(57)【要約】本発明の目的は、経路に基づく位置検出および通信のための改善された方法および装置を提供することである。本発明の他の目的は、経路上でまたは経路と関連して運転される車両の位置を検出し通信するために適用可能な方法および装置を提供することである。本発明の更に他の目的は、レール、道路、または他の媒体の何れの上を動くかに関わらず、全てのタイプの車両に適用可能な方法および装置を提供することである。本発明の更に他の目的は、例えば、車両が地下にいるか、または地上局アンテナまたは衛星との接触が原因で見えにくくされることに関わらず、車両検出および通信を可能にする方法および装置を提供することである。本発明によるシステムは磁束または磁場源、および経路に沿って配置された１つまたは複数の検出巻線を含む。変換器（または他の結合素子）は、経路に沿う結合素子の位置と共に変化する信号をそこで誘導するために、ソースからのエネルギーを検出巻線と結合するように形成される。
2004505823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経路に沿った位置を決定するためのシステムであって、
磁束源、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る少なくとも１つの第１の検出巻線、および
前記経路に沿った結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記磁束源からのエネルギーを前記第１の検出巻線に結合させるように構成された結合素子から成ることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記磁束源が前記経路に沿って配置された交替する検出器の１つまたは複数の電流ループを含む送信機巻線から成り、各電流ループが磁束を生成することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記送信機巻線がリニアモータの固定子モータ巻線の少なくとも一部を形成することを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記送信機巻線がリニアモータの固定子モータ巻線の付近に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信機巻線と前記第１の検出巻線の少なくとも１つが、固定子モータ巻線の周期の倍数の周期を有することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記磁束源が、前記経路に沿って前記第１の検出巻線の付近に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁束源が前記経路を定めることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記位置信号が前記経路に沿った物体の位置と共に変化するように、前記結合素子が物体と一緒の移動のために配置されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る第２の検出巻線、
前記経路に沿った結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記磁束源からのエネルギーを前記第２の検出巻線に結合させるように構成された前記結合素子から成ることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが前記経路の方向に対して前記第２の検出巻線の前記誘導ループからオフセットされることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムであって、
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、
前記第２の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、および
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが、前記経路に沿った動きの方向に対して前記第２の検出巻線の前記誘導ループから位相がオフセットされることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記オフセットが偶数のｎに対しては＋／−１８０度／ｎと実質的に等しく、奇数のｎに対しては＋／−３６０度／ｎと実質的に等しく、ｎが検出巻線の数であることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記経路に沿った物体の位置が前記第１および第２の検出巻線の中で誘導される前記位置信号から決定できるように、前記結合素子が物体と一緒の移動のために配置されることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記経路に沿った物体の位置が、前記第１および第２の検出巻線の中で誘導された前記位置信号の割合から決定できることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
キャリッジのためのシステムであって、
磁束を生成する１つまたは複数の電流ループから成る磁束源、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る少なくとも１つの第１の検出巻線、および
前記キャリッジに結合され、前記経路に沿った結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記磁束源からのエネルギーを前記第１の検出巻線に結合させるように配置された共振電流ループから成る変換器アセンブリから成ることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記共振電流ループが、前記キャリッジに対して使用するための電力信号を生成することを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の検出巻線と存在してもよい他の検出巻線の中で誘導される前記位置を表す信号の上に他の信号を重ね合わせるために、前記共振電流ループの調整が変化させられることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記他の信号が前記キャリッジを識別することを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
経路に沿ったキャリッジの位置を決定するためのシステムであって、
磁束を生成する１つまたは複数の電流ループから成る磁束源、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る少なくとも１つの第１の検出巻線、および
前記キャリッジと共に移動するために配置され、前記経路に沿った結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記磁束源からのエネルギーを前記第１の検出巻線に結合させるように構成された結合素子から成ることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記結合素子が１つまたは複数の導電性材料、常磁性体、強磁性体、および共振ループから成ることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記結合素子が、前記経路の方向に対する前記誘導ループの寸法の２倍より小さい寸法を前記経路の方向に有することを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記結合素子が、前記経路の方向に対する前記誘導ループの寸法と実質的に等しい寸法を前記経路の方向に有することを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
請求項１９に記載のシステムであって、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る第２の検出巻線、
前記経路に沿った前記結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記磁束源からのエネルギーを前記第２の検出巻線に結合させるように構成された前記結合素子から成ることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムであって、
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、
前記第２の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、および
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが、前記経路に沿った動きの方向に対して前記第２の検出巻線の前記誘導ループから位相がオフセットされ、前記オフセットが偶数のｎに対しては＋／−１８０度／ｎと実質的に等しく、奇数のｎに対しては＋／−３６０度／ｎと実質的に等しく、ｎが検出巻線の数であることを特徴とするシステム。
【請求項２５】
前記磁束源が送信機巻線から成り、前記送信機巻線が前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の電流ループから成り、各電流ループが磁束を生成することを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
経路に沿った位置を決定するためのシステムであって、
前記経路に沿って配置され、前記経路に沿う磁場を定める送信機巻線、
交替する検出器の複数の誘導ループの中の前記経路に沿って配置された第１の検出巻線、
前記経路に沿った前記結合素子の位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記経路に沿った結合素子の移動が前記送信機巻線からのエネルギーを前記第１の検出巻線に結合させるように配置された前記第１の検出巻線から成ることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
前記送信機巻線が前記経路に沿って配置された交替する極性の複数の磁束領域を定めることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであって、
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、
前記磁束領域が前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、および
前記第１の検出巻線の前記誘導ループが、前記経路の前記磁束領域に対して位置合わせされることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
前記誘導ループの周期が前記磁束領域の周期の整数倍であることを特徴とする、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記磁束領域の周期が前記誘導ループの周期の倍数であることを特徴とする、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
経路に沿ってキャリッジの位置を決定するためのシステムであって、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の電流ループから成り、各電流ループは磁束を生成する送信機巻線、
交替する検出器の複数の誘導ループの中の前記経路に沿って配置された第１の検出巻線、
前記経路に沿って配置された交替する検出器の複数の誘導ループから成る第２の検出巻線、
前記キャリッジと共に移動するために配置された結合素子から成り、
前記第１および第２の検出巻線が、前記経路に沿った前記キャリッジの位置と共に変化する位置信号をそこに誘導するために、前記経路に沿った前記結合素子の移動が前記磁束源と前記第１および第２の検出巻線の間のエネルギーを結合させるように前記磁束源と前記経路に対して配置されることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、
前記第１および第２の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、更に、前記経路に沿った動きの方向に対して互いに位相がオフセットされ、
前記送信機巻線の電気電流ループが前記経路に沿って周期的に間隔をあけられ、および
前記第１および第２の検出巻線の前記誘導ループが前記経路に沿った動きの方向に沿った前記送信機巻線の電気電流ループに対して位置合わせされることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
前記誘導ループの周期が、電気電流ループの周期の整数倍であることを特徴とする、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
電気電流ループの周期が前記誘導ループの周期の整数倍であることを特徴とする、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記経路に沿った前記キャリッジの位置が、前記第１および第２の検出巻線の中で誘導された前記位置信号の割合から決定可能であることを特徴とする、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３６】
経路に沿って位置を決定するための方法であって、
磁束源を提供し、
交替する検出器の複数の誘導ループの中の前記経路に沿って配置される検出巻線を提供する諸ステップから成り、
前記検出巻線を提供するステップが、前記検出巻線の中に位置信号を生成するために、前記経路に沿った結合素子の移動が前記磁束源と前記検出巻線の間のエネルギーを結合するように巻線を配置することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
前記経路に沿って前記キャリッジを駆動するためのリニアモータを構成する前記経路に沿って安定して伸びる電流巻線を有するシステムの中の経路に沿って動くキャリッジまたは同様のものの位置を決定するための方法であって、
前記経路の近傍に配置され、倍数個のループを含み、各ループは空間的な周期を有して交替する検出器を有する前記経路に沿って配置される少なくとも１つ検出巻線を提供し、
前記電流巻線を電磁エネルギーを送信するための送信機として動作させ、および
共振電流ループの中の前記エネルギーを受動的に受信するために変換器を前記キャリッジの上に取り付け、前記巻線の中の前記誘導された信号が変換器位置を示すように、前記経路に沿って前記変換器が移動するときに、前記検出巻線の中の信号を誘導するように前記変換器が位置決めされる諸ステップから成ることを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記経路に沿って前記キャリッジを駆動するためのリニアモータを構成する前記経路に沿って伸びる電流巻線を有するシステムの中の経路に沿って動くキャリッジまたは同様のものの位置を知らせるための方法であって、
複数の検出巻線を前記経路の近傍に提供し、各検出巻線は周期を有して前記経路に沿ってオフセットされ、
磁束を生成するための前記電流巻線を作動させ、および
共振電流ループの中の前記磁束を受動的に受信するために変換器を前記キャリッジの上に取り付け、前記キャリッジが前記変換器を前記経路に沿って搬送するとき、前記検出巻線の中に位置を表す信号を誘導するように前記ループは位置決めされる諸ステップから成ることを特徴とする方法。
【請求項３９】
経路に沿って動くキャリッジ、車両、または同様のもの（「キャリッジ」と総称される）の位置を決定するためのシステムであって、前記システムは経路に沿って伸び、経路に関する移動に対して固定されるように構成されたコイルアセンブリから成り、
前記コイルアセンブリは送信機巻線、第１の検出巻線、および第２の検出巻線を含み、前記第１および第２の検出巻線は空間的に周期的で互いに位相がずれており、
前記経路に沿った前記キャリッジの位置と共に変化する信号をそこで受動的に生成するように、前記経路上のキャリッジにより搬送された結合素子の動きが前記送信機巻線と前記第１および第２の検出巻線の間の誘導結合を変化させるために、前記送信機巻線がそれにより生成された磁束の電磁結合のために前記第１および前記第２の検出巻線に対して配置されることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
前記第１および第２の検出巻線が同じ空間的周期を有し、更に、前記経路に沿った前記キャリッジの動きの方向に対して位相がオフセットされることを特徴とする、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記送信機巻線が、前記経路に沿った前記キャリッジの動きの方向に対して前記第１および第２の検出巻線の周期の倍数の周期を有することを特徴とする、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第１および第２の検出巻線が、前記経路に沿った前記キャリッジの動きの方向に対して前記送信機巻線の周期の整数倍の周期を有することを特徴とする、請求項３９または４０の何れかに記載のシステム。
【請求項４３】
経路に沿って移動するキャリッジの位置を決定するためのシステムであって、
互いに近くの第１および第２の検出巻線を含み、各検出巻線は等しい空間的周期を有して前記経路に沿って各々配置されるコイルアセンブリ、
前記経路に沿って磁場を生成するために前記経路に沿って伸びる送信機巻線、および
前記キャリッジに結合され、前記経路に沿った前記キャリッジの位置と共に変化する、前記第１および第２の検出巻線の中の位置を表す信号を誘導するように配置された共振電流ループを含む変換器アセンブリから成ることを特徴とするシステム。
【請求項４４】
前記共振電流ループが、前記キャリッジに対する使用のために電力信号を生成することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記共振電流ループの調整が変化させられ、前記第１および第２の検出巻線の中で誘導された前記位置を表す信号を変調することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記他の信号が前記キャリッジを識別することを特徴とする、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記共振電流ループが、回路基板上にリソグラフ的に形成されることを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４８】
経路に沿って動くキャリッジ、車両、または同様のものの位置を決定するためのシステムであって、
経路に沿って伸び、経路に関する移動に対して固定され、前記経路に沿ってキャリッジを駆動するためのリニアモータを構成する電流巻線を含むコイルアセンブリ、
周期的であって互いに位相が異なり、前記電流巻線から前記検出巻線へ電磁信号を結合させるように配置された第１および第２の検出巻線から成り、
前記コイルアセンブリの上方の結合素子の通過が、前記経路に沿った位置を示すために前記結合素子の位置と共に変化する前記第１および第２の巻線の中に信号を生成するように電磁信号結合を変化させることを特徴とするシステム。
【請求項４９】
前記キャリッジが移動したときに前記検出巻線に結合された信号が前記キャリッジの位置を示すように、前記検出巻線に沿ったキャリッジの移動に最適化された結合素子を更に含むことを特徴とする、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
経路に沿って移動するキャリッジ、または同様のものの位置を決定するためのシステムであって、
経路に沿って伸び、経路に関する移動に対して固定され、前記経路に沿ってキャリッジを駆動するためのリニアモータを構成する電流巻線を含むコイルアセンブリ、
互いに近くであり、各々が等しい空間的周期を有して前記経路に沿って配置される第１および第２の検出巻線、
共振電流ループの中の前記電流巻線からのエネルギーを受動的に受信するために前記キャリッジの上に取り付けられるように形成され、前記ループは、前記キャリッジが前記変換器を前記経路に沿って搬送するとき、前記第１および第２の検出巻線の中に位置を表す信号を誘導するように配置され、それにより位置を表す電気信号を受動的に供給する変換器アセンブリから成ることを特徴とするシステム。
【請求項５１】
キャリッジ、車両、または同様のものが経路に沿って動く位置を決定するための方法であって、
経路に沿って伸び、経路に関する移動に対して固定されるように形成されたコイルアセンブリを提供し、
前記コイルアセンブリを提供するステップは送信機巻線、第１の検出巻線、および第２の検出巻線を提供することを含み、前記送信機巻線は信号を前記第１および第２の検出巻線に電磁結合するために配置され、前記第１および第２の検出巻線は周期的であって互いに位相が異なり、
結合アセンブリを前記キャリッジが前記経路に沿って移動するように配置されたキャリッジに取り付け、前記キャリッジ上の能動電源を必要とせずに前記経路に沿った前記キャリッジの位置を示す前記第１および第２の巻線の中の信号を生成するように、前記結合アセンブリは前記送信機巻線から前記第１および第２の検出巻線への結合を変化させる諸段階から成ることを特徴とする方法。
【請求項５２】
キャリッジ、または同様のものが経路に沿って動く位置を決定するための方法であって、システムが前記経路に沿って前記キャリッジを駆動するためのリニアモータを構成する前記経路に沿って固定して伸びる電流巻線を有し、
互いに近くであり、各々が等しい空間的周期を有して前記経路に沿って配置される第１および第２の検出巻線、を提供し、
磁束を生成するために前記電流巻線を作動させ、および
共振電流ループの中の前記磁束を受動的に受信するように前記キャリッジに変換器を取り付け、前記キャリッジが前記変換器を前記経路沿って搬送したときに、前記第１および第２の検出巻線の中の位相を合わされた位置を表す信号を誘導するように前記ループは配置され、それによりキャリッジ位置を表す電気信号を受動的に提供する諸段階から成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［本発明の背景］
本発明は車両輸送機関に関し、更に詳細には、経路上の車両または台車の位置検出および通信のための方法および装置に関する。限定されない実施例として、本発明はトラックまたはガイドウェイ式車両システム、倉庫または製造ライン台車システム、およびハイウェイ車両システムに応用を有する。本発明の顕著な特徴は位置検出システムの受動性であり、それは車両自体の電源を必要としない（例えば、沿道局による）車両の位置の決定を可能にする。
【０００２】
従来技術は、車両位置を決定するための多数の方法を提案する。例えば、１９９９年１２月２１日発行の（ハイウェイ車両誘導システムのための）米国特許第６，００５，５１１号は、ハイウェイのストリップと双方向通信するためにレーダー信号を使用することを提案する。１９９９年１２月２８日発行の米国特許第６，００８，５５２号、および２０００年３月７日発行の米国特許第６，０３４，４９９号も参照のこと。
【０００３】
そのような従来技術システムは、（例えば、直接的または間接的に位置を示し、分析のために沿道局、他の車両、または同様のものへ送信される信号の車内生成をサポートするための）車載バッテリ、発電機、または他の電源を必要とする。車載電源は多くの場合に利用可能であるが、利用されないことが多い。限定されない実施例として、運搬管理システムおよびスリルのある乗り物のために使用されるような小型車両に関して、これは特に当てはまる。
【０００４】
そのような車両が便利な車載電源を有するか否かに関わらず、車両の位置を正確に検出することに対する逼迫した要求が存在する。場合によっては、１秒またはそれ以下の間隔で運転される車両が提案されてきた。正確な最新の位置情報がなければ、安全な運転が危うくなる。
【０００５】
多様な方法が、従来技術で車両と沿道の間の通信を可能にするために使用されてきた。これらの大部分が無線通信の使用を含む。そのような方式の１つの短所は、介在する構造物（例えば、ビルディングおよびトンネル壁）に由来する信号劣化である。他の短所は、車載エネルギーに対する必要性であり、車載エネルギーは動力付きでない車両では利用不能である。
【０００６】
車両−沿道間通信の一般的使用法は、車両識別（一般に車両ＩＤ番号）の送信である。従来技術は、これに対するいくつかの車載電子回路または車載電源を必要としない選択肢を提案してきた。一般に、これらは車両をバーコード（または、同様のもの）でラベルし、それらのコードを沿道に配置されたレーダーで検出する必要がある。残念なことに、そのような解決策は高価であり、例えば、ほこりまたは他の環境要因の蓄積のために不適当な運転に陥りやすい。より安価な解決策が提案されてきたが、それらはまだ環境要因の犠牲になることが多い。
【０００７】
前記のことを考慮して、本発明の目的は、経路に基づく位置検出および通信のための改善された方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、経路上でまたは経路と関連して運転される車両の位置を検出し通信するために適用可能な方法および装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、レール、道路、または他の媒体の何れの上を動くかに関わらず、全てのタイプの車両に適用可能な方法および装置を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、例えば、車両が地下にいるか、または地上局アンテナまたは衛星との接触が原因で見えにくくされることに関わらず、車両検出および通信を可能にする方法および装置を提供することである。
【００１１】
［発明の要約］
前記のことは本発明により達成される目的の中にあり、本発明の複数の側面が、例えば、沿道制御装置による検出のための１つまたは複数の検出巻線の中に車両位置信号を生成する位置検出システムを提供する。本システムは車両に車載電源要求しない点で有利であり、例えば、車両は「受動的」でもよい。
【００１２】
１側面によると、本発明によるシステムは磁束または磁場源、および経路に沿って配置された１つまたは複数の検出巻線を含む。変換器（または他の結合素子）は、経路に沿う結合素子の位置と共に変化する信号をそこで誘導するために、ソースからのエネルギーを検出巻線と結合するように形成される。
【００１３】
経路はリニアモータシステムのハイウェイ、線路、ガイドウェイ、または他の車両または台車路でもよい。磁束源は、その路に沿って配置された１つまたは複数の送信巻線により提供される。（局所的な磁束を提供するために能動的に動作させられる）そのような送信巻線は、例えば、結合素子の近傍を除いて検出巻線の間に殆どまたは全く信号が結合されないように、検出巻線に対して配置されるのが好ましい。
【００１４】
本発明の他の側面によると、結合素子は経路に沿った位置が決定される車両、台車、または他の物体で搬送される。結合素子は受動構造体（例えば、強磁性体材料、導電性材料の単体、または両方の組み合わせ）でもよい。また、結合素子は、送信巻線または他の磁束源により生成される信号の周波数で共振するように、例えば、キャパシタまたは他の素子を用いて調整される１つまたは複数の受信機ループを含む。
【００１５】
本発明の関連する側面によると、検出巻線は送信巻線から結合されたエネルギーに関して受信特性を局所化または変化させる空間形状を有する。その結果、検出巻線の中で生成された位置信号の形式は、変換器または他の結合素子がどこに配置されるかによって変化する。
【００１６】
関連する側面では、本発明は、１つまたは複数の検出巻線が交替する検出器の一連のループとして配置される上記のようなシステムを提供する。ループ上方での結合素子の移動は、位置と共に変化し周期的なヌルまたはディップを有する包絡線を有する位置信号を誘導する。
【００１７】
本発明の更に他の関連する側面は、検出ループの周期の倍数または約数である周期に配置されたループを有する送信巻線の使用を必要とする。或いは、または加えて、変換器は幅（または、他の寸法）を送信巻線ループおよび／または検出巻線ループ周期の倍数または約数である経路の方向に有する。
【００１８】
従って、限定されない実施例として、送信ループの周期は検出ループの周期の２倍などでもよい。これは、変換器が経路に沿って移動するときに、明確なヌルまたはディップ、さもなければ明確な包絡線形状を有する誘導された位置信号包絡線を提供するために有効である。２個のオフセットされた検出巻線は、向上した位置分解能のために組み合わされる同じ位相の信号を提供するために利用されるのが好ましい。
【００１９】
本発明の前記の側面によるシステムの長所は、位置が決定される車両、台車、または他の物体の動作させられる車載電子回路に対する必要性を除去できることである。
【００２０】
車載電子回路が要求される場合、恒久的な収納ユニット（例えば、バッテリ）または他の電源に対する必要性なしに、電力は送信巻線の中の信号から得られる。このために、本発明の他の側面は、車両へ電力を誘導的に転送するために調整された受信機ループが結合素子として利用される上記のようなシステムを必要とする。
【００２１】
本発明の関連する側面によると、回路が経路上の車両への／からの通信を効果的にするために提供される。例えば、上記のような受信機ループは、経路上の車両へ送信される命令信号を沿道制御装置により受信するために利用できる。また、そのようなループは情報を送信するためにも利用できる。実施例として、検出巻線の中の位置信号の「上の」通信信号を符号化するために、調整された受信機ループの結合効果は（例えば、調整された回路のＱを下げることにより）変化させることができる。本発明のこの側面は、識別番号（またはＩＤ）を沿道制御装置へ送信するために、車両によって利用できる。これは、車両上のバッテリまたは他の電源を必要としない片方向または双方向通信を可能にする。
【００２２】
本発明の更に他の側面は、送信巻線および検出巻線がリニアモータの固定子モータ巻線の間に配置された上記のようなシステムを提供する。好都合なことに、送信巻線ループおよび検出巻線ループの周期および変換器の幅は、固定子モータ巻線からの干渉を回避しクリアな信号を結合するために選択できる。
【００２３】
［運転の理論］
出願人の発明は、沿道の１つまたは複数の検出巻線、および位置を指示するために信号を検出巻線と結合させる受動的な（または能動的に動作させられない）車両変換器を利用する。最初に、運転の理論は、（強磁性体材料から構成される）結合素子Ｃ（図２）として単に機能する変換器に基づいて記載され、変換器に加えて、送信機巻線Ｔｘ、２つの検出巻線Ｄ、Ｑ（図１）、および強磁性体バッキングＦ（図２）を利用する実施例として図示される。強磁性体バッキングは信号強度を増加させるが、それは運転に対して不可欠ではない。他の実施例が可能であり、以下に記載される。
【００２４】
図１は、３つの巻線から構成された巻線アーキテクチャの平面図を示す。各々の分離した巻線の構造をより良く図示する目的で図面では巻線は分離されるが、３つの巻線は（例えば、薄いベルトのようなバンド、またはストリップの中で）互いの上に同時に位置するか、または浅い蛇行溝またはチャネルの中に配置される。図示されるように、巻線は一連のループを含み、巻線Ｑの最初の２つのループ上で電流矢印により図示されるように、巻線の中の信号の流れは連続するループの中の交互する時計回りおよび反時計回りの流路をたどる。位置検出がリニアモータと共に使用される場合には、モータ磁場への結合を最小にするように、モータの２倍の磁極ピッチで能動送信機巻線が設計される。他の場合には、巻線ピッチは、所望する分解能および車両構造と経路巻線の間のギャップにより選択される。検出巻線は、送信機巻線の磁極ピッチの２倍、または（もし存在するなら）リニアモータの磁極ピッチの４倍で図示される。従って、モータ磁場と送信機巻線またはセンサ巻線の何れかとの間に結合は殆ど無い。
【００２５】
能動または送信機巻線Ｔｘは、正弦波搬送波で駆動される。図２は図１の巻線の中心に沿った垂直面内の縦方向断面図と共に、能動巻線のループにより生成された磁場の略図を示す。図２の第１のパネルに図示されるように、変換器Ｃが存在しないとき、２つのタイプの巻線の磁極ピッチの間の関係のために、送信機巻線と検出巻線の間の搬送波の結合は事実上存在しない。この事実は図２のケースＡに図示される。
【００２６】
変換器が存在するとき、ケースＢに図示されるように、能動巻線と検出巻線の間の結合は変化する。モータからのノイズ結合を減少させ送信機と検出巻線の間の所望する結合関数を達成するために、変換器の長さは、ほぼ検出巻線磁極ピッチの長さであることが望ましい。変換器は辿るべき磁束に対する低い磁気抵抗経路を提供し、ブロック近傍の磁場の大きさを増加させ、（磁場の形状を変化させる）。図示されるように、ブロックは検出巻線Ｑの上方に直接的に位置し、正味の磁束を検出巻線Ｑとは結合させず、一方、検出巻線Ｄの中の反対方向（またはセンス）の２つの各異なるループの上方に部分的に位置する。従って、結合された磁束は巻線の中に付加的信号を誘導し、増加した磁束の領域の正味の信号を検出巻線Ｄと結合させる。これは、０度の電気的位置に対応する。
【００２７】
ケースＣは、両方の検出巻線への能動的な正味の結合が存在する事例を図示する。この実施例は、１８０度のモータ位置および位置決めシステムの４５度の位置に対応する。図２のケースＤは、検出巻線Ｑへの能動的な正味の結合が存在し、検出巻線Ｄへの正味の結合が存在しない事例を図示する。この実施例は、３６０度（または０度）のモータ位置および位置決めシステムの９０度の位置に対応する。
【００２８】
従って、変換器の正味の効果は送信機巻線と検出巻線の間の結合を提供することであり、変換器の位置と一緒に変化する。１組のテスト巻線が実験室の溝付きモータに配置され、理論がテストされた。巻線は電子回路に接続され、正常な位置決めが達成された。２つの位相に対する結合関数が、図３に図示される。結合関数はほぼ正弦波である空間的変化を示すが、僅かに三角形の形状である。より正弦波の結合関数は、変換器の形状を変更すること、または溝なしの実施例に対する巻線により達成される。
【００２９】
［他の実施例］
これまで記載された構成は、一方で強磁性体変換器を利用した。かわりに、変換器はまたぎ巻線でもよく、巻線の間の同じ結合関数をもたらす。例えば、変換器は、巻線の横側の上方、下方、および／または巻線の横側に沿って乗っているｂ形素子を含む。
【００３０】
本発明の位置検出システムは、車両の位置と共に変化する、送信機巻線と検出巻線の間の信号結合を達成する。また、この結合変化は、変換器として（ほぼ検出巻線磁極ピッチの長さの）導電プレートを利用することにより達成される。変換器の近傍の磁場を増加させるよりも、導電プレートは近傍の磁場を減少させ、送信機巻線と検出巻線の間の結合を変化させる。リニアモータシステムでは、台車上の推進磁石アレイの下へのそのようなプレートの設置は、磁石を保護する第２の目的を更に達成する。そのような導電プレートの効果は強磁性体変換器の効果ほど強くなく、従って、余り望ましくない実施例と考えられる。しかし、強磁性体変換器と導電性打消プレートの組み合わせは相当に有用であることが証明される。
【００３１】
他の構成も検討された。２つの検出巻線よりも、単一の検出巻線、または３つもしくはそれ以上が位相を検出する構成でシステムは実施されてもよい。また、（各々が異なる周波数を有する）複数の送信巻線と単一のまたは複数の検出巻線を有する構成も、本発明の範囲内である。
【００３２】
図４は、受動位置通信システムを実施するための本発明の他の巻線構造を図示する。この図面の中の能動または送信機巻線は、非常に幅の広い８の字コイルである。検出巻線が、能動巻線の２つのループの各１つの内側に各々配置される。このシステムのための適切な変換器は能動巻線と同じ幅であり、検出巻線の１つの磁極ピッチと実質的に等しい長さを有する。そのような構造の１つの長所は、図１の実施例の半分の磁極ピッチを使用してもよいことである。しかし、この構造の短所は、送信機からのより大きな放射が存在することである。
【００３３】
異なる巻線構造が図５に示される。このアプローチでは、モータ信号の排除を達成するために、巻線磁極ピッチはモータの磁極ピッチの２倍である。２つの能動送信機巻線が存在し、各々は異なるが関連する周波数の信号で励起される。両方に対して共通のインターバルが一体化のために使用できるように周波数が選択され、一方、各コイルからの信号の復調または処理は他の送信機巻線により誘導された周波数を排除する。従って、「Ｄ」送信機周波数は「Ｑ」受信機で排除され、逆も同様である。「Ｄ」送信機からの信号の一部が「Ｑ」検出巻線に結合されるので、この排除は必要である。追加の排除を得るための復調の前に、「Ｄ」周波数信号を巻線「Ｑ」信号から引くことも可能であることに注意すべきである。
【００３４】
［調整された回路を使用する実施例］
また、本発明は、車両上の受動電源と効果的な通信を行うシステムを考慮する。通信は僅か数ミリワットしか必要としないが、バッテリー、太陽電池、または他の潜在的に信頼性の低い電源に依存しないことが望ましい。本発明のそのようなシステムの１実施例は、上記のものにいくらか類似または関連する経路巻線構造を使用する誘導結合を介して電力を転送する。しかし、上記の受動変換器構造は、１つの（または一連の）調整された回路に取って代わられる。これらの回路は送信機とセンサ巻線の間の位置検出結合を提供するだけでなく、図８と関連して以下に記載される低電力誘導通信を作動させるための正味の電源も提供する。
【００３５】
図６は、車両上の複数の（空間的に離れた）調整された回路を含む調整されたループ変換器構造２５の１実施例を示す。実際には、変換器アセンブリ２５は任意の数のコイルを含んでもよいが、僅か２つのコイル２０、２１だけが示される。各コイルは複数のターンから成るが、簡単化のために、それらは２ターンコイルとして示され、各コイルは送信された信号の周波数で共振を起こす調整キャパシタＣｔｕｎｅと直列に接続される。図１の実施例のように、（互いに空間的にオフセットされた）交互する極性のループを有する２つの検出巻線は経路に沿って伸び、コイルが検出巻線を通過するにつれて、位置信号が検出巻線の中で発達する。いくつかの位置では、電力は調整されたコイル回路２０、２１に結合され、センサ巻線Ｄまで後退するが巻線Ｑまでではない。他の位置では、Ｄへの正味の結合は存在しないが、正味の信号が巻線Ｑと結合する。運転は、強磁性体ブロックが車両上の変換器として使用される上記の実施例と非常に似ている。
【００３６】
［車載使用のために電力をつくり出すための調整された変換器の使用］
調整された回路位置変換器を使用して、本発明は更に整流器およびフィルタを介して調整された回路から電力を抽出するシステムを考慮し、また整流器およびフィルタはコイル回路を保持する単一の変換器２５’にも取り込まれる。図７は、（他のコイルも存在してよい）コイル２０、２１およびキャパシタＣｔｕｎｅから成る２つの調整された回路を有する本発明のこの側面の実施例２５’を示す。各調整された回路は従来の倍電圧整流器Ｄ１、Ｄ２へ接続され、整流器の出力は並列に接続される。整流器回路の他の形態も使用できるが、電圧増倍型整流器またはチャージポンプ回路の使用は、調整された回路コイルでの極端な数のターンを必要とせずに車載電子回路を駆動するための実質的なＤＣ電圧を生成する。この方法での電力の抽出は調整された回路のＱを低くするが、位置検出システムの運転に不利に作用するのに十分ではない。
【００３７】
［車両識別番号の通信］
本発明は、調整された回路変換器を介して性能を発揮する車載電源を使用した通信の他の方法を考慮する。この場合、単純な電子回路が２進化された番号を繰り返し送信するために使用できる。図８は、本発明のこの側面の１実施例を示す。（発振器により駆動される）従来の有限状態機械が、ＩＤ番号を表す方法でスイッチＳｍをかわりに開閉する。スイッチおよび有限状態機械は、例えばゲートアレイおよび発振器を用いて容易に実施できる。スイッチＳｍは抵抗器Ｒを調整された回路と並列に接続するか、または他の実施例では、調整された回路の一部と並列に接続する。この抵抗器Ｒは調整された回路のＱを低くし、経路検出巻線への結合を減少させる。前記のパターンでスイッチを開閉することにより、ディジタル信号が検出巻線の中で受信される信号上の変調として搬送される。僅か５％の変調が、沿道の通信制御装置により検出巻線の中で検出されて車両ＩＤへ変換される通信信号を生成するのに必要とされる。
【００３８】
かわりに、または前記のことに加えて、（例えば、沿道局により送信巻線を通して送信される）命令および／または他の情報信号が、車両上のコイルにより誘導的に受信される。そのような信号は従来の方法で、例えば、（図示されない）回路を使用して変調され、増幅され、処理され、さもなければ適用されるが、図７の変換器回路により動作させられる。
【００３９】
［位置検出システムとリニアモータの一体化］
本発明のための重要な応用は、リニアモータにより動作させられる車両の位置検出である。適切なループ寸法または他の寸法がモータ回路から位置検出回路への交差結合を最小にできることは上記で指摘された。リニアモータシステムに対する実施例では、変換器を車両磁石構造と物理的に一体化させること、および送信機巻線とセンサ巻線を固定子モータ巻線へ一体化させることも有用である。図９は、第１の目的を達成する１つの変換器構造３５を示す。変換器コイル２０、２１は、調整キャパシタＣｔｕｎｅを保持するプリント基板３０上に構成される。孔３１はプリント基板３０にあけられ、リニアモータ駆動システムのために車両上に存在する永久磁石の極の上方に位置するように孔はあけられる。もし通信電子回路が使用されたら、それらも同じプリント基板上に構成できる。次に、送信機巻線および検出巻線は１次モータの溝の中および推進巻線の上に巻かれ、それらの位置は推進巻線に対して正確にレイアウトされる。正味の効果は、リニアモータに正確に位置合わせされた安価な位置検出システムをつくり出す。
【００４０】
図９に示された実施例はリニア同期モータのためのものであるが、本発明はリニア誘導モータと共に働く類似の構造を考慮する。
【００４１】
図１０は、対称な車両のための図９の実施例の変更を示す。これは、経路に沿う何れの方向にも移動するために終端間で反転できるロボットの被加工物キャリアのような車両に対して特に有用である。この対称な実施例では、２つの共振コイル２０、２１は、各々がモータ磁場アレイの連続する極の４つのうちの３つをカバーするサイズである（または、モータに対するセンサの磁極ピッチ率が２：１なので、２の内の１と２分の１の連続する検出ループをカバーする）。この方法は図８に示される方法ほど効果的ではないが、位置信号登録は対称車両が終端間を折り返すときに同じものを残す長所を有する。これは、双方向である経路搭載車両に対するいくつかのアプリケーションでは好ましい。
【００４２】
前記の記載および図面は、巻線、送信機、変換器、センサ、およびそれらを使用する技術が、物体（例えば、台車、および車両）の経路検出、トラッキング、および通信を可能にする多数のシステム形状を記載する。これらは、自動化された運搬管理、スリルのある車両、ならびに人間および貨物を輸送するために使用される車両を含むアプリケーションの範囲で利用されることは歓迎される。
【００４３】
図示された実施例は実施例を経由して論じられ、従って、本発明が開示されたことも歓迎され、他の実施例が従来技術のシステムを最適化し、または開示された実施例を変更することは容易に理解され、または当業者により適応され、全てのそのような適応および変更は本発明の範囲内である。
【００４４】
従って、例えば、巻線、送信機、変換器、およびセンサは材料から、上記で開示された以外の形状でも構成される。更に、それらの構成要素を使用してもよく、図面および関連する本文で図示された特定のもの以外の論理回路、アナログ回路、処理、または技術を使用してそれらの信号が解釈される。更に、この出願で一貫して使用されるように、変換器と言う用語は、変換器、調整された回路、および磁束（または磁場）源から検出巻線へ上記の方法でエネルギーを転送するのに役立つ（好ましくは受動的な）他の結合素子のことを言う。
【００４５】
限定されない実施例により、位置検出および通信信号は周期的であるとして、または空間的に周期的な巻線の中で誘導されるとして上に記載されたが、当業者はそれらが準周期的でもよいこと、または連続的もしくは単に予め定められた長さを有することを評価するであろう。
【００４６】
更に、ここに記載されるシステムは、リニアモータおよび前記の米国特許に記載されたタイプの他の輸送システムと関連して利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の受動的に結合された位置検出システムのための１つの巻線構造である。
【図２】
図１の巻線構造に沿う種々の変換器位置のための磁場結合である。
【図３】
図１のシステムに類似した受動的に結合されたシステムのための実験的に決定された結合関数である。
【図４】
受動的に結合された位置検出巻線構造の他の実施例である。
【図５】
受動的に結合された位置検出巻線構造の第３の実施例である。
【図６】
車両上の調整された回路が送信された信号の周波数で共振し、それにより検出に対する距離に依存する結合を起こす実施例である。
【図７】
車載電子回路を動作させるための、調整された回路変換器を介する、送信された信号からの電力抽出である。
【図８】
検出された信号を変調するための調整された回路のＱの車両変調であり、従って、車両から沿道制御装置へのデータの送信を可能にする。
【図９】
（リニア同期モータのために特に有用な）図６の調整された回路のプリント基板であり、調整された回路はプリント基板が車両上のリニア同期モータのための磁場励起として使用される永久磁石のアレイの上方でぴったり合うように配置された孔を有するプリント基板技術を使用して構成される。
【図１０】
車両上のリニア同期モータのための磁場励起として使用される永久磁石のアレイを有する、対称取付のためのプリント基板である。
【符号の説明】
２０，２１　コイル
２５　　変換器アセンブリ
２５’　変換器
３０　　プリント基板
３１　　孔
３５　　変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004505823.tif 000044
2004505823.tif 000045