JP2003204609A - Magnetic levitation apparatus - Google Patents

Magnetic levitation apparatus

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JP2003204609A
JP2003204609A JP2002002646A JP2002002646A JP2003204609A JP 2003204609 A JP2003204609 A JP 2003204609A JP 2002002646 A JP2002002646 A JP 2002002646A JP 2002002646 A JP2002002646 A JP 2002002646A JP 2003204609 A JP2003204609 A JP 2003204609A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic levitation apparatus which enables structure simplification, size reduction, cost reduction, and reliability improvement thereof. <P>SOLUTION: There is provided an auxiliary support means 31, which holds a levitation unit 11 in an attitude its landing state; an attitude estimating means 33 which is provided in an attracting force control means 15 for controlling the attracting of a magnet unit 7, and estimates the attitude of the levitation unit 11 in a levitated state; a landing detecting means 29 detecting the landing of the levitation unit 11; an attitude operating means 35 operating the attitude of the levitation unit 11 in the landing state; an initial value setting means 39 giving an initial value, which is a calculated gap between the magnet unit 7 in the landing state and a guide 13 made of ferromagnetic material, to the attitude estimating means 33; and an estimation initializing means 13, which initializes the attitude estimating means 33 to have an operation starting state. As a result of such a constitution, when levitation is started, the gap information close to an actual value can be estimated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】本発明は、吸引式磁気浮上
により浮上体を非接触で支持する磁気浮上装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation device for supporting a levitation body by a suction type magnetic levitation in a non-contact manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】常電導吸引式磁気浮上は騒音や発塵がな
く、HSST(超高速地表輸送機)やトランスラピッド
等の鉄道、半導体工場でのクリーンルーム内搬送システ
ム等においてすでに実用化が図られている。電磁石を強
磁性部材に対向配置し、電磁石の励磁によって強磁性部
材との間に生じる吸引力を利用して浮上体を浮上させる
常電導吸引式磁気浮上においては磁気浮上系が本来的に
不安定であり、これを安定化するために浮上ギャップ
長、その速度、さらには加速度や電磁石励磁電圧、電磁
石励磁電流を検出し、これらを吸引力制御手段にフィー
ドバックして吸引力制御を行うことも実施されている。
このため、システムの安定性を確保するためには、従来
の技術では浮上ギャップ長の検出が必要であり、ギャッ
プセンサの使用を避けることはできなかった。また、強
磁性部材と電磁石間のギャップ長をギャップセンサで検
出するには、使用するギャップセンサに適したセンサタ
ーゲットが必要であり、強磁性部材に付随してセンサタ
ーゲットを敷設しなければならなかった。
2. Description of the Related Art Normal-conducting suction type magnetic levitation has no noise or dust generation and has already been put into practical use in railways such as HSST (Ultra High Speed Surface Transport) and Transrapid, and in clean room transportation systems in semiconductor factories. ing. The magnetic levitation system is inherently unstable in the normal-conduction magnetic levitation in which the electromagnet is placed opposite to the ferromagnetic member, and the levitation body is levitated by utilizing the attractive force generated between the electromagnet and the ferromagnetic member. In order to stabilize this, the levitation gap length, its speed, acceleration, electromagnet exciting voltage, and electromagnet exciting current are detected, and these are fed back to the attractive force control means to perform attractive force control. Has been done.
For this reason, in order to ensure the stability of the system, it is necessary to detect the flying gap length in the conventional technique, and the use of the gap sensor cannot be avoided. Further, in order to detect the gap length between the ferromagnetic member and the electromagnet with the gap sensor, a sensor target suitable for the gap sensor to be used is required, and the sensor target must be installed along with the ferromagnetic member. It was

【0003】このように、浮上ギャップ長を磁気浮上系
の安定化に用いる場合、ギャップセンサやセンサターゲ
ットが必要であり、それが装置のコストを上昇させてい
た。また、ギャップセンサの取付けスペースやセンサタ
ーゲット用のスペースを確保しなければならず、このこ
とが装置小型化の障害となっていた。とくに、鉄道や搬
送システムにおいては強磁性ガイドで構成される軌道に
分岐箇所が設けられるため、センサターゲットとガイド
が交差してギャップ長の検出を妨げることのないように
する仕組が必要であり、これもシステムの複雑化を招く
原因となっていた。
As described above, when the levitation gap length is used for stabilizing the magnetic levitation system, a gap sensor and a sensor target are required, which increases the cost of the apparatus. Further, it is necessary to secure a space for mounting the gap sensor and a space for the sensor target, which has been an obstacle to downsizing of the device. In particular, in railways and transport systems, a branch point is provided in the track composed of ferromagnetic guides, so it is necessary to have a mechanism that does not interfere with the detection of the gap length because the sensor target and the guide intersect. This also causes the system to be complicated.

【0004】こうした問題を解決するため、例えば、電
磁石励磁電流からオブザーバ(状態観測器)によりギャ
ップ長を推定する方法(水野、他:「変位センサレス磁
気軸受の実用化に関する研究」、電気学会論文集D分
冊、116、No.1、35(1996))や交流磁気浮上により生じ
る電磁石励磁電圧と励磁電流の位相差信号にギャップ情
報を含ませ、これを電磁石励磁電圧にフィードバックし
て安定化する方法(森山:「差動帰還形パワーアンプを
用いたAC磁気浮上」1997年電気学会全国大会予稿集、
No.1215)、また、電磁石励磁電流値をヒステリシスコ
ンパレータで励磁電流基準値と比較し、励磁電流が基準
値より大きい場合には電磁石励磁電圧を負に、小さい場
合は正に切替えることによりスイッチング周波数を浮上
ギャップ長に比例させ浮上系を安定化する(水野、他:
「ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気
浮上」、計測自動制御学会論文集、32、No.7、1043(199
6))等の方法がギャップセンサをなくすセンサレス化手
法として提案されている。
In order to solve such a problem, for example, a method of estimating the gap length from an electromagnet exciting current by an observer (state observer) (Mizuno, et al .: "Study on Practical Use of Displacement Sensorless Magnetic Bearing", Proceedings of the Institute of Electrical Engineers of Japan D Volume, 116, No. 1, 35 (1996)) or a method of including gap information in the phase difference signal between the electromagnet exciting voltage and the exciting current generated by AC magnetic levitation, and feeding this back to the electromagnet exciting voltage for stabilization. (Moriyama: "AC Magnetic Levitation Using Differential Feedback Power Amplifier" Proceedings of the 1997 Annual Meeting of the Institute of Electrical Engineers of Japan,
No.1215), the switching frequency is changed by comparing the electromagnet excitation current value with the hysteresis current reference value with a hysteresis comparator, and switching the electromagnet excitation voltage to negative when the excitation current is larger than the reference value and to positive when it is smaller. Stabilizes the levitation system by proportional to the levitation gap length (Mizuno, et al .:
"Self-sensing magnetic levitation using a hysteresis amplifier", Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, 32, No. 7, 1043 (199)
Methods such as 6)) have been proposed as sensorless methods that eliminate the gap sensor.

【0005】しかし、こうした解決策であっても、オブ
ザーバを使用する場合にあっては、ギャップ長が浮上状
態における磁気浮上系の線型モデルから導出されるた
め、浮上状態にないときの浮上ギャップ長の推定ができ
ず浮上開始が困難であったり、いったん浮上体が他の構
造物に接触すると再び浮上状態に復帰することができな
かったりする等の問題があった。さらには、オブザーバ
以外のギャップ情報を含む物理量で電磁石励磁電圧を制
御する場合は、浮上制御系が非線型系になるため、安定
判別が困難であったり、浮上体の質量変化や励磁による
温度上昇で電磁石コイルに電気抵抗の変動があると浮上
状態の維持が困難になったりするという問題もあった。
However, even with such a solution, when the observer is used, since the gap length is derived from the linear model of the magnetic levitation system in the levitation state, the levitation gap length when not in the levitation state. However, there is a problem in that it is difficult to estimate the levitation and it is difficult to start levitation, and once the levitation body comes into contact with another structure, it cannot return to the levitation state again. Furthermore, when controlling the electromagnet excitation voltage with a physical quantity that includes gap information other than the observer, the levitation control system is a non-linear system, so it is difficult to determine stability, or the mass change of the levitation body or temperature rise due to excitation. However, there is also a problem that it becomes difficult to maintain the floating state if the electric resistance of the electromagnet coil fluctuates.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の磁
気浮上装置にあっては、浮上体の浮上ギャップ長を吸引
力制御手段にフィードバックして浮上体の安定な磁気浮
上状態を実現しており、ギャップセンサおよびセンサタ
ーゲットが不可欠となる。このため、装置が大型化して
複雑になり、コストアップを招くという問題があった。
しかも、こうした問題を避けるためにギャップ長の情報
をギャップセンサを用いずに吸引力制御手段にフィード
バックすると、浮上系の安定性や動作の信頼性が著しく
損なわれるため、結局はギャップセンサを使わざるを得
ず、装置の複雑化や大形化、コスト高の問題を回避する
ことは相当困難なものであった。
As described above, in the conventional magnetic levitation apparatus, the levitation gap length of the levitation body is fed back to the attraction force control means to realize a stable magnetic levitation state of the levitation body. Therefore, the gap sensor and the sensor target are indispensable. For this reason, there is a problem that the device becomes large and complicated, resulting in cost increase.
Moreover, if the information on the gap length is fed back to the suction force control means without using the gap sensor in order to avoid such a problem, the stability and the reliability of the operation of the levitation system are significantly impaired, so that the gap sensor is eventually used. It has been difficult to avoid the problems of increased complexity and size of the device and increased cost.

【0007】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、装置の簡素化や小型
化、コストの低減化、信頼性の向上を図り得る磁気浮上
装置を提供することにある。
The present invention has been made under the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic levitation device capable of simplifying and downsizing the device, reducing cost, and improving reliability. It is in.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明の磁気浮上装置は、電磁石を備
えた磁石ユニットと、磁石ユニットで支持される浮上体
と、磁石ユニットの磁極が空隙を介して対向し磁石ユニ
ットの作用する吸引力で浮上体を非接触で支持するため
の強磁性部材と、浮上体が浮上状態にないとき浮上体と
強磁性部材の位置関係を維持する補助支持手段と、電磁
石の励磁電流を検出するセンサ部と、センサ部の出力に
基づいて強磁性部材に対する浮上体の姿勢を推定する姿
勢推定手段、浮上体と強磁性部材または補助支持手段と
の接触を検出する接触検出手段、接触検出手段の出力に
基づき接触時の強磁性部材に対する浮上体の姿勢を演算
する姿勢演算手段、接触検出手段の出力に基づき接触時
に姿勢推定手段を動作開始時の状態に初期化する推定初
期化手段、姿勢推定手段が初期化される際に姿勢演算手
段の出力値を姿勢推定手段の初期値として設定する初期
値設定手段、および姿勢推定手段の出力の出力に基づい
て磁石ユニットが空隙および強磁性部材を介して形成さ
れる磁気回路が安定化するように磁石ユニットの吸引力
を制御する駆動手段を有する吸引力制御手段と、を備え
ていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a magnetic levitation apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a magnet unit including an electromagnet, a levitation body supported by the magnet unit, and a magnet unit. Maintains the positional relationship between the levitation body and the ferromagnetic member when the levitation body is not in a levitation state, and the ferromagnetic member that supports the levitation body in a non-contact manner by the attraction force of the magnet unit, with the magnetic poles facing each other through the air gap. Auxiliary supporting means, a sensor section for detecting an exciting current of the electromagnet, an attitude estimating means for estimating the attitude of the levitation body with respect to the ferromagnetic member based on the output of the sensor section, the levitation body and the ferromagnetic member or the auxiliary supporting means. A contact detecting means for detecting the contact of the floating body, an attitude calculating means for calculating the attitude of the floating body relative to the ferromagnetic member at the time of contact based on the output of the contact detecting means, and an attitude estimating means for contact at the time of contact based on the output of the contact detecting means Of the estimation initialization means for initializing the state at the start of the work, the initial value setting means for setting the output value of the posture calculation means as the initial value of the posture estimation means when the posture estimation means is initialized, and the posture estimation means An attraction force control means having a driving means for controlling the attraction force of the magnet unit so that the magnetic circuit formed by the magnet unit via the air gap and the ferromagnetic member is stabilized based on the output of the output. It is characterized by

【0009】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
磁気浮上装置において、磁石ユニットが、空隙において
電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁
石を備えていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the magnet unit includes a permanent magnet arranged so as to share the magnetic path with the magnetic flux of the electromagnet in the air gap. Characterize.

【0010】請求項3に係る発明は、請求項2に記載の
磁気浮上装置において、吸引制御手段が、センサ部の出
力に基づいて電磁石の励磁電流をゼロへ収束させながら
磁気回路を安定化させるゼロパワー制御手段を備えてい
ることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the second aspect, the attraction control means stabilizes the magnetic circuit while converging the exciting current of the electromagnet to zero based on the output of the sensor section. It is characterized by being provided with zero power control means.

【0011】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
磁気浮上装置において、ゼロパワー制御手段は姿勢推定
手段によって構成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the magnetic levitation device according to claim 3, characterized in that the zero power control means is constituted by attitude estimation means.

【0012】請求項5に係る発明は、請求項1に記載の
磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、電磁石の励磁
電流およびその励磁電流を発生している励磁電圧に基づ
いて浮上体の強磁性部材に対する姿勢およびその姿勢の
時間変化を推定することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the attitude estimating means is based on the exciting current of the electromagnet and the exciting voltage for generating the exciting current, and thus the ferromagnetism of the levitation body is increased. It is characterized by estimating a posture with respect to a member and a temporal change of the posture.

【0013】請求項6に係る発明は、請求項1に記載の
磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、その姿勢推定
手段の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあ
るときは入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外に
あるときは飽和値を出力する推定出力制限手段を備えて
いることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the posture estimating means inputs the output of the posture estimating means, and when the input is within a predetermined saturation range, the input is made. It is characterized in that the apparatus further comprises an estimated output limiting means for outputting the value as it is and outputting the saturated value when it is outside a predetermined saturation range.

【0014】請求項7に係る発明は、請求項1に記載の
磁気浮上装置において、吸引力制御手段が、推定出力制
限手段の出力に基づいて電磁石励磁電圧を演算してその
出力を駆動手段に与える励磁電圧演算部を備えているこ
とを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the attraction force control means calculates an electromagnet excitation voltage based on the output of the estimated output limiting means, and outputs the output to the driving means. It is characterized in that it is provided with an exciting voltage calculation unit for giving.

【0015】請求項8に係る発明は、請求項7に記載の
磁気浮上装置において、励磁電圧制御手段が、その励磁
電圧演算部の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲
内にあるときは入力値を、所定の飽和範囲外であるとき
は飽和値を出力する電圧出力制限手段を備えていること
を特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the seventh aspect, when the excitation voltage control means inputs the output of the excitation voltage calculation unit and the input is within a predetermined saturation range. Is provided with voltage output limiting means for outputting an input value and a saturated value when the input value is out of a predetermined saturation range.

【0016】請求項9に係る発明は、請求項7に記載の
磁気浮上装置において、励磁電圧演算部が、推定出力制
限手段の出力に基づいて、浮上体の運動の自由度に寄与
する吸引力を発生させるべく電磁石励磁電圧の線形結合
で表されるモード別励磁電圧を演算するモード励磁電圧
演算部を備えていることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the seventh aspect, the exciting voltage computing section contributes to the degree of freedom of movement of the levitation body based on the output of the estimated output limiting means. Is provided, a mode excitation voltage calculator is provided for calculating the mode-specific excitation voltage represented by a linear combination of electromagnet excitation voltages.

【0017】請求項10に係る発明は、請求項9に記載
の磁気浮上装置において、吸引力制御手段が、浮上体の
運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる電磁石励磁
電流の線形結合で表されるモード別電流を演算するモー
ド励磁電流演算部を備えていることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the ninth aspect, the attractive force control means is a linear combination of electromagnet exciting currents that generate an attractive force that contributes to the freedom of movement of the levitation body. It is characterized in that it is provided with a mode excitation current calculation unit for calculating the current for each mode shown.

【0018】請求項11に係る発明は、請求項9に記載
の磁気浮上装置において、モード励磁電圧演算部が、そ
のモード励磁電圧演算部の出力を入力とする電圧出力制
限手段を備えていることを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the ninth aspect, the mode excitation voltage calculation section includes voltage output limiting means for inputting the output of the mode excitation voltage calculation section. Is characterized by.

【0019】請求項12に係る発明は、請求項10に記
載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、電磁石の
モード別励磁電流演算部の出力およびモード励磁電圧演
算部の出力に基づいて浮上体の強磁性部材に対する姿勢
およびその姿勢の時間変化を推定することを特徴とす
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the magnetic levitation apparatus according to the tenth aspect, the attitude estimating means is based on the output of the mode-specific exciting current calculator and the output of the mode exciting voltage calculator of the electromagnet. Is estimated with respect to the ferromagnetic member and the time change of the attitude.

【0020】請求項13に係る発明は、請求項1に記載
の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が積分器を有
し、接触検出手段が接触を検出しているときには推定初
期化手段によりその積分器の積分が中止されるとともに
積分結果が初期値設定手段が出力する値となり、接触検
出手段が接触を検出しなくなったときにはその直前の接
触時に初期値設定手段が出力していた値を初期値として
推定初期化手段によりその積分器の積分を開始すること
を特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation apparatus according to the first aspect, the posture estimating means has an integrator, and when the contact detecting means detects a contact, the estimation initializing means integrates the integral. When the integration of the instrument is stopped and the integration result becomes the value output by the initial value setting means, and the contact detection means stops detecting contact, the value output by the initial value setting means at the time of the contact immediately before that is the initial value. Is characterized in that the estimation initialization means starts the integration of the integrator.

【0021】請求項14に係る発明は、請求項7に記載
の磁気浮上装置において、姿勢推定手段は、接触検出手
段が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入
力される電磁石の励磁電流および励磁電圧演算部の出力
をゼロ入力に切替えるとともに接触検出手段が接触を検
出しなくなったときにはゼロ入力を電磁石の励磁電流も
しくは励磁電圧演算部の出力に切替える切替手段を有す
ることを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the seventh aspect, the attitude estimating means is an exciting current of the electromagnet inputted to the attitude estimating means when the contact detecting means detects the contact. And a switching means for switching the output of the exciting voltage calculating section to zero input and switching the zero input to the exciting current of the electromagnet or the output of the exciting voltage calculating section when the contact detecting means stops detecting contact.

【0022】請求項15に係る発明は、請求項10に記
載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、接触検出
手段が接触を検出している場合にはその姿勢推定手段に
入力されるモード励磁電流演算部およびモード励磁電圧
演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに接触検出手
段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力をモード
励磁電流演算部もしくは励磁電圧演算部の出力に切替え
る切替手段を有することを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation apparatus according to the tenth aspect, when the attitude estimation means detects contact by the contact detection means, mode excitation is input to the attitude estimation means. The output of the current calculator and the mode excitation voltage calculator should be switched to zero input, and when the contact detection means stops detecting contact, it should have switching means for switching the zero input to the output of the mode excitation current calculator or excitation voltage calculator. Is characterized by.

【0023】請求項16に係る発明は、請求項1に記載
の磁気浮上装置において、補助支持手段が浮上体に付随
していることを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the auxiliary supporting means is attached to the levitation body.

【0024】請求項17に係る発明は、請求項1に記載
の磁気浮上装置において、補助支持手段が強磁性部材に
付随していることを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the magnetic levitation device according to the first aspect, the auxiliary supporting means is attached to the ferromagnetic member.

【0025】請求項18に係る発明は、請求項1に記載
の磁気浮上装置において、磁石ユニットが浮上体に付随
していることを特徴とする。
The invention according to claim 18 is the magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the magnet unit is attached to the levitation body.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】<発明の原理>ここで本発明の磁
気浮上装置の原理を説明する。図1は、一質点系の磁気
浮上装置が全体として符号1で示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <Principle of the Invention> Here, the principle of the magnetic levitation device of the present invention will be described. In FIG. 1, the one-mass-system magnetic levitation device is indicated by reference numeral 1 as a whole.

【0027】磁気浮上装置1は、永久磁石3および電磁
石5で構成される磁石ユニット7、およびこの磁石ユニ
ット7によって浮上される負荷荷重9からなる浮上体1
1と、磁石ユニット7が対向するとともに磁石ユニット
7の作用する磁気的吸引力で浮上体11を非接触で支持
するための強磁性部材からなるガイド13と、磁石ユニ
ット7の吸引力を制御して浮上体11を安定に非接触支
持するための吸引力制御手段15とで構成されている。
The magnetic levitation device 1 is a levitation body 1 including a magnet unit 7 composed of a permanent magnet 3 and an electromagnet 5, and a load load 9 levitated by the magnet unit 7.
1, a guide 13 made of a ferromagnetic member for supporting the levitation body 11 in a non-contact manner by the magnetic attraction force acting on the magnet unit 7 and the magnet unit 7, and controlling the attraction force of the magnet unit 7. And a suction force control means 15 for stably supporting the floating body 11 in a non-contact manner.

【0028】永久磁石3の両磁極端部にそれぞれ継鉄1
7a,17bがその側面で当接するように配置され、電
磁石5は継鉄17a,17bにコイル19a,19bを
巻装して構成されている。永久磁石3の発生磁束は、継
鉄17a→ガイド13→継鉄17b→永久磁石3からな
る閉磁路を通る。両コイル19a,19bは直列に接続
され、それらに所定極性の電流を流すことにより、その
発生磁束を永久磁石3の発生磁束に重畳して強めたり、
逆に永久磁石3の発生磁束を相殺して弱めたりすること
ができる。
Yoke 1 is attached to each of the magnetic pole ends of the permanent magnet 3.
7a and 17b are arranged so as to abut on their side surfaces, and the electromagnet 5 is formed by winding coils 19a and 19b around yokes 17a and 17b. The magnetic flux generated by the permanent magnet 3 passes through a closed magnetic circuit composed of the yoke 17a, the guide 13, the yoke 17b, and the permanent magnet 3. Both coils 19a and 19b are connected in series, and by passing a current of a predetermined polarity through them, the generated magnetic flux is superposed on the generated magnetic flux of the permanent magnet 3 to strengthen it,
On the contrary, the generated magnetic flux of the permanent magnet 3 can be canceled and weakened.

【0029】電磁石5の電流制御は吸引力制御手段15
によって行われる。吸引力制御手段15は、ギャップセ
ンサ21によって得られる浮上ギャップ長z、および電
流センサ23によって得られる励磁電流izに基づいて、
電磁石5の励磁電圧を演算する励磁電圧演算部25と、
この励磁電圧演算部25の出力に基づいて電磁石5に所
要の励磁電流izを供給するドライバ27とを備えてい
る。
The current control of the electromagnet 5 is performed by the attraction force control means 15
Done by The attraction force control means 15 determines, based on the flying gap length z obtained by the gap sensor 21 and the exciting current i z obtained by the current sensor 23,
An exciting voltage calculator 25 for calculating the exciting voltage of the electromagnet 5,
A driver 27 that supplies a required exciting current i z to the electromagnet 5 based on the output of the exciting voltage calculator 25 is provided.

【0030】磁気浮上装置1の磁気浮上系は、磁石ユニ
ット7の吸引力が浮上体11の重量と等しくなるときの
浮上ギャップ長z0の近傍で線型近似し、以下の微分方程
式で記述される。
The magnetic levitation system of the magnetic levitation apparatus 1 is linearly approximated near the levitation gap length z 0 when the attractive force of the magnet unit 7 becomes equal to the weight of the levitation body 11, and is described by the following differential equation. .

【数1】 式(1)中、mは浮上体11の質量、zは浮上ギャップ
長、izは電磁石5の励磁電流、φは磁石ユニット7の主
磁束、ezは電磁石5の励磁電圧、Δは定常浮上状態(z
= z0, iz = iz0)からの偏差、記号“・”は d/dt、偏微
分∂/∂h (h=z,i)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、Lz0 は、
[Equation 1] Wherein (1), m is the mass of the floating body 11, z is floating gap length, i z the exciting current of the electromagnet 5, phi is the main magnetic flux, e z is the excitation voltage of the electromagnet 5 of the magnet unit 7, delta steady Ascent (z
= z 0 , i z = i z0 ), the symbol “・” is d / dt, the partial differential ∂ / ∂h (h = z, i) is the steady floating state (z = z 0 , i z = i z0 )
The respective partial differential value of the partial differential function at, L z0 is

【数2】 となる。式(3)中、xの各要素が浮上系の状態量であ
り、Cは出力行列であり、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21と電流センサ23を使用しており、ギャップ
センサ21の信号を微分することにより速度を得る場合
には、Cは単位行列となる。ここで、Fをxの比例ゲイン
補償器、Kiを積分ゲインとして励磁電圧ezを例えば、
[Equation 2] Becomes In the equation (3), each element of x is the state quantity of the levitation system, C is an output matrix, and is determined by the state quantity detection method used to calculate e z . The magnetic levitation device 1 uses the gap sensor 21 and the current sensor 23, and when the velocity is obtained by differentiating the signal of the gap sensor 21, C becomes a unit matrix. Here, F is a proportional gain compensator for x, K i is an integral gain, and the excitation voltage e z is, for example,

【数3】 で与えれば、磁気浮上装置1は特公平06−24405
号公報に見られるゼロパワー制御で浮上する。ここで、
励磁電圧演算部25において式(6)が演算されること
は言うまでもない。
[Equation 3] If given by, the magnetic levitation device 1 is Japanese Patent Publication No. 06-24405.
It emerges with the zero power control found in the publication. here,
It goes without saying that the excitation voltage calculation unit 25 calculates the equation (6).

【0031】式(1)の磁気浮上装置1においてギャッ
プセンサ15を使用せずに、励磁電流Δizから浮上ギャ
ップ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定するため
の推定手段として、例えば同一次元状態観測器(以下オ
ブザーバという)を適用する場合を考える。このとき、
線型制御理論によれば、オブザーバは
As an estimating means for estimating the floating gap length deviation Δz and its speed d (Δz) / dt from the exciting current Δi z in the magnetic levitation apparatus 1 of the equation (1) without using the gap sensor 15, For example, consider the case where a same-dimensional state observer (hereinafter referred to as an observer) is applied. At this time,
According to the linear control theory, the observer is

【数4】 [Equation 4]

【0032】したがって、図2に示す本発明に係わる磁
気浮上装置1’にあってはギャップセンサ21が省略さ
れ、その代わりに浮上体11およびその近傍に非接触状
態から接触状態になったことを例えば圧電ゴム28によ
り検出する接触検出手段29、および接触時の浮上体の
姿勢を維持する補助支持手段31が備えられている。ま
た、励磁電圧演算部25には励磁電流Δizから浮上ギャ
ップ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定する、例
えばオブザーバで構成される姿勢推定手段33と、補助
支持手段31で維持された姿勢から浮上状態へ移行する
場合のオブザーバの初期値となるべきx0を演算する姿勢
演算手段35と、接触によりオブザーバの出力値を初期
状態に戻すための推定初期化手段37と、初期化された
オブザーバに姿勢演算手段で計算されたx0を初期値とし
て設定するための初期値設定手段39とが備えられてい
る。そして、推定された励磁電流Δiz、浮上ギャップ長
偏差Δz、およびその速度d(Δz)/dtが励磁電圧演算部2
5に入力され、ドライバ27を介して電磁石5が励磁さ
れる。このように、オブザーバを初期化するとともに所
定の初期値を与えてやることにより、停止状態から浮上
する場合や、外力その他の理由によりに浮上状態から接
触状態になった場合でも、励磁電流Δizから浮上ギャッ
プ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定当初から誤
差を抑えて推定することができ、浮上体11を確実に浮
上状態へ移行するとともにその浮上状態を維持すること
ができる。
Therefore, in the magnetic levitation apparatus 1'according to the present invention shown in FIG. 2, the gap sensor 21 is omitted, and instead the levitation body 11 and its vicinity are changed from the non-contact state to the contact state. For example, a contact detection unit 29 that detects the piezoelectric rubber 28, and an auxiliary support unit 31 that maintains the attitude of the floating body at the time of contact are provided. Further, the exciting voltage calculation unit 25 estimates the flying gap length deviation Δz and its speed d (Δz) / dt from the exciting current Δi z . For example, the posture estimating unit 33 configured by an observer and the auxiliary supporting unit 31 maintain the same. Posture calculating means 35 for calculating x 0 which should be the initial value of the observer when the posture is changed to the floating state, estimation initialization means 37 for returning the output value of the observer to the initial state by contact, and initializing The converted observer is provided with an initial value setting means 39 for setting x 0 calculated by the attitude calculation means as an initial value. Then, the estimated excitation current Δi z , the floating gap length deviation Δz, and the speed d (Δz) / dt thereof are used as the excitation voltage calculation unit 2
5, and the electromagnet 5 is excited via the driver 27. In this way, by initializing the observer and giving a predetermined initial value, even if the robot is levitated from the stopped state or the levitated state is changed to the contact state due to external force or other reasons, the exciting current Δi z From this, it is possible to estimate the levitation gap length deviation Δz and its velocity d (Δz) / dt while suppressing the error from the beginning, and it is possible to reliably transfer the levitation body 11 to the levitation state and maintain the levitation state. .

【0033】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて
詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0034】<第1の実施の形態>図3ないし図7は第
1の実施の形態による磁気浮上装置の主要部を示しもの
である。
<First Embodiment> FIGS. 3 to 7 show the main parts of a magnetic levitation apparatus according to the first embodiment.

【0035】図3に示すように、この磁気浮上装置40
は、建物の天井を構成する天板42の下面に所定の取付
方法で取付けられた強磁性部材からなるガイドレール4
4とこのガイドレール44を天板42に取付けることに
より生じた凹凸を天板42の所定の範囲において平面に
修正する非磁性体からなる平面補正部材45とで構成さ
れる上部支持部材46と、床48に所定形状の溝50を
掘って構成される下部支持部材52と、上部支持部材4
6および下部支持部材52の間に介在し、両者間の間隔
によって幾何学的に転倒することが妨げられている仕切
体54とを備えている。ガイドレール44にはその下面
所定位置に穿たれ断面が逆U字形状で仕切体54の上部
を案内するための上部ガイド溝56が形成されている。
As shown in FIG. 3, this magnetic levitation device 40
Is a guide rail 4 made of a ferromagnetic member attached to the lower surface of a top plate 42 that constitutes the ceiling of the building by a predetermined attachment method.
4 and an upper support member 46 composed of a plane correction member 45 made of a non-magnetic material that corrects unevenness generated by attaching the guide rail 44 to the top plate 42 to a flat surface in a predetermined range of the top plate 42, A lower support member 52 formed by digging a groove 50 having a predetermined shape on the floor 48, and an upper support member 4
6 and the lower support member 52, and a partition 54 that is geometrically prevented from falling due to the gap between the two. The guide rail 44 has an upper guide groove 56 formed at a predetermined position on the lower surface thereof and having an inverted U-shaped cross section for guiding the upper portion of the partition body 54.

【0036】仕切体54は、仕切体54に取付けられ、
仕切体54をガイドレール44に対して非接触で支持す
る2つの磁石ユニット60a,60bと、仕切体54を
非接触で支持するために磁石ユニット60a,60bの
吸引力を制御する吸引力制御手段としての制御装置70
と、磁石ユニット60a,60bおよび制御装置70に
必要な電力を供給する電源装置72と、磁石ユニット6
0a,60bが台板62を介して取付けられているフレ
ーム部80と、フレーム部80にはめ込まれ、たとえば
ガラスやアルミ、木材、紙等で構成された仕切板82と
で構成されている。
The partition 54 is attached to the partition 54,
Two magnet units 60a and 60b that support the partition body 54 in a non-contact manner with respect to the guide rail 44, and attraction force control means that controls the attraction force of the magnet units 60a and 60b to support the partition body 54 in a non-contact manner. Control device 70
A power supply device 72 for supplying necessary power to the magnet units 60a and 60b and the control device 70, and the magnet unit 6
0a, 60b are attached via a base plate 62, and a frame portion 80, and a partition plate 82 fitted in the frame portion 80 and made of, for example, glass, aluminum, wood, paper or the like.

【0037】磁石ユニット60a,60bは永久磁石6
4と電磁石66,66’とで構成され、電磁石66,6
6’の先端がガイドレール44の下面と対向するように
全体としてU字形状に組み立てられている。電磁石6
6,66’は角柱状の鉄心68(68')をコイル69
(69')に挿入して構成され、コイル69,69’は
励磁時の際に互いの磁束を強め合うように直列に結線さ
れている。電磁石66,66’の先端部には、これらが
励磁されていない時に永久磁石64の吸引力で磁石ユニ
ット60a,60b’がガイドレール44に吸着して固
着することを防止し、かつ吸着状態でも仕切体54の移
動に支障が出ないように固体潤滑部材で表面処理した圧
電ゴム73a,73bが取付けられている。ここで圧電
ゴム73a,73bは磁石ユニット60a,60bのそ
れぞれのガイドレール44への接触時に吸引力により電
気抵抗がゼロに近くなる性質を有しており、仕切体54
の接触状態を検出するのに好適なものである。
The magnet units 60a and 60b are permanent magnets 6
4 and electromagnets 66, 66 ',
It is assembled in a U-shape as a whole so that the tip of 6 ′ faces the lower surface of the guide rail 44. Electromagnet 6
6, 66 'is a prismatic iron core 68 (68') coil 69
(69 ') is inserted, and the coils 69 and 69' are connected in series so as to strengthen each other's magnetic flux during excitation. At the tips of the electromagnets 66, 66 ', the magnet units 60a, 60b' are prevented from being attracted and fixed to the guide rail 44 by the attraction force of the permanent magnet 64 when they are not excited, and even in the attracted state. Piezoelectric rubbers 73a and 73b surface-treated with a solid lubricating member are attached so as not to hinder the movement of the partition body 54. Here, the piezoelectric rubbers 73a and 73b have a property that the electric resistance becomes close to zero due to the attraction force when the magnet units 60a and 60b come into contact with the guide rails 44, respectively.
It is suitable for detecting the contact state of.

【0038】フレーム部80は、断面が逆U字形状でそ
の上部に取付けられた固定台83と、この固定台83に
固着された支持棒84と、この支持棒84の先端部に回
転可能に取付けられ上部ガイド溝56に嵌入して仕切体
54の上部をガイドレール44に沿って案内する案内シ
ュー86と、溝50に嵌入し仕切体54の下部を溝50
に沿って案内する2つの案内車輪88,88’と、仕切
体54が壁面に沿って移動する際に挟まれ事故を防止す
るために柔軟な材料たとえば軟質ゴム等で構成されるガ
ード部材89と、断面がU字形状でその凹部で左右から
仕切板82を挟み込むための側面フレーム91と、左右
の側面フレーム91の下側端面に所定の方法で固定され
下面両端所定位置に案内車輪88,88’の車軸93を
有する底面フレーム95と、硬質の圧電ゴムで構成され
底面フレーム95の下面に貼付られ磁石ユニット60の
吸引力喪失時等の場合に底面フレーム95が直接床48
の上面に当たるのを防ぐとともに浮上体としての仕切体
54の接触を検出する緩衝部材97と、上部基台10
1、下部基台103および側板104で箱状に構成され
その内部にそれぞれ2分割された制御装置70および電
源装置72を備えるとともに上部基台101上面に磁石
ユニット60が取付けられ下部基台103下面に左右の
側面フレーム91の上側端面が所定の方法で固定された
上部フレーム105とで構成されている。上部フレーム
105の上部には側面に沿って磁石ユニット60a,6
0bを視界から遮るカバー107が取付けられており、
磁気浮上装置10のデザイン性を高めている。
The frame portion 80 has an inverted U-shaped cross section and is attached to an upper portion of a fixed base 83, a support rod 84 fixed to the fixed base 83, and a tip portion of the support rod 84 rotatably. A guide shoe 86 that is attached and fits into the upper guide groove 56 to guide the upper portion of the partition body 54 along the guide rail 44, and a lower portion of the partition body 54 that fits into the groove 50.
And two guide wheels 88, 88 'for guiding along, and a guard member 89 made of a soft material such as soft rubber to prevent an accident when the partition body 54 is caught when moving along the wall surface. , A side frame 91 having a U-shaped cross section for sandwiching the partition plate 82 from the left and right in the concave portion, and guide wheels 88, 88 fixed to the lower end surfaces of the left and right side frames 91 by a predetermined method at both ends of the lower surface. The bottom frame 95 having the axle 93 and the bottom frame 95 made of hard piezoelectric rubber and attached to the bottom surface of the bottom frame 95 directly attaches the floor frame 95 to the floor 48 when the attraction force of the magnet unit 60 is lost.
Buffer member 97 for preventing contact with the upper surface of the partition and detecting contact of the partition body 54 as a floating body, and the upper base 10.
1, a lower base 103 and a side plate 104 are provided in a box shape, each of which is provided with a control device 70 and a power supply device 72 which are divided into two parts, and a magnet unit 60 is attached to an upper surface of the upper base 101 and a lower surface of the lower base 103. In addition, the upper end surfaces of the left and right side surface frames 91 are configured with an upper frame 105 fixed by a predetermined method. The upper side of the upper frame 105 has magnet units 60a, 6
A cover 107 that blocks 0b from the field of view is attached,
The design of the magnetic levitation device 10 is improved.

【0039】磁石ユニット60a,60bの各吸引力は
制御装置70により制御され、仕切体54がガイドレー
ル44に対して非接触に支持される。
Each attraction force of the magnet units 60a and 60b is controlled by the controller 70, and the partition 54 is supported in a non-contact manner with the guide rail 44.

【0040】制御装置70は図5および図6に示すよう
に構造的に分割型に構成されてはいるが、たとえば図8
に示すように、機能的には全体として1つに構成されて
いる。なお、図8以下のブロック図において、矢印線は
信号経路を、また棒線はコイル40周辺の電力経路を示
している。さらに、磁石ユニット60aにおいて2つの
直列に接続されたコイル69,69’をまとめてコイル
69aと表し、同様に磁石ユニット60bの2つのコイ
ル69,69’をコイル69bと表すことにする。
Although the control device 70 is structured as a divided type as shown in FIGS. 5 and 6, for example, FIG.
As shown in (1), they are functionally integrated into one. In the block diagrams of FIG. 8 and subsequent figures, arrow lines indicate signal paths and bar lines indicate power paths around the coil 40. Further, in the magnet unit 60a, the two coils 69 and 69 'connected in series will be collectively referred to as a coil 69a, and similarly, the two coils 69 and 69' of the magnet unit 60b will be referred to as a coil 69b.

【0041】制御装置70はフレーム部80に取付けら
れて磁石ユニット60a,60bの励磁電流を検出する
センサ部111と、磁石ユニット60a,60bに仕切
体54を非接触支持させるべく各コイル69a,69b
への印加電圧をセンサ部111からの信号に基づいて演
算する演算回路112と、演算回路112の出力に基づ
いて各コイル69a,69bに励磁電流を供給するパワ
ーアンプ(電力増幅器)113a,113bとで構成さ
れており、これらで2つの磁石ユニット60a,60b
の吸引力をz軸方向およびy軸周りについて独立に制御す
る。なお、パワーアンプ113a,113bは冷却のた
め上部基台101上面に取付けられた冷却フィン114
に装着されている。
The control device 70 is attached to the frame portion 80 and detects the exciting current of the magnet units 60a and 60b, and the coils 69a and 69b so that the magnet units 60a and 60b support the partition 54 in a non-contact manner.
An arithmetic circuit 112 that calculates the applied voltage to the coils based on the signal from the sensor unit 111; and power amplifiers (power amplifiers) 113a and 113b that supply an exciting current to the coils 69a and 69b based on the output of the arithmetic circuit 112. And these two magnet units 60a, 60b
The suction force of is independently controlled in the z-axis direction and around the y-axis. The power amplifiers 113a and 113b are provided with cooling fins 114 mounted on the upper surface of the upper base 101 for cooling.
Is attached to.

【0042】電源装置72はパワーアンプ113a,1
13bに電力を供給するとともに、演算回路112に一
定電圧で電力を供給する定電圧装置118にも電力を供
給している。この電源装置72はパワーアンプ113
a,113bに電力を供給するため、図示していない電
源線を介して仕切体54の外部から供給される交流電力
をパワーアンプへの電力供給に適した直流に変換する機
能を有している。定電圧装置118は、パワーアンプ1
13への大電流の供給などにより電源装置72の電圧が
変動しても常に一定の電圧で演算回路112に電力を供
給する。このため、演算回路112は常に正常に動作す
る。
The power supply device 72 is a power amplifier 113a, 1
In addition to supplying power to 13b, it also supplies power to the constant voltage device 118 that supplies power to the arithmetic circuit 112 at a constant voltage. This power supply device 72 is a power amplifier 113.
In order to supply power to a and 113b, it has a function of converting AC power supplied from outside the partition 54 via a power supply line (not shown) into DC suitable for power supply to the power amplifier. . The constant voltage device 118 is the power amplifier 1
Even if the voltage of the power supply device 72 fluctuates due to supply of a large current to the power supply circuit 13, power is always supplied to the arithmetic circuit 112 at a constant voltage. Therefore, the arithmetic circuit 112 always operates normally.

【0043】センサ部111は各コイル69a,69b
の電流値を検出する電流検出器121a,121bで構
成されている。
The sensor section 111 includes coils 69a and 69b.
The current detectors 121a and 121b for detecting the current value of

【0044】演算回路112は、図3に示される運動座
標系ごとに仕切体54の磁気浮上制御を行う。すなわ
ち、仕切体54の重心のz座標に沿った上下動を表すzモ
ード(上下動モード)、仕切体54の重心回りのピッチ
ングを表すξモード(ピッチモード)の制御を行う。こ
の2つのモードに対し、前述の発明の原理に基づいて磁
石ユニット60a,60bのコイル励磁電流が検出さ
れ、磁気浮上制御が行われる。
The arithmetic circuit 112 controls the magnetic levitation of the partition body 54 for each motion coordinate system shown in FIG. That is, control is performed in the z mode (vertical movement mode) that represents vertical movement along the z coordinate of the center of gravity of the partition body 54, and the ξ mode (pitch mode) that represents pitching around the center of gravity of the partition body 54. For these two modes, the coil exciting currents of the magnet units 60a and 60b are detected based on the principle of the invention described above, and magnetic levitation control is performed.

【0045】より詳細には、演算回路112は次のよう
に構成されている。電流検出器121a,121bから
の励磁電流検出信号ia,ibからそれぞれの電流設定値i
a0,i b0を減算して得られる電流偏差信号Δia, Δib
演算する減算器123a,123bと、z方向の運動に
関わる電流偏差Δiz、同重心周りのピッチングに関わる
電流偏差Δiξを演算するモード励磁電流演算部として
の励磁電流偏差座標変換回路125と、励磁電流偏差座
標変換回路125の出力Δiz, Δiξからz, ξの各モー
ドにおいて仕切体54の重心の所定位置からの上下偏差
Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定する上下動モード姿
勢推定手段127a、仕切体54のピッチ偏差Δξおよ
びその速度d(Δξ)/dtを推定するピッチモード姿勢推定
手段127b、圧電ゴム73a,73bおよび緩衝部材
97の電気抵抗値から仕切体54の上部支持部材46ま
たは下部支持部材52への接触を検出する接触検出手段
129、接触検出手段129からの接触信号に基づいて
接触時の仕切体54の姿勢からzモードにおける上下偏
差Δz0を計算する姿勢演算手段131aと、同ξモード
におけるピッチ偏差Δξ0を計算する姿勢演算手段13
1bと、姿勢演算手段131aの出力Δz0を姿勢推定の
初期値として上下動モード姿勢推定手段127aに与え
る上下動モード初期値設定手段133aと、姿勢演算手
段131bの出力Δξ0を姿勢推定の初期値としてピッ
チモード姿勢推定手段127bに与える初期値設定手段
133bと、接触直前までの上下動モード姿勢推定手段
127aが推定していた上下偏差Δz、その速度d(Δz)/
dtおよび励磁電流偏差Δizの推定値をリセットする上下
動モード推定初期化手段135aと、接触直前までのピ
ッチモード姿勢推定手段127bが推定していたピッチ
偏差Δξ、その速度d(Δξ)/dtおよび励磁電流偏差Δi
ξの推定値をリセットするピッチモード推定初期化手段
135bと、仕切体54を安定に磁気浮上させるモード
別電磁石制御電圧ez, eξをそれぞれ上下動モード姿勢
推定手段127aおよびピッチモード姿勢推定手段12
7bの出力に基づいて演算する励磁電圧演算部136と
しての上下動モード制御電圧演算回路137aおよび同
ピッチモード制御電圧演算回路137bと、各モードの
制御電圧演算回路137a、137bの出力ez, eξ
ら磁石ユニット60a,60bのそれぞれの電磁石励磁
電圧ea, ebを演算する励磁電圧演算部136としての制
御電圧座標逆変換回路139とで構成されている。そし
て、制御電圧座標逆変換回路139の演算結果、つまり
上述した電圧ea, ebがパワーアンプ113a,113b
に与えられる。
More specifically, the arithmetic circuit 112 operates as follows.
Is configured. From the current detectors 121a and 121b
Excitation current detection signal ia, IbFrom each current setting value i
a0, I b0Current deviation signal Δi obtained by subtractinga, ΔibTo
For subtractors 123a and 123b for calculation and movement in the z direction
Related current deviation Δiz, Pitching around the center of gravity
Current deviation ΔiξAs a mode excitation current calculation unit
Exciting current deviation coordinate conversion circuit 125 of
Output Δi of standard conversion circuit 125z, ΔiξTo z, ξ
Vertical deviation of the center of gravity of the partition 54 from the predetermined position
Vertical motion mode figure for estimating Δz and its velocity d (Δz) / dt
The force estimating means 127a, the pitch deviation Δξ of the partition 54 and
Pitch mode attitude estimation that estimates the velocity and its velocity d (Δξ) / dt
Means 127b, piezoelectric rubbers 73a, 73b and cushioning members
97 to the upper support member 46 of the partition 54.
Or contact detection means for detecting contact with the lower support member 52
129, based on the contact signal from the contact detection means 129
From the posture of the partition 54 at the time of contact, the vertical deviation in the z mode
Difference Δz0Attitude calculation means 131a for calculating
Pitch deviation at0Attitude calculation means 13 for calculating
1b and the output Δz of the attitude calculation means 131a0Pose estimation
It is given to the vertical motion mode posture estimation means 127a as an initial value.
Vertical movement mode initial value setting means 133a and a posture calculator
Output of stage 131b Δξ0As the initial value for pose estimation.
Initial value setting means to be given to the Q-mode attitude estimation means 127b
133b and vertical motion mode posture estimation means until just before contact
Vertical deviation Δz estimated by 127a and its speed d (Δz) /
dt and excitation current deviation ΔizUp and down resetting the estimate of
The motion mode estimation initialization means 135a and the
Pitch estimated by the touch mode attitude estimation means 127b
Deviation Δξ, its speed d (Δξ) / dt and exciting current deviation Δi
ξPitch mode estimation initialization means for resetting the estimated value of
135b and a mode in which the partition 54 is stably magnetically levitated
Separate electromagnet control voltage ez, eξVertical movement mode posture
Estimating means 127a and pitch mode attitude estimating means 12
An excitation voltage calculation unit 136 that calculates based on the output of 7b;
Vertical movement mode control voltage calculation circuit 137a and
Pitch mode control voltage calculation circuit 137b
Output e of the control voltage calculation circuits 137a and 137bz, eξOr
From each of the magnet units 60a and 60b
Voltage ea, ebAs the excitation voltage calculation unit 136 that calculates
It is composed of a control voltage coordinate reverse conversion circuit 139. That
Then, the calculation result of the control voltage coordinate reverse conversion circuit 139, that is,
Voltage e mentioned abovea, ebAre power amplifiers 113a and 113b
Given to.

【0046】ここで、仕切体54の接触時において上部
支持部材46と下部支持部材52で仕切体54の姿勢が
維持されるので、本実施の形態においては上部支持部材
46と下部支持部材52が補助支持手段を構成する。
Here, since the posture of the partition body 54 is maintained by the upper support member 46 and the lower support member 52 when the partition body 54 contacts, the upper support member 46 and the lower support member 52 are separated from each other in this embodiment. It constitutes an auxiliary supporting means.

【0047】仕切体54の接触時の姿勢には、 磁石ユニット60a,60bが圧電ゴム73a,7
3bを介して上部支持部材46に接触している姿勢(磁
石ユニット60aのギャップ長がza1、磁石ユニット6
0bのギャップ長がzb1) 底面フレーム95が緩衝部材97を介して下部支持
部材52に接触している姿勢(磁石ユニット60aのギ
ャップ長がza2、磁石ユニット60bのギャップ長が
zb2)、 磁石ユニット60aが圧電ゴム73aを介して上部
支持部材46に接触するとともに底面フレーム95が緩
衝部材97を介して下部支持部材52に接触している姿
勢(磁石ユニット60aのギャップ長がza3、磁石ユニ
ット60bのギャップ長がzb3)、 磁石ユニット60bが圧電ゴム73bを介して上部
支持部材46に接触するとともに底面フレーム95が緩
衝部材97を介して下部支持部材52に接触している姿
勢(磁石ユニット60aのギャップ長がza4、磁石ユニ
ット60bのギャップ長がzb4) の4つのパターンが存在する。接触検出手段129はこ
れらの接触姿勢パターンに対応して例えば、パターン信
号「6」、「1」、「5」、「3」を出力する。これ以
外のパターンは浮上状態とみなすことにより接触検出手
段129はパターン信号「0」を出力する。
When the partition body 54 is in the contacting position, the magnet units 60a and 60b are placed in the piezoelectric rubbers 73a and 7b.
3b in contact with the upper supporting member 46 (the gap length of the magnet unit 60a is z a1 , the magnet unit 6 is
0b has a gap length of z b1 ) The bottom frame 95 is in contact with the lower support member 52 via the cushioning member 97 (the gap length of the magnet unit 60a is z a2 , and the gap length of the magnet unit 60b is
z b2 ), the posture in which the magnet unit 60 a contacts the upper support member 46 via the piezoelectric rubber 73 a and the bottom frame 95 contacts the lower support member 52 via the buffer member 97 (the gap length of the magnet unit 60 a is z a3 , the gap length of the magnet unit 60 b is z b3 ), the magnet unit 60 b contacts the upper support member 46 via the piezoelectric rubber 73 b, and the bottom frame 95 contacts the lower support member 52 via the buffer member 97. There are four patterns of the posture (the gap length of the magnet unit 60a is z a4 and the gap length of the magnet unit 60b is z b4 ). The contact detection means 129 outputs pattern signals "6", "1", "5", "3" corresponding to these contact attitude patterns, for example. The contact detection means 129 outputs the pattern signal "0" by regarding the other patterns as the floating state.

【0048】上下動モード姿勢演算手段131aでは接
触検出手段129の出力に応じて、
In the vertical movement mode attitude calculating means 131a, according to the output of the contact detecting means 129,

【数5】 が計算される。つまり、接触検出手段129の出力が6
の場合にはzaにza1が代入され、zbにzb1が代入される。
ここで、z0は所定の浮上状態にあるときの磁石ユニット
60a,60bの浮上ギャップ長の平均値である。接触
検出手段129の出力がパターン信号「1」の場合に
は、zaにza2が、zbにzb2が代入され、信号「5」の場合
にはzaにza3が、zbにzb3が代入される。そして、接触検
出手段129の出力がパターン信号「3」の場合にはza
にza4が、zbにzb4が代入されて接触検出手段129の出
力に基づいた接触時の上下偏差Δz0が計算される。同様
にして、ピッチモード姿勢演算手段131bでは、lξ
を磁石ユニット60a,60bの中心間距離として
[Equation 5] Is calculated. That is, the output of the contact detection means 129 is 6
In the case of z a1 is assigned to z a, z b1 is assigned to z b.
Here, z 0 is the average value of the levitation gap lengths of the magnet units 60a and 60b in the predetermined levitation state. When the output of the contact detection unit 129 of the pattern signal "1", z a2 to z a is, z b2 is assigned to z b, is z a3 in z a in the case of signal "5", z b Is assigned to z b3 . When the output of the contact detection means 129 is the pattern signal "3", z a
Z a4 is, the vertical deviation Delta] z 0 at the time of contact based on the output of the z b4 assignment has been contact detection unit 129 to z b are calculated. Similarly, in the pitch mode attitude calculation means 131b, l ξ
Is the distance between the centers of the magnet units 60a, 60b

【数6】 により接触検出手段129の出力に基づいて接触時のピ
ッチ偏差Δξ0が計算される。
[Equation 6] Thus, the pitch deviation Δξ 0 at the time of contact is calculated based on the output of the contact detection means 129.

【0049】上下動モード姿勢推定手段127aは上下
動モード初期値設定手段133aおよび上下動モード推
定初期化手段135aとともに図9に示すように構成さ
れている。すなわち、上下モードにおけるオブザーバを
実現するために、上下動モード姿勢推定手段127aは
励磁電流偏差座標変換回路125の出力Δizを入力とす
るゲイン補償器141,143,145と、積分器14
7,149,151と、積分器147の出力を入力する
ゲイン補償器153と、積分器149の出力を入力する
ゲイン補償器155,157と、積分器151の出力を
入力するゲイン補償器159,161,163と、上下
動モード制御電圧演算回路137aの出力ezを入力とす
るゲイン補償器165と、ゲイン補償器141,15
5,159の出力を加算して積分器147への入力を出
力する加算器167と、ゲイン補償器143,153,
161の出力を加算して積分器149への入力を出力す
る加算器169と、ゲイン補償器145,157,16
3,165の出力を加算して積分器151への入力を出
力する加算器171と、各積分器147,149,15
1のそれぞれに付随する初期値設定(図示省略)と、同
じく各積分器147,149,151のそれぞれに付随
する推定初期化手段(図示省略)と、ゲイン補償器15
7への分岐後の積分器147の出力を所定値の範囲内に
制限する推定出力制限手段としてのリミッタ184とを
備えている。
The vertical movement mode attitude estimation means 127a is configured as shown in FIG. 9 together with the vertical movement mode initial value setting means 133a and the vertical movement mode estimation initialization means 135a. That is, in order to realize the observer in the up / down mode, the up / down motion mode attitude estimating means 127a includes the gain compensators 141, 143, 145 which receive the output Δi z of the exciting current deviation coordinate conversion circuit 125, and the integrator 14.
7, 149 and 151, a gain compensator 153 that inputs the output of the integrator 147, gain compensators 155 and 157 that inputs the output of the integrator 149, and a gain compensator 159 that inputs the output of the integrator 151. 161, 163, a gain compensator 165 which receives the output e z of the vertical movement mode control voltage calculation circuit 137a as an input, and gain compensators 141, 15
5, 159, and an adder 167 that outputs the input to the integrator 147 and gain compensators 143, 153.
An adder 169 for adding the outputs of 161 and outputting the input to the integrator 149, and gain compensators 145, 157, 16
Adders 171 that add the outputs of 3, 165 and output the inputs to the integrator 151, and the integrators 147, 149, and 15
1, initial value setting (not shown) associated with each of the above-mentioned 1 and estimation initialization means (not shown) also associated with each of the integrators 147, 149, 151, and the gain compensator 15.
A limiter 184 as an estimated output limiting means for limiting the output of the integrator 147 after branching to 7 within the range of a predetermined value.

【0050】各積分器147,149,151は同一構
成を持っており、例えば積分器147とこれに付随する
初期値設定手段および推定初期化手段は図10に示すよ
うに構成される。すなわち、加算器167の出力が入力
される抵抗185とコンデンサ187とオペアンプ(演
算増幅器)189とで構成される積分器147はコンデ
ンサ187を短絡するリレー部191を備える。接触検
出手段129の出力が接触の検出によりゼロでなくなる
とリレー部191が動作してコンデンサ187を短絡
し、積分器147の積分結果はゼロにリセットされる。
本実施の形態では接触検出手段129の接触検出により
短絡するリレー部191が上下動モードの推定初期化手
段135’を構成している。一方、積分器147の出力
は抵抗193に接続されている。この抵抗193と、接
触検出手段129の接触検出により上下動モード姿勢演
算手段131aの出力するΔz0を入力しΔz0に対応する
電圧を発生する初期値電圧発生装置195と、初期値電
圧発生装置195に接続された抵抗197と、抵抗19
9,201と、オペアンプ203とが上下動モードの初
期値設定手段133’を構成している。他の積分器14
9、151も同一構成であるが、これらに付随する初期
値電圧発生装置195は積分器149、151に対応す
る初期値としてゼロを出力する。これら3つの積分器1
47,149,151に付随する推定初期化手段および
初期値設定手段133’が全体として上下動モード推定
初期化手段135aおよび上下動モード初期値設定手段
133aを構成しており、差動構成されるオペアンプ2
03の出力が各積分器147,149,151の出力と
なる。つまり、上下動モード姿勢推定手段127aの推
定結果である上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよび励
磁電流偏差Δizのそれぞれの推定値が出力される。
Each of the integrators 147, 149 and 151 has the same structure. For example, the integrator 147 and its associated initial value setting means and estimated initialization means are configured as shown in FIG. That is, the integrator 147 including the resistor 185 to which the output of the adder 167 is input, the capacitor 187, and the operational amplifier (operational amplifier) 189 includes the relay unit 191 that short-circuits the capacitor 187. When the output of the contact detection means 129 becomes non-zero due to the detection of the contact, the relay unit 191 operates to short-circuit the capacitor 187, and the integration result of the integrator 147 is reset to zero.
In the present embodiment, the relay unit 191 which is short-circuited by the contact detection of the contact detection unit 129 constitutes the vertical motion mode estimation initialization unit 135 ′. On the other hand, the output of the integrator 147 is connected to the resistor 193. This resistor 193, an initial value voltage generator 195 for generating a voltage corresponding to the Delta] z 0 enter the Delta] z 0 to the output of the vertical movement mode posture calculating means 131a by the contact detection of the contact detection unit 129, an initial value voltage generator Resistor 197 connected to 195 and resistor 19
9, 201 and the operational amplifier 203 constitute an initial value setting means 133 ′ in the vertical movement mode. Other integrator 14
Although 9 and 151 have the same configuration, the initial value voltage generator 195 associated therewith outputs zero as an initial value corresponding to the integrators 149 and 151. These three integrators 1
The estimation initialization means and the initial value setting means 133 ′ associated with 47, 149 and 151 collectively constitute the vertical movement mode estimation initialization means 135a and the vertical movement mode initial value setting means 133a, which are differentially configured. Operational amplifier 2
The output of 03 becomes the output of each integrator 147, 149, 151. That is, the estimated values of the vertical deviation Δz, the speed d (Δz) / dt, and the exciting current deviation Δi z , which are the estimation results of the vertical movement mode attitude estimation means 127a, are output.

【0051】ピッチモード姿勢推定手段127b、ピッ
チモード初期値設定手段133bおよび上下動モード推
定初期化手段135bも同様に図9および図10に示す
ように構成されている。簡単のため、対応する入出力信
号を信号名で示し説明は省略する。ただし、ピッチモー
ドでは積分器147に付随する初期値電圧発生装置19
5はピッチモード姿勢演算手段127bの出力するΔξ
0を入力し、そのΔξ0に対応する電圧を発生するように
構成されている。ピッチモードの各積分器147,14
9,151からはピッチモード姿勢推定手段127bの
推定結果であるピッチ偏差Δξ、その速度d(Δξ)/dtお
よび励磁電流偏差Δiξの推定値が出力される。
The pitch mode attitude estimating means 127b, the pitch mode initial value setting means 133b and the vertical movement mode estimating initialization means 135b are similarly constructed as shown in FIGS. 9 and 10. For simplification, the corresponding input / output signal is indicated by a signal name and its description is omitted. However, in the pitch mode, the initial value voltage generator 19 associated with the integrator 147 is
Reference numeral 5 is Δξ output from the pitch mode attitude calculation means 127b.
It is configured to input 0 and generate a voltage corresponding to the Δξ 0 . Pitch mode integrators 147, 14
The estimated values of the pitch deviation Δξ, its speed d (Δξ) / dt and the exciting current deviation Δi ξ , which are the estimation results of the pitch mode attitude estimation means 127b, are output from 9, 151.

【0052】上下動モード制御電圧演算回路137aは
例えば図11に示すように構成されている。すなわち、
上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよびΔizの推定値に
適当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器20
5と、電流偏差目標値発生器207と、Δizを電流偏差
目標値発生器207の目標値から減じる減算器209
と、減算器209の出力値を積分し適当なフィードバッ
クゲインを乗じる積分補償器211と、ゲイン補償器2
05の出力値の総和を演算する加算器213と、積分補
償器211の出力を入力として所定の範囲内で入力と等
しい値を出力するとともに、入力が同範囲の上限値を越
える場合には上限値を出力し、下限値を下回る場合には
下限値を出力する積分出力制限手段215と、加算器2
13の出力値を出力制限手段215の出力値より減じて
zモードの電磁石励磁電圧ezを出力する減算器217
と、減算器217の出力を所定値の範囲内に制限する電
圧出力制限手段としてのリミッタ218とで構成されて
いる。
The vertical motion mode control voltage calculation circuit 137a is constructed as shown in FIG. 11, for example. That is,
A gain compensator 20 for multiplying an estimated value of the vertical deviation Δz, its speed d (Δz) / dt and Δi z by an appropriate feedback gain.
5, a current deviation target value generator 207, and a subtracter 209 for subtracting Δi z from the target value of the current deviation target value generator 207
And an integral compensator 211 for integrating the output value of the subtractor 209 and multiplying it by an appropriate feedback gain, and a gain compensator 2
The output of the adder 213 for calculating the sum of the output values of 05 and the input of the output of the integration compensator 211 output a value equal to the input within a predetermined range, and when the input exceeds the upper limit of the same range, the upper limit is output. An integral output limiting means 215 that outputs a value and outputs a lower limit when the value is below the lower limit, and an adder 2
Subtract the output value of 13 from the output value of the output limiting means 215
Subtractor 217 that outputs the z-mode electromagnet excitation voltage e z
And a limiter 218 as voltage output limiting means for limiting the output of the subtractor 217 within a range of a predetermined value.

【0053】ピッチモード制御電圧演算回路137bも
また上下動モード制御電圧演算回路137aと同様に構
成されており、対応する入出力信号を信号名で示し、説
明は省略する。
The pitch mode control voltage calculation circuit 137b is also configured in the same manner as the vertical movement mode control voltage calculation circuit 137a, and the corresponding input / output signals are indicated by signal names, and description thereof will be omitted.

【0054】次に、以上のように構成された第1の実施
の形態に係る仕切体支持装置の作用について説明する。
Next, the operation of the partition body supporting device according to the first embodiment having the above-described structure will be described.

【0055】装置が停止状態にあるときは、磁石ユニッ
ト60a,60bの鉄心68(68’)の先端が、圧電
ゴム73を介してガイドレール44の下面に吸着してい
る。この状態で装置を起動させると、制御装置70にお
いて、圧電ゴム73の働きにより接触検出手段129が
仕切体54の上部支持部材46への接触を検出してパタ
ーン信号「6」を出力し、姿勢演算手段127a、12
7bでは磁石ユニット60aのギャップ長がza1、磁石
ユニット60aのギャップ長がzb1であることに基づい
て、式(10)および式(11)によりzモード上下偏
差の推定初期値Δz 0とξモードピッチ偏差の推定初期値
Δξ0が演算される。各モードの姿勢推定手段127
a,127bでは初期値設定手段133a,133bに
より推定初期値が設定される。このとき、推定初期化手
段135a,135bでは接触検出手段129の出力が
ゼロでないため、リレー部191がオンとなり、積分器
147,149,151が短絡されて積分結果がクリア
され、姿勢推定手段127a,127bが初期化され
る。これにより、初期値設定手段133aの働きにより
姿勢推定手段127aから出力される上下偏差Δz、そ
の速度d(Δz)/dtおよびΔizの推定値はそれぞれΔz0
0,0、初期値設定手段133bの作用により姿勢推定手
段127bから出力されるピッチ偏差Δξ、その速度d
(Δξ)/dtおよび励磁電流偏差Δiξの推定値はそれぞれ
Δξ0,0,0となる。
When the device is stopped, the magnet unit is
The tips of the iron cores 68 (68 ') of the guts 60a and 60b are piezoelectric.
It is attached to the lower surface of the guide rail 44 via the rubber 73.
It When the device is activated in this state, the control device 70
And the contact detection means 129 is operated by the function of the piezoelectric rubber 73.
A pattern is detected by detecting the contact of the partition body 54 with the upper support member 46.
A posture signal calculating means 127a, 12 outputs a warning signal "6".
In 7b, the gap length of the magnet unit 60a is za1,magnet
The gap length of the unit 60a is zb1Based on
Then, according to equation (10) and equation (11)
Initial estimated difference Δz 0And ξ mode Pitch deviation estimated initial value
Δξ0Is calculated. Posture estimation means 127 for each mode
a, 127b, the initial value setting means 133a, 133b
The estimated initial value is set more. At this time, the estimated initialization hand
In the steps 135a and 135b, the output of the contact detection means 129 is
Since it is not zero, the relay unit 191 turns on and the integrator
147, 149, 151 are short-circuited and the integration result is cleared
Then, the posture estimation means 127a and 127b are initialized.
It This causes the initial value setting means 133a to work.
The vertical deviation Δz output from the posture estimation means 127a,
Velocity d (Δz) / dt and ΔizThe estimated values of Δz are0
0, 0, posture estimation hand by the action of the initial value setting means 133b
Pitch deviation Δξ output from the stage 127b, its speed d
(Δξ) / dt and excitation current deviation ΔiξThe estimated values of
Δξ0, 0, 0.

【0056】各モードの制御電圧演算回路137a,1
37bは、姿勢推定手段127a,127bの推定結果
が入力されると上下偏差Δz0,ピッチ偏差Δξ0をゼロ
にするよな励磁電圧ez,eξを計算する。制御電圧座標
逆変換回路139では制御電圧演算回路137a,13
7bの励磁電圧計算結果を受けてコイル69a,69b
の励磁電圧ea,ebが計算され、パワーアンプ113a,
113bを介して磁石ユニット60a,60bの吸引力
が制御される。この状態で、制御装置70は永久磁石6
4が発生する磁束と逆向きの磁束を各電磁石66,6
6’に発生させ、磁石ユニット60a,60bとガイド
レール44との間に所定の空隙長を維持させるべく各コ
イル69a,69bに流す電流を制御する。これによっ
て、仕切体54はガイドレール44の下面から離れて浮
上状態に移行する。仕切体54が浮上状態に移行する
と、接触検出手段129は0を出力し、これによりに推
定初期化手段135a、135bではリレー部191が
OFFとなり、積分器147,149,151が積分動
作を開始する。このとき、初期値設定手段133a,1
33bでは接触検出手段129が0を出力しているので
直前の接触時の出力値が維持される。これにより、浮上
開始状態では、姿勢推定手段127aでは初期値を(Δ
z0,0,0)、姿勢推定手段127bでは初期値を(Δξ
0,0,0)として推定が開始される。姿勢推定手段12
7a,127bの推定誤差は式(8)によれば初期値の
誤差が少ないほど時間の経過とともに急速に減少する。
Control voltage calculation circuits 137a, 1 for each mode
When the estimation results of the posture estimating means 127a and 127b are input, the 37b calculates exciting voltages e z and e ξ that make the vertical deviation Δz 0 and the pitch deviation Δξ 0 zero. In the control voltage coordinate reverse conversion circuit 139, the control voltage calculation circuits 137a, 13
In response to the calculation result of the excitation voltage of 7b, the coils 69a and 69b
Of the excitation voltage e a , e b of the power amplifier 113a,
The attraction force of the magnet units 60a and 60b is controlled via 113b. In this state, the control device 70 controls the permanent magnet 6
The magnetic flux generated in the opposite direction to the magnetic flux generated by
The current generated in 6'is controlled in order to maintain a predetermined air gap length between the magnet units 60a, 60b and the guide rail 44 in the coils 69a, 69b. As a result, the partition body 54 separates from the lower surface of the guide rail 44 and shifts to the floating state. When the partition body 54 shifts to the floating state, the contact detection means 129 outputs 0, whereby the relay unit 191 is turned off in the estimation initialization means 135a, 135b, and the integrators 147, 149, 151 start the integration operation. To do. At this time, the initial value setting means 133a, 1
In 33b, since the contact detection means 129 outputs 0, the output value at the time of the last contact is maintained. As a result, in the flying start state, the posture estimation means 127a sets the initial value (Δ
z 0 , 0 , 0), and the posture estimation means 127b sets the initial value to (Δξ
The estimation starts as 0 , 0 , 0). Posture estimation means 12
According to the equation (8), the estimation errors of 7a and 127b decrease rapidly with the passage of time as the error of the initial value decreases.

【0057】本実施の形態では、浮上開始時の上下偏差
とピッチ偏差が推定初期値と一致しているため推定開始
時の誤差が小さくなり、推定値が実際の値に急速に収束
する。また、仕切体54の姿勢は上部支持部材46と下
部支持部材52により制限されるが、リミッタ184に
は上下偏差とピッチ偏差の上下限値が飽和範囲として設
定されており、推定値が実際の値に収束するまでの過渡
期において姿勢推定手段127a,127bが異常な値
を出力することもない。したがって、制御電圧演算回路
137a,137bで演算される各モードの励磁電圧
ez,eξも異常な値となることがなく、制御電圧座標逆
変換回路139では制御電圧演算回路137a,137
bの励磁電圧計算結果を受けてコイル69a,69bの
励磁電圧ea,ebが計算され、パワーアンプ113a,1
13bを介して磁石ユニット60a,60bの吸引力が
異常なく制御される。
In the present embodiment, since the vertical deviation and the pitch deviation at the start of ascent coincide with the estimated initial value, the error at the start of estimation becomes small, and the estimated value rapidly converges to the actual value. Although the posture of the partition body 54 is limited by the upper support member 46 and the lower support member 52, the upper and lower limit values of the vertical deviation and the pitch deviation are set as the saturation range in the limiter 184, and the estimated value is the actual value. Attitude transition means 127a and 127b do not output an abnormal value during the transition period until the value converges. Therefore, the excitation voltage of each mode calculated by the control voltage calculation circuits 137a and 137b
The e z and e ξ also do not become abnormal values, and the control voltage coordinate reverse conversion circuit 139 uses the control voltage calculation circuits 137 a and 137.
b of the exciting voltage calculation result received by coils 69a, 69b of the exciting voltage e a, e b are calculated, a power amplifier 113a, 1
The attraction force of the magnet units 60a and 60b is controlled without abnormality via 13b.

【0058】このように浮上開始時において異常なく吸
引力制御が行われると、図7に示すように、永久磁石6
4→鉄心68→空隙G→ガイドレール44→空隙G’ →鉄
心68’→永久磁石64の経路からなる磁気回路Mcが安
定化され、空隙G,G’におけるギャップ長は、永久磁石3
4の起磁力による各磁石ユニット60a,60bの磁気的
吸引力が仕切体54の重心に作用するz軸方向重力、同y
軸回りのトルクとちょうど釣合うような長さになる。制
御装置70はこの釣合いを維持すべく仕切体54に外力
が作用すると電磁石66a,66b’の励磁電圧制御を
行い、いわゆるゼロパワー制御がなされることになる。
If the attraction force control is performed without any abnormality at the start of floating in this way, as shown in FIG.
4 → iron core 68 → air gap G → guide rail 44 → air gap G '→ iron core 68' → magnetic circuit Mc consisting of the path of permanent magnet 64 is stabilized, and the gap length in air gaps G and G'is permanent magnet 3
The magnetic attraction force of each magnet unit 60a, 60b due to the magnetomotive force of 4 acts on the center of gravity of the partition 54 in the z-axis direction gravity, y
The length is just to balance with the torque around the axis. When an external force acts on the partition body 54 to maintain this balance, the control device 70 controls the excitation voltage of the electromagnets 66a and 66b ', and so-called zero power control is performed.

【0059】ここで、本実施の形態に関わる磁気浮上装
置10を用いて図12に示す引き戸を構成した場合につ
いて説明する。この引き戸は壁面220の開口部に取付
けられた磁気浮上装置によって構成されており、ガイド
レール44は開口部左端かつ壁面220側に向かって
(x方向およびy方向に向かって)わずかに傾斜して取付
けられ、ゼロパワー制御で非接触支持されている仕切体
54は外部から力を加えない状態で扉が閉じた状態とな
る。この状態において、磁石ユニット60a,60bが
対向するガイドレール44の対向面には磁性体が張出し
ている部位A,B,Cがあり、磁石ユニット60a,6
0bにはこの部位への吸引力が係留力として作用する。
このため、風や建物の僅かな揺れで仕切体54が開くこ
とはない。今、この扉を開ける場合、仕切体54にx方
向の力を作用させると、案内車輪88,88’が溝50
の直線部に沿って、案内シュー86が上部案内溝56に
沿って移動するため、非接触支持されている仕切体54
は軽くかつ滑らかに移動して扉が開くことになる。開い
た扉はガイドレール44の傾斜に沿って滑走し、再び扉
が閉じた状態を呈する。一方、閉じている扉をy方向に
押す場合には案内車輪88が溝50の曲線部に沿って移
動するため、仕切体54は案内車輪88’の車軸93お
よび案内シュー86の支持棒84を中心として回転を開
始する。このとき車軸93および支持棒84のそれそれ
の軸中心が一致していることは言うまでもない。回転を
開始した仕切体54は2つの車軸93間に引いた直線L1
〜L7で表される姿勢に順次移行しながらx方向に移動す
る。つまり、本実施の形態に係る磁気浮上装置では、仕
切体の重量を非接触支持することにより扉の操作力や開
閉時の騒音を著しく軽減しているばかりか、仕切体に滑
らかな二次元的移動を付与することを可能にしており、
車椅子から引き戸を開けるような場合でも、扉を押すこ
とにより容易に引き戸を開けることができ、操作性並び
に操作感を著しく向上させることができる。
Here, a case will be described in which the magnetic levitation device 10 according to the present embodiment is used to form the sliding door shown in FIG. This sliding door is composed of a magnetic levitation device attached to the opening of the wall surface 220, and the guide rail 44 is slightly inclined toward the left end of the opening and toward the wall surface 220 (in the x direction and the y direction). The partition body 54 attached and supported in a non-contact manner by zero power control is in a state in which the door is closed without applying any external force. In this state, there are portions A, B and C where the magnetic material is projected on the facing surface of the guide rail 44 where the magnet units 60a and 60b face each other.
At 0b, the suction force to this portion acts as a mooring force.
For this reason, the partition body 54 does not open due to a slight sway of the wind or the building. Now, when opening this door, when a force in the x direction is applied to the partition body 54, the guide wheels 88, 88 'will move into the groove 50.
Since the guide shoe 86 moves along the upper guide groove 56 along the straight line part of the partition 54 which is not contact-supported.
Will move lightly and smoothly to open the door. The opened door slides along the inclination of the guide rail 44, and the door again assumes a closed state. On the other hand, when the closed door is pushed in the y direction, the guide wheel 88 moves along the curved portion of the groove 50, so that the partition body 54 attaches the axle 93 of the guide wheel 88 ′ and the support rod 84 of the guide shoe 86. Start rotation as the center. At this time, needless to say, the axles 93 and the support rod 84 have their respective axial centers aligned with each other. The partition 54 that started to rotate is a straight line L1 drawn between the two axles 93.
~ Move in the x direction while sequentially shifting to the posture represented by L7. That is, in the magnetic levitation device according to the present embodiment, the weight of the partition body is supported in a non-contact manner to significantly reduce the operating force of the door and the noise during opening and closing, and the partition body has a smooth two-dimensional shape. It is possible to give movement,
Even when the sliding door is opened from the wheelchair, the sliding door can be easily opened by pushing the door, and the operability and operation feeling can be significantly improved.

【0060】なお、仕切体54が非接触支持されている
場合には案内車輪88,88’および案内シュー86が
それぞれ溝50および上部ガイド溝56に嵌入している
ため、過大な水平方向の外力に対して仕切体54が転倒
することがない。
When the partition body 54 is supported in a non-contact manner, the guide wheels 88, 88 'and the guide shoe 86 are fitted in the groove 50 and the upper guide groove 56, respectively, and therefore an excessive horizontal external force is applied. On the other hand, the partition body 54 does not fall down.

【0061】一方、過大な外乱により仕切体54が上部
支持部材46もしくは下部支持部材52との間に接触を
生じても、本発明の磁気浮上装置にあっては、上述の仕
切体54の接触時の姿勢〜が接触検出手段129に
より検出され、姿勢演算手段131、初期値設定手段1
33、および推定初期化手段135の作用により、姿勢
推定手段127は正常な推定値を出力する。このため、
仕切体54は支障なく浮上状態に復帰する。
On the other hand, even if the partition body 54 comes into contact with the upper support member 46 or the lower support member 52 due to an excessive disturbance, the contact of the partition body 54 with the magnetic levitation device of the present invention is performed. The attitude from time to time is detected by the contact detection means 129, and the attitude calculation means 131 and the initial value setting means 1 are detected.
Due to the actions of 33 and the estimation initialization means 135, the posture estimation means 127 outputs a normal estimation value. For this reason,
The partition body 54 returns to the floating state without any trouble.

【0062】ここで、さらに過大な外乱により仕切体5
4が上部支持部材46もしくは下部支持部材52との間
に衝突を生じた場合には、姿勢推定手段127の推定値
が急激に変化する。こうした急激な変化では上下偏差の
速度推定値およびピッチ偏差の速度推定値も急激に変化
する。そうすると、各モードの制御電圧演算回路137
a,137bからは電源装置72の能力以上の励磁電圧
が出力される。こうなると姿勢推定手段127a,12
7bに入力される励磁電圧ez,eξが実際にea,ebから
得られるモード別励磁電圧の値と異なることになる。そ
うすると、姿勢推定手段127a,127bにおいて正
常な姿勢推定を行うことができなくなり、浮上状態を安
定化させることが困難となる。しかし、本実施の形態に
よる磁気浮上装置10にあっては、励磁電圧演算部13
6の上下動モード制御電圧演算回路137aおよびピッ
チモード制御電圧演算回路137bがそれぞれの電圧出
力制限手段としてリミッタ218を備えている。リミッ
タ218には電源装置72の能力限界に係わる各モード
における電圧値が飽和値として設定されており、姿勢推
定手段127a,127bに入力される励磁電圧ez,e
ξが実際にea,ebから得られるモード別励磁電圧の値と
異なることがない。このため、さらに過大な外乱により
仕切体54が上部支持部材46もしくは下部支持部材5
2に衝突しても姿勢推定手段127a,127bは支障
なく動作し、仕切体54は再び浮上状態に戻ることにな
る。このように、本発明による磁気浮上装置にあっては
浮上状態の信頼性を大きく向上させることができる。
Here, the partition body 5 is further affected by an excessive disturbance.
When 4 collides with the upper support member 46 or the lower support member 52, the estimated value of the posture estimation means 127 changes abruptly. Due to such a rapid change, the speed estimation value of the vertical deviation and the speed estimation value of the pitch deviation also change abruptly. Then, the control voltage calculation circuit 137 for each mode
Excitation voltage exceeding the capability of the power supply device 72 is output from a and 137b. In this case, the posture estimating means 127a, 12
The excitation voltages e z and e ξ input to 7b are different from the mode-specific excitation voltage values actually obtained from e a and e b . Then, the posture estimation means 127a and 127b cannot perform normal posture estimation, and it becomes difficult to stabilize the floating state. However, in the magnetic levitation device 10 according to the present embodiment, the excitation voltage calculation unit 13
The vertical movement mode control voltage arithmetic circuit 137a and the pitch mode control voltage arithmetic circuit 137b of No. 6 have limiters 218 as the respective voltage output limiting means. A voltage value in each mode related to the capacity limit of the power supply device 72 is set as a saturation value in the limiter 218, and the excitation voltages e z and e input to the posture estimation means 127 a and 127 b are set.
ξ does not actually differ from the value of the mode-specific excitation voltage obtained from e a and e b . For this reason, the partition body 54 may be further disturbed by the upper support member 46 or the lower support member 5 due to an excessive disturbance.
Even if the vehicle collides with the position 2, the posture estimating means 127a and 127b operate without any trouble, and the partition body 54 returns to the floating state again. As described above, the magnetic levitation device according to the present invention can greatly improve the reliability of the levitation state.

【0063】図4および図12に示すようにガイドレー
ル44に分岐個所が存在する場合、従来のギャップセン
サを有する磁気浮上装置では、ギャップセンサの軌跡に
沿って配置された、センサの検出原理に適合した材質の
センサターゲットが必要であったが、本発明の磁気浮上
装置にあってはギャップセンサが不要なため、センサタ
ーゲットを省略することができ、装置の簡素化および低
コスト化を図ることができる。
As shown in FIGS. 4 and 12, when the guide rail 44 has a branch point, the conventional magnetic levitation device having a gap sensor has a principle of detecting the sensor arranged along the trajectory of the gap sensor. A sensor target made of a suitable material was required, but since the magnetic levitation device of the present invention does not require a gap sensor, the sensor target can be omitted, and the device can be simplified and the cost can be reduced. You can

【0064】かくして、安定な浮上状態を維持していた
磁気浮上10を停止させる場合は、例えば、zモードの
電流目標値発生器207の電流目標値をゼロから負の所
定の値に変化させれば良く、これにより仕切体54は上
部支持部材46に吸着する。ここで電源装置72の図示
しないスイッチをオフすることにより装置の動作を停止
させることができる。
Thus, when stopping the magnetic levitation 10 which has maintained a stable levitation state, for example, the current target value of the z-mode current target value generator 207 can be changed from zero to a predetermined negative value. The partition 54 is attracted to the upper support member 46. The operation of the power supply device 72 can be stopped by turning off a switch (not shown) of the power supply device 72.

【0065】<第2の実施の形態>次に、本発明の第2
の実施の形態を図13に基づいて説明する。第1の実施
の形態では、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位置をなんら限定する
ものでなく、図13に示した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の実施の形態と共通する部分には同一の符号を
用いて説明する。
<Second Embodiment> Next, the second embodiment of the present invention will be described.
The embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the magnet unit was attached to the levitation body side, but this does not limit the attachment position of the magnet unit at all, and the magnet unit is arranged on the ground side as shown in FIG. May be. Note that, for simplification of description, the same parts as those of the first embodiment will be described below by using the same reference numerals.

【0066】磁気浮上装置300は、断面がコ字形状で
非磁性体、例えばアルミニウム部材で形成され、地上に
設置された補助支持手段302と、補助支持手段302
の上部下面に下向きに取付けられた磁石ユニット60
と、磁石ユニット60に対向する断面がコ字形状の強磁
性部材、例えば鉄で形成されたガイド304と、ガイド
304を底部上面に備え全体としてコ字形状に形成され
た防振台テーブル306と、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に付与するリニアガイド30
8と、磁石ユニット60の吸引力を制御して防振テーブ
ルを非接触支持するための吸引力制御手段15とを備え
ている。
The magnetic levitation device 300 has a U-shaped cross section and is formed of a non-magnetic material such as an aluminum member. The auxiliary supporting means 302 installed on the ground and the auxiliary supporting means 302.
Magnet unit 60 mounted downward on the upper bottom surface of the
And a guide 304 formed of a ferromagnetic member having a U-shaped cross section facing the magnet unit 60, for example, iron, and a vibration isolation table 306 having the guide 304 on the upper surface of the bottom and formed in a U shape as a whole. , A linear guide 30 attached to the side surface of the anti-vibration table 306 to give the anti-vibration table 306 a freedom of movement only in a direction vertical to the ground.
8 and the attraction force control means 15 for controlling the attraction force of the magnet unit 60 to support the anti-vibration table in a non-contact manner.

【0067】吸引力制御手段15は、補助支持手段30
2の底部上面に取付けられたマイクロスイッチ310と
磁石ユニット60の磁極面に張られた圧電ゴム312を
備えた接触検出手段314と、接触検出手段314の接
触検出信号から防振テーブル306の防振テーブル30
6もしくは磁石ユニット60へ接触時の浮上ギャップ長
を計算する姿勢演算手段35と、磁石ユニット60の励
磁電流を検出する電流センサ23と、磁石ユニット60
への励磁電流および励磁電圧から防振テーブル306の
浮上姿勢を推定する姿勢推定手段25と、姿勢演算手段
35の出力に基づいて姿勢推定手段33に推定初期値を
設定する初期値設定手段39と、接触検出手段314の
出力に基づいて姿勢推定手段25を初期化する推定初期
化手段13と、姿勢推定手段25の出力に基づいて防振
テーブル306を磁気浮上させるための磁石ユニット6
0への励磁電圧を演算する励磁電圧演算部25と、励磁
電圧25の出力に基づいて磁石ユニット60を励磁する
図示していない電源に接続されたパワーアンプ113と
を備えている。
The suction force control means 15 is the auxiliary support means 30.
The contact detection means 314 provided with the micro switch 310 attached to the upper surface of the bottom of the second unit 2 and the piezoelectric rubber 312 stretched on the magnetic pole surface of the magnet unit 60, and the vibration isolation table 306 from the contact detection signal of the contact detection means 314. Table 30
6 or the attitude calculation means 35 for calculating the flying gap length when contacting the magnet unit 60, the current sensor 23 for detecting the exciting current of the magnet unit 60, and the magnet unit 60.
Posture estimating means 25 for estimating the floating posture of the vibration isolation table 306 from the exciting current and exciting voltage, and an initial value setting means 39 for setting an estimated initial value in the posture estimating means 33 based on the output of the posture calculating means 35. , An estimation initialization unit 13 that initializes the posture estimation unit 25 based on the output of the contact detection unit 314, and a magnet unit 6 that magnetically levitates the vibration isolation table 306 based on the output of the posture estimation unit 25.
An excitation voltage calculation unit 25 that calculates the excitation voltage to 0 and a power amplifier 113 that is connected to a power source (not shown) that excites the magnet unit 60 based on the output of the excitation voltage 25 are provided.

【0068】磁石ユニットをこのように配置することに
より防振テーブルの重量を磁石ユニットの分だけ軽減で
きるという利点がある。
By arranging the magnet units in this way, there is an advantage that the weight of the vibration isolation table can be reduced by the amount of the magnet units.

【0069】<第3の実施の形態>本発明の第3の実施
の形態を図14に基づいて説明する。上記の第1および
第2の実施の形態では、姿勢推定手段として同一次元状
態観測器を用いていたが、これは姿勢推定手段の構成を
なんら限定するものでなく、本発明の要旨の範囲内であ
ればいかなる推定手段であっても差し支えない。例え
ば、図14に示す最小次元オブザーバを用いた場合の構
成であっても良い。
<Third Embodiment> A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described first and second embodiments, the same-dimensional state observer is used as the attitude estimating means, but this does not limit the configuration of the attitude estimating means at all, and is within the scope of the present invention. Any estimation means will do as long as it is used. For example, the configuration may be such that the minimum dimension observer shown in FIG. 14 is used.

【0070】例えば、図13の磁気浮上装置300にあ
っては次式の最小次元オブザーバで構成された姿勢推定
手段400を用いることができる。すなわち、
For example, in the magnetic levitation apparatus 300 shown in FIG. 13, the posture estimating means 400 composed of the minimum dimension observer of the following equation can be used. That is,

【数7】 ただし,zobはオブザーバの状態ベクトル、α1,α2
オブザーバの極を決定するパラメータであり、y = Δiz
である。
[Equation 7] Where z ob is the state vector of the observer, α 1 and α 2 are the parameters that determine the poles of the observer, and y = Δi z
Is.

【0071】姿勢推定手段400は、Δizを入力とする
ゲイン補償器402,404,406,407と、積分
器408,410と、積分器408の出力を入力するゲ
イン補償器412と,積分器410の出力を入力するゲ
イン補償器414,416と、励磁電圧演算部324の
出力ezを入力とするゲイン補償器418,420と、ゲ
イン補償器404,406,414の出力を加算して積
分器408への入力を出力する加算器422と、ゲイン
補償器412,416,418,420の出力を加算し
て積分器410への入力を出力する加算器424と、ゲ
イン補償器402と積分器408の出力を加算する加算
器426と、ゲイン補償器407と積分器410の出力
を加算し、速度d(Δz)/dtの推定値を出力する加算器4
28と、加算器426の出力を所定値の範囲内に制限す
る推定出力制限手段としてのリミッタ430とを備えて
いる。ここでリミッタ430の出力が上下偏差Δzの推
定値となることは言うまでもない。
The posture estimating means 400 includes gain compensators 402, 404, 406 and 407 having Δi z as inputs, integrators 408 and 410, a gain compensator 412 having an output from the integrator 408, and an integrator. The gain compensators 414 and 416 that receive the output of 410, the gain compensators 418 and 420 that receive the output e z of the excitation voltage calculation unit 324, and the outputs of the gain compensators 404, 406, and 414 are added and integrated. An adder 422 that outputs the input to the integrator 408, an adder 424 that adds the outputs of the gain compensators 412, 416, 418, and 420 and outputs the input to the integrator 410, a gain compensator 402, and an integrator. An adder 426 that adds the output of 408, and an adder 4 that adds the outputs of gain compensator 407 and integrator 410 and outputs an estimated value of speed d (Δz) / dt
28, and a limiter 430 as an estimated output limiting unit that limits the output of the adder 426 within a range of a predetermined value. It goes without saying that the output of the limiter 430 is an estimated value of the vertical deviation Δz.

【0072】さらに、姿勢演算手段400にはΔizの入
力端に切替手段432が備えられている。切替手段43
2では接触検出手段314が接触を検出している間はそ
れまで入力されていたΔizをゼロに切替え、接触が検出
されなくなるとそのゼロをΔizに切替える機能を有して
いる。姿勢推定手段として最小次元オブザーバを用いる
場合、Δizがゲイン補償器402→加算器426→リミ
ッタ430を介して直接上下偏差Δzの推定値として出
力されるので、接触時において設定された積分器408
の接触時の防振テーブル306の姿勢情報にα1Δiz
加算されることになる。すると、姿勢演算手段400の
上下偏差Δzの推定値が実際と異なることになり、防振
テーブル306の浮上状態への移行に支障を来すことと
なる。この場合では切替え手段432の作用により接触
時に防振テーブル306の姿勢情報にα1Δizが加算さ
れることはなく、姿勢演算手段400の出力は実際の値
に近いものとなる。こうなると防振テーブル306の浮
上状態への移行に支障を来すことがなく信頼性が向上す
る。本実施の形態ではΔizの入力端に切替手段432を
備えたが、これは姿勢推定手段の接触時の推定値を実際
の値に近づけるための手段であり、姿勢推定手段の構成
によってはezの入力端に切替手段432を設けてもなん
ら差し支えない。本実施の形態では姿勢演算手段に最小
次元オブザーバを適用しているが、この場合、積分器を
減らすことができるという利点がある。
Further, the attitude calculating means 400 is provided with a switching means 432 at the input end of Δi z . Switching means 43
While the contact detecting unit 314 in 2 has detected the contact switch the .DELTA.i z which has been input so far to zero, the contact has a becomes undetected function of switching the zero .DELTA.i z. When the minimum dimension observer is used as the attitude estimation means, Δi z is directly output as an estimated value of the vertical deviation Δz via the gain compensator 402 → adder 426 → limiter 430, so the integrator 408 set at the time of contact is set.
Α 1 Δi z is added to the posture information of the image stabilization table 306 at the time of contact. Then, the estimated value of the vertical deviation Δz of the attitude calculation means 400 becomes different from the actual value, which hinders the movement of the image stabilization table 306 to the floating state. In this case, due to the action of the switching means 432, α 1 Δi z is not added to the posture information of the image stabilization table 306 at the time of contact, and the output of the posture calculating means 400 becomes close to the actual value. In this case, the vibration isolation table 306 does not hinder the transition to the floating state, and the reliability is improved. In the present embodiment, the switching means 432 is provided at the input end of Δi z , but this is means for bringing the estimated value of the attitude estimation means at the time of contact close to the actual value, and depending on the configuration of the attitude estimation means e The switching means 432 may be provided at the input end of z without any problem. In the present embodiment, the minimum dimension observer is applied to the posture calculation means, but in this case, there is an advantage that the number of integrators can be reduced.

【0073】<変形例>上記各実施の形態では、磁気浮
上制御を行う制御装置がアナログ型であるかのように説
明されているが、本発明の制御装置はアナログ型に限定
されるものではなく、デジタル型のもので実施すること
もできる。
<Modification> In each of the above embodiments, the control device for performing magnetic levitation control is described as if it is an analog type, but the control device of the present invention is not limited to the analog type. Instead, it can be implemented by a digital type.

【0074】また、上記各実施の形態では、パワーアン
プに電圧形のものを用いているが、これはパワーアンプ
の方式を何ら限定するものではなく、例えばPWM形の
ものであって何ら差し支えない。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the voltage type power amplifier is used, but this does not limit the power amplifier system at all, and may be the PWM type power amplifier, for example. .

【0075】加えて、上記各実施の形態では、磁石ユニ
ットにU字形状のものを用いているが、これは磁石ユニ
ットの形状を何ら限定するものでなく、例えばE字形状
のものであって良い。
In addition, in each of the above-mentioned embodiments, the U-shaped magnet unit is used, but this does not limit the shape of the magnet unit at all, and is, for example, E-shaped. good.

【0076】さらに、上記各実施の形態では、磁石ユニ
ットに永久磁石を用いているが、これは磁石ユニットの
構成をなんら限定するものでなく、永久磁石を持たずに
電磁石のみで磁石ユニットを構成しても良い。
Furthermore, in each of the above embodiments, a permanent magnet is used as the magnet unit, but this does not limit the structure of the magnet unit at all, and the magnet unit is composed of only electromagnets without a permanent magnet. You may.

【0077】また、パワーアンプ(電力増幅器)として
電圧形のものを用いているが、これはドライバの電磁石
駆動方式を何ら限定するものではなく、例えばPWM形
のものであって良い。上記のほか、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能である。
Although a voltage type power amplifier is used as the power amplifier, this does not limit the electromagnet driving system of the driver at all, and may be, for example, a PWM type. Besides the above, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明の磁気浮上装置によれば、磁石ユ
ニットの励磁電流からギャップ長とその速度に関する情
報を推定でき、ギャップセンサを省略した磁気浮上が可
能となる。このため、ギャップセンサのコストが削減さ
れるばかりでなく、センサターゲットが不要となり、装
置の簡素化によるシステム全体のコストダウンを達成す
ることができる。
According to the magnetic levitation device of the present invention, information on the gap length and its speed can be estimated from the exciting current of the magnet unit, and magnetic levitation without the gap sensor is possible. Therefore, not only the cost of the gap sensor is reduced, but also the sensor target is not required, and the cost of the entire system can be reduced by simplifying the device.

【0079】また、線型制御理論を適用することができ
るため、従来のセンサレス磁気浮上方式に比べ、浮上状
態のロバスト安定性を確保することができ、装置の信頼
性を向上させることができる。
Further, since the linear control theory can be applied, the robust stability of the floating state can be ensured and the reliability of the device can be improved as compared with the conventional sensorless magnetic levitation system.

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

【図1】本発明の原理を説明するための構成図。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明の原理を説明するための他の構成図。FIG. 2 is another configuration diagram for explaining the principle of the present invention.

【図3】本発明による磁気浮上装置の第1の実施の形態
の全体構成を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of a first embodiment of a magnetic levitation device according to the present invention.

【図4】図3の実施の形態の平面図。FIG. 4 is a plan view of the embodiment of FIG.

【図5】図3の実施の形態の正面図。5 is a front view of the embodiment of FIG.

【図6】図3の実施の形態の立面図。6 is an elevational view of the embodiment of FIG.

【図7】図3の実施の形態における磁石ユニットの立面
図。
FIG. 7 is an elevation view of the magnet unit according to the embodiment of FIG.

【図8】図3の実施の形態における制御装置の内部構成
を示すブロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of a control device in the embodiment of FIG.

【図9】図3の実施の形態における制御装置内の姿勢推
定手段の詳細構成を示すブロック図。
9 is a block diagram showing a detailed configuration of a posture estimation unit in the control device in the embodiment of FIG.

【図10】図3の実施の形態における姿勢推定手段の積
分器周辺の構成を示す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration around an integrator of the posture estimation means in the embodiment of FIG.

【図11】図3の実施の形態における制御装置内の制御
電圧演算回路の詳細構成を示す回路図。
11 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a control voltage calculation circuit in the control device according to the embodiment of FIG.

【図12】図3の実施の形態における仕切体の作用を説
明するための平面図。
FIG. 12 is a plan view for explaining the operation of the partition body in the embodiment of FIG.

【図13】本発明による磁気浮上装置の第2の実施の形
態の全体構成を示すブロック構成図。
FIG. 13 is a block configuration diagram showing an overall configuration of a second embodiment of a magnetic levitation device according to the present invention.

【図14】本発明による磁気浮上装置の第3の実施の形
態における姿勢推定手段の構成を示すブロック図。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of a posture estimating means in a third embodiment of the magnetic levitation device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1',40,300 磁気浮上装置 3,64 永久磁石 5,66,66' 電磁石 7,60,60a,60b 磁石ユニット 9 負荷重量 11 浮上体 13,304 ガイド 15 吸引力制御手段 17a,17b 継鉄 19a,19b,69,69',69a,69b コイ
ル 21 ギャップセンサ 23 電流センサ 25,324 励磁電圧演算部 27 ドライバ 28,73a,73b,312 圧電ゴム 29,129,314 接触検出手段 31,302 補助支持手段 33,127a,127b,318,400 姿勢推定
手段 35,131a,131b,316 姿勢演算手段 37,135a,135b,322 推定初期化手段 39,133a,133b,320 初期値設定手段 42 天井 44 ガイドレール 45 平面補正部材 46 上部支持部材 48 床 50 溝 52 下部支持部材 54 仕切体 56 上部ガイド溝 62,62' 台板 68,68' 鉄心 70 制御装置 72 電源装置 80 フレーム部 82 仕切板 83 固定台 84 支持棒 86 案内シュー 88,88' 案内車輪 89 ガード部材 91 側面フレーム 93 車軸 95 底面フレーム 97 緩衝部材 101 上部基台 103 下部基台 104 側板 105 上部フレーム 107 カバー 111 センサ部 112 演算回路 113,113a,113b パワーアンプ 114 冷却フィン 121a,121b 電流検出器 123a,123b,209,217 減算器 125 励磁電流偏差座標変換回路 127a 上下動モード姿勢推定手段 127b ピッチモード姿勢推定手段 136 制御電圧演算部 137a 上下動モード制御電圧演算回路 137b ピッチモード制御電圧演算回路 139 制御電圧座標逆変換回路 141,143,145,153,155,157,1
59,161,163,205,402,404,40
6,407,412 ゲイン補償器 147,149,151,408,410 積分補償器 167,169,171,213,422,424,4
26,428 加算器 184,218,430 リミッタ 185,193,197,199,201 抵抗 187 コンデンサ 189,203 オペアンプ(演算増幅器) 191 リレー部 195 初期値電圧発生装置 207 電流目標値発生器 215 出力制限手段 220 壁面 306 防振テーブル 308 リニアガイド 310 マイクロスイッチ
1, 1 ', 40, 300 Magnetic levitation device 3, 64 Permanent magnets 5, 66, 66' Electromagnets 7, 60, 60a, 60b Magnet unit 9 Load weight 11 Levitating body 13, 304 Guide 15 Suction force control means 17a, 17b Yoke irons 19a, 19b, 69, 69 ', 69a, 69b Coil 21 Gap sensor 23 Current sensor 25, 324 Excitation voltage calculator 27 Driver 28, 73a, 73b, 312 Piezoelectric rubber 29, 129, 314 Contact detection means 31, 302 Auxiliary support means 33, 127a, 127b, 318, 400 Posture estimation means 35, 131a, 131b, 316 Posture calculation means 37, 135a, 135b, 322 Presumption initialization means 39, 133a, 133b, 320 Initial value setting means 42 Ceiling 44 Guide rail 45 Plane correction member 46 Upper support member 48 Floor 50 Groove 5 Lower support member 54 Partition 56 Upper guide groove 62, 62 'Base plate 68, 68' Iron core 70 Control device 72 Power supply device 80 Frame part 82 Partition plate 83 Fixed base 84 Support rod 86 Guide shoe 88, 88 'Guide wheel 89 Guard Member 91 Side frame 93 Axle 95 95 Bottom frame 97 Cushion member 101 Upper base 103 Lower base 104 Side plate 105 Upper frame 107 Cover 111 Sensor unit 112 Arithmetic circuit 113, 113a, 113b Power amplifier 114 Cooling fins 121a, 121b Current detector 123a , 123b, 209, 217 Subtractor 125 Excitation current deviation coordinate conversion circuit 127a Vertical movement mode attitude estimation means 127b Pitch mode attitude estimation means 136 Control voltage calculation unit 137a Vertical movement mode control voltage calculation circuit 137b Pitch mode control voltage calculation circuit 13 9 Control voltage coordinate reverse conversion circuits 141, 143, 145, 153, 155, 157, 1
59, 161, 163, 205, 402, 404, 40
6,407,412 Gain compensators 147,149,151,408,410 Integral compensators 167,169,171,213,422,424,4
26, 428 Adder 184, 218, 430 Limiter 185, 193, 197, 199, 201 Resistor 187 Capacitor 189, 203 Operational amplifier (operational amplifier) 191 Relay unit 195 Initial value voltage generator 207 Current target value generator 215 Output limiting means 220 Wall surface 306 Anti-vibration table 308 Linear guide 310 Micro switch

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電磁石を備えた磁石ユニットと、 前記磁石ユニットで支持される浮上体と、 前記磁石ユニットの磁極が空隙を介して対向し前記磁石
ユニットの作用する吸引力で前記浮上体を非接触で支持
するための強磁性部材と、 前記浮上体が浮上状態にないとき前記浮上体と前記強磁
性部材の位置関係を維持する補助支持手段と、 前記電磁石の励磁電流を検出するセンサ部と、 前記センサ部の出力に基づいて前記強磁性部材に対する
前記浮上体の姿勢を推定する姿勢推定手段、前記浮上体
と前記強磁性部材または前記補助支持手段との接触を検
出する接触検出手段、前記接触検出手段の出力に基づき
接触時の前記強磁性部材に対する前記浮上体の姿勢を演
算する姿勢演算手段、前記接触検出手段の出力に基づき
接触時に前記姿勢推定手段を動作開始時の状態に初期化
する推定初期化手段、前記姿勢推定手段が初期化される
際に前記姿勢演算手段の出力値を前記姿勢推定手段の初
期値として設定する初期値設定手段、および姿勢推定手
段の出力の出力に基づいて前記磁石ユニットが前記空隙
および前記強磁性部材を介して形成される磁気回路が安
定化するように前記磁石ユニットの吸引力を制御する駆
動手段を有する吸引力制御手段と、 を備えていることを特徴とする磁気浮上装置。
1. A magnet unit provided with an electromagnet, a levitation body supported by the magnet unit, magnetic poles of the magnet unit facing each other with a gap therebetween, and the levitation body is made non-movable by an attractive force exerted by the magnet unit. A ferromagnetic member for supporting by contact, an auxiliary supporting means for maintaining a positional relationship between the levitation body and the ferromagnetic member when the levitation body is not in a floating state, and a sensor section for detecting an exciting current of the electromagnet. Attitude estimation means for estimating the attitude of the floating body with respect to the ferromagnetic member based on the output of the sensor unit, contact detection means for detecting contact between the floating body and the ferromagnetic member or the auxiliary support means, Attitude calculation means for calculating the attitude of the floating body with respect to the ferromagnetic member at the time of contact based on the output of the contact detection means, and at the time of contact based on the output of the contact detection means Estimating initialization means for initializing to a state at the time of starting operation, initial value setting means for setting an output value of the posture calculating means as an initial value of the posture estimating means when the posture estimating means is initialized, and posture An attraction force control having a driving means for controlling the attraction force of the magnet unit so that the magnetic circuit formed by the magnet unit via the air gap and the ferromagnetic member is stabilized based on the output of the estimation means. A magnetic levitation device comprising:
【請求項2】前記磁石ユニットは、前記空隙において前
記電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久
磁石を備えてい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 magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the magnet unit includes a permanent magnet arranged so as to share a magnetic path with a magnetic flux of the electromagnet in the air gap.
【請求項3】前記吸引力制御手段は、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ゼロへ収束させな
がら前記磁気回路を安定化させるゼロパワー制御手段を
備えていることを特徴とする請求項2に記載の磁気浮上
装置。
3. The attraction force control means includes zero power control means for stabilizing the magnetic circuit while converging the exciting current of the electromagnet to zero based on the output of the sensor section. The magnetic levitation device according to claim 2.
【請求項4】前記ゼロパワー制御手段は前記姿勢推定手
段によって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 magnetic levitation apparatus according to claim 3, wherein the zero power control means is constituted by the attitude estimation means.
【請求項5】前記姿勢推定手段は、前記電磁石の励磁電
流およびその励磁電流を発生している励磁電圧に基づい
て前記浮上体の前記強磁性部材に対する姿勢およびその
姿勢の時間変化を推定することを特徴とする請求項1に
記載の磁気浮上装置。
5. The attitude estimating means estimates the attitude of the levitation body with respect to the ferromagnetic member and the time change of the attitude based on an exciting current of the electromagnet and an exciting voltage generating the exciting current. The magnetic levitation device according to claim 1.
【請求項6】前記姿勢推定手段は、その姿勢推定手段の
出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあるとき
は入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外にあると
きは飽和値を出力する推定出力制限手段を備えているこ
とを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上装置。
6. The posture estimating means inputs the output of the posture estimating means, outputs the input value as it is when the input is within a predetermined saturation range, and saturates when the input is outside the predetermined saturation range. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, further comprising an estimated output limiting unit that outputs a value.
【請求項7】前記吸引力制御手段は、前記推定出力制限
手段の出力に基づいて電磁石励磁電圧を演算してその出
力を前記駆動手段に与える励磁電圧演算部を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上装置。
7. The attraction force control means is provided with an excitation voltage calculation section for calculating an electromagnet excitation voltage based on the output of the estimated output limiting means and giving the output to the drive means. The magnetic levitation device according to claim 1.
【請求項8】前記励磁電圧演算部は、その励磁電圧演算
部の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にある
ときは入力値を、所定の飽和範囲外であるときは飽和値
を出力する電圧出力制限手段を備え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 excitation voltage calculation unit inputs the output of the excitation voltage calculation unit, and when the input is within a predetermined saturation range, the input value is input, and when the input is outside the predetermined saturation range, a saturation value is input. The magnetic levitation device according to claim 7, further comprising a voltage output limiting unit that outputs
【請求項9】前記励磁電圧演算部は、前記推定出力制限
手段の出力に基づいて、前記浮上体の運動の自由度に寄
与する吸引力を発生させるべく前記電磁石励磁電圧の線
形結合で表されるモード別励磁電圧を演算するモード励
磁電圧演算部を備え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。
9. The excitation voltage calculation unit is represented by a linear combination of the electromagnet excitation voltages so as to generate an attractive force that contributes to the degree of freedom of movement of the levitation body, based on the output of the estimated output limiting means. The magnetic levitation apparatus according to claim 7, further comprising a mode excitation voltage calculation unit that calculates the excitation voltage for each mode.
【請求項10】前記吸引力制御手段は、前記浮上体の運
動の自由度に寄与する吸引力を発生させる前記電磁石励
磁電流の線形結合で表されるモード別電流を演算するモ
ード励磁電流演算部を備えていることを特徴とする請求
項9に記載の磁気浮上装置。
10. A mode exciting current calculator for calculating the current for each mode represented by a linear combination of the exciting currents of the electromagnets for generating an attractive force that contributes to the freedom of movement of the floating body. The magnetic levitation device according to claim 9, further comprising:
【請求項11】前記モード励磁電圧演算部は、そのモー
ド励磁電圧演算部の出力を入力とする前記電圧出力制限
手段を備えていることを特徴とする請求項9に記載の磁
気浮上装置。
11. The magnetic levitation apparatus according to claim 9, wherein the mode excitation voltage calculation unit includes the voltage output limiting means that receives an output of the mode excitation voltage calculation unit as an input.
【請求項12】前記姿勢推定手段は、前記電磁石の前記
モード別励磁電流演算部の出力および前記モード励磁電
圧演算部の出力に基づいて前記浮上体の前記強磁性部材
に対する姿勢およびその姿勢の時間変化を推定すること
を特徴とする請求項10に記載の磁気浮上装置。
12. The attitude estimating means calculates the attitude of the levitation body with respect to the ferromagnetic member and the time of the attitude based on the output of the mode-specific exciting current calculator and the output of the mode exciting voltage calculator of the electromagnet. The magnetic levitation device according to claim 10, wherein the change is estimated.
【請求項13】前記姿勢推定手段は積分器を有し、前記
接触検出手段が接触を検出しているときには前記推定初
期化手段によりその積分器の積分が中止されるとともに
積分結果が前記初期値設定手段が出力する値となり、前
記接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはその
直前の接触時に前記初期値設定手段が出力していた値を
初期値として前記推定初期化手段によりその積分器の積
分を開始することを特徴とする請求項1に記載の磁気浮
上装置。
13. The posture estimating means has an integrator, and when the contact detecting means detects a contact, the estimation initialization means stops the integration of the integrator and the integration result is the initial value. When the contact detection means stops detecting contact, the value output by the initial value setting means at the time of the contact immediately before that becomes the initial value, and the estimation initialization means sets the value of the integrator. The magnetic levitation device according to claim 1, wherein integration is started.
【請求項14】前記姿勢推定手段は、前記接触検出手段
が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入力
される前記電磁石の励磁電流および前記励磁電圧演算部
の出力をゼロ入力に切替えるとともに前記接触検出手段
が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力を前記電磁
石の励磁電流もしくは前記励磁電圧演算部の出力に切替
える切替手段を有することを特徴とする請求項7に記載
の磁気浮上装置。
14. The posture estimating means switches to zero input the exciting current of the electromagnet and the output of the exciting voltage calculating section which are inputted to the posture estimating means when the contact detecting means detects a contact. 8. The magnetic levitation apparatus according to claim 7, further comprising switching means for switching the zero input to the exciting current of the electromagnet or the output of the exciting voltage computing section when the contact detecting means stops detecting contact.
【請求項15】前記姿勢推定手段は、前記接触検出手段
が接触を検出している場合にはその姿勢推定手段に入力
される前記モード励磁電流演算部および前記モード励磁
電圧演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに前記接
触検出手段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力
を前記モード励磁電流演算部もしくは前記励磁電圧演算
部の出力に切替える切替手段を有することを特徴とする
請求項9に記載の磁気浮上装置。
15. The posture estimating means outputs zero output of the mode exciting current calculating section and the mode exciting voltage calculating section which are input to the posture estimating means when the contact detecting means detects a contact. 10. The switching means according to claim 9, further comprising a switching means for switching to an input and switching a zero input to an output of the mode excitation current calculation section or the excitation voltage calculation section when the contact detection section stops detecting a contact. Magnetic levitation device.
【請求項16】前記補助支持手段は前記浮上体に付随し
ていることを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上装
置。
16. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary supporting means is associated with the levitation body.
【請求項17】前記補助支持手段は前記強磁性部材に付
随していることを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上
装置。
17. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary supporting means is associated with the ferromagnetic member.
【請求項18】前記磁石ユニットは前記浮上体に付随し
ていることを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上装
置。
18. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the magnet unit is attached to the levitation body.
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