JP3340376B2

JP3340376B2 - 磁気浮上装置

Info

Publication number: JP3340376B2
Application number: JP04062098A
Authority: JP
Inventors: 明平森下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2002-11-05
Anticipated expiration: 2018-02-23
Also published as: JPH11243607A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浮上体の支持およ
び案内を磁気吸引力を用いて行う磁気浮上装置に係り、
特に、浮上体の支持および案内のために必要な電磁石の
数を減らし、装置の小型化、軽量化を図れるようにする
とともに、より安定な浮上状態が得られるようにした磁
気浮上装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクトリーオートメーションの
一環として、建屋内の複数の地点間で搬送装置を用いて
半製品や資料を移動させることが広く行われている。こ
のような用途の搬送装置には、搬送物を速やかに、かつ
静かに移動させることが要求される。また、クリーンル
ームなどの超清浄空間で使用される搬送装置にあって
は、動作中に塵埃を発生しないことが要求されている。

【０００３】このようなことから、この種の搬送装置に
おいては、ガイドレールに沿わせて搬送車を非接触で走
行させる方式が採用されている。中でも、搬送車を浮上
体とし、これを磁気的に非接触支持する磁気浮上装置を
用いたものは、ガイドレールに対する追従性や騒音、発
塵防止効果に優れている。

【０００４】ところで、浮上体を磁気力を用いて支持す
る場合には、浮上体がたとえばガイドレールの曲線部を
通過するときのように、横方向の外力、つまり浮上方向
（支持方向）とは直交する外力を受けたとき、如何にし
て浮上体の横揺れやヨーイングを抑制し、安定した磁気
浮上状態を維持させるかが重要となる。

【０００５】そこで、従来の磁気浮上装置にあっては、
ガイドレールに対向して設けられた浮上用電磁石とは別
に案内用電磁石を設け、この案内用電磁石を制御するこ
とによって必要な案内力を得たり、あるいは１支持点当
たりにつき２つの電磁石を設け、これら電磁石をガイド
レールに対し左右にずらして配置するとともに各電磁石
をそのぺア毎に制御することによって支持力と案内力と
を得るようにしている。

【０００６】しかし、このような装置構成では、浮上体
の浮上方向の制御と案内方向の制御とを独立的に行う必
要があるので、多数の電磁石が必要となり、電磁石を構
成要素とする磁気支持ユニットや浮上体自身が大形化
し、同時にそれらの重量も増加することになる。この結
果、浮上体を地上側から支持するガイドレール等の構造
物もその支持重量の増加に合わせて強度を増加させなけ
ればならず、結局、装置全体が大形化するという問題が
あった。

【０００７】そこで、本出願人は先に、支持方向吸引力
（支持力）と横方向吸引力（案内力）を同時に発生する
ように電磁石を含む磁気支持ユニットを強磁性ガイドレ
ールに対して対向配置するように浮上体に搭載し、この
配置によって発生する案内力を支持方向のセンサ出力に
基づいて制御する浮上式搬送装置を提唱した（特開平１
−３１５２０４号公報）。

【０００８】すなわち、提唱したものは、浮上体の磁気
浮上系において、支持方向の磁気浮上系と案内方向の磁
気浮上系とを干渉させ、センサにより検出されたどちら
か一方の磁気浮上系の物理量（たとえば浮上体のロール
角等）に基づいて他の磁気浮上系の物理量（たとえば浮
上体の横揺れ速度等）を推定し、センサ出力および推定
した物理量に基づいて磁気浮上系全体を安定化させるこ
とにより、上述した案内用電磁石や案内用センサを不要
化し、装置全体の小形化、簡素化を図れるようにしてい
る。

【０００９】しかしながら、上述した制御方式で支持力
の制御に必要な第１の物理量から案内力の制御に必要な
第２の物理量を推定させた場合、浮上体が完全に磁気浮
上状態でないときには、推定誤差が大きくなるという問
題があった。このように、第２の物理量の推定誤差が大
きくなると、往々にして、強磁性ガイドガイドレールに
吸着している浮上体の浮上開始ができなかったり、浮上
中の浮上体が外力により強磁性ガイドレールに接触した
際に安定な浮上状態に戻れなかったりし、装置の安定性
や信頼性の低下を招く問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の磁
気浮上装置にあっては、支持方向および案内方向の吸引
力制御を独立的に行っているために、磁気支持ユニット
や浮上体自身の大形化、重量の増加により装置が大形化
するという問題があった。また、支持方向と案内方向と
を干渉させる磁気浮上系を構成したものにあっても、浮
上体が浮上状態にないときには、案内方向物理量の推定
誤差が大きくなり、装置の安定性、信頼性が損なわれる
という問題があった。

【００１１】そこで本発明は、支持、案内方向の吸引力
制御に必要な電磁石の数を減らすことができるととも
に、これらの制御を良好に行え、もって装置の小形化、
軽量化、安定化を図れる磁気浮上装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る磁気浮上装置は、磁性体で形成された
ガイドと、前記ガイドの近傍に配置された浮上体と、前
記ガイドに空隙を介して対向するように前記浮上体に搭
載された電磁石を含み、前記ガイドで前記浮上体を磁気
力支持させるための支持力と該支持方向に対して略直交
する方向に前記浮上体を案内するための案内力とを同時
に発生する磁気支持ユニットと、前記電磁石と前記ガイ
ドおよび前記空隙を通る磁気回路の状態を検出するセン
サ部と、前記センサ部の出力に基づき前記支持力の制御
に必要な少なくとも一つの第１の物理量及び前記案内力
の制御に必要な前記磁気回路に関わる少なくとも一つの
第２の物理量のうちのいずれか一方の物理量の検出演算
を行うと共に、該一方の物理量から他方の物理量の推定
演算を行う演算手段と、前記演算手段により演算される
前記第１および第２の物理量に基づき、前記磁気回路を
安定化させるように前記電磁石の励磁電流を制御して前
記浮上体を磁気浮上させる制御手段と、前記センサ部の
所定の出力が所定範囲内にあるか所定範囲外にあるかを
判定する判定手段と、前記判定手段により前記センサ部
の出力が所定範囲外にあると判定されたとき、前記演算
手段により演算される前記第１および第２の物理量のう
ち前記推定演算により求められる前記他方の物理量の出
力を無効にする手段とを備えていることを特徴とする。

【００１３】本発明を説明するに当たり、まず本発明装
置における制御手段の作用について説明する。浮上体に
取付けられている電磁石を含む磁気支持ユニットと磁性
体で形成されたガイドとの間に作用する磁気吸引力が支
持方向の力（支持力）とこれと略直交する案内方向の力
（案内力）とに分解できるとき、浮上体の運動は、ガイ
ドに対する水平方向の移動量と、ガイドとの間の鉛直方
向の距離と、浮上体に加わる外力とによって支配され
る。一方、電磁石の励磁電流は、上記移動量の時間変化
率と、上記距離の時間変化率と、励磁電流の時間変化率
と、電磁石励磁電圧との関数になる。

【００１４】本発明に係る磁気浮上装置の１つの例で
は、前記距離またはその時間変化率または前記励磁電流
もしくはそれらの関数などの支持力の制御に必要な第１
の物理量を得るためのセンサ部が設けられており、さら
に上記第１の物理量の検出演算と第１の物理量から前記
移動量またはその時間変化率または浮上体に加わる外力
もしくはそれらの関数などの案内力の制御に必要な第２
の物理量の推定演算を行うための演算手段が設けられて
いる。上記制御手段は、第１、第２の物理量に基づいて
浮上体を安定に浮上させるべく各磁気支持ユニットの電
磁石に供給される励磁電圧を制御する。

【００１５】ここで、本発明に係る磁気浮上装置では、
各磁気支持ユニットとガイドとの間の浮上ギャツプ長が
所定の範囲外にあるときに、前記演算手段の出力を無効
にする選択手段を前記制御手段が備えている。

【００１６】このため、安定に浮上している浮上体が外
力等の原因でガイドや他の構造物に接触しても、この接
触を前記センサ部の出力に基づいて検出し、上記選択手
段が上記第２の物理量の演算手段の出力を無効にするた
め、浮上体の接触により発生する演算手段の推定誤差が
励磁電圧にフィードバックされることがない。

【００１７】したがって、浮上体が強磁性ガイド等に接
触した状態にあっても大きな演算誤差を含む第２の物理
量が励磁電圧にフィードバックされることがなく、支持
力の制御に必要な第１の物理量のみが励磁電圧にフィー
ドバックされるので、浮上体を確実に接触状態から浮上
状態へ復帰させることができる。そして、浮上体が再び
浮上状態に戻ると、センサ部の出力に基づいて選択手段
が第２の物理量の演算手段の出力を有効にするため、浮
上体には再び案内力の制御が施され、支持方向および案
内方向の両方について浮上体の磁気浮上状態が安定に保
たれる。

【００１８】この結果、支持および案内方向の吸引力制
御に必要な電磁石の数を減らすことができるとともに、
浮上体が浮上状態にあるときだけでなくガイド等の他の
構造物と接触状態にある場合でも確実に浮上体を浮上状
態に戻すことができ、装置の小形化、軽量化を実現する
とともに磁気浮上状態の安定化を図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図１乃至図４には本発明の第一の
実施形態に係る磁気浮上装置１０の主要部が示されてい
る。

【００２０】これらの図において、１１は断面が逆Ｕ字
状に形成され、たとえばオフィス空間において障害物を
避けるようにして敷設された軌道枠を示している。軌道
枠１１の上部壁下面には２本のガイドレール１２ａ，１
２ｂが平行に敷設されている。軌道枠１１の側壁内面に
はそれぞれ断面がコ字状に形成された非常用ガイドレー
ル１３ａ，１３ｂが互いの解放側を対面させて配設され
ている。

【００２１】ガイドレール１２ａ，１２ｂの下側には、
浮上体１５がガイドレール１２ａ，１２ｂに沿って走行
自在に配置されている。軌道枠１１の上部壁下面でガイ
ドレール１２ａ，１２ｂの間の部分には、図２および図
３に示すように、ガイドレール１２ａ，１２ｂに沿って
所定の距離を隔ててリニア誘導電動機の固定子１６が配
置されている。

【００２２】ガイドレール１２ａ，１２ｂは、強磁性体
で平板状に形成されており、オフィスへの据付作業を容
易化するため分割構造となっている。そして、各分割部
材２１の継目部分Ａには所定の接合処理が施されてい
る。

【００２３】浮上体１５は次のように構成されている。
すなわち、ガイドレール１２ａ，１２ｂの下面と対向す
るように平板状の基台２５を配置している。この基台２
５は、進行方向に配置された２つの分割板２６ａ，２６
ｂと、両分割板２６ａ，２６ｂを進行方向と直交する平
面内で回転可能に連結する回転軸と軸受からなる連結機
構２７とで構成されている。

【００２４】基台２５の上面四隅位置には、磁気支持ユ
ニット３１ａ〜３ｌｄが搭載されている。これら磁気支
持ユニット３ｌａ〜３１ｄは、図２に示すように、ボル
ト３２および台座３３を用いて基台２５の上面に取付け
られている。これら磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄの
近傍には、同ユニット３１ａ〜３１ｄとガイドレール１
２ａ，１２ｂの下面との間の空隙長を検出する光学的な
ギャップセンサ３４ａ〜３４ｄが取付けられている。

【００２５】基台２５の下面には、連結部材３５ａ，３
５ｂ，３６ａ，３６ｂを介して搬送物を収納するための
容器３７，３８がそれぞれ取付けられている。これら容
器３７，３８の上面には、前述した４つの磁気支持ユニ
ット３１ａ〜３１ｄの磁気的吸引力を制御するための制
御装置４１と、定電圧発生装置４２と、これらに電力を
供給する小容量の電源４３とがそれぞれ２組ずつ計４組
搭載されている。

【００２６】基台２５の下面四隅位置には、磁気支持ユ
ニット３１ａ〜３１ｄの磁気力が喪失したときに非常用
ガイドレール１３ａ，１３ｂの上下壁内面に接触して浮
上体１５を上下方向に支持するための４つの縦車輪４５
と、同非常用ガイドレール１３ａ，１３ｂの側壁内面に
接触して浮上体１５を左右方向に支持し、過大な横方向
の外力で浮上体１５がガイドレール１２ａ，１２ｂから
外れて脱落することを防止するための横車輪４７とがそ
れぞれ取付けられている。

【００２７】なお、基台２５は前述したリニア誘導電動
機の可動要素である二次導体板を兼ねたものであり、装
置の稼働時には固定子１６と僅かのギャップを介して対
向する高さに位置する。

【００２８】各磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄは、図
４に磁気支持ユニット３１ａだけを取出して代表して示
すように、上端部がガイドレール１２ａ（１２ｂ）の下
面に対して外側にずれて対向するように浮上体１５の進
行方向と直交する方向に配置された２つの電磁石５１，
５２と、これら電磁石５１，５２の各下部側面間に介挿
された永久磁石５３とで構成されており、全体としてＵ
字状に形成されている。各電磁石５１，５２は、強磁性
体で形成された継鉄５５と、この継鉄５５に巻装された
コイル５６とで構成されている。そして、電磁石５１，
５２の継鉄５５同士の外側寸法Ｌ２は、ガイドレール１
２ａ（１２ｂ）の幅Ｌ１より所定だけ大きくなる関係に
設定されている。各コイル５６は、電磁石５１，５２に
よって形成される磁束が互いに加算されるような向きで
直列に接続されている。

【００２９】制御装置４１は、図１に示すように分割さ
れてはいるが、たとえば図５に示すように、全体として
１つに構成されている。なお、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５６周辺の
電力経路を示している。

【００３０】この制御装置４１は、浮上体１５に取付け
られて磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄによって形成さ
れる磁気回路中の起磁力あるいは磁気抵抗もしくは浮上
体１５の運動の変化を検出するセンサ部６１と、このセ
ンサ部６１からの信号に基づいて各コイル５６に電力を
供給するパワーアンプ６３ａ〜６３ｄとで構成されてい
る。

【００３１】電源４３はパワーアンプ６３ａ〜６３ｄに
電力を供給すると同時に、演算回路６２およびギャップ
センサ３４ａ〜３４ｄに一定電圧で電力を供給する定電
圧発生装置４２にも電力を供給している。

【００３２】定電圧発生装置４２は、パワーアンプ６３
ａ〜６３ｄへの大電流の供給などにより電源４３の電圧
が変動しても常に一定の電圧で演算回路６２およびギャ
ップセンサ３４ａ〜３４ｄに電力を供給する。このた
め、演算回路６２およびギャップセンサ３４ａ〜３４ｄ
は常に正常に動作する。

【００３３】センサ部６１は、前述したギャップセンサ
３４ａ〜３４ｄと、各コイル５６の電流値を検出する電
流検出器６５ａ〜６５ｄとで構成されている。演算回路
６２は、図１に示される運動座標毎に浮上体１５の磁気
浮上制御を行っている。以下では、浮上体１５のｚ座標
に関する磁気浮上制御系をｚモード、ｙ方向（案内方
向）の運動に関わる浮上体１５のθ座標における磁気浮
上制御系をθｙモード、ψ方向（ヨー方向）の運動に関
わる浮上体１５のθ座標における磁気浮上制御系をθψ
モード、浮上体１５のξ座標に関する磁気浮上制御系を
ξモードとする。この浮上制御方式については、たとえ
ば特開平１−３１５２０４号公報にも詳細に述べられて
いるので、ここでは省略する。

【００３４】すなわち、演算回路６２は、ギャップセン
サ３４ａ〜３４ｄからのギャップ長信号ｚａ〜ｚｄが所
定の範囲内、たとえば、非常用ガイドレール１３ａ，１
３ｂの上下壁のいずれか一方の内面に浮上体１５の縦車
輪４５が接触しない範囲内にあるか否かを判定する判定
回路７１と、ギャップセンサ３４ａ〜３４ｄから得られ
たギャップ長信号ｚａ〜ｚｄよりそれぞれのギヤップ長
設計値ｚａｏ〜ｚｄｏを減算して得られるギャップ長偏
差信号Δｚａ〜Δｚｄを演算する減算器８０ａ〜８０ｄ
と、ギャップ長偏差信号Δｚａ〜Δｚｄを用いて浮上体
１５の重心のｚ方向（支持方向）の移動量Δｚ、同重心
のｙ方向（案内方向）の移動に伴う分割板２６ａ，２６
ｂのθ方向（ロール方向）のそれぞれの回転角の和Δθ
ｙ、浮上体１５のψ方向（ヨー方向）の回転に伴う分割
板２６ａ，２６ｂのθ方向（ロール方向）のそれぞれの
回転角の差Δθψおよび浮上体１５のξ方向（ピッチ方
向）の回転角Δξを演算する浮上ギャップ長偏差座標変
換回路８１と、電流検出器６５ａ〜６５ｄで得られた励
磁電流検出信号ｉａ〜ｉｄよりそれぞれの電流設計値ｉ
ａｏ〜ｉｄｏを減算して得られる電流偏差信号Δｉａ〜
Δｉｄを演算する減算器８２ａ〜８２ｄと、電流偏差信
号Δｉａ〜Δｉｄを用いて浮上体１５の重心のｚ方向の
運動に関わる電流偏差Δｉｚ、同重心のｙ方向の移動に
伴う分割板２６ａ，２６ｂのローリングに関わる電流偏
差Δｉθｙ、浮上体１５のψ方向の回転に伴う分割板２
６ａ，２６ｂのローリングに関わる電流偏差Δｉθψお
よび浮上体１５のピッチングに関わる電流偏差Δｉξを
演算する電流偏差座標変換回路８３と、浮上ギャップ長
偏差座標変換回路８１および電流偏差座標変換回路８３
の出力Δｚ，Δθｙ，Δθψ，Δξ，Δｉｚ，Δｉθ
ｙ，Δｉθψ，Δｉξを用いて浮上体１５のｙ方向の移
動量Δｙ、同ψ方向の回転量Δψ、それらの時間変化率
Δ^・ｙ，Δ^・ψ（以下、記号“^・”は時間変化率を表
す）、分割板２６ａ，２６ｂに加えられたθ方向の外乱
トルクの和Ｔθｙおよび同θ方向の外乱トルクの差Ｔθ
ψを演算し、ｚ，θｙ，θψ，ξの各モードにおいて浮
上体１５を安定に磁気浮上させるモード別電磁石制御電
圧ｅｚ，ｅθｙ，ｅθψ，ｅξを演算する制御電圧演算
回路８４と、制御電圧演算回路８４の出力ｅｚ，ｅθ
ｙ，ｅθψ，ｅξに基づいて前記磁気支持ユニット３１
ａ〜３１ｄのそれぞれの電磁石励磁電圧ｅａ〜ｅｄを演
算する制御電圧座標逆変換回路８５とで構成されてい
る。そして、制御電圧座標逆変換回路８５の演算結果、
つまり上述したｅａ〜ｅｄがパワーアンプ６３ａ〜６３
ｄに与えられる。

【００３５】制御電圧演算回路８４は、Δｚ，Δｉｚを
用いてｚモードの電磁石制御電圧ｅｚを演算する上下動
モード制御電圧演算回路８６と、Δθｙ，Δｉθｙおよ
び判定回路７１の出力信号ＧＳを用いてθｙモードの電
磁石制御電圧ｅθｙを演算するロール・左右動モード制
御電圧演算回路８７と、Δθψ，Δｉθψおよび判定回
路７１の出力信号ＧＳを用いてθψモードの電磁石制御
電圧ｅθψを演算するロール・ヨーモード制御電圧演算
回路８８と、Δξ，Δｉξを用いてξモードの電磁石制
御電圧ｅξを演算するピッチモード制御電圧演算回路８
９とで構成されている。

【００３６】上下動モード制御電圧演算回路８６は図６
のように構成されている。すなわち、ｚモードの磁気浮
上制御系が浮上体１５のｙ方向およびψ方向の運動とは
無関係であるとみなせるため、Δｚ，Δｉｚを用いてΔ
ｚの時間変化率Δ^・ｚの推定値Δ^・∧ｚ（以下、記号
“＾”は推定値を表す）およびｚモードの外力ｕｚの推
定値ｕ^∧ｚを演算する上下動モード状態観測器９０と、
Δｚ，Δ^・∧ｚ，Δｉｚ，ｕ^∧ｚに適当なフィードバッ
クゲインを乗じるゲイン補償器９１と、電流偏差目標値
発生器９２と、Δｉｚを電流偏差目標値発生器９２の目
標値より減じる減算器９３と、減算器９３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９
４と、ゲイン補償器９１の出力値の総和を演算する加算
器９５と、加算器９５の出力値を積分補償器９４の出力
値より減じてｚモ−ドの電磁石励磁電圧ｅｚを出力する
減算器９６とで構成されている。

【００３７】ピッチモード制御電圧演算回路８９は、図
９に示すように、上下動モード制御電圧演算回路８６と
同様に構成されている。すなわち、ξモードの磁気浮上
制御系も浮上体１５のｙ方向およびψ方向の運動とは無
関係であるとみなせるため、上下動モード制御電圧演算
回路８６における上下動モード状態観測器９０を、Δ
ξ，Δｉξを用いてΔ^・∧ξおよびξモードの外乱トル
ク推定値Ｔ^∧ξを演算するピッチモード状態観測器９７
に置換えたものとなっており、他は上下動モード制御電
圧演算回路８６と同一構成となっている。したがって、
この図９では対応する要素を同じ番号で示し、かつその
番号に添字ａを付して示してある。

【００３８】ロール・左右動モード制御電圧演算回路８
７は、図７に示すように構成されている。すなわち、Δ
θｙを微分してΔ^・θｙを出力する微分器９８と、Δθ
ｙ，Δ^・θｙ，Δｉθｙを用いてΔ^∧ｙ，Δ^・∧ｙおよび
θｙモードの外乱トルク推定値Ｔ^∧θｙを演算するロー
ル・左右動モード状態観測器９９と、Δθｙ，Δ^・θ
ｙ，Δｉθｙに適当なフィードバックゲインを乗じるゲ
イン補償器９１ｂと、Δ^∧ｙ，Δ^・∧ｙ，Ｔ^∧θｙに適
当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器９１
ｂ′と、Δｉθｙを電流偏差目標値発生器９２ｂの目標
値より減じる減算器９３ｂと、減算器９３ｂの出力値を
積分して適当なフィードバックゲインを乗じる積分補償
器９４ｂと、ゲイン補償器９１ｂ，９１ｂ′の出力値の
総和を演算する加算器９５ｂと、加算器９５ｂの出力値
を積分補償器９４ｂの出力値より減じてθｙモードの電
磁石制御電圧ｅθｙを出力する減算器９６ｂとで構成さ
れている。

【００３９】また、ロール・ヨーモード制御電圧演算回
路８８は、図８に示すように構成されている。この図か
らも判るように、ロール・ヨーモード制御電圧演算回路
８８は、図７に示したロール・左右動モード制御電圧演
算回路８７と同様に構成されている。すなわち、Δθψ
を微分してΔ^・θψを出力する微分器９８ａと、Δθ
ψ，Δ^・θψ，Δｉθψを用いてΔ^∧ψ，Δ^・∧ψおよび
θψモードの外乱トルク推定値Ｔ^∧θψを演算するロー
ル・ヨーモード状態観測器１００と、Δθψ，Δ^・θ
ψ，Δｉθψに適当なフィードバックゲインを乗じるゲ
イン補償器９１ｃと、Δ^∧ψ, Δ^・∧ψ，Ｔ^∧θψに適
当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器９１
ｃ′と、Δｉθψを電流偏差目標値発生器９２ｃで設定
された目標値より減じる減算器９３ｃと、減算器９３ｃ
の出力値を積分して適当なフィードバックゲインを乗じ
る積分補償器９４ｃと、ゲイン補償器９１ｃ，９１ｃ′
の出力値の総和を演算する加算器９５ｃと、加算器９５
ｃの出力値を積分補償器９４ｃの出力値より減じてθψ
モードの電磁石制御電圧ｅθψを出力する減算器９６ｃ
とで構成されている。

【００４０】ここで、ロール・左右動モード制御電圧演
算回路８７のゲイン補償器９１ｂおよび積分補償器９４
ｂと、ロール・ヨーモード制御電圧演算回路８８のゲイ
ン補償器９１ｃおよび積分補償器９４ｃとは、図１０
(a),(b) に示されるように、判定回路７１の出力信号Ｇ
Ｓに基づいて、浮上体１５が非常用ガイドレール１３
ａ，１３ｂに接触せずに浮上しているときにはゲイン
Ｆ，Ｋを、接触しているときにはゲインＦ′，Ｋ′を選
択する選択手段７３ａ，７３ｂを備えている。ここで、
ゲインＦ，Ｋは浮上体１５の浮上状態を維持するのに適
した値であり、ゲインＦ′，Ｋ′は浮上状態にない浮上
体１５を浮上させるのに適した値である。

【００４１】さらに、ロール・左右動モード制御電圧演
算回路８７のゲイン補償器９１ｂ′と、ロール・ヨーモ
ード制御電圧演算回路８８のゲイン補償器９１ｃ′と
は、図１１に示されるように、判定回路７１の出力信号
ＧＳに基づいて、浮上体１５が非常用ガイドレール１３
ａ，１３ｂに接触せずに浮上しているときにはゲイン
Ｆ，Ｋを、接触しているときにはゼロを選択する選択手
段７３ｃを備えている。

【００４２】したがって、浮上体１５が非接触で浮上し
ていない場合には、ロール・左右動モード状態観測器９
９およびロール・ヨーモード状態観測器１００で観測さ
れる案内系の推定値Δ^∧ｙ，Δ^・∧ｙ，Ｔ^∧θｙおよび
Δ^∧ψ，Δ^・∧ψ，Ｔ^∧θψが電磁石制御電圧ｅθｙ，
ｅθψにフィードバックされず、案内系の物理量の演算
手段の一つであるロール・左右動モード状態観測器９９
およびロール・ヨーモード状態観測器１００の出力は無
効となる。

【００４３】次に、上記のように構成された磁気浮上装
置の動作を説明する。装置が停止状態にあるときには、
非常用ガイドレール１３ａ，１３ｂの上下壁のいずれか
一方の内面に浮上体１５の縦車輪４５が接触している。
この状態で装置を起動させると、判定回路７１の出力信
号ＧＳに基づいて選択手段７３ａ，７３ｂがゲイン補償
器９ｌｂ（９１ｃ），積分補償器９４ｂ（９４ｃ）にお
いてそれぞれゲインＦ′，Ｋ′を選択するとともに、選
択手段７３ｃがゲイン補償器９１ｂ′（９１ｃ′）にお
いてゼロを選択する。

【００４４】このため、たとえば左右のガイドレール１
２ａ，１２ｂの平面度に狂いがあり、それによって各ギ
ャップセンサ３４ａ〜３４ｄがあたかも浮上体１５にロ
ールやヨーが発生している時のような信号を出力してい
ても、ロール・左右動モード状態観測器９９およびロー
ル・ヨーモード状態観測器１００の案内系の推定値Δ^∧
ｙ，Δ^・∧ｙ，Ｔ^∧θｙおよびΔ^∧ψ，Δ^・∧ψ，Ｔ^∧θ
ψが電磁石制御電圧ｅθｙ，ｅθψにフイードバックさ
れず、制御装置４１は浮上系の状態変数のみを用いた浮
上制御を行うことになる。

【００４５】これにより、制御装置４１は各磁気支持ユ
ニット３１ａ〜３１ｄに設けられた永久磁石が発生する
磁束と同じ向きまたは逆向きの磁束を各磁気支持ユニッ
ト３１ａ〜３１ｄの電磁石で発生させるとともに、磁気
支持ユニット３１ａ〜３１ｄとガイドレール１２ａ，１
２ｂとの間に所定のギャップ長を維持させるべく各励磁
コイル５６に流す電流を制御する。

【００４６】この結果、図４に示したように、各磁気支
持ユニットの近傍には、永久磁石５３〜継鉄５５〜ギャ
ップＰ〜ガイドレール１２ａ（１２ｂ）〜ギヤップＰ〜
継鉄５５〜永久磁石５３の経路からなる磁気回路が形成
される。この場合、前記電流設計値ｉａｏ〜ｉｄｏおよ
びｚ〜ξモードの各電流偏差目標値発生器９２，９２
ａ，９２ｂ，９２ｃの出力を零にセットしておくと、ギ
ャップ長は浮上体１５など被支持体の重量と、各永久磁
石５３の起磁力による各磁気支持ユニット３１ａ〜３１
ｄと各ガイドレール１２ａ，１２ｂとの間の磁気的吸引
力とが丁度釣合う値に落着くことになる。このとき、連
結機構２７の存在によて、各磁気支持ユニット３１ａ〜
３１ｄとガイドレール１２ａ，１２ｂとの間のギャップ
長は、互いに干渉しない独立した値に保持される。制御
装置４１は、この磁気ギャップ長を維持すべく各磁気支
持ユニット３Ｉａ〜３１ｄの電磁石の励磁電流制御を行
う。これによって、いわゆるゼロパワー制御がなされ
る。

【００４７】そして、浮上体１５が浮上すると、各ギャ
ツプセンサ３４ａ〜３４ｄの出力信号レベルが一定の範
囲に入り、判定回路７１は浮上体１５が浮上したと判定
する。この結果、選択手段７３ａ〜７３ｃは、判定回路
７１の出力信号ＧＳに基づいてゲイン補償器９１ｂ（９
１ｃ），９Ｉｂ′（９１ｃ′）においてゲインＦを、積
分補償器９４ｂ（９４ｃ）においてゲインＫを選択す
る。すると、たとえば、浮上体１５がガイドレール１２
ａ，１２ｂの曲線部分を通過するときなどのように、浮
上体１５に走行方向と直交する方向の力、つまり案内方
向の外力が加わったことによって浮上体１５がｙ方向お
よびψ方向に揺れようとしても、上記揺れに伴うΔθ
ｙ，Δ^・θｙ，Δｉθｙ，Δθψ，ΔθψおよびΔｉθ
ψの変化から直ちにロール・左右動モード状態観測器９
９およびロール・ヨーモード状態観測器１００により推
定値Δ^∧ｙ，Δ^・∧ｙ，Ｔ^∧ ｙ，Δ^∧ψ，Δ^・∧ψおよ
びＴ^∧θψが演算される。

【００４８】これらの推定値はゲイン補償器９１ｂ′
（９Ｉｃ′）を介してθｙモードの電磁石制御電圧ｅθ
ｙおよびθψモードの電磁石制御電圧ｅθψにフィード
バックされ、ｅθｙおよびｅθψは制御電圧座標逆変換
回路８５によって磁気支持ユニツト３１ａ〜３１ｄのそ
れぞれの電磁石励磁電圧ｅａ〜ｅｄに変換される。

【００４９】したがって、図２を参照しながら説明する
と、磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄのうちのガイドレ
ール１２ａ（１２ｂ）の中心から遠ざかる磁気支持ユニ
ットについては吸引力が増加し、ガイドレール１２ｂ
（１２ａ）の中心に近付く磁気支持ユニットについては
吸引力が減少するように制御装置４１が各コイル５６を
励磁することになる。このため、浮上体１５に生じたｙ
方向およびψ方向の揺れは、連結機構２７を軸とした分
割板２６ａ，２６ｂの互いに独立したローリングととも
に急速に減衰し、再び安定した磁気浮上状態に回復する
ことになる。

【００５０】なお、浮上体１５がリニア誘導電動機の固
定子の真下にあるときに固定子を付勢すると、基台２５
が固定子から推進力を受ける。この結果、浮上体１５は
磁気浮上状態のままガイドレール１２ａ，１２ｂに沿っ
て走行を開始する。浮上体１５が空気抵抗等の影響で完
全に静止するまでの間に再び固定子が配置されていれ
ば、浮上体１５は再度推進力を受ける。このため、ガイ
ドレール１２ａ，１２ｂに沿った移動を持続する。した
がって、浮上体１５を非接触状態で目的とする地点まで
移動させることができる。

【００５１】ところで、浮上体１５が浮上方向の強い力
を受けて縦車輪４５が非常用ガイドレール１３ａ（１３
ｂ）に接触するようなことがあると、ロール・左右動モ
ード状態観測器９９およびロール・ヨーモード状態観測
器１００で演算される案内系の推定値Δ^∧ｙ，Δ
^・∧ｙ，Ｔ^∧θｙおよびΔ^∧ψ，Δ^・∧ψ，Ｔ^∧θψに誤
差が生じて浮上体１５の浮上状態への回復が困難にな
る。

【００５２】しかし、この例においては、各ギャップセ
ンサ３４ａ〜３４ｄの出力信号が一定範囲を超えて小さ
くなったり、大きくなったりしたときに、縦車輪４５が
非常用ガイドレール１３ａ，１３ｂに接触したと判定回
路７１が判定する。そして、判定回路７１の出力信号Ｇ
Ｓに基づいて選択手段７３ａ，７３ｂがゲイン補償器９
ｌｂ（９１ｃ），９４ｂ（９４ｃ）においてゲイン
Ｆ′，Ｋ′を選択するとともに、選択手段７３ｃがゲイ
ン補償器９１ｂ′（９１ｃ′）においてゼロを選択す
る。この結果、ロール・左右動モード状態観測器９９お
よびロール・ヨーモード状態観測器１００によって演算
される誤差を含む推定値Δ^∧ｙ，Δ^・∧ｙ，Ｔ^∧θｙお
よびΔ^∧ψ，Δ^・∧ψ，Ｔ^∧θψが電磁石制御電圧ｅθ
ｙ，ｅθψにフィードバックされず、制御装置４１は浮
上系の状態変数のみを用いた浮上制御を行うことにな
る。そして、上述の浮上方向の外力が取除かれれば、浮
上体１５は再び安定した磁気浮上状態に回復することに
なる。

【００５３】なお、本発明は上述した例に限定されるも
のではない。たとえば、上述した例では、基台２５が２
つの分割板２６ａ，２６ｂとこれらを互いに回転可能に
連結する連結機構２７とで構成し、浮上体１５に取付け
られる磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄの浮上ギャップ
長が互いに独立に設定できるような構成となっている
が、これは磁気支持ユニットの浮上体１５への取付け方
法を何等限定するものではなく、図１２に示すように、
高剛性の平板で構成される基台２５の四隅に磁気支持ユ
ニット３１ａ〜３１ｄを取付け、それぞれの磁気支持ユ
ニット３１ａ〜３１ｄの浮上ギャップ長が互いに独立に
変化しないようにしてもよい。

【００５４】先の例では、浮上体のψ方向の回転運動が
２つの分割板２６ａ，２６ｂの互いに逆向きのθ方向の
回転運動に関係するが、基台２５を一枚の平板で構成し
た場合には無関係になる。以下では、２つの分割板２６
ａ，２６ｂの互いに逆向きのθ方向の回転運動とは無関
係になった浮上体１５ａのψ方向の回転運動をψモード
とする。それぞれの磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄの
浮上ギャップ長が互いに独立に変化しない場合の各磁気
支持ユニット３１ａ〜３１ｄの電磁石励磁電流をゼロに
収束させるゼロパワー制御方式とこれに関わる案内制御
方式については、たとえば、本出願人が先に提唱た特願
平４−３５１１６７号にも述べられており、ここではそ
の詳細な説明を省略する。

【００５５】この磁気浮上装置１０ａは、磁気支持ユニ
ツト３１ａ〜３１ｄを高剛性の基台２５に取付けて浮上
体１５ａを構成している。この磁気浮上装置１０ａにお
いては、先の磁気浮上装置１０で用いている制御装置４
１と同様の構成の制御装置４１ａが用いられている。

【００５６】制御装置４１ａの構成を図１３に示す。制
御電圧演算回路８４ｂにおいて、上下動モード制御電圧
演算回路８６ｂ、ロール・左右動モード制御電圧演算回
路８７ｂおよびピッチモード制御電圧演算回路８９ｂ
は、先の例の上下動モード制御電圧演算回路８６、ロー
ル，左右動モード制御電圧演算回路８７およびピッチモ
ード制御電圧演算回路８９と同様に構成されている。

【００５７】浮上体１５ａにおける基台２５が高剛性を
有するため、先の例で用いている浮上ギャップ長偏差座
標変換回路８１とロール・ヨーモード制御電圧演算回路
８８とが浮上ギャップ長偏差座標変換回路８１ｂとヨー
モード制御電圧演算回路２２７に変更されている。そし
て、制御電圧演算回路８４ｂの出力ｅｚ，ｅθｙ，ｅθ
ψ，ｅξに基づいて制御電圧座標逆変換回路８５ｂが磁
気支持ユニット３１ａ〜３１ｄのそれぞれの電磁石励磁
電圧ｅａ〜ｅｄを演算する。

【００５８】浮上ギャップ長偏差座標変換回路８１ｂ
は、ギヤップ長偏差信号Δｚａ〜Δｚｄから浮上体１５
ａの重心のｚ方向（支持方向）の移動量Δｚ、同重心の
ｙ方向（案内方向）の移動に伴う基台２５のθ方向（ロ
ール方向）の回転角Δθｙ、浮上体１５ａのξ方向（ピ
ッチ方向）の回転角Δξを演算する。

【００５９】一方、ヨーモード制御電圧演算回路２２７
は、図１４のように構成されている。すなわち、Δｉθ
ψおよびψモードの電磁石制御電圧ｅθψを導入して浮
上体１５ａのヨー角Δψおよびヨー方向角速度Δψのそ
れぞれの推定値Δ^∧ψおよびΔ^・∧ψを推定してΔ
^∧ψ，Δ^・∧ψおよびΔｉθψを出力するヨーモード状
態観測器２３０と、Δｉθψに適当なフィードバックゲ
インを乗じるゲイン補償器９１ｄと、Δ^∧ψおよびΔ
^・∧ψに適当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補
償器９１ｄ′と、Δｉθψを電流偏差目標値発生器９２
ｄで設定された目標値より減じる減算器９３ｄと、減算
器９３ｄ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９４ｄと、ゲイン補償器９１ｄ，９
１ｄ′の出力値の総和を演算する加算器９５ｄと、加算
器９５ｄの出力値を積分補償器９４ｄの出力値より減じ
てψモードの電磁石制御電圧ｅθψを出力する減算器９
６ｄとで構成されている。

【００６０】ここで、ゲイン補償器９１ｄおよび積分補
償器９４ｄは、先の例におけるゲイン補償器９１ｂおよ
び積分補償器９４ｂの場合と同様に判定回路７１の出力
信号ＧＳに基づいて動作する選択手段によりゲインを選
択するようにしている。さらに、ゲイン補償器９ｌｄ′
も、ゲイン補償器９１ｂ′の場合と同様に判定回路７１
の出力信号ＧＳに基づいて動作する選択手段により案内
系の物理量推定値Δ^∧ψ，Δ^・∧ψの電磁石制御電圧ｅ
θψへのフィードバックに関して有効、無効を選択す
る。

【００６１】こうした構成により、基台２５が分割され
ておらず、取扱いが容易で高い剛性を有する浮上体１５
ａにおいても先の例と同様の効果を得ることができる。
また、上記各例では、浮上体１５（１５ａ）が強磁性の
ガイドに沿って走行可能なように強磁性のガイドとして
２本のガイドレール１２ａ，１２ｂが用いられている
が、これは強磁性のガイドの配置、形状および個数を何
等限定するものではない。たとえば、図１５に示すよう
に、電磁石５１、５２の継鉄５５を覆う長方形より長
さ、幅とも短く形成された４つのガイド１２３ａ〜１２
３ｄに対して、磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄを、ψ
方向に回転した浮上体１５に加わる各磁気支持ユニット
３１ａ〜３１ｄにおけるＸ方向の案内力とｙ方向の案内
力とが浮上体１５に同一方向のヨーイングを発生させる
ように対向配置させても何等差支えない。

【００６２】磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄをこのよ
うに配置すると、浮上体１５の磁気浮上系において浮上
体１５のピッチングが前後方向（ｘ方向）の揺れと干渉
することになる。この運動系をξｘモードとする。ま
た、この配置により浮上体１５に加わるψ方向のトルク
がｘ方向の案内力とｙ方向の案内力との和で決定される
ため、浮上体１５のヨーイングを効果的に減衰させるこ
とが可能となる。

【００６３】こうした構成は、防振台等に有効である。
この例における浮上案内制御方式については、本出願人
が先に提唱た特開平１−３１５２０４号公報にも述べら
れており、ここではその詳細な説明を省略する。

【００６４】図１６には図１５の組み合わせに対処する
制御装置４１ｂが示されている。すなわち、演算回路６
２ｃの制御電圧演算回路８４ｃは、図５に示されている
ピッチモード制御電圧演算回路８９をΔξ，Δｉξより
ξｘモードの電磁石励磁電圧ｅξｘを演算するピッチ・
前後動モード制御電圧演算回路１２８に置換えて構成さ
れている。

【００６５】ξｘモードでは磁気浮上系がθｙモードと
同様に記述できるため、ピッチ・前後動モード制御電圧
演算回路１２８はロール・左右動モード制御電圧演算回
路８７と同じ構成となる。すなわち、図１７にも示すよ
うに、Δξｘを微分してΔ^・ξｘを出力する微分器９８
ｅと、Δξｘ，Δ^・ξｘ，Δｉξを用いてΔ^∧ｘ，Δ^・∧
ｘおよびξｘモードの外乱トルク推定値Ｔ^∧ξを演算す
るピッチ・前後動モード状態観測器９７ｃと、Δξ，Δ
^・ξ，Δｉξに適当なフィードバックゲインを乗じるゲ
イン補償器９１ｅと、Δ＾ｘ，Δ^・∧ｘ，Ｔ^∧ξに適当
なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器９Ｉｅ′
と、Δｉξを電流偏差目標値発生器９２ｅの目標値より
減じる減算器９３ｅと、減算器９３ｅ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９４ｅ
と、ゲイン補償器９１ｅ，９１ｅ′の出力値の総和を演
算する加算器９５ｅと、加算器９５ｅの出力値を積分補
償器９４ｅの出力値より減じてξｘモードの電磁石制御
電圧ｅξｘを出力する減算器９６ｅとで構成されてい
る。

【００６６】ここで、ゲイン補償器９１ｅおよび積分補
償器９４ｅは、先に説明したゲイン補償器９１ｂおよび
積分補償器９４ｂの場合と同様に判定回路７１の出力信
号ＧＳに基づいて動作する選択手段によってゲインを選
択するように構成されている。さらに、ゲイン補償器９
１ｅ′についても、ゲイン補償器９１ｅ′の場合と同様
に、判定回路７１の出力信号ＧＳに基づいて動作する選
択手段によって案内系の物理量推定値Δ^∧ｘ，Δ^・∧ｘ
およびＴ^∧ξの電磁石制御電圧ｅθψへのフイードバッ
クに関して有効、無効を選択するようにしている。

【００６７】また、上述した各例では、２本のガイドレ
ールにそれぞれ２つの磁気支持ユニットの数が対向して
いるが、これは基台を磁気浮上させるための磁気支持ユ
ニットの個数、ガイドレールの本数を何等限定するもの
でない。本発明に係わる磁気浮上装置は、用途、浮上体
の形状、積載重量等により、たとえば図１８，図１９に
示すように種々変形可能である。

【００６８】図１８には３本のガイドレール１２ａ，１
２ｂ，１２ｃのそれぞれに２組が対向するように基台２
５ｂに磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｆを取り付けて浮
上体１５ｂを構成した例が示されている。

【００６９】こうした構成を採用すると、浮上体の総重
量が各ガイドレールに分散されるためガイドレール１本
当たりに加わる負荷重量を小さくすることができる。図
１９には８個の磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｈを基台
２５ｃに取り付けて浮上体１５ｃを構成した例が示され
ている。

【００７０】この構成では、浮上体の総重量が磁気支持
ユニットに分散されるため、磁気支持ユニット１個当た
りに加わる負荷重量を小さくすることができる。また、
上述した各例では、磁気支持ユニットを水平に基台に取
付け、かつ平板状のガイドレールの下面に対向配置させ
ている。しかし、本発明は、この配置関係やガイドレー
ルの断面形状に限定されるものではない。

【００７１】すなわち、磁気支持ユニットがガイドレー
ルに対して吸引力を発生し、この吸引力で磁気制御が実
現できればよく、この条件を満たせば、ガイドもしくは
ガイドレールがどのような配置および断面形状であって
もよい。たとえば図２０〜図２３に示されるように種々
の変形が可能である。

【００７２】すなわち、図２０に示されている例では、
幅が磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄ（但し、ユニット
３ｌｃ，３１ｄは図示せず）の継鉄５５間の外側寸法と
同等の平板状ガイドレール３１４ａ，３１４ｂを軌道枠
３１６に傾けて取付け、さらに磁気支持ユニット３１ａ
〜３１ｄをガイドレール３１４ａ，３１４ｂの下面に対
向させるとともに支持方向の浮上ギャップ長が検出でき
るようにギャップセンサ３４ａ〜３４ｄ（但し、センサ
３４ｃ，３４ｄは図示せず）を基台２５ｄの上面に配置
して浮上体１５ｄを構成している。この場合、磁気支持
ユニット３１ａ〜３ｌｄとガイドレール３１４ａ，３１
４ｂとの間に発生する吸引力は、支持力（Ｚ方向）と案
内力（ｙ方向）とに分解されるため、強い案内力を得る
ことができる。

【００７３】図２１に示される例では、断面が磁気支持
ユニット３１ａ〜３Ｉｄ（但し、ユニット３１ｃ，３１
ｄは図示せず）の２つの継鉄５５に対向するＵ字形状ガ
イドレール３Ｉ８ａ，３１８ｂを軌道枠３２０に縦に取
付け、Ｈ字状の断面形状を有する基台２５ｅの側面四隅
に磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄをガイドレール３１
８ａ，３１８ｂに対向させて配置し、さらに案内方向の
ギャップ長が検出できるようにギヤツプセンサ３４ａ〜
３４ｄ（但し、センサ３４ｃ，３４ｄは図示せず）を磁
気支持ユニット３１ａ〜３Ｉｄに取付けて浮上体１５ｅ
を構成している。また、基台２５ｅの上方には、制御装
置４１ｃ、電源４３および荷台３２２が配置されてい
る。

【００７４】ここで、制御装置４１ｃは図２２に示すよ
うに構成されている。制御装置４１ｃは、全体的には図
５に示される制御装置４１と同様の構成となっている
が、ギャップセンサ３４ａ〜３４ｄでは案内方向の浮上
ギャップ長が検出されるため、図５中の減算器８０ａ〜
８０ｄの入出力信号でｚの付された信号は図２２におい
てはｙが付されている。つまり、制御装置４１ｃでは、
センサ部６１で検出される案内方向の物理量を演算回路
６２ｆに導入し、支持方向の物理量を演算するとともに
支持方向物理量の演算結果に基づいて磁気支持ユニット
３１ａ〜３１ｄの励磁電圧ｅａ〜ｅｄを得るための演算
を行っている。

【００７５】すなわち、演算回路６２ｆは、ギャップセ
ンサ３４ａ〜３４ｄからのギャップ長信号ｙａ〜ｙｄが
所定の範囲内、たとえばガイドレール３１８ａ，３１８
ｂのいずれか一方の内面に浮上体１５ｇが接触しない範
囲内にあるか否かを判定する判定回路７１と、ギャップ
センサ３４ａ〜３４ｄからのギャップ長信号ｙａ〜ｙｄ
よりそれぞれのギャップ長設計値ｙａｏ〜ｙｄｏを減算
して得られるギャップ長偏差信号Δｙａ〜Δｙｄを演算
する減算器８０ａ〜８０ｄと、ギャップ長偏差信号Δｙ
ａ〜Δｙｄから浮上体１５ｅの重心のｙ方向（案内方
向）の移動量Δｙ、浮上体１５ｅのψ方向（ヨー方向）
の回転に伴う基台２５ｅの回転角Δψを演算する浮上ギ
ャップ長偏差座標変換回路８１ｆと、電流検出器６５ａ
〜６５ｄからの励磁電流検出信号ｉａ〜ｉｄよりそれぞ
れの電流設計値１ａｏ〜ｉｄｏを減算して得られる電流
偏差信号Δｉａ〜Δｉｄを演算する減算器８２ａ〜８２
ｄと、電流偏差信号Δｉａ〜Δｉｄを用いて浮上体１５
ｅの重心のｚ方向の運動に関わる電流偏差Δｉｚ、同重
心のｙ方向の移動に伴う浮上体Ｉ５ｅのローリングに関
わる電流偏差Δｉθｙ、浮上体１５ｅのψ方向の回転に
関わる電流偏差Δｉθψおよび浮上体１５ｅのピッチン
グに関わる電流偏差Δｉξを演算する電流偏差座標変換
回路８３ｆと、浮上ギャップ長偏差座標変換回路８１ｆ
および電流偏差座標変換回路８３ｆの出力Δｙ，Δψ，
Δｉｚ，Δｉθｙ，Δｉθψ，Δｉξを用いて浮上体１
５ｅのｚ方向の移動量Δｚ，同ロール角Δθｙおよび同
ピッチ角Δξ，それらの時間変化率Δ^・ｚ，Δ^・θｙ，Δ
^・ξ（以下、記号“^・”は時間変化率を表す），浮上体１
５ｅに加えられたθ方向の外乱トルクＴθｙおよび同ψ
方向の外乱トルクＴψを演算し、ｚ，θｙ，ψ，ξの各
モードにおいて浮上体１５ｅを安定に磁気浮上させるモ
ード別電磁石制御電圧ｅｚ，ｅθｙ，ｅθψ，ｅξを演
算する制御電圧演算回路８４ｆと、制御電圧演算回路８
４ｆの出力ｅｚ，ｅθｙ，ｅθψ，ｅξに基づいて磁気
支持ユニット３１ａ〜３１ｄのそれぞれの電磁石励磁電
圧ｅａ〜ｅｄを演算する制御電圧座標逆変換回路８５ｆ
とで構成されている。そして、制御電圧座標逆変換回路
８５ｆの演算結果、つまり上述したｅａ〜ｅｄがパワー
アンプ６３ａ〜６３ｄに与えられる。

【００７６】制御電圧演算回路８４ｆは、Δｉｚおよび
判定回路７１の出力信号ＧＳを用いてｚモードの電磁石
制御電圧ｅｚを演算する上下動モード制御電圧演算回路
８６ｆと、Δｙ，Δｉθｙおよび判定回路７１の出力信
号ＧＳを用いてθｙモードの電磁石制御電圧ｅθｙを演
算するためのロール・左右動モード制御電圧演算回路８
７ｆと、Δψ，Δｉθψおよび判定回路７１の出力信号
ＧＳを用いてψモードの電磁石制御電圧ｅθψを演算す
るヨーモード制御電圧演算回路２２７ｆと、Δｉξおよ
び判定回路７１の出力信号ＧＳを用いてξモードの電磁
石制御電圧ｅξを演算するピッチモード制御電圧演算回
路８９ｆとで構成されている。

【００７７】これらのうち、上下動モード制御電圧演算
回路８６ｆおよびピッチモード制御電圧演算回路８９ｆ
は、図１３を用いて説明した浮上体１５ａのヨーモード
制御電圧演算回路２２７と同一構成となるので、図１４
中の（）内に各信号を記し、説明は省略する。また、ロ
ール・左右動モード制御電圧演算回路８７ｆ、ヨーモー
ド制御電圧演算回路２２７ｆも、それぞれ前述した浮上
体１５のロール・左右動モード制御電圧演算回路８７、
上下動モード制御電圧演算回路８６と同一構成となるの
で、図６および図７中の（）内に各信号を記し、説明は
省略する。ただし、これらの図において、ｕ^∧ｙ，Ｔ^∧
ψはそれぞれ浮上体１５ｅに加わるｙ方向の外力推定値
およびψ方向の外乱トルク推定値である。また、ψモー
ドにおいては案内方向のみで磁気浮上制御が行われてお
り、支持方向物理量の演算を行っていないことは言うま
でもない。

【００７８】このように、案内方向の物理量から支持方
向の物理量を演算して磁気浮上制御を行う場合でも、判
定回路７１が浮上体１５ｅとガイドレール３１８ａ（３
１８ｂ）との接触を検出すると、選択手段７３ｃの動作
により、各電磁石制御電圧ｅｚ，ｅθｙ，ｅξへの支持
方向物理量のフイードバツクが無効となり、案内方向物
理量のフィードバックによって浮上体１５ｅは軌道３２
０の中央に戻される。すると、ガイドレール３１８ａ，
３１８ｂに対して磁気支持ユニット３１ａ〜３１ｄが発
生する上下方向のならい力によって浮上体１５ｅは再び
浮上状態に復帰する。そして、判定回路７１が浮上体１
５ｅの浮上状態への復帰を検出すると、選択手段７３ｃ
の動作により、各電磁石制御電圧ｅｚ，ｅθｙ，ｅξへ
の支持方向物理量のフイードバックが有効となり、これ
によって案内方向および支持方向において磁気浮上制御
が開始され、安定な磁気浮上状態が実現される。

【００７９】この例では、継鉄５５がｚ方向にずれたと
きにガイドレール３１８ａ，３１８ｂに作用する上方向
の吸引力で浮上体１５ｅの総重量を支持しているため、
継鉄５５とガイドレール３１８ａ，３１８ｂとの間の吸
引力の大部分を案内力に利用することができる。

【００８０】さらに、図２３に示される例では、図２１
のギャップセンサ３４ａ〜３４ｄ（但し、センサ３４
ｃ，３４ｄは図示せず）が基台２５ｅの四隅下端に下向
きに取付けられているとともに、浮上方向の物理量から
案内方向の物理量を演算することになるので制御装置４
１ｃが制御装置４１ａに変更されている。ここでは、浮
上体１５ｆが下方に移動したとき各磁気支持ユニットの
ギャップ長が減少するので、この制御装置４１ａでは、
ギャップセンサ３４ａ〜３４ｄに基づくｚ，θ，ξの各
モードの信号が入力されるゲイン補償器のすべてのゲイ
ンの符号が反転されている。この例では、浮上力に比べ
て非常に強い案内力が得られるとともに、浮上案内兼用
制御により浮上体１５ｅに生じた横揺れやヨーイングを
速やかに収束させることができるまた、上記各例では、電磁石５１，５２の間に永久磁石
５３を介在させた磁気支持ユニット３１を用いている
が、これは磁気支持ユニットの構成要素を何等限定する
ものでなく、磁気支持ユニットを電磁石のみで構成する
等、種々変形が可能である。また、上記各例では、制御
装置およびその動作をアナログ制御的に表現してある
が、これは制御方式の様式を特定するものでなく、デジ
タル制御を用いたものであって何等差支えない。

【００８１】さらに、上記各例では、磁気支持ユニット
と同数の運動座標系毎に浮上制御を行うモード別制御方
式と電磁石励磁電流検出値とその目標値との偏差を積分
補償器８７を介して電磁石励磁電圧にフィードバックす
る電流積分帰還方式とを併用して浮上体を磁気浮上させ
ているが、これは浮上体の磁気浮上制御に用いられる制
御方式を何等特定するものでなく、要はセンサの出力に
基づいて得られる支持力（案内力）の制御に必要な単数
あるいは複数の物理量より案内力（支持力）の制御に必
要な単数あるいは複数の物理量を演算し、その演算結果
を浮上体の磁気浮上制御に用いていれば、いかなる制御
方式を適用しても何等差支えない。

【００８２】また、上記各例では、案内方向（支持方
向）物理量の演算誤差が少ない範囲内に空隙長がある時
に演算した推定値のフードバックが有効となるような選
択手段を用いているが、これは選択手段への入力信号を
何等限定するものでなく、センサ部で検出されるいかな
る物理量を用いてもよい。このほか、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能である。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、支持方向（案内方向）
物理量から案内方向（支持方向）物理量を演算し、浮上
体がガイドレールに接触するなど、演算誤差が大きくな
る範囲にセンサ部の出力がある場合には演算結果が電磁
石励磁電圧にフィードバックされないようにしているの
で、浮上状態にない浮上体を確実に浮上状態に復帰させ
ることができる。したがって、浮上および案内を磁気吸
引力を用いて行う磁気浮上装置おいて、浮上体の支持お
よび案内のために必要な電磁石の数を減らした状態で浮
上体を確実に浮上させることができ、装置の小型化、軽
量化を図れるとともに、より安定な浮上状態を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置に
おける要部を一部切欠して示す斜視図

【図２】同要部の横断面図

【図３】同要部の一部切欠した側面図

【図４】同装置に組み込まれた磁気支持ユニットの縦断
面図

【図５】同装置における制御装置のブロック構成図

【図６】同制御装置の制御電圧演算回路における上下動
モード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図７】同制御装置の制御電圧演算回路におけるロール
・左右動モード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図８】同制御装置の制御電圧演算回路におけるロール
・ヨーモード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図９】同制御装置の制御電圧演算回路におけるピッチ
モード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図１０】同制御電圧演算回路におけるゲイン補償器お
よび積分補償器のブロック構成図

【図１１】同制御電圧演算回路における別のゲイン補償
器のブロック構成図

【図１２】本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部を一部切欠して示す斜視図

【図１３】同装置における制御装置のブロック構成図

【図１４】同制御装置の制御電圧演算回路におけるヨー
モード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図１５】本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の上面図

【図１６】同装置における制御装置のブロック構成図

【図１７】同制御装置の制御電圧演算回路におけるピッ
チ・前後動モード制御電圧演算回路のブロック構成図

【図１８】本発明の第４の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の上面図

【図１９】本発明の第５の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の上面図

【図２０】本発明の第６の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の正面図

【図２１】本発明の第７の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の正面図

【図２２】同装置における制御装置のブロック構成図

【図２３】本発明の第８の実施形態に係る磁気浮上装置
における要部の正面図

【符号の説明】

１０，１０ａ…磁気浮上装置１１，３１６，３２０…軌道枠１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，３１４ａ，３１４ｂ，３１８
ａ，３１８ｂ…ガイドレール１３ａ，１３ｂ…非常用ガイドレール１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５
ｆ…浮上体１６…リニア誘導電動機の固定子２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ…基台２６ａ，２６ｂ…分割板２７…連結機構３１ａ〜３１ｈ…磁気支持ユニット３４ａ〜３４ｄ…ギャップセンサ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…制御装置４２…定電圧発生装置４３…電源５６…コイル６１…センサ部６２，６２ｂ，６２ｃ，６２ｆ…演算回路６３ａ〜６３ｄ…パワーアンプ６５ａ〜６５ｄ…電流検出器７１…判定回路７３ａ〜７３ｃ…選択手段８１，８１ｂ，８１ｆ…浮上ギャップ長偏差座標変換回
路８３，８３ｆ…励磁電流偏差座標変換回路８４，８４ｂ，８４ｃ，８４ｆ…制御電圧演算回路８５，８５ｂ，８５ｆ…制御電圧座標逆変換回路８６，８６ｂ，８６ｆ…上下動モード制御電圧演算回路８７，８７ｂ，８７ｆ…ロール・左右動モード制御電圧
演算回路８８…ロール・ヨーモ−ド制御電圧演算回路９０，９７…上下動モード状態観測器９１，９１ａ，９１ｂ，９１ｂ′，９１ｃ，９１ｃ′，
９１ｄ，９１ｄ′…ゲイン補償器９４，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ…積分補償器９７ｃ…ピッチ・前後動モード状態観測器９９…ロール・左右動モード状態観測器１００…ロール・ヨーモード状態観測器１２８…ピッチ・前後動モード制御電圧演算回路２２７，２２７ｆ…ヨーモード制御電圧演算回路２３０…ヨーモード状態観測器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体で形成されたガイドと、前記ガイドの近傍に配置された浮上体と、前記ガイドに空隙を介して対向するように前記浮上体に
搭載された電磁石を含み、前記ガイドで前記浮上体を磁
気力支持させるための支持力と該支持方向に対して略直
交する方向に前記浮上体を案内するための案内力とを同
時に発生する磁気支持ユニットと、前記電磁石と前記ガイドおよび前記空隙を通る磁気回路
の状態を検出するセンサ部と、前記センサ部の出力に基づき前記支持力の制御に必要な
少なくとも一つの第１の物理量及び前記案内力の制御に
必要な前記磁気回路に関わる少なくとも一つの第２の物
理量のうちのいずれか一方の物理量の検出演算を行うと
共に、該一方の物理量から他方の物理量の推定演算を行
う演算手段と、前記演算手段により演算される前記第１および第２の物
理量に基づき、前記磁気回路を安定化させるように前記
電磁石の励磁電流を制御して前記浮上体を磁気浮上させ
る制御手段と、前記センサ部の所定の出力が所定範囲内にあるか所定範
囲外にあるかを判定する判定手段と、前記判定手段により前記センサ部の出力が所定範囲外に
あると判定されたとき、前記演算手段により演算される
前記第１および第２の物理量のうち前記推定演算により
求められる前記他方の物理量の出力を無効にする手段と
を備えていることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】前記演算手段は、前記センサ部の出力に基
づいて前記第１の物理量の検出演算を行い、該第１の物
理量から前記第２の物理量として互いに略直交する２方
向のそれぞれの案内力の制御に必要な物理量の推定演算
を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装
置。
【請求項３】前記センサ部の所定の出力は、前記空隙の
空隙長を示す出力であることを特徴とする請求項１又２
に記載の磁気浮上装置。
【請求項４】前記磁気支持ユニットは前記磁気回路中に
介在して前記浮上体を浮上させるのに必要な起磁力を供
給する永久磁石を備えており、前記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が零になる
状態で常に磁気回路を安定化させるゼロパワー浮上制御
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。
【請求項５】前記第１の物理量は、前記空隙の支持方向
の距離またはその時間変化率または前記電磁石の励磁電
流値もしくはそれらの関数であることを特徴とする請求
項１又は２に記載の磁気浮上装置。
【請求項６】前記第２の物理量は、前記磁気支持ユニッ
トの前記案内方向の移動量またはその時間変化率または
外部より前記浮上体に加えられた外力もしくはそれらの
関数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁
気浮上装置。
【請求項７】前記演算手段は、状態観測器を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項８】前記ガイドは複数の地点間を経由する搬送
路に沿って敷設されたガイドレールであり、このガイド
レールに沿って前記浮上体を走行させるための推進手段
が前記搬送路または前記浮上体に設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。