JP2016210209A - 車軸軸受使用状況管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両において、簡単な構成で車軸軸受の使用状況の管理が可能な車軸軸受使用状況管理システムを提供する。
【解決手段】 集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両２に、ＧＰＳ受信機１２、およびその受信した位置情報を無線で送信する通信装置１４を搭載する。外部に使用状況管理装置１８を設け、この使用状況管理装置１８に、鉄道車両２の送信装置１４から送信されたデータに基づいて鉄道車両２の走行距離を計算する走行距離計算手段２１を設ける。鉄道車両２には、さらに各車軸軸受２の温度を測定する温度センサ１３を設け、測定した温度を前記通信装置１４で前記使用状況管理装置１８へ送信する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、鉄道車両における車軸軸受のメンテナンス等のために走行距離や走行時の軸受温度等を管理する車軸軸受使用状況管理システムに関する。

鉄道車両において、種々の軸受メンテナンスシステムや、異常診断システムが提案されている。例えば特許文献１では、鉄道車両用の異常診断システムとして、鉄道車両に取付けられたセンサユニットからの検出信号にもとづいて、脱線、衝突等の重大事故の異常を判定する装置に、定期検査で行われるような車両や軌道の異常を検知し処理する機能を付加したシステムが提案されている。

特開２０１２−１００４３４号公報

特許文献１のシスムテは、重大事故の異常を判定する装置に定期検査で行われるような異常の検知および処理の機能を付加したものであるため、システム全体が煩雑なものとなる。貨物列車等では、単なるメンテナンスのシステムが望まれる。なお、特許文献１のシステムは、ＧＰＳセンサ等の位置センサを用いる例が記載されているが、鉄道車両が走行する軌道上の位置を特定して、軌道の損傷箇所の特定等に用いられている。

鉄道車両用車軸軸受のメンテナンスには、使用状況（走行距離、走行時使用温度など）を把握する必要がある。旅客列車の場合、各車両に電気があり且つ固定編成が多いため、様々な手段で車両メンテナンスの距離管理が充実しているが、貨物列車の場合、牽引車両以外に電気がなく、また、使用時毎に編成が変化することがあるため、各車両車軸軸受の使用状況の把握が難しくなる。
年数管理という管理方法はあるが、それぞれ実際の使用状況（累計走行距離）との差異が大きく、適確に把握できない。

この発明は、上記課題を解消するものであり、集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両において、簡単な構成で車軸軸受の使用状況の管理が可能な車軸軸受使用状況管理システムを提供することを目的とする。

この発明の車軸軸受使用状況管理システムは、集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両に、ＧＰＳ受信機、およびこのＧＰＳ受信機で受信した位置情報を無線で送信する通信装置を搭載し、前記鉄道車両の外部に使用状況管理装置を設け、この使用状況管理装置に、前記鉄道車両の前記通信装置から送信されたデータに基づいて前記鉄道車両の走行距離を計算する走行距離計算手段を設けた管理システムである。

この構成によると、鉄道車両にＧＰＳ受信機とその受信した位置情報を送信する通信装置を搭載するだけで、使用状況管理装置によって、鉄道車両の走行距離を計算することができる。この計算した走行距離から、前記鉄道車両の車軸軸受が何回転したかの使用状況が分かる。鉄道車両にはＧＰＳ受信機と通信装置を搭載するだけで良いため、これらを駆動できる電源があれば良く、電源も簡易なもので済む。そのため、このように、簡単な構成で車軸軸受の使用状況の管理が可能となり、また貨物列車の中間車両のような走行駆動用の電源および集電装置のいずれも有しない鉄道車両にも適用することができる。また、列車における鉄道車両の編成が種々変わっても適用することができる。

この発明において、前記鉄道車両にこの鉄道車両の主軸軸受の温度を検出する温度センサを設置し、前記通信装置に、前記温度センサで検出した温度情報を送信する温度情報送機能を持たせても良い。
このように温度センサを設けて送信するようにすることで、鉄道車両の外部の使用状況管理装置によって、リアルタイムで車軸軸受の温度をモニタリングすることができる。軸受の異常の多くは温度で判断でき、走行距離に基づく軸受総回転回数と軸受温度とで、主軸軸受を使用状況や摩耗，異常等を精度良く管理することができる。

この発明において、前記鉄道車両に、この鉄道車両の走行によって生じるエネルギーにより発電する自己発電装置を設けても良い。
前記自己発電装置を設けた場合、その自己発電した電力で、ＧＰＳ受信機、通信装置、温度センサ等を駆動することができる。自己発電によるため、電池等を用いる場合と異なり、電池交換等の手間が省ける。鉄道車両では、列車を編成する車両数も多く、また多数の列車の管理が必要なため、１台の鉄道車両の電池交換が簡単に行えるとしても、管理対象の全ての鉄道車両の電池を管理するには面倒な手間が係る。このような手間が、自己発電であると省略、または簡略化できる。また、牽引されて走行する鉄道車両では、走行によって風や車軸の回転、振動、発熱等の種々のエネルギーが発生するため、使用条件や取付環境等に応じて最適なエネルギーを使用する発電方式を用いれば良い。

前記自己発電装置の発電方式は、前記鉄道車両の走行によって生じる走行風のエネルギーにより発電する風力発電方式であっても良い。風のエネルギーによると、車軸等の車輪回転系統とは無関係にエネルギーを電気に変換することでできる。

前記自己発電装置の発電方式は、前記鉄道車両の走行によって生じる車軸の回転のエネルギーにより発電する車軸発電方式であっても良い。例えば、ダイナモ等が使用でき、簡単な構成の発電機が使用できる。

前記自己発電装置の発電方式は、前記鉄道車両の走行によって生じる車軸の軸箱の発熱のエネルギーにより発電する熱電素子発電方式であっても良い。熱電素子を用いる場合も、簡単な構成で発電が行える。

前記自己発電装置の発電方式は、走行時の振動による自己発電機能を有する圧電素子発電方式であっても良い。鉄道車両は走行により各部で振動を発生するため、その振動を発電に利用する。圧電素子を用いる場合も、簡単な構成で発電が行える。

この発明の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記通信装置は移動体通信網を用いて送信する構成であっても良い。
携帯電話回線網等の移動体通信網は広範囲に渡り整っているため、走行エリアが広い鉄道車両においても、遠くに離れた使用状況管理装置へデータを送信することかてきる。

この発明の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記通信装置は列車デジタル無線で前記データを外部に送信する構成であっても良い。
列車デジタル無線は、鉄道車両の運転台や、車両基地、指令室等の間での通信をデジタルで行うシステムであり、広く採用されている。このような既存の列車デジタル無線を利用して前記ＧＰＳ受信機による位置情報や温度センサによる温度等のデータを送信するようにすれば、より簡易にこの車軸軸受使用状況管理システムが構築できる。

この発明の車軸軸受使用状況管理システムは、集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両に、ＧＰＳ受信機、およびこのＧＰＳ受信機で受信した位置情報を無線で送信する通信装置を搭載し、前記鉄道車両の外部に使用状況管理装置を設け、この使用状況管理装置に、前記鉄道車両の前記通信装置から送信されたデータに基づいて前記鉄道車両の走行距離を計算する走行距離計算手段を設けたため、集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両において、簡単な構成で車軸軸受の使用状況の管理が可能となる。

この発明の一実施形態に係る車軸軸受使用状況管理システムの概要を示す説明図である。 同使用状況管理システムの概念構成を示すブロック図である。 軸箱の一例の斜視図である。 車軸軸受の一例を示す破断斜視図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この車軸軸受使用状況管理システムは、鉄道の列車１における、集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両２に適用され、その鉄道車両２の各車軸軸受３（図２）の使用状況を管理するシステムである。
図１に示すように列車１が貨物列車の場合、先頭車両または最後尾車両となる牽引車両２Ａ以外の車両である中間の鉄道車両２は、架線に対する集電装置も、電気モータやディーゼルエンジン等の走行駆動源のいずれも持たない。そのため、電源を搭載していない。この使用状況管理システムは、このような鉄道車両２に適用される。なお、この車軸軸受使用状況管理システムは、貨物列車のみではなく、旅客と貨物の混合編成列車における前記鉄道車両２も適用対象となる。

図２に示すように、列車１の各鉄道車両２は、複数の台車６を備え、各台車６に複数の車軸軸受３がそれぞれ軸箱４を介して設置されている。車軸軸受３は、例えば図４に一例を示すように、内輪７と外輪８との間に転動体９を複列に介在させた複列の円すいころ軸受からなり、軸箱４内に外輪８が設置されて、内輪７の内周に車軸１０の軸端が嵌合する。車軸１０の端面は前カバー１１で覆われていて、車軸軸受３は外部からは目視できないが、図２では図示の便宜上、車軸軸受３を露出させたように示している。

図２において、この使用状況管理システムは、列車１の前記各鉄道車両２にＧＰＳ受信機１２（全地球測位システム）を設置し、その鉄道車両２の各車軸軸受３に温度センサ１３を設置することで車軸軸受３の位置情報および走行時使用温度を把握する。その測定結果を、無線による通信装置１４で、携帯電話回線網等の移動体通信網あるいは列車デジタル無線等の通信網２６を介して車両管理センターの使用状況管理装置１８に送信する。
前記通信装置１４は、前記測定結果である位置情報および走行時使用温度に、各鉄道車両２を識別する識別番号、および個々の車軸軸受３を識別する識別番号を付して送信を行う。前記使用状況管理装置１８では、測定した位置情報に基づき走行距離を計算でき、車軸軸受３の温度情報をリアルタイムにモニタリングすることで軸受異常を検知することもできる。

前記列車デジタル無線は、鉄道車両の運転台や、車両基地、指令室等の間での通信をデジタルで行うシステムである。前記通信網２６として列車デジタル無線を適用する場合、列車１における各鉄道車両２が送信するデータは、例えば先頭車両等の牽引車両２Ａに設けられた前記列車デジタル無線の通信装置（図示せず）に送信し、この通信装置から纏めて前記使用状況管理装置１８へデータの送信を行うようにしても良く、また個々の鉄道車両２の前記通信装置１４から直接に列車デジタル無線の通信網２６に送信するようにしても良い。

また、電源１５として、貨物車両からなる鉄道車両２が走行中に自己発電する自己発電装置１６を設け、その自己発電した電力を利用してＧＰＳ受信機１２、温度センサ１３、および通信装置１４を駆動させる。前記電源１５は、具体的には自己発電装置１６の他に二次電池１７を有し、自己発電装置１６で発電した電力は、一旦、二次電池１７に蓄電し、二次電池１７から前記ＧＰＳ受信機１２等の各機器へ電力供給を行う。前記ＧＰＳ受信機１２、温度センサ１３、および通信装置１４が、この使用状況管理システムにおける鉄道車両２への車両搭載機器２６となる。

前記ＧＰＳ受信機１２は、鉄道車両２に一つ設ければ良く、車体２ａの下面や、台車６等に設置される。温度センサ１３は、例えば図３に示すように、軸箱４に設置されて車軸軸受３の温度を検出する。温度センサ１３は、車軸軸受３に直接に取付けても良い。通信装置４および電源１５は、いずれも、前記ＧＰＳ受信機１２と同じく、鉄道車両２に一つ設ければ良く、車体２ａの下面や、台車６等に設置される。ＧＰＳ受信機１２、通信装置１４、および電源１５は、纏めて一つのケース等に納めてユニット化しても良く、さらに温度センサ１３も一緒に纏めてユニット化しても良い。その場合でも、温度センサ１３は複数個が互いに離れて各車軸軸受３に設置されるため、信号および電源用の配線（図示せず）によって通信装置１４や電源１５と接続される。配線の代わりに近距離無線通信手段（図示せず）を介して温度センサ１３と通信機器１４との接続や、電源１４からの給電をしても良い。

前記電源１５の自己発電装置１６は、次のいずれの自己発電方式の装置としても良い。
(1) 車両走行風による発電 ⇒ 風力発電方式（走行風により翼車（図示せず）を回転させてその回転で発電機のロータを回転させる回転型の発電装置）。
(2) 車軸回転による発電 ⇒ 車軸発電方式（車軸の回転を伝達して発電機のロータ（図示せず）を回転させる回転型の発電装置）。
(3) 走行時の軸箱４の発熱による発電 ⇒ 熱電素子発電方式（軸箱４の熱を熱電素子（図示せず）で電気エネルギーに変換する発電装置）。
(4) 走行時の振動による発電 ⇒ 圧電素子発電方方式（振動により圧電素子（図示せず）を圧縮させて電気エネルギーに変換する発電装置。
これらの発電方式は、使用条件や取り付け環境によって最適な一つの発電方式を採用する。これらのうちの複数種類や全ての発電方式を採用してそれぞれ発電した電力を利用しても良い。
なお、前記電源１４は、自己発電装置１６を設けずに、二次電池１７だけ、または一次電池（図示せず）だけで構成しても良い。

前記使用状況管理装置１８は、サーバ機となるコンピュータや汎用コンピュータであっても、またノートパソコン程度のコンピュータであっても良く、適用する規模に応じた処理能力のコンピュータで構成される。前記使用状況管理装置１８は、通信装置１９、車両等特定手段２０、走行距離計算手段２１、車速計算手段２２、異常等監視手段２３、履歴記録手段２４、および画面表示手段２５を備える。

前記使用状況管理装置１８は、前記車両搭載機器２６における通信装置１４と通信する装置であり、前記通信網２６を介して通信を行う。
前記車両等特定手段２０は、前記車両搭載機器２６の通信装置１４から測定結果に付して送信された識別番号を基に、どの鉄道車両２のどの車軸軸受３であるかを特定する手段である。
前記走行距離計算手段２１は、各鉄道車両２毎に送信されたＧＰＳ受信機１２の位置情報の変化の量から、各車軸軸受３毎に、車輪径等を用いた所定の演算式に従って計算する手段である。走行距離は、各回の鉄道車両２の運行毎に計算して積算した累積走行距離を求める。同じ鉄道車両２における各車輪軸受３に支持された車輪の径が全て同じであれば、鉄道車両２の運行毎に一つの車輪軸受３の走行距離を演算し、その演算した走行距離を個々の車軸軸受３毎に管理している走行距離に加算しても良い。
前記車速計算手段２２は、各鉄道車両２毎に送信されたＧＰＳ受信機１２の位置情報の変化の速度、つまり走行距離の微分値から、鉄道車両２の車速を計算する手段である。

前記異常等監視手段２３は、各鉄道車両２の車軸軸受３毎に設置されて通信装置１４から送信される温度を監視、つまりモニタリングする。異常等監視手段２３は、さらに、モニタリング過程で温度が設定温度以上になるなど、定められた異常判定条件に合致すると、車軸軸受３の異常と判定する。

前記履歴記録手段２４は、前記車速計算手段２２で計算された車速の履歴、移動履歴、および前記走行距離計算手段２１で計算された走行距離等を記録する記憶部およびこの記憶部に記録する記録処理の機能を有する手段である。

前記画面表示手段２５は、前記走行距離計算手段２１、車速計算手段２２、および異常等監視手段２３の各処理結果や、履歴記録手段２４に記録された事項を、使用状況管理装置１８に備えられた液晶表示装置等の画像表示装置（図示せず）の画面に出力し、表示させる手段である。この表示の出力は、入力手段（図示せず）からの指示内容に応じて行う。

この構成の車軸軸受使用状況管理システムによると、次の各利点が得られる。
ＧＰＳ受信機１２により車両現在地を精確に把握でき、車速の管理や移動履歴・走行距離の記録もできる。また、列車１の編成が種々変わっても管理できる。
温度センサ１３による車軸軸受３の温度情報をリアルタイムにモニタリングすることで車軸軸受３の異常検知することもできる。使用状況を適確に把握可能となり、鉄道車両２の安全性向上に繋がる。
ＧＰＳ受信機１４、温度センサ１３、および通信装置１４は、自己発電装置１６で自己発電した電力を利用するため、外部からの電源供給が不要になる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１：列車
２：車両
３：車軸軸受
４：軸箱
６：台車
１２：ＧＰＳ受信機
１３：温度センサ
１４：通信装置
１５：電源
１６：自己発電装置
１７：二次電池
１８：使用状況管理装置
１９：通信装置
２０：車両等特定手段
２１：走行距離計算手段
２２：車速計算手段
２３：異常等監視手段
２４：履歴記録手段
２５：画面表示手段
２６：通信網

Claims (9)

1. 集電装置および走行駆動源のいずれも有しない鉄道車両に、ＧＰＳ受信機、およびこのＧＰＳ受信機で受信した位置情報を無線で送信する通信装置を搭載し、前記鉄道車両の外部に使用状況管理装置を設け、この使用状況管理装置に、前記鉄道車両の前記通信装置から送信されたデータに基づいて前記鉄道車両の走行距離を計算する走行距離計算手段を設けた車軸軸受使用状況管理システム。
2. 請求項１に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記鉄道車両にこの鉄道車両の主軸軸受の温度を検出する温度センサを設置し、前記通信装置に、前記温度センサで検出した温度情報を送信する機能を持たせた車軸軸受使用状況管理システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記鉄道車両に、この鉄道車両の走行によって生じるエネルギーにより発電する自己発電装置を設けた車軸軸受使用状況管理システム。
4. 請求項３に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記自己発電装置の発電方式が、前記鉄道車両の走行によって生じる走行風のエネルギーにより発電する風力発電方式である車軸軸受使用状況管理システム。
5. 請求項３に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記自己発電装置の発電方式が、前記鉄道車両の走行によって生じる車軸の回転のエネルギーにより発電する車軸発電方式である車軸軸受使用状況管理システム。
6. 請求項３に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記自己発電装置の発電方式が、前記鉄道車両の走行によって生じる車軸の軸箱の発熱のエネルギーにより発電する熱電素子発電方式である車軸軸受使用状況管理システム。
7. 請求項３に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記自己発電装置の発電方式が、前記鉄道車両の走行によって生じる振動のエネルギーにより発電する圧電素子発電方式である車軸軸受使用状況管理システム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記通信装置は移動体通信網を用いて送信する車軸軸受使用状況管理システム。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車軸軸受使用状況管理システムにおいて、前記通信装置は列車デジタル無線で前記データを外部に送信する車軸軸受使用状況管理システム。

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