JP2017161538A - 重量検出手段を有する輸送レールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】容易に設置でき、安価に、または簡便な構成とした重量測定システムを備えた輸送レールシステムを提供する。【解決手段】輸送レールシステム１は、１または複数のレール３ａと、１または複数の、磁気的特性を測定するセンサ７ａ，７ｂとを含む。少なくとも一つセンサ７ａ，７ｂが、１または複数のレール３ａにかかる重量を検出するために、磁気的特性の変化を測定するよう構成される。磁気的特性の変化は、上記重量によりレール３ａにかかる応力によって生じる。この輸送レールシステム１では、１または複数のセンサ７ａ，７ｂが、レール３ａそのものの磁気的特性の変化を測定し、及び／または１または複数のセンサ７ａ，７ｂが、レール３ａの支持構造４ａ，４ｂの磁気的特性の変化を測定するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、レール車両の重量を検出可能な輸送レールシステムに係り、１以上のレールと１、または複数の磁気的特性を測定するセンサとを備える輸送レールシステムであって、少なくとも一つのセンサが、１または複数のレールにかかる荷重を検出するためレールに対する荷重による応力によって生じる磁気的特性の変化を測定するよう構成される。

公開公報DE11 33 141には、レールウェイ車両の荷重を測定する装置が開示されている。この装置は、レール底部に沿って一列に配された少なくとも二つの応力（ストレス）センサを使って、レール上を走行する車輪によってかかる圧力を測定することでそのような車両の荷重を測定する。

DE 12 62 628の明細書には、車両の重量を測定する装置が開示される。当該明細書には、レールウェイ車両の重量が垂直方向に自由に移動可能なレールの、荷重に因る伸びによって測定される。この垂直方向の移動量は、磁気抵抗コアを備えた２つの圧力検出手段によって測定信号に変換される。

CN 101 36 88 42 Aには、 動的に変化する荷重を継続的に測定する方法が開示されている。この方法では、荷重トラック上の２つの支点から等距離にある２つの荷重点を用いる。センサはＥ形状をした三極統合型の鉄心を有し、レール側面の中心軸上の測定点に配されたアモルファス合金薄膜層の逆磁歪効果（counter magnetostrictive effect）を用いて、トラックによる荷重を検出する。このアモルファス合金の薄膜層は、検出器の鉄心とレールとの間に配される。

GB 941 ,963には、レール車両の重量を測定する装置に関する改良が開示されている。この重量測定装置は、レール車両が通過するレールの、２つの枕木間の３つの異なる点で曲げモーメントを測定する少なくとも３つの歪み応答デバイスを備える。

EP 2 397 830 A2の公開公報には、物体に対するトルク及び／または力を測定するトルク及び力を測定するシステムが開示されている。ここで物体は、自転車のドライブシャフトや風車のシャフト等である。強磁性磁束コンセントレータ（ferromagnetic flux concentrator）の周りに巻回されたコイルを含む場生成装置（field generator）の構成により、物体に対して磁場が与えられる。コイルにはＤＣまたは例えば２００Ｈｚから１０００Ｈｚの間の周波数のＡＣの電力が供給される。トルクや力が加えられることで物体の形態構造が変化すると、生成された場に影響が与えられる。この変化は、コイルと磁束コンセントレータとを含むような磁場センサ等によって測定される。

本発明の目的のひとつは、輸送レールシステムを改善することである。具体的には、 容易に設置でき、安価に、または簡便な構成とした重量測定システムを備えた輸送レールシステムを提供することである。

上記従来例の問題点を解決するための請求項１記載の発明は、輸送レールシステム１または複数のセンサが、レールそのものの磁気的特性の変化を測定し、及び／または１または複数のセンサがレールの支持構造の磁気的特性の変化を測定するよう構成されたものである。

本発明の一例による輸送レールシステムは、レール上のある点から他の点まであらかじめ定めた経路に沿ってレール車両を輸送するレールシステムである。このようなレール車両は、例えば、鉄道車両（rail car）、機関車、トロッコ（lorry）、路面電車（trolley）、または複数の車両を含んだ列車等である。この輸送レールシステムは、屋内に配されても、屋外に配されてもよい。例えば、倉庫内で貨物を輸送するシステムであっても、屋外で鉄道として敷設されるものであってもよい。ここで開示される輸送レールシステムは、レールシステムに吊下げられてレール車両がレール下部を移動するものや、及び／またはレールの高さの間であるいはレールシステム上に置かれて、レールの高さより高い位置でレール車両が移動するものなど、レール車両をガイドして輸送を行うものでよい。

本発明のレールは、輸送レールシステムの所定のトラックに沿って敷設され、レール車両を支持する梁（beam）である。この例の態様では、レールは、トラックの部分とは別のものでなく、トラックの一部に統合された重量測定手段を有する。この手段は、車両の重量を測定するよう構成されていない輸送レールシステムの一部から機械的に切り離されていない。さらにこの態様によると、支持構造はレールを支持する構造である。支持構造は、例えば鉄道軌道における枕木、足場（scaffold）、吊下架（rack）、またはレールを所望の位置、例えば地面、壁や天井に設けた足場（scaffold）等に固定する梁であり得る。

レールそのもの、及び／またはレールの支持構造による磁気的特性により重量効果を測定することによって、従来必要とされていた追加的な材料、すなわちセンサと支持構造のレール間の特殊合金等を劇的に省略可能にできる。従って、レール車両の重量を検出する輸送レールシステムの複雑性やコストを削減できる。さらなる効果は、後述の好適な実施形態によってもたらされる。

後述の数種のセンサは、単に本発明において用いることのできるセンサ設計の例にすぎず、レールにかかる荷重による、レールそのものやレールの支持構造の磁気的特性の変化を測定信号として用いるに十分な感度を有する任意の種類のセンサが、本発明のセンサとして好適に用いられる。好ましくは、これらの種類のセンサは、ピックアップコイル等を通じて、磁場の変化を検出可能に構成される。

レールまたは支持構造の磁気的特性の変化を測定するセンサにおいて、当該センサによって測定される磁気的特性の変化は、主に、つまりその５０％以上は、レールまたは支持構造の磁気的特性の変化によるものである。好ましくは、７０％以上が、またさらに好ましくは８０％以上、より好ましくは９９％以上、さらにより好ましくは、センサにより測定される磁気的特性の変化が、すべてレールまたは支持構造の磁気的特性の変化に基づくものであることが好適である。この点で、例えばCN101 36 88 42Aに開示されたような、アモルファス合金薄膜層など、レールや支持構造以外の磁気的特性の変化を主に測定する構成とは異なる。本発明の例では、レールそのもの、または支持構造を、センサの測定手段の一部、好適には極鉄心（pole core）の一部としてもよい。

本発明は、概略的な図面によって詳細に説明される。

図１は、本発明の実施の形態に係る輸送レールシステムの側面図である。 図２は、本発明のもう一つの実施形態の上側図である。 図３は、図２に示される実施形態のレールに沿った正面図である。 図４は、２つのレールを備えた本発明の別の実施の形態に係る輸送レールシステムの正面図である。 図５は、本発明の実施の形態の一例で利用される能動的磁気センサを表す図である。 図６は、本発明の実施の形態の一例で利用される能動的磁気センサの別の例を表す図である。

［好適な実施形態］
本発明の一実施形態に係る輸送レールシステムは、磁気的特性の変化を測定するよう構成された２つまたはそれ以上のセンサを備える。本実施の形態の一例では、このセンサは、共通の測定方向を備えた輸送レールシステムの同じ面に配される。荷重がレールに対して応力を与えるとき、レールは曲る。レールに対する荷重が小さいほど、レールに生じ得る曲がりは小さくなり、磁気的特性に対する影響も小さくなる。従って、荷重がかけられるレールの長さを伸ばすと、当該伸長した部分に複数のセンサを配することが有用である。例えば、２，３，４，５，６，７，８，９，または１０個のセンサがレールの部分に沿って、好ましくは等間隔に配される。互いに隣接する一対のセンサの間隔は、好ましくは、１センチメートル以上であり、より好ましくは２センチメートル以上、さらに好ましくは３センチメートル以上である。またより好ましくは、５センチメートル以上、より好ましくは１０センチメートル以上、さらに好ましくは２０センチメートル以上、さらにより好ましくは３０センチメートル以上である。またこの間隔は、好ましくは２０メートル以下であり、より好ましくは１０メートル以下、さらに好ましくは１メートル以下である。さらに、より好ましくは９０センチメートル以下であり、さらに好ましくは５０センチメートル以下、より好ましくは３０センチメートル以下である。つまり、本発明の実施形態の一例では互いに隣接する一対のセンサ間の間隔は、例えば２０から９０センチメートルの間である。またある実施形態では、この間隔は１０センチメートルより小さい。ある実施形態では、この間隔は１メートルより大きく、１０メートルより大きいことが好ましいこともある。一般に、レールの長さ方向のある部分に配した測定点は、当該部分にあるレールの支持点の数を超えることが好ましい。好ましくは、レールの長さ方向のある部分は、好適にはレールの枕木（sleeper）等による、２，３，４，５，６，７，８，９，または１０の支持点を有する。たとえば、荷重が比較的大きく、レールまたは支持構造が比較的よく曲るいくつかの実施形態において、センサは一つで十分である。この場合、このようなシステムの提供コストは小さくなる。

ある実施の形態では、互いに異なる方向の２つの面における磁気的特性の変化を検出するよう、２つまたはそれ以上のセンサを含む輸送レールシステムとすることも好適である。レースの異なる方向に対しては、応力の、互いに異なる成分が効果を及ぼす（例えば応力／歪み）ので、それぞれ磁界中での変化が異なり、複数のセンサがレールまたは支持構造に対する荷重重量の計算のために用いられる。異なる面に配されるセンサは、互いに位置をずらして（offset）、好ましくはレールの長手方向に沿って位置をずらして配されてもよい。例えば、３つのセンサが、レールの底面に所定の距離を置いて配され、さらに３つの追加的なセンサがレールの側面に配され、当該側面のセンサは、それぞれ底面のセンサの間に配される。レールの支持構造には、必要な変更を施す。

好ましい実施形態では、システムは２つまたはそれ以上の、レールそのもの、またはレールの支持構造のいずれかにおける磁気的特性の変化を検出するセンサを有し、そうしたセンサのうち少なくとも２つが、互いに異なる測定方向の磁気的特性の変化を測定するように配される。これらの異なる測定方向は、互いに０より大きい角度で交わる。この実施形態は好ましくは、レールロードトラックに適用される。例えば、輸送レールシステムの２つのセンサの測定方向間の角度は、５度より、好ましくは１０度より大きく、より好ましくは４０度、さらには６０度より大きく、具体的には８０度と１００度との間である。ある実施形態では、少なくとも２つの上記センサが互いに直交する方向の磁界の変化を測定するように配される。車両の車輪は表面を走行している間に傾斜し得るため、レールに対して、地面方向への力と、地面方向に沿った力とを及ぼす。レールの走行面の形状に合わせるため、レールは通常、内側に傾斜している。こうした場合、互いに角度を有した方向の測定を行う２つのセンサを備えることで、精度を向上する。

好適な実施形態では、１またはそれ以上のセンサが１またはそれ以上の、磁気的特性を測定する手段（arrangement）を実現する。この手段は、磁気的特性の変化による信号の変化を検出するよう構成されたセンサの一部をなす。この磁気的特性を測定する手段は、例えばコイルと、好ましくはコイルを巻回すコアとを備える。好ましくは、コイルまたは一体極鉄心（integral pole core）の面が、磁気的特性の測定の対象となる輸送レールシステムの対応する構成に直接、機械的に接触していることが好ましい。磁気的特性を測定する手段と、磁気的特性の変化が測定される構成とが直接接触するようにすれば、レールから特に強い信号が得られるので、このように構成することが好ましい。

本実施の形態に好適なセンサは、例えばEP2 397 830Aの図１０及び図１５の例に示され、説明されている。このセンサのデザインと必要な測定回路については、この文献に開示のものが利用できるので、その説明を省略する。EP2 397 830Aに開示された実施形態の測定手段は、コアと、コアに巻回されたコイルとを含み、測定の対象物から離されて配されるが、本発明の実施の形態の測定手段では、好ましくはコアが、測定の対象物、すなわちレールまたはその支持構造に直接、機械的に接する面を有していてもよい。かかる測定手段を備えた、本実施の形態に好適なもう一つのセンサがCN101 36 88 42Aの例えば図２，３に開示されている。このセンサのデザイン等については、この文献に開示の通りであるので、その説明を省略する。本発明の実施の形態に対し、この先行例の文献では、測定のためのコイルや極鉄心（pole core）は、それらの面がレールや支持構造と直接接していないが、このセンサの測定手段では、一体極鉄心（integral pole core）を介して強い逆磁歪効果を表す合金と接している。この合金は、本実施形態のレールやその支持構造に置き換えられるものである。本実施の形態では、合金層は省くことができ、輸送レールシステムにおける煩雑な構成やコストを軽減できる。

本実施の形態の輸送レールシステムでは、１つまたは複数のセンサが、磁気的特性を測定する、１つまたはそれ以上の測定手段を備えている。この測定手段はそれ自身と、磁気的特性の変化を測定するべき輸送レールシステムの構成との間に空隙を有している。空隙を有することは、非接触の重量測定システムの実施形態と同じこととなる。好ましくはEP2 397 830Aで知られるセンサが用いられる。この先行技術文献の開示では、センサはトルク及び力の測定に用いられるが、このセンサは重量測定のみならず、測定対象に係っている荷重が対象物の形態を変化させるために、強磁性体である対象物の磁気的特性の変化もまた測定できる。従来例の文献に示されるように、測定手段の一部である測定コイルと鉄心は、磁場を検出するために対象物から離されて、つまり空隙をおいて配される。ある実施の形態では、CN101 36 88 42Aで知られるタイプのセンサが、磁気的特性の変化の測定の対象となる構成から離されて、測定手段とともに配される。これにより、レールに取り付けられない態様のセンサが提供され、さらには、レールの支持構造にも取り付けることのないセンサが提供される。従ってレールや支持構造を交換する際には、センサを交換することなく、レールや支持構造だけを交換することが可能になる。よって、好適な実施形態では、磁気的特性の変化の測定対象となる構成と、センサ全体との間に空隙を設ける。ある実施形態では、この空隙は、所定の物質で充填されてもよい。具体的に所定の物質とは例えば接着剤（glue）等である。また別の好適な物質は、センサをレールまたは支持構造に対して着脱可能に取り付ける磁性化合物（magnetic compound）である。空隙または空隙を充填したレイヤの厚さは、センサの感度が十分であれば１００μｍまたはそれ以上、またはセンサの感度が比較的低い場合は、５０μｍ以下とし、非接触の測定が望まれる場合でもレールや支持構造と、測定コイルとの間隔は、小さくしておくことが好適である。

支持構造を備えた１またはそれ以上のレールと、上記荷重によってレールに対して与えられた応力により生じるレールの支持構造の磁気的特性の変化を測定するよう構成されたセンサとを備えることが好適である。この実施形態では、レールに欠陥が生じたときにセンサをそのままにしてレールを交換可能となる。これよりレールを定期的に交換しなければならない場合の対処時間を低減できる効果がある。

好適な実施形態では、上記荷重によりレールに与えられた応力によって生じるレールの磁気的特性の変化を測定するよう構成された、少なくとも一つまたはそれ以上のセンサが一つまたはそれ以上のレールに取り付けられる。この実施形態では、レールとセンサとが一体的に製造でき、後に一度に設置できる。従って、センサを取り付け、調整するために必要な専門的な知識を一箇所に集中でき、フィールドでは、従来通りのレールの敷設作業が必要になるだけとなる。ある設定では、支持構造を備えた少なくとも一つのレールと、上記荷重によりレールに与えられた応力によって生じるレールの磁気的特性の変化を測定するよう構成された少なくとも一つの追加的なセンサがさらに要求される。応力によって生じるレールの磁気的特性の変化は、この例では複数の位置で測定できるようになり、精度が向上する。

さらに、応力によって生じるレールの磁気的特性の変化を測定するよう構成された１またはそれ以上のセンサがレール上であって、レールの支持部材による支持点の間に配されることとするのも好適である。レールが２つの支持点間で明瞭であるときに利便性が高く、好ましい態様であり得る。この場合、センサが２つの支持点のちょうど中間に配されることが好適である。好ましい支持点は、レールの、枕木、足場（scaffold）、吊下架（rack）、シーリング（ceiling）またはビームが配された位置である。他の実施形態では、センサは、レールの支持構造の支持点の位置にさらに、あるいは支持点間の代わりに配されてもよい。これより、レールを支持点に取り付けているときに、センサを取り付ける手作業の時間が削減できる。

センサによって測定される磁気的特性の変化のもととなる物理的な効果は、逆磁歪効果である。逆磁歪効果は、レールに係る荷重を、レールに係る応力による輸送レールシステムの構成、例えばレールそのものや、レールの支持構造の磁化率の変動に基づいて計算することを可能にする。レールそのものやレールの支持構造における上記効果は弱すぎて測定できないと従来考えられてきたが、近年のセンサ技術の発展により、鉄道のレールや強磁性鋼ビーム等の支持構造のように、従来のレールや支持構造における上記効果の直接測定が可能となっている。従ってレールとセンサとの間に置かれ得る、巨大逆磁歪効果を有する合金のような一般に高価な追加的素材を使用せずに済む。これによりこのような重量を測定可能な輸送レールシステムの構成を簡素化し、コストを低減できる。

好ましい輸送レールシステムは、互いに平行に配された２またはそれ以上のレールを有する。この場合、輸送レールシステムは、鉄道トラックシステムであり得る。路面電車（trolley）や、機関車、トロッコ（lorry）、鉄道カート（rail road cart）の重量検出は、産業分野で必要となる。従って、そのような機能を有する輸送レールシステムは有利である。過去に知られている、鉄道トラックに適用される重量測定手段を有した輸送レールシステムは、レールを穿孔して磁気センサを取り付け、あるいは機械的な重量測定装置を設ける切断箇所を設けるなど、比較的複雑な構成を必要としていた。それに対して、本実施の形態の輸送レールシステムは、レールや、レールの支持構造に傷をつけることなく、重量を測定できる。従って、本実施の形態のシステムを鉄道トラックに適用することはきわめて容易であり、センサをレールや支持構造に取り付ける手作業の量を軽減できる。従って本実施の形態の重量測定システムの設置は、コストも、労力も軽減可能なものである。

互いに平行に配された２またはそれ以上のレールを有する輸送レールシステムでは、好ましくは少なくとも一つのセンサが各レールに配される。このようにすることは、レール車両の重量は一般に、各レールに均等に荷重するものではなく、その事実は各レールの重量測定を行う際に考慮に入れなければならないため、重量測定の際に効果的となる。好ましくは、２つのセンサが、平行なレールの長手方向に対して垂直な方向に一直線に配される。さらに、センサは、各レールに配され、これらのセンサはペアで配される。各ペアは平行なレールの長手方向に対して垂直な方向に一直線に配される。

別の好ましい実施形態では、輸送レールシステムは、モノレールシステムである。モノレールは、車両を運搬する単一のレールを備えたものである。モノレールは、倉庫などにおける利用に適している。単一のレールについて用いられるシステムでは、磁場の変化を測定することで重量を測定する構成を簡便に実装できる。かかるシステムにおける理想的な条件では、単一の予測可能な方向への曲げのみが発生する。従って、単一のセンサにより、再現性のある、信頼度の高い重量測定結果が得られる。その他のケース、例えば曲げ力が一つより多い方向に発生する場合、または曲げがレールの比較的長い距離に亘って発生する場合は、例えば、異なる方向への場の強さの変化を測定し、あるいは、長い距離に亘る曲げの状況を収集する、１より多い、好ましくは２つまたはそれ以上の、より好ましくは４，５，６，７，８個のセンサが用いられる。

輸送レールシステムは、応力により磁気的特性が変化する輸送レールシステムの構成要素が、強磁性鋼を含んで、あるいは強磁性鋼により形成されているように設計されてもよい。好ましくは、当該構成要素は、少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％、さらに好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも４０％、さらにより好ましくは少なくとも５０％、さらにより好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％、さらにより好ましくは少なくとも８０％、あるいはさらに好ましくは少なくとも９０％の強磁性鋼を含む。また当該構成要素は、高々１０％の、より好ましくは高々２０％の、さらに好ましくは高々３０％の、より好ましくは高々４０％の、さらにより好ましくは高々５０％の、さらにより好ましくは高々６０％の、さらにより好ましくは高々７０％の、さらにより好ましくは高々８０％の、さらにより好ましくは高々９０％の、あるいはさらに好ましくは１００％までの強磁性鋼を含む。つまり、例えば当該構成要素は、４０％以上７０％以下の強磁性鋼を含み得る。一例として、逆磁歪効果は、機械的負荷が強磁性材料を変形させるときに発生する。このため、より多くの強磁性鋼を含むことで、磁場により得られる信号が増強される。あるいは、他の任意のタイプの強磁性材料が、強磁性鋼に置き換えて用いられても、磁場内の信号変化を得ることができる。要求される測定の観点から、レールそのもの、あるいはレールの支持構造のいずれかが上記の強磁性材料の組成を有する。この強磁性材料は好ましくは強磁性鋼である。

好ましい実施形態では、少なくとも一つのシステムのレールが、着磁（parmanently magnetised）されている。このようにすると、輸送レールシステムを、いわゆるパッシブセンサ技術により提供できる。「パッシブセンサ技術」は、磁場のアクティブな形成を要しないことを意味する。従ってこの例のセンサは、レールにかかる重量により生じるレールの磁場の変化を測定するピックアップコイルとしての、少なくとも一つの測定コイルを含むだけでよい。このことにより、コストを低減できる。あるいは、重量を測定するときにレールを一時的に磁化する「アクティブセンサ技術」が用いられてもよい。このようなアクティブセンサは、例えば、CN101 36 88 42Aと、EP2 397 830Aに開示されている。アクティブセンサ技術を用いる場合、センサは好ましくは、対象物であるレールまたは支持構造を磁化するよう磁場を発生させる手段を含む。この手段は例えば磁場を生じさせるコイルである。このような手段は、例えば、EP2 397 830Aに開示がある。当該文献は、磁場を発生させる、コアに巻回したコイルを開示している。従って、磁場を発生させる方法や、センサの電気的特性及び設定については、例えばこの文献に開示のものを用いるので、ここでの詳しい説明を省略する。アクティブセンサ技術を用いると、レールに着磁する必要がなくなる。このほか、支持構造を着磁することでパッシブ測定を行うようにしてもよいし、あるいは、センサとは別に、アクティブに磁場を発生させる手段を用いるなど、変形を行ってもよい。

好ましくは、輸送レールシステムの磁場を測定する一つまたは複数のセンサは、システムに対して着脱可能に設置される。このように、レールやレールの支持構造等、輸送レールシステムに対し、センサを簡易に設置、あるいは取り外すことを可能とする。センサはレールに対して一時的に固定され、例えばレールや支持構造が交換されるべき場合、あるいはセンサが他のレールの異なる場所に設置されるべき場合に取外し可能となっていてもよい。これにより保守の時間やコストを低減できる。

［実施形態の詳細な説明］
図１から６は、本発明の実施の形態に係る輸送レールシステム１の例または、そのような輸送レールシステム１の主要な構成を表す図である。

図１は、レール車両２の重量を測定可能な輸送レールシステム１を示す。図１の例では、モノレールシステムが示され、レール３ａは、第１のビーム４ａと第２のビーム４ｂとで支持される。第１のビーム４ａと、第２のビーム４ｂとは、図２，３に示すように壁５に取り付けられている。レール３ａは、金属合金を鋳造してつくられ、強磁性鋼を含む。

重量のある、一つの車輪６を有したレール車両２がレール３ａに沿って貨物を運搬しつつ移動し、その質量による重力によって、レール３ａと支持ビーム４ａ，４ｂとが変形する。図１に示すように、第１及び第２のセンサ７ａ，７ｂは、レール３ａの側面８と底面９の測定点に配される。この測定点は第１のビーム４ａと第２のビーム４ｂとから等距離に位置する。

この手段は換言すれば、レール３ａに２つのセンサ７ａ，７ｂを取り付けられ、上記重量によりレール３ａにかかる応力によって生じるレール３ａの磁気的特性の変化をセンサ７ａ，７ｂが検出するものである。センサ７ａ，７ｂは、レール３ａの支持構造である２つのビーム４ａ，４ｂによってレール３ａ上に形成された２つの支持点の間の中間点に配される。

理想的には、モノレールシステムは、一方向にのみ曲がりが生じるが、いくつかの場合に、レール３ａは、異なる方向にも曲げが生じることが知られている。従って、２つのセンサが測定方向の異なる磁気的特性の変化を測定する。この測定方向は、互いに非ゼロの角をもって交わるように設定される。レール３ａの底面９及び側面８という互いに直交するようにセンサ７ａ，７ｂを配することで、対象物に対する直交した方向の応力が測定でき、これは、測定の精度と確度とを向上させる一つの方法となる。この方法ではさらに多くのセンサ７を、レール３ａに沿って配することができ、複数のレール３ａを備えた、図４に例示するような輸送レールシステム１に対しても適用できる。別の実施形態では、測定方向は、例えば互いに４５度の角度で交差するので、磁気的特性の異なるノン・コリニア成分の測定が、上述の異なる場所で行われ得る。２つのまたはそれ以上のレール３ａ，３ｂを備えた例が図４に示される。図４では、センサ７は、各レール３ａ，３ｂごとに設けられ、各レール３ａ，３ｂに係る、互いに異なる荷重がそれぞれ独立して測定され得る。

本発明の別の例が図２，図３に示される。図２は、重力方向に見た本実施の形態の平面図である。図３は、レール３ａに沿った方向から見た本実施の形態の正面図である。ここでは、二つの隣り合う支持ビーム４ａ，４ｂの曲げが、直交して配されるセンサ７ａないし７ｄ（ここでも他の実施態様では、このセンサは互いに異なる角度で配されてもよい）により測定される。レール３ａは支持ビーム４ａ，４ｂ及びセンサ７ａないし７ｄで構成される支持構造で支持される。センサ７ａないし７ｄは、レール３ａにかかる上記の重量による応力によって生じるレールの支持構造の磁気的特性の変化を測定する。

レール車両２がレール３ａに沿って移動し、支持ビーム４ａ，４ｂの歪みと応力とをそれぞれ測定するセンサペアが配された一対の支持ビーム４ａ，４ｂ間にさしかかる。既知の重量をもつレール車両２を用いるなどしたキャリブレーションの後、質量がわかっていないレール車両２の質量を、生成された電気的信号を用いて推定する。従って、レール車両２の運行中に重量測定を行うことができ、所望の輸送を迅速に達成できる。

さらに他の実施形態が図４に示される。ここでは互いに平行に配された２つのレール３ａ，３ｂを用いた鉄道軌道等の例が示される。レール車両２（不図示）の重量は、レール３ａ，３ｂの双方により同時に支持されるが、各レールに均等に荷重がかかる必要はない。従って、レール車両２の重量を測定するため、センサ７ａ，７ｂは、各レール３ａ，３ｂに配される。ある例では、センサ７ａ，７ｂのペアが一方のレール３ｂに配される。鉄道のレール車両２の例では、レール車両２によりレール３ｂに加えられる力は、レールの鉛直方向と長手方向との互いに直交する双方の成分を有する。Ｘ，Ｙとして表示された方向に生じる応力がレール３ｂに配された第１のセンサ７ａ及び第２のセンサ７ｂによりそれぞれ測定される。当業者であれば、他の実施形態では、さらなるセンサ７がレール３ｂや、他方のレール３ａに配されてもよいことが理解される。例えば、鉄道軌道が輸送方向に対して斜めに傾いている場合や、レール３ａの長手方向に沿ってレール３ａの変形が測定された場合には、センサ７の数を増大させるべきであることが理解される。

使用されるセンサ７についての概略図が図５，図６に示される。これらのセンサ７はCN101 36 88 42Aで既に説明されているアクティブセンサであり、レール３ａそのもの、またはレール３ａの支持構造４ａ，４ｂに磁場を励磁する励磁コイル１０と、レール３ａを透過する磁場を検出する測定手段の一部をなす測定コイル１１ａ，１１ｂとを有する。ここで説明されて用いられるセンサ７は、Ｅ字状の３極を有する一体鉄心（integral iron core）を含んでいる。励磁コイル１０は、中央の鉄心に巻回され、電源（不図示）からの電流が供給される。これにより磁場が生成される。第１，第２の測定コイル１１ａ，１１ｂは、電磁誘導により磁場を測定可能な検出コイルであり、２つの外側の鉄心、つまり上記Ｅ字状鉄心の外側の鉄心の一つずつにそれぞれ巻回されている。励磁コイル１０により能動的に生成された磁場は、レール３ａの強磁性材料内の磁場を誘導する。そしてこの誘導された磁場が、２つの検出コイル１１ａ，１１ｂにより検出される。図５に示されたセンサ７の例では、センサ７は、２つの測定コイル１１ａ，１１ｂにより磁場を測定する。このコイルは鉄心に巻回され、鉄心は磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素に直接、機械的に接している。ここでの例では、鉄心は磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素はレール３ａである。従って、測定手段は磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素に直接、機械的に接する面を有する。ここでの例では、測定手段の上記面は、一体極鉄心（integral pole core）であり、磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素はレール３ａであるものとしている。これによりレール３ａは、それ自体、測定手段の一部をなしてもよい。

図６に励磁するもう一つの実施形態では、センサ７は、磁気的特性を測定する第１、第２の測定コイル１１ａ，１１ｂを含む。これらのコイルは、鉄心に巻回され、この鉄心は、磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素に対して空隙をおいて配される。この例では、磁気的特性の変化が測定されるべき輸送レールシステム１の対応する要素は支持構造、具体的には強磁性鋼により形成された強磁性ビーム４ａであるものとしている。ここでの例では、励磁コイル１０が巻回された鉄心の極（pole）もまた、ビーム４ａに対して空隙をおいて配されている。他の例では、励磁コイルを巻回した極（pole）は、磁気的特性の変化を測定する対象となる要素に対して直接接する面を有し、測定コイル１１ａ，１１ｂを巻回した鉄心の極（pole）は、ビーム４ａに対して空隙をおいて配することが好適な場合もあり得る。センサ７の励磁コイル１０を省いてパッシブ測定技術を採用することが望まれる場合は、対象となるレール３ａ，３ｂやレール３ａ，３ｂの支持構造４ａに着磁して永久磁石としておく。

図示されない他の実施形態では、EP2 397 830Aに示されるセンサが上記センサ７の代わりに利用される。この例での測定方法やセンサの電気的特性、設定については、上記文献に開示されているので、ここでの説明を省略する。EP2 397 830Aのセンサを用いる場合、測定の対象はレール３ａ，３ｂそのもの及び／またはレール３ａ，３ｂの支持構造４ａ，４ｂである。センサの電気的特性と設定、例えば、上記文献で説明されている磁場の周波数等は、上記CN101 36 88 42Aに説明されたセンサや、レール３ａ，３ｂそのもの、またはレール３ａ，３ｂの支持構造４ａ，４ｂの磁気的特性の変化を測定するよう構成された他のセンサ７にも適用可能である。

各センサ７は、側面端部に永久磁石１３を含むメカニカルハウジング１２に収納されてもよい。この永久磁石１３により、センサモジュールがレール３ａ，３ｂや支持ビーム４ａ，４ｂに対して、あるいは測定対象となる輸送レールシステムの他の任意の強磁性構造に対して着脱容易となる。

本実施の形態によると、レール車両２の重量を測定する機能を有した、改善された輸送レールシステム１が提供される。レール車両２がレール３ａに沿って移動するとき、レール３ａ及び／または支持ビーム４ａ，４ｂが曲げられ、剪断応力や歪みによりレール３ａ，３ｂやビーム４ａ，４ｂの強磁性材料の磁化率が変化する。このことは、センサによる測定対象の磁気的特性の変化の原因がヴィラーリ効果（Villari effect）としても知られる逆磁歪効果に起因することを意味する。磁化率の変化は、センサの測定コイル１１ａ，１１ｂによって検出される磁場の変化を引き起こす。この変化は、レール３ａ，３ｂやビーム４ａ，４ｂの曲げの大きさ、つまりはレール車両２の質量に比例する。所定の適切なキャリブレーションを行った後、レール車両２の質量を確実に測定可能となる。測定は、非接触に行うこともでき、またセンサ７は着脱可能に取り付けられてもよい。これより測定はより簡便に、また低いコストで行うことが可能となる。既に述べた例から、磁場の測定がレール３ａそのものと、枕木や足場（scaffold）等のビーム４ａなどの支持構造の要素とで同時期的に行われてもよいことは容易に理解される。

ここまでに説明した特徴、請求の範囲及び図面は、任意に組み合せて用いられてもよい。また請求の範囲における符号は単に読みやすさのために付したものであって、限定する意図を有するものではない。

１ 輸送レールシステム
２ レール車両
３ａ，３ｂ レール
４ａ，４ｂ ビーム
５ 壁
６ 車輪
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ センサ
８ 側面
９ 底面
１０ 励磁コイル
１１ａ，１１ｂ 測定コイル
１２ ハウジング
１３ 永久磁石

Claims (14)

1. レール車両（２）の重量を測定可能な輸送レールシステム（１）であって、
   １または複数のレール（３ａ，３ｂ）と、
   １または複数の、磁気的特性を測定するセンサ（７）と、を含み、
   前記センサ（７）の少なくとも一つが、前記１または複数のレール（３ａ，３ｂ）にかかる重量を検出するため、当該重量により前記レール（３ａ，３ｂ）に与えられる応力による磁気的特性の変化を測定するセンサであり、
   前記１または複数のセンサ（７）が、レール（３ａ，３ｂ）そのものの磁気的特性の変化を測定し、及び／または１または複数のセンサ（７）が、レール（３ａ，３ｂ）の支持構造（４ａ，４ｂ）の磁気的特性の変化を測定するよう構成されている輸送レールシステム。
2. 請求項１記載の輸送レールシステム（１）であって、
   前記輸送レールシステム（１）が、２つまたはそれ以上の、前記輸送レールシステム（１）の磁気的特性の変化を測定するよう構成されたセンサ（７）を有する。
3. 請求項１または２に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   前記輸送レールシステム（１）が、２つまたはそれ以上のセンサ（７）であって、レール（３ａ，３ｂ）そのもの、及び／またはレール（３ａ，３ｂ）の支持構造（４ａ，４ｂ）の磁気的特性の変化を測定するよう構成され、互いに異なる検出方向の磁気的特性の変化を検出し、当該検出方向は、互いに角度をもって交差する方向であるセンサ（７）を備える。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   一つまたは複数のセンサ（７）が、一つまたは複数の、磁気的特性を測定する測定手段を含み、当該測定手段はコイルまたは一体極鉄心（integral pole core）であって、その表面が、直接、磁気的特性の変化を測定する対象となる輸送レールシステム（１）の対応する構成に機械的に接触している輸送レールシステム。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   １または複数のセンサ（７）が、１または複数の磁気的特性を測定する測定手段を含み、当該測定手段は、測定手段自身と磁気的特性の変化を測定する対象となる輸送レールシステム（１）の対応する構成との間に空隙をおいて配される輸送レールシステム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   １または複数のレール（３ａ，３ｂ）、もしくは、支持構造（４ａ，４ｂ）と、１または複数のセンサ（７）とがレール（３ａ，３ｂ）にかかる荷重によって生じる応力によってもたらされるレール（３ａ，３ｂ）の支持構造の磁気的特性の変化を測定するよう構成されている輸送レールシステム。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   １または複数のレール（３ａ，３ｂ）に、レール（３ａ，３ｂ）にかかる荷重によって生じる応力によってもたらされるレール（３ａ，３ｂ）の磁場特性の変化を測定する１または複数のセンサ（７）が取り付けられ、備えられている輸送レールシステム。
8. 請求項７記載の輸送レールシステム（１）であって、
   前記レール（３ａ，３ｂ）にかかる荷重によって生じる応力によってもたらされる磁気的特性の変化を測定するよう構成された前記１または複数のセンサ（７）が、レール（３ａ，３ｂ）の支持構造（４ａ，４ｂ）による一対の支持点間に配されている輸送レールシステム。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
   前記センサ（７）により測定される磁気的特性の変化の物理学的原因が、逆磁歪効果である輸送レールシステム。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
    前記輸送レールシステム（１）が２またはそれ以上のレール（３ａ，３ｂ）であって、互いに平行に配されたレール（３ａ，３ｂ）を含む。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
    当該輸送レールシステム（１）がモノレールシステムである輸送レールシステム。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の輸送レールシステム（１）であって、
    応力により磁気的特性が変化する輸送レールシステム（１）の構成が、強磁性鋼を含む輸送レールシステム。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の輸送レールシステムであって、
    輸送レールシステム（１）のレール（３ａ，３ｂ）の少なくとも一つが、着磁されている輸送レールシステム。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の輸送レールシステムであって、
    輸送レールシステム（１）の磁気的特性を測定する１または複数のセンサ（７）が、輸送レールシステム（１）に対し着脱可能に設置される輸送レールシステム。
    
    

Images