JPS5943885B2 - リニアシンクロナスモ−タにおける車上磁石と地上導電体との車両停止中における相対的位置検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導反撥式磁気浮上車両等の推進に用いられる
リニアシンクロナスモータにおいて車両停止中に位置検
出器、又は制御装置の電源断等の故障が発生して車上の
電磁石又は超電動磁石と地土の導電体の相対的位置が不
明となつた時、それ．を簡易に検知可能な相対的位置検
知方法に関するものである。

誘導反撥式磁気浮上車両はよく知られている。

その一例の概要を第１図ａ〜第２図に従つて説明する。
第１図ａにおいて、２，２′は導電体をループ状に形成
した公知の超電導磁石で、車両の車体下面に、列車走行
方向に沿つて所定間隔をへだて＼２列並列に配置されて
いる。

この場合、通常は相隣る超電導磁石は互に逆極性である
。１方、軌道・には通常の導電性ループコイル又は導電
性シート等からなる同一形状、同一寸法の導電体３，３
１が対応する列の超電導磁石２，２′との間で電磁誘導
可能な位置に敷設されている。

このように構成しても車両が停止している限り、車上の
超電導磁石２，２′と地土の導電体３，３′との間には
何等の電磁的作用は発生しない。しかし、例えばリニア
モータを利用した車両駆動機構を駆動せしめて車両を走
行せしめることによつて超電導磁石２，２′が、軌道の
車両進行方向に沿つて所定間隔をへだてて連続的に配置
されている対向導電体３，３１上を走行することとなり
、超電導磁石２，２′と、その車両進行方向前方の同一
列の超電導磁石とが同時に同一の導電体３，３′と対向
しないように設定する限り導電体３，３′に電流が誘起
される。しかしてこの誘起電流は車両の走行速度に伴つ
て増大し、ある走行速度、たとえば２００−／ｈ程度に
なるとほマ飽和し、その速度もしくはそれ以上の速度で
走行する限り、同一レベルを保持する。すなわち第１図
ａに示す導電体３，３′には、それと位置的に対応して
描かれた第１図ｂに示したような磁束φが鎖交し、それ
に伴つて、同じく位置的に対応して描かれた第１図ｃに
示す浮上のための電圧ｅが誘起され第１図ｄに示すごと
き電流１が流れること＼なる。周知のごとく、第１のル
ープ状導電体に流れる電流によつて、それに対向する第
２のループ状導電体に誘起される電流の方向は第１の導
電体と逆方向に流れる。従つて、超電導磁石２，２／の
電流の流れが第１図ｅに示すごとく矢印ａ方向へ流れる
とすると、その電流によつて導電体３に誘起される電流
゛はｂ方向へ流れること＼なる。それにより、フレミン
グの左手の法則によつて浮上刃Ｆ：ＢＸｉが得られる。
こ＼にＢは超電導磁石２，２１の創る磁束密度、ｉは導
電体３，３′に流れる電流である。すなわち、車両は超
電導磁石２，２′により導電体３，３′に誘起される電
流との間に働く反撥力によつて浮上される。この方式に
おいては車両の力行、惰行、制動および停止等、車両の
駆動、停止は車両に設けられたリニアモータ等の車両駆
動装置によつて行なう。このような誘導反撥式磁気浮上
車両推進のための駆動電力供給方式として、地上一次の
リニアシンクロナスモータ方式が提案されている。

この方式は基本的には、車両の進行に伴つて地上コイル
に順次通電して移動磁界を発生させ、当該移動磁界に車
上の超電導磁石の磁束が鎖交することによつて、フレミ
ング左手の法則により車両を推進するための推力を得る
ものである。この方式の場合、走行車両の走行速度と地
上コイルに発生せしめる移動磁界の速度とを一致せしめ
、さらに最適の推進力を発生せしめるための移動磁界の
位相を正確に制御することが、電源装置を有効に利用す
る上で不可欠である。このため、提案されているリニア
シンクロナスモータ方式においては走行車両の地上コイ
ルに対する相対位置を、車上又は地上に設けた位置検出
器によつて検出し、それに対応して地上コイルの電流の
周波数と位相を定めるという方式をとつている。

その一例を第３図ａ−ｅに従つて説明することとする。
第３図ａおよびｅにおいて１は地上に敷設された単体駆
動リニアモータで、第３図ｅに示すごとく、車両Ｃの、
たとえば下部側面に装着される車両推進用の超電導磁石
４，４′に対向する軌道面に第１図ａに示すのと同一構
成の、ループ状導電体又は導電性シートからなる車両推
進用地上コイル５，５′を連続的に配置したことからな
る。

しかして、地上コイル５，５′に３相交流を給電して、
それと超電導磁石４，４′との間に生ずる電磁力によつ
て車両を推進する場合について、第３図Ｂ，ｃに従つて
説明すれば、推進用地上コイル５１〜５３２は車土の推
進用超電導磁石４，４１と対向可能なように軌道６に沿
つて連続的に配置されるが、電気的には５１，５１１，
５１２にはＵ相の、５２，５２Ｌ５２２にはＶ相の、又
５３，５３１，５３２にはＷ相の電流が通電されるよう
にそれぞれ直列接続されている。第３図ｃに示すごとく
車両Ｃは矢印ａへ推進されるものとする。Ｄｇｌおよび
Ｄｇ２は、たとえば反射板などからなる車両と推進用地
上コイルとの相対的位置検知板で位置的ＶＣＵ，Ｖ，Ｗ
相の一周期に対し、前半の半周期分に相当する地域を占
めるように配置されている。ＤＣｌ〜ＤＣ３は、検知板
Ｄｇｌ，Ｄｇ２へ投光し、検知板Ｄｇ，，Ｄｇ２ＶＣよ
る反射光を受光することによつてコイル位置を検知する
位置検出器で、車上に設けられ、ＤＣｌ−ＤＣ３間は検
知板Ｄｇｌの車両進行方向における長さと同一で、かつ
各位置検知器間間隔は同一である。説明の便のため、第
３図ｃの状態の直前において、Ｕ相コイルはｓ極であり
、車上の超電導磁石は常時ｎ極に設定されているものと
する。しかる時は上記Ｕ相コイルと車上の超電導磁石と
の間には車両を、その進行方向え吸引する電磁力が働ら
く。車両の進行に伴ない、位置検出器ＤＣｌは検知板Ｄ
ｇｌを介してＵ相コイル５１を検知する。当該検知信号
によつてＵ相をｎ極に変換すると、車上の超電導磁石４
，４′とＵ相地上コイル５１との間に反撥力が働らく。
Ｕ相地上コイル５１は検知板Ｄｇｌを通過する半周期間
ｎ極を維持する。位置検出器ＤＣ２が検知板Ｄｇｌの後
端を検知すると、当該検知信号によつてＶ相地上コイル
５２はｎ極に変換されて反撥力が働ら５き、検知板Ｄｇ
ｌを通過する迄ｎ極を維持する。同様にＤＣ３が検知板
Ｄｇ，の後端を検知すると、Ｗ相地上コイルはｎ極に変
換されると同時に、ＤＣｌがＤｇ，を通過することによ
つてＵ相地上コイルはｓ極に変換される。このようにし
て車両は吸引、反撥を繰り返しながら推進される。しか
して、この場合車上の超電導磁石４，４′と地上コイル
５，５′の相対的位置検知信号は、第３図ａに示すごと
く車土Ｃの送信機からアンテナ１６を介して無線で地上
の受信アンテナ７ＶＣ．送信され、かくて受信機８ＶＣ
は同期化された通常電気角で１８０度の矩形波（以下「
コイル位置信号」という）が車両の速度に応じて入力さ
れる。

パルス幅予測装置９ではコイル位置信号の立上りから立
下りまでの時間を測定し、その測定結果に基づいて、新
たな立上り信号が入力された時、当該信号の立下り信号
を予測する。正弦波発生装置１０においては、上記立上
り信号と予測立下り信号の間（たとえば電気角でＯ度か
ら１８０度の間）ＶＣ．『弦波の半周期が入るようにし
て、コイル位置信号を正弦波に変換する。一方、速度演
算装置１３においては受信機８の出力に基づいて車両の
実速度を演算し、当該実速度は、予定速度。とともに比
較装置１４ＶＣ，入力され、当該比較装置１４から両速
度の偏差に見合つた電流振幅指令が乗算装置１１に入力
される。かくて、乗算装置１１から、位相と振幅とを掛
け合せて作成した正弦波電流指令が電力変換装置１２に
入力され、電力変換装置１２により降圧変圧器１５を介
して供給される電力を変換してフイーダを介して地上コ
イルを励磁する。しかして、このようなリニアシンクロ
ナスモータ方式において敷設費用の低減を計るため検知
板ＤｇをＵ，，Ｗ相の前半の半周期分に相当する地域に
亘つて配置せず、第３図ｄに示すように上記半周期分の
前端および後端部分にのみ配置する方法が提案されてい
る。

このような構成としてもＤＣｌがＤｇｌ′を介してＵ相
コイル５１を検知した時、当該検知信号によつてＵ相を
ｎ極に変換し、ＤＣｌがＤｇｌＩを検知する迄ｎ極を保
持し、ＤＣ２がＤｇｌ７を検知することによつてＶ相コ
イルをｎ極に変換し、Ｄｇｌ″を検知する迄ｎ極を保持
し、ＤＣ３がＤｇｌ′を検知することによつて、Ｗ相コ
イルがｎ極に変換し、Ｄｇｌ″を検知する迄ｎ極を保持
するようにすれば第３図ｃに示すのと同様の目的を達す
ることができ、通常の走行では停止時の超電導磁石と地
上コイルとの相対位置は明確であるので、問題は生じな
い。しかし、たとえば車両の走行中又は停止中に、位置
検知装置や制御装置等の電源断等の故障が生ずると、第
３図ｄに示したような検知板を用いた場合には位置検出
器ＤＣｌ〜ＤＣ３と検知板Ｄｇｌ′〜Ｄｇ２″のいづれ
もが対向位置にない ５場合が多いので、車上の超電導
磁石と地上コイルとの相対的位置が不明瞭又は全くわか
らなくなり、車両の正常な走行が期待できなくなる。本
発明は第３図ｄに示す方式において生ずる上記のような
問題を簡易に解決しようとするもので 二ある。

本発明を第４図〜第７図に示す実施例に従つて説明する
。

第４図においてＤＣは車上に設けられた光学式位置検知
器で、第３図ｃおよびｄに設けられてい５る位置検出器
ＤＣｌ〜ＤＣ３のうち一つをこれに代用してもよいが、
それらとは別個に設けてもよい。

Ｄｇｌ′およびＤｇｌ″は第３図ｄに示すのと同一構成
の検知板であるが、電気角で３６０度に相当する敷設周
期で敷設される。従つてＤＣｌ５〜ＤＣ３が検知板Ｄｇ
ｌ′，Ｄｇ２′・・・・・・を検知することによつて、
該当する地上コイルに立上り信号のみを与え、立下り信
号は、立上り信号を基準として車両速度等により車上の
演算装置で演算して、地上コイルへ直接与えるようにす
る。光学 ４式位置検知器ＤＣは車両の長手方向の所定
の間隔に亘つて移動可能で、かつ検知板Ｄｇｌ′，Ｄｇ
２′と対向可能なごとく取付けられている。光学式位置
検知器ＤＣを車両の長手方向に沿つて移動させる手段と
してはシリンダー等の油圧機構又はモータ等を利用した
変位機構等を用いることができる。光学式位置検知器Ｄ
Ｃは通常は位置検知器ＤＣｌ〜ＤＣ３との関係において
、例えばＤＣ，とＤＣ２との間の所定位置すなわち基準
地点にある。車両の停止中、位置検知器又は制御装置の
電源が何等かの原因で断となつたとする。

しかる時は光学式位置検知器ＤＣの電源を投入するとと
もに（光学式位置検知器ＤＣは位置検知器ＤＣｌ〜ＤＣ
３の電源とは異なる別電源に接続されている。

）変位機構を駆動して、ＤＣを基準地点からａもしくは
ｂ方向へ変位させる。ＤＣをたとえばｂ方向へ変位させ
て検知板Ｄｇ２′に対向する地点に至ると、ＤＣから発
せられる光が検知板Ｄｇｌ７で反射されて、当該ＤＣは
反射光を受光する。それにより変位機構の駆動を停止す
る。ＤＣの変位量△ｘは公知の測定機構によつて測定さ
れる。検知板Ｄｇｌ′−Ｄｇ２′の敷設周期ＴＴは電気
角の３６０度に相当するので、（△ｘ／！）Ｘ３６Ｏ度
の式から、公知の演算装置によりＤＣとＤｇｌ′，Ｄｇ
２′との相対的位置を算出できる。前述したごとくＤＣ
の基準地点と位置検知器ＤＣｌ−ＤＣ３との相対的位置
は予め所定のごとく設定してあるので、上記算出結果に
ＤＣ２とＤＣとの相対的距離を加減することによつて位
置検知器ＤＣｌ−ＤＣ３と検知板Ｄｇｌ′とＤｇ２′と
の相対的位置を検知できる。ＤＣを新たに車上に設ける
ことなく、例えば既設の位置検知器ＤＣｌを車両長手方
向の所定範囲内において変位可能とし、ＤＣｌの基準地
点（現位置）からＤｇｌＩを検知する迄の変位量を計測
することによつても同様の目的を達することができる。
第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実
施例においては光学式位置検知器ＤＣを車両の長手方向
へ、検知板に対向する迄変位させ、当該変位量を計測す
ることによつてＤＣｌ−ＤＣ３とＤｇｌ′，Ｄｇ，″と
の相対的位置を検知するが、本実施例においては光学式
位置検知器ＤＣをその軸線の中点を中心として時計廻り
又は反時計廻りに回転させ、ＤＣから発せられる光がＤ
ｇ≦で反射され、当該反射光がＤＣに受光された時、当
該回転を停止させ、その回転角θを公知の角度測定器で
測定し、当該回転角度θによりＤＣとＤｇ２′との相対
距離△ＸをＴｘｔａｎθ式により算出し、（△Ｘ／ＴＴ
）×３６０度により、公知の演算装置で、ＤＣ．ｌ！Ｉ
：Ｄｇｌ′−Ｄｇｌ″の相対位置（電気角）を算出し、
第１の実施例におけると同様にＤＣｌ−ＤＣ３とＤｇｌ
′−Ｄｇ２′の相対的位置を検知する。第６図は本発明
の第３の実施例を示すもので、上述した２実施例におけ
る光学式位置検知器に代えて磁界センサーの如き磁界式
位置検知器ＤＣ′を用い、これを第１および第２の実施
例におけると同様にＤＣｌ−ＤＣ３との関連において、
通常は基準地点に配置しておき、位置検知器ＤＣｌＤＣ
３の電源断等の故障が生じたら、地上コイルの、たとえ
ばＵ４ｌＩに小電流を通電する。

しかる後、磁界式位置検知器ＤＣ′を地上コイル５１〜
５２１に沿つてａもしくはｂ方向へ移動させ、磁界セン
サーＤＣ′の移動量△Ｘを計測する。そして（△ｘ／ム
）Ｘ３６Ｏ度によつてＤＣ′の基準地点と前後のＵ相
コイル５１〜５１１の相対的位置を検知する。こ＼に！
は相隣る前後のＵ相コイル５１〜５１１間の距離である
。

ＤＣ′の基準地点とＤＣｌ−ＤＣ３との相対的位置は予
め所定のごとく設定されているので、上記検知結果に基
づいてＤＣｌＤＣ３と地上コイルとの相対的位置を検知
する。第７図は本発明の第４の実施例を示す。本実施例
における位置検知器ＤＣ／Ｉは車両長手方向に沿つて連
続的に配置された、１方側から他方側へ順次に切換え可
能な検知素子群ＤＣｅからなる。

検知素子としては第１および第２の実施例における光学
式検知素子を用いても、又第３の実施例における磁界式
検知素子を用いてもよい。しかし、位置検知器ＤＣ″の
長さは少くともＤｇ／−Ｄｇ２′間々隔と同一もしくは
それより大に設定される。位置検知器ＤＣＩ！が光学式
検知素子で構成されている場合についてまづ述べる。

位置検知器ＤＣｌ−ＤＣ３の電源断等の故障が発生した
ら、検知素子群ＤＣｅ（７）Ａ側の素子からＢ側の素子
に順次切換えて各素子から順次光を発せしめる。

そしてある素子から発した光がＤｇ２′で反射されて当
該素子が受光したら、次の素子への切換を停止させる。
Ａ側の第１番目の素子の位置を基準地点とし、各素子の
大きさおよび隣接する素子間の間隔を同一に設定してお
けば、Ａ側から何番目の素子がＤｇ２′からの反射光を
受光したかによつて基準地点と受光素子との間の間隔Δ
ｘが計数でき（△Ｘ／ＴＴ）Ｘ３６Ｏ度によつて基準地
点とＤｇｌ′−Ｄｇ２′との相対的位置を検知でき、上
記諸実施例におけると同様ＤＣｌ−ＤＣ３とＤｇｌ′−
Ｄｇ２７との相対的位置を検知することができる。素子
として磁界センサーの如き磁界式位置検知器を用いた場
合にはＤｇｌ７，Ｄｇ２′として導電体を用い、磁界式
位置検知器を１側から順次動作切換し、１側から順次動
作切換し、１側端に位置する基準磁界式位置検知器とＤ
ｇ２′を検知した磁界式位置検知器との距離を計測する
ことによつて同様にＤＣｌ−ＤＣ３とＤｇｌ′−Ｄｇ２
′との相対的位置を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ−ｅおよび第２図は誘導反撥式磁気浮上案内車
両の動作原理を説明するための図で、第１図ａは車上の
超電導磁石と地上の導電性コイルとの関係を示す斜視図
、第１図ｂは第１図ａの導電性コイルに誘起される磁束
を示す線図、第１図ｃは第１図ｂの磁束によつて発生す
る電圧を示す線図、第１図ｄは第１図ｃに示す電圧によ
つて発生する電流を示す線図、第１図ｅは車上の超電導
磁石と地上の導電性コイルとの間の電流の誘起方向を説
明するための断面図、第２図は誘導反撥式磁気浮上車両
における走行速度と浮上との関係を示す線図、第３図ａ
−ｄは磁気浮上車両に用いられるリニアシンクロナスモ
ータによる制御方式を説明するためのプロツク図、第３
図ｅは磁気浮上駆動車両の機構例を示す１部断面側面図
、第４図〜第７図は本発明の実施例を示す正面図である
。 ４，４′・・・・・・車両推進用の地土導電体、５，５
′・・・・・・車両推進用の車上の電磁石又は超電導磁
石、Ｃ・・・・・・車両、ＤＣｌ〜ＤＣ３・・・・・・
車上の位置検知器、ＤＣ・・・・・・新に設けた車上の
光学式位置検知器、ＤＣ／・・・・・・車上の磁界式位
置検知器、ＤＣｅ・・・・・・検知素子、ＤＣＩ・・・
・・・検知素子群からなる位置検知器、Ｄｇｌ′−Ｄｇ
２′５・・・・・・地上の位置検知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車両進行方向に沿う地上に地上導電体を連続的に配
   置し、車両には上記地上導電体と電磁誘導可能な位置に
   電磁石又は超電導磁石を装着し、走行車両の地上導電体
   に対する相対的位置を車上に設けた位置検知器と地上に
   設けた検知器との併用により検出し、当該検出信号に基
   づき、走行車両の速度と位置に適応した周波数と位相の
   多相交流を電源装置よりフィーダを介して地上導電体に
   通電して移動磁界を発生させ、走行車両の電磁石又は超
   電導磁石との相互の電磁力により車両を推進するリニア
   シンクロナスモータにおいて、地上の検知器を電気角で
   ３６０度に相当する敷設周期で敷設し、車上に設けた位
   置検出器の少くとも一つを基準地点を中心として、車両
   の長手方向の所定範囲に亘つて変位可能又は軸線中心を
   中心として回転可能とするか、もしくは上記のような構
   成を有する検知器を新たに、既に設けられている位置検
   知器と関連させて車上の所定位置に設け、上記検知器が
   地上の検知器に対向する迄の基準地点からの変位量又は
   軸線中点を中心とする回転角に基づいて、車上の電磁石
   又は超電導磁石と地上の導電体の相対的位置を検知する
   ことを特徴とする車両停止中における相対的位置検知方
   法。 ２ 車上の位置検知器が光学式位置検知器であり、地上
   の検知器が反射板等の検知板である特許請求の範囲第１
   項記載のリニアシンクロナスモータにおける車上磁石と
   地上導電体との車両停止中における相対的位置検知方法
   。 ３ 車両進行方向に沿う地上に地上導電体を連続的に配
   置し、車両には上記地上導電体と電磁誘導可能な位置に
   電磁石又は超電導磁石を装着し、走行車両の地上導電体
   に対する相対的位置を車上に設けた位置検知器と地上に
   設けた検知器との併用により検出し、当該検出信号に基
   づき、走行車両の速度と位置に適応した周波数と位相の
   多相交流を電源装置よりフィーダを介して地上導電体に
   通電して移動磁界を発生させ、走行車両の電磁石又は超
   電導磁石との相互の電磁力により車両を推進するリニア
   シンクロナスモータにおいて、地上の検知器を電気角で
   ３６０度に相当する敷設周期で敷設し、一方、基準地点
   を中心として車両の長手方向の所定範囲に亘つて変位可
   能な磁界式位置検知器を車上の位置検知器と関連させた
   車上の所定位置に設け、地上導電体を構成する、いずれ
   かの相に電流を流した状態で、上記磁界式位置検知器を
   変位させ、それが上記相の地上導電体を検知する迄の、
   基準地点からの変位量に基いて車上磁石と地上導電体と
   の相対的位置を検知することを特徴とする車両停止中に
   おける相対的位置検知方法。 ４ 車両進行方向に沿う地上に地上導電体を連続的に配
   置し、車両には上記地上導電体と電磁誘導可能な位置に
   電磁石又は超電導磁石を装着し、走行車両の地上導電体
   に対する相対的位置を車上に設けた位置検知器と地上に
   設けた検知器との併用により検出し、当該検出信号に基
   づき、走行車両の速度と位置に適応した周波数と位相の
   多相交流を電源装置よりフィーダを介して地上導電体に
   通電して移動磁界を発生させ、走行車両の電磁石又は超
   電導磁石との相互の電磁力により車両を推進するリニア
   シンクロナスモータにおいて、地上の検知器を電気角で
   ３６０度に相当する敷設周期で敷設し、車上の所定位置
   に車両の長手方向に沿つて連続的に所定間隔をへだてゝ
   順次動作切換可能な複数の検知素子を配置した検知素子
   群を装着し、上記検知素子群の長さは少くとも地上の相
   隣る検知器間間隔と同一、もしくはそれより大に設定し
   、検知素子群の１側端の基準素子から順次動作を切換え
   て、地上の検知器を検知した素子と上記基準素子との間
   の間隔に基づいて車上磁石と地上導電体との相対的位置
   を検知することを特徴とする車両停止中における相対的
   位置検知方法。 ５ 車上の検知素子群を構成する素子が光学的位置検知
   器であり、地上の検知器が反射板等の検知板である特許
   請求の範囲第４項記載のリニアシンクロナスモータにお
   ける車上磁石と地上導電体との車両停止中における相対
   的位置検知方法。 ６ 車上の検知素子群を構成する素子が磁界式位置検知
   器であり、地上の検知器が導電体である特許請求の範囲
   第４項記載のリニアシンクロナスモータにおける車上磁
   石と地上導電体との車両停止中における相対的位置検知
   方法。