JP5015612B2

JP5015612B2 - 鉄道車両の異常検知方法およびそのシステム

Info

Publication number: JP5015612B2
Application number: JP2007003141A
Authority: JP
Inventors: 清川口; 重徳臼井
Original assignee: 理想計測株式会社
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: JP2008168761A

Description

本発明は、鉄道車両の異常検知方法およびそのシステムに係り、特に、自車両に搭載する簡便な軸受温度異常・車輪フラット・脱線の検知方法およびそのシステムに関するものである。

従来、鉄道車両の異常状態、特に、軸受温度異常・車輪フラット・脱線の検知装置は、回転する車軸端に各種センサを取り付けて、それら各種センサと運転席に配置される車両制御装置とを電線で配線しておき、上記のような異常の検知とそれに対応した制御を行うことができるようにしていた。
なし

しかしながら、上記した従来の鉄道車両の異常検知システムでは、
（１）特に、電源を有していない従来の貨車の場合、機関車側で各貨車の異常を知る方法が無かった。
（２）車輪と車軸からなる輪軸は、車輪フラットが生ずると、約１００Ｇの振動が生じるため、センサ、車両制御装置が故障する恐れがあった。

（３）配線を行う場合、コネクタなどで電気的に接続して情報を授受する必要があり、作業性や保守性が低下する。
本発明は、上記状況に鑑みて、配線を要しない配線レス方式で、車上電源を有していない車両でも、検知箇所の状況を的確に検知することができる簡便な鉄道車両の異常検知方法およびそのシステムを提供することを目的とする。

〔１〕鉄道車両の異常検知方法において、通常時は列車に搭載された異常検知装置に設けられた発電部により蓄電装置に充電を行い、列車の輪軸の異常発生時には、無線により車両の運転台か車両の中継局に対して短時間パルス的に異常を通報し、列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信すると、電灯と赤外線通信機付きのパソコンを前記異常検知装置に対応させて、前記電灯の照射により発電部が発電し、その電力により状態表示ＬＥＤを点灯させ、それにより異常部位を判別可能にし、前記電灯により発電しながら、異常内容のデータを前記異常検知装置から前記赤外線通信機付きパソコンに赤外線通信により送信することで輪軸異常部の異常情報を収集する。

〔２〕上記〔１〕記載の鉄道車両の異常検知方法において、前記輪軸異常が軸受温度の異常、車輪フラットおよび脱線であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の鉄道車両の異常検知方法において、前記発電部は車軸端に実装される太陽電池パネルであることを特徴とする。
〔４〕上記〔１〕記載の鉄道車両の異常検知方法において、車軸の振動により発電する振動発電機を搭載し、該振動発電機からの電力を蓄電することを特徴とする。

〔５〕鉄道車両の異常検知システムにおいて、（ａ）車軸端に固定される金属製ケーシングと、（ｂ）この金属製ケーシング内に実装され、以下の部品を具備する異常検知装置であって、（ｉ）発電部と、（ii) この発電部により充電される蓄電装置と、（iii)輪軸異常を検知する輪軸異常センサと、 (iv) 制御部と、（ｖ) 記録部と、 (vi) 状態表示ＬＥＤと、（vii)赤外線受光部および発光部と（viii) 無線発信部とを備え、（ｃ）鉄道車両の運転台又は車両の中継局に配置される無線受信機と、（ｄ）携帯可能な電灯と、赤外線通信機付きパソコンにより、（ｅ）車両の輪軸異常が輪軸異常センサにより検知されると前記無線発信部から前記無線受信機へ無線で通報し、列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信すると、前記電灯と赤外線通信機付きのパソコンを前記異常検知装置に対応させて、前記電灯の照射により発電部が発電し、その電力により状態表示ＬＥＤを点灯させ、それにより異常部位を判別可能にし、さらに、前記電灯により発電しながら、異常内容のデータを前記異常検知装置から前記赤外線通信機付きパソコンに赤外線通信により送信することで輪軸異常部の異常情報を収集することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記輪軸異常センサが、軸受温度を検知する温度センサと、車輪フラットおよび脱線を検知する振動センサとであることを特徴とする。
〔７〕上記〔５〕又は〔６〕記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、検知情報の授受は、外部から電灯光を前記金属製ケーシング内に照射して前記発電部を発電させ、状態表示ＬＥＤで異常部位を表示させるとともに、前記電灯光により発電させながら、赤外線発光部から赤外線で異常内容のデータを出力させることにより行うことを特徴とする。

〔８〕上記〔５〕又は〔６〕記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記発電部は前記金属製ケーシングに実装される太陽電池パネルからなることを特徴とする。
〔９〕上記〔５〕又は〔６〕記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、車軸の振動により発電する振動発電機を搭載し、該振動発電機からの電力を蓄電することを特徴とする。

〔１０〕上記〔５〕又は〔６〕記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記蓄電装置は水溶液系の電気二重層キャパシタであることを特徴とする。

本発明は、以下のような効果を奏することができる。
（１）軸受温度上昇や車輪フラット、脱線といった輪軸異常を、無線により自車両の運転台または車両の中継局に通報することができる。
（２）輪軸異常の検知データを赤外線により収集することができる。
（３）異常検知装置のワイヤレス化により、設置工事の簡略化や低コスト化、高信頼化を図ることができる。

（４）異常検知装置自体の低コスト化、小型・軽量化、省エネルギー・省保守化、長寿命化を図ることができる。

本発明の鉄道車両の異常検知方法は、通常時は列車に搭載された異常検知装置に設けられた発電部により蓄電装置に充電を行い、列車の輪軸の異常発生時には、無線により車両の運転台か車両の中継局に対して短時間パルス的に異常を通報し、列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信すると、電灯と赤外線通信機付きのパソコンを前記異常検知装置に対応させて、前記電灯の照射により発電部が発電し、その電力により状態表示ＬＥＤを点灯させ、それにより異常部位を判別可能にし、前記電灯により発電しながら、異常内容のデータを前記異常検知装置から前記赤外線通信機付きパソコンに赤外線通信により送信することで輪軸異常部の異常情報を収集する。

図１は本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知システムの模式図である。
この図において、１は車両、２は台車、３は車輪、４は車両１の運転台又は車両の中継局に配置される無線受信機（通報受信用）、５は車軸端に配置される異常検知装置、６はその異常検知装置５に実装される無線送信機、７は電灯、８は赤外線通信機付きパソコン、９は車軸端に実装される太陽電池パネル（発電部）である。

まず、普段から太陽光により太陽電池パネル９で発電し、蓄電装置（図示なし）に充電しておく。そして、列車の輪軸に異常が発生すると、異常検知装置５はそれを検知し、異常検知信号を無線送信機６で車両１の無線受信機４に通報する。車両１の無線受信機４がそれを受信すると、運転士は適当な位置で車両１を停車させ、電灯７と赤外線通信機付きパソコン８を異常検知装置５に対応させる。異常を検知するための各種センサ（図示なし）は、異常があると状態表示ＬＥＤで表示が行われるようになっているので、電灯７で太陽電池パネル９に光を照射して発電を行いながらその状態表示ＬＥＤの表示により、異常部位を確認する。そして、異常内容のデータは、電灯光により発電させながら、異常検知装置５から赤外線通信によりパソコン８に異常データを送信し取り出す。次に、その収集したデータの情報解析を行う。

図２は本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知のフローチャートである。
（１）通常時は異常検知装置に搭載された太陽電池パネル（発電部）により蓄電装置に充電を行う（ステップＳ１）。
（２）列車の輪軸に異常が発生した時（ステップＳ２のＹＥＳの場合）は、無線により車両の運転台か車両の中継局に対して短時間、パルス的に異常を通報する（ステップＳ３）。

（３）次に、列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信し、電灯と赤外線通信機付きのパソコンを異常検知装置に対応させる（ステップＳ４）。
（４）次に、電灯を異常検知装置に照射して太陽電池パネルで発電を行いながら、各種センサの状態表示ＬＥＤの点灯により異常部位を確認する（ステップＳ５）。
（５）次に、電灯光により発電させながら、異常内容のデータを赤外線通信により異常検知装置から赤外線通信機付きのパソコンに送信する（ステップＳ６）。

（６）次に、収集した異常内容データの情報解析を行う（ステップＳ７）。
図３は本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知システムのブロック図、図４はその異常検知システムの車軸の先端部に実装される異常検知装置の正面図、図５はその異常検知装置の側面からみた断面図である。
図３において、１１は車軸端に実装される太陽電池パネル、１２は太陽電池パネル１１によって充電されるＥＤＬＣ：電気二重層キャパシタ（水溶液系）、１３は１次電池（バックアップ用）、１４は制御部（メモリ内蔵）、１５は記録部、１６は温度センサ、１７，１７は車輪フラットおよび脱線を検知する振動センサ、１８は状態表示ＬＥＤ、１９は赤外線受光部、２０は赤外線発光部、２１は発信機、２２はその発信機２１のアンテナである。

なお、上記実施例では太陽電池パネルによる発電例を示したが、発電に限れば、車軸の振動による振動発電機により発電させるように構成してもよい。
図４および図５において、３０は車軸端、３１は金属製ケーシング、３２は車軸端３０へ金属製ケーシング３１を取り付ける取付けボルト、３３は車軸端に実装される太陽電池パネル、３４はＥＤＬＣ：電気二重層キャパシタ（水溶液系）、３５は軸受温度を検知する温度センサ、３６は車輪フラットおよび脱線を検知する振動センサ、３７は記録部、３８は演算部、３９は発信機、４０はアンテナ、４１は状態表示ＬＥＤ、４２は赤外線受光部、４３は赤外線発光部、４４は一次電池、４５は回り止めである。

ここで、車軸端３０に設ける金属製ケーシング３１は、厚さ３０ｍｍ程度、直径１３０φ程度の円盤形状であり、その内部は樹脂モールドが封入されている。
電源は、太陽光により太陽電池パネル３３で発電し、それをＥＤＬＣ：電気二重層キャパシタ（水溶液系）３４に蓄電したものを用い、異常を検知した場合に記録部３７への記録と発信機３９による通報を行う。なお、常時放電を避けるため、通報時には汎用電波帯でパルス状に省電力発信を行う。無線受信機４はパルス状電波を警報に変換する。

また、情報の授受は、電灯７による白色光（電灯光）で金属製ケーシング３１内を照射して太陽電池パネル３３で発電し、その電力で状態表示ＬＥＤ４１に異常部位の表示を行わせ、さらに異常内容のデータを赤外線発光部４３から赤外線で出力させる。
異常検知装置５は汎用部品を樹脂モールド化し、外部との電気接続の無いワイヤレス化し、無工事・無保守とする。

さらに、主な仕様を具体的に示すと、
（１）電源の電圧は、直流３．３Ｖまたは５Ｖ、可動時インピーダンスは２００Ω、通常時は、約２０ＭΩ以上である。
（２）発電媒体は、太陽電池２０×２０ｍｍ、１２ｍＡ、５Ｖ、出力６０ｍＷ（１．３ｋＪ相当／６ｈ）を用いる。

（３）静電容量は、１Ｆ（ＮＥＣ−ＴＯＫＩＮ製のＦＴかＦＥシリーズ）、蓄電容量は１２．５Ｊ（１．２５Ｗ１０ｓ相当）、１６時間自己放電である。
（４）平均消費電力は、１２５ｍＷ（可動時平均１００ｓ、瞬時最大１．２５Ｗ）、平均消費電流は２５ｍＡである。
（５）使用温度条件：−４０℃〜＋８０℃、破壊１００℃、検知＋８０℃・１ｓ超を用いる。

（６）使用振動条件は、Ｚ方向１００Ｇ、ＸＹ方向２０Ｇ、フラット検知４０Ｇ・４Ｈｚ・１ｓ超、脱線検知１００Ｇ・４Ｈｚ・１ｓ超を用いる。
（７）寿命：８年無保守、電池８年、本体寿命１６年、構造：耐候、防水、耐震、耐衝撃のものを用いる。
（８）材質は、ケーシングは鉄、内部は樹脂モールド、液晶や赤外線の発光部や受光部、アンテナ部の表面は、４ｍｍ厚のポリカーボネイトで防護する。他に三角形の周り止めの板でも防護する。

（９）センサは、無通電接点構成型Ｇショックセンサか、半導体静電容量型振動センサ、発電型熱電対センサを用いる。
上記のように構成したので、本発明によれば、
（１）軸受温度上昇や車輪フラット、脱線といった輪軸異常の通報を実現することができる。

（２）輪軸異常の検知データを赤外線通信により収集することができる。
（３）異常検知装置のワイヤレス化により、設置工事の簡略化や低コスト化、高信頼化を図ることができる。
（４）異常検知装置自体の低コスト化、小型・軽量化、省エネルギー・省保守化、長寿命化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の鉄道車両の異常検知方法およびそのシステムは、簡便な、鉄道車両の異常検知、つまり、自車両に搭載する簡便な軸受温度異常・車輪フラット・脱線の検知システムとして利用可能である。特に、車上電源を有しない内外の貨車などにおいて、有用なシステムとして利用できる。

本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知システムの模式図である。本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知のフローチャートである。本発明の実施例を示す鉄道車両の異常検知システムのブロック図である。本発明の実施例を示す車軸の先端部に実装される異常検知装置の正面図である。本発明の実施例を示す異常検知装置の側面からみた断面図である。

１車両
２台車
３車輪
４車両の運転台に配置される無線受信機（通報受信用）
５車軸端に配置される異常検知装置
６異常検知装置に実装される無線送信機
７電灯
８赤外線通信機付きパソコン
９，１１，３３車軸端に実装される太陽電池パネル（発電部）
１２，３４ＥＤＬＣ：電気二重層キャパシタ（水溶液系）
１３，４４一次電池（バックアップ用）
１４制御部（メモリ内蔵）
１５，３７記録部
１６，３５温度センサ
１７，３６振動センサ
１８，４１状態表示ＬＥＤ
１９，４２赤外線受光部
２０，４３赤外線発光部
２１，３９発信機
２２，４０発信機のアンテナ
３０車軸端
３１金属製ケーシング
３２取付けボルト
３８演算部
４５回り止め

Claims

（ａ）通常時は列車に搭載された異常検知装置に設けられた発電部により蓄電装置に充電を行い、
（ｂ）列車の輪軸の異常発生時には、無線により車両の運転台か車両の中継局に対して短時間パルス的に異常を通報し、
（ｃ）列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信すると、電灯と赤外線通信機付きのパソコンを前記異常検知装置に対応させて、
（ｄ）前記電灯の照射により発電部が発電し、その電力により状態表示ＬＥＤを点灯させ、それにより異常部位を判別可能にし、
（ｅ）前記電灯により発電しながら、異常内容のデータを前記異常検知装置から前記赤外線通信機付きパソコンに赤外線通信により送信することで輪軸異常部の異常情報を収集することを特徴とする鉄道車両の異常検知方法。
請求項１記載の鉄道車両の異常検知方法において、前記輪軸異常が軸受温度の異常、車輪フラットおよび脱線であることを特徴とする鉄道車両の異常検知方法。
請求項１記載の鉄道車両の異常検知方法において、前記発電部は車軸端に実装される太陽電池パネルであることを特徴とする鉄道車両の異常検知方法。
請求項１記載の鉄道車両の異常検知方法において、車軸の振動により発電する振動発電機を搭載し、該振動発電機からの電力を蓄電することを特徴とする鉄道車両の異常検知方法。
（ａ）車軸端に固定される金属製ケーシングと、
（ｂ）該金属製ケーシング内に実装され、以下の部品を具備する異常検知装置であって、
（ｉ）発電部と、
（ii) 該発電部により充電される蓄電装置と、
（iii)輪軸異常を検知する輪軸異常センサと、
(iv) 制御部と、
（ｖ) 記録部と、
(vi) 状態表示ＬＥＤと、
（vii)赤外線受光部および発光部と
（viii) 無線発信部とを備え、
（ｃ）鉄道車両の運転台又は車両の中継局に配置される無線受信機と、
（ｄ）携帯可能な電灯と、赤外線通信機付きパソコンにより、
（ｅ）車両の輪軸異常が輪軸異常センサにより検知されると前記無線発信部から前記無線受信機へ無線で通報し、列車の運転台か車両の中継局で異常の通報を受信すると、前記電灯と赤外線通信機付きのパソコンを前記異常検知装置に対応させて、前記電灯の照射により発電部が発電し、その電力により状態表示ＬＥＤを点灯させ、それにより異常部位を判別可能にし、さらに、前記電灯により発電しながら、異常内容のデータを前記異常検知装置から前記赤外線通信機付きパソコンに赤外線通信により送信することで輪軸異常部の異常情報を収集することを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。
請求項５記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記輪軸異常センサが、軸受温度を検知する温度センサと、車輪フラットおよび脱線を検知する振動センサとであることを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。
請求項５又は６記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、検知情報の授受は、外部から電灯光を前記金属製ケーシング内に照射して前記発電部を発電させ、状態表示ＬＥＤで異常部位を表示させるとともに、前記電灯光により発電させながら、赤外線発光部から赤外線で異常内容のデータを出力させることにより行うことを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。
請求項５又は６記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記発電部は前記金属製ケーシングに実装される太陽電池パネルからなることを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。
請求項５又は６記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、車軸の振動により発電する振動発電機を搭載し、該振動発電機からの電力を蓄電することを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。
請求項５又は６記載の鉄道車両の異常検知システムにおいて、前記蓄電装置は水溶液系の電気二重層キャパシタであることを特徴とする鉄道車両の異常検知システム。