(57)【要約】【課題】基板や基板上に実装される電子部品或いは冷却ファンといった構成部品のメンテナンス時期を予見できるコントローラの提供である。【解決手段】本発明のコントローラＣは、基板１上に設置される温度センサＳ１，Ｓ２が検出した温度に基づいて、基板１、基板１上に実装される電子部品２および冷却ファン３の少なくとも一つ以上の残存寿命を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設置される温度センサと、
前記温度センサが検出した温度に基づいて、前記基板、前記基板上に実装される電子部品および前記基板を冷却する冷却ファンの少なくとも一つ以上の残存寿命を求める残存寿命演算部と
を備えたことを特徴とするコントローラ。
【請求項２】
前記残存寿命演算部は、前記温度と残存寿命を求める対象の駆動時間とに基づいて前記残存寿命を求める
ことを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記温度センサを二つ以上設け、
前記残存寿命演算部は、前記各温度センサが検出した温度の平均値に基づいて前記残存寿命を求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記基板と前記冷却ファンを収容する筐体を備え、
前記残存寿命演算部は、前記基板に設けられる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記残存寿命演算部が求めた残存寿命がメンテナンス必要期間以下となるとメンテナンスを促す警告を発する警告部
を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用制振装置にあっては、たとえば、鉄道車両に車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されるアクチュエータと、アクチュエータを制御するコントローラとを備えている。
【０００３】
より詳しくは、アクチュエータは、鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンと台車と車体の他方に連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ロッド側室を前記タンクへ接続する排出通路と、当該排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを備えて構成され、前記ポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁をコントローラで駆動して、アクチュエータに推力を発揮させて鉄道車両の車体の振動を抑制するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなコントローラでは、ポンプや弁の制御のために制御基板を筐体に収容しており、制御基板の温度上昇を抑制するために冷却ファンを備えている。冷却ファンは、ボールベアリングと、ボールベアリングで回転自在に支持され外周に複数のブレードを備えた回転軸と、回転軸を駆動するモータとを備えて構成される。ベアリングは、内方にグリスを保持しており、高温下ではグリスの粘度が低くなり、潤滑性能が低下するため、温度が高くなればなるほど劣化が進んでしまう。そこで、ベアリングの温度と振動を検知して、ベアリングの異常を検知する提案がなされるに至っている（たとえば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０６５７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−０４３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来技術では、ベアリングの異常を検知できるのであるが、ベアリングのメンテナンス時期を予期できず、異常が発生してから事後的にベアリングのメンテナンスを実施する他はなかった。
【０００７】
また、従来技術では、ベアリングの異常の検知はできるが、コントローラ内の基板や基盤に実装される電子部品についてのメンテナンス時期を予期できない。
【０００８】
そこで、本発明は前記問題を解決するために創案されたものであって、その目的とするところは、基板や基板上に実装される電子部品或いは冷却ファンといった構成部品のメンテナンス時期を予見できるコントローラの提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコントローラは、基板上に設置される温度センサが検出した温度に基づいて、基板、基板上に実装される電子部品および冷却ファンの少なくとも一つ以上の残存寿命を求める。よって、従来では、交換時期になっていなくとも予防的に構成部品の交換を行っていたが、このようにコントローラの構成部品のメンテナンス時期を予見できるために、交換時期を把握でき、不必要な部品交換を抑制できる。
【００１０】
さらに、請求項２のコントローラでは、残存寿命演算部が温度と残存寿命を求める対象の駆動時間とに基づいて残存寿命を求めるので、温度変化によらず精度よくメンテナンス時期を予見し得る。
【００１１】
そして、請求項３のコントローラでは、残存寿命演算部が二つ以上の温度センサが検出した温度の平均値に基づいて構成部品の残存寿命を求めるので、構成部品が温度センサの至近に配置されていなくともこの構成部品について精度良くメンテナンス時期を予見できる。
【００１２】
また、請求項４のコントローラでは、基板と冷却ファンを収容する筐体を備えており、残存寿命演算部が基板に設けられているので、コントローラは自己診断にて残存寿命を求められる。よって、コントローラに実装されるＣＰＵによって残存寿命演算部を構成でき、安価にメンテナンス時期を予見し得る。
【００１３】
そして、請求項５のコントローラでは、残存寿命演算部が求めた残存寿命がメンテナンス必要期間以下となるとメンテナンスを促す警告を発する警告部を備えているので、オペレータへメンテナンスが必要である状況となっている旨を伝達でき、オペレータはタイムリーにメンテナンスを実行できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコントローラによれば、基板や基板上に実装される電子部品或いは冷却ファンといった構成部品のメンテナンス時期を予見できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施の形態におけるコントローラの概略図である。
【図２】一実施の形態におけるコントローラによって制御されるアクチュエータの概略図である。
【図３】一実施の形態におけるコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。本実施の形態におけるコントローラＣは、図１に示すように、電子部品２が実装された基板１と、基板１上に設けた温度センサＳ１，Ｓ２と、冷却ファン３と、電源基板４と、同じく基板１上に設けた残存寿命演算部５と、これらを収容する筐体６とを備えて構成されている。
【００１７】
以下、コントローラＣの各部について詳細に説明する。コントローラＣは、本例では、図２に示すように、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の振動を抑制するアクチュエータＡを制御するようになっている。
【００１８】
アクチュエータＡは、シリンダ１０と、シリンダ１０内に移動自在に挿入されたロッド１１と、ロッド１１に連結されるとともにシリンダ１０内に移動自在に挿入されてシリンダ１０内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン１２と、ポンプ１３と、タンク１４と、ポンプ１３とタンク１４を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２へ選択的に接続してアクチュエータＡを伸縮作動させる油圧回路１５とを備えている。油圧回路１５は、ポンプ１３とタンク１４を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２へ選択的に接続するために電磁弁１７を備えている。
【００１９】
そして、コントローラＣは、鉄道車両における車体の加速度情報の入力を受けて、アクチュエータＡに車体の振動を抑制する制御力を発揮させるべく、ポンプ１３を駆動するモータ１６と電磁弁１７を駆動するための制御指令を生成するようになっている。
【００２０】
そのため、コントローラＣは、基板１に設けたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０と、ＣＰＵ２０における演算処理の実行に際して記憶領域を提供するとともにＣＰＵ２０が実行するプログラムを格納するメモリ２１とを備えている。また、コントローラＣは、アクチュエータＡにおけるモータ１６と電磁弁１７を駆動するドライバ回路２２を備えている。
【００２１】
基板１上には、ＣＰＵ２０へ安定した電力を供給する等の目的で設けられるコンデンサ等の電子部品２が実装されるほか、温度センサＳ１，Ｓ２が取り付けられている。また、基板１には、温度センサＳ１，Ｓ２が出力する信号の高周波成分を除去するローパスフィルタ回路２３が設けられており、ローパスフィルタ回路２３で処理された信号が、Ａ／Ｄ変換器２４で処理されたのち、ＣＰＵ２０へ入力されるようになっている。温度センサＳ１，Ｓ２は、基板１上の離れた位置に配置されており、基板１が収容される筐体６内の二箇所の温度を検知できるようになっている。温度センサの設置数は、一つ以上であればよい。
【００２２】
さらに、基板１には、冷却ファン３の駆動するファン駆動回路２５を備えており、ファン駆動回路２５からの電力供給により冷却ファン３が駆動するようになっている。
【００２３】
筐体６は、箱状であって、内部に、基板１、電源基板４および冷却ファン３が収容されており、冷却ファン３は、この例では、筐体６内の中央に配置されていて、駆動時には、筐体６内の空気を撹拌し、基板１、電子部品２および電源基板４の温度上昇を抑制する。冷却ファン３は、詳しくは、図示はしないが、ケース３ａに回転自在に取り付けたブレード３ｂと、このブレード３ｂを回転駆動する図外のモータと、ケース３ａに保持されて軸を回転自在に支持する図外のベアリングとを備えており、ケース３ａが筐体６に固定される。
【００２４】
また、コントローラＣは、警告部７を備えており、警告部７は、筐体６に筐体６外から視認可能な態様で取り付けられたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）８を備えている。警告部７は、ＣＰＵ２０が冷却ファン３の交換を要するメンテナンスが必要と判断すると、ＬＥＤ８を点灯させて、メンテナンスが必要である旨の警告を発するようになっている。
【００２５】
なお、電源基板４は、外部電源から電力供給を受けて、基板１上に実装されるＣＰＵ２０、メモリ２１、電子部品２、ドライバ回路２２、温度センサＳ１，Ｓ２、ファン駆動回路２５へ、各々の動作必要な電圧で電力を供給できるようになっている。
【００２６】
残存寿命演算部５は、ＣＰＵ２０のメモリ２１内に格納されたプログラムの実行により実現されている。具体的には、図３に示す処理手順をＣＰＵ２０が実行して、残存寿命演算部５が実現される。
【００２７】
ＣＰＵ２０は、温度センサＳ１，Ｓ２から入力される筐体６内の温度を取り込む（ステップＦ１）。この場合、二つの温度センサＳ１，Ｓ２から温度が入力されるので、ＣＰＵ２０は、二つの温度センサＳ１，Ｓ２から得た温度の平均値を筐体６内の温度として取り込む。
【００２８】
つづいて、ＣＰＵ２０は、取り込んだ温度と、前回に温度を取り込んでから今回の温度の取り込みまでにおける冷却ファン３の駆動時間と温度をメモリ２１に記憶させる（ステップＳ２）。なお、残存寿命演算部５の処理ではないが、冷却ファン３は、筐体６内の温度が予め設定された設定温度以上となる場合に駆動されるようになっている。設定温度は、任意に設定できるが、冷却ファン３のベアリングの使用可能温度条件、基板１および電子部品２の許容最高温度等によって設定される。よって、ＣＰＵ２０は、残存寿命演算部５としての処理と、アクチュエータＡの制御装置としての処理に加えて、冷却ファン３の駆動制御を実行している。
【００２９】
戻って、ステップＦ２の処理が終了すると、ＣＰＵ２０は、ステップＦ３の処理を実行する。ステップＦ３では、ＣＰＵ２０は、メモリ２１内に格納されている温度と、冷却ファン３の駆動時間とに基づいて、冷却ファン３の残存寿命を求める。残存寿命は、現在から耐用年数に到達する時間長さであり、残存寿命を求めると将来の冷却ファン３の交換などといったメンテナンス時期までに残された時間が分かる。
【００３０】
ベアリングの寿命は、潤滑油が温度によって粘度特性が変化するため、ベアリングが使用される環境の温度によって耐用年数が決まっている。たとえば、４０度では１０．４年、５０度では６．９年、６５度では４．２年というように、温度が高くなると粘度が低下して潤滑油の潤滑性能が低下してベアリングの寿命が短くなるのである。そして、ベアリングの温度は、ベアリングを取り巻く雰囲気の温度である筐体６内の気温に依存するので、温度センサＳ１，Ｓ２が検知する温度から残存寿命を求め得る。
【００３１】
具体的には、冷却ファン３の駆動時間と温度の積の積算した値を求め、この積算値から残存寿命を求める。前述した条件であると、４０度で駆動する場合にベアリングが寿命までに受ける熱の総量は、４０度×１０．４年＝４１６度・年となる。５０度で駆動する場合にベアリングが寿命までに受ける熱の総量は、５０度×６．９年＝３４５度・年となる。さらに、６５度で駆動する場合に寿命までにベアリングが受ける熱の総量は、６５度×４．２年＝２７３度・年となる。
【００３２】
１年を３６５日とすると、１年は、２４時間×３６５日＝８７６０時間となる。よって、たとえば、検出された温度が５０度であり、駆動時間が１時間であると、この駆動時間においてベアリングが受けた熱の総量は、５０度×１／８７６０＝０．００５７０８度・年となる。この熱の総量を４０度を基準とした値に換算すると、０．００５７０８×４１６／３４５＝０・００６８８２度・年となる。６５度で駆動時間が１時間の場合も同様に考えて熱の総量を４０度を基準とした値に換算すると、６５度×１／８７６０×４１６／２７３＝０・０１１３０７度・年となる。このように、検出された温度に対して冷却ファン３の駆動時間を乗じてこの駆動時間にベアリングに作用した熱の総量を算出し、この算出した値を４０度を基準とした値に換算し、さらに、この換算された値を積算すると、４０度を基準としてベアリングが受けた熱の総量Ｑが得られる。そして、４０度で駆動する場合にベアリングが寿命までに受ける熱の総量である４１６度・年から前記のようにして求めた熱の総量Ｑを差し引くと、ベアリングが現在から寿命までに受け得る熱量Ｒが求まる。そして、熱量Ｒを４０度で割り算すれば、ベアリングの残存寿命が得られ、メンテナンス時期までの時間が得られる。この演算に必要な情報は、この例では、４０度以上の各温度でのベアリングが寿命までに受け得る熱の総量であるが、この情報は、マップ化してメモリ２１に予め格納しておけばよい。このマップは、１度毎に前記の熱の総量が把握できるものであってもよいし、１０度毎に把握できるものとして、その間の温度に関しては線形補間によって、その温度における熱の総量を都度求めるようにしてもよい。
【００３３】
ＣＰＵ２０は、このように、冷却ファン３の駆動時間と温度の積を積算し、４０度基準でのベアリングが現在までに受けた熱の総量Ｑである積算値を求め、この積算値から残存寿命を求める。
【００３４】
なお、前述のような残存寿命の求め方に代えて以下のようにしてもよい。温度センサＳ１，Ｓ２の検出温度の平均値が４０度未満では、冷却ファン３を駆動しない場合、４０度での耐用年数を基準にして考えると、前述した条件であると、４０度の温度環境下でのベアリングの駆動により耐用年数は、１０．４年であるが、５０度では６．９年となる。つまり、５０度での駆動によるベアリングの劣化の進み度合は、４０度での駆動による劣化の進み度合の約１．５１倍となる。つまり、５０度で１秒間冷却ファン３を駆動すると、４０度で１．５１秒間冷却ファン３を駆動したのと同等となる。６５度での駆動では耐用年数が４．２年となるので、６５度での１秒間冷却ファン３を駆動すると、４０度で１．６４秒間冷却ファン３を駆動したのと同等となる。
【００３５】
よって、５０度で冷却ファン３を駆動すると、４０度で冷却ファン３を駆動する場合より、実際の駆動時間の１．５１倍の時間で冷却ファン３を駆動した状態に匹敵する。よって、温度によって、駆動時間に倍率を乗じて、４０度基準で換算した駆動時間を求め、４０度での駆動による耐用年数から、前述のようにして求めた駆動時間の積算値を差し引くと、残存寿命が求められる。この場合、温度によって駆動時間に乗じる倍率が異なるので、この倍率をマップ化してメモリ２１に予め格納しておけば、前述の熱量から残存寿命を求めるのと同様に、温度に基づいた駆動時間の積算から残存寿命を求められる。
【００３６】
つづいて、ＣＰＵ２０は、以上のようにして求めた残存寿命がメンテナンス必要期間内であるか否かを判断する（ステップＦ４）。メンテナンス必要期間を、たとえば、０．３年とする場合、現在から冷却ファン３の交換終期までの時間、つまり、ステップＦ３で求める現在から冷却ファン３のベアリングの残存寿命がが、０．３年以下となるか否かを判断して、メンテナンス時期が到来しているか否かを判断する。メンテナンス必要期間は、冷却ファン３の交換作業を要する期間であり、鉄道車両のメンテナンス周期に応じて冷却ファン３が寿命を迎える前に交換ができるように設定される。
【００３７】
ＣＰＵ２０は、残存寿命がメンテナンス必要期間内に入ると判断すると、メンテナンスが必要となった旨をコントローラＣのオペレータ等に知らせるべくＬＥＤ８を点灯して警告を発する（ステップＦ５）。この場合、警告部７は、ＣＰＵ２０とＬＥＤ８とで構成され、ＣＰＵ２０がプログラムを実行してステップＦ５の処理を実行して実現される。
【００３８】
他方、ステップＦ４の判断で、残存寿命がメンテナンス必要期間内でない場合、ステップＦ１へ戻って、ＣＰＵ２０は、前述の処理を繰り返し実行する。
【００３９】
前述したところでは、残存寿命演算部５は、冷却ファン３のメンテナンスが必要となるまでの時間（残存寿命）を求めているが、冷却ファン３以外の残存寿命を求めてもよい。たとえば、基板１にあっては、熱による経年劣化により、電子部品２の実装に使用される半田にクラックが入る。そのため、前述のように、使用温度条件毎の耐用年数を把握しておけば、温度に基づいて、基板１の交換が必要なメンテナンス時期までの時間としての残存寿命を求め得る。電子部品２にあっても、コンデンサやスイッチング素子等、熱の影響を受け、使用温度によって耐用年数が決まるものであれば、同様に、残存寿命を求め得る。よって、コントローラＣは、基板１、基板１上に実装される電子部品２および基板１を冷却する冷却ファン３の全ての残存寿命を求めてもよいし、これらのうち任意に選択したものの残存寿命を求めてもよい。
【００４０】
また、本例では、ＣＰＵ２０は、求めた残存寿命の情報を鉄道車両の車両モニタへ送信するようにしてもよい。この場合、車両モニタを警告部として利用して車両モニタの画面へメンテナンスが必要である旨或いは残存寿命そのものを警告として表示させるようにしてもよい。よって、前述のステップＦ５において、ＬＥＤ８の点灯に加えて、或いは、ＬＥＤ８の点灯に代えて鉄道車両の車両モニタへメンテナンスが必要である旨の警告表示するようにしてもよい。
【００４１】
このように、本発明のコントローラＣは、基板１上に設置される温度センサＳ１，Ｓ２と、温度センサＳ１，Ｓ２が検出した温度に基づいて、基板１、基板１上に実装される電子部品２および基板１を冷却する冷却ファン３の少なくとも一つ以上の残存寿命を求める。よって、本発明のコントローラＣは、基板１や基板１上に実装される電子部品２或いは冷却ファン３といった構成部品のメンテナンス時期を予見できる。従来では、交換時期になっていなくとも予防的に構成部品の交換を行っていたが、このようにコントローラＣの構成部品のメンテナンス時期を予見できるために、交換時期を把握でき、不必要な部品交換を抑制できる。
【００４２】
さらに、本例のコントローラＣは、残存寿命演算部５は、温度と残存寿命を求める対象の駆動時間とに基づいて残存寿命を求めるので、温度変化によらず精度よくメンテナンス時期を予見し得る。
【００４３】
そして、本例のコントローラＣは、残存寿命演算部５が二つ以上の温度センサＳ１，Ｓ２が検出した温度の平均値に基づいて構成部品の残存寿命を求めるので、構成部品が温度センサＳ１，Ｓ２の至近に配置されていなくともこの構成部品について精度良くメンテナンス時期を予見できる。
【００４４】
また、本例のコントローラＣは、基板１と冷却ファン３を収容する筐体６を備えており、残存寿命演算部５が基板１に設けられているので、コントローラＣは自己診断にて残存寿命を求められる。よって、コントローラＣに実装されるＣＰＵ２０によって残存寿命演算部５を構成でき、安価にメンテナンス時期を予見し得る。
【００４５】
そして、本例のコントローラＣは、残存寿命演算部５が求めた残存寿命がメンテナンス必要期間以下となるとメンテナンスを促す警告を発する警告部７を備えているので、オペレータへメンテナンスが必要である状況となっている旨を伝達でき、オペレータはタイムリーにメンテナンスを実行できる。
【００４６】
なお、コントローラＣは、鉄道車両のアクチュエータＡを制御するものとして説明したが、セミアクティブダンパを制御するものであってもよいし、コントローラＣの制御対象はこれらに限られない。
【００４７】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・基板、２・・・電子部品、３・・・冷却ファン、５・・・残存寿命演算部、６・・・筐体、７・・・警告部、Ｃ・・・コントローラ、Ｓ１，Ｓ２・・・温度センサ
【図１】
2017058137.tif 000003
【図２】
2017058137.tif 000004
【図３】
2017058137.tif 000005