JPS6048763B2 - 移動体位置検知方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、誘導無線を利用した移動体位置検知方式、特
にリニアモータカーの位置を地上側て連続的に検知する
のに適した移動体位置検知方式に関するものである。

〔発明の背景〕

リニアモータカーの自動運転においては、走行路に沿つ
て一定周期間隔に配置されたモータ極の範囲内での車体
位置を、常時地上側において周期的かつ連続的に測定し
、これに応じて界磁電流の周波数、振幅、位相等を合理
的に調整することが車輌の円滑かつ安全な運転に不可欠
な要請とされている。

この要請に応える代表的な技術として提案され’ている
ものについて説明する。

第１図において、４は移動体の走行路に沿つて布設され
た誘導無線線路、５は移動体に搭載されたアンテナ（枠
形ループコイル）である。

誘導無線線路４は、３本の導体１、２、３によ・り構成
され、各導体１、２、３は周期Ｐで折り曲げられた形状
をしており、それぞれが線路長手方向にＰ／３の間隔だ
けずらして配置されている。

なお、各導体１、２、３の形状は梯形波状となつている
が、Ξ角波状あるいは矩形波状であつてもノよい。アン
テナ５には５０〜２００ＫＨｚの高周波電流が通電され
、その磁界によつて誘導無線線路４が励振される。

いま、線路４の端末からアンテナ５までの距離丁をｚと
し、線路端末で測定した隣接導体１−２、２−３、３−
１間の電圧をそれぞれＶ１２、Ｖ２３、Ｖ３ｌとする。
この場合、アンテナ５の寸法および高さを適当に選択す
ることにより、Ｖｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌをｚについて正
弦波状とすることが可能である。すなわち、Ｖｌ２＝Ｋ
ＣＯｓ（２π／Ｐ）ｚ ι Ｖ２３＝ＫｃＯｓ（２π／Ｐ）（ｚ＋Ｐ／３）＝ＫｃＯ
ｓ（（２π／Ｐ）ｚ＋２π／３）Ｖ３ｌ＝ＫＣＯｓ（２
π／Ｐ）（ｚ＋２Ｐ／３）＝ＫｃＯｓ（（２π／Ｐ）ｚ
−２π／３）・・・（１： と表すことができる。

ここで、ｋは定数である。

いま、Ｖｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌについての正相電圧Ｖｐ
及び逆相電圧Ｖｎを次式のように定義する。

Ｖｐ＝Ｖｌ２＋ｅ −Ｊ２π１３Ｖ２３＋Ｅｊ２π１ａ
Ｖ３ｌＶｎ＝Ｖｌ２＋Ｅｊ゜πＩ’Ｖ２３＋ｅ−Ｊ゜π
Ｉ゜Ｖ３ｌ・・・（２）（１）式と（２）式から、 Ｊ２πｚ／Ｐ Ｖｐ＝（３１２）Ｋｅ Ｖｎ＝（３ノ２）Ｋｅ−Ｊ２πＺＩＰ・・・（３）が得
られる。

Ｖｐ及びＶｎの位相差φを求めると、 φ＝ＺＶｐ−ＺＶｎ＝４πｚ ／Ｐ ・・・（４）とな
る。

Ｚ：偏角を意味する記号 このことは、線路４の端末に信号処理回路をおき、（１
）式から（４）式に相当する演算をアナログ的に行つて
、位相差φ＝ＺＶｐ−ＺＶｎを求めれば第２図に示すよ
うに移動体位置ｚをＰ／２の周期で連続的に知ることが
できる。

従つて、リニアモータカーの自動運転に適用する場合に
は、周期Ｐをリニアモータカーのモータ極の間隔の２倍
に選び、φ＝ＺＶｐ−ＺＶｎが０または２πとなる位置
とモータ局が一致するように線路４を布設すれば界磁電
流を合理的に調整でき、遠隔かつ安全な運転が可能とな
る。

第３図は信号処理回路の典型的な一例を示したものであ
る。

導体１−２，２−３，３−１間の電圧Ｖｌ２，Ｖ２３，
Ｖ３ｌの一部はそれぞれ緩衝増幅器６ｐ，，６ｐ。

，６Ｐ３に導かれて不平衝電圧に変換され、次いで移相
回路７ｐ。，７ｐ。の作用によりそれぞれ０゜，−１２
０゜，＋１２０゜の位相推移を受け、加算器８ｐで加算
される。加算器８ｐでは（２）式のＶｐを求める演算が
行われ、その出力はＶｐに等しい。全く同様に加算器８
ｎの出力はＶｎに等しくなる。Ｖｐ及びＶｎは位相計９
に導かれ、ＶｐとＶｎの５位相差の測定を通じてＺの値
を知ることができる。しカルながら、上記した方式には
次のような問題点がある。

雑音磁界の大きな環境で使用する場合、例えば’ｏ第４
図に示すように各緩衝増幅器６ｐ，，６ｐ２，６Ｐ３の
入力側に雑音除去用のバンドパスフィルタ１０ｐ，，１
０ｐ２，１０ｐ３を挿入する必要がある（緩衝増幅器６
ｎ，，６ル，６ｎ。

についても同様）。この場合、この方式が理論的に機能
するために５は、３個のフィルタ１０ｐ，，１０ｐ２，
１０ｐ３の振幅および位相特性が完全に相等しいことが
必要である。振幅特性を相等しく保つことは比較的容易
であるが、位相特性は周囲温度の変化、素子自体の経年
変化の影響を受けて変動しやすく、これを０常に等しく
保つことは極めて困難である。また、リニアモータカー
の運転の場合、走行路を１〜２ｋｒｆＬの給電区間に区
分し、１０〜２咋の給電区間を１か所の放電所で受け持
つのが普通であり、リニアモータカーの車体位置検知は
各給電区５間毎に行われる。第５図はその系統を示すも
のであり、各給電区間に沿つて布設された各誘導無線線
路４の端末からは通信線路１２を介して変電所１１に信
号が伝送される。

なお、１３は必要に応じ設けられる中フ継増幅器である
。かかるシステムにより位置検知信号は集中的に処理さ
れ、電力系統制御用信号として利用される。

このように集中管理方式が使用されるのは、系統保守の
便宜上の要請に由来するものである。しかし、通信線路
１２の伝送特性は周囲温度の変化により変動し、また中
継増幅器１３の特性も経年的に変化するから、位置検知
信号に関する位相及ひ振幅情報を正確に伝送するには多
くの困難が予想される。この場合、振幅情報の伝送は最
近のＭ℃技術の発達により比較的容易に処理可能と見ら
れるが、位相情報の正確な伝送については技術も未開拓
であり困難である。〔発明の目的〕 本発明は上記に基づいてなされたものであり、線路導体
に誘起された電圧の位相情報に依存することなく、その
振幅特性のみに基づいて移動体の位置を正確に検知する
方式の提供を目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明の位置検知方式は、繰り返し周期Ｐでもつて折り
曲げあるいは螺施状に形成された導体３本を長手方向に
それぞれＰ／３ずつずらして配置することにより、移動
体の位置変化に伴い各導体間に正弦波状の導体間電圧が
誘起されるような誘導無線線路となし、この誘導無線線
路を移動体搭載アンテナて励振することにより上記３本
の各導体間に誘起される電圧をＶｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌ
とし、としたとき、誘導無線線路端末から移動体までの
距離ｚを、ι − 、Ａ ／ＵＩ．／ −ーー の関係からＰ／２の周期て測定することを特徴とするも
のである。

いま、第１図の各隣接導体１−２，２−３，３−１間の
電圧を直線検波してその絶対値を求めると、となる。

この値の自乗を求めると、 ここて、Ｖｐ木及びＶｎ木を次式により定義する。

（６）式と（７）式から、次式が得られる。

Ｖｐ木及びＶｎ＊の偏角をそれぞれＺＶｐ＊，ＺＶｎ＊
とすれば、となる。また、（７）式からは次式が得られ
る。

ここで、Ｖｐ木とＶｎ宋の実数部をＲｅ）虚数部をＩｍ
とすると、となる。

また、−■ｐ＊＝ＺＶｎ＊であるので フφ＝ーＺＶｐ木＝ＺＶｎ木 ・・・（１２）とすれば
、となる。

すなわち、各隣接導体間電圧包絡線の絶対値を知れは、
（１１）式及ひ（１３）式の演算によりφを知ることが
でき、これに基づいてＶｐ木及びＶｎ木の偏角を求める
ことができ、（９）式によりｚの値をＰ／２の周期で知
ることができる。

かかる演算は、アナログ的に処理することもできるが、
ディジタル的に処理する方がより正確である。

特に検知範囲が長大な場合は、移動体が線路端末に近い
場合と遠い場合とではＶｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌに大きな
レベル差を生じ、これ力月Ｖｌ２Ｉ２，ＩＶ２３１２，
ＩＶ３１１２を求める演算により更に大きくなるので、
アナログ的処理の場合はタイナミツクレンジが過大とな
り、精度が低下するおそれがある。し力化、ディジタル
方式の場合Ｉ【はこのおそれがない。 ′ここで、Ｒｅ
及びＩｍは、それぞれ正又は負の奮をとること、及びφ
＝π／２ではＴａｎ−゛の値が閃となることのためにφ
の数値をディジタル的に求める演算は複数となるが、例
えば次の方法により解決することができる。

ます、φｏを φｏ ＝Ｔａｎ−１１１ｍ／Ｒｅｌ・・・（１４）によ
り定義する。

Ｉｌｍ／Ｒｅｌ＜１（φｏ＜π／４）の場合には、φ。

の値のは級数の利用、または数表の検索により容易に求
めることができる。Ｉｌｍ／Ｒｅｌ＜１、Ｒｅ＞０、Ｉ
ｍ／０の場合は、φ＝φｏまた、 Ｉｌｍ／ＲｅＩ＜１、Ｒｅ＞０、Ｉｍ＜０の場合は、φ
＝２π−φｏとなる。

次に、１Ｉｍ／ＲｅＩ＞１の場合には、 φｏ’＝Ｔａｎ−１１１ｍ／Ｒｅｌ（Ｒｅ／Ｉｍ＜１）
・・・（１５）によりφ。

′を定義する。Ｒｅ＞０、Ｉｍ＞０の場合は、 φ＝（π／２）−φｏ’ Ｒｅ＞０、Ｉｍ＜Ｏ（７）場合は、 φ＝（３π／２）＋φ。

′となる。

一般に、φの値は次のようにして求めることができる。

（１） ！Ｉｍ／Ｒｅｌ≦１のときＲｅ＞０、Ｉｍ＞Ｏ
てあればφ＝φ０ Ｒｅ＞Ｏ）Ｉｍ＜ｏであればφ＝２π−φ０Ｒｅ＜０、
Ｉｍ＞０てあればφ＝π−φ０Ｒｅ＜Ｏ）Ｉｍ＜０であ
ればφ＝π＋φｏ（２）１Ｉｍ／Ｒｅｌ＞１のとき Ｒｅ＞０、Ｉｍ＞０であれば φ＝（π／２）一φｏ’ Ｒｅ＞０ＮＩｍ＜Ｏであれば φ＝（３π／２）＋φｏ’ Ｒｅ＜０ＮＩｍ＞ｏてあれば φ＝（π／２）＋φｏ’ Ｒｅ＜０、Ｉｍ＜０であれば φ＝π十φｏ’ 〔発明の実施例〕 ？ 以下、本発明の一実施例を第６図を参照して説明す
る。

第６図において、１４は緩衝増幅器、１５はバンドパス
フィルタ、１６は検波回路、１７はＡ−Ｄ（アナログ−
ディジタル）変換器、１８は演算θ処理装置である。

アンテナ５に高周波電流を通電することにより、線路４
の隣接導体１−２，２−３，３−１に誘起された電圧Ｖ
ｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌは緩衝増幅器１４を通り、バンド
パスフィルタ１５により雑音成５分が除去される。

検波回路１６はし、それぞれの入力を直線検波して、（
５）式の１Ｖ１２１，１Ｖ２３１，１Ｖ３月に相当する
信号を出力する。検波回路１６からの出力は、Ａ−Ｄ変
換器１７でディジタル値に変換され、演算処理装置１８
にフ入力され。

演算処理装置１８では、ます入力された値の２乗演算を
行い、（６）式の！Ｖｌ２ｌ゜，ｌＶ２３！’，ＩＶ３
ｌＩ’に相当する値を求める。次いで（１１）式の実数
部Ｒｅ）虚数部Ｉｍの値を計算する。Ｉｌｍ／Ｒｅｌ＞
１か、ＩＩｍ／Ｒｅｌ＜１かを丁判別し、前者の場合は
（１４）式のφ。を、後者の場合は（１５）式のφ。′
を求め、更に前述の判断処理を行い、Ｖｎ宋（又はＶｐ
＊）の偏角の値φを算出し、その結果を表示あるいは出
力する。ｚ＝Ｒφ／４πの演算を行えば位置ｚの値を得
ることもＪできる。第６図の実施例では緩衝増幅器、バ
ンドパスフィルタ、検波回路及びＡ−Ｄ変換器をそれぞ
れ３系統使用しているが、マルチプレクサ（信号切換器
）をいずれかの機器の入力部に挿入すれは、それ以降の
機器を１系統とすることができる。

第７図は、バンドパスフィルタ１５の入力部にマルチプ
レクサ１９を挿入した場合の実施例を示すものである。
隣接導体に誘起された電圧Ｖｌ２，Ｖ２３，Ｖ３ｌは緩
衝増幅器１４を通り、それぞれの出力はマルチプレクサ
１９内の接点を順次導通させる。電圧Ｖｌ２，Ｖ２３，
Ｖ３ｌは順次バンドパスフィルタを通り、検波回路１６
て直線検波され、さらに、Ａ−Ｄ変換器１７によりディ
ジタル値に変換され演算処理装置に入力される。

演算処理装置１８ては第６図の実施例と同様の演算を行
い、偏角の値φ又は位置の値ｚを得ることができる。第
６図及び第７図の実施例における演算処理装置１８は１
個に限定されるものではなく、複数個使用して演算を分
割処理し、処理速度を向上させることができる。また、
演算処理装置に導体間電圧の絶対値を求める機能及びデ
ツイジタルフイルタの機能を付与することにより、ディ
ジタルフィルタおよび検波回路を省略することができる
。

本発明における誘導無線線路の導体布設形状は第１図の
ような梯形波状のものに限定されるものではなく、第８
図のように三角波状又は第９図のように矩形波状のもの
であつてもよい。

また、平面的な形状ではなく、第１０図のように螺旋状
の形状であつてもよい。要は、各導体間に正弦波状の電
圧が誘起される構造であればよい（第８図や第９図のよ
うな構造のものであつても、アンテナの大きさ、あるい
はアンテナと誘導無線線路の距離を適宜選択すれば正弦
波状の電圧を得ることができる）。〔発明の効果〕 以上説明してきてた通り、本発明によれば誘導無線線路
の導体間の誘起電圧に関する位相情報に依存することな
く、振幅情報のみを利用して移動体位置を正確に検知す
ることが可能になる。

このため、信号処理回路の入力側に雑音除去用のフィル
タを挿入した場合において、フィルタの位相特性が周囲
温度等の影響により変動しても測定誤差はほとんど発生
せず、安定した動作が保証される。また、多数の位置検
知系統を遠距離の基地局て集中管理する大規模なシステ
ムの開発が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導無線線路の説明図、第２図は正相電圧と逆
相電圧の位相差と移動体位置との関係を示すグラフ、第
３図及び第４図は従来例における信号処理回路の説明図
、第５図は多系統を集中管理するシステムの概略説明図
、第６図は本発明における信号処理回路の一実施例の説
明図、第７図は本発明における信号処理回路の他の実施
例の説明図、第８図ないし第１０図はそれぞれ本発明に
Ｊおいて使用される誘導無線線路の他の実施例の説明図
である。 １，２，３：導体、４：誘導無線線路、５：アンテナ、
１４：緩衝増幅器、１５：バンドパスフイルタ、１６：
検波回路、１７：Ａ−Ｄ変換器、丁１８：演算処理装置
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繰り返し周期Ｐでもつて折り曲げあるいは螺旋状に
   形成された導体３本を長手方向にそれぞれＰ／３ずつず
   らして配置することにより、移動体の位置変化に伴い各
   導体間に正弦波状の導体間電圧が誘起されるような誘導
   無線線路となし、この誘導無線線路を移動体搭載アンテ
   ナで励振することにより上記３本の各導体間に誘起され
   る電圧をＶ１２、Ｖ２３、Ｖ３１とし、▲数式、化学式
   、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ としたとき誘導無線線路端末から移動体までの距離ｚを
   、▲数式、化学式、表等があります▼ の関係からＰ／２の周期で測定することを特徴とする移
   動体位置検知方式。 ２ ｔａｎ＾−＾１（Ｉｍ／Ｒｅ）の値をディジタル的
   データ処理によつて求めることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の移動体位置検知方式。