JP2018179794A - 状態監視ユニットおよび状態監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】状態監視ユニットの内部に保存された対象物の物理データを、当該物理データが関係者以外に漏洩するリスクを低減しながら、状態監視ユニットの外部から容易に取得する。【解決手段】本発明の一実施形態による状態監視ユニット２０は、軌道に沿って移動する対象物に固定されて対象物の状態を監視する。状態監視ユニットは、測定センサと、記憶部と、制御部と、送信部とを備える。測定センサは、対象物の物理データを測定する。制御部は、測定センサによって測定された物理データを記憶部に保存する。送信部は、近接無線通信によって、記憶部に保存されている物理データを状態監視ユニットに近接する受信装置４０にデータ信号として送信する。【選択図】図６

Description

この発明は、軌道に沿って移動する対象物に固定されて、当該対象物の状態を監視する状態監視ユニット、および当該状態監視ユニットを備える状態監視システムに関する。

軌道に沿って移動する対象物に固定されて、当該対象物の状態を監視する状態監視ユニットが知られている。たとえば、特開２０１４−２１５１６４号公報（特許文献１）には、鉄道車両に着脱可能に固定されて、車軸軸受の振動データを測定する振動測定ユニットが開示されている。

特開２０１４−２１５１６４号公報

特開２０１４−２１５１６４号公報（特許文献１）に開示されている振動測定ユニットにおいては、振動測定ユニットから着脱可能なカード型記録媒体に振動データが保存される。各車軸軸受に固定された振動測定ユニットから振動データを収集する場合、ユーザは、各振動測定ユニットに近づいて各振動測定ユニットからカード型記録媒体を取り出す必要がある。

通常、鉄道車両は多数の車軸軸受を備えている。また、カード型記録媒体は、鉄道車両の走行中に振動測定ユニットから外れないように振動測定ユニットに固定される。そのように振動測定ユニットに固定されたカード型記録媒体を各振動測定ユニットから取り出す作業は、煩雑となって多くの時間を要する可能性がある。

このような問題の解決方法として、振動測定ユニットから、無線通信によって外部のデータ収集装置等に振動データを送信するという方法が考えられる。しかし、無線通信の通信可能な距離によっては、振動データがデータ収集装置以外の機器に受信され、振動データが関係者以外に漏洩するリスクが生じる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、状態監視ユニットに保存された対象物の物理データを、当該物理データが関係者以外に漏洩するリスクを低減しながら、状態監視ユニットの外部から容易に取得することである。

本発明の一実施形態による状態監視ユニットは、軌道に沿って移動する対象物に固定されて対象物の状態を監視する。状態監視ユニットは、測定センサと、記憶部と、制御部と、送信部とを備える。測定センサは、対象物の物理データを測定する。制御部は、測定センサによって測定された物理データを記憶部に保存する。送信部は、近接無線通信によって、記憶部に保存されている物理データを状態監視ユニットに近接する受信装置にデータ信号として送信する。

「近接」とは、たとえば装置間の距離が１メートル以内である場合のように、或る装置が他の装置の付近に位置することを意味する。近接無線通信とは、装置同士が近接している場合に当該装置間で可能となる通信である。

本発明に係る状態監視ユニットにおいては、近接無線通信によって、記憶部に保存されている物理データを状態監視ユニットに近接する受信装置にデータ信号として送信する。近接無線通信によって通信可能な距離は、状態監視ユニット付近に限定されるため、状態監視ユニットに近づくことができるユーザ以外に振動データが漏洩するリスクを低減することができる。また、ユーザは、受信装置を状態監視ユニットに近接させるだけで状態監視ユニットによって測定された物理データを容易に取得することができる。その結果、状態監視ユニットから物理データを取得する作業を簡易化することができる。

実施の形態に係る状態監視ユニットが鉄道車両に固定されている様子を示す図である。 実施の形態に係る状態監視ユニットの外観を示す図である。 実施の形態に係る状態監視システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態に係る振動測定システムにおいて、送信装置が状態監視ユニットにトリガ信号を送信している様子を示す図である。 実施の形態に係る状態監視システムにおいて、レールの継ぎ目を避けて振動測定が行なわれる様子を示す図である。 ユーザが受信装置を状態監視ユニットに近接させて状態監視ユニットから物理データを取得している様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は、実施の形態に係る状態監視ユニット２０が鉄道車両１０に着脱可能に固定されている様子を示す図である。軸箱１１は、車軸１３に取り付けられる車軸軸受（不図示）を支持する。車軸軸受は、状態監視ユニット２０によって状態が監視される対象物である。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１２がそれぞれ取り付けられている。車輪１２が車軸軸受により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設された２本のレール９０（軌道）上を走行することができる。状態監視ユニット２０は、軸箱１１にボルト１４によって締結されている。ボルト１４としては、たとえば六角ボルトを用いることができる。

状態監視ユニット２０は、車軸軸受の物理データを測定する。実施の形態において状態監視ユニット２０は、軸箱１１に固定されていることにより、軸箱１１が支持する車軸軸受の振動データを測定する。状態監視ユニット２０によって測定される車軸軸受の物理データは、振動データに限られるものではなく、たとえば温度データでもよい。状態監視ユニット２０は、トリガ信号を受信することにより物理データの測定を開始する。

鉄道車両１０は、１両につき８個の車輪１２を備える。車軸軸受は車輪１２毎に設けられるから、鉄道車両１０の全ての車軸軸受の状態を監視する場合、鉄道車両１０の車両数の８倍の状態監視ユニット２０が鉄道車両１０に取り付けられる。

状態監視ユニット２０によって測定された振動データが着脱式のカード型記録媒体に記録される場合、振動データを収集するためには各状態監視ユニット２０からカード型記録媒体を取り出す必要がある。着脱式のカード型記録媒体は、鉄道車両１０の走行中に状態監視ユニット２０から外れないように状態監視ユニット２０に固定される。そのように状態監視ユニット２０に固定されたカード型記録媒体を各状態監視ユニット２０から取り出す作業は、煩雑となって多くの時間を要する可能性がある。また、振動データをカード型記録媒体に保存する場合、状態監視ユニット２０は、カード型記録媒体を着脱可能とする構造が必要になる。当該構造としては、たとえばカード型記録媒体の挿入口、あるいはカード型記録媒体を埃等から保護するための蓋を挙げることができる。状態監視ユニット２０がこのような構造を有する場合、状態監視ユニット２０の剛性に脆弱な部分ができ、車軸軸受の振動が状態監視ユニット２０の測定センサに正確に伝わらない可能性がある。

このような問題の解決方法として、状態監視ユニット２０の内部から、たとえばＷｉ‐Ｆｉ（Wireless-Fidelity，登録商標）あるいは無線ＰＡＮ（Personal Area Network）のような無線通信によって外部のデータ収集装置等に振動データを送信するという方法が考えられる。しかし、無線通信の通信可能な距離によっては、物理データがデータ収集装置以外の機器に受信され、振動データが関係者以外に漏洩するリスクが生じる。

そこで、実施の形態においては、状態監視ユニット２０によって測定された物理データを、近接無線通信を用いて状態監視ユニット２０に近接する外部の受信装置に送信する。近接無線通信によって通信可能な距離は、状態監視ユニット２０付近に限定されるため、状態監視ユニット２０に近づくことができるユーザ以外に物理データが漏洩するリスクを低減することができる。また、ユーザは、受信装置を状態監視ユニット２０に近接させるだけで状態監視ユニット２０によって測定された物理データを容易に取得することができる。その結果、状態監視ユニット２０から物理データを取得する作業を簡易化することができる。

図２は、実施の形態に係る状態監視ユニット２０の外観を示す図である。状態監視ユニット２０は、固定部２１と収容部２２とを備える。固定部２１には、長手方向の両端にそれぞれボルト孔２１１および２１２が形成されている。ボルト孔２１１および２１２は、ボルトによって状態監視ユニット２０を軸箱などの対象物に締結するための孔である。ボルトによって状態監視ユニット２０を対象物に締結することにより、状態監視ユニット２０と対象物との接触面において、車軸軸受の異常とは無関係に発生する接触共振を軽減することができる。

収容部２２は、固定部２１に固定されている。収容部２２は、制御部、物理データが保存される記憶部、近接無線通信を用いてデータ信号を外部に送信する送信部、トリガ信号を受信する受信部、測定センサ、および電源部などを収容して保護する。

収容部２２は、鉄製の遮蔽部２２１と、透過部２２２とを含む。遮蔽部２２１は、外部からの電気的ノイズを遮蔽して内部の制御部等を電気的ノイズから保護する。

透過部２２２は、受信部がトリガ信号を受信するための受信窓２２２Ａと、送信部からのデータ信号を外部へ通過させるための送信窓２２２Ｂとを有する。受信窓２２２Ａと送信窓２２２Ｂとは、遮蔽部２２１の同一側面に配置されている。受信窓２２２Ａおよび送信窓２２２Ｂの各々には、樹脂製のレンズが固定されている。受信窓２２２Ａは、受信部から見てトリガ信号の受信方向に配置されている。トリガ信号は、受信窓２２２Ａを通過して受信部に受信される。送信窓２２２Ｂは、送信部から見てデータ信号の送信方向に配置されている。送信部からのデータ信号は、送信窓２２２Ｂを通過して外部の受信装置に送信される。

実施の形態においては、上記で説明した状態監視ユニット２０に加えて、状態監視ユニット２０にトリガ信号を出射する送信装置、および状態監視ユニット２０によって測定された物理データを収集する受信装置を備える状態監視システムによって、車軸軸受の状態監視を行なう。図３は、実施の形態に係る状態監視システム１の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図３に示されるように、状態監視システム１は、状態監視ユニット２０と、送信装置３０と、受信装置４０とを備える。

状態監視ユニット２０は、送信装置３０からトリガ信号Ｔｒｇ１を受信する。送信装置３０から状態監視ユニット２０への通信は、赤外線あるいは電波を用いて行なうことができる。状態監視ユニット２０は、近接無線通信を用いて、データ信号Ｄｔ１を、状態監視ユニット２０に近接する受信装置４０に送信する。近接無線通信としては、トランスファージェット（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency IDentification）、およびＩｒＤＡ（Infrared Data Association）を挙げることができる。

状態監視ユニット２０は、制御部２１０と、受信部２２０と、測定センサ２３０と、記憶部２４０と、電源部２５０と、送信部２６０とを備える。

制御部２１０は、受信部２２０がトリガ信号Ｔｒｇ１を受信した場合、測定センサ２３０からの物理データを記憶部２４０に保存する。制御部２１０は、送信部２６０を制御して、近接無線通信により、記憶部２４０に保存された物理データをデータ信号Ｄｔ１として状態監視ユニット２０に近接する受信装置４０に送信する。制御部２１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなコンピュータ、および揮発性メモリを含む。

記憶部２４０は、制御部２１０に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば振動測定制御プログラム）、および当該プログラムによって使用される各種データを保存する。記憶部２４０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。

電源部２５０は、不図示の電池の電力を制御部２１０、受信部２２０、測定センサ２３０、記憶部２４０、および送信部２６０に供給する。

受信装置４０は、ユーザが携帯することが可能な携帯端末４１と、近接通信用アダプタ４２とを備える。近接通信用アダプタ４２は、たとえばＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続により、携帯端末４１に着脱可能に装着される。携帯端末４１は、近接無線通信の機能を有していない場合であっても、近接通信用アダプタ４２が装着されることにより、状態監視ユニット２０から近接無線通信を用いて送信されるデータ信号Ｄｔ１を受信することができる。

受信装置４０によって取得された物理データは、携帯端末４１、あるいは不図示のＰＣ（Personal Computer）あるいはワークステーションにおいて解析が行なわれる。携帯端末としては、たとえばスマートフォン、あるいはタブレットＰＣを挙げることができる。

図４は、実施の形態に係る状態監視システム１において、送信装置３０が状態監視ユニット２０にトリガ信号Ｔｒｇ１を送信している様子を示す図である。図４に示されるように状態監視ユニット２０は、送信装置３０からのトリガ信号を受信した場合、振動データの測定を開始する。送信装置３０は、車軸軸受の異常とは無関係の振動が発生し難い場所に設置される。たとえば、鉄道車両１０がレールの継ぎ目あるいは分岐点を通過したときに発生する振動がほとんど減衰しているレール上の測定点付近の場所である。当該測定点は、レールの継ぎ目あるいは分岐点から所定の距離だけ離れている。当該所定の距離は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。

図５は、実施の形態に係る状態監視システム１において、レール９０の継ぎ目を避けて振動測定が行なわれる様子を示す図である。図５において測定点Ｐ１はレール９０の継ぎ目がある地点Ｇ１から所定の距離だけ離れている。送信装置３０はレール上の測定点Ｐ１に向けてトリガ信号Ｔｒｇ１を送信する。図５（ａ）に示される各状態監視ユニット２０は、鉄道車両１０が矢印方向に進んでいくにつれて、順次地点Ｇ１を通過していく。その後、図５（ｂ）に示されるように、各状態監視ユニット２０は、測定点Ｐ１を通過するときに送信装置３０からのトリガ信号を順次受信する。状態監視ユニット２０は、受信部がトリガ信号を受信したことに応じて物理データを記憶部２４０に保存する。

図５（ｂ）に示されるように、各状態監視ユニット２０は測定点Ｐ１においてトリガ信号を受ける。実施の形態においては、状態監視ユニット２０は、トリガ信号を受信したタイミングから一定時間の間に測定された物理データを保存する。各状態監視ユニット２０に保存された物理データは、ほとんど同条件で測定されたものになる。そのため、各車軸軸受の物理データの比較を行なう場合に、測定条件をそろえるための補正を行なう必要がない。当該補正を要することなく車軸軸受の異常を示す物理データと正常な物理データとの差異が明確になるため、車軸軸受の異常の発見が容易になる。

図６は、ユーザＵｓ１が受信装置４０を状態監視ユニット２０に近接させて状態監視ユニット２０から振動データを取得している様子を示す図である。図６に示されるように、ユーザＵｓ１は受信装置４０を携帯し、近接通信用アダプタ４２を送信窓２２２Ｂに近接させることにより、物理データを状態監視ユニット２０から取得することができる。

以上、実施の形態に係る状態監視ユニットおよび状態監視システムによれば、状態監視ユニットから物理データを取得する作業を簡易化することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。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すべての変更が含まれることが意図される。

１ 状態監視システム、１０ 鉄道車両、１１ 軸箱、１２ 車輪、１３ 車軸、１４ ボルト、２０ 状態監視ユニット、２１ 固定部、２２ 収容部、３０ 送信装置、４０ 受信装置、４１ 携帯端末、４２ 近接通信用アダプタ、９０ レール、２１０ 制御部、２１１，２１２ ボルト孔、２２０ 受信部、２２１ 遮蔽部、２２２ 透過部、２２２Ａ 受信窓、２２２Ｂ 送信窓、２３０ 測定センサ、２４０ 記憶部、２５０ 電源部、２６０ 送信部。

Claims (8)

1. 軌道に沿って移動する対象物に固定されて前記対象物の状態を監視する状態監視ユニットであって、
   前記対象物の物理データを測定するように構成された測定センサと、
   記憶部と、
   前記測定センサによって測定された前記物理データを前記記憶部に保存するように構成された制御部と、
   近接無線通信によって、前記記憶部に保存されている前記物理データを前記状態監視ユニットに近接する受信装置にデータ信号として送信するように構成された送信部とを備える、状態監視ユニット。
2. 送信装置から送信されたトリガ信号を受信するように構成された受信部をさらに備え、
   前記制御部は、前記測定センサによって測定された前記物理データを、前記受信部が前記トリガ信号を受信したことに応じて前記記憶部に保存するように構成される、請求項１に記載の状態監視ユニット。
3. 前記測定センサ、前記記憶部、前記制御部、前記送信部、前記受信部を収容する収容部をさらに備え、
   前記収容部は、金属製の遮蔽部と、前記トリガ信号および前記データ信号が通過することが可能な透過部とを含み、
   前記透過部は、前記受信部が前記トリガ信号を受信可能なように配置されるとともに、前記データ信号が通過可能なように配置されている、請求項２に記載の状態監視ユニット。
4. 前記遮蔽部は、鉄を含み、
   前記透過部は、前記第１および第２窓部を有し、
   前記第１窓部は、前記受信部から見て前記トリガ信号の受信方向に配置され、
   前記第２窓部は、前記送信部から見て前記データ信号の送信方向に配置されている、請求項３に記載の状態監視ユニット。
5. 前記第１および第２窓部は、前記遮蔽部の同一の側面に配置されている、請求項４に記載の状態監視ユニット。
6. 前記物理データは、振動データおよび温度データの少なくとも一方を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の状態監視ユニット。
7. 前記近接無線通信は、トランスファージェット、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency IDentification）、およびＩｒＤＡ（Infrared Data Association）の少なくとも１つを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の状態監視ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の状態監視ユニットと、
   前記受信装置とを備え、
   前記受信装置は、携帯端末と、前記携帯端末に着脱可能に固定される通信アダプタを含み、
   前記通信アダプタは、前記近接無線通信によって、前記データ信号を受信するように構成されている、状態監視システム。

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