磁気浮上装置
【課題】ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化、低コスト化するとともに、信頼性を向上する。
【解決手段】 磁石ユニット１０７に供給している励磁電圧“ｅＺ”、励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定させながら、コイル１１９の抵抗値などに基づき、推定結果を補正するとともに、励磁電圧補正手段１４２によって、吸引力制御手段１１５の推定結果に所定のゲイン“λｏｓ”を乗じて積分し、積分結果と前記励磁電圧値“ｅＺ”との加算結果を補正済みの励磁電圧値“ｅＺ”として、姿勢推定手段１３３に供給させて、励磁電圧値“ｅＺ”を演算する。
【解決手段】 磁石ユニット１０７に供給している励磁電圧“ｅＺ”、励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定させながら、コイル１１９の抵抗値などに基づき、推定結果を補正するとともに、励磁電圧補正手段１４２によって、吸引力制御手段１１５の推定結果に所定のゲイン“λｏｓ”を乗じて積分し、積分結果と前記励磁電圧値“ｅＺ”との加算結果を補正済みの励磁電圧値“ｅＺ”として、姿勢推定手段１３３に供給させて、励磁電圧値“ｅＺ”を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータシステムや鉄道、その他の搬送システムなどで使用される磁気浮上装置に係わり、特にギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上させて装置全体を小型化、簡略化するようにした磁気浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
常電導吸引式磁気浮上装置は、騒音や発塵がなく、ＨＳＳＴやトランスラピッド等の鉄道や半導体工場でのクリーンルーム内搬送システムなどで既に実用化が図られている。また、「特許文献１」では、エレベータの非接触案内、「特許文献２」では、ドアへの常電導吸引式磁気浮上装置の適用が試みられている。
【０００３】
しかしながら、このような常電導吸引式磁気浮上装置では、固定部材となる強磁性部材と対向して配置された電磁石に励磁電流を流したとき、電磁石と強磁性部材との間に生じる吸引力を利用して浮上体を浮上させているので、磁気浮上系の安定化が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決する方法として、強磁性部材に付随するようにセンサターゲットを配置し、浮上体側に配置されたギャップセンサを用いて、浮上ギャップ長、その速度、および加速度を検出するとともに、これらの検出結果と、電磁石の励磁電圧および励磁電流とを吸引力制御手段にフィードバックし吸引力を制御して磁気浮上系を安定化する方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような問題解決方法では、浮上ギャップ長を検出するギャップセンサを使用しなければならないばかりでなく、ギャップセンサに適したセンサターゲットが必要であり、また強磁性部材に付随してセンサターゲットを敷設しなければならず、その分だけ、装置全体のコストが高くなってしまう。また、ギャップセンサの取付けスペース、センサターゲット用のスペースなどを確保しなければならないので、装置を小型化することが難しいという問題があった。
【０００６】
特に、鉄道や搬送システムにおいては、強磁性ガイドで構成される軌道に分岐個所を設けなければならないことから、センサターゲットとガイドとが交差してギャップ長の検出を妨げないような仕組みが必要になり、その分だけシステムが複雑化してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、こうした問題を解決するため、種々の解決策、例えば、「非特許文献３」に記載のように、ギャップセンサを無くして、浮上ギャップ長を制御するセンサレス化手法を用いたものがある。この手法では、ヒステリシスコンパレータを用いて、電磁石の励磁電流値と励磁電流基準値とを比較し、励磁電流が励磁電流基準値より大きいとき、電磁石の励磁電圧を“負”にし、小さいとき“正”に切替えて、スイッチング周波数を浮上ギャップ長に比例させ、浮上系を安定化するというものである。また、他の手法として、「非特許文献１」に記載のように、オブザーバ（状態観測器）を用いて、電磁石の励磁電流を観測し、この観測結果に基づき、ギャップ長を推定する方法もある。さらに、「非特許文献２」に記載のように、交流磁気浮上により生じる電磁石の励磁電圧と励磁電流の位相差にギャップ情報を陰に含ませ、これを電磁石励磁電圧にフィードバックさせて安定化する方法などが提案されている。
【０００８】
しかし、こうした解決策、例えばオブザーバを使用する解決策以外の解決策、例えばギャップ情報を含む物理量で電磁石の励磁電圧を制御する解決策では、浮上制御系が非線型系になることから、浮上制御系が安定しているかどうかを判別するのが難しい。このため、浮上体に質量の変化や励磁による温度上昇に起因する電磁石コイルの電気抵抗変動などが発生したとき、浮上状態を維持するのが難しくなるという問題もあった。
【０００９】
また、オブザーバを使用する解決策では、浮上状態における磁気浮上系の線型モデルからオブザーバを導いているので、浮上体が浮上状態にないとき、浮上ギャップ長を推定することができない。このため、浮上体が他の構造物に一旦、接触すると、再び浮上状態に復帰することができないという問題があった。
【００１０】
そこで、オブザーバを用いて、電磁石励磁電流からギャップ長を推定するセンサレス化手法の上述した問題に対処するため、「特許文献３」などでは、浮上体が浮上状態にないとき、浮上体の接触を検出してオブザーバの積分器を初期化して、上体の接触状態から、接触時のギャップ長を幾何学的に推定させ、このギャップ長推定値に基づいて、オブザーバの積分器に初期値を与えることで、浮上状態への復帰を確実にする手法が提案されている。
【００１１】
しかるに、この手法を「特許文献４」にあるゼロパワー制御に適用する場合、浮上体が定常浮上状態にある時には、電磁石の励磁電流がゼロに収束しているため何らの問題も生じないが、浮上体に大きな変動外力が長時間加えられ、電磁石コイルに過渡的な制御電流が流れ続け、電磁石コイルの温度が上昇し、電磁石コイルの電気抵抗が大きくなったとき、電磁石励磁電流から浮上ギャップ長を推定するオブザーバの出力誤差が大きくなって、浮上状態の維持が次第に困難になり、ついには浮上体が固定部材となる強磁性部材に接触してしまう。
【００１２】
また、浮上体が強磁性部材に接触したとき、浮上状態への復帰制御が試みられるが、浮上状態に復帰しても、浮上時の浮上ギャップ長推定値の誤差が大きいことから、再び浮上体が強磁性部材に接触してしまい、接触状態と、浮上状態が交互に繰り返えされてしまう。
【００１３】
こうなると、電磁石に大きな制御電流が流れ続けるため、ますます電磁石コイルの電気抵抗値が上昇し、ついには浮上体が強磁性部材に接触したままで、励磁電流が流れ続け、浮上状態の信頼性が損なわれるばかりでなく、電磁石が発火してしまう恐れがあった。
【００１４】
そこで、このようなセンサレス磁気浮上における電磁石コイルの抵抗値変動問題を解決する方法として、「特許文献５」では、コイルの抵抗を測定しながら浮上させるとともに、測定動作で得られた抵抗値を用いて、オブザーバのパラメータを変更させ、ギャップ長を推定するときの誤差を小さくする方法が提案されている。
【００１５】
しかし、電磁石に過渡的な励磁電流が流れ続けると、電磁石コイルの抵抗値変動に加え、電磁石コイルに励磁電流を供給するドライバなどの温度が上昇して、オフセット電圧が上昇してしまうことから、浮上ギャップ長推定値誤差が大きくなり、浮上状態が不安定安になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特願平１１−１９２２２４号公報
【特許文献２】特願２００１−００３５９号公報
【特許文献３】特願２００２−００２６４６号公報
【特許文献４】特開昭６１−１０２１０５号公報
【特許文献５】特願２００３−３４４６７０号公報
【特許文献６】特願平１１−１９２２２４
【非特許文献１】水野、他：「変位センサレス磁気軸受の実用化に関する研究」、電気学会論文集Ｄ分冊、116、No.1、35(1996)
【非特許文献２】森山：「差動帰還形パワーアンプを用いたＡＣ磁気浮上」1997年電気学会全国大会予稿集、No.1215
【非特許文献３】水野、他：「ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気浮上」、計測自動制御学会論文集、32、No.7、1043(1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように、従来の磁気浮上装置にあっては、ギャップセンサ、センサターゲットを使用して得られた浮上ギャップ長を吸引力制御手段にフィードバックさせて、浮上体の安定な浮上状態を実現する方法では、ギャップセンサの設置スペース、センサターゲットの設置スペースなどを確保しなければならず、装置が大型化して複雑になり、コストアップを招くという問題があった。
【００１７】
しかも、こうした問題を避けるために、ギャップセンサを用いずに吸引力制御手段にギャップ長の情報をフィードバックしても、従来の技術では、浮上系の安定性が電磁石励磁手段のオフセット電圧に依存していることから、外力が変動したとき、浮上状態の信頼性が著しく損なわれてしまう。
【００１８】
このため、このような技術を用いた場合にも、ギャップセンサを使わざるを得ず、装置の複雑化や大型化、コスト高の問題を回避することができないという問題があった。
【００１９】
本発明は上記の事情に鑑み、浮上体に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上でき、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる磁気浮上装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために本発明は、固定部材と、この固定部材に対して磁力を介して非接触状態に保持される浮上体と、浮上体側または固定部材側に配置され、供給される励磁電流の大きさに応じた磁力を発生する電磁石ユニットと、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電磁石ユニットに供給される励磁電流の大きさを検出する電流センサと、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定して、前記浮上体と固定部材と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値を演算する吸引力制御手段と、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段の推定結果に所定のゲインを乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値に加算して得られた加算結果を補正済み励磁電圧値として前記吸引力制御手段に供給する励磁電圧補正手段と、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段で得られた励磁電圧値に応じて、前記電磁石ユニットに励磁電流を供給するドライバとを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による磁気浮上装置によれば、浮上体に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
《発明の動作原理》
はじめに、本発明による磁気浮上装置の詳細な説明に先だち、本発明の基本的な原理について説明する。
【００２３】
図１６は、一質点系の磁気浮上装置を使用した防振台の一例を示す概略構成図である。
【００２４】
この図に示す磁気浮上装置１０１は、１つの永久磁石１０３および２つの電磁石１０５で構成される磁石ユニット１０７と、“コ”字形状の断面を持ち、下部内側上面に磁石ユニット１０７が固定される補助指示手段１３１とを備えている。また、リニアガイドなどの上下方向に力が作用しない案内手段（図示は省略する）で地上側から案内され、防振台のテーブルとして機能する補助支持手段１３１と、構造部材（図示は省略する）などを介して地上に対して固定された強磁性部材で構成され、対向している磁石ユニット１０７の作用する磁気的吸引力によって浮上体（磁石ユニット１０７、補助支持手段１３１、質量“ｍ”の負荷荷重１０９によって構成される部分）１１１を非接触で支持するガイド１１３とを備えている。さらに、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して浮上体１１１を安定に非接触支持する吸引力制御手段１１５と、吸引力制御手段１１５の出力に基づいて、電磁石１０５に励磁電圧、励磁電流を供給し、励磁するドライバ１１６と、ドライバ１１６から出力される励磁電流の電流値を検出して、吸引力制御手段１１５に供給する電流センサ１２３とを備えている。
【００２５】
各電磁石１０５は、継鉄１１７にコイル１１９を巻装して構成され、永久磁石１０３の両磁極端部にそれぞれの継鉄１１７が配置されている。各コイル１１９は各々、ドライバ１１６から励磁電圧、励磁電流が供給されているとき、ガイド１１３→一方の継鉄１１７→永久磁石１０３→他方の継鉄１１７→ガイド１１３なる経路で形成される磁路の磁束を強める（または、弱める）ように、直列に接続されている。
【００２６】
また、吸引力制御手段１１５は、ギャップセンサ１２１で得られる浮上ギャップ長および電流センサ１２３で得られる励磁電流値から各電磁石１０５を励磁する電圧を演算する励磁電圧演算手段１２５を備えている。
【００２７】
また、ドライバ１１６の出力電流は、配電手段としてのリード線１２８を介して各コイル１１９に供給されている。
【００２８】
上述した構成において、磁気浮上装置１０１の磁気浮上系は、磁石ユニット１０７の吸引力が浮上体１１１の重量と等しくなるときの浮上ギャップ長“ｚ０”の付近で、線型近似できる。すなわち、次式に示すように、磁石ユニット１０７のインピーダンスを定義したとき、
【数１】
【００２９】
但し、Lｚｏ：浮上ギャップ長“ｚ０”付近における、磁石ユニット１０７のインピ ーダンス
L∞：浮上ギャップ長が無限大のときの磁石ユニット１０７のインピーダンス
N：各コイル１１９の巻き数
φ：磁石ユニット１０７の主磁束
iＺ：各電磁石１０５の励磁電流
∂/∂h(h=iＺ)：定常浮上状態(z=zｏ、iｚ=iｚ０)における被偏微分関数のそれぞれの偏 微分値
以下に示す微分方程式で記述することができる。
【数２】
【００３０】
但し、Fｚ：磁石ユニット１０７の吸引力
m：浮上体１１１の質量
R：各コイル１１９とリード線１２８を直列に接続したときの電気抵抗
z：浮上ギャップ長
uｓ：外力
iｚ：電磁石１０５の励磁電流
φ：磁石ユニット１０７の主磁束
eＺ：電磁石１０５の励磁電圧
Δ：定常浮上状態(z=z０、iｚ=iｚ０)からの偏差
“'”：d/dtで表される常微分記号
∂/∂h(h=iＺ)：定常浮上状態(z=zｏ、iｚ=iｚ０)における被偏微分関数のそれぞれの偏 微分値
そして、（２）式、（３）式で表される磁気浮上系では、次式に示すように、置き換えを行い、
【数３】
【００３１】
次式に示すように、状態ベクトル“ｘ”、システム行列“Ａ”、制御行列“ｂ”、外乱行列“ｄ”を定義すると、
【数４】
【００３２】
但し、Δz：状態ベクトル“ｘ”の要素
Δz'：“Δz”を微分して得られる、状態ベクトル“ｘ”の要素
ΔiＺ：状態ベクトル“ｘ”の要素
a２１：システム行列“Ａ”の要素
a２３：システム行列“Ａ”の要素
a３３：システム行列“Ａ”の要素
a３２：システム行列“Ａ”の要素
b３１：制御行列“ｂ”の要素
d２１：外乱行列“ｄ”の要素
次式に示す状態方程式で、磁気浮上系を表すことができる。
【数５】
【００３３】
但し、C：出力行列
そして、このような磁気浮上系では、状態ベクトル“ｘ”の各要素が浮上系の状態量になる。また、電磁石１０５の励磁電圧“ｅｚ”の計算に用いる状態量の検出方法により、出力行列“Ｃ”が決定され、図１６に示す磁気浮上装置１０１のようにギャップセンサ１２１と、電流センサ１２３を使用し、ギャップセンサ１２１からの信号を微分して速度を得る場合には、出力行列“Ｃ”が単位行列となる。
【００３４】
ここで、“Ｆ”を“ｘ”の比例ゲイン補償器で与え、“Ｋｉ”を積分ゲインとして、次式に示すように、励磁電圧“ｅｚ”を決めれば、磁気浮上装置１０１は「特許文献４」に見られるゼロパワー制御で浮上させる。
【数６】
【００３５】
但し、∫：“Kｉ・ΔiＺ”を時間“dt”で積分する積分記号
なお、図１６に示す磁気浮上装置１０１では、励磁電圧演算手段１２５において、（９）式が計算されることは言うまでもない。
【００３６】
次に、図１６に示す磁気浮上装置１０１において、ギャップセンサ１２１を使用せずに、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δz”およびその速度“ｄ(Δz)/ｄt”を推定するための推定手段として、例えば同一次元状態観測器（以下オブザーバという）を適用する場合を考える。このとき、線型制御理論によれば、次式に示すように、状態推定ベクトル“ｘ＾”、各行列“Ａ＾”、“Ｂ＾”、“Ｅ＾”などを定義すると、
【数７】
【００３７】
但し、α１：オブザーバの極を決定するパラメータ
α２：オブザーバの極を決定するパラメータ
α３：オブザーバの極を決定するパラメータ
次式でオブザーバを表すことができる。
【数８】
【００３８】
この場合、（７）式、（１３）式で示される各状態方程式の演算開始時の初期値を各々、値“ｘ０＾”、“ｘ０”とすれば、次式によって、オブーザーバの演算誤差が与えられる。
【数９】
【００３９】
但し、x＾(t)：演算開始してから“ｔ”時間後における状態推定ベクトル“ｘ＾”の 値
x(t)：演算開始してから“ｔ”時間後における状態推定ベクトル“ｘ”の値
z０：浮上ギャップ長
e：自然対数の底
A＾：システム行列
このとき、励磁電圧演算手段１２５において、例えば、次式に示す演算が行われて、磁気浮上系の安定化が達成される。
【数１０】
【００４０】
一般に、常電導吸引式磁気浮上系は不安定なため、オブザーバの推定値に誤差があると、安定化が非常に困難となるが、（１４）式、（１５）式から明らかなように、予めオブザーバが動作を開始するときの初期値“ｘ０”、すなわち、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”、その速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”および励磁電流“Δｉ”の値が既知であれば、オブザーバの初期値“ｘ０＾”をできるだけ、初期値“ｘ０”に等しく設定することで、推定当初から誤差が少ない状態で励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”、その速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定することができる。
【００４１】
ここで、推定当初の誤差が大きいと、（１５）式で示される励磁電圧“ｅＺ”が異常な値になり、浮上状態を安定化させることができなくなる。
【００４２】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照して、このような推定当初の誤差を小さくさせ、浮上状態を安定化させるようにした本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４３】
図１は本発明による磁気浮上装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。なお、この図において、図１６に対応する部分には、同じ符号が付してある。
【００４４】
この図に示す磁気浮上装置１００では、図１６に示すギャップセンサ１２１が省略され、代わりに浮上体１１１およびその近傍に圧電ゴム１２９が配置され、これら各圧電ゴム１２９から出力される検出結果に基づき、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、これを検出する接触検出手段１３０と、浮上体１１１がガイド１１３に接触しているとき、浮上体１１１の姿勢を維持する補助支持手段１３１とが設けられている。
【００４５】
さらに、吸引力制御手段１１５には、補助支持手段１３１で維持された姿勢から浮上状態へ移行するときに必要なオブザーバの初期値“ｘ０”を演算する姿勢演算手段１３５と、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、姿勢演算手段１３５で計算された初期値“ｘ０”を取り込んで記憶する初期値設定手段１３９と、オブザーバなどを用いて、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定する姿勢推定手段１３３と、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、初期値設定手段１３９に記憶されている初期値を姿勢推定手段１３３に供給させて、初期化する推定初期化手段１３７とが設けられている。
【００４６】
そして、浮上体１１１がガイド１１３に接触し、補助支持手段１３１で浮上体１１１の姿勢が維持されているとき、接触検出手段１３０によってこれを検出し、姿勢演算手段１３５にオブザーバの初期値“ｘ０”を演算するとともに、初期値設定手段１３９に初期値“ｘ０”を保持する。そして、推定初期化手段１３７によって、初期値設定手段１３９に保持されている初期値“ｘ０”を姿勢推定手段１３３に取り込ませ、オブザーバを初期化する。
【００４７】
これにより、停止状態にある浮上体１１１を浮上させるとき、姿勢推定手段１３３によって、初期値“ｘ０”を基準として、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定し、これらを励磁電圧演算手段１２５に入力させて、励磁電圧“ｅＺ”を出力するとともに、ドライバ１１６から励磁電圧“ｅＺ”に対応した励磁電流“ｉｚ”を出力して電磁石１０５を励磁し、浮上体１１１を浮上させる。
【００４８】
このように、浮上体１１１が停止している状態から浮上させるとき、または外力やその他の理由により浮上状態から接触状態になったとき、オブザーバに所定の初期値“ｘ０”を与えて、これを初期化することにより、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を演算する際、推定当初から誤差を抑えつつ推定することができ、浮上体１１１を確実に浮上状態へ移行することができるとともに、浮上状態を維持することができる。
【００４９】
また、浮上状態にある浮上体１１１に過渡的な外力が持続的に加えられると、外力に対して浮上状態を保つための吸引力制御がなされるため、各コイル１１９と、リード線１２８とに、励磁電流“Δｉｚ”が持続的に流れることになる。
【００５０】
こうなると、各コイル１１９およびリード線１２８の温度が上昇して、電気抵抗値“Ｒ”が増加し、（６）式で示されるパラメータ“ａ３３”が増大する。このとき、姿勢推定手段１３３のオブザーバで使用しているパラメータ“ａ３３”、すなわち（１０）式で示される“ａ３３”を設定時のままに保持すると、実際の磁気浮上系と、オブザーバとの間に差異が生じ、励磁電流“Δｉｚ”、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”の実際値と、推定値とが乖離してしまう。
【００５１】
そして、本来、不安定な常電導吸引式磁気浮上系では、実際値と推定値とが乖離すると、フィードバック制御を行っても浮上体１１１を安定して浮上させることができなくなってしまう。
【００５２】
このような問題を解決するために、この磁気浮上装置１００では、「特許文献５」で開示されているように、抵抗測定手段１４０によって、予め決められた測定方法、例えば次式に示す励磁電圧“ｅｚ”の電圧方程式を基本にして、直列に接続されている各コイル１１９およびリード線１２８の電気抵抗値“Ｒ”を測定している。
【数１１】
【００５３】
この際、本発明による磁気浮上装置１００では、ゼロパワー制御で浮上体１１１を浮上させるようにしている。このため、過渡的かつ持続的な外力に起因する励磁電流“Δｉｚ”がゼロ点をクロスする。そして、励磁電流“Δｉｚ”がゼロになると、（１６）式の除算が不可能になることから、（１６）式を次のように変更して使用する。
【数１２】
【００５４】
但し、ε：ノイズの大きさや必要な測定精度に基づいて、“ε<<１”を満たすように設定される極めて小さな補正値
そして、抵抗値測定手段１４０によって、（１７）式で電気抵抗値“Ｒ”を求めた後、例えば低域通過フィルタや平均値演算等の適当なノイズ除去処理を施して、ノイズ除去済みの電気抵抗値“Ｒ”を初期値設定手段１３９、姿勢推定手段１３３などに供給し、姿勢推定手段１３３のオブザーバで使用しているパラメータ“ａ３３”、すなわち（１０）式で示されるパラメータ“ａ３３”を変更する。
【００５５】
これにより、各コイル１１９およびリード線１２８の温度が上昇したときにも、（１０）式で示されるパラメータ“ａ３３”の値と、（６）式で示されるパラメータ“ａ３３”の値とを一致させて、実際の磁気浮上系と、オブザーバとの間に構造上の差異を無くし、励磁電流“Δｉｚ”、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”の実際値と、推定値とが乖離しないようにする。
【００５６】
さらに、本発明による磁気浮上装置１００では、過渡的な外力の印加等により励磁電流“ｉｚ”が増加して、温度が上昇し、ドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、励磁電圧補正手段１４２を設けて、浮上ギャップ長推定値や速度推定値に誤差が発生しないようにしている。
【００５７】
励磁電圧補正手段１４２は、姿勢推定手段１３３の速度推定値に所定のゲイン“λＯＳ”を乗じるゲイン補償器１４４と、伝達関数特性“１／ｓ”で、ゲイン補償器１４４の出力を積分する積分器１４６と、積分器１４６の出力とドライバ１１６の励磁電圧値“ｅｚ”を加算する加算器１４８とを備えている。そして、加算器１４８の出力を補正済みの励磁電圧値“ｅｚ”として、姿勢推定手段１３３に供給する。
【００５８】
以下に、数式を用いて、励磁電圧補正手段１４２の補正原理を具体的に説明する。
【００５９】
まず、励磁電圧補正手段１４２が無い場合には、温度変動により生じるオフセット電圧“ｅｏｆｆ”は、（２）式、（３）式で示される支配方程式の右辺に、以下のように加算される。
【数１３】
【００６０】
この場合、（２）式、（３）式に対応する（６）式中の外乱行列“ｄ”は、次式に示すようになる。
【数１４】
【００６１】
ここで、（９）式に示すゼロパワー制御が行われる場合を想定し、次式に示すように、外力“ｕ”を定義すると、
【数１５】
【００６２】
次式によって、コントローラを含む拡大系を表すことができる。
【数１６】
【００６３】
但し、A:システム行列
B:制御行列
F:比例ゲイン
b:制御行列
d:外乱行列
ν: Δｉｚの積分要素（ゼロパワー制御の場合、ｉｚ０＝０のため、ｉｚ＝Δｉｚ）
O１×２:１行２列のゼロ部分行列
O１×３:１行３列のゼロ部分行列
O３×２:３行２列のゼロ部分行列
これら（２０）式〜（２２）式から明らかなように、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”から浮上ギャップ長推定値および速度推定値への伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“Ｇ(０)”、“Ｈ(０)”を求めると、次式が得られる。
【数１７】
【００６４】
そして、過渡的な外力の印加等により励磁電流“ｉｚ”が増加して、温度が上昇し、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”が増加したとき、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に対し、（２３）式、（２４）式で示される伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“Ｇ(０)”、“Ｈ(０)”を乗じた分だけ、ドライバ１１６に、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に定常誤差が生じる。
【００６５】
これにより、励磁電圧補正手段１４２が無い場合には、浮上体１１１を浮上させるとき、オブザーバの積分器に正しい初期値を設定していても、オブザーバの積分器が実際とは異なる値に収束して、接触状態から浮上状態への移行が非常に困難になる。
【００６６】
ところが、本発明によれば、励磁電圧補正手段１４２において、オブザーバの速度推定値に対し、所定のゲイン“λＯＳ”を乗ずるとともに、積分器１４６の積分結果と、ドライバ１１６から出力されている励磁電圧“ｅｚ”とを加算し、加算結果を励磁電圧として、オブザーバに帰還するようにしている。
【００６７】
この場合、速度推定値を積分する積分器１４６の出力を“ｅｃｏｍ”とし、次式に示すように、状態推定ベクトル“（ｘｘ）＾”、各行列“（ＡＡ）＾”、“（ＢＢ）＾”、“（ＥＥ）＾”を定義すると、
【数１８】
【００６８】
（１０）式〜（１２）式に代えて、次式でオブザーバを表すことができる。
【数１９】
【００６９】
但し、“'”：d/dtで表される常微分記号
そして、オブザーバを（２６）式で表せるとき、次式に示すように、ゼロパワー制御でｅｚを定義すれば、
【数２０】
【００７０】
但し、FF：比例ゲイン
次式で、拡大系を表すことができる。
【数２１】
【００７１】
但し、O４×２:４行２列のゼロ部分行列
O１×２:１行２列のゼロ部分行列
そして、（２１）式および（２９）式より、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”から浮上ギャップ長推定値および速度推定値への伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“（ＧＧ(０)）＾”、“（ＨＨ(０)）＾”を求めると、
【数２２】
【００７２】
となり、ドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に定常偏差が生じないようにし、オブザーバに正しい初期値を設定したとき、浮上ギャップ長推定値および速度推定値を実際と等しい値に収束させて、接触状態から浮上状態への移行を非常に容易にすることができる。
【００７３】
したがって、浮上体１１１に対し、長時間、持続的に外力が加えられ、発熱によりドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、接触状態から浮上状態への確実かつ安定した移行が可能となる。
【００７４】
このように浮上状態の安定性が維持できれば、信頼性の向上が図れ、ギャップセンサ１２１の省略による磁気浮上装置１００の簡素化や小型化、コストの低減化が実現できる。
【００７５】
このように、第１の実施形態では、ドライバ１１６から浮上体１１１側に配置された磁石ユニット１０７に励磁電流“ｉＺ”が供給されているとき、電流センサ１２３によって検出された励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定して、浮上体１１１とガイド１１３と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値“ｅＺ”を演算する。そして、励磁電圧補正手段１４２によって、吸引力制御手段１１５の推定結果に所定のゲイン“λｏｓ”を乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値“ｅＺ”に加算して得られた加算結果を補正済みの励磁電圧値“ｅＺ”として、姿勢推定手段１３３に供給するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動して、ドライバ１１６の温度が上昇し、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”が大きくなった場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させることができる。また、装置全体を小型化、簡略化させることができ、大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７６】
また、第１の実施形態では、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を用いて磁束を発生する２つの電磁石１０５と、各電磁石１０５の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石１０３とによって、ガイド１１３を吸引する磁力を発生させ、浮上体１１１を浮上させるようにしている。このため、電磁石１０５に流す励磁電流“ｉＺ”の電流値を小さくでき、運転コストを低減できる。
【００７７】
また、第１の実施形態では、電流センサ１２３で検出された励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ゼロパワー制御方式で、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定させ、磁石ユニット１０７の励磁電流“ｉＺ”をゼロへ収束するのに必要な励磁電圧値“ｅＺ”を演算させて、浮上体１１１とガイド１１３と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、ゼロパワー制御方式で、各電磁石１０５の励磁電流“ｉＺ”をゼロへ収束させながら、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７８】
また、第１の実施形態では、吸引力制御手段１１５に設けられた抵抗測定手段１４０によって、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を磁石ユニット１０７に導くリード線１２８の抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を測定して、吸引力制御手段１３３の姿勢推定手段１３３の演算内容を補正するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、磁石ユニット１０７などの温度が上昇して、配線抵抗値、コイル抵抗値などが変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７９】
また、第１の実施形態では、吸引力制御手段１１５に設けられた抵抗測定手段１４０によって、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を磁石ユニット１０７に導くリード線１２８の抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を測定するとき、ドライバ１１６から磁石ユニット１０７に供給される励磁電流“ｉＺ”、励磁電圧“ｅＺ”に基づいて、磁石ユニット１０７までの配線抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を演算するようにしている。このため、磁石ユニット１０７の抵抗値を測定する測定回路を簡素化させながら、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、磁石ユニット１０７などの温度が上昇して、配線抵抗値、コイル抵抗値などが変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８０】
また、第１の実施形態では、電流センサ１２３の検出結果、補正済み励磁電圧値などに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定するとともに、姿勢推定手段の出力に基づき、励磁電圧演算部によって、磁石ユニット１０７に対する励磁電圧値“ｅＺ”を演算するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、磁石ユニット１０７に対する励磁電圧値“ｅＺ”を最適化させて、浮上体１１１を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８１】
さらに、第１の実施形態では、浮上体１１１が浮上状態にないとき、浮上体１１１とガイド１１３との位置関係を所定の状態に維持する補助支持手段１３１を設け、浮上体１１１とガイド１１３とが接触し、吸引力制御手段１１５内に設けられた接触検出手段１３０によって、これが検出されたとき、吸引力制御手段１１５内に設けられた姿勢演算手段１３５によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢を演算するとともに、姿勢演算手段１３５の出力値を吸引力制御手段１１５内に設けられた初期値設定手段１３９に取り込ませて、初期値として設定させながら、推定初期化手段１３７によって、初期値設定手段１３９に設定されている初期値を姿勢推定手段１３３に転送させて、姿勢推定手段１３３を初期化するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１とガイド１１３とを接触させたときの姿勢状態を初期状態にさせて、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８２】
《第２の実施形態》
図２は本発明による磁気浮上装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【００８３】
この図に示す磁気浮上装置１０は、強磁性部材などによって構成され、エレベータシャフト１２の内面に所定の取付方法で敷設される２本のガイドレール１４と、図３に示すように、所定の強度を持つ枠型部材によって構成され、移動体１６を構成する乗りかご２０の上下、各側面を囲むように配置されるフレーム部２２と、フレーム部２２の四隅に、各ガイドレール１４と対向するように取り付けられ、移動体１６を非接触状態に保持する４つの案内ユニット１８ａ〜１８ｄと、乗りかご２０の上部、下部などに配置され、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各センサなどの検知結果に基づき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０を制御して、各ガイドレール１４から浮上させる４つの制御装置４４とを備えている。そして、巻き上げ機（図示は省略する）によって、ロープ１５が走行駆動され、移動体１６が上方向、または下方向に移動するとき、乗りかご２０の上部、下部などに配置された各制御装置４４によって、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを駆動して各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを各ガイドレール１４から浮上させ、移動体１６の移動をスムーズにする。
【００８４】
案内ユニット１８ａ〜１８ｄは各々、図４の斜視図に示すように非磁性材料、例えばアルミやステンレス、もしくはプラスチックなどの材料によって構成され、フレーム部２２の四隅に各々、取り付けられる台座２４と、台座２４に取り付けられ、台座２４からガイドレール１４までの距離（ｘ方向の距離）を計測する２つのｘ方向近接センサ２６と、台座２４に取り付けられ、台座２４からガイドレール１４までの距離（ｙ方向の距離）を計測する２つのｙ方向近接センサ２８と、台座２４に取り付けられ、ガイドレール１４に対し、案内ユニット１８ａ〜１８ｄを非接触状態に保つ磁石ユニット３０とを備えている。
【００８５】
磁石ユニット３０は図５の横断面図に示すように、“凸”型に形成され、背面側が台座２４に固定される中央鉄心３２と、同極同士が中央鉄心３２を介して向かい合うように、中央鉄心３２の側部に取り付けられる２つの永久磁石３４と、Ｌ字形状に形成され、各永久磁石３４の側部に取り付けられる２つの鉄心３８、これら鉄心３８に挿通される２つのコイル４０によって構成される２つの電磁石３６と、平板状に形成され、各鉄心３８の先端部に取り付けられる２つの鉄心４２と、テフロン（登録商標）や黒鉛あるいは二硫化モリブデン等を含有する材料などによって構成され、中央鉄心３２および各鉄心４２の先端部に各々、配置され、各電磁石３６が励磁されていないとき、各永久磁石３４の吸引力によって、鉄心４２、中央鉄心３２がガイドレール１４に接触しても、鉄心４２、中央鉄心３２がガイドレール１４に固着しないようにさせ、移動体１６の昇降に支障が出ないようにする３つの固体潤滑部材４３とを備えている。
【００８６】
そして、各制御装置４４から励磁電流が出力されているとき、案内ユニット１８ａ〜１８ｄ毎に、各電磁石３６を個別に励磁して、対向するガイドレール１４に作用する吸引力をｙ方向と、ｘ方向とに個別に制御し、対向するガイドレール１４から各鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持する。なお、この際に使用する制御方式として、従来から知られている一般的な制御方式、例えば「特許文献１」などで開示された制御方式を使用する。
【００８７】
各制御装置４４は、各制御装置４４が相互に接続され、全体として、図６のブロック図に示すように、商用電源などから供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する電源４６と、電源４６から出力される直流電圧を用いて指定された電圧値の直流電圧を生成する定電圧発生装置４８と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを構成する各コイル４０の温度、励磁電流、励磁電圧などを各々、検出する８つのセンサ部６１と、各センサ部６１の検出信号に基づいて、各コイル４０に印加する電圧（励磁電圧）を演算して、移動体１６を非接触案内する演算ユニット６２と、演算ユニット６２の出力に基づいて各コイル４０に電力を供給する８つのパワーアンプ６３とを備えている。
【００８８】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、各センサ部６１の検出結果に基づき、各制御装置４４が協調動作して、移動体１６の重心を通る、ｙ座標に沿った前後動を表す“ｙ”モード（前後動モード）、ｘ座標に沿った左右動を表す“ｘ”モード（左右動モード）、移動体１６の重心回りのローリングを表す“θ”モード（ロールモード）、移動体１６の重心回りのピッチングを表す“ξ”モード（ピッチモード）、移動体１６の重心回りのヨーイングを表す“ψ”モード（ヨーモード）のみならず、フレーム部２２を左右対称に歪ませる歪力に関する３つのモード、すなわち各案内ユニット１８ａ〜１８ｄが各ガイドレール１４に及ぼす“ζ”モード（全吸引モード）、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄがフレーム部２２に及ぼすｘ（またはｚ）軸周りの“δ”モード（ねじれモード）、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄがフレーム部２２に及ぼすγモード（歪モード）別に、各コイル４０に印加する電圧（励磁電圧）を演算して、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０の吸引力をｘ軸、ｙ軸毎に、独立して制御し、各ガイドレール１４から鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持する。この際、ゼロパワー制御を使用して、各磁石ユニット３０のコイル電流をゼロに収束させることで、積荷の重量に関わらず、各永久磁石３４の吸引力だけで移動体１６を安定に支持する。このとき、任意のモードに対してゼロパワー制御を施しても何ら差し支えない。
【００８９】
電源４６は、電源線を介して、エレベータシャフト１２外から供給される交流を取り込み、乗りかご２０の照明装置、ドア開閉装置などに供給しながら、整流して、直流電圧にする電源装置などを備えている。そして、電源線を介して、エレベータシャフト１２外から供給される交流を取り込み、乗りかご２０の照明装置、ドア開閉装置などに供給しながら、整流して、直流電圧を生成し、パワーアンプ６３、定電圧発生装置４８などに供給する。
【００９０】
各パワーアンプ６３は、演算ユニット６２の出力に基づいて、電源４６から出力される直流電圧をスイッチングする、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子などを備えている。そして、スイッチング動作で得られた励磁電圧を案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各コイル４０に供給して各コイル４０を励磁し、対向するガイドレール１４から各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを浮いた状態にする。
【００９１】
また、定電圧発生装置４８は電源４６から出力される直流電圧を指定された電圧値の直流電圧に変換する電圧変換部などを備えている。そして、電源４６からパワーアンプ６３に大電流が供給されて、電源４６の電圧が変動しても、常に一定電圧値の直流電圧を生成して、演算ユニット６２、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各ｘ方向近接センサ２６、各ｙ方向近接センサ２８に供給する。
【００９２】
各センサ部６１は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０の電流値を各々、検出する電流検出器６６と、各コイル４０の励磁電圧値を各々、検出する電圧検出器７２と、各コイル４０の温度、励磁電流値、励磁電圧値などを各々、測定して、各コイル４０の抵抗値を出力する抵抗測定器６４とを備えている。そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０の温度、励磁電流、励磁電圧、コイル抵抗値などを検出して、検出結果を演算ユニット６２に供給する。
【００９３】
演算ユニット６２は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０に対する電流設定値“ｉａ０”、“ｉａ０’”〜“ｉｄ０”、“ｉｄ０’”が設定される８つの電流値設定器４５と、各電流検出器６６の励磁電流検出信号“ｉａ”、“ｉａ’”〜“ｉｄ”、“ｉｄ’”から、電流値設定器４５に設定されている各電流設定値“ｉａ０”、“ｉａ０’”〜“ｉｄ０”、“ｉｄ０’”をそれぞれ減算して、電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”を出力する８つの減算器７４と、減算器７４の出力、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた電圧検出器７２の出力、抵抗値測定器６４の出力などに基づき、ゼロパワー制御に必要な励磁電圧を生成して、各パワーアンプ６３に供給する浮上制御演算部６５とを備えている。そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１を構成する電圧検出器７２の出力、抵抗値測定器６４の出力、電流検出器６６の出力などに基づき、ゼロパワー制御に必要な励磁電圧を生成して、各パワーアンプ６３に供給し、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０のコイル電流をゼロに収束させ、積荷の重量に関わらず、各永久磁石３４の吸引力だけで、移動体１６を安定に支持する。
【００９４】
浮上制御演算部６５は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”などに基づき、移動体１６の重心を中心にしたｙ方向の運動に関わる励磁電圧“Δｅｙ”、ｘ方向の運動に関わる励磁電圧“Δｅｘ”、移動体１６の重心を中心にした、ローリングに関わる励磁電圧“Δｅθ”、ピッチングに関わる励磁電圧“Δｅξ”、ヨーイングに関わる励磁電圧“Δｅψ”を演算する励磁電圧座標変換回路８１と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた各抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、各減算器７４から出力される電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”などに基づき、移動体１６の重心を中心にした、ｙ方向の運動に関わる電流偏差“Δｉｙ”、ｘ方向の運動に関わる電流偏差信号“Δｉｘ”、移動体１６の重心を中心にした、ローリングに関わる電流偏差“Δｉθ”、ピッチングに関わる電流偏差“Δｉξ”、ヨーイングに関わる電流偏差“Δｉψ”、移動体１６、フレーム部２２などの“ζ”、“δ”、“γ”に関する各電流偏差“Δｉζ”、“Δｉδ”、“Δｉγ”を演算する電流偏差座標変換回路８３とを備えている。
【００９５】
さらに、浮上制御演算部６５は、“ｙ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ、“ｘ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｘ”を生成する左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、“θ”モードの電磁石励磁電圧“ｅθ”を生成するロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、“ξ”モードの電磁石励磁電圧“ｅξ”を生成するピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、“ψ”モードの電磁石励磁電圧“ｅψ”を生成するヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ””を生成する全吸引モード制御電圧演算回路８８ａ、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成するねじれモード制御電圧演算回路８８ｂ、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する歪モード制御電圧演算回路８８ｃを有し、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた抵抗値測定器６４の出力、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｙ”、“Δｅｘ”、“Δｅθ”、“Δｅξ”、“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｙ”、“Δｉｘ”、“Δｉθ”、“Δｉξ”、“Δｉψ”、“Δｉζ”、“Δｉδ”、“Δｉγ”などに基づき、“ｙ”、“ｘ”、“θ”、“ξ”、“ψ”、“ζ”、“δ”、“γ”の各モードにおいて、移動体１６を安定に磁気浮上させるモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”を演算する制御電圧演算回路８４と、制御電圧演算回路８４から出力されるモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”に基づき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０に対する励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を演算する制御電圧座標逆変換回路８５とを備えている。
【００９６】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた各抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、各減算器７４から出力される電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”などに基づき、“ｙ”、“ｘ”、“θ”、“ξ”、“ψ”、“ζ”、“δ”、“γ”の各モードにおいて、ゼロパワー制御で各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０を各々、励磁して、移動体１６を安定に磁気浮上させるのに必要な励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を生成し、各パワーアンプ６３に供給する。
【００９７】
前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、図１に示す吸引制御手段１１５と同様な機能を持つ回路であり、図７のブロック図に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δｙ’ｅｓｔ”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅｙ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅｙ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉｙ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δｙｅｓｔ”、“Δｙｅｓｔ’”、“Δｉｙ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δｙｅｓｔ”、“Δｙｅｓｔ’”、“Δｉｙ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉｙ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ｙ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する減算器９６とを備えている。
【００９８】
さらに、前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【００９９】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｙ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｙ”に基づき、“ｙ”モードの電磁石制御電圧“ｅｙ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１００】
また、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａと同様に、図８に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅｘ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅｘ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉｘ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ”、“Δｘｅｓｔ’”、“Δｉｘ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ”、“Δｘｅｓｔ’”、“Δｉｘ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉｘ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ｘ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｘ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０１】
さらに、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０２】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｘ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｘ”に基づき、“ｘ”モードの電磁石制御電圧“ｅｘ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０３】
また、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂと同様に、図９に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅθ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅθ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉθ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ”、“Δθｅｓｔ’”、“Δｉθ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ”、“Δθｅｓｔ’”、“Δｉθ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉθ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“θ”モードの電磁石励磁電圧“ｅθ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０４】
さらに、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０５】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅθ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉθ”に基づき、“θ”モードの電磁石制御電圧“ｅθ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０６】
また、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ロールモード制御電圧演算回路８６ｃと同様に、図１０に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅξ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅξ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉξ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ”、“Δξｅｓｔ’”、“Δｉξ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ”、“Δξｅｓｔ’”、“Δｉξ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉξ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ξ”モードの電磁石励磁電圧“ｅξ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０７】
さらに、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０８】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅξ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉξ”に基づき、“ξ”モードの電磁石制御電圧“ｅξ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０９】
また、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄと同様に、図１１に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅψ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉψ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ”、“Δψｅｓｔ’”、“Δｉψ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ”、“Δψｅｓｔ’”、“Δｉψ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉψ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ψ”モードの電磁石励磁電圧“ｅψ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１１０】
さらに、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１１１】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉψ”に基づき、“ψ”モードの電磁石制御電圧“ｅψ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１２】
また、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａは、図１２に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉζ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉζ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ”を生成する減算器７８とを備えている。そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉζ”に基づき、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１３】
また、ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂは、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａと同様に、図１３に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉδ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉδ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅδ”を生成する減算器７８とを備えている。
【０１１４】
そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉδ”に基づき、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅδ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１５】
また、歪モード制御電圧演算回路８８ｃは、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａ、ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂと同様に、図１４に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉγ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉγ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成する減算器７８とを備えている。
【０１１６】
そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉγ”に基づき、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１７】
次に、図２の斜視図〜図１４のブロック図を参照しながら、磁気浮上装置１０の動作を説明する。
【０１１８】
まず、磁気浮上装置１０が停止状態にあるとき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０に設けられた中央鉄心３２の先端が、固定潤滑部材４３を介して、ガイドレール１４の対向面に吸着するとともに、各磁石ユニット３０に設けられた各電磁石３６の先端に設けられた鉄心４２のいずれかが対応する固定潤滑部材４３を介して、ガイドレール１４の対向面に吸着されている。このとき、各潤滑部材４３の働きにより、移動体１６の昇降が妨げられることはない。
【０１１９】
この状態で、磁気浮上装置１０を起動すると、各制御装置４４によって構成される浮上制御演算部６５が起動して、各パワーアンプ６３から励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”、“ｅｄ”、“ｅｄ’”が出力されて、各電磁石３６が励磁され、各永久磁石３４が発生する磁束と同じ向き、または逆向きの磁束が生成されるとともに、各磁石ユニット３０と、各ガイドレール１４との間に所定の空隙長を維持するべく、各コイル４０に流す電流が制御される。
【０１２０】
これによって、図５に示すように、一方の永久磁石３４→鉄心３８→空隙Ｇ１→ガイドレール１４→空隙Ｇ３→中央鉄心３２→永久磁石３４なる経路によって構成される磁気回路“Ｍｃ１”と、他方の永久磁石３４→鉄心３８→空隙Ｇ２→ガイドレール１４→空隙Ｇ３→中央鉄心３２→永久磁石３４なる経路によって構成される磁気回路“Ｍｃ２”とが形成される。
【０１２１】
この際、移動体１６の重心に作用するｙ軸方向の前後力、同ｘ方向の左右力、移動体１６の重心を通るｘ軸周りのトルク、同ｙ軸回りのトルクおよび同ｚ軸回りのトルクとが釣り合って、各磁石ユニット３０が停止し、空隙“Ｇ１”、“Ｇ２”、“Ｇ３”で示されるギャップが形成されるように、磁気回路“Ｍｃ１”側の磁気的吸引力と、磁気回路“Ｍｃ２”側の磁気的吸引力とが調整される。
【０１２２】
この状態で、移動体１６に外力が加えられて、各ガイドレール１４と、各各磁石ユニット３０との位置関係が変化したとき、各制御装置４４によって、これが検出されて、各永久磁石３４と磁路を共有する各電磁石３６の励磁電流が制御され、釣り合いが維持される。
【０１２３】
これにより、巻き上げ機が動作し、各ガイドレール１４に沿って、ゼロパワー制御で非接触案内されている移動体１６が昇降し始め、各ガイドレール１４の歪曲等により、各ガイドレール１４と、各各磁石ユニット３０との位置関係が変化しても、各電磁石３６の励磁電流が制御されて、各磁石ユニット３０の吸引力が速やかに制御され、移動体１６の揺れが最少に抑制される。
【０１２４】
このように、第２の実施形態では、巻き上げ機によって、ロープ１５が走行駆動され、移動体１６が上方向、または下方向に移動されるとき、乗りかご２０の上部、下部などに配置された各制御装置４４によって構成される浮上制御演算部６５の制御電圧演算回路８４、制御電圧座標逆変換回路８５によって、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、各センサ部６１の検出結果などを取り込ませながら、モード別の演算を行って、モード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”を演算するとともに、これらモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”〜“ｅγ”から各磁石ユニット３０に対する励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を演算して、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０の吸引力をｘ軸、ｙ軸毎に独立して制御し、各ガイドレール１４から鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持するようにしている。このため、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上できる。また、装置全体を小型化、簡略化でき大幅なコストダウンを達成することができるとともに、線形制御理論を用いて、モード別に励磁電圧、励磁電流を制御でき、浮上状態の安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１２５】
また、第２の実施形態では、制御電圧演算回路８４を構成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ毎に、図１に示す吸引力制御手段１１５と同様な機能を持たせ、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに対するガイドレール１４に対する姿勢、当該姿勢の時間変化を推定するようにしている。このため、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができるとともに、ガイドレール１４に対する移動体１６の姿勢、姿勢の時間的変化に応じて、励磁電圧、励磁電流を制御させ、浮上状態の安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１２６】
また、第２の実施形態では、制御電圧演算回路８４を構成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ毎に、励磁電圧補正手段１４２を設け、各モード別姿勢推定手段９７で得られたモード別姿勢推定値を各励磁電圧補正手段１４２に帰還して、各モード別姿勢推定手段９７に入力されるモード別励磁電圧“Δｅｙ”〜“Δｅξ”のオフセット電圧成分を各々、補正するようにしている。このため、各パワーアンプ６３のオフセット電圧が変動し、モード別偏位およびモード別偏移速度において、（２３）式、（２４）式で示す推定誤差が生じたとき、前後動モード制御電圧演算回路９６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅに設けられた各励磁電圧補正手段１４２によって、これらの誤差をゼロにでき、発熱によって各パワーアンプ６３のオフセット電圧が変動しても、良好な乗り心地を維持することができる。
【０１２７】
また、第２の実施形態では、各制御装置４４内に、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄ毎のセンサ部６１を設け、これら各センサ部６１内に配置された抵抗値測定器６４、によって、パワーアンプ６３から出力される励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、励磁電流“ｉａ”、“ｉａ’”〜“ｉｄ”、“ｉｄ’”を検出して、各パワーアンプ６３から各磁石ユニット３０までの配線抵抗値、各磁石ユニットのコイル抵抗値を測定するようにしている。このため、各磁石ユニット３０の抵抗値を測定する測定回路を簡素化しつつも、測定精度を向上させることができる。また、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、各磁石ユニット３０などの温度が上昇して、抵抗値が変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上させることができる。
【０１２８】
これらのことから、第２の実施形態では、各センサ部６１を構成している各抵抗測定器６４によって、各コイル４０の抵抗値を検出して、前後動モード制御電圧演算回路９６ａ〜歪モード制御電圧演算回路８８ｃに設けられた各モード別姿勢推定手段９７のパラメータ、各ゲイン補償器７３、９１のゲインなどを調整するようにしている。このため、各コイル４０の抵抗値が変動したときにも、良好な乗り心地を維持することができる。
【０１２９】
これにより、エレベータシステムなどのように、人員や積荷の偏った移動、もしくは地震等に起因するロープ１５の揺れ等が原因で移動体１６に過大な外力が加えられて、各磁石ユニット３０に設けられた各電磁石３６の温度が上昇し、各コイル４０の電気抵抗値およびパワーアンプ６３のオフセット電圧が変動したとき、特に、電力消費を極端に抑制できるゼロパワー制御を使用しているときなどのように、過大な外力で大きな励磁電流が流れ、各コイル４０やパワーアンプ６３が急激に発熱し、ギャップ長一定制御などの他の制御方式よりも、抵抗値の変動が大きいときにも、各運動モードでギャップ長推定値とその速度推定値が誤差が増大しないようにさせて、快適な乗り心地を維持することができる。
【０１３０】
また、第２の実施形態では、残留磁束密度と保持力の大きな永久磁石３４を採用している。このため、空隙長を大きくしても、非接触案内制御の制御性能が悪化しないようにすることができるとともに、乗客等の移動などにより、移動体１６中で重量移動が発生して、乗りかご２０に揺動が生じても、ストロークの大きな低剛性の案内制御を行わせることができ、快適な乗り心地を提供することができる。
【０１３１】
さらに、ガイドレール１４を介して、磁極が対向するように各磁石ユニット３０が配置され、対向する磁極がガイドレール１４に作用する吸引力の一部または全部が相殺されているので、ガイドレール１４に大きな吸引力が作用しないようにすることができる。
【０１３２】
これにより、各磁石ユニット３０の大きな吸引力が一方向から作用しないようにさせて、各磁石ユニット３０に大きな吸引力が発生したときにも、各ガイドレール１４の据付位置が狂わないようにすることができ、ガイドレール１４の継目で段差が発生しないようにすることができる。さらに、ガイドレール１４の直線性を悪化させることなく、ガイドレール１４の敷設強度を下げてエレベータシステムのコストを低下させることができる。
【０１３３】
また、磁気浮上装置１０が運転を終え、磁気浮上装置１０を停止する場合には、“ｙ”モードの電流偏差目標値発生器９２と、“ｘ”モードの電流偏差目標値発生器９２の目標値をゼロから徐々に負の値にすることにより、移動体１６を“ｙ”軸方向、“ｘ”軸方向に徐々に移動させ、各磁石ユニット３０の中央鉄心３２の先端に設けられた固体潤滑部材４３をガイドレール１４の対向面に当接させるとともに、各磁石ユニット３０の電磁石３６の先端に設けられた各固体潤滑部材４３のいずれかをガイドレール１４の対向面に当接させ、乗りかご２０を安定させた後、磁気浮上装置１０を停止し、電流偏差目標値をゼロにリセットすることができる。
【０１３４】
《第３の実施形態》
図１５は本発明による磁気浮上装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。なお、この図において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。
【０１３５】
この図に示す磁気浮上装置３００は、断面がコ字形状の非磁性体、例えばアルミ部材で形成され、地上に設置される補助支持手段３０２と、補助支持手段３０２の上部下面に下向きに取付けられる磁石ユニット１０７と、板状の強磁性部材、例えば鉄などで形成され、磁石ユニット１０７に対向するように配置されるガイド３０４と、底部上面にガイド３０４が固定され、全体としてコ字形状に形成される防振台テーブル３０６と、地上に垂設され、防振テーブル３０６の側面と接する側面によって、防振テーブル３０６を昇降自在に支持するリニアガイド３０８とを備えている。また、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して、防振テーブル３０６を非接触支持する吸引力制御手段１１５と、電源（図示は省略する）に接続され、吸引力制御手段１１５の出力に基づいて、磁石ユニット１０７に励磁電圧、励磁電流を供給して、磁石ユニット１０７を励磁するパワーアンプ３１３と、パワーアンプ３１３から出力される励磁電流の電流値を検出する電流センサ１２３と、パワーアンプ３１３から出力される励磁電圧などに基づき、吸引力制御手段１１５から出力される励磁電圧を補正して、吸引力制御手段１１５に戻す励磁電圧補正手段１４２とを備えている。
【０１３６】
この場合、吸引力制御手段１１５は、接触検出手段１３０と、姿勢演算手段１３５と、初期値設定手段１３９と、推定初期化手段１３７と、抵抗測定手段１４０と、姿勢推定手段１３３と、励磁電圧演算手段１２５とを備えている。
【０１３７】
抵抗測定手段１４０は、磁石ユニット１０７の励磁電流および励磁電圧からリード線１２８および各コイル１１９の直列抵抗値を測定する。接触検出手段１３０は、補助支持手段３０２の底部上面に取付けられたマイクロスイッチ３１０、磁石ユニット１０７の磁極面に張られた圧電ゴム３１２の出力に基づき、防振テーブル３０６が磁石ユニット１０７、補助支持手段３０２に接触したとき、これを検出する。姿勢演算手段１３５は、接触検出手段１３０の接触検出信号に基づき、防振テーブル３０６が防振テーブル３０６の補助支持手段３０２、または磁石ユニット１０７に接触したときの位置情報を求め、浮上ギャップ長を計算する。初期値設定手段１３９は、姿勢演算手段１３５の出力に基づいて、推定初期値を演算して記憶する。推定初期化手段１３７は、接触検出手段１３０によって接触が検知されたとき、初期値設定手段１３９から姿勢推定手段１３３に推定初期値を供給して初期化する。抵抗測定手段１４０は、電流センサ１２３の検出結果などに基づき、磁石ユニット１０７の励磁電流および励磁電圧から、磁石ユニット１０７の抵抗値を測定する。姿勢推定手段１３３は、推定初期化手段１３７によって初期化された後、接触検出手段１３０の検出結果、電流センサ１２３の検出結果、抵抗値測定手段１４０の測定結果などに基づき、防振テーブル３０６の浮上姿勢を推定する。励磁電圧演算手段１２５は、姿勢推定手段１３３の出力に基づいて、防振テーブル３０６を磁気浮上させるのに必要な磁石ユニット１０７への励磁電圧を演算する。
【０１３８】
このように、第３の実施形態では、地上側に補助支持手段３０２を設置し、この補助支持手段３０２に磁石ユニット１１９を取り付け、強磁性体によって構成されるガイド３０４が設けられた防振台テーブル３０６を非接触支持するようにした。このため、磁石ユニット１１９の重量分だけ、防振テーブル３０６の重量を軽減させて防振テーブル３０６の昇降速度を高速化させながら、防振テーブル３０６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、防振テーブル３０６を安定的に浮上でき、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【０１３９】
《他の実施形態》
また、上述した第１〜第３の実施形態では、吸引力制御手段１１５、制御装置４４などをアナログ制御的に説明しているがこのようなアナログ制御以外の制御、例えばデジタルの制御方式、アナログとデジタルとを併用した制御方式などを使用するようにしても良い。
【０１４０】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、各パワーアンプ６３、３１３などとして、電圧形のパワーアンプを使用するようにしているが、このような電圧形のパワーアンプ以外のもの、例えばＰＷＭ形のものを使用するようにしても良い。
【０１４１】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、各磁石ユニット１０７、１１９などとして、永久磁石１０７と、電磁石１０５とを組み合わせたものなどを使用するようにしているが、永久磁石１０７などを持たない、通常の電磁石１０５のみで、磁石ユニット１０７、１１９を構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明による磁気浮上装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明による磁気浮上装置の第２の実施形態を示す斜視図。
【図３】図２に示す磁気浮上装置の詳細な構成例を示す斜視図。
【図４】図２に示す各案内ユニットの詳細な構成例を示す斜視図。
【図５】図４に示す磁気ユニットの詳細な構成例を示す横断面図。
【図６】図２に示す各制御装置の詳細な回路構成例を示すブロック図。
【図７】図６に示す前後動モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図８】図６に示す左右動モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図９】図６に示すロールモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１０】図６に示すピッチモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１１】図６に示すヨーモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１２】図６に示す全吸引モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１３】図６に示すねじれモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１４】図６に示す歪モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１５】本発明による磁気浮上装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図１６】本発明による磁気浮上装置の動作原理を説明するために使用した防振台の一例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０：磁気浮上装置、１２：エレベータシャフト、１４：ガイドレール（固定部材）、１６：移動体（浮上体）、１８ａ〜１８ｄ：案内ユニット、２０：乗りかご、２２：フレーム部、２４：台座、２６：ｘ方向近接センサ、２８：ｙ方向近接センサ、３０：磁石ユニット（電磁石ユニット）、４４：制御装置、３２：中央鉄心、３４：永久磁石、３６：電磁石、３８：鉄心、４０：コイル、４２：鉄心、４３：固体潤滑部材、４５：電流値設定器、４６：電源、４８：定電圧発生装置、６１：センサ部、６２：演算ユニット、６３：パワーアンプ（ドライバ）、６４：抵抗測定器、６６：電流検出器、７２：電圧検出器、７３：ゲイン補償器、７４：減算器、７５：電流偏差目標値発生器、７６：減算器、７７：積分補償器、７８：減算器、８１：励磁電圧座標変換回路、８３：電流偏差座標変換回路、８４：制御電圧演算回路、８５：制御電圧座標逆変換回路、８６ａ：前後動モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、９６ｂ：左右動モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、９６ｃ：ロールモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８６ｄ：ピッチモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８６ｅ：ヨーモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８８ａ：全吸引モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８８ｂ：ねじれモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８８ｃ：歪モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８９：初期値設定手段、９０：抵抗値平均化手段、９１：ゲイン補償器、９２：電流偏差目標値発生器、９３：減算器、９４：積分補償器、９５：加算器、９６：減算器、９７：モード別姿勢推定手段、９８：推定初期化手段、９９：姿勢演算手段、１００：磁気浮上装置、１０３：永久磁石、１０５：電磁石、１０７：磁石ユニット、１０９：負荷荷重、１１１：浮上体、１１３：ガイド（固定部材）、１１５：吸引力制御手段、１１６：ドライバ、１１７：継鉄、１１９：コイル、１２３：電流センサ、１２５：励磁電圧演算手段、１２８：リード線、１３０：接触検出手段、１３１：補助支持手段、１３３：姿勢推定手段、１３５：姿勢演算手段、１３７：推定初期化手段、１３９：初期値設定手段、１４０：抵抗測定手段、１４２：励磁電圧補正手段、１４４：ゲイン補償器、１４６：積分器、１４８：加算器、３００：磁気浮上装置、３０２：補助支持手段、３０４：ガイド（強磁性部材）、３０６：防振台テーブル、３０８：リニアガイド、３１０：マイクロスイッチ、３１２：圧電ゴム、３１３：パワーアンプ（ドライバ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータシステムや鉄道、その他の搬送システムなどで使用される磁気浮上装置に係わり、特にギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上させて装置全体を小型化、簡略化するようにした磁気浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
常電導吸引式磁気浮上装置は、騒音や発塵がなく、ＨＳＳＴやトランスラピッド等の鉄道や半導体工場でのクリーンルーム内搬送システムなどで既に実用化が図られている。また、「特許文献１」では、エレベータの非接触案内、「特許文献２」では、ドアへの常電導吸引式磁気浮上装置の適用が試みられている。
【０００３】
しかしながら、このような常電導吸引式磁気浮上装置では、固定部材となる強磁性部材と対向して配置された電磁石に励磁電流を流したとき、電磁石と強磁性部材との間に生じる吸引力を利用して浮上体を浮上させているので、磁気浮上系の安定化が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決する方法として、強磁性部材に付随するようにセンサターゲットを配置し、浮上体側に配置されたギャップセンサを用いて、浮上ギャップ長、その速度、および加速度を検出するとともに、これらの検出結果と、電磁石の励磁電圧および励磁電流とを吸引力制御手段にフィードバックし吸引力を制御して磁気浮上系を安定化する方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような問題解決方法では、浮上ギャップ長を検出するギャップセンサを使用しなければならないばかりでなく、ギャップセンサに適したセンサターゲットが必要であり、また強磁性部材に付随してセンサターゲットを敷設しなければならず、その分だけ、装置全体のコストが高くなってしまう。また、ギャップセンサの取付けスペース、センサターゲット用のスペースなどを確保しなければならないので、装置を小型化することが難しいという問題があった。
【０００６】
特に、鉄道や搬送システムにおいては、強磁性ガイドで構成される軌道に分岐個所を設けなければならないことから、センサターゲットとガイドとが交差してギャップ長の検出を妨げないような仕組みが必要になり、その分だけシステムが複雑化してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、こうした問題を解決するため、種々の解決策、例えば、「非特許文献３」に記載のように、ギャップセンサを無くして、浮上ギャップ長を制御するセンサレス化手法を用いたものがある。この手法では、ヒステリシスコンパレータを用いて、電磁石の励磁電流値と励磁電流基準値とを比較し、励磁電流が励磁電流基準値より大きいとき、電磁石の励磁電圧を“負”にし、小さいとき“正”に切替えて、スイッチング周波数を浮上ギャップ長に比例させ、浮上系を安定化するというものである。また、他の手法として、「非特許文献１」に記載のように、オブザーバ（状態観測器）を用いて、電磁石の励磁電流を観測し、この観測結果に基づき、ギャップ長を推定する方法もある。さらに、「非特許文献２」に記載のように、交流磁気浮上により生じる電磁石の励磁電圧と励磁電流の位相差にギャップ情報を陰に含ませ、これを電磁石励磁電圧にフィードバックさせて安定化する方法などが提案されている。
【０００８】
しかし、こうした解決策、例えばオブザーバを使用する解決策以外の解決策、例えばギャップ情報を含む物理量で電磁石の励磁電圧を制御する解決策では、浮上制御系が非線型系になることから、浮上制御系が安定しているかどうかを判別するのが難しい。このため、浮上体に質量の変化や励磁による温度上昇に起因する電磁石コイルの電気抵抗変動などが発生したとき、浮上状態を維持するのが難しくなるという問題もあった。
【０００９】
また、オブザーバを使用する解決策では、浮上状態における磁気浮上系の線型モデルからオブザーバを導いているので、浮上体が浮上状態にないとき、浮上ギャップ長を推定することができない。このため、浮上体が他の構造物に一旦、接触すると、再び浮上状態に復帰することができないという問題があった。
【００１０】
そこで、オブザーバを用いて、電磁石励磁電流からギャップ長を推定するセンサレス化手法の上述した問題に対処するため、「特許文献３」などでは、浮上体が浮上状態にないとき、浮上体の接触を検出してオブザーバの積分器を初期化して、上体の接触状態から、接触時のギャップ長を幾何学的に推定させ、このギャップ長推定値に基づいて、オブザーバの積分器に初期値を与えることで、浮上状態への復帰を確実にする手法が提案されている。
【００１１】
しかるに、この手法を「特許文献４」にあるゼロパワー制御に適用する場合、浮上体が定常浮上状態にある時には、電磁石の励磁電流がゼロに収束しているため何らの問題も生じないが、浮上体に大きな変動外力が長時間加えられ、電磁石コイルに過渡的な制御電流が流れ続け、電磁石コイルの温度が上昇し、電磁石コイルの電気抵抗が大きくなったとき、電磁石励磁電流から浮上ギャップ長を推定するオブザーバの出力誤差が大きくなって、浮上状態の維持が次第に困難になり、ついには浮上体が固定部材となる強磁性部材に接触してしまう。
【００１２】
また、浮上体が強磁性部材に接触したとき、浮上状態への復帰制御が試みられるが、浮上状態に復帰しても、浮上時の浮上ギャップ長推定値の誤差が大きいことから、再び浮上体が強磁性部材に接触してしまい、接触状態と、浮上状態が交互に繰り返えされてしまう。
【００１３】
こうなると、電磁石に大きな制御電流が流れ続けるため、ますます電磁石コイルの電気抵抗値が上昇し、ついには浮上体が強磁性部材に接触したままで、励磁電流が流れ続け、浮上状態の信頼性が損なわれるばかりでなく、電磁石が発火してしまう恐れがあった。
【００１４】
そこで、このようなセンサレス磁気浮上における電磁石コイルの抵抗値変動問題を解決する方法として、「特許文献５」では、コイルの抵抗を測定しながら浮上させるとともに、測定動作で得られた抵抗値を用いて、オブザーバのパラメータを変更させ、ギャップ長を推定するときの誤差を小さくする方法が提案されている。
【００１５】
しかし、電磁石に過渡的な励磁電流が流れ続けると、電磁石コイルの抵抗値変動に加え、電磁石コイルに励磁電流を供給するドライバなどの温度が上昇して、オフセット電圧が上昇してしまうことから、浮上ギャップ長推定値誤差が大きくなり、浮上状態が不安定安になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特願平１１−１９２２２４号公報
【特許文献２】特願２００１−００３５９号公報
【特許文献３】特願２００２−００２６４６号公報
【特許文献４】特開昭６１−１０２１０５号公報
【特許文献５】特願２００３−３４４６７０号公報
【特許文献６】特願平１１−１９２２２４
【非特許文献１】水野、他：「変位センサレス磁気軸受の実用化に関する研究」、電気学会論文集Ｄ分冊、116、No.1、35(1996)
【非特許文献２】森山：「差動帰還形パワーアンプを用いたＡＣ磁気浮上」1997年電気学会全国大会予稿集、No.1215
【非特許文献３】水野、他：「ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気浮上」、計測自動制御学会論文集、32、No.7、1043(1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように、従来の磁気浮上装置にあっては、ギャップセンサ、センサターゲットを使用して得られた浮上ギャップ長を吸引力制御手段にフィードバックさせて、浮上体の安定な浮上状態を実現する方法では、ギャップセンサの設置スペース、センサターゲットの設置スペースなどを確保しなければならず、装置が大型化して複雑になり、コストアップを招くという問題があった。
【００１７】
しかも、こうした問題を避けるために、ギャップセンサを用いずに吸引力制御手段にギャップ長の情報をフィードバックしても、従来の技術では、浮上系の安定性が電磁石励磁手段のオフセット電圧に依存していることから、外力が変動したとき、浮上状態の信頼性が著しく損なわれてしまう。
【００１８】
このため、このような技術を用いた場合にも、ギャップセンサを使わざるを得ず、装置の複雑化や大型化、コスト高の問題を回避することができないという問題があった。
【００１９】
本発明は上記の事情に鑑み、浮上体に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上でき、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる磁気浮上装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために本発明は、固定部材と、この固定部材に対して磁力を介して非接触状態に保持される浮上体と、浮上体側または固定部材側に配置され、供給される励磁電流の大きさに応じた磁力を発生する電磁石ユニットと、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電磁石ユニットに供給される励磁電流の大きさを検出する電流センサと、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定して、前記浮上体と固定部材と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値を演算する吸引力制御手段と、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段の推定結果に所定のゲインを乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値に加算して得られた加算結果を補正済み励磁電圧値として前記吸引力制御手段に供給する励磁電圧補正手段と、前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段で得られた励磁電圧値に応じて、前記電磁石ユニットに励磁電流を供給するドライバとを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による磁気浮上装置によれば、浮上体に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
《発明の動作原理》
はじめに、本発明による磁気浮上装置の詳細な説明に先だち、本発明の基本的な原理について説明する。
【００２３】
図１６は、一質点系の磁気浮上装置を使用した防振台の一例を示す概略構成図である。
【００２４】
この図に示す磁気浮上装置１０１は、１つの永久磁石１０３および２つの電磁石１０５で構成される磁石ユニット１０７と、“コ”字形状の断面を持ち、下部内側上面に磁石ユニット１０７が固定される補助指示手段１３１とを備えている。また、リニアガイドなどの上下方向に力が作用しない案内手段（図示は省略する）で地上側から案内され、防振台のテーブルとして機能する補助支持手段１３１と、構造部材（図示は省略する）などを介して地上に対して固定された強磁性部材で構成され、対向している磁石ユニット１０７の作用する磁気的吸引力によって浮上体（磁石ユニット１０７、補助支持手段１３１、質量“ｍ”の負荷荷重１０９によって構成される部分）１１１を非接触で支持するガイド１１３とを備えている。さらに、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して浮上体１１１を安定に非接触支持する吸引力制御手段１１５と、吸引力制御手段１１５の出力に基づいて、電磁石１０５に励磁電圧、励磁電流を供給し、励磁するドライバ１１６と、ドライバ１１６から出力される励磁電流の電流値を検出して、吸引力制御手段１１５に供給する電流センサ１２３とを備えている。
【００２５】
各電磁石１０５は、継鉄１１７にコイル１１９を巻装して構成され、永久磁石１０３の両磁極端部にそれぞれの継鉄１１７が配置されている。各コイル１１９は各々、ドライバ１１６から励磁電圧、励磁電流が供給されているとき、ガイド１１３→一方の継鉄１１７→永久磁石１０３→他方の継鉄１１７→ガイド１１３なる経路で形成される磁路の磁束を強める（または、弱める）ように、直列に接続されている。
【００２６】
また、吸引力制御手段１１５は、ギャップセンサ１２１で得られる浮上ギャップ長および電流センサ１２３で得られる励磁電流値から各電磁石１０５を励磁する電圧を演算する励磁電圧演算手段１２５を備えている。
【００２７】
また、ドライバ１１６の出力電流は、配電手段としてのリード線１２８を介して各コイル１１９に供給されている。
【００２８】
上述した構成において、磁気浮上装置１０１の磁気浮上系は、磁石ユニット１０７の吸引力が浮上体１１１の重量と等しくなるときの浮上ギャップ長“ｚ０”の付近で、線型近似できる。すなわち、次式に示すように、磁石ユニット１０７のインピーダンスを定義したとき、
【数１】
【００２９】
但し、Lｚｏ：浮上ギャップ長“ｚ０”付近における、磁石ユニット１０７のインピ ーダンス
L∞：浮上ギャップ長が無限大のときの磁石ユニット１０７のインピーダンス
N：各コイル１１９の巻き数
φ：磁石ユニット１０７の主磁束
iＺ：各電磁石１０５の励磁電流
∂/∂h(h=iＺ)：定常浮上状態(z=zｏ、iｚ=iｚ０)における被偏微分関数のそれぞれの偏 微分値
以下に示す微分方程式で記述することができる。
【数２】
【００３０】
但し、Fｚ：磁石ユニット１０７の吸引力
m：浮上体１１１の質量
R：各コイル１１９とリード線１２８を直列に接続したときの電気抵抗
z：浮上ギャップ長
uｓ：外力
iｚ：電磁石１０５の励磁電流
φ：磁石ユニット１０７の主磁束
eＺ：電磁石１０５の励磁電圧
Δ：定常浮上状態(z=z０、iｚ=iｚ０)からの偏差
“'”：d/dtで表される常微分記号
∂/∂h(h=iＺ)：定常浮上状態(z=zｏ、iｚ=iｚ０)における被偏微分関数のそれぞれの偏 微分値
そして、（２）式、（３）式で表される磁気浮上系では、次式に示すように、置き換えを行い、
【数３】
【００３１】
次式に示すように、状態ベクトル“ｘ”、システム行列“Ａ”、制御行列“ｂ”、外乱行列“ｄ”を定義すると、
【数４】
【００３２】
但し、Δz：状態ベクトル“ｘ”の要素
Δz'：“Δz”を微分して得られる、状態ベクトル“ｘ”の要素
ΔiＺ：状態ベクトル“ｘ”の要素
a２１：システム行列“Ａ”の要素
a２３：システム行列“Ａ”の要素
a３３：システム行列“Ａ”の要素
a３２：システム行列“Ａ”の要素
b３１：制御行列“ｂ”の要素
d２１：外乱行列“ｄ”の要素
次式に示す状態方程式で、磁気浮上系を表すことができる。
【数５】
【００３３】
但し、C：出力行列
そして、このような磁気浮上系では、状態ベクトル“ｘ”の各要素が浮上系の状態量になる。また、電磁石１０５の励磁電圧“ｅｚ”の計算に用いる状態量の検出方法により、出力行列“Ｃ”が決定され、図１６に示す磁気浮上装置１０１のようにギャップセンサ１２１と、電流センサ１２３を使用し、ギャップセンサ１２１からの信号を微分して速度を得る場合には、出力行列“Ｃ”が単位行列となる。
【００３４】
ここで、“Ｆ”を“ｘ”の比例ゲイン補償器で与え、“Ｋｉ”を積分ゲインとして、次式に示すように、励磁電圧“ｅｚ”を決めれば、磁気浮上装置１０１は「特許文献４」に見られるゼロパワー制御で浮上させる。
【数６】
【００３５】
但し、∫：“Kｉ・ΔiＺ”を時間“dt”で積分する積分記号
なお、図１６に示す磁気浮上装置１０１では、励磁電圧演算手段１２５において、（９）式が計算されることは言うまでもない。
【００３６】
次に、図１６に示す磁気浮上装置１０１において、ギャップセンサ１２１を使用せずに、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δz”およびその速度“ｄ(Δz)/ｄt”を推定するための推定手段として、例えば同一次元状態観測器（以下オブザーバという）を適用する場合を考える。このとき、線型制御理論によれば、次式に示すように、状態推定ベクトル“ｘ＾”、各行列“Ａ＾”、“Ｂ＾”、“Ｅ＾”などを定義すると、
【数７】
【００３７】
但し、α１：オブザーバの極を決定するパラメータ
α２：オブザーバの極を決定するパラメータ
α３：オブザーバの極を決定するパラメータ
次式でオブザーバを表すことができる。
【数８】
【００３８】
この場合、（７）式、（１３）式で示される各状態方程式の演算開始時の初期値を各々、値“ｘ０＾”、“ｘ０”とすれば、次式によって、オブーザーバの演算誤差が与えられる。
【数９】
【００３９】
但し、x＾(t)：演算開始してから“ｔ”時間後における状態推定ベクトル“ｘ＾”の 値
x(t)：演算開始してから“ｔ”時間後における状態推定ベクトル“ｘ”の値
z０：浮上ギャップ長
e：自然対数の底
A＾：システム行列
このとき、励磁電圧演算手段１２５において、例えば、次式に示す演算が行われて、磁気浮上系の安定化が達成される。
【数１０】
【００４０】
一般に、常電導吸引式磁気浮上系は不安定なため、オブザーバの推定値に誤差があると、安定化が非常に困難となるが、（１４）式、（１５）式から明らかなように、予めオブザーバが動作を開始するときの初期値“ｘ０”、すなわち、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”、その速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”および励磁電流“Δｉ”の値が既知であれば、オブザーバの初期値“ｘ０＾”をできるだけ、初期値“ｘ０”に等しく設定することで、推定当初から誤差が少ない状態で励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”、その速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定することができる。
【００４１】
ここで、推定当初の誤差が大きいと、（１５）式で示される励磁電圧“ｅＺ”が異常な値になり、浮上状態を安定化させることができなくなる。
【００４２】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照して、このような推定当初の誤差を小さくさせ、浮上状態を安定化させるようにした本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４３】
図１は本発明による磁気浮上装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。なお、この図において、図１６に対応する部分には、同じ符号が付してある。
【００４４】
この図に示す磁気浮上装置１００では、図１６に示すギャップセンサ１２１が省略され、代わりに浮上体１１１およびその近傍に圧電ゴム１２９が配置され、これら各圧電ゴム１２９から出力される検出結果に基づき、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、これを検出する接触検出手段１３０と、浮上体１１１がガイド１１３に接触しているとき、浮上体１１１の姿勢を維持する補助支持手段１３１とが設けられている。
【００４５】
さらに、吸引力制御手段１１５には、補助支持手段１３１で維持された姿勢から浮上状態へ移行するときに必要なオブザーバの初期値“ｘ０”を演算する姿勢演算手段１３５と、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、姿勢演算手段１３５で計算された初期値“ｘ０”を取り込んで記憶する初期値設定手段１３９と、オブザーバなどを用いて、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定する姿勢推定手段１３３と、浮上体１１１がガイド１１３に接触したとき、初期値設定手段１３９に記憶されている初期値を姿勢推定手段１３３に供給させて、初期化する推定初期化手段１３７とが設けられている。
【００４６】
そして、浮上体１１１がガイド１１３に接触し、補助支持手段１３１で浮上体１１１の姿勢が維持されているとき、接触検出手段１３０によってこれを検出し、姿勢演算手段１３５にオブザーバの初期値“ｘ０”を演算するとともに、初期値設定手段１３９に初期値“ｘ０”を保持する。そして、推定初期化手段１３７によって、初期値設定手段１３９に保持されている初期値“ｘ０”を姿勢推定手段１３３に取り込ませ、オブザーバを初期化する。
【００４７】
これにより、停止状態にある浮上体１１１を浮上させるとき、姿勢推定手段１３３によって、初期値“ｘ０”を基準として、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を推定し、これらを励磁電圧演算手段１２５に入力させて、励磁電圧“ｅＺ”を出力するとともに、ドライバ１１６から励磁電圧“ｅＺ”に対応した励磁電流“ｉｚ”を出力して電磁石１０５を励磁し、浮上体１１１を浮上させる。
【００４８】
このように、浮上体１１１が停止している状態から浮上させるとき、または外力やその他の理由により浮上状態から接触状態になったとき、オブザーバに所定の初期値“ｘ０”を与えて、これを初期化することにより、励磁電流“Δｉｚ”から浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”を演算する際、推定当初から誤差を抑えつつ推定することができ、浮上体１１１を確実に浮上状態へ移行することができるとともに、浮上状態を維持することができる。
【００４９】
また、浮上状態にある浮上体１１１に過渡的な外力が持続的に加えられると、外力に対して浮上状態を保つための吸引力制御がなされるため、各コイル１１９と、リード線１２８とに、励磁電流“Δｉｚ”が持続的に流れることになる。
【００５０】
こうなると、各コイル１１９およびリード線１２８の温度が上昇して、電気抵抗値“Ｒ”が増加し、（６）式で示されるパラメータ“ａ３３”が増大する。このとき、姿勢推定手段１３３のオブザーバで使用しているパラメータ“ａ３３”、すなわち（１０）式で示される“ａ３３”を設定時のままに保持すると、実際の磁気浮上系と、オブザーバとの間に差異が生じ、励磁電流“Δｉｚ”、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”の実際値と、推定値とが乖離してしまう。
【００５１】
そして、本来、不安定な常電導吸引式磁気浮上系では、実際値と推定値とが乖離すると、フィードバック制御を行っても浮上体１１１を安定して浮上させることができなくなってしまう。
【００５２】
このような問題を解決するために、この磁気浮上装置１００では、「特許文献５」で開示されているように、抵抗測定手段１４０によって、予め決められた測定方法、例えば次式に示す励磁電圧“ｅｚ”の電圧方程式を基本にして、直列に接続されている各コイル１１９およびリード線１２８の電気抵抗値“Ｒ”を測定している。
【数１１】
【００５３】
この際、本発明による磁気浮上装置１００では、ゼロパワー制御で浮上体１１１を浮上させるようにしている。このため、過渡的かつ持続的な外力に起因する励磁電流“Δｉｚ”がゼロ点をクロスする。そして、励磁電流“Δｉｚ”がゼロになると、（１６）式の除算が不可能になることから、（１６）式を次のように変更して使用する。
【数１２】
【００５４】
但し、ε：ノイズの大きさや必要な測定精度に基づいて、“ε<<１”を満たすように設定される極めて小さな補正値
そして、抵抗値測定手段１４０によって、（１７）式で電気抵抗値“Ｒ”を求めた後、例えば低域通過フィルタや平均値演算等の適当なノイズ除去処理を施して、ノイズ除去済みの電気抵抗値“Ｒ”を初期値設定手段１３９、姿勢推定手段１３３などに供給し、姿勢推定手段１３３のオブザーバで使用しているパラメータ“ａ３３”、すなわち（１０）式で示されるパラメータ“ａ３３”を変更する。
【００５５】
これにより、各コイル１１９およびリード線１２８の温度が上昇したときにも、（１０）式で示されるパラメータ“ａ３３”の値と、（６）式で示されるパラメータ“ａ３３”の値とを一致させて、実際の磁気浮上系と、オブザーバとの間に構造上の差異を無くし、励磁電流“Δｉｚ”、浮上ギャップ長偏差“Δｚ”およびその速度“ｄ（Δｚ）／ｄｔ”の実際値と、推定値とが乖離しないようにする。
【００５６】
さらに、本発明による磁気浮上装置１００では、過渡的な外力の印加等により励磁電流“ｉｚ”が増加して、温度が上昇し、ドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、励磁電圧補正手段１４２を設けて、浮上ギャップ長推定値や速度推定値に誤差が発生しないようにしている。
【００５７】
励磁電圧補正手段１４２は、姿勢推定手段１３３の速度推定値に所定のゲイン“λＯＳ”を乗じるゲイン補償器１４４と、伝達関数特性“１／ｓ”で、ゲイン補償器１４４の出力を積分する積分器１４６と、積分器１４６の出力とドライバ１１６の励磁電圧値“ｅｚ”を加算する加算器１４８とを備えている。そして、加算器１４８の出力を補正済みの励磁電圧値“ｅｚ”として、姿勢推定手段１３３に供給する。
【００５８】
以下に、数式を用いて、励磁電圧補正手段１４２の補正原理を具体的に説明する。
【００５９】
まず、励磁電圧補正手段１４２が無い場合には、温度変動により生じるオフセット電圧“ｅｏｆｆ”は、（２）式、（３）式で示される支配方程式の右辺に、以下のように加算される。
【数１３】
【００６０】
この場合、（２）式、（３）式に対応する（６）式中の外乱行列“ｄ”は、次式に示すようになる。
【数１４】
【００６１】
ここで、（９）式に示すゼロパワー制御が行われる場合を想定し、次式に示すように、外力“ｕ”を定義すると、
【数１５】
【００６２】
次式によって、コントローラを含む拡大系を表すことができる。
【数１６】
【００６３】
但し、A:システム行列
B:制御行列
F:比例ゲイン
b:制御行列
d:外乱行列
ν: Δｉｚの積分要素（ゼロパワー制御の場合、ｉｚ０＝０のため、ｉｚ＝Δｉｚ）
O１×２:１行２列のゼロ部分行列
O１×３:１行３列のゼロ部分行列
O３×２:３行２列のゼロ部分行列
これら（２０）式〜（２２）式から明らかなように、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”から浮上ギャップ長推定値および速度推定値への伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“Ｇ(０)”、“Ｈ(０)”を求めると、次式が得られる。
【数１７】
【００６４】
そして、過渡的な外力の印加等により励磁電流“ｉｚ”が増加して、温度が上昇し、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”が増加したとき、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に対し、（２３）式、（２４）式で示される伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“Ｇ(０)”、“Ｈ(０)”を乗じた分だけ、ドライバ１１６に、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に定常誤差が生じる。
【００６５】
これにより、励磁電圧補正手段１４２が無い場合には、浮上体１１１を浮上させるとき、オブザーバの積分器に正しい初期値を設定していても、オブザーバの積分器が実際とは異なる値に収束して、接触状態から浮上状態への移行が非常に困難になる。
【００６６】
ところが、本発明によれば、励磁電圧補正手段１４２において、オブザーバの速度推定値に対し、所定のゲイン“λＯＳ”を乗ずるとともに、積分器１４６の積分結果と、ドライバ１１６から出力されている励磁電圧“ｅｚ”とを加算し、加算結果を励磁電圧として、オブザーバに帰還するようにしている。
【００６７】
この場合、速度推定値を積分する積分器１４６の出力を“ｅｃｏｍ”とし、次式に示すように、状態推定ベクトル“（ｘｘ）＾”、各行列“（ＡＡ）＾”、“（ＢＢ）＾”、“（ＥＥ）＾”を定義すると、
【数１８】
【００６８】
（１０）式〜（１２）式に代えて、次式でオブザーバを表すことができる。
【数１９】
【００６９】
但し、“'”：d/dtで表される常微分記号
そして、オブザーバを（２６）式で表せるとき、次式に示すように、ゼロパワー制御でｅｚを定義すれば、
【数２０】
【００７０】
但し、FF：比例ゲイン
次式で、拡大系を表すことができる。
【数２１】
【００７１】
但し、O４×２:４行２列のゼロ部分行列
O１×２:１行２列のゼロ部分行列
そして、（２１）式および（２９）式より、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”から浮上ギャップ長推定値および速度推定値への伝達関数“Ｇ(jω)”、“Ｈ(jω)”の直流成分“（ＧＧ(０)）＾”、“（ＨＨ(０)）＾”を求めると、
【数２２】
【００７２】
となり、ドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、浮上ギャップ長推定値および速度推定値に定常偏差が生じないようにし、オブザーバに正しい初期値を設定したとき、浮上ギャップ長推定値および速度推定値を実際と等しい値に収束させて、接触状態から浮上状態への移行を非常に容易にすることができる。
【００７３】
したがって、浮上体１１１に対し、長時間、持続的に外力が加えられ、発熱によりドライバ１１６にオフセット電圧“ｅｏｆｆ”が発生しても、接触状態から浮上状態への確実かつ安定した移行が可能となる。
【００７４】
このように浮上状態の安定性が維持できれば、信頼性の向上が図れ、ギャップセンサ１２１の省略による磁気浮上装置１００の簡素化や小型化、コストの低減化が実現できる。
【００７５】
このように、第１の実施形態では、ドライバ１１６から浮上体１１１側に配置された磁石ユニット１０７に励磁電流“ｉＺ”が供給されているとき、電流センサ１２３によって検出された励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定して、浮上体１１１とガイド１１３と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値“ｅＺ”を演算する。そして、励磁電圧補正手段１４２によって、吸引力制御手段１１５の推定結果に所定のゲイン“λｏｓ”を乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値“ｅＺ”に加算して得られた加算結果を補正済みの励磁電圧値“ｅＺ”として、姿勢推定手段１３３に供給するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動して、ドライバ１１６の温度が上昇し、オフセット電圧“ｅｏｆｆ”が大きくなった場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させることができる。また、装置全体を小型化、簡略化させることができ、大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７６】
また、第１の実施形態では、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を用いて磁束を発生する２つの電磁石１０５と、各電磁石１０５の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石１０３とによって、ガイド１１３を吸引する磁力を発生させ、浮上体１１１を浮上させるようにしている。このため、電磁石１０５に流す励磁電流“ｉＺ”の電流値を小さくでき、運転コストを低減できる。
【００７７】
また、第１の実施形態では、電流センサ１２３で検出された励磁電流“ｉＺ”の大きさに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ゼロパワー制御方式で、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定させ、磁石ユニット１０７の励磁電流“ｉＺ”をゼロへ収束するのに必要な励磁電圧値“ｅＺ”を演算させて、浮上体１１１とガイド１１３と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、ゼロパワー制御方式で、各電磁石１０５の励磁電流“ｉＺ”をゼロへ収束させながら、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７８】
また、第１の実施形態では、吸引力制御手段１１５に設けられた抵抗測定手段１４０によって、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を磁石ユニット１０７に導くリード線１２８の抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を測定して、吸引力制御手段１３３の姿勢推定手段１３３の演算内容を補正するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、磁石ユニット１０７などの温度が上昇して、配線抵抗値、コイル抵抗値などが変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００７９】
また、第１の実施形態では、吸引力制御手段１１５に設けられた抵抗測定手段１４０によって、ドライバ１１６から出力される励磁電流“ｉＺ”を磁石ユニット１０７に導くリード線１２８の抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を測定するとき、ドライバ１１６から磁石ユニット１０７に供給される励磁電流“ｉＺ”、励磁電圧“ｅＺ”に基づいて、磁石ユニット１０７までの配線抵抗値、磁石ユニット１０７のコイル抵抗値を演算するようにしている。このため、磁石ユニット１０７の抵抗値を測定する測定回路を簡素化させながら、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、磁石ユニット１０７などの温度が上昇して、配線抵抗値、コイル抵抗値などが変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８０】
また、第１の実施形態では、電流センサ１２３の検出結果、補正済み励磁電圧値などに基づき、吸引力制御手段１１５の姿勢推定手段１３３によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢および姿勢変化速度を推定するとともに、姿勢推定手段の出力に基づき、励磁電圧演算部によって、磁石ユニット１０７に対する励磁電圧値“ｅＺ”を演算するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、磁石ユニット１０７に対する励磁電圧値“ｅＺ”を最適化させて、浮上体１１１を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８１】
さらに、第１の実施形態では、浮上体１１１が浮上状態にないとき、浮上体１１１とガイド１１３との位置関係を所定の状態に維持する補助支持手段１３１を設け、浮上体１１１とガイド１１３とが接触し、吸引力制御手段１１５内に設けられた接触検出手段１３０によって、これが検出されたとき、吸引力制御手段１１５内に設けられた姿勢演算手段１３５によって、ガイド１１３に対する浮上体１１１の姿勢を演算するとともに、姿勢演算手段１３５の出力値を吸引力制御手段１１５内に設けられた初期値設定手段１３９に取り込ませて、初期値として設定させながら、推定初期化手段１３７によって、初期値設定手段１３９に設定されている初期値を姿勢推定手段１３３に転送させて、姿勢推定手段１３３を初期化するようにしている。このため、浮上体１１１に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、浮上体１１１とガイド１１３とを接触させたときの姿勢状態を初期状態にさせて、浮上体１１１を安定的に浮上させ、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【００８２】
《第２の実施形態》
図２は本発明による磁気浮上装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【００８３】
この図に示す磁気浮上装置１０は、強磁性部材などによって構成され、エレベータシャフト１２の内面に所定の取付方法で敷設される２本のガイドレール１４と、図３に示すように、所定の強度を持つ枠型部材によって構成され、移動体１６を構成する乗りかご２０の上下、各側面を囲むように配置されるフレーム部２２と、フレーム部２２の四隅に、各ガイドレール１４と対向するように取り付けられ、移動体１６を非接触状態に保持する４つの案内ユニット１８ａ〜１８ｄと、乗りかご２０の上部、下部などに配置され、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各センサなどの検知結果に基づき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０を制御して、各ガイドレール１４から浮上させる４つの制御装置４４とを備えている。そして、巻き上げ機（図示は省略する）によって、ロープ１５が走行駆動され、移動体１６が上方向、または下方向に移動するとき、乗りかご２０の上部、下部などに配置された各制御装置４４によって、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを駆動して各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを各ガイドレール１４から浮上させ、移動体１６の移動をスムーズにする。
【００８４】
案内ユニット１８ａ〜１８ｄは各々、図４の斜視図に示すように非磁性材料、例えばアルミやステンレス、もしくはプラスチックなどの材料によって構成され、フレーム部２２の四隅に各々、取り付けられる台座２４と、台座２４に取り付けられ、台座２４からガイドレール１４までの距離（ｘ方向の距離）を計測する２つのｘ方向近接センサ２６と、台座２４に取り付けられ、台座２４からガイドレール１４までの距離（ｙ方向の距離）を計測する２つのｙ方向近接センサ２８と、台座２４に取り付けられ、ガイドレール１４に対し、案内ユニット１８ａ〜１８ｄを非接触状態に保つ磁石ユニット３０とを備えている。
【００８５】
磁石ユニット３０は図５の横断面図に示すように、“凸”型に形成され、背面側が台座２４に固定される中央鉄心３２と、同極同士が中央鉄心３２を介して向かい合うように、中央鉄心３２の側部に取り付けられる２つの永久磁石３４と、Ｌ字形状に形成され、各永久磁石３４の側部に取り付けられる２つの鉄心３８、これら鉄心３８に挿通される２つのコイル４０によって構成される２つの電磁石３６と、平板状に形成され、各鉄心３８の先端部に取り付けられる２つの鉄心４２と、テフロン（登録商標）や黒鉛あるいは二硫化モリブデン等を含有する材料などによって構成され、中央鉄心３２および各鉄心４２の先端部に各々、配置され、各電磁石３６が励磁されていないとき、各永久磁石３４の吸引力によって、鉄心４２、中央鉄心３２がガイドレール１４に接触しても、鉄心４２、中央鉄心３２がガイドレール１４に固着しないようにさせ、移動体１６の昇降に支障が出ないようにする３つの固体潤滑部材４３とを備えている。
【００８６】
そして、各制御装置４４から励磁電流が出力されているとき、案内ユニット１８ａ〜１８ｄ毎に、各電磁石３６を個別に励磁して、対向するガイドレール１４に作用する吸引力をｙ方向と、ｘ方向とに個別に制御し、対向するガイドレール１４から各鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持する。なお、この際に使用する制御方式として、従来から知られている一般的な制御方式、例えば「特許文献１」などで開示された制御方式を使用する。
【００８７】
各制御装置４４は、各制御装置４４が相互に接続され、全体として、図６のブロック図に示すように、商用電源などから供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する電源４６と、電源４６から出力される直流電圧を用いて指定された電圧値の直流電圧を生成する定電圧発生装置４８と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを構成する各コイル４０の温度、励磁電流、励磁電圧などを各々、検出する８つのセンサ部６１と、各センサ部６１の検出信号に基づいて、各コイル４０に印加する電圧（励磁電圧）を演算して、移動体１６を非接触案内する演算ユニット６２と、演算ユニット６２の出力に基づいて各コイル４０に電力を供給する８つのパワーアンプ６３とを備えている。
【００８８】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、各センサ部６１の検出結果に基づき、各制御装置４４が協調動作して、移動体１６の重心を通る、ｙ座標に沿った前後動を表す“ｙ”モード（前後動モード）、ｘ座標に沿った左右動を表す“ｘ”モード（左右動モード）、移動体１６の重心回りのローリングを表す“θ”モード（ロールモード）、移動体１６の重心回りのピッチングを表す“ξ”モード（ピッチモード）、移動体１６の重心回りのヨーイングを表す“ψ”モード（ヨーモード）のみならず、フレーム部２２を左右対称に歪ませる歪力に関する３つのモード、すなわち各案内ユニット１８ａ〜１８ｄが各ガイドレール１４に及ぼす“ζ”モード（全吸引モード）、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄがフレーム部２２に及ぼすｘ（またはｚ）軸周りの“δ”モード（ねじれモード）、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄがフレーム部２２に及ぼすγモード（歪モード）別に、各コイル４０に印加する電圧（励磁電圧）を演算して、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０の吸引力をｘ軸、ｙ軸毎に、独立して制御し、各ガイドレール１４から鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持する。この際、ゼロパワー制御を使用して、各磁石ユニット３０のコイル電流をゼロに収束させることで、積荷の重量に関わらず、各永久磁石３４の吸引力だけで移動体１６を安定に支持する。このとき、任意のモードに対してゼロパワー制御を施しても何ら差し支えない。
【００８９】
電源４６は、電源線を介して、エレベータシャフト１２外から供給される交流を取り込み、乗りかご２０の照明装置、ドア開閉装置などに供給しながら、整流して、直流電圧にする電源装置などを備えている。そして、電源線を介して、エレベータシャフト１２外から供給される交流を取り込み、乗りかご２０の照明装置、ドア開閉装置などに供給しながら、整流して、直流電圧を生成し、パワーアンプ６３、定電圧発生装置４８などに供給する。
【００９０】
各パワーアンプ６３は、演算ユニット６２の出力に基づいて、電源４６から出力される直流電圧をスイッチングする、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子などを備えている。そして、スイッチング動作で得られた励磁電圧を案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各コイル４０に供給して各コイル４０を励磁し、対向するガイドレール１４から各案内ユニット１８ａ〜１８ｄを浮いた状態にする。
【００９１】
また、定電圧発生装置４８は電源４６から出力される直流電圧を指定された電圧値の直流電圧に変換する電圧変換部などを備えている。そして、電源４６からパワーアンプ６３に大電流が供給されて、電源４６の電圧が変動しても、常に一定電圧値の直流電圧を生成して、演算ユニット６２、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各ｘ方向近接センサ２６、各ｙ方向近接センサ２８に供給する。
【００９２】
各センサ部６１は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０の電流値を各々、検出する電流検出器６６と、各コイル４０の励磁電圧値を各々、検出する電圧検出器７２と、各コイル４０の温度、励磁電流値、励磁電圧値などを各々、測定して、各コイル４０の抵抗値を出力する抵抗測定器６４とを備えている。そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０の温度、励磁電流、励磁電圧、コイル抵抗値などを検出して、検出結果を演算ユニット６２に供給する。
【００９３】
演算ユニット６２は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各コイル４０に対する電流設定値“ｉａ０”、“ｉａ０’”〜“ｉｄ０”、“ｉｄ０’”が設定される８つの電流値設定器４５と、各電流検出器６６の励磁電流検出信号“ｉａ”、“ｉａ’”〜“ｉｄ”、“ｉｄ’”から、電流値設定器４５に設定されている各電流設定値“ｉａ０”、“ｉａ０’”〜“ｉｄ０”、“ｉｄ０’”をそれぞれ減算して、電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”を出力する８つの減算器７４と、減算器７４の出力、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた電圧検出器７２の出力、抵抗値測定器６４の出力などに基づき、ゼロパワー制御に必要な励磁電圧を生成して、各パワーアンプ６３に供給する浮上制御演算部６５とを備えている。そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１を構成する電圧検出器７２の出力、抵抗値測定器６４の出力、電流検出器６６の出力などに基づき、ゼロパワー制御に必要な励磁電圧を生成して、各パワーアンプ６３に供給し、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０のコイル電流をゼロに収束させ、積荷の重量に関わらず、各永久磁石３４の吸引力だけで、移動体１６を安定に支持する。
【００９４】
浮上制御演算部６５は、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”などに基づき、移動体１６の重心を中心にしたｙ方向の運動に関わる励磁電圧“Δｅｙ”、ｘ方向の運動に関わる励磁電圧“Δｅｘ”、移動体１６の重心を中心にした、ローリングに関わる励磁電圧“Δｅθ”、ピッチングに関わる励磁電圧“Δｅξ”、ヨーイングに関わる励磁電圧“Δｅψ”を演算する励磁電圧座標変換回路８１と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた各抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、各減算器７４から出力される電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”などに基づき、移動体１６の重心を中心にした、ｙ方向の運動に関わる電流偏差“Δｉｙ”、ｘ方向の運動に関わる電流偏差信号“Δｉｘ”、移動体１６の重心を中心にした、ローリングに関わる電流偏差“Δｉθ”、ピッチングに関わる電流偏差“Δｉξ”、ヨーイングに関わる電流偏差“Δｉψ”、移動体１６、フレーム部２２などの“ζ”、“δ”、“γ”に関する各電流偏差“Δｉζ”、“Δｉδ”、“Δｉγ”を演算する電流偏差座標変換回路８３とを備えている。
【００９５】
さらに、浮上制御演算部６５は、“ｙ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ、“ｘ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｘ”を生成する左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、“θ”モードの電磁石励磁電圧“ｅθ”を生成するロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、“ξ”モードの電磁石励磁電圧“ｅξ”を生成するピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、“ψ”モードの電磁石励磁電圧“ｅψ”を生成するヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ””を生成する全吸引モード制御電圧演算回路８８ａ、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成するねじれモード制御電圧演算回路８８ｂ、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する歪モード制御電圧演算回路８８ｃを有し、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた抵抗値測定器６４の出力、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｙ”、“Δｅｘ”、“Δｅθ”、“Δｅξ”、“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｙ”、“Δｉｘ”、“Δｉθ”、“Δｉξ”、“Δｉψ”、“Δｉζ”、“Δｉδ”、“Δｉγ”などに基づき、“ｙ”、“ｘ”、“θ”、“ξ”、“ψ”、“ζ”、“δ”、“γ”の各モードにおいて、移動体１６を安定に磁気浮上させるモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”を演算する制御電圧演算回路８４と、制御電圧演算回路８４から出力されるモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”に基づき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０に対する励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を演算する制御電圧座標逆変換回路８５とを備えている。
【００９６】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の出力、各ｙ方向近接センサ２８の出力、各センサ部６１に設けられた各抵抗値測定器６４の出力、電圧検出器７２から出力される励磁電圧信号“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、各減算器７４から出力される電流偏差信号“Δｉａ”、“Δｉａ’”〜“Δｉｄ”、“Δｉｄ’”などに基づき、“ｙ”、“ｘ”、“θ”、“ξ”、“ψ”、“ζ”、“δ”、“γ”の各モードにおいて、ゼロパワー制御で各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各磁石ユニット３０を各々、励磁して、移動体１６を安定に磁気浮上させるのに必要な励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を生成し、各パワーアンプ６３に供給する。
【００９７】
前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、図１に示す吸引制御手段１１５と同様な機能を持つ回路であり、図７のブロック図に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δｙ’ｅｓｔ”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅｙ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅｙ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉｙ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δｙｅｓｔ”、“Δｙｅｓｔ’”、“Δｉｙ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δｙｅｓｔ”、“Δｙｅｓｔ’”、“Δｉｙ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉｙ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ｙ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｙ”を生成する減算器９６とを備えている。
【００９８】
さらに、前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【００９９】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｙ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｙ”に基づき、“ｙ”モードの電磁石制御電圧“ｅｙ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１００】
また、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａと同様に、図８に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅｘ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅｘ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉｘ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ”、“Δｘｅｓｔ’”、“Δｉｘ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δｘｅｓｔ”、“Δｘｅｓｔ’”、“Δｉｘ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉｘ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ｘ”モードの電磁石励磁電圧“ｅｘ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０１】
さらに、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０２】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅｘ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉｘ”に基づき、“ｘ”モードの電磁石制御電圧“ｅｘ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０３】
また、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂと同様に、図９に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅθ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅθ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉθ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ”、“Δθｅｓｔ’”、“Δｉθ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δθｅｓｔ”、“Δθｅｓｔ’”、“Δｉθ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉθ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“θ”モードの電磁石励磁電圧“ｅθ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０４】
さらに、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０５】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅθ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉθ”に基づき、“θ”モードの電磁石制御電圧“ｅθ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０６】
また、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ロールモード制御電圧演算回路８６ｃと同様に、図１０に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅξ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅξ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉξ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ”、“Δξｅｓｔ’”、“Δｉξ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δξｅｓｔ”、“Δξｅｓｔ’”、“Δｉξ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉξ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ξ”モードの電磁石励磁電圧“ｅξ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１０７】
さらに、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１０８】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅξ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉξ”に基づき、“ξ”モードの電磁石制御電圧“ｅξ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１０９】
また、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄと同様に、図１１に示すように、各抵抗測定手段６４で測定された各コイル４０の抵抗値の平均値を演算する抵抗値平均化手段９０と、帰還されるモード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ’”を用いて、励磁電圧座標変換回路８１から出力されるモード別励磁電圧“Δｅψ”のオフセット電圧成分を補正する励磁電圧補正手段１４２と、姿勢推定手段１３３と同様に、励磁電圧補正手段１４２から出力されるオフセット電圧成分補正済みの新たな励磁電圧“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力されるモード別電流偏差“Δｉψ”に基づき、モード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ”、“Δψｅｓｔ’”、“Δｉψ・ｅｓｔ”を生成するモード別姿勢推定手段９７と、抵抗値平均化手段９０の出力に基づき、モード別姿勢推定手段９７から出力されるモード別姿勢推定値“Δψｅｓｔ”、“Δψｅｓｔ’”、“Δｉψ・ｅｓｔ”に対し各々、適切なフィードバックゲインを乗じる３つのゲイン補償器９１と、各ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算器９５と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器９２と、電流偏差目標値発生器９２の電流偏差目標値からモード別姿勢推定手段９７のモード別姿勢推定値“Δｉψ・ｅｓｔ”を減じる減算器９３と、減算器９３の出力値を積分しながら、抵抗値平均化手段９０の出力に応じた、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器９４と、積分補償器９４の出力値から、加算器９５の出力値を減じて、“ψ”モードの電磁石励磁電圧“ｅψ”を生成する減算器９６とを備えている。
【０１１０】
さらに、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触したときの姿勢を演算して、各磁石ユニット３０のモード別位置偏差を生成し、記憶する姿勢演算手段９９と、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容に基づき、各磁石ユニット３０がガイドレール１４に接触しているかどうかを判断し、各磁石ユニット３０のいずれかがガイドレール１４に接触しているとき、モード別姿勢推定手段９７の積分演算処理（推定処理）を初期化する推定初期化手段９８と、推定初期化手段９８によって、モード別姿勢推定手段９７が初期化されるとき、姿勢演算手段９９に記憶されているモード別位置偏差をモード別姿勢推定手段９７に供給させ、積分動作の初期値として設定する初期値設定手段８９とを備えている。
【０１１１】
そして、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、センサ部６１の抵抗測定器６４から出力される各コイル４０の抵抗値、励磁電圧座標変換回路８１から出力される励磁電圧“Δｅψ”、電流偏差座標変換回路８３の出力される電流偏差“Δｉψ”に基づき、“ψ”モードの電磁石制御電圧“ｅψ”を演算して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１２】
また、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａは、図１２に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉζ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉζ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ”を生成する減算器７８とを備えている。そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉζ”に基づき、“ζ”モードの電磁石励磁電圧“ｅζ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１３】
また、ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂは、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａと同様に、図１３に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉδ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉδ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅδ”を生成する減算器７８とを備えている。
【０１１４】
そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉδ”に基づき、“δ”モードの電磁石励磁電圧“ｅδ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１５】
また、歪モード制御電圧演算回路８８ｃは、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａ、ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂと同様に、図１４に示すように、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉγ”に対し、適切なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７３と、電流偏差目標値を発生する電流偏差目標値発生器７５と、電流偏差目標値発生器７５で得られた電流偏差目標値から電流偏差座標変換回路８３で得られたモード別電流偏差“Δｉγ”を減ずる減算器７６と、減算器７６の出力値を積分しながら、適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器７７と、積分補償器７７の出力値から、ゲイン補償器７３の出力値を減じて、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成する減算器７８とを備えている。
【０１１６】
そして、電流偏差座標変換回路８３から出力されるモード別電流偏差“Δｉγ”に基づき、“γ”モードの電磁石励磁電圧“ｅγ”を生成して、制御電圧座標逆変換回路８５に供給する。
【０１１７】
次に、図２の斜視図〜図１４のブロック図を参照しながら、磁気浮上装置１０の動作を説明する。
【０１１８】
まず、磁気浮上装置１０が停止状態にあるとき、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０に設けられた中央鉄心３２の先端が、固定潤滑部材４３を介して、ガイドレール１４の対向面に吸着するとともに、各磁石ユニット３０に設けられた各電磁石３６の先端に設けられた鉄心４２のいずれかが対応する固定潤滑部材４３を介して、ガイドレール１４の対向面に吸着されている。このとき、各潤滑部材４３の働きにより、移動体１６の昇降が妨げられることはない。
【０１１９】
この状態で、磁気浮上装置１０を起動すると、各制御装置４４によって構成される浮上制御演算部６５が起動して、各パワーアンプ６３から励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”、“ｅｄ”、“ｅｄ’”が出力されて、各電磁石３６が励磁され、各永久磁石３４が発生する磁束と同じ向き、または逆向きの磁束が生成されるとともに、各磁石ユニット３０と、各ガイドレール１４との間に所定の空隙長を維持するべく、各コイル４０に流す電流が制御される。
【０１２０】
これによって、図５に示すように、一方の永久磁石３４→鉄心３８→空隙Ｇ１→ガイドレール１４→空隙Ｇ３→中央鉄心３２→永久磁石３４なる経路によって構成される磁気回路“Ｍｃ１”と、他方の永久磁石３４→鉄心３８→空隙Ｇ２→ガイドレール１４→空隙Ｇ３→中央鉄心３２→永久磁石３４なる経路によって構成される磁気回路“Ｍｃ２”とが形成される。
【０１２１】
この際、移動体１６の重心に作用するｙ軸方向の前後力、同ｘ方向の左右力、移動体１６の重心を通るｘ軸周りのトルク、同ｙ軸回りのトルクおよび同ｚ軸回りのトルクとが釣り合って、各磁石ユニット３０が停止し、空隙“Ｇ１”、“Ｇ２”、“Ｇ３”で示されるギャップが形成されるように、磁気回路“Ｍｃ１”側の磁気的吸引力と、磁気回路“Ｍｃ２”側の磁気的吸引力とが調整される。
【０１２２】
この状態で、移動体１６に外力が加えられて、各ガイドレール１４と、各各磁石ユニット３０との位置関係が変化したとき、各制御装置４４によって、これが検出されて、各永久磁石３４と磁路を共有する各電磁石３６の励磁電流が制御され、釣り合いが維持される。
【０１２３】
これにより、巻き上げ機が動作し、各ガイドレール１４に沿って、ゼロパワー制御で非接触案内されている移動体１６が昇降し始め、各ガイドレール１４の歪曲等により、各ガイドレール１４と、各各磁石ユニット３０との位置関係が変化しても、各電磁石３６の励磁電流が制御されて、各磁石ユニット３０の吸引力が速やかに制御され、移動体１６の揺れが最少に抑制される。
【０１２４】
このように、第２の実施形態では、巻き上げ機によって、ロープ１５が走行駆動され、移動体１６が上方向、または下方向に移動されるとき、乗りかご２０の上部、下部などに配置された各制御装置４４によって構成される浮上制御演算部６５の制御電圧演算回路８４、制御電圧座標逆変換回路８５によって、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに設けられた各ｘ方向近接センサ２６の近接センサ信号ＯＮ／ＯＦＦ内容、各ｙ方向近接センサ２８の近接センサ信号のＯＮ／ＯＦＦ内容、各センサ部６１の検出結果などを取り込ませながら、モード別の演算を行って、モード別電磁石制御電圧“ｅｙ”、“ｅｘ”、“ｅθ”、“ｅξ”、“ｅψ”、“ｅζ”、“ｅδ”、“ｅγ”を演算するとともに、これらモード別電磁石制御電圧“ｅｙ”〜“ｅγ”から各磁石ユニット３０に対する励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”を演算して、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各磁石ユニット３０の吸引力をｘ軸、ｙ軸毎に独立して制御し、各ガイドレール１４から鉄心４２、中央鉄心３２を浮いた状態に保持するようにしている。このため、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上できる。また、装置全体を小型化、簡略化でき大幅なコストダウンを達成することができるとともに、線形制御理論を用いて、モード別に励磁電圧、励磁電流を制御でき、浮上状態の安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１２５】
また、第２の実施形態では、制御電圧演算回路８４を構成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ毎に、図１に示す吸引力制御手段１１５と同様な機能を持たせ、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄに対するガイドレール１４に対する姿勢、当該姿勢の時間変化を推定するようにしている。このため、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上させて、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができるとともに、ガイドレール１４に対する移動体１６の姿勢、姿勢の時間的変化に応じて、励磁電圧、励磁電流を制御させ、浮上状態の安定性、信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１２６】
また、第２の実施形態では、制御電圧演算回路８４を構成する前後動モード制御電圧演算回路８６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ毎に、励磁電圧補正手段１４２を設け、各モード別姿勢推定手段９７で得られたモード別姿勢推定値を各励磁電圧補正手段１４２に帰還して、各モード別姿勢推定手段９７に入力されるモード別励磁電圧“Δｅｙ”〜“Δｅξ”のオフセット電圧成分を各々、補正するようにしている。このため、各パワーアンプ６３のオフセット電圧が変動し、モード別偏位およびモード別偏移速度において、（２３）式、（２４）式で示す推定誤差が生じたとき、前後動モード制御電圧演算回路９６ａ〜ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅに設けられた各励磁電圧補正手段１４２によって、これらの誤差をゼロにでき、発熱によって各パワーアンプ６３のオフセット電圧が変動しても、良好な乗り心地を維持することができる。
【０１２７】
また、第２の実施形態では、各制御装置４４内に、各案内ユニット１８ａ〜１８ｄ毎のセンサ部６１を設け、これら各センサ部６１内に配置された抵抗値測定器６４、によって、パワーアンプ６３から出力される励磁電圧“ｅａ”、“ｅａ’”〜“ｅｄ”、“ｅｄ’”、励磁電流“ｉａ”、“ｉａ’”〜“ｉｄ”、“ｉｄ’”を検出して、各パワーアンプ６３から各磁石ユニット３０までの配線抵抗値、各磁石ユニットのコイル抵抗値を測定するようにしている。このため、各磁石ユニット３０の抵抗値を測定する測定回路を簡素化しつつも、測定精度を向上させることができる。また、移動体１６に対する外力が変動する場合にも、また連続運転などで、各磁石ユニット３０などの温度が上昇して、抵抗値が変化した場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、移動体１６を安定的に浮上させることができる。
【０１２８】
これらのことから、第２の実施形態では、各センサ部６１を構成している各抵抗測定器６４によって、各コイル４０の抵抗値を検出して、前後動モード制御電圧演算回路９６ａ〜歪モード制御電圧演算回路８８ｃに設けられた各モード別姿勢推定手段９７のパラメータ、各ゲイン補償器７３、９１のゲインなどを調整するようにしている。このため、各コイル４０の抵抗値が変動したときにも、良好な乗り心地を維持することができる。
【０１２９】
これにより、エレベータシステムなどのように、人員や積荷の偏った移動、もしくは地震等に起因するロープ１５の揺れ等が原因で移動体１６に過大な外力が加えられて、各磁石ユニット３０に設けられた各電磁石３６の温度が上昇し、各コイル４０の電気抵抗値およびパワーアンプ６３のオフセット電圧が変動したとき、特に、電力消費を極端に抑制できるゼロパワー制御を使用しているときなどのように、過大な外力で大きな励磁電流が流れ、各コイル４０やパワーアンプ６３が急激に発熱し、ギャップ長一定制御などの他の制御方式よりも、抵抗値の変動が大きいときにも、各運動モードでギャップ長推定値とその速度推定値が誤差が増大しないようにさせて、快適な乗り心地を維持することができる。
【０１３０】
また、第２の実施形態では、残留磁束密度と保持力の大きな永久磁石３４を採用している。このため、空隙長を大きくしても、非接触案内制御の制御性能が悪化しないようにすることができるとともに、乗客等の移動などにより、移動体１６中で重量移動が発生して、乗りかご２０に揺動が生じても、ストロークの大きな低剛性の案内制御を行わせることができ、快適な乗り心地を提供することができる。
【０１３１】
さらに、ガイドレール１４を介して、磁極が対向するように各磁石ユニット３０が配置され、対向する磁極がガイドレール１４に作用する吸引力の一部または全部が相殺されているので、ガイドレール１４に大きな吸引力が作用しないようにすることができる。
【０１３２】
これにより、各磁石ユニット３０の大きな吸引力が一方向から作用しないようにさせて、各磁石ユニット３０に大きな吸引力が発生したときにも、各ガイドレール１４の据付位置が狂わないようにすることができ、ガイドレール１４の継目で段差が発生しないようにすることができる。さらに、ガイドレール１４の直線性を悪化させることなく、ガイドレール１４の敷設強度を下げてエレベータシステムのコストを低下させることができる。
【０１３３】
また、磁気浮上装置１０が運転を終え、磁気浮上装置１０を停止する場合には、“ｙ”モードの電流偏差目標値発生器９２と、“ｘ”モードの電流偏差目標値発生器９２の目標値をゼロから徐々に負の値にすることにより、移動体１６を“ｙ”軸方向、“ｘ”軸方向に徐々に移動させ、各磁石ユニット３０の中央鉄心３２の先端に設けられた固体潤滑部材４３をガイドレール１４の対向面に当接させるとともに、各磁石ユニット３０の電磁石３６の先端に設けられた各固体潤滑部材４３のいずれかをガイドレール１４の対向面に当接させ、乗りかご２０を安定させた後、磁気浮上装置１０を停止し、電流偏差目標値をゼロにリセットすることができる。
【０１３４】
《第３の実施形態》
図１５は本発明による磁気浮上装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。なお、この図において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。
【０１３５】
この図に示す磁気浮上装置３００は、断面がコ字形状の非磁性体、例えばアルミ部材で形成され、地上に設置される補助支持手段３０２と、補助支持手段３０２の上部下面に下向きに取付けられる磁石ユニット１０７と、板状の強磁性部材、例えば鉄などで形成され、磁石ユニット１０７に対向するように配置されるガイド３０４と、底部上面にガイド３０４が固定され、全体としてコ字形状に形成される防振台テーブル３０６と、地上に垂設され、防振テーブル３０６の側面と接する側面によって、防振テーブル３０６を昇降自在に支持するリニアガイド３０８とを備えている。また、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して、防振テーブル３０６を非接触支持する吸引力制御手段１１５と、電源（図示は省略する）に接続され、吸引力制御手段１１５の出力に基づいて、磁石ユニット１０７に励磁電圧、励磁電流を供給して、磁石ユニット１０７を励磁するパワーアンプ３１３と、パワーアンプ３１３から出力される励磁電流の電流値を検出する電流センサ１２３と、パワーアンプ３１３から出力される励磁電圧などに基づき、吸引力制御手段１１５から出力される励磁電圧を補正して、吸引力制御手段１１５に戻す励磁電圧補正手段１４２とを備えている。
【０１３６】
この場合、吸引力制御手段１１５は、接触検出手段１３０と、姿勢演算手段１３５と、初期値設定手段１３９と、推定初期化手段１３７と、抵抗測定手段１４０と、姿勢推定手段１３３と、励磁電圧演算手段１２５とを備えている。
【０１３７】
抵抗測定手段１４０は、磁石ユニット１０７の励磁電流および励磁電圧からリード線１２８および各コイル１１９の直列抵抗値を測定する。接触検出手段１３０は、補助支持手段３０２の底部上面に取付けられたマイクロスイッチ３１０、磁石ユニット１０７の磁極面に張られた圧電ゴム３１２の出力に基づき、防振テーブル３０６が磁石ユニット１０７、補助支持手段３０２に接触したとき、これを検出する。姿勢演算手段１３５は、接触検出手段１３０の接触検出信号に基づき、防振テーブル３０６が防振テーブル３０６の補助支持手段３０２、または磁石ユニット１０７に接触したときの位置情報を求め、浮上ギャップ長を計算する。初期値設定手段１３９は、姿勢演算手段１３５の出力に基づいて、推定初期値を演算して記憶する。推定初期化手段１３７は、接触検出手段１３０によって接触が検知されたとき、初期値設定手段１３９から姿勢推定手段１３３に推定初期値を供給して初期化する。抵抗測定手段１４０は、電流センサ１２３の検出結果などに基づき、磁石ユニット１０７の励磁電流および励磁電圧から、磁石ユニット１０７の抵抗値を測定する。姿勢推定手段１３３は、推定初期化手段１３７によって初期化された後、接触検出手段１３０の検出結果、電流センサ１２３の検出結果、抵抗値測定手段１４０の測定結果などに基づき、防振テーブル３０６の浮上姿勢を推定する。励磁電圧演算手段１２５は、姿勢推定手段１３３の出力に基づいて、防振テーブル３０６を磁気浮上させるのに必要な磁石ユニット１０７への励磁電圧を演算する。
【０１３８】
このように、第３の実施形態では、地上側に補助支持手段３０２を設置し、この補助支持手段３０２に磁石ユニット１１９を取り付け、強磁性体によって構成されるガイド３０４が設けられた防振台テーブル３０６を非接触支持するようにした。このため、磁石ユニット１１９の重量分だけ、防振テーブル３０６の重量を軽減させて防振テーブル３０６の昇降速度を高速化させながら、防振テーブル３０６に対する外力が変動する場合にも、ギャップセンサ、センサーターゲットなどを使用することなく、防振テーブル３０６を安定的に浮上でき、装置全体を小型化、簡略化させて大幅なコストダウンを達成することができる。
【０１３９】
《他の実施形態》
また、上述した第１〜第３の実施形態では、吸引力制御手段１１５、制御装置４４などをアナログ制御的に説明しているがこのようなアナログ制御以外の制御、例えばデジタルの制御方式、アナログとデジタルとを併用した制御方式などを使用するようにしても良い。
【０１４０】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、各パワーアンプ６３、３１３などとして、電圧形のパワーアンプを使用するようにしているが、このような電圧形のパワーアンプ以外のもの、例えばＰＷＭ形のものを使用するようにしても良い。
【０１４１】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、各磁石ユニット１０７、１１９などとして、永久磁石１０７と、電磁石１０５とを組み合わせたものなどを使用するようにしているが、永久磁石１０７などを持たない、通常の電磁石１０５のみで、磁石ユニット１０７、１１９を構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明による磁気浮上装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明による磁気浮上装置の第２の実施形態を示す斜視図。
【図３】図２に示す磁気浮上装置の詳細な構成例を示す斜視図。
【図４】図２に示す各案内ユニットの詳細な構成例を示す斜視図。
【図５】図４に示す磁気ユニットの詳細な構成例を示す横断面図。
【図６】図２に示す各制御装置の詳細な回路構成例を示すブロック図。
【図７】図６に示す前後動モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図８】図６に示す左右動モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図９】図６に示すロールモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１０】図６に示すピッチモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１１】図６に示すヨーモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１２】図６に示す全吸引モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１３】図６に示すねじれモード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１４】図６に示す歪モード制御電圧演算回路の詳細な構成例を示すブロック図。
【図１５】本発明による磁気浮上装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図１６】本発明による磁気浮上装置の動作原理を説明するために使用した防振台の一例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０：磁気浮上装置、１２：エレベータシャフト、１４：ガイドレール（固定部材）、１６：移動体（浮上体）、１８ａ〜１８ｄ：案内ユニット、２０：乗りかご、２２：フレーム部、２４：台座、２６：ｘ方向近接センサ、２８：ｙ方向近接センサ、３０：磁石ユニット（電磁石ユニット）、４４：制御装置、３２：中央鉄心、３４：永久磁石、３６：電磁石、３８：鉄心、４０：コイル、４２：鉄心、４３：固体潤滑部材、４５：電流値設定器、４６：電源、４８：定電圧発生装置、６１：センサ部、６２：演算ユニット、６３：パワーアンプ（ドライバ）、６４：抵抗測定器、６６：電流検出器、７２：電圧検出器、７３：ゲイン補償器、７４：減算器、７５：電流偏差目標値発生器、７６：減算器、７７：積分補償器、７８：減算器、８１：励磁電圧座標変換回路、８３：電流偏差座標変換回路、８４：制御電圧演算回路、８５：制御電圧座標逆変換回路、８６ａ：前後動モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、９６ｂ：左右動モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、９６ｃ：ロールモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８６ｄ：ピッチモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８６ｅ：ヨーモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電圧演算部）、８８ａ：全吸引モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８８ｂ：ねじれモード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８８ｃ：歪モード制御電圧演算回路（吸引力制御手段、励磁電圧演算部、モード励磁電流演算部）、８９：初期値設定手段、９０：抵抗値平均化手段、９１：ゲイン補償器、９２：電流偏差目標値発生器、９３：減算器、９４：積分補償器、９５：加算器、９６：減算器、９７：モード別姿勢推定手段、９８：推定初期化手段、９９：姿勢演算手段、１００：磁気浮上装置、１０３：永久磁石、１０５：電磁石、１０７：磁石ユニット、１０９：負荷荷重、１１１：浮上体、１１３：ガイド（固定部材）、１１５：吸引力制御手段、１１６：ドライバ、１１７：継鉄、１１９：コイル、１２３：電流センサ、１２５：励磁電圧演算手段、１２８：リード線、１３０：接触検出手段、１３１：補助支持手段、１３３：姿勢推定手段、１３５：姿勢演算手段、１３７：推定初期化手段、１３９：初期値設定手段、１４０：抵抗測定手段、１４２：励磁電圧補正手段、１４４：ゲイン補償器、１４６：積分器、１４８：加算器、３００：磁気浮上装置、３０２：補助支持手段、３０４：ガイド（強磁性部材）、３０６：防振台テーブル、３０８：リニアガイド、３１０：マイクロスイッチ、３１２：圧電ゴム、３１３：パワーアンプ（ドライバ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と、
この固定部材に対して磁力を介して非接触状態に保持される浮上体と、
浮上体側または固定部材側に配置され、供給される励磁電流の大きさに応じた磁力を発生する電磁石ユニットと、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電磁石ユニットに供給される励磁電流の大きさを検出する電流センサと、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定して、前記浮上体と固定部材と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値を演算する吸引力制御手段と、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段の推定結果に所定のゲインを乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値に加算して得られた加算結果を補正済み励磁電圧値として前記吸引力制御手段に供給する励磁電圧補正手段と、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段で得られた励磁電圧値に応じて、前記電磁石ユニットに励磁電流を供給するドライバと、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石ユニットは、前記ドライバから出力される励磁電流によって磁束を発生する電磁石と、この電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石と、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記電流センサの出力に基づいて、前記電磁石ユニットの励磁電流をゼロ方向に向けて収束させて前記磁気回路を安定化させるゼロパワー制御機能、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記ドライバから出力される励磁電流を前記電磁石ユニットに導く配線の抵抗値および電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する抵抗測定手段を備え、測定された抵抗値によって前記吸引力制御手段の演算内容を補正する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記抵抗測定手段は、前記ドライバから前記電磁石ユニットに供給される励磁電流および励磁電圧に基づいて前記電磁石ユニットまでの配線抵抗値、前記電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定する姿勢推定手段と、姿勢推定手段の出力に基づいて前記電磁石ユニットに対する励磁電圧値を演算する励磁電圧演算部と、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体が浮上状態にないとき、前記浮上体と前記固定部材との位置関係を所定の状態に維持する補助支持手段を設けるとともに、
前記吸引力制御手段内に、
前記浮上体と前記固定部材との接触を検出する接触検出手段と、
この接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢を演算する姿勢演算手段と、
前記接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記姿勢演算手段の出力値を取り込み、前記姿勢推定手段の初期値として設定する初期値設定手段と、
前記接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記姿勢推定手段に前記初期値設定手段に設定されている初期値を取り込ませて初期化する推定初期化手段と、
を設けたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記電流センサの検出結果に基づき、励磁電流の線形結合で表されるモード別励磁電流を演算し、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生するモード励磁電流演算部、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気浮上装置において、
前記モード励磁電流演算部の出力に基づき、励磁電圧の線形結合で表されるモード別励磁電圧を演算し、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生するモード励磁電圧演算部、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記モード励磁電圧演算部、またはモード励磁電流演算部は、補正済み励磁電圧値、または前記電流センサの検出結果に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記励磁電圧補正手段は、前記モード励磁電圧演算部で得られたモード別姿勢推定値、または前記姿勢推定手段の姿勢変化速度推定値に基づいて、前記モード励磁電圧演算部の入力を補正する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記抵抗測定手段は、前記モード励磁電流演算部の出力および前記モード励磁電圧演算部の出力に基づいて前記電磁石ユニットまでの配線抵抗値および電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体は、前記電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される強磁性部材、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記モード別励磁電流値に基づいて、当該モード別励磁電流値をゼロに向けて収束させて前記励磁回路を安定化させるゼロパワー制御機能、
を備えてことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記固定部材はガイドレールであり、
前記浮上体は、前記ガイドレールに対して磁力を介して非接触状態に保持されるエレベータ乗りかごである、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１】
固定部材と、
この固定部材に対して磁力を介して非接触状態に保持される浮上体と、
浮上体側または固定部材側に配置され、供給される励磁電流の大きさに応じた磁力を発生する電磁石ユニットと、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電磁石ユニットに供給される励磁電流の大きさを検出する電流センサと、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定して、前記浮上体と固定部材と空隙とによって構成される磁気回路を安定化するのに必要な励磁電圧値を演算する吸引力制御手段と、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段の推定結果に所定のゲインを乗じて積分し、積分結果を前記励磁電圧値に加算して得られた加算結果を補正済み励磁電圧値として前記吸引力制御手段に供給する励磁電圧補正手段と、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記吸引力制御手段で得られた励磁電圧値に応じて、前記電磁石ユニットに励磁電流を供給するドライバと、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石ユニットは、前記ドライバから出力される励磁電流によって磁束を発生する電磁石と、この電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石と、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記電流センサの出力に基づいて、前記電磁石ユニットの励磁電流をゼロ方向に向けて収束させて前記磁気回路を安定化させるゼロパワー制御機能、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体側または固定部材側に配置され、前記ドライバから出力される励磁電流を前記電磁石ユニットに導く配線の抵抗値および電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する抵抗測定手段を備え、測定された抵抗値によって前記吸引力制御手段の演算内容を補正する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記抵抗測定手段は、前記ドライバから前記電磁石ユニットに供給される励磁電流および励磁電圧に基づいて前記電磁石ユニットまでの配線抵抗値、前記電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記電流センサの検出結果および補正済み励磁電圧値に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定する姿勢推定手段と、姿勢推定手段の出力に基づいて前記電磁石ユニットに対する励磁電圧値を演算する励磁電圧演算部と、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体が浮上状態にないとき、前記浮上体と前記固定部材との位置関係を所定の状態に維持する補助支持手段を設けるとともに、
前記吸引力制御手段内に、
前記浮上体と前記固定部材との接触を検出する接触検出手段と、
この接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢を演算する姿勢演算手段と、
前記接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記姿勢演算手段の出力値を取り込み、前記姿勢推定手段の初期値として設定する初期値設定手段と、
前記接触検出手段によって、前記浮上体と前記固定部材との接触が検出されたとき、前記姿勢推定手段に前記初期値設定手段に設定されている初期値を取り込ませて初期化する推定初期化手段と、
を設けたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記電流センサの検出結果に基づき、励磁電流の線形結合で表されるモード別励磁電流を演算し、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生するモード励磁電流演算部、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気浮上装置において、
前記モード励磁電流演算部の出力に基づき、励磁電圧の線形結合で表されるモード別励磁電圧を演算し、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生するモード励磁電圧演算部、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記モード励磁電圧演算部、またはモード励磁電流演算部は、補正済み励磁電圧値、または前記電流センサの検出結果に基づき、前記固定部材に対する前記浮上体の姿勢および姿勢変化速度を推定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記励磁電圧補正手段は、前記モード励磁電圧演算部で得られたモード別姿勢推定値、または前記姿勢推定手段の姿勢変化速度推定値に基づいて、前記モード励磁電圧演算部の入力を補正する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記抵抗測定手段は、前記モード励磁電流演算部の出力および前記モード励磁電圧演算部の出力に基づいて前記電磁石ユニットまでの配線抵抗値および電磁石ユニットのコイル抵抗値を測定する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記浮上体は、前記電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される強磁性部材、
を備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記吸引力制御手段は、前記モード別励磁電流値に基づいて、当該モード別励磁電流値をゼロに向けて収束させて前記励磁回路を安定化させるゼロパワー制御機能、
を備えてことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の磁気浮上装置において、
前記固定部材はガイドレールであり、
前記浮上体は、前記ガイドレールに対して磁力を介して非接触状態に保持されるエレベータ乗りかごである、
ことを特徴とする磁気浮上装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−３２５３０３（Ｐ２００６−３２５３０３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４４６４６（Ｐ２００５−１４４６４６）
【出願日】平成１７年５月１７日（２００５．５．１７）
【出願人】（３９００２５２６５）東芝エレベータ株式会社 (2,543)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１７日（２００５．５．１７）
【出願人】（３９００２５２６５）東芝エレベータ株式会社 (2,543)
【Ｆターム（参考）】
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