特許 7599615 劣化判別装置および劣化判別方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】劣化判別装置および劣化判別方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/024 20160101AFI20241206BHJP

【ＦＩ】

H02P29/024

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2024513635

(86)(22)【出願日】2022-04-07

(86)【国際出願番号】 JP2022017236

(87)【国際公開番号】W WO2023195118

(87)【国際公開日】2023-10-12

【審査請求日】2024-05-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100131152

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148149

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100181618

【弁理士】

【氏名又は名称】宮脇 良平

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】皆川 和人

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０９０８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１６１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１０７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３０１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３４７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１１７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０４４５４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７８９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１８９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７２９９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ４／００

２５／０８－２５／０９８

２９／００－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体を覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部と、
対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、補正された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する損傷度決定部と、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部と、
を備える劣化判別装置。

【請求項2】

前記温度取得部は、鉄道車両に搭載される機器に用いられる前記導体を覆う前記絶縁部材の温度を取得する、
請求項１に記載の劣化判別装置。

【請求項3】

前記損傷度決定部は、前記鉄道車両の運転指令に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
請求項２に記載の劣化判別装置。

【請求項4】

鉄道車両に搭載される機器に用いられる導体を覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部と、
前記鉄道車両の運転指令に応じて長さが変化する対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する損傷度決定部と、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部と、
を備える劣化判別装置。

【請求項5】

前記判別部は、前記導体の使用開始時点から前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項6】

前記損傷度決定部は、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度に応じた前記耐用期間に対する前記対象期間の比率である前記損傷度を決定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項7】

前記対象期間は、前記導体の熱時定数に比べて短い時間である、
請求項６に記載の劣化判別装置。

【請求項8】

前記絶縁部材の温度と前記耐用期間との関係は、前記温度が高くなると前記耐用期間が短くなる関係を示す、
請求項１から４のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項9】

前記温度取得部は、前記導体の温度を取得し、取得した前記導体の温度を前記絶縁部材の温度として用いる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項10】

前記温度取得部は、前記導体に流れる電流および前記導体の電位から前記導体の抵抗値を推定し、推定した前記抵抗値から前記導体の温度を推定し、推定した前記導体の温度を前記絶縁部材の温度として用いる、
請求項９に記載の劣化判別装置。

【請求項11】

前記温度取得部は、異なるタイミングで得た前記絶縁部材の温度の移動平均値を算出し、前記移動平均値を前記絶縁部材の温度として用いる、
請求項９に記載の劣化判別装置。

【請求項12】

前記損傷度決定部は、前記対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記耐用期間との関係から、前記損傷度を決定する、
請求項４に記載の劣化判別装置。

【請求項13】

前記損傷度決定部は、前記機器の稼働状況に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
請求項２から４および１２のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項14】

前記温度取得部は、前記鉄道車両に搭載され、前記鉄道車両の推進力を生じさせる複数の電動機がそれぞれ有する前記導体を覆う前記絶縁部材の温度を取得し、
前記損傷度決定部は、前記電動機の異常の有無に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
請求項２から４および１２のいずれか１項に記載の劣化判別装置。

【請求項15】

導体を覆う絶縁部材の温度を取得し、
対象期間ごとに、取得した前記絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、補正された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定し、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する、
劣化判別方法。

【請求項16】

鉄道車両に搭載される機器に用いられる導体を覆う絶縁部材の温度を取得し、
前記鉄道車両の運転指令に応じて長さが変化する対象期間ごとに、取得した前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、取得された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定し、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する、
劣化判別方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、劣化判別装置および劣化判別方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機は、回転子鉄心および回転子鉄心に形成されるスロットに挿入される回転子導体または永久磁石を有する回転子と、固定子鉄心および固定子鉄心に形成されるスロットに挿入される固定子コイルを有する固定子と、を備える。電動機はさらに、固定子鉄心と固定子コイルとを絶縁する絶縁部材を備える。絶縁部材が劣化すると電動機の内部での短絡、電動機の外部への地絡等が生じる可能性があるため、絶縁部材の劣化の程度を定期的に確認することが好ましい。

【0003】

鉄道車両に搭載される電動機は大型であり、車体を支持する台車に取り付けられるため、台車からの電動機の取り外し、電動機の分解等を含む保守作業が繁雑である。このため、頻繁に電動機を台車から取り外し、電動機から絶縁部材を取り外して絶縁部材の劣化の程度を確認することは困難である。そこで、台車からの電動機の取り外しおよび電動機の分解をすることなく、絶縁部材の劣化の程度を判別することが好ましい。絶縁部材の劣化の程度を判別する装置の一例が特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２５７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示される劣化診断装置は、電動機のコイル温度を測定し、測定した実温度での電動機の使用時間を基準温度における電動機の使用時間に換算する。詳細には、実温度でのアレニウスプロット上の傾きと基準温度でのアレニウスプロット上の傾きが同じであるとみなして、実温度での電動機の使用時間が基準温度での電動機の使用時間に換算される。劣化診断装置は、換算した使用時間の積算値と基準温度におけるコイルの寿命との比較に応じてコイルの絶縁劣化の有無を診断する。

【0006】

絶縁部材の温度と耐用期間との関係を示すアレニウス式における活性化エネルギーが温度に依存して変化すると、温度によってアレニウスプロット上の傾きが異なる。アレニウスプロット上の傾きが温度に応じて変化すると、使用時間の換算時の誤差も大きくなるため、特許文献１に開示される劣化診断装置の劣化診断の精度が低下する。この課題は、電動機が備える絶縁部材に限られず、種々の導体を覆う絶縁部材の劣化の程度を判別する際に生じる。

【0007】

本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、導体を覆う絶縁部材の劣化の程度を精度よく判別する劣化判別装置および劣化判別方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本開示の劣化判別装置は、温度取得部と、損傷度決定部と、判別部と、を備える。温度取得部は、導体を覆う絶縁部材の温度を取得する。損傷度決定部は、対象期間ごとに、温度取得部で取得された絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った絶縁部材の温度および絶縁部材の温度と絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、補正された絶縁部材の温度に対応する耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する。判別部は、対象期間ごとに決定された損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る劣化判別装置は、絶縁部材の温度に対応する耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別するため、精度よく絶縁部材の劣化の程度を判別することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る劣化判別装置のブロック図

【図2】実施の形態１に係る劣化判別装置のハードウェア構成を示す図

【図3】実施の形態１に係る劣化判別装置が行う劣化程度判別処理の動作の一例を示すフローチャート

【図4】実施の形態１における絶縁部材の温度と耐用期間との関係の一例を示す図

【図5】実施の形態２に係る劣化判別装置のブロック図

【図6】実施の形態２に係る劣化判別装置が行う劣化程度判別処理の動作の一例を示すフローチャート

【図7】実施の形態に係る劣化判別装置の第１変形例のブロック図

【図8】実施の形態に係る劣化判別装置が行う劣化程度判別処理の動作の他の一例を示すフローチャート

【図9】実施の形態に係る劣化判別装置の第２変形例のブロック図

【図10】実施の形態に係る劣化判別装置のハードウェア構成の変形例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態に係る劣化判別装置および劣化判別方法について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

【0012】

（実施の形態１）
導体を覆う絶縁部材を備える機器の一例として、鉄道車両に搭載され、電力の供給を受けて駆動されることで鉄道車両の推進力を生じさせる電動機がある。電動機が有する絶縁部材の劣化の程度を判別する劣化判別装置について、実施の形態１で説明する。絶縁部材の劣化の程度の判別とは、絶縁部材が寿命に達しているか否かの判別および絶縁部材が寿命に近づいているか否かの判別を含むものとする。

【0013】

図１に示すように、劣化判別の対象である電動機９１は、例えば、電力変換装置１１から三相交流電力の供給を受けて駆動されて鉄道車両の推進力を生じさせる三相誘導電動機である。

【0014】

電動機９１の構成の詳細については図示しないが、電動機９１は、回転可能に支持されるシャフトと、回転子鉄心および回転子鉄心の外周面に形成されるスロットに挿入される回転子導体または永久磁石を有する回転子と、固定子鉄心および固定子鉄心の内周面に形成されるスロットに挿入される固定子コイルを有する固定子と、を備える。電動機９１はさらに、導体である固定子コイルを覆う絶縁部材を備える。絶縁部材が設けられることで、固定子鉄心と固定子コイルとが絶縁され、互いに隣接する固定子コイル同士が絶縁される。絶縁部材の一例である絶縁ワニスを固定子に含浸させることで、固定子コイルが絶縁部材で覆われる。

【0015】

電動機９１は、鉄道車両の車体を支持する台車に取り付けられる。電動機９１が電力変換装置１１から電力の供給を受けて動作すると、電動機９１のシャフトが回転し、シャフトの回転力が継手および歯車装置を介して、車軸に伝達される。そして、車軸の回転にともなって、車軸の両端に取り付けられる車輪が回転し、鉄道車両の推進力が得られる。

【0016】

電動機９１に電力を供給する電力変換装置１１は、例えば、直流き電方式の鉄道車両に搭載され、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して負荷機器に供給する直流－三相変換装置である。電力変換装置１１は、電源に接続される入力端子１１ａと、接地される入力端子１１ｂと、を備える。電力変換装置１１はさらに、電源から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機９１に供給する電力変換回路１２と、電力変換回路１２を制御する電力変換回路制御部１３と、電力変換回路１２が出力する相電圧を測定する電圧検出回路１４と、電力変換回路１２が出力する相電流を測定する電流検出回路１５と、を備える。電力変換装置１１はさらに、入力端子１１ａ，１１ｂの間に直列に接続されて設けられているリアクトルＬ１およびコンデンサＣ１を備える。上記構成を有する電力変換装置１１は、鉄道車両の車体の床下に取り付けられる。

【0017】

入力端子１１ａは、図示しない接触器、遮断器等を介して、電源、具体的には、変電所から電力供給線を介して供給される電力を取得する集電装置に電気的に接続される。例えば、集電装置は、電力供給線の一例である架線を介して電力を取得するパンタグラフ、または、電力供給線の一例である第三軌条を介して電力を取得する集電靴等である。入力端子１１ｂは、図示しない接地リング、接地ブラシ、車輪等を介して接地される。

【0018】

電力変換回路１２は、例えば、出力される交流電力の実効電圧と周波数とが可変であるインバータで形成される。電力変換回路１２は、複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子のスイッチング動作は、電力変換回路制御部１３によって制御される。各スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）またはＳｉＣ（Silicon Carbide：炭化ケイ素）、ＧａＮ（Gallium Nitride：窒化ガリウム）、ダイヤモンド等で形成されるワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子で形成される。

【0019】

電力変換回路制御部１３は、図示しない運転台から運転指令Ｓ１を取得する。運転指令Ｓ１は、運転台に設けられたマスターコントローラに対する運転員の操作に応じた指令を示す。具体的には、運転指令Ｓ１は、鉄道車両の加速を指示する力行指令、鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令、および鉄道車両の惰性での走行を指示する惰行指令のいずれかを示す。惰行指令は、力行指令およびブレーキ指令のいずれも入力されていない状態を意味する。電力変換回路制御部１３は、運転指令Ｓ１に応じて電力変換回路１２の各スイッチング素子を制御する電力変換制御信号Ｓ２を生成し、出力する。電力変換制御信号Ｓ２は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号である。

【0020】

電圧検出回路１４は、電力変換回路１２と電動機９１とを電気的に接続するバスバーに電気的に接続されるＶＴ（Voltage Transformer：計器用変圧器）を有し、電力変換回路１２が出力する相電圧、具体的には、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、およびＷ相電圧の値を測定する。電圧検出回路１４は、各相電圧の測定値を劣化判別装置２１に送る。

【0021】

電流検出回路１５は、電力変換回路１２と電動機９１との間の電気回路、例えば、電力変換回路１２と電動機９１とを電気的に接続するバスバーに取り付けられるＣＴ（Current Transformer：変流器）を有し、電力変換回路１２が出力する相電流、具体的には、Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流の値を測定する。電流検出回路１５は、各相電流の測定値を電力変換回路制御部１３および劣化判別装置２１に送る。

【0022】

リアクトルＬ１の一端は、入力端子１１ａに接続される。リアクトルＬ１の他端は、電力変換回路１２の一次端子に接続される。コンデンサＣ１の一端は、リアクトルＬ１の他端と電力変換回路１２の一次端子との接続点に接続される。コンデンサＣ１の他端は、入力端子１１ｂと電力変換回路１２の一次端子との接続点に接続される。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、電力変換回路１２のスイッチング動作によって生じる高調波成分を減衰させるＬＣフィルタを形成する。

【0023】

上述の電動機９１が有する絶縁部材の劣化の程度を判別する劣化判別装置２１は、電動機９１が有する固定子コイルを覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部２２と、温度に応じた絶縁部材の耐用期間の内、経過した時間を示す指標である損傷度を決定する損傷度決定部２３と、損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部２４と、を備える。劣化判別装置２１は、鉄道車両において任意の位置、例えば、車体の床下に設けられる。

【0024】

上記構成を有する劣化判別装置２１は、任意に定められた対象期間ごとに絶縁部材の劣化の程度を判別する処理を行って、絶縁部材の劣化の程度についての判別結果を出力先装置３１に送る。対象期間は、劣化判別装置２１の判別対象である絶縁部材が覆っている導体の熱時定数に比べて十分短い時間であって、例えば、１秒以上、かつ、５秒以下の長さの時間である。詳細には、劣化判別装置２１は、導体の使用開始時点から対象期間ごとに絶縁部材の劣化の程度を判別する。出力先装置３１は、例えば、運転台に設けられている表示装置である。

【0025】

温度取得部２２は、導体に流れる電流および導体の電位から導体の抵抗値を推定し、推定した抵抗値から導体の温度を推定し、推定した導体の温度を絶縁部材の温度として用いる。実施の形態１では、温度取得部２２は、電圧検出回路１４から取得した各相電圧の測定値および電流検出回路１５から取得した各相電流の測定値から導体である固定子コイルのコイル抵抗値を算出する。コイル抵抗値と固定子コイルの温度とは正の相関関係にあるので、温度取得部２２は、算出したコイル抵抗値から固定子コイルの温度を推定する。

【0026】

通電時に発熱する固定子コイルから、固定子コイルを覆っている絶縁部材に熱が伝達され、絶縁部材が固定子コイルと同程度の温度になるまで絶縁部材が暖められる。このため、固定子コイルの温度と絶縁部材の温度は一致するとみなすことができる。温度取得部２２は、推定した固定子コイルの温度を、絶縁部材の温度として損傷度決定部２３に出力する。

【0027】

損傷度決定部２３は、対象期間ごとに、温度取得部２２から取得した絶縁部材の温度および絶縁部材の温度と耐用期間との関係から、絶縁部材の温度に対応する耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する。耐用期間は、絶縁部材を使用することができる期間であって、絶縁部材の温度に応じて変化する。詳細には、絶縁部材の温度と耐用期間との関係は、温度が高くなると耐用期間が短くなる関係を示す。耐用期間ＬＴと絶縁部材の温度Ｔ（単位：Ｋ）との関係は、下記（１）式に示すアレニウスの式で表される。下記（１）式において、Ａは頻度因子であり、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数を示す。

【0028】

【数1】

・・・（１）

【0029】

実施の形態１では、損傷度決定部２３は、絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴに対する対象期間の比率である損傷度を決定する。詳細には、損傷度決定部２３は、対象期間τを耐用期間ＬＴで除算して得られる値τ／ＬＴを損傷度として用いる。損傷度決定部２３は、対象期間τを耐用期間ＬＴで除算して得られる値τ／ＬＴを損傷度として判別部２４に出力する。

【0030】

判別部２４は、導体の使用開始時点から対象期間τごとに決定された損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する。詳細には、判別部２４は、導体の使用開始時点から始まり、複数の対象期間τを含む判別期間において、対象期間τごとに決定された損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する。実施の形態１では、判別部２４は、判別期間における損傷度の累積値である累積損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する。例えば、判別部２４は、判別期間における累積損傷度を算出し、累積損傷度が閾値に到達したか否かを判別する。判別期間における累積損傷度が閾値に到達すると、絶縁部材が寿命に達しているとみなすことができる。マイナー則によれば、部材の累積損傷度が１に到達すると、部材が寿命に達したとみなすことができる。そこで、判別部２４は、閾値を１と設定し、判別期間における累積損傷度が閾値に到達しているか否かを判別する。判別部２４は、累積損傷度を図示しない記憶装置に記憶し、判別結果を出力先装置３１に送る。

【0031】

判別期間は、導体の使用開始時点、例えば、電動機９１が搭載された鉄道車両が最初に運行を開始する際に開始され、電動機９１の絶縁部材の保守作業、具体的には、絶縁ワニスを固定子に再び含浸させる保守作業が行われるまで続く。記憶装置に記憶された累積損傷度は、上述の電動機９１の絶縁部材の保守作業が行われる際にリセットされる。

【0032】

上記構成を有する劣化判別装置２１から判別結果を取得する出力先装置３１は、例えば運転台に設けられている表示装置を含む。表示装置は、劣化判別装置２１から絶縁部材が寿命に達していることを示す判別結果を取得すると、取得した判別結果を画面に表示する。

【0033】

上記構成を有する劣化判別装置２１のハードウェア構成を図２に示す。劣化判別装置２１は、プロセッサ６１と、メモリ６２と、インターフェース６３と、を備える。プロセッサ６１、メモリ６２、およびインターフェース６３は互いにバス６０で接続されている。劣化判別装置２１の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ６２に格納される。プロセッサ６１が、メモリ６２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、上述の各部の機能が実現される。すなわち、メモリ６２には、劣化判別装置２１の各部の処理を実行するためのプログラムが格納される。

【0034】

メモリ６２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等を含む。

【0035】

劣化判別装置２１は、インターフェース６３を介して、電圧検出回路１４、電流検出回路１５、出力先装置３１等、に接続される。インターフェース６３は、接続先に応じて、１つまたは複数の規格に準拠したインターフェースモジュールを有する。

【0036】

上述の電力変換装置１１の動作について以下に説明する。
運転指令Ｓ１が力行指令を含む場合、図１に示す電力変換装置１１は、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機９１に供給する。電動機９１は、三相交流電力の供給を受けて駆動され、鉄道車両の推進力を生じさせる。

【0037】

詳細には、運転指令Ｓ１が力行指令を含む場合、電力変換回路制御部１３は、力行指令が示す鉄道車両の加速度の目標値および図示しない速度センサから取得した電動機９１の回転数の測定値に応じて、電動機９１のトルクの目標値であるトルク指令値τ^＊を決定する。そして、電力変換回路制御部１３は、トルク指令値τ^＊に応じて励磁電流指令値ｉｄ^＊およびトルク電流指令値ｉｑ^＊を決定する。電力変換回路制御部１３は、電流検出回路１５から取得した相電流の測定値を、電動機９１の回転数の測定値から推定される推定位置θに基づいて三相座標からｄｑ回転座標に変換することで、励磁電流値ｉｄおよびトルク電流値ｉｑを決定する。

【0038】

電力変換回路制御部１３は、励磁電流値ｉｄと励磁電流指令値ｉｄ^＊との差分から励磁電圧指令値Ｖｄ^＊を決定し、トルク電流値ｉｑとトルク電流指令値ｉｑ^＊との差分からトルク電圧指令値Ｖｑ^＊を決定する。電力変換回路制御部１３は、励磁電圧指令値Ｖｄ^＊およびトルク電圧指令値Ｖｑ^＊を推定位置θに基づいてｄｑ回転座標から三相座標に変換してＵ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、およびＷ相電圧指令値Ｖｗ^＊を決定する。そして、電力変換回路制御部１３は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、およびＷ相電圧指令値Ｖｗ^＊のそれぞれと搬送波とに応じて電力変換回路１２が有する各スイッチング素子のスイッチング動作を制御する電力変換制御信号Ｓ２を生成し、出力する。

【0039】

電力変換制御信号Ｓ２が電力変換回路１２の各スイッチング素子のゲート信号に供給されると、各スイッチング素子がスイッチング動作を行う。この結果、電力変換回路１２は、直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機９１に供給する。

【0040】

運転指令Ｓ１がブレーキ指令を含む場合、発電機として動作する電動機９１は、三相交流電力を電力変換装置１１に供給する。電力変換装置１１は、電動機９１から供給される三相交流電力を直流電力に変換し、集電装置および電力供給線を介して、電力変換装置１１が搭載されている鉄道車両の近隣を走行している他の鉄道車両に直流電力を供給する。電動機９１で生じた三相交流電力を他の鉄道車両に供給して消費することで、鉄道車両を減速させる回生ブレーキ力が生じる。

【0041】

詳細には、運転指令Ｓ１がブレーキ指令を含む場合、電力変換回路制御部１３は、図示しない電圧センサからコンデンサＣ１の端子間電圧の測定値を取得し、電動機９１から電力変換回路１２に流れる相電流の測定値を電流検出回路１５から取得する。そして、電力変換回路制御部１３は、コンデンサＣ１の端子間電圧の測定値および電動機９１から電力変換回路１２に流れる相電流の測定値に応じて、電力変換回路１２の出力電圧の目標値を示す電圧指令値を決定する。

【0042】

電力変換回路１２の出力電圧の目標値は、例えば、架線電圧より高い電圧範囲であって、回生ブレーキが利用可能となる電圧の範囲を示す目標電圧範囲に含まれる値である。そして、電力変換回路制御部１３は、電圧指令値に応じて電力変換回路１２が有する各スイッチング素子のスイッチング動作を制御する電力変換制御信号Ｓ２を生成し、出力する。

【0043】

電力変換制御信号Ｓ２が電力変換回路１２の各スイッチング素子のゲート信号に供給されると、各スイッチング素子がスイッチング動作を行う。この結果、電力変換回路１２は、電動機９１から供給される三相交流電力を直流電力に変換し、直流電力でコンデンサＣ１を充電する。

【0044】

電力変換装置１１が搭載されている鉄道車両の近隣に加速中の他の鉄道車両が位置していれば、上述のように、電動機９１で生じた電力が他の鉄道車両に供給されて消費され、鉄道車両を減速させる回生ブレーキ力が生じる。

【0045】

上述の電力変換装置１１の処理とは独立して、劣化判別装置２１は、電動機９１が有する絶縁部材の劣化の程度を判別する処理を行う。劣化判別装置２１は、電動機９１が搭載された鉄道車両が最初に運行を開始すると、図３に示す劣化の程度を判別する処理を開始する。例えば、電動機９１が搭載された鉄道車両の運転台に設けられているパンタグラフの上昇スイッチが操作されて、鉄道車両が最初に運行を開始すると、劣化判別装置２１は、図３に示す劣化の程度を判別する処理を開始する。その後、劣化判別装置２１は、鉄道車両の運行中は継続して、対象期間τ＝ＴＰ１ごとに図３に示す劣化の程度を判別する処理を繰り返す。

【0046】

温度取得部２２は、電圧検出回路１４から取得した各相電圧の測定値および電流検出回路１５から取得した各相電流の測定値から電動機９１のコイル抵抗値を算出する（ステップＳ１１）。例えば、固定子コイルのみに微弱電流が流れている状態において、温度取得部２２は、電圧検出回路１４から取得したＵ相電圧の測定値およびＶ相電圧の測定値からＵ相とＶ相の線間電圧を算出する。温度取得部２２は、Ｕ相とＶ相の線間電圧Ｖ_ｕｖと電流検出回路１５から取得したＵ相電流の測定値Ｉ_ｕに基づいて、下記（２）式を用いて、Ｕ相固定子コイルのコイル抵抗値Ｒｅを算出する。温度取得部２２は、算出したコイル抵抗値を図１に示さない記憶装置に記憶する。

【0047】

【数2】

・・・（２）

【0048】

上記（２）式を用いてコイル抵抗値を算出するためには、固定子コイルのみに微弱電流を供給する電流供給装置が設けられることが好ましい。電流供給装置によって固定子コイルのみに微弱電流を流してコイル抵抗値を算出するため、電力変換装置１１から電動機９１に電力が供給されない惰行運転時にもコイル抵抗値を算出することが可能となる。

【0049】

図３に示すように、温度取得部２２は、ステップＳ１１で算出されたコイル抵抗値から、電動機９１の絶縁部材の温度を推定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の詳細について以下に説明する。

【0050】

温度取得部２２は、ステップＳ１１で算出されたコイル抵抗値と直前の対象期間τにおいて算出されたコイル抵抗値から導体である固定子コイルの温度を推定する。温度取得部２２は、推定した固定子コイルの温度を図１に示さない記憶装置に記憶する。実施の形態１では、同じ電動機９１に含まれるＵ相固定子コイル、Ｖ相固定子コイル、およびＷ相固定子コイルは同じように温度が変化するとみなし、ステップＳ１１で算出されたＵ相固定子コイルのコイル抵抗値に基づいて推定されたＵ相固定子コイルの温度が、電動機９１の固定子コイルの温度として用いられる。

【0051】

例えば、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおける固定子コイルの温度Ｔ’_ｉは、下記（３）式を用いて算出される。下記（３）式において、Ｒｅ_ｉは、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおけるコイル抵抗値、Ｒｅ_ｉ－１は、ｉ－１番目の対象期間τ_ｉ－１におけるコイル抵抗値、βは温度抵抗係数の逆数、Ｔ’_ｉ－１は、ｉ－１番目の対象期間τ_ｉ－１における固定子コイルの温度である。ｉは任意の自然数である。ｉ＝１となる最初の対象期間τ_１では、固定子コイルの温度Ｔ_０を常温、例えば２０℃とし、Ｒｅ_０を常温でのコイル抵抗値とすればよい。温度取得部２２は、固定子コイルの温度Ｔ’_０およびコイル抵抗値Ｒ_０についての情報を予め保持している。温度抵抗係数の逆数βは、導体を形成する部材によって決まる。例えば、固定子コイルが銅で形成されている場合、βの値として、２３５が用いられる。

【0052】

【数3】

・・・（３）

【0053】

固定子コイルから絶縁部材に熱が伝達され、絶縁部材が固定子コイルと同程度の温度になるまで絶縁部材が暖められる。このため、固定子コイルの温度と固定子コイルを覆う絶縁部材の温度は一致するとみなすことができる。温度取得部２２は、上述のように推定された固定子コイルの温度Ｔ’_ｉを絶縁部材の温度Ｔ_ｉとして、損傷度決定部２３に出力する。

【0054】

図３に示すように、損傷度決定部２３は、ステップＳ１２において温度取得部２２で推定された絶縁部材の温度に応じて、絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴに対する対象期間τの比率である損傷度を決定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の詳細について、以下に説明する。

【0055】

損傷度決定部２３は、温度取得部２２で推定された絶縁部材の温度に応じて、絶縁部材の耐用期間ＬＴを決定する。上述のように、絶縁部材の温度Ｔと耐用期間ＬＴとの関係は、上記（１）式のアレニウスの式に従って、温度が高くなると耐用期間ＬＴが短くなる関係を示す。例えば、図４に示すように、絶縁部材の温度の逆数１／Ｔと絶縁部材の耐用期間ＬＴの対数表示ｌｏｇＬＴは、正の相関関係を示す。図４の横軸は、絶縁部材の温度の逆数１／Ｔ（単位：１／Ｋ）であり、図４の縦軸は、耐用期間ＬＴの対数表示ｌｏｇＬＴを示す。図４の例では、絶縁部材の温度の逆数１／Ｔと耐用期間ＬＴの対数表示ｌｏｇＬＴは線形関係を有する。例えば、損傷度決定部２３は、図４に示すグラフに基づいて、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおける絶縁部材の温度Ｔ_ｉに応じた絶縁部材の耐用期間ＬＴ_ｉを決定する。

【0056】

上述のように絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴを決定した後、損傷度決定部２３は、絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴに対する対象期間τの比率である損傷度を決定する。詳細には、損傷度決定部２３は、下記（４）式を用いて、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおける損傷度Ｄ_ｉを算出する。下記（４）式において、τ_ｉは、ｉ番目の対象期間τ_ｉの長さを示す。実施の形態１において、τ_ｉは、固定値ＴＰ１である。ｉ番目の対象期間τ_ｉにおける損傷度Ｄ_ｉは、ｉ番目の対象期間τ_ｉが経過したことで、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおける絶縁部材の温度に対応する絶縁部材の耐用期間ＬＴの内、経過した時間の耐用期間ＬＴに対する比率を示す。損傷度決定部２３は、上述のように算出した損傷度Ｄ_ｉを、判別部２４に出力する。

【0057】

【数4】

・・・（４）

【0058】

判別部２４は、対象期間τごとにステップＳ１３で算出された損傷度Ｄ_ｉに基づいて、絶縁部材の劣化の有無を判別する。詳細には、判別部２４は、図３に示すように、累積損傷度を算出する（ステップＳ１４）。１番目の対象期間τ_１からｉ番目の対象期間τ_ｉまでの累積損傷度ＡＣＣ_ｉは、下記（５）式で表される。実施の形態１では、下記（５）式において、τ_１＝τ_２＝τ_３＝・・・＝τ_ｉ＝ＴＰ１である。

【0059】

【数5】

・・・（５）

【0060】

判別部２４は、累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達しているか否かを判別する（ステップＳ１５）。累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達した場合は（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、絶縁部材が寿命に達したとみなすことができるため、判別部２４は、絶縁部材が寿命に達したことを示す判別結果を出力先装置３１に出力する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の処理が完了すると、劣化判別装置２１は、ステップＳ１１から上述の処理を繰り返す。

【0061】

累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達していない場合は（ステップＳ１５；Ｎｏ）、絶縁部材は寿命に達していないとみなすことができるため、劣化判別装置２１は、ステップＳ１６の処理を行わずに、ステップＳ１１から上述の処理を繰り返す。

【0062】

累積損傷度ＡＣＣ_ｉが１に到達したこと、換言すれば、絶縁部材の耐用期間ＬＴに対する対象期間τの比率の合計が１に到達したことは、絶縁部材の耐用期間ＬＴが経過したことを意味する。このため、閾値を１とすると、累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達した場合、絶縁部材が寿命に達したとみなすことができる。

【0063】

例えば、１番目の対象期間τ_１からｉ番目の対象期間τ_ｉまで温度が一定の温度Ｔｅ１である場合、図４に示すように温度Ｔｅ１に対応する耐用期間ＬＴはＬＴｅ１であるため、ＬＴ_１＝ＬＴ_２＝ＬＴ_３＝・・・＝ＬＴ_ｉ＝ＬＴｅ１となる。このため、累積損傷度ＡＣＣ_ｉは、ｉ・ＴＰ１／ＬＴｅ１で表される。換言すれば、耐用期間ＬＴｅ１に対する１番目の対象期間τ_１からｉ番目の対象期間τ_ｉまでの長さの比率が累積損傷度ＡＣＣ_ｉとなる。ｉ・ＴＰ１／ＬＴｅ１で表される累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達した場合、絶縁部材が寿命に達したとみなすことができる。

【0064】

１番目の対象期間τ_１からｉ番目の対象期間τ_ｉまでに温度が変化した場合の累積損傷度ＡＣＣ_ｉについて以下に説明する。例えば、ｉ＝１００であって、１番目の対象期間τ_１から５０番目の対象期間τ_５０までにおける絶縁部材の温度がＴｅ１であって、５１番目の対象期間τ_５１以降の対象期間τでは、絶縁部材の温度がＴｅ２であるとする。この場合、図４に示すように温度Ｔｅ１，Ｔｅ２にそれぞれ対応する耐用期間ＬＴはＬＴｅ１，ＬＴｅ２であるため、ＬＴ_１＝ＬＴ_２＝ＬＴ_３＝・・・＝ＬＴ_５０＝ＬＴｅ１となり、ＬＴ_５１＝ＬＴ_５２＝・・・＝ＬＴ_１００＝ＬＴｅ２となる。このため、累積損傷度ＡＣＣ_１００は、５０・ＴＰ１／ＬＴｅ１＋５０・ＴＰ１／ＬＴｅ２で表される。上述のように絶縁部材の温度が変化した場合であっても、温度に応じた絶縁部材の耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度Ｄ_ｉを用いることで、絶縁部材の劣化の程度を精度よく判別することが可能となる。

【0065】

閾値を１より小さい値、例えば、０．８とすることで、累積損傷度ＡＣＣ_ｉが閾値に到達した場合、絶縁部材が寿命に近づいているとみなすことができる。この場合、判別部２４は、絶縁部材が寿命に近づいていることを示す判別結果を出力先装置３１に出力する。

【0066】

出力先装置３１が、絶縁部材が寿命に達したことを示す判別結果または絶縁部材が寿命に近づいていることを示す判別結果を劣化判別装置２１から取得し、判別結果を画面に表示した場合、保守作業、具体的には、絶縁ワニスを電動機９１の固定子に再含浸させる保守作業が行われることが好ましい。

【0067】

以上説明した通り、実施の形態１に係る劣化判別装置２１は、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度、具体的には、対象期間τごとに決定される、絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴに対する対象期間τの比率である損傷度に基づいて絶縁部材の劣化の程度を判別する。このため、実温度での使用時間を基準温度における使用時間に換算し、換算した使用時間の積算値と基準温度における寿命との比較に応じて絶縁部材の劣化の有無を判別する劣化判別装置と比べて、導体を覆う絶縁部材の劣化の程度を精度よく判別することが可能となる。

【0068】

（実施の形態２）
劣化判別装置２１における劣化判別処理は、上述の例に限られない。実施の形態１と異なる処理で絶縁部材の劣化の程度を判別する劣化判別装置２１について、実施の形態１との差異を中心に実施の形態２で説明する。

【0069】

図５に示す劣化判別装置２１の構成は、実施の形態１に係る劣化判別装置２１の構成と同様である。ただし、実施の形態１に係る劣化判別装置２１と異なり、実施の形態２に係る劣化判別装置２１は、運転台から運転指令Ｓ１を取得し、電力変換回路制御部１３からＵ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、およびＷ相電圧指令値Ｖｗ^＊を取得し、電流検出回路１５から各相電流の測定値を取得する。

【0070】

温度取得部２２は、電力変換回路制御部１３から取得したＵ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、およびＷ相電圧指令値Ｖｗ^＊および電流検出回路１５から取得した各相電流の測定値から導体である固定子コイルの抵抗値を算出する。温度取得部２２は、算出したコイル抵抗値から固定子コイルの温度を推定する。実施の形態１と同様に、固定子コイルの温度と固定子コイルを覆う絶縁部材の温度は一致するとみなせるため、温度取得部２２は、推定した固定子コイルの温度を絶縁部材の温度として出力する。

【0071】

固定子コイルの位置によって、例えば空気に触れる表面積が異なるため、固定子コイルの温度にばらつきが生じることがある。詳細には、固定子コイルにおいて、コイル抵抗値から推定される固定子コイルの温度よりも温度が高くなる位置がある。この結果、固定子コイルを覆う絶縁部材において、温度取得部２２が出力する絶縁部材の温度よりも温度が高くなる位置がある。そこで、実施の形態２に係る劣化判別装置２１が備える損傷度決定部２３は、温度取得部２２から取得した絶縁部材の温度を増大させる補正を行う。

【0072】

例えば、損傷度決定部２３は、温度取得部２２から取得した絶縁部材の温度に１より大きい係数である係数ｈ１を温度取得部２２から取得した絶縁部材の温度に乗算する。係数ｈ１は、例えば、固定子コイルの温度分布のデータに基づき、固定子コイルの温度の平均値を１とした場合の固定子コイルの温度の最大値に相当する値である。

【0073】

損傷度決定部２３は、対象期間τごとに、上述のように補正された絶縁部材の温度および絶縁部材の温度と耐用期間ＬＴとの関係から、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度を決定する。この結果、固定子コイルの温度が高くなる位置であるホットスポットにあわせて、対象期間τの経過によって、耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度を決定することが可能となる。

【0074】

損傷度決定部２３は、運転指令Ｓ１に応じて長さが変化する対象期間τごとに、補正された絶縁部材の温度および絶縁部材の温度と耐用期間ＬＴとの関係から、損傷度を決定する。例えば、損傷度決定部２３は、力行時またはブレーキ時、換言すれば、運転指令Ｓ１が力行指令またはブレーキ指令を含むときの対象期間τ＝ＴＰ２を、惰行運転時、換言すれば、運転指令Ｓ１が惰行指令を含むときの対象期間τ＝ＴＰ３より短くする。これにより、損傷度決定部２３は、電動機９１の固定子コイルの温度が急激に変化し得る加速時または減速時に、高い頻度で、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴを決定し、耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度を決定することができる。この結果、対象期間τの経過によって、耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度を精度よく決定することが可能となる。

【0075】

劣化判別装置２１のハードウェア構成は、実施の形態１に係る劣化判別装置２１のハードウェア構成と同様である。ただし、実施の形態１と異なり、劣化判別装置２１は、インターフェース６３を介して、電流検出回路１５、電力変換回路制御部１３、出力先装置３１、および運転台に設置されたマスターコントローラを含む車載機器等、に接続される。

【0076】

上記構成を有する劣化判別装置２１が行う劣化の程度を判別する処理について以下に説明する。劣化判別装置２１は、電動機９１が搭載された鉄道車両が最初に運行を開始すると、図６に示す劣化の程度を判別する処理を開始する。ステップＳ１１，Ｓ１２の処理は、図３に示す劣化判別装置２１が行う処理と同様である。

【0077】

損傷度決定部２３は、ステップＳ１２において推定された絶縁部材の温度を増大させる補正を行う（ステップＳ２１）。そして、損傷度決定部２３は、ステップＳ２１で補正された絶縁部材の温度に応じて、絶縁部材の温度に応じた耐用期間ＬＴに対する対象期間τの比率である損傷度を決定する（ステップＳ１３）。後続のステップＳ１４からＳ１６までの処理は、図３に示す劣化判別装置２１が行う処理と同様である。

【0078】

以上説明した通り、実施の形態２に係る劣化判別装置２１は、絶縁部材の温度を増大させる補正を行った上で、補正された絶縁部材の温度に応じて耐用期間ＬＴを決定する。このため、絶縁部材の温度にばらつきがある場合に、絶縁部材の内、他の部分より高温となるために耐用期間ＬＴが短くなる部分を基準として絶縁部材の劣化の程度を判別することが可能となる。また、劣化判別装置２１は、絶縁部材の温度が急激に変化し得る加速時または減速時に、惰行運転時よりも高い頻度で、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴを決定する。この結果、絶縁部材の劣化の程度を判別する精度が向上する。

【0079】

本開示は、上述の実施の形態に限られない。上記のハードウェア構成およびフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

【0080】

劣化判別装置２１の判別対象は、電動機９１の固定子コイルに限られず、導体を覆う任意の絶縁部材である。一例として、リアクトルＬ１が有する導体を覆う絶縁部材の劣化の程度を判別する劣化判別装置２１を図７に示す。劣化判別装置２１の構成は、実施の形態１，２と同様である。

【0081】

電力変換装置１１は、リアクトルＬ１の端子間電圧を測定する電圧検出回路１６と、リアクトルＬ１を流れる電流を測定する電流検出回路１７と、を備える。

【0082】

電圧検出回路１６は、リアクトルＬ１に並列に接続され、リアクトルＬ１の端子間電圧の値を測定する。電圧検出回路１６は、端子間電圧の測定値を劣化判別装置２１に送る。

【0083】

電流検出回路１７は、リアクトルＬ１と電力変換回路１２を電気的に接続するバスバーに取り付けられるホール素子型の電流センサを有し、リアクトルＬ１に流れる電流の値を測定する。電流検出回路１５は、電流の測定値を劣化判別装置２１に送る。

【0084】

リアクトルＬ１は、導線と、導線を被覆する絶縁部材と、を有する。絶縁部材で被覆された導線は巻き回されて、ディスク型コイルを形成する。

【0085】

温度取得部２２は、電圧検出回路１６から取得したリアクトルＬ１の端子間電圧の測定値および電流検出回路１７から取得したリアクトルＬ１を流れる電流の測定値から、リアクトルＬ１が有するディスク型コイルのコイル抵抗値を算出する。詳細には、温度取得部２２は、リアクトルＬ１の端子間電圧の測定値を、リアクトルＬ１を流れる電流の測定値で除算することで、コイル抵抗値を算出する。実施の形態１，２と同様に、温度取得部２２は、算出したコイル抵抗値からディスク型コイルの導線の温度を推定する。

【0086】

通電時に発熱するディスク型コイルの導線から、導線を被覆する絶縁部材に熱が伝達され、絶縁部材が導線と同程度の温度になるまで絶縁部材が暖められる。このため、ディスク型コイルの導線と絶縁部材の温度は一致するとみなすことができる。そこで、温度取得部２２は、推定したディスク型コイルの温度を、絶縁部材の温度として損傷度決定部２３に出力する。

【0087】

損傷度決定部２３および判別部２４が実施の形態１，２と同様の処理を行うことで、リアクトルＬ１の絶縁部材における劣化の程度を判別することが可能となる。

【0088】

温度取得部２２による絶縁部材の温度を取得する方法は、上述の例に限られない。一例として、温度取得部２２は、異なるタイミングで得た絶縁部材の温度の移動平均値を絶縁部材の温度として出力してもよい。例えば、実施の形態１に係る劣化判別装置２１が備える温度取得部２２は、対象期間τごとに、電圧検出回路１４から取得した各相電圧の測定値および電流検出回路１５から取得した各相電流の測定値から導体である固定子コイルの温度を推定する。

【0089】

温度取得部２２は、推定した固定子コイルの温度の移動平均値を算出し、算出した移動平均値を絶縁部材の温度Ｔ_ｉとして損傷度決定部２３に出力する。例えば、ｉ番目の対象期間τ_ｉにおいて、直近のｊ個の対象期間τにおいて推定された固定子コイルの温度の移動平均値Ｔ’_{ｉ＿ａｖｇ}は、下記（６）式で表される。

【0090】

【数6】

・・・（６）

【0091】

温度の移動平均値と実温度との乖離を防止するため、下記（７）式で表される固定子コイルの温度の移動平均値Ｔ’_{ｉ＿ａｖｇ}を用いることが好ましい。

【0092】

【数7】

・・・（７）

【0093】

この場合、劣化判別装置２１は、電動機９１が搭載された鉄道車両が最初に運行を開始すると、図８に示す劣化の程度を判別する処理を開始する。ステップＳ１１の処理は、図３に示す劣化判別装置２１が行う処理と同様である。温度取得部２２は、ステップＳ１１で算出されたコイル抵抗値から、電動機９１が有する導体である固定子コイルの温度を推定し、固定子コイルの温度の移動平均値を算出し、算出した移動平均値を絶縁部材の温度として推定して損傷度決定部２３に出力する（ステップＳ２２）。後続のステップＳ１３からＳ１６までの処理は、図３に示す実施の形態１に係る劣化判別装置２１が行う処理と同様である。

【0094】

導体の温度の移動平均値を絶縁部材の温度として用いることで、導体の温度が大きく変動する場合に、推定される絶縁部材の温度の変動を低減することが可能となる。この結果、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度が大きく変動することが抑制され、絶縁部材の劣化の程度を判別する精度が向上する。

【0095】

他の一例として、温度取得部２２は、電力変換回路制御部１３から、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、およびＷ相電圧指令値Ｖｗ^＊、ならびに励磁電流指令値ｉｄ^＊およびトルク電流指令値ｉｑ^＊を推定位置θに基づいてｄｑ回転座標から三相座標に変換して得られるＵ相電流指令値、Ｖ相電流指令値、およびＷ相電流指令値を取得し、取得した各指令値からコイル抵抗値を算出してもよい。各指令値からコイル抵抗値を算出することで、各検出回路が不要となるため、検出値から抵抗値を演算する演算負荷を低減することが可能となる。

【0096】

他の一例として、温度取得部２２は、導体の温度を測定する少なくとも１つの温度センサの測定値を取得し、少なくとも１つの温度センサの測定値から絶縁部材の温度を決定してもよい。具体的には、温度取得部２２は、固定子コイルの長手方向、換言すれば電動機９１の回転軸の延伸方向に並べて設けられた複数の温度センサの測定値の平均値を絶縁部材の温度として用いてもよい。温度センサとして、例えば、固定子コイルの間に埋め込まれる熱電対を用いることができる。

【0097】

他の一例として、温度取得部２２は、電動機９１が有するＵ相固定子コイル、Ｖ相固定子コイル、およびＷ相固定子コイルのそれぞれのコイル抵抗値を算出し、各コイル抵抗値から、Ｕ相固定子コイルを覆う絶縁部材、Ｖ相固定子コイルを覆う絶縁部材、およびＷ相固定子コイルを覆う絶縁部材のそれぞれの温度を推定してもよい。この場合、損傷度決定部２３は、Ｕ相固定子コイルを覆う絶縁部材、Ｖ相固定子コイルを覆う絶縁部材、およびＷ相固定子コイルを覆う絶縁部材のそれぞれについて損傷度を決定すればよい。判別部２４は、Ｕ相固定子コイルを覆う絶縁部材、Ｖ相固定子コイルを覆う絶縁部材、およびＷ相固定子コイルを覆う絶縁部材のそれぞれの劣化の程度を判別すればよい。

【0098】

より精度よく絶縁部材の温度を決定するために、温度取得部２２は、誘導電動機のＬ型等価回路を用いて、コイル抵抗値を算出し、算出したコイル抵抗値から固定子コイルの温度を推定してもよい。例えば、Ｕ相固定子コイルのコイル抵抗値Ｒｅ_ｕは、下記（８）式で表される。下記（８）式におけるＶ_ｐｕは、Ｕ相の相電圧を示し、ωは電源角周波数を示し、Ｌ_１ｕは一次インダクタンスを示し、Ｌ_２は二次インダクタンスを示す。ｐは電動機９１の極数を示し、ＴＭは電動機９１のトルクを示す。一次インダクタンスＬ_１ｕおよび二次インダクタンスＬ_２として、出荷試験時の値を用いればよい。

【0099】

【数8】

・・・（８）

【0100】

電源角周波数ωは、励磁電流指令値Ｉｄ^＊、トルク電流指令値Ｉｑ^＊および電動機９１の回転数に基づいて電源角周波数ωから求められる。温度取得部２２は、図９に示すように、電力変換回路制御部１３から、トルク指令値τ^＊、ならびに、励磁電流指令値Ｉｄ^＊、トルク電流指令値Ｉｑ^＊、および電動機９１の回転数から求められる電源角周波数ωを取得する。温度取得部２２は、トルク指令値τ^＊を電動機トルクＴＭとして用いる。

【0101】

上記（８）式におけるＩ_ｕ’は、一次換算電流であって、下記（９）式で表される。下記（９）式におけるＩ_ｕは、Ｕ相の相電流を示す。下記（９）式におけるＩ_ｍｕは、無負荷電流であって、下記（１０）式で表される。下記（１０）式におけるｒ_ｍｕは、合成励磁抵抗であって、下記（１１）式で表される。下記（１０）式におけるｘ_ｍｕは、合成励磁リアクタンスであって、下記（１２）式で表される。このとき、誘導電動機のＬ型等価回路のインピーダンスＺは、虚数単位ｊを用いて、Ｚ＝ｒ_ｍｕ＋ｊｘ_ｍｕで表される。下記（１１）および（１２）式におけるＲ_ｍは鉄損抵抗を示し、Ｌ_ｍは励磁インダクタンスを示す。鉄損抵抗Ｒ_ｍおよび励磁インダクタンスＬ_ｍとして、出荷試験時の値を用いればよい。

【0102】

【数9】

・・・（９）

【0103】

【数10】

・・・（１０）

【0104】

【数11】

・・・（１１）

【0105】

【数12】

・・・（１２）

【0106】

温度取得部２２は、Ｖ相固定子コイルのコイル抵抗値Ｒｅ_ｖおよびＷ相固定子コイルのコイル抵抗値Ｒｅ_ｗについても、コイル抵抗値Ｒｅ_ｕと同様に算出する。温度取得部２２は、下記（１３）式に示すように、コイル抵抗値Ｒｅ_ｕ，Ｒｅ_ｖ，Ｒｅ_ｗから、コイル抵抗平均値Ｒｅ_ａｖｇを算出する。

【0107】

【数13】

・・・（１３）

【0108】

温度取得部２２は、コイル抵抗平均値Ｒｅ_ａｖｇを減算した値が最大となるコイル抵抗値Ｒｅ_ｕ，Ｒｅ_ｖ，Ｒｅ_ｗをコイル抵抗値Ｒｅとして用いる。すなわち、温度取得部２２は、Ｒｅ_ｕ－Ｒｅ_ａｖｇ，Ｒｅ_ｖ－Ｒｅ_ａｖｇ，Ｒｅ_ｗ－Ｒｅ_ａｖｇの値が最大となるコイル抵抗値Ｒｅ_ｕ，Ｒｅ_ｖ，Ｒｅ_ｗをコイル抵抗値Ｒｅとして用いる。温度取得部２２は、上述のように決定したコイル抵抗値Ｒｅから、固定子コイルの温度を推定する。

【0109】

温度取得部２２は、誘導電動機のＴ型等価回路を用いて、コイル抵抗値を算出し、算出したコイル抵抗値から固定子コイルの温度を推定してもよい。

【0110】

固定子コイルの温度を推定する方法は、上述の例に限られない。一例として、温度取得部２２は、上記（３）式において、Ｒｅ_ｉ－１の代わりに出荷試験時に測定される一次抵抗値Ｒｅ０を用い、Ｔ’_ｉ－１の代わりに出荷試験時に測定される温度Ｔ_０を用いてもよい。詳細には、温度取得部２２は、下記（１４）式を用いて、固定子コイルの温度Ｔ’_ｉを算出してもよい。

【0111】

【数14】

・・・（１４）

【0112】

対象期間τの長さは、上述の例に限られず、運転指令Ｓ１以外のパラメータに応じて変化してもよい。一例として、対象期間τの長さは、鉄道車両に搭載される機器の稼働状況に応じて変化してもよい。具体的には、鉄道車両に複数の電動機９１が搭載されている場合に、電動機９１の少なくともいずれかに異常が生じているか否かに応じて耐用期間ＬＴの長さが変化してもよい。例えば、損傷度決定部２３は、電動機９１の異常を検知する異常検知器から各電動機９１の異常の有無を示す情報を取得し、電動機９１の少なくともいずれかに異常が生じている場合の対象期間τ＝ＴＰ４を、電動機９１のいずれにも異常が生じていない場合の対象期間τ＝ＴＰ５より短くすればよい。電動機９１のいずれかに異常が生じると、鉄道車両を目標速度で走行させるためには、他の異常が生じていない電動機９１の出力を増大させる必要がある。このため、他の異常が生じていない電動機９１の温度が上昇する。

【0113】

電動機９１の少なくともいずれかに異常が生じているか否かに応じて耐用期間ＬＴの長さが変化することで、損傷度決定部２３は、電動機９１の固定子コイルの温度が増大し得る場合に、高い頻度で、絶縁部材の温度に対応する耐用期間ＬＴを決定し、耐用期間ＬＴの内、経過した時間を示す損傷度を決定することができる。この結果、対象期間τの経過によって、耐用期間ＬＴの内、経過した時間を精度よく決定することが可能となる。

【0114】

劣化判別装置２１の判別対象である絶縁部材はワニスに限られない。一例として、絶縁部材は、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の絶縁性を有する樹脂でもよい。

【0115】

劣化判別装置２１は、列車情報管理システムの一機能として実装されてもよい。また、劣化判別装置２１は、鉄道車両に搭載されず、例えば運転指令所に設けられてもよい。

【0116】

電動機９１は、三相誘導電動機および三相同期電動機のいずれでもよい。さらに、電動機９１は、三相電動機に限られず、例えば、単相電動機または直流電動機等でもよい。電動機９１は、インナーローターでもアウターローターでもよい。

【0117】

劣化判別装置２１は、図１０に示すように、処理回路７１で実現されてもよい。処理回路７１は、インターフェース回路７２を介して、電圧検出回路１４、電流検出回路１５、出力先装置３１等、に接続される。処理回路７１が専用のハードウェアである場合、処理回路７１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。劣化判別装置２１の各部がそれぞれ個別の処理回路７１で実現されてもよいし、劣化判別装置２１の各部は共通の処理回路７１で実現されてもよい。

【0118】

劣化判別装置２１の各機能の一部が専用のハードウェアで実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。例えば、温度取得部２２は図１０に示す処理回路７１で実現され、損傷度決定部２３および判別部２４は図２に示すプロセッサ６１がメモリ６２に格納されたプログラムを読み出して実行することで実現されてもよい。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
導体を覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部と、
対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する損傷度決定部と、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度の累積値である累積損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部と、
を備える劣化判別装置。
（付記２）
前記判別部は、前記導体の使用開始時点から前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する、
付記１に記載の劣化判別装置。
（付記３）
前記損傷度決定部は、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度に応じた前記耐用期間に対する前記対象期間の比率である前記損傷度を決定する、
付記１または２に記載の劣化判別装置。
（付記４）
前記対象期間は、前記導体の熱時定数に比べて短い時間である、
付記３に記載の劣化判別装置。
（付記５）
前記絶縁部材の温度と前記耐用期間との関係は、前記温度が高くなると前記耐用期間が短くなる関係を示す、
付記１から４のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記６）
前記温度取得部は、前記導体の温度を取得し、取得した前記導体の温度を前記絶縁部材の温度として用いる、
付記１から５のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記７）
前記温度取得部は、前記導体に流れる電流および前記導体の電位から前記導体の抵抗値を推定し、推定した前記抵抗値から前記導体の温度を推定し、推定した前記導体の温度を前記絶縁部材の温度として用いる、
付記６に記載の劣化判別装置。
（付記８）
前記温度取得部は、異なるタイミングで得た前記絶縁部材の温度の移動平均値を算出し、前記移動平均値を前記絶縁部材の温度として用いる、
付記６または７に記載の劣化判別装置。
（付記９）
前記損傷度決定部は、前記対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記耐用期間との関係から、前記損傷度を決定する、
付記１から８のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記１０）
導体を覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部と、
対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度を増大させる補正を行って、補正を行った前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、補正された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する損傷度決定部と、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部と、
を備える劣化判別装置。
（付記１１）
前記温度取得部は、鉄道車両に搭載される機器に用いられる前記導体を覆う前記絶縁部材の温度を取得する、
付記１から１０のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記１２）
前記損傷度決定部は、前記鉄道車両の運転指令に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
付記１１に記載の劣化判別装置。
（付記１３）
鉄道車両に搭載される機器に用いられる導体を覆う絶縁部材の温度を取得する温度取得部と、
前記鉄道車両の運転指令に応じて長さが変化する対象期間ごとに、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、前記温度取得部で取得された前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定する損傷度決定部と、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する判別部と、
を備える劣化判別装置。
（付記１４）
前記損傷度決定部は、前記機器の稼働状況に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
付記１１から１３のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記１５）
前記温度取得部は、前記鉄道車両に搭載され、前記鉄道車両の推進力を生じさせる複数の電動機がそれぞれ有する前記導体を覆う前記絶縁部材の温度を取得し、
前記損傷度決定部は、前記電動機の異常の有無に応じて長さが変化する前記対象期間ごとに前記損傷度を決定する、
付記１１から１４のいずれかに記載の劣化判別装置。
（付記１６）
導体を覆う絶縁部材の温度を取得し、
対象期間ごとに、取得した前記絶縁部材の温度および前記絶縁部材の温度と前記絶縁部材を使用することができる期間を示す耐用期間との関係から、取得した前記絶縁部材の温度に対応する前記耐用期間の内、経過した時間を示す損傷度を決定し、
前記対象期間ごとに決定された前記損傷度の累積値である累積損傷度に基づいて前記絶縁部材の劣化の程度を判別する、
劣化判別方法。

【0119】

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0120】

１１ 電力変換装置、１１ａ，１１ｂ 入力端子、１２ 電力変換回路、１３ 電力変換回路制御部、１４，１６ 電圧検出回路、１５，１７ 電流検出回路、２１ 劣化判別装置、２２ 温度取得部、２３ 損傷度決定部、２４ 判別部、３１ 出力先装置、６０ バス、６１ プロセッサ、６２ メモリ、６３ インターフェース、７１ 処理回路、７２ インターフェース回路、９１ 電動機、Ｃ１ コンデンサ、Ｌ１ リアクトル、Ｓ１ 運転指令、Ｓ２ 電力変換制御信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】