JP6825548B2 - トロリー線の異常診断方法、トロリー線の異常診断装置及び電動移動体 - Google Patents
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Description
本発明は、トロリー線の異常診断方法、トロリー線の異常診断装置及び電動移動体に関する。
従来、鉄鋼等の素材や製品をモータで動く電動移動体である搬送台車で搬送する工場内の軌道設備では、搬送台車に電力を供給する方法として、地上側に配設され電圧が印加されたトロリー線と、搬送台車に設けられた集電部材であるパンタグラフの集電子とを接触させて、搬送台車が走行しながら電力の供給が可能なものが知られている。一方で、トロリー線とパンタグラフの集電子とを接触させて搬送台車に電力を供給する方法では、搬送台車の走行に伴ってトロリー線からパンタグラフが脱線することがあった。
トロリー線からパンタグラフが脱線すると、設備復旧に費用及び時間を要するため、定期的なトロリー線の異常診断が必要となる。そして、このトロリー線の異常診断を行うことにより、トロリー線の異常箇所を特定し、トロリー線の取り替えなどの補修が実施される。
パンタグラフがトロリー線から脱線するのは、トロリー線間の隙間、トロリー線間の上下方向の急激な段差、及び、トロリー線自体の欠損などの異常箇所でパンタグラフが引っ掛かることが要因であることが知られている。従来、トロリー線の異常箇所は、保守員がトロリー線全長にわたって目視点検することによって特定されていた。しかしながら、トロリー線全長の保守員による目視点検は、時間がかかったり、傾向管理ができなかったり、異常の判断基準が保守員によって異なったりするため、センサーを用いたトロリー線の異常診断技術の開発が行われている。
特許文献１には、画像処理によって電車線のトロリー線の位置を計測する方法が開示されており、車両に取り付けた複数台のカメラでパンタグラフ付近を撮影し、撮影された複数の画像に基づいてパンタグラフに接触する架線の位置を計測している。そして、計測された架線の位置は、トロリー線の高さやパンタグラフ上の変位に変換され、これらの値が予め設定された管理値内であるかを診断している。
特許文献２には、診断対象の架線区間における振動データを収集し、この収集した振動データについて多次元のベクトルを生成して架線の状態を診断する装置が開示されている。
特許文献１に開示されたような、画像処理により電車線のトロリー線の位置を計測する方法では、トロリー線の位置情報の傾向管理は可能であるが、トロリー線間の段差や隙間、トロリー線自体の欠損などの急峻な状態変化を検出できないといった問題があった。
特許文献２に開示されたような、振動データによって架線の状態を診断する方法では、水平方向及び垂直方向のベクトルは得られるが、レールなどの外乱により振動を検出してしまうため、脱線の要因までは特定できないといった問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、トロリー線全長の異常診断を、容易に、且つ、素早く実施することができるとともに、傾向監視を行うことができるトロリー線の異常診断方法、トロリー線の異常診断装置及び電動移動体を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るトロリー線の異常診断方法は、集電部材を介して電動移動体に電力を供給するトロリー線の異常診断を行うトロリー線の異常診断方法であって、前記トロリー線の状態を表した異常診断に用いられる所定の診断用状態量の測定を、前記電動移動体の走行中に前記電動移動体側から前記トロリー線に対して行い、前記診断用状態量と、予め設定された前記トロリー線の異常判定の閾値である判定閾値とを用いて、前記トロリー線の異常診断を行うことを特徴とするものである。
また、本発明に係るトロリー線の異常診断方法は、上記の発明において、前記診断用状態量の微分値と、前記判定閾値とを比較して、前記トロリー線の異常の有無を判定することを特徴とするものである。
また、本発明に係るトロリー線の異常診断方法は、上記の発明において、前記診断用状態量は、前記電動移動体に設けられた距離測定手段から前記トロリー線までのトロリー線奥行方向の最大変位量と、前記トロリー線の高さ方向の変位量と、であることを特徴とするものである。
また、本発明に係るトロリー線の異常診断装置は、集電部材を介して電動移動体に電力を供給するトロリー線の異常診断を行うトロリー線の異常診断装置であって、前記電動移動体に設けられ、前記トロリー線の状態を表した異常診断に用いられる所定の診断用状態量の測定を、前記電動移動体の走行中に前記トロリー線に対して行う診断用状態量測定手段と、前記電動移動体に設けられ、前記電動移動体の走行中に前記トロリー線を撮影対象として動画を撮影する動画撮影手段と、地上側に設けられ、前記診断用状態量と、予め設定された前記トロリー線の異常判定の閾値である判定閾値とを用いて、前記トロリー線の異常の有無を判定する異常有無判定手段と、前記診断用状態量測定手段及び前記動画撮影手段と、前記異常有無判定手段とを無線通信で接続する無線通信手段と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電動移動体は、集電部材を介してトロリー線から電力が供給されることにより移動可能な電動移動体において、上記の発明のトロリー線の異常診断装置を備えることを特徴とするものである。
本発明に係るトロリー線の異常診断方法、トロリー線の異常診断装置及び電動移動体は、トロリー線全長の異常診断を、容易に、且つ、素早く実施することができるとともに、傾向監視を行うことができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係るトロリー線の異常診断方法及びトロリー線の異常診断装置が適用された搬送台車の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態に係る搬送台車１をトロリー線５側から見た図である。図２は、実施形態に係るトロリー線５から給電して駆動する搬送台車１を上方から見た図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る搬送台車１は、搬送台車本体部１１や、この搬送台車本体部１１の上面１１ａに設けられ、搬送物である熱間圧延された鋼板を巻いたコイル１００を搭載するための搭載部１５などによって構成されており、上下方向に所定間隔をあけて並んで設けられた電源設備から電圧が印加される５本のトロリー線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ（特に区別しないときには、単にトロリー線５とも言う。）から給電されることによって、軌条であるレール４上を走行したり停止したりすることができる。
搬送台車本体部１１の下部には、レール４上を走行するための車輪１２が設けられている。また、搬送台車本体部１１内には、車輪１２を回転させる駆動源であるモータ（不図示）や、車輪１２の回転を停止させる制動手段であるブレーキ装置（不図示）などが設けられている。搬送台車本体部１１のトロリー線５と対向する側面１１ｂには、集電部材であるパンタグラフ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ（特に区別しないときには、単にパンタグラフ１３とも言う。）が、５つのリンク機構１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ（特に区別しないときには、単にリンク機構１４とも言う。）を介して５本のトロリー線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅと対応する位置に上下方向に並んで配置されている。
また、搬送台車本体部１１の側面１１ｂには、パンタグラフ１３よりも搬送台車進行方向上流側の位置に、２次元で距離の測定が可能な距離測定手段である５つのレーザー距離計２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ（特に区別しないときには、単にレーザー距離計２とも言う。）、及び、動画撮影手段である５つのネットワークカメラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ（特に区別しないときには、単にネットワークカメラ３とも言う。）が設けられている。
図３は、トロリー線５とパンタグラフ１３との装着状態を示す図である。図３に示すように、パンタグラフ１３は、集電子１３１と、集電子１３１を保持する絶縁性の集電子ホルダー１３２と、搬送台車本体部１１に設けられたモータやブレーキ装置などと集電子１３１とを電気的に接続するためのリード線１３３などで構成されている。
トロリー線５は、パンタグラフ１３の集電子１３１が挿入される凹形状の溝部５１を有しており、溝部５１内で、集電子１３１の先端面１３４と溝部奥面５２、及び、集電子１３１の下端面１３５と溝部下面５３、とが接触可能なようになっている。そして、トロリー線５の溝部５１にパンタグラフ１３の集電子１３１を挿入し、パンタグラフ１３をトロリー線５に装着する。トロリー線５からパンタグラフ１３を介した搬送台車１側への電力の供給は、パンタグラフ１３をバネ（不図示）の力Ｆによってトロリー線５側（トロリー線奥行方向）に押し付け、集電子１３１の先端面１３４及び下端面１３５が溝部奥面５２及び溝部下面５３に当接した状態でなされる。
図４は、実施形態に係る異常診断装置６の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る異常診断装置６は、図４に示すように、搬送台車本体部１１に設けられたレーザー距離計２とネットワークカメラ３と送信機６１、及び、地上側Ｇに設けられた受信機６２とコンピュータ６３などによって構成されている。レーザー距離計２は、走行中の搬送台車１からトロリー線５におけるトロリー線奥行方向やトロリー線高さ方向などの距離を測定するものである。ネットワークカメラ３は、走行中の搬送台車１からトロリー線５を撮影対象として動画を撮影するものである。また、レーザー距離計２及びネットワークカメラ３には、搬送台車本体部１１に搭載されたバッテリー７から電力を供給している。なお、レーザー距離計２及びネットワークカメラ３には、例えば、トロリー線５からパンタグラフ１３を介して電力を適宜変圧するなどして供給するようにしてもよい。
レーザー距離計２及びネットワークカメラ３と、送信機６１とは、有線または無線で通信可能に接続されている。また、送信機６１と受信機６２とは、無線で通信可能に接続された無線通信手段を構成している。また、受信機６２とコンピュータ６３とは、有線または無線で通信可能に接続されている。
本実施形態に係る異常診断装置６では、搬送台車１の走行中に、レーザー距離計２が測定した測定データとネットワークカメラ３が撮影した動画データとを送信機６１から受信機６２に送信し、受信機６２が受信した前記測定データと前記動画データとをコンピュータ６３に送信し、コンピュータ６３に設けられたハードディスクなどの記憶装置に前記測定データと前記動画データとを記憶する。そして、コンピュータ６３は、前記測定データを用いて異常診断を行うとともに、前記動画データをディスプレイに表示させる。
このように、本実施形態に係る異常診断装置６においては、走行中の搬送台車１でレーザー距離計２とネットワークカメラ３とが収集している前記測定データと前記動画データとを、送信機６１及び受信機６２を介して無線通信で地上側Ｇに設けられたコンピュータ６３に送って、常時、トロリー線５の異常のオンライン監視が可能となっている。
ここで、トロリー線５は、搬送台車進行方向で複数に分割された分割構造となっており、各トロリー線５を固定する固定ボルトの緩みなどによって、隣り合うトロリー線５の継ぎ目の間隙や段差が大きくなる場合がある。また、経年劣化によってトロリー線５自体に欠損が発生する場合がある。そして、これらの要因によって、トロリー線５からパンタグラフ１３が脱線してしまう。
図５は、診断用状態量であるトロリー線奥行方向での最大変位量Ｘｍａｘについての説明図である。図６は、診断用状態量であるトロリー線高さ方向での変位量Ｙについての説明図である。
本実施形態においては、異常診断装置６によってトロリー線５の異常診断を行う前の初期設定として、搬送台車１を停止させた状態で、図５に示すようなレーザー距離計２の測定可能範囲Ａ１内にて、レーザー距離計２からトロリー線５までのトロリー線奥行方向の距離を計測し、トロリー線５のプロフィール初期値を求める。そして、この求めたトロリー線５のプロフィール初期値に基づいて、測定可能範囲Ａ１のうち搬送台車１を走行させてトロリー線５の状態を表した異常診断に用いられる診断用状態量を測定する対象の範囲である測定対象範囲Ａ２と、トロリー線５の診断用状態量とを決定する。
なお、本実施形態において診断用状態量とは、レーザー距離計２で測定された距離の最大値や最小値などのピーク値や変曲点などの特異点と定義するものである。そして、トロリー線５からのパンタグラフ１３の脱線要因の検出を目的とした診断用状態量としては、レーザー距離計２からトロリー線奥行方向の最大変位量と、パンタグラフ１３の集電子１３１が接触するトロリー線５の溝部下面５３のトロリー線高さ方向の変位量とを用いることができる。なお、本実施形態においては、距離測定手段であるレーザー距離計２が診断用状態量測定手段として機能する。
なお、具体的に、レーザー距離計２からトロリー線奥行方向の最大変位量とは、図５に示すように、レーザー距離計２からトロリー線５の溝部奥面５２上における基準点Ｐ１までのトロリー線奥行方向での最大変位量Ｘｍａｘのことである。また、溝部下面５３のトロリー線高さ方向の変位量とは、図６に示すように、レーザー距離計２の光軸Ｃからトロリー線５の溝部下面５３上における基準点Ｐ２までのトロリー線高さ方向での変位量Ｙのことである。
また、測定対象範囲Ａ２は、診断用状態量として前記最大変位量Ｘｍａｘと前記変位量Ｙとが、レーザー距離計２によって測定可能なように、トロリー線５の溝部奥面５２及び溝部下面５３を含むように決定される。
図７は、実施形態に係る異常診断装置６を用いて測定した診断用状態量の変化の一例をグラフで表した図である。搬送台車１の走行中においてパンタグラフ１３は、トロリー線５の継ぎ目の間隙や段差が大きくなったり、トロリー線５自体に欠損が生じたりすることによって、診断用状態量が急激に変化したときにトロリー線５に突っかかる。そして、このようにパンタグラフ１３がトロリー線５に突っかかることが、トロリー線５からのパンタグラフ１３の脱線の要因となる。そのため、本実施形態に係る異常診断装置６は、診断用状態量の急激な変化が判別可能なように、診断用状態量の微分値を用いてトロリー線５の異常診断を実施する。
診断用状態量の急激な変化としては、図７に示すように搬送台車１の走行中の前記最大変位量Ｘｍａｘの変化を線グラフで表したとき、例えば、図７中の破線で囲んだ領域Ｚで、線グラフの傾きが所定の大きさで継続して前記最大変位量Ｘｍａｘが変化している途中に、線グラフの傾きがほぼ０になるような前記最大変位量Ｘｍａｘの変化が生じることなどが挙げられる。
なお、本実施形態に係る搬送台車１においては、上述したように、パンタグラフ１３がバネの力Ｆによってトロリー線５に押し付けられている。そのため、診断用状態量が緩やかに変化する場合には、パンタグラフ１３の脱線には至らない。よって、診断用状態量の微分値から診断用状態量の急激な変化を判別して、トロリー線５の異常を判定する際に用いる判定閾値（診断用状態量の微分値の閾値）としては、例えば、ネットワークカメラ３で撮影されたパンタグラフ１３の挙動に基づいて決定することが望ましい。
本実施形態に係る異常診断装置６においては、搬送台車１を走行させた状態でレーザー距離計２を用いて測定された診断用状態量の微分値と、予め設定された判定閾値とを比較して、トロリー線５の異常を判定し、トロリー線５の継ぎ目の不良やトロリー線５自体の欠損による、トロリー線５からのパンタグラフ１３の脱線要因を自動で検出することができる。これにより、トロリー線全長の異常診断を、容易に、且つ、素早く実施することができる。よって、早期にトロリー線５の異常診断が可能となり、トロリー線５の補修が必要な箇所を特定することによって、トロリー線５からのパンタグラフ１３の脱線を抑制することができる。また、レーザー距離計２を用いて測定された診断用状態量と、ネットワークカメラ３によって撮影されたトロリー線５の動画データとを関連付けることによって、異常診断された箇所のトロリー線５の状態を、ディスプレイに表示された動画から保守員が確認することができる。なお、この際、診断用状態量の線グラフを、ディスプレイに動画と同一画面上で表示するようにしてもよい。また、従来の保守員が目視で判断していたトロリー線６の状態を、コンピュータ６３などにデータとして記録を残せるため、傾向監視を行うことができる。
１ 搬送台車
２ レーザー距離計
３ ネットワークカメラ
４ レール
５ トロリー線
６ 異常診断装置
７ バッテリー
１１ 搬送台車本体部
１２ 車輪
１３ パンタグラフ
１４ リンク機構
１５ 搭載部
５１ 溝部
５２ 溝部奥面
５３ 溝部下面
６１ 送信機
６２ 受信機
６３ コンピュータ
１００ コイル
１３１ 集電子
１３２ 集電子ホルダー
１３３ リード線
１３４ 先端面
１３５ 下端面
Ｇ 地上側
２ レーザー距離計
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１２ 車輪
１３ パンタグラフ
１４ リンク機構
１５ 搭載部
５１ 溝部
５２ 溝部奥面
５３ 溝部下面
６１ 送信機
６２ 受信機
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１００ コイル
１３１ 集電子
１３２ 集電子ホルダー
１３３ リード線
１３４ 先端面
１３５ 下端面
Ｇ 地上側
Claims (4)
- 集電部材を介して電動移動体に電力を供給するトロリー線の異常診断を行うトロリー線の異常診断方法であって、
前記トロリー線の状態を表した異常診断に用いられる所定の診断用状態量の測定を、前記電動移動体の本体部における前記集電部材が配置された側面に設けられた距離測定手段によって、前記電動移動体の走行中に前記電動移動体側から前記トロリー線に対して行い、
前記診断用状態量と、予め設定された前記トロリー線の異常判定の閾値である判定閾値とを用いて、前記トロリー線の異常診断を行い、
前記診断用状態量は、前記距離測定手段から前記トロリー線までのトロリー線奥行方向の最大変位量と、前記トロリー線の高さ方向の変位量と、であることを特徴とするトロリー線の異常診断方法。 - 請求項１に記載のトロリー線の異常診断方法において、
前記診断用状態量の微分値と、前記判定閾値とを比較して、前記トロリー線の異常の有無を判定することを特徴とするトロリー線の異常診断方法。 - 集電部材を介して電動移動体に電力を供給するトロリー線の異常診断を行うトロリー線の異常診断装置であって、
前記電動移動体の本体部における前記集電部材が配置された側面に設けられ、前記トロリー線の状態を表した異常診断に用いられる所定の診断用状態量の測定を、前記電動移動体の走行中に前記トロリー線に対して行う診断用状態量測定手段と、
前記電動移動体に設けられ、前記電動移動体の走行中に前記トロリー線を撮影対象として動画を撮影する動画撮影手段と、
地上側に設けられ、前記診断用状態量と、予め設定された前記トロリー線の異常判定の閾値である判定閾値とを用いて、前記トロリー線の異常の有無を判定する異常有無判定手段と、
前記診断用状態量測定手段及び前記動画撮影手段と、前記異常有無判定手段とを無線通信で接続する無線通信手段と、
を備え、
前記診断用状態量は、前記診断用状態量測定手段から前記トロリー線までのトロリー線奥行方向の最大変位量と、前記トロリー線の高さ方向の変位量と、であることを特徴とするトロリー線の異常診断装置。 - 集電部材を介してトロリー線から電力が供給されることにより移動可能な電動移動体において、
請求項３に記載のトロリー線の異常診断装置を備えることを特徴とする電動移動体。
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|---|---|---|---|
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| JP2017246194A JP6825548B2 (ja) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | トロリー線の異常診断方法、トロリー線の異常診断装置及び電動移動体 |
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- 2017-12-22 JP JP2017246194A patent/JP6825548B2/ja active Active
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