JPH05273271A - インダクタンス監視装置 - Google Patents

インダクタンス監視装置

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JPH05273271A
JPH05273271A JP4346962A JP34696292A JPH05273271A JP H05273271 A JPH05273271 A JP H05273271A JP 4346962 A JP4346962 A JP 4346962A JP 34696292 A JP34696292 A JP 34696292A JP H05273271 A JPH05273271 A JP H05273271A
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JP
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coil
control
signal
circuit
electromagnet
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JP4346962A
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English (en)
Inventor
John F Curtis
ジヨン・フレデリツク・カーテイス
Bhalchandra V Jayawant
バルチヤンドラ・ビナヤク・ジヤヤウオント
Raymond J Whorlow
レイモンド・ジヨン・ホーロウ
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Sellafield Ltd
Original Assignee
British Nuclear Fuels PLC
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 共振回路の一部分ではない第１のコイル（L
1）のインダクタンスを監視するための装置を提供する
こと。 【構成】 第１のコイルL1に直列に接続された第２のコ
イルL2と、前記第２のコイル及び第３のコイルL3が１つ
の変圧器M の一次コイル及び二次コイルとして働くよう
に前記第２のコイルと相互誘導関係にある第３のコイル
L3に対してコンデンサC2を接続することによって形成さ
れる共振回路と、前記共振回路の共振ピーク内の周波数
を有する実質的に一定のピーク電圧振幅の交流信号を、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルを含む回路内に
送り込むための手段と、前記共振回路の構成要素を介し
た電圧の振幅を測定するための振幅検出器５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コイルのインダクタン
スを監視するための装置に係わる。
【０００２】本発明は、物体の懸垂の電磁制御のための
装置に使用されることが可能である。
【０００３】
【従来の技術】懸垂又は空中浮遊による物体位置の電磁
制御が、産業エンジニアリングの分野で数多くの商業用
途に使用されてきた。そうした用途は、乗客輸送車両、
コンベヤシステム、流量計、無摩擦軸受、工具主軸、遠
心機、交流発電機、ポンプ、圧縮機、秤量器を含んでい
る。本発明の１つの側面は、そうした用途における使用
に適した物体の懸垂の電磁制御のためのシステムに係わ
る。前記システムは、誘導制御コイルを有する電磁石
と、制御された電気供給を前記電磁石に配送することが
可能な制御可能な電気供給装置をその電力源が含む前記
電磁石用の電力源と、前記電磁石に対する物体の相対的
位置に関したパラメータの増分変化に応答して誤り制御
信号を発生させるための制御信号発生器と、前記電磁石
に対する物体の懸垂を安定させるように前記電磁石に対
する電気供給を調節するべく前記制御信号発生器によっ
て発生させられた誤り制御信号を前記電気供給装置に送
り込むための負帰還制御ループとを含む。
【０００４】物体の相対位置、即ち制御電磁石と制御さ
れるべき物体との間の隔たり又は間隙は、従来技術にお
いては、その帰還ループのための制御信号発生器の一部
分を形成する変換器によって監視される。そうした変換
器は、（物体の移動による光ビームの遮断を検出する）
光電セルと、（例えばHallプレートのようなギャップ磁
束密度測定装置を有する）磁気変換器と、（それらのコ
イルのインダクタンスが等しい時に平衡状態にあるマク
スウェルブリッジ内の２つのコイルを使用する）誘導変
換器と、（電磁石コイル電流と発生磁束との比率が、電
磁石と物体の間の間隙の測定を与えるように決定され、
小さな外乱の場合には、その割算が引算によって置き換
えられことが可能である）I/B 検出器と、（懸垂間隙に
伴って変化する出力周波数を有する発振器回路を使用す
る）容量変換器とを含んでいる。
【０００５】従来のシステムにおける空隙又は微分測定
変換器の使用は、完全には満足行くものではなかった。
一般的にこうした変換器は動作温度上限を有する。こう
した変換器は、別個の物理的大きさを有し、その変換器
によって占められる空間は電磁石のために使用可能な空
間を減少させ、従って物体に対して作用させられること
が可能な力を減少させる。
【０００６】物体が、例えばその所謂「自由−自由」モ
ードでの共振回転周波数において湾曲する可能性がある
軸である場合に、上記の問題は重大であり、このことは
変換器が配置されることが可能な位置を制限する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明によって、共振
回路の一部分ではない第１のコイルのインダクタンスを
監視するための装置が提供される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記装置は、前記第１の
コイルに直列に接続された第２のコイルと、前記第２の
コイルに対してコンデンサを接続することによって、又
は前記第２のコイル及びその第３のコイルが１つの変圧
器の一次コイル及び二次コイルとして働くように前記第
２のコイルと相互誘導関係にある第３のコイルに対して
コンデンサを接続することによって形成される前記共振
回路と、前記共振回路の共振ピーク内の周波数を有する
実質的に一定のピーク電圧振幅の交流信号を、前記第１
のコイル及び前記第２のコイルを含む回路の中に送り込
むための手段と、前記共振回路の構成要素を介した電圧
の振幅を測定するための振幅検出器とを含む。
【０００９】前記第１のコイルは、前記装置が含む物体
の懸垂の電磁制御のための装置内の電磁石コイルであっ
てよい。前記物体の懸垂の電磁制御のための装置は、前
記電磁石コイルに加えて、制御された電気供給を前記電
磁石のコイルに配送することが可能な制御可能な電気供
給装置をその電力源が含む、前記電磁石のための電力源
と、前記電磁石に対する物体の相対位置に関したパラメ
ータの増分変化に応答して誤り制御信号を発生させるた
めの制御信号発生器と、前記電磁石に対して物体の懸垂
を安定させるように前記電磁石に対する電気供給を調節
するべく前記制御信号発生器によって発生させられた誤
り制御信号を前記電気供給装置に送り込むための負帰還
制御ループとを含み、前記制御信号発生器が、前記コイ
ルのインダクタンスを監視するための前記手段を含む。
【００１０】本書では「制御コイル」と呼ばれる電磁石
コイルは、磁心上に備えられていてよい。
【００１１】前記物体は、通電中のコイルによって発生
させられる磁界によって影響を与えられることが知られ
ているタイプの物体のいずれであってもよく、例えば磁
性材料か、永久磁石か、電磁石か、通電された導体のい
ずれかであってよい。
【００１２】電気供給装置は、制御されたレベルの制御
された直流電流レベルを前記制御コイルに供給する、定
電圧源に接続された制御パワー増幅器回路を含んでもよ
い。
【００１３】前記増幅器回路の増幅器が高利得増幅器で
あることが好ましく、A 、B 、C 、D 、E 級のいずれか
１つの増幅器であってよい。この増幅器の利得は、200
よりも大きいことが好ましく500 より大きいことが望ま
しい。
【００１４】前記第２のコイル自体が共振回路内に存在
する場合には、前記振幅検出器は、その第２のコイル内
の直流成分からの絶縁を必要とし、この絶縁は、コンデ
ンサを経由して前記振幅検出器に各々の導線を接続する
ことによって与えられることが可能である。
【００１５】１つの変圧器として前記第２のコイルが第
３のコイルと共に使用される場合には、第２のコイル
（即ち前記変圧器の一次コイル）を経由して送り込まれ
る交流信号は、前記第３のコイル（即ち前記変圧器の二
次コイル）を介して出現する同一周波数で交番する電圧
を誘導する。この誘導電圧は、与えられた周波数で前記
制御コイルを通って流れる電流の交流成分の変化量であ
る。
【００１６】前記振幅検出器によって検出される交番電
圧の振幅は、誤り検出器内において、所望平均レベルを
有する基準信号と比較され、その測定された振幅と前記
所望平均レベルとの間の変化量を含む誤り信号が、積分
器内で積分され、且つその後で前記制御コイルのインダ
クタンス（及びインピーダンス）を所望平均レベルに維
持するように前記制御コイルに対する電気供給を調整す
るために、例えばパワー増幅器のような上記の制御可能
電気供給装置に接続された（１つ以上の他のループと並
列であってよい）負帰還閉ループ内の制御信号として使
用される。
【００１７】送り込まれた前記交流信号は、前記制御可
能電気供給装置の回路に対する入力として与えられ、そ
れによって前記制御コイルに供給される前記装置の公称
直流出力に重ねられることが可能である。望ましくはし
かし必須ではないが、前記共振周波数は標準可聴周波数
範囲よりも高く、好ましくは15〜25kHz であり例えば20
kHz である。
【００１８】本発明を例示する装置における回路抵抗器
の抵抗の変化が動作環境温度の変化によって引き起こさ
れる可能性がある用途のいずれかにおいては、そうした
抵抗器は、一定範囲の動作温度に亙って固定した抵抗値
を有するように各々が調整された可変抵抗器であってよ
い。
【００１９】前述の仕方での制御コイルのインダクタン
スの測定による物体の位置の制御が、公知の望ましい種
類の制御である物体の懸垂の所謂「積分制御」を与え、
この積分制御においては、物体に対して作用する力全体
とその物体が移動する増分距離の時間積分との間の関係
は、正の勾配の線形関係であることが示され得る。
【００２０】前記制御信号発生器と前記帰還ループは、
前記制御コイルによる物体の懸垂の制御の他の形式を与
えるために、帰還ループを含む１つ以上の配置と連携し
て使用されてもよい。例えば物体の懸垂の所謂「比例及
び／又は微分制御」が、本出願人による同時係属中の英
国特許出願第 9200087.6号と同第 9219959.5号（これら
の内容は本明細書に引例として組み入れられている）に
説明される仕方で与えられてもよく、これらの出願内容
では、コイルを介した純インダクタンスに起因する電圧
成分を表す信号と前記コイルを流れる電流を表す信号が
得られ、その帰還ループ内で使用するための誤り制御信
号を導き出すために、必要に応じて一方が微分又は積分
され、他方に対して平衡させられる。そうした制御方法
は、本発明の使用によって得られることが可能な積分制
御に加えて、物体の懸垂の別個の比例／微分制御を与え
ることが可能である。
【００２１】本発明は、前述のような別個の変換器に関
連した問題点が回避されることを可能にする。本発明に
よって、物体の懸垂の電磁制御が、従来技術で使用され
るような別個の変換器に対して損害を与える可能性があ
る、より高い温度において実現されることが可能であ
り、本発明の使用によって得られる単位面積当たりの電
磁制御力は従来技術におけるそれよりも大きい。より少
数のディスクリート部品を使用してその測定システムが
形成されることが可能であるが故に、その懸垂制御は、
従来技術のシステムの場合よりも安価に且つ信頼性高く
実現されることができる。
【００２２】本発明の特定の形態では、そのインダクタ
ンスが監視されるコイルが、電力消費を最小限度にする
ために、D 級構成の回路によって励振されることが可能
である。これは本発明の「D 級」形態と呼ばれるだろ
う。この場合には、懸垂物体の位置の制御のための負帰
還ループから得られる入力信号であってよい入力駆動信
号が、正方形（又は長方形）の波形のマーク対スペース
比(mark-space ratio)を制御するために使用される。こ
れは、与えられた波形の基本周波数がマーク対スペース
比に関して正弦波パターンで変動することを引き起こ
す。この変動を補償するために、（周波数に応じて）既
知のインピーダンスを与える更に別のコイル（上記のコ
イルから区別するために「第４のコイル」と呼ばれる）
が、前記第１のコイルに並列に接続されてもよい。この
第４のコイルは、その第４のコイルに直列に第５のコイ
ルに接続され、更に（この第５のコイルに関しては）、
前記第５のコイルに対してコンデンサを接続することに
よって、又は前記第５のコイルとその第６のコイルが１
つの変圧器の一次コイルと二次コイルとして働くように
前記第５のコイルと相互誘導関係にある第６のコイルに
対してコンデンサを接続することによって、共振回路が
形成される。前記第１のコイルに加えられる波形が前記
第４のコイルにも加えられる。
【００２３】本発明のD 級形態では、第１のコイルを通
過する電流の交流成分の測定量である、第１の上記の
（又は「第１の」）共振回路構成要素を介した信号S1
は、入力波形のマーク対スペース比に従って、更には前
記第１のコイルを有する電磁石と、その電磁石によって
制御される物体との間の距離x に従って変化する。前記
第４のコイルを通過する電流の交流成分の測定量であ
る、別の（又は「第２の」）共振回路構成要素を介した
信号S2は、入力波形のマーク対スペース比だけに従って
変化する。距離x に関する情報が、信号S2によって信号
S1を割算することによって得られることが可能である。
【００２４】この割算は次式を与える。
【００２５】
【数１】
【００２６】前式中でｋ1 とｋ2 が定数であり、w が角
振動数を表し、t が時間を表す。
【００２７】この式は次のように書き直されることが可
能である。
【００２８】
【数２】
【００２９】前式中でｋ3 は更に別の定数である。
【００３０】従って、S2の振幅によるS1の振幅の割算を
表す信号が、前述された通りの前記誤り検出器の出力と
して、及び上記の通りの仕方で距離x の帰還ループ制御
のために使用される出力として使用されることが可能で
ある。前記割算は、前記第１の共振回路と前記第２の共
振回路からピックアップされる信号S1、S2の各々を振幅
検出器に与えることと、その後で、その乗算器の入力が
信号S1に関する前記振幅検出器の出力と演算増幅器の出
力である乗算器の出力と共に、信号S2に関する前記振幅
検出器の出力を前記演算増幅器の中に送り込むことによ
って行われてよい。
【００３１】このD 級形態では、第１のコイルは、その
第１のコイル及び第２のコイルがそれらのトランジスタ
間に接続された２つの駆動トランジスタを有する回路の
中に含まれ、第４のコイルと第５のコイルも、第１のコ
イル及び第２のコイルと並列に前記２つのトランジスタ
の間に接続されている。前記２つのトランジスタは、正
電位を有する端子と負電位を有する端子との間に接続さ
れてよく、前記接続は整流ダイオードを含む。本書にお
ける術語「トランジスタ」は、n-p-n タイプ又はp-n-p
タイプのバイポーラトランジスタと、電界効果トランジ
スタと、こうしたトランジスタと類似の仕方で動作する
当業者に公知の他の半導体デバイスを含む。
【００３２】前記第４のコイル自体は、同調回路の一部
分を形成しないことが望ましい。
【００３３】前記第４のコイルのインピーダンスが、前
記第１のコイルのインピーダンスと同じであることが望
ましい。この代わりに、並列の同調された回路を形成し
ない抵抗器又はコンデンサが、所望インピーダンスを与
えるために、第４のコイルの代わりに使用されても、第
４のコイルと共に使用されてもよい。
【００３４】本発明による装置は、上記の仕方で物体の
位置を制御することによって物体の懸垂を共に制御する
ための複数の制御手段を有してもよく、そうした手段の
各々はその全てが前述された通りである、制御コイル
と、電気供給装置と、誤り制御信号発生器と、前記制御
信号発生器とから前記電気供給装置に至る帰還ループを
有する。
【００３５】例えば、１つの対として連携して働くその
ように制御される２つのコイルが、１次元において物体
懸垂を制御するために必要とされる。懸垂される物体を
構成する回転軸のための能動電磁軸受は、上記の仕方で
制御される２つの対の電磁石コイルを有してよく、これ
らの各対の２つの電磁石コイルが１次元における懸垂を
制御し、その２つの対の電磁石コイルが全体として２次
元における懸垂を与える。
【００３６】１つの軸のための懸垂システム全体は、前
記軸に対して半径方向に作用する２つ以上のそうした能
動軸受と、前記軸の一方の端部に対して作用する１つの
能動スラスト軸受とを含むことが可能である。
【００３７】有利なことに、回転軸を懸垂するための本
発明による装置の使用は、前記軸の「自由−自由」モー
ドにおける前記軸の湾曲に起因する別個の変換器の配置
位置選択上の制限の問題点が回避されることを可能にす
る。
【００３８】各々に電磁石を与えるために複数のコイル
が使用される場合には、これらのコイルは、公知の仕方
で共通の１つの磁心の別々の部分上に巻き付けられるこ
とが可能である。この磁心は公知の仕方で形作られラミ
ネートされることが可能である。例えばこの磁心は、そ
のリングの軸線上に物体を伴った、充実リングの形状で
あってもよい。このリング形状は、その軸線に向かって
突き出す複数の突起を有し、これらの突起の幾つか又は
全部が制御コイルを保持する。この磁心は当分野で公知
の他の形状の１つであってもよい。
【００３９】物体の相対位置に関するパラメータを制御
する帰還ループを各々が有する２つの電磁石制御コイル
を備える本発明による装置では、各々のループのための
誤り制御信号を発生させるための制御信号発生器が、両
方のコイルに関連付けられた帰還ループに共通の単一の
回路を有してよい。この制御信号発生器は、一方の制御
コイルの電気供給装置に負信号として加えられ、他方の
制御コイルの電気供給装置に正信号として加えられる
（又は場合によっては、一方の制御コイルの電気供給装
置に正信号として加えられ、他方の制御コイルの電気供
給装置に負信号として加えられる）出力を有することが
可能である。各々の帰還ループのための前記共通の単一
の回路からの出力は、その回路が組み合わされる制御コ
イルのために専ら使用される制御信号発生器からの誤り
制御信号と組み合わされて供給されてもよい。
【００４０】本発明を具体化する能動軸受は、無接触で
メンテナンス不要で潤滑不要な軸受を必要とするあらゆ
る用途に使用されることが可能である。そうした用途
は、危険な材料（例えば放射性材料、毒性材料、生物学
的活性材料）を取り扱う機械の中の可動部品のための軸
受と、真空ポンプ用の高速軸受と、（潤滑油が汚染を引
き起こす可能性がある）食品処理と、高温環境用の軸受
と、（油や他の潤滑剤が凍結する可能性がある）低温環
境用の軸受とを含む。
【００４１】共振回路の使用を含む、インダクタンスに
起因するリアクタンスの測定を説明する従来技術の公開
された特許明細書が数多くある。その例は、GB 0875869
号、GB 0844360号、GB 0654394号、GB 0581246号、US 3
970925号である。しかしこれらの事例の全てでは、その
手法は、使用される周波数が可変的である共振回路内の
リアクタンスを、その共振回路が使用中である間に測定
することであり、それによってその共振回路に対して様
々な周波数を加えることによって未知のリアクタンスが
検出されることが可能である。本発明では、そのインダ
クタンスが監視されるコイルは、共振回路の一部分では
なくその適用される周波数はそのコイルの使用中は可変
的ではない。一般的に、適用される交流波形の周波数は
実質的に固定されているだろう。更に有利には、本発明
は、インダクタンスの測定量を表す信号が懸垂物体の位
置の制御に使用されることを可能にする。この使用は、
従来技術の引例では考察されていない。
【００４２】
【実施例】以下では本発明の実施例が、添付図面を参照
して一例として説明されるだろう。
【００４３】図１では、そのインダクタンスL1とその抵
抗R1によって表される制御コイルを有する電磁石が、供
給電圧＋ＶR に接続されたダーリントン対のトランジス
タT1、T2を抵抗器R15 を経由して駆動する高利得増幅器
A1によって、公称上は固定されたレベルの公称直流サプ
ライでその電磁石の一方の端子X1に提供される。
【００４４】コンデンサC3を介してトランジスタT1のベ
ースに接続された発振器1 によって与えられる20kHz 交
流信号が、増幅器A1の公称直流出力の上に重ねられる。
この代わりに、発振器1 とコンデンサC3の出力が、増幅
器A1への入力として加えられることも可能である。従っ
てL1とR1を有する制御コイルに加えられる電圧は、定電
圧振幅の20kHz 成分を含む。制御コイルのインピーダン
スは、制御コイルを含む電磁石と制御される物体（図示
されていない）との間の空隙又は隔たりに応じて変化
し、懸垂物体に対して作用する力全体における増分変化
によって引き起こされる空隙又は隔たりの増分変化が、
その制御コイルを流れる20kHz 電流成分の変化を生じさ
せる。空心変圧器M は、インダクタンスL1及び抵抗R1に
直列である、インダクタンスL2を有する（内部抵抗は示
されていない）別の（又は一次の）コイルと、出力回路
内でコンデンサC2に接続されたインダクタンスL3を有す
る二次コイルとを有する。この出力回路の構成要素は、
その回路が発振器１の周波数において共振するように選
択されている。この共振出力回路は、インダクタンスL3
の二次コイル内の相互誘導によって、インダクタンスL1
の制御コイルとインダクタンスL2の一次コイルの中を流
れる電流の20kHz 成分にだけに関連する電圧を取り出
す。加えられる交番電圧成分の振幅が一定であるが故
に、その誘導電圧は、所与の周波数における制御コイル
インピーダンスの測定量を表し、従って測定された誘導
電圧の変化はいずれも、制御コイルを有する電磁石と制
御される物体との間の間隙の制御をもたらすために検出
され得る。
【００４５】コンデンサC2を介した電圧の20kHz 成分の
振幅は、次のように検出される。増幅器A5の一方の入力
端子に、高入力インピーダンスを与える抵抗器R20 を経
由して電圧が加えられる。増幅器A5の他方の入力端子
は、コンデンサC4と抵抗器22を介して接地されている。
抵抗器R21 は、増幅器A5の出力と、コンデンサC4に接続
された増幅器A5の出力との間にも接続されている。増幅
器A5を含む回路は、その入力からその出力を絶縁するた
めのバッファとして働く。増幅器A5の出力におけるピー
ク振幅は、ピークレベル検出器５によって検出され、そ
の検出ピークレベルが誤り検出器又は差動増幅器７の中
で基準電圧ＶREF と比較され、その差が出力として与え
られる。誤り信号を含む誤り検出器７からの出力信号
は、その誤り信号がゼロであるまでその出力が生じる積
分器９によって積分され、その積分器９の出力は、電位
計P6と抵抗器R23 を経由して増幅器A1の入力端子X3にお
いて増幅器A1に与えられ、それによって増幅器A1の帰還
ループを完結させる。
【００４６】増幅器A1の他方の入力端子は、抵抗器R13
を経由して接地されている。増幅器A1への入力端子X3
は、抵抗器R121を経由して電位差計P4の可変接点にも接
続され、電位差計P4の正端は正電位+Vにあり、その負端
は負電位-Vにある。抵抗器R14が、抵抗器R13 からの増
幅器A1への入力と、増幅器A1の出力との間に接続されて
いる。
【００４７】制御コイルを有する電磁石と懸垂物体との
間の間隙の増分減少を表すインピーダンス増分増加が制
御コイルに生じる時には、前記物体の安定位置を維持す
るべく所望平均レベルに前記間隙を増加させるように、
積分器９から端子X3に加えられる制御信号は負の信号で
ある。同様に前記インピーダンスが低下する時には、正
の制御信号が端子X3に加えられ、前記間隙の減少を引き
起こす。基準電圧ＶREF のレベルは、制御電磁石と制御
物体との間に必要とされる平均安定間隙を画定するよう
に選択される。
【００４８】変圧器M から入力端子X3への帰還ループ
は、以下では「回路Q2」と呼ばれるだろう。上記の通り
の回路Q2を有する配置による物体の懸垂の制御は、所謂
「積分制御」として示されることが可能である。物体の
懸垂の所謂「比例及び／微分制御」も、例えば上記の同
時係属中の英国特許出願に説明されるような配置によっ
て実現されることが可能であり、そうした配置内で使用
される帰還ループは、本書では「回路Q1」と呼ばれるだ
ろう。従って回路Q1と回路Q2は並列であってよく、各々
が誤り制御信号を発生させる。回路Q1によって発生され
る誤り制御信号と回路Q2によって発生される誤り制御信
号が、増幅器A1に対する共通の入力として端子X3に共に
加えられることが可能である。
【００４９】図２と図３は、図１における抵抗器20を経
由して増幅器A5に入力電圧を導く別の仕方を示す。
【００５０】図２では、（L1と直列に接続された）L2に
よって表される第２のコイルは、変圧器の一部ではなく
て、それ自体として、コイルL2と共に共振回路を与える
ように選択されたコンデンサC5に接続されている。コイ
ルL2の端子間の電圧は絶縁コンデンサC6、C7によって絶
縁され、且つ図１に示される仕方で、抵抗器R20 と増幅
器A5を経由して回路Q2に対する入力を形成する。
【００５１】図２と次で参照される図３及び図４とにお
いては、個々のコイルの内部抵抗は示されていない。
【００５２】図３では、（L1と直列に接続された）L2に
よって表される第２のコイルは、同様にL3で表される二
次コイルを伴った変圧器M の一次コイルであるが、この
場合には、共振回路に必要とされるコンデンサ（この図
ではC8）が一次コイルL2を間に挟んで接続されている。
コイルL3の端子間の電圧は、図１に示された仕方で、抵
抗器R20 と増幅器A5を経由して回路Q2への入力を形成す
る。
【００５３】図４は、どのように回路Q1及び回路Q2が組
み合わされて、２つの制御コイルA、B に影響を与える
ように使用されているかを示す一例である。これらの制
御コイルは共に、例えば回転鋼製シャフト（図示されて
いない）の軸線の１次元における位置を能動軸受内にお
いて互いに制御するコイル対を形成することが可能であ
る。実際には、この形態の操作を最適化するための、こ
れらのコイルと制御される物体との幾何学的配置が既知
なはずである。図４では、増幅器A1（及びそれに関連し
た入力抵抗と基準電圧）と、トランジスタT1、T2と、コ
ンデンサC3と、第１の制御コイル（この場合にはコイル
A ）から回路Q1、Q2への接続とが、コイルA に入力電流
を与える増幅器回路QAの中に全て構成されている。同様
に類似の構成要素の配置が、第２の制御コイル（この場
合にはコイルB ）に入力電流を与える増幅器回路QBの中
に全て構成されている。図４内にV で示されるコイルA
、B の各々を介した電圧における変化と、i で示され
るコイルA 、B の各々を通る電流における変化が、２つ
の対の入力に対して同時に働く回路Q1によって別々に検
出される。（前記電磁石と制御物体との間の間隙x を制
御するためにインピーダンスが測定されるが故に）x と
して図４に示されるコイルA 、B 各々のインピーダンス
における変化が、その２つの入力に対して同時に働く上
記の通りの回路Q2によって別々に検出される。（前記同
時係属中の英国特許出願の場合のような比例及び／又は
微分制御で使用するための）誤り制御信号が回路Q1によ
って発生させられるが、この場合には、Q1の出力に加え
られたQ1内の論理ユニット（図示されていない）によっ
て与えられる追加の特徴を伴っている。この特徴とは、
増幅器回路QAに対して加えられるべき出力が正の出力で
ある場合に、同一であるが負の符号を有する誤り制御信
号が増幅器回路QBに対して加えられ、一方、増幅器回路
QAに対して加えられるべき出力が負の出力である場合
に、同一であるが正の符号を有する誤り制御信号が増幅
器回路QBに対して加えられるということである。同様
に、積分制御での使用のための誤り制御信号が、図１に
関して前述された仕方で回路Q2によって発生されるが、
この場合にも追加の特徴を伴っている。この特徴とは、
回路QAに加えられる誤り制御信号の向きが正である時
に、回路QBに加えられる誤り制御信号の向きが負であ
り、一方、回路QAに加えられる誤り制御信号の向きが負
である時に、回路QBに加えられる誤り制御信号の向きが
正であることを除いて、この誤り制御信号が増幅器回路
QAと増幅器回路QBの両方に同様に加えられるということ
である。図４にA1とB1として別々に示される回路Q1の誤
り制御信号出力は、増幅器回路QA、QBの別々の増幅器に
与えられる時には相等しく且つ反対の向きである。従っ
て、物体の懸垂の比例及び／又は微分制御を行うために
各々のコイルA 、B に加えられる入力電流と電圧に必要
とされる増分変化は、相等しく且つ反対の向きである。
Ａ2 及びＢ2 として別々に示される回路Q2の制御信号出
力は、増幅器回路QA、QBの各々の増幅器に対して与えら
れる時には相等しく且つ反対の向きである。従って選択
された手段における、制御電磁石と制御物体との間の間
隙を安定させることによって積分制御を与えるために各
々のコイルA 、B に必要とされる電気供給の増分変化
は、相等しく且つ反対の向きである。
【００５４】図４では、回路QAと回路QBに対する２つの
入力接続O 、H が示される。これらの接続O 、H は、高
電流サプライへの接続と発振器への接続を各々に表す。
これらは、図３における電圧源ＶR からの入力と発振器
１からの交流と同等である。
【００５５】図５は、図１に示された回路の代わりの回
路の形態である本発明を例示する回路を示す。図１の項
目と同一の項目は、同一の参照番号を有する。図５で
は、L1とR1で示される制御コイルがD 級の機器構成の形
で給電される。この図でもコイルL2及び抵抗器R2は、L1
とR1によって表されるコイルと直列に接続され、これら
全ては、トランジスタT3の一方の出力端子とトランジス
タT4の一方の出力端子との間に接続されている。トラン
ジスタT3、T4は、p-n-p トランジスタであってもn-p-n
トランジスタであってもよい。従って、トランジスタT3
の前記一方の出力端子とトランジスタT4の前記一方の出
力端子は、コレクタであっても、エミッタであっても、
又は片方がコレクタで片方がエミッタであってもよい。
この代わりに、トランジスタT3、T4は、そうした回路に
おいて使用するのに適していると当業者に知られている
電界効果トランジスタ又は他の半導体デバイスによって
置き換えられてもよい。
【００５６】全て直列に接続された別のコイルL4とコン
デンサC10 とコイルL5とが、同様に、トランジスタT3と
トランジスタT4との間に接続され、L1を含む回路と並列
である回路を形成する。トランジスタT3の残りの出力端
子が定供給電電圧＋ＶR に接続され、トランジスタT4の
残りの出力端子が接地されている。ダイオードD1が、電
圧＋ＶR と、コイルL5に接続されたトランジスタT4の出
力端子との間に接続されている。ダイオードD2が、接地
と、L1によって表される制御コイルに接続されたトラン
ジスタT3の出力端子との間に接続されている。
【００５７】コイルL2は、この場合にも空心変圧器M の
一次コイルであり、この空心変圧器M は、第１の共振回
路内でコンデンサC2と接続されている二次コイルL3を有
する。同様にコイルL5は空心変圧器M2の一次コイルであ
り、この空心変圧器M2は、第２の共振回路内でコンデン
サC9と接続されている二次コイルL6を有する。
【００５８】各々にベース入力駆動回路15、16を経由し
て与えられる、トランジスタT3とトランジスタT4の各々
のベースへの入力は、増幅器A1（図１）の出力をその入
力として有するマークスペース発生器(mark-space gene
rator)14から得られるD 級波形を有する。この結果は、
公称上は一定の振幅であるがマーク対スペース比が可変
的である方形波形が、互いに並列なL1を含む回路とL4を
含む回路を介して加えられる。
【００５９】上記で言及された通りの信号S1、S2が、
(a)コイルL3及びコンデンサC2を含む第１の共振回路と
(b) コイルL6及びコンデンサC9を含む第２の共振回路と
の各々に対する接続によってピックアップされる。信号
S1、S2はバッファ６、８を通過させられ、その後で信号
S1、S2の振幅が振幅検出器10、12の各々において感知さ
れる。検出器10の出力[S1]は、検出器12の出力[S2]によ
って次のように割算される。信号[S2]は、その乗算器出
力が演算増幅器A6に与えられる乗算器13への出力として
与えられ、演算増幅器A6に対する他方の入力は信号[S1]
である。増幅器A6の出力は、乗算器13へ第２の入力とし
て戻される。
【００６０】[S2]による[S1]の割算の結果を表す増幅器
A6の出力は、図１に示されるような差動増幅器７に送り
込まれ、その後で増幅器A1への帰還ループ（図１）内で
処理され、増幅器A1への帰還ループの他の要素は図１に
示される通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を例示する帰還ループ回路の回路図であ
る。
【図２】図１に示される回路に関する別の配置の回路図
である。
【図３】図１に示される回路に関する更に別の配置の回
路図である。
【図４】物体の懸垂を制御するための２つの能動電磁石
コイルを含む、本発明を例示する装置のブロック回路図
である。
【図５】本発明を例示する別の形態の回路の回路図であ
る。
【符号の説明】
A1 高利得増幅器 A5 演算増幅器 C3 コンデンサ C4、C6、C7 絶縁コンデンサ L1、L2、L3 コイル M 、M2 変圧器 P4、P6 電位差計 R1、R2、R13 、R14 、R15 、R20 、R21 、R22 、R23 、
R121 抵抗器 T1、T2、T3、T4 トランジスタ X1、X3 端子 ５ ピークレベル検出器 ６、８ バッファ ７ 誤り検出器 ９ 積分器 10、12 振幅検出器 13 乗算器 14 マークスペース発生器 15、16 ベース入力駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バルチヤンドラ・ビナヤク・ジヤヤウオン ト イギリス国、ビー・エヌ・７・３・エル・ エヌ、イースト・サセツクス、キングスト ン・ニア・リユイズ、チヤーチ・レーン・ １ (72)発明者 レイモンド・ジヨン・ホーロウ イギリス国、ビー・エヌ・２・８・キユ ー・エヌ、サセツクス、ブライトン、ソル トデイーン、クーム・ライズ・19

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共振回路の一部分ではない第１のコイル
    のインダクタンスを監視するための装置であって、前記
    第１のコイルに直列に接続された第２のコイルと、前記
    第２のコイルに対してコンデンサを接続することによっ
    て、又は任意に、前記第２のコイル及びその第３のコイ
    ルが１つの変圧器の一次コイル及び二次コイルとして働
    くように前記第２のコイルと相互誘導関係にある第３の
    コイルに対してコンデンサを接続することによって形成
    される前記共振回路と、前記共振回路の共振ピーク内の
    周波数を有する実質的に一定のピーク電圧振幅の交流信
    号を、前記第１のコイルと前記第２のコイルを含む回路
    内に送り込むための手段と、前記共振回路の構成要素を
    介した電圧の振幅を測定するための振幅検出器とを含む
    装置。
  2. 【請求項２】 前記第２のコイル自体が前記共振回路内
    にあり、前記振幅検出器が、前記共振回路から前記振幅
    検出器への接続においてコンデンサによる前記第２のコ
    イル内の直流成分からの絶縁を備える請求項１に記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 前記第２のコイルが、変圧器として前記
    第３のコイルと共に使用され、その動作において、前記
    第２のコイル即ち前記変圧器の一次コイルを通して送り
    込まれる交流信号が、同一周波数で交番する電圧が前記
    第３のコイルを介して現れることを引き起こす請求項１
    に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１のコイルが、物体の懸垂の電磁
    制御のための装置内の電磁石の制御コイルであり、前記
    物体の懸垂の電磁制御のための装置が更に、制御された
    電気供給を前記制御コイルに配送することが可能な制御
    可能な電気供給装置をその電力源が含む、前記制御コイ
    ルのための電力源と、前記電磁石に対する物体の相対位
    置に関したパラメータの増分変化に応答して誤り制御信
    号を発生させるための制御信号発生器と、前記電磁石に
    対する物体の懸垂を安定させるように前記制御コイルに
    対する電気供給を調節するべく前記制御信号発生器によ
    って発生された前記誤り制御信号を前記電気供給装置に
    送り込むための負帰還制御ループとを含み、また前記制
    御信号発生器が、前記制御コイルのインダクタンスを監
    視するための前記手段を含む請求項１から３のいずれか
    一項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記電磁石の前記制御コイルが磁心上に
    備えられている請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記装置が、通電中のコイルによって発
    生される磁界によって影響を受けることが知られている
    タイプの物体である前記物体を含み、前記物体が、磁性
    材料、永久磁石、電磁石、通電した導体から選択される
    請求項４又は５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記電気供給装置が、固定された電圧源
    に接続された制御されたパワー増幅器回路を有し、それ
    によって、制御された直流電流を前記制御コイルに対し
    て配送する請求項１から４のいずれか一項に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 前記第１のコイルがD 級動作の機器構成
    を有する回路内に含まれ、前記D 級動作の機器構成を有
    する回路が、それらのトランジスタ間に前記第１のコイ
    ル及び前記第２のコイルが接続された２つの駆動トラン
    ジスタを有し、更に前記D 級動作の機器構成を有する回
    路が別のインピーダンスも有し、前記別のインピーダン
    スが、そのインピーダンスと直列の第４のコイルと第５
    のコイルを任意に有することが可能であり、前記別のイ
    ンピーダンスと前記第５のコイルが、前記第１のコイル
    及び前記第２のコイルと並列な前記２つのトランジスタ
    の間に接続されており、前記第５のコイル、又は前記第
    ５のコイルと相互誘導関係にある第６のコイルが、更に
    別の共振回路内に含まれ、前記更に別の共振回路の動作
    中の共振ピークが、前記送り込み手段と前記更に別の共
    振回路の構成要素を介した電圧を測定するための手段と
    によって送り込まれる、前記交流信号の前記周波数を含
    む請求項４から７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 第１の前記共振回路の構成要素を介した
    電圧の振幅を表す信号[S1]を、前記更に別の共振回路の
    構成要素を介した電圧の振幅を表す信号[S2]によって割
    算するための手段を含む請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記割算するための手段が乗算器を有
    し、前記信号[S2]が前記乗算器にその第１の入力として
    与えられ、前記乗算器の出力が演算増幅器に対する第１
    の入力を形成するように接続され、前記信号[S1]が動作
    中に前記演算増幅器に対する他方の入力として与えら
    れ、更に前記演算増幅器の出力が、前記乗算器に対する
    他方の入力を形成するように与えられる請求項９に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 前記２つのトランジスタが、正電位を
    有する端子と負電位を有する端子との間に接続され、前
    記接続が整流ダイオードを含む請求項８から10のいずれ
    か一項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記振幅検出器によって検出される交
    番電圧の振幅が、誤り検出器内において、所望平均レベ
    ルを有する基準信号と比較され、その測定された振幅と
    前記所望平均レベルとの間の変化量を含む信号が、積分
    器内において積分され、且つその後で負帰還閉ループ内
    の制御信号として使用され、前記負帰還閉ループが、所
    望平均レベルにインダクタンスを維持するように前記制
    御コイルに対する電気供給を調節するために、前記制御
    可能電気供給装置に接続された１つ以上の他のループと
    並列であってよい請求項４から７のいずれか一項に記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】 第１の前記共振回路の構成要素を介し
    た電圧を表す信号が、第１の振幅検出器に与えられ、前
    記更に別の共振回路の構成要素を介した電圧を表す信号
    が、第２の振幅検出器に与えられ、前記信号[S2]による
    前記信号[S1]の割算の結果が、誤り検出器内において、
    所望平均レベルを有する基準信号と比較され、その測定
    された前記信号[S2]による前記信号[S1]の割算と前記所
    望平均レベルとの間の変化量を含む信号が、積分器内に
    おいて積分され、且つその後で負帰還閉ループ内の制御
    信号として使用され、前記負帰還閉ループが、所望平均
    レベルにインダクタンスを維持するように前記制御コイ
    ルに対する電気供給を調節するために、前記制御可能電
    気供給装置に接続された１つ以上の他のループと並列で
    あってよい請求項９又は10に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 動作において、送り込まれる前記交流
    信号が、前記制御可能電気供給装置の回路への入力とし
    て与えられ、それによって前記制御コイルに供給される
    前記電気供給装置の公称直流出力の上に重ねられ、前記
    共振周波数が15〜25kHz の範囲内である請求項１から13
    のいずれか一項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記制御信号発生器及び前記帰還ルー
    プが、前記コイルによる物体の懸垂に関して、位置の積
    分制御に加えて他の形態の制御を与えるために、１つの
    以上の他の帰還ループと共に使用される請求項８から14
    のいずれか一項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 物体の位置を制御する帰還ループを各
    々に有する２つの電磁石制御コイルと、前記２つの電磁
    石制御コイルの各々に関連付けられた前記帰還ループに
    共通の単一の回路を有する、前記帰還ループ各々のため
    の誤り制御信号を発生させるための制御信号発生器とを
    有し、前記制御信号発生器が出力を、即ち前記２つの電
    磁石制御コイルの一方のコイルの電気供給装置に負信号
    として与えられ、且つ前記２つの電磁石制御コイルの他
    方のコイルの電気供給装置に正信号として与えられ、又
    は必要に応じて、前記２つの電磁石制御コイルの一方の
    コイルの電気供給装置に正信号として与えられ、且つ前
    記２つの電磁石制御コイルの他方のコイルの電気供給装
    置に負信号として与えられる該出力を有する請求項15に
    記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記帰還ループに共通の単一の回路か
    らの出力が、前記回路が関連付けられる前記制御コイル
    のために専ら使用される制御信号発生器からの誤り制御
    信号と共に与えられる請求項16に記載の装置。
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