(57)【要約】【課題】本発明は架線やレールなどの既存の設備を特殊な設備に交換する必要がなく、架線やレールの磨耗状態を検出できる安価な摩耗検知システム又は方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は本発明の磨耗判定システムにおいて、架線又はレールに検査信号を送出する送信部と、送信部から送出された検査信号を受信する受信部と、送信部から送出された検査信号と受信部で受信した検査信号の比較から、架線若しくはレールの磨耗を判定する磨耗判定部と、を備えるようにした。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が走行する特定の軌道上または特定の経路上に設置された架線の摩耗状態、若しくは前記軌道を構成するレールの摩耗状態を判定する磨耗判定システムにおいて、
前記架線又はレールに検査信号を架線に送出する送信部と、
前記送信部から送出された前記検査信号を受信する受信部と、
前記送信部から送出された前記検査信号と前記受信部で受信した前記検査信号の比較から、前記架線若しくはレールの磨耗を判定する磨耗判定部と、を備えることを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の磨耗判定システムにおいて、
前記摩耗判定部は、前記送信部から送出された前記検査信号と前記受信部で受信した前記検査信号の電圧差に基づき架線の磨耗を判定することを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の磨耗判定システムにおいて、
前記摩耗判定部は、前記送信部が前記検査信号を架線又はレールに送出する位置と前記受信部が前記検査信号を前記架線又はレールから受信する位置の距離、及び前記送信部から送出された前記検査信号と前記受信部で受信した前記検査信号の電圧差、及び前記検査信号の電流値から架線又はレールの磨耗を判定することを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記車両の位置を検出する位置検出部と、
前記摩耗判定部により判定された磨耗判定情報を、前記位置検出部で検出された位置情報と関連付けて記録することを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記送信部から送出する前記検査信号の周波数は、前記車両に搭載された車両駆動用の電力変換装置または補助電源装置から発信される高調波とは異なる帯域、またはレールに設置された保安装置が使用する信号周波数とは異なる帯域とすることを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記送信部から送出する前記検査信号はデジタル信号とし、前記送信部は前記検査信号に伝送の健全性チェック用のデータを付加することを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記送信部と前記受信部と前記磨耗判定部が、前記車両が複数連結された単一編成に搭載されることを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項6のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記送信部と前記受信部が異なる編成に搭載されることを特徴とした磨耗判定システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項6のいずれかに記載の磨耗判定システムにおいて、
前記送信部と前記受信部の一方が、前記車両が複数連結された編成に搭載され、前記送信部と前記受信部の他方が、地上に設置された地上設備に搭載されることを特徴とした磨耗判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に軌道上や路面に設定された経路を走行する交通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が軌道上や路面に設定された経路を走行する交通システムにおいて、架線は車両へ電力を供給する重要な設備である。交通システム運行事業者は架線の切断などを未然に防止するために検査専用車での検査や保守員による目視点検などを実施している。架線の状態を精度よく監視するためには、検査周期の短縮が考えられるが作業量の増加を招き容易ではない。
【０００３】
特許文献１には架線に検知線を埋設し、検知線の電流を検知することで架線の磨耗を迅速に検知できる技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５４４３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
架線は車両が走行するすべての経路に設置され、敷設距離が非常に長いため、安価であることが求められる。しかしながら、特許文献１のものは、絶縁膜で被覆した検知線を架線に埋設させる必要があり、構成要素の増加により架線のコストが大きく増加するという課題があった。また、既存の架線から検知線が埋設された特殊な架線に交換するためなどの設備導入コストが高いという課題があった。
【０００６】
本発明は前記のような問題点に鑑みてなされたもので、架線やレールなどの既存の設備を特殊な設備に交換する必要がなく、架線やレールの磨耗状態を検出できる安価な摩耗検知システム又は方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００８】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の磨耗判定システムにおいて、架線又はレールに検査信号を送出する送信部と、送信部から送出された検査信号を受信する受信部と、送信部から送出された検査信号と受信部で受信した検査信号の比較から、架線若しくはレールの磨耗を判定する磨耗判定部と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設備の磨耗状態を検出するための特殊な架線やレールへの交換が不要となるため、設備導入時又は交換時のコストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の機能ブロック図。
【図２】実施例１における磨耗判定方法を表す模式図。
【図３】実施例１における磨耗判定部の処理を表すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１を示す機能ブロック図であり、架線の磨耗状態を判定するシステムの機能的構成を示す図である。
【００１３】
なお、以後の実施例では、鉄道やモノレールや路面電車を含め、列車が駅間を走行する場合を例に説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、予め定められた路線を走行するバスなどにも適用可能である。
【００１４】
架線の磨耗状態を判定する磨耗判定システム（１０１）は、送信部（１０２）、受信部（１０３）、磨耗判定部（１０４）を備える。
【００１５】
送信部（１０２）は、位置認識部（１０５）から列車の現在の位置を取得する。位置認識部（１０５）は、車両を駆動する電動機の回転軸端あるいは車軸端に取り付けられたパルスジェネレータ（ＰＧ）のような速度センサから車両速度を取得し、車両速度を積算することで車両の現在位置を算出し、現在位置（１５０）を送信部（１０２）に送信する。なお、現在位置の算出は、上述したような車両速度の積算以外に、例えば運行管理装置や車両情報制御システムから直接現在位置を取得してもよく、ＧＰＳによる現在位置の取得を含め、位置認識部（１０５）が現在位置を把握できればその方法は問わない。また、送信部（１０２）が現在位置を認識できればよく、位置認識部（１０５）は必ずしも磨耗判定システムの必須の構成要素ではない。
【００１６】
送信部（１０２）は所定の位置に列車が到達すると集電装置（１０６）を介して架線（１０７）に検査信号（１５１）を送信する。なお、検査信号の送信タイミングは、上記したような所定位置に到着した場合に限られず、例えば常時連続的に送信してもよいし、運転台に設けられた表示器などのインターフェイス装置から乗務員が指定した場合に検査信号を送信するようにしてもよい。
【００１７】
また、検査信号（１５１）はアナログ・デジタルを問わない。検査信号（１５１）の周波数は減衰しやすいようになるべく高い周波数がよい。減衰が大きいと架線の摩耗状態を検出しやすくなるためである。架線（１０７）には、車両の駆動力を制御する車両駆動用の電力変換装置や補助電源装置から発信される高調波が重畳している。送信部（１０２）からの検査信号（１５１）がこの高調波にまぎれないように、車両駆動用の電力変換装置又は補助電源装置から発信される高調波とは異なる周波数帯域を検査信号（１５１）に用いることが望ましい。また、検査信号（１５１）は列車の主回路と車輪を介してレールに流れる可能性がある。レールには列車の安全を担保する保安装置が使用する信号が流れている。そのため、磨耗判定システム（１０１）の検査信号（１５１）により保安装置が誤動作しないように、検査信号（１５１）の周波数は、保安装置が使用している周波数と異なる帯域を使用することが望ましい。
【００１８】
受信部（１０３）は、送信部（１０２）が送信した検査信号（１５１）と同一周波数の信号を抽出し、抽出した信号波形を磨耗判定部（１０４）に送信する。磨耗判定部（１０４）は、予め記憶しておいた送信部（１０２）から送信される時の検査信号（１５１）と、受信部（１０３）で抽出された検査信号（１５１）との比較により架線の磨耗状態を判定し、位置認識部（１０５）からの現在位置（１５０）と判定した磨耗状態を関連付けて記録する。
【００１９】
次に磨耗状態の判定方法について図２を用いて説明する。ある時点で送信部（１０２）が架線に検査信号を送出する位置をＡ地点、受信部（１０３）が架線から検査信号を受信する位置をＢ地点とし、送信部からの検査信号電圧（２０３）をVA[V]、受信部での検査信号電圧（２０４）をVB[V]、Ａ地点とＢ地点間の抵抗をR[Ω]（２０５）、電流をI[A]（２０６）とするとＡ地点〜Ｂ地点の電圧降下ΔＶ[V]（２０７）は以下であらわされる
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【００２０】
またＡ地点~Ｂ地点間の抵抗は、ρ：抵抗率[Ω・m]（２０８）、Ｌ：Ａ−Ｂ地点距離[m]（２０９）、Ｓ：架線断面積[m2]（２１０）とすると以下で表される。
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【００２１】
式１および式２について整理すると、以下の式が導出される。
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【００２２】
A−B地点距離L（２０９）は、送信部（２０１）が設置されている集電装置（１０６）と受信部（２０２）が設置されている集電装置（１０６）の距離から算出が可能である。なお、分割・併合などで送信部と受信部の距離が変動することがある場合には、編成構成から集電装置の位置を認識しA−B地点距離L（２０９）を算出するようにしてもよい。または、送信部（２０１）からの検査信号に送信部（２０１）の編成内における位置情報、例えば号車番号などを追加し、受信部（２０２）は自身の編成内における位置情報と、検査信号に追加された送信部の位置情報との比較からA−B地点距離L（２０９）を算出してもよい。要は、A−B地点距離L（２０９）が一意に算出できればよく、その手段は問わない。電流I（２０６）は、受信部（２０２）と送信部（２０１）のいずれかで測定する。もしくは車両駆動用の電力変換装置または補助電源装置に設置されている電流計から電流情報を受信する。要は、電流I（２０６）が測定できればよく、その手段は問わない。受信部（１０３）は、受信部（１０３）で測定した電圧波形または電流波形から、送信部（１０２）からの検査信号の周波数と一致する波形を抽出する。
【００２３】
磨耗判定部（１０４）は、送信部（２０１）から送信された検査信号の送信時の電圧と受信部（１０３）で抽出された検査信号の電圧の電圧差を測定することでＡ―Ｂ地点間の電圧降下ΔV（２０７）を算出する。次に、架線の材質によって予め規定される抵抗率ρ（２０８）と式３を用いて架線の断面積S（２１０）を算出する。算出した架線断面積S（２１０）を、キロ程等の列車の現在位置情報と共に、更に望ましくは路線名および時刻情報とともに記録する。一般的に架線の交換目安は、検査実施基準として架線断面積または架線直径で閾値が規定されている。そのため、算出した架線断面積S（２１０）が前記閾値を下回っている場合は、架線の交換が必要な箇所であるため、乗務員への通知や異常記録を実施してもよい。また架線磨耗の判定は、上述した架線断面積に基づく判定以外でも実現可能である。例えば、電圧降下で判定してもよい。この場合には、抵抗率ρはほぼ一定と仮定できるため、交換限界の架線の電圧降下を電流I（２０６）やA−B地点距離L（２０９）ごとに予め実験的に求めておき、測定結果が前記電圧降下を上回った場合に架線の交換が必要と判定できる。
【００２４】
図３は、図１における磨耗判定部（１０４）内での処理の流れを示している。以下に説明するステップ３０１〜３０７により、架線の磨耗を判定する。図３では架線断面積で架線磨耗を判定する場合について説明するが、上述したように、電圧降下で判定する場合も同様の処理で実施可能であることは言うまでもない。
【００２５】
（ステップ３０１）
送信部からの検査信号電圧VAと受信部での検査信号電圧VBに基づいて生成した電圧降下ΔＶと、予め規定される抵抗率ρ（２０８）、A−B地点距離L（２０９）、および測定された電流I（２０６）に基づいて、架線断面積Sを算出する。ステップ３０２に進む。
【００２６】
（ステップ３０２）
位置認識部（１０５）から列車の現在位置を取得する。ステップ３０３に進む。
【００２７】
（ステップ３０３）
交換が必要な架線断面積の交換閾値を取得する。架線断面積の交換閾値は予め磨耗判定部で記憶しておいてもよいし、地上のサーバに問い合わせて現在位置に対応する架線断面積交換閾値を地上側の機器から取得してもよい。なお、判定に用いる値は予め実験的に求めておいてもよいし、運転台に設けられた表示器などのインターフェイス装置から乗務員が指定してもよい。
【００２８】
（ステップ３０４）
ステップ３０１で算出した架線断面積Sが架線断面積の交換閾値を下回っているか判定する。下回っている場合はステップ３０５に、下回っていない場合は３０６に進む。
【００２９】
（ステップ３０５）
架線交換「要」と判定する。ステップ３０７に進む。
【００３０】
（ステップ３０６）
架線交換「不要」と判定する。ステップ３０７に進む。
【００３１】
（ステップ３０７）
図３に示すように、検査実施時刻と、列車の現在位置と、架線断面積S、及びステップ３０５及び３０６で判定された架線交換「要」又は「不要」を記録して処理を終了する。ステップ３０５で架線交換「要」と判定された場合は、ステップ３０７において車両情報制御システムの異常記録に記録するとともに、運転台に設けられた表示器などに架線交換が必要である旨を表示してもよい。また地上に送信し保守部門に速やかに通知するようにしてもよい。
【００３２】
本実施例によると、既存の架線を特殊な架線に交換する必要がなく、架線の磨耗状態を検出できるので、安価に架線の摩耗を検知することが可能となる。更に、特許文献１は、架線に埋設さた検知線に流れる電流によって架線の摩耗を検知するため、架線摩耗量の判断は架線断面における検知線の位置に依存するため、検知線の位置を考慮して架線を敷設する必要が生じ、架線の敷設作業が著しく困難となるという課題があるが、本実施例によると架線を敷設する際に検知線等の位置を考慮する必要がなく、敷設作業が容易となる。
【００３３】
更に、本実施例は、既存の営業列車に、送信部と受信部を追加すれば良く、構成要素が少ないため、営業列車に後付けで容易に搭載可能である。従来は、検査専用の車両に搭載されたカメラにより摩耗状態の検査を行っていたが、本発明では、営業列車において磨耗データを収集できることから、特殊な検査車両を架線磨耗の検査頻度が向上し、架線磨耗の状態を精度よく検出できるようになる。
【実施例２】
【００３４】
検査信号をデジタル信号としデータ伝送しつつ架線断面積および電圧降下を測定するようにした場合、検査信号のデジタル信号に送信部の認識している現在位置を追加し、受信部の認識している現在位置とあわせて記録することで測定位置の精度を向上させることが出来る。
【００３５】
また検査信号のデジタル信号にシーケンスNo.を付与することにより、送信部から送信した検査信号と受信部で受信した検査信号の対応付けが容易となる。また、実施例１のような単パルスではノイズと検査信号を誤認識してしまう可能性があるが、本実施例のようにデジタル信号の検査信号を送信する場合においては、検査信号にデータ伝送の健全性チェックを行うためのデータを付加し、データ伝送のエラーチェック機能(FCS,シーケンスNo.チェック、チェックサムチェック)を用いることで受信部が受信した信号が送信部が送信した検査信号であることの確認が行なえるようになる。
【実施例３】
【００３６】
上述した各実施例では、送信部と受信部を編成にそれぞれ一つずつ備える実施形態について説明したが、送信部・受信部は編成に単一である必要はなく、編成内に複数の送信部・受信部を設け、各送信部・受信部間で架線の磨耗を判定してもよい。複数の送信部・受信部間で判定することで、冗長性を向上させることが可能となる。また、複数の送信部・受信部間の判定結果を照査することにより架線磨耗の判定精度を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００３７】
上述した各実施例では、自編成内の送信部・受信部の間で検査信号を送受信していたが、異なる編成間で検査信号を送受信してもよい。この実施形態においては、一方の編成には送信部を、他の編成には受信部を少なくとも備える必要がある。本実施例の場合、検査信号に追加された送信側の現在位置と受信側の現在位置を考慮することで、摩耗判定部により編成間の架線距離が算出可能であり、任意の区間の磨耗判定が可能となる。
【実施例５】
【００３８】
上述した各実施例では、自編成内の送信部・受信部の間で検査信号を送受信していたが、変電所などの地上設備と編成との間で検査信号を送受信してもよい。この実施形態においては、地上設備に送信部又は受信部を備え、編成に送信部又は受信部を少なくとも備える必要がある。本実施例の場合、検査信号に追加された送信側の現在位置と受信側の現在位置を考慮することで、摩耗判定部により送受信部間の距離が算出でき、任意の区間の磨耗判定が可能となる。なお、検査信号は地上設備から送信しても、編成列車から送信しても良いことは言うまでもない。
【実施例６】
【００３９】
上述した各実施例では、検査信号を架線に送信して架線の摩耗状態を検知したが、送信部からの検査信号を車輪を介してレールに送信して、他の車輪を介して当該検査信号を受信部にて受信してもよい。本実施例の場合、摩耗判定部は架線の磨耗検知と同じ方法によりレールの磨耗状態も判定することが可能となる。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  磨耗判定システム
１０２  送信部
１０３  受信部
１０４  磨耗判定部
１０５  位置認識部
１０６  集電装置
１０７  架線
２０３  送信部からの検査信号電圧
２０４  受信部での検査信号電圧
２０５  Ａ地点とＢ地点間の抵抗
２０６  電流
２０７  Ａ―Ｂ地点間の電圧降下
２０８  抵抗率
２０９  A−B地点距離
２１０  架線断面積S
【図１】
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【図２】
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【図３】
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