JP2015226407A5 - - Google Patents

Description

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。
すなわち、本発明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、本発明による冷却装置の異常検知システムは、電力変換回路を冷却する冷却装置の異常を検知する異常検知システムであって、前記冷却装置の代表温度を測定する第１の温度センサと、外気温度を測定する第２の温度センサと、前記電力変換回路が制御する入出力電流を測定する電流センサとを備え、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサからの各測定信号に基づいて、前記冷却装置の性能を推定することを特徴としている。

また、この異常検知システムは、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサからの各測定信号に基づいて、前記冷却装置の熱抵抗を算出し、算出した前記熱抵抗を経時的にデータベースに記録し、当該データベースに記録した前記熱抵抗の情報に基づいて、前記冷却装置の経年劣化に関する情報を算出することができる。
更にこの異常検知システムは、電力変換装置が移動体に搭載されている場合には、各センサからの入力信号を地上システムに伝送する通信システムを備えることで、冷却装置の性能の推定及びその経年劣化に関する情報の算出を、通信システムの伝送先である地上システムで行うことができる。

以下、本実施例について詳細に説明する。
冷却装置１０１には、その代表温度Ｔｂ２０１をモニタリングするための温度センサ（第１の温度センサ）が、電力変換回路１００の取付け面またはその近傍に設置される。本実施例では、電力変換回路１００と冷却装置１０１を取り付けるベースと、電力変換回路１００と接合面との間に介装することで、冷却装置１０１の代表温度としている。
一方、冷却ファン１０２が吸い込む外気温度Ｔａ２０２をモニタリングするための温度センサ（第２の温度センサ）が鉄道車両に設置される。本実施例では、鉄道車両１に設置される空調装置１０３が備える吸気温度センサにより、冷却ファン１０２が吸い込む外気温度を代用している。さらに、電力変換回路１００と、図示しないモータの間でやりとりする入出力電流の電流値Ｉｍ２００をモニタリングするための電流センサが電力変換装置４に設置されている。

車上側データ処理システム２は、状態監視装置１０６、車上側状態データ蓄積部１０４、及び車上側通信装置１０５から構成される。
状態監視装置１０６は、冷却装置温度Ｔｂ２０１、外気温度Ｔａ２０２、入出力電流２００の信号を入力し、それぞれの信号を車上側状態データ蓄積部１０４へ時系列データとして記録する。これと同時に、これらの信号を用いて冷却装置の性能指標である熱抵抗（単位時間あたりの発熱量に伴う温度上昇値）を推定する。
なお、熱抵抗は、外気温によっても異なるため、後述するように、装置温度Ｔｂが外気温度Ｔａとほぼ等しくなる、熱的に平衡な状態からデータの抽出を開始する。さらに、熱抵抗は冷却ファンの回転速度にも影響を受けるため、冷却ファンの回転速度に応じた補正係数により補正を行う。
冷却ファンの駆動方式には、鉄道車両の運行中、常時回転させるもの、あるいは、装置温度Ｔｂに対応して冷却ファンをＯＮ・ＯＦＦさせるもの、さらに、装置温度Ｔｂに対応して冷却ファンの回転数を段階的、あるいは連続的に制御するものがある。そこで冷却ファンの回転速度に応じた補正は、例えば、駆動方式毎に実験等により予め求めておいたマップから補正係数を参照することで行えばよい。

熱抵抗の推定は、図１に示すように、車上側データ処理システム２に搭載した状態監視装置１０６で行い、車上側通信装置１０５を介して地上側データ処理システム３側の異常診断部１１２に送信することで、地上側データ処理システム３で行うようにしてもよい。
また、図２に示すように、地上側データ処理システム３が完備していない路線等でも対応可能なように、すべて機能を車上側データ処理システム２に集中させ、車上側の異常診断部１１２により熱抵抗の推定するようにしてもよい。
そのほか、温度センサ、電流センサ及び通信装置のみ、車上側に搭載し、他をすべて地上側データ処理システム３に集中するなど、全体のシステム構成に応じて、両者に搭載する機器や機能を種々選択することが可能である。

以下では、図１に示すように、熱抵抗の算出を車上側データ処理システム２で算出する場合について説明する。
車上側データ処理システム２に搭載された状態監視装置１０６が算出した熱抵抗、あるいは、車上側状態データ蓄積部１０４に蓄積した状態データは、車上側通信装置１０５及び地上側通信装置１１１を介して、地上側データ処理システム３に伝送される。伝送のタイミングは、異常検知の対象が冷却性能の経年劣化であることから、通常は、例えば鉄道車両が保守基地に入庫するタイミングで定期的に伝送する。
なお、冷却装置１０１に用いるヒートパイプの破損などに起因して、装置温度Ｔｂが電力変換装置４の許容温度に接近する等、経年劣化以外の要因での冷却装置の突発異常を検出して、事後保全に役立てる場合等には、車上側データ処理システム２が異常通報をリアルタイムで伝送する。
本実施例では、無線による伝送事例を示しているが、伝送形態としては、通信ケーブル等によるものも含め、これに限定されるものではない。

地上側データ処理システム３は、地上側通信装置１１１、異常診断部１１２、地上側状態データ蓄積部１１３、異常分析データ蓄積部１１０、及びモニタ１１４で構成される。地上側通信装置１１１が受信する車上側データ処理システム２からの熱抵抗情報は、地上側状態データ蓄積部１１３へ時系列データとして記憶されると同時に、異常診断部１１２における異常診断に供される。
算出された熱抵抗が、あらかじめ設定される閾値あるいは判定条件を満足した場合、モニタ１１４による表示などを通じて、冷却装置１０１の経年劣化を保守管理者に知らせる構成としている。なお、モニタ１１４が必ずしも必要なものではなく、警告灯、警報、さらには保守を必要とする鉄道車両の番号を紙出力する等、保守管理の運用に適した出力を行うようにすればよい。

ここで、車両用モ−タを駆動する電力変換回路１００が発生する熱は、モータ負荷の変動に同期して過渡的に変化することから、熱抵抗推定の際は、それに適した条件下の時系列データセットを蓄積したデータから抽出する必要がある。
熱抵抗推定に適した時系列データセットとは、例えば、鉄道車両が当日の運行を開始する際、冷却装置に蓄えられた熱量が実質ゼロの状態から、冷却装置に熱負荷の入力が始まる瞬間をデータの先頭とし、その熱負荷の入力が停止後、冷却装置にそれまでに加えられた熱量の蓄積がなくなった瞬間をデータの最後尾とするデータセットである。

Claims (5)

1. 電力変換回路を冷却する冷却装置の異常を検知する異常検知システムであって、
   前記冷却装置の代表温度を測定する第１の温度センサと、
   外気温度を測定する第２の温度センサと、
   前記電力変換回路が制御する入出力電流を測定する電流センサとを備え、
   前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサからの各測定信号に基づいて、前記冷却装置の性能を推定する
   ことを特徴とする異常検知システム。
2. 請求項１に記載の異常検知システムであって、
   前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサからの各測定信号に基づいて、前記冷却装置の熱抵抗を算出し、
   算出した前記熱抵抗を経時的にデータベースに記録し、当該データベースに記録した前記熱抵抗の情報に基づいて、前記冷却装置の経年劣化に関する情報を算出する
   ことを特徴とする異常検知システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の異常検知システムであって、
   通信装置および地上側処理システムを備え、
   前記電力変換回路、前記冷却装置、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、前記電流センサ及び前記通信装置は、移動体に搭載され、
   前記通信装置が、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサの各測定信号を前記地上側処理システムに伝送し、
   前記地上側処理システムが、前記各測定信号に基づいて、前記冷却装置の性能を推定するあるいは前記冷却装置の経年劣化に関する情報を算出する
   ことを特徴とする異常検知システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の異常検知システムであって、
   異常診断部を備え、
   前記電力変換回路、前記冷却装置、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、前記電流センサ及び前記異常診断部は、移動体に搭載され、
   前記異常診断部が、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ及び前記電流センサの各測定信号に基づいて、前記冷却装置の性能を推定するあるいは前記冷却装置の経年劣化に関する情報を算出する
   ことを特徴とする異常検知システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の異常検知システムであって、
   前記移動体は軌条車両である
   ことを特徴とする異常検知システム。