JP2019162905A - Truck soundness monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両に搭載される振動発電装置を備えた台車健全性監視装置に関する。 The present invention relates to a cart health monitoring device including a vibration power generation device mounted on a railway vehicle.
鉄道車両に搭載される各機器は、車両が持つ大元の電源装置から配線を通じて電力が供給される。また、鉄道車両のアベイラビリティと信頼性の向上のために、鉄道車両の状態監視保全への適用を視野に入れた常時モニタリングに関する技術開発が進められており、常時車両の各機器をモニタリングして得られたビックデータを解析し保全に活用する状態監視保全への取り組みがなされている。 Each device mounted on the railway vehicle is supplied with electric power from the main power supply device of the vehicle through wiring. In addition, in order to improve the availability and reliability of railway vehicles, technological development related to constant monitoring is being promoted with a view to application to railway vehicle condition monitoring and maintenance. Efforts are being made to monitor and maintain the big data analyzed and used for maintenance.
一方、既存の鉄道車両に対して新たな装置を設置するには大規模な工事が必要となる。特に台車へ機器を設置する場合には、車体との配線やメンテナンス上の取扱いの関係もあり、多数の配線を新たに設置することはできるだけ避けることが望まれている。このような状況下でセンサへの電源として振動発電装置を台車に設置した台車健全性監視装置が知られている。 On the other hand, large-scale construction is required to install a new device for an existing railway vehicle. In particular, when equipment is installed on a carriage, there is a relationship between wiring with the vehicle body and handling in maintenance, and it is desired to avoid installing a large number of wirings as much as possible. Under such circumstances, a cart health monitoring device is known in which a vibration power generation device is installed in a cart as a power source for a sensor.
この台車健全性監視装置に用いられる振動発電装置としては、例えば鉄道車両に設置される振動発電装置において、圧電素子を有する長尺の板部と、鉄道車両に固定されて板部を該板部の板面に直交する方向へのたわみを許容するように支持する支持部と、を備え、板部はたわみ振動によって発電を行うという構成や、筺体に固定される弾性部材と、第1の方向に振動可能な振動子と振動子の内部に位置するコイルを備え、前記振動子は、第1の磁石と、前記第1の磁石と前記第1の方向に並び反発するように配置された第2の磁石と、前記第1の磁石および前記第2の磁石に対して環状に配置された第3の磁石と、前記第1乃至第3の磁石を囲む第1の磁性体と、を有し、前記コイルは、前記第1の磁石および前記第2の磁石と前記第3の磁石の間に位置する構成、などが知られている。 As a vibration power generation device used for this bogie health monitoring device, for example, in a vibration power generation device installed in a railway vehicle, a long plate portion having a piezoelectric element, and a plate portion fixed to the railcar are used as the plate portion. And a support portion that supports the bending in a direction perpendicular to the plate surface, the plate portion generating power by bending vibration, an elastic member fixed to the housing, and the first direction And a coil located inside the vibrator, wherein the vibrator is arranged to repel the first magnet and the first magnet in the first direction. 2 magnets, a third magnet arranged in an annular shape with respect to the first magnet and the second magnet, and a first magnetic body surrounding the first to third magnets. The coil includes the first magnet, the second magnet, and the third magnet. Structure located between the stones, and the like are known.
上述した従来の台車健全性監視装置は、振動発電装置を電源として用いているが、蓄電デバイスを設けて蓄電した場合、車両が走行を開始した直後など自己発電量が少ない際に、多くの電力を必要とする監視モジュールの稼動ができないという課題があった。このため、一次電池などの電池による給電が併用されることが考えられるが、この場合、電池交換などの作業負荷の低減や鉄道車両の運用終了後から翌日の開始時までの車両休止時の電池消耗を抑制する機構が必要となる。 The conventional cart health monitoring device described above uses a vibration power generation device as a power source. However, when a power storage device is provided to store power, a large amount of power is generated when the self-power generation amount is small, such as immediately after the vehicle starts running. There is a problem that the monitoring module that requires the operation cannot be performed. For this reason, it is conceivable that power supply by a battery such as a primary battery may be used together. In this case, the battery during vehicle suspension from the end of operation of the railway vehicle to the start of the next day after reducing the workload such as battery replacement or the like. A mechanism for suppressing wear is required.
そこで、一次電池と電気二重層キャパシタと振動発電を組み合わせた構成が考えられるが、このような構成は、次のような課題を有していた。監視モジュール内のCPUが起動するには、CPUが要求する最低電圧を上回る電圧がCPUに対して加圧される必要がある。状態監視は、運用直後から開始したいニーズもあり、そのためには監視モジュールを極力早期に起動させる必要がある。また、鉄道車両が走行開始した直後は、台車で発生する振動エネルギは小さいため、一次電池による供給が主体となる。走行開始直後の場合、車両は長時間振動環境下になかったことから振動発電によるエネルギ供給を受けておらず
、電気二重層キャパシタ内の電位はいずれも自己放電等によって低下している。
Then, although the structure which combined the primary battery, the electrical double layer capacitor, and vibration power generation is considered, such a structure had the following subjects. In order for the CPU in the monitoring module to start up, a voltage exceeding the minimum voltage required by the CPU needs to be pressurized against the CPU. There is a need to start state monitoring immediately after operation, and in order to do so, it is necessary to start the monitoring module as soon as possible. In addition, immediately after the railway vehicle starts to travel, vibration energy generated by the carriage is small, so that the primary battery is the main supply. Immediately after the start of traveling, the vehicle has not been in an oscillating environment for a long time and therefore has not been supplied with energy by vibration power generation, and the electric potential in the electric double layer capacitor has been lowered by self-discharge or the like.
一方で、一次電池の消耗による一次電池の交換頻度を抑制するために、振動発電による発電エネルギを早い段階から利用することが望まれる。そのためには、振動発電による電気二重層キャパシタの蓄電電圧が、一次電池の供給電圧よりも早期に高くなる必要があり、電気二重層キャパシタの電気容量は小さいことが望まれる。しかしながら、CPUの演算に時間を要する詳細な解析、例えばFFT変換などを実行する場合には、まとまった電力が一時的に必要となるため、電気容量を大幅に小さくすると電力を必要とする詳細な解析を一次電池の給電によらずに行うことができないという問題がある。 On the other hand, in order to suppress the replacement frequency of the primary battery due to the consumption of the primary battery, it is desired to use the energy generated by vibration power generation from an early stage. For this purpose, the storage voltage of the electric double layer capacitor by vibration power generation needs to be higher than the supply voltage of the primary battery at an early stage, and the electric capacity of the electric double layer capacitor is desired to be small. However, when performing a detailed analysis that requires time for computation of the CPU, such as FFT conversion, a large amount of power is temporarily required. There is a problem that the analysis cannot be performed without relying on the power supply of the primary battery.
また鉄道車両が運用終了してから、次回(例えば、翌日)に運用が開始されるまで長時間留置されることから、この間は監視モジュールが稼働する必要はなく、一次電池、電気二重層キャパシタの消耗を抑制するため、自己停止し、次回鉄道車両が運用を開始するまで監視モジュールを休止させることが望ましい。また次回運用開始時に自動で起動する仕組みも必要になる。 In addition, the monitoring module does not need to be operated during this period since the operation of the railway vehicle is completed until the next operation (for example, the next day), so that the monitoring module does not need to operate during this period. In order to suppress wear, it is desirable to stop the monitoring module until it stops itself and the next rolling stock starts operation. In addition, a mechanism that automatically starts when the next operation starts is also required.
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであり、台車健全性監視装置において、一次電池の消耗を抑制することができ、早期に電気二重層キャパシタの電圧を監視モジュールが起動できる程度まで蓄電することができ、監視モジュールが演算に時間を要する詳細な解析を行うことができる電気二重層キャパシタの容量の確保ができ、鉄道車両の運用終了後に一次電池や電気二重層キャパシタの消費を抑制することができる台車健全性監視装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention has been made to solve the above-described problems, and in the cart health monitoring device, it is possible to suppress the consumption of the primary battery and to monitor the voltage of the electric double layer capacitor at an early stage. The battery can be stored to the extent that the module can be started up, and the capacity of the electric double layer capacitor can be secured, which allows the monitoring module to perform detailed analysis that requires time for computation. An object of the present invention is to provide a cart health monitoring device capable of suppressing consumption of a multilayer capacitor.
本発明に係る台車健全性監視装置は、一次電池と、前記一次電池と並列に接続され、入力された振動によって発電を行う振動発電装置と、前記振動発電装置で発電された電力を蓄電する蓄電装置と、鉄道車両の台車における所望の部位に設置されるセンサ部と、前記センサ部から得られた信号を処理して前記鉄道車両における各部位の健全性を監視する監視モジュールと、を備えた台車健全性監視装置であって、前記蓄電装置は、容量の異なる少なくとも2以上のキャパシタを備えることを特徴とする。 The bogie health monitoring device according to the present invention includes a primary battery, a vibration power generation device that is connected in parallel with the primary battery and generates power by input vibration, and a power storage that stores power generated by the vibration power generation device. An apparatus, a sensor unit installed at a desired site in a railway vehicle carriage, and a monitoring module that processes signals obtained from the sensor unit and monitors the soundness of each site in the rail vehicle. In the truck health monitoring apparatus, the power storage device includes at least two capacitors having different capacities.
また、本発明に係る台車健全性監視装置において、前記一次電池と前記監視モジュールは、前記振動発電装置から入力の有無によって開閉されるゲート部を介して接続されると好適である。 In the bogie health monitoring apparatus according to the present invention, it is preferable that the primary battery and the monitoring module are connected via a gate portion that is opened and closed depending on whether or not there is an input from the vibration power generation apparatus.
また、本発明に係る台車健全性監視装置において、前記2以上のキャパシタは、前記振動発電装置と前記信号処理部の間に並列に接続されると好適である。 In the bogie health monitoring device according to the present invention, it is preferable that the two or more capacitors are connected in parallel between the vibration power generation device and the signal processing unit.
また、本発明に係る台車健全性監視装置において、前記センサ部は、少なくとも温度センサと圧電式加速度センサを備えると好適である。 In the cart health monitoring apparatus according to the present invention, it is preferable that the sensor unit includes at least a temperature sensor and a piezoelectric acceleration sensor.
本発明によれば、蓄電装置として、容量の異なる少なくとも2以上のキャパシタを備えているので、容量の小さいキャパシタは早期に蓄電電圧を上昇させて監視モジュールを早期に起動させることができると共に、容量の大きなキャパシタによって監視モジュールが演算に時間を要する詳細な解析を行うことができる。 According to the present invention, since the power storage device includes at least two capacitors having different capacities, the capacitor having a small capacity can increase the storage voltage early to start the monitoring module early, and With a large capacitor, the monitoring module can perform a detailed analysis that requires time for computation.
また、一次電池と監視モジュールは、振動発電装置からの入力の有無によって開閉されるゲート部を介して接続されているので、車両が運用を終了してから、次回に運用が開始されるまでの間は監視モジュールへの給電を停止して一次電池の消耗を抑制することがで
きる。
In addition, since the primary battery and the monitoring module are connected via a gate part that is opened and closed depending on whether or not there is an input from the vibration power generation device, the operation is started until the next operation starts after the vehicle ends the operation. In the meantime, the power supply to the monitoring module can be stopped to suppress the consumption of the primary battery.
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention according to each claim, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. .
図1は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置を備えた鉄道車両の概要図であり、図2は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の監視モジュールにおける電源供給部の構成を説明するためのブロック図であり、図3は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の監視モジュールにおける信号処理部の構成を説明するためのブロック図であり、図4は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の電源供給部の走行開始直後の動作を説明するためのブロック図であり、図5は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の電源供給部の第1のキャパシタからの電力供給の動作を説明するためのブロック図であり、図6は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の電源供給部の第2のキャパシタからの電力供給の動作を説明するためのブロック図であり、図7は、本発明の実施形態に係る台車健全性監視装置の消費電流、蓄電装置からの供給電流、一次電池からの供給電流の測定例であり、(a)は走行開始直後の、(b)は走行開始10分後の測定例を示すグラフである。 FIG. 1 is a schematic diagram of a railway vehicle including a cart health monitoring device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a power supply unit in a monitoring module of the cart health monitoring device according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram for explaining the configuration of the signal processing unit in the monitoring module of the cart health monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a block diagram for explaining an operation immediately after the start of traveling of the power supply unit of the cart health monitoring device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram of the cart health monitoring device according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram for explaining the operation of power supply from the first capacitor of the power supply unit, and FIG. 6 shows the second capacitor of the power supply unit of the cart health monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention. Dynamics of power supply FIG. 7 is a measurement example of consumption current of the bogie health monitoring device according to the embodiment of the present invention, supply current from the power storage device, and supply current from the primary battery. a) is a graph showing a measurement example immediately after the start of travel, and (b) is a graph showing a measurement example 10 minutes after the start of travel.
図1から図3に示すように、本実施形態による台車健全性監視装置10は、鉄道車両1の台車2の監視対象となる部位に設置されるセンサ部30と、親機13および子機となる無線部18を有する監視モジュール14と、該監視モジュール14の電源供給部14aに電源を供給する一次電池11及び振動発電装置12とを備えている。振動発電装置12は、圧電素子に作用する振動を電圧に変換するものであり、圧電素子を取り付けた長尺の板部、台車2に固定されて板部を支持する支持部および板部上に載置可能な錘などを備えている構成や、筺体に固定される弾性部材と、第1の方向に振動可能な振動子と振動子の内部に位置するコイルを備え、前記振動子は、第1の磁石と、前記第1の磁石と前記第1の方向に並び反発するように配置された第2の磁石と、前記第1の磁石および前記第2の磁石に対して環状に配置された第3の磁石と、前記第1乃至第3の磁石を囲む第1の磁性体と、を有し、前記コイルは、前記第1の磁石および前記第2の磁石と前記第3の磁石の間に位置する構成、などが好適である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the cart health monitoring device 10 according to the present embodiment includes a sensor unit 30, a master device 13, and a slave device installed at a site to be monitored of the cart 2 of the railway vehicle 1. And a primary battery 11 and a vibration power generator 12 that supply power to the power supply unit 14a of the monitoring module 14. The vibration power generation device 12 converts vibrations acting on the piezoelectric element into a voltage, a long plate portion to which the piezoelectric element is attached, a support portion that is fixed to the carriage 2 and supports the plate portion, and a plate portion. A structure including a weight that can be placed, an elastic member fixed to the housing, a vibrator that can vibrate in a first direction, and a coil positioned inside the vibrator. 1 magnet, a second magnet arranged to repel the first magnet and in the first direction, and arranged annularly with respect to the first magnet and the second magnet A third magnet and a first magnetic body surrounding the first to third magnets, and the coil is between the first magnet, the second magnet, and the third magnet. A configuration located in the position is suitable.
なお、本実施形態に係る台車健全性監視装置10は、監視する監視部毎に電源を確保し
、異常を判定しており、監視部と鉄道車両1の車上とを無線伝送で結合することにより自律した構成となっている。
In addition, the bogie health monitoring device 10 according to the present embodiment secures a power source for each monitoring unit to be monitored, determines an abnormality, and couples the monitoring unit and the vehicle on the railway vehicle 1 by wireless transmission. It has an autonomous configuration.
このため、鉄道車両1の車体側に1台の親機13を設置し、台車2の監視部ごとに子機となる無線部18を有する監視モジュール14が複数配置されている。なお、親機13は、総合判断部40に接続され、親機13は、上位システムからの走行速度や時刻情報を、各監視モジュール14に対して定期的に送信し、監視モジュール14は、センサ部30によるデータを所定の頻度でサンプリングし、演算部17において、各監視項目毎のロジックで判定し、判定結果などに情報を集約した上で、親機13に無線部18を介して無線伝送している。 For this reason, one master unit 13 is installed on the vehicle body side of the railway vehicle 1, and a plurality of monitoring modules 14 having radio units 18 serving as slave units are arranged for each monitoring unit of the cart 2. The master unit 13 is connected to the general determination unit 40, and the master unit 13 periodically transmits the traveling speed and time information from the host system to each monitoring module 14, and the monitoring module 14 includes a sensor. The data from the unit 30 is sampled at a predetermined frequency, and the calculation unit 17 makes a determination based on the logic for each monitoring item. is doing.
図1に示すように、センサ部30および監視モジュール14は、近接した状態で台車2の監視対象となる部位に設置され、振動発電装置12は、センサ部30および監視モジュール14の近傍に設置されている。 As shown in FIG. 1, the sensor unit 30 and the monitoring module 14 are installed in a portion to be monitored by the carriage 2 in a close state, and the vibration power generator 12 is installed in the vicinity of the sensor unit 30 and the monitoring module 14. ing.
このような、台車健全性監視装置10は、例えば、台車2の台車枠の上下加速度や、軸箱の上下加速度を測定し、これらの数値をもとに台車2の軸受の損傷や、台車2の蛇行動などを監視可能に構成されている。 Such a trolley soundness monitoring device 10 measures, for example, the vertical acceleration of the trolley frame of the trolley 2 and the vertical acceleration of the axle box, and based on these values, damage to the bearings of the trolley 2 or the trolley 2 It is configured to be able to monitor snake behaviors.
なお、センサ部30は圧電式加速度センサ31a、31bと自律型温度センサ32とから構成されている。圧電式加速度センサ31a、31bは、軸受剥離損傷検出用に設置されており、車軸回転時に損傷部で発生する振動加速度の周波数を考慮して圧電式を適用すると好適である。また、圧電式加速度センサ31a、31bは、軸受のA列及びB列のそれぞれの剥離傷を検出することができるように、A列及びB列の直上にそれぞれ設置されていると好適である。自律型温度センサ32は、例えば2段階の温度閾値を設定することができると好適であり、軸箱体表面との電気的な絶縁を確保するために伝熱性のシリコンなどの絶縁体を介して軸箱体表面に密着固定されている。 The sensor unit 30 includes piezoelectric acceleration sensors 31a and 31b and an autonomous temperature sensor 32. The piezoelectric acceleration sensors 31a and 31b are installed for detecting bearing peeling damage, and it is preferable to apply the piezoelectric method in consideration of the frequency of vibration acceleration generated in the damaged portion when the axle rotates. Moreover, it is preferable that the piezoelectric acceleration sensors 31a and 31b are respectively installed immediately above the A row and the B row so that the peeling flaws of the A row and the B row of the bearing can be detected. For example, the autonomous temperature sensor 32 can preferably set a two-stage temperature threshold value, and is provided via an insulator such as heat-conductive silicon in order to ensure electrical insulation from the surface of the shaft box body. It is closely fixed to the shaft box surface.
図2および3に示すように、監視モジュール14は、一次電池11および振動発電装置12からの電力を処理する電源供給部14aと、電源供給部14aから供給された電源によって駆動される信号処理部14bとを備えている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the monitoring module 14 includes a power supply unit 14a that processes power from the primary battery 11 and the vibration power generator 12, and a signal processing unit that is driven by the power supplied from the power supply unit 14a. 14b.
図2に示すように、電源供給部14aは、容量の異なる第1のキャパシタ20aと第2のキャパシタ20bとを備えた蓄電装置20に台車枠上に設置した振動発電装置12からの電力を一旦蓄電し、信号処理部14bへ供給している。なお、第1のキャパシタ20a及び第2のキャパシタ20bはそれぞれ電気二重層キャパシタで構成されると好適である。 As shown in FIG. 2, the power supply unit 14a temporarily supplies power from the vibration power generator 12 installed on the carriage frame to the power storage device 20 including the first capacitor 20a and the second capacitor 20b having different capacities. The power is stored and supplied to the signal processing unit 14b. Note that the first capacitor 20a and the second capacitor 20b are each preferably composed of an electric double layer capacitor.
また、電源供給部14aは、一次電池11が接続されており、振動発電装置12からの電力入力をトリガとして、一次電池11からのゲート部15を入れることで、振動発電装置12からの電力入力の有無でゲート部15を開閉させて、鉄道車両の走行中のみ電池エネルギを信号処理部14bへ供給している。この構成によって、車両基地など長時間留置される場合はゲート部15が開くことで一次電池11からの供給は停止し、これに合わせて監視モジュール14も停止状態とすることができる。なお、第1のキャパシタ20a、第2のキャパシタ20b及びゲート部15はそれぞれ並列に接続されているので、鉄道車両1の走行中は、一次電池11、第1のキャパシタ20a及び第2のキャパシタ20bのうち電位が高いほうから電力を供給することができるように構成されている。このように電源供給部14aは、振動発電装置12による発電エネルギと一次電池11を併用している。 The power supply unit 14 a is connected to the primary battery 11, and the power input from the vibration power generator 12 is input by inserting the gate unit 15 from the primary battery 11 using the power input from the vibration power generator 12 as a trigger. The gate unit 15 is opened and closed depending on whether or not the battery energy is supplied to the signal processing unit 14b only while the railway vehicle is running. With this configuration, when the vehicle base is left for a long time such as a vehicle base, the supply from the primary battery 11 is stopped by opening the gate unit 15, and the monitoring module 14 can also be stopped according to this. Since the first capacitor 20a, the second capacitor 20b, and the gate unit 15 are connected in parallel, the primary battery 11, the first capacitor 20a, and the second capacitor 20b while the railway vehicle 1 is traveling. It is comprised so that electric power can be supplied from the one where electric potential is higher. As described above, the power supply unit 14 a uses both the energy generated by the vibration power generator 12 and the primary battery 11.
図3に示すように、信号処理部14bは、電源供給部14aから供給された電力によって駆動しており、アナログ信号処理部19と演算処理部21を備えている。アナログ信号処理部19は、圧電式加速度センサ31a、31bからの信号をローパスフィルタ41aを介して演算処理部21のインターフェイス部16に接続している。なお、圧電式加速度センサ31a、31bを用いる軸受剥離損傷検出は間欠で行われるため、アナログ信号処理部19への通電は演算処理部21でのA/D変換時に限定するように電源供給ラインにスイッチ回路41bを設置して制御している。同様に自律型温度センサ32も電源供給ラインにスイッチ回路41bを介して接続されている。 As shown in FIG. 3, the signal processing unit 14 b is driven by the power supplied from the power supply unit 14 a and includes an analog signal processing unit 19 and an arithmetic processing unit 21. The analog signal processing unit 19 connects signals from the piezoelectric acceleration sensors 31a and 31b to the interface unit 16 of the arithmetic processing unit 21 through a low-pass filter 41a. Since the bearing peeling damage detection using the piezoelectric acceleration sensors 31a and 31b is performed intermittently, the energization to the analog signal processing unit 19 is applied to the power supply line so as to be limited to the A / D conversion in the arithmetic processing unit 21. A switch circuit 41b is installed and controlled. Similarly, the autonomous temperature sensor 32 is also connected to the power supply line via the switch circuit 41b.
演算処理部21は、演算部17、インターフェイス部16および無線部18を備えている。演算部17は、種々の信号の演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)や記憶装置としてのSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)で構成されている。 The calculation processing unit 21 includes a calculation unit 17, an interface unit 16, and a radio unit 18. The arithmetic unit 17 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing of various signals and an SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) as a storage device.
次に、図2および図4から6を参照して一次電池11及び蓄電装置20による電力供給について説明を行う。図2に示すように、鉄道車両1の運用が終了し停止している時は、振動発電装置12からの入力がないため、ゲート部15が開き一次電池11から監視モジュールへの通電はされず、一次電池11の消耗を抑制することができる。 Next, power supply by the primary battery 11 and the power storage device 20 will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 6. As shown in FIG. 2, when the operation of the railway vehicle 1 is finished and stopped, there is no input from the vibration power generator 12, so that the gate unit 15 is opened and the primary battery 11 is not energized to the monitoring module. The consumption of the primary battery 11 can be suppressed.
図4に示すように、鉄道車両1の始業直後は、鉄道車両1が走行することで振動発電装置12が受けた振動を電圧に変換され、該振動発電装置12の入力によってゲート部15が閉じられる。このとき、同時に蓄電装置20の第1のキャパシタ20a及び第2のキャパシタ20bにも振動発電装置12で変換された電力が蓄電される。始業直後は、第1のキャパシタ20a、第2のキャパシタ20bはそれぞれ自己放電によって電位が下がっているので、一次電池11の電位が最も高い状態となり、一次電池11から電力が信号処理部14bに供給される。なお、このゲート部15を設けることで、監視モジュール14を鉄道車両1の走行開始に応じて自動起動させることが可能となる。 As shown in FIG. 4, immediately after the start of the railway vehicle 1, the vibration received by the vibration power generator 12 is converted into a voltage as the railway vehicle 1 travels, and the gate portion 15 is closed by the input of the vibration power generator 12. It is done. At this time, the electric power converted by the vibration power generation device 12 is also stored in the first capacitor 20a and the second capacitor 20b of the power storage device 20 at the same time. Immediately after the start of business, the potential of the first capacitor 20a and the second capacitor 20b is lowered by self-discharge, so that the potential of the primary battery 11 is the highest, and power is supplied from the primary battery 11 to the signal processing unit 14b. Is done. In addition, by providing this gate part 15, it becomes possible to start the monitoring module 14 automatically according to the travel start of the rail vehicle 1. FIG.
その後走行を続けると容量の小さい第1のキャパシタ20aの電位が高くなり、一次電池11の電位よりも高くなると、図5に示すように、第1のキャパシタ20aから電力が信号処理部14bに供給される。一次電池11の消耗抑制のために、第1のキャパシタ20aの容量は、早期に一次電池11の供給電圧よりも高くなることが望ましいので、できるだけ小さいことが望まれるが、センサ部30の自律型温度センサ32および演算処理部21が適切に稼働することができる容量を確保することが望ましい。 Thereafter, when the vehicle continues to run, the potential of the first capacitor 20a having a small capacity becomes higher, and when the potential becomes higher than the potential of the primary battery 11, power is supplied from the first capacitor 20a to the signal processing unit 14b as shown in FIG. Is done. In order to suppress the consumption of the primary battery 11, the capacity of the first capacitor 20a is desirably higher than the supply voltage of the primary battery 11 at an early stage. It is desirable to secure a capacity that allows the temperature sensor 32 and the arithmetic processing unit 21 to operate appropriately.
更に走行を続けると、容量の大きな第2のキャパシタ20bの電位が高くなり、信号処理部14bへは、第2のキャパシタ20bからの電力が供給される。第2のキャパシタ20bは、第1のキャパシタ20aよりも大容量なので、CPUによる演算に時間を要するFFT変換などの詳細な解析を実行する場合にまとまった電力を供給することが可能となる。 When the vehicle continues to run, the potential of the second capacitor 20b having a large capacity increases, and the power from the second capacitor 20b is supplied to the signal processing unit 14b. Since the second capacitor 20b has a larger capacity than the first capacitor 20a, it is possible to supply a large amount of power when performing detailed analysis such as FFT conversion that requires time for computation by the CPU.
このように、本実施形態に係る台車健全性監視装置10は、監視モジュール14の稼動に必要となる一次電池11による電源供給量を抑制することができ、一次電池11の延命化を図ることができる。この延命化によって電池交換の頻度を減らすことが可能となる。 As described above, the bogie health monitoring device 10 according to the present embodiment can suppress the power supply amount by the primary battery 11 necessary for the operation of the monitoring module 14 and can extend the life of the primary battery 11. it can. By extending the life, it is possible to reduce the frequency of battery replacement.
図7は、台車健全性監視装置10の消費電流、蓄電装置の供給電流及び一次電池の供給電流を運用開始直後と走行開始10分後に測定した測定例である。図7(a)から明らかなように、走行開始直後は、蓄電装置の供給電流がほぼゼロであり、一次電池から演算処理部への電力供給を行っていることがわかる。この時の演算処理部での電流の消費は演算処理部の起動のために供給されたものである。これに対し、図7(b)に示すように、走
行開始から10分経過し、第1のキャパシタ20a、第2のキャパシタ20bの電位が高くなると、一次電池からの電力供給はほぼゼロとなり、FFT演算などの大きな電力を必要とする場合に限って補助的に一次電池から電力供給がなされていることが確認できた。
FIG. 7 is a measurement example in which the current consumption of the cart health monitoring device 10, the supply current of the power storage device, and the supply current of the primary battery are measured immediately after the start of operation and 10 minutes after the start of travel. As is clear from FIG. 7A, immediately after the start of traveling, the supply current of the power storage device is almost zero, and it can be seen that power is supplied from the primary battery to the arithmetic processing unit. The current consumption in the arithmetic processing unit at this time is supplied for starting the arithmetic processing unit. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the potential of the first capacitor 20a and the second capacitor 20b is increased after 10 minutes from the start of running, the power supply from the primary battery becomes almost zero, It was confirmed that the primary battery was supplementarily supplied with power only when large power such as FFT operation was required.
なお、上述した実施形態において、センサ部に圧電式加速度センサや自律型温度センサを適用した場合について説明を行ったが、測定が必要な条件に応じて適宜センサを適用しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 In the above-described embodiment, the case where a piezoelectric acceleration sensor or an autonomous temperature sensor is applied to the sensor unit has been described. However, a sensor may be appropriately applied depending on conditions that require measurement. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
1 鉄道車両
2 台車
10 台車健全性監視装置
11 一次電池
12 振動発電装置
13 親機
14 監視モジュール
14a 電源供給部
14b 信号処理部
15 ゲート部
16 インターフェイス部
17 演算部
18 無線部
19 アナログ信号処理部
20 蓄電装置
20a 第1のキャパシタ
20b 第2のキャパシタ
21 演算処理部
30 センサ部
31a、31b 圧電式加速度センサ
32 自律型温度センサ
40 総合判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Railway vehicle 2 Car 10 Car bogie health monitoring device 11 Primary battery 12 Vibration power generation device 13 Base unit 14 Monitoring module 14a Power supply unit 14b Signal processing unit 15 Gate unit 16 Interface unit 17 Calculation unit 18 Radio unit 19 Analog signal processing unit 20 Power storage device 20a First capacitor 20b Second capacitor 21 Arithmetic processing unit 30 Sensor unit 31a, 31b Piezoelectric acceleration sensor 32 Autonomous temperature sensor 40 Comprehensive determination unit
Claims (4)
前記一次電池と並列に接続され、入力された振動によって発電を行う振動発電装置と、
前記振動発電装置で発電された電力を蓄電する蓄電装置と、
鉄道車両の台車における所望の部位に設置されるセンサ部と、
前記センサ部から得られた信号を処理して前記鉄道車両における各部位の健全性を監視する信号処理部と、を備えた台車健全性監視装置であって、
前記蓄電装置は、容量の異なる少なくとも2以上のキャパシタを備えることを特徴とする台車健全性監視装置。 A primary battery,
A vibration power generation apparatus connected in parallel with the primary battery and generating power by input vibration;
A power storage device that stores electric power generated by the vibration power generation device;
A sensor unit installed at a desired site in a railcar carriage;
A signal processing unit that processes the signal obtained from the sensor unit and monitors the soundness of each part in the railway vehicle, and a cart health monitoring device comprising:
The power storage device comprises at least two or more capacitors having different capacities, and the cart health monitoring device.
前記一次電池と前記信号処理部は、前記振動発電装置から入力の有無によって開閉されるゲート部を介して接続されることを特徴とする台車健全性監視装置。 In the bogie health monitoring device according to claim 1,
The cart health monitoring apparatus, wherein the primary battery and the signal processing unit are connected via a gate unit that is opened and closed depending on whether or not there is an input from the vibration power generation device.
前記2以上のキャパシタは、前記振動発電装置と前記信号処理部の間に並列に接続されることを特徴とする台車健全性監視装置。 In the dolly health monitoring device according to claim 1 or 2,
The cart health monitoring device, wherein the two or more capacitors are connected in parallel between the vibration power generation device and the signal processing unit.
前記センサ部は、少なくとも温度センサと圧電式加速度センサを備えることを特徴とする台車健全性監視装置。
In the trolley | bogie soundness monitoring apparatus of any one of Claim 1 to 3,
The cart health monitoring device, wherein the sensor unit includes at least a temperature sensor and a piezoelectric acceleration sensor.
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JP2018050878A JP2019162905A (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Truck soundness monitoring device |
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US11569771B2 (en) | 2020-09-15 | 2023-01-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Control apparatus and sensor apparatus |
US11626728B2 (en) | 2020-09-16 | 2023-04-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Condition monitoring system and storage medium storing thereon condition monitoring program |
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- 2018-03-19 JP JP2018050878A patent/JP2019162905A/en active Pending
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---|---|---|---|
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