JPS6017371A - 移動体位置検知方式 - 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
知する方式に間するものである。

［発明の背景コ 例えば、リニアモーターカーの自動運転においては、走
行路に沿っ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′、ａは平面上に周期Ｐ（モーター極間距
離の２倍）でもっ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っている。

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５０〜２００　Ｋ１１ｚ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ｇｔを２
とすれば、アンテナ６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２について正弦波伏とすることがで
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（２）　、　Ｖ２３（２）
　。

Ｖ３１（２）とすれは、 Ｖ１２（ｚ）　＝　ｋｃｏｓ２πｚ／Ｐ　φｅＶ　２３
（ｚ）　＝　ｋ　ｃｏｓ２ｙｃ　（ｚ＋　Ｐ／３）／Ｐ
　、ｅ　’′Ｖ３１（２）　＝ｋｃｏｓ２ｙｃ（ｚ＋２
Ｐ／３）／Ｐ　４　ｅ−ｒ′・・・・（１） と現わすことができる。

ここで、ｌ（：常数、γ：線路の伝搬常数でγ＝α＋Ｊ
β（α：線路の減衰常数、β：線路の位相常数〉である
。

ここで、Ｖ　１２（ｚ）、　Ｖ　２３（ｚ）、　Ｖ　３
１（ｚ）　ニ次ＣＤ信号処理を施し、正相電圧Ｖ　ｐ（
ｚ）および逆相電圧Ｖ　ｎ（ｚ）を得たものとする。

−ｊ２π／３ Ｖ　Ｉ’１（２）＝　Ｖ’１２（Ｚ）　十ｅ　Ｖ　２３
（ｚ）・・・・（２） （１）式を（２）式に代入して整理すると、・・・・（
３） Ｖ　ｐ（ｚ）およびＶ　ｎ（ｚ）の位相差をΦとすれば
、φ＝／Ｖｐ（ｚ）−ＺＶｎ（ｚ）＝４πｚ／Ｐ　・・
（４）ここで、ｌ：偏角を意味する記号である。

すなわち、Φは第２図に示ように２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）位置な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、ＶＩ２（ｚ）　、　Ｖ２３（ｚ）　
、＋　Ｖ３１（２）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め、その自乗値をめれば、 ＝　ｋ　（１＋ｃｏｓ４πｚ／Ｐ　） ＝ｋ　［ｌ＋ｃｏｓ　（（４πｚ／Ｐ）−２ｙｃ／３）
　］＝ｋ　［１＋ｃｏｓ　（（４πｚ／Ｐ）＋２７（／
３）　］・・・・（５） いま、角周波数００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Ｖ、、ｕ（ｚ）、　Ｖ　ｖ
（ｚ）、　Ｖ　ｗ（ｚ）とすると、 Ｖｖ（ｚ）＝ｋ　［Ｉ＋ｃｏｓ　（（４πｚ／Ｐ）−２
７［／３）　］Ｊωｏｔ Ｉ　ｅ ｖｗ（ｚ）＝ｋ　［１＋ｃｏｓ　（（４πｚ／Ｐ）＋２
　π／３）コＪωＯ１ ・　ｅ ・・・・（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。

Ｖｎ　′（２）　：　Ｖｕ（ｚ）＋　ｅ　Ｖｖ（ｚ）・
　・　・　・（７） （６）式および（７）式から次式が得られる。

・・・・（８） ■ｐ　’　（ｚ）　、Ｖｎ　’　（２）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。

＝４πｚ／Ｐ　・・・・（９） すなわち、（４）式と全く同じ結果が得られ、車体位置
な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はリニア士−ター
カー極間距離の２倍に等しくちらなはれはならないが、
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、従って導体周期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２について純粋な正弦波状どな
ることが必要であり、このためアンテナ５の長ざＬはＰ
／７〜Ｐ１５（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って、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．　＋２．１３．１４はそれぞれ
導体であって、導体１１．１２．１３は周期Ｐ（モータ
ー極間距離の２倍）でもっ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っ
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．　＋８．１９．２０
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．　＋２．１３．１４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Ｖ　１０（
ｚ）。

Ｖ　２０（ｚ）　、　Ｖ　３０（ｚ）とすると、−γ２ Ｖ　１０（２）　：ｌ：　ｋ　ｌ（１＋ｋ　２ｃｏｓ２
　７［Ｚ／Ｐ）　ｅ・　・　・　・（１０） ここて、ｋｌ　、ｌ＜２　：常数。

ｋｌ＞１（２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［コ内の値は２の任意の値に
ついて常に正である。

いま、線路Ｉ５の始端で」１記の電圧を直線検波し、そ
の包絡線をめると次式のようになる。

ｌ　Ｖ２Ｏ（２）　ｌ　＝　ｋ　Ｉ［１＋ｌ＜２ｃｏｓ
２　π（ｚ＋Ｐ／３）／Ｐｌ−α２ φ　ｅ ｌ　Ｖ　３０（ｚ）　ｌ　＝　ｋ　ｌ［１＋ｋ　２ｃｏ
ｓ２　π（ｚ＋２Ｐ／３）／Ｐ］−α２ Ｉ　ｅ ・・・・（１１） ここで、角周波数ω０の新たな搬送波を（■１）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。

＝　ｋ　Ｉ（１＋ｋ　２ｃｏｓ２　ｙｔ　ｚ／Ｐ）−α
２＋ＪωＯｔ ・　ｅ ＝　ｋ　Ｉ［！＋ｋ　２ｃｏｓ２　ｎ　（ｚ＋Ｐ／３）
／Ｐ］−αｚ＋ｊω０１゜ 中　ｅ ＝　ｋ　ｌ［Ｉ＋ｋ　２ｃｏｓ２　ｙｔ　（２＋２Ｉ’
／３）／Ｐ］−αｚ＋ｊωＯｔ ＋　ｅ ・・・・（１２） これらの電圧に次の信号処理を施し、正相電圧■ｐ　″
（ｚ）お韮ひ逆相電圧Ｖｎ″（ｚ）を導く。

・　・　・　・（１３） （１２）式および（１３）式から直ちに次式が得られる
。

Ｖｐ　”　（ｚ）　＝（３／２）　ｋｌ　・ｋ２−　ａ
’ｚ＋（ｊ２　πｚ／Ｐ）＋ｊｂＪｏｔ争　ｅ Ｖｎ　″（ｚ）　＝（３／２）　ｋｌ　−１ｃ２−　ａ
　ｚ−（ｊ２　ｙｔ　ｚ／Ｐ）＋ｊωｏｔ俸　ｅ ・・・・（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″をめ
ることができる。

＝２πｚ／Ｐ　・・・・（１５） すなわち、Φ″の測定を通じ、移動体位置２をＰの周期
て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ー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１１ｒ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０〜３０１１ｚ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１１．Ｖ。

Ｗは、Ｐの周期構造を有し、かつ長平方向にＰ／３ずつ
ずらして配置される３本の導体（第３図のＩ＋、１２．
１３）　ｔｉ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ζこおける誘導無線線
路の一部として使用すれば利点は太きい。

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りられた直線状導体Ｓと
によっ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、２１−１．２１−２，２１３
は帯域通過ろ波器、２２−１．２２−２．２２−３は検
波器、２３−Ｉ　、２３−２．２３−３は変調器、２４
−２．２４−は移相器、２５は１般送波電源、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＋１．１
２．１３．１４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母の信号処理装置ζ
こよって次のような信号処理が行われる。

導体１１と１４間の電圧Ｖ　１０（ｚ）は帯域通過ろ波
器２１−１によって雑音電圧が除去され、次いで検波器
２２−１によっ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ω０の搬
送波を振幅変調する。なお、検波器２２−１での作用は
（ＩＩ）式の第１式に、変調器２３−１での作用は（１
２）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Ｖ　２０（ｚ）および導体１３
とＩ　４１ｉｉ１の電圧Ｖ　３０（ｚ）も同様に帯域通
過ろ波器２＋−２，２１−３、検波器２２−２．２２−
３を通って変調器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之ご導かれるが、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２４−２．２４−３におい
て一１２０°および１２０°の位相変位を受でから加算
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２を周期Ｐ旬に連続
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ってもよい
。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、螺旋状の形状のものであっ
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っ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ｔご比較して、導体周期を１７２として
も同一の検知周期を督ることができる。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。）トた、導体の周期が短縮すれば、これに比例して
移動体塔戦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ｔこ、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りすることができる。

【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２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５１１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。 ＋１．　＋２．　＋３：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　：帯域通過ろ波器、２２−１．
２２−２．２２−３：検波器、２３−１．２３−２．２
３−３：変調器、２４−２．２４−３：移相器、２５：
搬送波電源、２６：加算器、２７：移相器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、移動体の走行路に沿って、Ｐの周期構造を有し
   、かつ各導体が長平方向に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ど
   する移動体位置検知方式。