JP5936918B2 - Magnetic levitation device - Google Patents

Magnetic levitation device Download PDF

Info

Publication number
JP5936918B2
JP5936918B2 JP2012123021A JP2012123021A JP5936918B2 JP 5936918 B2 JP5936918 B2 JP 5936918B2 JP 2012123021 A JP2012123021 A JP 2012123021A JP 2012123021 A JP2012123021 A JP 2012123021A JP 5936918 B2 JP5936918 B2 JP 5936918B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
movable frame
gap sensor
floating body
electromagnet
relative displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012123021A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013249852A (en
Inventor
芳武 上條
芳武 上條
健治 香月
健治 香月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2012123021A priority Critical patent/JP5936918B2/en
Publication of JP2013249852A publication Critical patent/JP2013249852A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5936918B2 publication Critical patent/JP5936918B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、磁気力で浮上体を支持する磁気浮上装置に関する。   The present invention relates to a magnetic levitation apparatus that supports a levitation body with magnetic force.

回転体を非接触支持する手段として、磁気軸受が広く使用されている。通常、磁気軸受は、回転するロータの回転軸に直交する動きを非接触支持するラジアル軸受と、回転軸に平行な動きを非接触支持するスラスト軸受で構成される。その場合、浮上体であるロータを安定的に非接触支持するために、何れかの軸受に対して電磁石の吸引力を制御する常電導吸引式磁気浮上方式が適用されるのが一般的である。   Magnetic bearings are widely used as means for supporting a rotating body in a non-contact manner. Usually, a magnetic bearing is comprised by the radial bearing which carries out non-contact support of the movement orthogonal to the rotating shaft of the rotor which rotates, and the thrust bearing which carries out non-contact support of the movement parallel to a rotating shaft. In that case, in order to stably support the rotor, which is a floating body, in a non-contact manner, it is common to apply a normal conducting attraction type magnetic levitation system that controls the attractive force of the electromagnet to any bearing. .

常電導吸引式磁気浮上方式では、浮上体を定常的に非接触支持するために、電磁石にバイアス電流を流すことによって常に所定の吸引力を形成する必要がある。そのため、ロータに作用する外力の有無によらず常に電力を消費することになる。また、常に電磁石のコイルが通電状態となるため発熱が避けられず、何らかの冷却手段を講じる必要がある。   In the normal conducting magnetic levitation system, it is necessary to always form a predetermined attraction force by flowing a bias current through the electromagnet in order to support the levitated body in a non-contact manner. Therefore, power is always consumed regardless of the presence or absence of external force acting on the rotor. Further, since the electromagnet coil is always energized, heat generation is unavoidable, and some cooling means must be taken.

少ない電力消費で吸引式磁気浮上を行うために、永久磁石と電磁石で磁石ユニットを構成し、浮上状態の安定性を維持しながら電磁石への励磁電流をゼロに収束させる、いわゆるゼロパワー制御を適用する方法がある(例えば、特許文献1,2参照)。このような構成とすることで、浮上体を非接触支持するために必要な磁力を永久磁石に起因する磁力によってまかなうことができ、定常的に非接触支持するために電磁石に流す必要があるバイアス電流が不要となる。また、浮上体と磁石ユニットとの相対変位が大きい場合でも電磁石への少ない励磁電流で大きな電磁力を制御することができる。   Applying so-called zero power control, in which a magnet unit is composed of permanent magnets and electromagnets, and the excitation current to the electromagnet is converged to zero while maintaining the stability of the levitated state in order to perform attraction type magnetic levitation with low power consumption (For example, refer to Patent Documents 1 and 2). By adopting such a configuration, the magnetic force required to support the floating body in a non-contact manner can be provided by the magnetic force caused by the permanent magnet, and the bias that needs to flow to the electromagnet in order to support the non-contact in a steady manner. No current is required. Further, even when the relative displacement between the levitating body and the magnet unit is large, a large electromagnetic force can be controlled with a small excitation current to the electromagnet.

しかし、ゼロパワー制御を適用して磁気軸受を構成した場合、電磁石への励磁電流を常にゼロに収束させるように磁気浮上制御が行われるため、励磁電流がゼロに収束すると共に空隙長が変化し、結果的に永久磁石の磁力のみで磁気浮上できる位置で安定となる。従って、ロータの自重や定常的な外力が磁気軸受に作用する場合、ロータの回転中心がその外力に応じて変位することになる。回転中心が変位することによって、例えば、高速回転する機器では振れ回りの問題が生じ、ポンプなどでは回転位置による効率の変動が問題となり、場合によってはロータが容器やパイプに接触する可能性がある。   However, when a magnetic bearing is configured by applying zero power control, magnetic levitation control is performed so that the excitation current to the electromagnet always converges to zero, so the excitation current converges to zero and the gap length changes. As a result, it becomes stable at a position where magnetic levitation can be achieved only by the magnetic force of the permanent magnet. Accordingly, when the rotor's own weight or steady external force acts on the magnetic bearing, the rotation center of the rotor is displaced according to the external force. Displacement of the center of rotation causes, for example, a problem of swirling in a device that rotates at high speed, and in a pump or the like, a fluctuation in efficiency due to the rotational position becomes a problem. In some cases, the rotor may come into contact with a container or a pipe. .

特開昭61−102105号公報JP 61-102105 A 特開2001−19286号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-19286

前述したように、磁気軸受の電力消費を低減させ、磁石ユニットと浮上体との間の相対変位を大きく設計するためには、電磁石と永久磁石で磁石ユニットを構成し、ゼロパワー制御を適用する方法が有効である。しかし、ゼロパワー制御を適用して磁気軸受を構成した場合、定常的な外力が磁気軸受に作用すると、ロータの回転中心がその外力に応じて変位してしまう問題があった。これは、高速回転する機器においては、振れ回りの問題が発生し、効率の低下を招く大きな要因となる。   As described above, in order to reduce the power consumption of the magnetic bearing and to design a large relative displacement between the magnet unit and the levitated body, the magnet unit is composed of an electromagnet and a permanent magnet, and zero power control is applied. The method is effective. However, when a magnetic bearing is configured by applying zero power control, there is a problem that when a steady external force acts on the magnetic bearing, the rotation center of the rotor is displaced according to the external force. This is a major factor that causes a problem of run-out in a device that rotates at a high speed and causes a reduction in efficiency.

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、実質的なゼロパワー制御だけでなく、浮上体の絶対位置をゼロに収束させる制御を用いることによって、摩擦等による浮上体の初期位置変動を抑制することができると共に、定常的な外力に起因する浮上体の位置変動を抑制することができ、且つ動的な外力が作用した場合でも良好な追従性を得ることのできる磁気浮上装置を提供する。   The present invention has been made to solve such a problem, and by using not only substantial zero power control but also control for converging the absolute position of the floating body to zero, the initial position fluctuation of the floating body due to friction or the like. A magnetic levitation apparatus that can suppress fluctuations in the position of the levitation body caused by a steady external force and can obtain good followability even when a dynamic external force is applied. provide.

本発明の一実施形態に係わる磁気浮上装置は、少なくとも一部が強磁性体で形成された浮上体と、永久磁石と電磁石を備え、前記浮上体を挟んで対向配置され、前記浮上体に空隙を介して前記永久磁石に起因する磁束の磁気回路を形成すると共に、前記浮上体に当該空隙を介して前記電磁石に起因する磁束の磁気回路を形成する磁石ユニットと、前記浮上体に前記磁石ユニットが対向するように、前記磁石ユニットが固定された可動枠と、前記可動枠及び前記浮上体に加わる荷重を支持する固定枠と、前記固定枠に対して前記可動枠を支持し、当該固定枠と前記可動枠との距離を調整可能な可動枠支持手段と、前記浮上体と前記磁石ユニットとの相対変位を測定する第1のギャップセンサと、前記固定枠と前記可動枠との相対変位を測定する第2のギャップセンサと、前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサで測定された各々の相対変位に応じて前記電磁石の電流を制御することにより、前記浮上体を非接触支持する制御手段と、前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサで測定された各々の相対変位から導出した前記浮上体の絶対位置変動をゼロに収束させる手段と、を具備したことを特徴とする。 A magnetic levitation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a levitation body at least partially formed of a ferromagnetic material, a permanent magnet, and an electromagnet, and is disposed so as to face the levitation body. A magnetic unit that forms a magnetic circuit of magnetic flux caused by the permanent magnet via the air gap, and a magnetic unit that forms a magnetic circuit of magnetic flux caused by the electromagnet via the air gap on the floating body, and the magnet unit on the floating body A movable frame to which the magnet unit is fixed, a fixed frame that supports a load applied to the movable frame and the floating body, the movable frame is supported with respect to the fixed frame, and the fixed frame A movable frame support means capable of adjusting a distance between the movable frame, a first gap sensor for measuring a relative displacement between the floating body and the magnet unit, and a relative displacement between the fixed frame and the movable frame. taking measurement And second gap sensor, the first by controlling the current of the electromagnet in response to each of the relative displacement measured by the second gap sensor and gap sensor, non-contact support for the control means the floating body And means for converging the absolute position fluctuation of the levitated body derived from the relative displacements measured by the first gap sensor and the second gap sensor to zero.

本発明の実施形態によれば、実質的なゼロパワー制御だけでなく、浮上体の絶対位置をゼロに収束させる制御を用いることによって、摩擦等による浮上体の初期位置変動を抑制することができると共に、定常的な外力に起因する浮上体の位置変動を抑制することができる。   According to the embodiment of the present invention, not only the substantial zero power control but also the control for converging the absolute position of the levitated body to zero can be used to suppress the initial position fluctuation of the levitated body due to friction or the like. At the same time, fluctuations in the position of the levitated body caused by steady external force can be suppressed.

第1の実施形態に係わる磁気浮上装置の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the magnetic levitation apparatus concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態の磁気浮上装置に用いた縦方向支持装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the vertical direction support apparatus used for the magnetic levitation apparatus of 1st Embodiment. 図2の縦方向支持装置に取り付けられた磁石ユニットの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the magnet unit attached to the vertical direction support apparatus of FIG. 第1の実施形態の磁気浮上装置に用いた横方向支持装置の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the horizontal direction support apparatus used for the magnetic levitation apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態における電磁石電流の制御装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the control apparatus of the electromagnet electric current in 1st Embodiment. 図5の制御装置に用いた制御演算器の回路構成を示すブロック図。The block diagram which shows the circuit structure of the control arithmetic unit used for the control apparatus of FIG. 第1の実施形態における磁気支持特性とばね支持特性との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the magnetic support characteristic and spring support characteristic in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の回路構成を示すブロック図。The block diagram which is for demonstrating the magnetic levitation apparatus concerning 2nd Embodiment, and shows the circuit structure of a control arithmetic unit. 第3の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の回路構成を示すブロック図。The block diagram for demonstrating the magnetic levitation apparatus concerning 3rd Embodiment, and showing the circuit structure of a control arithmetic unit. 第4の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の回路構成を示すブロック図。The block diagram for demonstrating the magnetic levitation apparatus concerning 4th Embodiment, and showing the circuit structure of a control arithmetic unit.

前述した定常的な外力による浮上体の変位を防止するために、ゼロパワー制御を適用した磁気浮上系に対して、弾性体で支持された可動枠内部に磁石ユニットを配置し、浮上体に作用する外力の大きさに応じて変化する相対変位の変化を機械的に吸収する構成が考えられる。このような構成とすることで、浮上体の絶対位置を所定の位置に維持することができる。   In order to prevent the displacement of the levitated body due to the steady external force described above, a magnet unit is placed inside the movable frame supported by the elastic body against the magnetic levitating system to which zero power control is applied, and acts on the levitated body. A configuration that mechanically absorbs a change in relative displacement that changes according to the magnitude of the external force to be performed is conceivable. By setting it as such a structure, the absolute position of a floating body can be maintained in a predetermined position.

しかし、ゼロパワー制御を用いた場合、磁気ばねと弾性体のばね定数の違い、弾性体支持による摩擦等の影響により、浮上体の初期位置変動が生じる可能性がある。浮上体の回転中心がずれることになり、高精度を要する機器では問題となる。   However, when zero power control is used, there is a possibility that the initial position fluctuation of the floating body may occur due to the difference in the spring constant between the magnetic spring and the elastic body, the friction due to the elastic body support, and the like. The center of rotation of the levitated body will be deviated, which is a problem for devices that require high accuracy.

そこで本発明では、浮上体の初期位置変動をゼロに収束させ、且つ動的な外力が作用した場合でも良好に追従し、浮上体の絶対位置の変動を低減すると共に、構成上の特徴として励磁電流を低減できる磁気浮上装置を提供する。   Therefore, in the present invention, the initial position fluctuation of the levitating body is converged to zero, and even when a dynamic external force is applied, it follows well, reducing the fluctuation of the absolute position of the levitating body and exciting as a structural feature. A magnetic levitation device capable of reducing current is provided.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係わる磁気浮上装置の概略構成を示す斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the magnetic levitation apparatus according to the first embodiment.

本実施形態の磁気浮上装置は、円筒状の浮上体10と、浮上体10をz方向(上下方向)に支持する縦方向支持装置20と、浮上体10をy方向(左右方向)に支持する横方向支持装置30とで構成されている。浮上体10は、x方向の軸芯を中心に回転するものであり、全体が強磁性材料で形成されるか、又は一部が強磁性材料で形成されている。   The magnetic levitation device of this embodiment supports a cylindrical levitation body 10, a vertical support device 20 that supports the levitation body 10 in the z direction (up and down direction), and a levitation body 10 in the y direction (left and right direction). And a lateral support device 30. The levitated body 10 rotates about an axis in the x direction, and is entirely formed of a ferromagnetic material or partly formed of a ferromagnetic material.

図2に、縦方向支持装置20の構成を示す。縦方向支持装置20は、縦方向固定枠21、縦方向可動枠22、縦方向可動枠22の上下内部にそれぞれ配置された磁石ユニット(Z軸磁石ユニット)23、浮上体10と磁石ユニット23との相対変位を測定する第1のギャップセンサ24、縦方向固定枠21と縦方向可動枠22との相対変位を測定する第2のギャップセンサ25、縦方向可動枠22を上下方向に動作可能にするリニアガイド26、及び縦方向可動枠22を弾性的に支持するばね27で構成されている。縦方向可動枠22は、リニアガイド26とばね27を介して縦方向固定枠21に接続されており、縦方向固定枠21内で上下方向に移動可能な構造となっている。   In FIG. 2, the structure of the vertical direction support apparatus 20 is shown. The vertical support device 20 includes a vertical fixed frame 21, a vertical movable frame 22, a magnet unit (Z-axis magnet unit) 23 disposed in the upper and lower portions of the vertical movable frame 22, the floating body 10, and the magnet unit 23. The first gap sensor 24 for measuring the relative displacement of the second gap sensor 25 for measuring the relative displacement between the vertical fixed frame 21 and the vertical movable frame 22 and the vertical movable frame 22 can be operated in the vertical direction. And a spring 27 that elastically supports the longitudinal movable frame 22. The vertical movable frame 22 is connected to the vertical fixed frame 21 via a linear guide 26 and a spring 27, and has a structure movable in the vertical direction within the vertical fixed frame 21.

なお、ギャップセンサ24は、上側及び下側の各磁石ユニット23と浮上体10との相対変位を測定するために縦方向可動枠22の上側及び下側の両方に設けても良いが、上下の磁石ユニット23間の距離が一定であり一方のみを測定すれば良いことから、例えば図2に示すように上側のみに配置されている。ギャップセンサ25も同様に、縦方向可動枠22の上端及び下端と縦方向固定枠21との相対変位を測定するために縦方向固定枠21の上側及び下側の両方に設けても良いが、一方のみを測定すれば両方が分かることから、例えば図2に示すように下側のみに配置されている。   The gap sensor 24 may be provided on both the upper and lower sides of the longitudinal movable frame 22 in order to measure the relative displacement between the upper and lower magnet units 23 and the floating body 10. Since the distance between the magnet units 23 is constant and only one of them needs to be measured, for example, as shown in FIG. Similarly, the gap sensor 25 may be provided on both the upper and lower sides of the vertical fixed frame 21 in order to measure the relative displacement between the upper and lower ends of the vertical movable frame 22 and the vertical fixed frame 21. Since both are understood if only one is measured, for example, it is arranged only on the lower side as shown in FIG.

図3に、磁石ユニット23の構成を示す。磁石ユニット23は、永久磁石41と、継鉄42及び継鉄42に巻かれたコイル43で構成された電磁石44と、で構成されている。即ち、永久磁石41の両端に継鉄42がそれぞれ接続され、各々の継鉄42にコイル43が巻回されている。そして、磁石ユニット23は、浮上体10に空隙を介して永久磁石41に起因する磁束の磁気回路を形成すると共に、浮上体10に当該空隙を介して電磁石44に起因する磁束の磁気回路を形成するようになっている。また、コイル43に流す電流の向きに応じて電磁石44によって生成される磁束の向きが変わり、永久磁石41が形成する磁束を強めたり弱めたりすることが可能となっている。   FIG. 3 shows the configuration of the magnet unit 23. The magnet unit 23 is composed of a permanent magnet 41 and an electromagnet 44 composed of a yoke 42 and a coil 43 wound around the yoke 42. That is, the yokes 42 are connected to both ends of the permanent magnet 41, and the coils 43 are wound around the yokes 42. The magnet unit 23 forms a magnetic circuit of magnetic flux caused by the permanent magnet 41 through the air gap in the floating body 10 and forms a magnetic circuit of magnetic flux caused by the electromagnet 44 through the air gap in the floating body 10. It is supposed to be. Further, the direction of the magnetic flux generated by the electromagnet 44 changes according to the direction of the current flowing through the coil 43, and the magnetic flux formed by the permanent magnet 41 can be strengthened or weakened.

図4に、横方向支持装置30の構成を示す。縦方向支持装置20と同様に横方向支持装置30は、横方向固定枠31と、横方向可動枠32と、横方向可動枠32の左右内部にそれぞれ配置された磁石ユニット(Y軸磁石ユニット)33、浮上体10と横方向可動枠32との相対変位を測定する第1のギャップセンサ34、横方向固定枠31と横方向可動枠32との相対変位を測定する第2のギャップセンサ35、横方向可動枠32を左右方向に動作可能にするリニアガイド36、及び横方向可動枠32を弾性的に支持するばね37で構成されている。横方向可動枠32は、リニアガイド36とばね37を介して横方向固定枠31に接続されており、左右方向に移動可能な構造となっている。   FIG. 4 shows the configuration of the lateral support device 30. Similar to the vertical support device 20, the horizontal support device 30 includes a horizontal fixed frame 31, a horizontal movable frame 32, and magnet units (Y-axis magnet units) disposed inside the left and right sides of the horizontal movable frame 32. 33, a first gap sensor 34 that measures the relative displacement between the levitated body 10 and the laterally movable frame 32, a second gap sensor 35 that measures the relative displacement between the laterally fixed frame 31 and the laterally movable frame 32, A linear guide 36 that enables the laterally movable frame 32 to move in the left-right direction, and a spring 37 that elastically supports the laterally movable frame 32. The laterally movable frame 32 is connected to the laterally fixed frame 31 via a linear guide 36 and a spring 37, and has a structure movable in the left-right direction.

磁石ユニット33の構成は、磁石ユニット23と同様であり、永久磁石と電磁石で形成されている。ギャップセンサ34は、左側及び右側の各磁石ユニット33と浮上体10との相対変位を測定するために可動枠32の左側及び右側の両方に設けても良いが、左右の磁石ユニット33間の距離が一定であり一方のみを測定すれば良いことから、例えば図4に示すように右側のみに配置されている。ギャップセンサ35も同様に、横方向可動枠32の左端及び右端と横方向固定枠31との相対変位を測定するために横方向固定枠31の左側及び右側の両方に設けても良いが、一方のみを測定すれば両方が分かることから、例えば図4に示すように左側のみに配置されている。また、横方向支持装置30は、位置調整脚38を備えており、上下方向の位置調整が可能となっている。   The configuration of the magnet unit 33 is the same as that of the magnet unit 23, and is formed of a permanent magnet and an electromagnet. The gap sensor 34 may be provided on both the left and right sides of the movable frame 32 in order to measure the relative displacement between the left and right magnet units 33 and the floating body 10. Is fixed, and only one of them needs to be measured. For example, as shown in FIG. Similarly, the gap sensor 35 may be provided on both the left and right sides of the lateral fixed frame 31 in order to measure the relative displacement between the left and right ends of the lateral movable frame 32 and the lateral fixed frame 31. For example, as shown in FIG. 4, it is arranged only on the left side. Further, the lateral support device 30 includes a position adjustment leg 38 and can be adjusted in the vertical direction.

磁石ユニット23は浮上体10をz方向から挟むように対向配置され、磁石ユニット33は浮上体10をy方向から挟むように対向配置される。そして、磁石ユニット23,33は、電磁石44への印加電圧を制御して浮上体10を非接触支持するため、電磁石44のコイル43を制御装置に接続している。図5に、電磁石電流の制御装置の概要構成を示す。縦方向支持装置20と横方向支持装置30は同じ構成で制御を行うため、ここでは縦方向支持装置20の制御装置を例にとって説明する。   The magnet unit 23 is disposed so as to sandwich the floating body 10 from the z direction, and the magnet unit 33 is disposed so as to sandwich the floating body 10 from the y direction. And the magnet units 23 and 33 connect the coil 43 of the electromagnet 44 to a control apparatus in order to control the voltage applied to the electromagnet 44 and to support the floating body 10 in a non-contact manner. FIG. 5 shows a schematic configuration of an electromagnet current control apparatus. Since the vertical support device 20 and the horizontal support device 30 perform control with the same configuration, the control device of the vertical support device 20 will be described as an example here.

制御装置は、磁気浮上装置の状態量を検出するセンサ部50と、センサ部50からの信号に応じて浮上体10を安定的に非接触支持するために電磁石44への印加電圧を演算する制御演算器60と、制御演算器60の出力に応じて電磁石44を励磁するパワーアンプ55とで構成されており、これらによって磁石ユニット23と浮上体10との間に発生する磁気力を制御している。センサ部50は、浮上体10と磁石ユニット23との相対変位zrを測定する第1のギャップセンサ24、縦方向固定枠21と縦方向可動枠22との相対変位zfを測定する第2のギャップセンサ25、及び電磁石44への励磁電流izを検出するための電流センサ51で構成されている。   The control device detects the state quantity of the magnetic levitation device, and controls to calculate the voltage applied to the electromagnet 44 in order to stably support the floating body 10 in a non-contact manner in accordance with a signal from the sensor unit 50. It comprises a computing unit 60 and a power amplifier 55 that excites the electromagnet 44 in accordance with the output of the control computing unit 60, and controls the magnetic force generated between the magnet unit 23 and the levitated body 10. Yes. The sensor unit 50 includes a first gap sensor 24 that measures the relative displacement zr between the levitated body 10 and the magnet unit 23, and a second gap that measures the relative displacement zf between the vertical fixed frame 21 and the vertical movable frame 22. The sensor 25 and the current sensor 51 for detecting the excitation current iz to the electromagnet 44 are configured.

図6に、制御演算器60の具体的構成を示す。制御演算器60は、変位の変動分Δzr,Δzfから速度を算出する微分器61,62と、適切なフィードバックゲインを乗じるためのゲイン補償器63と、絶対位置偏差目標値を設定する絶対位置偏差目標値発生器64と、Δzr,Δzfを加算する加算器65と、加算出力(Δzr+Δzf)を絶対位置偏差目標値から減じる減算器66と、減算器66の出力値を積分して適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器67と、ゲイン補償器63の出力値の総和を加算する加算器68と、加算器68の出力値を積分補償器67の出力値から減じて電磁石44への制御電圧ezを出力する減算器69とで構成されている。   FIG. 6 shows a specific configuration of the control arithmetic unit 60. The control arithmetic unit 60 includes differentiators 61 and 62 for calculating speeds from displacement fluctuations Δzr and Δzf, a gain compensator 63 for multiplying an appropriate feedback gain, and an absolute position deviation for setting an absolute position deviation target value. A target value generator 64, an adder 65 for adding Δzr and Δzf, a subtractor 66 for subtracting the addition output (Δzr + Δzf) from the absolute position deviation target value, and an appropriate feedback gain by integrating the output value of the subtractor 66 , The adder 68 for adding the sum of the output values of the gain compensator 63, the output value of the adder 68 is subtracted from the output value of the integral compensator 67, and the control voltage ez to the electromagnet 44 is obtained. And a subtractor 69 for outputting.

微分器61は、第1のギャップセンサ24の出力値より算出した浮上体10と磁石ユニット23との相対変位の微小変動分Δzrから、浮上体10と磁石ユニット23との相対変位の変化速度の微小変動分Δvrを演算する。微分器62は、第2のギャップセンサ25の出力値より算出した縦方向固定枠21と縦方向可動枠22との相対変位の微小変動分Δzfから、縦方向固定枠21と縦方向可動枠22との相対変位の変化速度の微小変動分Δvfを演算する。ゲイン補償器63は、Δzr,Δvr,Δzf,Δvf,及び電流センサ51の出力値より算出した電磁石44への励磁電流の微小変動分Δizに対し、それぞれ適切なフィードバックゲインを乗じる。   The differentiator 61 calculates the change rate of the relative displacement between the levitated body 10 and the magnet unit 23 from the minute variation Δzr of the relative displacement between the levitated body 10 and the magnet unit 23 calculated from the output value of the first gap sensor 24. The minute variation Δvr is calculated. The differentiator 62 calculates the vertical fixed frame 21 and the vertical movable frame 22 from the minute fluctuation Δzf of the relative displacement between the vertical fixed frame 21 and the vertical movable frame 22 calculated from the output value of the second gap sensor 25. A minute variation Δvf of the change speed of the relative displacement with respect to is calculated. The gain compensator 63 multiplies an appropriate feedback gain by Δzr, Δvr, Δzf, Δvf, and the minute fluctuation Δiz of the exciting current to the electromagnet 44 calculated from the output value of the current sensor 51.

ここで、絶対位置偏差目標値発生器64の値をゼロとした場合、浮上体10が非接触で安定的に支持されている状態では、浮上体10の絶対位置変動をゼロに収束させることができる。これにより、摩擦等による浮上体10の初期位置変動をなくすことができると共に、定常的な外力に起因する浮上体10の位置変動を抑制することができる。即ち、センサ部50、制御演算器60,パワーアンプ55からなる制御ループにより電磁石44への励磁電流を制御することにより、浮上体10を非接触で安定支持することができる。この状態で、絶対位置偏差目標値をゼロに設定することにより、浮上体10の非接触支持を維持したまま、浮上体10の絶対位置変動をゼロに収束させることができる。   Here, when the value of the absolute position deviation target value generator 64 is set to zero, the absolute position fluctuation of the levitated body 10 can be converged to zero in a state where the levitated body 10 is stably supported without contact. it can. Thereby, while the initial position fluctuation | variation of the floating body 10 by friction etc. can be eliminated, the position fluctuation | variation of the floating body 10 resulting from a steady external force can be suppressed. That is, the floating body 10 can be stably supported in a non-contact manner by controlling the excitation current to the electromagnet 44 by the control loop including the sensor unit 50, the control arithmetic unit 60, and the power amplifier 55. In this state, by setting the absolute position deviation target value to zero, the absolute position variation of the floating body 10 can be converged to zero while maintaining the non-contact support of the floating body 10.

横方向支持装置30の磁石ユニット33に対しても前記図5と同様の制御装置及び前記図6と同様の制御演算器を用いることにより、z方向だけではなくy方向にも上記と同様に制御を実現することができる。これにより、浮上体10を非接触で支持することが可能となる。   The magnet unit 33 of the lateral support device 30 is controlled in the same manner not only in the z direction but also in the y direction by using the same control device as in FIG. 5 and the same control arithmetic unit as in FIG. Can be realized. Thereby, it becomes possible to support the floating body 10 in a non-contact manner.

前記構成のように縦方向可動枠22及び横方向可動枠32を、リニアガイド26,36とばね27,37を介してそれぞれ縦方向固定枠21及び横方向固定枠31に接続した場合、永久磁石41の磁気力による変位−吸引力特性と同等の変位−復元力特性を有するばね27,37によって、磁気支持特性と逆の傾きを有するばね支持特性と合成させる。それによって、特性上、図7のように結果的に合成支持特性のような荷重−変位特性となり、浮上体10の絶対位置の変動が大幅に低減される。   When the vertical movable frame 22 and the horizontal movable frame 32 are connected to the vertical fixed frame 21 and the horizontal fixed frame 31 via the linear guides 26 and 36 and the springs 27 and 37, respectively, as in the above configuration, the permanent magnet The springs 27 and 37 having a displacement-restoring force characteristic equivalent to the displacement-attraction force characteristic by the magnetic force 41 are combined with a spring support characteristic having an inclination opposite to the magnetic support characteristic. Thereby, as a result, as shown in FIG. 7, load-displacement characteristics such as a composite support characteristic are obtained, and fluctuations in the absolute position of the floating body 10 are greatly reduced.

しかしながら、磁気支持特性とばね支持特性を完全に一致させない限り、構成上、絶対位置の変動をゼロにすることはできない。そこで、本構成に加えて、浮上体10の絶対位置変動をゼロに収束させる制御を適用することによって、絶対位置を一定に保ちながら消費電力を略ゼロにすることができる。   However, as long as the magnetic support characteristics and the spring support characteristics are not completely matched, the absolute position variation cannot be made zero according to the configuration. Therefore, in addition to this configuration, by applying control for converging the absolute position fluctuation of the levitated body 10 to zero, the power consumption can be made substantially zero while keeping the absolute position constant.

なお、本実施形態では、距離を測定するセンサとして、例えば渦電流式ギャップセンサを用いることにより高精度での測定を実現することができる。一方、検出対象が金属以外のものである場合には、光学式ギャップセンサを用いることにより、検出対象を金属に限定しない。また、接触式を用いた場合には廉価なシステムが構成できる。なお、パワーアンプの出力指令値は電流又は電圧の一方に限定されるものではなく、何れの場合でも同様の構成で効果を得ることができる。これは、以降に説明する実施形態においても同様である。   In the present embodiment, for example, an eddy current type gap sensor is used as a sensor for measuring the distance, so that measurement with high accuracy can be realized. On the other hand, when the detection target is something other than metal, the detection target is not limited to metal by using an optical gap sensor. Further, when the contact type is used, an inexpensive system can be configured. Note that the output command value of the power amplifier is not limited to one of current and voltage, and in any case, an effect can be obtained with the same configuration. The same applies to the embodiments described below.

このように本実施形態によれば、固定枠21,31にリニアガイド26,36及びばね27,37を介して可動枠22,32を設け、可動枠22,32に固定した磁石ユニット23,33により浮上体10の磁気浮上制御を行うことにより、定常的な外力による浮上体10の中心ずれを可動枠22,32で吸収することができ、定常的な外力による浮上体の中心ずれを抑制することができる。しかも、可動枠22,32の変位を加味してフィードバック制御することにより、動的な外力などが作用した場合にも良好な追従特性を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the movable frames 22 and 32 are provided on the fixed frames 21 and 31 via the linear guides 26 and 36 and the springs 27 and 37, and the magnet units 23 and 33 are fixed to the movable frames 22 and 32. By performing the magnetic levitation control of the levitation body 10 by the above, the center deviation of the levitation body 10 due to the steady external force can be absorbed by the movable frames 22 and 32, and the center deviation of the levitation body due to the steady external force is suppressed. be able to. In addition, by performing feedback control in consideration of the displacement of the movable frames 22 and 32, it is possible to obtain good tracking characteristics even when a dynamic external force or the like is applied.

(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の回路構成を示すブロック図である。なお、図6と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a block diagram for explaining a magnetic levitation apparatus according to the second embodiment and showing a circuit configuration of a control arithmetic unit. The same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1の実施形態においては、Δzr,Δvr,Δzf,Δvf,Δiz及びΔzr+Δzfの積分値の6つをフィードバックして制御電圧ezを算出する構成とした。ここでは更に、Δizの積分値をフィードバックするループを設け、Δzr+Δzfの積分値とΔizの積分値を切り換える実施形態を説明する。   In the first embodiment, the control voltage ez is calculated by feeding back six integrated values of Δzr, Δvr, Δzf, Δvf, Δiz, and Δzr + Δzf. Here, an embodiment will be described in which a loop for feeding back the integrated value of Δiz is provided to switch between the integrated value of Δzr + Δzf and the integrated value of Δiz.

図8に示すように、前記図6の構成に加え、電流偏差目標値発生器74と、Δizを電流偏差目標値発生器74より減じる減算器76と、減算器76の出力値を積分して適切なフィードバックゲインを乗じる積分補償器77と、積分補償器67,77の何れかを選択する積分切換器81と、積分補償器67,77の出力値を加算する加算器82とを備えている。そして、減算器69により、加算器82の出力値を加算器68の出力値から減じて電磁石への制御電圧ezを出力するようになっている。   As shown in FIG. 8, in addition to the configuration of FIG. 6, the current deviation target value generator 74, the subtractor 76 for subtracting Δiz from the current deviation target value generator 74, and the output value of the subtractor 76 are integrated. An integral compensator 77 for multiplying an appropriate feedback gain, an integral switching unit 81 for selecting one of the integral compensators 67 and 77, and an adder 82 for adding the output values of the integral compensators 67 and 77 are provided. . The subtracter 69 subtracts the output value of the adder 82 from the output value of the adder 68 and outputs the control voltage ez to the electromagnet.

積分切換器81は、Δzr+Δzfの積分値とΔizの積分値のどちらを選択するかを決定する。その際に、選択されなかった積分補償器67,77の何れかはゼロにリセットする。   The integral switching unit 81 determines whether to select an integral value of Δzr + Δzf or an integral value of Δiz. At that time, any of the integral compensators 67 and 77 which are not selected is reset to zero.

Δizの積分値をフィードバックするループにより、ゼロパワー制御が実現できる。従って、積分切換器81を用いることによって、絶対位置変動と励磁電流の何れを積極的にゼロに収束させるかを決定することができる。また、選択していない積分補償器67,77の何れかをゼロにすることによって、スムーズな切り換えが実現できる。横方向支持装置4においても同じ構成で制御を行うことができる。   Zero power control can be realized by a loop that feeds back the integrated value of Δiz. Therefore, by using the integral switching device 81, it is possible to determine which of the absolute position fluctuation and the excitation current is positively converged to zero. Moreover, smooth switching can be realized by setting any one of the unselected integral compensators 67 and 77 to zero. The lateral support device 4 can also be controlled with the same configuration.

このように本実施形態によれば、Δzr+Δzfの積分値をフィードバックするループに加え、Δizの積分値をフィードバックするループを設け、何れかのループを選択することにより、絶対位置変動と励磁電流の何れを積極的にゼロに収束させるかを決定することができる。従って、先の第1の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、磁気浮上装置の磁気軸受けとして要求される性能に応じた制御が可能になる利点がある。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the loop that feeds back the integrated value of Δzr + Δzf, a loop that feeds back the integrated value of Δiz is provided, and by selecting one of the loops, any of the absolute position fluctuation and the excitation current can be selected. Can be positively converged to zero. Therefore, there is an advantage that control according to the performance required for the magnetic bearing of the magnetic levitation device can be obtained as well as the same effect as the first embodiment.

(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の回路構成を示すブロック図である。なお、図8と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a block diagram for explaining a magnetic levitation apparatus according to the third embodiment and showing a circuit configuration of a control arithmetic unit. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 8 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態が先に説明した第2の実施形態と異なる点は、制御装置の制御演算器60で微分器を用いる代わりに状態観測器を用いたことにある。状態観測器は、必要な運動モデルの計算式を持っており、各種のセンサ情報から必要な情報を推定するものである。本実施形態の状態観測器71は、第1のギャップセンサ24、第2のギャップセンサ25を用いて算出したΔzr,Δzfを導入することで、Δvr,Δvfを推定するようになっている。   This embodiment is different from the second embodiment described above in that a state observer is used instead of a differentiator in the control arithmetic unit 60 of the control device. The state observer has a necessary motion model calculation formula, and estimates necessary information from various sensor information. The state observer 71 of the present embodiment estimates Δvr and Δvf by introducing Δzr and Δzf calculated using the first gap sensor 24 and the second gap sensor 25.

先の第2の実施形態においては、Δzr,Δvr,Δzf,Δvf,Δiz,及びΔzr+Δzfの積分値又はΔizの積分値の6つをフィードバックして制御電圧ezを算出する構成とした。その際、Δvr及びΔvfを求めるためにΔzr及びΔzfの出力値を微分器61,62を介して得る構成としたが、本実施形態では状態観測器71を用いた。本実施形態においても、基本的には変わらないが、Δvr及びΔvfを求めるためにΔzr及びΔzfの出力値を微分するのではなく、状態観測器91を用いてΔvr及びΔvfを求めている。   In the previous second embodiment, the control voltage ez is calculated by feeding back six integrated values of Δzr, Δvr, Δzf, Δvf, Δiz, and Δzr + Δzf or Δiz. At this time, in order to obtain Δvr and Δvf, output values of Δzr and Δzf are obtained via differentiators 61 and 62, but in this embodiment, the state observer 71 is used. Also in this embodiment, although not basically changed, Δvr and Δvf are obtained using the state observer 91 instead of differentiating the output values of Δzr and Δzf in order to obtain Δvr and Δvf.

本実施形態のように状態観測器91を用いた場合、微分器61,62を用いた場合に比べてノイズに強く、また推定誤差の収束の速さを任意に変えることができるため、より安定的に浮上体10を非接触支持することができる。横方向支持装置30においても同じ構成で制御を行うことができる。   When the state observer 91 is used as in the present embodiment, it is more resistant to noise than the case where the differentiators 61 and 62 are used, and the convergence speed of the estimation error can be arbitrarily changed. Thus, the levitated body 10 can be supported in a non-contact manner. The lateral support device 30 can also be controlled with the same configuration.

このように本実施形態によれば、先の第2の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、変化速度の微小変動分Δvr,Δvfを求める際のノイズが少ないので、浮上体10の浮上制御をより安定して行うことが可能となる。   As described above, according to this embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained, and since there is little noise when obtaining the minute fluctuations Δvr and Δvf of the change speed, the floating body 10 levitation control can be performed more stably.

(第4の実施形態)
図10は、第4の実施形態に係わる磁気浮上装置を説明するためのもので、制御演算器の概略構成を示すブロック図である。なお、図8と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a control arithmetic unit for explaining a magnetic levitation apparatus according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 8 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態が先に説明した第2の実施形態と異なる点は、先の第3の実施形態と同様に状態観測器92でΔvr,Δvfを推定することに加え、浮上体10及び縦方向可動枠22にかかる外力を推定し、制御電圧ezにフィードバックすることにある。   This embodiment is different from the second embodiment described above in that, like the third embodiment, in addition to estimating Δvr and Δvf by the state observer 92, the floating body 10 and the longitudinally movable The external force applied to the frame 22 is estimated and fed back to the control voltage ez.

即ち、状態観測器92には、第1のギャップセンサ24、第2のギャップセンサ25を用いて算出したΔzr,Δzf、及び電流センサ51を用いて算出したΔizが入力される。そして、状態観測器92は、Δvr,Δvf、浮上体10にかかる外力ur及び縦方向可動枠22にかかる外力ufを推定する。また、ゲイン補償器63は、Δzr,Δvr,Δzf,Δvf,Δizに加えur,ufに対して、それぞれ適切なフィードバックゲインを乗じるものとなっている。他の構成は、第2の実施形態と同様である。   That is, Δzr and Δzf calculated using the first gap sensor 24 and the second gap sensor 25 and Δiz calculated using the current sensor 51 are input to the state observer 92. Then, the state observer 92 estimates Δvr, Δvf, the external force ur applied to the floating body 10 and the external force uf applied to the longitudinal movable frame 22. The gain compensator 63 multiplies ur and uf by appropriate feedback gains in addition to Δzr, Δvr, Δzf, Δvf, and Δiz, respectively. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

本実施形態のように状態観測器92を用いた場合、浮上体10にかかる外力を推定することによって、推定外力に相当する制御入力を加えることができ、外力の影響を低減することができる。また、縦方向可動枠22には通常、外力がかからないが、縦方向可動枠22にかかる外力を予め推定しておくことによって、例えば縦方向可動枠22に予期せぬ外乱が作用した場合に、浮上体10と縦方向可動枠22が接触するような状態を回避することが可能となる。横方向支持装置30においても同じ構成で制御を行うことができる。   When the state observer 92 is used as in the present embodiment, a control input corresponding to the estimated external force can be applied by estimating the external force applied to the floating body 10, and the influence of the external force can be reduced. In addition, external force is not normally applied to the vertical movable frame 22, but by estimating the external force applied to the vertical movable frame 22 in advance, for example, when an unexpected disturbance acts on the vertical movable frame 22, It is possible to avoid a state where the floating body 10 and the vertical movable frame 22 are in contact with each other. The lateral support device 30 can also be controlled with the same configuration.

このように本実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、可動枠22,32にかかる外力を予め推定しておくことによって、浮上体10と可動枠22,32が接触するような状態を回避することが可能となり、浮上制御の更なる信頼性の向上をはかることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the second embodiment, and to estimate the external force applied to the movable frames 22 and 32 in advance, so that the floating body 10 and the movable body 10 can move. It is possible to avoid a state in which the frames 22 and 32 are in contact with each other, and the reliability of the flying control can be further improved.

(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、浮上体として回転体を用いたが、浮上体は必ずしも回転体に限らず、一方向のみの支持が必要なものであっても良い。例えば、鋼板を非接触で搬送する用途では、縦方向支持枠のみで良い。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment, the rotating body is used as the floating body. However, the floating body is not necessarily limited to the rotating body, and may be one that only needs to be supported in one direction. For example, in a use for conveying a steel plate in a non-contact manner, only a longitudinal support frame is required.

また、可動枠を固定枠に支持するための手段としては、螺旋状のばねに限らず板ばねであっても良いし、必ずしもばねに限らず弾性体を用いることができる。さらに、弾性体の代わりにアクチュエータを用いることも可能である。   Further, the means for supporting the movable frame on the fixed frame is not limited to a spiral spring but may be a leaf spring, and is not necessarily limited to a spring, and an elastic body may be used. Furthermore, an actuator can be used instead of the elastic body.

本発明の幾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。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…浮上体
20…縦方向支持装置
21…縦方向固定枠
22…縦方向可動枠
23,33…磁石ユニット
24,34…第1のギャップセンサ
25,35…第2のギャップセンサ
26,36…リニアガイド
27,37…ばね
30…横方向支持装置
31…横方向固定枠
32…横方向可動枠
38…位置調整脚
41…永久磁石
42…継鉄
43…コイル
44…電磁石
50…センサ部
51…電流センサ
55…パワーアンプ
60…制御演算器
61,62…微分器
63…ゲイン補償器
64…絶対位置偏差目標発生器
65,68,82…加算器
66,69,76…減算器
67,77…積分補償器
74…電流偏差目標発生器
81…積分切換器
91,92…状態観測器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Levitation body 20 ... Vertical direction support apparatus 21 ... Vertical direction fixed frame 22 ... Vertical direction movable frame 23, 33 ... Magnet unit 24, 34 ... 1st gap sensor 25, 35 ... 2nd gap sensor 26, 36 ... Linear guide 27, 37 ... Spring 30 ... Lateral support device 31 ... Lateral fixed frame 32 ... Lateral movable frame 38 ... Position adjustment leg 41 ... Permanent magnet 42 ... Relay 43 ... Coil 44 ... Electromagnet 50 ... Sensor unit 51 ... Current sensor 55 ... Power amplifier 60 ... Control calculator 61,62 ... Differentiator 63 ... Gain compensator 64 ... Absolute position deviation target generator 65,68,82 ... Adder 66,69,76 ... Subtractor 67,77 ... Integral compensator 74 ... Current deviation target generator 81 ... Integral switch 91, 92 ... State observer

Claims (10)

少なくとも一部が強磁性体で形成された浮上体と、
永久磁石と電磁石を備え、前記浮上体を挟んで対向配置され、前記浮上体に空隙を介して前記永久磁石に起因する磁束の磁気回路を形成すると共に、前記浮上体に当該空隙を介して前記電磁石に起因する磁束の磁気回路を形成する磁石ユニットと、
前記浮上体に前記磁石ユニットが対向するように、前記磁石ユニットが固定された可動枠と、
前記可動枠及び前記浮上体に加わる荷重を支持する固定枠と、
前記固定枠に対して前記可動枠を支持し、当該固定枠と前記可動枠との距離を調整可能な可動枠支持手段と、
前記浮上体と前記磁石ユニットとの相対変位を測定する第1のギャップセンサと、
前記固定枠と前記可動枠との相対変位を測定する第2のギャップセンサと、
前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサで測定された各々の相対変位に応じて前記電磁石の電流を制御することにより、前記浮上体を非接触支持する制御手段と、
前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサで測定された各々の相対変位から導出される前記浮上体の絶対位置変動をゼロに収束させる手段と、
を具備したことを特徴とする磁気浮上装置。
A levitated body at least partially formed of a ferromagnetic material;
A permanent magnet and an electromagnet are provided opposite to each other with the floating body interposed therebetween, and a magnetic circuit of magnetic flux caused by the permanent magnet is formed in the floating body through a gap, and the floating body is formed through the gap. A magnet unit that forms a magnetic circuit of magnetic flux caused by an electromagnet;
A movable frame to which the magnet unit is fixed so that the magnet unit faces the floating body;
A fixed frame that supports a load applied to the movable frame and the floating body;
Movable frame support means for supporting the movable frame with respect to the fixed frame and capable of adjusting a distance between the fixed frame and the movable frame;
A first gap sensor for measuring a relative displacement between the floating body and the magnet unit;
A second gap sensor for measuring a relative displacement between the fixed frame and the movable frame;
Control means for supporting the floating body in a non-contact manner by controlling the current of the electromagnet according to the relative displacements measured by the first gap sensor and the second gap sensor;
Means for converging the absolute position fluctuation of the levitated body derived from the relative displacements measured by the first gap sensor and the second gap sensor to zero;
A magnetic levitation apparatus comprising:
前記制御手段は、前記第1のギャップセンサの出力から導出された前記相対変位及び該相対変位の時間変化速度、前記第2のギャップセンサの出力から導出された前記相対変位及び該相対変位の時間変化速度、及び前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサの各出力から導出される前記浮上体の絶対位置の目標値からの偏差、にそれぞれ所定のゲインをかけて制御出力とするものであることを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上装置。   The control means includes the relative displacement derived from the output of the first gap sensor and the time change rate of the relative displacement, the relative displacement derived from the output of the second gap sensor, and the time of the relative displacement. The control output is obtained by multiplying the change speed and the deviation from the target value of the absolute position of the levitated body derived from the outputs of the first gap sensor and the second gap sensor, respectively, by a predetermined gain. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein 前記電磁石への励磁電流を測定する手段と、
前記電磁石への励磁電流をゼロに収束させる手段と、
前記浮上体の絶対位置変動をゼロに収束させる手段と前記電磁石への励磁電流をゼロに収束させる手段とを選択する切り換え手段と、
を更に備えてい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。
Means for measuring the excitation current to the electromagnet;
Means for converging the excitation current to the electromagnet to zero;
Switching means for selecting means for converging the absolute position fluctuation of the levitating body to zero and means for converging the excitation current to the electromagnet to zero, and
The magnetic levitation apparatus according to claim 1, further comprising:
前記制御手段は、前記第1のギャップセンサの出力から前記浮上体と前記磁石ユニットとの相対変位の時間変化速度を求める第1の微分器と、前記第2のギャップセンサの出力から前記固定枠と前記可動枠との相対変位の時間変化速度を求める第2の微分器と、を備えていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の磁気浮上装置。   The control means includes a first differentiator for obtaining a time change rate of relative displacement between the levitating body and the magnet unit from an output of the first gap sensor, and an output of the second gap sensor. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, further comprising: a second differentiator that obtains a temporal change rate of relative displacement between the movable frame and the movable frame. 前記制御手段は、前記第1のギャップセンサの出力及び前記第2のギャップセンサの出力を入力とし、前記浮上体と前記磁石ユニットとの相対変位の時間変化速度、前記固定枠と前記可動枠との相対変位の時間変化速度を推定する状態観測器と、を備えていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の磁気浮上装置。   The control means receives the output of the first gap sensor and the output of the second gap sensor as inputs, and the time change rate of the relative displacement between the floating body and the magnet unit, the fixed frame and the movable frame The magnetic levitation apparatus according to claim 1, further comprising: a state observer that estimates a time change rate of the relative displacement of the magnetic field. 前記制御手段は、前記第1のギャップセンサの出力、前記第2のギャップセンサの出力、及び前記電磁石への励磁電流を入力とし、前記浮上体と前記磁石ユニットとの相対変位の時間変化速度、前記固定枠と前記可動枠との相対変位の時間変化速度、及び前記浮上体及び前記可動枠に加わる外力を推定する状態観測器と、を備えていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の磁気浮上装置。   The control means inputs the output of the first gap sensor, the output of the second gap sensor, and the excitation current to the electromagnet, and the time change rate of relative displacement between the floating body and the magnet unit, A state observer for estimating a time change rate of relative displacement between the fixed frame and the movable frame and an external force applied to the levitating body and the movable frame. The magnetic levitation apparatus according to any one of the above. 前記浮上体の絶対位置変動をゼロに収束させる手段は、前記第1のギャップセンサと前記第2のギャップセンサから導出した前記浮上体の絶対位置の目標値を設定する目標値発生器と、前記目標値発生器で設定された目標値と前記浮上体の絶対位置との偏差にゲインをかけて積分する積分補償器と、を備えていることを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の磁気浮上装置。 The means for converging the floating body absolute position variation to zero includes a target value generator for setting a target value of the absolute position of the floating body derived from the first gap sensor and the second gap sensor, to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises an integrator compensator to the deviation of the set target value by the target value generator and the absolute position of the floating body to integrate over a gain, the The magnetic levitation device as described. 前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させる手段は、前記電磁石への励磁電流の目標値を設定する目標値発生器と、前記目標値発生器で設定された目標値と前記電磁石への励磁電流との偏差にゲインをかけて積分する積分補償器と、を備えていることを特徴とする請求項3記載の磁気浮上装置。   The means for converging the excitation current of the electromagnet to zero includes a target value generator that sets a target value of the excitation current to the electromagnet, a target value set by the target value generator, and an excitation current to the electromagnet. The magnetic levitation apparatus according to claim 3, further comprising: an integral compensator that integrates the deviation of the gain with a gain. 前記可動枠支持手段は、弾性要素を備えていることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の磁気浮上装置。   The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the movable frame support means includes an elastic element. 前記浮上体は回転体であり、
前記磁石ユニットは、前記浮上体を該浮上体の回転軸方向Xと直交するY方向から挟む一対のY軸磁石ユニットと、前記浮上体を前記X方向及びY方向と直交するZ方向から挟む一対のZ軸磁石ユニットとを有し、
前記可動枠は、前記Y軸磁石ユニットを固定するY軸可動枠と、前記Z軸磁石ユニットを固定するZ軸可動枠とを有し、
前記固定枠は、前記Y軸可動枠を支持するY軸固定枠と、前記Z軸可動枠を支持するZ軸固定枠とを有することを特徴とする請求項1記載の磁気浮上装置。
The floating body is a rotating body,
The magnet unit includes a pair of Y-axis magnet units that sandwich the levitating body from a Y direction that is orthogonal to the rotational axis direction X of the levitating body, and a pair that sandwiches the levitating body from a Z direction that is orthogonal to the X direction and the Y direction. Z-axis magnet unit
The movable frame includes a Y-axis movable frame that fixes the Y-axis magnet unit, and a Z-axis movable frame that fixes the Z-axis magnet unit.
The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the fixed frame includes a Y-axis fixed frame that supports the Y-axis movable frame and a Z-axis fixed frame that supports the Z-axis movable frame.
JP2012123021A 2012-05-30 2012-05-30 Magnetic levitation device Expired - Fee Related JP5936918B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012123021A JP5936918B2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Magnetic levitation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012123021A JP5936918B2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Magnetic levitation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013249852A JP2013249852A (en) 2013-12-12
JP5936918B2 true JP5936918B2 (en) 2016-06-22

Family

ID=49848750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012123021A Expired - Fee Related JP5936918B2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Magnetic levitation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5936918B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58186144A (en) * 1982-04-24 1983-10-31 Toshiba Corp X-ray tube equipment
JPH01315204A (en) * 1988-03-30 1989-12-20 Toshiba Corp Attraction type magnetic levitation apparatus
JPH03153918A (en) * 1989-11-10 1991-07-01 Nippon Seiko Kk Magnetically controlled bearing unit
JP4421605B2 (en) * 2000-06-30 2010-02-24 独立行政法人科学技術振興機構 Vibration isolation method and apparatus
JP5525348B2 (en) * 2010-06-28 2014-06-18 株式会社東芝 Magnetic levitation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013249852A (en) 2013-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5611790B2 (en) Magnetic levitation device
JP4587870B2 (en) Magnet unit, elevator guide device, and weighing device
JP4499673B2 (en) Magnetic levitation device
JP5124530B2 (en) Linear stepping motor
JP6351400B2 (en) Improved active magnetic bearing control system
JP2007259521A (en) Magnetically floating apparatus
JP2009161303A (en) Magnetic guide device
JP5762999B2 (en) Magnetic levitation device
JP5256903B2 (en) Magnetic levitation system
JP5525348B2 (en) Magnetic levitation device
JP5936918B2 (en) Magnetic levitation device
JP2012125067A (en) Magnetic levitation apparatus
JP4216683B2 (en) Magnetic levitation device
JP2005298073A (en) Elevating and guiding device for elevator
JP2005036839A (en) Magnetic supporting device
JP3940680B2 (en) Weighing device
Oda et al. Basic study on edge supported electromagnetic levitation system for flexible steel plate
JP2010260677A (en) Magnetic guide device
JP3218118B2 (en) Magnetic bearing device
JP3197031B2 (en) Linear motion magnetic support device
JPS6032581A (en) Magnetically levitating linear guide
Kim et al. Near-Zero-Power 2-DOF Noncontact Transportation by Static and Dynamic Disturbance Compensation Using Single-Body PM-Biased Magnetic Levitator
JPH02219455A (en) Linear motor supporting mechanism
JP2547725B2 (en) Floating carrier
JPH0847112A (en) Levitation type conveyor

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131219

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131226

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141126

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150924

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150929

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160412

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160511

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5936918

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees