JP2009255822A - 鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱線を、確実に、且つ、いち早く検知できる鉄道車両の脱線検知装置を、更には脱線に繋がる浮き上りを検知できる鉄道車両の浮き上り検知装置を、実現する。
【解決手段】制御回路２８中の判定器は、複列円すいころ軸受ユニット８の一部に支持固定されたセンサユニット１７を構成する振動センサの測定信号に基づいて、脱線の有無を判定する。この為に、この測定信号を、別の車軸の回転速度を測定する為の回転速度センサの測定信号により通過周波数帯域を変化させるバンドパスフィルタを通過させる。前記判定器は、このバンドパスフィルタを通過する出力がない場合に、脱線したと判定する。又、１対の複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生する振動の大きさが大きく異なった場合に、浮き上り現象が発生したと判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄道車両が脱線した事、或いは断線に繋がる、レールからの車輪の浮き上りが発生した事をいち早く検知して、迅速且つ適切な対応をできる様にする事で、脱線或いは浮き上りがより重大な事故に繋がらない様にする、鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置の改良に関する。

鉄道車両が脱線した場合、そのまま走行を続けると、転覆等の、より重大な事故に繋がる。一方、脱線は、運転席のある１両目で発生するとは限らず、多両連結の列車で、中間乃至後方の車両のみが脱線する場合もある。この様な場合に、運転手が気付かずに走行し続けると、初めに脱線した車両以外の車両迄もが脱線したり、更には転覆したりする、より重大な事故に繋がる。この様な、より重大な事故を未然に防止する為に従来から、例えば特許文献１〜４に記載された構造が知られている。

図４は、このうちの特許文献１に記載された鉄道車両の脱線検知装置を示している。車体１、１は、それぞれ１対ずつの台車２、２上に載っており、これら各台車２、２には、それぞれ１対ずつの車軸が、転がり軸受により回転自在に支持されている。又、これら各車軸の両端部には、それぞれ車輪３、３が固定されており、これら各車輪３、３が、それぞれレール４上を、転動しつつ走行する様になっている。前記特許文献１に記載された鉄道車両の脱線検知装置の場合には、前記各台車２、２に、脱線検知装置５、５を設置している。これら各脱線検知装置５、５は、振動センサを備えたもので、この振動センサが測定する、前記各台車２、２の振動が閾値を越えた場合に、当該台車２に支持された車輪３、３がレール４から外れた（脱線した）と判定する。

この様な特許文献１に記載された鉄道車両の脱線検知装置は、運転者の感覚に頼るよりも、遥かに迅速且つ確実に脱線を検知できるが、より迅速且つ確実な脱線検知を行う面からは、改良の余地がある。この理由は、前記各脱線検知装置５、５を前記各台車２、２に設置している事に伴って、これら各脱線検知装置５、５を構成する振動センサにより前記脱線に基づく振動を、必ずしも感度良く検知できない為である。即ち、台車は車輪に比べて質量が大きく、この台車を振動させる為に要するエネルギが大きくなる。しかも、両端部に車輪を固定した車軸と台車との間には（台車と車体との間のばねとは別に）ばねを設ける場合がある為、この車軸の振動がこの台車に伝わる迄に或る程度の緩衝作用が働く事がある。この結果、脱線の初期に発生する振動が比較的小さい場合に、この振動を検出できない可能性がある。

又、特許文献２、３には台車よりも上側に作用する上下方向加速度により、特許文献４には軸箱支持部と台車枠との間に作用する上下方向荷重により、それぞれ脱線を検知する装置が記載されている。これら特許文献２〜４に記載された従来構造の場合も、運転者の感覚に頼るよりも、遥かに迅速且つ確実に脱線を検知できるにしても、構造が複雑になったり、脱線の態様によってはこれを初期段階で検知しにくい等の問題がある。

一方、特許文献５には、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに、振動センサを含む複数種類のセンサを組み込み、この転がり軸受ユニットが寿命に達した事を検出する等、この転がり軸受ユニットの運転状態を検知する構造が記載されている。図５は、この様な特許文献５に記載された従来構造の１例を示している。本発明の鉄道車両の脱線検知装置は、この特許文献５に記載された構造を利用するので、先ず、この構造に就いて簡単に説明する。

鉄道車両の台車２（図４参照）に設置された軸受箱６の内径側に車軸７の端部を、転がり軸受である、複列円すいころ軸受ユニット８により、回転自在に支持している。車輪３（図４参照）は、前記車軸７の一部で、この複列円すいころ軸受ユニット８よりも少しだけ中央寄り部分に固定（一般的には車軸７と一体に成形）している。この複列円すいころ軸受ユニット８を構成する外輪９の内周面と内輪１０の外周面との間で、複数個の転動体（円すいころ）１１を設置した軸受内部空間１２の外端開口部に、内径側環体１３と外径側環体１４とを組み合わせた、ラビリンスシールユニット１５を設けている。このうちの内径側環体１３は、前記車軸７の端部に外嵌固定している。又、前記外径側環体１４の基部は、前記外輪９の外端部に内嵌固定している。

前記外径側環体１４は、十分な強度及び剛性を有する金属板を曲げ形成する事により、全体を円環状としたもので、径方向中間部に形成した円輪部１６の外側面にセンサユニット１７を、複数本のボルト１８とナットプレート１９とにより結合固定している。このセンサユニット１７は、センサケース２０内に設置したプリント基板２１に、それぞれが検出素子と処理回路とをＩＣ化した、回転速度センサ２２と、温度センサ２３と、振動センサ２４とを設けて成る。又、この回転速度センサ２２により前記車軸７の回転速度検出を可能にする為に、この車軸７の端部に螺着したナット筒２５の外周面内半部に歯車状の凹凸部２６を形成して、当該部分にトーンホイールとしての機能を持たせている。前記回転速度センサ２２は、前記センサケース２０に形成した透孔２７部分に設置されて、検出部を前記凹凸部２６に近接対向させている。

前記各センサ２２〜２４のうち、回転速度センサ２２の測定信号からは、前記車軸７の回転速度が分かる。又、この回転速度は、鉄道車両の走行速度を求める為に利用できる他、前記振動センサ２４が検出した、前記複列円すいころ軸受ユニット８の振動との関係で、この複列円すいころ軸受ユニット８の異常の有無の判定に利用できる。又、前記温度センサ２３の測定信号からは、この複列円すいころ軸受ユニット８の温度が分かる。そして、この温度が異常に上昇した場合には、この複列円すいころ軸受ユニット８に、焼き付きに結び付く様な重大な損傷が発生していると判定できる。更に、前記振動センサ２４の測定信号からは、前記複列円すいころ軸受ユニット８の運転に伴う振動（大きさ及び周波数）が分かる。そして、この振動に基づき（必要に応じて前記回転速度検出センサ２２の測定信号を勘案しつつ）、前記複列円すいころ軸受ユニット８に剥離等の損傷が発生しているか否かが分かる。

上述の様な特許文献５に記載された構造を脱線検知に利用すれば、前記振動センサの感度を向上させて、脱線の初期に発生する振動を検出できるものと考えられる。但し、単に前記特許文献５に記載された構造を脱線検知に利用しただけでは、必ずしも脱線に基づいて発生した振動を確実に検知できない可能性がある。即ち、前記図５に示した構造で前記振動センサ２４が検出する振動には、前記複列円すいころ軸受ユニット８部分で発生する振動もある。ポイント通過時の様な低速走行時に、脱線が緩やかに発生した場合、この脱線に基づく振動が、前記複列円すいころ軸受ユニット８部分で発生する振動に紛れて（埋もれて）、把握できない可能性がある。

又、多くの場合、脱線の先立って一方の車輪をレール上に載せた状態のまま、他方の車輪がレールから浮き上がる、所謂浮き上りが発生する。この様な浮き上りの状態を検知して、「駆動停止→制動」等の措置を講じられれば、脱線を未然に防ぐ事ができて、鉄道事故の防止上、より効果的である。

特開平１０−２７８７９５号公報 特開平９−３９７９０号公報 再公表特許公報ＷＯ００／０９３７９号公報 特開２００２−７９９４１号公報 特開２００５−２０７５１６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、脱線に基づいて発生する振動を確実に検知できて、鉄道車両が脱線した事をいち早く検知できる鉄道車両の脱線検知装置を、更には脱線に繋がる浮き上りを検知できる鉄道車両の浮き上り検知装置を実現すべく発明したものである。

本発明の鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置のうち、請求項１に記載した鉄道車両の脱線検知装置は、転がり軸受と、振動センサと、判定器と、回転速度センサと、バンドパスフィルタとを備える。
このうちの転がり軸受は、両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸を、台車に対し回転自在に支持する。
又、前記振動センサは、前記転がり軸受の一部（一般的には回転しない外輪）に、直接、又はシールケース等の他の部材を介して支持固定されていて、前記車輪の状態に応じて変化する振動を測定する。
又、前記判定器は、前記振動センサの測定信号に基づいて脱線の有無を判定する。
又、前記回転速度センサは、同じ列車（１両編成の場合には同じ車両）に設けられた別の車軸の回転速度を測定する。
更に、前記バンドパスフィルタは、前記振動センサと前記判定器との間に設けられたもので、この振動センサの測定信号のうちの所定の帯域の周波数のみを通過させる。又、このバンドパスフィルタが通過させる前記所定の帯域の周波数は、前記転がり軸受の構成部品から発生する周波数とする。そして、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させる。
更に、前記判定器は、前記所定の帯域の周波数の振動の大きさが所定値以上でない場合に、当該車輪が脱線したと判定する。
この様な請求項１に記載した鉄道車両の脱線検知装置の発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記別の車軸を、脱線を検知すべき車輪を固定した車軸とは別の台車に（更に好ましくは、複数両編成の列車で別の車両の台車に）支持された車軸とする。

一方、請求項４に記載した、鉄道車両の浮き上り検知装置は、１対の転がり軸受と、１対の振動センサと、判定器とを備える。
このうちの１対の転がり軸受は、両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸の両端部を台車に対し、回転自在に支持する。
又、前記両振動センサは、前記両転がり軸受の一部に支持固定されて、前記両車輪の状態に応じて変化する振動を測定する。
更に、前記判定器は、前記両振動センサの測定信号を比較し、これら両振動センサの測定信号同士の間の大きさ（振幅）の相違が所定値以上である場合に、何れかの（振動センサの測定信号が低い側の）車輪がレールから浮き上がったと判定する。

この様な請求項４に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した発明の様に、前記車軸（請求項１に記載した発明とは異なり、浮き上りの発生を検知すべき車輪を固定した車軸）の回転速度を測定する為の回転速度センサを設ける。又、前記１対の振動センサと前記判定器との間にそれぞれ、所定の帯域の周波数の振動のみを通過させる、１対のバンドパスフィルタを設ける。そして、これら両バンドパスフィルタが通過させる、前記所定の帯域の周波数を、両転がり軸受の構成部品から発生する周波数とし、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させる。

上述の様に構成する本発明の鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置のうち、請求項１に記載した鉄道車両の脱線検知装置によれば、脱線に基づく振動の変化を確実に検知できる為、鉄道車両が脱線した事をいち早く検知できる。
即ち、本発明の鉄道車両の脱線検知装置の場合には、前記振動を測定する為の振動センサを、車輪との間にバネを設けた台車ではなく、転がり軸受の一部に支持固定している為、この転がり軸受により回転自在に支持された車輪に関する振動が前記振動センサに確実に伝わり、この振動を確実に検知できる。

しかも本発明の場合には、バンドパスフィルタにより、前記転がり軸受部分で発生する振動の周波数のみを通過させる。即ち、バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域は、前記転がり軸受部分で発生する振動の周波数帯域であり、この転がり軸受部分で発生する振動の周波数帯域は、この転がり軸受の回転速度に応じて変化する（この回転速度に比例する）。一方、一部の車輪が脱線した状態では、当該車輪（及びこの車輪を固定した車軸）の回転速度は、未だレール上に乗っている車輪の回転速度とは異なった値になり、しかも激しく変動する。上記バンドパスフィルタの通過周波数は、脱線検知の対象とは別の車輪の回転速度に応じて設定されるので、一部の車輪が脱線した状態では、当該車輪を固定した車軸を支持した転がり軸受の振動を表す信号は、前記バンドパスフィルタを通過できなくなる。そこで、判定器は、この転がり軸受の振動を表す信号が観察されないか、仮に観察された場合でも所定値（閾値）未満である（安定して所定値以上の振動値を維持しない）場合に、前記一部の車輪が脱線したと判定する。尚、脱線の検知対象の車輪と、回転速度の測定対象の車輪とが、同時に脱線した場合でも、これら両車輪の回転速度が一致する事は稀である。従って、この場合でも、安定して所定値以上の振動値を維持する事はなく、脱線の発生を検知できる。但し、請求項２に記載した発明の構成を採用すれば、同時に脱線する可能性を低く抑えて、脱線検知の信頼性向上を図れる。

一方、請求項４に記載した鉄道車両の浮き上り検知装置の場合には、車軸の両端部を支持している１対の転がり軸受のうち、浮き上がった車輪側の転がり軸受に加わるラジアル荷重が、レール上に乗ったままの車輪側の転がり軸受に加わるラジアル荷重よりも極端に小さくなる事で、脱線に繋がる浮き上りの発生を検知できる。即ち、転がり軸受の運転に伴って発生する振動は、当該転がり軸受に加わるラジアル荷重が大きい程大きくなる。そこで、前記両転がり軸受部分で発生する振動の大きさを表す測定信号を比較し、これら両振動に関する測定信号同士の間の大きさの相違（差の絶対値或いは比）が所定値以上であるか否かを見れば、車輪の浮き上りが発生したか否かを検知できる。
この場合に、請求項５に記載した発明の様に、前記両振動センサの測定信号をバンドパスフィルタを通過させれば、前記両転がり軸受で発生する振動以外の振動を除いて、前記両振動センサの測定信号同士の間の大きさの相違に基づく浮き上りの有無を、精度良く判定できる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２により、請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第１例に就いて説明する。尚、本例を含め、本発明を実施する場合には、前述の図５に示した特許文献５に記載した従来構造の様に、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに、振動センサ２４を含む複数種類のセンサ２２〜２４を組み込んだ、センサ付の複列円すいころ軸受ユニット８の構造を利用する。前記従来構造の場合には、前記各センサ２２〜２４の測定データを、前記複列円すいころ軸受ユニット８の運転状態を検知する為にのみ利用していたのに対して、本例の場合には、この運転状態に加えて、脱線を検知する為に利用する。前記センサ付の複列円すいころ軸受ユニット８の構造に就いては、前記特許文献５に記載された通りであるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、本例の場合には、振動を測定する車軸７と、回転速度を測定する車軸７とを、互いに異ならせる。図１は、後述する実施の形態の第２例と共通の図面である為、１本の車軸７の両端部を支持した１対の複列円すいころ軸受ユニット８、８にそれぞれセンサユニット１７、１７を設けているが、本例の場合には、１本の車軸７に設けるセンサユニット１７は１個のみでも足りる。

本例の鉄道車両の脱線検知装置は、前記特許文献５に記載された従来構造と同様、前記図５に示す様に、転がり軸受である複列円すいころ軸受ユニット８と、回転速度センサ２２と、温度センサ２３と、振動センサ２４と、図示しない判定器とを備える。このうちの複列円すいころ軸受ユニット８は、両端部に車輪３、３を固定した鉄道車両の車軸７を、台車２（図４参照）に対し回転自在に支持する。又、前記回転速度センサ２２は、この車軸７の端部外周面に形成した凹凸部２６との組み合わせにより、この車軸７の回転速度を求める為に利用する。又、前記温度センサ２３は、前記複列円すいころ軸受ユニット８の設置部分の温度を測定する。この温度センサ２３が測定した、この温度を表す信号は、焼き付き等の、前記複列円すいころ軸受ユニット８の故障を検知する為に利用する。更に、前記振動センサ２４は、この複列円すいころ軸受ユニット８の設置部分の振動を測定する。この振動センサ２４が測定した、この複列円すいころ軸受ユニット８の設置部分の振動を表す信号は、この複列円すいころ軸受ユニット８に剥離等の損傷が発生したか否かを判断する為に利用する他、次述する様に、鉄道車両が脱線したか否かを検知する為に利用する。

鉄道車両が脱線したか否かを検知する為に、前記振動センサ２４が検出した、前記複列円すいころ軸受ユニット８の設置部分の振動を表す信号は、図１に示した制御回路２８に送る。この制御器２８は、バンドパスフィルタと判定器（コンパレータ）とを組み合わせて成る。このうちのバンドパスフィルタは、前記振動センサ２４の測定信号のうちの特定の周波数のみを通過させる。又、このバンドパスフィルタが通過させる特定の周波数域は、前記回転速度センサ２２の測定信号に基づいて変化させる。この特定の周波数域とは、それぞれが前記複列円すいころ軸受ユニット８の特定部分の微小凹凸等に起因する振動の周波数である。即ち、後述するＺｆｉ、Ｚｆｃ、２ｆｂ、ｆｃに加え、車軸７の回転速度に対応するｆｒでも良い。但し、好ましくは、判別の明りょう化の為、周波数の高い振動を利用する。更に、前記判定器は、前記バンドパスフィルタを通過した特定の周波数の信号の大きさ（振幅）を、予め設定しておいた閾値と比較する。そして前記判定器は、図２のフローチャートに示した作用により、前記鉄道車両が脱線したか否かを判定する。そして、脱線していると判定した場合には、運転席等に設けた警報器２９から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、本例の場合には、前記温度センサ２３が測定した、前記複列円すいころ軸受ユニット８の温度を、軸受温度用コンパレータ３０により予め設定しておいた閾値と比較する。そして、この温度がこの閾値よりも高い場合に、前記複列円すいころ軸受ユニット８に異常が発生した旨を表す信号を発し、前記警報器２９等から警報を発する。

次に、前記図２に基づき、本例の鉄道車両の脱線検知装置の作用に就いて説明する。先ず、ステップ１で、前記振動センサ２４により前記複列円すいころ軸受ユニット８部分で発生する振動を測定する。同時に、ステップ２で、別の車軸７（好ましくは別の台車２に支持した車軸、更に好ましくは、別の車両の台車２に支持した車軸７）の回転速度（車輪３の回転速度と同じ）を、当該車軸７を回転自在に支持した複列転がり軸受ユニット８に組み付けたセンサユニット１７の回転速度センサ２２により測定する。そして、ステップ３で、この回転速度センサ２２の測定値に基づき、前記バンドパスフィルタの通過周波数帯域を設定する。このバンドパスフィルタの通過周波数帯域とは、前記複列円すいころ軸受ユニット８の構成部品の表面に存在する微小な凹凸や各転動体１１の径差等により、この複列円すいころ軸受ユニット８の回転に伴って発生する振動の周波数を中心とする、狭い（例えば、幅が１０Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度の）帯域である。この様な、複列円すいころ軸受ユニット８の回転に伴って発生する振動の周波数は、次の表１の通りである。尚、この表１に記載された、前記複列円すいころ軸受ユニット８の回転に伴って発生する振動の周波数に就いては、転がり軸受の技術分野で広く知られている内容であるから、詳しい説明は省略する。

前記ステップ３では、前記表１に示した４通りの通過周波数帯域を求め、更にこの通過周波数帯域を、前記バンドパスフィルタに設定する。そして、ステップ４で、前記ステップ１で測定した、前記複列円すいころ軸受ユニット８部分で発生している振動を表す信号を、前記バンドパスフィルタに通す。すると、この振動を測定した円すいころ軸受ユニット８により支持された車軸７の回転速度と、前記回転速度センサ２２により回転速度を測定された別の車軸７の回転速度とが一致していれば、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過する。そこで、ステップ５で、この振動を表す信号がこのバンドパスフィルタを通過したか否か（前記複列円すいころ軸受ユニット８の運転に伴って発生する振動の値に比べて十分に低く設定した閾値以上の出力があるか否か）を判定する。尚、この閾値は、前記回転速度センサ２２の測定値に対応して変化させる（回転速度が高い程閾値を高くする）事もできる。

何れにしても、前記振動測定に関する車軸７の回転速度と、前記回転速度測定に関する別の車軸７の回転速度とが同じであれば、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過する。又、前記１対の車軸７、７が何れもレール４、４上を走行している限り、これら両車軸７、７の回転速度は一致する。そこで、前記ステップ５で、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過した（閾値以上の出力がある）と判断した場合には、当該車軸７の車輪３、３に関しては脱線していないと判定して、前記ステップ１に戻る。尚、脱線検知は、それぞれの両端部に車輪３、３を固定した各車軸７同士の間で、相互に監視する事で、各車輪に就いて行う。

これに対して、前記振動測定に関する車軸７の両端部に固定した車輪３、３が脱線した状態では、この車軸７の回転速度は、未だ両端部の車輪３、３がレール４、４上に乗っている別の車軸７の回転速度とは異なった値になり、しかも激しく変動する。この結果、前記振動測定に関する車軸７を支持した前記複列円すいころ軸受ユニット８の振動を表す信号は、前記バンドパスフィルタを通過できなくなる。そこで、前記判定器はステップ６で、前記振動測定に関する車軸７の両端部に固定した車輪３、３が脱線したと判定する。更に、ステップ７で、運転席等に設けた前記警報器２９から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、必要に応じて、「駆動停止→制動」等の転覆防止の為の処置を講じる。

［実施の形態の第２例］
図１、３は、請求項４〜５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の構造は、単一の車軸７の両端部に固定した車輪３、３のうちの一方の車輪が一方のレール４から浮き上り、他方の車輪３が他方のレール４上に乗ったままとなる、所謂浮き上り現象を検知するものである。この為に本例の場合には、前記車軸７を台車２に回転自在に支持する為、この車軸７の両端部に設けた１対の複列円すいころ軸受ユニット８、８の振動を、それぞれ振動センサ２４（図５参照）により測定して、それぞれが振動を表す２種類の信号を得、これら両信号の大きさ（振幅）を比較して、前記浮き上り現象を検知する様にしている。図面に表れる浮き上り検知装置の構造に関しては、単一の車軸７の両端部の振動を測定可能とする点を除き、上述した第１例の場合と同様であるから、以下、本例の作用に就いて、図３を参照しつつ説明する。

先ず、ステップ１で、前記１対の振動センサ２４により前記両複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生する振動を測定する。同時に、ステップ２で、前記単一の車軸７の回転速度を、何れかの複列転がり軸受ユニット８に組み付けたセンサユニット１７の回転速度センサ２２により測定する。そして、前述の実施の形態の第１例の場合と同様に、ステップ３で、この回転速度センサ２２の測定値に基づき、バンドパスフィルタの通過周波数帯域を設定する。次いで、ステップ４で、前記ステップ１で測定した、前記両複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生している振動を表す信号を、前記バンドパスフィルタに通す。そして、前記両振動センサ２４の測定信号中に含まれる、前記両複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生する振動以外の周波数成分を除去する。尚、前記バンドパスフィルタによる前記両振動センサ２４の測定信号の処理は、互いに独立して（両測定信号が混ざり合わない様にして）行う。

この様にして、それぞれが前記両複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生する振動を表した２種類の信号を得られたならば、ステップ５で、これら両信号の相違αを求める。この相違αとしては、両信号同士の差の絶対値、或いは比（例えば「大きい側の振幅／小さい側の振幅」）の何れでも良い。又、別途ステップ６で、前記回転速度センサ２２の測定値に基づいて、前記相違に関する閾値βを設定しておく。この閾値βは、前記車軸７の回転速度が速い程大きくする。

この様に、ステップ５で前記相違αを、ステップ６で前記閾値βを、それぞれ設定したならば、ステップ７で、これら相違αと閾値βとを比較する。前記単一の軸７の両端部に設けた１対の車輪３、３が、何れもレール４、４上に乗っている限り、前記両信号の大きさ（振幅）の相違αは限られたものとなる。カーブ走行時等にこれら前記両信号の大きさ（振幅）が異なる事はあるが、その相違αが桁違いに大きくなる事はない。これに対して、前記浮き上り現象が発生すると、この相違αが桁違いに大きくなる。そこで、前記ステップ７で、この相違αが、前記ステップ６で設定した閾値β以下であると判断した場合には、当該車軸７の車輪３、３に関しては浮き上り現象が発生していないと判定して、前記ステップ１に戻る。

これに対して、前記ステップ７で、前記相違αが前記閾値βを越えている場合に判定器は、ステップ８で、何れかの車輪３、３がレール４から浮き上がっていると判定する。更に、ステップ９で、運転席等に設けた警報器２９から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、必要に応じて、「駆動停止→制動」等の、脱線、転覆防止の為の処置を講じる。

要するに、脱線の前兆現象として発生する、前記浮き上り現象が発生すると、前記車軸７の両端部を支持している１対の複列円すいころ軸受ユニット８、８のうち、レール４から浮き上がった車輪３側の複列円すいころ軸受ユニット８に加わるラジアル荷重が、レール４上に乗ったままの車輪３側の複列円すいころ軸受ユニット８に加わるラジアル荷重よりも極端に小さくなる。一方、これら両複列円すいころ軸受ユニット８、８の運転に伴って発生する振動は、当該複列円すいころ軸受ユニット８、８に加わるラジアル荷重が大きい程大きくなる。そこで、これら両複列円すいころ軸受ユニット８、８部分で発生する振動の大きさを表す測定信号を比較し、これら両振動に関する測定信号同士の間の大きさの相違が所定値以上であるか否かを見れば、車輪３の浮き上りが発生したか否かを検知できる。

実施の形態の第１例の構造と、同第２例の構造とは、互いに独立して実施できる他、組み合わせて実施する事もできる。組み合わせた構造に就いて、特許請求の範囲の請求項３に記載した。

本発明の実施の形態の第１例を示す模式図。 第１例の作用を説明する為のフローチャート。 本発明の実施の形態の第２例の作用を説明する為のフローチャート。 従来から知られている鉄道車両の脱線検知装置の１例を示す略側面図。 従来から知られている、センサ付鉄道車両用転がり軸受ユニットの１例を示す部分断面図。

符号の説明

１ 車体
２ 台車
３ 車輪
４ レール
５ 脱線検知装置
６ 軸受箱
７ 車軸
８ 複列円すいころ軸受ユニット
９ 外輪
１０ 内輪
１１ 転動体
１２ 軸受内部空間
１３ 内径側環体
１４ 外径側環体
１５ ラビリンスシールユニット
１６ 円輪部
１７ センサユニット
１８ ボルト
１９ ナットプレート
２０ センサケース
２１ プリント基板
２２ 回転速度センサ
２３ 温度センサ
２４ 振動センサ
２５ ナット筒
２６ 凹凸部
２７ 透孔
２８ 制御回路
２９ 警報器
３０ 軸受温度用コンパレータ

Claims (5)

1. 両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸を、台車に対し回転自在に支持する転がり軸受と、この転がり軸受の一部に支持固定されて、前記車輪の状態に応じて変化する振動を測定する振動センサと、この振動センサの測定信号に基づいて脱線の有無を判定する判定器と、同じ列車の鉄道車両に設けられた別の車軸の回転速度を測定する為の回転速度センサと、前記振動センサと前記判定器との間に設けられた、所定の帯域の周波数の振動のみを通過させるバンドパスフィルタとを備え、このバンドパスフィルタが通過させる前記所定の帯域の周波数は、前記転がり軸受の構成部品から発生する周波数であり、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させ、前記判定器は、前記所定の帯域の周波数の振動の大きさが所定値以上でない場合に脱線したと判定する鉄道車両の脱線検知装置。
2. 別の車軸が、脱線を検知すべき車輪を固定した車軸とは別の台車に支持されている車軸である、請求項１に記載した鉄道車両の脱線検知装置。
3. 車軸の両端部を台車に対し回転自在に支持する１対の転がり軸受の一部に支持固定されて、両車輪の状態に応じて変化する振動を測定する１対の振動センサと、これら両振動センサの測定信号を比較し、これら両振動センサの測定信号同士の間の大きさの相違が所定値以上である場合に、何れかの車輪がレールから浮き上がったと判定する第二の判定器とを備えた、請求項１に記載した鉄道車両の脱線検知装置。
4. 両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸の両端部を台車に対し回転自在に支持する１対の転がり軸受と、これら両転がり軸受の一部に支持固定されて、前記両車輪の状態に応じて変化する振動を測定する１対の振動センサと、これら両振動センサの測定信号を比較し、これら両振動センサの測定信号同士の間の大きさの相違が所定値以上である場合に、何れかの車輪がレールから浮き上がったと判定する判定器とを備えた鉄道車両の浮き上り検知装置。
5. 車軸の回転速度を測定する為の回転速度センサと、１対の振動センサと判定器との間にそれぞれ設けられた、所定の帯域の周波数の振動のみを通過させる１対のバンドパスフィルタとを備え、これら両バンドパスフィルタが通過させる前記所定の帯域の周波数は、両転がり軸受の構成部品から発生する周波数であり、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させる、請求項４に記載した鉄道車両の浮き上り検知装置。

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