JP6831746B2 - 電磁ノイズ計測システム - Google Patents

Description

本発明は、電磁ノイズ計測システムに係り、特に、鉄道車両向けで電磁ノイズを計測する際に、簡易な構成で各車両の電磁ノイズの発生状況を独立して計測するのに好適な電磁ノイズ計測システムに関する。

鉄道車両に搭載される電子機器類は、自車に搭載された駆動用インバータやモータなどの機器からの電磁ノイズや、架線やレールとの物理的に離れることによって過渡的に発生する電磁ノイズ、近接編成の車両からの特定操作により発生する電磁ノイズなど、様々な電磁ノイズに曝されている。

これらの電磁ノイズの周波数や受信レベルによっては、上記電子機器類が誤動作または故障する可能性がある。電磁ノイズを起因とする不具合の対策をし、かつ、これを未然に防止するためには、適切な方法により電磁ノイズを計測することが重要になってくる。

例えば、非特許文献１には、鉄道システム全体からと、列車・車両単体から発生する電磁放射に分けてそれを測定する方法が記載されている。

また、鉄道の電磁ノイズを計測する方法ではないが、関連する技術として、例えば、特許文献１記載の故障診断方法では、プリントコイル３０自体を、１ターンコイルして形成し、磁界センシング部として機能するようにし、回路基板１０の垂直方向の磁界によりプリントコイル３０に誘起される誘導起電力を検出することにより、回路基板の故障の有無を診断する技術が開示されている。

特開２００４−１０９０３７号公報

川▲崎▼，「鉄道ＥＭＣ国際規格の現状と動向」，鉄道総研報告，公益財団法人鉄道総合技術研究所，２００７年，１１月，第２１巻，第１１号，ｐ４７−ｐ５０

上記非特許文献１に記載されているように、鉄道のＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility：電磁両立性）を実現するために、鉄道車両自体と、まわりの環境からの電磁ノイズの発生源や伝播経路を特定する必要がある。しかしながら、鉄道車両特有の下記の理由により電磁ノイズデータ取得がそもそも難しく、測定の際に多大な時間と費用を要していた。

例えば、鉄道車両内の電磁ノイズを機器内端子電圧で評価する場合では、電圧プローブを対象機器のテストピンなどに接続する方法が採られるが、同電圧プローブを経由した電磁ノイズや電気的短絡に起因して、機器の故障、ひいては、測定対象となる車両の営業走行に支障を来さないよう、機器への電圧プローブ接続は一般に制限され、被測定信号の電圧や電流などの諸元を自由に選択することができなかった。また、鉄道車両内の電磁ノイズを機器類に接続された配線上のコモンモード電流で評価する場合では、対象配線に電流プローブを付加する方法が採られるが、鉄道車両配線は多数を結束して固定され、その多くの範囲はカバーなどで覆われた隠蔽部に配置されているため、測定可能な配線や位置が実運用上限定されており、意図した電磁ノイズデータを取得することが困難であった。さらに、各車両ごとに、接地電位が異なり、各々のノイズ減が存在するため、各車両の電磁ノイズの発生状況を独立に把握したいという要請があった。

以上背景を踏まえて、特許文献１に記載の技術を鉄道車両向けノイズ計測装置に応用する場合、車体内周を囲うようにコイルを配置し、故障診断部において、上記コイルに誘起する誘導起電力と、予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを相対的に評価し、電磁ノイズの増減を検知する構成が考えられる。この構成によれば、測定条件や位置の制限を受けることなく、コイル面に入射する車両内電磁ノイズを一括して取得および評価することが可能となる。一方で、このような構成においては鉄道車両のような大型の対象を想定していないため、コイル長で決まる共振周波数において過大な誘起電圧が発生してしまう。この誘起電圧は、上記故障診断部内の電圧計測部のダイナミックレンジを低下させるだけではなく、コイルを送信アンテナとした再放射により２次被害を発生させ得る。さらに、車両内の電磁ノイズ源は、力行や減速操作など操作状況によって時々刻々変動するため、上記正常状態を一概に定義し難いなどの課題がある。

そこで、本発明の目的は、簡易な構成で、測定条件や位置の制限を受けず、各車両で独立して電磁ノイズを測定可能な電磁ノイズ計測システムを提供することにある。

本発明の電磁ノイズ計測システムの構成は、好ましくは、鉄道車両に発生する電磁ノイズを計測する鉄道車両向けの電磁ノイズ計測システムであって、鉄道車両編成の車両内または車両外の少なくとも一方に引き通し固定された電線束の何れかに併せて配置される電磁ノイズ検出線と、２点間の電位差を取得する電圧取得部を含む電磁ノイズ評価装置とを有し、電磁ノイズ検出線の一端は抵抗を介して車体の金属部分と接続し、他の一端を電磁ノイズ評価装置と接続し、電圧取得部はノイズ検出線の他の一端と車体間の電位差を取得するようにしたものである。

本発明によれば、簡易な構成で、測定条件や位置の制限を受けず、各車両で独立して電磁ノイズを測定可能な電磁ノイズ計測システムを提供することができる。

実施形態１に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を示す図である。 図３の測定結果を得るときの車両における諸元と構成を簡単に示した図である。 抵抗１０８を異ならしめた場合の電磁ノイズ評価装置１０６による測定結果を示したグラフである。 実施形態１に係る電磁ノイズ評価装置１０６の詳細な構成図である。 実施形態１に係る電磁ノイズ評価装置１０６の動作を示すフローチャートである。 図７の測定結果を得るときの車両における諸元と構成を簡単に示した図である。 磁界アンテナ３００を設定し、抵抗１０８を異ならしめた場合の電磁ノイズ評価装置１０６による測定結果を示したグラフである。 実施形態３に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を示す図である。 実施形態４に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を示す図である（その一）。 実施形態４に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を示す図である（その二）。 実施形態５に係る電磁ノイズ評価装置１０６の詳細な構成図である。 実施形態５に係る電磁ノイズ評価装置１０６の動作を示すフローチャートである。 実施形態６に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を示す図である。 各車両における電圧の変動を示すグラフである。 電磁ノイズの発生源を特定する原理を説明する図である。

以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図１５を用いて説明する。

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る実施形態１を、図１ないし図５を用いて説明する。

先ず、図１を用いて実施形態１に係る鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムの全体構成を説明する。
本実施形態では、特定構成の鉄道車両に電磁ノイズ計測システムを搭載する形態を説明するが、本発明の電磁ノイズ計測システムの搭載仕様は本実施形態に限定されるものではなく、機器配置や配線位置など車両の構造に応じて適用される。また、適用する車両は、架線や第三軌条（給電用レール）など外部より電力を取得して走行する車両や気動車両、新交通システムや磁気浮上式鉄道など動力の方式に依らず適用してよい。

図１は、本実施形態における電磁ノイズ計測システムを備える鉄道車両編成のうち、電磁ノイズ計測システムを適用する１両を中心にして示したものである。

本発明の電磁ノイズ計測システムが適用される鉄道車両は、図１に示されるように、車体１００、床下機器１０１、車上機器スペース１０２、車両情報管理装置１０３、車内引き通し電線束１０４、車外引き通し電線束１０５、電磁ノイズ評価装置１０６により構成される。車体１００は、鉄道車両であり、金属構体を有する。ここで、構体とは、鉄道車両の車体において、台枠、骨組、外板などで構成され、車体の強度を担う部分をいう。床下機器１０１は、車体１００の床下に配置される機器である。車上機器スペース１０２は、車体１００の床下に配置される機器である車上機器を配置するスペースである。車両情報管理装置１０３は、車両運転制御や車上機器を管理する装置である。車内引き通し電線束１０４は、主として車体の長手方向に引き通される車内機器の電源線および通信線などを束ねたものである。車外引き通し電線束１０５は、同様に車外機器の電源線および通信線などを束ねたものである。電磁ノイズ評価装置１０６は、車両における電磁ノイズを計測するための装置である。

図１では、車体１００内の車上機器スペース１０２に、車両情報管理装置１０３と電磁ノイズ評価装置１０６を配置する例を示したが、床下機器１０１のスペースに配置してもよい。また、車内引き通し電線束１０４は、車体１００の天井付近を敷設するよう図示したが、車体１００の床面付近を敷設するようにしてもよい。

車上機器スペース１０２内には、２点間の電位差を取得する電圧取得部を含む電磁ノイズ評価装置１０６を配置し、車内引き通し電線束１０４と併せて配置する１本の電磁ノイズ検出線１０７の一端と、接地線１０９間の電位差を取得する。接地線１０９は、電磁ノイズ評価装置１０６近傍の車体１００に接続する。電磁ノイズ検出線１０７は車内引き通し電線束１０４と少なくとも１箇所で結束部１１０により結束して敷設され、そして、車端付近で分岐の上、抵抗１０８を介して車体１００の金属部分と接続する。電磁ノイズ検出線１０７を導電性金属の車体１００と接続することにより、最小限の電線数で電磁ノイズを検出するループを構成することができる。さらに、電磁ノイズ検出線１０７は、車内引き通し電線束１０４に含まれる未使用線を使用すれば、設置工数もかからず、メンテナンスも簡易になるというメリットがある。すなわち、鉄道車両上の電線束には、メンテナンスコスト低減を目的に未使用線が用意されており、そのような未使用線を本発明の電磁ノイズ計測システムの電磁ノイズ検出線１０７とすれば、本発明の電磁ノイズ計測システムを既設車両へ容易に展開することができる。

抵抗１０８の抵抗値は、電磁ノイズ検出線１０７と車体１００で構成するループで生じる共振を抑圧することが可能、かつ、絶縁状態とならない５０Ω〜１０ｋΩの間を選定することが望ましい。

電磁ノイズ評価装置１０６は、車両情報管理装置１０３と接続し、車両制御情報や車上機器の稼働状況を取得し、車両内電磁ノイズの異常判定に用いる。なお、ここでの車両制御情報とは、力行やブレーキなどの運転に係る指令を指し、車上機器の稼働情報とはサービス機器も含めた車上機器のエラー発報情報を含む各機器の具体的な稼働情報を指している。電磁ノイズ評価装置１０６が、車両制御情報や車上機器の稼働状況を参照する理由は、鉄道車両の主要電磁ノイズ源であるインバータやモータなどは、走行状態により発生する電磁ノイズ量、周波数が異なるため、車両制御情報や車上機器の稼働情報なしには、車両内電磁ノイズの異常を判定することは極めて困難であるためである。

本実施形態では、電磁ノイズ評価装置１０６と車両情報管理装置１０３は同一の車上機器スペース１０２に配置する例を示したが、他方が別車両や床下など別のスペースに存在する構成としてもよい。電磁ノイズ評価装置１０６は、車両に引き通された指令線より車両制御情報を、同様に車両に引き通されたエラー出力線より車上機器の稼働状況に含まれるエラー発報情報を直接取得してもよいし、双方の情報ともにレコーダなどその他機器より取得するようにしてもよい。

次に、図２および図３を用いて電磁ノイズ評価装置１０６による測定結果の一例を説明する。
車両を、図１に示した構成に従って、図２に示すように大きさで、抵抗１０８を設置して、Ｐｏｒｔ１と、Ｐｏｒｔ２における電圧、電力を測定する。

図３のグラフには、金属構体である車体１００に囲まれた電磁ノイズ検出線１０７と車内引き通し電線束１０４間の通過特性の解析結果が示されており、横軸に周波数、縦軸に、Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ２を通過する信号の電力の対数比を示している。短絡（ＳＨＯＲＴ）状態（例えば、抵抗１０８が１ｍΩ）では、上記のように構成したループのループ長をおおよそ１波長とする共振が現れ、開放（ＯＰＥＮ）状態（例えば、抵抗１０８が１ＭΩ）では電磁ノイズ検出線長をおおよそ１波長とする共振が現れる。おおよそ鉄道車両の長さ２０ｍ〜２５ｍに敷設される電磁ノイズ検出線１０７には、サージ状電磁ノイズや信号装置の周波数が含まれる１０ＭＨｚ未満の周波数帯において複数の共振および反共振が現れ、ダイナミックレンジは約６０ｄＢ〜８０ｄＢに達する。一方で、適当な抵抗値（本解析例では３００Ω）の抵抗１０８を介して接続すると、ダイナミックレンジを約６ｄＢの範囲に抑えることができる。抵抗１０８により、ダイナミックレンジの広い高精度の測定器が不要となるだけでなく、過大入力による電磁ノイズ評価装置１０６の破損リスクを低減することができる。

次に、図４および図５を用いて電磁ノイズ評価装置１０６の詳細な構成と動作について説明する。
鉄道車両においては、特定の地点において、特定の運転制御をおこなう場合があり、車上機器エラー発生状況と発生地点情報のみでは、エラー原因となる電磁ノイズの由来を即時に特定することが難しい。本実施形態の電磁ノイズ計測システムでは、沿線設備や軌道側装置などの外部機器を電磁ノイズ源として発生する車上機器エラーを判別できるようにしている。

電磁ノイズ評価装置１０６は、図４に示されるように、電圧取得部１０６ａ、演算部１０６ｂと、記録部１０６ｃにより構成される。電圧取得部１０６ａは、２点間の電位差を取得する部分である。演算部１０６ｂは、車両情報管理装置１０３などの外部機器より受けた車両位置情報と電圧取得部１０６ａにより取得したデータを関連付けて位置情報付き電圧データを生成するなどの演算処理をおこなう部分である。記録部１０６ｃは、位置情報付き電圧データを保存する部分である。

電圧取得部１０６ａにより取得する電圧データは、記録部１０６ｃへのデータ転送速度や記録容量などに応じて、データサイズを削減させることが望ましい。電圧データは、データ形式は問わず、電磁ノイズ検出線１０７に生じる電圧の時間変動を判別可能なデータであればよい。記録部１０６ｃには、電磁ノイズを評価するためのデータとして、例えば、演算部１０６ｂにおいて周波数軸の電圧データに変換した上で連続記録するようにしてもよいし、同一または類似の車両制御や車上機器稼働条件下における任意期間の平均電圧データとの差分データなどに変換してもよい。

次に、図５を用いて電磁ノイズ評価装置１０６において、発生した車上機器エラーが外部機器からのノイズ起因で発生していることを判定する処理を説明する。
電磁ノイズ評価装置１０６の電圧取得部１０６ａは、電磁ノイズ検出線１０７に生じる電圧データを取得する（Ｓ６００）。

次に、車両情報管理装置１０３などの外部機器より車上機器のエラー発生を検知する（Ｓ６０１）。外部機器より車上機器のエラー発生を検知したときには（Ｓ６０１：Ｙ）、車両情報管理装置１０３などの外部機器より入力された車両位置情報を測定した電圧データに付加し、記録部１０６ｃに保存する（Ｓ６０２）。

次に、作成した位置情報付き電圧データが機器稼動情報と関連がないか否かを判定する（Ｓ６０３）。位置情報付き電圧データが機器稼動情報と関連がないことは、例えば、機器に関する特定の操作と連動するものではないことから判定される。

次に、作成した位置情報付き電圧データが機器稼動情報と関連がないとき（Ｓ６０３：Ｙ）、その電圧データの電圧が時間軸において前後の車両内の装置に起因する電磁ノイズによる電圧データと比較して変動が小さいか否かを判定する（Ｓ６０４）。ここで、車両内の装置に起因する電磁ノイズによる電圧は、外界の要因に起因する電磁ノイズよるものよりはるかに大きいという仮定を設けている。

次に、その電圧データの電圧が車両内の装置に起因する電磁ノイズによる電圧より小さいと判定したときに（Ｓ６０４：Ｙ）、また記録部１０６ｃの蓄積データと比較して、その計測した時点の車両位置と車両位置情報が近いエラー記録が存在しているか否かを判定する（Ｓ６０５：Ｙ）。

そして、作成した位置情報付き電圧データが機器稼動情報と関連がなく（Ｓ６０３：Ｙ）、その電圧データの電圧が車両内の装置に起因する電磁ノイズによる電圧より小さく（Ｓ６０４：Ｙ）、その計測した時点の車両位置と車両位置情報が近いエラー記録が存在していない（Ｓ６０５：Ｙ）ときに、その電磁ノイズが車両の外部環境、例えば、外部機器からの電磁ノイズであると判定される（Ｓ６０６）。

以上判定のステップを動作終了まで繰り返し実施し、走行中に発生する車上機器エラーを記録し続ける（Ｓ６０７）。

Ｓ６０２は、Ｓ６０１の機器のエラー判定を以て実行することとしたが、電圧データの取得および記録は常時実施し、車上機器エラー発生時には、計測した電圧データにエラー発生情報も付加して記録することとしてもよい。また、Ｓ６０４の電磁ノイズが車両内に起因するか外部の環境に起因するかを切り分けるための変動量は、過去の車上機器エラー発生時の電磁ノイズ量に基づいて決める閾値によって判定することが望ましい。また、Ｓ６０５の車両位置の遠近判定は、位置情報がＧＰＳ（Global Positioning System）に由来する場合はその誤差範囲内とし、地上子（ＡＴＳシステムなどで車上子との間で情報を送受信するために、地上に設置された装置）などの信号情報に由来する場合は、位置情報取得時点からの速度および経過時間から走行地点を算出し、任意のマージンにより判定することが望ましい。なお、Ｓ６０３からＳ６０６までの、外来ノイズ判定に係る処理は、Ｓ６０１の機器エラー発生の割り込みを受けて、別プロセスや別スレッドを生成するなどして並列処理してよい。さらに、Ｓ６０３からＳ６０５までの条件判定は、その判定順序を入れ替えてもよいし、車外に電磁ノイズ検出線１０７が存在する場合には車外ノイズの変動有無を判定条件に加えてもよい。

以上の電磁ノイズ評価装置１０６の構成によれば、車両内外の電磁ノイズデータを広範囲で取得し、これを機器稼働情報および車両位置情報と併せて処理することにより、発生した車上機器エラーが外部機器からのノイズ起因で発生したことを確実に判別することができる。

以上説明してきたように、本実施形態の電磁ノイズ計測システムによれは、最小限の構成で車両内外の電磁ノイズを広範囲で取得し、車上機器異常発生時の電磁ノイズ発生状況を分析することができる。すなわち、測定条件や位置の制約を受けない鉄道車両の構成に適した電磁ノイズ計測システムを提供することができる。しかも、各車両における電磁ノイズの発生状況を独立して把握することができる。

〔実施形態２〕
以下、本発明に係る実施形態２を、図６および図７を用いて説明する。
実施形態１では、車両を、図１に示した構成に従って、図２に示すように大きさで、抵抗１０８を設置して、Ｐｏｒｔ１と、Ｐｏｒｔ２における電圧、電力を測定する。

本実施形態の電磁ノイズ計測システムでは、図６に示されるように、Ｐｏｒｔ１に接続された電磁ノイズ検出線１０７と、Ｐｏｒｔ２に接続された電磁アンテナを設置し、抵抗１０８を異ならしめた測定結果を説明する。磁界アンテナ３００は、電磁ノイズ検出線１０７と車体１００で構成するループ面と平行、かつ、２ｍの離隔を置いて配置している。

図７に示される金属構体である車体１００に囲まれた電磁ノイズ検出線１０７と車内磁界ノイズを模擬する磁界アンテナ３００間の通過特性の解析結果である。

図１のように、電磁ノイズ検出線１０７が、車体１００の天井付近に敷設する場合では、車体１００の床面付近に接続することが望ましい。すなわち、電磁ノイズ受信量がより大きく、受信範囲がより広くなるよう、電磁ノイズ評価装置１０６〜電磁ノイズ検出線１０７〜車体１００〜電磁ノイズ評価装置１０６により構成するループ面積が最大化するよう構成するとよい
そして、ループ面積を最大化するように抵抗１０８と車体１００の接続点を設定することで、車両内における広範囲の磁界ノイズを取得することが可能となる。加えて、抵抗１０８により、車両内に形成されたループは、磁界受診時に発生する共振も抑えることが可能であることを示している。すなわち、図７の結果によれば、周波数が１ＭＨｚ以上の領域において、Ｐｏｒｔ１＋Ｐｏｒｔ２間の通過特性は、比較的緩やかな変動範囲内に収まることを示している。

〔実施形態３〕
以下、本発明に係る実施形態３を、図８を用いて説明する。
本実施形態では、電磁ノイズ検出線１０７を車外引き通し電線束１０５にも併せて配置している。車体１００は金属構体であり、車両内で車両外の電磁ノイズを評価することは難しい。車外引き通し電線束１０５に併せて配置した１本の電磁ノイズ検出線１０７の一端を、抵抗１０８で車体１００の金属部分と接続し、その電磁ノイズ検出線１０７の他端と車体１００の電位差を取得すれば、車両内および車両外の電磁ノイズをそれぞれ取得することができる。なお、電磁ノイズ検出線１０７の配線基準および抵抗１０８の選定基準などは、実施形態１の車両内の例と同じである。図８では、車両の内外に電磁ノイズ検出線１０７を設ける例を示しているが、車両外のみの構成としてもよい。また、車外引き通し電線束１０５は、車体１００の床下に配置される構成として示したが、車体１００の屋根上や、車体１００を構成する構体がダブルスキン構造であり、構体内のトラスに電線束が引き通される場合においては、電磁ノイズ検出線１０７をそのトラス内の電線束に併せて配置するようにしてもよい。

〔実施形態４〕
以下、本発明に係る実施形態４を、図９および図１０を用いて説明する。
本実施形態の電磁ノイズ計測システムでは、電磁ノイズ検出線を２本使用して車両内外の電磁ノイズを取得する例である。

本実施形態の電磁ノイズ計測システムでは、図９に示されるように、同一の車内引き通し電線束１０４および車外引き通し電線束１０５に併せて電磁ノイズ検出線１０７を２本１組として、抵抗１０８で接続し、それぞれ配置した例を示す。車内引き通し電線束１０４および車外引き通し電線束１０５には、車体１００などとの寄生容量や電線自身をアンテナとして受ける電磁ノイズなどが重畳している。電磁ノイズ検出線１０７で構成するループが主として電線束に沿った状態となるため、電磁ノイズ評価装置１０６の電圧取得部において、主に引き通し電線束に重畳されている電磁ノイズにより誘起する電圧を取得することができる。特定の電線束上のコモンモード電流を評価する場合や、車体１００の電位変動を除いた電磁ノイズデータを取得する場合に有効である。

また、本実施形態の電磁ノイズ計測システムでは、図１０に示されるように、離隔を以て配置される２つ以上の車内引き通し電線束１０４において、車両の左右に配置して、ループ面積を最大とするように各電線束に対して電磁ノイズ検出線１０７を１本ずつ配置し、互いを抵抗１０８で接続する。図１０では、車内引き通し電線束１０４に適用した例を示したが、車外引き通し電線束１０５に適用してもよい。

以上の構成によれば、実施形態１の効果に加えて、電磁ノイズ検出線を２本使用するため、より特殊な状況における電磁ノイズの計測が可能になり、車両内外の電磁ノイズをより広範囲で取得することが可能となる。さらに、電磁ノイズ検出線１０７を車両と接続する必要がないため設置作業が容易になるというメリットがある。

〔実施形態５〕
以下、本発明に係る実施形態５を、図１１および図１２を用いて説明する。
実施形態１では、電磁ノイズ評価装置１０６が、発生した電磁ノイズが車両内部の機器に起因するものなのか外部環境に起因するものなのかを判別する処理について説明した。本実施形態では、蓄積した電圧データ分析により車上機器エラー発生の危険がある場合に警告を発報することが可能な電磁ノイズ計測システムの例について説明する。

本実施形態の電磁ノイズ評価装置１０６は、図１１に示されるように、電圧取得部１０６ａ、１０６ｄにより構成される。電圧取得部１０６ａは、２点間の電位差を取得する部分である。異常検知部１０６ｄは、車両情報管理装置１０３などの外部機器より車両制御情報および車両上機器の稼働情報、車両位置情報などを受ける部分である。さらに、異常検知部１０６ｄは、判定パラメータ１０６ｆ、異常検知演算部１０６ｅにより構成する。判定パラメータ１０６ｆは、車上機器エラー発生の判定演算に使用するデータである。異常検知演算部１０６ｅは、電圧取得部１０６ａからの電圧データおよび外部機器からの諸データに基づいて、車上機器エラー発生警告発報の判断などをおこなう演算処理部である。

電圧取得部１０６ａにて取得する電圧データは、異常判定までの処理期間に応じて、データサイズを削減することが望ましい。データ形式は問わず、電磁ノイズ検出線１０７に生じる電圧の時間変動を判別可能なデータ形式であればよい。また、異常判定にリアルタイム性が求められない場合には、図示していないが記録部を設けて、その記憶部に保存し、保存済みの時系列の電圧データを後に評価する構成としてもよい。

次に、図１２を用いて電磁ノイズ評価装置１０６が磁ノイズに起因した機器エラー発生の危険があることを発報する処理について説明する。
電磁ノイズ評価装置１０６の異常検知部１０６ｄは、電圧取得部１０６ａは電磁ノイズ検出線１０７に生じる電圧データを取得する。さらに、異常検知部１０６ｄは、車両情報管理装置１０３などの外部機器より、車両制御情報および、車両上機器の稼働情報、車両位置情報などを取得する（Ｓ７００）。異常検知演算部１０６ｅは、Ｓ７００で取得したデータと過去データに基づいて設定、保持された判定パラメータ１０６ｆを適用した処理により、所定の機器エラー発生の危険範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ７０１）。

そして、所定の機器エラー発生の危険性があると判定したときには（Ｓ７０１：Ｙ）、Ｓ７０３に行き、所定の機器エラー発生の危険性がないと判定したときには、（Ｓ７０１：Ｎ）、Ｓ７００に戻る。

Ｓ７０１がＹのとき、車上機器のエラーが発生しているか否かを判定し（Ｓ７０３）、車上機器のエラーが発生していると判定したときには（Ｓ７０３：Ｙ）、教師あり学習または半教師あり学習として異常検知部１０６ｄで取得する情報に基づいて判定パラメータ１０６ｆを更新し（Ｓ７０４）、車上機器のエラーが発生していないと判定したときには（Ｓ７０３：Ｎ）、車上機器エラー発生の可能性が高まっていることを車両管理者などに警告として発報する（Ｓ７０５）。
以上判定パラメータの更新と警告の発報ステップを動作終了まで繰り返し実施する（Ｓ７０６）。

電磁ノイズ検出線１０７の配置姿勢などにより電圧取得部１０６ａにて得られる電圧値が変動することから、判定パラメータ１０６ｆは、電磁ノイズ計測システムを搭載した号車の電圧データを使用し、Ｓ７０１における判定基準は、教師学習または半教師学習の結果得られる学習曲線を基準として任意の範囲内で設定することが望ましい。また、外部機器より取得する情報を教師学習または半教師学習の変数として定義したが、異常検知演算部１０６ｅの演算量削減を目的として、放射ノイズ量の大きいインバータなどの機器の動作および非動作に応じた場合分けの上で、それぞれ学習演算を適用してもよい。

以上の構成によれば、車両内外の電磁ノイズデータに対して、これを過去データに基づく判定パラメータを適用した処理により、車上機器エラー発生の危険がある場合に警告を発報することが可能となる。

〔実施形態６〕
以下、本発明に係る実施形態６を、図１３ないし図１５を用いて説明する。
本実施形態では、鉄道車両編成のうち複数車両に電磁ノイズ計測システムを適用し、互いのシステムが共通の時刻データで同期して動作することで、ノイズ発生号車を特定可能な形態を説明する。

図１３では、車両編成のうち連続した２両に電磁ノイズ計測システムを適用した例を示している。そして、本実施形態の電磁ノイズ計測システムは、図１３に示した構成において、各号車の電磁ノイズ評価装置１０６を共通の時刻で同期させる。図１３では、連続する２両に電磁ノイズ計測システムを適用する例を示したが、同一編成の非連続の車両に適用してもよいし、全車両に適用することとしてもよい。

図１４には、同一編成の車両であるａ号車およびｂ号車に電磁ノイズ計測システムを適用したとき、ａ号車上の機器がサージノイズを発生させた場合に、両車両の電磁ノイズ計測システムの電磁ノイズ評価装置１０６が取得する時系列の電圧データ例である。各電磁ノイズ計測システムの電磁ノイズ検出線１０７は各車両内で閉じたループを構成するため、各号車で独立した電磁ノイズデータを取得することができる。ａ号車で発生したノイズは、空間を通して直接到達する経路や、車両間に引き通された電線などを伝って到達する経路などを経由するため、時間間隔△ｔをもってｂ号車に到達する。本図において横軸である時間軸が共通の時間データにより同期補正されていれば、△ｔを判別することが可能であり、電磁ノイズ発生源となる号車を特定することができる。なお、比較に用いるデータは、時系列の電圧データに限らず、△ｔを判別することができる形式であればよい。例えば、所定の電圧変化量を検出した時間のみ取得し、△ｔを求めてもよい。

ここで、図１５に示されるように、同じ編成車両に、ａ号車ないしｄ号車が連結されているとし、ｂ号車の電子機器の原因による電磁ノイズの発生により、各々の号車で、サージノイズが、ｔ_ａ，ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄ，で記録されたとする。
このとき、電圧の伝播の距離から以下の（式１）が成立する。

このように、遠くにある車両ほどサージノイズが発生する時刻にラグが生じることより、サージノイズが発生する時刻を計測することにより、電磁ノイズが発生した原因の号車を究明することができる。

以上の構成によれば、同一編成の複数車両において、各車両内外の電磁ノイズを取得することにより、電磁ノイズの伝搬経路、ひいては、電磁ノイズ発生源となる号車を特定することが可能となる。

１００…車体
１０１…床下機器
１０２…車上機器スペース
１０３…車両情報管理装置
１０４…車内引き通し電線束
１０５…車外引き通し電線束
１０６…電磁ノイズ評価装置
１０６ａ…電圧取得部
１０６ｂ…演算部
１０６ｃ…記録部
１０６ｄ…異常検知部
１０６ｅ…異常検知演算部
１０６ｆ…判定パラメータ
１０７…電磁ノイズ検出線
１０８…抵抗
１０９…接地線
１１０…結束部

Claims (9)

1. 鉄道車両に発生する電磁ノイズを計測する鉄道車両向けの電磁ノイズ計測システムであって、
   鉄道車両編成の車両内または車両外の少なくとも一方に引き通し固定された電線束の何れかに併せて配置される電磁ノイズ検出線と、
   ２点間の電位差を取得する電圧取得部を含む電磁ノイズ評価装置とを有し、
   前記電磁ノイズ検出線の一端は抵抗を介して車体の金属部分と接続し、他の一端を前記電磁ノイズ評価装置と接続し、
   前記電圧取得部は前記ノイズ検出線の他の一端と車体間の電位差を取得することを電磁ノイズ計測システム。
2. 前記電磁ノイズ検出線は、電線束の未使用線を使用することを特徴とする請求項１記載の電磁ノイズ計測システム。
3. さらに、車両制御情報および車両上機器の稼働情報を保持する車両情報管理装置を有し、
   前記電磁ノイズ評価装置は、前記車両情報管理装置より車両制御情報または車両上機器の稼働情報の少なくとも一方を取得することを特徴とする請求項１記載の電磁ノイズ計測システム。
4. 前記電磁ノイズ評価装置は、前記電圧取得部で取得する電磁ノイズデータなどを保存する記録部を有し、前記車両情報管理装置またはその他の車両上機器より車両位置情報を取得して、前記電圧取得部で取得した電磁ノイズデータと前記車両位置情報を関連付けて前記記録部に記録することを特徴とする請求項３記載の電磁ノイズ計測システム。
5. 前記電磁ノイズ評価装置は、判定パラメータにより前記電圧取得部にて取得した電磁ノイズデータの異常を相対的に判定する異常検知部を有し、前記判定パラメータは前記異常検知部で保持され、前記電磁ノイズ評価装置において取得する車両上機器の稼働状況に基づいて更新されることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両向け電磁ノイズ計測システム。
6. 前記鉄道車両向け電磁ノイズ計測システムは、鉄道車両編成のうち二つ以上の複数車両に配置され、それぞれのシステムが共通の時刻データで同期して動作することを特徴とする請求項１記載の電磁ノイズ計測システム。
7. 鉄道車両に発生する電磁ノイズを計測する鉄道車両向けの電磁ノイズ計測システムであって、
   鉄道車両編成の車両内または車両外の少なくとも一方に引き通し固定された電線束の何れかに併せて配置されるそれぞれ２本１組の電磁ノイズ検出線と、
   ２点間の電位差を取得する電圧取得部を含む電磁ノイズ評価装置とを有し、
   前記２本の電磁ノイズ検出線の一端同士は抵抗を介して互いに接続し、
   前記電圧取得部は、前記２本の電磁ノイズ検出線の他端間の電位差を取得することを電磁ノイズ計測システム。
8. 前記電磁ノイズ検出線は、電線束の未使用線を使用することを特徴とする請求項７記載の電磁ノイズ計測システム。
9. さらに、車両制御情報および車両上機器の稼働情報を保持する車両情報管理装置を有し、
   前記電磁ノイズ評価装置は、前記車両情報管理装置より車両制御情報または車両上機器の稼働情報の少なくとも一方を取得することを特徴とする請求項７記載の電磁ノイズ計測システム。

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