JP2019221027A - 状態監視装置およびこれを搭載した輸送車両 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載が容易な状態監視装置およびそれを搭載した輸送車両を提供する。【解決手段】電力変換装置１０１と回転機１０２とを結ぶ電気配線２２に取り付けられ、電気配線２２中の電流または電圧の少なくとも一方を測定するセンサ２０１と、センサ２０１から出力される信号を、信号ケーブル２０２を介して取得して予め定められた形式へ変換する信号処理部３０１と、信号処理部３０１の出力を輸送車両１の外部へ伝送する通信部４０１と、センサ２０１を覆うシールド筐体３０２とを少なくとも有する。【選択図】 図１

Description

本発明は鉄道車両、自動車、その他の輸送車両に関する。

鉄道車両等の移動体に搭載される電気駆動システム部品および車両部品のメンテナンスは、走行距離または使用期間に基づくＴＢＭ（Ｔｉｍｅ−ｂａｓｅｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）が主流であり、過去の実績ベースで部品交換周期が定められている。車両製品としての電気的・機械的信頼性を恒常的に保証する必要があるため、これらの部品を部分的に取り外したり頻繁に解体することは難しい。このため、実際の劣化状況を継続して把握することは困難であり、劣化状況に基づき交換周期を適正化することも困難であった。また、鉄道車両では重故障防止を目的に日々の目視点検を実施しているが、車両床下に搭載された電気駆動システム部品の異常を目視で確認することは困難であった。

そこで、電気駆動システム部品および車両部品の振動、温度、音を計測するセンサを搭載して、部品状態を監視するＣＢＭ（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）技術が開発されている。ただし、これらのセンサ自体が故障するリスクを抱えているほか、取付け状態によって取得データに大きなバラつきが発生するため、この方法では信頼性の高い状態監視装置を提供することは難しい。これに対して、電気駆動システムで使用される電流計測器は、故障リスクが低いことに加え、取付け状態によるバラつき影響が小さいため、得られる電流情報を用いて電気駆動システム部品および車両部品の異常に関する特徴量を抽出する技術が開発されている。

例えば特許文献１には「電気自動車に関する様々な異常を検知可能とする。」ことを目的として「異常判定用ＥＣＵ１０は、正常とみなしたときの高調波成分の波形をメモリに格納しておく。そして、異常判定用ＥＣＵ１０は、走行中に計測した高調波成分の波形と、メモリに格納した波形とを比較することで高調波成分の変化を検出する。」という技術が開示されている。

特開２０１５−５３７６７号公報

しかし鉄道車両などの輸送車両は、運用開始から１０年以上を経過しても継続使用されることが一般的であり、電気駆動システムの中核となるインバータや回転機も同様に１０年以上使用されることも多い。特許文献１は状態監視装置が組み込まれた電気駆動システムを開示するが、実用面を鑑みると、既存車両に対して容易に搭載可能、または新規車両でも従来車両から大きな変更をせずとも搭載できる状態監視装置への要望は大きい。

そこで本発明は搭載が容易な状態監視装置およびそれを搭載した輸送車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明には様々な実施形態を含むが、その一例をあげると、本発明の状態監視装置は、電力変換装置と回転機とを少なくとも含む電気駆動システムによって駆動する輸送車両における前記電気駆動システムの状態監視装置であって、前記電力変換装置と前記回転機とを結ぶ電気配線に取り付けられ、前記電気配線中の電流または電圧の少なくとも一方を測定するセンサと、前記センサから出力される信号を、信号ケーブルを介して取得して予め定められた形式へ変換する信号処理部と、前記信号処理部の出力を前記輸送車両の外部へ伝送する通信部と、前記センサを覆うシールド筐体とを少なくとも有する。

本発明によれば搭載が容易な状態監視装置およびこれを搭載する輸送車両が提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施例における状態監視装置の設置状態の説明図 本発明の第１の実施例における状態監視装置取付け方法の説明図 本発明の第１の実施例における状態監視装置の信号処理フローを表す図 本発明の第１の実施例における配電箱の構成を表す説明図 本発明の第２の実施例における地面から見た車両床下レイアウト図 本発明の第３の実施例における側面から見た車両床下レイアウト図 本発明の第４の実施例における状態監視装置の信号処理フローを表す図 本発明の第４の実施例における地面から見た車両床下レイアウト図

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では鉄道車両を対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、電気駆動システムを有するハイブリッド自動車や電気自動車や建機向けの輸送車両にも適用可能である。また、１台のインバータから２台の回転機に電力供給する１Ｃ２Ｍの電気駆動システムを対象としているが、１Ｃ１Ｍでもよいし１Ｃ４Ｍでもよいし、それ以外の組み合わせでもよい。また、回転機は誘導機でもよいし永久磁石同期機でもよいし巻線型同期機でもよいし、シンクロナスリラクタンス回転機でもよい。また、以下の説明では電流計を用いているが、既存の配線ケーブルに後付けが可能な電圧計を用いてもよいし、電流計と電圧計を併用してもよい。

以下、図１乃至４を用いて、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例における状態監視装置の設置状態の説明図である。図２は、本発明の第１の実施例における状態監視装置取付け方法の説明図である。図３は、本発明の第１の実施例における状態監視装置の信号処理フローを表す図である。図４は、本発明の第１の実施例における配電箱の構成を表す説明図である。

本実施例の状態監視装置の設置状態について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は地面から見た車両床下レイアウト図を、図１（ｂ）は側面から見た車両床下レイアウト図を示す。車両の進行方向をｘ軸で、進行方向に垂直な方向をｙ軸で、車両鉛直上向きをｚ軸で示した。

図１に示すように、鉄道車両の電気駆動システムは、主に、電力変換装置であるインバータ装置１０１、駆動力源である回転機１０２で構成され、インバータ装置１０１から交流電力が回転機１０２に供給されることで回転機１０２を駆動する。回転機１０２はギアボックス３を介して車輪４に連結され、回転機１０２によって車両１の走行が制御される。回転機１０２、ギアボックス３および車輪４はいずれも台車２と機械的に一体の構成であり、車両１が曲線軌道を走行する際には、台車２がｚ軸周りに所定の角度だけ回転する。一方、インバータ装置１０１は車両床下１０に対して固定され、このインバータ装置１０１は回転機１０２と主配線２２によって電気的に接続される。

この車両１は台車２に回転機１０２を２台搭載する。したがってインバータ装置１０１と回転機１０２との間には、三相交流を供給するために６本の主配線２２が設けられる。その他にもアース線や補機用配線をはじめとする複数の配線が車両床下１０に敷設されるが、説明簡略化のため図示を省略する。主配線２２は、インバータ装置１０１から回転機１０２に対する電力共有の経路となり、その大部分は金属ダクト２１に格納される。主配線２２は主電動機の高電圧・大電流の電力供給を担うことから大きな放射ノイズを発生するが、金属ダクト２１によってこのノイズは抑制できる。

上述のように車両床下１０に敷設された主配線２２は、インバータ装置１０１と回転機１０２とを接続する部分の大半が金属ダクト２１に格納される。一方で金属ダクト２１に覆われず、露出して配置される部位も存在する。主配線２２は、例えばインバータ装置１０１の近傍位置と、回転機１０２の近傍位置において金属ダクト２１に覆われず露出している。これらの位置は車両床下１０における主配線２２の引き回しスペースであって、金属ダクト２１で覆うことは適当でないためである。これらのスペースを設けることにより、主配線２２の取り回しに関する自由度が向上する。主配線２２の露出部分は結束バンド２３で固縛され、車両１の走行中に生じる振動によって主配線２２が揺れ動きインバータ装置１０１や回転機１０２との接続端子が緩むことが防止される。

なお主配線２２と金属ダクト２１の配置関係は図１の例に限られず、主配線２２の引き回しに応じた適当な長さや形状の金属ダクト２１が設けられてもよい。また、金属ダクト２１は主配線２２以外に別の配線も収容され、複数の配線が高密度に格納されてもよい。一般に電気駆動システムの更新（置き換え）時を除いて金属ダクト２１に新たに配線を追加することは無く、また、金属ダクト２１の取り外しも不要であるため不都合は生じない。

続いて状態監視装置３００について説明する。状態監視装置３００は車両床下１０に対して固定され、主に、演算器３１１を有する信号処理部３０１、主配線２２に取り付けられた複数のセンサ２０１、信号処理部３０１に接続された電源ケーブル３０３、この電源ケーブル３０３の端部に設けられた電源コネクタ３０４を有する。

この状態監視装置３００はセンサ２０１によってインバータ装置１０１と回転機１０２との間を流れる電流や電圧を検出し、予め定められた演算を実行する。センサ２０１は例えば電流計や電圧計であって、主配線２２の被覆の上から主配線２２を流れる電流や発生電圧を計測できる回路構成を有する。

センサ２０１の取り付けは、主配線２２の金属ダクト２１から露出された部分であって、インバータ装置１０１の近傍の露出部分を利用する。これによって取り付けに要する工数は短いものとできる。また、インバータ装置１０１の近傍であれば、センサ２０１と信号処理部３０１が共に車両床下１０に対して固定されると、両部位の間で相対位置の変化が生じないため、センサ２０１の脱落リスクをほぼ無いものとできる。なお、主配線２２は回転機１０２との近傍でも露出部分を有するが、こちらは台車２がｚ軸周りに回転するため、センサ２０１と信号処理部３０１の相対位置が変化しやすい。したがってセンサ２０１の設置個所としてはインバータ装置１０１の近傍が好ましい。なお、センサ２０１の取り付け構造に関しては、例えば主配線２２をクランプするような取り付け具を用いてもよいし、その他の手段が用いられてもよい。

センサ２０１と信号処理部３０１とは、センサ２０１の配置個数に応じた信号ケーブル２０２によって接続される。信号ケーブル２０２と信号処理部３０１との接続の取り合いは、例えば図１に示すようにコネクタ２０３を利用する。コネクタ２０３を利用することで、信号ケーブル２０２やセンサ２０１を容易に交換できる。またコネクタ２０３を信号処理部に複数設けておくことにより、主配線２２の本数が異なる車両に状態監視装置３００を取り付ける場合、一つの主配線２２に複数のセンサ２０１を取り付ける場合に、容易にセンサ２０１の取り付け数を調整することが可能となる。なお、信号ケーブル２０２の長さはそれぞれ異なるものとしてもよいし、あるいは被計測対象である主配線２２と信号処理部３０１との距離が最も長い場合に用いるケーブルの長さに統一してもよい。さらに信号ケーブル２０２は、ノイズの重畳を抑制する上で電磁的なシールド被覆を有するケーブル（シールド線）であることが望ましい。とくに信号ケーブル２０２は主配線２２の近傍を通過するため、信号ケーブル２０２がシールド機能を有することで計測精度の向上が期待できる。なお図１に示す例においては、信号ケーブル２０２はセンサ２０１から信号処理部３０１まで一本の線材で構成されるが、例えば複数本の信号ケーブルを連結して一本の伝送ラインとしてもよい。例えば、主配線２２に近い領域はシールド性能の高い信号ケーブルを使い、主配線から遠い領域では一般的な信号ケーブルを使ってもよい。

さらに、状態監視装置３００はセンサ２０１を覆うシールド筐体３０２を有する。シールド筐体３０２は車両床下１０に対して固定され、車両床下１０の壁面およびシールド筐体３０２の内壁面で形成される空間にセンサ２０１と信号ケーブル２０２の一部とを収容する。シールド筐体３０２の設置個所は、センサ２０１の設置個所と同様にインバータ装置１０１の近傍であるため取り付けは比較的容易であり、位置変化も生じないため破損のリスクも小さく長期的な利用が可能である。また主配線２２との干渉や信号ケーブル２０２との干渉を避ける上で、主配線２２が通過する部分や信号ケーブル２０２が通過する部分に切り欠きを設けた構造とするとよい。

シールド筐体３０２は例えば導電性の高い金属の板材を加工して作られ、主配線２２から生じるノイズを遮蔽し状態監視装置３００の計測精度向上に寄与する。またシールド筐体３０２によるノイズ遮蔽効果が十分に期待できる場合は、信号ケーブル２０２のシールド性能に関する制限が緩和され、計測に適したケーブルを選択しやすくなる。なおシールド筐体３０２について、樹脂で筐体を構成した後に、外側または内側に導電体の金属箔や薄い金属版を張り付けて製作してもよい。なおこのシールド筐体３０２に用いる金属箔や金属板は、例えばアルミニウム、鉄、銅などから構成されたものである。

状態監視装置３００は外部からの電力供給を受けて動作する。この電力供給のために信号処理部３０１に電源コネクタ３０４が取り付けられ、この電源コネクタ３０４に電源ケーブル３０３が接続される。電源ケーブル３０３は、状態監視装置３００の取り付け位置から最近傍にある配電箱３１に接続され、この配電箱３１から信号処理部３０１に対する電力が供給される。図４に示されるように一般に配電箱３１は端子台３２が格納され、車両１の車内設備に対して架線などから供給される電力を分配する。そこで状態監視装置３００の電源ケーブル３０３をこの端子台３２に接続する構成とすることにより、新たな電源回路部品や回路素子を構成する必要がなくなる上に、既設の端子台３２を使用するので特殊な配線作業が発生することも無い。結果として状態監視装置３００の取り付けを格段に容易化することができる。

なお電源ケーブル３０３も信号ケーブル２０２と同様にシールド被覆されていることが望ましく、シールド被覆により信号計測や既存機器に対するノイズ源となることを抑制できる。加えて、電源ケーブル３０３は最寄りの配電箱３１に接続されるため、実際的にケーブル長は最短長となり、ケーブル長が短くなることによって電源ケーブル３０３から発生するノイズ影響が抑制される。

電源コネクタ３０４について、信号処理部３０１に対して直接電力を供給する構成の他に、電源コネクタ３０４からバッテリに導線が接続され、このバッテリから信号処理部３０１を駆動する電力を引き出す構成としてもよい。バッテリを搭載することにより、配電箱３１から電力共有を受けられない状態であっても計測を継続できる。例えば蓄電池や発電機を搭載し、架線から供給される電力とそれらの電力源から供給される電力を切り替えて利用する電力システムを有する場合でも、計測中断期間が短いあるいは無い計測が可能となる。

また状態監視装置３００の信号処理部３０１は、車両１の走行中における振動に対しても脱落することが無いように、車両床下１０に取付ける。その際には、図２に示すように、信号処理部３０１に取付け用の座３０１ａを予め具備しておくとよい。取付け用の座３０１ａは、図２のように信号処理部３０１の筐体と一体で車両床下１０から地面に対して水平方向へ張り出す構成でもよいし、別部品で取り付けるような構成でもよい。また、取付け用の座３０１ａの固定方法は、図２（ａ）に示すように車両床下１０にボルト等で強固に締結する方法でもよいし、図２（ｂ）に示すように車両床下１０に具備された梁１１に締結する方法でもよい。これは信号ケーブル２０２および電源ケーブル３０３に対しても同様で、車両１の走行中の振動によって揺れ動くことが無いよう、結束バンド等で固縛されることが望ましく、車両床下１０または梁１１といった車両床下部材に対して取付け金具等を使用して強固に固定されることが望ましい。

また信号処理部３０１の筐体は金属で構成して、同様に金属を主な構成として有する車両床下部材と電気導通するように金属接触させる。そして電源コネクタ３０４および電源ケーブル３０３のシールドを介して、配電箱３１のアース電位に接続する。このような接続および構成を採用することによって、車両１を流れるノイズ信号が、信号処理部３０１の内部回路に回り込むことが抑制され、演算器の破損や内部回路の誤動作が効果的に防止できる。

また、コネクタ２０３の取り合い部分や、電源コネクタ３０４の取り合い部分にノイズフィルタを設置してもよい。ノイズフィルタを設けることにより信号処理部３０１の内部回路に対するノイズ低減をより効果的に実現できる。車両床下１０や梁１１は金属の剛体であるため、前述のような信号処理部３０１の取付け加工やシールド筐体３０２の取り付けによってその剛性が損なわれることは無く、また、車両１の走行性能や長期信頼性に影響することも無い。さらにシールド筐体３０２、信号処理部３０１、信号ケーブル２０２や電源ケーブル３０３がシールド機能を有することによって、状態監視装置３００が動作することによって生じる電磁波が既存機器に及ぼす影響も大きく軽減することができ、既存機器の安定動作と、後付の状態監視装置３００による状態監視の両立を図ることができる。

本実施例の状態監視装置３００は上述の構成を有することにより、インバータ装置１０１から回転機１０２へ向かう電流または電圧を計測し、すなわち検出信号がセンサ２０１から信号処理部３０１へ出力される。信号処理部３０１は、図３に示されるように演算器３１１、メモリ３１２、および通信手段４０１を備え、演算器３１１は検出信号を用いて所定の演算を実行する。なお演算器３１１は、図示しないＡＤ変換器を有しており、センサ２０１から受信するアナログ信号をデジタル信号へ変換した後に、状態監視に必要な演算を実行する。

演算器３１１における演算内容は、例えば状態の異常またはその兆候を解析する際に必要なデータ変換処理である。この処理に要するアルゴリズムは状態監視装置３００が車両床下１０に取り付けられる前にメモリ３１２へ記録され、演算器３１１を構成するＭＰＵが起動時にメモリ３１２から読みだして実行する。または演算器３１１がＭＰＵに代わってＦＰＧＡによって実現される場合は、メモリ３１２は演算器３１１の演算結果を保存することに特化させてもよい。なお演算器３１１による演算は、上記のデータ変換処理に加えて、簡易的な診断処理を含めてもよい。

演算器３１１による演算結果データは、メモリ３１２に保存され、保存された演算結果データは駅構内または車両基地または所定の車両停止場に車両１が停車した際に、それらの地点に設けられた診断装置５０１へ出力される。この際、データの取得日時や、データが取得された車両１を特定する情報、データ取得を実行した状態監視装置３００を特定する情報を付加して送信してもよい。これらの付属データを演算結果データとともに診断装置５０１へ出力することによって、保守すべき車両１の特定が迅速化される。また保守期間が短い車両と、長い車両との比較分析等に活用することも可能となる。

診断装置５０１に対するデータ出力は、物理的な信号ケーブルを用いてもよいが、本実施例では通信手段４０１およびアンテナ４０２を介して無線方式で出力する。したがって通信手段４０１は、メモリ３１２から出力されたデータを無線通信で飛ばすために適当な形式へ変調する手段であり、この変調後の信号がアンテナ４０２から出力される。また通信手段４０１とアンテナ４０２は、無線方式に限られず、例えば赤外線通信などの他の通信方式を実行するものでもよい。

また、通信手段４０１とアンテナ４０２の実装は、図１（ａ）に示すように、通信手段４０１とアンテナ４０２は状態監視装置３００と一体にする構成とすることが好適である。このような構成とすることで、当該装置の構成をシンプルにでき、既存の車両１に対する状態監視装置３００の取り付け作業を効率化できる。またアンテナ４０２は、図１（ａ）に示すようにシールド筐体３０２から露出する態様で設置され、無線通信を妨げない態様であることが望ましい。アンテナ４０２に設置については、後述図５のようにシールド筐体３０２の一部に金属で遮蔽されない窓を設け、そこに配置することでもよい。このような配置であれば、路面から弾かれた小石などがぶつかってアンテナ４０２を破損させる可能性も低減できる。

状態監視装置３００から車両１が動作している間に取得されたデータが診断装置５０１に渡されると、当該データを受け取った診断装置５０１は動作状態の分析、評価を実施する。ここで異常または異常の予兆が検知されると、診断装置５０１は車両１の管理者に対して結果を通報する。通報を受けた管理者はインバータ装置１０１や回転機１０２のメンテナンス時期や更新の緊急性を検討し、適切なタイミングで車両１に搭載された電気駆動システムの保守を実行することができる。これにより車両１の電気駆動システムについて、従来の時間ベース保守と比較して、効率的な運用が可能となるとともに信頼性も向上できる。

また、上述の例は状態監視装置３００から診断装置５０１へ情報が伝達される場合に関する。これに対して、診断装置５０１から演算器３１１のアルゴリズム更新を目的とした通信が実施されてもよい。この場合は状態監視装置３００の通信手段４０１およびアンテナ４０２を双方向通信に対応する構成としておき、診断装置５０１から送信される更新データをメモリ３１２へ書き込むように動作させる。これにより、計測環境が大きく異なる場合にアルゴリズムの変更を容易に実施でき、計測精度の向上を図ることもできる。

以上、本実施例として、電力変換装置であるインバータ装置１０１と回転機１０２とを少なくとも含む電気駆動システムによって駆動する車両１における電気駆動システムの状態監視装置３００を説明した。この状態監視装置３００はインバータ装置１０１と回転機１０２とを結ぶ電気配線である主配線２２に取り付けられ、電気配線中の電流または電圧の少なくとも一方を測定するセンサ２０１を有する。このセンサ２０１から出力される信号は、信号処理部３０１に対して信号ケーブル２０２を介して送信され、信号処理部３０１において予め定められた形式へ変換される。この変換は主に診断装置５０１における状態診断に利用可能な特徴量の抽出演算である。すなわち信号処理部３０１は、センサ２０１の計測結果に基づき予め定められた特徴量を演算する演算器３１１と、その演算結果を保存するメモリ３１２を備えている
信号処理部３０１の演算結果はメモリ３１２から読みだされ、車両１の外部に向かって通信部である通信手段４０１およびアンテナ４０２を介して伝送される。伝送先は所定の車両停止場に設置された診断装置５０１であり、車両停止場に代わり駅や車両基地に診断装置５０１が設置されてもよい。

このように状態監視装置３００を構成することによって外部ノイズの影響を抑制しつつ、既存の電気駆動システムを置き換えずとも、電気駆動システムおよび車両の状態監視を実現できる。

また、状態監視装置３００はインバータ装置１０１と被固定対象を同一としており、具体的には車両床下１０や梁１１に固定されている。このような固定方法を採用することで、インバータ装置１０１と状態監視装置３００の相対位置が変化せず、信号ケーブル２０２の脱落を防止できる。さらに状態監視装置３００の電源ケーブル３０３を有し、電源ケーブル３０３は車両１の車両床下１０における最寄りの端子台３２に取り付けられるため専用の電源等を用いずとも状態監視装置３００を運用できる。

続いて実施例１の変形例である実施例２について説明する。なお本実施例の説明にあたって、実施例１と共通する内容については説明を省略する。

図５は、本実施例における状態監視装置３００が取り付けられた車両１を、地面側から見た際の車両床下レイアウト図である。図１との違いは、センサ２０１を覆うシールド筐体３０２が信号処理部３０１も覆うように構成されている点である。このようにシールド筐体３０２が信号処理部３０１、センサ２０１および信号ケーブル２０２の全体を格納するように構成することで、信号ケーブル２０２に対するノイズ影響をより一層低減できる。加えて、信号ケーブル２０２がシールド筐体３０２に格納されるため、車両１の走行中に信号ケーブル２０２が状態監視装置３００の外部へ脱落するリスクを回避できる。

電源ケーブル３０３は、図５に示すように電源コネクタ３０４を介してシールド筐体３０２の外部ケーブル３０３ｂと内部ケーブル３０３ａに分けてもよいし、図１と同様に状態監視装置３００が電源コネクタ３０４を具備する構成でもよい。また、アンテナ４０２はシールド筐体３０２から露出した構成とするなどして、感度を維持する構成とする。

続いて実施例１の変形例である実施例３について説明する。なお本実施例の説明にあたって、実施例１と共通する内容については説明を省略する。

図６は、本実施例の状態監視装置３００が取りつけられた車両１を側面から見た際の車両床下レイアウト図である。図１との違いは、センサ２０１に接続された信号ケーブル２０２が取付具２０４に吊り下げられている点である。吊架部である取付具２０４は車両床下１０または梁１１に対して強固に固定される。この構成によって、センサ２０１が車両１の走行中に主配線２２から外れるリスクを回避することが可能となる。

続いて実施例１の変形例である実施例４について説明する。なお本実施例の説明にあたって、実施例１と共通する内容については説明を省略する。

図７は、本発明の第４の実施例における状態監視装置の信号処理フローを表す図である。図８は、本発明の第４の実施例における地面から見た車両床下レイアウト図である。

図７が図３と異なる点は、通信手段４０１およびアンテナ４０２が状態監視装置３００とは別体で構成されている点である。このとき通信手段４０１は、図８に示すように信号処理部３０１から離れた場所に設置され、信号処理部３０１で得られる演算結果はデータ送信ケーブル４０３を介して通信手段４０１に送信される。データ送信ケーブル４０３はシールドされた線であることが望ましく、また、信号処理部３０１との取り合いはデータ送信ケーブル用コネクタ４０４を使用することが望ましい。

本実施形態の状態監視装置３００は、車両床下１０において干渉物の少ない場所に通信手段４０１およびアンテナ４０２を設置することが可能となり、駅構内または車両基地または所定の車両停止場など様々な場所において、診断装置５０１へのデータ送信が一層容易となる。本実施例は、特に車両床下１０には電気駆動システム部品が密に搭載されている車両に対して状態監視装置３００を取り付ける場合に有用であり、データ送信するにあたって状態監視装置３００の周囲に障害となる干渉物が多い場合でも通信手段４０１およびアンテナ４０２から診断装置５０１へのデータ送信を確実に実行できる。

なお、通信手段４０１への電力供給は、信号処理部３０１と同様にして配電箱３１から電源ケーブルを引き出して供給してもよいが、前述のように干渉物の少ない場所に通信手段４０１およびアンテナ４０２を設置するので、診断装置５０１から無線給電によって電力供給することが可能となる。無線給電する場合は、電源ケーブルが不要となるので、後付け作業が簡略化できるほか、電源ケーブルを介したノイズ流入の課題も解決することができる。

また車両床下１０に車上装置に対する信号出力用のケーブルなどが設けられている場合、データ送信ケーブル４０３を当該ケーブルに接続してもよい。このように接続すると車上装置の無線機能を用いて状態監視装置３００の演算結果データを診断装置５０１へ送信することが可能となる。このように演算結果データを送信できる場合は、状態監視装置３００のための通信手段４０１やアンテナ４０２の取り付けが不要となるため、状態監視装置３００の取り付けに要する工数を一層低減できる。

以上、本発明について複数の実施形態を例に挙げた。なお本発明はこれらの実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜部材の変更、削除、増設、減設を実施できる。またそれぞれの実施形態は併用や組み合わせが可能であり、取り付ける車両に対して複数の状態監視装置が設けられてもよい。

また本発明に係る状態監視装置は、予めインバータ装置や回転機に組み込まずとも運用可能であるため、機器の置き換えコストを大きく削減できる。例えば、既存車両に状態監視技術を導入する別の方法として、既存のインバータに搭載された電流計から電流情報を取得する方法もあるが、この方法よりも本発明は有用である。もし既存のインバータ装置や回転機に関して状態監視用の特徴量を抽出できるようにインバータ内蔵ソフトを改造すると、既に運用されている車両を対象にソフト動作に関する品証試験を全てやり直すことが必要となり、コスト面とソフトウェアの健全性の面から望ましい対応ではないためである。しかし本発明であれば、既存の電気駆動システムに状態監視装置を、既存の機器に対する影響を抑制しつつ後付けすることができ、既存の電気駆動システムを置き換えずとも、電気駆動システムおよび車両の状態監視を実現できる。これによって効率的な保守が可能で、信頼性の高い輸送車両の運用が実現される。

１：車両
２：台車
３：ギアボックス
４：車輪
１０：車両床下
１１：梁
２１：金属ダクト
２２：主配線
２３：結束バンド
３１：配電箱
３２：端子台
１０１：インバータ装置
１０２：回転機
２０１：センサ
２０２：信号ケーブル
２０３：コネクタ
２０４：取付具
３００：状態監視装置
３０１：信号処理部
３０１ａ：取付け用の座
３０２：シールド筐体
３０３：電源ケーブル
３０３ａ：内部ケーブル
３０３ｂ：外部ケーブル
３０４：電源コネクタ
３１１：演算器
３１２：メモリ
４０１：通信手段
４０２：アンテナ
４０３：データ送信ケーブル
４０４：データ送信ケーブル用コネクタ
５０１：診断装置

Claims (15)

1. 電力変換装置と回転機とを少なくとも含む電気駆動システムによって駆動する輸送車両における前記電気駆動システムの状態監視装置であって、
   前記状態監視装置は、
   前記電力変換装置と前記回転機とを結ぶ電気配線に取り付けられ、前記電気配線中の電流または電圧の少なくとも一方を測定するセンサと、
   前記センサから出力される信号を、信号ケーブルを介して取得して予め定められた形式へ変換する信号処理部と、
   前記信号処理部の出力を前記輸送車両の外部へ伝送する通信部と、
   前記センサを覆うシールド筐体と
   を少なくとも有する状態監視装置。
2. 前記状態監視装置は前記電力変換装置と被固定対象を同一とする
   請求項１に記載の状態監視装置。
3. 前記状態監視装置は電源ケーブルを有し、
   前記電源ケーブルは前記輸送車両の車両床下における最寄りの配電端子に取り付けられる
   請求項１または請求項２に記載の状態監視装置。
4. 前記電気配線の一部を露出させその他の部分を覆う金属ダクトが前記輸送車両に設けられ、前記センサは前記電気配線の露出した一部に対して設置される
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の状態監視装置。
5. 前記シールド筐体は前記センサに加えて前記信号処理部を覆う
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の状態監視装置。
6. 前記信号ケーブルはシールド線である
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の状態監視装置。
7. 前記通信部は前記信号処理部と一体に設けられる
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の状態監視装置。
8. 前記信号処理部は、
   前記センサの計測結果に基づき予め定められた特徴量を演算する演算器と、
   前記演算器の演算結果を保存するメモリと、
   を少なくとも備え、
   前記通信部は前記メモリに保存された前記演算結果を所定の車両停止場に設置された診断装置に対して送信する
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の状態監視装置。
9. 前記通信部は前記診断装置との通信時に無線給電によって電力供給される
   請求項８に記載の状態監視装置。
10. 前記電気変換装置が取り付けられる車両床下部材を有し、
    前記車両床下部材に対して前記状態監視装置の前記信号処理部および前記シールド筐体が固定される
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の状態監視装置が搭載された輸送車両。
11. 前記車両床下部材は前記状態監視装置の信号ケーブルが吊架される吊架部を有する
    請求項１０に記載の輸送車両。
12. 前記シールド筐体は前記車両床下部材と電気的に導通する状態で固定される
    請求項１０または請求項１１に記載の輸送車両。
13. 前記信号処理部の筐体は前記車両床下部材と電気的に導通する状態で固定される
    請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の輸送車両。
14. 前記回転機は当該回転機によって動力を伝達される車軸および車輪を有する台車に対して固定され、
    前記台車と前記車両床下部材とは相対位置が変更可能に構成される
    請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の輸送車両。
15. 前記電源ケーブルが接続される前記配電端子は前記輸送車両の車内設備に対する電力分配を行う配電箱に設けられ、
    前記配電箱は前記車両床下部材に取り付けられる
    請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の輸送車両。

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