JP3092723B2 - 水中リニア輸送システム - Google Patents
水中リニア輸送システムInfo
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- JP3092723B2 JP3092723B2 JP03148992A JP14899291A JP3092723B2 JP 3092723 B2 JP3092723 B2 JP 3092723B2 JP 03148992 A JP03148992 A JP 03148992A JP 14899291 A JP14899291 A JP 14899291A JP 3092723 B2 JP3092723 B2 JP 3092723B2
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- vehicle
- track
- induction motor
- linear induction
- linear
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- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中あるいは液体中に
おける水中リニア輸送システムに関する。
おける水中リニア輸送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、車両を水中又は海中に走行させる
構想が、本発明者らより提案されている。
構想が、本発明者らより提案されている。
【０００３】具体的には、水中又は海中に軌道を敷設
し、この軌道に沿ってリニアモータカーを走らせようと
するものである。
し、この軌道に沿ってリニアモータカーを走らせようと
するものである。
【０００４】従来の地上における磁気浮上形リニアモー
タカーは、移動子あるいは可動子を浮上、推進させる力
をそれぞれ独立の要素によって構成している。例えば、
特開平１−２０６８０５号公報や特開平１−２３８４０
５号公報には、電磁石の吸引力あるいはマグネットの反
発力によって移動子を浮上させ、各種のリニアモータを
使って移動子を推進させる方式が開示されている。
タカーは、移動子あるいは可動子を浮上、推進させる力
をそれぞれ独立の要素によって構成している。例えば、
特開平１−２０６８０５号公報や特開平１−２３８４０
５号公報には、電磁石の吸引力あるいはマグネットの反
発力によって移動子を浮上させ、各種のリニアモータを
使って移動子を推進させる方式が開示されている。
【０００５】ところが、このような方式では、浮上力は
電磁石、推進力はリニアモータといったように別々の要
素から構成されているため、装置の構造が複雑となり、
コストアップとなる。
電磁石、推進力はリニアモータといったように別々の要
素から構成されているため、装置の構造が複雑となり、
コストアップとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、水中又は
海中における車両の走行であることを考慮し、推進力と
同時に車両の自重と浮力との差を相殺する力を発生させ
る水中リニア輸送システムを提供することを目的とす
る。
海中における車両の走行であることを考慮し、推進力と
同時に車両の自重と浮力との差を相殺する力を発生させ
る水中リニア輸送システムを提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の水中リニア輸送システムは、水中に設けた
軌道と、自重が浮力に対してわずかな差を有し、前記軌
道に沿って走行自在に架設された密閉構造の車両と、前
記軌道に配置されたリニアインダクションモータの一次
側と、前記車両に設けられ、前記リニアインダクション
モータの一次側に対向して配置されたリニアインダクシ
ョンモータの二次側と、この二次側導体と軌道とのギャ
ップ長を検出するギャップセンサと、前記の一次側と二
次側によって形成されるリニアインダクションモータに
よって推進力とともに、前記ギャップ長が一定となるよ
うに電流指令を与える制御手段を設けたことを特徴とす
る。
め、本発明の水中リニア輸送システムは、水中に設けた
軌道と、自重が浮力に対してわずかな差を有し、前記軌
道に沿って走行自在に架設された密閉構造の車両と、前
記軌道に配置されたリニアインダクションモータの一次
側と、前記車両に設けられ、前記リニアインダクション
モータの一次側に対向して配置されたリニアインダクシ
ョンモータの二次側と、この二次側導体と軌道とのギャ
ップ長を検出するギャップセンサと、前記の一次側と二
次側によって形成されるリニアインダクションモータに
よって推進力とともに、前記ギャップ長が一定となるよ
うに電流指令を与える制御手段を設けたことを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】図１は本発明における磁気浮上の原理を示すも
のであり、リニアインダクションモータの一次巻線に三
相交流電流を流すと非磁性導体で構成された二次導体に
渦電流が流れ、垂直方向に磁気反発力Ｆz が、移動磁界
の進行方向に推進力Ｆx がそれぞれ発生する。この磁気
反発力Ｆz と推進力Ｆx は、電流Ｉ、一次巻線のターン
数Ｎ、エアギャップの面積Ｓ及びギャップ長ｇ、スリッ
プｓ等の関数として表される。
のであり、リニアインダクションモータの一次巻線に三
相交流電流を流すと非磁性導体で構成された二次導体に
渦電流が流れ、垂直方向に磁気反発力Ｆz が、移動磁界
の進行方向に推進力Ｆx がそれぞれ発生する。この磁気
反発力Ｆz と推進力Ｆx は、電流Ｉ、一次巻線のターン
数Ｎ、エアギャップの面積Ｓ及びギャップ長ｇ、スリッ
プｓ等の関数として表される。
【０００９】この磁気反発力Ｆz を移動子、すなわち車
両の浮上力に利用し、推進力Ｆx を車両の推進力に利用
する。この磁気反発力は空気中では車両を浮上するには
小さ過ぎるが、水中において車両の自重が浮力に対して
わずか大きくなるようにしておけば、小さな浮上力でも
車両を浮上させることが可能となる。そして、制御装置
では、ギャップ長ｇが一定となるように電流指令をフィ
ードバック制御する。また、図２のように二次導体の裏
側に磁気ヨークを設けると、一次巻線と二次導体との間
には吸引力Ｆz'と推進力ＦX'が発生する。
両の浮上力に利用し、推進力Ｆx を車両の推進力に利用
する。この磁気反発力は空気中では車両を浮上するには
小さ過ぎるが、水中において車両の自重が浮力に対して
わずか大きくなるようにしておけば、小さな浮上力でも
車両を浮上させることが可能となる。そして、制御装置
では、ギャップ長ｇが一定となるように電流指令をフィ
ードバック制御する。また、図２のように二次導体の裏
側に磁気ヨークを設けると、一次巻線と二次導体との間
には吸引力Ｆz'と推進力ＦX'が発生する。
【００１０】そこで、車両の自重を浮力よりも小さくし
ておき、吸引力Ｆz'によって浮力との差を相殺するよう
にギャップ制御すれば、見掛けの重量が零になり、軌道
に対して浮上状態で走行することが可能となる。
ておき、吸引力Ｆz'によって浮力との差を相殺するよう
にギャップ制御すれば、見掛けの重量が零になり、軌道
に対して浮上状態で走行することが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００１２】図３は図１の磁気反発力による磁気浮上を
適用した水中リニア輸送システムの試験装置を示す断面
図である。
適用した水中リニア輸送システムの試験装置を示す断面
図である。
【００１３】水中リニアモータは、浮力より少し重い重
量に設計, 製造された車両１と軌道２と支柱３と軌道内
に配置されたリニアインダクションモータの一次側４の
巻線に電流を供給するコントローラ５によって構成され
ている。前記車両１は銅板又はアルミニウム板等の非磁
性導体からなるリニアインダクションモータの二次側６
が車両本体に軌道２の内部に配置されたリニアインダク
ションモータの一次側４に対向するように配置固定され
ている。また、浮上を行わない場合に車体を支持する車
輪７と浮上走行時の偏揺れを防止し、さらに案内用とし
て車輪８を装備している。車両１の大きさはそれが液体
から受ける浮力に比べ、少し重量が重くなる程度に構造
設計及び調整を行う。
量に設計, 製造された車両１と軌道２と支柱３と軌道内
に配置されたリニアインダクションモータの一次側４の
巻線に電流を供給するコントローラ５によって構成され
ている。前記車両１は銅板又はアルミニウム板等の非磁
性導体からなるリニアインダクションモータの二次側６
が車両本体に軌道２の内部に配置されたリニアインダク
ションモータの一次側４に対向するように配置固定され
ている。また、浮上を行わない場合に車体を支持する車
輪７と浮上走行時の偏揺れを防止し、さらに案内用とし
て車輪８を装備している。車両１の大きさはそれが液体
から受ける浮力に比べ、少し重量が重くなる程度に構造
設計及び調整を行う。
【００１４】軌道２は、スロットを有する鉄心９とその
スロット内に三相の巻線10を配置して構成されたリニア
インダクションモータの一次側４が配置、固定されてい
る。また軌道２は水あるいは液体から内部に配置された
リニアインダクションモータの一次側４を保護するため
防水構造となっている。
スロット内に三相の巻線10を配置して構成されたリニア
インダクションモータの一次側４が配置、固定されてい
る。また軌道２は水あるいは液体から内部に配置された
リニアインダクションモータの一次側４を保護するため
防水構造となっている。
【００１５】支柱３は、軌道２を支持するもので、その
内部には空洞部が設けられ、リニアインダクションモー
タの巻線やセンサの信号線が配線できるようになってい
る。１６は二次側導体と軌道２との間のギャップを検出
するギャップセンサであり、電磁誘導式やインダクタン
ス検出式等のものが使用できる。
内部には空洞部が設けられ、リニアインダクションモー
タの巻線やセンサの信号線が配線できるようになってい
る。１６は二次側導体と軌道２との間のギャップを検出
するギャップセンサであり、電磁誘導式やインダクタン
ス検出式等のものが使用できる。
【００１６】コントローラ５は軌道２に配置されたリニ
アインダクションモータの一次巻線１０に電流を供給す
るインバータ１２とその制御回路１３を有している。
アインダクションモータの一次巻線１０に電流を供給す
るインバータ１２とその制御回路１３を有している。
【００１７】図４は本実施例の制御系を示すブロック図
であり、ギャップセンサ１６により検出されたギャップ
に応じた信号をギャップセンサ信号処理回路４１でギャ
ップ長に変換し、ギャップ指令との偏差をＰＩＤ制御器
４２に入力してその偏差に応じた電流値を出力する。そ
の電流値と電流指令パターン入力が加算され、インバー
タ制御回路１３に入力される。
であり、ギャップセンサ１６により検出されたギャップ
に応じた信号をギャップセンサ信号処理回路４１でギャ
ップ長に変換し、ギャップ指令との偏差をＰＩＤ制御器
４２に入力してその偏差に応じた電流値を出力する。そ
の電流値と電流指令パターン入力が加算され、インバー
タ制御回路１３に入力される。
【００１８】インバータ１２の制御回路１３を図５に示
す。この制御回路１３は周波数制御部２０と電流の振幅
を調節する出力電流制御部３０とから構成されている。
周波数制御部２０には一定周波数の周波数指令が与えら
れ、２相電圧制御発振器２１で周波数指令電圧の大きさ
に比例した周波数の２相の交流信号が生成され、電流振
幅調整器２２に与えられ、２相−３相変換器２３で３相
の交流信号に変換され、パルス幅変調のパワーアンプ２
４で電力増幅され、リニアインダクションモータの各相
に電力が供給される。また、電流制御部３０では電流振
幅演算回路３１でリニアインダクションモータの一次電
流ベクトルの振幅に相当した電圧が演算され、電流指令
との偏差が比例・積分制御器３２に与えられて前記の電
流振幅調整器２２において振幅制御が行われる。この電
流制御部３０により、電流フィードバックループが形成
される。
す。この制御回路１３は周波数制御部２０と電流の振幅
を調節する出力電流制御部３０とから構成されている。
周波数制御部２０には一定周波数の周波数指令が与えら
れ、２相電圧制御発振器２１で周波数指令電圧の大きさ
に比例した周波数の２相の交流信号が生成され、電流振
幅調整器２２に与えられ、２相−３相変換器２３で３相
の交流信号に変換され、パルス幅変調のパワーアンプ２
４で電力増幅され、リニアインダクションモータの各相
に電力が供給される。また、電流制御部３０では電流振
幅演算回路３１でリニアインダクションモータの一次電
流ベクトルの振幅に相当した電圧が演算され、電流指令
との偏差が比例・積分制御器３２に与えられて前記の電
流振幅調整器２２において振幅制御が行われる。この電
流制御部３０により、電流フィードバックループが形成
される。
【００１９】軌道が長い場合、リニアインダクションモ
ータの一次巻線に供給する電力は、一次巻線は複数のブ
ロックに分割されるため、図６に示すようにインバータ
１２−１〜１２−ｍを複数台用意し、どのブロックに車
両１があるかを車両位置検出器（図示せず）により検出
し、どのインバータを通電するかスイッチ１４−１〜１
４−ｍにより切り換えを行う。
ータの一次巻線に供給する電力は、一次巻線は複数のブ
ロックに分割されるため、図６に示すようにインバータ
１２−１〜１２−ｍを複数台用意し、どのブロックに車
両１があるかを車両位置検出器（図示せず）により検出
し、どのインバータを通電するかスイッチ１４−１〜１
４−ｍにより切り換えを行う。
【００２０】車両１を浮上，走行させるためには、イン
バータ１２の周波数をある値に固定し、車両１が軌道２
に車輪で接触した状態から浮上ギャップをある指令値に
なるまでの電流指令のパターンを図７（ａ）に示すよう
にシミュレーションで求め、その結果に基づいてインバ
ータ１２に周波数と電流の指令を制御回路から与える。
これによってインバータ１２からリニアインダクション
モータの一次巻線４に電流が流れ、軌道２に車輪７で接
触していた車両１に浮上力と推進力が作用し、所定のギ
ャップ長に浮上し、推進する。そのときの車両１の浮
上、速度、移動距離を時間に対して求めた例を図７
（ｂ）に示す。そして、ギャップ長に変動があれば、ギ
ャップ指令との偏差が零になるようにフィードバック制
御を行う。浮上ギャップを正確に保持する必要がある場
合には、微分補償回路４３によって、ギャップセンサ信
号処理回路４１の信号の微分を使って、ＰＩＤ制御器４
２の出力に負帰還を施す。
バータ１２の周波数をある値に固定し、車両１が軌道２
に車輪で接触した状態から浮上ギャップをある指令値に
なるまでの電流指令のパターンを図７（ａ）に示すよう
にシミュレーションで求め、その結果に基づいてインバ
ータ１２に周波数と電流の指令を制御回路から与える。
これによってインバータ１２からリニアインダクション
モータの一次巻線４に電流が流れ、軌道２に車輪７で接
触していた車両１に浮上力と推進力が作用し、所定のギ
ャップ長に浮上し、推進する。そのときの車両１の浮
上、速度、移動距離を時間に対して求めた例を図７
（ｂ）に示す。そして、ギャップ長に変動があれば、ギ
ャップ指令との偏差が零になるようにフィードバック制
御を行う。浮上ギャップを正確に保持する必要がある場
合には、微分補償回路４３によって、ギャップセンサ信
号処理回路４１の信号の微分を使って、ＰＩＤ制御器４
２の出力に負帰還を施す。
【００２１】なお、図１に示した磁気反発力を利用する
他の方法として、リニアインダクションモータの一次側
を軌道の下面に向けて設け、車両に設ける二次側をこの
一次側に対向してさらに下面に設け、車両の自重を浮力
よりも少し軽くすることにより、走行時に下側から吸引
する状態で車両を下降させることもできる。
他の方法として、リニアインダクションモータの一次側
を軌道の下面に向けて設け、車両に設ける二次側をこの
一次側に対向してさらに下面に設け、車両の自重を浮力
よりも少し軽くすることにより、走行時に下側から吸引
する状態で車両を下降させることもできる。
【００２２】図８は図２の磁気吸引力を利用した水中リ
ニア輸送システムの試験装置を示す断面図である。本シ
ステムでは、リニアインダクションモータの二次側６の
上部に二次鉄心として磁気ヨーク１５を設け、車両１の
自重を浮力よりも少し小さくして通常は車輪８が軌道２
に接するようにし、走行時にギャップセンサ１６で検出
したギャップがギャップ指令に一致するように制御しな
がら走行させるようにしたものである。この場合の磁気
吸引力は図１の場合の磁気反発力よりも絶対値が大きい
ため、比較的小さな電力で車両１の重量を零にすること
ができる。その他の構成及び制御回路は前記実施例と同
様であるので説明を省略する。
ニア輸送システムの試験装置を示す断面図である。本シ
ステムでは、リニアインダクションモータの二次側６の
上部に二次鉄心として磁気ヨーク１５を設け、車両１の
自重を浮力よりも少し小さくして通常は車輪８が軌道２
に接するようにし、走行時にギャップセンサ１６で検出
したギャップがギャップ指令に一致するように制御しな
がら走行させるようにしたものである。この場合の磁気
吸引力は図１の場合の磁気反発力よりも絶対値が大きい
ため、比較的小さな電力で車両１の重量を零にすること
ができる。その他の構成及び制御回路は前記実施例と同
様であるので説明を省略する。
【００２３】本システムにおける電流指令パターンを図
９（ａ）に、車両１の浮上、速度、移動距離を時間に対
して求めた例を図９（ｂ）に示す。
９（ａ）に、車両１の浮上、速度、移動距離を時間に対
して求めた例を図９（ｂ）に示す。
【００２４】なお、図２に示した磁気吸引力を利用する
他の方法として、リニアインダクションモータの一次側
を軌道の下面に向けて設け、車両に設ける二次側をこの
一次側に対向してさらに下面に設け、車両の自重を浮力
よりも少し重くすることにより、走行時に下側から持ち
上げる状態で車両を浮上させることもできる。この場
合、二次側の裏面に磁気ヨークを設けておくことは勿論
である。
他の方法として、リニアインダクションモータの一次側
を軌道の下面に向けて設け、車両に設ける二次側をこの
一次側に対向してさらに下面に設け、車両の自重を浮力
よりも少し重くすることにより、走行時に下側から持ち
上げる状態で車両を浮上させることもできる。この場
合、二次側の裏面に磁気ヨークを設けておくことは勿論
である。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ギャップ制御を行うことにより、水中における車両
のリニア輸送を軌道に非接触で行うことができ、摩擦等
のエネルギー損失をなくして効率的な輸送を行うことが
できる。
ば、ギャップ制御を行うことにより、水中における車両
のリニア輸送を軌道に非接触で行うことができ、摩擦等
のエネルギー損失をなくして効率的な輸送を行うことが
できる。
【図１】 本発明の推進力と磁気反発力の発生原理を説
明する概略図である。
明する概略図である。
【図２】 本発明の推進力と磁気吸引力の発生原理を説
明する概略図である。
明する概略図である。
【図３】 図１の磁気反発力による磁気浮上を適用した
水中リニア輸送システムの試験装置を示す断面図であ
る。
水中リニア輸送システムの試験装置を示す断面図であ
る。
【図４】 本発明の制御系の構成例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図５】 インバータの制御回路の構成例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】 リニアインダクションモータのブロック運転
の説明図である。
の説明図である。
【図７】 第１実施例における電流指令パターン、ギャ
ップ長等のタイムチャートである。
ップ長等のタイムチャートである。
【図８】 図２の磁気吸引力を利用した第２実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図９】 第２実施例における電流指令パターン、ギャ
ップ長等のタイムチャートである。
ップ長等のタイムチャートである。
１：車両、２：軌道、３：支柱、４：リニアインダクシ
ョンモータの一次側、５：コントローラ、６：リニアイ
ンダクションモータの二次側、７，８：車輪、９：一次
鉄心、１０：一次巻線、１１：水槽、１２：インバー
タ、１３：制御回路、１４−１〜１４−ｍ：スイッチ、
１５：磁気ヨーク、１６：ギャップセンサ
ョンモータの一次側、５：コントローラ、６：リニアイ
ンダクションモータの二次側、７，８：車輪、９：一次
鉄心、１０：一次巻線、１１：水槽、１２：インバー
タ、１３：制御回路、１４−１〜１４−ｍ：スイッチ、
１５：磁気ヨーク、１６：ギャップセンサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−63468（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−149712（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 13/03 - 13/10
Claims (1)
- 【請求項１】 水中に設けた軌道と、自重が浮力に対し
てわずかな差を有し、前記軌道に沿って走行自在に架設
された密閉構造の車両と、前記軌道に配置されたリニア
インダクションモータの一次側と、前記車両に設けら
れ、前記リニアインダクションモータの一次側に対向し
て配置されたリニアインダクションモータの二次側と、
この二次側導体と軌道とのギャップ長を検出するギャッ
プセンサと、前記の一次側と二次側によって形成される
リニアインダクションモータによって推進力とともに、
前記ギャップ長が一定となるように電流指令を与える制
御手段を設けたことを特徴とする水中リニア輸送システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03148992A JP3092723B2 (ja) | 1990-06-20 | 1991-06-20 | 水中リニア輸送システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-163476 | 1990-06-20 | ||
| JP16347690 | 1990-06-20 | ||
| JP03148992A JP3092723B2 (ja) | 1990-06-20 | 1991-06-20 | 水中リニア輸送システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04251508A JPH04251508A (ja) | 1992-09-07 |
| JP3092723B2 true JP3092723B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=26479016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03148992A Expired - Fee Related JP3092723B2 (ja) | 1990-06-20 | 1991-06-20 | 水中リニア輸送システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3092723B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19934912A1 (de) * | 1999-07-21 | 2001-01-25 | Transrapid Int Gmbh & Co Kg | Fahrweg für eine Magnetschwebebahn mit Langsstator- Linearantrieb sowie Bausatz und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP4514930B2 (ja) * | 2000-09-21 | 2010-07-28 | 欣二郎 吉田 | リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置 |
-
1991
- 1991-06-20 JP JP03148992A patent/JP3092723B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04251508A (ja) | 1992-09-07 |
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