JPS61202406A - Magnetic levitation apparatus - Google Patents

Magnetic levitation apparatus

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Publication number
JPS61202406A
JPS61202406A JP4097085A JP4097085A JPS61202406A JP S61202406 A JPS61202406 A JP S61202406A JP 4097085 A JP4097085 A JP 4097085A JP 4097085 A JP4097085 A JP 4097085A JP S61202406 A JPS61202406 A JP S61202406A
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JP
Japan
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magnetic
coil
circuit
levitation device
magnetic levitation
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Application number
JP4097085A
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Japanese (ja)
Inventor
ロバート・ダブリユ・ボスレイ
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REBITORON INTERNATL Ltd
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REBITORON INTERNATL Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気浮上システムに係り、特に、磁気的に反
応して浮上される対象物の重量を支える揚力を発生する
ために軸対称に発散する磁界を利用する形式の磁気浮上
装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a magnetic levitation system, and in particular to a magnetic levitation system that uses an axially symmetrical magnetic levitation system to generate a lift force that supports the weight of an object to be levitated in response to a magnetic field. The present invention relates to a magnetic levitation device that utilizes a diverging magnetic field.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

磁気浮上システムには、2つの基本的なタイプがある。 There are two basic types of magnetic levitation systems.

すなわち、(1)2つの磁気エレメント間の軸方向の吸
引力に基づくものと、(2)2つの磁気エレメント間の
軸方向の反発力に基づくものとである。
That is, (1) one is based on an axial attractive force between two magnetic elements, and (2) one is based on an axial repulsive force between two magnetic elements.

吸引力タイプの浮上システムにおいては、固定磁界を発
生するエレメントが浮上部材の上方に配置される。該浮
上部材は磁界に反応するエレメントを有している。これ
ら固定磁界と浮上部材との間には吸引力が存在する。浮
上部材の軸方向位置の長期間にわたる安定性を確保する
ため、該吸引力の軸方向成分は、浮上部材の高さの増加
にとも。
In attraction type levitation systems, an element generating a fixed magnetic field is placed above the levitation member. The levitation member has an element responsive to a magnetic field. An attractive force exists between these fixed magnetic fields and the floating member. To ensure long-term stability of the axial position of the flotation member, the axial component of the suction force increases as the height of the flotation member increases.

なって減少するものでなければならない。浮上部材の横
方向位置の長期間にわたる安定性を確保するため、該吸
引力の水平方向成分は、浮上部材の横方向位置の誤差と
相反するものでなければならない。
It must be something that increases and decreases. To ensure long-term stability of the lateral position of the flotation member, the horizontal component of the suction force must be counterbalanced by errors in the lateral position of the flotation member.

浮上部材が、目に見えるいかなる支持手段も存在しない
重力場内に、浮揚される吸引力タイプの磁気浮上システ
ムにおいては、可変磁界が固定エレメントによって発生
され、且つ浮上部材は磁界に反応するエレメントを有し
ていなければならない。固定磁界は、電磁石により、あ
るいはN11石と永久磁石との組合せにより発生させ得
る。
In magnetic levitation systems of the attraction type, in which the levitation member is levitated in a gravitational field without any visible means of support, a variable magnetic field is generated by a fixed element, and the levitation member has an element responsive to the magnetic field. Must be. The fixed magnetic field can be generated by an electromagnet or by a combination of N11 stones and permanent magnets.

反発力タイプの浮上システムにおいては、固定磁界を発
生するエレメントは浮上部材の下方に配置される。該浮
上部材は、永久磁石を含み磁界に反応するエレメントを
有している。これら固定磁界と浮上部材との間には反発
力が存在する。浮上部材の軸方向位置の長期間にわたる
安定性を確保するため、該反発力の軸方向成分は、浮上
部材の高さの増加にともなって減少するものでなければ
ならない。浮上部材の横方向位置の長期間にわたる安定
性を確保するため、該反発力の横方向成分は、浮上部材
の横方向位置の誤差と相反するものでなければならない
In repulsion type levitation systems, the element generating the fixed magnetic field is placed below the levitation member. The levitation member has an element that includes a permanent magnet and is responsive to a magnetic field. A repulsive force exists between these fixed magnetic fields and the floating member. In order to ensure long-term stability of the axial position of the flotation member, the axial component of the repulsive force must decrease with increasing height of the flotation member. To ensure long-term stability of the lateral position of the levitation member, the lateral component of the repulsion force must be counterbalanced by errors in the lateral position of the levitation member.

浮上部材が、目に見えるいかなる支持手段も存在しない
重力場内に、浮揚される反発力タイプの磁気浮上システ
ムにおいては、軸に対する非対称性を制御し得る磁界が
固定エレメントによって発生され、且つ浮上部材は磁界
に反応するエレメントを有していなければならない。固
定磁界は、電磁石アレイにより、あるいは永久磁石と電
磁石アレイとの組合せにより発生させ得る。磁界に反応
するエレメントは、永久磁石または永久磁石アレイであ
る。
In magnetic levitation systems of the repulsive force type, in which the levitation member is levitated in a gravitational field without any visible means of support, a magnetic field is generated by the fixed element, whose asymmetry about the axis can be controlled, and the levitation member It must have an element that responds to magnetic fields. The fixed magnetic field can be generated by an array of electromagnets or by a combination of permanent magnets and an array of electromagnets. The magnetic field sensitive elements are permanent magnets or permanent magnet arrays.

支持磁界を発生させるための吸引力タイプの全ての実用
的なシステムにおいては、磁界の勾配が重力場の勾配よ
りもはるかに大きいから、静止支持システムにおいては
、磁気浮上刃が重力とちょうど釣合い、浮上対象におけ
る正味の力がゼロとなるような位置は唯一つ存在する。
In all practical systems of the attraction type for generating a supporting magnetic field, the gradient of the magnetic field is much larger than the gradient of the gravitational field, so in a stationary supporting system the magnetic levitation blade is in just balance with the gravitational force. There is only one position where the net force on the levitating object is zero.

しかし、実用的なシステムにおいては、極めて僅かな動
揺が浮上対象物を該位置から移動させ、そして該対象物
は印加される正味の力の方向における力勾配に追随する
ので、正味の力がゼロの位置における所望の浮上を実現
することは不可能である。
However, in practical systems, very small perturbations displace the floating object from its position, and the object follows the force gradient in the direction of the applied net force, so that the net force is zero. It is not possible to achieve the desired levitation at the position of .

したがって、実用的な磁力浮上システムは、正味の力場
に応答し浮上対象物の実際の動きより速い応答をもって
重力場を調整し得るある種のフィードバックサーボ機構
を有する動的システムが必要となる。このような、動的
浮上システムは、磁気浮上場を展開するための1個もし
くはそれ以上の電磁場コイルと、浮上部材の実際の位置
を監視し且つ浮上部材の瞬時位置のどんな動揺または小
さな変化をも補償すべく、電磁場発生エレメントに印加
される電流レベルを充分な速度をもって刺部するように
結合されたセンサとを用いることによってかなり容易に
実現できる。
Therefore, a practical magnetic levitation system requires a dynamic system with some type of feedback servomechanism that is responsive to the net force field and can adjust the gravitational field with a faster response than the actual movement of the levitation object. Such dynamic levitation systems include one or more electromagnetic field coils for deploying a magnetic levitation field and monitoring the actual position of the levitation member and detecting any perturbations or small changes in the instantaneous position of the levitation member. This can be quite easily achieved by using a sensor coupled to the current level applied to the electromagnetic field generating element with sufficient speed to compensate for this.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ここまでに述べたタイプの浮上システムにおいては、電
磁場を展開するため大きな電力が必要となる。そのため
、実質的な関心事である配置構成は、一般に、電磁場発
生装置と共に永久磁石の組合せを含んでおり、そして、
それは浮揚対象物を支持するための電磁場の連続的な印
加には依存しない。浮上システムに永久磁石の適切な組
合せを含ませることにより、磁気浮上を確立するために
必要な電力消費を実質的に減少させることができる。そ
のようなシステムにおいては、永久磁石の磁力と重力と
間の釣合い位置を復元するのに必要な電力のみが必要と
なる。
In levitation systems of the type described so far, large amounts of electrical power are required to deploy the electromagnetic field. Arrangements of practical interest therefore generally include a combination of permanent magnets with an electromagnetic field generator, and
It does not rely on continuous application of an electromagnetic field to support the levitating object. By including a suitable combination of permanent magnets in the levitation system, the power consumption required to establish magnetic levitation can be substantially reduced. In such a system, only the electrical power necessary to restore the equilibrium position between the magnetic and gravitational forces of the permanent magnet is required.

〔問題点を解決するための手段およびその作用〕簡単に
は、本発明に従った構成は、ここに述べられた原理の実
施に適する構成による磁気浮上装置からなる。本発明の
実施例の動作原理は、例えば回転機械類の分野における
ように、多くの異なる構成への応用が可能であることが
理解されるべきである。浮上部材としてのピラミッド形
状についての記述における本発明の詳細な説明理の応用
の範囲を制限することがあってはならない。
SUMMARY OF THE INVENTION Briefly, the arrangement according to the invention consists of a magnetic levitation device with an arrangement suitable for carrying out the principles set forth herein. It should be understood that the principle of operation of embodiments of the invention can be applied to many different configurations, for example in the field of rotating machinery. The scope of application of the detailed explanation of the invention in the description of pyramidal shapes as floating members should not be limited.

吸引タイプの浮上システムの具体的な応用例に従って本
発明を実施した装置は、両者間の空間に伸びる3本の脚
部により相互に連結された上側ボックスと下側ボックス
とを有する直方体の形状をなす。上記脚部は、上側・ボ
ックスを支持し、且つ両ボックス間の導電ワイヤを隠す
ために用いられる。浮上エレメントは、切91(頭部が
切取られた》ピラミッド形状をなし、且つ上記2個のボ
ックスの間の限定された空間内に浮揚のために配置され
る。ピラミッド形状は、美学上および機能上の両方の理
由により採用ざれる。該ピラミッドは、実質的に切頭ピ
ラミッドの高さに延びる細長い円柱形状の磁気エレメン
トを有している。ピラミッドの基部近傍には、該磁気エ
レメントを囲み且つ該磁気エレメントの直径よりも実質
的に大きな直径を有して、垢いワイヤの数ターンからな
り、且つ同調をとるためのコンデンサと抵抗の並列の組
合せを有する直列閉回路内に接続される電気コイルの形
のターゲットコイルが設けられる。
A device embodying the invention according to a specific application of a suction type flotation system has the shape of a rectangular parallelepiped with an upper box and a lower box interconnected by three legs extending into the space between them. Eggplant. The legs are used to support the upper box and hide the conductive wires between the boxes. The levitation element has the shape of a truncated pyramid and is placed for levitation in a confined space between the two boxes. The pyramid shape has aesthetic and functional advantages. For both of the above reasons, the pyramid has an elongated cylindrical magnetic element extending substantially the height of the truncated pyramid. Near the base of the pyramid there is a magnetic element surrounding the magnetic element and An electric wire having a diameter substantially larger than that of the magnetic element, consisting of several turns of solid wire, and connected in a series closed circuit with a parallel combination of a capacitor and a resistor for tuning. A target coil in the form of a coil is provided.

また、上側ボックスも、細長い円柱形状の磁気エレメン
トを有している。この磁気エレメントは、該磁気エレメ
ントを囲む多数ターンのフォースコイルを有している。
The upper box also has an elongated cylindrical magnetic element. The magnetic element has a multi-turn force coil surrounding the magnetic element.

このコイルは、外部で電気的駆動回路に接続されている
。ピラミッドおよび上側ボックスの両磁気エレメントの
いずれかは永久磁石であってもよい。
This coil is externally connected to an electrical drive circuit. Either of the magnetic elements of the pyramid and the upper box may be permanent magnets.

下側コイルは、少なくとも、ピラミッドコイルと相互に
作用するためピラミッド内のターゲットコイルの平均直
径を越える平均直径を有しておおむね水平に配置された
比較的少数ターンのセンシングコイルを有している。下
側ボックスのセンシングコイルは、同調発揚回路内に接
続される。該同調発振回路は、ターゲットコイルとの相
互作用を通して、ピラミッドの位置および移動を検出し
、且つ適切な整流、フィルタリングおよびダンピング(
制動)回路要素を介して、検出されたヌル(null)
位置からのピラミッドの偏倚を補償するため上側ボック
ス内のフォースコイルの駆動回路に信号を与える。該ヌ
ル位置は、ピラミッドが、純粋に、重力場に対抗する永
久磁界のバランスによって支持される位置として定義さ
れる。このヌル位置は、例えばピラミッドの重量が変化
した場合、あるいは永久磁界または重力場が一定でない
場合に変化する。
The lower coil has at least a relatively small number of turns of sensing coils arranged generally horizontally with an average diameter that exceeds the average diameter of the target coil in the pyramid for interacting with the pyramid coil. The sensing coil of the lower box is connected within the tuned launch circuit. The tuned oscillator circuit detects the position and movement of the pyramid through interaction with the target coil, and performs appropriate rectification, filtering and damping (
Detected null (braking) via the circuit element
Apply a signal to the force coil drive circuit in the upper box to compensate for the deviation of the pyramid from position. The null position is defined as the position where the pyramid is supported purely by the balance of the permanent magnetic field opposing the gravitational field. This null position changes, for example, if the weight of the pyramid changes, or if the permanent magnetic or gravitational fields are not constant.

浮上エレメントとしての適切な支持のために上記ピラミ
ッドは、複数のモードにおける移動に対して安定化され
ていなければならない。該モードの主要なものは次のよ
うに定義される。モード1は、ヌル位置から上下する垂
直すなわち軸方向の動きに関するものである。モード2
は、ピラミッドがヌル位置から横方向へ偏倚するような
、ピラミッドの旋回の要素を含んでいるが、主として、
ヌル位置に間しての一側から他側への横の動きである。
For proper support as a floating element, the pyramid must be stabilized against movement in multiple modes. The main modes are defined as follows. Mode 1 concerns vertical or axial movement up and down from the null position. Mode 2
includes an element of pyramid rotation, such that the pyramid is deflected laterally from the null position, but primarily
Lateral movement from one side to the other between the null positions.

モード3は、主として、ピラミッド内のいくつかの旋回
中心についてのティルトモードである。これらのモード
の各々は、ヌル位置についての振動を含んでいる。該振
動は、制御回路要素に影響されて制動される。典型的に
は、モード1における振動は、はぼ1.5H2の固有共
振周波数を有しており、モード2における振動は、はぼ
1H2の共振であり、そしてモード3における振動は、
はぼ5Hzの共振である。これらのモードには、浮上対
象物のその配列軸まわりの回転に関するものはない。そ
して該回転は、通常は、該対象物がその回転の軸に関し
ていくらかの本質的な不平衡を示さない限り、該対象物
の安定化に影響を及ぼさない。
Mode 3 is primarily a tilt mode about several pivot points within the pyramid. Each of these modes includes oscillations about the null position. The vibrations are damped under the influence of control circuit elements. Typically, vibrations in mode 1 have a natural resonant frequency of about 1.5H2, vibrations in mode 2 have a resonance of about 1H2, and vibrations in mode 3 have a natural resonance frequency of about 1.5H2.
The resonance is approximately 5Hz. None of these modes concerns the rotation of the floating object about its alignment axis. And the rotation typically does not affect the stabilization of the object unless the object exhibits some essential imbalance with respect to its axis of rotation.

上側ボックスは、シールドのための金属プレートにより
実質的に覆われている。該ボックスの四方側面および上
面は、薄い鉄板で形成され、該ボックスの底面はシール
ドされておらずアルミニウム薄板、あるいはプラスティ
ック薄板等からなっている。該上側ボックス内のコイル
に対する電気的接続は、下側ボックスの回路要素に向け
て下方へ伸びており、上側ボックスを支持する脚部の1
つの内部に隠されている。電源およびすべての電気回路
要素は下側ボックス内に収容されている。
The upper box is substantially covered by a metal plate for shielding. The four side surfaces and the top surface of the box are formed of thin iron plates, and the bottom surface of the box is not shielded and is made of a thin aluminum plate, a thin plastic plate, or the like. Electrical connections to the coils in the upper box extend downwardly to the circuitry in the lower box and are connected to one of the legs supporting the upper box.
hidden inside. The power supply and all electrical circuitry are contained within the lower box.

主たるillはバッテリユニットであり、電源に対する
目に見えるいかなる接続もなしにシステムを動作させ得
る。しかしながら、該バッテリを再充電するため電気コ
ンセントに内蔵バッテリチャージャを接続するようにな
っている。基部における回路要素は、適宜配置された磁
気的に応答するリードスイッチを含んでいる。該スイッ
チは、本発明のモデルに関し神秘(myst 1que
 )の成る局面を拡張するために制御することができる
The primary ill is a battery unit, which allows the system to operate without any visible connection to a power source. However, a built-in battery charger is connected to an electrical outlet to recharge the battery. Circuitry in the base includes suitably positioned magnetically responsive reed switches. The switch is myst 1que with respect to the model of the present invention.
) can be controlled to extend aspects of the process.

本発明に係るいくつかの構成では、浮上ピラミッドの振
動のモードの制御の段階の変更を実現するためフィルタ
およびダンピング(制動)素子を含む回路要素の組合せ
を備えている。これらいくつかの構成の一つまたは他の
一つは、制御のために特定のモードの撮動がいかに強く
望まれるかに応じた制御機能のために選択される。
Some configurations according to the invention include a combination of circuit elements including filters and damping elements to achieve step changes in the control of the modes of vibration of the floating pyramid. One or other of these several configurations is selected for control functionality depending on how strongly a particular mode of imaging is desired for control.

一般に、本発明のここで述べられる実施例を制御するた
めの回路要素は、センシングまたは励磁コイルを駆動す
べく結合された振幅制御回路を含んでいる。この回路は
、浮上システムを組立てる際の振幅調整の提供を含んで
いる。この回路は、センシングコイルを駆動し、ピラミ
ッドの基部のターゲットコイルとの結合により回路に加
えられる装荷の度合いを検出し、そして対応するピラミ
ッドの動きに関する位置および速度信号を生成する。振
幅制御回路の出力は、精密な整流回路に結合され、その
後にローパスフィルタを介してダンピング回路に供給さ
れ、さらに上側ボックスのフォースコイルを駆動すべく
結合された電力回路に供給される。また、該フォースコ
イルから駆動回路へのフィードバック回路が、ピラミッ
ドの位置が安定であるときの消費電力をゼロとするため
に設けられる。
Generally, circuitry for controlling the embodiments described herein includes an amplitude control circuit coupled to drive a sensing or excitation coil. This circuit includes providing amplitude adjustment when assembling the levitation system. This circuit drives the sensing coil, detects the degree of loading applied to the circuit by coupling with the target coil at the base of the pyramid, and generates position and velocity signals for the corresponding pyramid movement. The output of the amplitude control circuit is coupled to a precision rectifier circuit, then fed through a low pass filter to a damping circuit, and then to a coupled power circuit to drive the force coil in the upper box. Further, a feedback circuit from the force coil to the drive circuit is provided to reduce power consumption to zero when the position of the pyramid is stable.

本発明の第1の変形構成は、ピラミッド内に設置される
2個の付加的なターゲットコイルを有する構成である。
A first variant configuration of the invention is one with two additional target coils placed within the pyramid.

これらは、互いに直交する垂直平面内に配設され、ピラ
ミッド自体の基部の水平面における軸回りのコイルによ
り生成される信号とは独立にピラミッドの縦揺れ(pi
tch )と横揺れ(yaw)の検出を可能とする。こ
れら付加的な縦揺れと横揺れのコイルは、モード2およ
び3の振動の限界の制動を提供するから、これらは単一
コイルシステムで遭遇する上記両モードの励起を排除す
ることができる。
These are arranged in mutually orthogonal vertical planes and are independent of the signal generated by the coils about the axis in the horizontal plane at the base of the pyramid (pi
tch) and yaw. Since these additional pitch and roll coils provide marginal damping of mode 2 and 3 vibrations, they can eliminate the excitation of both modes encountered in single coil systems.

該第1の構成の変形としては、下側ボックス内に、セン
シングコイル内の中心に配置された受動的な渦電流素子
を付加することを含んでいる。この素子は、銅環または
銅板であり、センシングコイルとピラミッドコイルとを
結合する磁界を整形し、結果としてモード2と3の両者
における振動を制動する効果を呈する。この変形の有益
な効果は、ピラミッドと下側ボックスとの間の空間の増
大にともなって減少する。
A variation of the first configuration includes adding a passive eddy current element centrally located within the sensing coil within the lower box. This element is a copper ring or plate and shapes the magnetic field coupling the sensing coil and the pyramid coil, resulting in the effect of damping vibrations in both modes 2 and 3. The beneficial effect of this deformation decreases with increasing space between the pyramid and the lower box.

本発明に係るその他の構成においては、下側ボックス内
に、通常、センシングコイルの環内の中心に配置されて
、粘性磁気ダンパが設置される。
In another arrangement according to the invention, a viscous magnetic damper is installed in the lower box, typically centrally located within the ring of sensing coils.

これは、ピラミッドの動きに追従するように粘性流体内
に設置された微小磁石であってもよい。ダンパの固有周
波数は、モード2および3の振動に同調されており、そ
れはピラミッドの横および傾斜動作の効果的な粘性制動
を提供する。上述と同様に、これは、ピラミッドと下側
ボックスとの間のギャップが小さければ一層効果的であ
る。
This may be a micromagnet placed within the viscous fluid to follow the movement of the pyramid. The natural frequency of the damper is tuned to mode 2 and 3 vibrations, which provides effective viscous damping of the lateral and tilting motion of the pyramid. As before, this is more effective if the gap between the pyramid and the lower box is small.

また、その他の構成においては、粘性ダンパを収容する
シリンダの回りに補助フォースコイルがluf!され、
且つ上述したローパスフィルタから与えられる制動およ
び電力信号によって駆動されるように接続される。付加
的なフォースコイルは、また、上側ボックス内にも設け
られる。このような構成では、上側コイルは静止位置決
めのためにのみ使用される。制御電流の位相遅れは、ピ
ラミッドが触られ、押され、もしくは他の手動的な外乱
が加えられた場合のような、ピラミッドの手動による動
揺を打消すように生成される。
In other configurations, an auxiliary force coil is provided around the cylinder housing the viscous damper. is,
and is connected to be driven by the braking and power signals provided from the above-mentioned low-pass filter. Additional force coils are also provided within the upper box. In such a configuration, the upper coil is used only for static positioning. The phase lag of the control current is created to counteract manual perturbations of the pyramid, such as when the pyramid is touched, pushed, or other manual disturbances are applied.

本発明に係るさらにその他の構成では、上側ボックスに
ついてのフォースコイルおよびそれに付随する回路要素
が除去されて、反発力タイプの浮上システムにおける下
側ボックスのフォースコイルおよびそれに付随する回路
要素からの支持が有効となる。全ての振動モードについ
て静的な支持と制動制御を施すことは有効である。それ
は、自由選択である粘性ダンパがあろうとなかろうと利
用され得る。今両コイルが下側ボックス内にあれば、フ
ォースコイルの磁界と励1a/センスコイルとの間の意
図されない相互作用を防止するのは容易ではない。
In still other configurations of the invention, the force coils and associated circuitry for the upper box are removed to provide support from the force coils and associated circuitry for the lower box in a repulsion type flotation system. It becomes effective. It is effective to provide static support and damping control for all vibration modes. It can be utilized with or without an optional viscous damper. Now that both coils are in the lower box, it is not easy to prevent unintended interactions between the force coil's magnetic field and the excitation 1a/sense coil.

本発明に係るその他の構成は、浮上部材の下方の下側ボ
ックス内に設置されたアキシャル(軸方向)およびラジ
アル(放射方向)センシングコイルアレイとアキシャル
およびラジアルフォースコイルアレイとの両者を組込ん
でいる。これらのアレイは、一般に、複数のセグメント
からなるクオドラチャ−(位相が90°ずれた)コイル
セグメントの形態をとっている。センスコイルのクオド
ラチャ−セグメントは、一般に、互いに90”回転され
た、2個の「8」の字の形に接続される。
Other configurations according to the invention incorporate both axial and radial sensing coil arrays and axial and radial force coil arrays located in the lower box below the levitation member. There is. These arrays are generally in the form of quadrature (90° out of phase) coil segments. The sense coil quadrature segments are generally connected in two figure eights rotated 90'' from each other.

ピラミッド位置の検出のための2個の8の字コイルの使
用は、上記3つの全てのモードに有効であり、3つの座
標軸についての制動を可能とする。
The use of two figure-eight coils for pyramid position detection is valid for all three modes and allows braking about three coordinate axes.

ピラミッドが、その中心が2個の8の字コイルの軸の上
に位置するように配置されたとき、各8の字の2つの半
部に互いに逆方向の電圧が発生し、これら閾電圧は相殺
される。軸の一端側へピラミッドが移動した場合、これ
が誘起電圧の不等変動により検出され、その移動方向は
検出信号の位相により判定される。その他の構成では、
付加的なサーカムフエレンシャル(円周方向)励磁コイ
ルが設けられ、そしてそれはセンシングコイルアレイの
二重8の字装置に関連して作用する。
When the pyramid is arranged so that its center lies on the axis of the two figure-eight coils, opposite voltages are generated in the two halves of each figure-eight, and these threshold voltages are canceled out. When the pyramid moves toward one end of the shaft, this is detected by unequal fluctuations in the induced voltage, and the direction of movement is determined by the phase of the detection signal. In other configurations,
An additional circumferential excitation coil is provided, which acts in conjunction with the double figure eight arrangement of the sensing coil array.

さらにその他の構成においては、浮上部材における磁石
と同様に支持磁石として永久磁石の種々の組合せが設け
られる。一つの変形としては、反発力タイプの浮上シス
テムにおいて支持磁石が浮上部材の下方に配置される。
In still other configurations, various combinations of permanent magnets are provided as support magnets as well as magnets in the levitation member. In one variation, a support magnet is placed below the levitation member in a repulsion type levitation system.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は、特定の形態の浮上装置10における本発明の
一実施例を示している。ここには、下側ボックスすなわ
ちベース16の上方に3つの脚14上に支持されて上側
ボックス12が設けられることが示されている。上側お
よび下側ボックスの間に空間が定義され、そしてその内
部には、装W110の回路要素が動作している状態で、
目に見える支持体なしに切頭ピラミッド18が配置され
る。第4の脚部は、美的理由により、そして(ピラミッ
ドの寸法は、2つの後側方の脚部間のボックス間の空間
から取除くことができるようになってはいるが)ピラミ
ッドの出入を容易にするために、第1図の最前面に示さ
れた支持構造の角から割愛されている。
FIG. 1 shows an embodiment of the invention in a specific form of flotation device 10. There is shown an upper box 12 mounted above a lower box or base 16 and supported on three legs 14 . A space is defined between the upper and lower boxes, within which the circuit elements of the device W110 are in operation.
A truncated pyramid 18 is placed without visible support. The fourth leg is designed for aesthetic reasons and to prevent entry and exit of the pyramid (although the dimensions of the pyramid are such that it can be removed from the space between the boxes between the two posterolateral legs). For simplicity, the corners of the support structure shown in the foreground of FIG. 1 have been omitted.

吸引力タイプの浮上システムである本実施例においては
、ピラミッドが与えられたヌル位置に位置するときにち
ょうど重力と釣合うような磁界を展開するため一つは上
側ボックス12内にそして一つはピラミッド18内に配
置された一組の永久磁石を用いてピラミッド18の浮上
が達成される。この永久磁石磁界は、ピラミッドの移動
を監視するセンシングコイルとそれに組合わされた回路
要素により得られた信号に従って付勢される一つまたは
それ以上の組合せからなる1を磁力コイルによって、適
切な動作範囲内において、必要に応じて変化する。例え
ば、第1図の浮上ピラミッド18上にコインを置けば、
その付加荷重は、ピラミッドを初期のヌル位置から下方
へ駆動しようとする。ところが、該付加荷重が与えられ
たピラミッドの新たなヌル位置は、初期のヌル位置の上
方である。なぜなら、このとき付加荷重を支持するのに
、ヌル位置における一層強い永久磁石磁界が必要となる
からである。新たなヌル位置は、電気回路要素とフォー
スコイルによって確立される。ピラミッドがヌル位置に
あるときには、完全に永久磁石磁界によって支持され得
るので、ピラミッドを支持するためにフォースコイルに
電力が供給される必要はなく、該フォースコイルの唯一
の目的は、ヌル位置からの移動について補償するためピ
ラミッドの調整を行なうことにある。
In this embodiment, which is an attraction type levitation system, one in the upper box 12 and one in the upper box 12 to deploy a magnetic field that exactly balances the gravity when the pyramid is in a given null position. Levitation of the pyramid 18 is achieved using a set of permanent magnets placed within the pyramid 18. This permanent magnet magnetic field is applied over a suitable operating range by a magnetic coil consisting of one or more combinations energized according to signals obtained by sensing coils and associated circuitry that monitor the movement of the pyramid. Changes may be made within the scope as necessary. For example, if you place a coin on the floating pyramid 18 in Figure 1,
The added load tends to drive the pyramid downward from its initial null position. However, the new null position of the pyramid to which the additional load is applied is above the initial null position. This is because a stronger permanent magnet field at the null position is then required to support the additional load. A new null position is established by electrical circuitry and a force coil. When the pyramid is in the null position, it can be fully supported by the permanent magnet field, so there is no need for the force coil to be powered to support the pyramid, and its only purpose is to support the pyramid from the null position. The purpose is to adjust the pyramid to compensate for movement.

ピラミッドの動きは、3つの振動モードの項によって解
析され得る。これらは、第2図において各々−組ずつの
矢印であられされている。すなわち、垂直方向について
の純粋な平行(軸方向)移動くモード1)、ピラミッド
の若干の揺動を含む水平方向についての広義の平行(放
射方向)移動(モード2)、およびピラミッドの純粋な
回転移動(モード3)を示している。第2図において、
各モードにおける上側と下側の矢印はそれぞれピラミッ
ドの上面および下面上の点の動きを示している。これら
の移動が、ピラミッドの中心を通るいかなる垂直面に関
しても、図示されたように、生じ得ることは理解される
であろう。
The movement of the pyramid can be analyzed in terms of three vibrational modes. These are each indicated by a pair of arrows in FIG. That is, pure parallel (axial) movement in the vertical direction (Mode 1), broad parallel (radial) movement in the horizontal direction including some rocking of the pyramid (Mode 2), and pure rotation of the pyramid. Movement (mode 3) is shown. In Figure 2,
The upper and lower arrows in each mode indicate the movement of points on the top and bottom surfaces of the pyramid, respectively. It will be appreciated that these movements can occur with respect to any vertical plane passing through the center of the pyramid, as shown.

第3図は、本発明に係る特定の回路構成の一興体例を示
すものである。これは、ピラミッド18が上側ボックス
12と下側ボックス16の間に浮揚されている状態を示
している。第3図およびそれ以後の図に示された全ての
回路要素は、下側ボックス16の外側に示されているけ
れども、上側ボックス12およびピラミッド18内に収
納されておらず、下側ボックス16内に設置されている
FIG. 3 shows an example of a specific circuit configuration according to the present invention. This shows the pyramid 18 being suspended between the upper box 12 and the lower box 16. All of the circuit elements shown in FIG. 3 and subsequent figures, although shown outside of the lower box 16, are not contained within the upper box 12 and pyramid 18 and are within the lower box 16. It is installed in

第3図に示されたように、ピラミッドは、永久磁石20
を収容しており、該永久磁石は、ピラミッドの中心に配
置され、上面−底面間に延設されている。該磁石は、導
電性のターゲットコイル22によって囲まれており、そ
の巻線は、Q(クォリティファクタ)をほぼ1oとする
ためコイル22の部分同調に供されるコンデンサ24と
抵抗26の並列回路に直列に接続されている。
As shown in FIG. 3, the pyramid consists of a permanent magnet 20
The permanent magnet is located at the center of the pyramid and extends between the top and bottom surfaces. The magnet is surrounded by a conductive target coil 22, the winding of which is connected to a parallel circuit of a capacitor 24 and a resistor 26 which serves for partial tuning of the coil 22 to provide a quality factor of approximately 1o. connected in series.

上側ボックス12もまた多数ターンのフォースコイル3
2に囲まれて同軸上に配置された永久磁石30を収容し
ている。2個の磁石20.30は、吸引のため反対の極
が相対向するように配列される。上側ボックスの各側部
および頂部はシールドのため薄い鉄板で形成されている
。上側ボックス12の底部はアルミニウム合金の薄板で
形成されている。
The upper box 12 also has a multi-turn force coil 3.
2, and houses a permanent magnet 30 that is coaxially arranged. The two magnets 20.30 are arranged with opposite poles facing each other for attraction. Each side and top of the upper box are made of thin steel plates for shielding. The bottom of the upper box 12 is made of a thin aluminum alloy plate.

図示された下側ボックス1Gは、その上面近傍の同軸上
にセンスまたは励磁コイル40を収容している。該コイ
ル40は、センサ回路42内の発振器によって付勢され
て、ピラミッドのターゲットコイル22に電流を誘起す
る。コイル22.40間の相互作用は、各コイルの間隔
と姿勢とに応じて変化する。
The illustrated lower box 1G houses a sense or excitation coil 40 coaxially near its upper surface. The coil 40 is energized by an oscillator within the sensor circuit 42 to induce a current in the pyramid target coil 22. The interaction between the coils 22.40 varies depending on the spacing and orientation of each coil.

そして、この相互作用の変化は、センサ回路42によっ
て検出される。センサ回路42の出力は、精密な整流器
44に結合され、それからローパスフィルタ46に与え
られる。該ローパスフィルタ46は、フェードアウト回
路48、上側ダンピング回路50および該ダンピング回
路50の出力に結合された上側電力回路52に出力を与
える。また、フェードアウト回路48の出力は上側電力
回路52および添付図面第4図に示されたタイムアウト
回路69に与えられる。
This change in interaction is then detected by the sensor circuit 42. The output of sensor circuit 42 is coupled to a precision rectifier 44 and then provided to a low pass filter 46. The low pass filter 46 provides an output to a fade out circuit 48, an upper damping circuit 50, and an upper power circuit 52 coupled to the output of the damping circuit 50. The output of the fade-out circuit 48 is also applied to the upper power circuit 52 and a time-out circuit 69 shown in FIG. 4 of the accompanying drawings.

上側電力回路52は、上側ボックスのフォースコイル3
2における電流を制御し、そして真のヌル位置からのピ
ラミッドのいかなる離間をも補償すべく全体の磁界を変
化させる。ヌル回路54は、電力回路52の出力に接続
されており、ヌル位置においてピラミッドが検出された
ときに、コイル32に対する電流をゼロにするようなフ
ィードバック信号を与える。
The upper power circuit 52 connects the force coil 3 of the upper box.
2 and vary the overall magnetic field to compensate for any separation of the pyramid from the true null position. Null circuit 54 is connected to the output of power circuit 52 and provides a feedback signal that zeros the current to coil 32 when a pyramid is detected in the null position.

第3図に示された本発明の構成は、ピラミッドを有効に
浮上させるが、ダンピングサーボシステムにおける位相
シフトがモード2および3のピラミッドの振動を制動し
ないばかりかかえって励起しがちであるので、ピラミッ
ドはこれらのモードで撮動しがちである。撮動の第1の
モード(垂直動作)は、なんとか(critical 
Iy)制動される。
Although the configuration of the present invention shown in FIG. 3 effectively levitates the pyramid, the phase shift in the damping servo system tends to excite rather than damp the vibrations of the pyramid in modes 2 and 3. tend to shoot in these modes. The first mode of imaging (vertical motion) is critical
Iy) Braked.

第4図は、主として、本発明による構成の電源回路要素
を示している。同図には、第3図に示されたような電気
回路要素への電力の供給を制御する電力ターンオフ段6
0が示されている。バッテリ電[62はターンオフ段6
0に出力を供給し、またバッテリモニタ回路64は、バ
ッテリが放電してしまいそうになったときに電力をター
ンオフさせるためバッテリ62と電力ターンオフ段60
との間に接続されている。組込みのバッテリチャージャ
66は外部の電気回路要素に接続するようになっており
、その出力は電圧レギュレータ68を介してバッテリ6
2に供給される。電力ターンオフ段60は、第17図に
示されたような付属のオン/オフスイッチからの付加的
な入力制御信号を受ける。そして、該電力ターンオフ段
60は、また、タイムアウト回路69からの信号も受け
る。その目的は、ピラミッドが該浮上装置から電源をオ
フとすることなしに取除かれたような場合に、所定時間
について第3図のフェードアウト回路要素から与えられ
る検出信号がなくなると該電力ターンオフ段60に全て
の電力をターンオフさせるためである。
FIG. 4 mainly shows power supply circuit elements configured according to the present invention. The figure shows a power turn-off stage 6 for controlling the supply of power to electrical circuit elements such as those shown in FIG.
0 is shown. Battery voltage [62 is turn-off stage 6
0 and a battery monitor circuit 64 connects the battery 62 and power turn-off stage 60 to turn off power when the battery is about to discharge.
is connected between. The built-in battery charger 66 is adapted to connect to external electrical circuitry, and its output is connected to the battery 6 via a voltage regulator 68.
2. Power turn-off stage 60 receives additional input control signals from an attached on/off switch as shown in FIG. The power turnoff stage 60 also receives a signal from a timeout circuit 69. The purpose is to prevent the power turn-off stage 60 from dissipating the detection signal provided by the fade-out circuitry of FIG. This is to turn off all power.

第5図AおよびBは、この場合のピラミッドが、同調さ
れたターゲットコイルと他の1つとからなる3つの閉回
路を備えていることを除き、第3図の回路に使用される
ピラミッドの構成を示している。ピラミッドコイルの平
面図である第5図Bに示されるように、付加的なターゲ
ットコイル72および74が、互いに直角の垂直平面内
に配置される。
Figures 5A and B illustrate the configuration of the pyramid used in the circuit of Figure 3, except that the pyramid in this case comprises three closed circuits consisting of a tuned target coil and one other. It shows. As shown in FIG. 5B, which is a plan view of the pyramid coil, additional target coils 72 and 74 are positioned in vertical planes that are perpendicular to each other.

コイル72と74は、横揺れと縦揺れの動きを、それぞ
れ、単一コイル22よりも一層効果的に検出し得るよう
にする。このシステムによれば、モード1の撮動は、不
安定に(criNcally)制動される。
Coils 72 and 74 allow roll and pitch motion, respectively, to be detected more effectively than single coil 22. According to this system, mode 1 imaging is criNcally damped.

モード2および3の振動は、若干制動されるが、そのよ
うな動きは、組合わされたサーボシステムによって第3
図の構成の場合におけるように付勢されることはない。
Oscillations in modes 2 and 3 are damped slightly, but such movements are suppressed by the combined servo system in the third mode.
It is not energized as in the case of the configuration shown.

第6図AおよびBは、下側ボックス16の上面近傍にセ
ンシングコイル40と同心状に渦電流ダンピングエレメ
ントが付加されていることを除き、第3図に示されたの
とおおむね同様の構成を示している。該エレメントは、
第6図Aに示されるように銅板76で構成されることが
望ましいけれども、第6図Bに示されるように閉じた銅
リング78であってもよい。渦電流エレメントの効果は
、モード2および3におけるピラミッドの動きの検出を
改善するためコイル22.40を結合する磁界を歪曲し
且つ整形することである。ピラミッドの動きのこの改善
された検出は、ピラミッドと渦電流ダンピングエレメン
トとの軸方向間隔が小さい場合に一層有効である。該渦
電流エレメントは、送信コイル40の中心における磁束
密度を減少させる。こうして、ピラミッド18の底部の
制動は、受信コイル22によって傍受される磁力線の数
を増加させ、それはピラミッドの高さの減少をシミュレ
ートし、そして制御回路要素はリフト磁界を増大させる
6A and 6B have roughly the same configuration as that shown in FIG. 3, except that an eddy current damping element is added concentrically with the sensing coil 40 near the top surface of the lower box 16. It shows. The element is
Although preferably comprised of a copper plate 76 as shown in FIG. 6A, it may also be a closed copper ring 78 as shown in FIG. 6B. The effect of the eddy current elements is to distort and shape the magnetic field coupling the coils 22.40 to improve the detection of pyramid motion in modes 2 and 3. This improved detection of pyramid movement is even more effective when the axial spacing between the pyramid and the eddy current damping element is small. The eddy current element reduces the magnetic flux density at the center of the transmit coil 40. Thus, damping the bottom of the pyramid 18 increases the number of magnetic field lines intercepted by the receiver coil 22, which simulates a decrease in pyramid height, and the control circuitry increases the lift field.

ダンピング回路要素により提供される位相の先導(le
ad)により、モード2と3の振動抑制の効果が生ずる
Phase leading (le) provided by damping circuit elements
ad) produces the effect of mode 2 and 3 vibration suppression.

第7図Aは、第3図の回路要素に包括されるその他のダ
ンピングのための構成を示している。この構成において
は、磁気結合された粘性ダンパ80が下側ボックス16
のセンシングコイル40内に同心的に設置される。ダン
パ80は、粘性流体82を収容し、そしてその中には永
久磁石83が、スピンドル84上で回動(pivota
l movelent) L/得るように支持されてい
る。ウェイト86は、ピラミッドの永久磁石により磁石
が、ベース88におけるピボットソケットを離脱して引
上げられることがないようにスピンドル84に付設され
ている。この粘性ダンパ80は、望むならば、第6図B
の渦電流ダンピングリング18と組合わされ得る。磁石
83は、ピラミッド18における永久磁石20に結合さ
れており、モード2および3におけるその放射方向の動
きに追従するようになっている。磁石83の粘性ダンピ
ングは、ピラミッド18のそのような動きを効果的に制
動する。この構成は、ピラミッド18の底部とダンピン
グエレメント80との間の軸方向ギャップが、ダンピン
グ磁石83がピラミッド18の近くへ動く程充分に小さ
いときに、特に良好に作用する。ダンピングモードにお
ける磁石83の動作周波数は、モード2および/または
3の撮動周波数に同調され、その場合、磁石83の偏倚
は、ピラミッド18の側方の動きを越えさえして、モー
ド2および3の撮動を効果的に制動する。
FIG. 7A shows another damping arrangement included in the circuit elements of FIG. In this configuration, a magnetically coupled viscous damper 80 is connected to the lower box 16.
are installed concentrically within the sensing coil 40 of. Damper 80 contains a viscous fluid 82 and within which a permanent magnet 83 pivots on spindle 84.
l movelent) Supported to obtain L/. A weight 86 is attached to the spindle 84 to prevent the permanent magnet of the pyramid from pulling the magnet out of its pivot socket in the base 88. This viscous damper 80 can be used, if desired, in FIG.
eddy current damping ring 18. Magnet 83 is coupled to permanent magnet 20 in pyramid 18 and is adapted to follow its radial movement in modes 2 and 3. The viscous damping of magnet 83 effectively damps such movement of pyramid 18. This arrangement works particularly well when the axial gap between the bottom of the pyramid 18 and the damping element 80 is small enough that the damping magnet 83 moves closer to the pyramid 18. The operating frequency of the magnet 83 in the damping mode is tuned to the imaging frequency of modes 2 and/or 3, in which case the deflection of the magnet 83 even exceeds the lateral movement of the pyramid 18, Effectively brakes the shooting of images.

第7図Bは、他の実施例を示し、そこではセンシングコ
イル40−が、下側ボックス16ではなく上側ボックス
12内に搭載されている。そして、浮上対象物もまたピ
ラミッドでなくシリンダ(円柱)18′状に形成されて
いる。上側ボックス12は、センシングコイル40−と
フォースコイル32との間の隔壁状に形成されたシール
ド41を備えている。該シールド41は、銅あるいはア
ルミニウムのような導電体により形成される。上側ボッ
クス12内にセンシングコイル40′があるので、ター
ゲットコイル22′は浮上対象物18′の頭頂部近傍に
配置される。
FIG. 7B shows another embodiment in which the sensing coil 40- is mounted within the upper box 12 rather than the lower box 16. The floating object is also formed in the shape of a cylinder 18' rather than a pyramid. The upper box 12 includes a shield 41 formed like a partition wall between the sensing coil 40- and the force coil 32. The shield 41 is made of a conductive material such as copper or aluminum. Since the sensing coil 40' is located within the upper box 12, the target coil 22' is located near the top of the floating object 18'.

第7図Bの構成は、上側ボックス12に、第7図Aに関
連して上述した粘性ダンピング構造に類似した粘性ダン
ピングを施して永久磁石30′を搭載した任意選択的な
構成も示している。第7図Bにおいては、粘性ダンピン
グ流体45で満たされた小室43内に支持された磁石3
0−が示されている。磁石30′の支持機構は、磁石3
0′の中心中空部を通って伸び、且つ上側ボックス12
の頂部に対し回動可能に(pivotably )設置
されたロッド47を備えている。このロッド47は、頂
部36に対する磁石30′の吸引力によって加圧されて
いる。
The configuration of FIG. 7B also shows an optional configuration in which the upper box 12 is equipped with a permanent magnet 30' with viscous damping similar to the viscous damping structure described above in connection with FIG. 7A. . In FIG. 7B, magnet 3 is supported within a chamber 43 filled with viscous damping fluid 45.
0- is shown. The support mechanism for the magnet 30' is
0' and extends through the central hollow of the upper box 12.
It has a rod 47 pivotably mounted on the top of the holder. This rod 47 is pressurized by the attractive force of the magnet 30' against the top 36.

図示浮上シリンダ18′は、2個の永久磁石2OA 1
20Bを有している。磁石2OAはシリンダの上端に位
置し、磁石20Bは下端に位置する。上側ボックスに粘
性ダンピング構造が用いられるとき、下側ボックスに粘
性ダンパ80が施されるであろう。この場合下側磁石2
0Bは不要である。第7図Bの構成において、上記3つ
の共振モードのいずれかにおける浮上対象物の速度5に
対するダンピング信号感度は、位相シフトフィルタによ
る周波数依存の必要なしにこれらモードの効果的な制御
を可能とする。というのは、検出信号は、センシングコ
イルが下側ボックス内にあるときには同期していないの
に対して、浮上対象物の速度に同期しているからである
The illustrated floating cylinder 18' has two permanent magnets 2OA 1
It has 20B. Magnet 2OA is located at the top end of the cylinder, and magnet 20B is located at the bottom end. When a viscous damping structure is used in the upper box, a viscous damper 80 will be applied to the lower box. In this case, lower magnet 2
0B is not necessary. In the configuration of FIG. 7B, the damping signal sensitivity to the velocity 5 of the floating object in any of the three resonant modes described above allows effective control of these modes without the need for frequency dependence by phase shift filters. . This is because the detection signal is synchronized to the velocity of the floating object, whereas it is not synchronized when the sensing coil is in the lower box.

第8゛図AおよびBは、本質的には第5図AおよびBと
同様で、さらに第6図Bのような渦電流ダンピングプレ
ート76が付加された構成を示している。本発明に係る
この構成は、モード2および3の振動がサーボシステム
により付勢されるのを防止し且つこれらモードの適度の
電磁ダンピングを可能とするための、横揺れおよび縦揺
れ受信コイル12.74と、受動渦電流プレート7Gと
の両者の使用が可能となる。第6図Bのリング78は、
プレート76の代わりに用いることができ、この場合は
第7図Aに示された粘性ダンパ80も使用し得る。この
ような組合せは、ピラミッドの動きの電磁結合された放
射方向のダンピングも許容する。
FIGS. 8A and 8B are essentially the same as FIGS. 5A and 5B, with the addition of an eddy current damping plate 76 as in FIG. 6B. This configuration according to the invention provides a roll and pitch receiving coil 12.0 to prevent mode 2 and 3 vibrations from being biased by the servo system and to allow for moderate electromagnetic damping of these modes. 74 and the passive eddy current plate 7G can be used. The ring 78 in FIG. 6B is
Instead of plate 76, a viscous damper 80, shown in FIG. 7A, may also be used. Such a combination also allows electromagnetically coupled radial damping of the pyramid movement.

第3図で上側ボックス12の底面に示されたアルミニウ
ム合金プレート38は、第8図Aの構成では除去されて
いる。そこには、プラスチック薄板またはその他の非磁
性物質が配置される。
The aluminum alloy plate 38 shown on the bottom of the upper box 12 in FIG. 3 has been removed in the configuration of FIG. 8A. A plastic sheet or other non-magnetic material is placed there.

第9図は、第1図の浮上装置についての異なる回路構成
を示し、そこでは、上側ボックス12は、付加コイル(
あるいはフォースコイル32における実質的により多数
の巻数)および下側ボックス16のセンシングコイル4
0内に同心的に配置された補助フォース発生コイル94
が設けられている。上側フォースコイル32に印加され
る信号に加えて、動作検出信号が、フォースコイル94
を駆動する下側電力回路92に下側ダンピング回路90
を介して与えられる。第7図の電磁結合粘性ダンパ80
を採用することは、本質的ではないが、望ましいことで
ある。この構成では、上側フォースコイル32は、主と
して静的な位置制御I(モード1の振動のダンピング)
に用いられるが、それは初期の実施例においてはモード
2および3の振動のダンピングにも使用され得る。下側
ボックス16のフォースコイル94は、モード2および
3における振動のダンピングに最も効果的であるけれど
も、上側フォースコイル32と共働して、モード1の振
動のいくらかのダンピングを提供するために使用され得
る。
FIG. 9 shows a different circuit configuration for the flotation device of FIG. 1, in which the upper box 12 has additional coils (
or a substantially greater number of turns in the force coil 32) and the sensing coil 4 in the lower box 16.
Auxiliary force generating coil 94 arranged concentrically within 0
is provided. In addition to the signal applied to upper force coil 32, a motion detection signal is applied to force coil 94.
A lower damping circuit 90 is connected to a lower power circuit 92 that drives the
given through. Electromagnetic coupling viscous damper 80 in Fig. 7
It is desirable, although not essential, to adopt In this configuration, the upper force coil 32 is primarily used for static position control I (mode 1 vibration damping).
Although used for damping mode 2 and 3 vibrations in early embodiments, it may also be used for damping mode 2 and 3 vibrations. The force coil 94 in the lower box 16 is used in conjunction with the upper force coil 32 to provide some damping of mode 1 vibrations, although it is most effective in damping vibrations in modes 2 and 3. can be done.

第10図は、さらにその他の構成を示し、そこでは、上
側ボックス12におけるフォースコイルおよび電界励起
が除去され、そして全ての位置制御が下側ボックス16
で実現される。この構成では、ヌル回路54が、フォー
スコイル94を駆動する回路内に接続される。第9図の
場合のように、電磁結合粘性ダンパ80は任意に付加し
得る。第10図の実施例において、下側ボックス16の
フォースコイル94は、全てのモードの振動に対する静
的な位置調整およびダンピングの開制御に受動的放射方
向ダンパ80を付加的に増強する。電気回路の発振を防
止するため、センスコイル40の磁界とフォースコイル
94との間の意図していない相互作用を避けるべく注意
する必要がある。第8図Aの場合のように、アルミニウ
ムプレート38はプラスチック薄板で置換し得る。
FIG. 10 shows yet another configuration in which the force coils and field excitation in the upper box 12 are removed and all position control is transferred to the lower box 16.
It is realized by In this configuration, null circuit 54 is connected within the circuit that drives force coil 94. As in the case of FIG. 9, an electromagnetically coupled viscous damper 80 may be optionally added. In the embodiment of FIG. 10, the force coil 94 in the lower box 16 additionally enhances the passive radial damper 80 for static positioning and damping open control for all modes of vibration. To prevent oscillations in the electrical circuit, care must be taken to avoid unintended interactions between the magnetic field of sense coil 40 and force coil 94. As in FIG. 8A, the aluminum plate 38 may be replaced by a plastic sheet.

第11図の回路構成は、下側ボックス16のフォースコ
イルおよびセンスコイルにおける相違を除き、第9図と
同様である。それらコイルは、第14図および第15図
に示されたようなラジアル(放射方向)およびアキシャ
ル(軸方向)のコイルアレイの形態をなしている。第1
1図におけるフォースコイルアレイは参照符号102に
よって示されており、センシングコイルアレイは104
で示されている。これらは、第14図および第15図と
の関係でより詳細に述べられる。下側ボックス14のフ
ォースコイル102についてラジアルおよびアキシャル
アレイを提供することによって、もはや上側ボックスに
フォースコイル32を設ける必要はなくなる。上側ボッ
クス12からのフォースコイル32の除去により、上側
ダンピング回路50および電力回路52の必要性がなく
なり、その場合には、フォース/電力ヌル回路54が第
10図に示されたような形で下側回路に接続される。
The circuit configuration of FIG. 11 is the same as that of FIG. 9 except for the difference in the force coil and sense coil of the lower box 16. The coils are in the form of radial and axial coil arrays as shown in FIGS. 14 and 15. 1st
The force coil array in Figure 1 is indicated by reference numeral 102 and the sensing coil array is indicated by 104.
It is shown in These are discussed in more detail in connection with FIGS. 14 and 15. By providing a radial and axial array of force coils 102 in the lower box 14, there is no longer a need for force coils 32 in the upper box. Removal of force coil 32 from upper box 12 eliminates the need for upper damping circuit 50 and power circuit 52, in which case force/power nulling circuit 54 is removed as shown in FIG. Connected to the side circuit.

第12図は、第11図に類似した、本発明のさらにその
他の変形例を示し、法例では下側ボックス16に永久磁
石105が付加される。磁石105は、必要ならば、デ
ィスク(円盤状)またはリングマグネットであってもよ
い。また、第11図の変形例のように、上側ボックス1
2にフォースコイル32を設けるか否かは任意である。
FIG. 12 shows yet another modification of the invention similar to FIG. 11, in which a permanent magnet 105 is added to the lower box 16. Magnet 105 may be a disk (disc-shaped) or ring magnet, if desired. In addition, as in the modification shown in FIG. 11, the upper box 1
It is optional whether or not to provide the force coil 32 to the coil 2.

下側ボックスに永久磁石105を設ける場合、該浮上シ
ステムは上述した吸引および反発タイプの組合せからな
る。
If the lower box is provided with a permanent magnet 105, the levitation system consists of a combination of the above-mentioned attraction and repulsion types.

第12図の反発磁石105は、浮上部材における磁石の
少なくとも2倍の直径のアキシャルリングマグネットを
備えたセラミック材料からなるプラグマグネットを用い
ることができ、もし中心に小さな穴が設けられているな
ら、一層良好に機能し得る。プラグ型の反発磁石は、有
意義な放射方向の負のばね率を生じ、該ばね率は、ラジ
アル位置検出回路要素により生成される抗力がなければ
横方向への中心位置ずれを誘起しがちである。大径のリ
ングマグネットを使用することにより、これら負のラジ
アルばね率を減少させることができ、正のアキシャル反
発ばね率は浮上部材のラジアル位置について鈍感にさせ
る。
The repulsion magnet 105 in FIG. 12 can be a plug magnet made of ceramic material with an axial ring magnet at least twice the diameter of the magnet in the levitation member, if a small hole is provided in the center. It can function even better. Plug-type repelling magnets create a significant radial negative spring rate, which tends to induce lateral off-centering in the absence of drag generated by radial position sensing circuitry. . By using a large diameter ring magnet, these negative radial spring rates can be reduced and the positive axial rebound spring rates will be insensitive to the radial position of the floating member.

第13図は、純粋の反発タイプの浮上システムである本
発明の変形例を示している。この例においては、上側ボ
ックス12の永久磁石30およびフォースコイル32は
、それに従属する上側フォースコイルを駆動するための
回路要素と一緒に除去されている。下側ボックス16は
、複数のリングマグネット106で形成された永久磁石
エレメント105を収容している。ここでは一層円柱状
に示された浮上部材107は、図示極性を有するリング
マグネット108および同心配置されたマグネット11
0を内蔵している。マグネット110の極性はリングマ
グネット108に対して逆の極性であり、それらマグネ
ットによって、下側ボックスの永久磁石105により生
成される磁界および磁力線との相互作用により一層大き
な反発力を呈するような磁界および磁力線が形成される
ようにしている。浮上部材107は、先に図示し且つ述
べたように、コンデンサおよび抵抗を有する共振閉回路
内に接続された(図解の便宜のため第13図からはコン
デンサおよび抵抗が省かれている)ターゲットコイル2
2を内蔵している。
FIG. 13 shows a variant of the invention which is a pure repulsion type flotation system. In this example, the permanent magnet 30 and force coil 32 of the upper box 12 have been removed along with the circuitry for driving the upper force coil depending thereon. The lower box 16 houses a permanent magnet element 105 formed by a plurality of ring magnets 106. The floating member 107, which is shown more cylindrical here, includes a ring magnet 108 having the illustrated polarity and a concentrically arranged magnet 11.
It has a built-in value of 0. The polarity of the magnets 110 is opposite to that of the ring magnet 108, and they generate a magnetic field and a magnetic field that exhibits a greater repulsive force upon interaction with the magnetic field and field lines generated by the permanent magnet 105 of the lower box. This causes lines of magnetic force to form. The levitation member 107 includes a target coil connected in a resonant closed circuit with a capacitor and a resistor (the capacitor and resistor have been omitted from FIG. 13 for convenience of illustration) as shown and described above. 2
It has 2 built-in.

第13図の浮上部材107における永久磁石の他の構成
は、軸方向について限られた寸法に作られ、「浮揚力の
中心」が重心上に確実に位置するようにする。第13図
の浮上部材の下方の反発マグネット105は、浮上部材
におけるリングマグネット108と等しいかそれより大
きな直径のリングマグネットとする。下側反発マグネッ
トの穴は、浮上リングマグネットおよび逆向きの磁性の
プラグマグネット110における穴は、浮上部材の転倒
に対する抵抗を高める。第13図の変形例における永久
磁石エレメントの構成は、垂直方向および転倒方向の両
方向についての長期間の安定性(中心ずれに対する抵抗
)を確保する。放射方向の負のばね率に起因して、純然
たる受動的システムについて横方向の中心ずれが生じる
。これは、横方向動作のサーボシステムによって克服さ
れる。3つの全てのモードにおける共振レスポンスは、
アキシャルおよびラジアルセンスコイルアレイならびに
アキシャルおよびラジアルセンスコイルを備えたアクテ
ィブサーボシステムによって効果的に制動される。
Another arrangement of permanent magnets in the levitation member 107 of FIG. 13 is made with limited dimensions in the axial direction to ensure that the "center of levitation force" is located over the center of gravity. The repulsion magnet 105 below the floating member in FIG. 13 is a ring magnet with a diameter equal to or larger than that of the ring magnet 108 in the floating member. The holes in the lower repulsion magnet, the levitation ring magnet and the holes in the opposite magnetic plug magnet 110 increase the resistance to tipping of the levitation member. The configuration of the permanent magnet elements in the variant of FIG. 13 ensures long-term stability (resistance to centering) both in the vertical direction and in the overturning direction. Due to the negative radial spring rate, lateral off-centering occurs for purely passive systems. This is overcome by a lateral motion servo system. The resonance response in all three modes is
Effectively braked by an axial and radial sense coil array and an active servo system with axial and radial sense coils.

第14図(AlBおよびC)は、第11〜13図におけ
るラジアルおよびアキシャルセンシングコイルアレイ1
04の3つの異なる構成を示している。これらの構成の
いずれか一つが、上記各図の回路に使用される。
Figure 14 (AlB and C) shows the radial and axial sensing coil array 1 in Figures 11-13.
04 are shown in three different configurations. Any one of these configurations is used in the circuits in each of the figures above.

第14図Aは、図示のように90″の間隔でオーバラッ
プする半球状のコイル群を示している。該コイルは、北
−南/東−西の方向に#1、#2、#3および#4なる
ラベルが付されている。該コイルの接続は、円周上の9
0@毎の各点においてもたらされ、電流は矢印方向に同
期して流れる。
Figure 14A shows hemispherical coils with overlapping spacing of 90'' as shown. The coils are #1, #2, #3 in the north-south/east-west direction. and #4.The connection of the coil is 9 on the circumference.
The current flows synchronously in the direction of the arrow.

このことは、アレイの中心における電流磁界の相殺およ
び周辺部についての磁界の強化をもたらす。
This results in cancellation of the current magnetic field at the center of the array and field enhancement about the periphery.

第14図Bは、第11〜13図のセンシングアレイ10
4についての若干具なるコイル群の配向を示している。
FIG. 14B shows the sensing array 10 of FIGS. 11-13.
4 shows some specific coil group orientations for 4.

これは矢印方向に電流が流れる#1〜#4にナンバ付け
された4つのクオドラチャ−(直交)コイルからなって
いる。第14図Aと同様に、電流磁界はアレイ内におい
ては相殺されるが、アレイの周囲については電流の方向
に起因して相互に高められる。
This consists of four quadrature coils numbered #1 to #4 through which current flows in the direction of the arrow. Similar to FIG. 14A, the current magnetic fields cancel within the array, but are mutually enhanced around the array due to the direction of the current.

第14図A〜Cのセンシングコイルアレイ104は、軸
対象の浮上対象物のターゲットコイル22の水平方向す
なわち横方向の偏倚を検出するのに有効である。このア
レイは、該ターゲットコイルに対する垂直方向の間隔も
また検出する。第14図AおよびBのコイル構成は、4
つの同調されたタンク回路の4つの誘導性エレメントと
して機能する。各回路のQ、従ってタンク回路の発振振
幅は、ターゲットコイルの近接を指示する。第14図A
およびBのこれら個々のコイルが接続された回路は、第
18図との関連で説明される。
The sensing coil array 104 of FIGS. 14A-14C is effective in detecting horizontal or lateral excursions of the target coil 22 of an axisymmetric levitated object. The array also detects vertical spacing to the target coil. The coil configurations in FIGS. 14A and B are 4
act as four inductive elements in two tuned tank circuits. The Q of each circuit, and therefore the oscillation amplitude of the tank circuit, dictates the proximity of the target coil. Figure 14A
The circuit to which these individual coils of and B are connected will be explained in connection with FIG.

第14図Cのセンシングコイルアレイ104は、#1〜
#4の個々のクオドラチャ−コイルが付加され、周囲の
励磁コイル112がアレイ内に含まれている点で他のも
のと異なっている。また、相対向するクオドラチャ−コ
イルは、二重の8の字をなして直列に相互接続されるこ
とに気付くであろう。したがって、#1と#2のコイル
は組合わされた北−南信号を発生するように、互いに直
列に接続され、#3と#4のコイルは、同様にして組合
わされた東−画信号を発生するように接続される。セン
スまたは励磁コイル112は、励磁駆動のため第16図
に示されたのと同様の回路を要する。
The sensing coil array 104 in FIG. 14C includes #1 to
It differs from the others in that #4 individual quadrature coils are added and surrounding excitation coils 112 are included in the array. It will also be noted that the opposing quadrature coils are interconnected in series in a double figure eight. Therefore, coils #1 and #2 are connected in series with each other to generate a combined north-south signal, and coils #3 and #4 similarly generate a combined east-picture signal. Connected to The sense or excitation coil 112 requires circuitry similar to that shown in FIG. 16 for excitation drive.

個々のクオドラチャ−コイルの各々はそれに鎖交する(
励磁コイルによって誘起される)交番磁力線を検出する
。もしも、浮上部材のターゲットコイル22が1つの8
の字型ペア上に対称的に配置されるならば、1つの8の
字型ペアの2つの半部に生成される電圧は、互いに相殺
される。もしも、ターゲットコイルが8の字型コイルペ
アの中心からはずれると、2つの■々のコイルに発生す
る電圧は相殺されない。得られる信号の位相は、ターゲ
ットコイルの横方向の平行移動の方向を示し、該信号の
振幅は該平行移動の大きさを示している。
Each individual quadrature coil is linked to it (
Detects alternating magnetic field lines (induced by an excitation coil). If the target coil 22 of the floating member is one 8
If placed symmetrically on a figure-eight pair, the voltages produced in the two halves of one figure-eight pair cancel each other out. If the target coil is displaced from the center of the figure-eight coil pair, the voltages generated in the two individual coils will not cancel out. The phase of the resulting signal indicates the direction of lateral translation of the target coil, and the amplitude of the signal indicates the magnitude of the translation.

第1411 Cのセンスアレイ104と共に動作する特
別な回路は第19図に示されている。
The special circuitry that operates with the 1411C sense array 104 is shown in FIG.

第15図は、第11〜13図の横方向および軸方向の力
を発生する電磁コイルアレイ102としてのコイルの配
置構成を模式的に図示するものである。このアレイは、
上昇および下降両方の垂直方向の力ならびに全方位の横
方向の力を発生する。これらの力の大きさは、センスコ
イルアレイ104によって検出されるような、浮上部材
の縦横の位置および速度の関数として、第18図に示さ
れたような回路要素によって制御できる。
FIG. 15 schematically illustrates the arrangement of coils as the electromagnetic coil array 102 that generates the forces in the lateral and axial directions shown in FIGS. 11-13. This array is
Generates both upward and downward vertical forces as well as lateral forces in all directions. The magnitude of these forces can be controlled by circuitry such as that shown in FIG. 18 as a function of the levitation member's longitudinal and lateral position and velocity, as detected by the sense coil array 104.

第15図Aは、浮上部材の浮揚力を生成するような極性
で個々のコイルにより磁界を生成するクオドラチャ−コ
イルA−Dを示している。該磁界の極性は、第15図A
において、紙面に向う磁力線方向に対応する丸で囲まれ
た矢の尾(arrow tail)(のマーク)114
で示されている。これと逆方向(紙面から手前向きの)
に向う磁力線は、反浮揚力を呈する。正面の軸方向につ
いては、全てのコイルA〜Dにおける磁界の強さは等し
い。
FIG. 15A shows quadrature coils A-D in which magnetic fields are generated by individual coils with polarities such as to generate a levitation force on the levitation member. The polarity of the magnetic field is shown in Figure 15A.
, there is an arrow tail (mark) 114 surrounded by a circle corresponding to the direction of the magnetic field lines toward the paper surface.
It is shown in In the opposite direction (from the paper toward your hand)
Magnetic field lines directed toward exhibit an anti-buoyancy force. In the front axial direction, the magnetic field strengths in all coils A to D are equal.

第15図Bは、北向き(第14図について採用された前
例に従って)の横方向の力を呈するように駆動されてい
るフォースコイルアレイ102を示している。第15図
Bにおいて、コイルAは、図示のように紙面に向う(矢
の尾114によって示されている)11力線を発生する
磁界を呈している。コイルBは、180°転冒され、逆
方向(紙面から手前へ向う方向〜矢先115で示される
)の磁力線を発生する磁界を呈する。コイルCおよびD
は、第15図Bの例ではどんな磁界も発生しない。コイ
ルAおよびBにおける磁界方向の反転は、逆方向(南)
への横方向の力を呈する。コイルAおよびBを励磁しな
い状態でのコイルCおよびDの励磁により、横方向の力
を東あるいは西方向のいずれかに向けることができる。
FIG. 15B shows the force coil array 102 being driven to exhibit a lateral force in the north direction (following the precedent adopted for FIG. 14). In FIG. 15B, coil A exhibits a magnetic field that produces 11 field lines (indicated by arrow tail 114) pointing toward the page as shown. Coil B is rotated 180 degrees and exhibits a magnetic field that generates lines of magnetic force in the opposite direction (direction toward the front from the page - indicated by arrowhead 115). Coils C and D
does not generate any magnetic field in the example of FIG. 15B. Reversal of magnetic field direction in coils A and B is in opposite directions (south)
exhibits a lateral force to By energizing coils C and D while coils A and B are not energized, lateral forces can be directed either eastward or westward.

4つの全てのコイルにおける磁界の適切な組合せによれ
ば、全方位のどの方向への横向きの力をも発生させるこ
とができる。
With the proper combination of magnetic fields in all four coils, transverse forces in any direction in all directions can be generated.

第16図は、例えば、第3図のブロック図に使用される
ような、ピラミッドの位置および動きを監視するための
回路要素の一例の概略を示している。
FIG. 16 schematically shows an example of circuit elements for monitoring the position and movement of a pyramid, such as those used in the block diagram of FIG. 3, for example.

図の上方左側の角部には、励磁またはセンシングコイル
40に接続されたオペアンプ(オペレーショナルアンプ
リファイアル演算増幅器)130を備えた発振器の形の
センシング回路42がある。同調コンデンサ132は、
オペアンプ130の帰還回路内に接続されている。ポテ
ンショメータ134がオペアンプ130の低圧側入力端
への帰還路内に設けられており、本浮上装置が実験のた
めに設置されるときの回路動作の調整を可能とするよう
にしている。
In the upper left-hand corner of the figure there is a sensing circuit 42 in the form of an oscillator with an operational amplifier 130 connected to an excitation or sensing coil 40 . The tuning capacitor 132 is
It is connected within the feedback circuit of the operational amplifier 130. A potentiometer 134 is provided in the return path to the low voltage input of the operational amplifier 130 to allow adjustment of circuit operation when the flotation device is installed for experimentation.

該発振回路の出力は、クランプ回路140に与えられ、
そこで差動増幅器150に適合させられ、該差動増幅器
150では、オペアンプ156の帰還路内に接続された
コンデンサ152および抵抗154によって進み角の位
相シフトが施される。該ポテンショメータ134からの
信号はオペアンプ130に対して比例フィードバックを
施し、同時に同じ点にクランプ回路140のダイオード
137.138からのクランプされたフィードバックが
抵抗141を介して施される。クランプ回路140と差
動増幅器150とによって、全体回路構成(第3図参照
)における精密整流器44が構成される。差動増幅段か
らの信号は、ダンピング回路90のオペアンプ160に
関連して動作するローパスフィルタ46に印加される。
The output of the oscillation circuit is given to a clamp circuit 140,
Therefore, it is adapted to a differential amplifier 150, in which a lead angle phase shift is applied by a capacitor 152 and a resistor 154 connected in the feedback path of an operational amplifier 156. The signal from the potentiometer 134 provides proportional feedback to the operational amplifier 130, and at the same time clamped feedback from the diodes 137, 138 of the clamp circuit 140 is provided via the resistor 141 at the same point. Clamp circuit 140 and differential amplifier 150 constitute precision rectifier 44 in the overall circuit configuration (see FIG. 3). The signal from the differential amplifier stage is applied to a low pass filter 46 that operates in conjunction with an operational amplifier 160 of a damping circuit 90.

オペアンプ160に与えられる信号は、第3図のヌル回
路54の出力と結合される。該オペアンプ160および
それに組合わされた抵抗−コンデンサ回路網162.1
64を具備する回路要素は、電力回路92に対する信号
の電流源として作用する。
The signal applied to operational amplifier 160 is coupled to the output of null circuit 54 of FIG. the operational amplifier 160 and its associated resistor-capacitor network 162.1
The circuit element comprising 64 acts as a signal current source for power circuit 92 .

第17図は、それにより浮上装置の実施操作者すなわち
術者が融通のきかない観察者をも納得させるような本発
明の一部分の構成を示すブロック図である。この回路は
、第4図の電力ターンオフ段60の一部を制御するため
のオン/オフスイッチを示している。これらスイッチ1
70.172は、バッテリ電源62と電源出力61との
間に設けられたフリップフロップ176のセット/リセ
ット入力に対する直列抵抗174の回路内に接続されて
いる。該スイッチ170.172は、磁気応答リードス
イッチであり、下側ボックス16内の脚部14の異なる
ペアの間の位置に適宜配置される。この構成を用いる場
合、該装置の術者は、(浮上モードにおいて支持されて
いた)ピラミッド18を、ボックス12.16間の空間
からオフスイッチ172上の2つの脚部14の間を通す
ことにより除去する。このことにより、スイッチ172
が閉路され、フリップフロップ116を介して電源61
がターンオフされる。そして、ピラミッドは、浮上のた
め二つのボックス間に該ピラミッドを挿入させるべく勧
誘しつつ観察者に手渡される。電源のターンオンのため
に抜き出しの経路を再び通すことは有効でなく、また第
4の脚部の欠けている空間を通してピラミッドを挿入す
ることも有効ではない。隣接する他の脚部との間の、オ
ンスイッヂ170の配置された空間を通してピラミッド
を挿入することによってのみ、電源がターンオンされ、
ピラミッドが再び浮揚される。
FIG. 17 is a block diagram illustrating the construction of a portion of the present invention by which the operator of the flotation device, ie, the surgeon, can convince even the most inflexible observer. This circuit shows an on/off switch for controlling a portion of the power turn-off stage 60 of FIG. These switches 1
70.172 is connected in a circuit of series resistor 174 to the set/reset input of flip-flop 176 provided between battery power supply 62 and power supply output 61. The switches 170 , 172 are magnetically responsive reed switches and are suitably positioned within the lower box 16 between different pairs of legs 14 . When using this configuration, the operator of the device can pass the pyramid 18 (which was supported in the floating mode) from the space between the boxes 12.16 and between the two legs 14 on the off switch 172. Remove. This allows switch 172
is closed, and the power supply 61 is connected via the flip-flop 116.
is turned off. The pyramid is then handed to the viewer with an invitation to insert the pyramid between the two boxes for levitation. Repassing the extraction path for turning on the power supply is not effective, nor is it effective to insert the pyramid through the missing space of the fourth leg. The power is turned on only by inserting the pyramid through the space in which the on-switch 170 is located between the other adjacent legs;
The pyramid is relevant.

第18図は、第11図および第13図のラジアルおよび
アキシャルセンシングアレイ104およびラジアルおよ
びアキシャルフォースコイルアレイ102とともに使用
される回路要素の機能概略図である。
FIG. 18 is a functional schematic diagram of circuit elements used with the radial and axial sensing array 104 and radial and axial force coil array 102 of FIGS. 11 and 13. FIG.

より詳細には、第18図の回路は、第14図AおよびB
のセンシングコイルアレイの使用に適合されており、こ
れに対して第19図の回路は第14図Cのセンシングコ
イルアレイに使用される。
More specifically, the circuit of FIG.
The circuit of FIG. 19 is adapted for use with the sensing coil array of FIG. 14C, whereas the circuit of FIG. 19 is adapted for use with the sensing coil array of FIG.

第18図の回路には、分離された#1〜#4のコイルが
示されており、これらコイル#1〜#4の各々はそれぞ
れ対応する発振器タンク回路に接続されている。個々の
コイルの各々とともに動作する回路要素は同様であるの
で、図の最上部に示されたコイル#1に関する説明で置
換えることができる。コイル#1は、固定コンデンサ1
82および同調をとるための可変コンデンサ184を有
する同調タンク回路180におけるインダクタンスとし
て働く。タンク回路からの信号は、バッファとして作用
するボルテージフォロワ型の増幅器186に与えられる
。増幅器186からの検出信号はバイパスフィルタ18
8を介して精密整流段190に供給される。第14図A
およびBに示されるように、コイル#1および#2は浮
上部材の北−南の横移動を検出するようにされ、コイル
#3および#4は東−西の横移動を検出するようにされ
、そして4つのコイルは全て軸方向の動きの検出に使用
される。
The circuit of FIG. 18 shows separated coils #1-#4, each of which is connected to a corresponding oscillator tank circuit. The circuit elements operating with each of the individual coils are similar, so the description for coil #1 shown at the top of the figure can be substituted. Coil #1 is fixed capacitor 1
82 and serves as an inductance in a tuned tank circuit 180 having a variable capacitor 184 for tuning. The signal from the tank circuit is provided to a voltage follower type amplifier 186 which acts as a buffer. The detection signal from the amplifier 186 is sent to the bypass filter 18.
8 to a precision rectification stage 190. Figure 14A
and B, coils #1 and #2 are adapted to detect north-south lateral movement of the levitation member, and coils #3 and #4 are adapted to detect east-west lateral movement. , and all four coils are used for axial motion detection.

コイル#1および#2の信号処理チャンネルは、有限の
ゲインを有する差動増幅器192の2つの入力として接
続され、該差動増幅器192は、ローパスフィルタ19
4を介して信号弁別機能および直流ゲインを有するダン
プ回路196に続いている。同様の回路要素が、センシ
ングコイル#3および#4に関連する2つの信号チャン
ネルにも設けられている。コイル#1および#2からの
チャンネルに直列に接続されたダンプ回路196の入力
における信号は、北−南方向についての横方向位置を示
す。ダンプ回路19Gにおけるこの信号の弁別は、出力
において横方向位置信号と組合わされ、そして浮上部材
の所望の補正を施すべく(第15図の)フォースコイル
A、Bの駆動に供される横方向速度信号を提供する。同
様に、コイル#3および#4に結合された下側チャンネ
ルに関しても、東−西の横方向の位置および速度の組合
わされた信号が東−西フオースコイルCおよびDに印加
される。
The signal processing channels of coils #1 and #2 are connected as two inputs of a differential amplifier 192 with finite gain, which is connected to a low-pass filter 19.
4 to a dump circuit 196 with signal discrimination function and DC gain. Similar circuitry is also provided for the two signal channels associated with sensing coils #3 and #4. The signal at the input of dump circuit 196 connected in series with the channels from coils #1 and #2 indicates lateral position with respect to the north-south direction. Discrimination of this signal in dump circuit 19G is combined at the output with a lateral position signal and provides a lateral velocity signal for driving force coils A, B (of FIG. 15) to effect the desired correction of the flotation member. provide a signal. Similarly, for the lower channel coupled to coils #3 and #4, a combined east-west lateral position and velocity signal is applied to east-west force coils C and D.

これまでに第18図について述べた回路要素に加えて、
電圧−電流(電圧→電流)コンバータ段200がバッフ
?増幅器186の信号入力に結合されている。このコン
バータ段は、調整可能なゲインを有しており、この点に
おける電流注入回路に制御された電流を供するようにな
っている。各電圧−電流コンバータ200に与えられる
電圧は、各バイパスフィルタ段188の出力における信
号を入力として受ける平均化段(averaging 
stage )すなわち平均回路204からの平均信号
として非線形増幅器から共通に生成される。上記平均回
路204は、また、精密整流段206を介して信号を出
力し、該信号はローパス増幅器208および、上記ダン
プ回路196のごとき、ダンプ回路210に供給される
In addition to the circuit elements previously described for Figure 18,
Is the voltage-current (voltage→current) converter stage 200 a buffer? It is coupled to the signal input of amplifier 186. This converter stage has an adjustable gain and is adapted to provide a controlled current to the current injection circuit at this point. The voltage provided to each voltage-to-current converter 200 is determined by an averaging stage that receives as input the signal at the output of each bypass filter stage 188.
stage ), that is, the average signal from the averaging circuit 204 is commonly generated from the nonlinear amplifier. The averaging circuit 204 also outputs a signal through a precision rectification stage 206 that is provided to a low pass amplifier 208 and a dump circuit 210, such as the dump circuit 196 described above.

ダンプ回路210の出力は、全フォースコイルA〜Dの
共通接続点に与えられる。
The output of the dump circuit 210 is given to a common connection point of all force coils A to D.

第18図の回路の動作に際しては、コイル#1〜#4の
タンク回路は、該コイルを介して浮上部材内のターゲッ
トコイルに結合されている。これら共振回路は全て同一
の周波数に同調されている。
In operation of the circuit of FIG. 18, the tank circuits of coils #1 to #4 are coupled to the target coils in the levitation member via the coils. These resonant circuits are all tuned to the same frequency.

タンク回路180は、対応する電圧−電流コンバータ2
00からの電流注入によってタンク回路の固有周波数ま
たはその近傍の周波数で励振される。バッファ増幅器1
86は、タンク回路の装荷から後続の回路を保護させる
。バッファ増幅器186の出力は、タンク回路の周波数
において入力と出力との間に位相角シフトが起きないよ
うに調整設定されたバイパスフィルタ188によって左
右される。このフィルタは、フォース(発生)コイルに
よってタンク回路に誘起された低周波信号を除去するよ
うに動作する。
The tank circuit 180 has a corresponding voltage-to-current converter 2
The tank circuit is excited by the current injection from 00 to the natural frequency of the tank circuit or a frequency close to the natural frequency. buffer amplifier 1
86 protects subsequent circuits from loading the tank circuit. The output of the buffer amplifier 186 is dominated by a bypass filter 188 that is adjusted so that there is no phase angle shift between the input and the output at the frequency of the tank circuit. This filter operates to remove low frequency signals induced in the tank circuit by the force coil.

バイパスフィルタ段188からの信号の平均化およびこ
の平均信号の非線形ゲイン段202を介しコンバータ段
200への印加により、全てのタンク回路が同一周波数
で駆動されることが保証される。
Averaging the signals from bypass filter stage 188 and applying this average signal to converter stage 200 through nonlinear gain stage 202 ensures that all tank circuits are driven at the same frequency.

非線形ゲイン段202は、振幅についてクランプされた
信号とクランプされていない信号との組合せを有し、タ
ンク回路の発振に位相同期された信号を提供するために
信号クランプ技術を用いている。
The nonlinear gain stage 202 has a combination of amplitude clamped and unclamped signals and uses signal clamping techniques to provide a signal that is phase locked to the oscillation of the tank circuit.

4つの全てのタンク回路180の位相角は、各タンク回
路の可変抵抗を調整することによって同じ値にセットさ
れ得る。非線形ゲイン段は、各タンク回路の発振の振幅
が、本質的に、センスコイルアレイの各コイルに対する
ターゲットコイルの軸方向および横方向の距離の線形関
数となるように設計される。
The phase angles of all four tank circuits 180 can be set to the same value by adjusting the variable resistance of each tank circuit. The nonlinear gain stage is designed such that the amplitude of each tank circuit's oscillation is essentially a linear function of the axial and lateral distance of the target coil to each coil of the sense coil array.

バイパスフィルタ188の出力の精密整流は、ターゲッ
トコイル位置に直線的に比例する直流信号を生成させる
。この精密整流は、また、フォース発生コイルアレイに
よってセンスコイルアレイに誘起されたほとんど全ての
残留低周波信号を除去する。差動増幅器192における
相互間の相違の信号の減算の結果、浮上部材の北−南(
コイル#1および#2に関する)水平、横方向、平行動
作についてのみの感度が得られる。コイル#3および#
4からの信号についての対応する差動増幅器における同
様の減算により、東−西動作に関する同様のタイプの信
号が提供される。平均化段204からの平均化されたタ
ンク信号は、精密整流回路206により、浮上部材の高
さすなわち軸方向位置に比例した信号に変換される。フ
ィルタ194およびダンプ回路196における横平行移
動信号の処理により、遅れずに浮上部材の位置に導かれ
る信号が得られる。これらの信号は、それから必要に応
じて増幅され、センスコイルによる検出に応じて浮上対
象物の動きを補償すべく第15図のフォースコイルA、
B、CおよびDからなるラジアルおよびアキシャルフォ
ース発生電磁石アレイ102に駆動電流として印加され
る。
Precision rectification of the output of bypass filter 188 produces a DC signal that is linearly proportional to the target coil position. This precision commutation also eliminates almost all residual low frequency signals induced in the sense coil array by the force generating coil array. As a result of the subtraction of the difference signals between each other in the differential amplifier 192, the north-south (
Sensitivity is obtained only for horizontal, lateral, parallel motion (regarding coils #1 and #2). Coil #3 and #
A similar subtraction in the corresponding differential amplifier for the signals from 4 provides a similar type of signal for east-west operation. The averaged tank signal from averaging stage 204 is converted by precision rectifier circuit 206 into a signal proportional to the height or axial position of the flotation member. Processing of the transverse translation signal in filter 194 and dump circuit 196 provides a signal that is guided to the position of the floating member without delay. These signals are then amplified as necessary to compensate for the movement of the levitated object as detected by the sense coil, force coil A of FIG.
A driving current is applied to the radial and axial force generating electromagnet array 102 consisting of B, C and D.

第19図は、第14図Cのセンスコイルアレイおよび第
15図のフォースコイルの構成に関連して使用される信
号処理回路要素の機能概略図である。コイル#1および
#2(北−南)ならびに#3および#4(東−西)の8
の字センスコイルの組合せ用の回路は、第18図に関連
して示され且つjホベられたものとほとんど同じである
。励磁コイルとして働くセンスコイル112は、第16
図に示されたのと非常に良く似た回路を用いており、励
磁コイル112に結合されたセンサ回路42を備え、該
センサ回路42は精密整流器44を介してローパスフィ
ルタ段46およびダンプ回路90に与えられる信号を出
力する。バッファ増幅器の出力にあられれる8の字コイ
ルからの検出信号は、それぞれ、各々センサ回路42か
らの信号をも受ける乗算段(multiplierst
age) 220に与えられる。該乗算段220の出力
は、ローパスフィルタ194およびダンプ回路196を
経由して第18図について述べられたのと同様のやり方
で処理される。これら3チヤンネルの最終信号は、図示
され且つ上述されたやり方でフォースコイルA、Bに印
加される。8の字コイルから得られ、処理され且つ、こ
の場合はおそらく、コイルAおよびBまたはCおよびD
の間の共通接続点に印加される信号は、それぞれ(ある
いは実際の横方向移動の適切なベクトル成分)北−南お
よび東−西コイルに対する横方向位置および横方向速度
信号をあられす。励磁コイル112から処理され、全て
のフォースコイルA〜Dの共通接続点に印加された信号
は、浮上部材の軸方向位置および速度に対応する。これ
らの信号の組合せは、フォースコイルにおいて必要な補
償力を提供する。
FIG. 19 is a functional schematic diagram of signal processing circuitry used in connection with the sense coil array of FIG. 14C and the force coil configuration of FIG. 15. 8 of coils #1 and #2 (north-south) and #3 and #4 (east-west)
The circuit for the cross-section sense coil combination is much the same as that shown and described in connection with FIG. The sense coil 112 serving as an excitation coil is the 16th
A circuit very similar to that shown in the figure is used, comprising a sensor circuit 42 coupled to an excitation coil 112 via a precision rectifier 44 to a low-pass filter stage 46 and a dump circuit 90. Outputs the signal given to . The detection signals from the figure-eight coils, which are applied to the output of the buffer amplifier, are each passed through a multiplier stage (multiplier stage) which also receives a signal from each sensor circuit 42.
age) 220. The output of the multiplier stage 220 is processed in a manner similar to that described with respect to FIG. 18 via a low pass filter 194 and a dump circuit 196. The final signals of these three channels are applied to force coils A, B in the manner shown and described above. obtained from a figure-of-eight coil, processed and in this case perhaps coils A and B or C and D.
Signals applied to a common junction between the coils provide lateral position and lateral velocity signals for the north-south and east-west coils, respectively (or appropriate vector components of actual lateral movement). The signal processed from the excitation coil 112 and applied to the common connection point of all force coils A-D corresponds to the axial position and velocity of the levitation member. The combination of these signals provides the necessary compensating force in the force coil.

図面に示されたような浮上装置の種々の変形例に関する
いくらかの考察は論議を明確にするであろう。第9図の
変形例は、浮上対象物の上下両方の′R11フォースコ
イルを用いている。これらのコイルは、浮上部材の位置
と速度を判定するため下側ボックス内のセンスコイルか
らの信号を用いる回路要素によって駆動される。軸方向
の位置および速度は、センスコイルによって明白に判定
されるが、横方向の位置および速度は、符号に関しての
情報なしに(例えば、横方向の位置は27°あるいは2
07°であり得る)極平面および振幅によって決定され
る。この変形例においては、下側電磁フォースコイルを
駆動するために使用されるセンスコイルは浮上部材の下
方になければならない。上側電磁石を駆動するために用
いられるどのセンスコイルも浮上部材の情報に設けられ
なければならない。このような構成は、遅れなしに浮上
部材の両端に導かれ、且つ方向位相において浮上部材の
当該端部位置から180”異なって印加される力を容易
に持たせ、3つのモードの振動のいずれにかかわらず制
動されるようにさせる。第9図の変形例のみがセンスコ
イルを基底部に設けている。
Some discussion of the various variants of flotation devices as shown in the drawings will clarify the discussion. The modification shown in FIG. 9 uses 'R11 force coils both above and below the floating object. These coils are driven by circuitry that uses signals from sense coils in the lower box to determine the position and velocity of the levitation member. Axial position and velocity are determined explicitly by the sense coil, but lateral position and velocity are determined without information as to sign (e.g., lateral position is 27° or 2
07°) and the amplitude. In this variation, the sense coil used to drive the lower electromagnetic force coil must be below the levitation member. Any sense coils used to drive the upper electromagnet must be provided to the information of the levitation member. Such a configuration facilitates having a force applied to both ends of the flotation member without delay and applied 180'' apart from the relevant end position of the flotation member in directional phase, and is capable of controlling any of the three modes of vibration. Only the variant shown in FIG. 9 has the sense coil located at the base.

モード1の振動は、浮上部材の頭頂部および基部におい
て同位相の動きとなる。モード2の振動は、位相の点で
は頭頂部および基部の両方において同じ動きとなるが、
図示されたピラミッドの場合は、頭頂部よりも基部のほ
うが大きく動くため(第2図参照)ffi幅が相違する
。モード3の振動は、頭頂部と基部において180°位
相のずれた動きとなるが、二つの動きの大きさは、はぼ
等しい。そして、第9図のサーボシステムコイルの変形
例は、最適に安定化させるために、下側ボックス内のフ
ォース発生コイルの3つのモードすべての全周波数帯域
にわたって180°の位相反転プラス進相を持つべきで
ある。該サーボシステムは、上側N81フオースコイル
に、モード1および2の撮動については180°プラス
進相を与える必要があり、同時に、モード3の振動につ
いて180゜位相反転プラス遅相を与えなければならな
い。
The mode 1 vibration results in the same phase movement at the top and base of the floating member. Mode 2 vibration has the same movement at both the top and base in terms of phase, but
In the case of the illustrated pyramid, the base moves more than the top (see FIG. 2), so the ffi widths are different. Mode 3 vibration causes movements that are 180° out of phase at the top and base of the head, but the magnitudes of the two movements are approximately equal. The servo system coil variant of Figure 9 then has a 180° phase reversal plus phase advance over the entire frequency band of all three modes of the force generating coil in the lower box for optimal stabilization. Should. The servo system must provide the upper N81 force coil with 180° plus phase lead for mode 1 and 2 imaging, and at the same time provide 180° phase reversal plus lag for mode 3 vibration.

第10図の例を考えると、浮上部材に対して所定の軸方
向の力を生起するために必要な基部フォースコイルに対
する電力は、他の変形例で用いられる上側フォースコイ
ルに対するものよりも小さい。
Considering the example of FIG. 10, the power required for the base force coil to produce a given axial force on the levitation member is less than for the upper force coil used in other variations.

これには次の3つの理由がある。(1)浮上部材の永久
磁石と電磁石フォースコイルとの間の間隔が、頭頂部に
対してよりも基部フォースコイルに対して小さい。(2
)基部のフォースコイルのサイズは、より小さく、浮上
部材の磁石を妨害しないような少ない磁力線を生ずる。
There are three reasons for this. (1) The spacing between the permanent magnet of the floating member and the electromagnetic force coil is smaller with respect to the base force coil than with respect to the top of the head. (2
) The size of the base force coil is smaller, creating fewer magnetic field lines that do not disturb the levitation member magnets.

(3)もし、上側リフト永久磁石の磁気強制が打ち勝つ
必要がなければ、浮上部材中の磁石から放射される磁力
線のルートを更新することがNv!1フォースコイルに
ついて容易である。このことは、第13図の変形例のよ
うに、下側ボックス内のみの電磁フォースコイルおよび
支持マグネットの使用に都合よく作用する。不幸にして
、サーボシステムによって要求される全ての電磁力の発
生を下側フォースコイルに依存している点に不利がある
。下側フォースコイルは、やはり基部に配置されたセン
スコイルとの間に相対的に大きな相互インダクタンスを
呈し得る。この相互インダクタンスの制限か、電磁的に
結合されたシステムの発掘を避けるためゲインが誘導結
合されたサーボシステムにおける相互インダクタンスの
効果の、電子回路手段を介しての、減少かが必要となる
(3) If the magnetic forcing of the upper lift permanent magnet does not need to be overcome, it is possible to update the route of the magnetic field lines radiated from the magnet in the floating member by Nv! It is easy for one force coil. This works well for the use of electromagnetic force coils and support magnets only in the lower box, as in the variant of FIG. 13. Unfortunately, there is a disadvantage in relying on the lower force coil to generate all the electromagnetic forces required by the servo system. The lower force coil may exhibit a relatively large mutual inductance with the sense coil, which is also located at the base. Either limiting this mutual inductance or reducing the effect of mutual inductance in gain inductively coupled servo systems, via electronic circuit means, is required to avoid the excavation of electromagnetically coupled systems.

この問題を減少させる一つの方法は、センスコイル巻線
の数ターンに要求されるような充分に高い周波数でセン
スコイルを励起することである。
One way to reduce this problem is to excite the sense coil at a sufficiently high frequency that several turns of the sense coil winding are required.

磁気結合システムにおいて1より小さくなければならな
い閉ループゲインがフォースコイルのターン数に対する
センスコイルのターン数の比に比例するから、この解決
方式は極めて効果的である。
This solution is very effective because the closed-loop gain, which must be less than unity in a magnetically coupled system, is proportional to the ratio of the number of turns in the sense coil to the number of turns in the force coil.

この問題に対処するその他の方法は、それらが互いに相
互インダクタンスを小さくするようにセンスおよびフォ
ースコイルの方向、寸法または位置を設定することであ
る。その伯の方法は、第16図、第18図および第19
図の回路におけるように、センスコイルの発振周波数に
おける位相シフトを持たず、しかも電磁フォースコイル
の磁界によりセンスコイル内に生成される低周波信号の
減衰を可能とするバイパスフィルタとローパスフィルタ
の組合せを用いることである。また、第18図および第
19図の回路におけるように、センスコイル発振信号の
各ハーフローブの下の領域に比例する直流信号を作る精
密整流回路の使用は、センス信号上に重畳される低周波
信号の各半サイクルを反転させ、その結果としてこの重
畳信号の平均および相殺を生じさせる。
Another way to address this problem is to orient, dimension, or position the sense and force coils so that they have a small mutual inductance with each other. This method is shown in Figures 16, 18 and 19.
As in the circuit shown in the figure, a combination of a bypass filter and a low-pass filter is used that does not have a phase shift in the oscillation frequency of the sense coil and can attenuate the low-frequency signals generated in the sense coil by the magnetic field of the electromagnetic force coil. It is to use. Also, as in the circuits of Figures 18 and 19, the use of a precision rectifier circuit that creates a DC signal proportional to the area under each half-lobe of the sense coil oscillation signal reduces the low frequency signal superimposed on the sense signal. Each half-cycle of the signal is inverted, resulting in averaging and cancellation of this superimposed signal.

図示された形態の磁気浮上装置、および該磁気浮上シス
テムを効果的に展開し安定化するための回路構成の種々
の構成は、以上に図示され且つ述べられている。本発明
のこれら特定の構成においては、磁気浮上装置において
その電力が利用される外部の手段を持たないように、装
置は完全に内蔵される。もちろん、それは本発明の実施
の本質ではないが、特定の応用において興味深いことで
あろう。これらの構成は、浮上対象物が永久磁石磁界に
よってのみ支持されるヌル位置からの該浮上対象物の偏
倚を補償するために必要な電力のみを引出すためi!磁
磁片オースコイル制御する帰還回路要素を受入れ、それ
によって電源における電力放出を最少に低減している。
Various configurations of the illustrated form of magnetic levitation device and circuitry for effectively deploying and stabilizing the magnetic levitation system have been illustrated and described above. In these particular configurations of the invention, the device is completely self-contained so that the magnetic levitation device has no external means by which its power is utilized. Of course, that is not essential to the implementation of the invention, but may be of interest in certain applications. These configurations draw only the power necessary to compensate for the deflection of the levitated object from the null position, where it is supported only by the permanent magnet field. Feedback circuit elements are included to control the magnet oscillating coils, thereby reducing power dissipation in the power supply to a minimum.

固有モードの撮動における浮上対象物の平行移動および
速度の所望の制動を実現するための各種回路、コイルお
よび磁石の構成が開示されている。そのような効果的な
制動は、静的な力のヌル位置に関連して浮上部材の軸方
向の動き、横方向の動きおよび回動に関して与えられる
。内蔵バッテリ電源の充電のための設備は、所定時間あ
るいは装置を操作するユーザが任意に選択したときにシ
ステムを休止させる際に回路電源をターンオフするため
の特別な構成と同様に、装置内に組込まれている。
Various circuit, coil, and magnet configurations are disclosed to achieve desired damping of the translation and velocity of a levitated object in eigenmode imaging. Such effective damping is provided for axial movement, lateral movement and rotation of the flotation member relative to the static force null position. Provisions for charging the internal battery power source may be incorporated within the device, as well as special arrangements for turning off the circuit power supply upon system hibernation for a predetermined period of time or at any time chosen by the user operating the device. It is.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、浮上システムに永久磁石の適切な組合
せを含ませることにより、磁気浮上を確立するために必
要な電力消費を実質的に減少させることが可能で、構成
も比較的簡単な磁気浮上装置を提供することができる。
According to the present invention, by including a suitable combination of permanent magnets in the levitation system, it is possible to substantially reduce the power consumption required to establish magnetic levitation, and the magnetic levitation system is relatively simple to construct. A flotation device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による磁気浮上装置の外観を
示す斜視図、第2図は磁界内における第1図の浮上対象
物の動きを定義する振動のモードを示す図、第3図は同
実施例における一部の具体的な構成の一例を示すブロッ
クおよび概略構成図、第4図は同実施例における他の一
部の具体的な構成の一例を示すブロック図、第5図は第
3図の非ブロック図部分の池の構成例を示す概略構成図
、第6図は第3図の非ブロック図部分のその他の構成例
を示す概略構成図、第7図および第8図は第3図の非ブ
ロック図部分のさらにその他の構成例を示す概略構成図
、第9図は第3図の他の構成例を示すブロックおよび概
略構成図、第10図は第3図のその他の構成例を示すブ
ロックおよび概略構成図、第11図〜第13図は第3図
のその他の構成例を示すブロックおよび概略構成図、第
14図は同実施例において使用されるセンスコイルの構
成例を示す模式図、第15図は同センスコイルの他の構
成例を示す模式図、第16図は同実施例の一部の具体的
な構成例を示す回路図、第17図は同実施例の他の一部
の具体的な構成例を示すブロック図、第18図は第14
図A、Bおよび第15図のセンスおよびフォースコイル
アレイを用いた場合の回路構成の一部の具体例を示すブ
ロック図、第19図は第14図Cおよび第15図のセン
スおよびフォースコイルアレイを用いた場合の回路構成
の一部の具体例を示すブロック図である。 12・・・ボックス、18.18− 、107・・・浮
上部材、20、30.30− 、105・・・永久磁石
エレメント、22、72.74・・・ターゲットコイル
、24・・・同調コンデンサ、32.94.102・・
・磁界発生コイル、38・・・アルミニウム合金薄板、
40.40− 、104・・・センスコイル、42・・
・センサ回路、44・・・#I密密流流器46・・・ロ
ーパスフィルタ、52.92・・・電力回路、54・・
・ヌル回路、76、78・・・渦電流制動エレメント、
90・・・ダンプ回路、106・・・リングマグネット
、110・・・プラグマグネット、180・・・タンク
回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 e4+            え−ド・2     
     え−4,37¥E?−−’ 々タロA          17s、4号、J   
       1a・74L乙、7B スイlし八 1〜・168 特許庁長官 宇 賀  道 部 殿 1.事イイlの表示 特願昭60−40970号 2、発明の名称 −1磁気浮上装置 3、補正をする者 −′ 事件との関係  特許出願人 レビ1〜ロン・インターナショナル・ リミテッド 4、代理人 東京都港区虎ノ門1丁目26番5@ 第17森ビル■1
05電話03 (502>3181 (大代表)昭和6
0年6月25日 6、補正の対象 7、補正の内容 添付図面第8図(Fig、8)および第8A図(F i
 C1,8A)の図番を、それぞれ別紙に未配する通り
第8図A (F i CJ、 8A)および第8図B 
(F i Q、 8B)と訂正する。 ”−゛)S lむ、6A l夕、aA !む、iθ Iむ・74
FIG. 1 is a perspective view showing the external appearance of a magnetic levitation device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the mode of vibration that defines the movement of the levitation object in FIG. 1 within a magnetic field, and FIG. 4 is a block diagram and a schematic configuration diagram showing an example of a part of the specific configuration in the same embodiment, FIG. 4 is a block diagram showing an example of another part of the specific configuration in the same embodiment, and FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of a pond in the non-block diagram portion of FIG. 3, FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing other configuration examples of the non-block diagram portion of FIG. 3, and FIGS. FIG. 9 is a block diagram and a schematic configuration diagram showing another configuration example of the non-block diagram portion of FIG. 3; FIG. 11 to 13 are blocks and schematic configuration diagrams showing other configuration examples of FIG. 3, and FIG. 14 is a configuration example of a sense coil used in the same embodiment. FIG. 15 is a schematic diagram showing another configuration example of the same sense coil, FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a part of the same embodiment, and FIG. 17 is a schematic diagram showing the same example. FIG. 18 is a block diagram showing a specific configuration example of another part of the
A block diagram showing a specific example of a part of the circuit configuration when using the sense and force coil arrays shown in FIGS. A, B and FIG. 15, and FIG. 19 is the sense and force coil array shown in FIGS. FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific example of a part of a circuit configuration when using. 12... Box, 18.18-, 107... Levitating member, 20, 30.30-, 105... Permanent magnet element, 22, 72.74... Target coil, 24... Tuning capacitor , 32.94.102...
・Magnetic field generating coil, 38...aluminum alloy thin plate,
40.40-, 104... sense coil, 42...
・Sensor circuit, 44...#I tight flow device 46...Low pass filter, 52.92...Power circuit, 54...
- Null circuit, 76, 78... eddy current braking element,
90...Dump circuit, 106...Ring magnet, 110...Plug magnet, 180...Tank circuit. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue e4+ e-do・2
E-4,37¥E? --' Taro A 17s, No. 4, J
1a・74L Otsu, 7B Sui 81~・168 Director General of the Patent Office Michibe Uga 1. Indication of the matter Patent Application No. 60-40970 2, Title of the invention - 1 Magnetic levitation device 3, Person making the amendment -' Relationship to the case Patent applicant Levi 1 ~ Ron International Ltd. 4, Agent Tokyo 1-26-5 Toranomon, Miyakominato-ku @ Daiichi Mori Building ■1
05 Telephone 03 (502>3181 (main representative) Showa 6
June 25, 06, Subject of amendment 7, Contents of amendment
Figure 8A (F i CJ, 8A) and Figure 8B are shown in Figure 8A (F i CJ, 8A) and Figure 8B, respectively, as shown in the attached sheet.
Correct it as (F i Q, 8B). ”-゛) S lmu, 6A lyu, aA !mu, iθ Imu・74

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)磁界内に浮揚されるべき対象物を支持すべく設置
された第1の磁気エレメントと、この第1の磁気エレメ
ントとの間の磁界相互作用により所定位置に配置させる
ための第2の磁気エレメントを有する磁気部材とを備え
た磁気浮上装置において、上記磁気エレメントの少なく
とも一つは永久磁石であり、且つ、上記磁気部材を検出
するための固定センスコイルと、浮揚磁界を変更するた
めの少なくとも一つの磁界発生コイルと、上記センスコ
イルと上記磁界発生コイルとの間を結合し、該センスコ
イルからの電気信号に応答して該磁界発生コイルの電流
を選択的に制御するための回路要素とを具備し、さらに
、上記磁気部材の動きに対応するように設置され、ヌル
位置に対する磁気部材の位置および速度の両者を監視す
るため上記固定センスコイルに対して誘導的に結合され
たターゲットコイルを設けたことを特徴とする磁気浮上
装置。
(1) A first magnetic element installed to support an object to be levitated in a magnetic field, and a second magnetic element placed in a predetermined position by magnetic field interaction between the first magnetic element and the first magnetic element. a magnetic levitation device comprising a magnetic member having a magnetic element, at least one of the magnetic elements being a permanent magnet, and a fixed sense coil for detecting the magnetic member and a magnetic levitation device for changing the levitation magnetic field. a circuit element coupling between at least one magnetic field generating coil, the sense coil and the magnetic field generating coil, and selectively controlling current in the magnetic field generating coil in response to an electrical signal from the sense coil; and a target coil positioned to accommodate movement of the magnetic member and inductively coupled to the stationary sense coil for monitoring both the position and velocity of the magnetic member relative to the null position. A magnetic levitation device characterized by being provided with.
(2)ターゲットコイルは、第1および第2の磁気エレ
メントに共通の軸に対して同軸に且つ該軸に対しておお
むね垂直をなす平面上に配置されたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の磁気浮上装置。
(2) The target coil is arranged on a plane coaxial with and generally perpendicular to the axis common to the first and second magnetic elements. The magnetic levitation device according to item 1.
(3)ターゲットコイルは、閉ループ内に同調コンデン
サに直列に接続されたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項または第2項に記載の磁気浮上装置。
(3) The magnetic levitation device according to claim 1 or 2, wherein the target coil is connected in series to the tuning capacitor in a closed loop.
(4)センスコイルは、上記軸に対しておおむね垂直を
なす平面上に同軸に設置され、且つターゲットコイルよ
りも大きな直径を有することを特徴とする特許請求の範
囲第2項に記載の磁気浮上装置。
(4) The magnetic levitation according to claim 2, wherein the sense coil is coaxially installed on a plane substantially perpendicular to the axis and has a larger diameter than the target coil. Device.
(5)回路要素は、センスコイルに接続され、ターゲッ
トコイルに電流を誘起させるための電流を該センスコイ
ルに生じさせるための発振器を有し、且つターゲットコ
イルによる換算インピーダンス(reflected 
impedance)による装荷に起因するセンスコイ
ル電流における変化を検出するセンサ回路を備えたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の磁気浮上装置
(5) The circuit element is connected to the sense coil, has an oscillator for causing the sense coil to generate a current for inducing a current in the target coil, and has a reflected impedance due to the target coil.
2. A magnetic levitation device according to claim 1, further comprising a sensor circuit for detecting changes in sense coil current due to loading due to impedance.
(6)ターゲットコイルおよびセンスコイルの少なくと
も一方に、第2の磁気エレメントの軸方向、横方向およ
び回動方向の動きを検出するための付加コイルが設けら
れたことを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の磁気
浮上装置。
(6) Claims characterized in that at least one of the target coil and the sense coil is provided with an additional coil for detecting movement of the second magnetic element in the axial direction, lateral direction, and rotational direction. The magnetic levitation device according to item 5.
(7)磁気浮上装置は、磁気部材の検出された動きを制
動するため、センスコイル内に同軸的に搭載された磁気
粘性ダンパを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
2項〜第4項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
(7) The magnetic levitation device includes a magnetorheological damper coaxially mounted within the sense coil to damp the detected movement of the magnetic member. The magnetic levitation device according to any one of Item 4.
(8)磁気浮上装置は、センスコイルと同軸的に配置さ
れ、且つセンスコイルとおおむね平行に延設された渦電
流制動エレメントを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第1項〜第7項のいずれか一項に記載の磁気浮上装
置。
(8) Claims 1 to 7, characterized in that the magnetic levitation device includes an eddy current braking element disposed coaxially with the sense coil and extending generally parallel to the sense coil. A magnetic levitation device according to any one of paragraphs.
(9)磁気部材が浮揚されている状態で磁気部材の縦揺
れおよび横揺れに対応する信号を呈するように、付加タ
ーゲットコイルがセンスコイルに誘導的に結合されたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の磁気浮上装
置。
(9) An additional target coil is inductively coupled to the sense coil so as to exhibit signals corresponding to pitch and roll of the magnetic member when the magnetic member is levitated. The magnetic levitation device according to scope 6.
(10)磁気浮上装置は、底面に沿つて配設された渦電
流シールドのためのアルミニウム合金薄板を有し、第1
の磁気エレメントを収容する筐体を備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項〜第9項のいずれか一項に記
載の磁気浮上装置。
(10) The magnetic levitation device has an aluminum alloy thin plate for eddy current shielding disposed along the bottom surface, and the first
10. The magnetic levitation device according to claim 1, further comprising a casing that accommodates a magnetic element.
(11)磁界発生コイルが、磁気部材の下方に配置され
た特許請求の範囲第1項〜第9項のいずれか一項に記載
の磁気浮上装置。
(11) The magnetic levitation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the magnetic field generating coil is disposed below the magnetic member.
(12)回路要素は、第2の磁気エレメントの位置およ
び速度を監視するためセンスコイルに結合されたセンサ
回路と、磁界発生コイルに電流を供給するように結合さ
れた駆動回路と、第2の磁気エレメントの位置および速
度に対応する上記センサ回路からの信号に従つて磁界発
生コイルに対する電流を制御するため上記センサ回路と
上記駆動回路との間に結合された精密整流器およびロー
パスフィルタ段とを具備したことを特徴とする特許請求
の範囲第1項〜第9項のいずれか一項に記載の磁気浮上
装置。
(12) the circuit elements include a sensor circuit coupled to the sense coil for monitoring the position and velocity of the second magnetic element; a drive circuit coupled to supply current to the magnetic field generating coil; a precision rectifier and low pass filter stage coupled between the sensor circuit and the drive circuit for controlling the current to the magnetic field generating coil in accordance with signals from the sensor circuit corresponding to the position and velocity of the magnetic element. A magnetic levitation device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
(13)第2の磁気エレメントに関連し、その動きに対
応する位置に固定されて互いに直交する平面に配設され
た複数のターゲットコイルと、3つの直交軸に関連する
磁気部材の動きを検出するため上記互いに直交するコイ
ルに誘導的に結合された単一の静止センスコイルとを具
備したことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第5項
のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
(13) Detecting the movement of a plurality of target coils related to the second magnetic element, fixed at positions corresponding to the movement thereof, and arranged in planes orthogonal to each other, and the magnetic member related to three orthogonal axes. Magnetic levitation according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a single stationary sense coil inductively coupled to the mutually orthogonal coils for the purpose of Device.
(14)第2番目の磁界発生コイルは、浮上磁気部材の
下方にセンスコイルと同軸的に且つおおむね同一平面上
に配設され、且つ、その電流を制御するため一つの磁界
発生コイルに結合された第1の電力回路と、その電流を
制御するため上記第2番目の磁界発生コイルに結合され
た第2の電力回路と、上記センスコイルから受けた信号
に従って上記第1および第2電力回路を制御するための
回路要素とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲
第1項〜第13項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置
(14) The second magnetic field generating coil is disposed below the floating magnetic member coaxially and approximately on the same plane as the sense coil, and is coupled to the one magnetic field generating coil in order to control the current. a second power circuit coupled to the second magnetic field generating coil for controlling the current thereof; and a second power circuit coupled to the second magnetic field generating coil for controlling the current therein; 14. The magnetic levitation device according to claim 1, further comprising a circuit element for controlling the magnetic levitation device.
(15)回路要素は、磁気部材がヌル位置にあるときに
第1の磁界発生コイルに対する電流を最小にするための
第1の電力回路の入−出力間の帰還路を提供するヌル回
路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第14項記
載の磁気浮上装置。
(15) The circuit element includes a null circuit that provides a return path between the input and output of the first power circuit to minimize the current to the first magnetic field generating coil when the magnetic member is in the null position. A magnetic levitation device according to claim 14, characterized in that:
(16)センスコイルは、磁気部材の上方に第1の磁気
エレメントおよび磁界発生コイルと同軸的に並置されて
搭載されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第
13項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
(16) The sense coil is mounted above the magnetic member so as to be coaxially juxtaposed with the first magnetic element and the magnetic field generating coil. The magnetic levitation device according to item 1.
(17)センスコイルは、中心軸の周囲に90°間隔で
配置され、各対向するペアが8の字コイル形状をなして
相互に接続された4個のクオドラチャー巻線と、これら
巻線に誘導的に結合された励磁コイルとを具備してなる
特許請求の範囲第6項または第9項に記載の磁気浮上装
置。
(17) The sense coil consists of four quadrature windings arranged at 90° intervals around the central axis, each pair of which is connected to each other in a figure-eight coil shape, and an inductor to these windings. 10. The magnetic levitation device according to claim 6, further comprising: an excitation coil that is coupled to the excitation coil.
(18)センスコイルは、ヌル位置からの磁気部材の軸
方向および横方向の両偏倚の検出のためセンスコイルア
レイ内に複数の巻線が配設されたことを特徴とする特許
請求の範囲第14項に記載の磁気浮上装置。
(18) The sense coil has a plurality of windings disposed within the sense coil array for detecting both axial and lateral excursions of the magnetic member from the null position. The magnetic levitation device according to item 14.
(19)磁界発生コイルは、フォースコイルアレイ内に
設置され且つセンスコイルからの信号に応答して磁気部
材をヌル位置に再配置する磁界の力を呈するように結合
された複数のフォース発生コイルを備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第18項に記載の磁気浮上装置。
(19) The magnetic field generating coil includes a plurality of force generating coils disposed within the force coil array and coupled to exhibit a magnetic field force that repositions the magnetic member to the null position in response to a signal from the sense coil. 19. A magnetic levitation device according to claim 18.
(20)センスコイルアレイの巻線は、4個の半円上の
巻線からなり、対向するペアが90°ずれた向きに配置
されるとともに、個々の巻線は各々対応する各別のタン
ク回路に結合されており、該タンク回路は他の巻線タン
ク回路と同様の周波数および位相をもつて発振するよう
に駆動されることを特徴とする特許請求の範囲第18項
に記載の磁気浮上装置。
(20) The windings of the sense coil array consist of four semicircular windings, with opposing pairs arranged 90° apart, and each individual winding is connected to a corresponding tank. Magnetic levitation according to claim 18, wherein the magnetic levitation circuit is coupled to a circuit, the tank circuit being driven to oscillate with a frequency and phase similar to other wound tank circuits. Device.
(21)磁気浮上装置は、浮揚対象物を支持するように
設置された補助磁気エレメントを備え、第1の磁気エレ
メントは、磁気部材の上方に配設され、且つ上記補助磁
気エレメントは磁気部材の下方に配設されたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項〜第20項のいずれか一項
に記載の磁気浮上装置。
(21) The magnetic levitation device includes an auxiliary magnetic element installed to support a levitating object, the first magnetic element is arranged above the magnetic member, and the auxiliary magnetic element is arranged above the magnetic member. The magnetic levitation device according to any one of claims 1 to 20, wherein the magnetic levitation device is arranged below.
(22)第1の磁気エレメントは、第2の磁気エレメン
トを反発力タイプの磁気浮上系で支持すべく磁気部材の
下方に配設されたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の磁気浮上装置。
(22) Claim 1, characterized in that the first magnetic element is disposed below the magnetic member to support the second magnetic element with a repulsion type magnetic levitation system.
Magnetic levitation device as described in section.
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