説明

リニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間モニタリング装置

【課題】リアクションプレートとリニアインダクションモータとの隙間を連続的に測定する。
【解決手段】本発明のリニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間モニタリング装置は、リニアインダクションモータ2に該リアクションプレート4の幅方向両端部位に臨むよう各々取り付けられ、リアクションプレート4との高さを計測する複数の非接触式変位センサ3と、これら複数の非接触式変位センサ3による計測値と、所定地点のリアクションプレート4Aを通過したときに計測した該リアクションプレート4Aとの距離とを比較してリアクションプレート4とリニアインダクションモータ2とのギャップを求めるデータ処理部10と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道システムのリアクションプレートの高さを連続的に測定することによりリアクションプレートとリニアインダクションモータとの隙間をモニタリングする装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道車両に搭載されるリニアインダクションモータ(LIM)と、軌道に敷設されるリアクションプレート(RP)から構成される駆動システムでは、リニアインダクションモータの一次コイルを励磁して可変速の移動磁界を発生させることで、リアクションプレートに誘導される渦電流との相互作用で推力を得るようになっている。リニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間(以下、ギャップという)は、現状、日本の鉄道システムにおいて標準として、12mm程度に設定されている。
【0003】
上記の駆動システムにおいては、リアクションプレートの取り付け部分の経時変化や不慮の事故などにより、リアクションプレートの高さが変化する事例が報告されている。リアクションプレートの高さが敷設当初の高さより低くなると、リニアインダクションモータとのギャップが大きくなって電気効率が低下する。一方、リアクションプレートの浮き上がり等によって敷設当初の高さより高くなってリアクションプレートとリニアインダクションモータが接触すると事故に繋がる可能性がある。
【0004】
従って、リアクションプレートの高さを線路巡回や夜間工事の際に人手で測定するようにしているが、測定効率が悪いだけでなく、測定者による測定誤差が生じる。また、測定には、リニアインダクションモータによる吸引力がリアクションプレートに働いた状態ではないので、測定値は必ずしもリニアインダクションモータの通過時のギャップの真の値であるとは限らない。
【0005】
上記の人手による、リニアインダクションモータによる吸引力がリアクションプレートに作用しない状態での測定の不具合を解消するものとして、例えば特許文献1の測定装置が提案されている。
【0006】
特許文献1の測定装置は、車両の底面に形成された凹凸形状を、レーザセンサを用いて地上から測定するリニアモータギャップセンサ部と、リニアモータギャップセンサ部による凹凸形状のデータに基づいてギャップを算出するリニアモータギャップ計測部を備えたものである。
【0007】
特許文献1で提案された測定装置は、走行中の車両におけるリニアインダクションモータの高さを軌道側から測定するもので、車両の速度変化による測定位置のずれを補正し、車両の左右及び走行方向の傾きも測定可能とするものである。
【0008】
しかしながら、特許文献1で提案された測定装置は、測定装置を設置した箇所のギャップをピンポイントで測定するものであり、測定装置を設置しない箇所の測定を行うことができない。仮に軌道の全長に亘る測定を行うには、軌道の全長に亘ってリニアモータギャップセンサ部を設置する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2001−27516号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
解決しようとする問題は、軌道側に設けたリニアモータギャップセンサ部を含むリニアモータギャップ計測部にて測定する手法では、ピンポイントのギャップの測定しかできないという点、である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、リアクションプレートとリニアインダクションモータとのギャップを連続的にモニタリングするために、リニアインダクションモータに該リアクションプレートの幅方向両端部位に臨むよう各々取り付けられ、該リアクションプレートとの高さを計測する複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と、所定地点のリアクションプレートを通過したときに計測したリアクションプレートとの距離(基準高さ値)とを比較してリアクションプレートとリニアインダクションモータとのギャップを求めるデータ処理部と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、リニアインダクションモータに取り付けた非接触式変位センサによってリアクションプレートの高さを測定するので、車両を走行させながら連続的に、リニアインダクションモータによる吸引力が作用する状態でリアクションプレートの高さを測定することができるという利点がある。
【0013】
リニアインダクションモータにリアクションプレートの幅方向両端部位に臨むように取り付けた複数の非接触式変位センサの各々の計測値を用いてリアクションプレートの高さを求めるので、リアクションプレートの平面ねじれ(幅方向の高低差)を検出することができ、さらに、進行前後の方向にも非接触式変位センサを複数個取り付けておくことで、幅方向両端部位におけるある非接触式変位センサが故障しても他のセンサで計測することができるという利点もある。
【0014】
さらに、本発明は、リアクションプレートを通過したときに計測した高さ値を所定地点のリアクションプレートを通過したときに計測した基準高さ値と比較することで、車輪摩耗や熱変形などによる変位センサの取り付け高さの変化を自動修正でき、精度の高い測定結果を得ることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、本発明のリニアインダクションモータとリアクションプレートとのギャップモニタリング装置の概略構成を示した図で、(a)は車両側面方向から見た図、(b)は(a)図の右側面から見た図である。
【図2】図2は、本発明の変位センサの取り付け状態を示した図である。
【図3】図3は、本発明の各構成の配線状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明は、リアクションプレートとリニアインダクションモータとのギャップを連続的にモニタリングするという目的を、リニアインダクションモータに取り付けた複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と、所定地点のリアクションプレートを通過したときに計測したリアクションプレートとの距離(基準高さ値)とを比較してリアクションプレートとリニアインダクションモータとのギャップを求めるデータ処理部と、を備えることで実現した。
【実施例】
【0017】
本発明のリニアインダクションモータとリアクションプレートとのギャップモニタリング装置は、図1〜図3に例示する形態により実施可能である。例えば最後尾の車両1の後尾側の台車(台車枠1a)に懸架状に取り付けられたリニアインダクションモータ2には非接触式変位センサ3が設けられている。
【0018】
非接触式変位センサ3は、リニアインダクションモータ2の例えば先端部に設けられ、走行時の振動を軽減することができるハウジング3a内部において、本例では2個、車両1の幅方向両側、つまりリアクションプレート4の幅方向両端部位に臨むように取り付けられている。なお、この2個の非接触変位センサ3を1セットとして進行方向の前後にもう1セット設けてもよい。
【0019】
非接触式変位センサ3の各々は、本例ではリアクションプレート4までの距離を該リアクションプレート4の表面を例えば75μm×2000μmの2次元の範囲において検知するものを採用している。2次元の範囲の測定であれば、表面の不規則性の影響を排除することができる。また、非接触式変位センサ3の測定間隔が例えば1msecであれば、0.1msecの測定を2回繰り返して、平均値を測定値とすることもでき、1回の測定の場合より平均精度は向上する。
【0020】
前記非接触式変位センサ3は、高精度で、周波数応答性が良く、磁界及び音波の影響に強く、測定対象物の物性変化に影響されにくく、測定レンジが広いレーザ変位計を採用している。
【0021】
また、本例では、車軸5aの軸端部両側には、走行時の車両1の振動加速度を検知する振動センサ6を設置している。これら非接触式変位センサ3及び振動センサ6は、車両1のメンテナンス時の利便性を考慮し、リニアインダクションモータ2、車軸5aに対して脱着可能とされている。
【0022】
非接触式変位センサ3、振動センサ6の電気信号は、車体1bの床下に設置された筐体7内に設けられたアンプ8にそれぞれ送られ、リアクションプレート4の計測高さに比例する電圧信号に変換して同じく筐体7内に設けられた制御装置9に出力される。また、不図示の既測定器からの走行速度とキロ程信号もまた制御装置9に出力される。
【0023】
制御装置9は、車両1の既測定器からの走行速度とキロ程と、前記非接触式変位センサ3によるリアクションプレート4の高さの計測値と、振動センサ6による振動加速値を一定の移動距離毎に関連付けてデジタル化されたデータを記録する。
【0024】
なお、制御装置9は車両1から電源ユニットへ電力が供給され、この電源ユニットを介して制御装置9、アンプ8、非接触式変位センサ3、振動センサ6に対して各々電力供給が行われるようになっている。また、非接触式変位センサ3及び振動センサ6からの配線はコネクタ11a、11bを介して筐体7に設けたアンプ8等に接続するようになっている。
【0025】
制御装置9は例えば内蔵した記録装置によって上記データを記録媒体12に記録し、この記録媒体12に記録されたデータを制御装置9とは別場所(本例では例えば車両1内)に設けられたデータ処理部10で処理する。
【0026】
なお、制御装置9で得られた、車両1の既測定器からの走行速度とキロ程と、前記非接触式変位センサ3によるリアクションプレート4の高さの計測値と、振動センサ6による振動加速値を一定の移動距離毎に関連付けてデジタル化されたデータをオンラインでデータ処理部10に送って処理することも可能である。
【0027】
データ処理部10は、非接触式変位センサ3の実計測値を算出する。このとき、車輪5b摩耗や熱変形によるリニアインダクションモータ2の取り付け状態の変化が、非接触式変位センサ3の取り付け位置の絶対高さに影響をおよぼすことがある。
【0028】
そこで、データ処理部10は、所定位置のリアクションプレート4(以下、校正リアクションプレート4Aという)を通過した際の非接触式変位センサ3の実計測値データを基準高さ値として、リアクションプレート4における計測値と比較し、この比較結果をリアクションプレート4とリニアインダクションモータ2とのギャップの測定値(リアクションプレート4の高さ)とする。
【0029】
その際、データ処理部10は、測定値のデータに含まれるリアクションプレート4とリアクションプレート4の継ぎ目の欠線部における落ち込み、振動センサ6による振動加速度値αを用いて軌道状態を加味した車両1の振動によるギャップ変動値を、ノイズとしてこれを除去する。
【0030】
なお、前記振動加速度値αを用いて変位に与える影響は(1)式で与えられる。(1)式中、Aは「振動加速度の振幅」、hは「振動加速度から算出される変位量」、α(t)は「振動加速度の時間関数」、を各々意味する。
【0031】
【数1】

【0032】
続いて、データ処理部10は、ギャップの適正度(リアクションプレート4の高さの適正度)を判定するためのしきい値を超える測定値について、その測定値と合わせてリアクションプレート4の位置情報や一定間隔で前後するリアクションプレート4の測定値の変位データを抽出する。
【0033】
このように、本発明は、データ処理部10は、校正リアクションプレート4Aの通過時に非接触式変位センサ3の基準高さを校正し、リアクションプレート4の欠線部における落ち込み、車両1の振動による変動値をノイズとして除去することにより、これら要因に基づく誤測定を防止して、精度の高いモニタリングが可能となる。したがって、本発明によれば、リニアインダクションモータ2とリアクションプレート4とのギャップを12mmより小さくでき、電気効率の向上を図ることも可能になる。
【0034】
また、少なくとも2個の非接触式変位センサ3間の距離をリアクションプレート4の幅方向の一定長さ(例えば、リアクションプレート4の幅の2/3以上)に配置すれば、リアクションプレートの左右方向の傾きも測定可能である。
【0035】
なお、上記実施例では、アンプ8や制御装置9を収納した筐体7が車体1bの床下に設置する構成を示したが、図1に想像線で示すように車両1内に設置してここからコネクタ11a、11bで配線するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0036】
1 車両
2 リニアインダクションモータ
3 非接触式変位センサ
4 リアクションプレート
4A 校正リアクションプレート
5a 車軸
5b 車輪
6 振動センサ
9 制御装置
10 データ処理部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
リアクションプレートとリニアインダクションモータとの隙間を連続的にモニタリングする装置であって、リニアインダクションモータに該リアクションプレートの幅方向両端部位に臨むよう各々取り付けられ、該リアクションプレートとの高さを計測する複数の非接触式変位センサと、これら複数の非接触式変位センサによる計測値と、所定地点のリアクションプレートを通過したときに計測した該リアクションプレートとの距離とを比較してリアクションプレートとリニアインダクションモータとのギャップを求めるデータ処理部と、を備えたことを特徴とするリニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間モニタリング装置。
【請求項2】
前記データ処理部は、車軸に設けた振動センサにより検知した車両の振動加速度値を用いて前記隙間を求めることを特徴とする請求項1記載のリニアインダクションモータとリアクションプレートとの隙間モニタリング装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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