JPS5817061B2 - 移動体位置検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気浮上車の如く軌道上を浮上して走行する
移動体の自己位置を光学的方法により検知する移動体位
置検知装置に関するものである。

最近、磁気力を応用して車体を浮上、推進させる超高速
磁気浮上車システムの開発が行なわれているが、このよ
うな方式においては軌道上における走行車の軌道方向に
おける自己位置を常に検知して、この検知信号をもとと
して走行車体と推進コイルの関係位置あるいは走行車の
速度についての情報信号をつくり、これにより推進コイ
ルの電流を制御し、走行車を運転制御することが行なわ
れている。

この方式においては、走行車と推進コイルの関係位置の
情報信号として、推進コイルの寸法に比べて精度の高い
もの、例えば推進コイルの軌道方向長さの３程度度が必
要とされており、これは実際上の精度として３０叫程度
に相当する。

このような精度で車体の自己位置を検知する方法として
、例えば金属体を検知できる電磁接近リレーなどを用い
る場合、車体の軌道直角方向の変位による距離変化が大
きいため安定した動作が得られない。

このため、精度が高く、かつある程度の距離変化にも耐
えられるものとして光学的な位置検知方式が試みられて
いる。

光学的な位置検知方式には、大別して遮光式と反射式が
考えられ、前者は走行車上に設けられた投光器と受光器
との間を、軌道上に設けられた遮光板で遮光して、受光
の有無に変換し、位置検知信号を得るものであるが、軌
道構造上の制約からその方式が利用できない場合がある
。

これに対して後者は、走行車上の投光器、受光器に対向
して軌道上に反射板を設け、反射光の有無を検知するも
ので、軌道構造の制約が少ないので、多くの場合にこの
方式は適用できる。

このような反射板方式に対しては、反射板として光学的
に再帰性のある反射板（Ｒｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｏ
ｒ）を使用することに利点があり、すでにこれに関する
考案がなされている。

以上述べた遮光式、反射式のいづれにおいても、重要な
ことは磁気浮上車の如き移動体はある程度の制約された
範囲内においては自由な運動姿勢をとるので、車体の位
置変化、すなわち軌道直角方向に任意に生ずる上下ある
いは左右方向の変位に拘らず、如何なる姿勢においても
上記の軌道上における走行車の軌道方向における自己位
置の検知が可能となるように光学系を構成する必要があ
ることである。

このために通常の方法は走査方式により光束ビームを所
要の範囲で走査して、車体の如何なる姿勢位置において
も投射光が有効に反射板に投射できるようにすることで
あるが、超高速磁気浮上車の如く速度がきわめて高い（
５００Ｋｍ／ｈ）ものにおいては、１走査中の車体の移
動量が大きく、前記の所要精度を満たすためには極めて
高速度の走査を要する。

走査は通常、回転ミラー、振動ミラーなどの機械的方式
によるが、この方式の走査速度には自ら限度があり、現
在の技術では上記の精度を満足できる高速走査は期待で
きない。

これに対して、車体の姿勢変化に対応した範囲内に、常
に帯状の光束を投射し、また受光器の視野をこの帯状光
束の範囲に限定して受光を捉える方法が考えられるが、
用いる反射板の反射方向についての性能および反射板、
投光器および受光器の三者の関係を巧妙に設定する必要
があるなど、直ちには実現困難で期待できない。

以上の実情に対して、最も安易な方法は、反射板の有効
高または有効幅を、車体の変化範囲をカバーできるよう
に、十分大きくとることであるが、反射板は軌道上全区
間に亘って設けられるので、軌道長が長くなるに伴い多
大の費用を要し、経済的でなく、また軌道構造上の制約
から大きさに制約があるなど、車体の変位には他の方法
で対処し）なければならない。

例えば車体がヨーイング、ローリングなどを伴うとき、
投光線の光軸が反射板面に垂直たりえないことが起るが
、これに対しては、前述した再帰性反射板を用いること
が有効である。

本発明の目的は、従来技術の欠点をなくし、車体の軌道
直角方向の姿勢変位、再帰反射板の部分的反射性能劣化
に拘らず、常に確実に光学系を維持できるようにした、
高信頼度の位置検知信号の入力部を有する移動体位置検
知装置を提供するものである。

本発明の要点とするところは、先ず第１に、走行車上に
走行車体の運動姿勢の変化範囲をカバーできるように複
数個の投受光器対を一定間隔に配夕１ル、如何なる運動
姿勢においても位置検知信号を有効に得ることができる
ようにその光学系を設置し、その光学系を構成する上記
複数個の投受光器対のうち少なくとも１個は、主検知用
投受光器対として再帰反射板に対面できるようにし、第
２には、再帰反射板表面の部分的汚染、変質による部分
的反射性能劣化による位置検出ミスを防止するために、
上記主検知用投受光器対の配列位置とは異なる位置に設
置されている投受光器対の、少なくとも１個が、補助検
知用投受光器対として上記再帰反射板に対面できるよう
にし、主検知用投受光器対と補助検知用投受光器対とか
らの位置検知信号の論理和をとることにより常に少なく
とも２個の投受光器対からの位置検知信号により再帰反
射板の有無を、多重系で構成するようにし、投受光器装
置としての複数個の投受光器対に対面する再帰反射板の
有効高、有効幅などの寸法を最小限にし、上記の機能を
有効に実現した構成を特徴とする。

以下に本発明の実施例を、本発明の基本的原理の説明を
兼ねながら、図面を用いて説明する。

第１図は本発明による磁気浮上車システムにおける一実
施例であって、軌道構造物と走行車の軌道直角方向の断
面の一部を示したものである。

ここで、１は走行車を、２は軌道構造物、３および３′
は反射板で、軌道構造物２の側面または上面にそれぞれ
取付けられる。

４および４′は投受光装置で、反射板３または３′にそ
れぞれ対面して走行車１に取付けられる。

以下に機能および寸法に対する決定法を述べながら順次
説明する。

さて、走行車１は走行に伴なって浮上し、浮上の限度は
適当に設けられたストッパ（図示していない）により押
えられる。

この場合、浮上の高さが基本的な高さ変化量であるが、
走行車１は種々の運動姿勢をとるのでそれらについて第
２図イル二により以下に説明する。

第２図イは走行車１のピッチングを示しピッチング角度
δにより投受光装置４は上記の浮上高さのほか図示のｄ
だけ増加する。

第２図口は走行車１のローリングを示し、ローリング角
εにより投受光器対４は高さおよび光軸の方向が変化し
、その結果、反射板３に当る光束の高さ変化量はｅとな
る。

第２図ハは走行車１のヨーイング。すなわち中心の片寄
りの状態を示すもので、投受光器対４と反射板３の距離
がｆだす変化する。

この変化が第２図口のローリングと組合わさるときは、
結果として反射板３に対する高さ変化となる。

第２図二は磁気浮上および推進用の磁界の吸引力または
反撥力により走行車１に撓みを生ずる場合を示すもので
、第２図口に示すローリングの場合とほぼ同様の理由に
より高さ変化を与える。

図示および説明は省略するが、このほか車体の進行方向
に対する撓みなどもありうる。

以上述べた各種の運動姿勢ならびに車体の撓みは、すべ
て高さ変化に換算できるので、これらを基本的な浮上に
よる高さ変化に加えて等制約な高さ変化量、Ｈとする。

第３図は、本発明による投受光装置４における投受光器
対の配列、寸法および個数と、反射板の寸法の関係を示
す説明図である。

図において反射板の有効高さｈ′は、光束ビーム半径と
反射板の製作時の寸法誤差、光軸の狂いによる誤差の合
計値に相当する長さｄを求め、反射板の全長りから２ｄ
を差引いたものとすることが実際的である。

これにより、上述の誤差による不良動作が防止され、光
束ビームは完全に反射板の有効範囲内にあり、逃げるこ
とはない。

次に、投受光装置４においては、複数個の投受光器対４
−１．４−２．・・・・・・、４−ｎが、高さ方向に一
定間隔ｌを以って配列されている。

この場合、間隔ｌの値としてｌ＝ｈ′とすることにより
、少なくとも１個の投受光器対が反射板３に対して正常
動作する。

このような間隔ｌで、ｎ個の投受光器対４−１．４−２
．・・・・・・。

４− ｎが配列された投受光装置４と反射板３において
は、投受光装置４の高さ変化に対する有効動作範囲は、
固定している軌道と車体の上下運動とそれを検知する相
当投受光器との位置関係とから明らかな如く、（ｎ−１
）ｌ＋ｈ’で計算される。

ただし、実際問題として、反射板３および投受光装置４
にはそれぞれ取付誤差があるので、それらの誤差分が有
効動作範囲より減する。

さて、前述した車体の高さ変化量Ｈに対して投受光装置
４の有効動作範囲（ｎ−１）ｌ十ｈ’が、Ｈ＜ （ｎ−
１） ｌ ＋ｈ ／となるように、ｈｌ、１およびｎを
選定すれば、高さ変化に対してｎ個の投受光器対のうち
の１個が常に動作状態となるようにすることができる。

ここで、ｈ、したがってｈ′を小さくとるほど与えられ
たＨに対してはｌは小さくなり、ｎが大きくなる。

位置検知装置の全体の費用を節約するためには、当然投
受光器対数の増加を伴うが、反射板３の大きさを小さく
して使用しなくてはならない。

すでに指摘したとおり、長距離に亘る反射板の寸法を極
力小さくすることは、投受光器数の増加によるコストを
凌駕してなおかつ大きな効果が得られるからである。

次に、反射板として公知の再帰性反射板を利用する場合
を説明する。

第４図は再帰性反射板５と同軸形投受光器６の関係を示
すもので、走行車１にローリングまたは撓みが生じた場
合、正常時の光軸ｇが光軸ｋに変化したことを示す図で
ある。

この場合、角度の変化量はφであるが、再帰性反射板５
により投光、受光の光軸は常に同一軸上にあり、反射光
は有効に受光器に受光できる。

事実ローリング角度、車体の撓みは実際上筒々数度以下
とされるので、市販されている通常の再帰性反射板によ
り十分目的が達せられる。

この場合、投光軸と受光軸が同一であるので、投受光器
として同軸形が望ましいが、凸面反射鏡あるいはハーフ
ミラ−によるものなどすでに周知の同軸形投受光器対を
用いて容易に実現することができる。

以上が本発明の前半分の主検知用投受光器対に関する基
本原理と実施例の説明であるが、この原理を利用して本
発明の後半分の補助検知用投受光器対に関する実施例を
説明する。

通常の光学系は光軸上の妨害に弱く、特に反射板上に汚
損が生じたときは到命的である。

反射板の汚損は、全面に亘るものと部分的なものとがあ
るが、通常の後者の場合で、光束ビームの直径と汚損部
分の大きさの比較により影響が定まる。

そこで、例えば投受光器対間隔ｔを再起反射板の有効ｈ
′に対してれば、再起反射板表面の汚損劣化による位置
検出ミスを除くための投受光器対の総数は、当然増加す
るが、これにより少なくとも２個の投受光器付が、主検
知用投受光器対と補助検知用投受光器対として、常に２
重に動作するので、再帰反射板の部分的な汚損による検
出ミスを防止して、位置検知信号が入力部に２重系で得
られることになる。

したがって、位置検知に関する高信頼度化が実現したこ
とになる。

なお、以上においては、反射板を大地に対して垂直にお
く場合を例に示したが、本発明の趣旨はこれに限ること
なく反射板の方向が水平あるいは他のある角度関係に設
けられている場合においても適用できることは勿論であ
る。

以上に述べたように、磁気浮上走行車の如く軌道上を浮
上して走行する移動体に、投受光装置（一定の間隔で配
列された複数個の同軸形投受光器対を設け、これに対向
して軌道上に必要最小限の有効高さまたは有効幅で、か
つ再帰性のある反射板を設ける）を設けた本発明による
位置検知装置によれば、移動体の運動姿勢の如何に拘ら
ず、常に少なくとも１個の投受光器対が動作範囲に入り
確実な光学系を構成することができ、同時に反射板の大
きさを必要最小限に止めるので、経済性が期待できる。

さらに、複数個の投受光器対のうち少なくとも２個が常
に動作範囲に入るように投受光器対数および投受光器対
の間隔を定め、かつそれらの少なくとも１個の投受光器
対の動作により反射板の存在を検知する方式をとるので
、反射板上の汚損にも拘らず動作の信頼性を極めて向上
することができる。

この考案により、今後ますます発展する磁気浮上車シス
テム等の高速運転車体動作に対する安全性、円滑性等が
経済的に計られるので、この分野における貢献は極めて
大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気浮上走行車システムにおける軌道構造と走
行車の軌道直角方向の一部構造断面図であり、第２図イ
乃至二は磁気浮上走行車の運動姿勢を示す説明図、第３
図はこの考案による実施例の投受光器対および投受光装
置ならびに反射板の寸法説明図、第４図はこの考案によ
る他の実施例として再帰性反射板と同軸形投受光器対を
利用した場合の動作説明図である。 符号説明 １・・・・・・走行車体、２・・・・・・軌
道構造物、３．３′・・・・・・反射板、４，４′・・
・・・・投受光装置、５・・・・・・再帰性反射板、６
・・・・・・同軸形投受光器対、７・・・・・・光路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軌道を走行する移動体上に投受光器対を設は該軌道
   に沿った所定地上検知位置に再帰反射板を設け、上記投
   受光器対の投光器から発射された光が該再帰反射板で反
   射され再び上記投受光器対の受光器に至達するごとく投
   受光器対と再帰反射板とが対面配置され、上記反射光の
   有無によって移動体の位置を検知する移動体位置検知装
   置において、移動体上の上記投受光器対は、複数個垂直
   方向に所定間隔ｔだけ互いに隔てで配置され９、上記投
   受灯器対の個数ｎが上記再帰反射板の有効高ｈ／。 上記移動体走行時の等価約最大高さ変化値Ｈとするとき Ｈ（（ｎ−１） 、ｌ＋ ｈ ’ なる条件を満たす最小の正整数だけ支持配置されの高さ
   変化値に対しても、上記複数対個数ｎのうちの少くとも
   ２個以上の個数の対が上記再帰反射板と有効に対向する
   ようにし、これらの有効に対向する２以上の投受光対の
   うちの少なくとも１個が有効な位置検知のための光学系
   を構成する主検知用投受光器対となり、かつ少くとも１
   個が再帰反射板の部分的な反射性能劣化による位置検知
   ミスを防止するための光学系を構成する補助検知用投受
   光器対となり、よって動作する投受光器対が２重に動作
   できるようにしたことを特徴とする移動体位置検知装置
   ９