JPH0746717A - リニアシンクロナスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】停止時に直流励磁部８で特定位相に列車を移動
し、この位相より実車両とほぼ同一に移動する模擬車両
部１０を設け、この模擬車両の位相で実列車の位相を制
御するように構成したリニアシンクロナスモータの制御
装置。 【効果】他制および速度起電力位相を使用するため全線
にわたる位置検知設備が不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリニアシンクロナスモー
タの制御装置に係り、特に、速度起電力位相を同期制御
に使用する方式に好適なリニアシンクロナスモータの制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアシンクロナスモータの同期制御方
式には、大別して界磁と電機子の相対位置検出器を設け
検出結果に同期して通電制御する、いわゆる、自制式
と、発振器の周波数に同期して通電制御する、いわゆ
る、他制式との２種類がある。現状では界磁と電機子の
相対位置を交差誘導線により検出する自制式が採用され
ている。一方、発振器による他制式は位相がずれた状態
で運転するため効率および乗心地上の問題がありまだ採
用されていない。しかし、自制式のように全線にわたり
設備を必要としないため安価となる長所がある。

【０００３】本発明は全線にわたる設備を必要としない
で自制式に近い状態で運転可能な方法に関する。従来よ
り車両に搭載された界磁が移動することにより地上電機
子に誘起される速度起電力位相を検出して同期制御に使
用することが検討されている（特開昭57−95195 号公
報）。しかし、速度起電力位相は停止および低速時は検
出が不可能となる欠点がある。本発明は速度起電力位相
が使用できない速度までは他制式で運転し、使用可能速
度では速度起電力位相を使用する。

【０００４】このようにすると５km／ｈ程度以下の低速
を除いたほとんどの速度域で速度起電力位相が使用でき
るので全線にわたり設備を必要としないで自制式に近い
制御が可能となる。他制式で全速度域を制御する例とし
て特開昭52−88715 号公報がある。又、直流励磁の例と
して特開昭50−152214号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】他制式で車両を運転す
る場合の問題点は、 （１）起動時の位相をいかに正しく検出するかは停止時
の位相は交差誘導線等の位置検出器を設ければ可能であ
るが、検出器を設けないとすると困難である。

【０００６】（２）速度起電力位相に引継ぐまでの他制
式の制御は脱調しないように電流指令値と同期位相を発
生させることである。脱調しない同期化力の限界（通常
は９０度前後のものが多い）内になるように電流指令値
を固定にすると周波数（速度）の立上げを調整するか、
立上げ周波数（加速度）が一定ならばそれに合わせた電
流値を選択する必要がある。これらは実列車である程度
実験により求める必要がある。

【０００７】（３）速度を立上げる時の他制式より速度
起電力位相への引継ぎ、および速度立下げ時の速度起電
力位相より他制式への引継ぎ方法がスムーズに行われな
ければならない。

【０００８】等がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題の目的を達成す
るために、本発明は次の手段を採用した。

【００１０】（１）起動時の位相検出は困難なため直流
励磁により車両の特定位相に移動させ、その特定位相よ
り起動させる。

【００１１】（２）脱調させないで速度の立上げおよび
立下げを行うために、実列車に近い模擬車両部を設け、
同一電流値を与えた時に実列車に近い位相出力をし、こ
の位相を実列車に与えることにより行う。

【００１２】（３）他制式と速度起電力位相との切換え
は、速度，電流指令値、および位相を合わせて切換える
ことにより行う。

【００１３】

【作用】（１）リニアシンクロナスモータは前述の通り
電流指令値と位相により駆動する。起動時に停止実位相
と異なった位相で運転しようとした場合、推力低下は位
相差をθとするとcosθ となり１８０度の位相差がある
と列車は反対方向へ移動することになる。又、位相差が
９０度近くでは推進力がほとんどなくなるため起動でき
なくなる。このため位相を固定した状態（列車が移動し
ても位相はそのままの状態）でリニアモータを励磁する
（直流励磁という）と推進力の０となる位相に列車が移
動して停止することになる。この場合、列車は前進して
止まるのか後進して止まるのかは設定した位相と実列車
の停止位相との関係できまることになる。停止状態で直
流励磁を行うと移動方向が不定となるため列車を停止す
る直前で位相を停止することにより特定位相に停止させ
る方式も考えられる。

【００１４】（２）脱調させないで列車の速度を立上
げ，立下げするには次の機能が必要となる。

【００１５】ａ）速度指令は同期化限界以上の加速度と
せず追従しやすい低加減速度を取るべきである。

【００１６】ｂ）実列車の位相の検出ができないため模
擬車両の仮想位相を使用した速度演算による追従制御で
電流指令を決定する方法と、電流指令値を前もって設定
する方法がある。

【００１７】ｃ）模擬車両部の位相を実列車に近づける
ために、列車重量，編成，各種走行抵抗，勾配，トンネ
ル設備，電流−推力特性，他制式運転時の実列車位相と
模擬車両部位相との位相差による推力低下等を考慮する
必要がある。特に、位相差は実列車で計測して設定する
のが有効である。

【００１８】（３）他制式から速度起電力位相への切換
えは、模擬車両の位相と速度起電力位相が一致、又は、
ある範囲内になった時に他制式の実速度と電流指令値を
引き継ぐ。速度起電力位相から他制式への切換えは、速
度起電力位相，実速度，電流指令値を引継ぎ他制式の模
擬車両を起動して移行する。

【００１９】

【実施例】以下に具体的実施例に基づいて詳細に説明す
る。

【００２０】図１は本発明の一実施例を示すブロック図
である。停止状態から他制運転し速度起電力位相による
運転および停止までを図１のブロック図により説明す
る。列車が停止している状態で直流励磁部８により列車
をスタートさせる位相より９０度ずれた位相（進行方向
により進みか遅れかを選択する。多相モータならば各相
の瞬時値レベルの直流電流）の電流を列車が移動し停止
するまでの時間流し、起動させる位相に移動させる。こ
のため速度・位相変換器９に起動位相から±９０度ずれ
た直流励磁位相を設定し、列車の移動に可能な電流指令
値Ｉｓを切換えスイッチ（ＳＷ１−ｂ）を介して電力変
換器４へ指令し固定子コイル６を励磁することにより列
車５を目的の起動位相へ移動させる。

【００２１】次に、速度指令部１より速度指令Ｖｐが出
力され、同期制御部１１の実速度との偏差により追従制
御部３より電流指令値Ｉｐが切換えスイッチＳＷ１−ａ
を介して電力変換器４へ出力される。列車は直流励磁で
移動した停止位相にあり速度・位相変換器９にセットさ
れている。電流指令値Ｉｐは電力変換器４と模擬車両部
１０に出力され、実列車５の起動と模擬車両が起動し速
度Ｖｍ，Ｖｓが出力され、速度−位相変換器９に出力さ
れ位相Ｌｍとなり切換えスイッチＳＷ２−ａを介して同
期制御部１１へ入力されノイズ除去とか位相とび等の信
号をＰＬＬ処理（Phase Locked Loop)により安定処理
し、実速度Ｖｓとして速度・位相変換部９へ入力されリ
ニアモータを運転する位相Ｓｎとして電力変換器４へ出
力される。このように起動することにより他制式で次々
と出力される速度指令に従って加速する。速度起電力位
相検出部は電力変換器の出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｓお
よび既知の固定子コイル６やフィーダ等のインピーダン
スにより公知例のように速度起電力を検出し位相Ｌｓが
求められる。

【００２２】列車５が速度起電力の検出できる速度（５
km／ｈ程度）になり、二つの位相ＬｍとＬｓが等しいか
設定範囲内になった点より切換えスイッチＳＷ２をａ→
ｂに切換え速度起電力位相を使用する。

【００２３】逆に速度起動電力位相Ｌｓより模擬車両位
相Ｌｍに切換える時は、速度起電力位相Ｌｓの検出不可
能となる速度近くなった時の位相Ｌｓ＝Ｓｎを速度−位
相変換部９にセットし位相Ｌｍ＝Ｓｎとし、模擬車両部
の速度Ｖｍを同期制御部１１にセットしＶｍ＝Ｖｓと
し、電流指令値Ｉｐを模擬車両部１０にセットして切換
える。列車を停止させる時は停止前に電流指令値を０に
して蛇行で停止させるのが一般的であるが、停止直前に
直流励磁部より速度−位相変換部９に位相停止を指令
し、設定電流指令値Ｉｓにより目的の停止位相（起動時
の位相）に列車を停止させる方法も考えられる。

【００２４】他制式で運転する領域を速度指令値でなく
設定電流値で運転する本発明による一実施例を図４に示
す。図において起動位相から列車の速度を立上げる時
に、前もって電流指令部１７で設定してある電流指令値
Ｉｐ′（一定値又は速度，距離で可変）で運転し、速度
起電力位相Ｌｓに切換える時は、位相の切換えは図１と
同一であるが電流指令の出力を電流指令部１７から図１
の速度指令部１と追従制御部３に切換える必要がある。
切換えは速度指令部１の速度ＶｐをＶｓにセットし追従
制御部３の電流指令ＩｐをＩｐ′にセットし切換えスイ
ッチＳＷ３をａ側に切換えることにより可能である。

【００２５】図２は本発明の列車速度と各制御部の切換
え説明である。直流励磁８は停止時および速度立下げ時
の停止前に位相停止に使用する。模擬車両部１０は停止
から速度起動力位相への切換え速度（約５km／ｈ）まで
使用する。速度起電力位相検出部１２により位相Ｌｓは
速度起電力の検出が確実に可能な速度以上で使用する。

【００２６】図３は本発明による模擬車両部の説明図で
ある。推進力演算部１３の推進力Ｆは車上界磁の起磁力
と地上電機子の関係から決定される電流−推進力変換係
数Ｎ，電流指令値Ｉｐおよび実車両の運転位相と速度起
電力位相との位相差θによる推力低下(cosθ）により求
めることができる。リニアシンクロナスモータの推進力
はほぼ電流値に比例する。

【００２７】加速度演算部１４の加速度αは、ブロック
で求めた推進力Ｆと勾配抵抗，トンネル抵抗，空気抵
抗，磁気抵抗，機械抵抗等の走行抵抗Ｒと車両重量Ｗよ
り演算できる。走行抵抗Ｒは速度と位置の関数で求める
ことができる。加速度αを補償部１５で積分することに
より、速度が求まり速度一位相変換部９で積分すること
により位相Ｌｍを求めることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば全線にわたる設備が不要
となるため経済的である。又、交差誘導線等の位相検出
等のバックアップ用として設ければ主系が故障時でも列
車の運転が安価な設備で可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による停止〜低速走行の一実施例のブロ
ック図。

【図２】本発明の車両速度と各制御部の切換え説明図。

【図３】本発明による模擬車両部の一実施例のブロック
図。

【図４】本発明による電流指令値による列車制御の一実
施例のブロック図。

【符号の説明】

１…速度指令部、２…加算器、３…追従制御部、４…電
力変換器、５…列車、６…固定子コイル、７…交差誘導
線、８…直流励磁部、９…速度−位相変換部、１０…模
擬車両部、１１…同期制御部、１２…速度起電力位相検
出部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁と電機子コイルからなるリニアシンク
   ロナスモータの速度起電力位相を同期位相として使用す
   る駆動制御装置において、速度指令出力の速度に車両を
   追従制御するための指令電流を決定する手段又は前もっ
   て設定した指令電流を出力する手段と、列車をスタート
   させる位相を固定する直流励磁手段と、前記指令電流に
   対し前記列車の移動にほぼ等しい動きをする模擬車両部
   と位相を出力する手段と、速度起電力位相と前記模擬車
   両部の位相を切換える機能と、位相を安定化する同期制
   御手段とを備え、前記速度起電力位相の検出困難な低速
   時に列車を制御する構成としたことを特徴とするリニア
   シンクロナスモータの制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の前記模擬車両部は、同期位相よ
   りずれた位相で運転する他制式制御時のための推力低下
   予測設定手段を付加した電流−推進力変換手段と車両重
   量，勾配抵抗，空気抵抗，磁気抵抗，機械抵抗等のすべ
   ての走行抵抗を加味した加速度演算手段と積分等の補償
   により速度および位相を演算する手段を設けたリニアシ
   ンクロナスモータの制御装置。