JPH0235266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の対象］ 本発明は誘導無線を利用して移動体の位置を連
続的に検知する方式に関するものである。

［発明の背景］ 例えば、リニアモーターカーの自動運転におい
ては、走行路に沿つて一定間隔に配置されたモー
ター極（推進コイル）の極間距離の範囲内で常時
地上においてその車体位置を検知し、これに応じ
て界磁電流の周波数、振幅、位相を合理的に調整
することが、この車両の円滑な運転に不可欠な要
請とされている。

現在、この要請に応える手段として提案されて
いるもののうち最も代表的な方式を第１図および
第２図に基いて説明する。

第１図において、１，２，３はそれぞれ導体、
４は導体１，２，３により形成される誘導無線線
路、５は移動体塔載アンテナである。

各導体１，２，３は平面上に周期Ｐ（モーター
極間距離の２倍）でもつて波形形状に折り曲げら
れ、Ｐ／３ずつずらして敷設されているので、線
路４全体としては周期Ｐの繰り返し構造となつて
いる。アンテナ５としては、枠型ループコイルが
用いられ、これを50〜200KHzの高周波電流によ
り励振すると、アンテナ５により形成される磁界
は線路４に鎖交して各導体１，２，３の間に電圧
が誘起される。

線路４の起点からアンテナ５（車体）までの距
離をｚとすれば、アンテナ５の寸法、アンテナ５
と線路４との離隔距離を適当に選択することによ
り、各導体１，２，３の間の誘導電圧をｚについ
て正弦波状とすることができる。

いま、線路４の端末における導体１と２、２と
３、３と１間の電圧をそれぞれV12（ｚ）、V23
（ｚ）、V31（ｚ）とすれば、 V12（ｚ）＝ｋ cos2πz／Ｐ・e^-〓^z V23（ｚ）＝ｋ cos2π（ｚ＋Ｐ／３）／Ｐ・e^-〓^z V31（ｚ）＝ｋ cos2π（ｚ＋2P／３）／Ｐ・e^-〓^z
………(1) と現わすことができる。

ここで、ｋ：常数、γ：線路の伝搬常数でγ＝
α＋jβ（α：線路の減衰常数、β：線路の位相常
数）である。

ここで、V12（ｚ）、V23（ｚ）、V31（ｚ）に次の
信号処理を施し、正相電圧Vp（ｚ）および逆相電
圧Vn（ｚ）を得たものとする。

Vp（ｚ）＝V12（ｚ）＋e^-j2〓^/3V23（ｚ） ＋e^j2〓^/3V31（ｚ） Vn（ｚ）＝V12（ｚ）＋e^j2〓^/3V23（ｚ） ＋e^-j2〓^/3V31（ｚ） ………(2) (1)式を(2)式に代入して整理すると、 Vp（ｚ）＝（3/2）ke^(-j2〓^z/P)-〓^z Vn（ｚ）＝（3/2）ke^(j2〓^z/P)-〓^z ………(3) Vp（ｚ）およびVn（ｚ）の位相差をΦとすれ
ば、 Φ＝∠Vp（ｚ）−∠Vn（ｚ）＝4πz／Ｐ ………(4) ここで、∠：偏角を意味する記号である。

すなわち、Φは第２図に示すようにｚがＰ／２
増加する毎に直線的に2πの増加を示すことにな
り、Φの測定を通じ、アンテナ（車体）位置を
Ｐ／２の周期で連続的に測定することができる。

また、次のように、V12（ｚ）、V23（ｚ）、V31
（ｚ）の絶対値のみを利用して検知することもで
きる。線路始端で各導体間の誘起電圧を直線検波
してその包絡線の絶対値を求め、その自乗値を求
めれば、 ｜V12（ｚ）｜²＝k²cos²2πz／Ｐ＝k²（１＋cos4
πz／Ｐ） ｜V23（ｚ）｜²＝k²［１＋cos4π（ｚ＋Ｐ／３）
／Ｐ］＝k²［１＋cos｛（4πz／Ｐ）−2π／３｝］ ｜V31（ｚ）｜²＝k²［１＋cos4π（ｚ＋2P／３）
／Ｐ］＝k²［１＋cos｛（4πz／Ｐ）＋2π／３｝］……
…(5) いま、角周波数ωoの搬送波を(5)式の各々の値
で変調し、これらの値をそれぞれVu（ｚ）、Vv
（ｚ）、Vw（ｚ）とすると、 Vu（ｚ）＝k²（１＋cos4πz／Ｐ）・e^j〓^ot Vv（ｚ）＝k²［１＋cos｛（4πz／Ｐ）−2π／３｝］・
e^j〓^ot Vw（ｚ）＝k²［１＋cos｛（4πz／Ｐ）＋2π／３｝］・
e^j〓^ot ………(6) となる。

いま、(6)式の各々の電圧に信号処理を施し、正
相電圧Vp′（ｚ）および逆相電圧Vn′（ｚ）を得る。

Vp′（ｚ）＝Vu（ｚ）＋e^-j2〓^/3Vv（ｚ） ＋e^j2〓^/3Vw（ｚ） Vn′（ｚ）＝Vu（ｚ）＋e^j2〓^/3Vv（ｚ） ＋e^-j2〓^/3Vw（ｚ） ………(7) (6)式および(7)式から次式が得られる。

Vp′（ｚ）＝（2/3）k²e^(-j4〓^z/P)+j〓^ot Vn′（ｚ）＝（2/3）k²e^(j4〓^z/P)+j〓^ot ………(8) Vp′（ｚ）、Vn′（ｚ）と搬送波電源から導かれる
基準信号との位相を比較することにより次式が得
られる。

Φ′＝∠Vn′（ｚ）−∠e^j〓^ot ＝−（∠Vp′（ｚ）−∠e^j〓^ot）＝4πz／Ｐ………(9
) すなわち、(4)式と全く同じ結果が得られ、車体
位置をＰ／２の周期で連続的に測定することがで
きる。

しかしながら、上記のような方式には次のよう
な欠点がある。

すなわち、各導体１，２，３の周期Ｐはリニア
モーターカー極間距離の２倍に等しくちらなけれ
ばならないが、リニアモーターカーの実用機では
モーター極間距離は約６ｍになるものと予想され
ており、従つて導体周期Ｐは約12ｍとしなければ
ならなくなる。

このため、線路４の製造が困難となり、高価と
なる恐れがある。

また、この方式を実現するためには、(1)式に示
ように各導体間の誘起電圧がｚについて純粋な正
弦波状となることが必要であり、このためアンテ
ナ５の長さＬはＰ／７〜Ｐ／５（Ｐ＝12ｍの場合
は1.7〜2.4ｍ）と極めて大きくなる。アンテナを
車体に取り付ける場合、車体を流れる渦電流の影
響を避けるため車体に切欠部を設けなければなら
ないが、これが大きな寸法となることは車体の機
械的強度上からも好ましくない。

［発明の目的］ 本発明は移動体の位置検知周期を線路の導体周
期Ｐと等しくすることができ、これをリニアモー
ターカーの自動運転に適用した場合には導体周期
Ｐをモーター極間距離と等しくでき、また車上ア
ンテナを小型化でき、さらには線路の製造を容易
化できる移動体位置検知方式の提供を目的とする
ものである。

［発明の概要］ 本発明の要点は、移動体の走行路に沿つて、Ｐ
の周期構造を有し、かつ各導体が長手方向にＰ／
３ずつずらして配置された３本の導体と、これら
３本の導体と並行した直線状導体とよりなる誘導
無線線路が敷設されており、この誘導無線線路を
移動体塔載アンテナで励振することにより上記３
本の各導体と直線状導体との間に誘起される３つ
の電圧を直線検波してその包絡線を求め、新たな
搬送波電源から導かれる同一振幅、同一位相の搬
送波を上記各包絡線により変調して得られた３つ
の電圧の正相または逆相成分を求め、上記搬送波
電源から導かれる基準位相信号と上記正相または
逆相成分を比較することにより移動体の位置を周
期Ｐで連続的に検知することにある。

すなわち、本発明は線路に誘起される電圧の正
相成分および逆相成分のみならず、零相成分をも
利用して移動体位置を検知することに大きな特徴
がある。

本発明の原理を第３図に基いて説明する。

第３図において、１１，１２，１３，１４はそ
れぞれ導体であつて、導体１１，１２，１３は周
期Ｐ（モーター極間距離の２倍）でもつて波形形
状に折り曲げられ、かつＰ／３ずつずらして配置
され、導体１４は導体１１，１２，１３と並行し
て直線状に配置されることによつて誘導無線線路
１５が形成されている。

１６は移動体塔載アンテナ、１７，１８，１
９，２０はそれぞれ各回線の特性インピーダンス
と整合をとるための終端抵抗である。

アンテナ５を高周波電流により励振することに
より、各導体１１，１２，１３，１４の間に電圧
が誘起される。線路１５の始端において導体１１
と１４，１２と１４，１３と１４の間に現われる
電圧をそれぞれV10（ｚ）、V20（ｚ）、V30（ｚ）と
すると、 V10（ｚ）＝k1（１＋k2cos2 πz／Ｐ
）e^-〓^z V20（ｚ）＝k1［１＋k2cos2 π（ｚ＋
Ｐ／３）／Ｐ］e^-〓^z V30（ｚ）＝k1［１＋k2cos2 π（ｚ＋
2P／３）／Ｐ］e^-〓^z………(10) ここで、k1、k2：常数。

K1＞k2となることは第３図から明らかであり、
(10)式右辺の（ ）または［ ］内の値はｚの任意
の値について常に正である。

いま、線路１５の始端で上記の電圧を直線検波
し、その包絡線を求めると次式のようになる。

｜V10（ｚ）｜＝k1（１＋k2cos2 πz／Ｐ）e
^-〓^z ｜V20（ｚ）｜＝k1［１＋k2cos2 π（ｚ＋Ｐ
／３）／Ｐ］・e^-〓^z ｜V30（ｚ）｜＝k1［１＋k2cos2 π（ｚ＋2P
／３）／Ｐ］・e^-〓^z………(11) ここで、角周波数ωoの新たな搬送波を(11)式の
各々の電圧で変調しそれぞれをVu″（ｚ）、
Vv″（ｚ）、Vw″（ｚ）とすると次式のようになる。

Vu″（ｚ）＝｜V10（ｚ）｜e^j〓^ot＝k1（１＋k2cos2
πz／Ｐ）・e^-〓^z+j〓^ot Vv″（ｚ）＝｜V20（ｚ）｜e^j〓^ot＝k1［１＋k2cos2
π（ｚ＋Ｐ／３）／Ｐ］・e^-〓^z+j〓^ot Vw″（ｚ）＝｜V30（ｚ）｜e^j〓^ot＝k1［１＋k2cos2
π（ｚ＋2P／３）／Ｐ］・e^-〓^z+j〓^ot………(12) これらの電圧に次の信号処理を施し、正相電圧
Vp″（ｚ）および逆相電圧Vn″（ｚ）を導く。

Vp″（ｚ）＝Vu″（ｚ）＋e^-j2〓^/3Vv″（ｚ） ＋e^j2〓^/3Vw″（ｚ） Vn″（ｚ）＝Vu″（ｚ）＋e^j2〓^/3Vv″（ｚ） ＋e^-j2〓^/3Vw″（ｚ） ………（13） (12)式および（13）式から直ちに次式が得られ
る。

Vp″（ｚ）＝（3/2）k1・k2・e^-〓^z+(j2 〓^z/P)+j〓^ot Vn″（ｚ）＝（3/2）k1・k2・e^-〓^z-(j2 〓^z/P)+j〓^ot
………（14） Vp″（ｚ）またはVn″（ｚ）と搬送波電源から導
かれる基準位相信号を比較することにより次式の
Φ″を求めることができる。

Φ″＝∠Vp″（ｚ）−∠e^j〓^ot ＝−（∠Vn″（ｚ）−∠e^j〓^ot）＝2πz／Ｐ
………（15） すなわち、Φ″の測定を通じ、移動体位置ｚを
Ｐの周期で連続的に知ることができる。

本発明は各種移動体の位置検知に対して適用可
能であるが、特にリニアモーターカーの自動運転
に好適に採用され得る。

この場合、誘導無線線路はリニアモーターカー
の軌道に並行して導体を所定形状に敷設すること
により形成可能であるが、リニアモーターカーの
推進コイルを利用することもできる。

第４図はリニアモーターカーの推進コイルの構
造の概要を示したものであり、矩形状のループコ
イルｕ、ｖ、ｗがモーター極を形成している。ル
ープコイルｕ、ｖ、ｗに０〜30Hz程度の正相また
は逆相の電流を通して進行波磁界を形成せしめる
と、これが車上の電磁石に作用して推力を生ず
る。この推進コイルを形成する各ループコイル
ｕ、ｖ、ｗは、Ｐの周期構造を有し、かつ長手方
向にＰ／３ずつずらして配置される３本の導体
（第３図の１１，１２，１３）に対応させて使用
できる。

リニアモーターカーの運転において、車体位置
の検知を必要とするのは、前にも述べた通り界磁
電流の調整のためであり、ループコイルを本発明
における誘導無線線路の一部として使用すれば利
点は大きい。

第５図は本発明における誘導無線線路をリニア
モーターカーの推進コイルを利用して構成した場
合の一例を示すものであり、推進コイルを形成す
るループコイルｕ、ｖ、ｗおよびこれらに並行し
て設けられた直線状導体ｓとによつて誘導無線線
路が構成される。

［発明の実施例］ 第３図および第６図に基いて本発明の一実施例
について説明する。

第６図は線路１５の端末に接続された信号処理
装置の構成例を示したものであり、２１−１，２
１−２，２１−３は帯域通過炉波器、２２−１，
２２−２，２２−３は検波器、２３−１，２３−
２，２３−３は変調器、２４−２，２４−は移相
器、２５は搬送波電源、２６は加算器、２７は位
相計である。

高周波電源（図示せず）で励振されたアンテナ
１６により磁界が形成されると、この磁界により
各導体１１，１２，１３，１４間には電圧が誘起
される。

ここでは、導体１１と１４，１２と１４，１３
と１４の間に誘起される電圧について、第６図の
信号処理装置によつて次のような信号処理が行わ
れる。

導体１１と１４間の電圧V10（ｚ）は帯域通過
炉波器２１−１によつて雑音電圧が除去され、次
いで検波器２２−１によつて直線検波され変調器
２３−１に導かれる。ここで、搬送波電源２５か
ら導かれる角周波数ωoの搬送波を振幅変調する。
なお、検波器２２−１での作用は(11)式の第１式
に、変調器２３−１での作用は(12)式における演算
にそれぞれ相当する。

導体１２と１４間の電圧V20（ｚ）および導体
１３と１４間の電圧V30（ｚ）も同様に帯域通過
炉波器２１−２，２１−３、検波器２２−２，２
２−３を通つて変調器２３−２，２３−３に導か
れ、搬送波を振幅変調する。

次に変調器２３−１，２３−２，２３−３の出
力は加算器２６に導かれるが、変調器２３−１の
出力は直接加算器２６に導かれるのに対し、変調
器２３−２，２３−３の出力はそれぞれ移相器２
４−２，２４−３において−120゜および120゜の位
相変位を受てから加算器２６に導かれる。加算器
２６の作用は（13）式の第１式の演算に相当し、
その出力は（14）式のVp″（ｚ）となる。

加算器２６の出力は搬送波電源２５から導かれ
る基準位相信号と共に位相計２７に導かれ、両者
の位相差が指示され、この値を通して移動体の位
置ｚを周期Ｐ毎に連続して測定することができ
る。位相計２７では（15）式に相当する演算が行
われる。

本発明において使用される誘導無線線路の導体
形状として、第３図においては梯形波状のもの、
第５図においては矩形状コイルを連鎖的に接続し
たものをあげたが、導体形状は三角波状または矩
形波状のものであつてもよい。また、第３図およ
び第５図に示されるような平形の構造に限られる
ものではなく、螺施状の形状のものであつてもよ
い。

また、本発明の適用例としてリニアモーターカ
ーをあげて説明してきたが、これに限定されるも
のではなく、鉄道車両、各種新交通システム、ク
レーン、搬送台車のように一定走行路に沿つて移
動する移動体の位置検知に広く適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明してきた通り、本発明によれば移動体
位置の検知周期は誘導無線線路の導体形状の周期
Ｐと等しくすることができるようになる。すなわ
ち、検知周期がＰ／２となる従来方式に比較し
て、導体周期を１／２としても同一の検知周期を
得ることができる。このため、線路の製造が容易
となり、線路の価格を低減することができる。ま
た、導体の周期が短縮すれば、これに比例して移
動体塔載アンテナの寸法の小型化が可能となり、
アンテナの車体への取り付けが容易となると共
に、車体に大きな切欠部を設ける必要がなくなり
車体強度に関する不安も解消する。

本発明をリニアモーターカーの位置検知に応用
する場合には、その地上推進コイルを位置検知用
の誘導無線線路として多目的に利用することが可
能となり、システム構成の経済化に大きく寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式の説明図、第２図は移動体位
置ｚと位相差との関係の説明図、第３図は本発明
の原理および一実施例の説明図、第４図はリニア
モーターカーの地上推進コイルの概略説明図、第
５図はリニアモーターカーの地上推進コイルを本
発明の誘導無線線路として使用する場合の概略説
明図、第６図は本発明に使用される信号処理装置
の一実施例の説明図である。 １１，１２，１３：導体、１４：直線状導体、
１５：誘導無線線路、１６：移動体塔載アンテ
ナ、２１−１，２１−２，２１−３：帯域通過炉
波器、２２−１，２２−２，２２−３：検波器、
２３−１，２３−２，２３−３：変調器、２４−
２，２４−３：移相器、２５：搬送波電源、２
６：加算器、２７：移相計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 移動体の走行路に沿つて、Ｐの周期構造を有
   し、かつ各導体が長手方向にＰ／３ずつずらして
   配置された３本の導体と、これら３本の導体と並
   行した直線状導体とよりなる誘導無線線路が敷設
   されており、この誘導無線線路を移動体塔載アン
   テナで励振することにより上記３本の各導体と直
   線状導体との間に誘起される３つの電圧を直線検
   波してその包絡線を求め、新たな搬送波電源から
   導かれる同一振幅、同一位相の搬送波を上記各包
   絡線により変調して得られた３つの電圧の正相ま
   たは逆相成分を求め、上記搬送波電源から導かれ
   る基準位相信号と上記正相または逆相成分との位
   相を比較することにより移動体の位置を周期Ｐで
   連続的に検知することを特徴とする移動体位置検
   知方式。