JP4146392B2 - 磁気浮上装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁石を用いて浮上体を浮上させる磁気浮上装置に関する。

常電導吸引式磁気浮上は騒音や発塵がなく、HSSTやトランスラピッド等の鉄道や半導体工場でのクリーンルーム内搬送システムですでに実用化が図られている。また、特許文献１ではエレベータの非接触案内、特許文献２ではドアへの常電導吸引式磁気浮上装置の適用が試みられている。電磁石を強磁性部材に対向させ、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、同励磁電流を検出し、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が行われている。吸引力制御にはさまざまな方法があるが、乗車・積載等による浮上体の質量変化や運動の自由度ごとの乗り心地設定が必要な場合には、制御系の設計が容易なことおよび励磁電流の過渡応答が考慮できることから励磁電圧で浮上体の各運動の自由度に寄与する励磁電流を制御する。この場合、制御手法としては運動の自由度（運動モード）ごとに浮上ギャップ長、速度および励磁電流を検出もしくは推定し、これらに所定のゲインを乗じて線形結合で励磁電圧を決定する。この手法は線形制御理論でゲインを求めやすく、一般に広く用いられている。また、磁石ユニットは同一形状のものを必要な数だけ用い、浮上体の挙動が運動の自由度ごとに独立になるよう配慮されている。

上述したように従来の装置にあっては同一形状の磁石ユニットを使用して浮上体の挙動を運動モードごとに独立させて制御しやすくしているが、鉄道やエレベータのように屋外で使用される装置では日向と日陰でのようにすべての磁石ユニットの温度は異なることが普通である。また、屋内であっても空調機器の風に磁石ユニットが暴露される場合や、特定の磁石ユニットに負荷がかかった場合でも各磁石ユニットの温度は異なってくる。このように、各磁石ユニットの温度が異なると電磁石コイルの抵抗値が不均一となり、これまで独立であった浮上体の各運動モードが互いに干渉するようになる。こうなると、乗り心地が極端に悪化するばかりか場合によっては磁石ユニットがガイドレールにぶつかる事態も生じてくる。また、偏った積載のように外力が特定の磁石ユニットに集中して作用すると、当該磁石ユニットで励磁電流が増加して電磁石の温度が上昇する。こうなると当該磁石ユニットで電磁石コイルの抵抗値が増加して磁石ユニット全体の抵抗値の均衡が破れ、結局、浮上体の各運動モードでの挙動が互いに干渉することになる。
特開２００１−０１９２８６号公報 特開２００２−３０３０７９号公報

そこで、本発明は、電磁石コイルの抵抗値が不均一になっても浮上体の各運動モードごとの挙動が干渉せず、乗り心地の悪化しない磁気浮上装置を提供することを目的とする。

はじめに、本発明の基本的な原理について説明する。
複数の磁石ユニットで浮上体を支持する場合、個々の電磁石の電圧方程式は次式となる。

ここで、
i_uk：k番目の磁石ユニットにおけるコイル励磁電流、
e_uk：k番目の磁石ユニットにおけるコイル励磁電圧、
z_uk：k番目の磁石ユニットにおけるギャップ長、
L₀：浮上ギャップ長設定値における自己インダクタンス、
N：コイル巻回数、
Φ₀：浮上ギャップ長設定値における磁石ユニットの主磁束、
R_k：k番目の磁石ユニットにおけるコイル抵抗値、
Δ：設定値からの偏差、
∂/∂_z0：浮上ギャップ長設定値における被偏微分関数の偏微分値、
上付きのドット：時間微分d/dtである。

浮上体が剛体であれば運動の自由度は６であるが、電圧方程式ではこれら６自由度に寄与する吸引力を発生させることに加え、浮上体にたわみ力やねじれ力を発生させる仮想的運動モードにも対応する励磁電流の線型結合（モード励磁電流）があり、モード励磁電流のモード数は磁石ユニットの個数に一致する。つまり、磁石ユニットの総数をn個とすれば、n本のモード電圧方程式が存在する。

各磁石ユニットの電圧方程式は線型変換によって各モードの電圧方程式に変換される。この変換行列をT_umとすれば上述の式１は次のようにモード電圧方程式に変換される。

l番目の運動モードにおけるモード励磁電流をi_ml、モード変位をz_ml、モード励磁電圧をe_mlとすれば、モード電圧方程式は、

上記式３より、各磁石ユニットの抵抗値が同一でない場合のモード電圧方程式は

上記式４はk番目（k＝1〜n）の磁石ユニットの抵抗値がR_kであるときのモード電圧方程式におけるl番目のモードのコイル抵抗による電圧降下がR_mのl行目の行ベクトルR_mlとモード励磁電流ベクトルi_mの積で表されること、つまり、モード励磁電流の線型結合で表されることを意味している。

一般に、浮上体の磁気浮上制御には特許文献１にも見られるようにl番目（l＝1〜n）のモード励磁電圧Δe_mlを以下のように決定して各運動モードの安定化が図られ、浮上体全体が安定に浮上する。すなわち、浮上体の実際の運動モードに対応するモード電圧方程式ではモード変位Δz_ml、変位速度d(Δz_ml)/dtおよびモード励磁電流Δi_mlのそれぞれの比例ゲインをF_al，F_bl，F_cl、各モードの励磁電流をゼロに収束させることが可能ならΔi_mlの積分ゲインをK_clとして、

また、仮想的な運動モードに対応するモード電圧方程式では

で決定される。ただし、x_lはΔi_ml、F_lはΔi_mlの比例ゲイン、K_lはΔi_mlの積分ゲインである。

したがって、式４のように各磁石ユニットの電磁石コイルの抵抗値が均一でない場合、式５、式６で浮上体の安定化が図られても一方向から加えられた外力で、浮上体の全運動モードが乱れることになり、乗り心地が極端に悪化する。この現象を防止するには補正電圧e_Cを、

で定義して各モードの要素が式５，式６で表されるe_mとともに式４に加えてやれば良い。ここで、R_aは各磁石ユニットの電磁石コイル抵抗値の平均値である。

すると、式４は、

となり、各モードで電圧方程式が独立して、モード励磁電流の非干渉化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳説する。

（実施例１）
図１には磁気浮上装置の第1の実施の形態における吸引力制御手段C1およびエレベータかごを非接触案内した場合のl番目の運動モードにおける磁気浮上系C2の主要部が制御ブロック図として示されている。図中、A_l, b_l, C_l, D_lはそれぞれ当該磁気浮上系のシステム行列、入力行列、出力行列および外乱行列であり、x_lは磁気浮上系の状態ベクトル、u_lは外力、y_lはセンサで検出される状態量である。また、sはラプラス演算子を表している。

図1に示すように、吸引力制御手段C1は、点a〜ゲイン補償器１〜減算器２で構成される安定化制御手段L1と点a〜減算器３〜積分補償器４〜減算器２で構成されるゼロパワー制御手段L2と、ゼロパワー制御手段L2の出力に含まれる他の運動モードの励磁電流の影響を除去するためのモード励磁電圧補正手段C3とで構成されている。ここで、ゼロパワー制御手段L2では減算器３においてゼロと電磁石励磁電流値が比較され、その結果が積分補償器４に入力されている。また、モード励磁電圧補正手段C3は、当該磁気浮上系の計n個の運動モードにそれぞれに寄与するモード別の励磁電流Δi_ml（l=1〜n）を各磁石ユニットの励磁電流から演算するモード励磁電流演算部５と、モード励磁電流演算部５のn個のモード別励磁電流のうちl番目の運動モードのモード別励磁電流Δi_ml以外のモード別励磁電流のそれぞれに前述の式４中のR_mのl行目の行ベクトル要素をR_m（l, j）（j=1〜n，j≠l）をゲインとするn-1個の抵抗値乗算手段としての補正ゲイン補償器６と、補正ゲイン補償器６の総和を演算する加算器７と、加算器７の出力と減算器２の出力との和をとる加算器８と、各磁石ユニットの電磁石コイルの電気抵抗値を測定して測定値を各補正ゲイン補償器６に出力する抵抗測定手段９とで構成されている。

このため磁気浮上系C2および吸引力制御手段C1で構成される磁気浮上制御系が安定であれば、各運動モードで電圧方程式の非干渉化が可能となり、良好な乗り心地が達成できる。

図２〜図５には図1の吸引力制御手段に関る磁気浮上装置10の第1の実施の形態の構成を示している。図２に示すように、この装置は、エレベータシャフト12の内面に所定の取付方法で敷設された強磁性のガイドレール14，14’と、このガイドレール14，14’に沿ってたとえばロープ15の巻き上げ等の図示しない駆動手段により上下に移動する上述の浮上体としての移動体16と、移動体16に取り付けられ、移動体をガイドレール14，14’に対して非接触で案内する４つの案内ユニット18a〜18dとで構成されている。移動体16は、人荷を載せるためののりかご20と、のりかご20と案内ユニット18a〜18dが取り付けられ、案内ユニット18a〜18dの所定の位置関係を保つことのできる強度を有するフレーム部22とを備えており、フレーム部22の四隅には、ガイドレール14，14’と対向する案内ユニット18a〜18dが所定の方法で取り付けられている。

図４および図５には案内ユニット18bの構成を代表して示したが、他の案内ユニットの構成も同じである。案内ユニット18は、非磁性材料例えば、アルミやステンレスもしくはプラスチック製の台座24にx方向ギャップセンサ26（26b、26b’）、y方向ギャップセンサ28（28b，28b’）および磁石ユニット30を所定の方法で取り付けて構成されている。磁石ユニット30は、中央鉄心32、永久磁石34，34’および電磁石36，36’で構成されており、永久磁石34，34’の同極同士が中央鉄心32を介して向かい合う状態で全体としてE字形状に組み立てられている。電磁石36，36’はL字形状の鉄心38（38’）をコイル40（40’）に挿入後、鉄心38（38’）の先端部に平板形状の鉄心42を取り付けて構成されている。中央鉄心32および電磁石36,36’の先端部には、電磁石36,36’が励磁されていない時に永久磁石34,34’の吸引力で磁石ユニット30がガイドレール14（14’）に吸着して固着することを防止し、かつ吸着状態でも移動体16の昇降に支障が出ないよう固体潤滑部材43が取付けられている。固体潤滑部材としては例えばテフロン（登録商標）や黒鉛あるいは二硫化モリブデン等を含有する材料がある。磁石ユニット30ｂではコイル40b，40b’を個別に励磁することでガイドレール14’に作用する吸引力をy方向とx方向に関して個別に制御することができる。この制御方式については特許文献１（本件発明者による発明に係る特許出願特願平１１−１９２２２４号「エレベータ案内装置」に係る特許公開公報特開２００１−１９２８６号）に詳細が開示されており、詳説を省略する。

なお、本願明細書および図面においては一部に例外はあるが原則として、部材、信号、数値等を表示する参照符号に含まれるアルファベットa,b,c,dは、これらの部材、信号、数値等が対応するアルファベットを含む参照符号で示される案内ユニット18a〜18dに関連するものであることを意味しており、また、部材、信号、数値等を表示する参照符号に添えられた「’」（ダッシュ）は、これらの部材、信号、数値等が、各ユニット18a〜18ｄに２つ含まれる電磁石36,36'のうちの「’」を添えて表示された電磁石36’側のものに関連するものであることを意味している。

案内ユニット18a〜18dの各吸引力は吸引力制御手段としての制御装置44により制御され、のりかご20およびフレーム部22がガイドレール14，14’に対して非接触に案内されている。制御装置44は図１に示すように分割されてはいるが、たとえば、図６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40周辺の電力経路を示している。この制御装置44は、のりかご20に取付けられて磁石ユニット30a〜30d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移動体16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移動体16を非接触案内させるべく各コイル40a，40a’〜40d,40d’に印加電圧を演算する演算回路62と、演算回路62の出力に基づいて各コイル40に電力を供給するパワーアンプ63a,63a’〜63d,63d’と、各コイル40a，40a’〜40d,40d’の温度を検出してそれぞれのコイルの電気抵抗値を出力する抵抗測定手段64で構成されており、これらで4つの磁石ユニット30a〜30dの吸引力をx軸，y軸について独立に制御している。

電源46はパワーアンプ63a,63a’〜63d,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26a,26a’〜26d,26d’，28a,28a’〜28d,28d’に一定電圧で電力を供給する定電圧発生装置48にも電力を供給している。この電源46はパワーアンプに電力を供給するため、照明やドアの開閉のために図示しない電源線でエレベータシャフト12外から供給される交流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。

定電圧発生装置48は、パワーアンプ63への大電流の供給などにより電源46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26a,26a’〜26d,26d’，28a,28a’〜28d,28d’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26a,26a’〜26d,26d’，28a,28a’〜28d,28d’は常に正常に動作する。

センサ部61は、前述したギャップセンサ26a,26a’〜26d,26d’，28a,28a’〜28d,28d’と、各コイル40の電流値を検出する電流検出器66a,66a’〜66d,66d’とで構成されている。

演算回路62は、図２に示される運動座標系の運動モードごとに移動体16の磁気案内制御を行っている。すなわち、移動体16の重心のy座標に沿った前後動を表すyモ−ド（前後動モード）、x座標に沿った左右動を表すxモ−ド（左右動モード）、移動体16の重心回りのローリングを表すθモ−ド（ロールモード）、移動体16の重心回りのピッチングを表すξモ−ド（ピッチモード）、移動体16の重心回りのヨーイングを表すψモ−ド（ヨーモード）である。これらのモードに加え、磁石ユニット30a〜30dがガイドレール14,14'に及ぼす全吸引力、磁石ユニット30a〜30dがフレーム部22に及ぼすy軸周りのねじれトルク、磁石ユニット30a，30dがフレーム部22に、磁石ユニット30b，30cがフレーム部22に及ぼすローリングトルクでフレーム部22を左右対称に歪ませる歪力に関する３つのモードすなわち、ζモード（全吸引モード），δモード（ねじれモード），γモード（歪モード）についても案内制御を行っている。以上、８つのモードに対し、磁石ユニット30a〜30dのコイル電流をゼロに収束させることで積荷の重量にかかわらず永久磁石34の吸引力だけで移動体を安定に支持するいわゆるゼロパワー制御を施して案内制御を行っている。

演算回路62は、ゼロパワー制御を達成するため、次のように構成されている。すなわち、x方向ギャップセンサ26a，26a’〜26d，26d’からのギャップ長信号gxa, gxa’〜gxd, gxd’よりそれぞれのギャップ長設定値xa0, xa0’〜xd0,xd0’を減算して得られるx方向ギャップ長偏差信号Δgxa, Δgxa’〜Δgxd, Δgxd’を演算する減算器70a〜70hと、磁石ユニット30a〜30dのy方向ギャップ長設定値ya0, ya0’〜yd0,yd0’よりy方向ギャップセンサ28a，28a’〜28d，28d’からのギャップ長信号gya, gya’〜gyd, gyd’を減算して得られるy方向ギャップ長偏差信号Δgya, Δgya’〜Δgyd, Δgyd’を演算する減算器72a〜72hと、電流検出器66a, 66a’〜66d, 66d’からの励磁電流検出信号ia, ia’〜id, id’よりそれぞれの電流設定値ia0, ia0’〜id0, id0’を減算して得られる電流偏差信号Δia, Δia’〜Δid, Δid’を演算する減算器74a〜74hと、x方向ギャップ長偏差信号Δgxa, Δgxa’〜Δgxd, Δgxd’およびy方向ギャップ長偏差信号Δgya, Δgya’〜Δgyd, Δgyd’を磁石ユニットごとに平均してx方向ギャップ長偏差信号Δxa〜Δxdおよびy方向ギャップ長偏差信号Δya〜Δydを出力する２つの平均演算回路76と、ギャップ長偏差信号Δya〜Δydから移動体16の重心のy方向の移動量Δy、ギャップ長偏差信号Δxa〜Δxdから移動体16の重心のx方向の移動量Δx、同重心のθ方向（ロ−ル方向）の回転角Δθ、移動体16のξ方向（ピッチ方向）の回転角Δξ、移動体16のψ方向（ヨー方向）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81と、電流偏差信号Δia, Δia’〜Δid, Δid’より移動体16の重心のy方向の運動に関わる電流偏差Δiy、x方向の運動に関わる電流偏差Δix、同重心のまわりのロ−リングに関わる電流偏差Δiθ、移動体16のピッチングに関わる電流偏差Δiξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる電流偏差Δiψ、移動体16に応力をかけるζ, δ, γに関する電流偏差Δiζ, Δiδ, Δiγを演算するモード励磁電流演算部としての
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Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ, Δiy, Δix, Δiθ, Δiξ, Δiψ, Δiζ, Δiδ, Δiγよりy, x, θ, ξ, ψ, ζ, δ, γの各モ−ドにおいて移動体16を安定に磁気浮上させるモ−ド別電磁石制御電圧ey, ex, eθ, eξ, eψ, eζ, eδ, eγを演算するモード励磁電圧演算部としての制御電圧演算回路84、制御電圧演算回路84の出力ey, ex, eθ, eξ, eψ, eζ, eδ, eγより前記磁石ユニット30a〜30dのそれぞれの電磁石励磁電圧ea, ea’〜ed, 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, ea’〜ed, ed’がパワ−アンプ63a,63a’〜63d,63d’に与えられる。なお、後述の説明のため、浮上ギャップ長偏差座標変換回路81、励磁電流偏差座標変換回路83、制御電圧演算回路84および制御電圧座標逆変換回路85を浮上制御演算部65とする。

さらに、制御電圧演算回路84は、Δy，Δiyよりyモ−ドの電磁石制御電圧eyを演算する前後動モ−ド制御電圧演算回路86a、Δx，Δixよりxモ−ドの電磁石制御電圧exを演算する左右動モ−ド制御電圧演算回路86b、Δθ，Δiθよりθモ−ドの電磁石制御電圧eθを演算するためのロ−ルモ−ド制御電圧演算回路86c、Δξ，Δiξよりξモ−ドの電磁石制御電圧eξを演算するピッチモ−ド制御電圧演算回路86d、Δψ，Δiψよりψモ−ドの電磁石制御電圧eψを演算するヨーモ−ド制御電圧演算回路86e、Δiζよりζモ−ドの電磁石制御電圧eζを演算する全吸引モ−ド制御電圧演算回路88a、Δiδよりδモ−ドの電磁石制御電圧eδを演算するねじれモ−ド制御電圧演算回路88b、Δiγよりγモ−ドの電磁石制御電圧eγを演算する歪モ−ド制御電圧演算回路88cとで構成されており、これらがモード別励磁電圧演算部となる。

これら各モードの制御電圧演算回路が図１の吸引力制御手段C1の構成を備えている。すなわち、上下動モ−ド制御電圧演算回路86aは図７のように構成されている。ΔyからΔyの時間変化率d(Δy)/dtを演算する微分器90と、Δy、d(Δy)/dt、Δiyに適当なフィ−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、Δiy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−ドバックゲインを乗じる積分補償器94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yモ−ドの電磁石励磁電圧eyを出力する減算器96と、減算器96の出力に含まれる他のモードの励磁電流の影響を除去するためのモード励磁電圧補正手段C3で構成されている。ここで励磁電圧補正手段C3には加算器97が含まれている。

左右動モード制御電圧演算回路86b、ロ−ルモ−ド制御電圧演算回路86c、ピッチモ−ド制御電圧演算回路86dおよびヨーモード制御電圧演算回路86eもまた上下動モ−ド制御電圧演算回路86aと同様に構成されており、図７に対応する入出力信号を信号名で示し、説明は省略する。

一方、ζ, δおよびγの３つの各モード制御電圧演算回路88a〜88cはすべて同じ構成であり、かつ、上下動モ−ド制御電圧演算回路86aと同じ構成要素を有するので、同一部分に同一番号を付すとともに区別のため、’を付して図８にこれを記す。

抵抗測定手段64で測定されたコイル40の抵抗値は制御電圧演算回路84に入力され、励磁電圧補正手段C3の補正ゲイン補償器６に所定の時間間隔で保存されている。

次に、以上のように構成された本実施例に係る磁気浮上装置の動作について説明する。

装置が停止状態にあるときは、磁石ユニット30a，30dの中央鉄心32の先端が、固体潤滑部材43を介してガイドレール14の対向面に、同電磁石36a’，36d’の先端が固体潤滑部材43を介してガイドレール14の対向面にそれぞれ吸着している。このとき、潤滑部材43の働きにより、移動体16の昇降が妨げられることはない。この状態で、装置を起動させると制御装置44は浮上制御演算部65の働きにより、永久磁石34が発生する磁束と同じ向きまたは逆向きの磁束を各電磁石36a,36a’〜36d,36d’に発生させるとともに、磁石ユニット30a〜30dとガイドレール14，14’との間に所定の空隙長を維持させるべく各コイル40に流す電流を制御する。これによって、図５に示すように、永久磁石34〜鉄心38，42〜空隙G〜ガイドレール14（14’）〜空隙G’’〜中央鉄心32〜永久磁石34の経路からなる磁気回路Mcおよび永久磁石34’〜鉄心38，42〜空隙G’〜ガイドレール14（14’）〜空隙G’’〜中央鉄心32〜永久磁石34の経路からなる磁気回路Mc’が形成される。空隙G,G’,G’’におけるギャップ長は、永久磁石34の起磁力による各磁石ユニット30a〜30dの磁気的吸引力が移動体16の重心に作用するy軸方向前後力、同x方向左右力、移動体16の重心を通るx軸回りのトルク、同y軸回りのトルクおよび同z軸回りのトルクと丁度釣合うような長さになる。制御装置44はこの釣合いを維持すべく移動体16に外力が作用すると電磁石36a,36a’〜36d,36d’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ことになる。

いま、ゼロパワー制御で非接触案内されている移動体16が移動力付与手段である図示しない巻き上げ機によってガイドレールに沿って昇降を開始し、ガイドレールの歪曲等により移動体に揺れが生じても、磁石ユニットが空隙中で電磁石と磁路を共有する永久磁石を備えているため、電磁石コイルの励磁により速やかに磁石ユニット吸引力を制御して揺れを抑えることができる。また、残留磁束密度と保持力の大きな永久磁石の採用により、空隙長を大きくしても非接触案内制御の制御性能が悪化しないので、移動体16中の、例えば乗客等の移動により揺動が生じてもストロークの大きな低剛性の案内制御ができ、乗り心地を損なうことがない。さらに、ガイドレールを介して磁極が対向するように磁石ユニットを配置することにより、対向する磁極がガイドレールに作用する吸引力の一部または全部が相殺されるので、ガイドレールに大きな吸引力が作用することがない。このため、磁石ユニットの大きな吸引力が一方向から作用することがなくなり、ガイドレールの据付位置が狂ったり、例えば継目98での段差やガイドレールの直線性の悪化が生じることもない。その結果、ガイドレールの敷設強度を下げることができ、エレベータシステムのコストを下げることができる。

そして、人員や積荷の偏った移動、もしくは地震等に起因するロープの揺れ等が原因で移動体16に過大な外力が加えられると、磁石ユニット30a〜30dの電磁石の温度が不均一となり、電磁石コイルの電気抵抗が変動する。とくに、本実施の形態では電力消費を極端に抑制できるゼロパワー制御が用いられているが、ゼロパワー制御では過大な外力で大きな励磁電流が流れると各電磁石コイルが急激に発熱し、ギャップ長一定制御などの他の制御方式よりも抵抗値の変動が大きくなる。こうなると、前述の式４に基づいて各運動モードで干渉が生じ乗り心地が極端に悪化する。しかし、本発明によれば、コイル40の抵抗値が抵抗測定手段64で検出されており、この抵抗値が補正ゲイン補償器６に保存されるので前述の式８に示すように運動モードの非干渉化が達成でき、良好な乗り心地を維持することができる。

本装置が運転を終え、装置を停止させる場合には、yモードおよびxモードにの電流偏差目標値発生器92において、目標値をゼロから徐々に負の値とすると移動体16はy軸、x軸方向に徐々に移動し、ついには磁石ユニット30a，30dの中央鉄心32の先端が、固体潤滑部材43を介してガイドレール14の対向面に、同電磁石36a’，36d’の先端が固体潤滑部材43を介してガイドレール14の対向面にそれぞれ吸着する。この状態で装置を停止させると電流偏差目標値がゼロにリセットされるとともに移動体がガイドレールに吸着する。

（実施例２）
次に、本発明の第２の実施の形態を図９および図10に基づいて説明する。第1の実施の形態では、電磁石コイルの抵抗値を温度から得ていたが、本実施の形態ではコイル40の励磁電圧と励磁電流から抵抗値を演算している。

抵抗測定手段64'は図10のように構成されている。すなわち、電流検出器66a, 66a’〜66d, 66d’からの励磁電流検出信号ia,i'a〜id,i'dを導入してその励磁電流検出値の二乗を演算する乗算器224と、制御電圧座標逆変換回路85の出力ea,e'a〜ed,e'dおよび励磁電流検出信号ia,i'a〜id,i'dを導入して励磁電流検出値に励磁電圧検出値を乗じる乗算器228と、前記乗算器224の出力に所定の値eを加算する加算器230と、前記乗算器228の出力を前記加算器230の出力で除算する除算器232と、除算器232の出力をフィルタリングしＳ／Ｎ比の良好な信号を出力するフィルタ234とで構成されている。この構成は電力を電流の二乗で除するしてコイル40a,40a’〜40d,40d’のそれぞれの抵抗値Ra,Ra’〜Rd,Rd’を得るものであるが、所定の値eは電流がゼロのときのゼロ割を防ぐためのもので十分小さな値に設定されていることは言うまでもない。

抵抗測定手段64'の出力は抵抗測定手段64と同様に演算回路62に導入されて補正ゲイン補償器６に保存される。本実施の形態では、励磁電圧と励磁電流から抵抗値を演算するため、抵抗測定手段の部品点数を低減できるという利点を持つ。

（実施例３）
さらに、第３の実施の形態を図11および図12に基づいて説明する。上述の２つの実施の形態では抵抗測定手段の出力は補正ゲイン補償器６に保存されていたが、抵抗測定手段の出力を利用して他の制御パラメータを変更している。

すなわち、本実施の形態では抵抗測定手段64'の値に基づいてモード別励磁電圧演算手段としての各制御電圧演算回路86a〜86e，88a〜88c中のゲイン補償器91，91'および積分補償器94，94'のゲインを変更する。これらのゲインは、制御装置44の設計時に線形制御理論に基づいて計算されるものであり、その計算には電磁石コイルの抵抗の平均値が使用されている。このため、各コイル40a,40a’〜40d,40d’の抵抗値が変化した場合に、変動した抵抗値でゲインを修正すると各運動モードにおける浮上状態の過渡応答の変化を防止することができる。

本実施の形態では、各制御電圧演算回路86，88には、抵抗測定手段64'の出力を導入して各抵抗の平均値演算し、その結果に基づいてゲイン補償器91のゲインを修正する制御定数補正演算部としてのゲイン設定器300が備えられている。ゲイン設定器300の出力はゲイン補償器91，91'および積分補償器94，94'に導入されてこれらのゲインが修正される。この実施の形態には各運動モードにおいて常に一定の乗り心地が得られるという利点がある。

なお、上記各実施の形態ではゼロパワー制御が適用されているが、これは適用されるべき磁気浮上制御方式を何ら限定するものでなく、たとえば、制御系の構成を簡単にしたい場合には電流積分器を用いないギャップ長一定制御であって何ら差し支えない。また、上記各実施の形態ではエレベータに磁気浮上装置を適用した場合を説明しているが、これは磁気浮上装置の対象を何ら限定するものでなく、鉄道，搬送装置，ドア等、種々の対象への変更が可能である。さらに、上記各実施の形態では、磁気浮上制御を行う制御装置はアナログ制御的に説明されているがこれは、アナログ、デジタルの制御方式を何ら限定するものではなくデジタル制御を演算回路に適用してもよい。加えて、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、永久磁石を持たない通常の電磁石で磁石ユニットを構成してなんら差し支えない。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。

本発明の第１の実施の形態の全体的な構成を示すブロック図。 上記の実施の形態における全体的な構造を示す斜視図。 上記の実施の形態における移動体とガイドレールとの関係を示す斜視図。 上記の実施の形態における磁石ユニットの構造示す斜視図。を説明するための同要部の縦断面図。 上記の実施の形態における磁石ユニットの磁気回路を示す平面図。 上記の実施の形態における制御装置の回路構成を示すブロック図。 上記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構成を示すブロック図。 上記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他の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態における制御装置の回路構成を示すブロック図。 上記の実施の形態の抵抗測定手段の構成を示すブロック図。 本発明の第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構成を示すブロック図。 上記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他の構成を示すブロック図。

符号の説明

C1 吸引力制御手段
C2 磁気浮上系
C3 モード励磁電圧補正手段
L1 安定化制御手段
L2 ゼロパワー制御手段
２，３ 減算器
６ 補正ゲイン補償器
４，94，94' 積分補償器
５ モード励磁電流演算部
７，８ 加算器
９，64，64' 抵抗測定手段
10 磁気浮上装置
12 エレベータシャフト
14,14’ ガイドレール
16 移動体
18,18a〜18d 案内ユニット
22 フレーム部
26,26a,26a’〜26d,26d’ x方向ギャップセンサ
28,28a,28a’〜28d,28d’ y方向ギャップセンサ
30,30a〜30d 磁石ユニット
32 中央鉄心、
38,38',42 鉄心
34,34' 永久磁石
36,36’,36a,36a’〜36d,36d’ 電磁石
40,40',40a,40a’〜40d,40d’ コイル
43 固体潤滑部材
44 制御装置
46 電源
61 センサ部
62 演算回路
63a,63a’〜63d,63d’ パワーアンプ
65 浮上制御演算部
66a,66a’〜66d,66d’ 電流検出器
81 浮上ギャップ長偏差座標変換回路
83 励磁電流偏差座標変換回路
84 制御電圧演算回路
85 制御電圧座標逆変換回路
86a 前後動モ−ド制御電圧演算回路
86b 左右動モ−ド制御電圧演算回路
86c ロ−ルモ−ド制御電圧演算回路
86d ピッチモ−ド制御電圧演算回路
86e ピッチモ−ド制御電圧演算回路
88a 全吸引モード制御電圧演算回路
88b ねじれモード制御電圧演算回路
88c 歪モード制御電圧演算回路
91，91’ ゲイン補償器
224 乗算器
228 乗算器
230 加算器
232 除算器
234 フィルタ
300 ゲイン設定器

Claims (7)

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ガイドレールと、
   前記電磁石が前記空隙および前記ガイドレールと形成する磁気回路の前記空隙における状態を検出するセンサ部と、前記電磁石に励磁電流を流すための励磁手段と、前記電磁石の電気抵抗値を測定する抵抗測定手段と、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あらわされるモード別電流を演算するモード励磁電流演算部と、前記センサ部の出力に基づいて、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あらわ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と、前記抵抗測定手段と前記モード励磁電流演算部の出力に基づいて前記モード励磁電圧演算部の出力を補正するモード励磁電圧補正手段と、を有し、前記センサ部の出力に基づいて前記浮上体の複数の運動モードそれぞれに寄与する前記電磁石の励磁電流を制御して前記磁気回路を安定化させ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。
2. 前記磁石ユニットが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。
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少なくとも一つの前記浮上体の運動モードに寄与する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。
4. 前記吸引力制御手段が、前記抵抗測定手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上装置。
5. 前記抵抗測定手段が、前記電磁石の励磁電流および当該励磁電流を発生させている励磁電圧に基づいて前記電磁石の電気抵抗を測定することを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上装置。
6. 前記モード励磁電圧演算部が前記抵抗測定手段の出力に基づいて前記モード別励磁電圧を補正する制御定数補正演算部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上装置。
7. モード励磁電圧補正手段が前記抵抗測定手段の出力と前記モード電流測定手段の出力を乗算する抵抗値乗算手段と、前記抵抗値乗算手段の出力の総和を演算する加算器を備えていることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。

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