磁気浮上装置
【課題】ゼロパワー制御の調整作業を簡素化すると共に、ゼロパワー制御の停止に伴う励磁電流の増加を抑制する。
【解決手段】ゼロパワー制御ループＬ２中に切換え器１５７を設け、ガイド１１３への接触をギャップ長範囲検出器１３５で事前に検出して電流積分器１５９の入力をゼロにすると共に、その時点でのギャップ長の偏差を記憶器１３７に記憶する。そして、切換え器１６７を介してギャップ長偏差積分器１６９を動作させ、記憶器１３７の出力に基づいてギャップ長一定制御を開始する。また、状態観測器１４９によって外力を推定し、その推定値が所定の範囲内に収まったときに記憶器１３７をリセットする。
【解決手段】ゼロパワー制御ループＬ２中に切換え器１５７を設け、ガイド１１３への接触をギャップ長範囲検出器１３５で事前に検出して電流積分器１５９の入力をゼロにすると共に、その時点でのギャップ長の偏差を記憶器１３７に記憶する。そして、切換え器１６７を介してギャップ長偏差積分器１６９を動作させ、記憶器１３７の出力に基づいてギャップ長一定制御を開始する。また、状態観測器１４９によって外力を推定し、その推定値が所定の範囲内に収まったときに記憶器１３７をリセットする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常電導吸引式磁気浮上装置に係り、特に電磁石の励磁電流をゼロに収束させながら対象物を非接触に支持する磁気浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸引式磁気浮上は、鉄製のガイドレールに対する電磁石の吸引力によって対象物を非接触で支持する技術である。非接触状態の保持は、一般に対象物（浮上体）の浮上ギャップ長や電磁石コイルの電流を検出して、電磁石コイルの吸引力（励磁電流）を制御することによって行う。
【０００３】
これに対して、磁石ユニットを永久磁石と電磁石で構成する方式が開発された。この方式は、永久磁石の主磁束と電磁石の主磁束によって形成される磁気回路がガイドレールと磁石ユニット間の空隙で共通の磁路を形成するように磁石ユニットとガイドレールを配置して、浮上状態の安定性を維持しながら電磁石の励磁電流をゼロに収束させる所謂「ゼロパワー制御」により実現される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このゼロパワー制御では、浮上体に加えられる外力が一定のとき、電磁石の励磁電流はゼロに収束しており、外力が変動したときのみ電流が流れることになる。このため、安定状態では、電力をほとんど消費することなく、浮上体を非接触で支持することができる。
【０００５】
なお、常温で扱えるので、本方式を用いた磁気浮上装置のことを「常電導吸引式磁気浮上装置」と呼んでいる。
【０００６】
このような磁気浮上装置は、ガイドレールと磁石ユニット間の空隙長が大きい場合でも、わずかな励磁電流で大きな電磁力を制御できるといった利点もあり、例えばエレベータの乗りかごなどに適用される（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ここで、ゼロパワー制御には、上述の特許文献１などに見られるように各種の制御方法がある。なかでも、制御系全体のパラメータ変動に対して確実に電磁石の励磁電流をゼロに収束できるという点で、電磁石の励磁電流を積分器を介して制御系にフィードバックする手法を用いる場合が多い。
【０００８】
ゼロパワー制御では、浮上体に外力が加わると、励磁電流がゼロに収束するのに伴って永久磁石の吸引力が外力とバランスするような状態が維持される。このため、例えば、強磁性のガイドと浮上体の磁石ユニット間のギャップ長を広げる方向の外力に対しては浮上ギャップ長が減少して安定状態が維持される。
【０００９】
このゼロパワー制御独特の応答のため、過大な外力によって磁石ユニットとガイドが接触すると、ガイドからの反力がギャップ長を広げる方向に作用し、ますますギャップ長が減少するように制御が働き、ついには磁石ユニットがガイドに吸着してしまう。磁石ユニットがガイドに吸着した後も、ガイドからの反力によりギャップ長を減少させるように電磁石励磁電流が制御されるため、外力を取り除いても、浮上体を再び非接触支持することは不可能となる。
【００１０】
こうした現象は、フィードバック制御系に組み込まれた電流積分器がいつまでも動作していることに起因している。そこで、通常は、電流積分器にリミッタが設けられる（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
すなわち、電流積分器の入力側に電流信号入力とゼロ入力を切り換えるための切換え器を設け、電流積分器の出力値がリミッタの上限を超える場合に、電流積分器に入力される電流信号が負になる場合にのみ電流信号入力を選択し、それ以外ではゼロ入力を選択する。これにより、過大な外力が印加されたときの電流積分器の出力増加を制限して、磁石ユニットのガイドヘの吸着を防止することができる。
【００１２】
なお、吸着防止には、磁石ユニットがガイドに吸着した状態をギャップセンサで検出し、そのときに電流積分器の演算結果をゼロにリセットすることも可能である。しかし、このリセット手法では、電流積分器をリセットしたときに電磁石励磁電圧が急変するので、浮上体に大きな揺れが発生してしまう問題がある。これに対し、リミッタを用いる手法は、積分フィードバック制御におけるアンチワインドアップと呼ばれ、浮上体に揺れを生じさせることなく吸着を防止できるといった利点がある。
【００１３】
この他、浮上体がガイドに吸着したことをギャップセンサで検知し、電流積分器の演算を初期値ゼロからやり直す手法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この手法は、電流積分器がリセットされたときに、電磁石励磁電圧が急変し、浮上体に大きな揺れが生じるが、簡便に吸着状態を回避できるといった利点がある。
【００１４】
さらに、浮上体の揺れを抑制するため、状態観測器を用いて外力を推定し、その推定した外力を電磁石励磁電圧にフィードバックする手法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この手法は、前記特許文献２の手法に比べて、浮上体の揺れは大きいが、浮上体への負荷重量の搭載など、他の機械的要因で生じる浮上体の揺れを抑制できるといった利点がある。
【００１５】
浮上体の揺れを考慮すると、吸着防止には、前記特許文献２の手法が好ましい。しかし、浮上体を安定化するためのフィードバックゲインに電流積分器の出力が依存するため、浮上状態のチューニングのために制御ゲインを変更すると、リミッタの上下限値を再設定しなければならず、その調整作業に多大な時間を要する。また、こうした調整時間の増大はコストアップにつながる。
【００１６】
また、電流積分器にゼロ信号が入力されて、ゼロパワー制御が停止すると、外力の増加と共に浮上ギャップ長が増大し、結果として励磁電流が増加する。励磁電流の増加は電力消費量の増加を招き、電気系の容量アップや発熱量の増加を引き起こすため、装置の信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６１−１０２１０５号公報
【特許文献２】特開平２００１−１９２８６号公報
【特許文献３】特開昭６２−７３０４号公報
【特許文献４】特開昭６２−７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したように、従来の磁気浮上装置にあっては、ゼロパワー制御の作動・停止を電流積分器の出力の大きさで決定していた。このため、制御パラメータを変更すると、電流積分器を再設定しなければならず、浮上状態の調整に多大な時間を要するという問題があった。しかも、こうした問題は調整費を増大させ、装置のコストアップを招いていた。
【００１９】
また、ゼロパワー制御が停止すると、外力の印加に伴って電磁石の励磁電流が増大するため、装置の大型化や、発熱による装置の信頼性低下といった問題もあった。
【００２０】
本発明は、かかる事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、ゼロパワー制御の調整作業を簡素化すると共に、ゼロパワー制御の停止に伴う励磁電流の増加を抑制して、コストの低減と信頼性の向上を図ることのできる磁気浮上装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る磁気浮上装置は、強磁性体のガイドと、このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。
【００２３】
さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなる他、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり、装置の信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明に係る磁気浮上装置の原理を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は同実施形態における磁気浮上装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は同実施形態における磁気浮上装置に設けられた記憶器の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の全体の構成を示す斜視図である。
【図６】図６は同実施形態における磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は同実施形態における磁気浮上装置の磁気ユニット周辺の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は同実施形態における磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す平面図である。
【図９】図９は同実施形態における制御装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は同実施形態における制御装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は同実施形態における制御装置に設けられたｘ，θモード記憶器の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は同実施形態における制御装置に設けられたｙ，ξ，ψモード記憶器の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の他の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の全体の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、本発明の基本的な原理について説明する。
【００２６】
図１は本発明の原理を説明するための磁気浮上装置の基本構成を示す図であり、一質点系の磁気浮上装置の全体構成が符号１で示されている。
【００２７】
磁気浮上装置１は、永久磁石１０３および電磁石１０５で構成される磁石ユニット１０７と、磁石ユニット１０７と負荷荷重１０９からなる浮上体１１１と、図示せぬ構造部材で地上に対して固定されるガイド１１３とを備える。
【００２８】
また、この磁気浮上装置１は、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ための電磁石励磁電圧を演算する励磁電圧演算部１１５と、この励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて電磁石１０５を励磁するためのドライバ１１６とを備える。
【００２９】
なお、１２５は補助支持部である。この補助支持部１２５は、コの字形状の断面を持ち、下部内側上面に磁石ユニット１０７が固定されると共に、例えば図示せぬリニアガイド等の上下方向に力が作用しない案内部で地上側から案内される防振台のテーブルを兼ねている。
【００３０】
ここで、磁石ユニット１０７の磁気的吸引力で浮上体１１１を非接触で支持するため、ガイド１１３は強磁性部材で構成されている。
【００３１】
電磁石１０５は鉄心１１７ａ，１１７ｂにコイル１１９，１１９’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鉄心１１７ａ，１１７ｂが配置されている。コイル１１９，１１９’は電磁石１０５の励磁によってガイド１１３〜鉄心１１７ａ〜永久磁石１０３〜鉄心１１７ｂ〜ガイド１１３で形成される磁路の磁束が強まる（弱まる）ように直列に接続されている。
【００３２】
また、励磁電圧演算部１１５は、ギャップセンサ１２１で得られる浮上ギャップ長ｚおよび電流センサ１２３で得られるコイル電流値つまり励磁電流ｉｚに基づいて、電磁石１０５を励磁する電圧を演算している。ドライバ１１６は、この励磁電圧演算部１１５によって演算された励磁電圧に基づいて、リード線１２８を介してコイル１１９，１１９’に励磁電流を供給している。
【００３３】
このとき、磁気浮上装置１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の近傍で線型近似でき、以下の微分方程式で記述される。
【数１】
【００３４】
Ｆｚは磁石ユニット１０７の吸引力、ｍは浮上体１１１の質量、Ｒはコイル１１９，１１９’とリード線１２８を直列に接続したときの電気抵抗（以下、コイル抵抗と称す）、ｚは浮上ギャップ長、ｉｚは電磁石１０５の励磁電流、φは磁石ユニット１０７の主磁束、ｅｚは電磁石１０５の励磁電圧、Ｎはコイル１１９，１１９’の総巻回数である。
【００３５】
Δは定常浮上状態（ｚ＝ｚ０，ｉｚ＝ｉｚ０（定常浮上状態でコイル電流がゼロの場合はｉｚ＝Δｉｚ））からの偏差、記号“・”は時間に関するｄ／ｄｔ（１階微分）、“・・”は同２階微分を表わす。偏微分∂／∂ｈ（ｈ＝ｚ，ｉｚ）は、定常浮上状態（ｚ＝ｚ０，ｉｚ＝ｉｚ０）における被偏微分関数のそれぞれの偏微分値である。Ｌｚ０は、Ｌ∞をギャップ長無限大とした場合の電磁石１０５の自己インダクタンスとして、式２のように表せる。
【数２】
【００３６】
また、前記式１の浮上系モデルは、下記のような状態方程式となる。
【数３】
【００３７】
ただし、状態ベクトルｘ、システム行列Ａ、制御行列ｂおよび外乱行列ｄは、以下のように表される。なお、ｕｓは外力である。
【数４】
【００３８】
ここで、式４中のパラメータは、以下のようになる。
【数５】
【００３９】
式３中のｘの各要素が浮上系の状態量である。Ｃは出力行列であり、励磁電圧ｅｚの計算に用いる状態量の検出方法により決定される。磁気浮上装置１では、ギャップセンサ１２１と電流センサ１２３を使用しており、ギャップセンサ１２１の信号を微分して速度を得る場合に、Ｃは単位行列となる。ここで、ｘの比例ゲインＦを、
【数６】
【００４０】
Ｋｉを積分ゲインとして励磁電圧ｅｚを例えば、
【数７】
【００４１】
で与えれば、浮上体１１１は特許文献１に見られるゼロパワー制御で浮上する。ここで、式６において、右辺第二項がゼロパワー制御を実現するための電流積分器である。なお、この電流積分器については、後に図２で符号１５９を付して説明する。
【００４２】
一方、励磁電圧ｅｚを次の式７で与えると、外力ｕｓに対してギャップ長が任意の一定値、例えば、ｚ０＋ｚ１に収束する。
【数８】
【００４３】
ここで、ｘの比例ゲインＦｇは、
【数９】
【００４４】
であり、Ｋｇは積分ゲインである。この場合、式７の右辺第二項がギャップ長一定制御を実現するためのギャップ長偏差積分器である。なお、このギャップ長偏差積分器については、後に図２で符号１６９を付して説明する。
【００４５】
さらに、式３のシステムでは、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉｚから外力ｕｓを推定する状態観測器（オブザーバ）を次の式８のように構成できる。
【数１０】
【００４６】
ただし、制御出力ｙは出力行列Ｃを、
【数１１】
【００４７】
として、
【数１２】
【００４８】
である。さらに、
【数１３】
【００４９】
と定義されており、ここに、α１１，α２１：オブザーバ設計時に決定されるパラメータ、ｘｄ^：オブザーバ出力、ｚ^：オブザーバ内部変数である。
【００５０】
なお、「＾」の記号は推定値を表し、「ハット」と呼ぶ。実際には、数式中に示されているように、ｘやｚなどのパラメータの真上に付加されるものであるが、文章中では便宜的に右上に付加するものとする。
【００５１】
式８は最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）であり、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉｚからギャップ長変化速度の推定値Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。なお、最小次元状態観測器については、後に図２で符号１４９を付して説明する。
【００５２】
ゼロパワー制御が停止しているときに、外力ｕｓに対してΔｚの定常偏差をなくすには、オブザーバ出力ｘｄ^に係るフィードバック定数Ｆｅを
【数１４】
【００５３】
とし、励磁電圧ｅｚを次式で与えてやればよい。
【数１５】
【００５４】
ただし、
【数１６】
【００５５】
である。
【００５６】
前記特許文献４でも述べられているように、ゼロパワー制御が動作している場合には、外力推定値ｕｓ^の比例ゲインＦ４を
【数１７】
【００５７】
と設定し、励磁電圧を
【数１８】
【００５８】
で与えると、外力に対するギャップ長の変動が抑制される。
【００５９】
一般に、式９と式１０の値の差はわずかであり、式９もしくは式１０で比例ゲインＦ４を設定すれば、ゼロパワー制御がＯＦＦのとき、つまり電流積分器が停止中のときにはギャップ長一定制御が作動する。しかし、Ｆ４はΔｉｚの比例ゲインＦ３の値に依存しており、浮上調整の際にＦ３が変更されると、Ｆ４を再設定しなければならない。
【００６０】
一方、式７の励磁電圧を
【数１９】
【００６１】
ただし、
【数２０】
【００６２】
で与えると、式７のギャップ長一定制御において、外力に対するギャップ長の変動を抑えることができる。
【００６３】
いま、ｋを０＜ｋ＜１の定数とし、励磁電圧ｅｚを次式で与える場合を考える。
【数２１】
【００６４】
ここで、ｎは積分器への入力スイッチであり、ギャップ長が所定の範囲内にあるときは１、そうでないときはゼロとなる。つまり、ゼロパワー制御で浮上する浮上体１１１に大きな外力が印加され、ギャップ長が減少して所定の範囲から外れ、磁石ユニット１０７がガイド１１３に接近すると、ｎがゼロとなり、電流積分器への入力がゼロになる。
【００６５】
このとき、ギャップ長偏差積分器への入力はゼロからギャップ長偏差信号となるので、式１３のｚ１（ギャップ長偏差目標値）の値をギャップ長が所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差Δｚｕに設定すれば、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御にスムーズに切り替わることができる。なお、通常のΔｚと区別するために、所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差をΔｚｕと表記している。
【００６６】
なお、式８の最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）では、ギャップ長が所定の範囲から外れたとき外力が推定されている。
【００６７】
ギャップ長が所定の範囲の限界値となる外力推定値をｕｓｕ^とすれば、このとき演算されている外力推定値ｕｓ^はｕｓ^＞ｕｓｕ^の関係にある。ギャップ長一定制御が動作しているので、浮上体１１１のギャップ長はギャップ長ｚ０＋ｚｌで一定となる。これにより、外力が増加しても磁石ユニット１０７がガイド１１３に吸着することはない。
【００６８】
外力が取り除かれると、オブザーバの演算する外力推定値はｕｓ^＜ｕｓｕ^の関係となる。この関係が成立した時点で、ギャップ長偏差目標値ｚｌをΔｚｕからゼロにリセットすると、ギャップ長一定制御の作用で浮上体１１１は浮上ギャップ長ｚ０に戻ることになる。
【００６９】
ギャップ長が戻る途中では、ギャップ長が再び所定の範囲内に入るので、式１３のｎがゼロから１に代わり、電流積分器への入力がゼロから電流偏差信号になり、同時にギャップ長偏差積分器への信号がギャップ長偏差信号からゼロになる。すると、再びゼロパワー制御が開始され、電磁石１０５の励磁電流はゼロに収束する。
【００７０】
ここで、係数ｋは式１１のゼロパワー制御と式１２のギャップ長一定制御の収束の速さを規定する。つまり、係数ｋが大きければ、励磁電流のゼロヘの収束が早くなり、ギャップ長ｚ０＋ｚｌへの収束が遅くなる。多くの場合、大きな外力が印加されるのは緊急の場合であるので、励磁電流をゼロに収束させるゼロパワー制御の特性を生かすため、ｋは大きめに設定される。
【００７１】
このように、電流積分器やギャップ長偏差積分器に条件によってゼロが入力される場合には、式１１および式１２の右辺第一項のみで磁気浮上系の安定性が維持できるようにＦｅやＦｅｇが設定されており、これらフィードバック定数を含む項が磁気浮上系を安定化させる支持制御手段となる。
【００７２】
一般に、ゼロパワー制御における浮上体１１１のノミナル値は、ギャップ長がｚ０で、励磁電流がゼロの場合である。ギャップ長一定制御では、ギャップ長がｚ０＋ｚｌで励磁電流がゼロの場合とすることが望ましい。このため、式８の状態観測器は、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用の２組が備えられることになる。図１では、励磁電圧演算部１１５において、式１３とこれら２組の式８が備えられることになる。
【００７３】
なお、ｚｌをリセットする外力推定値については、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用のどちらの状態観測器を用いてもよいことはいうまでもない。
【００７４】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００７５】
（第１の実施形態）
（１）全体構成
図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体構成が１’で示されている。
【００７６】
この磁気浮上装置１’は、上述した磁気浮上装置１と同一の構成であり、浮上体１１１、ガイド１１３、ドライバ１１６、ギャップセンサ１２１、電流センサ１２３および励磁電圧演算部１１５を備えている。ここで、電流センサ１２３で検出される励磁電流ｉｚは目標値をゼロとした場合の電流偏差Δｉｚと同じである。
【００７７】
この磁気浮上装置１’にあっては、励磁電圧演算部１１５が次のように構成されている。
【００７８】
すなわち、励磁電圧演算部１１５は、センサ部１３０と、減算器１３１と、ゼロパワー制御器１３３と、ギャップ長範囲検出器１３５と、記憶器１３７と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。
【００７９】
センサ部１３０は、浮上体の浮上時における磁石ユニット１０７とガイド１１３との間のギャップ長を検出するギャップセンサ１２１と、電磁石１０５の励磁電流を検出する電流センサ１２３とからなる。
【００８０】
減算器１３１は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ０とのギャップ長偏差Δｚを求める。ノミナルギャップ長ｚ０は、予め浮上の基準値として設定されている。
【００８１】
ゼロパワー制御器１３３は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅｉを演算する。
【００８２】
ギャップ長範囲検出器１３５は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚが所定の範囲内にあるときに１、そうでないときにゼロを出力する。
【００８３】
記憶器１３７は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを入力して、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わった瞬間のギャップ長偏差Δｚの値をｚ１として記憶する。
【００８４】
減算器１３９は、現在のギャップ長偏差Δｚと記憶器１３７から出力されるギャップ長偏差ｚ１との差分を演算する。
【００８５】
ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚ１およびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇを演算する。
【００８６】
ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。
【００８７】
なお、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７は、ゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算するための線形和演算手段として動作している。この線形和演算手段の出力に基づいて、磁石ユニット１０７の吸引力が制御される。
【００８８】
（２）ゼロパワー制御器１３３の構成
ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。
【００８９】
最小次元状態観測器１４９は、減算器１３１からのギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。
【００９０】
ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【００９１】
励磁電流設定器１５３は、電磁石１０５の励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【００９２】
減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力からセンサ部１３０の出力である励磁電流偏差Δｉｚを減算する。
【００９３】
切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときはゼロを出力する。
【００９４】
電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【００９５】
減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｉが出力される。
【００９６】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループＬ１が支持制御手段として用いられる。また、電流センサ１２３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至る制御ループＬ２がゼロパワー制御手段として用いられる。
【００９７】
ここで、記憶器１３７には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器１３７に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕに代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【００９８】
（３）ギャップ長一定制御器１４１の構成
ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。
【００９９】
最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９からのギャップ長偏差Δｚ−ｚ１およびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。
【０１００】
ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じて、それらの総和を出力する。
【０１０１】
ギャップ長設定器１６３は、浮上ギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０１０２】
減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ１を減算する。
【０１０３】
切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときは減算器１６５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のときはゼロを出力する。
【０１０４】
ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０１０５】
減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇが出力される。
【０１０６】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループＬ１’が支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至る制御ループＬ３がギャップ長一定制御手段として用いられる。
【０１０７】
なお、同一構成を有する箇所には同一番号を付し、’により区別している。また、ベクトル出力信号は二重線、スカラー出力信号は一重線で区別している。
【０１０８】
（４）ギャップ長範囲検出器１３５の構成
図３はギャップ長範囲検出器１３５の構成の構成を示すブロック図である。
【０１０９】
ギャップ長範囲検出器１３５は、最小ギャップ長設定器１７３と、最大ギャップ長設定器１７５と、減算器１７７と、減算器１７９と、切換え器１８１と、切換え器１８３と、乗算器１８５とを備えている。
【０１１０】
最小ギャップ長設定器１７３は、最小ギャップ長を設定する。最大ギャップ長設定器１７５は、最大ギャップ長を設定する。
【０１１１】
減算器１７７は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最小ギャップ長設計器１７３の出力を減算する。減算器１７９は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最大ギャップ長設計器１７５の出力を減算する。
【０１１２】
切換え器１８１は、減算器１７７の出力が正のときに１を選択し、減算器１７７の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。切換え器１８３は、減算器１７９の出力が正のときに１を選択し、減算器１７９の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。乗算器１８５は、切換え器１８１の出力と切換え器１８３の出力とを乗じて出力する。
【０１１３】
（５）記憶器１３７の構成
図４は記憶器１３７の構成を示すブロック図である。
【０１１４】
記憶器１３７は、立下り検出器１８７と、メモリー要素１８９と、切換え器１９１と、外力範囲検定器１９３と、乗算器１９５とを備えている。
【０１１５】
立下り検出器１８７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力を入力して、当該出力値の０．５に対する立下りを検出したときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。
【０１１６】
メモリー要素１８９は、初期値をゼロとして切換え器１９１の出力を記憶する。
【０１１７】
切換え器１９１は、立下り検出器１８７が１のときにギャップセンサ１２１の出力を選択し、立下り検出器１８７が１でないときにメモリー要素１８９の出力を選択する。
【０１１８】
外力範囲検定器１９３は、最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕｓ^を入力して、その外力推定値ｕｓ^の値が所定の範囲内にあるときはゼロを出力し、そうでないときは１を出力する。乗算器１９５は、メモリー要素１８９の出力と外力範囲検定器１９３の出力を乗算する。外力範囲検定器１９３および乗算器１９５は記憶器１３７の出力を初期値のゼロにするためのリセット手段を構成している。
【０１１９】
（立下り検出器１８７の構成）
立下り検出器１８７は、減算器１９７と、遅れ要素２０１と、切換え器２０３と、切換え器２０５と、乗算器２０７と、切換え器２０９と、切換え器２１１と、乗算器２１３とを備えている。
【０１２０】
減算器１９７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力から０．５を減じる。遅れ要素２０１は、減算器１９７の出力を例えばデジタル制御において１サンプル時間だけ遅らせて出力する。
【０１２１】
切換え器２０３は、遅れ要素２０１の出力が正のとき１を出力し、そうでないとき−１を選択して出力する。切換え器２０５は、減算器１９７の出力が正のときに１を選択し、減算器１９７の出力が正でないときに−１を選択して出力する。乗算器２０７は、切換え器２０３の出力と切換え器２０５の出力とを乗じて出力する。
【０１２２】
切換え器２０９は、乗算器２０７の出力が正のときにゼロを選択し、乗算器２０７の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２１１は、減算器１９７の出力が正のときにゼロを選択し、減算器１９７の出力が正でないときに１を選択して出力する。乗算器２１３は、切換え器２０９の出力と切換え器２１１の出力とを乗じて出力する。この乗算器２１３の出力が立ち下がり検出器の出力となっている。
【０１２３】
（外力範囲検定器１９３の構成）
外力範囲検定器１９３は、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０１２４】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０１２５】
減算器２１９は、最小外力設定器２１５の設定値を最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕｓ^から減算する。減算器２２１は、最大外力設定器２１７の設定値を最小次元状態観測器の外力推定値ｕｓ^から減算する。
【０１２６】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２１９の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２２１の出力が正でないときに１を選択して出力する。
【０１２７】
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３の出力となっている。
【０１２８】
（動作説明）
次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。
【０１２９】
いま、装置の電源がＯＦＦされて、浮上体１１１がガイド１１３に吸着しているとする。この状態で、装置の電源をＯＮすると、浮上体１１１が吸着状態にあるために、ギャップセンサ１２１から最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より小さい値が出力される。
【０１３０】
したがって、図３に示したギャップ長範囲検出器１３５内部において、切換え器１８１では−０．５が選択され、切換え器１８３では０．５が選択され、加算器１８５からゼロが出力される。
【０１３１】
一方、記憶器１３７からは初期値ゼロが出力されている。そして、ギャップ長範囲検出器１３５のゼロ出力が切換え器１５７，１６７にそれぞれ入力されるため、電流積分器１５９にはゼロが入力されることになる。
【０１３２】
また、ギャップ長偏差積分器１６９には減算器１３９の出力Δｚ−ｚ１（ここで、ｚ１＝０）が入力され、ギャップ長一定制御が開始される。このとき、励磁電流設定器１５３では所定の負の値から時間の経過と共に徐々にゼロに近づく励磁電流目標値が設定され、ギャップ長設定器１６３では吸着時のギャップ長偏差の値（所定の負の値）から徐々にゼロに近づくギャップ長目標値がそれぞれ設定されている。これにより、浮上体１１１は穏やかな応答で所定のギャップ長ｚ０に向かって浮上を開始する。
【０１３３】
やがて、浮上ギャップ長が最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より大きくなると、ギャップ長範囲検出器１３５が１を出力する。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９が積分演算動作を停止すると共に、電流積分器１５９が積分演算を開始して、ギャップ長一定制御からゼロパワー制御に切り換わる。
【０１３４】
ここで、ゼロパワー制御で浮上状態にある浮上体１１１の補助支持部１２５の上面に負荷荷重が印加されると、永久磁石１０３の吸引力が浮上体総重力とバランスするため、ギャップ長が減少する。負荷荷重がさらに増加すると、ギャップ長がさらに減少して、ついには最小ギャップ長設定器１７３に設定された最小ギャップ長よりも小さくなる。
【０１３５】
このとき、図４に示した記憶器１３７において、最小次元状態観測器１４９で推定される外力推定値ｕｓ^が最大外力設定器２１７の設定値よりも大きくなっていると、切換え器２２３にてゼロが選択され、切換え器２２７にて１が選択されるため、外力範囲検定器１９３から１が出力される。
【０１３６】
一方、立下り検出器１８７では、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わる瞬間にのみ１を出力する。このため、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなった瞬間の実際のギャップ長偏差ｚ１が切換え器１９１を介してメモリー要素１８９に記憶される。これにより、記憶器１３７からギャップ長偏差ｚ１が出力される。
【０１３７】
このとき、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなるため、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わる。その後、負荷荷重の増加に対してギャップ長一定制御が継続し、浮上体１１１がガイド１１３に接触することはない。また、ギャップ長一定制御が動作するので、フィードバックゲインであるゲイン補償器１５１，１５１’の値を変更しても励磁電流が大きく増加することがない。
【０１３８】
また、負荷荷重が減少し、浮上ギャップ長が最大外力設定値より小さくなると、切換え器２２５がゼロを選択するため、記憶器１３７の出力はｚ１からゼロにリセットされる。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９においてギャップ長偏差Δｚが積分されるため、浮上体１１１は所定のギャップ長ｚ０に向かって移動する。すると、浮上ギャップ長が増加し、最小ギャップ長の設定値よりも大きくなってゼロパワー制御が再開することになる。
【０１３９】
操作が終了し、装置を停止する場合には、励磁電流設定器１５３およびギャップ長設定器１６３のそれぞれの設定値をゼロから所定の負の値に徐々に収束させればよい。ゼロパワー制御時は電流目標値の減少により、ギャップ長一定性制御時はギャップ長偏差目標値の減少により浮上体１１１のギャップ長が減少し、やがて浮上体１１１はガイド１１３に吸着する。この時点で装置の電源をＯＦＦして装置の運転が終了する。
【０１４０】
以上のように、本実施形態における磁気浮上装置によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。
【０１４１】
さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなるほか、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり装置の信頼性向上を図ることができる。
【０１４２】
なお、本実施形態では、ギャップ長一定制御器１４１が最小次元状態観測器１４９’およびゲイン補償器１５１’を備えているが、磁気浮上系の安定化が図れる場合には最小次元状態観測器１４９’，ゲイン補償器１５１’および減算器１７１を省略してもなんら差し支えない。
【０１４３】
また、本実施形態では、浮上体１１１に印加される外力を推定する手段として、式８に基づく最小次元状態観測器を用いているが、これは、状態観測器の形態をなんら限定するものでなく、例えば、同一次元状態観測器や他の外力推定手法を用いてもよい。
【０１４４】
また、本実施形態では、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを記憶器１３７に入力する構成としたが、記憶器１３７にギャップ長ｚを記憶した後で、ギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ０とのギャップ長偏差Δｚを求めることでもよい。
【０１４５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１４６】
第２の実施形態では、浮上体の運動座標系の各モード毎に励磁電圧、励磁電流を演算することを特徴とする。ここでは、本発明の磁気浮上装置をエレベータに適用した場合を例にして説明する。
【０１４７】
図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、この磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の構成が全体として符号１０で示されている。
【０１４８】
また、図６はその磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図、図７はその磁気浮上装置の磁石ユニット周辺の構成を示す斜視図、図８はその磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す立面図である。
【０１４９】
図５に示すように、エレベータシャフト１２の内面にガイドレール１４，１４’と、移動体１６と、４つの案内ユニット１８ａ〜１８ｄが構成されている。ガイドレール１４，１４’は、強磁性部材で構成され、エレベータシャフト１２内に所定の取り付け方法で敷設されている。
【０１５０】
移動体１６は、上述した磁気浮上装置の浮上体に相当する。この移動体１６は、ガイドレール１４，１４’に沿って、例えばロープ１５の巻上げ機等の図示せぬ駆動機構を介して上下方向に移動する。案内ユニット１８ａ〜１８ｄは、移動体１６に取り付けられており、この移動体１６をガイドレール１４，１４’に対して非接触で案内する。
【０１５１】
移動体１６には、乗りかご２０と案内ユニット１８ａ〜１８ｄが取り付けられる。移動体１６は、案内ユニット１８ａ〜１８ｄの所定の位置関係を保持可能な強度を有するフレーム部２２を備えている。図６に示すように、このフレーム部２２の四隅には、ガイドレール１４，１４’と対向する案内ユニット１８ａ〜１８ｄが所定の方法で取り付けられている。
【０１５２】
案内ユニット１８は、図７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製の台座２４にｘ方向ギャップセンサ２６（２６ｂ，２６ｂ’）、ｙ方向ギャップセンサ２８（２８ｂ，２８ｂ’）および磁石ユニット３０を所定の方法で取り付けて構成されている。
【０１５３】
磁石ユニット３０は、中央鉄心３２、永久磁石３４，３４’、電磁石３６，３６’で構成されており、図８にも示されているように、永久磁石３４，３４’の同極同士が中央鉄心３２を介して向かい合う状態で全体としてＥ字形状に組み立てられている。
【０１５４】
電磁石３６，３６’は、Ｌ字形状の鉄心３８（３８’）をコイル４０（４０’）に挿入後、鉄心３８（３８’）の先端部に平板形状の鉄心４２を取り付けて構成されている。中央鉄心３２および電磁石３６，３６’の先端部には、個体潤滑部材４３が取付けられている。この個体潤滑部材４３は、電磁石３６，３６’が励磁されていない時に永久磁石３４，３４’の吸引力で磁石ユニット３０がガイドレール１４（１４’）に吸着して固着することを防止し、かつ、吸着状態でも移動体１６の昇降に支障が出ないようにするために設けられている。この個体潤滑部材４３としては、例えばテフロン（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がある。
【０１５５】
以下では、簡単のために、主要部分を示す番号に案内ユニット１８ａ〜１８ｄのアルファベット（ａ〜ｄ）を付して説明する。
【０１５６】
磁石ユニット３０ｂでは、コイル４０ｂ，４０ｂ’を個別に励磁することでガイドレール１４’に作用する吸引力をｙ方向とｘ方向に関して独立に制御することができる。この制御方式については、特許文献２に記載されているため、ここでは詳しい説明を省略する。
【０１５７】
案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各吸引力は、上述した励磁電圧演算部１１５として用いられる制御装置４４により制御され、乗りかご２０およびフレーム部２２がガイドレール１４，１４’に対して非接触に案内される。
【０１５８】
なお、制御装置４４は図５の例では分割されているが、例えば図９に示すように、全体として１つに構成されていても良い。
【０１５９】
図９は同実施形態における制御装置内の構成を示すブロック図、図１０はその制御装置内のモード制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。なお、ブロック図において、矢印線は信号経路を、棒線はコイル４０周辺の電力経路を示している。
【０１６０】
この制御装置４４は、センサ部６１と、演算回路６２と、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’とを備えており、これらで４つの磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの吸引力をｘ軸，ｙ軸について独立に制御している。
【０１６１】
演算回路６２は、このセンサ部６１からの信号に基づいて移動体１６を非接触案内させるべく、各コイル４０ａ，４０ａ’〜４０ｄ，４０ｄ’を励磁するための印加電圧を演算する励磁電圧演算部として用いられる。パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’は、この演算回路６２の出力に基づいて各コイル４０に電力を供給する励磁部として用いられる。
【０１６２】
また、電源４６は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に電力を供給すると同時に定電圧発生装置４８にも電力を供給している。なお、この電源４６は、照明やドアの開閉のために図示せぬ電源線でエレベータシャフト１２外から供給される交流をパワーアンプヘの電力供給に適した直流に変換する機能を有している。
【０１６３】
定電圧発生装置４８は、パワーアンプ６３への大電流の供給などにより電源４６の電圧が変動しても常に一定の電圧で演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’に電力を供給する。これにより、演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は常に正常に動作する。
【０１６４】
センサ部６１は、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’と、各コイル４０の励磁電流を検出する電流検出器６６ａ，６６ａ’〜６６ｄ，６６ｄ’で構成されている。
【０１６５】
なお、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は、各々のオフセット電圧を調整して、乗りかご２０がガイドレール１４，１４’に対して所定の位置関係で案内されている場合の浮上ギャップ長を基準として、当該浮上ギャップ長からの偏差を出力するように校正されている。
【０１６６】
加えて、各案内ユニット１８に取り付けられている２つのｘ方向ギャップセンサ出力および２つのｙ方向ギャップセンサ出力のそれぞれを平均する平均化部２７，２７’が備えられている。これにより、ｘ，ｙの各方向における磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間の浮上ギャップ長偏差Δｘａ，Δｙａ〜Δｘｄ，Δｙｄが得られることはいうまでもない。
【０１６７】
演算回路６２は、図５に示される運動座標系の各モード毎に移動体１６の案内制御を行っている。ここで、前記各モードとは、移動体１６の重心の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）である。
【０１６８】
また、これらのモードに加え、演算回路６２は、ζモード（全吸引モード）、δモード（ねじれモード）、γモード（歪モード）についても案内制御を行っている。すなわち、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがガイドレール１４，１４’に及ぼす「全吸引力」、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがフレーム部２２に及ぼすｚ軸周りの「ねじれトルク」、磁石ユニット３０ａ，３０ｄがフレーム部２２に、磁石ユニット３０ｂ，３０ｃがフレーム部２２に及ぼす回転トルクでフレーム部２２をｚ軸に対して左右対称に歪ませる「歪力」に関する３つのモードである。
【０１６９】
以上のような８つのモードに対し、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのコイル電流をゼロに収束させることで、積荷の偏りが所定の範囲内であればその偏荷重トルクに関わらず永久磁石３４の吸引力だけで移動体を安定に支持するゼロパワー制御を行い、偏荷重トルクが大きい場合にはギャップ長一定制御にて案内制御を行っている。
【０１７０】
演算回路６２は、浮上体である移動体１６の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる各コイル４０の励磁電流の線形結合で表させるモード別励磁電流を演算する機能と、同じく各コイル４０の励磁電圧の線形結合で表させるモード別励磁電圧を演算する機能を備える。具体的には、次のように構成される。
【０１７１】
すなわち、図９に示すように、演算回路６２は、ギャップ長偏差座標変換回路７４と、電流偏差座標変換回路８３と、制御電圧演算回路８４と、制御電圧座標逆変換回路８５と、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８と、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９と、ｘ，θモード記憶器７０と、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１とを備えている。
【０１７２】
ギャップ長偏差座標変換回路７４は、ギャップ長偏差信号Δｙａ，Δｙａ’〜Δｙｄ，Δｙｄ’により移動体１６の重心のｙ方向の運動に関わる位置偏差Δｙ、ｘ方向の運動に関わる位置偏差Δｘ、同重心のまわりのローリングに関わる角度偏差Δθ、移動体１６のピッチングに関わる角度偏差Δξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる角度偏差Δψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する各偏差Δζ，Δδ，Δγを演算する。
【０１７３】
電流偏差座標変換回路８３は、モード励磁電流演算手段として用いられる。この電流偏差座標変換回路８３は、電流偏差信号Δｉａ，Δｉａ’〜Δｉｄ，Δｉｄ’により移動体１６の重心の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気偏差Δｉｘ、同重心のまわりのローリングに関わる電流偏差Δｉθ、移動体１６のピッチングに関わる電流偏差Δｉξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる電流偏差Δｉψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する電流偏差Δｉζ，Δｉδ，Δｉγを演算する。
【０１７４】
ここで、ゼロパワー制御が適用される場合、各電流検出器の検出値を座標変換した演算結果ｉｙ〜ｉγは、そのまま各モードにおけるゼロ目標値からの電流偏差Δｉｙ〜Δｉγとなる。
【０１７５】
制御電庄演算回路８４は、モード励磁電圧演算手段として用いられる。この制御電庄演算回路８４は、ギャップ長偏差座標変換回路７４および前記電流偏差座標変換回路８３の出力Δｙ〜Δγ，Δｉｙ〜Δｉγより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。
【０１７６】
制御電圧座標逆変換回路８５は、制御電圧演算回路８４の出力ｅｙ，ｅｘ，ｅθ，ｅξ，ｅψ，ｅζ，ｅδ，ｅγにより、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのそれぞれの電磁石励磁電圧ｅａ，ｅａ’〜ｅｄ，ｅｄ’を演算する。この制御電圧座標逆換回路８５の演算結果つまりｅａ，ｅａ’〜ｅｄ，ｅｄ’は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に与えられる。
【０１７７】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８およびｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、ギャップ長範囲検出手段として用いられる。
【０１７８】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８は、平均化部２７からのギャップ長偏差信号Δｘａ〜Δｘｄを入力して移動体１６のｘ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を、そうでないときはゼロを出力する。
【０１７９】
ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、平均化部２７’からのギャップ長偏差信号Δｙａ〜Δｙｄを入力して移動体１６のｙ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。
【０１８０】
ｘ，θモード記憶器７０は、平均化部２７の出力であるギャップ長偏差Δｘａ〜Δｘｄを入力して、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力が１からゼロに変わるときのΔｘａ〜Δｘｄの値を記憶して出力する。また、このｘ，θモード記憶器７０は、制御電圧演算回路８４で演算されるｘ，θモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。
【０１８１】
ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、平均化部２７’の出力であるギャップ長偏差Δｙａ〜Δｙｄを入力して前記ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１からゼロに変わるときのΔｙａ〜Δｙｄの値を記憶して出力する。また、この制御電圧演算回路８４で演算されるｙ，ξ，ψモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。
【０１８２】
さらに、制御電圧演算回路８４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、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ、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、歪モード制御電圧演算回路８８ｃで構成されている。
【０１８３】
前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ΔｙおよびΔｉｙよりｙモードの電磁石制御電圧ｅｙを演算する。左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、ΔｘおよびΔｉｘよりｘモードの電磁石制御電圧ｅｘを演算する。ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、ΔθおよびΔｉθよりθモードの電磁石制御電圧ｅθ演算する。ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、ΔξおよびΔｉξよりξモードの電磁石制御電圧ｅξ演算する。ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、ΔψおよびΔｉψよりψモードの電磁石制御電圧ｅψ演算する。
【０１８４】
全吸引モード制御電圧演算回路８８ａは、Δｉζよりζモードの電磁石制御電圧ｅζを演算する。ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂは、Δｉδよりδモードの電磁石制御電圧ｅδを演算する。歪モード制御電圧演算回路８８ｃは、Δｉγよりγモードの電磁石制御電圧ｅγを演算する。
【０１８５】
これら各モードの制御電圧演算回路８６ａ〜８６ｃ，８８ａ〜８８ｃのうち、ｙ，ｘ，θ，ξ，ψのモードについては第１の実施形態における励磁電圧演算部１１５と同様の構成を備えている。したがって、以下の図中では、同一箇所には同一記号を付して説明は省略する。
【０１８６】
また、煩雑さを避けるため、各モードのギャップ長偏差Δｙ，Δｘ，Δθ，Δξ，Δψ，Δζ，Δδ，ΔγをΔｚで表し、同じく電流偏差Δｉｙ，Δｉｘ，Δｉθ，Δｉξ，Δｉψ，Δｉζ，Δｉδ，ΔｉγをΔｉｚで表すことにする。
【０１８７】
いま、前後動モード制御電圧演算回路８６ａを代表して、その構成を説明する。
図１０に示すように、前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ゼロパワー制御器１３３と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。
【０１８８】
ゼロパワー制御器１３３は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力であるギャップ長偏差Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３の出力である電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅｉを演算する。
【０１８９】
減算器１３９は、ギャップ長偏差Δｙからｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力ｚｌを減算する。
【０１９０】
ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚｌおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇを演算する。
【０１９１】
ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。
【０１９２】
なお、本実施形態においても、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７はゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算する線形和演算手段として動作している。
【０１９３】
ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ１がｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ１がｘ，θモード記憶器７０の出力となる。
【０１９４】
ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。
【０１９５】
最小次元状態観測器１４９は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ’^および外力の推定値ｕｓｙ^を演算する。
【０１９６】
ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【０１９７】
励磁電流設定器１５３は、前後動モード励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０１９８】
減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力から電流偏差座標変換回路８３の出力である励磁電流偏差Δｉｙを減算する。
【０１９９】
切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときはゼロを出力する。
【０２００】
電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０２０１】
減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｉが出力される。
【０２０２】
このような構成において、ギャップ長偏差座標変換回路７４および電流偏差座標変換回路８３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、電流偏差座標変換回路８３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至るループがゼロパワー制御手段として用いられる。
【０２０３】
ここで、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^（ｕｓｙ^，ｕｓξ^，ｕｓψ^）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器７１に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕ（Δｙｕ，Δξｕ，Δψｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【０２０４】
一方、ｘ，θモード記憶器７０には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^（ｕｓｘ^，ｕｓθ^）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器７０に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕ（Δｘｕ，Δθｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【０２０５】
ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。
【０２０６】
最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９の出力および電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差信号を入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ’^および外力の推定値ｕｓｙ^を演算する。
【０２０７】
ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【０２０８】
ギャップ長設定器１６３は、前後動モードギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０２０９】
減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ１を減算する。
【０２１０】
切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときは、減算器１６５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のときはゼロを出力する。
【０２１１】
ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０２１２】
減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇが出力される。
【０２１３】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至るループがギャップ長一定制御手段として用いられる。
【０２１４】
ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力となることはいうまでもない。
【０２１５】
他の制御電圧演算回路である左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御演算回路８６ｄおよびヨーモード制御演算回路８６ｅについても、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同様の構成であり、ここでは対応する入出力信号を信号名で示し、その説明は省略するものとする。
【０２１６】
図１１はギャップ長範囲検出器６８（６９）の構成を示すブロック図である。
【０２１７】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）は、平均化部２７（２７’）の４つの出力Δｘａ〜Δｘｄ（Δｙａ〜Δｙｄ）に対応したギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄと、加算器７２と、減算器７３と、切換え器７５とを備える。
【０２１８】
ギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄは、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、浮上ギャップ長が所定の範囲内にあるか否かを検出する。加算器７２は、これらのギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄの各出力の総和を演算する。減算器７３は、加算器７２の出力から３．５を減じる。切換え器７５は、減算器７３の出力が正のとき１を選択し、減算器７３の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。
【０２１９】
なお、切換え器７５の出力がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）の出力であることは言うまでもない。
【０２２０】
図１２はｘ，θモード記憶器７０の構成を示すブロック図である。
【０２２１】
ｘ，θモード記憶器７０は、立下り検出器１８７と、２つの切換え器１９１ｂ，１９１ｃと、２つのメモリー要素１８９ｂ，１８９ｃと、外力範囲検定器１９３’と、２つの乗算器７７ｂ，７７ｃと、２つのローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃとを備える。
【０２２２】
立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の信号を入力する。
【０２２３】
切換え器１９１ｂは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｘを入力すると共にメモリー要素１８９ｂの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｘを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ｂの出力を選択する。切換え器１９１ｃについても同様であり、立下り検出器１８７の出力に応じてΔθまたはメモリー要素１８９ｃの出力を選択する。
【０２２４】
メモリー要素１８９ｂ，１８９ｃは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ｂ，１９１ｃの出力を記憶する。
【０２２５】
外力範囲検定器１９３’は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕｓｘ^およびｕｓθ^の値に基づいて１かゼロを出力する。
【０２２６】
乗算器７７ｂ，７７ｃは、それぞれに外力範囲検定器１９３’の出力とメモリー要素１８９ｂ，８９ｃの出力との積を演算する。
【０２２７】
ローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃは、それぞれに乗算器７７ｂ，７７ｃの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。
【０２２８】
ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｘ，θモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃの出力がｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの減算器１３９にΔｘｕ，Δθｕとして入力されていることはいうまでもない。
【０２２９】
外力範囲検定器１９３’は、ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０２３０】
ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃは、それぞれにｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕｓｘ^およびｕｓθ^に所定のゲインを乗じる。
【０２３１】
絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ｂの出力の絶対値とゲイン乗算器８０ｃの出力の絶対値とを加算する。
【０２３２】
ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。
【０２３３】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０２３４】
減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。
【０２３５】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する、
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３’の出力となっている。
【０２３６】
図１３はｙ，ξ，ψモード記憶器７１の構成を示すブロック図である。
【０２３７】
ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、立下り検出器１８７と、３つの切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅと、３つのメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅと、外力範囲検定器１９３”と、３つの乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅと、３つのローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅとを備える。
【０２３８】
立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の信号を入力する。
【０２３９】
切換え器１９１ａは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｙを入力すると共にメモリー要素１８９ａの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｙを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ａの出力を選択する。切換え器１９１ｄ，１９１ｅについても同様であり、切換え器１９１ｄは立下り検出器１８７の出力に応じてΔξまたはメモリー要素１８９ｄの出力を選択し、切換え器１９１ｅは立下り検出器１８７の出力に応じてΔψまたはメモリー要素１８９ｅの出力を選択する。
【０２４０】
メモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅの出力を記憶する。
【０２４１】
外力範囲検定器１９３”は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕｓｙ^，ｕｓξ^およびｕｓψ^の値に基づいて１かゼロを出力する。
【０２４２】
乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅは、それぞれに外力範囲検定器１９３”の出力とメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅの出力との積を演算する。
【０２４３】
ローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅは、それぞれに乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。
【０２４４】
ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｙ，ξ，ψモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅの出力がｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの減算器１３９にΔθｕ，Δξｕ，Δψｕとして入力されていることはいうまでもない。
【０２４５】
外力範囲検定器１９３”は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０２４６】
ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅは、それぞれにｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕｓｙ^，ｕｓξ^，およびｕｓψ^に所定のゲインを乗じる。
【０２４７】
絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅの各出力の絶対値を加算する。
【０２４８】
ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。
【０２４９】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０２５０】
減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。
【０２５１】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する。
【０２５２】
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３”の出力となっている。
【０２５３】
ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１をこのような構成とすることで、エレベータが稼動中に移動体１６が受ける様々な外力、例えば、乗りかご２０への台車等の乗り込みや乗りかご２０内での人や積載物の移動などに対し、定常的な過大偏荷重トルクの印加とみなせる場合にのみゼロパワー制御からギャップ長一定制御に移行してガイドレール１４，１４’に対する移動体１６の浮上姿勢を固定して接触防止を図ることができる。また、ゼロパワー制御に切換え可能な過大偏荷重トルクの減少を確実に検知することが可能となる。
【０２５４】
一方、ζ，δおよびγの３つのモードの制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃの構成を図１４に示す。制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃは同じ構成であり、また、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同じ構成要素を有する。ここでは、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同一部分に同一符号を付し、’を付して区別する。ただし、電流偏差に乗せられるゲインを設定するゲイン補償器についてはスカラー量であるため、ゲイン補償器８１とした。
【０２５５】
次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。
【０２５６】
本装置が停止状態にあるとき、磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触し、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触している。このとき、固体潤滑部材４３の働きにより、移動体１６の昇降動作が妨げられることはない。
【０２５７】
この状態で、本装置を起動させると、ｙモードおよびｘモードにおいて励磁電圧調整部９９の動作によりギャップセンサを用いた磁気浮上制御が行なわれる。制御装置４４は、浮上制御演算部６５を通じて永久磁石３４が発生する磁束と同じ向きまたは逆向きの磁束を各電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’に発生させると共に、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄとガイドレール１４，１４’との間に所定の空隙長を維持させるべく各コイル４０に流す電流を制御する。
【０２５８】
これによって、図８に示すように、永久磁石３４〜鉄心３８，４２〜空隙Ｇ〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃおよび永久磁石３４’〜鉄心３８、４２〜空隙Ｇ’〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃ’が形成される。
【０２５９】
このとき、空隙Ｇ，Ｇ’，Ｇ”におけるギャップ長は、永久磁石３４の起磁力による各磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの磁気的吸引力が移動体１６の重心に作用するｙ軸方向前後力、同ｘ方向左右力、移動体１６の重心を通るｘ軸回りのトルク、同ｙ軸回りのトルクおよび同ｚ軸回りのトルクと丁度釣合うような長さになる。
【０２６０】
制御装置４４は、これらの釣合いを維持すべく、移動体１６に外力が作用したときに電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’の励磁電流制御を行う。これによって、所謂ゼロパワー制御がなされ、移動体１６の非接触状態が保持される。
【０２６１】
ここで、乗りかご２０内の乗客や積荷の偏り、乗客の乗り降り等が原因で移動体１６に過大な外力が加えられたとする。このような場合、ゼロパワー制御では、磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間のギャップ長が減少し、ついには接触に至ることになる。こうなると、乗りかご２０に振動が直接伝播するので、乗り心地が極端に悪化する。
【０２６２】
これに対し、本発明では、過大な偏荷重トルクが印加されると、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わるので、移動体１６（磁石ユニット３０）がガイドレール１４，１４’に接触することを防ぐことができる。また、偏荷重トルクが減少すると、再びゼロパワー制御に戻るので、電力が無駄に消費されることもない。
【０２６３】
さらに、ゼロパワー制御とギャップ長一定制御の切換え時には、ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１が備えるローパスフィルタ７６，７８の作用により、切換えの頻度とギャップ長目標値の急変が防止されるので、良好な乗り心地が維持される。
【０２６４】
本装置が運転を終えて停止する場合には、目標値設定部７４において、ｙモードおよびｘモードの目標値をゼロから徐々に負の値とする。これにより、移動体１６はｙ軸、ｘ軸方向に徐々に移動し、最終的に磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着すると共に、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着する。この状態で本装置を停止させると、目標値設定部７４の出力がすべてゼロにリセットされ、移動体１６がガイドレール１４に吸着する。
【０２６５】
上述したように、本装置では、最小ギャップ長と最大ギャップ長を設定するだけで、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御への切換え条件を設定できる。したがって、エレベータのように多くの制御軸を有し、移動体が様々な姿勢をとる物体に適用する場合において、切換え調整を簡便にして、調整時間の削減、コストの低減を図ることができる。
【０２６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０２６７】
前記第１および第２の実施形態では、磁石ユニットが浮上体側に取付けられていたが、これは磁石ユニットの取付け位置をなんら限定するものでなく、図１５に示すように、磁石ユニットを地上側に配置しても良い。なお、説明の簡単化のために、以下、第１および第２の実施形態と共通する部分には同一の符号を用いて説明する。
【０２６８】
図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体の構成が符号３００で示されている。
【０２６９】
磁気浮上装置３００は、補助支持部３０２、磁石ユニット１０７、ガイド３０４、防振台テーブル３０６、リニアガイド３０８、励磁電圧演算部１１５、パワーアンプ３１３、ギャップセンサ１２１および電流センサ１２３を備えている。
【０２７０】
補助支持部３０２は、断面がコ字形状をなし、例えばアルミ部材などの非磁性体で形成される。この補助支持部３０２は地上に設置されており、磁石ユニット１０７は補助支持部３０２の上部下面に下向きに取付けられている。
【０２７１】
ガイド３０４は、磁石ユニット１０７に対向する断面がコ字形状をなし、例えば鉄などの強磁性部材で形成されている。防振台テーブル３０６は、このガイド３０４を底部上面に備えており、全体としてコ字形状に形成されている。リニアガイド３０８は、防振台テーブル３０６の側面に取付けられ、地上に対して垂直方向にのみ動きの自由度を防振台テーブル３０６に付与している。
【０２７２】
励磁電圧演算部１１５は、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して防振テーブル３０６を非接触で支持するための制御を行う。パワーアンプ３１３は、励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて磁石ユニット１０７を励磁するための図示せぬ電源に接続されている。ギャップセンサ１２１は磁石ユニット１０７とガイド３０４間の浮上ギャップ長を防振台テーブル３０６と補助支持部３０２間の距離を測定することで検出している。電流センサ１２３は、磁石ユニット１０７の励磁電流を検出する。
【０２７３】
ここで、励磁電圧演算部１１５は第１の実施形態と同一の構成をとっており、ここでは説明を省略する。
【０２７４】
本実施形態によれば、磁石ユニット１０７を地上側に配置したことにより、可動部である防振テーブル３０６からの配線がなくなり、装置の信頼性が向上するといった利点がある。
【０２７５】
なお、前記各実施形態では、磁気浮上を行う制御装置（励磁電圧演算部１１５）がアナログ的な構成として説明されているが、本発明は、アナログの制御方式に限定されるものではなく、デジタル制御にて構成することも可能である。
【０２７６】
また、励磁部の構成としてパワーアンプを用いているが、これはドライバの方式を何ら限定するものではなく、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）形のものであって何ら差し支えない。
【０２７７】
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。要するに、本発明は前記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０２７８】
Ｌ１，Ｌ１’…支持制御手段、Ｌ２…ゼロパワー制御手段、Ｌ３…ギャップ一定制御手段、１，１’，１０，３００…磁気浮上装置、１０３，３４，３４’…永久磁石、１０５，３６，３６’…電磁石、１０７，３０…磁石ユニット、１０９…負荷荷重、１１１…浮上体、１１３，３０４…ガイド、１１５…励磁電圧演算部、ドライバ…１１６、１２５，３０２…補助支持部、１１７，３８，３８’，４２…鉄心、１１９，１１９’，４０，４０’…コイル、１２１…ギャップセンサ、１２３…電流センサ、１２８…リード線、１３０，６１…センサ部、１３１，１３９，１５５，１６１，１６５，１７１，１７７，１７９，１９７，２１９，２２１，７３…減算器、１３３…ゼロパワー制御器、１３５…ギャップ長範囲検出器、１３７…記憶器、１４１…ギャップ長一定制御器、１４３，１４５，８０…ゲイン乗算器、１４７，２２７，７２…加算器、１４９，１４９’…最小次元状態観測器、１５１，１５１’，８１…ゲイン補償器、１５３…励磁電流設定器、１５７，１６７，７５，１８１，１８３，１９１，２０３，２０５，２０９，２１１，２２３，２２５…切換え器、１５９…電流積分器、１６３…ギャップ長設定器、１６９…ギャップ長偏差積分器、１７３…最小ギャップ長設定器、１７５…最大ギャップ長設定器、１８５，１９５，７７，２０７…乗算器、１８７…立下り検出器、１８９…メモリー要素、１９３，１９３’，１９３”…外力範囲検定器、２０１…遅れ要素、２１５…最小外力設定器、２１７…最大外力設定器、１２…エレベータシャフト、１４，１４’…ガイドレール、１６…移動体、１８ａ〜１８ｄ…案内ユニット、１５…ロープ、２０…乗りかご、２２…フレーム部、２４…台座、２６…ｘ方向ギャップセンサ、２８…ｙ方向ギャップセンサ、３２…中央鉄心、４３…個体潤滑部材、４４…制御装置、６２…演算回路、６３，６３’，３１３…パワーアンプ、４６…電源、４８…定電圧発生装置、６６…電流検出器、２７，２７’…平均化部、７４…ギャップ長偏差座標変換回路、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、６８…ｘ，θモードギャップ長範囲検出器、６９…ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器、７０…ｘ，θモード記憶器、７１…ｙ，ξ，ψモード記憶器、８６ａ…前後動モード制御電圧演算回路、８６ｂ…左右動モード制御電圧演算回路、８６ｃ…ロールモード制御電圧演算回路、８６ｄ…ピッチモード制御電圧演算回路、８６ｅ…ヨーモード制御電圧演算回路、８８ａ…全吸引モード制御電圧演算回路、８８ｂ…ねじれモード制御電圧演算回路、８８ｃ…歪モード制御電圧演算回路、７８，７６…ローパスフィルタ、７９…絶対値加算器、３０６…防振台テーブル、３０８…リニアガイド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常電導吸引式磁気浮上装置に係り、特に電磁石の励磁電流をゼロに収束させながら対象物を非接触に支持する磁気浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸引式磁気浮上は、鉄製のガイドレールに対する電磁石の吸引力によって対象物を非接触で支持する技術である。非接触状態の保持は、一般に対象物（浮上体）の浮上ギャップ長や電磁石コイルの電流を検出して、電磁石コイルの吸引力（励磁電流）を制御することによって行う。
【０００３】
これに対して、磁石ユニットを永久磁石と電磁石で構成する方式が開発された。この方式は、永久磁石の主磁束と電磁石の主磁束によって形成される磁気回路がガイドレールと磁石ユニット間の空隙で共通の磁路を形成するように磁石ユニットとガイドレールを配置して、浮上状態の安定性を維持しながら電磁石の励磁電流をゼロに収束させる所謂「ゼロパワー制御」により実現される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このゼロパワー制御では、浮上体に加えられる外力が一定のとき、電磁石の励磁電流はゼロに収束しており、外力が変動したときのみ電流が流れることになる。このため、安定状態では、電力をほとんど消費することなく、浮上体を非接触で支持することができる。
【０００５】
なお、常温で扱えるので、本方式を用いた磁気浮上装置のことを「常電導吸引式磁気浮上装置」と呼んでいる。
【０００６】
このような磁気浮上装置は、ガイドレールと磁石ユニット間の空隙長が大きい場合でも、わずかな励磁電流で大きな電磁力を制御できるといった利点もあり、例えばエレベータの乗りかごなどに適用される（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ここで、ゼロパワー制御には、上述の特許文献１などに見られるように各種の制御方法がある。なかでも、制御系全体のパラメータ変動に対して確実に電磁石の励磁電流をゼロに収束できるという点で、電磁石の励磁電流を積分器を介して制御系にフィードバックする手法を用いる場合が多い。
【０００８】
ゼロパワー制御では、浮上体に外力が加わると、励磁電流がゼロに収束するのに伴って永久磁石の吸引力が外力とバランスするような状態が維持される。このため、例えば、強磁性のガイドと浮上体の磁石ユニット間のギャップ長を広げる方向の外力に対しては浮上ギャップ長が減少して安定状態が維持される。
【０００９】
このゼロパワー制御独特の応答のため、過大な外力によって磁石ユニットとガイドが接触すると、ガイドからの反力がギャップ長を広げる方向に作用し、ますますギャップ長が減少するように制御が働き、ついには磁石ユニットがガイドに吸着してしまう。磁石ユニットがガイドに吸着した後も、ガイドからの反力によりギャップ長を減少させるように電磁石励磁電流が制御されるため、外力を取り除いても、浮上体を再び非接触支持することは不可能となる。
【００１０】
こうした現象は、フィードバック制御系に組み込まれた電流積分器がいつまでも動作していることに起因している。そこで、通常は、電流積分器にリミッタが設けられる（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
すなわち、電流積分器の入力側に電流信号入力とゼロ入力を切り換えるための切換え器を設け、電流積分器の出力値がリミッタの上限を超える場合に、電流積分器に入力される電流信号が負になる場合にのみ電流信号入力を選択し、それ以外ではゼロ入力を選択する。これにより、過大な外力が印加されたときの電流積分器の出力増加を制限して、磁石ユニットのガイドヘの吸着を防止することができる。
【００１２】
なお、吸着防止には、磁石ユニットがガイドに吸着した状態をギャップセンサで検出し、そのときに電流積分器の演算結果をゼロにリセットすることも可能である。しかし、このリセット手法では、電流積分器をリセットしたときに電磁石励磁電圧が急変するので、浮上体に大きな揺れが発生してしまう問題がある。これに対し、リミッタを用いる手法は、積分フィードバック制御におけるアンチワインドアップと呼ばれ、浮上体に揺れを生じさせることなく吸着を防止できるといった利点がある。
【００１３】
この他、浮上体がガイドに吸着したことをギャップセンサで検知し、電流積分器の演算を初期値ゼロからやり直す手法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この手法は、電流積分器がリセットされたときに、電磁石励磁電圧が急変し、浮上体に大きな揺れが生じるが、簡便に吸着状態を回避できるといった利点がある。
【００１４】
さらに、浮上体の揺れを抑制するため、状態観測器を用いて外力を推定し、その推定した外力を電磁石励磁電圧にフィードバックする手法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この手法は、前記特許文献２の手法に比べて、浮上体の揺れは大きいが、浮上体への負荷重量の搭載など、他の機械的要因で生じる浮上体の揺れを抑制できるといった利点がある。
【００１５】
浮上体の揺れを考慮すると、吸着防止には、前記特許文献２の手法が好ましい。しかし、浮上体を安定化するためのフィードバックゲインに電流積分器の出力が依存するため、浮上状態のチューニングのために制御ゲインを変更すると、リミッタの上下限値を再設定しなければならず、その調整作業に多大な時間を要する。また、こうした調整時間の増大はコストアップにつながる。
【００１６】
また、電流積分器にゼロ信号が入力されて、ゼロパワー制御が停止すると、外力の増加と共に浮上ギャップ長が増大し、結果として励磁電流が増加する。励磁電流の増加は電力消費量の増加を招き、電気系の容量アップや発熱量の増加を引き起こすため、装置の信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６１−１０２１０５号公報
【特許文献２】特開平２００１−１９２８６号公報
【特許文献３】特開昭６２−７３０４号公報
【特許文献４】特開昭６２−７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したように、従来の磁気浮上装置にあっては、ゼロパワー制御の作動・停止を電流積分器の出力の大きさで決定していた。このため、制御パラメータを変更すると、電流積分器を再設定しなければならず、浮上状態の調整に多大な時間を要するという問題があった。しかも、こうした問題は調整費を増大させ、装置のコストアップを招いていた。
【００１９】
また、ゼロパワー制御が停止すると、外力の印加に伴って電磁石の励磁電流が増大するため、装置の大型化や、発熱による装置の信頼性低下といった問題もあった。
【００２０】
本発明は、かかる事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、ゼロパワー制御の調整作業を簡素化すると共に、ゼロパワー制御の停止に伴う励磁電流の増加を抑制して、コストの低減と信頼性の向上を図ることのできる磁気浮上装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る磁気浮上装置は、強磁性体のガイドと、このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。
【００２３】
さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなる他、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり、装置の信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明に係る磁気浮上装置の原理を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は同実施形態における磁気浮上装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は同実施形態における磁気浮上装置に設けられた記憶器の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の全体の構成を示す斜視図である。
【図６】図６は同実施形態における磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は同実施形態における磁気浮上装置の磁気ユニット周辺の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は同実施形態における磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す平面図である。
【図９】図９は同実施形態における制御装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は同実施形態における制御装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は同実施形態における制御装置に設けられたｘ，θモード記憶器の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は同実施形態における制御装置に設けられたｙ，ξ，ψモード記憶器の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の他の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の全体の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、本発明の基本的な原理について説明する。
【００２６】
図１は本発明の原理を説明するための磁気浮上装置の基本構成を示す図であり、一質点系の磁気浮上装置の全体構成が符号１で示されている。
【００２７】
磁気浮上装置１は、永久磁石１０３および電磁石１０５で構成される磁石ユニット１０７と、磁石ユニット１０７と負荷荷重１０９からなる浮上体１１１と、図示せぬ構造部材で地上に対して固定されるガイド１１３とを備える。
【００２８】
また、この磁気浮上装置１は、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ための電磁石励磁電圧を演算する励磁電圧演算部１１５と、この励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて電磁石１０５を励磁するためのドライバ１１６とを備える。
【００２９】
なお、１２５は補助支持部である。この補助支持部１２５は、コの字形状の断面を持ち、下部内側上面に磁石ユニット１０７が固定されると共に、例えば図示せぬリニアガイド等の上下方向に力が作用しない案内部で地上側から案内される防振台のテーブルを兼ねている。
【００３０】
ここで、磁石ユニット１０７の磁気的吸引力で浮上体１１１を非接触で支持するため、ガイド１１３は強磁性部材で構成されている。
【００３１】
電磁石１０５は鉄心１１７ａ，１１７ｂにコイル１１９，１１９’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鉄心１１７ａ，１１７ｂが配置されている。コイル１１９，１１９’は電磁石１０５の励磁によってガイド１１３〜鉄心１１７ａ〜永久磁石１０３〜鉄心１１７ｂ〜ガイド１１３で形成される磁路の磁束が強まる（弱まる）ように直列に接続されている。
【００３２】
また、励磁電圧演算部１１５は、ギャップセンサ１２１で得られる浮上ギャップ長ｚおよび電流センサ１２３で得られるコイル電流値つまり励磁電流ｉｚに基づいて、電磁石１０５を励磁する電圧を演算している。ドライバ１１６は、この励磁電圧演算部１１５によって演算された励磁電圧に基づいて、リード線１２８を介してコイル１１９，１１９’に励磁電流を供給している。
【００３３】
このとき、磁気浮上装置１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の近傍で線型近似でき、以下の微分方程式で記述される。
【数１】
【００３４】
Ｆｚは磁石ユニット１０７の吸引力、ｍは浮上体１１１の質量、Ｒはコイル１１９，１１９’とリード線１２８を直列に接続したときの電気抵抗（以下、コイル抵抗と称す）、ｚは浮上ギャップ長、ｉｚは電磁石１０５の励磁電流、φは磁石ユニット１０７の主磁束、ｅｚは電磁石１０５の励磁電圧、Ｎはコイル１１９，１１９’の総巻回数である。
【００３５】
Δは定常浮上状態（ｚ＝ｚ０，ｉｚ＝ｉｚ０（定常浮上状態でコイル電流がゼロの場合はｉｚ＝Δｉｚ））からの偏差、記号“・”は時間に関するｄ／ｄｔ（１階微分）、“・・”は同２階微分を表わす。偏微分∂／∂ｈ（ｈ＝ｚ，ｉｚ）は、定常浮上状態（ｚ＝ｚ０，ｉｚ＝ｉｚ０）における被偏微分関数のそれぞれの偏微分値である。Ｌｚ０は、Ｌ∞をギャップ長無限大とした場合の電磁石１０５の自己インダクタンスとして、式２のように表せる。
【数２】
【００３６】
また、前記式１の浮上系モデルは、下記のような状態方程式となる。
【数３】
【００３７】
ただし、状態ベクトルｘ、システム行列Ａ、制御行列ｂおよび外乱行列ｄは、以下のように表される。なお、ｕｓは外力である。
【数４】
【００３８】
ここで、式４中のパラメータは、以下のようになる。
【数５】
【００３９】
式３中のｘの各要素が浮上系の状態量である。Ｃは出力行列であり、励磁電圧ｅｚの計算に用いる状態量の検出方法により決定される。磁気浮上装置１では、ギャップセンサ１２１と電流センサ１２３を使用しており、ギャップセンサ１２１の信号を微分して速度を得る場合に、Ｃは単位行列となる。ここで、ｘの比例ゲインＦを、
【数６】
【００４０】
Ｋｉを積分ゲインとして励磁電圧ｅｚを例えば、
【数７】
【００４１】
で与えれば、浮上体１１１は特許文献１に見られるゼロパワー制御で浮上する。ここで、式６において、右辺第二項がゼロパワー制御を実現するための電流積分器である。なお、この電流積分器については、後に図２で符号１５９を付して説明する。
【００４２】
一方、励磁電圧ｅｚを次の式７で与えると、外力ｕｓに対してギャップ長が任意の一定値、例えば、ｚ０＋ｚ１に収束する。
【数８】
【００４３】
ここで、ｘの比例ゲインＦｇは、
【数９】
【００４４】
であり、Ｋｇは積分ゲインである。この場合、式７の右辺第二項がギャップ長一定制御を実現するためのギャップ長偏差積分器である。なお、このギャップ長偏差積分器については、後に図２で符号１６９を付して説明する。
【００４５】
さらに、式３のシステムでは、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉｚから外力ｕｓを推定する状態観測器（オブザーバ）を次の式８のように構成できる。
【数１０】
【００４６】
ただし、制御出力ｙは出力行列Ｃを、
【数１１】
【００４７】
として、
【数１２】
【００４８】
である。さらに、
【数１３】
【００４９】
と定義されており、ここに、α１１，α２１：オブザーバ設計時に決定されるパラメータ、ｘｄ^：オブザーバ出力、ｚ^：オブザーバ内部変数である。
【００５０】
なお、「＾」の記号は推定値を表し、「ハット」と呼ぶ。実際には、数式中に示されているように、ｘやｚなどのパラメータの真上に付加されるものであるが、文章中では便宜的に右上に付加するものとする。
【００５１】
式８は最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）であり、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉｚからギャップ長変化速度の推定値Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。なお、最小次元状態観測器については、後に図２で符号１４９を付して説明する。
【００５２】
ゼロパワー制御が停止しているときに、外力ｕｓに対してΔｚの定常偏差をなくすには、オブザーバ出力ｘｄ^に係るフィードバック定数Ｆｅを
【数１４】
【００５３】
とし、励磁電圧ｅｚを次式で与えてやればよい。
【数１５】
【００５４】
ただし、
【数１６】
【００５５】
である。
【００５６】
前記特許文献４でも述べられているように、ゼロパワー制御が動作している場合には、外力推定値ｕｓ^の比例ゲインＦ４を
【数１７】
【００５７】
と設定し、励磁電圧を
【数１８】
【００５８】
で与えると、外力に対するギャップ長の変動が抑制される。
【００５９】
一般に、式９と式１０の値の差はわずかであり、式９もしくは式１０で比例ゲインＦ４を設定すれば、ゼロパワー制御がＯＦＦのとき、つまり電流積分器が停止中のときにはギャップ長一定制御が作動する。しかし、Ｆ４はΔｉｚの比例ゲインＦ３の値に依存しており、浮上調整の際にＦ３が変更されると、Ｆ４を再設定しなければならない。
【００６０】
一方、式７の励磁電圧を
【数１９】
【００６１】
ただし、
【数２０】
【００６２】
で与えると、式７のギャップ長一定制御において、外力に対するギャップ長の変動を抑えることができる。
【００６３】
いま、ｋを０＜ｋ＜１の定数とし、励磁電圧ｅｚを次式で与える場合を考える。
【数２１】
【００６４】
ここで、ｎは積分器への入力スイッチであり、ギャップ長が所定の範囲内にあるときは１、そうでないときはゼロとなる。つまり、ゼロパワー制御で浮上する浮上体１１１に大きな外力が印加され、ギャップ長が減少して所定の範囲から外れ、磁石ユニット１０７がガイド１１３に接近すると、ｎがゼロとなり、電流積分器への入力がゼロになる。
【００６５】
このとき、ギャップ長偏差積分器への入力はゼロからギャップ長偏差信号となるので、式１３のｚ１（ギャップ長偏差目標値）の値をギャップ長が所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差Δｚｕに設定すれば、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御にスムーズに切り替わることができる。なお、通常のΔｚと区別するために、所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差をΔｚｕと表記している。
【００６６】
なお、式８の最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）では、ギャップ長が所定の範囲から外れたとき外力が推定されている。
【００６７】
ギャップ長が所定の範囲の限界値となる外力推定値をｕｓｕ^とすれば、このとき演算されている外力推定値ｕｓ^はｕｓ^＞ｕｓｕ^の関係にある。ギャップ長一定制御が動作しているので、浮上体１１１のギャップ長はギャップ長ｚ０＋ｚｌで一定となる。これにより、外力が増加しても磁石ユニット１０７がガイド１１３に吸着することはない。
【００６８】
外力が取り除かれると、オブザーバの演算する外力推定値はｕｓ^＜ｕｓｕ^の関係となる。この関係が成立した時点で、ギャップ長偏差目標値ｚｌをΔｚｕからゼロにリセットすると、ギャップ長一定制御の作用で浮上体１１１は浮上ギャップ長ｚ０に戻ることになる。
【００６９】
ギャップ長が戻る途中では、ギャップ長が再び所定の範囲内に入るので、式１３のｎがゼロから１に代わり、電流積分器への入力がゼロから電流偏差信号になり、同時にギャップ長偏差積分器への信号がギャップ長偏差信号からゼロになる。すると、再びゼロパワー制御が開始され、電磁石１０５の励磁電流はゼロに収束する。
【００７０】
ここで、係数ｋは式１１のゼロパワー制御と式１２のギャップ長一定制御の収束の速さを規定する。つまり、係数ｋが大きければ、励磁電流のゼロヘの収束が早くなり、ギャップ長ｚ０＋ｚｌへの収束が遅くなる。多くの場合、大きな外力が印加されるのは緊急の場合であるので、励磁電流をゼロに収束させるゼロパワー制御の特性を生かすため、ｋは大きめに設定される。
【００７１】
このように、電流積分器やギャップ長偏差積分器に条件によってゼロが入力される場合には、式１１および式１２の右辺第一項のみで磁気浮上系の安定性が維持できるようにＦｅやＦｅｇが設定されており、これらフィードバック定数を含む項が磁気浮上系を安定化させる支持制御手段となる。
【００７２】
一般に、ゼロパワー制御における浮上体１１１のノミナル値は、ギャップ長がｚ０で、励磁電流がゼロの場合である。ギャップ長一定制御では、ギャップ長がｚ０＋ｚｌで励磁電流がゼロの場合とすることが望ましい。このため、式８の状態観測器は、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用の２組が備えられることになる。図１では、励磁電圧演算部１１５において、式１３とこれら２組の式８が備えられることになる。
【００７３】
なお、ｚｌをリセットする外力推定値については、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用のどちらの状態観測器を用いてもよいことはいうまでもない。
【００７４】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００７５】
（第１の実施形態）
（１）全体構成
図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体構成が１’で示されている。
【００７６】
この磁気浮上装置１’は、上述した磁気浮上装置１と同一の構成であり、浮上体１１１、ガイド１１３、ドライバ１１６、ギャップセンサ１２１、電流センサ１２３および励磁電圧演算部１１５を備えている。ここで、電流センサ１２３で検出される励磁電流ｉｚは目標値をゼロとした場合の電流偏差Δｉｚと同じである。
【００７７】
この磁気浮上装置１’にあっては、励磁電圧演算部１１５が次のように構成されている。
【００７８】
すなわち、励磁電圧演算部１１５は、センサ部１３０と、減算器１３１と、ゼロパワー制御器１３３と、ギャップ長範囲検出器１３５と、記憶器１３７と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。
【００７９】
センサ部１３０は、浮上体の浮上時における磁石ユニット１０７とガイド１１３との間のギャップ長を検出するギャップセンサ１２１と、電磁石１０５の励磁電流を検出する電流センサ１２３とからなる。
【００８０】
減算器１３１は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ０とのギャップ長偏差Δｚを求める。ノミナルギャップ長ｚ０は、予め浮上の基準値として設定されている。
【００８１】
ゼロパワー制御器１３３は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅｉを演算する。
【００８２】
ギャップ長範囲検出器１３５は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚが所定の範囲内にあるときに１、そうでないときにゼロを出力する。
【００８３】
記憶器１３７は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを入力して、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わった瞬間のギャップ長偏差Δｚの値をｚ１として記憶する。
【００８４】
減算器１３９は、現在のギャップ長偏差Δｚと記憶器１３７から出力されるギャップ長偏差ｚ１との差分を演算する。
【００８５】
ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚ１およびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇを演算する。
【００８６】
ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。
【００８７】
なお、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７は、ゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算するための線形和演算手段として動作している。この線形和演算手段の出力に基づいて、磁石ユニット１０７の吸引力が制御される。
【００８８】
（２）ゼロパワー制御器１３３の構成
ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。
【００８９】
最小次元状態観測器１４９は、減算器１３１からのギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。
【００９０】
ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【００９１】
励磁電流設定器１５３は、電磁石１０５の励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【００９２】
減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力からセンサ部１３０の出力である励磁電流偏差Δｉｚを減算する。
【００９３】
切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときはゼロを出力する。
【００９４】
電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【００９５】
減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｉが出力される。
【００９６】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループＬ１が支持制御手段として用いられる。また、電流センサ１２３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至る制御ループＬ２がゼロパワー制御手段として用いられる。
【００９７】
ここで、記憶器１３７には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器１３７に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕに代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【００９８】
（３）ギャップ長一定制御器１４１の構成
ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。
【００９９】
最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９からのギャップ長偏差Δｚ−ｚ１およびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ’^および外力の推定値ｕｓ^を演算する。
【０１００】
ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じて、それらの総和を出力する。
【０１０１】
ギャップ長設定器１６３は、浮上ギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０１０２】
減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ１を減算する。
【０１０３】
切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときは減算器１６５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のときはゼロを出力する。
【０１０４】
ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０１０５】
減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇが出力される。
【０１０６】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループＬ１’が支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至る制御ループＬ３がギャップ長一定制御手段として用いられる。
【０１０７】
なお、同一構成を有する箇所には同一番号を付し、’により区別している。また、ベクトル出力信号は二重線、スカラー出力信号は一重線で区別している。
【０１０８】
（４）ギャップ長範囲検出器１３５の構成
図３はギャップ長範囲検出器１３５の構成の構成を示すブロック図である。
【０１０９】
ギャップ長範囲検出器１３５は、最小ギャップ長設定器１７３と、最大ギャップ長設定器１７５と、減算器１７７と、減算器１７９と、切換え器１８１と、切換え器１８３と、乗算器１８５とを備えている。
【０１１０】
最小ギャップ長設定器１７３は、最小ギャップ長を設定する。最大ギャップ長設定器１７５は、最大ギャップ長を設定する。
【０１１１】
減算器１７７は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最小ギャップ長設計器１７３の出力を減算する。減算器１７９は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最大ギャップ長設計器１７５の出力を減算する。
【０１１２】
切換え器１８１は、減算器１７７の出力が正のときに１を選択し、減算器１７７の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。切換え器１８３は、減算器１７９の出力が正のときに１を選択し、減算器１７９の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。乗算器１８５は、切換え器１８１の出力と切換え器１８３の出力とを乗じて出力する。
【０１１３】
（５）記憶器１３７の構成
図４は記憶器１３７の構成を示すブロック図である。
【０１１４】
記憶器１３７は、立下り検出器１８７と、メモリー要素１８９と、切換え器１９１と、外力範囲検定器１９３と、乗算器１９５とを備えている。
【０１１５】
立下り検出器１８７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力を入力して、当該出力値の０．５に対する立下りを検出したときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。
【０１１６】
メモリー要素１８９は、初期値をゼロとして切換え器１９１の出力を記憶する。
【０１１７】
切換え器１９１は、立下り検出器１８７が１のときにギャップセンサ１２１の出力を選択し、立下り検出器１８７が１でないときにメモリー要素１８９の出力を選択する。
【０１１８】
外力範囲検定器１９３は、最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕｓ^を入力して、その外力推定値ｕｓ^の値が所定の範囲内にあるときはゼロを出力し、そうでないときは１を出力する。乗算器１９５は、メモリー要素１８９の出力と外力範囲検定器１９３の出力を乗算する。外力範囲検定器１９３および乗算器１９５は記憶器１３７の出力を初期値のゼロにするためのリセット手段を構成している。
【０１１９】
（立下り検出器１８７の構成）
立下り検出器１８７は、減算器１９７と、遅れ要素２０１と、切換え器２０３と、切換え器２０５と、乗算器２０７と、切換え器２０９と、切換え器２１１と、乗算器２１３とを備えている。
【０１２０】
減算器１９７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力から０．５を減じる。遅れ要素２０１は、減算器１９７の出力を例えばデジタル制御において１サンプル時間だけ遅らせて出力する。
【０１２１】
切換え器２０３は、遅れ要素２０１の出力が正のとき１を出力し、そうでないとき−１を選択して出力する。切換え器２０５は、減算器１９７の出力が正のときに１を選択し、減算器１９７の出力が正でないときに−１を選択して出力する。乗算器２０７は、切換え器２０３の出力と切換え器２０５の出力とを乗じて出力する。
【０１２２】
切換え器２０９は、乗算器２０７の出力が正のときにゼロを選択し、乗算器２０７の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２１１は、減算器１９７の出力が正のときにゼロを選択し、減算器１９７の出力が正でないときに１を選択して出力する。乗算器２１３は、切換え器２０９の出力と切換え器２１１の出力とを乗じて出力する。この乗算器２１３の出力が立ち下がり検出器の出力となっている。
【０１２３】
（外力範囲検定器１９３の構成）
外力範囲検定器１９３は、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０１２４】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０１２５】
減算器２１９は、最小外力設定器２１５の設定値を最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕｓ^から減算する。減算器２２１は、最大外力設定器２１７の設定値を最小次元状態観測器の外力推定値ｕｓ^から減算する。
【０１２６】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２１９の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２２１の出力が正でないときに１を選択して出力する。
【０１２７】
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３の出力となっている。
【０１２８】
（動作説明）
次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。
【０１２９】
いま、装置の電源がＯＦＦされて、浮上体１１１がガイド１１３に吸着しているとする。この状態で、装置の電源をＯＮすると、浮上体１１１が吸着状態にあるために、ギャップセンサ１２１から最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より小さい値が出力される。
【０１３０】
したがって、図３に示したギャップ長範囲検出器１３５内部において、切換え器１８１では−０．５が選択され、切換え器１８３では０．５が選択され、加算器１８５からゼロが出力される。
【０１３１】
一方、記憶器１３７からは初期値ゼロが出力されている。そして、ギャップ長範囲検出器１３５のゼロ出力が切換え器１５７，１６７にそれぞれ入力されるため、電流積分器１５９にはゼロが入力されることになる。
【０１３２】
また、ギャップ長偏差積分器１６９には減算器１３９の出力Δｚ−ｚ１（ここで、ｚ１＝０）が入力され、ギャップ長一定制御が開始される。このとき、励磁電流設定器１５３では所定の負の値から時間の経過と共に徐々にゼロに近づく励磁電流目標値が設定され、ギャップ長設定器１６３では吸着時のギャップ長偏差の値（所定の負の値）から徐々にゼロに近づくギャップ長目標値がそれぞれ設定されている。これにより、浮上体１１１は穏やかな応答で所定のギャップ長ｚ０に向かって浮上を開始する。
【０１３３】
やがて、浮上ギャップ長が最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より大きくなると、ギャップ長範囲検出器１３５が１を出力する。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９が積分演算動作を停止すると共に、電流積分器１５９が積分演算を開始して、ギャップ長一定制御からゼロパワー制御に切り換わる。
【０１３４】
ここで、ゼロパワー制御で浮上状態にある浮上体１１１の補助支持部１２５の上面に負荷荷重が印加されると、永久磁石１０３の吸引力が浮上体総重力とバランスするため、ギャップ長が減少する。負荷荷重がさらに増加すると、ギャップ長がさらに減少して、ついには最小ギャップ長設定器１７３に設定された最小ギャップ長よりも小さくなる。
【０１３５】
このとき、図４に示した記憶器１３７において、最小次元状態観測器１４９で推定される外力推定値ｕｓ^が最大外力設定器２１７の設定値よりも大きくなっていると、切換え器２２３にてゼロが選択され、切換え器２２７にて１が選択されるため、外力範囲検定器１９３から１が出力される。
【０１３６】
一方、立下り検出器１８７では、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わる瞬間にのみ１を出力する。このため、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなった瞬間の実際のギャップ長偏差ｚ１が切換え器１９１を介してメモリー要素１８９に記憶される。これにより、記憶器１３７からギャップ長偏差ｚ１が出力される。
【０１３７】
このとき、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなるため、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わる。その後、負荷荷重の増加に対してギャップ長一定制御が継続し、浮上体１１１がガイド１１３に接触することはない。また、ギャップ長一定制御が動作するので、フィードバックゲインであるゲイン補償器１５１，１５１’の値を変更しても励磁電流が大きく増加することがない。
【０１３８】
また、負荷荷重が減少し、浮上ギャップ長が最大外力設定値より小さくなると、切換え器２２５がゼロを選択するため、記憶器１３７の出力はｚ１からゼロにリセットされる。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９においてギャップ長偏差Δｚが積分されるため、浮上体１１１は所定のギャップ長ｚ０に向かって移動する。すると、浮上ギャップ長が増加し、最小ギャップ長の設定値よりも大きくなってゼロパワー制御が再開することになる。
【０１３９】
操作が終了し、装置を停止する場合には、励磁電流設定器１５３およびギャップ長設定器１６３のそれぞれの設定値をゼロから所定の負の値に徐々に収束させればよい。ゼロパワー制御時は電流目標値の減少により、ギャップ長一定性制御時はギャップ長偏差目標値の減少により浮上体１１１のギャップ長が減少し、やがて浮上体１１１はガイド１１３に吸着する。この時点で装置の電源をＯＦＦして装置の運転が終了する。
【０１４０】
以上のように、本実施形態における磁気浮上装置によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。
【０１４１】
さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなるほか、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり装置の信頼性向上を図ることができる。
【０１４２】
なお、本実施形態では、ギャップ長一定制御器１４１が最小次元状態観測器１４９’およびゲイン補償器１５１’を備えているが、磁気浮上系の安定化が図れる場合には最小次元状態観測器１４９’，ゲイン補償器１５１’および減算器１７１を省略してもなんら差し支えない。
【０１４３】
また、本実施形態では、浮上体１１１に印加される外力を推定する手段として、式８に基づく最小次元状態観測器を用いているが、これは、状態観測器の形態をなんら限定するものでなく、例えば、同一次元状態観測器や他の外力推定手法を用いてもよい。
【０１４４】
また、本実施形態では、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを記憶器１３７に入力する構成としたが、記憶器１３７にギャップ長ｚを記憶した後で、ギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ０とのギャップ長偏差Δｚを求めることでもよい。
【０１４５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１４６】
第２の実施形態では、浮上体の運動座標系の各モード毎に励磁電圧、励磁電流を演算することを特徴とする。ここでは、本発明の磁気浮上装置をエレベータに適用した場合を例にして説明する。
【０１４７】
図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、この磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の構成が全体として符号１０で示されている。
【０１４８】
また、図６はその磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図、図７はその磁気浮上装置の磁石ユニット周辺の構成を示す斜視図、図８はその磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す立面図である。
【０１４９】
図５に示すように、エレベータシャフト１２の内面にガイドレール１４，１４’と、移動体１６と、４つの案内ユニット１８ａ〜１８ｄが構成されている。ガイドレール１４，１４’は、強磁性部材で構成され、エレベータシャフト１２内に所定の取り付け方法で敷設されている。
【０１５０】
移動体１６は、上述した磁気浮上装置の浮上体に相当する。この移動体１６は、ガイドレール１４，１４’に沿って、例えばロープ１５の巻上げ機等の図示せぬ駆動機構を介して上下方向に移動する。案内ユニット１８ａ〜１８ｄは、移動体１６に取り付けられており、この移動体１６をガイドレール１４，１４’に対して非接触で案内する。
【０１５１】
移動体１６には、乗りかご２０と案内ユニット１８ａ〜１８ｄが取り付けられる。移動体１６は、案内ユニット１８ａ〜１８ｄの所定の位置関係を保持可能な強度を有するフレーム部２２を備えている。図６に示すように、このフレーム部２２の四隅には、ガイドレール１４，１４’と対向する案内ユニット１８ａ〜１８ｄが所定の方法で取り付けられている。
【０１５２】
案内ユニット１８は、図７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製の台座２４にｘ方向ギャップセンサ２６（２６ｂ，２６ｂ’）、ｙ方向ギャップセンサ２８（２８ｂ，２８ｂ’）および磁石ユニット３０を所定の方法で取り付けて構成されている。
【０１５３】
磁石ユニット３０は、中央鉄心３２、永久磁石３４，３４’、電磁石３６，３６’で構成されており、図８にも示されているように、永久磁石３４，３４’の同極同士が中央鉄心３２を介して向かい合う状態で全体としてＥ字形状に組み立てられている。
【０１５４】
電磁石３６，３６’は、Ｌ字形状の鉄心３８（３８’）をコイル４０（４０’）に挿入後、鉄心３８（３８’）の先端部に平板形状の鉄心４２を取り付けて構成されている。中央鉄心３２および電磁石３６，３６’の先端部には、個体潤滑部材４３が取付けられている。この個体潤滑部材４３は、電磁石３６，３６’が励磁されていない時に永久磁石３４，３４’の吸引力で磁石ユニット３０がガイドレール１４（１４’）に吸着して固着することを防止し、かつ、吸着状態でも移動体１６の昇降に支障が出ないようにするために設けられている。この個体潤滑部材４３としては、例えばテフロン（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がある。
【０１５５】
以下では、簡単のために、主要部分を示す番号に案内ユニット１８ａ〜１８ｄのアルファベット（ａ〜ｄ）を付して説明する。
【０１５６】
磁石ユニット３０ｂでは、コイル４０ｂ，４０ｂ’を個別に励磁することでガイドレール１４’に作用する吸引力をｙ方向とｘ方向に関して独立に制御することができる。この制御方式については、特許文献２に記載されているため、ここでは詳しい説明を省略する。
【０１５７】
案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各吸引力は、上述した励磁電圧演算部１１５として用いられる制御装置４４により制御され、乗りかご２０およびフレーム部２２がガイドレール１４，１４’に対して非接触に案内される。
【０１５８】
なお、制御装置４４は図５の例では分割されているが、例えば図９に示すように、全体として１つに構成されていても良い。
【０１５９】
図９は同実施形態における制御装置内の構成を示すブロック図、図１０はその制御装置内のモード制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。なお、ブロック図において、矢印線は信号経路を、棒線はコイル４０周辺の電力経路を示している。
【０１６０】
この制御装置４４は、センサ部６１と、演算回路６２と、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’とを備えており、これらで４つの磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの吸引力をｘ軸，ｙ軸について独立に制御している。
【０１６１】
演算回路６２は、このセンサ部６１からの信号に基づいて移動体１６を非接触案内させるべく、各コイル４０ａ，４０ａ’〜４０ｄ，４０ｄ’を励磁するための印加電圧を演算する励磁電圧演算部として用いられる。パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’は、この演算回路６２の出力に基づいて各コイル４０に電力を供給する励磁部として用いられる。
【０１６２】
また、電源４６は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に電力を供給すると同時に定電圧発生装置４８にも電力を供給している。なお、この電源４６は、照明やドアの開閉のために図示せぬ電源線でエレベータシャフト１２外から供給される交流をパワーアンプヘの電力供給に適した直流に変換する機能を有している。
【０１６３】
定電圧発生装置４８は、パワーアンプ６３への大電流の供給などにより電源４６の電圧が変動しても常に一定の電圧で演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’に電力を供給する。これにより、演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は常に正常に動作する。
【０１６４】
センサ部６１は、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’と、各コイル４０の励磁電流を検出する電流検出器６６ａ，６６ａ’〜６６ｄ，６６ｄ’で構成されている。
【０１６５】
なお、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は、各々のオフセット電圧を調整して、乗りかご２０がガイドレール１４，１４’に対して所定の位置関係で案内されている場合の浮上ギャップ長を基準として、当該浮上ギャップ長からの偏差を出力するように校正されている。
【０１６６】
加えて、各案内ユニット１８に取り付けられている２つのｘ方向ギャップセンサ出力および２つのｙ方向ギャップセンサ出力のそれぞれを平均する平均化部２７，２７’が備えられている。これにより、ｘ，ｙの各方向における磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間の浮上ギャップ長偏差Δｘａ，Δｙａ〜Δｘｄ，Δｙｄが得られることはいうまでもない。
【０１６７】
演算回路６２は、図５に示される運動座標系の各モード毎に移動体１６の案内制御を行っている。ここで、前記各モードとは、移動体１６の重心の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）である。
【０１６８】
また、これらのモードに加え、演算回路６２は、ζモード（全吸引モード）、δモード（ねじれモード）、γモード（歪モード）についても案内制御を行っている。すなわち、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがガイドレール１４，１４’に及ぼす「全吸引力」、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがフレーム部２２に及ぼすｚ軸周りの「ねじれトルク」、磁石ユニット３０ａ，３０ｄがフレーム部２２に、磁石ユニット３０ｂ，３０ｃがフレーム部２２に及ぼす回転トルクでフレーム部２２をｚ軸に対して左右対称に歪ませる「歪力」に関する３つのモードである。
【０１６９】
以上のような８つのモードに対し、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのコイル電流をゼロに収束させることで、積荷の偏りが所定の範囲内であればその偏荷重トルクに関わらず永久磁石３４の吸引力だけで移動体を安定に支持するゼロパワー制御を行い、偏荷重トルクが大きい場合にはギャップ長一定制御にて案内制御を行っている。
【０１７０】
演算回路６２は、浮上体である移動体１６の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる各コイル４０の励磁電流の線形結合で表させるモード別励磁電流を演算する機能と、同じく各コイル４０の励磁電圧の線形結合で表させるモード別励磁電圧を演算する機能を備える。具体的には、次のように構成される。
【０１７１】
すなわち、図９に示すように、演算回路６２は、ギャップ長偏差座標変換回路７４と、電流偏差座標変換回路８３と、制御電圧演算回路８４と、制御電圧座標逆変換回路８５と、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８と、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９と、ｘ，θモード記憶器７０と、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１とを備えている。
【０１７２】
ギャップ長偏差座標変換回路７４は、ギャップ長偏差信号Δｙａ，Δｙａ’〜Δｙｄ，Δｙｄ’により移動体１６の重心のｙ方向の運動に関わる位置偏差Δｙ、ｘ方向の運動に関わる位置偏差Δｘ、同重心のまわりのローリングに関わる角度偏差Δθ、移動体１６のピッチングに関わる角度偏差Δξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる角度偏差Δψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する各偏差Δζ，Δδ，Δγを演算する。
【０１７３】
電流偏差座標変換回路８３は、モード励磁電流演算手段として用いられる。この電流偏差座標変換回路８３は、電流偏差信号Δｉａ，Δｉａ’〜Δｉｄ，Δｉｄ’により移動体１６の重心の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気偏差Δｉｘ、同重心のまわりのローリングに関わる電流偏差Δｉθ、移動体１６のピッチングに関わる電流偏差Δｉξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる電流偏差Δｉψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する電流偏差Δｉζ，Δｉδ，Δｉγを演算する。
【０１７４】
ここで、ゼロパワー制御が適用される場合、各電流検出器の検出値を座標変換した演算結果ｉｙ〜ｉγは、そのまま各モードにおけるゼロ目標値からの電流偏差Δｉｙ〜Δｉγとなる。
【０１７５】
制御電庄演算回路８４は、モード励磁電圧演算手段として用いられる。この制御電庄演算回路８４は、ギャップ長偏差座標変換回路７４および前記電流偏差座標変換回路８３の出力Δｙ〜Δγ，Δｉｙ〜Δｉγより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。
【０１７６】
制御電圧座標逆変換回路８５は、制御電圧演算回路８４の出力ｅｙ，ｅｘ，ｅθ，ｅξ，ｅψ，ｅζ，ｅδ，ｅγにより、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのそれぞれの電磁石励磁電圧ｅａ，ｅａ’〜ｅｄ，ｅｄ’を演算する。この制御電圧座標逆換回路８５の演算結果つまりｅａ，ｅａ’〜ｅｄ，ｅｄ’は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に与えられる。
【０１７７】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８およびｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、ギャップ長範囲検出手段として用いられる。
【０１７８】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８は、平均化部２７からのギャップ長偏差信号Δｘａ〜Δｘｄを入力して移動体１６のｘ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を、そうでないときはゼロを出力する。
【０１７９】
ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、平均化部２７’からのギャップ長偏差信号Δｙａ〜Δｙｄを入力して移動体１６のｙ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。
【０１８０】
ｘ，θモード記憶器７０は、平均化部２７の出力であるギャップ長偏差Δｘａ〜Δｘｄを入力して、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力が１からゼロに変わるときのΔｘａ〜Δｘｄの値を記憶して出力する。また、このｘ，θモード記憶器７０は、制御電圧演算回路８４で演算されるｘ，θモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。
【０１８１】
ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、平均化部２７’の出力であるギャップ長偏差Δｙａ〜Δｙｄを入力して前記ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１からゼロに変わるときのΔｙａ〜Δｙｄの値を記憶して出力する。また、この制御電圧演算回路８４で演算されるｙ，ξ，ψモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。
【０１８２】
さらに、制御電圧演算回路８４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、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ、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、歪モード制御電圧演算回路８８ｃで構成されている。
【０１８３】
前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ΔｙおよびΔｉｙよりｙモードの電磁石制御電圧ｅｙを演算する。左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、ΔｘおよびΔｉｘよりｘモードの電磁石制御電圧ｅｘを演算する。ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、ΔθおよびΔｉθよりθモードの電磁石制御電圧ｅθ演算する。ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、ΔξおよびΔｉξよりξモードの電磁石制御電圧ｅξ演算する。ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、ΔψおよびΔｉψよりψモードの電磁石制御電圧ｅψ演算する。
【０１８４】
全吸引モード制御電圧演算回路８８ａは、Δｉζよりζモードの電磁石制御電圧ｅζを演算する。ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂは、Δｉδよりδモードの電磁石制御電圧ｅδを演算する。歪モード制御電圧演算回路８８ｃは、Δｉγよりγモードの電磁石制御電圧ｅγを演算する。
【０１８５】
これら各モードの制御電圧演算回路８６ａ〜８６ｃ，８８ａ〜８８ｃのうち、ｙ，ｘ，θ，ξ，ψのモードについては第１の実施形態における励磁電圧演算部１１５と同様の構成を備えている。したがって、以下の図中では、同一箇所には同一記号を付して説明は省略する。
【０１８６】
また、煩雑さを避けるため、各モードのギャップ長偏差Δｙ，Δｘ，Δθ，Δξ，Δψ，Δζ，Δδ，ΔγをΔｚで表し、同じく電流偏差Δｉｙ，Δｉｘ，Δｉθ，Δｉξ，Δｉψ，Δｉζ，Δｉδ，ΔｉγをΔｉｚで表すことにする。
【０１８７】
いま、前後動モード制御電圧演算回路８６ａを代表して、その構成を説明する。
図１０に示すように、前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ゼロパワー制御器１３３と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。
【０１８８】
ゼロパワー制御器１３３は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力であるギャップ長偏差Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３の出力である電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅｉを演算する。
【０１８９】
減算器１３９は、ギャップ長偏差Δｙからｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力ｚｌを減算する。
【０１９０】
ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚｌおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇを演算する。
【０１９１】
ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。
【０１９２】
なお、本実施形態においても、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７はゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算する線形和演算手段として動作している。
【０１９３】
ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ１がｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ１がｘ，θモード記憶器７０の出力となる。
【０１９４】
ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。
【０１９５】
最小次元状態観測器１４９は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉｙを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ’^および外力の推定値ｕｓｙ^を演算する。
【０１９６】
ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【０１９７】
励磁電流設定器１５３は、前後動モード励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０１９８】
減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力から電流偏差座標変換回路８３の出力である励磁電流偏差Δｉｙを減算する。
【０１９９】
切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときはゼロを出力する。
【０２００】
電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０２０１】
減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｉが出力される。
【０２０２】
このような構成において、ギャップ長偏差座標変換回路７４および電流偏差座標変換回路８３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、電流偏差座標変換回路８３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至るループがゼロパワー制御手段として用いられる。
【０２０３】
ここで、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^（ｕｓｙ^，ｕｓξ^，ｕｓψ^）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器７１に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕ（Δｙｕ，Δξｕ，Δψｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【０２０４】
一方、ｘ，θモード記憶器７０には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕｓ^（ｕｓｘ^，ｕｓθ^）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕｓ^が所定の範囲内にある場合には、記憶器７０に記憶されているギャップ長偏差Δｚｕ（Δｘｕ，Δθｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。
【０２０５】
ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。
【０２０６】
最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９の出力および電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差信号を入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ’^および外力の推定値ｕｓｙ^を演算する。
【０２０７】
ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。
【０２０８】
ギャップ長設定器１６３は、前後動モードギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。
【０２０９】
減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ１を減算する。
【０２１０】
切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときは、減算器１６５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のときはゼロを出力する。
【０２１１】
ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。
【０２１２】
減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅｇが出力される。
【０２１３】
このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至るループがギャップ長一定制御手段として用いられる。
【０２１４】
ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力となることはいうまでもない。
【０２１５】
他の制御電圧演算回路である左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御演算回路８６ｄおよびヨーモード制御演算回路８６ｅについても、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同様の構成であり、ここでは対応する入出力信号を信号名で示し、その説明は省略するものとする。
【０２１６】
図１１はギャップ長範囲検出器６８（６９）の構成を示すブロック図である。
【０２１７】
ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）は、平均化部２７（２７’）の４つの出力Δｘａ〜Δｘｄ（Δｙａ〜Δｙｄ）に対応したギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄと、加算器７２と、減算器７３と、切換え器７５とを備える。
【０２１８】
ギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄは、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、浮上ギャップ長が所定の範囲内にあるか否かを検出する。加算器７２は、これらのギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄの各出力の総和を演算する。減算器７３は、加算器７２の出力から３．５を減じる。切換え器７５は、減算器７３の出力が正のとき１を選択し、減算器７３の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。
【０２１９】
なお、切換え器７５の出力がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）の出力であることは言うまでもない。
【０２２０】
図１２はｘ，θモード記憶器７０の構成を示すブロック図である。
【０２２１】
ｘ，θモード記憶器７０は、立下り検出器１８７と、２つの切換え器１９１ｂ，１９１ｃと、２つのメモリー要素１８９ｂ，１８９ｃと、外力範囲検定器１９３’と、２つの乗算器７７ｂ，７７ｃと、２つのローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃとを備える。
【０２２２】
立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の信号を入力する。
【０２２３】
切換え器１９１ｂは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｘを入力すると共にメモリー要素１８９ｂの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｘを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ｂの出力を選択する。切換え器１９１ｃについても同様であり、立下り検出器１８７の出力に応じてΔθまたはメモリー要素１８９ｃの出力を選択する。
【０２２４】
メモリー要素１８９ｂ，１８９ｃは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ｂ，１９１ｃの出力を記憶する。
【０２２５】
外力範囲検定器１９３’は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕｓｘ^およびｕｓθ^の値に基づいて１かゼロを出力する。
【０２２６】
乗算器７７ｂ，７７ｃは、それぞれに外力範囲検定器１９３’の出力とメモリー要素１８９ｂ，８９ｃの出力との積を演算する。
【０２２７】
ローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃは、それぞれに乗算器７７ｂ，７７ｃの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。
【０２２８】
ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｘ，θモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃの出力がｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの減算器１３９にΔｘｕ，Δθｕとして入力されていることはいうまでもない。
【０２２９】
外力範囲検定器１９３’は、ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０２３０】
ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃは、それぞれにｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕｓｘ^およびｕｓθ^に所定のゲインを乗じる。
【０２３１】
絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ｂの出力の絶対値とゲイン乗算器８０ｃの出力の絶対値とを加算する。
【０２３２】
ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。
【０２３３】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０２３４】
減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。
【０２３５】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する、
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３’の出力となっている。
【０２３６】
図１３はｙ，ξ，ψモード記憶器７１の構成を示すブロック図である。
【０２３７】
ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、立下り検出器１８７と、３つの切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅと、３つのメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅと、外力範囲検定器１９３”と、３つの乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅと、３つのローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅとを備える。
【０２３８】
立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の信号を入力する。
【０２３９】
切換え器１９１ａは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｙを入力すると共にメモリー要素１８９ａの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｙを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ａの出力を選択する。切換え器１９１ｄ，１９１ｅについても同様であり、切換え器１９１ｄは立下り検出器１８７の出力に応じてΔξまたはメモリー要素１８９ｄの出力を選択し、切換え器１９１ｅは立下り検出器１８７の出力に応じてΔψまたはメモリー要素１８９ｅの出力を選択する。
【０２４０】
メモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅの出力を記憶する。
【０２４１】
外力範囲検定器１９３”は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕｓｙ^，ｕｓξ^およびｕｓψ^の値に基づいて１かゼロを出力する。
【０２４２】
乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅは、それぞれに外力範囲検定器１９３”の出力とメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅの出力との積を演算する。
【０２４３】
ローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅは、それぞれに乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。
【０２４４】
ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｙ，ξ，ψモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅの出力がｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの減算器１３９にΔθｕ，Δξｕ，Δψｕとして入力されていることはいうまでもない。
【０２４５】
外力範囲検定器１９３”は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。
【０２４６】
ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅは、それぞれにｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕｓｙ^，ｕｓξ^，およびｕｓψ^に所定のゲインを乗じる。
【０２４７】
絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅの各出力の絶対値を加算する。
【０２４８】
ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。
【０２４９】
最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。
【０２５０】
減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。
【０２５１】
切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する。
【０２５２】
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３”の出力となっている。
【０２５３】
ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１をこのような構成とすることで、エレベータが稼動中に移動体１６が受ける様々な外力、例えば、乗りかご２０への台車等の乗り込みや乗りかご２０内での人や積載物の移動などに対し、定常的な過大偏荷重トルクの印加とみなせる場合にのみゼロパワー制御からギャップ長一定制御に移行してガイドレール１４，１４’に対する移動体１６の浮上姿勢を固定して接触防止を図ることができる。また、ゼロパワー制御に切換え可能な過大偏荷重トルクの減少を確実に検知することが可能となる。
【０２５４】
一方、ζ，δおよびγの３つのモードの制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃの構成を図１４に示す。制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃは同じ構成であり、また、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同じ構成要素を有する。ここでは、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同一部分に同一符号を付し、’を付して区別する。ただし、電流偏差に乗せられるゲインを設定するゲイン補償器についてはスカラー量であるため、ゲイン補償器８１とした。
【０２５５】
次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。
【０２５６】
本装置が停止状態にあるとき、磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触し、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触している。このとき、固体潤滑部材４３の働きにより、移動体１６の昇降動作が妨げられることはない。
【０２５７】
この状態で、本装置を起動させると、ｙモードおよびｘモードにおいて励磁電圧調整部９９の動作によりギャップセンサを用いた磁気浮上制御が行なわれる。制御装置４４は、浮上制御演算部６５を通じて永久磁石３４が発生する磁束と同じ向きまたは逆向きの磁束を各電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’に発生させると共に、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄとガイドレール１４，１４’との間に所定の空隙長を維持させるべく各コイル４０に流す電流を制御する。
【０２５８】
これによって、図８に示すように、永久磁石３４〜鉄心３８，４２〜空隙Ｇ〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃおよび永久磁石３４’〜鉄心３８、４２〜空隙Ｇ’〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃ’が形成される。
【０２５９】
このとき、空隙Ｇ，Ｇ’，Ｇ”におけるギャップ長は、永久磁石３４の起磁力による各磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの磁気的吸引力が移動体１６の重心に作用するｙ軸方向前後力、同ｘ方向左右力、移動体１６の重心を通るｘ軸回りのトルク、同ｙ軸回りのトルクおよび同ｚ軸回りのトルクと丁度釣合うような長さになる。
【０２６０】
制御装置４４は、これらの釣合いを維持すべく、移動体１６に外力が作用したときに電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’の励磁電流制御を行う。これによって、所謂ゼロパワー制御がなされ、移動体１６の非接触状態が保持される。
【０２６１】
ここで、乗りかご２０内の乗客や積荷の偏り、乗客の乗り降り等が原因で移動体１６に過大な外力が加えられたとする。このような場合、ゼロパワー制御では、磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間のギャップ長が減少し、ついには接触に至ることになる。こうなると、乗りかご２０に振動が直接伝播するので、乗り心地が極端に悪化する。
【０２６２】
これに対し、本発明では、過大な偏荷重トルクが印加されると、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わるので、移動体１６（磁石ユニット３０）がガイドレール１４，１４’に接触することを防ぐことができる。また、偏荷重トルクが減少すると、再びゼロパワー制御に戻るので、電力が無駄に消費されることもない。
【０２６３】
さらに、ゼロパワー制御とギャップ長一定制御の切換え時には、ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１が備えるローパスフィルタ７６，７８の作用により、切換えの頻度とギャップ長目標値の急変が防止されるので、良好な乗り心地が維持される。
【０２６４】
本装置が運転を終えて停止する場合には、目標値設定部７４において、ｙモードおよびｘモードの目標値をゼロから徐々に負の値とする。これにより、移動体１６はｙ軸、ｘ軸方向に徐々に移動し、最終的に磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着すると共に、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着する。この状態で本装置を停止させると、目標値設定部７４の出力がすべてゼロにリセットされ、移動体１６がガイドレール１４に吸着する。
【０２６５】
上述したように、本装置では、最小ギャップ長と最大ギャップ長を設定するだけで、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御への切換え条件を設定できる。したがって、エレベータのように多くの制御軸を有し、移動体が様々な姿勢をとる物体に適用する場合において、切換え調整を簡便にして、調整時間の削減、コストの低減を図ることができる。
【０２６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０２６７】
前記第１および第２の実施形態では、磁石ユニットが浮上体側に取付けられていたが、これは磁石ユニットの取付け位置をなんら限定するものでなく、図１５に示すように、磁石ユニットを地上側に配置しても良い。なお、説明の簡単化のために、以下、第１および第２の実施形態と共通する部分には同一の符号を用いて説明する。
【０２６８】
図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体の構成が符号３００で示されている。
【０２６９】
磁気浮上装置３００は、補助支持部３０２、磁石ユニット１０７、ガイド３０４、防振台テーブル３０６、リニアガイド３０８、励磁電圧演算部１１５、パワーアンプ３１３、ギャップセンサ１２１および電流センサ１２３を備えている。
【０２７０】
補助支持部３０２は、断面がコ字形状をなし、例えばアルミ部材などの非磁性体で形成される。この補助支持部３０２は地上に設置されており、磁石ユニット１０７は補助支持部３０２の上部下面に下向きに取付けられている。
【０２７１】
ガイド３０４は、磁石ユニット１０７に対向する断面がコ字形状をなし、例えば鉄などの強磁性部材で形成されている。防振台テーブル３０６は、このガイド３０４を底部上面に備えており、全体としてコ字形状に形成されている。リニアガイド３０８は、防振台テーブル３０６の側面に取付けられ、地上に対して垂直方向にのみ動きの自由度を防振台テーブル３０６に付与している。
【０２７２】
励磁電圧演算部１１５は、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して防振テーブル３０６を非接触で支持するための制御を行う。パワーアンプ３１３は、励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて磁石ユニット１０７を励磁するための図示せぬ電源に接続されている。ギャップセンサ１２１は磁石ユニット１０７とガイド３０４間の浮上ギャップ長を防振台テーブル３０６と補助支持部３０２間の距離を測定することで検出している。電流センサ１２３は、磁石ユニット１０７の励磁電流を検出する。
【０２７３】
ここで、励磁電圧演算部１１５は第１の実施形態と同一の構成をとっており、ここでは説明を省略する。
【０２７４】
本実施形態によれば、磁石ユニット１０７を地上側に配置したことにより、可動部である防振テーブル３０６からの配線がなくなり、装置の信頼性が向上するといった利点がある。
【０２７５】
なお、前記各実施形態では、磁気浮上を行う制御装置（励磁電圧演算部１１５）がアナログ的な構成として説明されているが、本発明は、アナログの制御方式に限定されるものではなく、デジタル制御にて構成することも可能である。
【０２７６】
また、励磁部の構成としてパワーアンプを用いているが、これはドライバの方式を何ら限定するものではなく、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）形のものであって何ら差し支えない。
【０２７７】
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。要するに、本発明は前記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０２７８】
Ｌ１，Ｌ１’…支持制御手段、Ｌ２…ゼロパワー制御手段、Ｌ３…ギャップ一定制御手段、１，１’，１０，３００…磁気浮上装置、１０３，３４，３４’…永久磁石、１０５，３６，３６’…電磁石、１０７，３０…磁石ユニット、１０９…負荷荷重、１１１…浮上体、１１３，３０４…ガイド、１１５…励磁電圧演算部、ドライバ…１１６、１２５，３０２…補助支持部、１１７，３８，３８’，４２…鉄心、１１９，１１９’，４０，４０’…コイル、１２１…ギャップセンサ、１２３…電流センサ、１２８…リード線、１３０，６１…センサ部、１３１，１３９，１５５，１６１，１６５，１７１，１７７，１７９，１９７，２１９，２２１，７３…減算器、１３３…ゼロパワー制御器、１３５…ギャップ長範囲検出器、１３７…記憶器、１４１…ギャップ長一定制御器、１４３，１４５，８０…ゲイン乗算器、１４７，２２７，７２…加算器、１４９，１４９’…最小次元状態観測器、１５１，１５１’，８１…ゲイン補償器、１５３…励磁電流設定器、１５７，１６７，７５，１８１，１８３，１９１，２０３，２０５，２０９，２１１，２２３，２２５…切換え器、１５９…電流積分器、１６３…ギャップ長設定器、１６９…ギャップ長偏差積分器、１７３…最小ギャップ長設定器、１７５…最大ギャップ長設定器、１８５，１９５，７７，２０７…乗算器、１８７…立下り検出器、１８９…メモリー要素、１９３，１９３’，１９３”…外力範囲検定器、２０１…遅れ要素、２１５…最小外力設定器、２１７…最大外力設定器、１２…エレベータシャフト、１４，１４’…ガイドレール、１６…移動体、１８ａ〜１８ｄ…案内ユニット、１５…ロープ、２０…乗りかご、２２…フレーム部、２４…台座、２６…ｘ方向ギャップセンサ、２８…ｙ方向ギャップセンサ、３２…中央鉄心、４３…個体潤滑部材、４４…制御装置、６２…演算回路、６３，６３’，３１３…パワーアンプ、４６…電源、４８…定電圧発生装置、６６…電流検出器、２７，２７’…平均化部、７４…ギャップ長偏差座標変換回路、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、６８…ｘ，θモードギャップ長範囲検出器、６９…ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器、７０…ｘ，θモード記憶器、７１…ｙ，ξ，ψモード記憶器、８６ａ…前後動モード制御電圧演算回路、８６ｂ…左右動モード制御電圧演算回路、８６ｃ…ロールモード制御電圧演算回路、８６ｄ…ピッチモード制御電圧演算回路、８６ｅ…ヨーモード制御電圧演算回路、８８ａ…全吸引モード制御電圧演算回路、８８ｂ…ねじれモード制御電圧演算回路、８８ｃ…歪モード制御電圧演算回路、７８，７６…ローパスフィルタ、７９…絶対値加算器、３０６…防振台テーブル、３０８…リニアガイド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体のガイドと、
このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、
前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、
前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、
前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、
このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、
前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、
この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、
前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、
前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、
前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、
この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段と
を具備したことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
前記積分切換え手段は、前記ギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、前記電流積分器の入力をゼロにして、前記ゼロパワー制御手段から前記ギャップ長一定制御手段へ切り換えることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項３】
前記ゼロパワー制御手段の出力と前記ギャップ長一定制御手段の出力の線形和を演算する線形和演算手段をさらに具備し、
前記線形和演算手段の出力に基づいて、前記磁石ユニットの吸引力を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項４】
前記状態観測手段によって推定された外力をローパスフィルタを介して前記記憶手段に入力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差をローパスフィルタを介して出力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項６】
前記浮上体は、エレベータの乗りかごであることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項１】
強磁性体のガイドと、
このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、
前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、
前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、
前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、
このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、
前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、
この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、
前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、
前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、
前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、
この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段と
を具備したことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
前記積分切換え手段は、前記ギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、前記電流積分器の入力をゼロにして、前記ゼロパワー制御手段から前記ギャップ長一定制御手段へ切り換えることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項３】
前記ゼロパワー制御手段の出力と前記ギャップ長一定制御手段の出力の線形和を演算する線形和演算手段をさらに具備し、
前記線形和演算手段の出力に基づいて、前記磁石ユニットの吸引力を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項４】
前記状態観測手段によって推定された外力をローパスフィルタを介して前記記憶手段に入力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差をローパスフィルタを介して出力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項６】
前記浮上体は、エレベータの乗りかごであることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１２５２００（Ｐ２０１１−１２５２００Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３２５２（Ｐ２００９−２８３２５２）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【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２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【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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