JPS593082B2 - 吸引磁気案内制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は吸引磁気浮上、案内方式の超高速車両の特に吸
引磁気案内の制御装置に関する。

最近、この種超高速車両の開発が進められており、注目
を集めている。

この車両は、基本的には車体下部に一対の浮上磁石を、
車体両脇に案内用磁石を設け、それぞれ対向する軌道の
磁性体との間に吸引磁気を作用させることにより浮上且
つ案内を行ない走行するもので、従来の軌条走行方式に
おける摩擦抵抗を排除できることから超高速に走行が可
能なものである。

この吸引磁気浮上両で、吸引磁気案内は浮上の場合と異
なり、力学系にパイアスカつまり浮上系の重力が存在し
ないので、１個のマグネットだけでは案内制御を行なう
ことはできない。

即ち、第１図（Ｔは車体、ＬとＬは案内軌道）に示すよ
うに、同一の力の作用線を上にあって互いに反対向きに
引張り合う１組のマグネットＭＡＧ１゜ＭＡＧ２が吸引
磁気案内の基本モデルとなる。

吸引磁気案内制御にはそのバイアスのかけ方によって多
くの方式が考えられる。

分類の方法も種々考えられるが、大きく分けるとギャッ
プ制御を行なうマグネットが片側の方式と両側で行なう
方式の２つの方式がある。

以下、これらについて説明する。（１）片側ギャップ制
御方式 この制御方式は片側のマグネットのみギャップ信号のフ
ィードバックループがある制御方式で、もう一方のマグ
ネットは定電流制御を行ないパイアスカをもたせる方式
である。

第２図でＭＡＧＩがギャップ制御を行なうマグネット、
ＭＡＧ２が定電流制御を行なうマグネットであり、ＥＱ
ＰｌがマグネットＭＡＧＩの、またＥＱＰ２がマグネッ
トＭＡＧ２の制御装置である。

ＥＱＰｌは本質的に吸引磁気浮上の制御装置と同じであ
り、制御因子のギャップ検出器ＧＳ１とＧＳ２からの軌
道りと車体（マグネット）間のギャップ変位信号、加速
度検出器ＡＳの加速信号を受けて補償回路ＣＯＭにより
系の安定を行なう。

第３図は補償回路ＣＯＭの１例を示したものであり、ギ
ャップ検出器ＧＳ１とＧＳ２の変位信号の差を積分器１
と増幅器２に夫々通して積分補償と比例補償をし、一方
加速度検出器Ａｓの加速度信号を積分器３と増幅器４に
夫々通して同様に積分補償と比例補償をし、それらを加
算してマグネットＭＡＧ１の制御信号としている。

この制御において、ギャップ変位信号は、設定値とどち
らか片側のギャップ信号との差を使う方法と、両側のギ
ャップの差の半分の信号を使う方法との２通りがある。

前者は片側の軌道が基準となるので、軌道巾が変ると車
両は軌道中心からずれるが、ギャップ検出器は片側だけ
でよい。

また後者は、車両は常に軌道中心に沿って案内されるが
、ギャップ検出器は両側に必要である。

ＥＱＰ２は通常の定電流電源で、マグネットＭＡＧ２に
流れる電流を任意に設定することができる。

この制御方式は、平衡点でのパイアスカをある値に設定
したとき、ギャップの変動があるさマグネットＭＡＧ２
の電流が定電流であるためバイアヌカが大きく変化（距
離の２乗に反比例）し、制御装置ＥＱＰ１の制御性能が
悪化する欠点がある。

またこの方式では、平衡点におけるパイアスカは変化で
きないので、マグネットＭＡＧ２からＭＡＧｌの向きに
かかる力がパイアスカより大きくなると案内ができなく
なってしまう。

したがって、加わりうる力より大きなバイアヌカをかけ
ることが必要になり、エネルギー的に損失が大きく、推
進力を妨げるように作用する磁気抗力も大きくなる。

（２）両側ギャップ制御方式 この制御方式には大きく分けると対称制御方式と非対称
制御方式に分類できる。

ａ、対称制御方式 この制御方式は字義通り両側のマグネットの制御装置が
全く同じ機能を有して対称に制御を行なう方式であり、
２つの方法が考えられる。

イ、ギャップ変化の比例補償及び加速度の比例と積分補
償を行ない、バイアス信号により一定のバイアス電流を
両側のマグネットに与える方法で、この場合は電流のフ
ィードバックループを必要とする。

第４図はそのブロック回路図である。

口、浮上と同じ制御系（第３図）を用いてギャップのオ
フセットをなくシ、バイアス信号をかけるが、電流のフ
ィードバックループは持たない方法。

第４図でイの方法について説明する。

図でＭＡＧＩとＭＡＧ２ 、ＧＳｌとＧＳ２．ＡＳは第
２図と同じマグネット、ギャップ検出器、加速度検出器
であり、またＥＱＰｌとＥＱＰ２は全く同一構成の定電
流制御電源で電流基準は補償回路ＣＯＭから与えられる
。

この補償回路ＣＯＭにおいては、２つのギャップ信号の
差信号に比例補償を、また加速度信号に積分及び比例補
償を行なう。

そしてこの３つの信号を加算した信号とこれを反転させ
た信号の２つをつくり、それぞれにバイアス信号ｅＢを
加算させる。

このそれぞれを定電流源ＥＱＰＩ 、ＥＱＰ２に電流基
準信号として与える。

この方式のギャップ制御は、本質的には浮上制御と同じ
にできるが、ギャップ変位の積分補償を行なわないので
、外力、外乱に対してはギャップのオフセットが生じ、
軌道中心からずれる。

尚１１１１２のフィードバックループが必要な理由は、
マグネットコイルの抵抗値にバラツキがあったとき（同
一に作ったマグネットでもコイル温度が変わると抵抗値
はバラツク）バイアス電流がかわらないようにするため
である。

この制御方式は（１）の片側制御方式に比して両側の制
御特性が対称でバイアヌカを小さくできる、という利点
があるが、パイアスカを一定のバイアス電流で与えてい
るために、ギャップの大きさによってパイアスカが変動
するので、ギャップ制御性能は浮上制御に比べると悪化
する。

ｂ、非対称制御方式 この制御方式にも数多くの方法が考えられるが、基本的
なものは次の３つである。

イ８片側積分制御（浮上と同一の制御）子片側非積分制
御（電流フィードバックループ有） 口８片側積分制御（浮上と同一の制御）子片測定力制御
（電流フィードバックループ有）ハ１片側積分制御（浮
上と同一の制御）子片側（定力＋ギャップ比例補償＋加
速度積分及び比例補償） いずれの方法も案内制御を可能ならしめるが、共通の欠
点として右と左で制御性能が異なることと積分制御側の
マグネットを軌道から引きはなすような力がかかるとき
マグネットＭＡＧ２の電流はバイアスが流れつづけるの
で、エネルギー的に損失が大きいことがあげられる。

本発明はこの点にかんがみ、左右対称の制御性能を有し
安定な案内制御が実現できる吸引磁気案内制御装置を提
供することを目的とする。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第５図において、ＭＡＧＩとＭＡＧ２はマグネット、Ｇ
ＳｌとＧＳ２はギャップ検出器、ＡＳは加速度検出器で
ある。

ここで、本発明ではＥＱＰｌとＥＱＰ２は全く同一の構
成の電流フィードバックループを有していない電圧増幅
器であり、方向制御のための位相信号は補償回路ＣＯＭ
から与えられる。

補償回路ＣＯＭは第６図に示すように、２つのギャップ
検出器Ｇ５１Ｇ５２のギャップ信号の差信号に増幅器Ａ
ＭＰ１による比例補償及び積分器１ＮＴ１による積分補
償を、加速度検出器ＡＳの加速度信号に増幅器ＡＭＰ２
による比例補償及び積分器ＩＮＴ２による積分補償を行
ない、そしてこの４つの信号を加算し、この加算信号か
らその信号とそれを反転させた信号の２つの信号をつく
り、それら信号にそれぞれバイアス信号ｅＢを加算して
各々電圧増幅器ＥＱＰ１゜ＥＱＰ２に位相信号として与
える構成とする。

上記本発明方式のギャップ制御は、第２図と比べればわ
かるように、浮上制御における電圧形ギャップ制御と同
じである。

この方式は、左右のバイアヌカは、バイアス信号と加速
度検出器系の直流ドリフトと補償回路Ｃ０Ｍ内の積分器
１ＮＴｌの出力との和または差で与えられる。

ｆｆｒＪち、バイアス信号ｅＢに対して直流ドリフｌ’
ｅｄ、積分器出力ｅｉとするとマグネットＭＡＧ１のパ
イアスカに相当するバイアス電圧分の位相信号ｅ ｐ
１はｅ ｐ にｅＢ＋ｅｄ＋ｅｉ で与えられ、同様にマグネットＭＡＧ２の位相信号ｅｐ
’２は ｅ ｐ ２二ｅＢｅｄ−ｅｉ で与えられる。

ここで、２つのマグネットＭＡＧ１ 、ＭＡＧ２が全く
同一の電気的特性をもっていて且つ軌道との間の平面度
が完全で、しかも制御系に全く直流ドリフトがなく、ギ
ャップ検出器ＧＳＩ、ＧＳ２の検出信号が実ギャップと
全く一致していれば、２つのマグネットのパイアスカは
ｅｉ７０で等しくなることが理論上は可能である。

しかし実際にはこういうことはあり得ないことで、温度
等によるマグネットコイルのバラツキ、取付位置のバラ
ツキによる平面性の差、検出信号と実ギャップとの差、
加速度検出器系の直流ドリフトなどがあってｅ・＝０で
は同一のバイアス信号ｅＢを与えて■ も２つのマグネットのバイアヌカは等しくならなＧ）。

ところが本発明方式のように、積分器１ＮＴｌの出力ｅ
ｉを入れて制御を行なうとこれらのアンバランス要素を
なくすたとができる。

川」ち、マグネットＭＡＧＩ 、ＭＡＧ２がギャップ信
号の等しくなるような位置でのパイアスカが等しくなる
ような電圧をｅｌ、Ｃ２とすると ｅ１＝ｅＢ十ｅｄ＋ｅｉ ｅ ２ ” ｅ Ｂ ｅ ｄｅ １ ｅｌ−Ｃ２＝２ｅｄ＋２ｅｉ これより （ｅ １−ｅ ２ ） −２ｅ ｄ ｅ、−□ ・・・・・・・・・（１）２ この（１）式を満足するようなｅ、は一義的に存在■ する。

即ち、積分器１ＮＴ１がｅ なる電圧をも■ つことにより左右のバイアヌカのアンバランスを自動的
に補正できる。

そして、この時の左右のギャップ信号は等しく、いかな
る場合にも定常オフセットによるずれはない。

即ち、カーブ通過時のように、左右いずれの方向に定常
外力が加わっても車両は軌道センターより変位すること
なくｅ−の値が変わるだけでこの外力を吸収できる。

このとき、ｅ、の変化は外力を受ける側のマグネットの
定常電流を増し、反対側のマグネットの定常電流を減じ
る方向である。

尚、補償回路ＣＯＭは第２図の補償回路と同じであるか
ら過度的な安定性も十分得るこさができる。

また、第４図に示すような、両側のマグネットに一定の
バイアス電流を与えるための電流フィードバックループ
は必要としないので、この電流フィードバックループを
形成するための電流検出器及びこの電流検出器からの検
出信号を処理する回路装置は省略でき、従って構成を簡
単にすることが可能となる。

以上記載の本発明によれば、小さなバイアス電流で外力
が加わってもオフセットが起らず、左右対称な制御性能
を持ち安定な案内制御が実現できる磁気浮上車の吸引磁
気案内制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気浮上車の吸引磁気による案内基本モデル図
、第２図は吸引磁気案内の片側ギャップ制御方式を示す
ブロック図、第３図は第２図の補償回路のブ爾ツク図、
第４図は対称制御方式を示すブロック図、第５図は本発
明の一実施例の構成ブロック図、第６図は第５図の補償
回路のブロック図である。 ＭＡＧｌ 、ＭＡＧ２ ；吸引磁気案内用マグネット、
ＧＳＩ、ＧＳ２；ギャップ検出器、ＡＳ；加速度検出器
、ＥＱＰｌ 、ＥＱＰ２ ；制御装置、ＣＯＭ；補償回
路、１．３．１ＮＴｌ 、ＩＮＴ２；積分器、２．４
、ＡＭＰｌ 、ＡＭＰ２ ；増幅器、ｅＢ；バイアス信
号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 車両を吸引磁気案内するものにおいて、左右の案内
   軌道と対峙するよう車体の左右に設けられた１組の吸引
   磁気案内用マグネットと、各マグネットと案内軌道間の
   ギャップを検出する１組のギャップ検出器と、左右加速
   度を検出する加速度検出器と、前記ギャップ検出器から
   の左右のギャップ信号の差信号に比例補償及び積分補償
   を又前記加速度検出器の加速度信号に比例補償及び積分
   補償を行ないそれら４つの信号を加算する補償回路を有
   し、且つその加算信号とこの信号を反転させた信号のそ
   れぞれに一定のバイアス信号を加算して位相信号とし左
   右の吸引磁気案内用マグネットの供給電源に与える制御
   回路を備えたことを特徴とする吸引磁気案内制御装置。