JP7068065B2 - 集電電流監視装置 - Google Patents

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Description

本開示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。ある集電装置が電気離線の状態において、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。
そこで、アークが発生し易い状況を検出できる集電電流監視装置が求められている。アークは電気離線の状態において発生し易いから、複数の集電装置における集電電流のアンバランスに基づいてアークが発生し易い状況を検出することが考えられる。
しかしながら、様々な状況において集電電流を実際に測定した結果、アークが発生していなくても、集電電流のアンバランスが生じることが判明した。そのため、集電電流のアンバランスのみに基づき、アークが発生し易い状況を検出することは困難である。
本開示の一局面は、アークが発生し易い状況を高精度に検出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、第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、前記時間平均値ａｖｅΔＩｕが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する判断ユニットと、前記時間平均値ａｖｅΔＩｕが前記閾値より大きいと前記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、を備える集電電流監視装置である。
本開示の集電電流監視装置によれば、第１の集電装置又は第２の集電装置にアークが発生し易い状況(例えば架線に着氷霜がある状況）のとき、異常発生信号を出力することが
できる。また、本開示の集電電流監視装置は、第１の集電装置及び第２の集電装置にアークが発生し難い状況のとき、異常発生信号を出力してしまうことを抑制できる。
本開示の別の一態様は、第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、前記アンバランス電流Ｉｕの、予め設定された時間Ｑにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅＩｕを算出するアンバランス電流平均値算出ユニットと、前記時間平均値ａｖｅＩｕと前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、予め設定された異常条件を充足するか否かを判断する判断ユニットと、前記異常条件を充足すると前記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、を備え、前記異常条件は、前記時間平均値ａｖｅＩｕの絶対値を表す第１の軸、及び前記時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸により規定される２次元空間において、前記時間平均値ａｖｅＩｕと前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義される正常領域の外にあるという条件である集電電流監視装置である。
正常領域：前記第１の軸における正の切片及び前記第２の軸における正の切片を通る境界線と、前記第１の軸と、前記第２の軸と、で囲まれる領域を含む領域。
本開示の集電電流監視装置によれば、第１の集電装置又は第２の集電装置にアークが発生し易い状況(例えば架線に着氷霜がある状況）のとき、異常発生信号を出力することが
できる。また、本開示の集電電流監視装置は、第１の集電装置及び第２の集電装置にアークが発生し難い状況のとき、異常発生信号を出力してしまうことを抑制できる。
本開示の別の一態様は、第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、前記アンバランス電流Ｉｕの絶対値の、予め設定された時間Ｑにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を算出するアンバランス電流平均値算出ユニットと、前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜と前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、予め設定された異常条件を充足するか否かを判断する判断ユニットと、前記異常条件を充足すると前記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、を備え、前記異常条件は、前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を表す第１の軸、及び前記時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸により規定される２次元空間において、前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜と前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義される正常領域の外にあるという条件である集電電流監視装置である。
正常領域：前記第１の軸における正の切片及び前記第２の軸における正の切片を通る境界線と、前記第１の軸と、前記第２の軸と、で囲まれる領域を含む領域。
本開示の集電電流監視装置によれば、第１の集電装置又は第２の集電装置にアークが発生し易い状況(例えば架線に着氷霜がある状況）のとき、異常発生信号を出力することが
できる。また、本開示の集電電流監視装置は、第１の集電装置及び第２の集電装置にアークが発生し難い状況のとき、異常発生信号を出力してしまうことを抑制できる。
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。 図４Ａは、著大アーク状況における第１の電流Ｉ１を表すグラフであり、図４Ｂは、著大アーク状況における第２の電流Ｉ２を表すグラフであり、図４Ｃは、著大アーク状況における二乗平均平方根ＲＭＳ１を表すグラフであり、図４Ｄは、著大アーク状況における二乗平均平方根ＲＭＳ２を表すグラフであり、図４Ｅは、著大アーク状況におけるアンバランス電流Ｉｕを表すグラフであり、図４Ｆは、著大アーク状況における時間平均値ａｖｅΔＩｕを表すグラフである。 図５Ａは、通常状況における第１の電流Ｉ１を表すグラフであり、図５Ｂは、通常状況における第２の電流Ｉ２を表すグラフであり、図５Ｃは、通常状況における二乗平均平方根ＲＭＳ１を表すグラフであり、図５Ｄは、通常状況における二乗平均平方根ＲＭＳ２を表すグラフであり、図５Ｅは、通常状況におけるアンバランス電流Ｉｕを表すグラフであり、図５Ｆは、通常状況における時間平均値ａｖｅΔＩｕを表すグラフである。 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。 第１の軸５１及び第２の軸５３により規定される２次元空間を表す説明図である。 著大アーク状況における時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせを２次元空間にプロットした結果を表すグラフである。 通常状況における時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせを２次元空間にプロットした結果を表すグラフである。 境界線５５及び正常領域５７の別形態を表す説明図である。 正常領域５７の別形態を表す説明図である。
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及び図２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が有する機能の一部又は全部は、一つ又は複数のＩＣ等を用いてハードウェア的に実現されてもよい。また、集電電流監視装置１は、マイクロコンピュータに代えて、又は、マイクロコンピュータに加えて、電子回路等のハードウェアを有していてもよい。電子回路は、デジタル回路及びアナログ回路のうち少なくとも一方を含み得る。
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、鉄道車両情報取得ユニット７と、ウインドウ幅Ｗ設定ユニット９と、異常条件設定ユニット１１と、電流値取得ユニット１３と、第１のＲＭＳ算出ユニット１５と、第２のＲＭＳ算出ユニット１７と、アンバランス電流算出ユニット１９と、変化量算出ユニット２１と、変化量平均値算出ユニット２３と、判断ユニット２５と、異常発生信号出力ユニット２７と、を備える。
鉄道車両は、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、第１の集電装置３５、第２の集電装置３７、第１の電流センサ３９、第２の電流センサ４１、制御伝送装置４３、モニタ装置４５、及び主変換装置４７を備える。
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ＰＯ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、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ＰＯを適宜補正する。ＡＴＣ３３は、モニタ装置４５を介して、速度Ｖ及び位置ＰＯを集電電流監視装置１に送る。モニタ装置４５は、速度Ｖ及び位置ＰＯを表示する。
第１の電流センサ３９は、第１の集電装置３５を流れる集電電流の電流値Ｉ１を検出し、検出した電流値Ｉ１を集電電流監視装置１に送る。第２の電流センサ４１は、第２の集電装置３７を流れる集電電流の電流値Ｉ２を検出し、検出した電流値Ｉ２を集電電流監視装置１に送る。第１の集電装置３５は、鉄道車両のうち、ｍ号車に備えられ、第２の集電装置３７はｎ号車に備えられる。ｍ、ｍは１～１６の範囲内の自然数であり、ｍはｎより小さい。
モニタ装置４５と制御伝送装置４３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４３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４７に伝達する。モニタ装置４５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４５の表示画像を見ることができる。モニタ装置４５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４７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が一定の周期Δｔごとに繰り返し実行する処理を図３に基づき説明する。Δｔは正の数であって、例えば２ｍｓｅｃである。
図３のステップ１では、鉄道車両情報取得ユニット７がＡＴＣ３３から位置ＰＯ及び速度Ｖを取得する。
ステップ２では、ウインドウ幅Ｗ設定ユニット９が、前記ステップ１で取得した位置ＰＯ及び速度Ｖに応じて、ウインドウ幅Ｗを設定する。ウインドウ幅Ｗとは、後述するステップ５で二乗平均平方根ＲＭＳ１及び二乗平均平方根ＲＭＳ２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設定ユニット９は、予め、位置ＰＯ及び速度Ｖと、ウインドウ幅Ｗとを対応付けたテーブルを備えており、そのテーブルを用いてウインドウ幅Ｗを設定する。
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。このサイクルにおける修正は、後述する著大アーク状況においては異常発生信号
を出力し易く、後述する通常状況においては異常発生信号を出力し難くなるように行われる。
ステップ３では、異常条件設定ユニット１１が、前記ステップ１で取得した位置ＰＯ及び速度Ｖに応じて、閾値ＴＨを設定する。閾値ＴＨは正の値である。この閾値ＴＨは、後述するステップ９で使用される。異常条件設定ユニット１１は、予め、位置ＰＯ及び速度Ｖと、閾値ＴＨとを対応付けたテーブルを備えており、そのテーブルを用いて閾値ＴＨを設定する。
前記テーブルは、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。このサイクルにおける修正は、後述する著大アーク状況においては異常発生信号を出力し易く、後述する通常状況においては異常発生信号を出力し難くなるように行われる。
ステップ４では、電流値取得ユニット１３が、第１の電流センサ３９を用いて第１の電流値Ｉ１を取得するとともに、第２の電流センサ４１を用いて第２の電流値Ｉ２を取得する。
ステップ５では、第１のＲＭＳ算出ユニット１５が、前記ステップ４で取得した第１の電流値Ｉ１のウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ１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１７が、前記ステップ４で取得した第２の電流値Ｉ２のウインドウ幅Ｗにおける二乗平均平方根ＲＭＳ２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６では、アンバランス電流算出ユニット１９が、前記ステップ５で算出した二乗平均平方根ＲＭＳ１及び二乗平均平方根ＲＭＳ２を用いて、アンバランス電流Ｉｕを算出する。アンバランス電流Ｉｕは、二乗平均平方根ＲＭＳ１から二乗平均平方根ＲＭＳ２を差し引いた値である。
ステップ７では、変化量算出ユニット２１が、前記ステップ６で算出したアンバランス電流Ｉｕを用いて、変化量ΔＩｕを算出する。変化量ΔＩｕは、以下の式１で表される値である。
Figure 0007068065000001
 式１において、Ｉｕ（ｔ）は、直前の前記ステップ６で算出したアンバランス電流Ｉｕである。Ｉｕ（ｔ－Δｔ）は、Ｉｕ（ｔ）を算出したときよりも１周期前の前記ステップ６で算出したアンバランス電流Ｉｕである。Δｔは、上述したように、図３に示す処理を実行する周期であって、前記ステップ６の処理を実行する周期である。変化量ΔＩｕは、アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である。
ステップ８では、変化量平均値算出ユニット２３が、前記ステップ７で算出した変化量ΔＩｕを用いて、時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する。時間平均値ａｖｅΔＩｕは、以下の式２で表される量である。
Figure 0007068065000002
 式２における右辺の分子は、積算区間において算出された全ての変化量ΔＩｕの絶対値を積算した積算値である。積算区間とは、本ステップ８を実行する時点から時間Ｐだけ遡った時点を始点とし、本ステップ８を実行する時点を終点とする区間である。積算区間の長さは時間Ｐである。時間Ｐは正の値であって、例えば、２秒間である。時間ＰはΔｔより長い時間である。そのため、積算区間において、前記ステップ７の処理は複数回実行され、複数の変化量ΔＩｕが算出される。時間平均値ａｖｅΔＩｕは、変化量ΔＩｕの絶対値の、時間Ｐにおける時間平均値である。
ステップ９では、判断ユニット２５が、前記ステップ８で算出した時間平均値ａｖｅΔＩｕと、前記ステップ３で設定した閾値ＴＨとを対比する。時間平均値ａｖｅΔＩｕが閾値ＴＨより大きいと判断ユニット２５が判断した場合、ステップ１０に進む。一方、時間平均値ａｖｅΔＩｕが閾値ＴＨ以下であると判断ユニット２５が判断した場合、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２７が異常発生信号を出力する。
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、第１の集電装置３５又は第２の集電装置３７に著大アークが発生し易い状況（以下では著大アーク状況とする）のとき、異常発生信号を出力することができる。また、集電電流監視装置１は、第１の集電装置３５及び第２の集電装置３７に著大アークが発生し難い状況（以下では通常状況とする）のとき、異常発生信号を出力してしまうことを抑制できる。
このことを、以下の実験データに基づき説明する。架線に着氷霜がある著大アーク状況において、図４Ａに示すように、第１の電流Ｉ１を取得し、図４Ｂに示すように、第２の電流Ｉ２を取得した。次に、図４Ｃに示すように、第１の電流Ｉ１から二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出し、図４Ｄに示すように、第２の電流Ｉ２から二乗平均平方根ＲＭＳ２を算出した。
次に、図４Ｅに示すように、アンバランス電流Ｉｕを算出した。次に、図４Ｆに示すように、時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出した。図４Ｆに示すように、著大アーク状況において、閾値ＴＨより大きい時間平均値ａｖｅΔＩｕが生じた。よって、著大アーク状況の場合、前記ステップ９において、判断ユニット２５は肯定判断し、前記ステップ１０において、異常発生信号出力ユニット２７が異常発生信号を出力した。
なお、著大アーク状況において、時間平均値ａｖｅΔＩｕが大きくなり易い理由は、図４Ｅに示すように、アンバランス電流Ｉｕが短い周期で変動するためであると推測される。
また、架線に着氷霜がない通常状況において、図５Ａに示すように、第１の電流Ｉ１を取得し、図５Ｂに示すように、第２の電流Ｉ２を取得した。次に、図５Ｃに示すように、第１の電流Ｉ１から二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出し、図５Ｄに示すように、第２の電流Ｉ２から二乗平均平方根ＲＭＳ２を算出した。
次に、図５Ｅに示すように、アンバランス電流Ｉｕを算出した。次に、図５Ｆに示すよ
うに、時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出した。図５Ｆに示すように、通常状況において、時間平均値ａｖｅΔＩｕの値は小さく、常に閾値ＴＨ以下であった。よって、通常状況の場合、前記ステップ９において、判断ユニット２５は常に否定判断し、異常発生信号を出力することなく、処理を終了した。
なお、図４Ａ～図４Ｆ、図５Ａ～図５Ｆにおける「電流割合」とは、著大アーク状況時の最大電流値を１として規格化した電流値である。
（１Ｂ）変化量平均値算出ユニット２３は、積算区間中に算出された変化量ΔＩｕの絶対値を積算して積算値を算出し、積算値を時間Ｐで除して時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する。そのことにより、時間平均値ａｖｅΔＩｕを容易且つ正確に算出できる。
＜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、相違点について以下に説明する。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６に示すように、集電電流監視装置１は、アンバランス電流平均値算出ユニット４９をさらに備える。また、集電電流監視装置１は、異常条件設定ユニット１１に替えて異常条件設定ユニット１１１を備え、判断ユニット２５に替えて、判断ユニット１２５を備える。
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が一定の周期Δｔごとに繰り返し実行する処理を図７、図８に基づき説明する。図７のステップ１１、１２の処理は、第１実施形態における前記ステップ１、２の処理と同様である。
ステップ１３では、異常条件設定ユニット１１１が、前記ステップ１１で取得した位置ＰＯ及び速度Ｖに応じて、異常条件を設定する。この異常条件は後述するステップ２０で使用される。異常条件とは、時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義する正常領域の外にあるという条件である。時間平均値ａｖｅＩｕについては後述する。
異常条件及び正常領域を図８に基づき説明する。図８は、時間平均値ａｖｅＩｕの絶対値を表す第１の軸５１、及び時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸５３により規定される２次元空間を表す。Ｘ０は、第１の軸５１における正の切片であり、Ｙ０は、第２の軸５３における正の切片である。５５は、切片Ｘ０及び切片Ｙ０を通る境界線である。境界線５５は、例えば直線である。正常領域５７は、境界線５５と、第１の軸５１と、第２の軸５３と、で囲まれる領域である。
図８に示す２次元空間において、時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせをプロットした点が、正常領域５７の外にあれば、異常条件を充足する。一方、時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせをプロットした点が、正常領域５７の中にあれば、異常条件を充足しない。異常条件設定ユニット１１１は、予め、位置ＰＯ及び速度Ｖと、異常条件とを対応付けたテーブルを備えており、そのテーブルを用いて異常条件を設定する。
前記テーブルは、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。このサイクルにおける修正は、著大アーク状況においては異常条件を充足し易く、通常状況においては異常条件を充足し難くなるように行われる。
図７におけるステップ１４～１８の処理は、第１実施形態における前記ステップ４～８
の処理と同様である。
ステップ１９では、アンバランス電流平均値算出ユニット４９が、前記ステップ１６で算出したアンバランス電流Ｉｕを用いて、時間平均値ａｖｅＩｕを算出する。時間平均値ａｖｅＩｕは、以下の式３で表される量である。
Figure 0007068065000003
 式３における右辺の分子は、積算区間において算出された全てのアンバランス電流Ｉｕを積算した積算値である。積算区間とは、本ステップ１９を実行する時点から時間Ｑだけ遡った時点を始点とし、本ステップ１９を実行する時点を終点とする区間である。積算区間の長さは時間Ｑである。時間Ｑは正の値であって、例えば、２秒間である。時間ＱはΔｔより長い時間である。そのため、積算区間において、前記ステップ１６の処理は複数回実行され、複数のアンバランス電流Ｉｕが算出される。時間平均値ａｖｅＩｕは、アンバランス電流Ｉｕの、時間Ｑにおける時間平均値である。
ステップ２０では、判断ユニット１２５が、前記ステップ１８で算出した時間平均値ａｖｅΔＩｕと、前記ステップ１９で算出した時間平均値ａｖｅＩｕとの組み合わせが、前記ステップ１３で設定した異常条件を充足するか否かを判断する。異常条件を充足すると判断ユニット１２５が判断した場合、ステップ２１に進む。一方、異常条件を充足しないと判断ユニット１２５が判断した場合、本処理を終了する。
ステップ２１では、異常発生信号出力ユニット２７が異常発生信号を出力する。
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実施形態の効果（１Ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（２Ａ）集電電流監視装置１は、著大アーク状況のとき、異常発生信号を出力することができる。また、集電電流監視装置１は、通常状況のとき、異常発生信号を出力してしまうことを抑制できる。
このことを、以下の実験データに基づき説明する。架線に着氷霜がある著大アーク状況において、図４Ａに示すように、第１の電流Ｉ１を取得し、図４Ｂに示すように、第２の電流Ｉ２を取得した。それらを用いて、第１実施形態と同様に、アンバランス電流Ｉｕ、及び時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出した。さらに、アンバランス電流Ｉｕを用いて、時間平均値ａｖｅＩｕを算出した。
図９に示すように、算出した時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせを、第１の軸５１、及び第２の軸５３により規定される２次元空間にプロットした。著大アーク状況において、プロットした点の一部は、正常領域５７の外に位置した。よって、著大アーク状況の場合、前記ステップ２０において、判断ユニット１２５は肯定判断し、前記ステップ２１において、異常発生信号出力ユニット２７が異常発生信号を出力した。
また、架線に着氷霜がない通常状況において、図５Ａに示すように、第１の電流Ｉ１を取得し、図５Ｂに示すように、第２の電流Ｉ２を取得した。それらを用いて、第１実施形態と同様に、アンバランス電流Ｉｕ、及び時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出した。さらに、アンバランス電流Ｉｕを用いて、時間平均値ａｖｅＩｕを算出した。
図１０に示すように、算出した時間平均値ａｖｅＩｕと時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせを、第１の軸５１、及び第２の軸５３により規定される２次元空間にプロットした。通常状況において、プロットした点は全て正常領域５７の中に位置した。よって、通常状況の場合、前記ステップ２０において、判断ユニット１２５は常に否定判断し、異常発生信号を出力することなく、処理を終了した。
なお、図９、図１０における第１の軸５１の単位は、著大アーク状況時の最大電流値を１として規格化した電流値である。また、図９、図１０における第２の軸５３の単位は、著大アーク状況時の最大電流値を１として規格化した電流値である。
（２Ｂ）境界線５５は、切片Ｘ０及び切片Ｙ０を通る直線である。そのため、異常条件の設定が容易である。また、異常条件を充足するか否かの判断が容易である。
＜第３実施形態＞
１．第２実施形態との相違点
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第２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。
第３実施形態では、前記ステップ１３において、異常条件設定ユニット１１１が、前記ステップ１１で取得した位置ＰＯ及び速度Ｖに応じて、異常条件を設定する。異常条件は、時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を表す第１の軸、及び時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸により規定される２次元空間において、時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜と時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義される正常領域の外にあるという条件である。時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜については後述する。
正常領域：第１の軸における正の切片及び第２の軸における正の切片を通る境界線と、第１の軸と、前記第２の軸と、で囲まれる領域。
第３実施形態では、前記ステップ１９において、時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を算出する。時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜は、以下の式４で表される量である。
Figure 0007068065000004
 式４における右辺の分子は、積算区間において算出された全てのアンバランス電流Ｉｕの絶対値を積算した積算値である。積算区間とは、前記ステップ１９を実行する時点から時間Ｑだけ遡った時点を始点とし、前記ステップ１９を実行する時点を終点とする区間である。積算区間の長さは時間Ｑである。時間Ｑは正の値であって、例えば、２秒間である。時間ＱはΔｔより長い時間である。そのため、積算区間において、前記ステップ１６の処理は複数回実行され、複数のアンバランス電流Ｉｕが算出される。時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜は、アンバランス電流Ｉｕの絶対値の、時間Ｑにおける時間平均値である。
第３実施形態では、前記ステップ２０において、判断ユニット１２５が、前記ステップ１８で算出した時間平均値ａｖｅΔＩｕと、前記ステップ１９で算出した時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜との組み合わせが、前記ステップ１３で設定した異常条件を充足するか否かを判断する。異常条件を充足すると判断ユニット１２５が判断した場合、ステップ２１に進む。一方、異常条件を充足しないと判断ユニット１２５が判断した場合、本処理を終了する。
２．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２実施形態の効果を奏する。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（１）第１実施形態において、閾値ＴＨは固定値であってもよい。また、第２、第３実施形態において、異常条件は固定された条件であってもよい。
（２）時間Ｐ、時間Ｑの長さは適宜設定できる。例えば、時間Ｐ、時間Ｑの長さを、０．１～１００秒間とすることができ、好ましくは１～１０秒間とすることができる。時間Ｐ、時間Ｑの長さがこれらの範囲内である場合、通常状況のときに異常発生信号を出力してしまうことを一層抑制できる。時間Ｐと時間Ｑとは同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。
（３）境界線５５の形状は、直線以外の形状であってもよい。例えば、図１１に示すように、境界線５５の形状は曲線であってもよい。
（４）二乗平均平方根ＲＭＳ２から二乗平均平方根ＲＭＳ１を差し引いた値をアンバランス電流Ｉｕとしてもよい。
（５）前記ステップ９での判断方法は他の判断方法であってもよい。例えば、複数の時間平均値ａｖｅΔＩｕのうち、閾値ＴＨより大きいものの数又は比率が所定の基準値以上の場合に肯定判断し、それ以外の場合に否定判断してもよい。
（６）第２実施形態における前記ステップ２０での判断方法は他の判断方法であってもよい。例えば、複数の、時間平均値ａｖｅΔＩｕと時間平均値ａｖｅＩｕとの組み合わせのうち、異常条件を充足するものの数又は比率が所定の基準値以上の場合に肯定判断し、それ以外の場合に否定判断してもよい。
また、第３実施形態における前記ステップ２０での判断方法は他の判断方法であってもよい。例えば、複数の、時間平均値ａｖｅΔＩｕと時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜との組み合わせのうち、異常条件を充足するものの数又は比率が所定の基準値以上の場合に肯定判断し、それ以外の場合に否定判断してもよい。
（７）Δｔの長さは適宜設定できる。例えば、Δｔの長さを、０．０１～１００ｍｓｅｃとすることができ、好ましくは０．１～１０ｍｓｅｃとすることができる。Δｔの長さがこれらの範囲内である場合、著大アーク状況のときに異常発生信号を一層確実に出力することができる。
（８）正常領域５７は、他の形態であってもよい。例えば、図１２に示すように、正常領域５７は、第１の領域５９、第２の領域６１、及び第３の領域６３を併せた領域であってもよい。第１の領域５９は、境界線５５と、第１の軸５１と、第２の軸５３と、で囲まれる領域である。第２の領域６１は、第１の軸５１と、それに平行な境界線６５とに挟まれた領域であって、第１の領域５９を除く領域である。第３の領域６３は、第２の軸５３と、それに平行な境界線６７とに挟まれた領域であって、第１の領域５９を除く領域である。
（９）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なく
とも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
（１０）上述した集電電流監視装置の他、当該集電電流監視装置を構成要素とするシステム、当該集電電流監視装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、集電電流監視装置方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
１…集電電流監視装置、３…ＣＰＵ、５…メモリ、７…鉄道車両情報取得ユニット、９…ウインドウ幅Ｗ設定ユニット、１１、１１１…異常条件設定ユニット、１３…電流値取得ユニット、１５…第１のＲＭＳ算出ユニット、１７…第２のＲＭＳ算出ユニット、１９…アンバランス電流算出ユニット、２１…変化量算出ユニット、２３…変化量平均値算出ユニット、２５、１２５…判断ユニット、２７…異常発生信号出力ユニット、２９…速度センサ、３１…地上トランスポンダ、３３…ＡＴＣ、３５…第１の集電装置、３７…第２の集電装置、３９…第１の電流センサ、４１…第２の電流センサ、４３…制御伝送装置、４５…モニタ装置、４７…主変換装置、４９…アンバランス電流平均値算出ユニット、５１…第１の軸、５３…第２の軸、５５…境界線、５７…正常領域

Claims (5)

  1. 第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、
    前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、
    前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、
    前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、
    前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、
    前記時間平均値ａｖｅΔＩｕが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する判断ユニットと、
    前記時間平均値ａｖｅΔＩｕが前記閾値より大きいと前記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、
    を備える集電電流監視装置。
  2. 第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、
    前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、
    前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、
    前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、
    前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、
    前記アンバランス電流Ｉｕの、予め設定された時間Ｑにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅＩｕを算出するアンバランス電流平均値算出ユニットと、
    前記時間平均値ａｖｅＩｕと前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、予め設定された異常条件を充足するか否かを判断する判断ユニットと、
    前記異常条件を充足すると前記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、
    を備え、
    前記異常条件は、前記時間平均値ａｖｅＩｕの絶対値を表す第１の軸、及び前記時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸により規定される２次元空間において、前記時間平均値ａｖｅＩｕと前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義される正常領域の外にあるという条件である集電電流監視装置。
    正常領域：前記第１の軸における正の切片及び前記第２の軸における正の切片を通る境界線と、前記第１の軸と、前記第２の軸と、で囲まれる領域を含む領域。
  3. 第１の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ１、及び第２の集電装置を流れる集電電流の電流値Ｉ２を取得する電流値取得ユニットと、
    前記電流値Ｉ１の二乗平均平方根ＲＭＳ１を算出する第１のＲＭＳ算出ユニットと、
    前記電流値Ｉ２の二乗平均平方根ＲＭＳ２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ＲＭＳ１及び前記二乗平均平方根ＲＭＳ２のうちの一方から他方を差し引いた値であるアンバランス電流Ｉｕを算出するアンバランス電流算出ユニットと、
    前記アンバランス電流Ｉｕにおける単位時間当たりの変化量である変化量ΔＩｕを算出する変化量算出ユニットと、
    前記変化量ΔＩｕの絶対値の、予め設定された時間Ｐにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出する変化量平均値算出ユニットと、
    前記アンバランス電流Ｉｕの絶対値の、予め設定された時間Ｑにおける時間平均値である時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を算出するアンバランス電流平均値算出ユニットと、
    前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜と前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、予め設定された異常条件を充足するか否かを判断する判断ユニットと、
    前記異常条件を充足すると前記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、
    を備え、
    前記異常条件は、前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜を表す第１の軸、及び前記時間平均値ａｖｅΔＩｕを表す第２の軸により規定される２次元空間において、前記時間平均値ａｖｅ｜Ｉｕ｜と前記時間平均値ａｖｅΔＩｕとの組み合わせが、以下で定義される正常領域の外にあるという条件である集電電流監視装置。
    正常領域：前記第１の軸における正の切片及び前記第２の軸における正の切片を通る境界線と、前記第１の軸と、前記第２の軸と、で囲まれる領域を含む領域。
  4. 請求項２又は３に記載の集電電流監視装置であって、
    前記境界線は、前記第１の軸における正の切片及び前記第２の軸における正の切片を通る直線である集電電流監視装置。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の集電電流監視装置であって、
    前記変化量平均値算出ユニットは、前記時間Ｐ中に算出された前記変化量ΔＩｕの絶対値を積算して積算値を算出し、前記積算値を前記時間Ｐで除して前記時間平均値ａｖｅΔＩｕを算出するように構成された集電電流監視装置。
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