JP2949726B2 - 磁気浮上搬送装置の移動子制御方法 - Google Patents
磁気浮上搬送装置の移動子制御方法Info
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- B61—RAILWAYS
- B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B61B13/08—Sliding or levitation systems
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
- B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
- B60L13/06—Means to sense or control vehicle position or attitude with respect to railway
- B60L13/08—Means to sense or control vehicle position or attitude with respect to railway for the lateral position
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はリニアモータで推進される移動子を電磁石で
保持するとともにその姿勢を制御する磁気浮上搬送装置
の移動子制御方法に関する。
保持するとともにその姿勢を制御する磁気浮上搬送装置
の移動子制御方法に関する。
[従来の技術] 第6図(A)はこの種の磁気浮上搬送装置の従来例を
示す斜視図、第6図(B)は第6図(A)の移動子と電
磁石との関係を詳細に示す図、第7図(A),(B),
〜,(E)は第6図(A)の移動子の制御の内容を示す
図である。
示す斜視図、第6図(B)は第6図(A)の移動子と電
磁石との関係を詳細に示す図、第7図(A),(B),
〜,(E)は第6図(A)の移動子の制御の内容を示す
図である。
質量mの移動子SFTは、矢印LS方向にリニアモータで
推進される。固定子STTは、移動子の浮上方向である垂
直方向に吸引力fV1,fV2,fV3,fV4を発生する8個の電磁
石MGV10,MGV11,〜,MGV41と、案内方向である水平方向に
吸引力fH1,fH2を発生する4個の電磁石MGH10,MGH11,MGH
20,MGH21とを有し、移動子SFTを保持し、その姿勢を制
御する。制御の内容としては、第7図(A),(B),
〜,(E)のように、浮上垂直方向,ピッチング方向,
ローリング方向,案内水平方向,ヨーイング方向があ
る。これらの制御を行なうに際し、従来は電磁石と移動
子間のギャップデータXV1,XV2,〜,XH2にのみ基づいて力
fV1,fV2,〜,fH2を設定するようにしていた。しかし、こ
の方法には下記の問題点があった。
推進される。固定子STTは、移動子の浮上方向である垂
直方向に吸引力fV1,fV2,fV3,fV4を発生する8個の電磁
石MGV10,MGV11,〜,MGV41と、案内方向である水平方向に
吸引力fH1,fH2を発生する4個の電磁石MGH10,MGH11,MGH
20,MGH21とを有し、移動子SFTを保持し、その姿勢を制
御する。制御の内容としては、第7図(A),(B),
〜,(E)のように、浮上垂直方向,ピッチング方向,
ローリング方向,案内水平方向,ヨーイング方向があ
る。これらの制御を行なうに際し、従来は電磁石と移動
子間のギャップデータXV1,XV2,〜,XH2にのみ基づいて力
fV1,fV2,〜,fH2を設定するようにしていた。しかし、こ
の方法には下記の問題点があった。
i)浮上3方向(垂直,ピッチング,ロール)、案内2
方向(水平,ヨーイング)のゲイン,および指令を独立
に与えることができない。
方向(水平,ヨーイング)のゲイン,および指令を独立
に与えることができない。
ii)移動子の重心Gの位置lによって垂直方向と水平方
向のゲインが移動する。
向のゲインが移動する。
iii)移動子がl=h/2(hは矢印LS方向の電磁石間隔以
外では垂直方向とピッチング,水平方向とローリングが
干渉する。
外では垂直方向とピッチング,水平方向とローリングが
干渉する。
そこで、これら問題点を克服して安定な姿勢制御を提
供しようとしたのが特願昭63−334664公報に記載の方法
である。
供しようとしたのが特願昭63−334664公報に記載の方法
である。
[発明が解決しようとする問題点] 上述した従来の制御方法は、i),ii),iii)で示さ
れた問題点は解決したが、制御系における可変ゲインの
設定をアナログ回路で実現するのが容易でないという問
題点がある。
れた問題点は解決したが、制御系における可変ゲインの
設定をアナログ回路で実現するのが容易でないという問
題点がある。
本発明は上記の問題点に鑑み、可変ゲインをアナログ
回路で容易に設定できる磁気浮上装置の移動子制御方法
を提供することを目的とする。
回路で容易に設定できる磁気浮上装置の移動子制御方法
を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明の磁気浮上搬送装置の移動子制御方法は、 長方形のプレート状の移動子を長手方向水平にリニア
モータにより移動させる際、水平な長方形の角に相応す
る位置にそれぞれ配設された第1,第2,第3,第4の電磁石
装置の配設位置に対応する支持点で移動子を垂直方向に
それぞれ支持させ、移動方向に沿った水平面に配設され
た第5,第6の電磁石装置には、垂直方向に支持された移
動子の移動方向に直角な水平方向に力を作用させ、移動
子と各電磁石装置とのギャップを各電磁石装置に対応し
て配設した各ギャップセンサで検出させてそれぞれ第1,
第2,第3,第4,第5,第6のギャップデータ(XV1,XV2,XV3,
XV4,XH1,XH2)を出力させ、出力させた各データから移
動子の支持状態を所望のものにしつつ、平行に移動子を
移動する磁気浮上搬送装置の移動子制御方法であって、 第1,第2の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fV1,fV2がi=1,2としたとき、 fVi=−gV()KVVUV(XrV,V)−KVPUP(XrP,P)+(−1)iKVRUR(XrR,R) ただし、():第1、第2の支持点を結ぶ直線と重
心の間の距離 gV():可変ゲイン KVV:浮上垂直方向速度ループゲイン KVP:ピッチ方向速度ループゲイン KVR:ローリング方向速度ループゲイン UV :浮上垂直方向速度 UP :ピッチ方向速度 UR :ローリング方向速度 XV :浮上垂直方向位置 XP :ピッチ方向位置 XR :ローリング方向位置 XrV:浮上垂直方向位置指令 XrP:ピッチ方向位置指令 XVR:ローリング方向位置指令 の式で表わされ、 第3,第4の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fV3,fV4がj=3,4としたとき、 fVj=−gV()KVVUV(XrV,V)+KVPUP(XrP,P) の式で表わされ、 第5,第6の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fH1,fH2が fH1=−gH()KVHUH(XrH,H)−KVYUY(XrY,Y) fH2=−gH()KVHUH(XrH,H)+KVYUY(XrY,Y) ただし、は、∫Xdl,X,,をパラメータとするベク
トル量(Xのサフィックス省略) KVH:水平方向の速度ループゲイン KVY:ヨーイング方向の速度ループゲイン UH :水平方向要素からなる関数 UY :ヨーイング方向要素からなる関数 XH :水平方向位置 XY :ヨーイング方向位置 XrH:水平方向位置指令 XrY:ヨーイング方向位置指令 の式で表わされる。
モータにより移動させる際、水平な長方形の角に相応す
る位置にそれぞれ配設された第1,第2,第3,第4の電磁石
装置の配設位置に対応する支持点で移動子を垂直方向に
それぞれ支持させ、移動方向に沿った水平面に配設され
た第5,第6の電磁石装置には、垂直方向に支持された移
動子の移動方向に直角な水平方向に力を作用させ、移動
子と各電磁石装置とのギャップを各電磁石装置に対応し
て配設した各ギャップセンサで検出させてそれぞれ第1,
第2,第3,第4,第5,第6のギャップデータ(XV1,XV2,XV3,
XV4,XH1,XH2)を出力させ、出力させた各データから移
動子の支持状態を所望のものにしつつ、平行に移動子を
移動する磁気浮上搬送装置の移動子制御方法であって、 第1,第2の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fV1,fV2がi=1,2としたとき、 fVi=−gV()KVVUV(XrV,V)−KVPUP(XrP,P)+(−1)iKVRUR(XrR,R) ただし、():第1、第2の支持点を結ぶ直線と重
心の間の距離 gV():可変ゲイン KVV:浮上垂直方向速度ループゲイン KVP:ピッチ方向速度ループゲイン KVR:ローリング方向速度ループゲイン UV :浮上垂直方向速度 UP :ピッチ方向速度 UR :ローリング方向速度 XV :浮上垂直方向位置 XP :ピッチ方向位置 XR :ローリング方向位置 XrV:浮上垂直方向位置指令 XrP:ピッチ方向位置指令 XVR:ローリング方向位置指令 の式で表わされ、 第3,第4の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fV3,fV4がj=3,4としたとき、 fVj=−gV()KVVUV(XrV,V)+KVPUP(XrP,P) の式で表わされ、 第5,第6の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力
fH1,fH2が fH1=−gH()KVHUH(XrH,H)−KVYUY(XrY,Y) fH2=−gH()KVHUH(XrH,H)+KVYUY(XrY,Y) ただし、は、∫Xdl,X,,をパラメータとするベク
トル量(Xのサフィックス省略) KVH:水平方向の速度ループゲイン KVY:ヨーイング方向の速度ループゲイン UH :水平方向要素からなる関数 UY :ヨーイング方向要素からなる関数 XH :水平方向位置 XY :ヨーイング方向位置 XrH:水平方向位置指令 XrY:ヨーイング方向位置指令 の式で表わされる。
[作用] 各電磁石装置により発生させる力は各式で与えられる
ように相互に独立な運動方向成分より構成し、可変ゲイ
ンは浮上方向、案内方向それぞれ1つに統合し供給して
制御を行う。
ように相互に独立な運動方向成分より構成し、可変ゲイ
ンは浮上方向、案内方向それぞれ1つに統合し供給して
制御を行う。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。本実施例は第6図(A),(B)で示された従来例
の制御対象に対し、制御レギュレータを比例制御とした
ものである。
る。本実施例は第6図(A),(B)で示された従来例
の制御対象に対し、制御レギュレータを比例制御とした
ものである。
電磁石MGV10,MGV11による力fV1および電磁石MGV20,MG
V21による力fV2は式(1)で表わされる(ただし、i=
1,2)。
V21による力fV2は式(1)で表わされる(ただし、i=
1,2)。
電磁石MGV30,MGV31による力fV3および電磁石MGV40,MG
V41による力fV4は式(2)で表わされる(ただし、j=
3,4)。
V41による力fV4は式(2)で表わされる(ただし、j=
3,4)。
電磁石MGH10,MGH11による力fH1および電磁石MGH20,MG
H21による力fH2はそれぞれ式(3),(4)で表され
る。
H21による力fH2はそれぞれ式(3),(4)で表され
る。
また、重力は補償されているので状態方程式は式
(5),(6),(7),(8),(9)のように導か
れる。
(5),(6),(7),(8),(9)のように導か
れる。
但し、KT:線形回路入力から吸引力までのゲイン m :移動子の質量 IP:移動子重心回りピッチング方向の慣性モーメ
ント IR:移動子重心回りローリング方向の慣性モーメ
ント IY:移動子重心回りヨーイング方向の慣性モーメ
ント 浮上案内方向の速度ループ、および位置ループゲイン
と呼ばれているものは各方向で以下のようになる。
ント IR:移動子重心回りローリング方向の慣性モーメ
ント IY:移動子重心回りヨーイング方向の慣性モーメ
ント 浮上案内方向の速度ループ、および位置ループゲイン
と呼ばれているものは各方向で以下のようになる。
パラメータkVV,kVP,kVR,kVH,kVr,KPV,KPP,KPR,KPH,K
PYは自由に設定できるため、これらの調整により速度ル
ープゲイン、位置ループゲインを任意に設定することが
できる。
PYは自由に設定できるため、これらの調整により速度ル
ープゲイン、位置ループゲインを任意に設定することが
できる。
gV(),gH()はそれぞれ のゲイン変動を補償するように与えればよい。本実施例
では、簡単のため第1図(A),(B)に示すように直
線補償した。この場合、gV(),gH()は、 の時最大値,1, の時最小値, をとる折線状の直線で与えられる。
では、簡単のため第1図(A),(B)に示すように直
線補償した。この場合、gV(),gH()は、 の時最大値,1, の時最小値, をとる折線状の直線で与えられる。
第2図は本実施例を実行するための制御回路を示すブ
ロック図、第3図は第2図で示された制御回路の主要部
を詳細に示す回路図である。
ロック図、第3図は第2図で示された制御回路の主要部
を詳細に示す回路図である。
本制御回路によれば式(5),(6),(7)によっ
て表わされるXV,XP,XRが順次与えられ電磁石MGV10,MGV
11,〜,MGV41を介して移動子SFTは制御される。
て表わされるXV,XP,XRが順次与えられ電磁石MGV10,MGV
11,〜,MGV41を介して移動子SFTは制御される。
次に、本実施例の各種の実験結果を示す。
ただし、実験条件は以下のとおりである。
a:b:h:k=20:3:5:2 l=a/2 各速度ループゲインン:200 各位置ループゲイン :100 第4図(A)は本実施例の外乱応答を示し、第4図
(B)が従来方式によるものを示している。浮上系と案
内系の特性は基本的に同等であるから、ここでは浮上系
について実験した。本実施例の方が大幅に安定性を増し
ていることが分かる。
(B)が従来方式によるものを示している。浮上系と案
内系の特性は基本的に同等であるから、ここでは浮上系
について実験した。本実施例の方が大幅に安定性を増し
ていることが分かる。
第5図(A),(B)はそれぞれピッチング方向の制
御とローリング方向の制御とが独立に行なわれるのを示
す図であり、ピッチング指令とローリング指令とをステ
ップ的に与えている。
御とローリング方向の制御とが独立に行なわれるのを示
す図であり、ピッチング指令とローリング指令とをステ
ップ的に与えている。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は各軸方向の制御ゲインを
独立に可変にしたことにより、以下の効果がある。
独立に可変にしたことにより、以下の効果がある。
1.制御ゲインを独立に与えることができるため各制御軸
の応答、剛性を任意に設計することができる。
の応答、剛性を任意に設計することができる。
2.指令を各軸独立に与えることができるため浮上および
案内の5軸を独立に動作させることができる(第9図参
照、実験結果第5図,第6図)。
案内の5軸を独立に動作させることができる(第9図参
照、実験結果第5図,第6図)。
3.浮上垂直方向、案内水平方向のゲインを可変としたの
で移動子の移動による速度ループゲインの変動を抑制す
ることができる。
で移動子の移動による速度ループゲインの変動を抑制す
ることができる。
4.可変ゲインが浮上方向,案内方向に各1つであるので
従来例に比較し、実現が容易であり、アナログで対応で
きる。
従来例に比較し、実現が容易であり、アナログで対応で
きる。
5.移動子が にあるときピッチング,またはヨーイングを変動させれ
ば、移動子先端は大きく動き、搬送物の受け渡しに使用
できる。
ば、移動子先端は大きく動き、搬送物の受け渡しに使用
できる。
第1図は本発明の磁気浮上搬送装置の移動子制御方法の
一実施例において与えられるゲインgV(),gH()
を示す図、第2図は実施例を実行するための制御回路を
示すブロック図、第3図は第2図で示された制御回路の
主要部を詳細に示す回路図、第4図(A),(B)は実
施例と従来例との外乱応答の差を示すグラフ、第5図
(A),(B)は実施例の制御例を示すグラフ、第6図
(A)は磁気浮上搬送装置の従来例を示す斜視図、第6
図(B)は第6図(A)の移動子と電磁石との関係を詳
細に示す図、第7図(A),(B),〜,(E)は第6
図(A)の移動子の制御の内容を示す図である。 10……フィードバック量演算回路、 21……ゲインKPV掛算器、 22……ゲインKPP掛算器、 23……ゲインKPR掛算器、 31,32,33……微分器、 41……ゲインkVP掛算器、 42……ゲインkVP掛算器、 43……ゲインkVR掛算器、 50……分配回路、 60……g()発生回路、 71,72,73,74……線形化回路。
一実施例において与えられるゲインgV(),gH()
を示す図、第2図は実施例を実行するための制御回路を
示すブロック図、第3図は第2図で示された制御回路の
主要部を詳細に示す回路図、第4図(A),(B)は実
施例と従来例との外乱応答の差を示すグラフ、第5図
(A),(B)は実施例の制御例を示すグラフ、第6図
(A)は磁気浮上搬送装置の従来例を示す斜視図、第6
図(B)は第6図(A)の移動子と電磁石との関係を詳
細に示す図、第7図(A),(B),〜,(E)は第6
図(A)の移動子の制御の内容を示す図である。 10……フィードバック量演算回路、 21……ゲインKPV掛算器、 22……ゲインKPP掛算器、 23……ゲインKPR掛算器、 31,32,33……微分器、 41……ゲインkVP掛算器、 42……ゲインkVP掛算器、 43……ゲインkVR掛算器、 50……分配回路、 60……g()発生回路、 71,72,73,74……線形化回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60L 13/06 H02P 5/00 H02P 7/00
Claims (1)
- 【請求項1】長方形のプレート状の移動子を長手方向水
平にリニアモータにより移動させる際、水平な長方形の
角に相応する位置にそれぞれ配設された第1,第2,第3,第
4の電磁石装置の配設位置に対応する支持点で移動子を
垂直方向にそれぞれ支持させ、移動方向に沿った水平面
に配設された第5,第6の電磁石装置には、垂直方向に支
持された移動子の移動方向に直角な水平方向に力を作用
させ、移動子と各電磁石装置とのギャップを各電磁石装
置に対応して配設した各ギャップセンサで検出させてそ
れぞれ第1,第2,第3,第4,第5,第6のギャップデータ(X
V1,XV2,XV3,XV4,XH1,XH2)を出力させ、出力させた各デ
ータから移動子の支持状態を所望のものにしつつ、移動
子を移動する磁気浮上搬送装置の移動子制御方法であっ
て、 第1,第2の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力f
V1,fV2がi=1,2としたとき、 fVi=−gV()KVVUV(XrV,V)−KVPUP(XrP,P)+(−1)iKVRUR(XrR,R) ただし、():第1、第2の支持点を結ぶ直線と重心
の間の距離 gV():可変ゲイン KVV:浮上垂直方向速度ループゲイン KVP:ピッチ方向速度ループゲイン KVR:ローリング方向速度ループゲイン UV :浮上垂直方向速度 UP :ピッチ方向速度 UR :ローリング方向速度 XV :浮上垂直方向位置 XP :ピッチ方向位置 XR :ローリング方向位置 Xrv:浮上垂直方向位置指令 Xrp:ピッチ方向位置指令 XVR:ローリング方向位置指令 の式で表わされ、 第3,第4の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力f
V3,fV4がj=3,4としたとき、 fVj=−gV()KVVUV(XrV,V)+KVPUP(XrP,P) の式で表わされ、 第5,第6の電磁石装置がそれぞれ移動子におよぼす力f
H1,fH2が fH1=−gH()KVHUH(XrH,H)−KVYUY(XrY,Y) fH2=−gH()KVHUH(XrH,H)+KVYUY(XrY,Y) ただし、は∫Xdl,X,,をパラメータとするベクト
ル量(Xのサフィックス省略) KVH:水平方向の速度ループゲイン KVY:ヨーイング方向の速度ループゲイン UH :水平方向要素からなる関数 UY :ヨーイング方向要素からなる関数 XH :水平方向位置 XY :ヨーイング方向位置 XrH:水平方向位置指令 XrY:ヨーイング方向位置指令 の式で表わされる磁気浮上搬送装置の移動子制御方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1215985A JP2949726B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気浮上搬送装置の移動子制御方法 |
PCT/JP1990/001074 WO1991002663A1 (en) | 1989-08-24 | 1990-08-23 | Method of control of moving element of magnetic levitation carrier apparatus |
EP90912472A EP0445294B1 (en) | 1989-08-24 | 1990-08-23 | Method of control of moving element of magnetic levitation carrier apparatus |
DE69015348T DE69015348T2 (de) | 1989-08-24 | 1990-08-23 | Regelungsverfahren eines beweglichen elementes für ein magnetschwebeträgergerät. |
US08/139,886 US5359490A (en) | 1989-08-24 | 1993-10-22 | Method of controlling moving element of magnetic levitation and transport system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1215985A JP2949726B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気浮上搬送装置の移動子制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0382302A JPH0382302A (ja) | 1991-04-08 |
JP2949726B2 true JP2949726B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=16681502
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1215985A Expired - Fee Related JP2949726B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気浮上搬送装置の移動子制御方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5359490A (ja) |
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JP (1) | JP2949726B2 (ja) |
DE (1) | DE69015348T2 (ja) |
WO (1) | WO1991002663A1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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US5654864A (en) * | 1994-07-25 | 1997-08-05 | University Of Virginia Patent Foundation | Control method for magnetic stereotaxis system |
US5814774A (en) * | 1996-03-29 | 1998-09-29 | Otis Elevator Company | Elevator system having a force-estimation or position-scheduled current command controller |
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US5886432A (en) * | 1997-04-28 | 1999-03-23 | Ultratech Stepper, Inc. | Magnetically-positioned X-Y stage having six-degrees of freedom |
US6942469B2 (en) | 1997-06-26 | 2005-09-13 | Crystal Investments, Inc. | Solenoid cassette pump with servo controlled volume detection |
US6208497B1 (en) | 1997-06-26 | 2001-03-27 | Venture Scientifics, Llc | System and method for servo control of nonlinear electromagnetic actuators |
US6982323B1 (en) * | 1997-12-23 | 2006-01-03 | Alexion Pharmaceuticals, Inc. | Chimeric proteins for diagnosis and treatment of diabetes |
US6595041B2 (en) * | 2000-06-28 | 2003-07-22 | Brian Nils Hansen | Method and apparatus for magnetic levitation |
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