JPS6043754B2 - リニアシンクロナスモ−タの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリニアシンクロナスモータの制御装置に係り
、特に超高速鉄道の車両制御に使用するに好適なリニア
シンクロナスモータの制御装置に関する。

超高速鉄道の車両の推進には第１図のように車両１に
超電導磁石を界磁１ａとして搭載し、軌道側に電機子コ
イル２を設置したリニアシンクロナスモータ（以下ＬＳ
Ｍと略号で呼ぶ）が有用である。

このＬＳＭを駆動するには、界磁に同期して電機子コイ
ルに正弦波等の電流を通電すれば良く、その推力を調節
するには電流値を制御することになる。 第１図はこの
ようなリニアシンクロナスモータの駆動制御システムの
ブロック図である。

車両１に搭載した界磁１ａと軌道側に設置した電機子コ
イル２の相対位置検出は位置検出装置３で行われＪる。
位置検出装置は例えば電機子コイルのポールピッチ単位
で設置された被検出板を光学的に検出する装置、または
電機子コイルのポールピッチ単位で交叉して配置された
交叉誘導線を利用した位置検出装置、あるいは界磁の移
動により電機子コイルに誘起される誘起電圧を検出する
装置など衆知の位置検出装置が使用される。このような
位置検出装置３で検出した位置信号４（通常はパルス列
に置換される）から、速度演算器１７で車両の実速度を
演算し（例えばパルス間隔測定による）、速度基準指令
Ｖｒと比較器１１で比較して、その速度偏差１２を小さ
くするべく速度制御装置１３て電機子コイルに通電する
電流の大きさを演算する。この電流の大きさは通常電流
りミッタ１４で正側及び負側の最大値を制限し、すなわ
ちＬＳＭの加速力及び減速力を制限して車両の乗り心地
を損わないようにしている。一方、電流波形パターン発
生装置１９は、位置信号４に同期した電流波形パターン
２０を作成するもので、いわゆる同期型の発振器であり
、例えば位相比較器、低域フィルタ、直流増幅器及びＶ
ＣＯ（電圧制御発振器）からなるＰＬＬ（フェーズロッ
クループ）回路で構成するのが簡単であり、一般的であ
る。この位置信号４に同期した電流波形パターン２０（
通常正弦波パターン）に先の電流波高値パターン１５を
掛算器１６で掛け合せ、電機子コイル２に流すべき電流
パターン５を作成する。この電流パターン５は位置信号
４に同期し、かつ車両駆動のために必要な推力に対応し
た大きさをもつ電源パターン（通常正弦波）である。電
流制御装置７は、電流検出器９で検出した電機子コイル
電流１０と電流パターン５を比較器６で比較した偏差を
小さくするべく例えばサイリスタ式サイクロコンバータ
などの電力変換装置８を制御し、電流パターン５に迫従
した電流を電機子コイル２に通電す一る。この電機子コ
イル電流と車上の界磁との電磁作用により車両は推力を
得て走行する。これらの制御の概要は、「第１６回鉄道
におけるサイバネテイクス利用国内シンポジウム論文集
」第４７７〜４８０頁に記載されている。リニアシンク
ロナスモータの駆動制御は、従来第１図の如きシステム
構成で上述のように行われていた。

ここで、最終的に制御すべきは車両の速度であり、目標
速度に速やかに到達する、あるいは目標速度との速度偏
差を小さくするためには、・適切な推力、すなわち電流
値でＬＳＭを運転する必要がある。第１図に示す従来例
では速度基準指令と速度演算結果とを比較して、この偏
差を小さくするように電流値を調節していたので次の点
で不十分な面がある。まず、車両の速度は速度演算器の
精度に大きく左右される欠点がある。すなわち速度演算
精度が例えば±２％あるとすれば、最高速度５００−１
ｈで走行しているときは±１０紬１ｈの誤差が生じるこ
とになつてしまう。また、速度制御の応答を速く、かつ
速度偏差を小さくするためには、速度制御装置１３の利
得を大きくとる必要があるが、この場合速度演算器の演
算バラツキがあると電流値が変動し車両に推力脈動が生
じて乗ノリ心地が悪化する。このバラツキの影響を少な
くするように速度制御装置の利得を下げると速度制御の
応答性が悪くかつ速度偏差が増大してしまう。このよう
に、速度偏差に基づいて電流パターンを設定する従来の
方法では、ＬＳＭで駆動する車両の速度制御の追従性及
び速度制御精度の面で不十分なところがある。本発明の
目的とするところは、速度制御精度が高いニリアシクロ
ナスモータの制御装置を提供するにある。

本発明は、リニアシンクロナスモータ （迅Ｍ）の速度と一義的に等しい周波数の位置信号と車
両の速度パターンに対応する周波数パターンとの位相差
を求め、この位相差に応じてＬＳＭの電機子コイルに通
電する電流パターンの大きさを調節することによりＬＳ
Ｍを制御するようにしたものである。

以下に具体的実施例に基づいて詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す？Ｍ駆動制御システム
のブロック図で、第３図及び第４図はその動作を説明す
るための動作波形図である。

図中の記号で第１図と同じものは同じ内容のものを意味
している。第２図で周波数パターン発生装置２１は、車
両の速度パターンに対応する周波数パターン２２を出力
する。

なお、車両の速度ｖ＜５ＬＳＭの周波数ｆはＬＳＭのポ
ールピツタを１，として次の関係にあるので周波数に着
目すれば良い。 ｖ＝２ｆ１ｐ（１） 位相差検出器２３は前記周波数パターン２２と位置信号
４の位相差を検出し、この位相差２４に応じて位相差補
償装置２５は、位置信号が周波数パターンに対して遅れ
ている。

場合は加速するべく電流波高値２６を増加し、また進み
位相の場合は減速するべく電流波高値を減少しもしくは
負の波高値として回生ブレーキを行うよう電流波高値の
調節を行う。すなわち、第３図の動作波形に見られるよ
うに、周波数パターン２２に対して位置信号４の位相が
遅れている（減速パターンに対して実速度が遅い）場合
は、位相差２４Ａに対して位相差検出器２３は出力２４
を出力し（第３図では原理的説明のため１相分の位相差
２４Ａを示しているが、実際は３相分の位相差を求め平
均化して使用すること、また第３図では図面の都合上位
相差の変化を急に描いているが実際の位相差変化は緩か
であるため、位相差検出器２３の出力２４は図のごとく
円滑なものとして差支えない）、位相差補償装置２５は
位相差２４に応じて電流波高値２６を出力し、これは電
流りミッタ１４により最大値をリミットされて電流波高
値パターン１５となる。第３図で位相差２４が大きい場
合は電流波高値パターン１５はりミッタ値Ｌｐｐであり
、ＬＳＭはこの遅れ位相差を小さくすべく最大の推力で
加速される。そして、位相差が十分小さくなると、、電
流波高値はＩｐしとなり、その速度での走行抵抗に相当
する推力で車両は均衝運転される。第４図は第３図の場
合に対して、位置信号４の位相が周波数パターン２２よ
りも進んでいる（速度パターンに対して実速度が速い）
場合である。

この時は、電流波高値パターンは負となり（従つてＬＳ
Ｍの誘起電圧に対する電機子コイル電流の位相は第３図
の場合と逆相になり）？Ｍはブレーキ運転となる。進み
位相差が大きい場合の電流波高値パターン１５は、負の
最大値−し。でＬＳＭはブレーキ運転し、位相差が小さ
くなるとその速度での走行抵抗に相当する推力で車両は
運転される。以上で、位相差補償装置２５は位相差２４
を入力として電流波高値２６を出力するが、入出力伝達
特性は通常の比例、比例積分あるいは進み遅れ補償など
で良い。

また、電流りミッタ１４のリミット値は車両の乗り心地
を損わないように設定するが、走行抵抗がある分ブレー
キ側のリミット値は小さくなる。以上のように本発明で
は、リニアシンクロナスモータ（ＬＳＭ）の速度と一義
的に等しい周波数の位置信号と車両の速度パターンに対
応する周波数パターンとの位相差を求め、この位相差に
応じてＬＳＭの電機子コイルに通電する電流パターンの
大きさを調節するようにして田Ｍを制御しているので、
速度制御精度が高くかつ速度パターン（周波数パターン
）への追従性が良い。

すなわち、位置信号と周波数パターンとの位相差が小さ
くなつたときは、周波数と一義的に対応する車両速度と
速度パターンは同じものであり、速度制御精度は従来の
速度偏差を求めて推力調節を行つていた制御装置より飛
躍的に良い。すなわち、速度演算精度面から誤差となる
ような微小な周波数差であつても、いずれ位相差が増大
してくるので、これを検出して推力調節を行うことは速
度制御精度向上に効果大である。また、速度パターン変
化時はまず周波数パターンと位置信号との間の位相差が
増大してくるので、この位相差により電流パターンの大
きさすなわちＬＳＭの推力を調節している本発明の制御
装置では、第１図のごとき速度偏差を求めて推力調節を
行つていた制御装置より、速度パターン（周波数パター
ン）への追従性が速くなる利点がある。第５図は本発明
のより実際的な実施例を示す制御システムのブロック図
である。

図中で第２図と同一記号のものは同じ内容であるので説
明は省略する。第５図の実施例では、周波数パターン発
生装置２１で周波数パターン２２を作成して位相差検出
器２３に与えること以外に、電流波高値基準演算機６１
で現在の走行で予想される必要推力に応じた電流波高値
基準２７を先の位相差補償装置・２５の出力２６に加算
器２８で加え、これを電流りミッタ１４を介して後電流
波高値パターンとしている点が第２図と異なる。以下、
この点を中心に特長について説明する。周波数パターン
発生装置２１は、速度基準■１・を設定したとき、速度
パターン５９の加減速度及び加加速度を制限値以内とな
るように時間に対する速度パターンを作成し、車両の乗
り心地を損わないようにするものである。

すなわち、比較器５１で求めた速度基準■、と速度パタ
ーン５９の偏ノ差は加減速度りミッタ５２により制限値
内の加減速度指令５３に変換される。これは、更に必要
に応じて、加加速度りミッタ５５により加加速度が制限
され、これを積分器５６で積分して加速度パターン５７
を得る。比較器５４で加減速度指令５３と加速度パター
ン５７を比較して帰還ループを構成しているのは、りミ
ッタ値以下の加加速度で加減速度指令５３に追従する加
速度パターン５７を作成するためである。この加速度パ
ターン５７を積分器５８で分すると速度パターン５９と
なる。この速度パターンはその加減速度及び加加速度が
制限値以内になるように作成されたものである。この速
度パターン５９で発振器６０を駆動すれば周波数パター
ン２２が得られる。第５図の実施例では上述のような加
減速度及び加加速度が制限値以内の周波数パターンと位
置信号の位相差に基づいてＬＳＭ電流の大きさを調節し
ているので周波数パターンへの追従が良い上に車両の乗
り心地が改善される。

一方、第５図で電流波高値基準演算器６１は、加速度パ
ターン５７（加速度αＰとする）及び速度パターン５９
（速度Ｖｐとする）などに基づいて現在の走行で予想さ
れる必要推力（Ｆｐとする）を演算し、これに応じた電
流波高値基準（１２とする）を作成し、これを予め先の
位相差補償装置２５の出力２６に加えたものを電流パタ
ーンの大きさとするものである。

すなわち、予想される必要推力Ｆｐは、車両の質量をＭ
１速度Ｖｐで走行しているときの走行抵抗をＦＤ（Ｖｐ
）とすると次の如くであり、ＬＳＭの推力ＦＬＳＭは電
流波高値に比例するので、であり、（２）、（３）式よ
り現在の走行で予想される必要な電流波高値が演算され
る。

そこで、この電流波高値（あるいはこの値の何割か）２
７を加算器２８で位相差補償装置２５の電流波高値２６
と加え、これを電流波高値パターンとする。このように
すると、位相差補償装置は、予想した推力相当の電流波
高値と実際に必要な推力相当の電流波高値との差分相当
を補償すればよい。従つて、位相差補償装置のダイナミ
ックレンジは小さくて良く、制御がやり易くなる利点が
ある。すなわち、予め予想される電流波高値はフイード
フオワードで与え、実際に必要とする値との差は位相差
検出器２３を含むフィードバックループで補償するもの
である。なお第５図の実施例では、周波数パターン２２
と位置検出信号４の位相差を求めていたが、位置検出信
号４のかわりに電流波形パターン発生器１９の出力２０
と周波数パターン２２の位相差を求めるようにすると次
のような利点がある。

すなわち、前述のように電流波形パターン発生器２０は
通常ＰＬＬ（フェーズロックループ）回路で構成してい
るので位置検出信号にノイズが入つたり、あるいは部分
的な信号の欠落などの乱れがあつた場合でも、電流波形
パターンはほとんど乱れず、従つて位相差検出器が異常
な位相差検出をして迅Ｍの推力動揺をきたし車両の乗り
心地を損なうようなことはない。以上のように本発明に
よれば、リニアシンクロナスモータ（ＬＳＭ）の速度と
一義的に等しい周波数の位置信号と車両の速度パターン
に対応する周波数パターンとの位相差を求め、この位相
差に応じて？Ｍの電機子コイルに通電する電流パターン
の大きさを調節するようにしているので、速度制御精度
が高くかつ速度パターン（周波数パターン）への追従性
が良好なリニアシンクロナスモータの制御を行える効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なリニアシンクロナスモータの駆動制御
システムのブロック図、第２図は本発明の一実施例を示
す制御システムのブロック図、第３図及び第４図は本発
明の基本的な動作を説明す”るための動作波形図、第５
図は本発明の別の実施例を示す制御システムのブロック
図である。 １・・・・・・車両、１ａ・・・・・・界磁、２・・・
・・・電機子コイル、８・・・・・・電力変換装置、７
・・・・・・電流制御装置、５・・・・・・電流パター
ン、１６・・・・・掛算器、１５・・・電流波高値パタ
ーン、２０・・・・・・電流波形パターン、３・・・・
・・位置検出装置、１９・・・・・・電流波形パターン
発生器、２１・・・・・周波数（速度）パターン発生装
置、２３・・・・・・位相差検出器、２５・・・・・・
位相差補償装置、２２・・・・・周波数パターン、６１
・・・・・電ｌ流波高値基準演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 界磁と電機子コイルからなるリニアシンクロナスモ
   ータの駆動制御装置において、前記界磁と電機子コイル
   との相対位置を検出する位置検出手段と、リニアシンク
   ロナスモータの基準周波数パターンと前記位置検出手段
   の出力との位相差を求める位相差検出手段と、前記位置
   検出信号に同期して電機子コイルに通電する電流の波形
   パターンを作成する電流波形パターン発生手段と、前記
   基準周波数パターンでリニアシンクロナスモータを駆動
   するに必要な推力に関係する電機子コイル電流を演算す
   る手段と、前記波形パターンの大きさを前記位相差検出
   手段の出力及び前記電機子コイル電流を演算する手段の
   出力に応じて調整し電機子コイルの電流パターンを作成
   する手段とを備え、この電流パターンに基づいて電機子
   コイル電流を制御するようにしたリニアシンクロナスモ
   ータの制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記電流パターン
   作成手段は、電流パターンの正側及び負側を予め設定さ
   れた最大値に制限するように構成して成るリニアシンク
   ロナスモータの制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記位相差検出手
   段は、前記基準周波数パターンと前記波形パターンとの
   位相差を求めるように構成して成るリニアシンクロナス
   モータの制御装置。