(57)【要約】【課題】寿命決定要素にばらつきが存在する部品に関しても、実体に即した劣化検知を実現できる電力変換装置および列車の劣化検知システムを得る。【解決手段】列車内のネットワークに接続され、列車の推進制御用として使用される電力変換装置１において、自己の電力変換装置１内の部品データ２２と、他の電力変換装置内の部品データ１５〜１９とを記憶する記憶部９と、部品データ１５〜１９に対する所定の演算処理を行う演算処理部２０と、演算処理部２９が出力する演算処理結果２１と部品データ２２とを比較し、自己の電力変換装置１に内蔵された部品が他の電力変換装置に内蔵された部品に比して劣化していることを示す劣化検知信号３０を出力する比較部２３とを備える。【選択図】図２
2010279221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車内のネットワークに接続され、前記列車の推進制御用として使用される電力変換装置において、
自己の電力変換装置に内蔵された部品の動態データである第１の部品データと、他の電力変換装置に内蔵された部品の動態データであって前記ネットワークを介して前記他の電力変換装置からそれぞれ送信された第２の部品データと、を記憶する記憶部と、
前記第２の部品データに対する所定の演算処理を行う演算処理部と、
前記演算処理部が出力するデータと前記第１の部品データとを比較し、前記自己の電力変換装置に内蔵された部品が前記他の電力変換装置に内蔵された部品に比して劣化していることを示す劣化検知信号を出力する比較部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記記憶部は、
前記自己の電力変換装置に内蔵された部品の通常時の標準特性データを記憶し、
前記比較部は、
前記演算処理部が出力するデータと、前記第１の部品データと、前記標準特性データとに基づいて、前記劣化検知信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の部品データおよび前記第２の部品データは、
前記部品の電気的動態データと、前記部品の機械的な動態データと、前記部品の外観を撮像して得られた撮像データとのいずれか１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、
前記演算処理の前処理として前記第２の部品データを所定のサンプリング周期で平均化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
列車の推進制御用として使用される電力変換装置と、前記各電力変換装置に内蔵された部品の動態データであって前記各電力変換装置から送信された部品データを管理する車両情報管理装置と、を有する列車に適用され、前記部品の劣化を検知する列車の劣化検知システムにおいて、
前記車両情報管理装置は、
一の電力変換装置に内蔵された部品の動態データであって前記一の電力変換装置から送信された第１の部品データと、他の電力変換装置に内蔵された部品の動態データであって前記一の電力変換装置から送信された第２の部品データとを記憶する記憶部と、
前記第２の部品データに対する所定の演算処理を行う演算処理部と、
前記演算処理部が出力するデータと前記第１の部品データとを比較し、前記一の電力変換装置に内蔵された部品が前記他の電力変換装置に内蔵された部品に比して劣化していることを示す信号を出力する比較部と、
を備えたことを特徴とする列車の劣化検知システム。
【請求項６】
前記記憶部は、
前記部品の通常時の標準特性データを記憶し、
前記比較部は、
前記演算処理部が出力するデータと、前記第１の部品データと、前記標準特性データとに基づいて、前記劣化検知信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の列車の劣化検知システム。
【請求項７】
前記第１の部品データおよび前記第２の部品データは、
前記部品の電気的動態データと、前記部品の機械的な動態データと、前記部品の外観を撮像して得られた撮像データとのいずれか１つであることを特徴とする請求項５または６に記載の列車の劣化検知システム。
【請求項８】
前記演算処理部は、
前記演算処理の前処理として前記第２の部品データを所定のサンプリング周期で平均化し前記演算処理結果として出力することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の列車の劣化検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等の推進制御用として使用される電力変換装置に使用される部品の
劣化検知に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置は、予め机上検討および過去の実績から算出された設計期待寿命時
間を設定し、装置の稼働時間とあらかじめ設定された部品の期待寿命時間を比較し、保
守点検信号を出力している。
【０００３】
部品の設計期待寿命時間は、装置が使用される環境条件、例えば周囲温度、湿度や、部品それ自体の特性のばらつきにより左右される。そのため、環境条件を環境ファクターとして設定し、机上検討および過去の実績から算出された設計期待寿命時間を、上記環境ファクターで補正する。そして、この補正された部品の期待寿命時間と装置の稼働時間とを比較し、比較結果を保守点検信号として出力している。
【０００４】
下記特許文献１に示される電力変換装置は、部品劣化検出回路を設け、当該部品劣化検出回路は、各使用部品の期待寿命設定値と、各使用部品への電圧印加または電力変換装置の運転時間に対応する時間積算とを比較して、部品交換周期の事前情報と部品交換周期の超過情報とを出力する。
【０００５】
また、上述した期待寿命設定は、外部より入力される環境条件信号に応じて補正することができるように構成されている。例えば、電力変換装置の或る部品の期待寿命が、過去の運転実績、信頼性試験データ等から５０，０００時間の場合、期待寿命設定を５０，０００時間に設定し、当該時間と積算時間と比較する。また、事前情報設定値を５，０００時間に設定すると、積算時間が期待寿命時間に達する約７カ月前に、比較器でこれを検出して部品交換周期の事前情報を出力し、予防保全による部品交換の必要性を通知する。
【０００６】
また、温度条件によって期待寿命が変化する部品、例えば、コンデンサ等の部品については、外部入力端子より入力される環境条件信号によって、補正器が、前記環境条件信号に応じて上記期待寿命設定値を補正する。そのため、環境条件の影響を受ける部品については、より正確な劣化検知信号とすることができる。
【０００７】
このように、下記特許文献１に示される従来技術は、電力変換装置の過去の使用実績、および環境条件から、各使用部品に関する期待寿命を設定可能であり、主に、有限寿命の部品について寿命判定を行い、電力変換装置自身に劣化検知信号に対応する出力表示を行い、保守点検の簡略化と効果的な予防保全的とを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−０５６６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術は、部品の劣化検知手段として、前述の如く過去の実績または信頼性試験データ等と実稼働時間との比較を行っているため、製造上の不具合等の潜在的な不良要素のある部品が、過去の実績等で設定された時間よりも、早く劣化する場合があるという問題があった。
【００１０】
また、潜在的な不良要素のある部品の劣化時期を対象として、期待寿命を設定した場合、他の大部分の部品にとってはその期待寿命設定値が実体と合致せず、装置の使用環境等による寿命決定要素のばらつき、例えば、部品固有の寿命、運転手による操作扱い、使用温度・湿度、装置の車体への据え付け状態などの要素のばらつきを、考慮することが困難であるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、寿命決定要素にばらつきが存在する部品に関しても、実体に即した劣化検知を実現できる電力変換装置および列車の劣化検知システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車内のネットワークに接続され、前記列車の推進制御用として使用される電力変換装置において、自己の電力変換装置に内蔵された部品の動態データである第１の部品データと、他の電力変換装置に内蔵された部品の動態データであって前記ネットワークを介して前記他の電力変換装置からそれぞれ送信された第２の部品データと、を記憶する記憶部と、前記第２の部品データに対する所定の演算処理を行う演算処理部と、前記演算処理部が出力するデータと前記第１の部品データとを比較し、前記自己の電力変換装置に内蔵された部品が前記他の電力変換装置に内蔵された部品に比して劣化していることを示す劣化検知信号を出力する比較部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、複数の電力変換装置をネットワークで接続するとともに、互いの部品に関する電気的、機械的、および画像に関するデータ（以下単に「部品データ」と称する）をネットワークを介して共有し、電力変換装置において各部品データの所定の演算処理が実施され、演算処理された部品データと自装置内の部品データとの比較結果に応じて劣化検知信号を出力するようにしたので、寿命決定要素にばらつきが存在する部品に関しても、実体に即した劣化検知を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示されるＮＯ．１の電力変換装置の内部構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の内部構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示された比較部と異なる態様の比較部を備えた電力変換装置の内部構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３にかかる列車の劣化検知システムの構成を示す図である。
【図６】図６は、車両情報管理装置の内部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる電力変換装置および列車の劣化検知システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置１〜６の構成を示す図である。図１に示される複数の電力変換装置１〜６は、相互にデータを共有できるように、車両間に配設されたＬＡＮ等のネットワーク８と、ネットワーク８のハブ機能を有するネットワーク中央装置（以下単に「中央装置」と称する）７とに接続されている。なお、ネットワーク８はデータ伝達の一手段であり、有線方式に限定されるものではない。
【００１７】
各電力変換装置１〜６は、ネットワーク８を介して互いに接続され、各電力変換装置１〜６の内部にメモリ等の記憶部９〜１４を有している。また、これら記憶部９〜１４内のデータは、ネットワーク８を介して各電力変換装置１〜６間で互いに共有されているため、各電力変換装置１〜６は、他の電力変換装置にかかるデータを参照可能である。例えば、電力変換装置数１は、他の電力変換装置２〜６内のデータを参照可能である。
【００１８】
次に動作について説明する。各電力変換装置１〜６が動作すると、各記憶部９〜１４に記憶されている部品データ、例えば動作電流、動作電圧等が、ネットワーク８を介して伝送され、各電力変換装置１〜６に記録される。以下、図１に示される、ＮＯ．１の電力変換装置１における動作を例に取り説明する。
【００１９】
図２は、図１に示されるＮＯ．１の電力変換装置１の内部構成を示す図である。図２に示される電力変換装置１は、主たる構成として、記憶部９、演算処理部２０、および比較部２３を有して構成されている。
【００２０】
記憶部９には、自己の電力変換装置１内の部品データ（以下単に「第１の部品データ」と称する）２２と、他の電力変換装置２〜６内の部品データ（以下単に「第２の部品データ」と称する）１５〜１９とが記憶されている。なお、図１に示された電力変換装置２〜６は、電力変換装置１と同様の構成を有しているものとする。
【００２１】
上述した各部品データは、例えば、電圧値、電流値といった電気的な動態データ、反応時間といった機械的な動態データ、および外観（イメージ）といった画像データなどを指す。
【００２２】
電気的な動態データとしては、例えば、各電力変換装置１〜６に内蔵された電流センサや電圧センサで取得可能なコンデンサの電圧・電流データや、半導体素子等のスイッチング動作による半導体素子への入出力の電圧・電流データ等を指す。機械的な動態データとしては、各電力変換装置１〜６に内蔵された機構部を有する部品のデータ、例えば、接触器等の接点動作時間等を指す。
【００２３】
画像データとしては、例えば、各電力変換装置１〜６に内蔵された遮断器の接点面、コンデンサの外観等を指す。遮断器の接点面については、接点面が荒れてくると遮断性能の低下、遮断不能（接点の固渋）の原因となる。コンデンサの外観については、劣化モードによっては個体の膨張として劣化傾向が現れる。
【００２４】
本実施の形態にかかる各電力変換装置１〜６は、これらの現象を踏まえて、各部品データの演算・比較処理によって劣化検知信号３０を出力するものである。以下、その具体的な動作を説明する。
【００２５】
電力変換装置１は、ネットワーク８に接続され、記憶部９は、ネットワーク８を介して電力変換装置２〜６より伝送された第２の部品データ１５〜１９を取り込む。演算処理部２０は、記憶部９に取り込まれた第２の部品データ１５〜１９の演算処理を行う。
【００２６】
演算処理部２０における所定の演算処理としては、例えば、平均値算出、実効値算出、画像処理、動作時間算出等を示す。動作時間としては、コンデンサの充電・放電時間、スイッチ類の接点動作時間等を指す。
【００２７】
平均値算出を例に説明すると、演算処理部２０は、例えば、前処理として各第２の部品データ１５〜１９を所定のサンプリング周期で平均化し、平均化された各第２の部品データ１５〜１９の平均値を算出し演算処理結果２１として出力する。
【００２８】
このように、演算処理部２０は、複数の第２の部品データ１５〜１９を用いて演算を行うため、電力変換装置２〜６の運転状況に即した信頼性の高い演算処理結果２１を出力することが可能である。なお、上述した演算処理は、一例であり、これらに限定されるものではない。
【００２９】
比較部２３は、演算処理部２０が出力するデータである演算処理結果２１と第１の部品データ２２との比較を行い、その比較結果が所定の値を超えた場合、部品劣化を検知し、自己の電力変換装置に内蔵された部品が他の電力変換装置に内蔵された部品に比して劣化していることを示す劣化検知信号３０として出力する。なお、前述した所定の値は、部品の種類あるいは部品の設置環境等を考慮して、その部品が機能を消失する前に劣化を検知できる値とする。
【００３０】
なお、各電力変換装置１〜６は、上述した電気的な動態データや機械的な動態データなどのデータの種類毎、あるいは、コンデンサや遮断器などの部品の種類毎に劣化検知信号３０を出力するように構成してもよい。
【００３１】
なお、画像データを用いて劣化検知を行う場合には、演算処理部２０は、予め設定された所定時間経過後に同一部位の画像データを取得し、比較部２３は、所定時間経過前後の画像データをそれぞれ画像処理した上で比較し、所定時間経過後の部品の状態が所定の値あるいは所定の状態を超えたときに、劣化検知信号３０を出力する。
【００３２】
従来技術では、机上検討や実績から算出された期待寿命時間（初期値）と装置の稼働時間とを比較して劣化を検知していたが、本実施の形態にかかる電力変換装置１〜６では、例えば、環境が似ている場所に設置された複数の装置のデータを共有・比較して劣化を検知している点で大きく相違する。そのため、本実施の形態にかかる電力変換装置１〜６は、特定の装置に搭載された部品に、製造上のばらつきによる突発的な部品の劣化が発生した場合、上述した初期値がなくても、他の装置に搭載された正常な状態の部品との比較により、その突発的な部品の劣化を検出することが可能である。したがって、本実施の形態にかかる電力変換装置１〜６によれば、鉄道車両の運行に支障をきたすような突発的な部品の劣化を事前に検知できるので、鉄道車両の円滑な運行を実現可能である。
【００３３】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１〜６は、ネットワーク８に接続され、各電力変換装置１〜６内の部品データを共有し、第２の部品データ１５〜１９に基づいて得られた演算処理結果２１に、第１の部品データ２２を照合するようにしたので、従来技術に比してより実体に即した劣化検知を行うことが可能である。具体的には以下の効果が考えられる。上述した演算処理により得られたトルク電流リップルから、自己の電力変換装置１の主回路半導体素子（ＩＧＢＴ等）やギア装置といった駆動装置の動作異常を検出することができる。また、上述した演算処理により得られた主回路半導体素子用冷却器の温度から、主回路半導体素子の動作異常や冷却器の異常を検出することができる。また、各電力変換装置１〜６の保護回路動作時や、各電力変換装置１〜６をシステムから開放する場合に動作する遮断器の動作時間について、上記演算処理で得られた遮断器動作時間から、自己の電力変換装置１の遮断器の異常を検出できる。また、各電力変換装置１〜６の主回路コンデンサについて、上記演算処理で得られたコンデンサ充電時間および放電時間から、自己の電力変換装置１の主回路コンデンサの容量抜け異常を検出することができる。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、ネットワーク８経由で得た第２の部品データ１５〜１９を演算処理し、第１の部品データ２２と比較することによって部品の劣化検知をするようにしたが、本実施の形態では、劣化検知対象部品の正常時の標準特性データ（以下単に「標準データ」と称する）２４を用いている点が異なる。以下、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置１〜６の内部構成を示す図であり、図４は、図３に示された比較部と異なる態様の比較部を備えた電力変換装置の内部構成を示す図である。
【００３６】
図３において、比較部８０は、比較部２５と比較部２３とを有している。記憶部９には、予め標準データ２４が記憶されており、比較部２５は、上述した演算処理結果２１と第１の部品データ２２とを比較する。第１の部品データ２２が演算処理結果２１に比して劣化していると判断された場合、比較部２３は、比較結果３１である第１の部品データ２２と標準データ２４とを比較する。
【００３７】
比較部２３は、第１の部品データ２２が標準データ２４に比して劣化していると判断したときは劣化検知信号３０を出力するが、第１の部品データ２２が標準データ２４に比して劣化していないと判断したときは劣化検知信号３０を出力しない。
【００３８】
すなわち、図３に示される比較部８０は、自己の電力変換装置に内蔵されている部品が、他の電力変換装置に内蔵されている部品より劣化している場合であっても、劣化検知信号３０を出力するような事態には至っていないことを判別することが可能である。
【００３９】
このように、図３に示される電力変換装置によれば、第１の部品データ２２の劣化度合いを判定する最終的な判断要素として標準データ２４を使用しているため、実施の形態１に比べて劣化検知精度を一層向上させることが可能である。その結果、例えば、第１の部品データ２２が演算処理結果２１より劣化している場合でも、比較部８０は、自己の電力変換装置に内蔵されている部品を即座に交換する必要はないと判断することが可能である。
【００４０】
図４において、比較部８０は、上述同様に、比較部２６と比較部２３とを有し、記憶部９には、予め標準データ２４が記憶されている。比較部２６は、標準データ２４と第１の部品データ２２とを比較する。第１の部品データ２２が標準データ２４に比して劣化していると判断された場合、比較部２６は、比較結果３２である第１の部品データ２２と演算処理結果２１とを比較する。
【００４１】
比較部２３は、第１の部品データ２２が演算処理結果２１に比して劣化していると判断したときは劣化検知信号３０を出力するが、第１の部品データ２２が演算処理結果２１に比して劣化していないと判断したときは劣化検知信号３０を出力しない。
【００４２】
すなわち、図４に示される比較部８０は、自己の電力変換装置に内蔵されている部品が、標準データ２４より劣化している場合、当該部品の劣化傾向はあるが、劣化検知信号３０を出力するような事態には至っていないことを判別することが可能である。このように、図４に示される電力変換装置によれば、実施の形態１に比べて劣化検知精度を一層向上させることが可能である。
【００４３】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１〜６は、劣化検知対象部品の正常時の標準特性データ２４を記憶部９に予め記憶させておき、演算処理結果２１、第１の部品データ２２、および標準データ２４に基づいて、劣化検知信号３０を出力するようにしたので、実施の形態１に比して劣化検知精度を向上させることが可能である。
【００４４】
なお、実施の形態１、２では、電力変換装置１〜６の接続態様として、ネットワークハブ機能を持つ１つの中央装置７に接続された場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１に示された中央装置７が、図示しないネットワークを介して他の中央装置と接続されている場合、当該他の中央装置に接続された電力変換装置に対しても、実施の形態１、２を適用可能である。
【００４５】
実施の形態３．
実施の形態１では、各電力変換装置１〜６が互いに部分データを共有して部品の劣化を検知するように構成されていたが、本実施の形態では、ネットワーク８に接続された車両情報管理装置４０が、各電力変換装置１〜６の部分データを収集して部品の劣化を検知する点が異なる。以下、実施の形態１、２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００４６】
図５は、本発明の実施の形態３にかかる列車の劣化検知システム５０の構成を示す図であり、図６は、車両情報管理装置の内部構成を示す図である。図５において、列車の劣化検知システム５０は、上述したネットワーク８と、車両情報管理装置４０と、電力変換装置１〜６とを有して構成されている。
【００４７】
図６において、車両情報管理装置４０は、例えば、車両に設けられた各種機器の状態情報、路線区間情報、ダイヤ情報などを収集・管理するものである。車両情報管理装置４０は、主たる構成として、記憶部６０および演算部７０を有しており、演算部７０は、演算処理部７１および比較部７２を有している。
【００４８】
記憶部６０は、一の電力変換装置である電力変換装置１から送信された第１の部品データ２２と、他の電力変換装置である電力変換装置２〜６から送信された第２の部品データ１５〜１９とを記憶する。なお、記憶部６０には、実施の形態１、２と同様に標準データ２４を記憶可能である。演算処理部７１は、実施の形態１、２に示された演算処理部２０に対応し、比較部７２は、実施の形態１、２に示された比較部２３または比較部８０に対応する。
【００４９】
このように構成された車両情報管理装置４０は、実施の形態１、２の電力変換装置と同様の演算処理を行い、劣化検知信号３０を出力する。なお、図５には、車両情報管理装置４０が１台のみ示されているが、たとえば、車両情報管理装置４０を複数の車両に搭載し、車両間に敷設されている所定の伝送路を用いて接続することにより、各車両情報管理装置４０間で部品データを共有するように構成してもよい。
【００５０】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる列車の劣化検知システム５０は、ネットワーク８に接続された車両情報管理装置４０が、各電力変換装置１〜６の部品データを収集して演算処理等を行うようにしたので、各電力変換装置１〜６の内部構成が簡略化され、部品データの演算処理を効率的に行うことが可能である。
【００５１】
また、実施の形態１〜３では、絶対比較ではなく相対比較による部品劣化検知が可能であり、寿命決定にかかるばらつきや偏差を考慮することが可能である。また、実施の形態１〜３では、電力変換装置の数量を６台として説明したが、６台に限定されるものではない。また、実施の形態１〜３では、第２の部品データとして複数のデータを使用しているが、複数に限定されるものではなく、少なくとも１つの第２の部品データを使用すれば、第１の部品データ２２の劣化を検知することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置および列車の劣化検知システムは、電力変換装置に使用される部品の劣化を検知する電力変換装置および列車の劣化検知システムに適用可能であり、特に、寿命決定要素のばらつきによる突発的な劣化が発生した場合でも、実体に即した劣化検知を行うことができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１  電力変換装置（自己の電力変換装置、一の電力変換装置）
２，３，４，５，６  電力変換装置（他の電力変換装置）
７  ネットワーク中央装置
８  ネットワーク
９，１０，１１，１２，１３，１４，６０  記憶部
１５，１６，１７，１８，１９  他の電力変換装置内の部品データ（第２の部品データ）
２０，７１  演算処理部
２１  演算処理結果（演算処理部が出力するデータ）
２２  自己の電力変換装置内の部品データ（第１の部品データ）
２３，２５，２６，７２比較部
２４  標準特性データ
３０  劣化検知信号
３１，３２  比較結果
４０  車両情報管理装置
５０  列車の劣化検知システム
７０  演算部
【図１】
2010279221.tif 000003
【図２】
2010279221.tif 000004
【図３】
2010279221.tif 000005
【図４】
2010279221.tif 000006
【図５】
2010279221.tif 000007
【図６】
2010279221.tif 000008