JP2001231111A - Magnetic levitation apparatus and electromagnet used therefor - Google Patents

Magnetic levitation apparatus and electromagnet used therefor

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JP2001231111A
JP2001231111A JP2000038895A JP2000038895A JP2001231111A JP 2001231111 A JP2001231111 A JP 2001231111A JP 2000038895 A JP2000038895 A JP 2000038895A JP 2000038895 A JP2000038895 A JP 2000038895A JP 2001231111 A JP2001231111 A JP 2001231111A
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magnetic
electromagnet
magnetic levitation
levitation
levitation device
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Koji Yakushi
宏治 薬師
Takaaki Koseki
隆章 古関
Satoru Sone
悟 曽根
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic levitation apparatus that can control three degrees of freedom of a discrete levitating body to achieve reduction in size and weight of simplified levitation structure elements. SOLUTION: In a magnetic levitation apparatus comprising a support means 5 consisting of a ferro-magnetic material, a magnetic unit provided to a levitating body and a magnetic support control means for controlling an attracting force of the electromagnet of a magnet unit in order to provide a structure that the levitating body is supported on the non-contact basis with the support means 5, the magnet unit is a 4-pole electromagnet having four poles that are arranged to form the four magnetic circuits and the attitude of three degrees of freedom of the levitating body is controlled by independently controlling a gap 6 between the levitating body and support means at each pole.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気浮上装置に係
り、詳しくは、単体で浮上体の3自由度を制御すること
ができる磁気浮上装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation device, and more particularly to a magnetic levitation device capable of controlling three degrees of freedom of a levitation body by itself.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気浮上技術は、物体を磁気力により非
接触で支持する技術である。磁気浮上技術は、機械的支
持手段が有する摩擦・磨耗、振動・騒音、潤滑油による
使用環境の制限、メンテナンス、高速回転の限界等の諸
問題を解決する手段として有用である。磁気浮上手段に
は幾つかの方式があるが、電磁石と強磁性体間の吸引力
を利用する吸引制御式(Electromagnetic suspension,
EMS)は、漏れ磁束が少ない、小型で強力である、超
伝導等の特殊な材料・装置が不要、静止浮上が可能等の
実用上のさまざまな利点を備えていることから、磁気軸
受け、搬送システム等を中心として産業界に広く普及し
ている。
2. Description of the Related Art The magnetic levitation technique is a technique for supporting an object in a non-contact manner by a magnetic force. The magnetic levitation technology is useful as a means for solving various problems such as friction / wear, vibration / noise, limitation of use environment due to lubricating oil, maintenance, and high speed rotation limit of the mechanical support means. There are several types of magnetic levitation means. Attraction control type (Electromagnetic suspension,
EMS) has various practical advantages such as low leakage flux, small size and strong, no special materials and equipment such as superconductivity, and the possibility of stationary levitation. It is widely used in industry, mainly for systems.

【0003】EMSシステムでは、浮上系が本来不安定
であることから、フィードバック制御による安定化が必
要となる。従来、EMSシステムにおいては、吸引力発
生源の電磁石として、いわゆるU字型またはE字型電磁
石が用いられている。このような磁石では、一つの磁石
が対向する強磁性体との間で一つの磁気回路を構成す
る。よって、これらは2極を有するものではあるが、磁
石一個に対して1自由度しか制御できない。
In the EMS system, since the levitation system is inherently unstable, stabilization by feedback control is required. Conventionally, in an EMS system, a so-called U-shaped or E-shaped electromagnet is used as an electromagnet of an attraction force generating source. In such a magnet, one magnet forms one magnetic circuit with the opposing ferromagnetic material. Therefore, although these have two poles, only one degree of freedom can be controlled for one magnet.

【0004】しかし、一般に剛体を浮上させるために
は、鉛直軸を回転軸とすると、鉛直方向、ピッチング、
ヨーイングの3自由度を最低限制御する必要がある。し
たがって、U字型電磁石単体、あるいはこれを同一直線
上に配設するのみでは磁気浮上システムを構成すること
ができない。そこで、従来のEMSシステムでは、多数
のU字型電磁石(例えば4個)を平面状に配設して、こ
れら全体の協調制御を行うことで浮上システムを構成し
ていた。
However, generally, in order to levitate a rigid body, if the vertical axis is the rotation axis, the vertical direction, pitching,
It is necessary to control at least the three degrees of freedom of yawing. Therefore, a magnetic levitation system cannot be constituted only by a single U-shaped electromagnet or by arranging it on the same straight line. Therefore, in the conventional EMS system, a large number of U-shaped electromagnets (for example, four) are arranged in a plane, and a cooperative control of the whole is performed to form a levitation system.

【0005】このような構成では、浮上システムが必然
的に大型化、重量化、複雑化し、特に浮上構成要素を浮
上側に配置するシステムにおいては厳しい条件となる。
また、浮上構成要素を浮上側に配置するシステムにおい
ては、電磁石が常時電力を消費するため、地上からの集
電機構を必要とするため、完全非接触磁気浮上の実現が
困難であるという課題もあった。
In such a configuration, the levitation system is inevitably increased in size, weight, and complexity, and this is particularly severe in a system in which levitation components are arranged on the levitation surface.
Also, in a system in which the levitation components are arranged on the levitation surface, since the electromagnet constantly consumes power, a current collecting mechanism from the ground is required, and it is difficult to realize completely non-contact magnetic levitation. there were.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる課題
を解決するべく創案されたものであって、単体で浮上体
の3自由度を制御することができる磁気浮上装置提供す
ることを目的とするものである。本発明の他の目的は、
かかる磁気浮上装置を採用することによって、浮上構成
要素の小型化・軽量化・簡略化を達成することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic levitation apparatus which can control three degrees of freedom of a floating body by itself. Is what you do. Another object of the present invention is to
By employing such a magnetic levitation device, it is possible to reduce the size, weight, and simplification of the levitation components.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するべ
く本発明が採用した技術手段は、強磁性体からなる支持
部と、浮上体に設けられた磁石ユニットと、該磁石ユニ
ットの電磁石の吸引力を制御する磁気支持制御手段とを
備えており、該支持部に対して該浮上体を非接触で支持
させるように構成された磁気浮上装置において、該磁石
ユニットは四つの磁気回路を形成するように配設された
四つの極を有する4極型電磁石であり、各極における該
電磁石と該支持部とのギャップを独立して制御すること
で、該浮上体の3自由度の姿勢を制御するように構成し
たことを特徴とする。好ましくは、前記磁気ユニット
は、方形平板状の基部と、該基部の角部に立設された四
つの柱状部(互いに等間隔を存して平面視方形状に配設
される)からなる鉄心ヨークと、該柱状部に巻装された
電磁石巻線とを有している。
In order to solve the above-mentioned problems, the technical means adopted by the present invention include a support portion made of a ferromagnetic material, a magnet unit provided on a floating body, and an attraction of an electromagnet of the magnet unit. A magnetic support device for controlling a force, wherein the magnet unit forms four magnetic circuits in a magnetic levitation device configured to support the levitation body in a non-contact manner with respect to the support portion. Is a four-pole electromagnet having four poles arranged as described above, and by independently controlling the gap between the electromagnet and the supporting portion at each pole, the attitude of the floating body with three degrees of freedom is controlled. It is characterized by having comprised so that it may perform. Preferably, the magnetic unit includes a core having a rectangular flat base and four pillars (equivalently arranged in a rectangular shape at a regular interval) standing at corners of the base. It has a yoke and an electromagnet winding wound around the columnar portion.

【0008】本発明に係る4極型電磁石は浮上体に対し
て四つの磁気回路を内蔵することができ、一極単位で各
極の吸引力を独立に制御することができる。各極の吸引
力を独立に制御することによって、各極での鉛直方向ギ
ャップを独立に制御することができ、もって、単体で浮
上体を剛体と見なした場合の3自由度を制御することが
できる。
[0008] The four-pole electromagnet according to the present invention can incorporate four magnetic circuits with respect to the levitating body, and can independently control the attraction force of each pole for each pole. By independently controlling the suction force of each pole, the vertical gap at each pole can be controlled independently, thus controlling the three degrees of freedom when the floating body is regarded as a rigid body by itself. Can be.

【0009】本発明に係る磁気浮上装置においては、電
磁石に加えて永久磁石を採用することで、いわゆるゼロ
パワー制御が可能である。ゼロパワー制御とは、電磁石
に要求される起磁力の大部分を永久磁石で付与し、無負
荷時および付加積載時の電磁石の消費電力の低減化を図
るようにした制御方式である。ゼロパワー制御方式自体
は公知であって、ゼロパワー制御方式については、例え
ば、特開平6−178409号、特許第2793227
号、特許第2563912号、特許第2760491号
に開示されており、ゼロパワー制御方式の概念や手法等
については、これらの公報の記載を参酌することができ
る。
In the magnetic levitation device according to the present invention, so-called zero power control is possible by employing a permanent magnet in addition to the electromagnet. The zero power control is a control method in which most of the magnetomotive force required for the electromagnet is applied by a permanent magnet so as to reduce the power consumption of the electromagnet at no load and at the time of additional loading. The zero power control method itself is publicly known, and the zero power control method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-178409 and Japanese Patent No. 2793227.
No. 2,563,912 and 2,760,491. For the concept and method of the zero power control method, the descriptions in these publications can be referred to.

【0010】従来のゼロパワー制御系の入力における状
態変数は、ギャップ長(ギャップセンサにより検出)、
ギャップ速度(推定値)、励磁電流(電流センサにより
検出)であるが、本発明が採用するゼロパワー制御方式
の一つは、ギャップ長、ギャップ速度(推定値)、励磁
電圧から計算される電圧指令値との偏差積分、励磁電流
(推定値)から状態変数を構成することを特徴としてい
る。励磁電圧を直接制御し、電流は状態観測器を用いて
推定することで、従来のゼロパワー方式に用いられてい
る電流検出器(電流センサ)が不要となる。ここで、電
磁石巻線への励磁電圧をゼロパワーフィードバックルー
プの入力として採用し得ることについては、特許第27
93240号、特開平6−178409号に示唆されて
いる。しかしながら、これらのものは、いずれも電流検
出器を備えたものであり、巻線への励磁電圧を入力とし
て積極的に採用することで、電流検出器を不要とすると
いう技術思想は存在しない。尚、念のため付言するが、
本発明に係る磁気浮上装置における制御系は、巻線への
励磁電流を入力とすることを排除するものでは一切な
く、従来のゼロパワー制御方式を採用することは任意で
ある。
The state variables at the input of the conventional zero power control system include a gap length (detected by a gap sensor),
There are a gap speed (estimated value) and an exciting current (detected by a current sensor). One of the zero power control methods adopted by the present invention is a voltage calculated from a gap length, a gap speed (estimated value), and an exciting voltage. It is characterized in that a state variable is composed of a deviation integral with a command value and an excitation current (estimated value). By directly controlling the excitation voltage and estimating the current using a state observer, the current detector (current sensor) used in the conventional zero power method is not required. Here, as for the fact that the exciting voltage to the electromagnet winding can be adopted as the input of the zero power feedback loop, see Japanese Patent No. 27.
93240 and JP-A-6-178409. However, all of them have a current detector, and there is no technical idea that the current detector becomes unnecessary by positively adopting the excitation voltage to the winding as an input. In addition, as a reminder,
The control system in the magnetic levitation apparatus according to the present invention does not exclude the input of the exciting current to the winding, and adopts the conventional zero power control method.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、磁石ユニットの平面図及
び側面図であって、磁石ユニットは、中央に開口部を有
する平面視正方形状の基部1と基部1の四つの各角部上
面に立設した同高の四つの柱状部2からなる鉄心ヨーク
と、各柱状部2に巻装された電磁石巻線3とから構成さ
れている。巻線3を励磁することで、巻線3を巻回した
各柱状部2が電磁石を構成し、各柱状部の上端側が四つ
の極を形成するようになっている。各柱状部2の上端側
には永久磁石4が設けてある。各極に永久磁石4と電磁
石巻線3を配置することで、両者の磁束を浮上ギャップ
中で重ね合わせることができるように構成されている。
平面視において経緯方向に隣位の柱状部2の極は、互い
に異なる極性を備えている。尚、鉄心ヨークは実施の形
態のものでは、L字状のものを四つ組み合わせて一体化
することで形成されており、基部1の中央部位に開口部
を形成するようになっている。基部1は平板状のもので
あってもよいが、浮上体を構成する磁石の重量を低減さ
せる点において、基部1に開口部を有するものが優れ
る。また、かかる開口部を他の構成部品を搭載するスペ
ースとして利用することもできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a plan view and a side view of a magnet unit. The magnet unit has a square base portion 1 having an opening at the center and a top surface of each of four corner portions of the base portion 1. An iron core yoke composed of four columnar portions 2 at the same height and standing upright, and an electromagnet winding 3 wound around each columnar portion 2. By exciting the winding 3, each column 2 around which the winding 3 is wound constitutes an electromagnet, and the upper end side of each column forms four poles. A permanent magnet 4 is provided on the upper end side of each column 2. By arranging the permanent magnet 4 and the electromagnet winding 3 at each pole, the two magnetic fluxes can be overlapped in the floating gap.
The poles of the columnar part 2 adjacent in the weft direction in plan view have different polarities. In the embodiment, the iron core yoke is formed by combining and integrating four L-shaped ones, so that an opening is formed at the center of the base 1. The base 1 may be a flat plate, but the one having an opening in the base 1 is superior in reducing the weight of the magnet constituting the floating body. Further, such an opening can be used as a space for mounting other components.

【0012】図2は、磁気浮上装置を構成する実験機の
概略全体構成図である。強磁性体からなる支持部として
例示するトラック5と各極との間の浮上ギャップ6に臨
んでギャップセンサ7が設けてあり、ギャップセンサ7
からの情報をフィードバックして、電磁石巻線3に所定
の電流を流すようになっている。実験機では磁石ユニッ
トが浮上体を構成するようになっている。後述する理論
モデルおよびシミュレーションは、図2に示す実験機に
よって実証されている。
FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of an experimental machine constituting the magnetic levitation apparatus. A gap sensor 7 is provided so as to face a floating gap 6 between a track 5 exemplified as a support portion made of a ferromagnetic material and each pole.
Is fed back to supply a predetermined current to the electromagnet winding 3. In the experimental machine, the magnet unit forms a floating body. The theoretical model and simulation described later have been verified by the experimental machine shown in FIG.

【0013】図1,2において、柱状部2は角柱形状を
有しているが、柱状部2の形状は角柱に限定されるもの
ではなく、例えば円柱形状であってもよい。また、柱状
部2は長さ方向に一様に均一な断面を有するものに限定
されるものではなく、部分的に異なる断面を備えたもの
であってもよい。また、永久磁石4の配設位置について
は、図示のものでは、柱状部2の上端に設けたが、永久
磁石を設ける部位はこのものには限定されず、各柱状部
2の上端より若干下方部位に鉄心に介装させるように設
けてもよい。また、永久磁石4を設ける部位は柱状部2
に限定されるものではなく、隣位の柱状部2の間に位置
して永久磁石4を四つ配設したものでもよい。
In FIGS. 1 and 2, the columnar portion 2 has a prismatic shape, but the shape of the columnar portion 2 is not limited to a prismatic shape, and may be, for example, a cylindrical shape. In addition, the columnar portion 2 is not limited to one having a uniform cross section uniformly in the length direction, and may have a partially different cross section. In addition, the position where the permanent magnets 4 are provided is provided at the upper end of the columnar portion 2 in the drawing, but the portion where the permanent magnets are provided is not limited to this, and is slightly lower than the upper end of each columnar portion 2. A portion may be provided so as to be interposed in an iron core. The portion where the permanent magnet 4 is provided is the columnar portion 2.
However, the present invention is not limited to this, and four permanent magnets 4 may be provided between adjacent columnar portions 2.

【0014】以下に、本発明に係る4極電型電磁石を用
いた浮上システムに浮上制御について説明する。まず、
浮上制御アルゴリズムについて説明する。図3に示すよ
うに座標軸を設定する。4極型電磁石による磁気浮上シ
ステムにおける浮上体の自由度は3つ、すなわち鉛直方
向ギャップz、α軸回り姿勢角θ、β軸回り姿勢角ψで
ある。これら3自由度をフィードバック制御し、安定浮
上系を実現する。具体的な制御方向としては、各極での
鉛直方向ギャップz,z,z,zから(α,
β,ψ)を評価し、各極電流i,i,i,i
制御する。ここで、フィードバックに用いる情報は、各
極におけるギャップセンサの出力および電流センサの出
力を想定する。ただし、ギャップセンサの出力において
は次式の浮上体の剛体条件が成り立つ。
The levitation control of the levitation system using the quadrupole electromagnet according to the present invention will be described below. First,
The floating control algorithm will be described. The coordinate axes are set as shown in FIG. The degree of freedom of the levitation body in the magnetic levitation system using the quadrupole electromagnet is three, that is, the vertical gap z, the α-axis attitude angle θ, and the β-axis attitude angle ψ. Feedback control of these three degrees of freedom realizes a stable levitation system. As a specific control direction, from the vertical gaps z 1 , z 2 , z 3 , z 4 at each pole, (α,
β, ψ) is evaluated, and each pole current i 1 , i 2 , i 3 , i 4 is controlled. Here, the information used for the feedback assumes the output of the gap sensor and the output of the current sensor in each pole. However, in the output of the gap sensor, the following rigid condition of the floating body is satisfied.

【数1】 ここで、実際に電磁石コイルに流す電流は各極電流であ
るが、制御系を設計するときには、3自由度の運動を分
解してそれぞれの運動モードに対して独立に制御系を設
計する運動モード別制御法を適用する。そこで、図3に
示すように鉛直方向制御電流,α軸回り姿勢制御電流,β
軸回り姿勢制御電流を仮想的に設定する。このとき、実
際の各極電磁石電流と仮想巻線電流に対して次式の電流
変換式が成り立つ。
(Equation 1) Here, the current actually passed through the electromagnet coil is each pole current.However, when designing a control system, a motion mode in which the motion with three degrees of freedom is decomposed and the control system is designed independently for each motion mode Apply another control method. Therefore, as shown in FIG. 3, the vertical control current, the α-axis attitude control current, β
The current around the axis attitude control current is virtually set. At this time, the following current conversion formula is established for each actual pole magnet current and virtual winding current.

【数2】 また、電圧に対しても式(2)と同様な以下の変換式を設
定する。
(Equation 2) Also, the following conversion equation similar to the equation (2) is set for the voltage.

【数3】 (Equation 3)

【0015】具体的な浮上制御アルゴリズムを図4に基
づいて説明する。各極ギャップセンサの出力から、浮上
体位置(z,θ,ψ)を、各極電流センサの出力から各自
由度制御仮想電流を計算する。(変換演算1)
A specific flying control algorithm will be described with reference to FIG. The floating body position (z, θ, ψ) is calculated from the output of each pole gap sensor, and the virtual current of each degree of freedom control is calculated from the output of each pole current sensor. (Conversion operation 1)

【数4】 (Equation 4)

【数5】 実際には、以下に述べるように仮想系による3自由度か
ら各極電圧が決定されているので実際に各極に流れる電
流には1自由度制約がほぼ成り立っているといってよ
い。また、ギャップ長のみを用いる浮上制御系では式
(8)、(9)、(10)の変換は不必要となる。
(Equation 5) Actually, as described below, since each pole voltage is determined from three degrees of freedom by the virtual system, it can be said that the one-degree-of-freedom constraint is substantially satisfied for the current actually flowing through each pole. Further, in the levitation control system using only the gap length, the conversion of the equations (8), (9), and (10) becomes unnecessary.

【0016】各自由度独立の制御器により、制御入力で
ある各自由度制御仮想巻線印加電圧を決定する。(z軸
方向制御器,α軸回り制御器,β軸回り制御器)。例え
ば、状態フィードバック制御系を構成する場合にはそれ
ぞれ以下のように表される。
Each degree of freedom independent controller determines a voltage applied to each degree of freedom control virtual winding which is a control input. (Z axis direction controller, α axis controller, β axis controller). For example, when a state feedback control system is configured, it is expressed as follows.

【数6】 (Equation 6)

【0017】式(3)の変換を行い、実際の各極電磁石
巻線印加電圧を計算する。(変換演算2)。提案する手法
は、各自由度制御のための仮想電流を直接重畳して実際
の電流とする方法であり、3自由度間の相互干渉の影響
を強く受ける事が予想されるが、適切な動作点で線形化
する事により、また各自由度制御系にロバスト性を持た
せる事により相互干渉の影響をフィードバックで押え込
む事が可能である。また、以上の理論から提案する4極
型電磁石による3自由度磁気浮上システムにおいては、
以下の二つの回路系が存在する。式(2)、(3)から
それらは相互に変換する事ができる。
The conversion of equation (3) is performed to calculate the actual applied voltage of each pole electromagnet winding. (Conversion operation 2). The proposed method is a method in which the virtual current for each degree of freedom control is superimposed directly on the actual current, and is expected to be strongly affected by the mutual interference between the three degrees of freedom. It is possible to suppress the influence of mutual interference by feedback by linearizing at points and by giving each degree of freedom control system robustness. In a three-degree-of-freedom magnetic levitation system using a quadrupole electromagnet proposed from the above theory,
The following two circuit systems exist. From equations (2) and (3), they can be converted to each other.

【数7】 (Equation 7)

【0018】次に、4極型電磁石が鉄心軌道に対して構
成する磁気浮上系のプラントモデルを解析的に説明す
る。まず電磁力の非線形性と3自由度間の相互干渉を考
慮した解析的に理想的な厳密モデルを導出し、次いで、
解析的厳密モデルを3自由度独立に分解して平衡点近傍
で線形化した制御系設計用の線形近似モデルを導出す
る。
Next, a plant model of a magnetic levitation system constituted by a quadrupole electromagnet with respect to an iron core orbit will be analytically described. First, we derive an analytically rigorous ideal model that considers the nonlinearity of electromagnetic force and the mutual interference between three degrees of freedom.
An analytical rigorous model is decomposed into three degrees of freedom independently to derive a linear approximation model for control system design that is linearized near the equilibrium point.

【0019】解析の簡略化のため以下の前提条件を仮定
する。鉄心の磁気抵抗を無視する。渦電流、ヒステ
リシスを無視する。漏れ磁束、フリンジングを無視す
る。
The following preconditions are assumed to simplify the analysis. Ignores the magnetic resistance of the iron core. Ignores eddy currents and hysteresis. Ignore leakage flux and fringing.

【0020】解析的厳密モデルについて説明する。図5
に4極型電磁石が鉄心軌道に対して構成する磁気等価回
路を示す。解析は以下の手順で行う。系の磁気エネル
ギーWを浮上体位置および各自由度制御電流の6変数関
数として導出する。仮想変位の原理から、Wを浮上体
位置の各変数で偏微分して浮上体に加わる各自由度方向
の電磁力を求める。
The rigorous analytical model will be described. FIG.
Fig. 3 shows a magnetic equivalent circuit formed by a four-pole electromagnet with respect to an iron core orbit. The analysis is performed in the following procedure. The magnetic energy W of the system is derived as a six-variable function of the floating body position and each degree of freedom control current. From the principle of the virtual displacement, W is partially differentiated by each variable of the position of the floating body, and the electromagnetic force in each direction of the degree of freedom applied to the floating body is obtained.

【0021】系の磁気エネルギーWは、鉄心の磁気抵抗
を無視すると各極のギャップおよび永久磁石に蓄えられ
る磁気エネルギーとなり、次式で表される。
The magnetic energy W of the system is the magnetic energy stored in the gaps of the poles and the permanent magnets, ignoring the magnetic resistance of the iron core, and is expressed by the following equation.

【数8】 (Equation 8)

【数9】 以上の式(15)〜(20)から浮上体である4極型電磁石
に働く鉛直方向吸引力およびα、β軸回り不平衡トルク
はそれぞれ次式で表される。
(Equation 9) From the above equations (15) to (20), the vertical attractive force and the unbalanced torque around the α and β axes acting on the quadrupole electromagnet as the floating body are expressed by the following equations, respectively.

【数10】 (Equation 10)

【0022】3自由度間相互干渉の一例を示す曲面を図
6に記載する。
FIG. 6 shows a curved surface showing an example of mutual interference between three degrees of freedom.

【0023】次に、電気回路系の解析について説明す
る。(14)に示したように、4極型電磁石の電気回路
系は、仮想電気回路系と実在電気回路系に分けられる。
4極型電磁石の仮想電気回路系の解析的厳密式は次のよ
うになる。
Next, the analysis of the electric circuit system will be described. As shown in (14), the electric circuit system of the quadrupole electromagnet is divided into a virtual electric circuit system and a real electric circuit system.
The analytical exact expression of the virtual electric circuit system of the quadrupole electromagnet is as follows.

【数11】 ここで、右辺第1項は巻線抵抗による電圧降下、第2項が
巻線の自己、相互インダクタンスによる誘導起電力、第
3項が永久磁石の磁束による速度起電力をそれぞれ表し
ている。ただし、式(25)における自己、相互インダク
タンス、永久磁石による鎖交磁束は、それぞれで計算さ
れる各磁極パーミアンスを用いて表されるz,θ,ψの
3変数関数である。
[Equation 11] Here, the first term on the right side is the voltage drop due to the winding resistance, the second term is the winding self, the induced electromotive force due to the mutual inductance,
The three terms respectively represent the speed electromotive force due to the magnetic flux of the permanent magnet. Here, the self, mutual inductance, and the flux linkage due to the permanent magnet in the equation (25) are the values of z, θ, ψ expressed using the magnetic pole permeances calculated respectively.
It is a three-variable function.

【0024】一方、実在電気回路系の解析的厳密式は次
式で表される。
On the other hand, the analytical exact formula of the real electric circuit system is expressed by the following formula.

【数12】 ここで、式(25)と同様に右辺第1項は巻線抵抗による
電圧降下、第2項が各巻線の自己、相互インダクタンス
による誘導起電力、第3項が永久磁石の磁束による速度
起電力をそれぞれ表している。以上の解析結果から導出
した厳密モデルのブロック線図を図7に示す。
(Equation 12) Here, as in equation (25), the first term on the right side is the voltage drop due to the winding resistance, the second term is the self-induction of each winding, the induced electromotive force due to the mutual inductance, and the third term is the speed electromotive force due to the magnetic flux of the permanent magnet. Respectively. FIG. 7 shows a block diagram of an exact model derived from the above analysis results.

【0025】制御系設計用線形近似モデルについて説明
する。導出した解析的厳密モデルから、3自由度間の相
互干渉を無視して各自由度独立に運動モードを分解し、
さらに平衡動作点(z,θ,ψ)=(z,0,0)近
傍で線形化する事によって制御系設計用の線形近似モデ
ルを導出する。
A linear approximation model for control system design will be described. From the derived rigorous analytical model, the motion modes are decomposed independently for each degree of freedom, ignoring the mutual interference between the three degrees of freedom,
Further, a linear approximation model for control system design is derived by linearizing near the equilibrium operating point (z, θ, ψ) = (z 0 , 0 , 0).

【0026】鉛直方向浮上系について説明する。浮上体
の鉛直方向の運動方程式は次式で表される。
The vertical levitation system will be described. The equation of motion of the levitation body in the vertical direction is expressed by the following equation.

【数13】 (Equation 13)

【0027】平衡点近傍での線形化について説明する。The linearization near the equilibrium point will be described.

【数14】 [Equation 14]

【数15】 鉛直方向浮上系の線形モデルおよび重心軸回り姿勢系の
線形モデルを、図8にそれぞれ示す。図8または式(3
2)と(33)を見ると、伝達関数の型は鉛直方向と重心
軸回りで等しくなることがわかる。
(Equation 15) FIG. 8 shows a linear model of the vertical levitation system and a linear model of the attitude system around the center of gravity axis. FIG. 8 or equation (3)
Looking at (2) and (33), it can be seen that the types of the transfer function are equal in the vertical direction and around the center of gravity.

【0028】前記制御系設計用線形近似モデルから浮上
制御系を設計しシミュレーションにより3自由度磁気浮
上の検証を行う。浮上系設計は、ギャップ長制御系およ
びゼロパワー制御系それぞれについて行う。特に、ギャ
ップ長のみを計測出力とした状態観測器の設計、制御入
力であるコイル電圧の時間積分を状態変数に加えて拡大
系を構成する電圧指令0型ゼロパワー浮上系について行
う。なお、ここでは基本的に3自由度の中で鉛直方向浮
上系についてのみ言及するが、α,β重心軸回り姿勢系
についても同様に設計する。
A levitation control system is designed from the linear approximation model for control system design, and verification of magnetic levitation with three degrees of freedom is performed by simulation. The levitation system design is performed for each of the gap length control system and the zero power control system. In particular, the design of a state observer using only the gap length as the measurement output, and the time integration of the coil voltage, which is the control input, are added to the state variables to the voltage command 0-type zero power levitation system constituting the expansion system. Here, basically, only the vertical levitation system among the three degrees of freedom will be referred to, but the posture system around the α, β center of gravity axes is similarly designed.

【0029】線形近似モデルから浮上制御系を設計する
方法としては、PID制御による古典制御理論の手法と
状態フィードバックによる現代制御理論の手法が一般的
である。本論文では、後者の状態フィードバック制御を
基本とする制御系を構築する。
As a method of designing a levitation control system from a linear approximation model, a method of classical control theory by PID control and a method of modern control theory by state feedback are generally used. In this paper, we construct a control system based on the latter state feedback control.

【0030】ギャップ長指令浮上制御系について説明す
る。浮上体の位置指令に対して定常偏差なく応答するギ
ャップ長指令型浮上制御系は、鉛直方向浮上系の場合ギ
ャップ長偏差積分を状態変数に加えた次の4次元拡大系
(34)に対して、評価関数(35)を最小化する状態
フィードバック則(36)を求める最適レギュレータ理
論を適用して設計する。
The gap length command floating control system will be described. A gap length command type levitation control system which responds to a position command of a levitation body without a steady-state error is used in a vertical levitation system for a next four-dimensional expansion system (34) in which a gap length deviation integral is added to a state variable. , An optimal regulator theory for finding a state feedback rule (36) that minimizes the evaluation function (35).

【数16】 拡大系(34)は可制御システムであり、状態フィードバ
ックにより閉ループ系の極を任意に配置する事ができ
る。所定のシミュレーションパラメータに対して浮上系
を設計する。各重み係数Q、Rは比較的速い応答を得る
事を重視して適宜設定される。参考として、制御系設計
の一つの例を図9に示す。
(Equation 16) The expansion system (34) is a controllable system, and can arrange poles of a closed loop system arbitrarily by state feedback. A levitation system is designed for given simulation parameters. Each of the weight coefficients Q and R is appropriately set with emphasis on obtaining a relatively fast response. For reference, one example of the control system design is shown in FIG.

【0031】シミュレーションによる3自由度磁気浮上
の検証を行う。前記制御系に対して、シミュレーション
を行った結果を示す。プラントモデルには解析的厳密モ
デルを適用している。
The magnetic levitation with three degrees of freedom is verified by simulation. The results of a simulation performed on the control system are shown. An analytically rigorous model is applied to the plant model.

【0032】ギャップ長指令型浮上制御系について説明
する。シミュレーション条件は以下のとおりである。
(z,θ,ψ)=(0.005,0,0)で安定浮上
時、1[s]後に不平衡荷重Fdz=5[N]、Tdα=−
0.02[N・m]、Tdβ=−0.02[N・m]が
ステップ状に加わったとした。姿勢指令値は常に(0.
005,0,0)とする。図10に示すように、ステッ
プ状外乱が加わってから0.2[s]程度で定常状態と
なり、各自由度制御電流が(iz,iα,iβ)=
(5,−0.8,−0.4)で姿勢指令値通りに安定浮
上が実現できている事がわかる。
The gap length command type levitation control system will be described. The simulation conditions are as follows.
(Z, θ, ψ) = (0.005, 0, 0) during stable levitation, after 1 [s], unbalanced load Fdz = 5 [N], Tdα =-
It was assumed that 0.02 [N · m] and Tdβ = −0.02 [N · m] were added in steps. The posture command value is always (0.
005,0,0). As shown in FIG. 10, a steady state is reached in about 0.2 [s] after the step-like disturbance is applied, and each degree of freedom control current becomes (iz, iα, iβ) =
At (5, -0.8, -0.4), it can be seen that stable levitation has been achieved according to the attitude command value.

【0033】ゼロパワー浮上制御系について説明する。
シミュレーション条件は、ギャップ長指令型と同様であ
る。図11に示すように、ステップ状外乱が加わってか
ら0.5[s]程度で(z,θ,ψ)=(0.003
2,0.005,0.0025)となって定常状態とな
り、不平衡荷重に対してアクティブに浮上姿勢を傾けて
不平衡ゼロパワー浮上が実現できていることがわかる。
図10,11の比較から、重心軸回り姿勢制御電流0.
8[A]と等価な不平衡吸引力を発生させるための傾き
姿勢角はわずか0.29°程度である事がわかる。
The zero power levitation control system will be described.
The simulation conditions are the same as in the gap length command type. As shown in FIG. 11, (z, θ, ψ) = (0.003) in about 0.5 [s] after the step-like disturbance is applied.
(2, 0.005, 0.0025), which is a steady state. It can be seen that the unbalanced zero power levitation can be realized by actively tilting the levitation posture with respect to the unbalanced load.
From the comparison between FIGS.
It can be seen that the tilt attitude angle for generating an unbalanced suction force equivalent to 8 [A] is only about 0.29 °.

【0034】状態観測器を用いた制御系について説明す
る。状態フィードバック制御系を構築し、提案する3自
由度磁気浮上の制御アルゴリズムの妥当性をシミュレー
ションにより検証した。ここでの状態変数としては、ギ
ャップ長、ギャップ速度、コイル電流を用いているが、
これらはすべて計測できるとして理想的な状態フィード
バック制御を考えた。しかし一般的には実際に直接計測
できる量は、ギャップセンサによるギャップ長と電流セ
ンサによるコイル電流であり、ギャップ速度は直接計測
できないので何らかの方法で推定する必要がある。ギャ
ップ速度を推定する手法としては、疑似微分と状態観測
器が考えられるが、ここでは状態観測器を積極的に用い
る制御系を提案する。
A control system using a state observer will be described. A state feedback control system was constructed, and the validity of the proposed three-degree-of-freedom magnetic levitation control algorithm was verified by simulation. As the state variables here, the gap length, gap speed, and coil current are used.
Assuming that all of these can be measured, we considered ideal state feedback control. However, in general, the amount that can be directly measured is the gap length by the gap sensor and the coil current by the current sensor. Since the gap speed cannot be directly measured, it must be estimated by some method. As a method of estimating the gap velocity, a pseudo differential and a state observer can be considered. Here, a control system that actively uses the state observer is proposed.

【0035】疑似微分と状態観測器について説明する。
ギャップ速度を推定する方法としてはギャップ長信号を
疑似微分する方法が最も一般的である。疑似微分は次式
で表される。
The pseudo differential and the state observer will be described.
The most common method for estimating the gap speed is to pseudo-differentiate the gap length signal. The pseudo differential is expressed by the following equation.

【数17】 疑似微分は、ギャップ速度を算出する最も容易な方法で
あるが、高周波ノイズの影響を抑圧するためにLPFの
時定数τをやや大きめに設定する必要がある。一方でτ
を大きくする事は高い周波数のダイナミクスも犠牲にす
る事を意味し、制御性能を劣化させるためトレードオフ
を考慮しなければならない。
[Equation 17] Pseudo differentiation is the easiest method for calculating the gap speed, but it is necessary to set the time constant τ of the LPF slightly larger in order to suppress the influence of high frequency noise. On the other hand, τ
Increasing means that high frequency dynamics are also sacrificed, and trade-offs must be considered to degrade control performance.

【0036】ギャップ長のみを用いる状態観測器につい
て説明する。状態観測器を用いると擬似微分より高周波
ノイズに強いギャップ速度の推定信号が得られるが、状
態観測器を用いた制御をさらに発展させると、ギャップ
長のみを検出してもプラントが可観測である事を利用し
て、ギャップセンサ出力のみを用いる状態オブザーバを
構築できる。電流センサを使わずギャップセンサ出力の
みを用いる事で、通常の電圧操作形のPID制御と計測
に関する負担は全く等しくなり、ソフトウエアのみによ
って浮上系を高性能化できる事になる。また、電流セン
サを使わない事でそれによるノイズやドリフトの影響も
除去する事ができる。
A state observer using only the gap length will be described. Using the state observer gives an estimated signal of the gap velocity that is more resistant to high-frequency noise than the pseudo-differential. However, if control using the state observer is further developed, the plant can be observed even if only the gap length is detected. By utilizing this fact, a state observer using only the output of the gap sensor can be constructed. By using only the output of the gap sensor without using the current sensor, the burden on PID control of a normal voltage operation type and the measurement becomes completely equal, and the levitation system can be improved only by software. Further, by not using the current sensor, the influence of noise and drift due to the current sensor can be eliminated.

【0037】電圧指令型ゼロパワー制御系について説明
する。ギャップ長のみを用いる状態観測器を利用して、
制御入力であるコイル電圧ezとその目標値0との偏差
を積分器を介して再び制御入力ezに帰還する。これを
電圧指令型ゼロパワー制御系として提案する。提案制御
系は、制御入力の偏差積分を状態変数に組み込んだ拡大
系(式38)を構成し、これに対して状態フィードバッ
ク制御器+状態観測器を構成する事で実現できる。
The voltage command type zero power control system will be described. Using a state observer that uses only the gap length,
The deviation between the coil voltage ez as the control input and its target value 0 is fed back to the control input ez again via the integrator. This is proposed as a voltage command type zero power control system. The proposed control system can be realized by configuring an expanded system (Equation 38) in which the deviation integral of the control input is incorporated in the state variable, and configuring a state feedback controller + state observer.

【数18】 拡大系(38)は可制御システムであり、フィードバック
ゲイン行列により任意の極配置が可能である。一方(3
8)は拡大系全体としては可観測行列のランクは3であり
可観測性が成り立っていないが、新たに加えられた状態
変数は制御入力の偏差積分であり直接計算できる。よっ
て、プラント本来の3つの状態変数をギャップ長のみを
用いる状態観測器で推定する事により制御系を構築でき
る(図12)。
(Equation 18) The expansion system (38) is a controllable system, and any pole arrangement can be made by a feedback gain matrix. On the other hand (3
In 8), the rank of the observable matrix is 3 for the entire extended system, and the observability is not satisfied. However, the newly added state variable is the deviation integral of the control input and can be calculated directly. Therefore, a control system can be constructed by estimating the three original state variables of the plant with a state observer using only the gap length (FIG. 12).

【0038】電圧指令型ゼロパワー浮上制御系は、制御
入力である電圧と目標値0の偏差積分を再び状態変数に
組み込んだ拡大系を構成するものである。このシステム
では、電流センサが不要であり、センサ誤差によらずコ
イル電流を完全に0にすることが保証される。物理的に
言うと、電圧指令型ゼロパワー浮上制御は一種の磁束制
御であると言える。
The voltage command type zero power levitation control system constitutes an expansion system in which the integral of the deviation between the control input voltage and the target value 0 is again incorporated into the state variable. In this system, no current sensor is required, and the coil current is guaranteed to be completely zero regardless of the sensor error. Physically speaking, it can be said that the voltage command type zero power levitation control is a kind of magnetic flux control.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明は、以下に述べるような有利な効
果を奏するものである。 鉄心軌道に対して4つの磁気回路を1つの制約条件の
もとで効率的に内蔵することができ、各極の磁束を3自
由度で制御する事ができる。すなわち、一般の剛体を浮
上させるために必要最小限の3自由度を単独で制御する
事ができ、単体での浮上が理論的に可能である。言い換
えると、4極型電磁石は磁気浮上システムを構成するた
めの必要最小限構造となっている。また、本発明に係る
浮上装置は、リニアモータを用いた二次元駆動にも適合
性が良いものであり、分岐を積極的に活用した柔軟な輸
送システムに適している。 4極型電磁石は、各極に永久磁石と電磁石巻線を配置
して両者の磁束を浮上ギャップ中で重ね合わせる構成と
する事でいわゆるゼロパワー制御を可能とする。ゼロパ
ワー制御により理想的な省エネルギー浮上システムが実
現できる。 4極型電磁石は、また浮上姿勢をアクティブに傾ける
事によって不平衡吸引力を発生させる事ができる。この
性質とのゼロパワー制御を組み合わせる事により、浮
上体に不平衡に荷重が加わった場合でも、浮上姿勢をア
クティブに傾ける事で不平衡荷重を補償する不平衡ゼロ
パワー浮上が可能となる。
The present invention has the following advantageous effects. Four magnetic circuits can be efficiently incorporated in the iron core track under one constraint condition, and the magnetic flux of each pole can be controlled with three degrees of freedom. That is, the minimum required three degrees of freedom for floating a general rigid body can be controlled independently, and floating alone can be theoretically possible. In other words, the quadrupole electromagnet has a minimum necessary structure for forming a magnetic levitation system. Further, the levitation device according to the present invention has good adaptability to two-dimensional driving using a linear motor, and is suitable for a flexible transportation system that actively utilizes branching. The quadrupole electromagnet enables so-called zero power control by arranging a permanent magnet and an electromagnet winding on each pole and superposing the magnetic fluxes of the two in a floating gap. An ideal energy-saving levitation system can be realized by zero power control. The quadrupole electromagnet can also generate an unbalanced attractive force by actively tilting the floating posture. By combining the zero power control with this property, even when an unbalanced load is applied to the levitation body, unbalanced zero power levitation that compensates for the unbalanced load by actively tilting the levitation posture becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】4極型電磁石から構成される磁石ユニットの平
面図及び側面図である。
FIG. 1 is a plan view and a side view of a magnet unit including a four-pole electromagnet.

【図2】磁気浮上装置の実験機の全体概略図である。FIG. 2 is an overall schematic diagram of an experimental machine of a magnetic levitation device.

【図3】電流変換を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing current conversion.

【図4】浮上制御アルゴリズムを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a levitation control algorithm.

【図5】磁気等価回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a magnetic equivalent circuit.

【図6】3自由度間相互干渉の一例を示す曲面である。FIG. 6 is a curved surface showing an example of mutual interference between three degrees of freedom.

【図7】非線形性と相互干渉を考慮した解析的厳密モデ
ルである。
FIG. 7 is an analytical rigorous model that takes into account nonlinearity and mutual interference.

【図8】鉛直方向浮上系線形近似モデルおよび重心回り
姿勢系線形近似モデルを示す図である。
FIG. 8 is a view showing a linear approximation model of a vertical levitation system and a linear approximation model of a posture system around a center of gravity.

【図9】3自由度ゼロパワー浮上制御系の一設計例を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a design example of a zero-power levitation control system with three degrees of freedom.

【図10】3自由度ギャップ長指令型磁気浮上制御シミ
ュレーション結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a simulation result of a magnetic levitation control with a three-degree-of-freedom gap length command.

【図11】3自由度ゼロパワー磁気浮上制御シミュレー
ション結果を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of a zero-power magnetic levitation control with three degrees of freedom.

【図12】電圧指令型ゼロパワー制御系を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a voltage command type zero power control system.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薬師 宏治 東京都文京区千駄木5−30−8 メゾン千 駄木 202号 (72)発明者 古関 隆章 東京都三鷹市大沢2−20−31 東大宿舎1 −403 (72)発明者 曽根 悟 千葉県我孫子市新木野1−1−40 Fターム(参考) 5H113 CC10 DB05 DB13 DB15 DB18 GG04 GG12 GG30 HH02 HH05 HH14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Koji Yakushi, Inventor 5-30-8 Sendagi, Bungi-ku, Tokyo 202 Maison Sendagi 202 (72) Inventor Takaaki Koseki 2-20-31, Osawa, Mitaka-shi, Tokyo 1 −403 (72) Inventor Satoru Sone 1-1-40 Shinkino, Abiko-shi, Chiba F-term (reference) 5H113 CC10 DB05 DB13 DB15 DB18 GG04 GG12 GG30 HH02 HH05 HH14

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】強磁性体からなる支持部と、浮上体に設け
られた磁石ユニットと、該磁石ユニットの電磁石の吸引
力を制御する磁気支持制御手段とを備えており、該支持
部に対して該浮上体を非接触で支持させるように構成さ
れた磁気浮上装置において、該磁石ユニットは四つの磁
気回路を形成するように配設された四つの極を有する4
極型電磁石であり、各極におけるギャップを独立して制
御することで、該浮上体の3自由度の姿勢を制御するよ
うに構成したことを特徴とする磁気浮上装置。
A magnet unit provided on a floating body, and magnetic support control means for controlling an attractive force of an electromagnet of the magnet unit. In a magnetic levitation apparatus configured to support the levitation body in a non-contact manner, the magnet unit has four poles arranged to form four magnetic circuits.
A magnetic levitation device, which is a polar electromagnet, and is configured to control the attitude of the levitation body with three degrees of freedom by independently controlling a gap in each pole.
【請求項2】前記3自由度は、鉛直方向、ピッチング、
ヨーイングであることを特徴とする請求項1に記載の磁
気浮上装置。
2. The three degrees of freedom include a vertical direction, pitching,
The magnetic levitation device according to claim 1, wherein the magnetic levitation device is yaw.
【請求項3】前記磁石ユニットは永久磁石を有し、該永
久磁石は該電磁石と該支持部との間のギャップ中で前記
電磁石の作る磁路と該永久磁石の作る磁路とが共有する
ように配設されていることを特徴とする請求項1,2い
ずれかに記載の磁気浮上装置。
3. The magnet unit has a permanent magnet, and the permanent magnet is shared by a magnetic path made by the electromagnet and a magnetic path made by the permanent magnet in a gap between the electromagnet and the support. The magnetic levitation device according to claim 1, wherein the magnetic levitation device is arranged as described above.
【請求項4】前記磁気制御手段は、前記電磁石に流れる
励磁電流の定常値を零にするように前記電磁石に流す励
磁電流を制御して磁路を安定化させるように構成されて
いることを特徴とする請求項3に記載の磁気浮上装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said magnetic control means is configured to stabilize a magnetic path by controlling an exciting current flowing through said electromagnet such that a steady-state value of the exciting current flowing through said electromagnet becomes zero. The magnetic levitation device according to claim 3, wherein:
【請求項5】前記磁気制御手段は、前記電磁石に印加す
る励磁電圧の平均値を零にするように前記電磁石に印加
する励磁電圧を制御して磁路を安定化させるように構成
されていることを特徴とする請求項3に記載の磁気浮上
装置。
5. The magnetic control means is configured to control an excitation voltage applied to the electromagnet so as to make an average value of the excitation voltage applied to the electromagnet zero, thereby stabilizing a magnetic path. The magnetic levitation device according to claim 3, wherein:
【請求項6】前記磁気制御手段は、該電磁石と該支持体
とのギャップ長、および該電磁石に印加する励磁電圧を
検出値とすると共に、該電磁石に印加する励磁電流は状
態観測器を用いた推定値とするものであることを特徴と
する請求項1乃至5いずれかに記載の磁気浮上装置。
6. The magnetic control means detects a gap length between the electromagnet and the support and an excitation voltage applied to the electromagnet as a detection value, and an excitation current applied to the electromagnet uses a state observer. The magnetic levitation device according to claim 1, wherein the estimated value is used.
【請求項7】前記磁気ユニットは、平面視方形状の基部
と該基部の角部に立設された四つの柱状部からなる鉄心
ヨークと、該柱状部に巻装された電磁石巻線とを有して
おり、四つの磁気回路を内蔵することで、各極単位で各
極の吸引力を独立して制御できるように構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の磁気
浮上装置。
7. The magnetic unit according to claim 1, wherein the magnetic unit includes a base having a rectangular shape in a plan view, an iron core yoke including four pillars erected at corners of the base, and an electromagnet winding wound on the pillars. 7. The magnetic head according to claim 1, wherein the attraction force of each pole is independently controlled for each pole by incorporating four magnetic circuits. 8. Magnetic levitation device.
【請求項8】前記柱状部には永久磁石が設けられている
ことを特徴とする請求項7に記載の磁気浮上装置。
8. The magnetic levitation device according to claim 7, wherein a permanent magnet is provided on the columnar portion.
【請求項9】前記磁石ユニットは、前記浮上体の少なく
とも一部を構成していることを特徴とする請求項1乃至
8いずれかに記載の磁気浮上装置。
9. The magnetic levitation device according to claim 1, wherein the magnet unit forms at least a part of the levitation body.
【請求項10】平面視方形状の基部と該基部の角部に立
設された四つの柱状部から一体的に構成された鉄心ヨー
クと、該柱状部に巻装された電磁石巻線と、該柱状部に
それぞれ設けられた永久磁石とから構成されることを特
徴とする4極型電磁石。
10. An iron core yoke integrally formed of a base having a rectangular shape in a plan view and four pillars erected at corners of the base, an electromagnet winding wound on the pillars, And a permanent magnet provided on each of the columnar portions.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100577575B1 (en) * 2005-02-07 2006-05-08 한국전기연구원 Method for estimating vertical speed of a magnetically-levitated train magnet
CN102645850A (en) * 2011-02-22 2012-08-22 Asml荷兰有限公司 Electromagnetic actuator, stage apparatus and lithographic apparatus
CN104527451A (en) * 2014-12-04 2015-04-22 中国人民解放军国防科学技术大学 Suspension controller detection device for medium and low speed maglev train
WO2021190118A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 Integrated electromagnet and maglev train
CN114161939A (en) * 2021-12-30 2022-03-11 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 Fusion control method and system for suspension system of high-speed maglev train

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100577575B1 (en) * 2005-02-07 2006-05-08 한국전기연구원 Method for estimating vertical speed of a magnetically-levitated train magnet
CN102645850A (en) * 2011-02-22 2012-08-22 Asml荷兰有限公司 Electromagnetic actuator, stage apparatus and lithographic apparatus
CN104527451A (en) * 2014-12-04 2015-04-22 中国人民解放军国防科学技术大学 Suspension controller detection device for medium and low speed maglev train
CN104527451B (en) * 2014-12-04 2015-10-28 中国人民解放军国防科学技术大学 For the suspension controller detecting device of medium-and low-speed maglev train
WO2021190118A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 Integrated electromagnet and maglev train
CN114161939A (en) * 2021-12-30 2022-03-11 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 Fusion control method and system for suspension system of high-speed maglev train
CN114161939B (en) * 2021-12-30 2023-06-20 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 Fusion control method and system for high-speed maglev train suspension system

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