JP6687423B2 - 集電電流監視装置 - Google Patents

Description

本発明は集電電流監視装置に関する。

鉄道車両はその屋根の上に集電装置を備える。集電装置は、集電舟を集電アームで支持する構造を有する。集電舟は、舟体と、その上面に取り付けられた摺り板とを備える。集電装置は、集電舟の摺り板を架線の下縁に押し付け、架線から鉄道車両に集電電流を取り入れる（特許文献１参照）。

特許第４３８６２５３号公報

複数の集電装置を備える鉄道車両において、ある集電装置が集電できない状態を電気離線という。架線に着氷霜があるとき、鉄道車両の進行方向における前方に設けられた集電装置において電気離線が発生することがある。この場合でも、進行方向における前方に設けられた集電装置によって着氷霜は除去されるので、進行方向における後方に設けられた集電装置は集電できることが多い。

ある集電装置が電気離線の状態にあるとき、何らかの原因で、もう一方の集電装置も離線するとアークが発生し、舟体が損傷する。よって、電気離線の状態はアークが発生し易い状態であるから、電気離線の状態を検出することが必要である。

しかしながら、ある集電装置が電気離線の状態のときでも、もう一方の集電装置における集電電流の瞬時波形は通常の波形と同様であるから、もう一方の集電装置における集電電流の瞬時波形からは、電気離線の状態を検出できない。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、電気離線を検出することができる集電電流監視装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、並列に配置された複数の変圧器、並びに前記複数の変圧器に集電電流を供給する複数の集電装置を備える鉄道車両に用いられる集電電流監視装置であって、前記複数の変圧器のうち、一部の変圧器に流れる電流の電流値Ｉ_ｐを取得する変圧器電流取得ユニットと、前記変圧器電流取得ユニットが取得した前記電流値Ｉ_ｐから、下記式（１）を用いて、前記複数の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_allを算出する総集電電流算出ユニットと、前記複数の集電装置のうち、１個の集電装置以外の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_Ｘを取得する集電電流取得ユニットと、前記総集電電流算出ユニットが算出した電流値Ｉ_allから、前記集電電流取得ユニットが取得した前記電流値Ｉ_Ｘを差し引くことで、前記１個の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_Ｙを算出する集電電流算出ユニットと、を備える。

式（１） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
（前記式（１）においてＭ_ｐは前記一部の変圧器に接続する主変換装置の個数であり、Ｍ_ａｌｌは前記複数の変圧器のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和である。）
本開示の集電電流監視装置は、必ずしも電流値Ｉ_Ｙを直接測定しなくても、電流値Ｉ_Ｘ、Ｉ_Yを取得することができる。電流値Ｉ_Ｘ、Ｉ_Yを用いれば、電気離線を検出することができる。

集電電流監視装置１及びその他の装置の構成を表すブロック図である。 集電電流監視装置１の機能的構成を表すブロック図である。 集電装置３７、３９、主変圧器５３、５５、５７、５９、及び電流センサ４１、４３、４５、４７等の配置を表す説明図である。 集電電流監視装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 ウインドウ幅Ｗを表す説明図である。 異常条件を表す説明図である。 異常条件を表す説明図である。 集電装置３７、３９、主変圧器５３、５５、５９、及び電流センサ４１、４３、４５、４７等の配置を表す説明図である。 集電装置３７、３９、主変圧器５３、５５、及び電流センサ４１、４３、４５等の配置を表す説明図である。 集電装置３７、３９、７９、主変圧器５３、５５、５７、５９、及び電流センサ４１、４３、４５、４７、８３、８５等の配置を表す説明図である。 集電電流監視装置１及びその他の装置の構成を表すブロック図である。

本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．集電電流監視装置１の構成
集電電流監視装置１の構成を図１〜図３に基づき説明する。集電電流監視装置１は鉄道車両に搭載される装置である。集電電流監視装置１は、図１に示すように、ＣＰＵ３とメモリ５とを有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。メモリ５としては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ等が挙げられる。集電電流監視装置１の各種機能は、ＣＰＵ３がメモリ５に格納されたプログラムを実行することにより実現される。

集電電流監視装置１は、ＣＰＵ３がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、変圧器電流取得ユニット７と、総集電電流算出ユニット９と、集電電流取得ユニット１１と、集電電流算出ユニット１３と、電流値判断ユニット１５と、第１のＲＭＳ算出ユニット１７と、第２のＲＭＳ算出ユニット１９と、異常判断ユニット２１と、異常発生信号出力ユニット２３と、鉄道車両情報取得ユニット２５と、設定ユニット２７とを備える。

鉄道車両は、図１に示すように、集電電流監視装置１に加えて、速度センサ２９、地上トランスポンダ３１、ＡＴＣ（自動列車停止装置）３３、モニタ装置３５、２個の集電装置３７、３９、４個の電流センサ４１、４３、４５、４７、制御伝送装置４９、及び主変換装置群５１を備える。２個の集電装置３７、３９は複数の集電装置に対応する。

速度センサ２９は鉄道車両の速度Ｖを検出し、検出した速度ＶをＡＴＣ３３に送る。ＡＴＣ３３は、速度Ｖを時間で積分し、鉄道車両の位置Ｐを常時推定する。地上トランスポンダ３１は位置補正情報をＡＴＣ３３に送る。位置補正情報は、鉄道車両の正確な位置情報である。ＡＴＣ３３は、位置補正情報を用いて、上記のように推定した位置Ｐを適宜補正する。ＡＴＣ３３は、モニタ装置３５を介して、速度Ｖ及び位置Ｐを集電電流監視装置１に送る。なお、速度Ｖ及び位置Ｐは鉄道車両情報に対応する。モニタ装置３５は、速度Ｖ及び位置Ｐを表示する。

集電装置３７、３９、電流センサ４１、４３、４５、４７、及びそれらに関連する構成の配置を図３に基づき説明する。鉄道車両は、４個の主変圧器５３、５５、５７、５９を備えている。４個の主変圧器５３、５５、５７、５９は複数の変圧器に対応する。主変圧器５３、５５、５７、５９に接続する主変換装置の個数は、それぞれ、３個、４個、４個、３個である。

主変圧器５３は、３個の主変換装置５１ａ、５１ｂ、５１ｃに電流を供給する。主変圧器５５は、４個の主変換装置５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇに電流を供給する。主変圧器５７は、４個の主変換装置５１ｈ、５１ｉ、５１ｊ、５１ｋに電流を供給する。主変圧器５９は、３個の主変換装置５１ｌ、５１ｍ、５１ｎに電流を供給する。前記主変換装置群５１は、主変換装置５１ａ〜５１ｎから成る。

鉄道車両は、電流供給経路６０を備える。主変圧器５３、５５、５７、５９は、電流供給経路６０に並列に接続している。集電装置３７、３９は、電流供給経路６０を介して、主変圧器５３、５５、５７、５９に集電電流を供給する。

電流供給経路６０は、主経路６１と、分岐経路６３、６５、６７、６９とから成る。分岐経路６３は、主経路６１から主変圧器５３に至る。分岐経路６５は、主経路６１から主変圧器５５に至る。分岐経路６７は、主経路６１から主変圧器５７に至る。分岐経路６９は、主経路６１から主変圧器５９に至る。

集電装置３７は、鉄道車両のうち、ｎ号車に備えられ、集電装置３９はｍ号車に備えられる。ｎ、ｍは１〜１６の範囲内の自然数であり、ｎはｍより小さい。集電装置３７は、主経路６１のうち、分岐経路６３に接続する点と、分岐経路６５に接続する点との間にある電流供給点７１に、集電電流を供給する。集電装置３７が電流供給点７１に供給する集電電流の電流値をＩ_１とする。

集電装置３９は、主経路６１のうち、分岐経路６７に接続する点と、分岐経路６９に接続する点との間にある電流供給点７３に、集電電流を供給する。集電装置３９が電流供給点７３に供給する集電電流の電流値をＩ_２とする。集電装置３７、３９が供給する全ての集電電流の電流値をＩ_allとする。電流値Ｉ_ａｌｌは電流値Ｉ_１と電流値Ｉ_２との和である。

電流センサ４１は、主経路６１のうち、電流供給点７１と、分岐経路６３に接続する点との間に設けられている。電流センサ４３は、主経路６１のうち、電流供給点７１と、分岐経路６５に接続する点との間に設けられている。電流センサ４５は、主経路６１のうち、電流供給点７３と、分岐経路６７に接続する点との間に設けられている。電流センサ４７は、主経路６１のうち、電流供給点７３と、分岐経路６９に接続する点との間に設けられている。

電流センサ４１で検出する電流値をＩ_１ａとする。電流センサ４３で検出する電流値をＩ_１ｂとする。電流センサ４５で検出する電流値をＩ_２ａとする。電流センサ４７で検出する電流値をＩ_２ｂとする。電流値Ｉ_１ａと電流値Ｉ_１ｂとの和は、電流値Ｉ_１に等しい。電流値Ｉ_２ａと電流値Ｉ_２ｂとの和は、電流値Ｉ_２に等しい。電流センサ４１、４３、４５、４７は、それぞれ、検出した電流値を集電電流監視装置１に送る。

分岐経路６３を通り、主変圧器５３に供給される電流の電流値をＩ_ｐαとする。分岐経路６５を通り、主変圧器５５に供給される電流の電流値をＩ_ｐβとする。分岐経路６７を通り、主変圧器５７に供給される電流の電流値をＩ_ｐγとする。分岐経路６９を通り、主変圧器５９に供給される電流の電流値をＩ_ｐδとする。電流値Ｉ_ｐα、Ｉ_ｐβ、Ｉ_ｐγ、Ｉ_ｐδは、一部の変圧器に流れる電流の電流値Ｉ_ｐに対応する。電流値Ｉ_ｐαは電流値Ｉ_１ａに等しい。電流値Ｉ_ｐδは電流値Ｉ_２ｂに等しい。電流値Ｉ_ｐα、電流値Ｉ_ｐβ、電流値Ｉ_ｐγ、及び電流値Ｉ_ｐδの総和は、電流値Ｉ_１及び電流値Ｉ_２の和（すなわち電流値Ｉ_ａｌｌ）に等しい。

図１に戻り、モニタ装置３５と制御伝送装置４９とは、集電電流監視装置１が出力する、後述する異常発生信号を受ける。制御伝送装置４９は、異常発生信号を受けたとき、その異常発生信号を主変換装置群５１に伝達する。モニタ装置３５は運転席に備えられている。鉄道車両の運転士はモニタ装置３５の表示画像を見ることができる。モニタ装置３５は、異常発生信号を受けたとき、異常報知画像を表示する。異常報知画像は、異常発生信号を受けたときに特有の画像である。主変換装置群５１は、異常発生信号が伝達されたとき、ノッチ制限を行う。ノッチ制限とは鉄道車両の速度又は加速を制限する制御である。

２．集電電流監視装置１が実行する処理
集電電流監視装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図４〜図７に基づき説明する。図４のステップ１では、鉄道車両情報取得ユニット２５がＡＴＣ３３から位置Ｐと速度Ｖとを取得する。

ステップ２では、設定ユニット２７が、前記ステップ１で取得した位置Ｐと速度Ｖとに応じて、ウインドウ幅Ｗと異常条件とを設定する。ウインドウ幅Ｗとは、図５に示すように、後述するステップ８で二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２を算出するときにおける積分区間の長さを意味する。ウインドウ幅Ｗの単位はｍｓｅｃである。ウインドウ幅Ｗは設定事項に対応する。ウインドウ幅Ｗが大きいほど、後述するステップ９において、二乗平均平方根ＲＭＳ_１及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせは、異常条件を充足しにくくなる。

異常条件とは、二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが、図６に示す異常領域７５又は異常領域７７内にあるという条件である。図６は、横軸が二乗平均平方根ＲＭＳ_１の大きさであり、縦軸が二乗平均平方根ＲＭＳ_２の大きさである二次元空間を表す。

図６に示す二次元空間において、異常領域７５は、二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ａ_１以下であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ｂ_１以上である領域である。また、異常領域７７は、二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ｂ_２以上であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ａ_２以下である領域である。

二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ａ_１以下であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ｂ_１以上であるとき、異常条件が充足される。
また、二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ｂ_２以上であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ａ_２以下であるとき、異常条件が充足される。

閾値Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２はいずれも正の値である。閾値Ｂ_１は、閾値Ａ_１、Ａ_２より大きい。閾値Ｂ_２は、閾値Ａ_１、Ａ_２より大きい。閾値Ａ_１と閾値Ａ_２とは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。閾値Ｂ_１と閾値Ｂ_２とは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。異常条件は、設定事項に対応する。

また、異常領域７５、７７は、図７に示すように、横軸が二乗平均平方根ＲＭＳ_１の大きさであり、縦軸が二乗平均平方根ＲＭＳ_２の大きさである二次元空間において、矩形以外の形状を有する領域であってもよい。

異常条件が厳しいほど（すなわち、異常領域７５、７７が狭いほど）、後述するステップ９において、二乗平均平方根ＲＭＳ_１及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせは、異常条件を充足しにくくなる。

設定ユニット２７は予め、位置Ｐ及び速度Ｖと、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件との対応関係を規定するテーブルを備える。設定ユニット２７は、そのテーブルを用いて、前記ステップ１で取得した位置Ｐ及び速度Ｖに対応するウインドウ幅Ｗ及び異常条件を設定する。テーブルは、上記の対応関係を書き換えることができるものである。

テーブルにおけるウインドウ幅Ｗの範囲は、例えば、１０〜１０００ｍｓｅｃの範囲内である。テーブルは、例えば、ベースとなるテーブルを作成した後、テーブルの使用と、使用結果の検証と、検証結果に基づくテーブルの修正とのサイクルを繰り返すことで作成できる。テーブルにおけるウインドウ幅Ｗ及び異常条件のうち少なくとも一方は、位置Ｐ及び速度Ｖに応じて変化することが好ましい。

異常条件が図６に示される条件である場合、異常条件は、上述したように、閾値Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２により定まるものであるから、設定ユニット２７が異常条件を設定することは、閾値Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２のいずれか１以上を設定することに等しい。

図４に戻り、ステップ３では、集電電流取得ユニット１１が、電流センサ４１、４３、４５、４７を用いて、電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂ、Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂを取得する。
ステップ４では、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂが、予め設定された正常範囲内であるか否かを電流値判断ユニット１５が判断する。正常範囲とは、電流センサ４１、４３が正常に機能しているときに、電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂが取りえる値の範囲である。電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂが正常範囲内である場合はステップ５に進み、電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂが正常範囲内にない場合はステップ１５に進む。

ステップ５では、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが、予め設定された正常範囲内であるか否かを電流値判断ユニット１５が判断する。正常範囲とは、電流センサ４５、４７が正常に機能しているときに、電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが取りえる値の範囲である。電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが正常範囲内である場合はステップ６に進み、電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが正常範囲内にない場合はステップ１１に進む。

ステップ６では、集電電流取得ユニット１１が、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_１ａと電流値Ｉ_１ｂとを合計することで、電流値Ｉ_１を算出する。
ステップ７では、集電電流取得ユニット１１が、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_２ａと電流値Ｉ_２ｂとを合計することで、電流値Ｉ_２を算出する。

ステップ８では、第１のＲＭＳ算出ユニット１７が、前記ステップ６、後述するステップ１３、及び後述するステップ１９のうちのいずれかで算出した電流値Ｉ_１のウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ_１を算出する。ここで用いるウインドウ幅Ｗは、前記ステップ２で設定したものである。

また、本ステップでは、第２のＲＭＳ算出ユニット１９が、前記ステップ７、後述するステップ１４、及び後述するステップ１８のうちのいずれかで算出した電流値Ｉ_２のウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ_２を算出する。ここで用いるウインドウ幅Ｗは、前記ステップ２で設定したものである。

ステップ９では、前記ステップ８で算出した二乗平均平方根ＲＭＳ_１及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが、異常条件を充足するか否かを異常判断ユニット２１が判断する。すなわち、前記ステップ９で算出した二乗平均平方根ＲＭＳ_１及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが、図６又は図７に示す異常領域７５、７７のうちのどちらかに属するか否かを異常判断ユニット２１が判断する。ここで用いる異常条件は、前記ステップ２で設定したものである。

異常条件を充足すると判断した場合はステップ１０に進み、異常条件を充足しないと判断した場合は本処理を終了する。
ステップ１０では、異常発生信号出力ユニット２３が異常発生信号を出力する。

一方、前記ステップ５で否定判断した場合、ステップ１１に進む。ステップ１１では、変圧器電流取得ユニット７が、電流センサ４１を用いて、電流値Ｉ_ｐαを取得する。
ステップ１２では、総集電電流算出ユニット９が、前記ステップ１１で取得した電流値Ｉ_ｐαから、下記式（２）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。

式（２） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐα×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（２）においてＭ_ｐは主変圧器５３に接続する主変換装置の個数であって、具体的には３個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

ステップ１３では、集電電流取得ユニット１１が、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_１ａと電流値Ｉ_１ｂとを合計することで、電流値Ｉ_１を算出する。
ステップ１４では、集電電流算出ユニット１３が、前記ステップ１２で算出した電流値Ｉ_allから、前記ステップ１３で算出した電流値Ｉ_１を差し引くことで、電流値Ｉ_２を算出する。

また、前記ステップ４で否定判断した場合、ステップ１５に進む。ステップ１５では、前記ステップ５と同様の判断を行う。その判断の結果、電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが正常範囲内である場合はステップ１６に進み、電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂが正常範囲内にない場合は本処理を終了する。

ステップ１６では、変圧器電流取得ユニット７が、電流センサ４７を用いて、電流値Ｉ_ｐδを取得する。
ステップ１７では、総集電電流算出ユニット９が、前記ステップ１６で取得した電流値Ｉ_ｐδから、下記式（３）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。

式（３） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐδ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（３）においてＭ_ｐは主変圧器５９に接続する主変換装置の個数であって、具体的には３個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

ステップ１８では、集電電流取得ユニット１１が、前記ステップ３で取得した電流値Ｉ_２ａと電流値Ｉ_２ｂとを合計することで、電流値Ｉ_２を算出する。
ステップ１９では、集電電流算出ユニット１３が、前記ステップ１７で算出した電流値Ｉ_allから、前記ステップ１８で算出した電流値Ｉ_２を差し引くことで、電流値Ｉ_１を算出する。

なお、前記ステップ１１〜１４の処理を実行する場合、集電装置３７は、「複数の集電装置のうち、１個の集電装置以外の集電装置」、及び集電装置Ｘに対応し、集電装置３９は、「１個の集電装置」、及び集電装置Ｙに対応し、電流値Ｉ_１は電流値Ｉ_ｘに対応し、電流値Ｉ_２は電流値Ｉ_Ｙに対応する。また、前記ステップ１６〜１９の処理を実行する場合、集電装置３７は、「１個の集電装置」、及び集電装置Ｙに対応し、集電装置３９は、「複数の集電装置のうち、１個の集電装置以外の集電装置」、及び集電装置Ｘに対応し、電流値Ｉ_１は電流値Ｉ_Ｙに対応し、電流値Ｉ_２は電流値Ｉ_Ｘに対応する。

３．集電電流監視装置１が奏する効果
（１Ａ）集電電流監視装置１は、電流センサ４５、４７が故障し、電流値Ｉ_２ａ、Ｉ_２ｂを直接測定できない場合でも、前記ステップ１１〜１４の処理により、電流値Ｉ_１、Ｉ_２を算出することができる。また、集電電流監視装置１は、電流センサ４１、４３が故障し、電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂを直接測定できない場合でも、前記ステップ１６〜１９の処理により、電流値Ｉ_１、Ｉ_２を算出することができる。集電電流監視装置１は、電流値Ｉ_１、Ｉ_２を用いて電気離線を検出することができる。

（１Ｂ）集電電流監視装置１は、二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが異常条件を充足するか否かを判断する。その異常条件は、二乗平均平方根ＲＭＳ_１と二乗平均平方根ＲＭＳ_２とが不均衡であるときに充足する条件であり、電気離線が生じたときに充足する条件である。よって、集電電流監視装置１は、二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが異常条件を充足するか否かにより、電気離線が発生しているか否かを判断することができる。

（１Ｃ）集電電流監視装置１は、鉄道車両の位置Ｐ及び速度Ｖに応じて、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件を設定する。そのため、集電電流監視装置１は、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件を、鉄道車両の位置Ｐ及び速度Ｖに応じて最適化することができる。その結果、電気離線に対する検出感度を向上させながら、電気離線の誤検出を抑制できる。なお、位置Ｐ及び速度Ｖは、それぞれ、二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２に影響を与える要因である。

（１Ｄ）集電電流監視装置１は、異常条件として、二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ａ_１以下であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ｂ_１以上であるか、あるいは、二乗平均平方根ＲＭＳ_１が閾値Ｂ_２以上であり、且つ二乗平均平方根ＲＭＳ_２が閾値Ａ_２以下であるという条件を設定することができる。

そのため、閾値Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２のうちのいずれか１以上を設定するだけで異常条件を設定することができる。その結果、異常条件の設定が容易になる。また、二乗平均平方根ＲＭＳ_１、及び二乗平均平方根ＲＭＳ_２の組み合わせが異常条件を充足するか否かの判断が容易になる。

（１Ｅ）集電電流監視装置１は、位置Ｐ及び速度Ｖと、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件との対応関係を規定するテーブルを備え、そのテーブルを用いて、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件を設定する。そのため、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件の設定が容易である。また、テーブルを交換又は書き換えすれば、位置Ｐ及び速度Ｖと、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件との対応関係を容易に変更することができる。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

図８に示すように、鉄道車両は、第１実施形態と比べて、主変圧器５７、４個の主変換装置５１ｈ、５１ｉ、５１ｊ、５１ｋ、及び分岐経路６７を備えない点で相違する。電流値Ｉ_ｐα、電流値Ｉ_ｐβ、及び電流値Ｉ_ｐδの総和は、電流値Ｉ_１及び電流値Ｉ_２の和（すなわち電流値Ｉ_ａｌｌ）に等しい。

２．集電電流監視装置１が実行する処理
集電電流監視装置１が実行する処理は、基本的には第１実施形態と同様である。ただし、式（２）、式（３）におけるＭ_ａｌｌの値は、主変圧器５３、５５、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１０個である。

３．集電電流監視装置１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
＜第３実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

図９に示すように、鉄道車両は、第１実施形態と比べて、主変圧器５７、５９、４個の主変換装置５１ｈ、５１ｉ、５１ｊ、５１ｋ、３個の３個の主変換装置５１ｌ、５１ｍ、５１ｎ、電流センサ４７、及び分岐経路６７、６９を備えない点で相違する。電流値Ｉ_ｐα、及び電流値Ｉ_ｐβの和は、電流値Ｉ_１及び電流値Ｉ_２の和（すなわち電流値Ｉ_ａｌｌ）に等しい。電流センサ４５は、電流値Ｉ_２を検出する。

２．集電電流監視装置１が実行する処理
集電電流監視装置１が実行する処理は、基本的には第１実施形態と同様である。ただし、前記ステップ３では、集電電流取得ユニット１１が、電流センサ４１、４３、４５を用いて、電流値Ｉ_１ａ、Ｉ_１ｂ、Ｉ_２を取得する。また、前記ステップ５では、電流センサ４５で検出した電流値Ｉ_２が予め設定された正常範囲内であるか否かを電流値判断ユニット１５が判断する。また、前記ステップ４で否定判断した場合は、処理を終了する。

また、式（２）におけるＭ_ａｌｌの値は、主変圧器５３、５５のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には７個である。
３．集電電流監視装置１が奏する効果
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
＜第４実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

鉄道車両は、図１０に示すように、集電装置７９、及び電流センサ８３、８５をさらに備える。集電装置７９は、主経路６１のうち、分岐経路６５に接続する点と、分岐経路６７に接続する点との間にある電流供給点８１に、集電電流を供給する。集電装置７９が電流供給点８１に供給する集電電流の電流値をＩ_３とする。

電流センサ８３は、主経路６１のうち、電流供給点８１と、分岐経路６５に接続する点との間に設けられている。電流センサ８５は、主経路６１のうち、電流供給点８１と、分岐経路６７に接続する点との間に設けられている。

電流センサ８３で検出する電流値をＩ_３ａとする。電流センサ８５で検出する電流値をＩ_３ｂとする。電流値Ｉ_３ａと電流値Ｉ_３ｂとの和は、電流値Ｉ_３に等しい。図１１に示すように、電流センサ８３、８５は、それぞれ、検出した電流値を集電電流監視装置１に送る。

本実施形態では、集電装置３７、３９、７９が供給する全ての集電電流の電流値をＩ_allとする。電流値Ｉ_ａｌｌは、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３の総和である。電流値Ｉ_ｐα、電流値Ｉ_ｐβ、電流値Ｉ_ｐγ、及び電流値Ｉ_ｐδの総和は、電流値Ｉ_ａｌｌに等しい。

２．集電電流監視装置１が実行する処理
集電電流監視装置１は、以下の方法で、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３を算出することができる。

まず、電流センサ４１を用いて、電流値Ｉ_ｐαを取得する。次に、前記式（２）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。次に、電流センサ４１、４３、４５、４７、８３、８５のいずれかを用いて、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３のうち、２つの電流値を検出する。

例えば、電流センサ４１で検出した電流値Ｉ_１ａと電流センサ４３で検出した電流値Ｉ_１ｂとを足し合わせて、電流値Ｉ_１を得ることができる。また、電流センサ４５で検出した電流値Ｉ_２ａと電流センサ４７で検出した電流値Ｉ_２ｂとを足し合わせて、電流値Ｉ_２を得ることができる。また、電流センサ８３で検出した電流値Ｉ_３ａと電流センサ８５で検出した電流値Ｉ_３ｂとを足し合わせて、電流値Ｉ_３を得ることができる。

最後に、電流値Ｉ_allから、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３のうちの２つの電流値の和を差し引くことで、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３のうち、残りの１つの電流値を算出する。

また、電流値Ｉ_allは、以下の方法で算出してもよい。まず、電流センサ４７を用いて、電流値Ｉ_ｐδを取得する。次に、前記式（３）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。
また、電流値Ｉ_allは、以下の方法で算出してもよい。まず、電流センサ４３、８３を用いて、電流値Ｉ_ｐβを取得する。なお、電流センサ４３で検出する電流値Ｉ_１ｂと、電流センサ８３で検出する電流値Ｉ_３ａとの和は、電流値Ｉ_ｐβに等しい。次に、以下の式（４）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。

式（４） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐβ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（４）においてＭ_ｐは主変圧器５５に接続する主変換装置の個数であって、具体的には４個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

また、電流値Ｉ_allは、以下の方法で算出してもよい。まず、電流センサ４５、８５を用いて、電流値Ｉ_ｐγを取得する。なお、電流センサ４５で検出する電流値Ｉ_２ａと、電流センサ８５で検出する電流値Ｉ_３ｂとの和は、電流値Ｉ_ｐγに等しい。次に、以下の式（５）を用いて、電流値Ｉ_allを算出する。

式（５） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐγ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（５）においてＭ_ｐは主変圧器５７に接続する主変換装置の個数であって、具体的には４個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

３．集電電流監視装置１が奏する効果
（４Ａ）集電電流監視装置１は、電流センサ４１、４３、４５、４７、８３、８５のうちの一部が故障し、電流値Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３のうちの一つを直接測定できない場合でも、電流値Ｉ_１、電流値Ｉ_２、及び電流値Ｉ_３をそれぞれ算出することができる。集電電流監視装置１は、電流値Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３を用いて電気離線を検出することができる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）鉄道車両が備える主変圧器の数は２〜４個には限定されず、適宜設定できる。例えば、５個、６個・・・とすることができる。
（２）前記ステップ１１において、電流値Ｉ_ｐαの代わりに、電流値Ｉ_ｐβを取得してもよい。電流値Ｉ_ｐβは、例えば、分岐経路６５に設けた電流センサを用いて取得することができる。前記ステップ１１において電流値Ｉ_ｐβを取得した場合、前記ステップ１２において、電流値Ｉ_ｐβから、下記式（６）を用いて、電流値Ｉ_allを算出することができる。

式（６） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐβ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（６）においてＭ_ｐは主変圧器５５に接続する主変換装置の個数であって、具体的には４個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

（３）前記ステップ１６において、電流値Ｉ_ｐδの代わりに、電流値Ｉ_ｐγを取得してもよい。電流値Ｉ_ｐγは、例えば、分岐経路６７に設けた電流センサを用いて取得することができる。前記ステップ１６において電流値Ｉ_ｐγを取得した場合、前記ステップ１７において、電流値Ｉ_ｐγから、下記式（７）を用いて、電流値Ｉ_allを算出することができる。

式（７） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐγ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
前記式（７）においてＭ_ｐは主変圧器５７に接続する主変換装置の個数であって、具体的には４個である。Ｍ_ａｌｌは、主変圧器５３、５５、５７、５９のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和であって、具体的には１４個である。

（４）集電電流監視装置１は、前記ステップ８〜１０の処理を行う機能を持たなくてもよい。この場合、集電電流監視装置１は、例えば、前記ステップ６、７、１３、１４、１８、１９のうちのいずれかで算出した電流値Ｉ_１、Ｉ_２を外部の装置に出力することができる。その外部の装置は、例えば、集電電流監視装置１から取得した電流値Ｉ_１、Ｉ_２を用いて、前記ステップ８〜１０の処理を行うことができる。

（５）鉄道車両情報取得ユニット２５は、速度Ｖ及び位置Ｐのうち、一方を取得するものであってもよい。この場合、設定ユニット２７は、その一方に応じて、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件を設定することができる。

また、鉄道車両情報取得ユニット２５は、速度Ｖ及び位置Ｐに加えて、第３の情報を取得してもよい。この場合、設定ユニットは、速度Ｖ、位置Ｐ、及び第３の情報に応じて、ウインドウ幅Ｗ及び異常条件を設定することができる。

（６）設定ユニット２７は、ウインドウ幅Ｗは設定するが、異常条件は設定しないものであってもよい。この場合、異常条件は、常に一定の条件にすることができる。また、設定ユニット２７は、異常条件は設定するが、ウインドウ幅Ｗは設定しないものであってもよい。この場合、ウインドウ幅Ｗは、例えば、固定値とすることができる。

（７）設定ユニット２７は、閾値Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２のうち、一部を設定するものでもよい。前記一部以外のものは、例えば、固定値とすることができる。
（８）異常条件は、他の条件であってもよい。例えば、異常条件は、以下の（式８）で表されるＲが、閾値Ｔ_Ｘより大きいか、閾値Ｔ_Ｙより小さいという条件であってもよい。

（式８） Ｒ＝（二乗平均平方根ＲＭＳ_２）／（二乗平均平方根ＲＭＳ_１）
ここで、閾値Ｔ_Ｘは１より大きい値であり、閾値Ｔ_Ｙは０より大きく１より小さい値である。

（９）集電電流監視装置１は、前記ステップ４、５、１５の判断を行わず、前記ステップ３の後、常に前記ステップ１１〜１４の処理を行ってもよい。また、集電電流監視装置１は、前記ステップ４、５、１５の判断を行わず、前記ステップ３の後、常に前記ステップ１６〜１９の処理を行ってもよい。

（１０）集電電流監視装置１は、前記ステップ４、５でともに肯定判断した場合、前記ステップ６、７の処理の代わりに、前記ステップ１１〜１４の処理を行ってもよい。また、集電電流監視装置１は、前記ステップ４、５でともに肯定判断した場合、前記ステップ６、７の処理の代わりに、前記ステップ１６〜１９の処理を行ってもよい。

（１１）鉄道車両は、電流センサ４５、４７を備えなくてもよい。この場合でも、前記ステップ１１〜１４の処理により、電流値Ｉ_２を算出することができる。また、鉄道車両は、電流センサ４１、４３を備えなくてもよい。この場合でも、前記ステップ１６〜１９の処理により、電流値Ｉ_１を算出することができる。

１…集電電流監視装置、３…ＣＰＵ、５…メモリ、７…変圧器電流取得ユニット、９…総集電電流算出ユニット、１１…集電電流取得ユニット、１３…集電電流算出ユニット、１５…電流値判断ユニット、１７…第１のＲＭＳ算出ユニット、１９…第２のＲＭＳ算出ユニット、２１…異常判断ユニット、２３…異常発生信号出力ユニット、２５…鉄道車両情報取得ユニット、２７…設定ユニット、２９…速度センサ、３１…地上トランスポンダ、３３…ＡＴＣ、３５…モニタ装置、３７、３９、７９…集電装置、４１、４３、４５、４７、８３、８５…電流センサ、４９…制御伝送装置、５１…主変換装置群、５３、５５、５７、５９…主変圧器、６０…電流供給経路、６１…主経路、６３、６５、６７、６９…分岐経路、７１、７３、８１…電流供給点、７５、７７…異常領域

Claims (6)

1. 並列に配置された複数の変圧器、並びに前記複数の変圧器に集電電流を供給する複数の集電装置を備え、前記複数の変圧器のいずれかに接続する各主変換装置の電流が同じである鉄道車両に用いられる集電電流監視装置であって、
   前記複数の変圧器のうち、一部の変圧器に流れる電流の電流値Ｉ_ｐを取得する変圧器電流取得ユニットと、
   前記変圧器電流取得ユニットが取得した前記電流値Ｉ_ｐから、下記式（１）を用いて、前記複数の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_allを算出する総集電電流算出ユニットと、
   前記複数の集電装置のうち、１個の集電装置以外の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_Ｘを取得する集電電流取得ユニットと、
   前記総集電電流算出ユニットが算出した電流値Ｉ_allから、前記集電電流取得ユニットが取得した前記電流値Ｉ_Ｘを差し引くことで、前記１個の集電装置が供給する集電電流の電流値Ｉ_Ｙを算出する集電電流算出ユニットと、
   を備える集電電流監視装置。
   式（１） Ｉ_ａｌｌ＝Ｉ_ｐ×（Ｍ_ａｌｌ／Ｍ_ｐ）
   （前記式（１）においてＭ_ｐは前記一部の変圧器に接続する主変換装置の個数であり、Ｍ_ａｌｌは前記複数の変圧器のいずれかに接続する主変換装置の個数の総和である。）
2. 請求項１に記載の集電電流監視装置であって、
   前記鉄道車両は、集電装置Ｘ及び集電装置Ｙから成る２つの集電装置を備え、
   前記電流値Ｉ_ｘは、前記集電装置Ｘが供給する集電電流の電流値であり、前記電流値Ｉ_Ｙは、前記集電装置Ｙが供給する集電電流の電流値である集電電流監視装置。
3. 請求項２に記載の集電電流監視装置であって、
   前記電流値Ｉ_Ｘのウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｘを算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、
   前記電流値Ｉ_Ｙの前記ウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｙを算出する第２のＲＭＳ算出ユニットと、
   前記二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｘ及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｙの組み合わせが、予め設定された異常条件を充足するか否かを判断する異常判断ユニットと、
   前記異常条件を充足すると前記異常判断ユニットが判断した場合、異常発生信号を出力する異常発生信号出力ユニットと、
   をさらに備える集電電流監視装置。
4. 請求項３に記載の集電電流監視装置であって、
   前記鉄道車両の位置及び速度のうち少なくとも一方を含む鉄道車両情報を取得する鉄道車両情報取得ユニットと、
   前記鉄道車両情報取得ユニットが取得した前記鉄道車両情報に応じて、前記ウインドウ幅Ｗ及び前記異常条件のうち少なくとも一方を含む設定事項を設定する設定ユニットと、
   をさらに備える集電電流監視装置。
5. 請求項４に記載の集電電流監視装置であって、
   前記鉄道車両情報と、前記設定事項との対応関係を規定するテーブルを備え、
   前記設定ユニットは、前記テーブルを用いて、前記鉄道車両情報取得ユニットが取得した前記鉄道車両情報に対応する前記設定事項を設定する集電電流監視装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の集電電流監視装置であって、
   前記異常条件は、前記二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｘ及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ_Ｙのうち一方が閾値Ａ以下であり、且つ他方が前記閾値Ａより大きい閾値Ｂ以上であるという条件である集電電流監視装置。

Images