(57)【要約】本発明は、インタフェース・ユニット（５）を備えた牽引トランスに係る。このインタフェース・ユニットは、当該トランスの運転状態を、データを列車制御システムに過度に伝達することなく、モニタするための専用のプロセッサ手段（５０）を備えている。運転パラメータ、例えば、冷却液（Ｔliq）の温度、変圧された電力（Ｐel）、外気温度、または冷却液の液面レベルなどが、センサ（７０，７１）によって測定され、前記プロセッサ手段（５０）に伝達される。現在または将来の運転状態が、前記パラメータから推定され、それに応じて、運転条件（冷却力の増加、負荷の低減）が制御される。
2006524481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両のための牽引トランス（４）であって、
液体で満たされた収納容器の中にあるトランス・コイルと、
前記牽引トランス（４）の少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）を測定するための少なくとも一つのセンサ（７０，７１）と、
列車制御システム（３）との間で通信を行うためのコントローラ・インタフェース（５２）、及び前記少なくとも一つのセンサ（７０，７１）に接続されたセンサ・インタフェース・モジュール（５４）を備えたインタフェース・ユニット（５）と、
を備えた牽引トランスにおいて、
前記インタフェース・ユニット（５）は、前記少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）に基づいて前記牽引トランス（４）の運転状態をモニタするためのプロセッサ手段（５０）を、更に備えていることを特徴とする牽引トランス。
【請求項２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引トランス：
前記インタフェース・ユニット（５）は、前記少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）の値を記録するための記憶手段（５１）を備えている。
【請求項３】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引トランス：
前記プロセッサ手段（５０）は、
前記牽引トランス（４）の現在の運転状態を分析するための診断手段と、
前記牽引トランス（４）の将来の運転状態を予測するための予知手段と、
を備えている。
【請求項４】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引トランス：
前記少なくとも一つの運転パラメータは、前記収納容器の中の前記液体の温度（Ｔliq）、前記トランスの電力（Ｐel）、外気温度、液面のレベル、前記液体の中のガス含有量、前記液体の冷却のための冷却手段（６）の効率、の内の一つである。
【請求項５】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引トランス：
前記インタフェース・ユニット（５）は、単一の電源ケーブル（８）に接続されるように構成されている。
【請求項６】
牽引トランス（４）の運転状態をモニタするための方法であって、
液体で満たされた収納容器の中にあるトランス・コイルと、
前記牽引トランス（４）の少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）を測定するための少なくとも一つのセンサ（７０，７１）と、
列車制御システム（３）との間で通信を行うためのコントローラ・インタフェース（５０）、及び前記少なくとも一つのセンサ（７０，７１）に接続されたセンサ・インタフェース・モジュール（５４）を備えたインタフェース・ユニット（５）と、
を備え、
前記牽引トランス（４）の前記少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔｌｉｑ，Ｐｅｌ）の値が、前記少なくとも一つのセンサ（７０，７１）によって測定され、前記インタフェース・ユニット（５）の中に設けられたプロセッサ手段（５０）へ送られること、及び、前記運転状態が、このプロセッサ手段（５０）によってモニタされること、を特徴とする方法。
【請求項７】
下記特徴を備えた請求項６に記載の方法：
前記牽引トランス（４）の将来の運転状態が、前記プロセッサ手段（５０）によって、負荷の予測に基づいて予測される。
【請求項８】
下記特徴を備えた請求項６または７に記載の方法：
冷却手段（６）が、前記トランス（４）の運転状態に応じて制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道車両のための牽引トランスの分野に係る。
【０００２】
本発明は、請求項１及び６の前提部分にそれぞれ記載されているような、牽引トランス及び牽引トランスの運転状態をモニタするための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、機関車または列車のような電気鉄道推進車両において、牽引トランス（traction transformer）は、牽引チェーン（traction chain）の中の重要な部品である。もし、この牽引トランスが壊れると、列車の動きが妨げられ、旅客に迷惑を掛け、トラック・セクションが遮られる。牽引トランスは、その重量及び体積がかなり大きいために、冗長性を織り込んで構成することができないので、その信頼性の観点から、特別の注意が払われなければならない。あらゆる種類の故障の防止のために、コンポーネントのタイムリーな修理または交換、運転条件迅速な調整（例えば、冷却力の増強、負荷の低減など）が、必要になる。
【０００４】
ある種の機関車を除いて、牽引トランスは、通常、牽引車両（traction vehicle）のメイン・ケーシングの外側、即ち、床下または屋根の上に置かれる。制御及び保護のための様々なモニタリング・ツールのそれぞれについて、一つずつケーブルが有ると仮定すると、それらの接続には、かなりの作業量が必要になる。更に、牽引トランスからその車両の何らかの中央制御ユニットまでの様々なケーブルの長さは、簡単に、数十メーターに達することになる。
【０００５】
例を挙げると、欧州特許出願 EP-A 1 085 635 には、例えばトランスのような、流体が充填された電気装置のための、インテリジェント・モニタリング及び分析システムが記載されている。トランスのコイルは、収納容器の中に収容され、液体（通常、冷却及び電気的絶縁目的の油）の中に浸漬される。前記トランスまたは前記流体の様々な運転パラメータは、センサを用いて、それぞれモニタされる。それらのセンサは、例えば、流体の温度、収納容器内の流体のガス組成または液面のレベル、電気的負荷（即ち、トランスに加えられる電力、または外気温度などを測定または検出する。
【０００６】
ガスの中でも特に検出が必要なのは、水素または炭化水素であり、それらの濃度は、循環している電流及び絶縁破壊によって引き起こされるホットスポットのために増大する。検出されたガスは全て、例えば、絶縁材料の劣化、コイルのターンの間の短絡、過剰負荷、接続部の緩みなどのような、様々な既知の欠陥によって発生し、従って、その欠陥の識別を可能にする。
【０００７】
ＣＰＵ及び記憶装置を有するプロセッサを備えた診断デバイスが、センサに結合され、そのセンサは、複数の運転パラメータを表わす信号を供給する。ある特定のパラメータが、その装置の物理的特性を考慮に入れた、分析モデルを介して定期的に計算され、次いで、測定値と比較される。もし、全ての想定される故障モードが識別可能であるとすれば、原因となるネットワークを確定することが可能であり、発生している問題の原因を、明確に特定することができる。このシステムは、オペレータとの間の対話のためのディスプレイ及びキーボードを有するユーザ・インタフェースを備えている。
【０００８】
国際特許出願 WO 02/48718 には、他の保護システムが記載されている。この保護システムは、誘導式電力装置の運転状態及びをモニタし、運転状態が特定の安全運転のしきい値を超えたとき（例えば、冷却用流体の温度が上がり過ぎたとき）に、制御動作を行うように構成されている。上記誘導式電力装置の熱的状態が評価され、早期に異常を検知することができる。上記の熱的状態は、パワー巻線から発生する熱流入、及び冷却手段の冷却能力による熱流出に基づいて、決定される。実際の熱の量は、前の熱の量にその予想変化の計算値を加えた値と比較され、熱バランスに乖離があった場合には、オペレータにそれが通知される。
【０００９】
直近のイノトランス（InnoTrans）・トレード・ショー（２００２年、９月２４〜２７日、ドイツ、ベルリン）において、牽引トランスが、本願の出願人により出展された。このトランスは、ＭＶＢまたはＣＡＮのような標準的なバス・プロトコルに基づくフィールドバスへのコントローラ・インタフェースを備えたインタフェース・ユニットを含んでいる。更に、センサ・インタフェースが設けられ、様々なセンサに接続され、それにより、前記センサで測定された運転パラメータの、シミュレートされた運転席からの、遠隔により連続的なデータ読み取りを可能にしている。しかしながら、この出展されたモデル・システムでは、測定された信号を利用することも、そこから有用なモニタリング・データを抽出することも可能ではない。
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ１０８５６３５号明細書
【特許文献２】国際特許出願公開第ＷＯ０２／４８７１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、最初に述べたタイプの牽引トランスの信頼性、効率及び寿命を増大させることにある。この方法によれば、牽引トランスの運転状態をモニタするための手段を設けることにより、個々の運転パラメータの読みを伝達するために列車制御システムを過度に占有することがない。
【００１１】
本発明の目的は更に、鉄道推進車両の製造者の仕事の負荷を、設計フェーズの間及び組み立てプロセスの間の双方において、軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、請求項１及び６による、牽引トランス及び牽引トランスの運転状態をモニタするための方法によって実現される。更に好ましい実施形態は、従属請求項から明らかである。
【００１３】
本発明によれば、インタフェース・ユニットが、牽引トランスの一部として、即ち、牽引トランスに隣接してあるいはそのトランスの収納容器の中に組み込まれて、設けられる。このインタフェース・ユニットに、プロセッサ手段が設けられる。このプロセッサ手段はセンサに接続され、それらのセンサは牽引トランスの運転パラメータを測定する。
【００１４】
前記牽引トランスの運転条件をモニタするためのプロセスは、前記プロセッサ手段によってローカルに実施され、要求に基づいてあるいは緊急事態が発生した場合に、即ちその運転状態が安全運転の範囲から外れた場合に、列車制御システムにデータが伝達される。換言すれば、牽引トランスに対して専用に設けられ且つその近傍に配置された分散型インテリジェンスが設けられ、それにより、様々なモニタリング及び制御タスクを上述のプロセッサ手段に割り当てることによって、牽引トランスと列車制御システムとの間のデータ交換を最小限にする。
【００１５】
本発明の好ましい変形形態において、前記プロセッサ手段は、運転パラメータの測定値を、定期的にまたは少なくともドラスチックな変化があったときに、記録するための記憶装置を有する。これは、特定の牽引トランスの運転条件の、寿命終了後の分析を可能にするためである。
【００１６】
本発明の更に好ましい変形形態において、モニタリング プロセスは、トランスの現在の運転状態を、運転パラメータ測定値を考慮に入れて評価するための診断ステップを備えている。更に、好ましくは、測定されたパラメータの値および／または機械的負荷の予測（例えば、貯えられた軌道前方の高度プロファイルに基づく）の外挿に基づいて、近い未来における運転状態の進展を評価することも可能である。
【００１７】
様々なセンサによって測定される運転パラメータは、好ましくは、以下の通りである（但し、これらのみに限定されない）：
・トランスの電力または負荷（これには、ブッシングの一つでの電流及び電圧の測定が必要になる）；
・収納容器の中の様々な位置での冷却用流体の温度（少なくともトップ及びボトムの位置、温度分布は多くの場合不均一である；
・収納容器内の流体または油面のノレベル；
・外気温度；
・上記流体中のガス／水素の量；
・上記流体中の湿分／水分の量；
・上記冷却手段のパワー（例えば、冷却ファンの速度）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下のテクストにおいて、本発明の内容を、添付された概略図面で示されている好ましい実施例を参照しながら、より詳細に説明する。
【００１９】
これらの図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、末尾の参照符号リストの中にまとめた形で列挙されている。これらの図面の中で、原則として、同一の部分には、同一の参照符号が付けられている。
【００２０】
図１に、フィールドバス２を備えた牽引車両１を示す。このフィールドバス２は、例えば、駆動機構またはブレーキや運転席の運転を、列車制御システム３によって制御する様々なデバイスにリンクしている。牽引トランス４は、車両のケーシングの床の下に取り付けられていて、収納容器（図示せず）の中に収容された冷却／絶縁液体の中に浸漬されたコア及び幾つかの巻線を備えている。冷却手段６が、図１においては、牽引トランス４の隣に示されているが、これは、一般的に、牽引トランス４に対して独立に交換可能な、別個のコンポーネントを形成すると考えられる。牽引トランス４は、更に、フィールドバス２にリンクされたインタフェース・ユニット５を備えている。
【００２１】
図２に、インタフェース・ユニット５の詳細を示す。バス・コントローラ、ゲートウエイまたはコントローラ・インタフェース５２（例えばＲＳ−２３２インタフェースなどのような）が、インタフェース・ユニット５からフィールドバス２へのデータのフローを管理する。プロセッサ手段５０及び記憶手段５１は、内部バス５３を介してコントローラ・インタフェース５２にリンクされ、更に、ローカルなセンサ・インタフェース・モジュール５４にリンクされる。このセンサ・インタフェース・モジュール５４は、入力／出力設備として用いられ、例えば、冷却液の温度（Ｔliq）を測定するためのデジタル温度センサ７０、トランスの電力（Ｐel）を決定するためのアナログ電流センサ７、及び冷却ファン６０のモータのメインスイッチに接続される。
【００２２】
様々な位置（例えば、インタフェース・ユニットのハウジング外側）の、様々なタイプの（例えば、光学的、ＧＳＭ）追加的なインタフェース・モジュール５５を用いて、このインタフェース・ユニット５の機能を拡張することができる。
【００２３】
巻線及びコアの中の電流に起因するトランス４の加熱は、一般的に、収納容器の壁面を介しての熱放散能力を上回るので、浸漬式のトランス及びそれに関係する装置の損傷を防止するために、冷却手段６が設けられている。一般的に、冷却手段６は、冷却用流体を熱交換器の中を循環させるための１台または２台のポンプを備え、また、外気を熱交換器を通してブローするための冷却フィン及び１台または数台のファン６０を備えている。単一の電源ケーブル８が、前記インタフェース・ユニット５に接続され、電力を、電子デバイス５０，５２，５２，５４、及びポンプ及びファン６０の両法に供給する。
【００２４】
これらの図面に描かれているセンサ７０，７１は、運転パラメータを測定しあるいは特定のイヴェントを検知するセンサまたは検出器の数から、たった二つ例である。
【００２５】
他の例としては、下記のようなものがある：
変圧された電力を測定する電圧／電流センサ；
様々な位置での冷却用流体の温度を測定するための温度計；
外気温度を測定するための更なる温度計；
衝撃または振動を検出するための加速度計；
収納容器の中で形成されるガスを検出し且つ分析するためのガス検出器／アナライザ；
熱交換器の汚染の程度を指示するための熱交換器の状態のインジケータ。
【００２６】
例えば冷却ポンプのスループットまたは冷却ファンの１分当たりの回転数などのような、実際の運転条件を決定するための、冷却ファンまたは冷却ポンプモータの速度検出器。冷却ファンの回転数は、特に効果的である。その理由は、ファンの実際の運転は、木の葉やそれに類する遊離した異物によって、妨げられあるいは遮られることがあるからである。このようにして、牽引トランスの運転状態をモニタしながら、ファンの破損あるいは熱交換器の汚染による冷却効果の減少を、考慮に入れることができる。
【００２７】
恒久的記憶装置の中の運転パラメータの値の記録は、規則正しいインターバルでの読みからなり、あるいは、最大、最小または平均値に限定される。記憶装置のリソースを更に節約する目的で、トランスの実運転回数以外の記録は、例えば、外気温度のみに限定することもできる。もちろん、数多くの他のイヴェント、例えば、エンジンの始動／停止、パンタグラフ・オーバーヘッド・ラインの接続／切離し、ドッキング操作に起因するショックの数、運転時間、及びトランスの電力などを、貯えても良い。
【００２８】
記録された値は、トランスのエージングの計算、トランスの事後分析、あるいは、一定の運転時間の後のメンテナンス作業のスケジューリングなどのために、有用である。その目的のため、貯えられたデータを、独立した集中されたメンテナンス計画用サーバーに、好ましくはＧＳＭによって、更に伝達することが可能であり、現在の車両の位置の指示によって、完成することができる。
【００２９】
本発明に基づくプロセッサ手段５０の基本的特徴の一つは、接続されたセンサが適切に機能していることを、連続的にモニタすることができることである。更に、全体的効率の最適化の観点から、冷却手段６の制御は、プロセッサ手段の最も重要な仕事であり、これは、ポンプを介する油の流量及び運転中の単一のファンあるいは複数のファンの速度の調整からなる。冷却のパワーは、トランスから発生するジュール熱に応じて、且つ牽引トランスの運転状態を考慮に入れて、調整される。ここで、上記の運転状態は、測定され、外挿され、計算され、あるいはその他の方法で準備された運転パラメータに基づく。
【００３０】
例えば先に挙げた特許出願の中に記載されているように、分析的モデルに基づいて、プロセッサの診断手段は、第一に、瞬間的なまたは現在の全体的な運転状態（“安全運転”もしくは“過負荷の危険”、または“過負荷による障害”の発信、などを指示する）を計算する。前記分析的モデルは、様々な運転パラメータを考慮に入れる。その中には、トランス固有のもの、不変の情報（例えば、材料の性質及び幾何学的寸法；潜在的な化学反応または局所的電場を減少させる目的による）などがある。もし、ホットスポット、即ち、トランスの内部の特定位置における許容限度を超える温度上昇が予測された場合には、ホットスポットにより装置に損傷を与えることを防止するため、冷却手段６が、そのフルパワーに調整される。
【００３１】
それに加えて、瞬間的な運転状態に基づいて、将来の安全運転の条件が推定される。それには、例えば、列車の速度または重量の制限、あるいは、トランスの、一時的な過負荷能力に関する制限などが含まれる。その目的のため、測定された運転パラメータの値が外挿され、および／または、例えば予想天気などのような更なる外部データを用いて処理される。
【００３２】
もし、軌道前方の高度プロファイルの知識から、機械的負荷の予測または予想が可能である場合には、更なる制限が、一般的に、最も険しいかまたは最も長い登り区間に基づいて、推定され、それにより、予防的措置が取られる。それには、列車制御システム報告される、例えば、冷却パワーの増強や負荷の低減の要求や負荷の増大の許容などがある。
【００３３】
その他の、予測可能なイヴェントは、旅客駅での停止である。その場合、駅で待っている旅客及び車内の旅客の双方にとって不快な騒音を減らすため、冷却ベンチレータの停止が要求される
本発明によれば、たった二本のケーブルが牽引トランスにつなげられる。第一のケーブルは、列車制御システムとの間での通信を行うためのオンボード・フィールドバスであり、第二のケーブルは、電力供給のためのものである。通信リンク（２）は、標準的な捩じられたペア、同軸銅ケーブル、光ファイバのいずれかであり、更に、それらの全てを無線リンクまたは他の将来の標準手段で置き換えることもできる。単一の電源ケーブル（８）は、供給される電力の関数として選択する必要がある。それは、例えば、電力が供給される冷却用モータの数であり、更にその数は、牽引トランスのサイズに依存することになる。
【００３４】
電源ケーブルは、一般的に、幾つかの個別の導線、及び鉄道向けに認められた標準の多ピンコネクタを備えている。その例を挙げると、ポンプ及びファンのための４００Ｖ・ＡＣ三相の供給線、及び、電子デバイスのための２４Ｖ・ＤＣの供給線が、基本的な構成である。牽引車両の想定されるオペレータの要求に従って、他のオプション、例えば、インタフェース・ユニットの中の加熱要素のための更なるＤＣ供給線を加えることもできる。
【００３５】
列車制御システムに対して接続されるように構成された牽引トランスを備えることにより、牽引車両のケーブルの数が大幅に減少する。このトランスを牽引車両のケーシングの外側に配置すれば、センサ・インタフェースまたはＩ／０ユニットをトランスの隣に置くことができるので、車両の内側のスペースが得られる。更に、搭載されるセンサの数及びタイプに関係無く、たった二本のケーブルをプラグするだけで良いので、取り付け及び接続のプロセスが簡単になる。
【００３６】
しかしながら、主なる優位性は、次の事実にある：即ち、運転に先立つ全てのチェックを、トランスの製造者のサイトで行うことができる。即ち、様々なセンサの適切な働きを、インタフェース・プロセスを含めて、分散されたトランスで確かめることが可能になる。この優位性によって、事前テストが完了して、実働可能な状態となった装置部品が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】インタフェース・ユニットを含む牽引トランスを備えた牽引車両を示す図。
【図２】このインタフェース・ユニットの様々なコンポーネントを示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・牽引車両、２・・・フィールドバス、３・・・列車制御システム、４・・・牽引トランス、５・・・インタフェース・ユニット、５０・・・プロセッサ手段、５１・・・記憶手段、５２・・・コントローラ・インタフェース、５３・・・内部バス、５４・・・センサ・インタフェース・モジュール、５５・・・更なるインタフェース・モジュール、６・・・冷却手段、６０・・・冷却ファン、７０・・・温度センサ、７１・・・電流センサ、８・・・電源ケーブル。
【図１】
2006524481.tif 000003
【図２】
2006524481.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月15日(2005.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン・ケーシング、及びこのメイン・ケーシングの外側に配置された牽引トランス（４）を備えた牽引車両であって、
液体で満たされた収納容器の中にあるトランス・コイルと、
前記牽引トランス（４）の少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）を測定するための少なくとも一つのセンサ（７０，７１）と、
列車制御システム（３）との間で通信を行うためのコントローラ・インタフェース（５２）、及び前記少なくとも一つのセンサ（７０，７１）に接続されたセンサ・インタフェース・モジュール（５４）を備えたインタフェース・ユニット（５）と、
を備えた牽引車両において、 
前記インタフェース・ユニット（５）は、前記少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）に基づいて前記牽引トランス（４）の運転状態をモニタするためのプロセッサ手段（５０）を、更に備えていることを特徴とする牽引車両。
【請求項２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記インタフェース・ユニット（５）は、前記少なくとも一つの運転パラメータ（Ｔliq，Ｐel）の値を記録するための記憶手段（５１）を備えている。
【請求項３】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記プロセッサ手段（５０）は、
前記牽引トランス（４）の現在の運転状態を分析するための診断手段と、
前記牽引トランス（４）の将来の運転状態を予測するための予知手段と、
を備えている。
【請求項４】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記少なくとも一つの運転パラメータは、前記収納容器内の前記液体の温度（Ｔliq）、前記トランスの電力（Ｐel）、外気温度、液面のレベル、前記液体の中のガス含有量、前記液体の中の水分含有量、前記液体の冷却のための冷却手段（６）の効率、の内の一つである。
【請求項５】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記インタフェース・ユニット（５）は、単一の電源ケーブル（８）に接続されるように構成されている。
【請求項６】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記コントローラ・インタフェース（５２）は、フィールドバス（２）を介して前記列車制御システム（３）にリンクされている。
【請求項７】
下記特徴を備えた請求項１に記載の牽引車両：
前記プロセッサ手段（５０）は、前記測定された運転パラメータの値の外挿に基づいて、または、前記牽引車両に対する機械的負荷の予測に基づいて、前記牽引トランス（４）の将来の運転状態を予測することが可能である。
【国際調査報告】
2006524481.tif 000005
2006524481.tif 000006
2006524481.tif 000007