JP2007193662A

JP2007193662A - 軸受装置監視システム

Info

Publication number: JP2007193662A
Application number: JP2006012539A
Authority: JP
Inventors: Koichi Morita; 耕一森田; Hiroshi Nakao; 宏志中尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】ノイズの影響を低減し、検出精度を向上するのに好適な軸受装置監視システムを提供する。
【解決手段】各軸受装置１４には、振動センサおよび温度センサが１個ずつ取り付けられている。振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4は、軸受装置１４の振動の大きさまたは温度に応じた電圧の検出信号を差動信号として出力する。各センサおよび運転状態監視装置２０は、電源VSからの電力を伝達する電力供給線LPと、運転状態監視装置２０側のグランドに接続されるグランド線LGと、差動信号を伝達する信号線LS1〜LS4で接続する。また、信号線LS1、LS2、信号線LS3、LS4、電力供給線LPおよびグランド線LGは、そのペアでそれぞれツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受の運転状態を監視するシステムに係り、特に、ノイズの影響を低減し、検出精度を向上するのに好適な軸受装置監視システムに関する。

従来、軸受の運転状態を監視する技術としては、軸受装置の近傍に振動センサ等の軸受用センサを取り付け、軸受用センサからの検出信号を運転状態監視装置に取り込み、運転状態監視装置において軸受の運転状態を監視している。例えば、特許文献１記載の技術が広く知られている。
図４は、特許文献１記載の軸受用センサの取付構造を示す図である。

軸受Ｄは、図４に示すように、筐体１４０のなかに嵌合され、筐体１４０の端には、エンドキャップ２８を覆うカバー１４４が嵌合されている。カバー１４４には、モジュール穴１５２が設けられ、モジュール穴１５２は、エンドキャップ２８の上の目標車輪１１８から外向きに向けられて配置され、軸受用センサＢを受容する。
図５は、従来の運転状態監視システムの回路構成を示す図である。

運転状態監視システムは、図５に示すように、軸受装置１４に設置された軸受用センサ１２と、軸受用センサ１２からの検出信号に基づいて軸受の運転状態を監視する運転状態監視装置２０とで構成されている。
軸受用センサ１２は、例えば、振動センサからなり、軸受装置１４の振動の大きさに応じた電圧の検出信号を出力する。振動センサの出力形式は、一般的に広く行われているシングルエンド出力である。

運転状態監視装置２０は、軸受用センサ１２を駆動するための電力を供給する電源VSを有して構成されている。
軸受用センサ１２および運転状態監視装置２０は、電源VSからの電力を伝達する電力供給線LPと、軸受用センサ１２からの検出信号を伝達する信号線LSと、運転状態監視装置２０側のグランドに接続されるグランド線LGとで接続されている。
特表２００１−５００５９７号公報

従来の運転状態監視システムは、例えば、鉄道車両に適用される。鉄道車両では、車輪の軸受が摩耗したり損傷したりした場合、軸受装置１４に特定周波数の振動が発生するため、軸受用センサ１２により軸受装置１４の振動を検出し、運転状態監視装置２０で検出信号を解析することにより軸受の異常を検知している。
しかしながら、鉄道車両においては、複数の軸受用センサ１２の検出信号を１台の運転状態監視装置２０で解析するため、各車輪近傍に設けられた軸受装置１４から運転状態監視装置２０までそれぞれ信号線LSを配線しなければならない。そのため、各軸受装置１４と運転状態監視装置２０の信号線長が大きくなるため、検出信号の伝送中にノイズの影響を受けやすく、検出精度が低下するという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ノイズの影響を低減し、検出精度を向上するのに好適な軸受装置監視システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の軸受装置監視システムは、軸受装置に設置された軸受用センサと、前記軸受用センサからの検出信号に基づいて軸受の運転状態を監視する運転状態監視装置とを備える軸受装置監視システムであって、前記軸受用センサは、前記検出信号を差動信号として出力し、前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記差動信号を伝達する少なくとも２つの信号線で接続した。

このような構成であれば、軸受用センサにより、検出信号が差動信号として出力され、出力された差動信号が信号線を介して運転状態監視装置に伝達される。そのため、検出信号の伝送中にノイズの影響を受けた場合、信号線が受けるノイズ成分は互いに同相成分であるため、運転状態監視装置で差動増幅器等の差動演算器を用いれば、ノイズ成分を除去することができる。
運転状態監視装置では、検出信号が入力されると、入力された検出信号に基づいて軸受の運転状態が監視される。

さらに、本発明に係る請求項２記載の軸受装置監視システムは、請求項１記載の軸受装置監視システムにおいて、前記信号線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成した。
このような構成であれば、差動信号を伝達する信号線がツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成されているので、ノイズの影響をさらに低減することができる。

さらに、本発明に係る請求項３記載の軸受装置監視システムは、請求項１記載の軸受装置監視システムにおいて、前記運転状態監視装置は、前記軸受用センサを駆動するための電力を供給する電源を有し、前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記電源からの電力を伝達する電力供給線と、前記運転状態監視装置側のグランドに接続されるグランド線とで接続し、前記信号線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成し、前記電力供給線および前記グランド線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成し、それらツイスト線を束ねて多芯ケーブルを構成した。
このような構成であれば、差動信号を伝達する信号線がツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成され、電力供給線およびグランド線がツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成され、さらに、それらツイスト線を束ねて多芯ケーブルが構成されているので、ノイズの影響をさらに低減することができる。

さらに、本発明に係る請求項４記載の軸受装置監視システムは、請求項１記載の軸受装置監視システムにおいて、前記運転状態監視装置は、前記軸受用センサを駆動するための電力を供給する電源を有し、前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記電源からの電力を伝達する電力供給線と、前記運転状態監視装置側のグランドに接続されるグランド線とで接続し、前記信号線、前記電力供給線および前記グランド線をそれぞれシールド線で構成し、それらシールド線を束ねて多芯ケーブルを構成した。
このような構成であれば、差動信号を伝達する信号線、電力供給線およびグランド線がシールド線で構成され、さらに、それらシールド線を束ねて多芯ケーブルが構成されているので、ノイズの影響をさらに低減することができる。

さらに、本発明に係る請求項５記載の軸受装置監視システムは、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の軸受装置監視システムにおいて、前記軸受用センサは、車両軸受の前記軸受装置の近傍に取り付けられ、前記運転状態監視装置は、前記検出信号に基づいて前記車両軸受の運転状態を監視する。
このような構成であれば、運転状態監視装置では、検出信号が入力されると、入力された検出信号に基づいて車両軸受の運転状態が監視される。

さらに、本発明に係る請求項６記載の軸受装置監視システムは、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の軸受装置監視システムにおいて、前記軸受用センサは、前記軸受装置の振動を検出する振動センサ、前記軸受装置の回転を検出する回転センサ、または前記軸受装置の温度を検出する温度センサのいずれか１つ以上からなる。
このような構成であれば、軸受用センサにより、軸受装置の振動、軸受装置の回転または温度のいずれか１つ以上を検出することができる。

以上説明したように、本発明に係る請求項１ないし６記載の軸受装置監視システムによれば、軸受用センサからの検出信号を差動信号として運転状態監視装置に伝送することにより、軸受用センサと運転状態監視装置の信号線長が大きくても、運転状態監視装置側でノイズ成分を除去することができるため、ノイズの影響を低減することができ、従来に比して、検出精度を向上することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１から図２は、本発明に係る軸受装置監視システムの実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る軸受装置監視システムを、図１に示すように、鉄道車両１００における軸受の運転状態を監視する場合について適用したものである。
まず、本発明を適用する運転状態監視システムの構成を説明する。
図１は、本発明に係る運転状態監視システムの構成を示すブロック図である。
鉄道車両１００内には、図１に示すように、運転状態監視装置２０が設置されている。また、鉄道車両１００は、２つの台車で支持されている。

図２は、車両の１台車の構成を示している。
１台車は、図２に示すように、２つの車軸と、各車軸の端部に取り付けられた４つの車輪１０と、各車輪近傍に設けられた４つの軸受装置１４とを有して構成されている。各軸受装置１４には、軸受の運転状態を監視するための軸受用センサ１２である振動センサおよび温度センサが１個ずつ取り付けられている。
なお、図２においては、各軸受装置１４に取り付けられている振動センサおよび温度センサは別体となっているが、振動センサおよび温度センサを１つの筐体に内蔵させて一体としてもよい。また、図２においては、１台車分のセンサ信号のみが運転状態監視装置２０に入力されているが、図１に示すように、２台車分（１車両分）のセンサ信号が入力されていてもよい。

次に、運転状態監視システムの回路構成を説明する。
図３は、本発明に係る運転状態監視システムの回路構成を示す図である。
運転状態監視システムは、図３に示すように、軸受用センサ１２である８つの振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4と、運転状態監視装置２０とを有して構成されている。
振動センサA1〜A4は、軸受装置１４の振動の大きさに応じた電圧の第１検出信号（Vout+）と、第１検出信号に対して逆相となる第２検出信号（Vout-）とからなる差動信号を出力する。また、温度センサT1〜T4は、軸受装置１４の温度に応じた電圧の第１検出信号と、第１検出信号に対して逆相となる第２検出信号とからなる差動信号を出力する。差動信号を出力する構成は、例えば、センサからの出力信号を２つに分岐し、一方の出力信号を第１検出信号として出力し、他方の出力信号の極性を反転増幅器等で反転させて第２検出信号として出力すればよい。

なお、図３においては、振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4は、単電源で動作しているため、第１検出信号Vout+および第２検出信号Vout-は、同一のオフセット電圧をもっていて、このオフセット電圧に信号成分が重畳している。ここで、第２検出信号Vout-のオフセット電圧に重畳している信号成分は、第１検出信号Vout+のオフセット電圧に重畳している信号成分に対して逆位相となっている。

振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4が＋電源、−電源の両電源で動作する場合にはオフセット電圧はなくてもよい。
運転状態監視装置２０は、振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4を駆動するための電力を供給する電源VS（５[v]）と、振動センサA1〜A4からの差動信号を増幅する４つの差動増幅器DA1〜DA4と、温度センサT1〜T4からの差動信号を増幅する４つの差動増幅器DT1〜DT4とを有して構成されている。そして、差動増幅器DA1〜DA4、DT1〜DT4からの出力信号に基づいて軸受の運転状態を監視する。

振動センサA1〜A4および運転状態監視装置２０は、電源VSからの電力を伝達する電力供給線LPと、運転状態監視装置２０側のグランドに接続されるグランド線LGとで接続されている。振動センサA1〜A4および差動増幅器DA1〜DA4は、差動信号を伝達する２つの信号線LS1、LS2でそれぞれ接続されている。
温度センサT1〜T4および運転状態監視装置２０は、電力供給線LPと、グランド線LGとで接続されている。温度センサT1〜T4および差動増幅器DT1〜DT4は、差動信号を伝達する２つの信号線LS3、LS4でそれぞれ接続されている。
信号線LS1、LS2、信号線LS3、LS4、電力供給線LPおよびグランド線LGは、そのペアでそれぞれツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成されている。そして、それらツイスト線を束ねて多芯ケーブルを構成する。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
運転状態監視装置２０では、電源VSの電力が電力供給線LPを介して振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4に供給される。これにより、振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4が駆動し、軸受装置１４の振動および温度が検出可能となる。
振動センサA1〜A4からは、軸受装置１４の振動の大きさに応じた電圧の検出信号が差動信号として出力され、差動信号は、信号線LS1、LS2を介して運転状態監視装置２０に伝達される。温度センサT1〜T4についても同様であり、温度センサT1〜T4から出力された差動信号が信号線LS3、LS4を介して運転状態監視装置２０に伝達される。

運転状態監視装置２０では、差動信号が入力されると、入力された差動信号が差動増幅器DA1〜DA4、DT1〜DT4により増幅され、差動増幅器DA1〜DA4、DT1〜DT4の出力信号に基づいて軸受の運転状態が監視される。検出信号の伝送中にノイズの影響を受けた場合は、信号線LS1〜LS2が受けるノイズ成分は互いに同相成分であるため、差動増幅器DA1〜DA4、DT1〜DT4によりノイズ成分を除去することができる。
このようにして、本実施の形態では、軸受用センサ１２は、検出信号を差動信号として出力し、軸受用センサ１２および運転状態監視装置２０を、差動信号を伝達する信号線LS1〜LS4で接続した。

これにより、軸受用センサ１２と運転状態監視装置２０の信号線長が大きくても、運転状態監視装置２０側でノイズ成分を除去することができるため、ノイズの影響を低減することができ、従来に比して、検出精度を向上することができる。
さらに、本実施の形態では、信号線LS1、LS2、信号線LS3、LS4、電力供給線LPおよびグランド線LGを、そのペアでそれぞれツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成し、それらツイスト線を束ねて多芯ケーブルを構成した。
これにより、ノイズの影響をさらに低減することができる。

上記実施の形態において、信号線LGは、請求項３記載のグランド線に対応している。
なお、上記実施の形態においては、信号線LS1、LS2、信号線LS3、LS4、電力供給線LPおよびグランド線LGを、そのペアでそれぞれツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成したが、これに限らず、信号線LS1、LS2、信号線LS3、LS4、電力供給線LPおよびグランド線LGをそれぞれシールド線で構成し、それらシールド線を束ねて多芯ケーブルを構成してもよい。

このような構成であっても、ノイズの影響を低減することができる。
この場合において、信号線LGは、請求項４記載のグランド線に対応している。
また、上記実施の形態においては、軸受用センサ１２として振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4を取り扱ったが、これに限らず、軸受装置１４の回転を検出する回転センサを含めてもよい。この場合、それらセンサは、別体としてもよいし、１つの筐体に内蔵させて一体としてもよい。これにより、さらに精度よく異常を検出することができる。

また、上記実施の形態においては、図３に示すように、振動センサA1〜A4および温度センサT1〜T4の両方を差動信号として出力したが、この一方のみを差動信号として出力してももちろんよい。ただし、差動信号として出力しない方は、差動信号として出力する場合の利点であるノイズ低減効果が得られないことはもちろんである。
また、上記実施の形態においては、本発明に係る軸受装置監視システムを、鉄道車両１００における軸受の運転状態を監視する場合について適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。

本発明に係る運転状態監視システムの構成を示すブロック図である。車両の１台車の構成を示している。本発明に係る運転状態監視システムの回路構成を示す図である。特許文献１記載の軸受用センサの取付構造を示す図である。従来の運転状態監視システムの回路構成を示す図である。

符号の説明

１００鉄道車両
１０車輪
１２軸受用センサ
１４軸受装置
２０運転状態監視装置
A1〜A4 振動センサ
T1〜T4 温度センサ
LS0〜LS4 信号線
LP 電力供給線
LG グランド線
DA1〜DA4、DT1〜DT4 差動増幅器

Claims

軸受装置に設置された軸受用センサと、前記軸受用センサからの検出信号に基づいて軸受の運転状態を監視する運転状態監視装置とを備える軸受装置監視システムであって、
前記軸受用センサは、前記検出信号を差動信号として出力し、
前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記差動信号を伝達する少なくとも２つの信号線で接続したことを特徴とする軸受装置監視システム。
請求項１において、
前記信号線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成したことを特徴とする軸受装置監視システム。
請求項１において、
前記運転状態監視装置は、前記軸受用センサを駆動するための電力を供給する電源を有し、
前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記電源からの電力を伝達する電力供給線と、前記運転状態監視装置側のグランドに接続されるグランド線とで接続し、
前記信号線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成し、前記電力供給線および前記グランド線をツイスト線またはシールド付きツイスト線で構成し、それらツイスト線を束ねて多芯ケーブルを構成したことを特徴とする軸受装置監視システム。
請求項１において、
前記運転状態監視装置は、前記軸受用センサを駆動するための電力を供給する電源を有し、
前記軸受用センサおよび前記運転状態監視装置を、前記電源からの電力を伝達する電力供給線と、前記運転状態監視装置側のグランドに接続されるグランド線とで接続し、
前記信号線、前記電力供給線および前記グランド線をそれぞれシールド線で構成し、それらシールド線を束ねて多芯ケーブルを構成したことを特徴とする軸受装置監視システム。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記軸受用センサは、車両軸受の前記軸受装置の近傍に取り付けられ、
前記運転状態監視装置は、前記検出信号に基づいて前記車両軸受の運転状態を監視することを特徴とする軸受装置監視システム。
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記軸受用センサは、前記軸受装置の振動を検出する振動センサ、前記軸受装置の回転を検出する回転センサ、または前記軸受装置の温度を検出する温度センサのいずれか１つ以上からなることを特徴とする軸受装置監視システム。