２、メモリ２３、送受信回路２４、および電源回路２５を有し、アンテナ２６および送受信回路２４を介して中央処理装置（ＣＰＵ）２２とＩＣタグ３との信号の送受信が行われる。タグ読書き端末２は、さらに管理ホスト機２８となるコンピュータに対して通信経路２９を介して接続する通信手段２７を有している。通信経路２９は、単なるケーブルまたは無線通信回線であっても、またローカルエリアネットワークや、インターネット，その他の広域ネットワークであって良い。
管理ホスト機２８は、鉄道車両１０Ａの全体の軸受１の保守について管理する管理システムを備えたものである。管理ホスト機２８は、複数の鉄道車両１０Ａの軸受１の保守について管理するものであっても良い。

なお、上記実施形態では、温度センサ４を駆動する電源回路５として、ＩＣタグ３に内蔵のものを用いているが、例えば図３に示すように、ＩＣタグ３の駆動用の電源回路５₁ とは別に、温度センサ４の駆動用の電源回路５₂ を設けても良い。この電源回路５₂ も、アンテナ１２から電源を得るものとされる。また、電源回路５₂ に対して、充電可能な電池１９および充電回路（図示せず）を設けても良い（図５）。
また、軸受装備電子部品６は、温度センサ４の他に、図４に示すように振動センサ１７を有するものとしても良い。振動センサ１７の出力は、例えばＩＣタグ３の所定の入力端子（図示せず）に接続される。振動センサ１７としてアナログ出力のものを用いた場合、その出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１８を介してＩＣタグ３等に入力する。Ａ／Ｄコンバータ１８は、振動センサ１７と共通の基板（図示せず）等に設置され、振動センサ１７とＡ／Ｄコンバータ１８とでコンバータ付き温度センサ１７Ａが構成される。コンバータ付き振動センサ１７Ａの出力は、図示の例ではＩＣタグ３のＣＰＵ１３に接続しているが、送受信回路１５に接続しても良い。振動センサ１７を設ける場合も、その電源として、ＩＣタグ３に内蔵の電源回路５1 を用いるものとしても良く、また図４のように別の電源回路５₂ を用いるものとしても良い。

上記構成による異常検査方法を説明する。鉄道車両１０Ａでは、多くの軸受１が用いられるが、これらの軸受１の温度が走行経路に設けられたタグ読書き端末２により読み取れるため、走行中の温度測定が可能になる。そのため、車両停止時の定期検査を補い、より確実な軸受異常判断が行える。
車両走行中に、ＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａがタグ読書き端末２に近づく。このときに電力を軸受１Ａの電源回路５に供給し、その電力で温度センサ４を駆動し、温度測定を行う。温度センサ４の温度測定値は、ＩＣタグ３の中央処理装置１３および送信回路１５を通じてタグ読書き端末２に送信する。この場合に、温度センサ４の最大値だけをＩＣタグ３に記憶させ、タグ読書き端末２に送信させるようにしても良い。タグ読書き端末２に送信された温度測定結果は、常に管理ホスト機２８（図２）に送信しても良いし、ある一定の条件に達したときのみに管理ホスト機２８に送信するようにしても良い。上記一定の条件に達したか否かの判断は、タグ読書き端末２に設けた条件判定手段（図示せず）によって行わせる。このような操作を、１台のタグ読書き端末２で多数の、例えば１００台分のＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａにつき行うようにしても良い。このように１台のタグ読書き端末２で多くのＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａを監視することができ、またＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａがある条件に達した場合の情報のみを管理ホスト機２８に送信すれば良いため、例えば１台の機械設備１０における数百台のＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａについて、数台のタグ読書き端末２を設けるだけで済む。温度測定の結果、一定の条件以上に達すると、軸受１が異常を起こす可能性があっても、すぐに交換しなくても良い場合は、できるだけ連続して監視して、運転停止時など、時期を見て軸受１の交換を行うようにしても良い。

このため、鉄道車両１０Ａに温度センサの他に送信装置および常時駆動用の電源を付けずに、ＩＣタグ３と供給電力を温度センサに伝える電源回路５を設けるだけで済む。そのため、設置スペースが少なくて済み、設備費用も少なくて済む。また、温度測定の結果により、異常が発生する前に交換することができるので、鉄道車両１０Ａ自体の故障に繋がらず、鉄道車両１０Ａ自体を傷めずに済む。また、鉄道車両１０Ａを停止した定期保守時に不良兆候のある軸受を交換することもできるので、交換用の軸受や軸受ユニット等の必要な在庫が行い易い。

また、ＩＣタグ３を用いるため、このＩＣタグ３に、このＩＣタグ３を設けた転がり軸受１の識別情報を記憶させておくこともできる。上記識別情報は、製品番号やロット番号等である。軸受１の識別情報が温度測定情報と共に得られると、データベース等から軸受の諸元等を知ることができるので、管理ホスト機２８等による寿命判断や管理がより一層容易になる。また、ＩＣタグ３には、さらに鉄道車両１０Ａに対する軸受１の設置場所の情報を記憶させても良い。

上記のように温度センサ４の測定結果の最大値をＩＣタグ３に記憶させるについては、例えばＩＣタグ３を次のように構成しても良い。すなわち、図７に示すようにＩＣタグ３を、最大値記憶部１４ａと最大値更新手段５１とを有するものとする。最大値更新手段５１は、タグ読書き端末２で給電を行ったときの温度センサ４の温度検出値を、最大値記憶部１４ａに記憶された温度検出値と比較して大きい方の値を上記最大値記憶部に記憶するものとする。ＩＣタグ３には、識別情報等記憶部１４ｂを設け、上記識別情報等を記憶させておいても良い。
最大値更新手段５１は、ＩＣタグ３とは別に軸受装備電子部品６に設けた電子回路部品等により構成しても良い。また、最大値更新手段５１をＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａに設ける代わりに、タグ読書き端末２に設けても良い。この場合にもＩＣタグ３には最大値記憶部１４ａを設けておく。

また、上記のように温度センサ４の測定結果がある一定の条件に達したときのみ送信させる場合に、例えば次の構成が採用できる。すなわち、図８に示すように、ＩＣタグ３に条件記憶部１４ｃを設けて上記一定の条件を記憶させておく。また、タグ読書き端末２に、設定条件記憶部１４ｃの設定条件に従って処理を行う条件判定処理手段５５を設ける。このようにＩＣタグ３に条件記憶部１４ｃを設けて条件を記憶させておくと、タグ読書き端末２に設ける条件判定処理手段５５は、異なるＩＣタグ・センサ付き軸受１Ａにつき、同じ処理を行うものとしても、各軸受１Ａに対応した内容の処理が行える。

上記の作用説明は、センサとして温度センサ４だけを設けた場合につき行ったが、例えば図４の例などのように振動センサ１７を設けた場合は、次の処理が行える。軸受１の寿命は、振動によっても判断される。温度情報の他に振動の情報が得られると、より精度良く軸受異常の判断が行える。例えば、振動センサ１７の検出信号から検出される積算回転数を記憶する積算回転数記憶処理部（図示せず）を、タグ読書き端末２または軸受装備電子部品６におけるＩＣタグ３やその外の部品に設けておくことで、積算回転数に基づく寿命判定が可能になる。積算回転数は、ＩＣタグ３に記憶させる。

この発明の一実施形態に係る鉄道車両におけるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システムの概念構成を示すブロック図である。 同異常検査システムの軸受装備電子部品およびタグ読書き端末の回路構成例を示すブロック図である。 軸受装備電子部品の変形例のブロック図である。 軸受装備電子部品の他の変形例のブロック図である。 軸受装備電子部品のさらに他の変形例のブロック図である。 鉄道車両の部分破断正面図である。 ＩＣタグの概念構成例における変形例のブロック図である。 ＩＣタグおよびタグ読書き端末の概念構成例における変形例のブロック図である。

符号の説明

１…転がり軸受
１Ａ…ＩＣタグ・センサ付き軸受
２…タグ読書き端末
３…ＩＣタグ
４…温度センサ
５…電源回路
６…軸受装備電子部品
１０Ａ…鉄道車両
１２…アンテナ
１３…中央処理装置
１７…振動センサ

Claims (14)

1. 機械設備に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグと、温度センサと、上記ＩＣタグに内蔵されまたはこのＩＣタグとは別体とされて非接触で軸受外部から給電され上記センサを駆動する電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受とし、上記ＩＣタグに対する情報の読書きと、上記電源回路に対する給電とを非接触で行うタグ読書き端末を設けたＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
2. 請求項１において、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が、上記温度センサの他に、振動センサを有し、上記電源回路は上記振動センサの駆動が可能なものとしたＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
3. 請求項１または請求項２において、上記ＩＣタグにこのＩＣタグを設けた転がり軸受の識別情報を記憶させたＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、上記機械設備は、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が複数されたものであるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
5. 請求項４において、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受の配列に沿って上記タグ読書き端末を読書きおよび給電が可能なように移動させる端末移動手段を設けたＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
6. 請求項４または請求項５において、上記機械設備がベルトコンベヤまたはローラコンベヤ等のコンベヤラインであり、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が、ベルト支持用のローラまたはコンベヤローラを支持する軸受であるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
7. 請求項６において、上記機械設備が火力発電所の石炭をボイラへ運搬するベルトコンベヤであり、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が、ベルトを支持するローラに組込まれてこのローラを支持する軸受であるＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
8. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記機械設備が鉄道車両であって、上記ＩＣタグ・センサ付き軸受が車輪支持軸受であり、上記鉄道車両を走行させる経路に、上記鉄道車両の走行時に上記ＩＣタグに対する読取りおよび上記電源回路に対する給電が可能なように上記タグ用受信機を設置したＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査システム。
9. 機械設備に組込まれた転がり軸受を、ＩＣタグと、温度センサと、上記ＩＣタグに内蔵されまたはこのＩＣタグとは別体とされて非接触で軸受外部から給電され上記センサを駆動する電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受とし、上記ＩＣタグに対する記憶情報の読書きおよび上記電源回路に対する給電を非接触で行うタグ読書き端末を用いて定期的にまたは任意時に上記温度センサを駆動させ、かつＩＣタグの記憶情報を読み取るＩＣタグ・センサ付き軸受の異常検査方法。
10. 転がり軸受に、ＩＣタグと、温度センサと、上記ＩＣタグに内蔵されまたはこのＩＣタグとは別体とされて非接触で軸受外部から給電され上記センサを駆動する電源回路とを有するＩＣタグ・センサ付き軸受。
11. 請求項１０において、上記ＩＣタグ、温度センサ、および電源回路を、転がり軸受の軌道輪に固定したＩＣタグ・センサ付き軸受。
12. 請求項１０において、ＩＣタグ、上記温度センサ、および電源回路を、転がり軸受のシールに固定したＩＣタグ・センサ付き軸受。
13. 請求項１０において、上記ＩＣタグ、温度センサ、および電源回路を、転がり軸受の保持器に固定したＩＣタグ・センサ付き軸受。
14. 請求項１０において、上記ＩＣタグ、温度センサ、および電源回路を、転がり軸受内に設けられた固体潤滑剤内に埋め込んだＩＣタグ・センサ付き軸受。

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