JP2007255963A - 変位計異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気吸引浮上車の浮上制御に用いられる変位計の異常を浮上制御中であっても検出する。
【解決手段】複数の変位計が備わる複数の浮上力発生手段を備え、変位計４１ａから周期的に検出信号が出力されることで検出されているレール継目１１０が検出されなくなることにより、この変位計４１ａに異常が発生しているものと判断する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、磁気吸引浮上搬送車等の磁気浮上車に備わる変位計の異常検出装置に関する。

電磁石が鉄レールに吸引する力を利用した磁気吸引鉄道では、浮上用マグネットと鉄レールの相互接触を防止し、かつ車体の走行を安定させるための浮上制御装置が使用される。
図１は、浮上力発生手段を二組備えた浮上モジュール１０の構成を示したものであり、浮上モジュール１０が浮上するための磁束を発生させる電磁石を形成するコイル（浮上力発生手段）２１、２２及びコイル２１、２２それぞれの図示しない鉄心と、コイル２１、２２に電圧を供給する浮上用直流電源装置３０と、各コイル２１、２２に対応してそれぞれ設けられ、浮上モジュール１０と浮上モジュール１０から鉛直上向きに所定距離離れた位置にあるレール１００とのギャップ間を検出する変位計４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと、各変位計から入力されるギャップ値に基づき目標位置にて浮上モジュール１０が浮上するように浮上用直流電源装置３０の電力出力に関する制御を行うコントローラ６０とが備えられている。

このコントローラ６０は、浮上用直流電源装置３０がコイル２１、２２に直流電流を通電し磁束を発生させることにより、コイル２１、２２それぞれの図示しない鉄心が磁化することで浮上モジュール１０がレール１００に引き付けられて浮上するシステムである。
次に、コントローラ６０の動作について説明する。まず、浮上モジュール１０とレール１００とのギャップ幅が変位計４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂにより検出され、それぞれがギャップ検出値５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂとしてコントローラ６０に入力される。そして入力されたギャップ検出値に基づいて浮上モジュール１０の現浮上位置を検出する。さらに、任意の位置を目標浮上位置として設定し、この目標浮上位置にて浮上モジュール１０が浮上するように、現在位置と目標浮上位置の差異に基づいて浮上用直流電源装置３０の出力電圧を調整することにより、コイル２１、２２それぞれの図示しない鉄心で発生する磁力を調整することで、変位計４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに基づくフィードバック浮上制御を行っている。

なお、この図１は、１つの浮上モジュール１０において、一台の浮上用直流電源装置３０が２台のコイル２１、２２に電圧を供給するシステムであり、コイル２１側の浮上位置制御のため、対応する変位計４１ａ、４１ｂを備え、且つ、コイル２２側の浮上位置制御のため、対応する変位計４２ａ、４２ｂを備えている。そして、この浮上モジュール１０の複数台により磁気浮上車が構成されている。
さらに、図２は、各変位計の出力特性を示したもので、浮上位置情報が電気信号に変換されてコントローラ６０に入力される。なお一例として、図２の各変位計の出力は浮上前の２０ｍｍの浮上位置で出力電圧＋５Ｖ、１０ｍｍの浮上位置で０Ｖ、レールに吸着する０ｍｍの浮上位置では−５Ｖとしている。

そして、図５は、浮上モジュール１０を１０ｍｍの浮上位置に浮上制御する場合において、図１におけるレール継目１１０を浮上モジュール１０が通過する際の変位計４１ａ及び４１ｂの出力値である。なお、浮上開始前の浮上位置を２０ｍｍ、レール１００に吸着した状態での浮上位置を０ｍｍとしている。また、進行方向先頭側の変位計４１ａがレール継目に対向すると、ギャップ値を検出できなくなり、最大値にリミットされ２０ｍｍとなる。だが、この値をそのまま浮上制御に使用してしまうと、浮上モジュール１０は落下したものとコントローラ６０が判断し、浮上用直流電源装置３０はその出力電圧を高めることとなり、磁力を強めて浮上させてしまう。しかし、実際には浮上モジュール１０は落下しているわけではないので、この浮上位置のフィードバック浮上制御においては外乱となってしまう。

この問題を解決するためにも、変位計４１ａの近傍に変位計４１ｂを設け、上記フィードバック浮上制御を行うにあたり、ギャップ検出値として各変位計から検出される検出値のうち最小のものを用いるようにすることにより、レール継目１１０を検出しなくなることで、浮上制御への外乱の入力を防止している（例えば、特許文献１）。
また、図６は、変位計の異常検出回路の一例である。なお、ギャップ検出値５１ａ及び５１ｂに関する異常検出回路と、ギャップ検出値５２ａ及び５２ｂに関する異常検出回路は同様であるので、ここでは、ギャップ検出値５１ａ及び５１ｂに関する異常検出回路についてのみ説明する。

この異常検出回路は、ギャップ検出値５１ａ及び５１ｂの偏差を求める減算部６１と、この減算部６１で算出されたギャップ検出値間の偏差が所定値以上であるか否かを判断する偏差判断部６２と、検出信号５１ａ及び検出信号５１ｂの少なくとも何れか一方が、出力電圧０Ｖである１０ｍｍの浮上位置を検出しているか否かを判断する零電圧出力検出手段６３と、この偏差判断部６２で偏差が所定値以上であり且つ各ギャップ検出値のうち何れかが零電圧出力検出手段６３により一定値であると判断される状態が所定時間連続しているときに、このギャップ検出値を出力している変位計に異常が発生しているものと判断する検出時素部６４とを備えている。そこで、例えば同じ浮上制御装置内のギャップ検出値５１ａとギャップ検出値５１ｂとの偏差を減算部６１にて算出し、この偏差値が５ｍｍ以上あり、且つギャップ検出値５１ａ又は５１ｂのうち何れかが１０ｍｍの浮上位置を検出しているときに、この１０ｍｍの浮上位置を検出している変位計５１ａ又は５１ｂのうち何れかに異常が発生しているものと検出時素部６４が判断し、変位計異常検出信号を出力する。
特開昭５３−４７６１４号公報

しかし、各変位計のいずれかに異常が発生した場合に、浮上モジュール１０が浮上中であると、正常に１０ｍｍの位置に制御されているのか、又は断線しているので誤って１０ｍｍの位置を認識しているのか、区別がつかないという課題がある。つまり、ある時点での実際の浮上位置が１０ｍｍ以上である場合でも、変位計に異常が発生しているときには、浮上モジュール１０を異常の生じている変位計の出力である浮上位置１０ｍｍでフィードバック制御することとなり、結果的に浮上モジュール１０が実際の目標値とは異なる位置で浮上制御される可能性が生じてしまう。

さらに、一旦浮上開始前である２０ｍｍの位置で“着地”してしまうと、次に浮上する際に、目標値の浮上位置を１０ｍｍとして上記フィードバック制御しているので、図２に示す変位計の出力特性に伴う浮上用直流電源装置３０の出力電圧は零となり、浮上制御のための電磁力が発生しないので、この浮上モジュール１０の浮上位置に変化は起こらず、したがって以後も電磁力が発生しないということとなる。

上記一例は、各変位計の出力が０Ｖの時の浮上位置を１０ｍｍとした例であるが、変位計の出力が０Ｖの時の浮上位置を２０ｍｍとした場合も、断線等の異常が発生した場合２０ｍｍの浮上位置をギャップ検出値として常時コントローラ６０は入力することとなり、正常な変位計がレール継目１１０を通過する際に断線等の異常が生じた変位計検出信号が両方ともに２０ｍｍの浮上位置すなわち着地位置を検出値として出力することになり、上述のような制御外乱を生じてしまうという課題がある。

さらに、各変位計の出力が０Ｖの時の浮上位置をレール吸着位置である０ｍｍとしたとしても、断線等によって変位計からの検出信号に異常が発生した時点から、実際の浮上位置が例え１０ｍｍだったとしても、その時点での浮上位置を０ｍｍと判断することとなり、結果として浮上用直流電源装置３０は、出力電圧を絞り込むことで零とすることとなる。

また、各変位計の出力が浮上位置１０ｍｍ未満のときに０Ｖとする場合、例えば９ｍｍとしたとき、この場合異常が発生した時点から最小値選択回路が異常の発生した９ｍｍの変位計の出力を選択し、これがコントローラ６０に出力されることから、コントローラ６０は、検出されたギャップ検出値の偏差−１ｍｍをなくす方向に動作するため、浮上用直流電源装置３０から出力される直流電圧は零に絞り込まれてしまう。
さらにまた、各変位計から出力されるギャップ検出値が１０ｍｍ以上の時に０Ｖとした場合、例えば１１ｍｍとした時に異常が発生した場合、０Ｖのときの浮上位置を１０ｍｍとした場合と同様に、浮上制御中は異常かどうかの判定がつかず、また一旦“着地”してしまうと、以後再浮上できないという課題がある。

上記目的を解決するために、請求項１に記載の変位計異常検出装置は、磁気吸引浮上車に設けられ、この磁気吸引浮上車と該磁気吸引浮上車の上方に所定距離離れて対向する磁性体製のレールとの間のギャップを検出する変位計の異常検出装置において、前記ギャップの検出値に周期的変化が検出されなくなることで前記変位計に異常が発生していると判断することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の変位計異常検出装置に係り、前記周期的変化は、前記レールの継目間の距離と該磁気吸引浮上車の移動速度とに基づいて決まる時間間隔で発生するものであることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の変位計異常検出装置に係り、前記磁気吸引浮上車が所定速度以上で移動しているときにのみ、前記変位計の異常を検出することを特徴とする。

本願請求項１〜３に記載の発明によれば、浮上制御中であっても変位計の異常が検出でき
るという効果がある。
また、本願請求項３に記載の発明によれば、前記磁気吸引浮上車が停止中のときには、変位計の異常を誤検出しないという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るリニアモーターカ等の磁気吸引浮上車の構成を示す概略図であり、この図１に関しては上述の通りなので重複する説明は省略する。
浮上モジュール１０が走行する各レール１００同士の間には、温度変化によりレール１００が収縮した場合に備えるための継目があり、このレール継目１１０上を変位計４１ａが通過する際は、図５に示すように、変位計４１ａにより検出されるギャップ検出値が最大の２０ｍｍとなる。そして、２つのレール継目１１０同士の間の距離をＬ［ｍ］とし、この距離Ｌ［ｍ］と浮上モジュール１０の走行速度Ｖ［ｋｍ／ｓ］からレール継目１１０を通過してから次のレール継目１１０に至るまでにかかる時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／Ｖ［Ｓｅｃ］と求められる。予め、レール継目１１０同士の間の長さの最長値Ｌｍａｘと走行速度Ｖから、レール継目間通過時間Ｔｍａｘを求めておき、この値に対して更に余裕をもった変位計異常検出時間Ｔｄが設定されている。

図３は、本発明に係る変位計異常検出装置７０の変位計の異常を検出するためのブロック図であり、変位計の異常を検出するために磁気吸引浮上車の走行速度Ｖとその時に検出されたギャップ検出値とを変位計異常検出装置７０に入力している。
この変位計異常検出装置７０は、予めレール１００の長さＬｍａｘ［ｍ］を記憶しており、走行速度Ｖに基づいて変位計異常検出時間Ｔｄを設定するようになっている。なお、この変位計異常検出装置７０は内部にカウンタを備えており、このカウンタは、レール継目１１０が検出された時点を起点として時間の経過と共にカウントを増し、次のレール継目１１０が検出されるとカウントをリセットするようになっている。

しかし、変位計に異常が発生した場合、あるいは変位計からの配線が断線するなどでレール継目１１０が検出されなくなると、カウンタにより計上されるカウントが時間の経過と共に増していき、変位計異常検出時間Ｔｄを超えてしまい、カウントがリセットされずに変位計異常検出レベルに達するので、変位計の異常や変位計への配線に断線等の異常が発生していると判断され、変位計異常検出信号が出力される。

図４は、本発明に係る変位計異常検出装置が各変位計４１ａ、４１ｂ，４２ａ，４２ｂの異常を検出するときの動作を示している。通常、変位計異常検出時間Ｔｄ以内にレール継目１１０を検出して変位計異常検出装置７０に備わる図示しないカウンタをリセットすることで正常と判断し、異常が発生することによってレール継目１１０を検出しなくなるので、カウンタが変位計異常検出レベルに達したことをもって異常が発生しているものと判断する。

なお、レール継目１１０の検出には、１０ｍｍから２０ｍｍまたは、２０ｍｍから１０ｍｍ等のギャップ検出値の数値データの変化によって行うことにすれば、異常値が２０ｍｍとなった場合においても、正常に変位計の異常を検出することができる。
なおまた、本発明に係る磁気吸引浮上車が停車中であるときには、例えば変位計４１ａが、レール継目１１０上を通過することがないので、変位計異常検出時間Ｔｄを経過してもレール継目１１０を検出することがなく、変位計４１ａに異常が発生していなくとも、異常が発生しているものと判断されてしまう。このため、浮上モジュール１０がある一定速度以上の速度であるときに限り、変位計の異常検出をすることとする。

次に、本発明に係る磁気吸引浮上車の動作について説明する。
磁気吸引浮上方式の走行車であるリニアモーターカ等に備わる浮上モジュール１０が、レール１００から２０ｍｍ離れた位置で停止している。まず、磁気吸引浮上車のスタータ等を始動させ、コントローラ６０を始動するための始動信号を浮上用直流電源装置３０に出力する。そして、所定量の電圧がコイル２１、２２に供給されることにより、コイル２１、２２それぞれの鉄心が磁化され、浮上モジュール１０がレール１００に磁気吸引されることにより、レール１００から１０ｍｍの浮上位置に浮上制御される。

次いで、この浮上モジュール１０本体を備える磁気吸引浮上車が、図示しない移動手段により、レール１００に沿って移動を開始する。さらに、磁気吸引浮上車に備わる図示しない車速センサ等の移動速度計測手段により、磁気吸引浮上車の移動速度が検出される。このとき、コントローラ６０は、変位計４１ａ、４１ｂそれぞれからのギャップ検出値５１ａ、５１ｂの何れか一方のうちより小さなギャップ検出値に基づくフィードバック浮上制御を行っている。

なお、この浮上モジュール１０がレール継目１１０上を通過する毎に、各変位計によるレール１００の検出が瞬間的に不可能となり、ギャップ検出値が検出できなくなるので、このとき変位計から検出されるギャップ検出値が最大値である２０ｍｍに限定される。
また、レールの長さが一定であると共に、浮上モジュール１０が一定の速度でレール１００に沿って移動している場合には、最大ギャップ検出値である２０ｍｍが各変位計によって検出されることで、このレール継目１１０は周期的に検出されることとなる。
そこで、断線等の不具合が原因で、例えば変位計４１ａによりそれまで周期的に検出されていたギャップ検出値の周期的変化が検出されなくなるとする。これによりレール継目１１０が検出されなくなるので、この変位計４１ａに異常が発生しているものと判断できる。

本発明に係る浮上制御装置の構成を示す概略図である。 本発明に係るギャップ幅の検出値と浮上制御装置に出力する電圧との関係を示す概略図である。 本発明に係る変位計異常検出判断回路のブロック図である。 本発明に係る変位計の異常発生の有無を判断するためのギャップ検出値と異常検出時間との関係を示す概略図である。 本発明に係る正常な変位計の出力値を示す概略図である。 従来の変位計異常検出回路の回路図である。

符号の説明

１０…浮上モジュール、２１、２２…コイル、３０…浮上用直流電源装置、４１ａｂ、４２ａｂ…変位計、５０…浮上制御信号、５１ａｂ、５２ａｂ…ギャップ検出値、６０…コントローラ、６１…減算部、６２…偏差判別部、６３…零電圧出力検出手段、６４…検出時素部、７０…変位計異常検出装置、１００…レール、１１０…レール継目

Claims (3)

1. 磁気吸引浮上車に設けられ、この磁気吸引浮上車と該磁気吸引浮上車の上方に所定距離離れて対向する磁性体製のレールとの間のギャップを検出する変位計の異常検出装置において、
   前記ギャップの検出値に周期的変化が検出されなくなることで前記変位計に異常が発生していると判断することを特徴とする変位計異常検出装置。
2. 前記周期的変化は、前記レールの継目間の距離と該磁気吸引浮上車の移動速度とに基づいて決まる時間間隔で発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の変位計異常検出装置。
3. 前記磁気吸引浮上車が所定速度以上で移動しているときにのみ、前記変位計の異常を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位計異常検出装置。

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