(57)【要約】【課題】１車両分の軸受が診断対象となっても装置の大型化及び配線の複雑化を抑制でき、また軸受の異常診断を行うための演算に高性能な演算処理部を必要としない鉄道車両用軸受診断装置を提供する。【解決手段】１車両分の温度センサ及び振動センサの個々の検知出力を１車両分の検知出力として統合するため、車両の車軸、駆動装置及び主電動機の個々の軸受に取り付けられた温度センサ及び振動センサに接続されたケーブルを結束により統合して、車軸センサ入力部と駆動・主電動機センサ入力部に接続する。また、演算処理部としてのＣＰＵユニットに演算能力の高い高性能なものを不要とするため、軸受の異常診断において、予兆現象ありのときだけ該当する軸受に対して診断処理を行う。【選択図】図５
2017026420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用軸受に設けられる複数のセンサと、前記複数のセンサの検知出力に基づき異常診断を行う演算処理部と、を備える鉄道車両用軸受診断装置であって、
前記複数のセンサの検知出力を１車両分の検知出力として統合し、
前記演算処理部は、前記１車両分の検知出力に基づき異常に先立つ予兆現象を検出し、前記予兆現象を検出した場合に限り、前記１車両分の検知出力の解析及び判定を行うことにより異常診断を行う、鉄道車両用軸受診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用軸受診断装置であって、
前記複数のセンサは、温度センサ及び／又は振動センサを含む、鉄道車両用軸受診断装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用軸受診断装置であって、
前記１車両分の検知出力としての統合は、前記複数のセンサの検知出力をケーブルの結束又は中継ボックスにて行う、鉄道車両用軸受診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の軸受の異常を診断する鉄道車両用軸受診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両用軸受診断装置として、診断対象となる軸受の使用部位毎に構成するようにしている。例えば、１車両分の軸受が診断対象となる場合、軸受の使用部位毎に設けられる。
【０００３】
鉄道車両用軸受診断装置に類似する装置として、例えば特許文献１に記載されている軸受異常診断装置がある。この軸受異常診断装置は、軸受の温度を測定する複数の温度センサを有し、各温度センサからリアルタイムに得られる複数の温度情報の平均値を算出し、算出した平均値に基づく複数の軸受の相対温度差が所定の第一の閾値に達したときに、最大値を記録した温度センサの温度情報に対して点数付けを行うとともに、所定期間内における最大値を記録した温度センサの点数履歴を監視し、その監視する点数履歴の総和が所定の第二の閾値に達したときに、その点数の総和が当該第二の閾値を超えた軸受装置を異常と判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０９８２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の鉄道車両用軸受診断装置においては、１車両分の軸受を診断対象とした場合、個々の軸受に対して設ける必要があるため、装置が大型化したり、配線が複雑になったりするなどの課題がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載されている軸受異常診断装置のように、複数の軸受の個々の温度をリアルタイムに取得したデータをリアルタイムに解析しているものが殆どであり、早期診断の手法となっているが、このような手法では、処理速度維持のために高性能な演算処理部が必要となり、装置が高額になるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１車両分の軸受が診断対象となっても装置の大型化及び配線の複雑化を抑制でき、また軸受の異常診断を行うための演算に高性能な演算処理部を必要としない鉄道車両用軸受診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  鉄道車両用軸受に設けられる複数のセンサと、前記複数のセンサの検知出力に基づき異常診断を行う演算処理部と、を備える鉄道車両用軸受診断装置であって、
前記複数のセンサの検知出力を１車両分の検知出力として統合し、
前記演算処理部は、前記１車両分の検知出力に基づき異常に先立つ予兆現象を検出し、前記予兆現象を検出した場合に限り、前記１車両分の検知出力の解析及び判定を行うことにより異常診断を行う、鉄道車両用軸受診断装置。
【０００９】
（２）  前記複数のセンサは、温度センサ及び／又は振動センサを含む、上記（１）に記載の鉄道車両用軸受診断装置。
【００１０】
（３）  前記１車両分の検知出力としての統合は、前記複数のセンサの検知出力をケーブルの結束又は中継ボックスにて行う、上記（１）又は（２）に記載の鉄道車両用軸受診断装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１車両分の軸受が診断対象となっても装置の大型化及び配線の複雑化を抑制でき、また軸受の異常診断を行うための演算に高性能な演算処理部を必要としない鉄道車両用軸受診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の鉄道車両用軸受診断装置の車両への取り付け状態を示す図である。
【図３】図１の鉄道車両用軸受診断装置が取り付けられた車両の台車の概略構成と軸受の位置を示す図である。
【図４】図１の鉄道車両用軸受診断装置の温度センサ及び振動センサの軸受への取り付け状態を示す図である。
【図５】図１の鉄道車両用軸受診断装置のＣＰＵユニットの処理の概要を示す図である。
【図６】従来の鉄道車両用軸受診断装置のＣＰＵユニットの処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置１の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、鉄道車両用軸受診断装置１の車両２への取り付け状態を示す図である。また、図３は、鉄道車両用軸受診断装置１が取り付けられた車両２の台車３Ａ，３Ｂの概略構成と軸受２４の位置を示す図である。また、図４は、鉄道車両用軸受診断装置１の温度センサ１１及び振動センサ１２の軸受２４への取り付け状態を示す図である。
【００１４】
図３において、本実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置１は、車両２の車軸２１、駆動装置（「歯車装置」とも言う）２２及び主電動機２３のそれぞれに設けられた回転部品である軸受２４の異常を診断する装置である。鉄道車両用軸受診断装置１は車両２の底面に取り付けられる。車両２は、２つの台車３Ａ，３Ｂを有しており、各台車３Ａ，３Ｂには車軸２１、駆動装置２２及び主電動機２３がそれぞれ２つずつ設けられている。
【００１５】
図４に示すように、車軸２１に設けられた軸受２４は、車軸２１の回転軸２１０に外嵌される内輪２１１と、ハウジング等に内嵌される外輪２１２と、内輪２１１及び外輪２１２との間で転動可能に配置された複数の転動体２１３と、転動体２１３を転動自在に保持する不図示の保持器とを有する。駆動装置２２及び主電動機２３それぞれに設けられた軸受２４も同様の構造を採るので、説明を省略する。
【００１６】
車両２の車軸２１、駆動装置２２及び主電動機２３の個々に設けられた軸受２４には温度や振動を検知するためのセンサとして、温度センサ１１及び振動センサ１２が取り付けられている。１車両分の車軸２１には、８個の温度センサ１１と８個の振動センサ１２が取り付けられ、１車両分の駆動装置２２には、４個の温度センサ１１と４個の振動センサ１２が取り付けられる。また、１車両分の主電動機２３には、４個の温度センサ１１と４個の振動センサ１２が取り付けられる。
【００１７】
温度センサ１１には、例えば熱電対、サーミスタ、赤外線センサ等が用いられる。振動センサ１２には、例えば加速度センサ、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ等が用いられる。また、加速度、速度、歪み、応力、変位等を検出することで、等価的に振動を検出して電気信号に変換することができるものも適宜使用することができる。なお、振動センサ１２を、周辺ノイズが多いことが予想される車軸２１、駆動装置２２及び主電動機２３に取り付ける際には、絶縁型を使用する方が周辺ノイズの影響を抑制できて好適である。さらに、振動センサ１２に圧電素子等の振動検出素子を使用する場合は、この素子を樹脂で一体成型する構成とすることで、耐水性、耐衝撃性を持たせることができる。
【００１８】
図１において、鉄道車両用軸受診断装置１は、車軸センサ入力部１３と、駆動・主電動機センサ入力部１４と、電源部１５と、車軸Ｉ／Ｆボード１６と、駆動・主電動機Ｉ／Ｆボード１７と、ＣＰＵユニット（演算処理部）１８と、電源ユニット１９とを有する。
【００１９】
車軸センサ入力部１３は、車両２の各車軸２１に設けられた軸受２４に取り付けられた温度センサ１１と振動センサ１２の検知出力を入力する。すなわち、車軸センサ入力部１３は、１車両分の車軸２１に対して設けられた８個の温度センサ１１の個々の検知出力と８個の振動センサ１２の個々の検知出力を入力する。
【００２０】
駆動・主電動機センサ入力部１４は、車両２の各駆動装置２２及び各主電動機２３に設けられた軸受２４に取り付けられた温度センサ１１と振動センサ１２の検知出力を入力する。すなわち、駆動・主電動機センサ入力部１４は、１車両分の駆動装置２２に対して設けられた４個の温度センサ１１の個々の検知出力と４個の振動センサ１２の個々の検知出力を入力するとともに、１車両分の主電動機２３に対して設けられた４個の温度センサ１１の個々の検知出力と４個の振動センサ１２の個々の検知出力を入力する。
【００２１】
車両２の車軸２１、駆動装置２２及び主電動機２３の個々の軸受２４に取り付けられた温度センサ１１及び振動センサ１２にはケーブル３０，３１（図４参照）が接続されており、これらのケーブル３０，３１が結束により統合されて、車軸センサ入力部１３と駆動・主電動機センサ入力部１４に接続される。なお、複数の温度センサ１１及び振動センサ１２の個々の検知出力を不図示の中継ボックスでデジタル化した後、パラレル／シリアル変換して車軸センサ入力部１３と駆動・主電動機センサ入力部１４に入力するようにしてもよい。この場合、車軸センサ入力部１３と駆動・主電動機センサ入力部１４の入力形態をシリアル入力形式にするか、車軸センサ入力部１３と駆動・主電動機センサ入力部１４の直前にシリアル／パラレル変換器を設ければよい。このように、複数の温度センサ１１及び振動センサ１２の個々の検知出力を１車両分の検知出力として統合することで、鉄道車両用軸受診断装置１の大型化及び配線の複雑化を抑制できる。
【００２２】
電源部１５は、車軸センサ入力部１３及び駆動・主電動機センサ入力部１４を動作させるための電源をこれらに供給する。車軸Ｉ／Ｆボード１６は、車軸センサ入力部１３をＣＰＵユニット１８に接続する。駆動・主電動機Ｉ／Ｆボード１７は、駆動・主電動機センサ入力部１４をＣＰＵユニット１８に接続する。電源ユニット１９は、車軸Ｉ／Ｆボード１６、駆動・主電動機Ｉ／Ｆボード１７及びＣＰＵユニット１８を動作させるための電源をこれらに供給する。
【００２３】
ＣＰＵユニット１８は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ変換器、増幅器、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等により構成される。ＲＯＭには車両２に設けられた軸受２４の診断処理用のプログラムが保持されている。ＣＰＵユニット１８は、当該プログラムに従い、１車両分の軸受２４に取り付けられた温度センサ１１及び振動センサ１２の検知出力の解析及び判定を行うことにより、軸受２４の異常診断を行う。
【００２４】
特に、ＣＰＵユニット１８が行う異常診断においては、異常に先立つ予兆現象を検出し、予兆現象を検出した場合に限り、１車両分の温度及び振動の検知出力の解析及び判定を行う。通常、軸受に診断を必要とする異常が発生する場合、例えば急激な温度上昇や振動の振れ幅が増大する等の予兆現象が必ず存在する。予兆現象の検出は、過去値との比較や所定値との比較によって行うことができるため、実現が比較的容易である。また、予兆現象を検出した場合（例えば、温度が８０℃以上になった場合）にのみ診断処理（解析→診断）を行えばよいため、複数の軸受２４の個々の温度及び振動をリアルタイムに取得したデータをリアルタイムに解析する従来技術よりも演算負荷を小さくできる。この場合、予兆現象を検出してから診断処理を行っても、従来技術と同等の精度で軸受２４の異常診断を行うことができる。
【００２５】
図５は、ＣＰＵユニット１８の処理の概要を示すフローチャートである。同図において、ＣＰＵユニット１８は、１車両分の軸受２４の温度と振動に対するデータ計測を行い（ステップＳ１）、計測結果に対して予兆判定を行う（ステップＳ２）。すなわち、ＣＰＵユニット１８は、１車両分の軸受２４の温度センサ１１及び振動センサ１２の検知出力を１つずつ取り込んで過去値と比較し、該過去値と同一であれば、予兆現象なしと判定して次の温度又は振動の検知出力を取り込む。これに対し、取り込んだ検知出力が過去値と異なると、予兆現象ありと判定して、当該検知出力の温度センサ１１又は振動センサ１２を一時的に記憶する。この処理を１車両分の全ての温度センサ１１及び振動センサ１２に対して行う。
【００２６】
１車両分の温度センサ１１及び振動センサ１２に対して予兆判定を行った後、予兆現象ありと判定した検知出力の温度センサ１１又は振動センサ１２が存在する場合、ＣＰＵユニット１８は、他の処理を中断して、当該センサの検知出力の解析（ステップＳ３）及び判定（ステップＳ４）を行い、当該センサが取り付けられた軸受２４の異常診断を行う。ＣＰＵユニット１８は、ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を所定時間毎に行う。ＣＰＵユニット１８は、予兆現象を複数検知した場合、予め優先順位付けされた順序に従って重要度の高い診断を最優先する。このように、予兆現象ありのときだけ該当する軸受２４に対して診断処理（解析→判定）を行うので、ＣＰＵユニット１８に演算能力の高い高性能なものを必要としない。なお、従来は、１車両分の全てのセンサに対して診断処理（解析→判定）を行い、しかもリアルタイム性を維持するために、センサ数に応じた演算能力を必要としたため、高性能なＣＰＵユニットが必要であった。
【００２７】
図６は、従来の鉄道車両用軸受診断装置のＣＰＵユニット１８０の処理の概要を示すフローチャートである。同図に示すＣＰＵユニット１８０は、１車両分の軸受２４の温度と振動に対するデータ計測を行い（ステップＳ１０）、これにより得られた検知出力を解析し（ステップＳ１１）、解析結果を判定する（ステップＳ１２）。すなわち、ＣＰＵユニット１８０は、１車両分の全ての温度センサ１１及び振動センサ１２の検知出力を１つずつ取り込んで解析・判定を行う。この処理では、リアルタイム性を追求するが故にセンサ数に応じて演算能力を必要とするので、ＣＰＵユニット１８０に演算能力の高い高性能なものが必要となる。
【００２８】
このように本実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置１によれば、２台車３Ａ，３Ｂを有する車両２の１車両分の温度センサ１１及び振動センサ１２の個々の検知出力を１車両分の検知出力として統合するようにしたので、鉄道車両用軸受診断装置１の大型化及び配線の複雑化を抑制できる。また、複数の車両２を統合することが可能となるので、鉄道車両１編成分の軸受診断を低コストで行うことが可能となる。
【００２９】
また、軸受２４の異常診断において、予兆現象ありのときだけ該当する軸受２４に対して診断処理（解析→判定）を行うので、センサ数に応じた演算能力を必要とせず、ＣＰＵユニット１８に演算能力の高い高性能なものを必要としない。すなわち、鉄道車両用軸受診断装置１を安価に提供できる。
【００３０】
なお、本実施形態に係る鉄道車両用軸受診断装置１に、液晶モニタ等のディスプレイを有し、ＣＰＵユニット１８による異常診断結果を視覚表示する結果表示部を設けてもよい。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  鉄道車両用軸受診断装置
２  車両
３Ａ，３Ｂ  台車
１１  温度センサ
１２  振動センサ
１３  車軸センサ入力部
１４  駆動・主電動機センサ入力部
１５  電源部
１６  車軸ＩＦボード
１７  駆動・主電動機ＩＦボード
１８  ＣＰＵユニット
１９  電源ユニット
２１  車軸
２２  駆動装置
２３  主電動機
２４  軸受
３０，３１  ケーブル
２１０  回転軸
２１１  内輪
２１２  外輪
２１３  転動体
【図１】
2017026420.tif 000003
【図２】
2017026420.tif 000004
【図３】
2017026420.tif 000005
【図４】
2017026420.tif 000006
【図５】
2017026420.tif 000007
【図６】
2017026420.tif 000008