JP2013049512A - 磁気ガイド制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な剛性を有していない構造体に対し、変形による変位を抑制して、非接触による磁気ガイドを実現可能とする。
【解決手段】移動体の剛体運動に関する変位を剛体モード変位として演算する剛体モード位変換器３６と、移動体またはガイドレールの弾性変形に関する変位を変形モード変位として演算する変形モード変位変換器３７と、上記剛体モード変位に基づいて移動体をガイドレールに接触させずに支持するための第１の制御信号を演算する制御電圧演算器４１と、上記変形モード変位に基づいて移動体またはガイドレールの弾性変形を抑制するための第２の制御信号を演算する制御電圧演算器４２と、制御電圧演算器４１，４２の制御信号とに基づいて磁気ガイド装置の磁力を制御する制御電圧変換器５１とを備える。
【選択図】 図５

Description

本発明の実施形態は、例えばエレベータの乗りかごをガイドレールに沿って非接触で走行案内するための磁気ガイド装置の制御装置に関する。

一般に、エレベータの乗りかごは、昇降路内に垂直方向に設置された一対のガイドレールに支持され、巻上機に巻き掛けられたロープを介して昇降動作する。その際、負荷荷重の不均衡や乗客の移動によって生じる乗りかごの揺動は、ガイドレールによって抑制される。

ここで、エレベータの乗りかごに用いられるガイド装置として、ガイドレールに接する車輪とサスペンションとで構成されたローラガイド、もしくは、ガイドレールに対して摺動して案内するガイドシュー等が用いられる。しかし、このような接触型のガイド装置では、ガイドレールの歪みや継ぎ目などで振動や騒音が発生し、また、ローラガイドが回転するときに騒音が発生する。このため、エレベータの快適性が損なわれるといった問題があった。

このような問題点を解決するために、非接触で乗りかごを案内する方法が提案されている。

すなわち、電磁石により構成された磁気ガイド装置を乗りかごに搭載し、鉄製のガイドレールに対して磁力を作用させて、乗りかごを非接触で案内する方法がある。これは、乗りかごの四隅に配置された電磁石がガイドレールを３方向から囲み、ガイドレールとガイド装置との間の空隙の大きさに応じて電磁石を励磁制御して、乗りかごをガイドレールに対して非接触に案内するものである。

また、上記電磁石を用いた構造で問題となる制御性の低下および消費電力の増大等を解決する手段として、永久磁石を用いる方法がある。永久磁石と電磁石を併用することにより、消費電力を抑えつつ、低剛性・長ストロークで乗りかごを支持する磁気ガイド装置を実現できる。

特開平５−１７８５６３号公報 特開２００１−１９２８６号公報

磁気力を応用し、ガイドレールに対して非接触で乗りかごを支持する磁気ガイド装置においては、発生する磁力によって乗りかごおよびガイドレールに所定の吸引力を作用させる。その際、磁力が大きい場合には支持体の構造部材、つまり乗りかごのかご枠やガイドレールが弾性変形して、歪みを生じさせる可能性がある。

一般に、移動体を非接触で支持する制御系を構築する場合には、移動体およびそのガイドが剛体であることを前提として、剛体運動に対して制御を施す。すなわち、エレベータであれば、乗りかごおよびガイドレールを剛体とみなし、ロープに吊られて拘束される上下方向の併進方向以外の５つの方向の変位を抽出し、それらの変位に対して独立した制御を適用することが一般的である。なお、上記上下方向の併進方向以外の５つの方向とは、左右併進方向、前後併進方向、左右軸回りの回転方向、前後軸回りの回転方向、上下軸回りの回転方向である。

ここで、制御対象となる構造体が十分な剛性を有しており、弾性変形による歪みがほとんどないか、無視できるほどに微小であれば問題ない。しかし、構造体の剛性が十分ではなく、磁力によって構造体が無視できない程度に変形を生じさせてしまう場合には、制御対象を剛体とみなした剛体モードの制御系では対応することができない。この場合、制御の安定性が低下するばかりではなく、変形によって支持体とガイドとが接触などを引き起こすことになる。エレベータであれば、乗りかごおよびガイドレールが構造体としてみなされるため、これらの剛性が十分でなければ、乗りかごとガイドレールとが接触することになる。

このような問題に対しては、剛体モードの制御系のみで対応することは不可能であり、弾性変形に関する変位についても制御対象として制御系を構築する必要がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、十分な剛性を有していない構造体に対し、変形による変位を抑制して、非接触による磁気ガイドを実現可能にし、制御系の安定性を向上させると共に、構造体の変形による接触を回避することのできる磁気ガイド制御装置を提供することである。

本実施形態に係る磁気ガイド制御装置は、強磁性体からなるガイドレールに沿って移動する移動体を磁気力の作用により上記ガイドレールから浮上させて非接触で走行案内する磁気ガイド装置を制御する磁気ガイド制御装置において、上記ガイドレールと上記磁気ガイド装置との間の距離を検出するギャップセンサと、このギャップセンサの信号と予め設定されたギャップ基準値との差分信号をもとに上記移動体の剛体運動に関する変位を剛体モード変位として演算する第１の変位変換手段と、上記ギャップセンサの信号と予め設定されたギャップ基準値との差分信号をもとに上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形に関する変位を変形モード変位として演算する第２の変位変換手段と、上記第１の変位変換手段によって得られた上記剛体モード変位に基づいて、上記移動体を上記ガイドレールに接触させずに支持するための第１の制御信号を演算する第１の制御信号演算手段と、上記第２の変位変換手段によって得られた上記変形モード変位に基づいて、上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形を抑制するための第２の制御信号を演算する第２の制御信号演算手段と、上記第１の制御手段から出力される上記第１の制御信号と上記第２の制御信号演算手段から出力される上記第２の制御信号とに基づいて上記磁気ガイド装置の磁力を制御する磁力制御手段とを具備する。

図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の斜視図である。 図２は同実施形態における磁気ガイド装置の構成を示す斜視図である。 図３は同実施形態における磁気ガイド装置に設けられた磁石ユニットの構成を示す斜視図である。 図４は同実施形態における磁気ガイド装置の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置の構成を示すブロック図である。 図５は同実施形態における磁気ガイド制御装置に設けられた制御演算器の構成を示すブロック図である。 図６は同実施形態における乗りかごのかご枠の全吸引モードの変形状態を示す図である。 図７は同実施形態における乗りかごのかご枠のねじれモードの変形状態を示す図である。 図８は同実施形態における乗りかごのかご枠の歪みモードの変形状態を示す図である。 図９は同実施形態における剛体モード制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図１０は同実施形態における変形モード制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図１１は同実施形態におけるガイドレールの全吸引モードの変形状態を示す図である。 図１２は同実施形態におけるガイドレールのねじれモードの変形状態を示す図である。 図１３は同実施形態におけるガイドレールの歪みモードの変形状態を示す図である。 図１４は第２の実施形態に係る変形モード制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図１５は第３の実施形態に係る変形モード制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図１６は第４の実施形態に係る磁気ガイド制御装置に設けられた制御演算器の構成を示すブロック図である。 図１７は同実施形態における変形モード制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の斜視図である。

図１に示すように、エレベータの昇降路１内には、鉄製で強磁性体からなる一対のガイドレール２が立設されている。乗りかご４は、図示せぬ巻上機に巻き掛けられたロープ３によって吊り下げられている。この乗りかご４は、上記巻上機の回転駆動に伴い、ガイドレール２に沿って昇降動作する。なお、図中の４ａはかごドアであり、乗りかご４が各階に着床したときに開閉動作する。４ｂは乗りかご４の上下左右を囲むかご枠である。

ここで、図１において、移動体である乗りかご４の左右方向をｘ、前後方向をｙ、上下方向をｚとし、かつ、それらｘ、ｙ、ｚ軸に関する回転方向をξ、θ、ψとする。

乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に、ガイドレール２に対向させて磁気ガイド装置５がそれぞれ取り付けられている。後述するように、この磁気ガイド装置５の磁力を制御することで、乗りかご４がガイドレール２から浮上して非接触で走行することができる。

図２は磁気ガイド装置５の構成を示す斜視図である。

磁気ガイド装置５は、磁石ユニット６、磁石ユニット６とガイドレール２との間に形成される磁気回路中の物理量（磁石ユニット６とガイドレール２との間の間隙）を検出するための複数個（ここでは２個）のギャップセンサ７と、それらを支持している台座８とで構成されている。

なお、磁気ガイド装置５は、図１に示したように乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に設けられており、それぞれに同様の構成である。したがって、ギャップセンサ７はかご枠４ｂの上下左右の四隅にそれぞれ２つあるので、計８個となる。

図３は磁気ガイド装置５に設けられた磁石ユニット６の構成を示す斜視図である。

磁石ユニット６は、永久磁石９ａ，９ｂと、ガイドレール２を３方向から囲む形で磁極を対向させる継鉄１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとからなる。コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その継鉄１０ａ，１０ｂ，１０ｃを鉄心として磁極部分の磁束を操作することのできる電磁石を構成する。

このような構成により、ギャップセンサ７等によって検出された磁気回路中の状態量をもとにコイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに励磁して、ガイドレール２と磁気ガイド装置５とを接触させることなく安定して支持することができる。

図４は磁気ガイド装置５の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置２１の構成を示すブロック図である。

磁気ガイド制御装置２１は、センサ部２２と、制御演算器２３と、ドライバ２４とを備え、乗りかご４の四隅に設置された磁石ユニット８の吸引力を制御する。なお、図４では、便宜的にセンサ部２２を含めて示されているが、実際にはセンサ部２２は磁気ガイド装置５あるいは乗りかご４側に設けられている。

制御演算器２３は、センサ部２２からの信号に基づいて乗りかご４を非接触案内させるべく各コイル１１に印加する電圧を演算する。ドライバ２４は、制御演算器２３の出力に基づいて各コイル１１に電力を供給する。

センサ部２２は、磁気ガイド装置５の磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙の大きさを検出するギャップセンサ７と、各コイル１１に流れる電流値を検出する電流センサ２５とで構成されている。

このような構成において、磁石ユニット６とガイドレール２との間に所定のギャップ長を維持させるべく、各コイル１１に励磁する電流を制御する。また、非接触で乗りかご４を支持した状態で、そのときに各コイル１１に流れる電流値を積分器を介してフィードバックする。これにより、定常状態にあるときには、乗りかご４の重量および不平衡力の大きさに関わらず、永久磁石９だけの磁力で乗りかご４を支持する、いわゆる「ゼロパワー制御」が行われる。

このゼロパワー制御によって、乗りかご４がガイドレール２に対して非接触で安定に支持される。そして、定常状態では、各コイル１１に流れる電流は零に収束し、安定支持に必要となる力は永久磁石９の磁力だけで済むようになる。

これは、乗りかご４の重量やバランスが変化した場合でも同様である。すなわち、乗りかご４に何らかの外力が加えられた場合、磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙を所定の大きさに調整するために、過渡的にコイル１１に電流が流れる。しかし、再度安定状態になった際には、上記制御手法を用いることにより、コイル１１に流れる電流は零に収束する。そして、乗りかご４に加わる荷重と、永久磁石９の磁力によって発生する吸引力とが釣り合う大きさの空隙が形成される。

次に、制御演算器２３の構成について詳しく説明する。

図５は第１の実施形態に係る磁気ガイド制御装置２１に設けられた制御演算器２３の構成を示すブロック図である。

制御演算器２３は、案内制御およびゼロパワー制御を行うものであり、変位変換器３４、電流変換器３５、制御電圧演算器４０、制御電圧変換器５１から構成されている。

変位変換器３４は、各ギャップセンサ７から得られるギャップセンサ信号３０と予め設定されたギャップ基準値３２との差分信号をもとに各制御軸の変位を演算する。ここで、本実施形態において、この変位変換器３４は、剛体モード変位変換器３６および変形モード変位変換器３７を有し、併進運動および回転運動からなる剛体運動に関する変位を剛体モード変位として演算すると共に、弾性変形に関する変位を変形モード変位として演算する。

すなわち、剛体モード変位変換器３６は、第１の変位変換手段として用いられる。この剛体モード変位変換器３６は、ギャップセンサ信号３０とギャップ基準値３２との差分信号をもとにｘ，ｙ，θ，ξ，ψの５つの剛体モードの変位（角度）を演算する。

ｘモードは、乗りかご４の左右併進方向である。ｙモードは、乗りかご４の前後併進方向である。θモードは、乗りかご４のｙ方向周りの回転方向（ロールモード）である。ξモードは、乗りかご４のｘ方向周りの回転方向（ピッチモード）である。ψモードは、乗りかご４のｚ方向周りの回転方向（ヨーモード）である。なお、乗りかご４の上下方向の併進方向の変位を除くのは、上下方向（ｚ方向）はロープ３にて乗りかご４を支えており、浮上には関係しないためである。

変形モード変位変換器３７は、第２の変位変換手段として用いられる。この変形モード変位変換器３７は、ギャップセンサ信号３０とギャップ基準値３２との差分信号をもとにζ，δ，γの３つの変形モードの変位を演算する。図６乃至図８に各モードの変形状態を示す。

ζモードは、図６に示すように、かご枠４ｂの四隅を±ｘ方向に上下同相、左右逆相で伸縮して変形させる全吸引モードである。なお、図中の矢印は吸引方向（伸張方向）しか示されていないが、実際にはかご枠４ｂの反発力があるので、逆方向（圧縮方向）にも変形する。

δモードは、図７に示すように、かご枠４ｂの四隅を±ｙ方向に上下逆相、左右逆相に変形し、ｚ軸回りのねじれを生じさせるねじれモードである。なお、図中の矢印とは逆の方向のねじれもある。

γモードは、図８に示すように、かご枠４ｂの四隅を±ｘ方向に上下逆相、左右逆相に伸縮してかご枠４ｂを左右対称に歪ませる歪みモードである。なお、図中の矢印とは逆の方向の歪みもある。

また、電流変換器３５は、第１の電流変換手段として用いられる剛体モード電流変換器３８を有する。この剛体モード電流変換器３８は、電流センサ２５から得られる各コイル１１の電流センサ信号３１と予め設定された電流基準値３３とを比較した差分信号をもとに乗りかご４の剛体運動に関する電流を剛体モード電流Δｉｘ，Δｉｙ，Δｉθ，Δｉξ，Δｉψとして演算する。

制御電圧演算器４０は、剛体モード制御電圧演算器４１と変形モード制御電圧演算器４２とで構成される。

剛体モード制御電圧演算器４１は、第１の制御信号演算手段として用いられる。この剛体モード制御電圧演算器４１は、剛体モード変位変換器３６によって得られた剛体モード変位Δｘ，Δｙ，Δθ，Δξ，Δψと剛体モード電流変換器３８によって得られた剛体モード電流Δｉｘ，Δｉｙ，Δｉθ，Δｉξ，Δｉψとに基づいて剛体モード制御電圧ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψを演算する。

変形モード制御電圧演算器４２は、第２の制御信号演算手段として用いられる。この変形モード制御電圧演算器４２は、変形モード変位変換器３７によって得られた変形モード変位Δζ，Δδ，Δγに基づいて変形モード制御電圧ｅζ，ｅδ，ｅγを演算する。

ここで、上述した剛体モード制御電圧演算器４１は、各剛体モードに関する変位情報と電流情報をもとに、乗りかご４をガイドレール２に接触させない状態で安定して支持するための剛体モード制御電圧ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψを演算する。

この剛体モード制御電圧演算器４１は、左右モード（ｘモード）制御電圧演算器４３、前後モード（ｙモード）制御電圧演算器４４、ロールモード（θモード）制御電圧演算器４５、ピッチモード（ξモード）制御電圧演算器４６、ヨーモード（ψモード）制御電圧演算器４７から構成されている。

以下に、各モードの制御電圧演算器４３〜４７の構成について、ｘモードの制御電圧演算器４３を例にして説明する。

図９は剛体モード制御電圧演算器４１におけるｘモードの制御電圧演算器４３の構成を示すブロック図である。なお、回転モードに関する演算器では、変位は角度、速度は角速度、加速度は角加速度に相当する。

制御電圧演算器４３は、オブザーバ（状態推定器）６１と、ゲイン補償器６２，６３，６４，６５と、積分補償器６６とで構成され、これらの補償器６２〜６６の出力信号を合成して剛体モードの制御電圧を出力する。

オブザーバ６１は、剛体モードの変位Δｘおよび電流Δｉｘから速度Ｖｘおよび外力ｆｘを求める。ゲイン補償器６２，６３，６４，６５は、剛体モードの変位Δｘ、速度Ｖｘ、電流Δｉｘ、外力ｆｘのそれぞれに対して適当なフィードバックゲインを乗じる。

積分補償器６６は、剛体モード電流Δｉｘと予め設定された剛体モード電流目標値Δｉｘｔとの差分を時間積分して適当なフィードバックゲインを乗じる。

剛体モード制御電圧演算器４１を構成する他の制御電圧演算器４４〜４７についても同様の構成である。これらの制御電圧演算器４３〜４７によってフィードバック制御を施すことにより、剛体モード制御電圧演算器４１は、永久磁石９が形成する磁束と同方向または逆方向の磁束を各コイル１１に発生させると共に、磁石ユニット６とガイドレール２との間に隙間を維持した状態でコイル電流を零に収束させるための電圧を演算することができる。

一方、変形モード制御電圧演算器４２は、各変形モードに関する変位情報をもとに、かご枠４ｂの変形を抑制するための制御電圧を演算する。この変形モード制御電圧演算器４２は、全吸引モード（ζモード）制御電圧演算器４８、ねじれモード（δモード）制御電圧演算器４９、歪みモード（γモード）制御電圧演算器５０から構成されている。

ここで、各変形モードの制御電圧演算器４８〜５０の構成について、ζモードの制御電圧演算器４８を例にして説明する。

図１０は変形モード制御電圧演算器４２におけるζモードの制御電圧演算器４８の構成を示すブロック図である。

制御電圧演算器４８は、ゲイン補償器７３を備える。ゲイン補償器７３は、変形モード変位変換器３７から得られた変形モード変位Δζと予め設定された変形モード変位目標値Δζｔとの差分に対して適当なフィードバックゲインを乗じる。

変形モード制御電圧演算器４２を構成する他の制御電圧演算器４９，５０についても同様の構成である。これらの制御電圧演算器４８〜５０によってフィードバック制御を施すことにより、かご枠４ｂの変形による変位が生じた際にそれを抑制する方向に電圧を励磁して、かご枠４ｂの変形を抑制することが可能となる。

このようにして、剛体モード制御電圧演算器４１によって剛体モードに関する５つの制御電圧ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψと、変形モード制御電圧演算器４２によって変形モードに関する３つの制御電圧ｅζ，ｅδ，ｅγが得られる。

制御電圧変換器５１は、磁気ガイド装置５の磁力を制御するための磁力制御手段として用いられる。この制御電圧変換器５１は、上記制御電圧ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψ，ｅζ，ｅδ，ｅγをもとに各磁石ユニット６のそれぞれのコイル１１を励磁するための電圧を演算し、この結果をもとにドライバ２４を駆動させる。

以上のような構成により、剛体モード制御電圧演算器４１においては、乗りかご４のかご枠４ｂを剛体とみなした磁気ガイド制御がなされる。その際に、電流信号に対して積分フィードバックが作用するため、制御電流を０Ａに収束させるゼロパワー制御が施される。これによって、乗りかご４がガイドレール２に接触することなく非接触で支持されると共に、剛体モードに対しては、磁石ユニット６における定常的な消費電力を０Ｗにして省電力化を実現できる。

さらに、変形モード制御電圧演算器４２においては、乗りかご４のかご枠４ｂの弾性変形に起因する変形を抑制する方向に磁石ユニット６が励磁される。これによって、かご枠４ｂの剛性が磁石ユニット６の磁力に比較して十分に高くない場合であっても、かご枠４ｂの変形を抑制することができる。したがって、かご枠４ｂの変形により磁気ガイド装置５がガイドレール２に接触する事態を回避して、常に安定した非接触ガイドを実現できる。

なお、上記第１の実施形態では、乗りかご４のかご枠４ｂが変形する場合について説明したが、変形モード変位変換器３７および変形モード制御電圧演算器４２は、剛体モードによらない変位に対して作用するため、ガイドレール２の変形に対しても有効である。

図１１乃至図１３にガイドレール２の変形例を示す。なお、図６乃至図８に示したかご枠４ｂの変形と同様に、図中の矢印とは逆の方向の変形もある。

図１１に示すようなガイドレール２のｘ方向の逆相変形は、全吸引モード（ζモード）として検出される。また、図１２に示すようなガイドレール２のｙ方向の上下・左右逆相の曲げモードは、ねじれモード（δモード）として検出される。さらに、図１３に示すようなガイドレール２のｘ方向の上下・左右逆相の曲げモードは、歪みモード（γモード）として検出される。

このようにして検出されたガイドレール２の変形モードに対しても、その変形を抑制する方向に磁石ユニット６が励磁されるため、結果的にガイドレール２の変形を抑制するように磁力を作用させることになる。これにより、ガイドレール２の剛性不足に対しても効果を得ることができる。

さらに、本制御手法によれば、磁石ユニット６とガイドレール２との相対変位を剛体条件の範囲に保つことができる。したがって、ガイドレール２の取り付け、もしくは磁気ガイド装置５の取り付けにある程度の不整および誤差があった場合であっても、磁石ユニット６とガイドレール２との相対変位を所定の範囲に補正するようにかご枠４ｂを変形させることで、磁気浮上時のギャップを確保することができるようになる。

このように、変形モード変位をフィードバックすることによって、乗りかご４のかご枠４ｂおよびガイドレール２の剛性が低い場合であっても非接触ガイドを実現することができると共に、ガイドレール２の設置不整や磁気ガイド装置５の設置誤差に対しても対応することが可能となる。

なお、本構成においては、剛体モードに対してはゼロパワー制御が適用される。このため、乗りかご４を剛体的に非接触支持するための定常電力は０Ｗとなり、変形モードの制御電流を上乗せしても消費電力化を実現できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

上記第１の実施形態では、変形モード制御電圧演算器４２において、Ｐ制御（比例制御）を用いて変形モード変位をフィードバックする構成であった（図１０参照）。これに対し、第２の実施形態では、ＰＩ制御（比例積分制御）を用いて変形モード変位をフィードバックする構成としている。

以下に、変形モード制御電圧演算器４２を構成する各変形モードの制御電圧演算器４８〜５０のうち、ζモードの制御電圧演算器４８を例にして説明する。

図１４は第２の実施形態に係る変形モード制御電圧演算器４２におけるζモードの制御電圧演算器４８の構成を示すブロック図である。なお、他のモードの制御電圧演算器４９，５０も同様の構成である。

第２の実施形態において、制御電圧演算器４８は、変形モード変位変換器３７から得られた変形モード変位Δζと予め設定された変形モード変位目標値Δζｔとの差分を積分する積分器７１と、その積分結果に対して適当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７４が設けられる。そして、ゲイン補償器７３，７４の出力信号を合成して変形モード制御電圧ｅζを生成する構成としている。

また、変形モード制御電圧ｅζの出力部に、出力調整手段として用いられる出力係数８０が設けられる。さらに、積分器７１の入力部に積分器入力切り替え器８１が設けられ、積分器７１にリセット信号を入力可能な構成としている。

このような構成によれば、積分器７１により変形モード変位と変形モード変位目標値との差分を蓄積しながらフィードバック制御が行なわれるので、変形モード変位を定常的に零に収束させることができる。したがって、かご枠４ｂの変形およびガイドレール２の変形をさらに抑制することができ、より安定した磁気ガイドを実現できる。

また、出力係数８０は、“０〜１”の値を取る係数であり、変形モードの変位制御を調整するためにある。すなわち、出力係数８０の値が“０”のときは制御電圧演算器４８の出力が無効となり、変形モードの変位制御は行われない。一方、出力係数８０の値が“０”よりも大きい場合には制御電圧演算器４８の出力が有効となり、通常の磁気ガイド制御（剛体モードの変位制御）に変形モードの変位制御が加えられる。

ここで、磁気ガイド装置５をガイドレール２から浮上させる際に剛体モードの変位制御と同時に変形モードの変位制御を急に行うと、両者の制御系が干渉してしまい、磁気ガイド装置５をスムーズに浮上させることができないことがある。そこで、出力係数８０の値を“０”に設定しておき、磁気ガイド装置５が浮上するのに伴い、出力係数８０の値を徐々に“１”に上げていく。これにより、変形モードの制御信号を剛体モードの制御信号に徐々に重畳させることができ、磁気ガイド装置５をスムーズに浮上させて安定した磁気ガイドを実現できる。

また、積分器７１はノイズまでも蓄積してしまうため、不要なときにはＯＦＦしておくことが好ましい。そこで、磁気ガイド装置５がガイドレール２に接触している状態では積分器７１の入力をゼロとし、磁気ガイド制御の起動により磁気ガイド装置５がガイドレール２から浮上して非接触状態になったら、変形モード変位を積分器７１に入力させるように積分器入力切り替え器８１を動作させる。これによって、積分器７１の出力値がノイズで過大にならないように抑制することができる。

また、所定時間、非接触による磁気ガイドが行っていないときに積分器７１の出力値を零にリセットするためのリセット信号を設けておく。これによって、非接触状態で変形モード制御が開始されたときからの変形モード変位を適切に積分することができるようになり、安定した制御を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を用いて変形モード変位をフィードバックする構成としている。

以下に、変形モード制御電圧演算器４２を構成する各変形モードの制御電圧演算器４８〜５０のうち、ζモードの制御電圧演算器４８を例にして説明する。

図１５は第３の実施形態に係る変形モード制御電圧演算器４２におけるζモードの制御電圧演算器４８の構成を示すブロック図である。なお、上記第２の実施形態における図１４の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。他のモードの制御電圧演算器４９，５０も同様の構成である。

第３の実施形態において、制御電圧演算器４８には、上記第２の実施形態の構成に加え、微分器７２とゲイン補償器７５が設けられ、各ゲイン補償器７３，７４，７５の出力信号を合成して変形モード制御電圧ｅζを生成する構成としている。

微分器７２は、変形モード変位変換器３７から得られた変形モード変位Δζと予め設定された変形モード変位目標値Δζｔとの差分を時間微分する。ゲイン補償器７５は、微分器７２の出力に適当なフィードバックゲインを乗じる。

このように、微分器７２とゲイン補償器７５をフィードバック制御に加えることで、変形モードに対する応答特性を上げることができ、変形モードをできるだけ早く抑制することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。

上記第１乃至第３の実施形態では、変形モードの制御に関して、変形モードの変位情報のみを用いてフィードバックする構成であった。これに対し、第４の実施形態では、変形モードの変位情報だけではなく、変形モードの電流情報も制御に加える構成としている。

図１６は第４の実施形態に係る磁気ガイド制御装置２１に設けられた制御演算器２３の構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図５の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

第４の実施形態において、制御演算器２３に設けられた電流変換器３５には、剛体モード電流変換器３８の他に変形モード電流変換器３９が備えられる。

変形モード電流変換器３９は、第２の電流変換手段として用いられる。この変形モード電流変換器３９は、電流センサ２５から得られる各コイル１１の電流センサ信号３１と予め設定された電流基準値３３とを比較した差分信号をもとに変形モード電流Δｉζ，Δｉδ，Δｉγを演算する。

変形モード制御電圧演算器４２は、第２の制御信号演算手段として用いられる。この変形モード制御電圧演算器４２は、変形モード変位変換器３７によって得られた変形モード変位Δζ，Δδ，Δγと、変形モード電流変換器３９によって得られた変形モード電流Δｉζ，Δｉδ，Δｉγとに基づいて変形モード制御電圧ｅζ，ｅδ，ｅγを演算する。

このときの変形モード制御電圧演算器４２の構成を図１７に示す。
図１７は変形モード制御電圧演算器４２におけるζモードの制御電圧演算器４８の構成を示すブロック図である。なお、上記第２の実施形態における図１４の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。他のモードの制御電圧演算器４９，５０も同様の構成である。

上記第３の実施形態で説明した図１５のＰＩＤ制御の構成に変形モード電流を導入した構成となっている。すなわち、変形モード電流Δｉζに適当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器７６が設けられ、各ゲイン補償器７３，７４，７５，７６の出力信号を合成することで変形モード制御電圧ｅζを生成する構成としている。

このような構成とすることによって、変形モード電流に対しても応答性を得ることができるようになる。したがって、変形モード電流の収束を早めて、定常状態に至るまでの応答性を向上させることができる。

なお、上記第１の実施形態で説明した図１０のＰ制御の構成あるいは上記第２の実施形態で説明した図１４のＰＩ制御の構成に変形モード電流を導入する構成であっても良い。ただし、制御電流を０Ａに収束させるゼロパワー制御は剛体モード電流に対してのみ適用されるものであり、変形モード電流に対しては適用されない。これは、変形モード電流が乗りかご４のかご枠４ｂやガイドレール２の変形を抑制するための電流であるのに、それを零に収束させては意味がないからである。

また、上述した各実施形態では、３つの変形モード（全吸引モード、ねじれモード、歪みモード）に対して変形モード制御を適用する構成について説明したが、少なくとも１つの変形モードに対して制御する構成であっても良い。

特にエレベータでは、乗りかご４のかご枠４ｂの構造上、全吸引モード（ζモード）および歪みモード（γモード）は生じにくく、一方、ねじれモード（δモード）は容易に生じるという特徴がある。したがって、全変形モードではなく、ねじれモード（δモード）にのみ変形モード制御を適用し、他のモード（全吸引モード、歪みモード）を非制御としても良い。このような制御系を構築することにより、効率的にかご枠４ｂの変形を抑制することができると共に、制御における計算負荷を軽減することができる。

また、磁気ガイド装置５に２つのギャップセンサ７を設置し（図２参照）、計８個のギャップセンサ７を用いて変位を検出する構成としたが、少なくとも６個のギャップセンサ７を用いて、剛体モードとして上下方向を除く５つの運動方向の変位、変形モード変位として全吸引、ねじれ、歪みの３つの変形に関する変位を検出する構成であれば良い。

さらに、上記各実施形態では、エレベータの乗りかごに設けられた磁気ガイド装置を例にして説明したが、本発明はエレベータに限られるものではなく、磁力を利用して非接触案内を行う移動体であれば、その全てに適用可能である。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、十分な剛性を有していない構造体に対し、変形による変位を抑制して、非接触による磁気ガイドを実現可能にし、制御系の安定性を向上させると共に、構造体の変形による接触を回避することのできる磁気ガイド制御装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…昇降路、２…ガイドレール、３…ロープ、４…乗りかご、５…磁気ガイド装置、６…磁石ユニット、７…センサ、８…台座、９…永久磁石、１０…継鉄、１１…コイル、２１…磁気ガイド制御装置、２２…センサ部、２３…制御演算器、２４…ドライバ、２５…電流センサ、３０…ギャップセンサ信号、３１…電流センサ信号、３２…ギャップ基準値、３３…電流基準値、３４…変位変換器、３５…電流変換器、３６…剛体モード変位変換器、３７…変形モード変位変換器、３８…剛体モード電流変換器、３９…変形モード電流変換器、４０…制御電圧演算器、４１…剛体モード制御電圧演算器、４２…変形モード制御電圧演算器、４３…左右モード制御電圧演算器、４４…前後モード制御電圧演算器、４５…ロールモード制御電圧演算器、４６…ピッチモード制御電圧演算器、４７…ヨーモード制御電圧演算器、４８…全吸引モード制御電圧演算器、４９…ねじれモード制御電圧演算器、５０…歪みモード制御電圧演算器、５１…制御電圧変換器、６１…オブザーバ、６２〜６５…ゲイン補償器、６６…積分補償器、７１…積分器、７２…微分器、７３〜７６…ゲイン補償器、８０…出力係数、８１…積分器入力切り替え器。

Claims (11)

1. 強磁性体からなるガイドレールに沿って移動する移動体を磁気力の作用により上記ガイドレールから浮上させて非接触で走行案内する磁気ガイド装置を制御する磁気ガイド制御装置において、
   上記ガイドレールと上記磁気ガイド装置との間の距離を検出するギャップセンサと、
   このギャップセンサの信号と予め設定されたギャップ基準値との差分信号をもとに上記移動体の剛体運動に関する変位を剛体モード変位として演算する第１の変位変換手段と、
   上記ギャップセンサの信号と予め設定されたギャップ基準値との差分信号をもとに上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形に関する変位を変形モード変位として演算する第２の変位変換手段と、
   上記第１の変位変換手段によって得られた上記剛体モード変位に基づいて、上記移動体を上記ガイドレールに接触させずに支持するための第１の制御信号を演算する第１の制御信号演算手段と、
   上記第２の変位変換手段によって得られた上記変形モード変位に基づいて、上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形を抑制するための第２の制御信号を演算する第２の制御信号演算手段と、
   上記第１の制御信号演算手段から出力される上記第１の制御信号と上記第２の制御信号演算手段から出力される上記第２の制御信号とに基づいて上記磁気ガイド装置の磁力を制御する磁力制御手段と
   を具備したことを特徴とする磁気ガイド制御装置。
2. 上記第１の変位変換手段は、
   上下方向を除く５つの運動方向の変位を剛体モード変位として演算し、
   上記第２の変位変換手段は、
   全吸引、ねじれ、歪みの３つの変形に関する変位を変形モード変位として演算することを特徴とする請求項１記載の磁気ガイド制御装置。
3. 上記第２の制御信号演算手段は、
   上記変形モードの少なくも１つの変形に関し、上記第２の変位変換手段から得られた上記変形モード変位と予め設定された変位目標値との差分信号にゲインを乗じてフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項２記載の磁気ガイド制御装置。
4. 上記第２の制御信号演算手段は、
   上記変形モードの少なくも１つの変形に関し、上記第２の変位変換手段から得られた上記変形モード変位と予め設定された変位目標値との差分信号を積分するための積分手段を有し、この積分手段の出力にゲインを乗じてフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項２記載の磁気ガイド制御装置。
5. 上記第２の制御信号演算手段は、
   上記磁気ガイド装置が上記ガイドレールから浮上して非接触状態にあるときにのみ、上記積分手段を動作させることを特徴とする請求項４記載の磁気ガイド制御装置。
6. 上記第２の制御信号演算手段は、
   上記磁気ガイド装置が上記ガイドレールに接触して所定の時間が経過したときに、上記積分手段を０にリセットすることを特徴とする請求項４記載の磁気ガイド制御装置。
7. 上記第２の制御信号演算手段は、
   上記変形モードの少なくも１つの変形に関し、上記第２の変位変換手段から得られた上記変形モード変位と予め設定された変位目標値との差分信号を微分するための微分を有し、この微分の出力にゲインを乗じてフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項２記載の磁気ガイド制御装置。
8. 上記磁気ガイド装置の浮上状態に応じて、上記第１の制御信号演算手段の出力に加える上記第２の制御信号演算手段の出力を調整する出力調整手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の磁気ガイド制御装置。
9. 上記磁気ガイド装置に流れる電流を検出する電流センサと、
   この電流センサの信号と予め設定された電流基準値との差分信号をもとに上記移動体の剛体運動に関する電流を剛体モード電流として求める第１の電流変換手段と、
   上記電流センサの信号と予め設定された電流基準値との差分信号をもとに上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形に関する電流を変形モード電流として求める第２の電流変換手段とをさらに具備し、
   上記第１の制御信号演算手段は、
   上記第１の変位変換手段によって得られた上記剛体モード変位と第１の電流変換手段によって得られた上記剛体モード電流とに基づいて、上記移動体を上記ガイドレールに接触させずに支持するための第１の制御信号を演算し、
   上記第２の制御信号演算手段は、
   上記第２の変位変換手段によって得られた上記変形モード変位と上記第２の電流変換手段によって得られた上記変形モード電流とに基づいて、上記移動体または上記ガイドレールの弾性変形を抑制するための第２の制御信号を演算することを特徴とする請求項１記載の磁気ガイド制御装置。
10. 上記磁気ガイド装置に流れる電流を検出する電流センサと、
    この電流センサの信号と予め設定された電流基準値との差分信号をもとに上記移動体の剛体運動に関する電流を剛体モード電流として求める第１の電流変換手段とをさらに具備し、
    上記第１の制御信号演算手段は、
    上記第１の変位変換手段によって得られた上記剛体モード変位と第１の電流変換手段によって得られた上記剛体モード電流とに基づいて、上記移動体を上記ガイドレールに接触させずに支持するための第１の制御信号を演算すると共に、上記移動体に作用する外力の有無にかかわらず、上記剛体モード電流の定常値を零に収束させることを特徴とする請求項１記載の磁気ガイド制御装置。
11. 上記移動体は、エレベータの乗りかごであり、
    上記磁気ガイド装置は、上記乗りかごに設置され、上記ガイドレールから上記乗りかごを浮上させて非接触で支持するために用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の磁気ガイド制御装置。

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