JP4231299B2

JP4231299B2 - Merit fee calculation device and calculation method

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Publication number: JP4231299B2
Application number: JP2003011507A
Authority: JP
Inventors: 弘隆高橋; 智道伊藤; 修治加藤; 潔宅間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2008032229A; JP2004225742A; JP4806383B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、き電線を介して前記回生ブレーキの回生電力を電力貯蔵手段に貯蔵する電車の機械ブレーキの摩擦量抑制に応じたメリット料金の算出装置および算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電車は、き電線などを介して供給される電力で回転するモータを動力源とし、加速（力行）時にはモータで車輪を回転させ、減速時や停止時にはブレーキをかける。ブレーキは、その方式により、エア駆動のアクチュエータなどを利用する機械式のブレーキと、回生ブレーキと呼ばれるブレーキとに分類することができる。機械式のブレーキは、ブレーキパッドを車輪に接触させて、摩擦力により車輪の回転を停止させるものである。回生ブレーキは、モータを発電機（ジェネレータ）として機能させることで車輪が回転しようとする運動エネルギを電気エネルギに変換することで車輪の回転を停止させるものである。
【０００３】
回生ブレーキを使用した場合のメリットとしては、前記したように電車の減速に伴い発生する発電電力（回生電力）を他の力行中の電車に供給できることと、回生ブレーキを使用する分だけ機械ブレーキのブレーキパッドの摩耗を低減させることができることがあげられる。なお、回生電力を発生させたときに、力行中の電車が付近にいない場合など、余剰の回生電力が発生する場合がある。このような場合には、余剰の回生電力を、回生チョッパと呼ばれるチョッパを介して抵抗で消費したり、回生インバータと呼ばれるインバータで余剰の回生電力を交流電力に変換し、駅の高配負荷に供給したりして消費したりしている。さらに、き電線の電圧の上昇を抑制するために、発電により上昇する電圧が所定値以上になった場合には、回生ブレーキから機械式のブレーキに切り替えられるようになっており、このような状態は回生失効と呼ばれる（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
回生および回生失効について、図１１および図１２の模式図を用いて具体的に説明する。
電車が、回生しながら減速、停止する場合は、図１１のようになる。所定の速度ＳＰ０で走行している電車が時刻ｔ１で減速を開始すると、図１１（ｂ）のように回生ブレーキＥＢが稼動、すなわち、車輪を回転させていたモータが発電機として稼動する。これにより回生電力が発生し、発電機の引き摺り抵抗により車輪の回転が抑制されるので、図１１（ａ）に示すように電車の速度が減少する。回生ブレーキＥＢは、速度が充分に落ちるまで、図１１（ｂ）の時刻ｔ１（速度ＳＰ０）から時刻ｔ２（速度ＳＰ１）に至るまでの期間Ａの間だけ働き、その後は回生ブレーキＥＢから機械ブレーキＭＢに切り替わって、時刻ｔ３には速度がゼロ、すなわち電車が停車する。所定のタイミングで回生ブレーキＥＢから機械ブレーキＭＢに切り替えるのは、低速度の領域では回生ブレーキＥＢによる回生量が少なくなり、その分だけブレーキ力も小さくなるので、このような速度領域では機械ブレーキＭＢを使用した方が電車を確実に停止させることができるからである。また、低速度の領域では、ブレーキパッドを押し当て減速させても、ブレーキパッドの摩耗量が少なくて済むからである。
【０００５】
一方、回生失効が発生した場合には、図１２のようになる。図１２（ａ）に示すように、前記と同様に時刻ｔ１で速度ＳＰ０から減速を開始したが、時刻ｔ１´で回生失効が発生し、前記した切り替えの閾値である速度ＳＰ１よりも大きい速度ＳＰ２で回生ブレーキＥＢから機械ブレーキＭＢに切り替わる（図１２（ｂ）および図１２（ｃ）参照）。このため、回生制動する期間が前記期間Ａ（図１１（ａ）参照）よりも短い期間Ｃとなり、機械ブレーキＭＢにより制動する期間が前記期間Ｂ（図１１（ａ）参照）よりも長い期間Ｄとなる。
【０００６】
【非特許文献１】
鉄道車両と技術，Ｎｏ．７９，ｐ２５−３１．
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような回生ブレーキを利用して減速する電車において、機械ブレーキは、電車の速度が充分に減速した後に稼動することを前提として設計されているため、回生失効が発生すると、ブレーキパッドの摩耗が激しくなる。このため、回生失効が発生すると、ブレーキパッドの交換頻度が増大するという課題と、これに伴う交換作業の負担が増大するという課題が生じる。
【０００８】
なお、回生失効の発生を防止して、ブレーキパッドの摩耗量を減少させる従来の手段として前記した回生チョッパや、回生インバータは、高額の専用設備となるので、このような専用設備を電鉄会社が導入するには多額の初期投資が必要であるという課題も有する。
【０００９】
したがって、本発明は、前記の課題を解決して、電車のブレーキパッドの交換頻度を減少させたり、交換作業を効率化させて、電鉄会社の鉄道運営を効率良く行わせることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段として、回生失効の発生回数に着目して摩擦要素であるブレーキパッドの摩耗量を検出することがあげられる。ここにおいて、電車に搭載されている発電機のインバータの出力電圧などを測定すれば、電車ごとに回生失効の発生回数を検出することができるので、ブレーキパッドの摩耗具合を電車ごとに調べることができる。このような処理を、コンピュータを利用して自動的に行うようにすると、ブレーキパッドの交換頻度が増大したとしても効率良く、ブレーキパッドの交換タイミングを決定することが可能になる。摩擦要素を交換した時点からの回生失効の発生回数と、経過時間との関係をグラフ表示させると交換時期の決定がさらに容易になる。ちなみに、前回、摩擦要素を交換した時点からの回生失効の回数は、回生失効時に摩擦要素を摩耗させて停車した回数の総和になるので、回生失効しない場合に比べて増加するブレーキパッドの摩耗量がわかる。
【００１１】
このような情報を得るためには、電車に搭載され所定の装置を搭載する必要がある。このような装置としては、回生失効の発生を検出した結果と、回生失効が発生した電車とを特定する情報とを含む回生失効データを作成する手段と、回生失効データを送信する無線通信手段とを備える装置があげられる。
【００１２】
また、回生失効の発生回数を低減させるために、回生電力の吸収・放電が可能な吸収手段を設置する場合には、吸収手段の設置により電鉄会社が享受するメリットの大きさに応じた対価を、吸収手段を設置し、使用するための費用として、一定期間ごとに吸収手段の提供元に支払うようにしても良い。このようにすると、電鉄会社の負担を低減できる。メリットの大きさの目安としては、ブレーキパッドの摩耗量の減少分や、吸収手段の電力量を一定期間ごとに集計し、減少分の大きさに応じた金額や、その金額に電力量の大きさに応じた金額を加算した料金を対価とすることにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、最初に、本実施形態において電車を運行するために用いられる鉄道運営システムについて、図１および図２を用いて説明する。
【００１４】
減速時に回生制動により電気エネルギを発生させることができる電車１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）は、発動機および発電機として機能することができるモータ１１の駆動により車輪を回転させて、電鉄会社２が敷設した軌道３およびき電線４に沿って、図示しない駅に人や貨物を輸送する輸送手段である。モータ１１への電力の供給は、変電所５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される直流電力が用いられる。ちなみに、変電所５は、軌道３およびき電線４のそれぞれの始点から終点までの間に少なくとも１つ設けられており、電力会社などの送電系統６ａ，６ｂ，６ｃから送電されてくる交流電力を直流電力に変換する役割を担っている。なお、図２に示すように、この変電所５は、変圧器３０１と整流ダイオード３０２とを備えており、回生インバータにより回生電力を送電系統６ａ，６ｂ，６ｃに還元することはできない。
【００１５】
ここで、電車１は、減速、停止をするための手段として、機械ブレーキＭＢと、モータ１１を発電機として利用することにより実現される手段である回生ブレーキＥＢとを備えている。機械ブレーキＭＢとは、車輪を回転させるエネルギを摩擦熱に変換することで電車１を減速、停止させる手段で、エアシリンダで摩擦要素であるブレーキパッドを車輪に押し付ける装置があげられる。回生ブレーキＥＢは、前記したようにモータ１１を発電機として利用したもので、車輪が回転する運動エネルギを電気エネルギに変換することで電車１を減速、停止させる手段である。なお、モータ１１、機械ブレーキＭＢの制御は、電車１に搭載されたコンピュータを含む運転制御装置（不図示）により制御される。
【００１６】
また、各電車１には、回生失効検出器１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が搭載されており、回生失効の発生回数を電車１ごとに検出し、計数できるようになっている。回生失効検出器１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの電気電子回路を有すると共に、回生失効の発生回数としてカウントした値を、無線モデムなどの無線通信手段から、無線通信技術を利用して、電鉄会社２の指令室のデータ処理装置２１に送信できるようになっている。
【００１７】
本実施形態においては、回生失効の発生回数をゼロにする、もしくは減少させるための手段として、図１の変電所５ａに回生電力を吸収できる吸収手段として機能する回生失効防止装置５０が設けられている。この回生失効防止装置５０は、そのような装置を開発・生産する設備メーカや、設備メーカから買い取った回生失効防止装置５０を電鉄会社２に貸与することで収益をあげる会社など（以下、貸与元９とする）から電鉄会社２に貸与されるものであり、電鉄会社２の所有する設備ではない。
【００１８】
図２に詳細に示すように回生失効防止装置５０は、変電所５ａと並列になるように軌道３およびき電線４に接続されており、蓄電池５０２と、蓄電池５０２の充放電を制御する制御系とを主な要素とする。
【００１９】
蓄電池５０２は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタ、フライホイールなどの電力蓄積装置を用いることができる。
【００２０】
制御系は、軌道−き電線間に発生する回生電力をその電圧を下げてから蓄電池５０２に充電させたり、蓄電池５０２から放電される電力を電圧を上げてから軌道−き電線間に供給したりする制御を行う。具体的には、直流電圧を上げたり、下げたりする双方向チョッパ５０１と、双方向チョッパ５０１よりも軌道−き電線側に設けられ、軌道−き電線間の電圧を検出する電圧検出器５０３と、双方向チョッパ５０１よりも蓄電池５０２側に設けられ、蓄電池５０２の電圧を検出する電圧検出器５０４と、電圧検出器５０３，５０４および双方向チョッパ５０１からの情報を受け取って充放電の制御を行う制御部５０５とからなる。
【００２１】
制御部５０５は、減算器５０６と、ＰＩ（Proportional Integral）制御器５０７と、変換器電流指令値制限器５０８とを有する。減算器５０６は、双方向チョッパ５０１の出力電圧の指令するデータである指令値ＶＳＳ＿ＲＥＦから、電圧検出器５０３で検出する軌道−送電線間の電圧を減じ、その差分をＰＩ制御器５０７に出力する。ＰＩ制御器５０７は、比例動作に積分動作を加えた制御を行って、前記差分がゼロ、つまり回生失効防止装置５０から出力される電圧が指令値ＶＳＳ＿ＲＥＦに等しくなるように目標値を定めて、この目標値を変換器電流指令値制限器５０８に出力する。そして、変換器電流指令値制限器５０８は、目標値に従って双方向チョッパ５０１の出力電流を制御する。また、変換器電流指令値制限器５０８は、電圧検出器５０４で検出する電圧から蓄電池５０２の充電状態を推定し、蓄電池５０２が放電下限値以下または過充電にならないように、検出した電圧に応じて双方向チョッパ５０１の出力電流に制限を加える。
【００２２】
電鉄会社２は、指令室などの管理・統合施設に、コンピュータに所定のプログラムを実行させて所定の処理を行わせるデータ処理装置２１を有する。データ処理装置２１は、ＣＰＵなどを有する処理部２２と、記憶装置２３と、外部とのデータの授受を制御する通信制御装置２４とを有する。なお、このデータ処理装置２１も、ブレーキパッドの摩耗量を検出するための処理を行うので、摩耗量の検出装置であるといえる。
【００２３】
記憶装置２３は、従前の回生失効発生データと、ブレーキパッドを前回交換してから、その後に発生した回生失効の回数の累積数を電車ごとに取得したデータとを少なくとも記憶している。従前の回生失効発生データとは、回生失効防止装置５０の配設前に、その路線で回生失効が発生する回数をあらかじめ採取した実際の値、もしくは所定の期間内の発生率からなるデータであり、例えば、３０日間などの所定期間の間に発生した回生失効の総数や、日ごとの発生件数、あるいは、これらを所定期間や日にちで除算した発生率などからなる。また、ブレーキパッドを交換した際には、図示しないリセット手段により回生失効の発生回数の累積数がリセットされる。
【００２４】
処理部２２は、各種データを通信網８などを介して取得したり、出力したりするための制御や、回生失効の発生回数の集計や、ブレーキパッドの摩耗量の算出、不図示のディスプレイの表示制御など、データ処理装置２１全体の制御を行うもので、ブレーキパッドの摩耗量の検出という観点からは、交換予測処理手段として機能する。
【００２５】
交換予測処理手段は、ブレーキパッドを交換してからの回生失効回数の累積数を電車１ごとに取り込んで、回生失効回数の累積数からブレーキパッドの摩耗量についての計算を行い、ブレーキパッドの交換を必要とする摩耗量に達した場合には、その交換の必要性を通知する情報を出力する。また、交換を要する摩耗量には満たない場合であっても、回生失効の頻度からブレーキパッドの交換時期を線形予測して、その予測結果の情報を出力する。以下において、前記交換の必要性を通知する情報と、前記予測結果の情報とのいずれか一方を出力することを、交換予告とする。
【００２６】
ブレーキパッドの摩耗量についての計算とは、回生失効回数の累積数に所定の係数を乗じるものであり、回生失効の多さに比例して、摩耗量が増大することになる。また、差分を算出する場合には、記憶装置２３に記憶されている回生失効防止装置５０を設置する前の標準的な回生失効の発生回数から求めた摩耗量から、電車１から送信されてくる回生失効の発生回数から算出する摩耗量を減算することにより行う。なお、回生失効防止装置５０を設置する前の期間が特許請求の範囲に記載の第一の期間に相当し、回生失効防止装置５０を設置後の期間が第二の期間に相当する。
【００２７】
次に、電鉄会社２が回生失効防止装置５０を貸与により使用して、回生失効の発生回数を低減させ、これによりブレーキパッドの摩耗量を低減させる場合の全体の流れを図３のフローチャートを主に参照して説明する。
【００２８】
回生失効防止装置５０を貸与する貸与元９は、最初に、特定の電鉄会社２の路線についてのマーケティングを行う（ステップＳ１）。この際に取得すべき情報としては、調査対象となる路線の回生失効発生件数、回生失効の発生場所、その路線に走行する車両数、その路線の変電所の数などがあげられる。
【００２９】
貸与元９は、マーケティングにより得られた情報を考慮して、回生失効防止装置５０を貸与して行うサービスの提供案をまとめ、電鉄会社２に提案する（ステップＳ２）。
【００３０】
提案を受けた電鉄会社２が、その導入の検討を開始したら、貸与元９が路線の現地調査を行い、回生失効防止装置５０の配置スペースの有無や、採算性の検討などの確認を行う（ステップＳ３）。採算性の検討は、回生失効を防止することで変化するブレーキパッドの交換費用に基づいて行われる。
【００３１】
採算性の検討を行った後に、貸与元９は、変電所５から電車１に供給される電流や、き電線電圧の推移などの情報、つまり現状のフィールドデータを一定期間収集する（ステップＳ４）。この期間は、標準的な、かつ精度の良いデータを得るために設けられた期間で、標準的には９０日間とするが、９０日よりも短い期間であったり、さらに長い期間であっても良い。
【００３２】
さらに、貸与元９は、フィールドデータを分析して、最終的な採算性の検討をし、電鉄会社２に契約条件の提示を行う（ステップＳ５）。電鉄会社２は提示された種々の情報を検討し、サービスの提供を受けるメリットがあるか否かを、採算性も含めて検討する。電鉄会社２が導入を決定したら、貸与元９との間でサービスの提供に関する契約を締結する（ステップＳ６）。契約条件としては、サービスの内容、サービスの提供に対して貸与元９が受け取る対価の内容および算出のための係数など、請求および支払い方法、契約期間などがあげられる。対価の額には、回生失効防止装置５０の設置にかかる費用を含ませることが可能である。ここにおいて、電鉄会社２は、貸与元９から見て、回生失効防止装置５０の貸与を受ける貸与先となる。また、貸与元９と、貸与先である電鉄会社２とは、本実施形態により実現されるサービスの授受の契約についての契約者となる。
【００３３】
この後は、締結した契約に基づいて、実際に回生失効防止装置５０が設置され（ステップＳ７）、一定期間ごとに回生失効データが収集され（ステップＳ８）、回生失効データに基づいて実際に電鉄会社２が享受したメリットが計算され、これに応じた料金が支払われる（ステップＳ９）。
【００３４】
前記ステップＳ８の処理、つまり、月ごと、四半期ごと、半年ごと、あるいは一年ごとなどの所定期間を単位として繰り返される処理について、電鉄会社２側で行われる処理を中心に図１、図４のフローチャートを用いて、さらに詳細に説明する。
【００３５】
例えば、電車１ｂが駅などに停車しようとする場合には、最初に回生ブレーキＥＢが作動し、回生電力が発生する。この回生電力は、その周囲にいる電車１ａや、電車１ｃ、電車１ｄなどが力行しているときには、そのような電車１において消費される。回生電力を消費する電車１がいない場合には、回生失効防止装置５０に蓄積される。このときに、回生失効防止装置５０は、前記したように所定の上限値以上の電力量は蓄積できないので、電力が上限値まで蓄積されていた場合には、消費も蓄電もされないことになる。したがって、モータ１１を駆動するインバータのコンデンサ電圧が上昇する。
【００３６】
この状態が継続してコンデンサ電圧の値が前もって定められた閾値以上に上昇すると、電車１の制御装置の過電圧継電器（不図示）が作動する（ステップＳ１１）。このときに、その電車１は、回生ブレーキＥＢから機械ブレーキＭＢに制動手法を切り替え、減速を継続する。そして、回生失効検出器１２のリレー回路が働き、カウンタに回生失効の発生を記録する（ステップＳ１２）。記録とは、前もって記録されている発生回数を１つ増やした値をあらたな発生回数として記録することをいう。
【００３７】
回生失効検出器１２は、カウンタに記録されている回生失効の発生回数と、その電車１を特定する情報とを含む回生失効データを作成する。電鉄会社２の指令室のデータ処理装置２１は、無線通信技術などを利用して、回生失効データを一定期間ごとに取得する（ステップＳ１３）。なお、回生失効データを一定期間ごとに送信する代わりに、回生失効の発生を記録するごとに回生失効データを送信しても良い。
【００３８】
データ処理装置２１の制御部２２は、回生失効データの内容を交換予測処理手段において処理し（ステップＳ１４）、その電車１のブレーキパッドの交換時期を予測する（ステップＳ１５）。予測結果は、ブレーキパッドの交換予告として電鉄会社２のメンテナンス部門に通知される（ステップＳ１６）。ブレーキパッドの交換予告とは、交換時期についての情報と、該当する電車１とを特定する情報を含み、あと何回、回生失効が発生したらブレーキパッドを交換すべきであるとか、あと何日の運行でブレーキパッドを交換すべきであるとか、ブレーキパッドの交換時期の推定値を知らせたり、ブレーキパッドが摩耗して交換が必要であることを通知したりするものである。
【００３９】
また、データ処理装置２１の処理部２２は、ステップＳ５で得られる予測結果に加えて、回生失効防止装置５０を設置する以前のブレーキパッドの交換周期のデータを記憶装置２３から取得して（ステップＳ１７）、ブレーキパッドの交換周期が従来に比べて短くなったのか、長くなったのか、といった比較処理を行う（ステップＳ１８）。比較処理の結果は、貸与元９の端末装置１０に送信され、端末装置１０の算出手段において回生失効防止装置５０の導入により回避された回生失効により摩耗を防げたブレーキパッドの量が、契約により定められた係数を乗じて、金額に変換される。この金額は、回生失効防止装置５０を導入したことにより生じたメリットの対価として端末装置１０からデータ処理装置２１に送信されるので、電鉄会社２はその対価を支払う（ステップＳ１９）。
【００４０】
このように本実施形態によれば、回生失効防止装置５０を利用することにより、回生失効の発生頻度を減少させることが可能になる。回生失効時の機械ブレーキＭＢの使用頻度を減少させることができるので、その分だけブレーキパッドの摩耗量を減少させることができ、ブレーキパッドの交換にかかる費用を低下させることが可能になる。また、回生失効の発生回数を低減させることにより派生する効果としては、駅で電車１を自動停止させる際に、正確に停車させることが可能になり、ホームドアを有する駅で、乗客の乗り降りがスムーズに行われることがあげられる。
【００４１】
回生失効防止装置５０によっても回生失効が発生した場合には、その電車が回生失効の発生を記録できるようにしたので、回生失効の発生数から次にブレーキパッドを交換する時期を予測することが可能になる。これにより、摩耗量の点検作業の簡略化が見込まれる。
【００４２】
さらに、回生失効防止装置５０は、電鉄会社２が設備として購入する代わりに、貸与することが可能であり、この場合に電鉄会社２は初期投資を行わないか、極めて低額の投資で前記したようなメリットを享受することができる。ここで、電鉄会社２が一定期間ごとに貸与元９に対して支払う費用は、当初の契約締結時の対価ではなく、実績、つまり電車１の運行状況から算出される実際のメリットを料金とすることができるので、電鉄会社２は実績に見合った合理的な費用を貸与元９に支払うだけで、前記したメリットを享受することができる。
【００４３】
一方、回生失効防止装置５０を貸与する貸与元９は、回生失効を防止、もしくは、その発生を抑制することに対する報酬や、ブレーキパッドの交換予告を行うことで電鉄会社２のメンテナンス作業を支援することに対する報酬を、回生失効防止装置５０の貸与に対する対価として、継続して受け取ることができる。また、このような対価の回収方法を貸与元９が採用することで、回生失効防止装置５０の導入を促進させることができる。
【００４４】
なお、前記した対価を受け取る具体的な方法としては、回生失効を防止、もしくは、その発生を抑制することに対する報酬として変動費を請求すること、ブレーキパッドの交換予告が行えるようにすることに対する報酬として固定費を請求することがあげられる。前記変動費は、貸与元９がブレーキパッドの交換費用の低下分に、所定の係数である配分比率を乗じて算出した料金（メリット料金）を算出し、電鉄会社２のデータ処理装置２１に、電子メールなどで通知すると良い。配分比率の値は、前もって電鉄会社２と、貸与元９との間の契約により定められる値であり、一定値、もしくは回生失効の低下分により変動する値である。前記固定費の場合も、電子メールで通知することが可能である。電鉄会社２は、対価を請求する電子メールを貸与元９から受け取ったら、その額を直接的に、もしくは金融機関を介して、貸与元９に支払う。また、電子メールを用いる代わりに紙媒体に印刷した請求書を送付することも可能である。
【００４５】
また、ブレーキパッドの摩耗量の検出だけを行い、回生失効の回数の低減化は行わないときには、回生失効防止装置５０を設けずに、電車１に搭載する回生失効検出器１２と、電鉄会社２の指令室などに設置されるデータ処理装置２１とでシステムが構築されることになる。この場合のデータ処理装置２１は、ブレーキパッドの摩耗量の算出に必要な構成を少なくとも有する処理装置になる。
【００４６】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について説明する。なお、前記の実施形態と重複する説明は省略する。
【００４７】
図５に示す鉄道運営システムは、減速時に回生ブレーキＥＢを利用しつつ電車１を運行させ、力行する電車１で消費しきれない回生電力を回生失効防止装置５０で吸収することで回生失効を極力防止し、機械ブレーキＭＢの消耗品の交換頻度の低減を図ることは前記の実施形態と同様であるが、本実施形態では回生失効防止装置５０の導入により削減できる電力使用量の実測値をモニターして利用することを特徴とする。
【００４８】
電力使用量のモニターは、変電所５と電力会社の送電系統６との間に介装された電力検出器５５，５６，５７により行う。電力検出器５５，５６，５７としては、例えばコイルや抵抗を有する電流力計型計器などの電力計と、検出した電力量のデータを通信網を介して送信するための通信制御装置とを備える装置があげられる。
【００４９】
また、電鉄会社２のデータ処理装置２１は、電力検出器５５，５６，５７から送信されてくる電力量のデータを処理するための電力量処理部２５を備え、記憶装置２３には、その路線において標準的な受電電力値が記憶されている。ここで、受電電力とは、電車１の運行のための電力会社などから受け取る電力をいう。
【００５０】
次に、本実施形態において、月ごと、四半期ごと、半年ごと、あるいは一年ごとなどの所定期間を単位として繰り返される処理について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、契約締結のための前準備を含む全体の流れは、前記の実施形態で図３を参照しながら説明したものと同じであり、図６のフローチャートは、図３のステップＳ８の処理に相当するものである。
【００５１】
回生電力を他の電車１で消費したり、回生失効防止装置５０に蓄積できないときに、電車１の制御装置の過電圧継電器が作動すると（ステップＳ２１）、回生失効検出器１２が働き、回生失効が発生したことを記録する（ステップＳ２２）。
【００５２】
回生失効検出器１２は、回生失効の発生回数と、その電車１を特定する情報とを含む回生失効データを作成し、この回生失効データを電鉄会社２の指令室のデータ処理装置２１が一定期間ごとに取得する（ステップＳ２３）。そして、取得した回生失効データから、その電車１のブレーキパッドの摩耗量を算出し、ブレーキパッドの交換時期を予測する（ステップＳ２４）。その予測結果は、ブレーキパッドの交換予告として電鉄会社２のメンテナンス部門にフィードバックされる（ステップＳ２５）。
【００５３】
一方、データ処理装置２１は、ステップＳ２４で得られる予測結果に加えて、従来のブレーキパッドの交換周期のデータを取得して（ステップＳ２６）、ブレーキパッドの交換周期が従来に比べて短くなったのか、長くなったのか、といった比較処理を行う（ステップＳ２７）。
【００５４】
また、データ処理装置２１は、通信網８を介して、その路線の全ての変電所５ａ，５ｂ，５ｃの電力使用量を各電力検出器５５，５６，５７から取得する（ステップＳ２８）。その取得した電力使用量の総和を求め、その路線において標準的な受電電力量から電力使用量の総和を減じて、回生失効防止装置５０の導入による電力使用量の変化分を算出する（ステップＳ２９）。なお、標準的な受電電力量は、あらかじめ記憶装置２３に記憶してある値を用いる。
【００５５】
ステップＳ２７の比較処理の結果と、ステップＳ２９で算出される電力使用量の変化分とを、貸与の対価（メリット料金）を算出させるために貸与元９の端末装置１０に送信する（ステップＳ３０）。
【００５６】
なお、端末装置１０は、算出手段によりメリット料金を算出し、その算出結果を電子メールなどを用いて電鉄会社２に通知する。この通知を受けた電鉄会社２は、相当する金額を貸与元９に支払う。ここでのメリット料金は、比較処理の結果としてブレーキパッドの交換周期が長くなったら、その分だけ大きな金額になり、電力使用量の減少分が大きかったら、その分だけ大きな金額になる。
【００５７】
本実施形態によれば、電鉄会社２は、貸与された設備を利用して回生失効の発生回数を低減させることが可能になる。また、ブレーキパッドの交換時期についての示唆を得ることができる。一方、設備を貸与する貸与元９は、貸与に対する対価として、前記の第一実施形態の対価に加えて、回生電力を有効利用することで節約できる電力量についての対価を受け取ることが可能になる。節約できる電力量についての対価とは、回生電力を回生失効防止装置５０に蓄積させ、一旦蓄積した電力を必要に応じて電車１に供給することで、電力会社からの送電のみによって電車１を運行させる場合に比べて節約できる電力量に相当する金額に、契約で定めた配分比率を乗じて算出する金額である。
【００５８】
なお、電鉄会社２の指令室において行われる処理を、効率良く行わせるためのユーザインターフェイスとしては、以下に説明するものがあげられる。
【００５９】
データ処理装置２１を立ち上げると、制御部２２の処理により、回生失効防止サービスのメニュー画面７１がディスプレイ（不図示）に表示される。メニュー画面７１は、詳細な処理の項目が、選択可能なボタンとして配列されている。具体的には、電車１を車両番号で特定して種々の情報を確認する処理を選択するボタン７２と、線路を特定して回生の効率を調べたり、データを登録・追加する処理を選択するボタン７３と、電力量の推移など、変電所５から取り込んだデータをグラフ化したトレンドグラフを表示させるボタン７４と、変電所５のデータを検索したり、そのデータを登録・追加する処理を選択するボタン７５と、ブレーキパッドの交換頻度の低減や、電力会社から供給を受ける電力量の削減といった、メリットの結果や、その推移を個別に、または総合して表示させる処理を選択するボタン７６と、各種の設定を行うボタン７７とがあげられる。
【００６０】
図８に示す車両番号データ画面８１は、前記のメニュー画面７１において、車両番号のボタン７２を選択したときに行われる処理に対応して表示される画面である。車両番号データ画面８１は、特定の車両番号を有する電車１について、現状の回生失効回数の累積数を表示する表示欄８２と、運転時間を表示する表示欄８３とを有している。また、各表示欄に表示された情報に基づいてブレーキパッドの寿命を予測するグラフ（予測寿命グラフ）を表示させるためのボタン８４も備えている。なお、電車１を特定するための車両番号の入力は、この画面よりも前に表示される入力画面（不図示）を用いて行うが、この車両番号データ画面８１に車両番号の入力欄を設けても良い。
【００６１】
図９に示す変電所データ画面９１は、前記のメニュー画面において、変電所５のボタン７５を選択したときに行われる処理に対応して表示される画面である。変電所データ画面９１は、特定の変電所５について、その総蓄電容量の表示欄９２と、総放電容量の表示欄９３と、平均の回生電力量の表示欄９４と、現状の蓄電容量の表示欄９５と、トレンドグラフを表示させるためのボタン９６とを有している。なお、変電所５に前もって割り当てられた番号など、変電所５を特定する情報の入力は、この画面よりも前に表示される入力画面（不図示）を用いて行うが、この変電所データ画面９１に入力欄を設けても良い。
【００６２】
図１０に示す予測寿命グラフ画面１０１は、ブレーキパッドの交換までの寿命を予測したグラフを示すグラフ領域１０２と、グラフについての詳細な情報を表示するグラフ詳細情報領域１０３とを有する。この図において、グラフ領域１０２には、時間（横軸）の経過に従って加算される回生失効の発生回数（縦軸）の実データが実線Ｌ１で示されており、実データから外挿した予想線が破線Ｌ２で示されている。この図からは、現状の失効回数の推移と、ブレーキパッドの交換を予告すべき時期に相当する回生失効の発生回数として前もって登録されている発生回数に到達する時期の予測値とがわかる。一方、グラフ詳細情報領域１０３には、グラフ領域１０２に２点破線で示す垂直線Ｌ３と実データを示す実線Ｌ１もしくは破線Ｌ２との交点に相当する回生失効回数の値と、運転時間の値とが、それぞれ現状回生失効回数の表示欄１０４と、運転時間の表示欄１０５に表示されるようになっている。グラフ領域１０２の垂直線Ｌ３はマウスやキーボードを操作することにより横軸に沿って移動させることが可能である。
【００６３】
本発明は、前記の各実施形態に限定されずに、広く応用することができる。
例えば、回生失効検出器１２は、通信手段と別体の構成であっても良く、データを回生失効検出器１２に着脱可能な磁気記録媒体などに記録し、電車１から回収した磁気記録媒体を図示しない通信制御装置から送信するようにしたり、磁気記録媒体を直接にデータ処理装置２１に読み込ませても良い。
【００６４】
回生失効防止装置５０は、図１において変電所５ａと異なる構成要素として図示されているが、変電所５ａに含まれる構成要素であっても良い。すべての変電所５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれに１つずつ回生失効防止装置５０を設置することも可能である。この場合は回生失効の発生回数を大幅に減少させることができるし、電力会社から供給を受ける電力量を大幅に低減させることができる。また、回生失効防止装置５０は、貸与するものとして説明したが、一定期間使用した後に、所有権が電鉄会社２に移転するようにしても良い。
【００６５】
メリット料金、つまり貸与先からみた費用、貸与元９からみた対価は、貸与先側のデータ処理装置２１で算出して、その算出結果を貸与元９に通知するようにしても良い。この場合にデータ処理装置２１は、ブレーキパッドの摩耗量や、節約される電力量などから、回生失効防止装置５０の設置に対する費用を算出する算出手段を備えることになる。また、回生失効の発生率の低下分に比例して費用を算出するようにしても良い。この場合はデータ処理装置２１において、回生失効防止装置５０の導入前の標準的な回生失効の発生回数から、回生失効防止装置５０の導入後の回生失効の発生回数の実測値を減じ、さらに回生失効防止装置５０の導入前の標準的な回生失効の発生回数で除算した値を用いる。
【００６６】
メリット料金の指標は、ブレーキパッドの摩耗量の増減とする代わりに、減少分を回生失効防止装置５０の導入前の値で割って得られる摩耗量の減少率であっても良い。同様に、電力使用量の増減率であっても良く、回生失効の発生率でも良い。
【００６７】
図７から図１０を用いて説明した画面７１，８１，９１，１０１は、第一実施形態におけるデータ処理装置２１においても適用することができる。ただし、第一実施形態では電力量のデータは取得しないので、電力量の情報に関する表示は行われないものとする。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、回生失効の発生回数に着目して摩擦要素であるブレーキパッドの摩耗量を電車ごとに検出することで、ブレーキパッドの交換作業を効率良く行うことができる。また、吸収手段が蓄積した回生電力量を電車の運行に利用する際に、ブレーキパッドの摩耗量の減少分や、使用電力量の減少分から算出する実績に応じた費用を吸収手段の貸与元に支払うようにすると、少ない投資で回生失効の発生を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における回生失効防止サービスを実現するための鉄道運営システムの概略構成図である。
【図２】回生失効防止装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態における全体の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】一定期間ごとに行われるブレーキマッドの摩擦量の検出処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における回生失効防止サービスを実現するための鉄道運営システムの概略構成図である。
【図６】一定期間ごとに行われるブレーキマッドの摩擦量の検出処理を示すフローチャートである。
【図７】回生失効防止サービスにおけるメニュー画面を示す図である。
【図８】回生失効防止サービスにおける車両番号データ画面を示す図である。
【図９】回生失効防止サービスにおける変電所データ画面を示す図である。
【図１０】回生失効防止サービスにおける予測寿命グラフ画面を示す図である。
【図１１】回生制動を説明する模式図で、（ａ）電車の速度、（ｂ）回生ブレーキの作動状態、（ｃ）機械ブレーキの作動状態を示す図である。
【図１２】回生失効を説明する模式図で、（ａ）電車の速度、（ｂ）回生ブレーキの作動状態、（ｃ）機械ブレーキの作動状態を示す図である。
【符号の説明】
１電車
２電鉄会社
５変電所
１１モータ
１２回生失効検出器（検出装置）
２１データ処理装置（検出装置）
２４通信制御装置
５０回生失効防止装置
５５，５６，５７電力検出器
１０１予測寿命グラフ画面
ＭＢ機械ブレーキ
ＥＢ回生ブレーキ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention The regenerative power of the regenerative brake is stored in the power storage means via the feeder. Friction of train mechanical brakes Merit fee according to volume control Calculation apparatus And calculation Method About.
[0002]
[Prior art]
A train uses a motor that is rotated by electric power supplied via a feeder line as a power source. When accelerating (powering), the motor rotates wheels, and when decelerating or stopping, it applies a brake. The brake can be classified into a mechanical brake using an air-driven actuator and a brake called a regenerative brake depending on the system. In the mechanical brake, the brake pad is brought into contact with the wheel, and the rotation of the wheel is stopped by the frictional force. The regenerative brake stops the rotation of the wheel by converting the kinetic energy that the wheel tries to rotate into electric energy by causing the motor to function as a generator.
[0003]
The advantages of using a regenerative brake are that, as described above, the generated power (regenerative power) that accompanies the deceleration of the train can be supplied to other power trains, and the mechanical brake can be used as much as the regenerative brake is used. It is possible to reduce the wear of the brake pads. When regenerative power is generated, surplus regenerative power may be generated, for example, when there is no power running train nearby. In such a case, surplus regenerative power is consumed by resistance via a chopper called regenerative chopper, or surplus regenerative power is converted to AC power by an inverter called regenerative inverter and supplied to the high load distribution at the station. Or consumed. Furthermore, in order to suppress the increase in the voltage of the feeder, when the voltage rising due to power generation exceeds a predetermined value, the regenerative brake can be switched to the mechanical brake. Is called regenerative revocation (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0004]
The regeneration and regeneration invalidation will be specifically described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 11 and 12.
When the train decelerates and stops while regenerating, the operation is as shown in FIG. When the train traveling at the predetermined speed SP0 starts decelerating at time t1, the regenerative brake EB is operated as shown in FIG. 11B, that is, the motor that has rotated the wheels is operated as a generator. As a result, regenerative electric power is generated and the rotation of the wheel is suppressed by the drag resistance of the generator, so that the speed of the train decreases as shown in FIG. The regenerative brake EB works only during a period A from time t1 (speed SP0) to time t2 (speed SP1) in FIG. 11B until the speed drops sufficiently, and thereafter the regenerative brake EB to mechanical brake. After switching to MB, at time t3, the speed is zero, that is, the train stops. The reason for switching from the regenerative brake EB to the mechanical brake MB at a predetermined timing is that the regenerative amount due to the regenerative brake EB decreases in the low speed region, and the braking force decreases accordingly. This is because the trainer can reliably stop the train. Further, in the low speed region, even if the brake pad is pressed and decelerated, the amount of wear on the brake pad can be reduced.
[0005]
On the other hand, when regenerative revocation occurs, the result is as shown in FIG. As shown in FIG. 12 (a), the deceleration starts from the speed SP0 at the time t1 in the same manner as described above, but the regeneration invalidation occurs at the time t1 ′, and the speed SP2 that is higher than the speed SP1 that is the switching threshold value described above. Thus, the regenerative brake EB is switched to the mechanical brake MB (see FIG. 12B and FIG. 12C). Therefore, the regenerative braking period is a period C shorter than the period A (see FIG. 11A), and the period during which the mechanical brake MB is braked is longer than the period B (see FIG. 11A). It becomes.
[0006]
[Non-Patent Document 1]
Railway vehicles and technology, 79, p25-31.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In trains that decelerate using such regenerative brakes, mechanical brakes are designed on the premise that they operate after the train speed has been sufficiently decelerated. Become intense. For this reason, when regeneration invalidation occurs, the subject that the replacement frequency of a brake pad increases and the subject that the burden of the replacement work accompanying this will increase arise.
[0008]
Note that the above-mentioned regenerative chopper and regenerative inverter are expensive special equipment as a conventional means for preventing the occurrence of regenerative invalidation and reducing the amount of wear on the brake pads. There is also a problem that a large amount of initial investment is required for introduction.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and reduce the frequency of replacing a brake pad of a train or make the replacement work more efficient so that a railway company can efficiently operate a railway.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problem, it is possible to detect the amount of wear of a brake pad, which is a friction element, by paying attention to the number of occurrences of regeneration invalidation. Here, if the output voltage of the inverter of the generator mounted on the train is measured, the number of occurrences of regenerative invalidation can be detected for each train, so it is possible to check the wear condition of the brake pads for each train. it can. If such a process is automatically performed using a computer, it is possible to determine the brake pad replacement timing efficiently even if the brake pad replacement frequency increases. If the relationship between the number of occurrences of regenerative invalidation from the time when the friction element is replaced and the elapsed time is displayed in a graph, the replacement time can be determined more easily. By the way, the number of regenerative invalidations from the time when the friction elements were replaced last time is the sum of the number of times that the friction elements were worn and stopped when the regeneration expired, so the amount of wear on the brake pads increased compared to when there was no regeneration invalidation. I understand.
[0011]
In order to obtain such information, it is necessary to mount a predetermined device mounted on the train. As such a device, a means for generating regenerative revocation data including the result of detecting the occurrence of regenerative revocation and information identifying the train where the regenerative revocation has occurred, a wireless communication means for transmitting the regenerative revocation data, The apparatus provided with is mentioned.
[0012]
In addition, when installing absorption means that can absorb and discharge regenerative power in order to reduce the number of occurrences of regenerative invalidation, compensation according to the magnitude of the merit that the electric railway company enjoys by installing the absorption means In addition, as a cost for installing and using the absorbing means, it may be paid to the provider of the absorbing means at regular intervals. In this way, the burden on the railway company can be reduced. As an indication of the magnitude of the merit, the amount of decrease in brake pad wear and the amount of power absorbed by the absorption means are tabulated at regular intervals, and the amount corresponding to the amount of decrease and the amount of power in the amount The fee, which is the sum of the amount, was decided as a consideration.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a railway management system used for operating a train in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
[0014]
A train 1 (1a, 1b, 1c, 1d) that can generate electric energy by regenerative braking at the time of deceleration rotates a wheel by driving a motor 11 that can function as an engine and a generator. 2 is a transportation means for transporting people and cargo to a station (not shown) along the track 3 and feeder 4 laid. DC power supplied from the substation 5 (5a, 5b, 5c) is used to supply power to the motor 11. Incidentally, at least one substation 5 is provided between the starting point and the ending point of each of the track 3 and the feeder 4, and the AC power transmitted from the power transmission systems 6a, 6b, 6c such as an electric power company is received. It plays the role of converting to DC power. As shown in FIG. 2, the substation 5 includes a transformer 301 and a rectifier diode 302, and regenerative power cannot be returned to the power transmission systems 6a, 6b, and 6c by the regenerative inverter.
[0015]
Here, the train 1 includes a mechanical brake MB and a regenerative brake EB that is realized by using the motor 11 as a generator as means for decelerating and stopping. The mechanical brake MB is a means for decelerating and stopping the train 1 by converting energy for rotating the wheel into frictional heat, and includes a device that presses a brake pad, which is a friction element, to the wheel with an air cylinder. The regenerative brake EB uses the motor 11 as a generator as described above, and is a means for decelerating and stopping the train 1 by converting kinetic energy of rotating wheels into electric energy. The motor 11 and the mechanical brake MB are controlled by an operation control device (not shown) including a computer mounted on the train 1.
[0016]
Each train 1 is equipped with a regeneration expiration detector 12 (12a, 12b, 12c, 12d) so that the number of occurrences of regeneration expiration can be detected and counted for each train 1. The regenerative revocation detector 12 has an electrical and electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), and also counts the value counted as the number of occurrences of regenerative revocation as a wireless modem. From the wireless communication means such as the wireless communication technology, the data can be transmitted to the data processing device 21 in the command room of the electric railway company 2 using the wireless communication technology.
[0017]
In the present embodiment, as a means for reducing or reducing the number of occurrences of regenerative invalidation, the substation 5a in FIG. 1 is provided with a regenerative invalidation preventing apparatus 50 that functions as an absorbing means capable of absorbing regenerative power. Yes. The regenerative revocation prevention device 50 is a facility manufacturer that develops and produces such a device, or a company that makes a profit by lending the regenerative revocation prevention device 50 purchased from the equipment manufacturer to the electric railway company 2 (hereinafter referred to as a lender). 9) and is rented to the electric railway company 2 and is not a facility owned by the electric railway company 2.
[0018]
As shown in detail in FIG. 2, the regenerative expiration prevention device 50 is connected to the track 3 and the feeder 4 so as to be in parallel with the substation 5 a, and controls the storage battery 502 and the charge / discharge of the storage battery 502. And the main element.
[0019]
As the storage battery 502, a secondary battery such as a lithium ion battery or a lead storage battery, or a power storage device such as an electric double layer capacitor or a flywheel can be used.
[0020]
The control system lowers the voltage of the regenerative power generated between the track and feeder, and then charges the storage battery 502, or increases the voltage of the power discharged from the storage battery 502 and then supplies the power between the track and feeder. Control. Specifically, a bidirectional chopper 501 that raises or lowers a DC voltage, and a voltage detector 503 that is provided closer to the track-feeding wire than the bidirectional chopper 501 and detects a voltage between the track-feeding wire, The voltage detector 504 provided on the storage battery 502 side of the bidirectional chopper 501 detects the voltage of the storage battery 502, and receives information from the voltage detectors 503 and 504 and the bidirectional chopper 501, and controls charging and discharging. And a control unit 505.
[0021]
The control unit 505 includes a subtractor 506, a PI (Proportional Integral) controller 507, and a converter current command value limiter 508. The subtractor 506 subtracts the voltage between the track and the transmission line detected by the voltage detector 503 from the command value VSS_REF which is data commanded by the output voltage of the bidirectional chopper 501, and outputs the difference to the PI controller 507. . The PI controller 507 performs a control in which an integral operation is added to a proportional operation, sets the target value so that the difference is zero, that is, the voltage output from the regenerative expiration prevention device 50 is equal to the command value VSS_REF, This target value is output to converter current command value limiter 508. Converter current command value limiter 508 controls the output current of bidirectional chopper 501 in accordance with the target value. Further, the converter current command value limiter 508 estimates the charging state of the storage battery 502 from the voltage detected by the voltage detector 504, and according to the detected voltage so that the storage battery 502 does not exceed the discharge lower limit value or is overcharged. Thus, the output current of the bidirectional chopper 501 is limited.
[0022]
The electric railway company 2 has a data processing device 21 that causes a computer to execute a predetermined program in a management / integration facility such as a command room to perform a predetermined process. The data processing device 21 includes a processing unit 22 having a CPU and the like, a storage device 23, and a communication control device 24 that controls data exchange with the outside. Note that the data processing device 21 also performs processing for detecting the amount of wear of the brake pad, and thus can be said to be a device for detecting the amount of wear.
[0023]
The storage device 23 stores at least the previous regenerative invalidation occurrence data and the data obtained for each train for the cumulative number of regenerative invalidations that have occurred since the brake pad was replaced last time. Previous regenerative invalidation occurrence data is data consisting of an actual value obtained in advance of the number of occurrences of regenerative invalidation on the route before the installation of the regenerative invalidation prevention device 50, or an occurrence rate within a predetermined period. For example, it consists of the total number of regenerative invalidations that occurred during a predetermined period such as 30 days, the number of occurrences per day, or the rate of occurrence divided by a predetermined period or date. Further, when the brake pad is replaced, the cumulative number of regenerative invalidations is reset by reset means (not shown).
[0024]
The processing unit 22 obtains and outputs various data via the communication network 8 and the like, counts the number of occurrences of regenerative invalidation, calculates the amount of wear on the brake pads, and displays a display (not shown). It controls the entire data processing device 21 such as display control, and functions as a replacement prediction processing means from the viewpoint of detecting the amount of wear of the brake pads.
[0025]
The replacement prediction processing means takes in the cumulative number of regenerative invalidations after replacing the brake pads for each train 1, calculates the amount of wear on the brake pads from the cumulative number of regenerative invalidations, and replaces the brake pads. When the amount of wear that needs to be reached is reached, information notifying the necessity of replacement is output. Even if the amount of wear that requires replacement is not reached, the brake pad replacement time is linearly predicted from the frequency of regeneration expiration, and information on the prediction result is output. Hereinafter, outputting either one of the information notifying the necessity of the replacement or the information of the prediction result is referred to as a replacement notice.
[0026]
The calculation of the amount of wear of the brake pad is obtained by multiplying the cumulative number of regenerative invalidations by a predetermined coefficient, and the amount of wear increases in proportion to the number of regenerative invalidations. Further, when calculating the difference, the difference is calculated and transmitted from the train 1 based on the wear amount obtained from the standard number of occurrences of regeneration invalidation before installing the regeneration invalidation prevention device 50 stored in the storage device 23. This is done by subtracting the amount of wear calculated from the number of occurrences of regenerative expiration. In addition, the period before installing the regeneration / revocation prevention device 50 corresponds to the first period described in the claims, and the period after the regeneration / lapse prevention device 50 is installed corresponds to the second period.
[0027]
Next, the main flow in the case where the electric railway company 2 uses the regenerative expiration prevention device 50 by lending to reduce the number of occurrences of regenerative expiration and thereby reduce the wear amount of the brake pad is mainly shown in the flowchart of FIG. This will be described with reference to FIG.
[0028]
The lending source 9 that lends the regenerative expiration prevention device 50 first performs marketing for the route of the specific electric railway company 2 (step S1). The information to be acquired at this time includes the number of regenerative invalidation occurrences on the route to be investigated, the location of the regenerative invalidation, the number of vehicles traveling on the route, and the number of substations on the route.
[0029]
The lending source 9 considers the information obtained by marketing, summarizes the provision of services provided by lending the regenerative expiration prevention device 50, and proposes it to the electric railway company 2 (step S2).
[0030]
When the electric railway company 2 that has received the proposal starts studying its introduction, the lender 9 conducts a field survey of the route and confirms whether or not there is a space for arranging the regenerative invalidation prevention device 50 and examination of profitability ( Step S3). The profitability is examined based on the brake pad replacement cost that changes by preventing regeneration expiration.
[0031]
After examining the profitability, the lender 9 collects information such as the current supplied from the substation 5 to the train 1 and the transition of the feeder voltage, that is, current field data for a certain period (step S4). . This period is a period provided for obtaining standard and accurate data, and is typically 90 days, but it may be shorter than 90 days or even longer. good.
[0032]
Further, the lender 9 analyzes the field data, examines the final profitability, and presents the contract conditions to the electric railway company 2 (step S5). The electric railway company 2 examines the various information presented, and examines whether there is a merit for receiving the service, including profitability. When the electric railway company 2 decides to introduce the service, a contract for service provision is concluded with the lender 9 (step S6). Contract conditions include billing and payment methods, contract period, etc., such as the contents of the service, the contents of the consideration received by the lender 9 for the provision of the service, and the coefficient for calculation. The amount of consideration can include the cost for installing the regenerative expiration prevention device 50. Here, the electric railway company 2 is a lender who receives the loan of the regenerative expiration prevention device 50 as viewed from the lender 9. Further, the lending source 9 and the electric railway company 2 which is the lending destination are contractors for the service transfer contract realized by the present embodiment.
[0033]
Thereafter, based on the concluded contract, the regenerative revocation prevention device 50 is actually installed (step S7), regenerative revocation data is collected at regular intervals (step S8), and the actual railway is based on the regenerative revocation data. The merits enjoyed by the company 2 are calculated, and a fee corresponding to the merits is paid (step S9).
[0034]
The process of step S8, that is, the process repeated on the basis of a predetermined period such as monthly, quarterly, semi-annual, or yearly, is mainly performed on the electric railway company 2 side in FIGS. This will be described in more detail using a flowchart.
[0035]
For example, when the train 1b is about to stop at a station or the like, the regenerative brake EB is activated first, and regenerative power is generated. This regenerative power is consumed in such a train 1 when the surrounding train 1a, train 1c, train 1d, etc. are powered. When there is no train 1 that consumes regenerative power, it is stored in the regenerative expiration prevention device 50. At this time, the regeneration / expiration prevention device 50 cannot store the amount of power equal to or higher than the predetermined upper limit value as described above. Therefore, when the power is stored up to the upper limit value, it is neither consumed nor stored. Therefore, the capacitor voltage of the inverter that drives the motor 11 increases.
[0036]
When this state continues and the value of the capacitor voltage rises above a predetermined threshold value, an overvoltage relay (not shown) of the control device for the train 1 is activated (step S11). At this time, the train 1 switches the braking method from the regenerative brake EB to the mechanical brake MB, and continues to decelerate. Then, the relay circuit of the regeneration invalidity detector 12 is activated, and the occurrence of the regeneration invalidity is recorded in the counter (step S12). Recording means recording a value obtained by increasing the number of occurrences recorded in advance by one as a new number of occurrences.
[0037]
The regeneration expiration detector 12 creates regeneration expiration data including the number of occurrences of regeneration expiration recorded in the counter and information identifying the train 1. The data processing device 21 in the command room of the electric railway company 2 acquires regenerative revocation data at regular intervals using wireless communication technology or the like (step S13). In addition, instead of transmitting the regeneration invalidation data at regular intervals, the regeneration invalidation data may be transmitted each time the occurrence of the regeneration invalidation is recorded.
[0038]
The control unit 22 of the data processing device 21 processes the contents of the regeneration invalidation data in the replacement prediction processing means (step S14), and predicts the brake pad replacement time of the train 1 (step S15). The prediction result is notified to the maintenance department of the electric railway company 2 as a brake pad replacement notice (step S16). The brake pad replacement notice includes information on the replacement time and information identifying the corresponding train 1, how many more days the brake pad should be replaced when regeneration expires, This means that the brake pad should be replaced during operation, an estimated value of the brake pad replacement time, or that the brake pad is worn and needs to be replaced.
[0039]
In addition to the prediction result obtained in step S5, the processing unit 22 of the data processing device 21 acquires, from the storage device 23, data on the brake pad replacement period before the regenerative expiration prevention device 50 is installed (step S17) A comparison process is performed to determine whether the brake pad replacement period has become shorter or longer than before (step S18). The result of the comparison process is transmitted to the terminal device 10 of the lending source 9, and the amount of brake pads that have been prevented from being worn by regenerative revocation that has been avoided by the introduction of the regenerative revocation prevention device 50 in the calculation means of the terminal device 10 is determined by the contract. Multiply by the specified coefficient and convert to money. Since this amount is transmitted from the terminal device 10 to the data processing device 21 as a consideration for the merit resulting from the introduction of the regenerative expiration prevention device 50, the railway company 2 pays the consideration (step S19).
[0040]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the frequency of occurrence of regeneration expiration by using the regeneration expiration prevention device 50. Since the frequency of use of the mechanical brake MB at the time of regeneration invalidation can be reduced, the wear amount of the brake pad can be reduced by that amount, and the cost for replacement of the brake pad can be reduced. Moreover, as an effect derived by reducing the number of occurrences of regeneration invalidation, when the train 1 is automatically stopped at the station, the train 1 can be stopped accurately, and passengers can get on and off at the station having a platform door. It can be done smoothly.
[0041]
When the regenerative invalidation is generated by the regenerative invalidation prevention device 50, the train can record the occurrence of the regenerative invalidation, so that it is possible to predict the next time to replace the brake pad from the number of occurrences of the regenerative invalidation. It becomes possible. Thereby, simplification of the inspection work of the amount of wear is expected.
[0042]
Furthermore, the regenerative expiration prevention device 50 can be lent instead of being purchased as equipment by the electric railway company 2, and in this case, the electric railway company 2 does not make an initial investment or as described above with an extremely low investment. Can enjoy the benefits. Here, the cost paid by the railway company 2 to the lender 9 at regular intervals is not the price at the time of initial contract conclusion, but the actual merit calculated from the actual situation, that is, the operation status of the train 1 Therefore, the electric railway company 2 can enjoy the above-mentioned merits only by paying the lender 9 a reasonable cost commensurate with the performance.
[0043]
On the other hand, the lending source 9 that lends the regenerative expiration prevention device 50 supports the maintenance work of the electric railway company 2 by providing remuneration for preventing the regeneration expiration or suppressing the occurrence thereof, and performing a brake pad replacement notice. Can be continuously received as compensation for the loan of the regeneration expiration prevention device 50. Moreover, introduction of the regenerative expiration prevention apparatus 50 can be promoted by the lending source 9 adopting such a method of collecting the consideration.
[0044]
In addition, as a specific method for receiving the above-mentioned consideration, a remuneration for charging a variable cost as a reward for preventing or suppressing the occurrence of regenerative invalidation, and enabling a brake pad replacement notice As a fixed cost. The variable cost is calculated as a fee (merit fee) calculated by the loan source 9 by multiplying the decrease in the brake pad replacement cost by a distribution ratio that is a predetermined coefficient, and the data processor 21 of the electric railway company 2 You should notify by e-mail. The value of the distribution ratio is a value determined in advance by a contract between the electric railway company 2 and the lender 9 and is a constant value or a value that varies depending on a decrease in regeneration expiration. In the case of the fixed cost, it can be notified by e-mail. When the electric railway company 2 receives the e-mail requesting the consideration from the lender 9, the amount is paid to the lender 9 directly or via a financial institution. It is also possible to send a bill printed on a paper medium instead of using e-mail.
[0045]
Further, when only the amount of wear of the brake pad is detected and the number of regenerative invalidations is not reduced, the regenerative expiration detector 12 mounted on the train 1 and the electric railway company 2 A system is constructed with the data processing device 21 installed in the command room. The data processing device 21 in this case is a processing device having at least a configuration necessary for calculating the wear amount of the brake pad.
[0046]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In addition, the description which overlaps with the said embodiment is abbreviate | omitted.
[0047]
The railway management system shown in FIG. 5 operates the train 1 while using the regenerative brake EB when decelerating and absorbs the regenerative power that cannot be consumed by the powering train 1 by the regenerative invalidation prevention device 50 as much as possible. This is the same as the previous embodiment in that the frequency of replacement of the consumables of the mechanical brake MB is prevented, but in this embodiment, the actual measured value of power consumption that can be reduced by the introduction of the regenerative expiration prevention device 50 is monitored. It is characterized by being used.
[0048]
The power consumption is monitored by power detectors 55, 56, 57 interposed between the substation 5 and the power transmission system 6 of the power company. As the power detectors 55, 56, and 57, for example, a power meter such as a current force meter type meter having a coil or a resistance, and a communication control device for transmitting data of the detected power amount via a communication network are provided. Equipment.
[0049]
In addition, the data processing device 21 of the electric railway company 2 includes a power amount processing unit 25 for processing the power amount data transmitted from the power detectors 55, 56, and 57. The standard received power value is stored in FIG. Here, the received power refers to power received from a power company for operating the train 1.
[0050]
Next, in the present embodiment, processing that is repeated in units of a predetermined period such as monthly, quarterly, semi-annual, or annually will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that the overall flow including preparation for contract conclusion is the same as that described with reference to FIG. 3 in the above-described embodiment, and the flowchart in FIG. 6 corresponds to the processing in step S8 in FIG. To do.
[0051]
When the overvoltage relay of the control device of the train 1 is activated when the regenerative power is consumed in another train 1 or cannot be stored in the regeneration expiration prevention device 50 (step S21), the regeneration expiration detector 12 works and the regeneration expiration occurs. The occurrence is recorded (step S22).
[0052]
The regenerative revocation detector 12 creates regenerative revocation data including the number of occurrences of regenerative revocation and information identifying the train 1, and the regenerative revocation data is received by the data processing device 21 in the command room of the electric railway company 2 for a certain period of time. (Step S23). Then, the wear amount of the brake pad of the train 1 is calculated from the acquired regeneration invalidation data, and the brake pad replacement time is predicted (step S24). The prediction result is fed back to the maintenance department of the electric railway company 2 as a brake pad replacement notice (step S25).
[0053]
On the other hand, in addition to the prediction result obtained in step S24, the data processing device 21 acquires data on the conventional brake pad replacement cycle (step S26), and the brake pad replacement cycle is shorter than the conventional one. A comparison process is performed to determine whether it has become longer (step S27).
[0054]
Further, the data processing device 21 acquires the power usage of all the substations 5a, 5b, 5c on the route from the power detectors 55, 56, 57 via the communication network 8 (step S28). A total sum of the obtained power consumption is obtained, and a total sum of the power consumption is subtracted from a standard received power amount on the route to calculate a change in the power consumption due to the introduction of the regeneration expiration prevention device 50 (step S29). ). Note that a value stored in the storage device 23 in advance is used as the standard received power amount.
[0055]
The result of the comparison process in step S27 and the amount of change in the power consumption calculated in step S29 are transmitted to the terminal device 10 of the lending source 9 in order to calculate the consideration for the lending (merit fee) (step S30). .
[0056]
Note that the terminal device 10 calculates a merit fee by a calculation unit, and notifies the electric railway company 2 of the calculation result using an e-mail or the like. Upon receipt of this notification, the railway company 2 pays a corresponding amount to the lender 9. The merit fee here becomes a larger amount if the brake pad replacement cycle becomes longer as a result of the comparison process, and if the decrease in power consumption is large, the merit fee becomes a larger amount.
[0057]
According to this embodiment, the electric railway company 2 can reduce the number of occurrences of regenerative invalidation using the lent facilities. In addition, it is possible to obtain suggestions about the time to replace the brake pads. On the other hand, the lending source 9 that lends the facility can receive the consideration for the amount of power that can be saved by effectively using the regenerative power in addition to the consideration of the first embodiment as consideration for the lending. . The compensation for the amount of power that can be saved is that the regenerative power is stored in the regenerative expiration prevention device 50 and the stored power is supplied to the train 1 as needed, so that the train 1 is operated only by power transmission from the power company. This is an amount calculated by multiplying the amount corresponding to the amount of power that can be saved compared with the case of making it to be distributed by the distribution ratio defined in the contract.
[0058]
In addition, what is demonstrated below is mention | raise | lifted as a user interface for performing the process performed in the command room of the electric railway company 2 efficiently.
[0059]
When the data processing device 21 is started up, a menu screen 71 of the regeneration / expiration prevention service is displayed on a display (not shown) by the processing of the control unit 22. On the menu screen 71, detailed processing items are arranged as selectable buttons. Specifically, a button 72 for selecting a process for identifying the train 1 by the vehicle number and confirming various information, and a process for identifying the track and checking the regeneration efficiency, or registering / adding data are selected. Select button 73, button 74 to display trend graph that graphs data taken from substation 5, such as transition of electric energy, and processing to search for data of substation 5 and to register / add the data And a button 76 for selecting a process for displaying the results of the merits such as reduction of the brake pad replacement frequency and reduction of the amount of electric power supplied from the electric power company and their transitions individually or collectively. And a button 77 for performing various settings.
[0060]
A vehicle number data screen 81 shown in FIG. 8 is a screen that is displayed in correspondence with the processing performed when the vehicle number button 72 is selected on the menu screen 71. The vehicle number data screen 81 has a display field 82 for displaying the current cumulative number of regeneration invalidations and a display field 83 for displaying the driving time for the train 1 having a specific vehicle number. Moreover, the button 84 for displaying the graph (predicted life graph) which estimates the lifetime of a brake pad based on the information displayed on each display column is also provided. The vehicle number for specifying the train 1 is input using an input screen (not shown) displayed before this screen. The vehicle number data screen 81 has a vehicle number input field. May be.
[0061]
A substation data screen 91 shown in FIG. 9 is a screen displayed corresponding to the processing performed when the button 75 of the substation 5 is selected on the menu screen. The substation data screen 91 displays the total storage capacity display column 92, the total discharge capacity display column 93, the average regenerative energy display column 94, and the current storage capacity display for the specific substation 5. A column 95 and a button 96 for displaying a trend graph are provided. In addition, although the information which identifies the substation 5, such as the number allocated to the substation 5 beforehand, is input using the input screen (not shown) displayed before this screen, this substation data screen An input field may be provided at 91.
[0062]
The predicted life graph screen 101 shown in FIG. 10 has a graph area 102 that shows a graph that predicts the life until the brake pad replacement, and a graph detailed information area 103 that displays detailed information about the graph. In this figure, in the graph area 102, actual data of the number of occurrences of regeneration invalidation (vertical axis) added along with the passage of time (horizontal axis) is indicated by a solid line L1, and an expected line extrapolated from the actual data Is indicated by a broken line L2. This figure shows the transition of the current number of revocations and the predicted value of the time when the number of occurrences of regenerative revocation corresponding to the time when the brake pad replacement should be notified is reached and the number of occurrences registered in advance. On the other hand, in the graph detailed information area 103, the value of the regeneration expiration number corresponding to the intersection of the vertical line L3 indicated by the two-dot broken line in the graph area 102 and the solid line L1 or the broken line L2 indicating the actual data, the value of the operation time, Are displayed in the display column 104 for the number of current regeneration expirations and the display column 105 for the operating time. The vertical line L3 in the graph area 102 can be moved along the horizontal axis by operating a mouse or a keyboard.
[0063]
The present invention is not limited to the above embodiments and can be widely applied.
For example, the regenerative expiration detector 12 may be configured separately from the communication means, and records the magnetic recording medium collected from the train 1 by recording data on a magnetic recording medium that can be attached to and detached from the regeneration expiration detector 12. The data may be transmitted from a communication control device (not shown), or the magnetic recording medium may be directly read into the data processing device 21.
[0064]
The regeneration / expiration prevention device 50 is illustrated as a component different from the substation 5a in FIG. 1, but may be a component included in the substation 5a. It is also possible to install one regenerative expiration prevention device 50 for each of all the substations 5a, 5b, 5c. In this case, the number of occurrences of regeneration invalidation can be greatly reduced, and the amount of power received from the power company can be greatly reduced. In addition, although the regenerative expiration prevention device 50 has been described as being lent, the ownership may be transferred to the electric railway company 2 after being used for a certain period of time.
[0065]
The merit fee, that is, the cost viewed from the lender, and the consideration viewed from the lender 9 may be calculated by the data processing device 21 on the lender, and the calculation result may be notified to the lender 9. In this case, the data processing device 21 includes calculation means for calculating the cost for installing the regenerative expiration prevention device 50 from the amount of brake pad wear, the amount of power saved, and the like. In addition, the cost may be calculated in proportion to the decrease in the regenerative expiration rate. In this case, the data processing device 21 subtracts the measured value of the number of occurrences of regenerative invalidation after the introduction of the regenerative revocation prevention device 50 from the standard number of regenerative revocation occurrences before the introduction of the regenerative revocation prevention device 50 to further regenerate. A value obtained by dividing the number of occurrences of standard regenerative revocation before the introduction of the revocation prevention device 50 is used.
[0066]
The index of the merit fee may be a reduction rate of the wear amount obtained by dividing the decrease by the value before the introduction of the regenerative expiration prevention device 50 instead of increasing or decreasing the wear amount of the brake pad. Similarly, it may be the rate of increase or decrease in the amount of power used, or the rate of occurrence of regeneration revocation.
[0067]
The screens 71, 81, 91, 101 described with reference to FIGS. 7 to 10 can also be applied to the data processing device 21 in the first embodiment. However, since power amount data is not acquired in the first embodiment, display regarding the power amount information is not performed.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, the brake pad replacement work can be performed efficiently by paying attention to the number of occurrences of regeneration invalidation and detecting the wear amount of the brake pad, which is a friction element, for each train. In addition, when using the regenerative electric energy accumulated by the absorption means for train operation, the expense corresponding to the amount of decrease in the brake pad wear amount and the decrease in the amount of power consumption is charged to the lender of the absorption means By paying, it becomes possible to suppress the occurrence of regeneration invalidation with a small investment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a railroad management system for realizing a regeneration and revocation prevention service in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a regeneration and revocation prevention device.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the overall processing flow in the present embodiment;
FIG. 4 is a flow chart showing a brake mud friction amount detection process performed at regular intervals.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a railroad management system for realizing a regeneration and revocation prevention service according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing processing for detecting the amount of friction of the brake mud performed at regular intervals.
FIG. 7 is a diagram showing a menu screen in a regenerative invalidation prevention service.
FIG. 8 is a diagram showing a vehicle number data screen in a regeneration and revocation prevention service.
FIG. 9 is a diagram showing a substation data screen in a regenerative invalidation prevention service.
FIG. 10 is a diagram showing a predicted life graph screen in the regenerative expiration prevention service.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining regenerative braking, in which (a) train speed, (b) regenerative brake operation state, and (c) mechanical brake operation state are shown.
FIGS. 12A and 12B are schematic diagrams for explaining regenerative invalidation, showing (a) train speed, (b) regenerative brake operation state, and (c) mechanical brake operation state.
[Explanation of symbols]
1 train
2 Electric Railway Company
5 Substation
11 Motor
12 Regeneration expiration detector (detection device)
21 Data processing device (detection device)
24 Communication control device
50 regeneration expiration prevention device
55, 56, 57 Power detector
101 Expected life graph screen
MB Mechanical brake
EB Regenerative brake

Claims

A mechanical brake having a friction element; and a regenerative brake for decelerating by converting kinetic energy into electric energy, and the regenerative power of the regenerative brake is stored in an electric power storage means via a feeder. In the merit fee calculation device that calculates the merit fee according to the wear amount suppression,
A is a regenerative power of a plurality of trains and calculates the benefits Price when stored in the power storage means via the-out wire,
The power storage means is provided between the feeder line and the track at a predetermined point connected to the feeder line through a converter that controls power transfer between the feeder line and the power storage means. Has a function of charging and discharging by controlling the voltage to be a predetermined voltage ,
Means for acquiring power value information that is the power of the train via the feeder, and storage means for storing a standard received power value,
Based on a reduced power value corresponding to a reduction in regeneration expiration calculated from the difference between the acquired power value information and the read standard power value, a merit fee that increases as the brake pad replacement period increases. An apparatus for calculating a merit fee characterized by calculating.

A mechanical brake having a friction element; and a regenerative brake for decelerating by converting kinetic energy into electric energy, and the regenerative power of the regenerative brake is stored in an electric power storage means via a feeder. In the merit fee calculation device that calculates the merit fee according to the wear amount suppression,
A method of calculating the merit charges the regenerative power of a plurality of trains through the-out wire for calculating a merit Price when stored in the power storage means,
The power storage means is provided between the feeder line and the track at a predetermined point connected to the feeder line through a converter that controls power transfer between the feeder line and the power storage means. Charge and discharge by controlling the voltage to be a predetermined voltage ,
Obtain power value information that is the power of the train via the feeder, and read a standard received power value from the storage means,
Based on a reduced power value corresponding to a reduction in regeneration expiration calculated from the difference between the acquired power value information and the read standard power value, a merit fee that increases as the brake pad replacement period increases. A merit fee calculation method characterized by calculating.