JP5837790B2 - リアクションプレートの高さモニタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道システムのリアクションプレートの高さを連続的に測定する方法に関する。

鉄道車両に搭載されるリニアインダクションモータ（ＬＩＭ）と、軌道に敷設されるリアクションプレート（ＲＰ）から構成される駆動システムでは、リニアインダクションモータの一次コイルを励磁して可変速の移動磁界を発生させることで、リアクションプレートに誘導される渦電流との相互作用で推力を得るようになっている。リニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間（以下、ギャップという）は、現状、日本の鉄道システムにおいて標準として、１２ｍｍ程度に設定されている。

上記の駆動システムにおいては、リアクションプレートの取り付け部分の経時変化や不慮の事故などにより、リアクションプレートの高さが変化する事例が報告されている。リアクションプレートの高さが敷設当初の高さより低くなると、リニアインダクションモータとのギャップが大きくなって電気効率が低下する。一方、リアクションプレートの浮き上がり等によって敷設当初の高さより高くなってリアクションプレートとリニアインダクションモータが接触すると事故に繋がる可能性がある。

従って、リアクションプレートの高さを線路巡回や夜間工事の際に人手で測定するようにしているが、測定効率が悪いだけでなく、測定者による測定誤差が生じる。また、測定には、リニアインダクションモータによる吸引力がリアクションプレートに働いた状態ではないので、測定値は必ずしもリニアインダクションモータの通過時のギャップの真の値であるとは限らない。

上記の人手による、リニアインダクションモータによる吸引力がリアクションプレートに作用しない状態での測定の不具合を解消するものとして、例えば特許文献１の測定装置が提案されている。

特許文献１の測定装置は、車両の底面に形成された凹凸形状を、レーザセンサを用いて地上から測定するリニアモータギャップセンサ部と、リニアモータギャップセンサ部による凹凸形状のデータに基づいてギャップを算出するリニアモータギャップ計測部を備えたものである。

特許文献１で提案された測定装置は、走行中の車両におけるリニアインダクションモータの高さを軌道側から測定するもので、車両の速度変化による測定位置のずれを補正し、車両の左右及び走行方向の傾きも測定可能とするものである。

しかしながら、特許文献１で提案された測定装置は、測定装置を設置した箇所のギャップをピンポイントで測定するものであり、測定装置を設置しない箇所の測定を行うことができない。仮に軌道の全長に亘る測定を行うには、軌道の全長に亘ってリニアモータギャップセンサ部を設置する必要がある。

特開２００１−２７５１６号公報

解決しようとする問題は、軌道側に設けたリニアモータギャップセンサ部を含むリニアモータギャップ計測部にて測定する手法では、ピンポイントのギャップの測定しかできないという点、である。

本発明は、リアクションプレートの高さを連続的にモニタリングするために、リニアインダクションモータに該リアクションプレートの幅方向両端部位に臨むよう各々取り付けられ、該リアクションプレートとの高さを計測する複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と所定地点の校正リアクションプレートを通過したときに計測した距離（基準高さ値）とを比較してリアクションプレートの高さを求めるデータ処理部と、を用いて、前記データ処理部により、前記校正リアクションプレートの通過時に前記非接触式変位センサの基準高さを校正することを最も主要な特徴とする。

本発明は、リニアインダクションモータに取り付けた非接触式変位センサによってリアクションプレートの高さを測定するので、車両を走行させながら連続的に、リニアインダクションモータによる吸引力が作用する状態でリアクションプレートの高さを測定することができるという利点がある。

リニアインダクションモータにリアクションプレートの幅方向両端部位に臨むように取り付けた複数の非接触式変位センサの各々の計測値を用いてリアクションプレートの高さを求めるので、リアクションプレートの平面ねじれ（幅方向の高低差）を検出することができ、さらに、進行前後の方向にも非接触式変位センサを複数個取り付けておくことで、幅方向両端部位におけるある非接触式変位センサが故障しても他のセンサで計測することができるという利点もある。

さらに、本発明は、リアクションプレートを通過したときに計測した高さ値を所定地点のリアクションプレートを通過したときに計測した基準高さ値と比較することで、車輪摩耗や熱変形などによる変位センサの取り付け高さの変化を自動修正でき、精度の高い測定結果を得ることができるという利点もある。

図１は、本発明方法を実施するためのリアクションプレートの高さモニタリング装置の概略構成を示した図で、（ａ）は車両側面方向から見た図、（ｂ）は（ａ）図の右側面から見た図である。 図２は、本発明の変位センサの取り付け状態を示した図である。 図３は、本発明の各構成の配線状態を示した図である。

本発明は、リアクションプレートの高さを連続的にモニタリングするという目的を、リニアインダクションモータに取り付けた複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と所定地点の校正リアクションプレートを通過したときに計測した距離（基準高さ値）とを比較してリアクションプレートの高さを求めるデータ処理部と、を用いて、前記データ処理部により、前記校正リアクションプレートの通過時に前記非接触式変位センサの基準高さを校正することで実現した。

本発明の方法は、図１〜図３に例示するリアクションプレートの高さモニタリング装置により実施可能である。例えば最後尾の車両１の後尾側の台車（台車枠１ａ）に懸架状に取り付けられたリニアインダクションモータ２には非接触式変位センサ３が設けられている。

非接触式変位センサ３は、リニアインダクションモータ２の例えば先端部に設けられ、走行時の振動を軽減することができるハウジング３ａ内部において、本例では２個、車両１の幅方向両側、つまりリアクションプレート４の幅方向両端部位に臨むように取り付けられている。なお、この２個の非接触変位センサ３を１セットとして進行方向の前後にもう１セット設けてもよい。

非接触式変位センサ３の各々は、本例ではリアクションプレート４までの距離を該リアクションプレート４の表面を例えば７５μｍ×２０００μｍの２次元の範囲において検知するものを採用している。２次元の範囲の測定であれば、表面の不規則性の影響を排除することができる。また、非接触式変位センサ３の測定間隔が例えば１ｍｓｅｃであれば、０．１ｍｓｅｃの測定を２回繰り返して、平均値を測定値とすることもでき、１回の測定の場合より平均精度は向上する。

前記非接触式変位センサ３は、高精度で、周波数応答性が良く、磁界及び音波の影響に強く、測定対象物の物性変化に影響されにくく、測定レンジが広いレーザ変位計を採用している。

また、本例では、車軸５ａの軸端部両側には、走行時の車両１の振動加速度を検知する振動センサ６を設置している。これら非接触式変位センサ３及び振動センサ６は、車両１のメンテナンス時の利便性を考慮し、リニアインダクションモータ２、車軸５ａに対して脱着可能とされている。

非接触式変位センサ３、振動センサ６の電気信号は、車体１ｂの床下に設置された筐体７内に設けられたアンプ８にそれぞれ送られ、リアクションプレート４の計測高さに比例する電圧信号に変換して同じく筐体７内に設けられた制御装置９に出力される。また、不図示の既測定器からの走行速度とキロ程信号もまた制御装置９に出力される。

制御装置９は、車両１の既測定器からの走行速度とキロ程と、前記非接触式変位センサ３によるリアクションプレート４の高さの計測値と、振動センサ６による振動加速値を一定の移動距離毎に関連付けてデジタル化されたデータを記録する。

なお、制御装置９は車両１から電源ユニットへ電力が供給され、この電源ユニットを介して制御装置９、アンプ８、非接触式変位センサ３、振動センサ６に対して各々電力供給が行われるようになっている。また、非接触式変位センサ３及び振動センサ６からの配線はコネクタ１１ａ、１１ｂを介して筐体７に設けたアンプ８等に接続するようになっている。

制御装置９は例えば内蔵した記録装置によって上記データを記録媒体１２に記録し、この記録媒体１２に記録されたデータを制御装置９とは別場所（本例では例えば車両１内）に設けられたデータ処理部１０で処理する。

なお、制御装置９で得られた、車両１の既測定器からの走行速度とキロ程と、前記非接触式変位センサ３によるリアクションプレート４の高さの計測値と、振動センサ６による振動加速値を一定の移動距離毎に関連付けてデジタル化されたデータをオンラインでデータ処理部１０に送って処理することも可能である。

データ処理部１０は、非接触式変位センサ３の実計測値を算出する。このとき、車輪５ｂ摩耗や熱変形によるリニアインダクションモータ２の取り付け状態の変化が、非接触式変位センサ３の取り付け位置の絶対高さに影響をおよぼすことがある。

そこで、データ処理部１０は、所定位置のリアクションプレート４（以下、校正リアクションプレート４Ａという）を通過した際の非接触式変位センサ３の実計測値データを基準高さ値として、リアクションプレート４における計測値と比較し、この比較結果をリアクションプレート４とリニアインダクションモータ２とのギャップの測定値（リアクションプレート４の高さ）とする。

その際、データ処理部１０は、測定値のデータに含まれるリアクションプレート４とリアクションプレート４の継ぎ目の欠線部における落ち込み、振動センサ６による振動加速度値αを用いて軌道状態を加味した車両１の振動によるギャップ変動値を、ノイズとしてこれを除去する。

なお、前記振動加速度値αを用いて変位に与える影響は（１）式で与えられる。（１）式中、Ａは「振動加速度の振幅」、ｈは「振動加速度から算出される変位量」、α（ｔ）は「振動加速度の時間関数」、を各々意味する。

続いて、データ処理部１０は、ギャップの適正度（リアクションプレート４の高さの適正度）を判定するためのしきい値を超える測定値について、その測定値と合わせてリアクションプレート４の位置情報や一定間隔で前後するリアクションプレート４の測定値の変位データを抽出する。

このように、本発明は、データ処理部１０は、校正リアクションプレート４Ａの通過時に非接触式変位センサ３の基準高さを校正し、リアクションプレート４の欠線部における落ち込み、車両１の振動による変動値をノイズとして除去することにより、これら要因に基づく誤測定を防止して、精度の高いモニタリングが可能となる。したがって、本発明によれば、リニアインダクションモータ２とリアクションプレート４とのギャップを１２ｍｍより小さくでき、電気効率の向上を図ることも可能になる。

また、少なくとも２個の非接触式変位センサ３間の距離をリアクションプレート４の幅方向の一定長さ（例えば、リアクションプレート４の幅の２／３以上）に配置すれば、リアクションプレートの左右方向の傾きも測定可能である。

なお、上記実施例では、アンプ８や制御装置９を収納した筐体７が車体１ｂの床下に設置する構成を示したが、図１に想像線で示すように車両１内に設置してここからコネクタ１１ａ、１１ｂで配線するようにしてもよい。

１ 車両
２ リニアインダクションモータ
３ 非接触式変位センサ
４ リアクションプレート
４Ａ 校正リアクションプレート
５ａ 車軸
５ｂ 車輪
６ 振動センサ
９ 制御装置
１０ データ処理部

Claims (2)

1. リアクションプレートの高さを連続的にモニタリングする方法であって、リニアインダクションモータに該リアクションプレートの幅方向両端部位に臨むよう各々取り付けられ、該リアクションプレートとの高さを計測する複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と所定地点の校正リアクションプレートを通過したときに計測した距離とを比較してリアクションプレートの高さを求めるデータ処理部と、を用いて、前記データ処理部により、前記校正リアクションプレートの通過時に前記非接触式変位センサの基準高さを校正することを特徴とするリアクションプレートの高さモニタリング方法。
2. 前記データ処理部は、車軸に設けた振動センサにより検知した車両の振動加速度値を用いて軌道状態を加味した車両の振動による変動値をノイズとして除去することを特徴とする請求項１記載のリアクションプレートの高さモニタリング方法。

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