JPH0442703A - リニアモータ駆動電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はリニアモータを用いて駆動される電気車の駆動
制御装置にかかり、特に中央制御ｉｔから特定された位
置及び速度を維持しながら運転するための制御装置に関
する。

（従来の技術） いわゆる地上１次リニアモータを用いた電気車において
は、地上に並べられた電機子コイルに電力変換器をとお
して電力を供給する。数１０ｋｍ、数１００−という長
距離輸送機関を考えると、１つの電力変換器によって一
度に電力を供給しようとすると変換器容量が大きくなる
ばかりでなく、非常に不経済なシステムになってしまう
ものである。

そこで、一般には軌道をいくつかに区切りそれぞれの軌
道を別の電力変換器によって供給する方法がとられる。

第４図がその基本的な構成である。１は駆動される車両
で超電導磁石等で構成された界磁を搭載しているものと
する。２は電機子コイルで、２１・・・２５・・・のよ
うなき電セクションに分割されている。

電力変換所５には電力変換器５１．５２が設置され、そ
れぞれの出力はき電線４１．４２に接続されている。

さらに、き電線４１はスイッチ７１．７３．７５を介し
て電機子コイル２１．２３．２５のように一つ飛びに結
ばれる。同様に、き電線４２はスイッチ７２．７４を介
して電機子コイル２２．２４のように一つ飛びに結ばれ
る。また軌道には車両位置検知装置として交差誘導線が
設けられており、その出力を受信器６によりうけてリニ
アモータがトルクを発生するように変換器５１．５２へ
制御信号を与える。車両１がセクション２２上を走行し
ているときはスイッチ７２が閉じ、他のスイッチは開放
されている。駆動電力は変換器５２から供給される。変
換器５１．５２は一種の電流増幅器であり、受信器６の
出力信号ｕ、ｖ。

Ｗに同期した正弦波電流を電機子コイルに供給する。車
両１がセクション２３にはいる直前にスイッチ７３を投
入して変換器５１から電力を供給し、車両に連続して駆
動力を与える。車両位置検知装置としてはいろいろな方
式があるが、実施例においては交差誘導線３により図示
している。次にその詳細について第５図、第６図を用い
て説明する。地上の交差誘導線は第５図に示すように７
対（Ｕ、、Ｕｚｔ　Ｖｔｔ　Ｖａｔ　Ｗｔｔ　Ｖ、およ
びに相）あり、これらがすべて重ね合わされて１本の平
べったいケーブルにまとめられている。ある１対の交差
誘導線Ｕ１だけを取り出してみると、２本の線がより合
わされている区間とそうでない区間がもうけられている
。

より合わされていない区間は界磁の２極ピツチごとにあ
りＵ工とＵ、、Ｖ、と■２．Ｉｌｌ□と−２はそれぞれ
電気角で１８０度離れ、Ｕｌ、Ｖ□ｔ　’Ｗｘはそれぞ
れ電気角１２０度の位相差になるように配列されている
。車上にとりつけられたアンテナより放射された一定周
波数の信号を交差誘導線で受信、その端末につながれた
受信器６においては第６図のような考えで処理される。

すなわち、受信波Ｕ１とＵ４は一定周波数の信号が振幅
変調されたものである。そのそれぞれの信号を整流する
とｕ’ｘ＋　Ｕ’２のように包絡線を取り出すことがで
きる。そして［１、ｌ／２を求めるとほぼ正弦波の信号
が得られ、これが電機子コイルのＵ相に流すべき電流の
位相基準を与える。■相、Ｗ相の位相基準信号も同様に
して得られる。

なお、に相はチエツク用の交差誘導線であり、一般には
き電セクション２１．２２．・・・へ車両が突入すると
き信号を発生するように設けられる。通常用いられる速
度制御システムは第７図の通りである。図に於ける記号
は１２は速度制御器、１３はリミッタ、１４は電流増幅
器の機能を持つ電力変換装置で、Ｋ１はそのゲインであ
る。１５は車両運動を示す伝達関数でに２は推力係数１
Ｍは質量、Ｓは微分演算子である。１６は速度によって
変化する走行抵抗を発生するためのブロックを示す。ま
た、６４．６５は比較器である。

−は速度指令である。車両の速度は前記交差誘導線Ｕ１
．■□、ｖ□、Ｕ２．ｖ２．ｖ２）山ノ数ヲ計数スルか
、または相燐なる信号の時間を計測して求められる。速
度指令Ｖ＊と実速度Ｖは比較器６４で比較され、その偏
差は速度制御器１２に与えられる。速度制御器は通常「
比例・積分」要素で構成され、その出力は加速または減
速指令を与える。リニアモータにとってはいわゆる推力
指令となる。

この推力指令は比較器６５において走行抵抗と比較され
、リニアモータに対する加速度指令が決定される。加速
度の急変は乗り心地を悪化させるので適当に設定された
リミッタ１３を通し、電機子電流指令１束が作られる。

電力変換装置は、車両運動に較べると時定数の非常に小
さな制御器であるため、比例定数に１で表わされる。電
力変換装置１４の出力は実際に流れる電流であり、推力
係数との積に２Ｉが発生推力となる。ブロック１５にお
いて質量で割り積分すれば車両の速度Ｖが求められる。

以上のように、従来のリニアモータ駆動の電気車に於い
ては運転者が車両の位置と速度を監視しながら速度指令
を変更する。従って、実際の車両の運行という立場でみ
たとき、車両の位置と速度を自動的に維持できるように
なっていない。

（発明が解決しようとする課題） 将来予想されるリニアモータシステムを考えると、中央
制御装置または隣接する制御所からの位置、速度情報に
忠実に追従できるようなリニアモータの制御システムが
必要である。

その場合、列車の制御はすべて地上に設置された制御装
置により行なわれるので、人間の判断を必要とする方式
では役に立たないと考えるべきである。時刻表に沿った
車両位置の制御と速度の維持、良好な乗り心地を与える
ための加・減速度、停車位置の正確な制御が自動的に遂
行されることが必要である。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 中央制御所からは線路上のすべて列車の運行状況を監視
しながら、個々の列車に対して運転指令を与える。この
時与えられる情報は「時間−速度」の場合もあり、「時
間−位置」の場合もある。

いずれにしても両者は独立したものではなく、どちらか
一方のパターンがあたえられると他のパターンは自動的
に決ってしまう関係にある。特別な場合として、遅延が
生じた場合や異常が生じた場合は中央制御所からの情報
ばかりでなく隣接制御所からの情報を参照しながら運転
される。一般に、正常な運転をしている場合は、「時間
−速度」が制御器が構成し易く、停止精度を必要とする
場合は典型的な減速パターンに沿った「時間−位置」で
与えるのがよい。

個々の列車の制御は列車の運転ヘッドに応じて１０〜２
０−の間隔をおいて地上に設置された変電所で行なわれ
る。変電所は一つの車両のみを制御することができ、中
央制御所または隣接制御所からの情報と交差誘導線によ
り検品された位置または速度情報を入力とし、指令通り
の位置と速度を維持するような推進力を決定しリニアモ
ータを制御する。

（作用） 本発明は、中央制御所または隣接制御所より１時間−速
度」、または１時間−位置」の情報を得てそれぞれに対
応した「時間−位置」、または「時間−速度」パターン
を作成し、時間に対する位置と速度の両者を満足するよ
うな制御装置を提供するもので、制御方式としては従来
の「比例・積分」形を用いないで、人間の経験に基づく
制御ルールに従って車両に与える推進力を決定しようと
するものである。

（実施例） 本発明による速度制御システムの一実施例を示すと第１
図の通りである。図に於ける記号は第７図と同じ要素は
同一の記号を付している。即ち、Ｉ２は速度制御器、　
１３はリミッタ、１４は電流増幅器の機能を持つ電力変
換装置で、に１はそのゲインである。１５は車両運動を
示す伝達関数でに２は推力係数、Ｍは質量、Ｓは微分演
算子である。１５は速度によって変化する走行抵抗を発
生するためのブロックを示す、また、１７は速度信号Ｖ
を位置信号Ｘに変換するための成分器で、信号Ｖ、Ｘは
ともに速度制御器１２へ導かれる。

１８、１９はパターン発生器である。すでに述べたよう
にシステムとしては、「時間−速度」パターンでうける
ときと、「時間−位置」パターンでうける場合がある。

前者の場合は、パターン発生器１８で１時間−速度ｊパ
ターンをもちいて１時間−位置」パターンを発生させ接
点６１を介して速度制御器１２へ導く。後者の場合はパ
ターン発生器１９で１時間−位置」パターンをもちいて
「時間−速度」パターンを発生させ接点６２を介して速
度制御器１２へ導く。６３は比較器である。速度制御器
への速度入力と位置入力をそれぞれｖ＊、　、＊とする
と、実際の車両の速度■と位Ｉ！ｘの検出値と比較し、
速度と位置の両方を指令値に一致させるような推力指令
Ｆ８が演算される。説明が前後するが、車両の速度は前
記交差誘導ｍｕ、　、ｖｘ　、Ｗ、　、ｕ２．Ｖ２　、
Ｗ、の山の数を計数するか、または相となる信号の時間
を計測して求められる。推力指令Ｆ束は比較器６３にお
いて走行抵抗と比較され、リニアモータに対する加速度
指令が決定される。加速度の急変は乗り心地を悪化させ
るので適当に設定されたリミッタ１３を通し、電機子電
流指令Ｊ＊が作られる。電力変換装置は、車両運動に較
べると時定数の非常に小さな制御器であるため、比例定
数に□で表わされる。

電力変換装置１４の出力は実際に流れる電流であり、推
力係数との積に２Ｉが発生推力となる。ブロック１５に
おいて質量で割り積分すれば車両の速度Ｖが求められる
。この速度は交差誘導線によって検出されるわけである
が、交差誘導線により最初に位置信号を検出する場合は
、速度は微分演算により求めることが出来る。

パターン発生器１８．１９と速度制御器１２の間の切り
替え器６１．６２は、主として「時間−速度」パターン
が与えられる加速・力行運転の時は６１側へ、「時間−
位置」パターンが与えられる制動モードの時は６２側へ
切り替えられることが多いが、走行状況によりいろいろ
な運転モードが有り得る。

本発明によれば、速度制御器１２は速度と位置の情報を
もとにルール化された制御則の集合であり、その詳細を
第２図、第３図を用いて説明する０位置と速度の偏差は
第２図に示すようにそれぞれ３つのレベルＺ、Ｐ、Ｎに
分けて判定される。

２：偏差が小さい、Ｐ：偏差が正で大きい、Ｎ：偏差が
負で大きい また、推力指令を与える速度制御器の演算結果はＺ、Ｎ
Ｓ、ＮＢ、ＰＳ、ＰＢの５つのレベル分類し出力する。

すなわち ２：出力は動かない、 ＮＳ：出力として負の小さな値を与える。

ＮＢ：出力として負の大きな値を与える。

ＰＳ：出力として正の小さな値を与える。

ＰＳ：出力とじて正の大きな値を与える。

以上のように、入力と出力のレベルをグレード分けした
あと次のような制御則を作る。

ルール１：速度偏差がほとんどなく位置の偏差も殆どな
ければ、その運転状態を維 持するよう出力は動かさない。

ルール２：速度偏差がほとんどなく位置偏差が負になっ
ていれば、位置が指令値を 超えているので速度を少し負の値に して位置の回復をはかる。

ルール３：速度偏差がほとんどなく位置偏差が正になっ
ていれば、出力を少し正の 値にして速度を少し高めながら位置 の修正を早める。

ルール４：速度偏差が負で位置偏差が正のときには、高
めの速度で位置の修正をし ている過程とみられるので、出力を 動かさないで様子を見る。

のように第３図にしたがって制御則を作る。

このように入力として速度及び位置の値を読みとり、上
記のような制御ルールによって推論処理し、出力即ち推
力指令という確定値を導く場合は、論理積、論理和、重
心演算などの手法が用いられる。

本発明による速度制御器は従来の「比例−積分」方式で
はなく、あたかも運転手が車上で車両の位置と場所を判
断しながら運転するかのように、熟練運転手の経験則を
ルール化して、ある時は「時間−速度」を基準にして、
他の場合は「時間−位置」を基準にして、与えられた車
両の位置と速度を維持するように制御することを特長と
している。

〔発明の効果〕

本発明による速度制御器はあたかも運転手が車上で車両
の位置と場所を判断しながら運転するかのように、熟練
運転手の経験則をルール化して、ある時は「時間−速度
」を基準にして、他の場合は「支持感−位置」を基準に
して、与えられた車両の位置と速度を維持するように制
御することを特長としている。

指令値としては速度または位置のどちらか一方しか与え
られなくても、「時間−位置」パターンまたは「時間−
速度」パターンが必要な場合は随時作成しつくられるの
で、車両の運転管理は正確に行なわれる。従って、車両
の加速、トンネル通過等にともなう減速制御、定点停止
制御があたかも熟練運転手による運転であるかのように
、良好な乗り心地を維持しながら達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図及び第
３図は同実施例の説明図、第４図は従来のリニアモータ
駆動電気車の構成図、第５図。 第６図は第４図の構成要素である位置検知用交差誘導線
の動作説明図、第７図は第４図の速度制御システムを表
わすブロック線図である。 １・・・車両、 ２・・・軌道、 ２１、２２・・・２５・・・分割された軌道、３・・・
位置検知用交差誘導線、 ４・・・き電線、 ５・・・変電所、 ５１、５２・・・電力変換器および制御装置、６・・・
受信器、 ７１、７２・・・７５・・・き電区分切り替えスイッチ
、１１・・・アンテナ。 １２・・・速度制御器、 １３・・・リミッタ、 １４・・・電力変換器を示す電流増幅器、１５・・・リ
ニアモータと車両を表わす要素（Ｋ；推力係数、Ｍ；車
両の質量）、 １６・・・走行抵抗発生器、 １７・・・成分器、 １８・・・「時間−位置」パターン発生器、１９・・・
「時間−速度」パターン発生器、６１、６２・・・切り
替え器、 ６３、６４．６５・・比較器。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　地上に電機子を埋設し、車上に磁石もしくは２次導体
   を取り付け、地上において車両の速度または位置を検知
   する手段と、電機子へ供給するための電流を演算し出力
   する電力変換装置を備え、中央制御所または隣接する制
   御所より「時間−速度」指令または「時間−位置」の指
   令をうけ、前者の場合は「時間−位置」パターンを新た
   に作成し、後者の場合は「時間−速度」パターンを作成
   し、前記位置検知装置により検出された速度及び位置信
   号と比較し、速度と位置を監視しながら経験則に基づく
   ルールを適用して推力指令を演算しリニアモータの電流
   を制御することを特長とするリニアモータ駆動電気車の
   制御装置。