JPS5918923B2 - 磁気浮上推進装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気浮上推進装置に係り、特に推進°用磁界
で浮上刃も得られるようにした磁気浮上推進装置に関す
る。

磁気浮上推進装置としでは、従来磁気浮上列車が知られ
でいる。

この列車は、磁気で列車を浮上させるとともに磁気で列
車を推進させるように構成されでいる。

ところで、従来の磁気浮上推進装置、たとえば磁気浮上
列車は、浮上刃と推進力とを別々に制御するようにして
いる。

このため、浮上用の電磁石と推進用のりニアモータとを
移動体上に搭載する必要があり、この結果、移動部分が
大形、大重量化するばかりか電力消費量も多いと云う欠
点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、移動部分の小形軽量化を図れると
ともに消費電力の減少化を図れ、しかも勝れた推進特性
を発揮でき、たとえば磁気浮上列車等に好適する磁気浮
上推進装置を提供することにある。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明に係る装置を概略的に示すもので、この
装置は大きく分けて、固定された導電性のレール１およ
びこのレール１の下面に対向シ、かつレール１に沿って
移動自在に配置された移動磁界発生部２からなるリニア
誘導電動機本体盈と、上記移動磁界発生部２と一体に移
動し、上記移動磁界発生部２に交流入力を供給する可変
電圧可変周波数電源Ａと、前記移動磁界発生部２と一体
に移動し可変電圧可変周波数電源４の出力周波数を後述
する関係に制御する周波数制御系５と、前記移動磁界発
生部２と一体に移動し可変電圧可変周波数電源Ａの出力
電圧を後述する関係に制御する電圧制御系ｌとで構成さ
れている。

前記レール１は、鉄製のレール本体１１と、このレール
本体１１の前記移動磁界発生部２に対向する面に固着さ
れたアルミニウム層１２とで構成されでおり１図示しな
い部材を介して静止部に強固に固定されでいる。

一方、移動磁界発生部２は普通の誘導電動機の電機子を
直線状に展開したものと同様に形成され三相の電機子巻
線が施されている。

そして、上記電機子巻線の入力端は、前記可変電圧可変
周波数電源４に接続されでいる。

可変電圧可変周波数電源！Ｌは、三相全波のインバータ
１３と、このインバータ１３に直流電力を供給する静止
レオナード１４とで構成されている。

上記インバータ１３は、たとえば６個のサイリスタを三
相グレーツ接続して形成された１２０度通電モードのも
ので、その交流出力端に前記電機子巻線の入力端が接続
され、また直流入力端にリアクトル１５および変流器１
６を介して静止レオナード１４の直流側端子が接続され
でいる。

静止レオナード１４もインバータ１３と同様に６個のサ
イリスタを三相グレーツ接続して形成されたもので、そ
の交流側端子は、たとえばパンタグラフ形の接触器を介
しで三相交流電源に接続されている。

そして、前記インバータ１３の出力周波数は、周波数制
御系互によって制御され、また静止レオナード１４の出
力電圧、つまり制御遅れ角は電圧制御系１によって制御
される。

周波数制御系ｉは次のように構成されている。

すなわち、移動磁界発生部２の移動速度に比例した個数
のパルスを送出するパルス発生器１７を設けるとともに
任意の周波数のパルスを送出するパルス発振器１８を設
け、これらパルス発生器１７およびパルス発振器１８の
出力パルスをカウンタ１９に導入しでいる。

カウンタ１９は、加速指令Ｘが導入されでいるときには
両パルスを加算しながらカウントし、カウント値がｎｌ
こ達する毎に出力を送出し、また減速指＋Ｙが導入され
ているときには両パルスを減算しながらカウントし、カ
ウント値がｎに達する毎に出力を送出するように構成さ
れている。

そして、カウンタ１９の出力信号はｌ進のリングカウン
タ２０の歩進信号としで与えられる。

上記リングカウンタ２０の各内容は論理回路２１によっ
てカ行指＋Ｆ′ｊ６よび回生指＋Ｈに応じて６個の信号
に変換され、この６個の信号がゲート回路２２を通って
前記インバータ１３を構成する６個のサイリスタのゲー
ト信号として与えられる。

そして、前記パルス発生器１７は移動磁界発生部２が電
気角で３６０度進む間にｌ−ｎ個のパルスを送出するよ
うに指定され、またパルス発振器１８の出力周波数は今
、すべり周波数（レール１に流れる電流の周波数）をｆ
ｉｌとすると、１−ｎ−ｆｌ（Ｈ２）に設定される。

一方、前記電圧制御系旦は次のように構成されている。

すなわち、レール１と移動磁界発生部２との間の間隙長
Ｘを検出する変位計２３を設けるとともに可動部の推進
方向と直交する方向の加速度を検出する加速度計２４を
設け、上記変位計２３の出力を積分器２５に導入すると
ともに加算器２６の一方の入力端に導入し、さらに加速
度計２４の出力を積分器２７を介して加算器２８の一方
の入力端に導入するとともに上記加算器２８の他方の入
力端に直接導入している。

そして、前記積分器２５の出力を加算器２９の一方の入
力端に導入し、この加算器２９の他方の入力端に前記加
算器２８の出力を導入し、上記加算器２９の出力を加算
器２６の他方の入力端に導入している。

しかしで、上記加算器２６の出力を比較器３０の一方の
入力端に導入し、上記比較器３０の他方の入力端に設定
器３１から与えられる基準電流および基準間隙長を設定
するための信号γを導入している。

上記比較器３０の出力ε１は補償要素３２を介してε１
＊に変換され、この信号ε１（」比較器３３の一方の入
力端に導入されでいる。

比較器３３の他方の入力端には、前記信号γを係数設定
器３４によってに倍した信号が導入されている。

そして、比較器３３の出力は比較器３５の一方の入力端
に導入されている。

上記比較器３３の他方の入力端には、前記変流器１６の
出力が導入され、この比較器３５の出力（１ゲート制呻
器３６に導入される。

ゲート制御器３６は、比較器３５の出力に応じて前記静
止レオナード１４の制御遅れ浄を制御するように構成さ
れている。

次に上記のように構成された本発明装置の作用を説明す
る。

まず、リニア誘導電動機本体１の一般的特性を説明し、
次に具体的な作用を説明する。

一般に、リニア誘導電動機本体の推進力ＦＹおよび推進
方向とは直交する方向、つまりレールと移動磁界発生部
との間の吸引反撥力ＦＸとすべり周波数ｆｉｌとの間に
は所定の関係があり、ＦＹ。

ＦＸはｆｉｌによって大きく左右される。

たとえば一例として電機子巻線に流れる電流を一定とし
たとき、第２図に示す特性となる。

すなわち、すべり周波数ｆ！が正のときＦＹも正、つま
り加速力２となり、すべり周波数ｆｉｌが負のときＦＹ
も負、つまり減速力となる。

またすべり周波数ｆｉｌが小さいときには符号に関係な
くレールと移動磁界発生部との間に生じる吸引反撥力Ｆ
Ｘは正で吸引力となり、すべり周波数ｆｉｌが太きいと
きにはＦＸは負で反撥力となる。

この図から明らかなように大きな推進力ＦＹを得るには
ＦＸの正の範囲が望ましいことになる。

そして、何らかの手段でＦＸを制御すれば、このＦＸを
浮上刃として用いることができると予想される。

これを実現するためには、何らかの手段でＦＸが正の領
域を保ち得るすべり周波数十ｆｌｌ’ｌこ強制的に保持
し、この状態でＦＸを制御すればよいことになる。

本発明装置は、上記点に着目して構成されでいるのであ
る。

以下、動作を詳細に説明する。

まず、周波数制御系５は以下に述べるようにすべり周波
数ｆｉｌを常に一定の値に保持する役目をなす。

すなわち、今、カウンタ１９は２０パルス計数（ｎ−２
０）すると出力パルスを送出するように設定されている
ものとし、また、リングカウンタ２０はインバータ１３
から６０度ラップ１２０度通電モードの三相全波出力を
送出させるために６進（＃−６）のものが使用されてい
るものとする。

この場合には、パルス発生器１７は、移動磁界発生部２
が電気角で３６０度移動する間にｌ−ｎ個、つまり１２
０個のパルスを送出するように設定される。

また、パルス発振器１８の出力周波数はｌ−ｎ・ｆ＃（
Ｈｚ）、つまり１２０．１（Ｈ２）に設定される。

したがって、今、すべり周波数ｆｉｌを２（Ｈ２）に設
定する場合を例にとると、パルス発振器１８の出力周波
数は２４０ＣＨｚ）に設定される。

しかして、始動時を例にとると、始動時に（１移動磁界
発生部２が停止しでいるのでパルス発生器１７からは出
力パルスが送出されず、このためカウンタ１９はパルス
発振器１８の出力パルスだけを計数する。

パルス発振器１８の出力パルス周波数は前述のように２
４０Ｈｚに設定されでいるので、カウンタ１９からは２
０Ｘ（１／２４０）＝１／１２（秒）毎に出力パルスが
送出され、この出力パルスが送出される毎にインバータ
１３のモードが６０度ずつ進み、０．５秒してインバー
タ１３のモードが元の状態に戻る。

すなわち、移動磁界発生部２の電機子巻線に供給される
交流電力の周波数は２ （Ｈｚ ）となる。

そして、この場合、すベリＳはＳ＝１であり、結局すべ
り周波数ｆｉｌは設定どうり（Ｈｚ）となる。

このようにして、移動磁界発生部２が推進を開始すると
、パルス発生器１７から推進速度に比例した周波数のパ
ルスが送出される。

また、インバータ１３の出力周波数も徐々に増加する。

今、インバーター３の出力周波数が１０（Ｈｚ）の場合
と、３０（Ｈ２）の場合を例にとるとすべり周波数ｆｉ
ｌは次のようになる。

すなわち、１０〔Ｈｚ ）の場合、インバーター３の一
周期間は０．１秒で、この間にパルス発振器１８からは
２４０Ｘ０．１＝２４（個）のパルスが送出される。

カウンタ１９（１インバーター３の一周期間に２０×６
＝１２０（個）のパルスを計数するので、１２〇−２４
＝９６ （個）分はパルス発生器１７の出力パルスを計
数することになる。

パルス発生器１７は電気角で３６０度推進する間に１２
０個のパルスを出力するように設定されているので、９
６個６０ のパルスを送出する電気角は□２ｏ×９６＝２８８（度
）となる。

つまり、０，１秒の間に電気角で２８８度進むことにな
る。

したがって、このときのすベリＳは、 ３６０−２８８ Ｓ ＝ ＝ ０．２６０ となり、結局、すべり周波数ｆｉｌは、ｆｉｌ−１０ｘ
Ｏ，２＝２（Ｈ２）となって設定値に一致する。

また、３０（）（Ｚ）の場合には、インバータ−３ノー
周期間が１／３０（秒）で、この間にパルス発振器１８
から８個のパルスが送出される。

したかって、カウンター９はインバーター３の一周期間
にパルス発生器１７の出力パルスを１１２個計数するこ
とになる。

１１２個のパルスを送出する６０ 電気角は□ｉＸ １２０ ＝ ３３６ （度）となる。

つまり、１／３０秒の間に電気角で３３６度進むことに
なる。

したがって、このときのすべりＳ（訳３６０−３３６
１ Ｓ＝＝− ３６０１５ となり、結局、すべり周波数ｆｉｌは、ｆＪｌ＝３０Ｘ
−７＝２（Ｈ２）となって設定値に一致する。

このように、周波数制御系互は、すべり周波数ｆｉｌが
常に一定となるようにインバーター３の出力周波数を制
御する。

なお、上述した説明はカ行モードの場合であるが、回生
モード、つまりカウンタ１９でパルス発生器１７の出力
パルスとパルス発振器１８の出力パルスとの差を計数さ
せるようにすると、インバータ１３の出力周波数ｆｅは
、ｆ ｅ＝ｆｒｒｒ−ｆ １１ （但しｆｍは移動磁界
発生部とレールとの間の相対移動周波数）となり、この
場合にはすべり周波数ｆｊｌが負となる。

すべり周波数ｆ／ｌが負の場合には第２図から明らかな
ように移動磁界発生部２に減速力が作用する。

上記説明から明らかなように周波数制画系互はすべり周
波数が常に一定となるようにインバータ１３の出力周波
数を制御する。

したがって、第２図に示した±ｆｌｌ’め範囲、つまり
、常にＦＸの正の範囲で運転でき、レールｌと移動磁界
発生部２との間に電磁的吸引力を作用させることができ
る。

一方、電圧制脚系旦は次のように作用する。

すなわち、変位計２３によって得られた間隙長Ｘに対応
する信号および加速度計２４によって得られた信号を積
分器２５．２７で積分し、これらを加算器２６．２８．
２９で加算し、最終的に定常偏差の小さい間隙長信号丈
ヲ得る。

この間隙長信号マと基準間隙長信号γとが比較器３０に
よって比較され、この比較器３０から偏差信号ε１が送
出される。

上記偏差信号ε１は補償要素３２によってε１＊に変換
され、この信号ε１＊と基準間隙投信γに対応する平均
電流指令値ＩＲｏ＝Ｋ・γとが比較器３３に導入される
。

上記比較器３３から送出される偏差信号は電流指令信号
■Ｒ＝ＩＲｏ−ε１＊となり、この信号工Ｒと変流器１
６から得られた信号■ｓ′とが比較器３５に導入されて
、その偏差ε２が出力される。

そして、上記偏差信号ε２はゲート制御器３６に導入さ
れ、このゲート制（財）器３６はε２に応じて静止レオ
ナード１４の制御遅れ角を制御する。

すなわち、今、Ｘ〉γの場合を例にとると、ε１ ＝γ
−では負となり、■Ｒ＝工Ｒｏ−ε１＊はＩＲＯより大
きくなる。

このため、ε２ も大きくなって、静止レオナード１４
の出力電圧が増大し、これによって電機子巻線に流れる
電流も増加する。

レール３と移動磁界発生部２との間に生じる吸引力ＦＸ
は電機子巻線に流れる電流の二乗に比例して増加するの
で間隙長Ｘは小さくなる。

一方、Ｘくγとなった場合には、ε１−γ−Ｘ′は正と
なり、■□−ＩＦＬＯ−ε１＊はＩＲｏよりも小となり
、結局、電機子巻線に流れる電流ＩｓはＩＲＱより小さ
くなる。

このため、吸引力ＦＸが減少し、間隙長Ｘが大きくなる
。

したがって、最終的に、間隙長ＸはＸキγで落ちつくこ
とになり、予め、移動部分が浮上するような値にγを設
定しでおきさえすれば、移動部分を完全に浮上させるこ
とができる。

なお、移動部分の荷重が増えると、それに応じて電機子
巻線電流が増大するので、推進力ＦＹも増加する。

推進力ＦＹを減少させるには第２図から明らかなように
すべり周波数ｆｉｌを小さくすればよい。

この場合、すべり周波数ｆｉｌを小さくすると吸引力Ｆ
ｘが増大し、この結果電機子巻線電流が減少し、ＦＹが
さらに減少する。

したがって、すべり周波数は、荷重の増加に対して僅か
に減少させればよい。

反対に荷重が減った場合には、すべり周波数ｆｉｌを少
し増加させれば推進力ＦＹを常に一定に保つことができ
る。

また、移動磁界発生部２を浮上させたま＼静止させでお
くには、すべり周波数ｆｉｌを零に設定すればよい。

すなわち、移動磁界発生部２を直流で付勢する。

このように、すべり周波数ｆｉｔを、移動磁界発生部２
とレール１との間に吸引力ＦＸが作用する範囲に制御す
るとともに移動磁界発生部２とレール１との間の間隙長
Ｘを推進方向とは直交する方向の加速度を加味して検出
し、この検出出力を使って前記間隙長Ｘが常に一定の値
となるように電機子巻線に流れる電流、つまり電機子巻
線人肌電圧を制御するようにしている。

したがって次のような利点がある。

すなわち、リニア誘導電動機本体に内在する吸引反撥力
のうち、吸引力だけを作用させるようにしでいるので、
この吸引力ＦＸを使って移動部分を浮上させることがで
きる。

つまり、推進用の移動磁界発生部２で発生した磁界で推
進と浮上との両方を発揮させることができ、しかも両方
を同時に制御できる。

したがって、従来のものに較べて移動部分を大幅に小形
軽量化できる。

また、前記の如く吸引力ＦＸは内在的なものであり、こ
の吸引力ＦＸを有効に利用しでいるので浮上するための
電力増加も極めて少ない。

さらに、すべり周波数ｆｉｌをＦＸが正の範囲内で任意
に選ぶことができるので、最適な推進特性を発揮させる
ことができる。

なお、上述した実施例では、三相のリニア誘導電動機本
体を用いているが、単相、二相、大和等のものを用いて
もよい。

また静止レオナードとインバータとを組合せて側脚電流
を供給する可変電圧可変周波数電源を構成しているがチ
ョッパとインバータとを組合せたものに代えてもよいし
、サイクロコンバータやＰＷＭ方式のインバータも用い
でもよい。

また、すべり周波数を制御する手段は実施例のようにデ
ジタル方式に限定されるものではない。

さらにレールは推進方向に複数に分割したものでもよい
。

以上詳述したように本発明によれば、移動磁界発生部で
発生した磁界を推進用と浮上用との両方に使用でき、移
動部分の小形軽量化は勿論のこと制御の容易化や電力消
費量の低減化を図り得る磁気浮上推進装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略的構成説明図、第２図
はリニア誘導電動機本体の一般的％性を示す図である。 １・・・・・ルール、２・・・・・・移動磁界発生部、
ｌ・・・・・・リニア誘導電動機本体、４・・・・・・
可変電圧可変周波数電源、（・・・周波数制御系、６・
・・・・・電圧制御系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電性のレールおよびこのレールの下方に上記レー
   ルと対向しかつレールに沿って移動自在に配置された移
   動磁界発生部からなるリニア誘導電動機本体と、この本
   体の前記移動磁界発生部に入力を供給する可変電圧可変
   周波数電源と、前記レールと移動磁界発生部との間＃と
   常に電磁的吸引力が作用する範囲のすべり周波数となる
   ように前記電源の出力周波数を制御する手段と、少なく
   とも前記レールと移動磁界発生部との間の間隙長を検出
   する手段と、上記間隙長が常に基準間隙長と等しくなる
   ように前記電源の出力電圧を制御する手段とを具備した
   ことを特徴とする磁気浮上推進装置。