JP2011125200A - Magnetic levitation device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify an adjusting operation of a zero-power control, and to suppress increase in an excitation current due to the stoppage of the zero-power control. <P>SOLUTION: A switcher 157 is mounted in a zero-power control loop L2 to preliminarily detect a contact onto a guide 113, by means of a gap-length range detector 135 for making an input to a current integrator 159 zero; and the deviation of a gap length at that point is stored in a memory unit 137. A gap-length deviation integrator 169 is actuated through the switcher 167, and a gap-length constant control is started on the basis of the output of the memory unit 137. An external force is estimated by a condition observer 149, and the memory unit 137 is reset when the estimated value is set in a predetermined range. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、常電導吸引式磁気浮上装置に係り、特に電磁石の励磁電流をゼロに収束させながら対象物を非接触に支持する磁気浮上装置に関する。   The present invention relates to a normal conducting attraction type magnetic levitation device, and more particularly to a magnetic levitation device that supports an object in a non-contact manner while converging an exciting current of an electromagnet to zero.

吸引式磁気浮上は、鉄製のガイドレールに対する電磁石の吸引力によって対象物を非接触で支持する技術である。非接触状態の保持は、一般に対象物（浮上体）の浮上ギャップ長や電磁石コイルの電流を検出して、電磁石コイルの吸引力（励磁電流）を制御することによって行う。   The attraction type magnetic levitation is a technique for supporting an object in a non-contact manner by an attraction force of an electromagnet with respect to an iron guide rail. The non-contact state is generally maintained by detecting the floating gap length of the object (floating body) and the current of the electromagnet coil, and controlling the attractive force (excitation current) of the electromagnet coil.

これに対して、磁石ユニットを永久磁石と電磁石で構成する方式が開発された。この方式は、永久磁石の主磁束と電磁石の主磁束によって形成される磁気回路がガイドレールと磁石ユニット間の空隙で共通の磁路を形成するように磁石ユニットとガイドレールを配置して、浮上状態の安定性を維持しながら電磁石の励磁電流をゼロに収束させる所謂「ゼロパワー制御」により実現される（例えば、特許文献１参照）。   On the other hand, the system which comprises a magnet unit with a permanent magnet and an electromagnet was developed. In this method, the magnet unit and the guide rail are arranged so that the magnetic circuit formed by the main magnetic flux of the permanent magnet and the main magnetic flux of the electromagnet forms a common magnetic path in the gap between the guide rail and the magnet unit. This is realized by so-called “zero power control” in which the excitation current of the electromagnet is converged to zero while maintaining the stability of the state (see, for example, Patent Document 1).

このゼロパワー制御では、浮上体に加えられる外力が一定のとき、電磁石の励磁電流はゼロに収束しており、外力が変動したときのみ電流が流れることになる。このため、安定状態では、電力をほとんど消費することなく、浮上体を非接触で支持することができる。   In this zero power control, when the external force applied to the floating body is constant, the exciting current of the electromagnet converges to zero, and the current flows only when the external force fluctuates. For this reason, in a stable state, the floating body can be supported in a non-contact manner with little power consumption.

なお、常温で扱えるので、本方式を用いた磁気浮上装置のことを「常電導吸引式磁気浮上装置」と呼んでいる。   In addition, since it can be handled at room temperature, a magnetic levitation device using this method is called a “normal conducting suction type magnetic levitation device”.

このような磁気浮上装置は、ガイドレールと磁石ユニット間の空隙長が大きい場合でも、わずかな励磁電流で大きな電磁力を制御できるといった利点もあり、例えばエレベータの乗りかごなどに適用される（例えば、特許文献２参照）。   Such a magnetic levitation device has an advantage that a large electromagnetic force can be controlled with a small excitation current even when the gap length between the guide rail and the magnet unit is large, and is applied to, for example, an elevator car (for example, , See Patent Document 2).

ここで、ゼロパワー制御には、上述の特許文献１などに見られるように各種の制御方法がある。なかでも、制御系全体のパラメータ変動に対して確実に電磁石の励磁電流をゼロに収束できるという点で、電磁石の励磁電流を積分器を介して制御系にフィードバックする手法を用いる場合が多い。   Here, the zero power control includes various control methods as can be seen in the above-mentioned Patent Document 1. In particular, a method of feeding back the excitation current of the electromagnet to the control system via an integrator is often used because the excitation current of the electromagnet can be surely converged to zero with respect to the parameter variation of the entire control system.

ゼロパワー制御では、浮上体に外力が加わると、励磁電流がゼロに収束するのに伴って永久磁石の吸引力が外力とバランスするような状態が維持される。このため、例えば、強磁性のガイドと浮上体の磁石ユニット間のギャップ長を広げる方向の外力に対しては浮上ギャップ長が減少して安定状態が維持される。   In the zero power control, when an external force is applied to the levitated body, a state is maintained in which the attractive force of the permanent magnet balances with the external force as the exciting current converges to zero. For this reason, for example, with respect to an external force in the direction of widening the gap length between the ferromagnetic guide and the floating magnet unit, the floating gap length decreases and the stable state is maintained.

このゼロパワー制御独特の応答のため、過大な外力によって磁石ユニットとガイドが接触すると、ガイドからの反力がギャップ長を広げる方向に作用し、ますますギャップ長が減少するように制御が働き、ついには磁石ユニットがガイドに吸着してしまう。磁石ユニットがガイドに吸着した後も、ガイドからの反力によりギャップ長を減少させるように電磁石励磁電流が制御されるため、外力を取り除いても、浮上体を再び非接触支持することは不可能となる。   Due to the unique response of this zero power control, when the magnet unit and the guide come into contact with each other due to excessive external force, the reaction force from the guide acts in the direction of widening the gap length, and the control works so that the gap length is further reduced. Eventually, the magnet unit is attracted to the guide. Even after the magnet unit is attracted to the guide, the electromagnet excitation current is controlled so that the gap length is reduced by the reaction force from the guide, so it is impossible to support the floating body again without contact even if the external force is removed It becomes.

こうした現象は、フィードバック制御系に組み込まれた電流積分器がいつまでも動作していることに起因している。そこで、通常は、電流積分器にリミッタが設けられる（例えば、特許文献２参照）。   Such a phenomenon is caused by the fact that the current integrator incorporated in the feedback control system is operating forever. Therefore, a limiter is usually provided in the current integrator (see, for example, Patent Document 2).

すなわち、電流積分器の入力側に電流信号入力とゼロ入力を切り換えるための切換え器を設け、電流積分器の出力値がリミッタの上限を超える場合に、電流積分器に入力される電流信号が負になる場合にのみ電流信号入力を選択し、それ以外ではゼロ入力を選択する。これにより、過大な外力が印加されたときの電流積分器の出力増加を制限して、磁石ユニットのガイドヘの吸着を防止することができる。   In other words, a switch for switching between current signal input and zero input is provided on the input side of the current integrator, and when the output value of the current integrator exceeds the upper limit of the limiter, the current signal input to the current integrator is negative. The current signal input is selected only when it becomes, and the zero input is selected otherwise. As a result, the increase in the output of the current integrator when an excessive external force is applied can be limited, and the magnet unit can be prevented from being attracted to the guide.

なお、吸着防止には、磁石ユニットがガイドに吸着した状態をギャップセンサで検出し、そのときに電流積分器の演算結果をゼロにリセットすることも可能である。しかし、このリセット手法では、電流積分器をリセットしたときに電磁石励磁電圧が急変するので、浮上体に大きな揺れが発生してしまう問題がある。これに対し、リミッタを用いる手法は、積分フィードバック制御におけるアンチワインドアップと呼ばれ、浮上体に揺れを生じさせることなく吸着を防止できるといった利点がある。   In order to prevent adsorption, it is also possible to detect the state in which the magnet unit is attracted to the guide by a gap sensor and reset the calculation result of the current integrator to zero at that time. However, this reset technique has a problem in that the electromagnet excitation voltage changes suddenly when the current integrator is reset. On the other hand, the method using the limiter is called anti-windup in the integral feedback control, and has an advantage that adsorption can be prevented without causing the floating body to shake.

この他、浮上体がガイドに吸着したことをギャップセンサで検知し、電流積分器の演算を初期値ゼロからやり直す手法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この手法は、電流積分器がリセットされたときに、電磁石励磁電圧が急変し、浮上体に大きな揺れが生じるが、簡便に吸着状態を回避できるといった利点がある。   In addition, a method has also been proposed in which a gap sensor detects that a levitated body has been attracted to a guide, and the current integrator is recalculated from an initial value of zero (see, for example, Patent Document 3). This method has an advantage that the attracted state can be easily avoided, although the electromagnet excitation voltage changes suddenly and a large fluctuation occurs in the floating body when the current integrator is reset.

さらに、浮上体の揺れを抑制するため、状態観測器を用いて外力を推定し、その推定した外力を電磁石励磁電圧にフィードバックする手法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この手法は、前記特許文献２の手法に比べて、浮上体の揺れは大きいが、浮上体への負荷重量の搭載など、他の機械的要因で生じる浮上体の揺れを抑制できるといった利点がある。   Furthermore, in order to suppress the swing of the levitated body, a method of estimating an external force using a state observer and feeding back the estimated external force to an electromagnet excitation voltage has been proposed (see, for example, Patent Document 4). Compared with the technique of Patent Document 2, this technique has the advantage that the floating body can be prevented from shaking due to other mechanical factors, such as mounting a load weight on the floating body. .

浮上体の揺れを考慮すると、吸着防止には、前記特許文献２の手法が好ましい。しかし、浮上体を安定化するためのフィードバックゲインに電流積分器の出力が依存するため、浮上状態のチューニングのために制御ゲインを変更すると、リミッタの上下限値を再設定しなければならず、その調整作業に多大な時間を要する。また、こうした調整時間の増大はコストアップにつながる。   Considering the shaking of the floating body, the technique of Patent Document 2 is preferable for preventing adsorption. However, since the output of the current integrator depends on the feedback gain for stabilizing the levitated body, if the control gain is changed for tuning the levitating state, the upper and lower limit values of the limiter must be reset. The adjustment work takes a lot of time. Further, such an increase in adjustment time leads to an increase in cost.

また、電流積分器にゼロ信号が入力されて、ゼロパワー制御が停止すると、外力の増加と共に浮上ギャップ長が増大し、結果として励磁電流が増加する。励磁電流の増加は電力消費量の増加を招き、電気系の容量アップや発熱量の増加を引き起こすため、装置の信頼性が低下する。   Further, when the zero signal is input to the current integrator and the zero power control is stopped, the floating gap length increases with the increase of the external force, and as a result, the excitation current increases. An increase in the excitation current causes an increase in power consumption, causing an increase in electric system capacity and an increase in heat generation, resulting in a decrease in device reliability.

特開昭６１−１０２１０５号公報JP 61-102105 A 特開平２００１−１９２８６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-19286 特開昭６２−７３０４号公報JP-A-62-7304 特開昭６２−７３０３号公報JP-A-62-7303

上述したように、従来の磁気浮上装置にあっては、ゼロパワー制御の作動・停止を電流積分器の出力の大きさで決定していた。このため、制御パラメータを変更すると、電流積分器を再設定しなければならず、浮上状態の調整に多大な時間を要するという問題があった。しかも、こうした問題は調整費を増大させ、装置のコストアップを招いていた。   As described above, in the conventional magnetic levitation apparatus, the operation / stop of the zero power control is determined by the magnitude of the output of the current integrator. For this reason, when the control parameter is changed, the current integrator must be reset, and there is a problem that it takes a lot of time to adjust the flying state. Moreover, such a problem increases the adjustment cost and increases the cost of the apparatus.

また、ゼロパワー制御が停止すると、外力の印加に伴って電磁石の励磁電流が増大するため、装置の大型化や、発熱による装置の信頼性低下といった問題もあった。   Further, when the zero power control is stopped, the excitation current of the electromagnet increases with the application of the external force, so that there are problems such as an increase in size of the device and a decrease in reliability of the device due to heat generation.

本発明は、かかる事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、ゼロパワー制御の調整作業を簡素化すると共に、ゼロパワー制御の停止に伴う励磁電流の増加を抑制して、コストの低減と信頼性の向上を図ることのできる磁気浮上装置を提供することにある。   The present invention has been made based on such circumstances, and the object of the present invention is to simplify the adjustment work of zero power control and suppress an increase in excitation current accompanying the stop of zero power control, thereby reducing the cost. An object of the present invention is to provide a magnetic levitation device capable of reducing and improving reliability.

本発明に係る磁気浮上装置は、強磁性体のガイドと、このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段とを具備したことを特徴とする。   A magnetic levitation apparatus according to the present invention includes a ferromagnetic guide, a magnet unit that is opposed to the guide via a gap and shares a magnetic path in the gap and a permanent magnet, and the guide. A floating body that is supported in a non-contact manner by the attractive force of the acting magnet unit, a current sensor that detects an excitation current of the electromagnet, and a gap length between the magnet unit and the guide when the floating body floats. A sensor unit comprising a gap sensor to detect, a gap length range detection means for detecting whether or not the output of the gap sensor is within a preset range, and an output of the gap sensor by the gap length range detection means When a state is detected that is out of the range, a memory that stores a gap length deviation indicating a deviation between the gap length at that time and the reference value And a support control means for controlling the exciting current of the electromagnet based on the output of the sensor unit to stabilize the movement of the levitating body in a non-contact state with respect to the guide, and the levitation by the support control means A current integrator that stabilizes the movement of the floating body by converging the excitation current of the electromagnet to zero based on the output of the current sensor in a state where the body is supported in a non-contact state with respect to the guide; A gap length deviation integrator having a zero power control means and a gap length deviation integrator that stabilizes the movement of the levitating body by maintaining the cap length in a constant state based on the gap length deviation stored in the storage means The current integrator and the switching means to switch between the zero power control means and the constant gap length control means based on the output of the control means and the gap length range detection means Integral switching means for alternately setting the input of the gap length deviation integrator to zero, state observing means for estimating an external force applied to the levitating body, and the storage means based on the external force estimated by the state observing means And reset means for resetting.

本発明によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。   According to the present invention, ON / OFF of zero power control can be determined using the gap length, and the adjustment work is simplified. Thereby, adjustment time is shortened and cost reduction can be aimed at.

さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなる他、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり、装置の信頼性向上を図ることができる。   Furthermore, since the constant gap length control is turned on when zero power control is turned off, the levitated body is less likely to contact the guide, and an increase in electromagnet excitation current is suppressed against an increase in external force. For this reason, the apparatus is miniaturized, power consumption is reduced, and heat generation is reduced, so that the reliability of the apparatus can be improved.

図１は本発明に係る磁気浮上装置の原理を説明するための概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the principle of a magnetic levitation apparatus according to the present invention. 図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the magnetic levitation apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図３は同実施形態における磁気浮上装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a gap length range detector provided in the magnetic levitation apparatus in the same embodiment. 図４は同実施形態における磁気浮上装置に設けられた記憶器の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a storage device provided in the magnetic levitation apparatus in the embodiment. 図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の全体の構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the overall configuration when the magnetic levitation apparatus according to the second embodiment of the present invention is applied to an elevator. 図６は同実施形態における磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a frame portion of the magnetic levitation apparatus in the same embodiment. 図７は同実施形態における磁気浮上装置の磁気ユニット周辺の構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration around the magnetic unit of the magnetic levitation apparatus in the embodiment. 図８は同実施形態における磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the magnet unit of the magnetic levitation apparatus in the same embodiment. 図９は同実施形態における制御装置の全体的な構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the control device in the same embodiment. 図１０は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a control voltage arithmetic circuit provided in the control device in the same embodiment. 図１１は同実施形態における制御装置に設けられたギャップ長範囲検出器の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a gap length range detector provided in the control device in the same embodiment. 図１２は同実施形態における制御装置に設けられたｘ，θモード記憶器の構成を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of an x, θ mode memory provided in the control device in the same embodiment. 図１３は同実施形態における制御装置に設けられたｙ，ξ，ψモード記憶器の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a y, ξ, ψ mode memory provided in the control device in the same embodiment. 図１４は同実施形態における制御装置に設けられた制御電圧演算回路の他の構成を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing another configuration of the control voltage arithmetic circuit provided in the control device in the same embodiment. 図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の全体の構成を示す概略構成図である。FIG. 15: is a schematic block diagram which shows the whole structure of the magnetic levitation apparatus based on the 3rd Embodiment of this invention.

まず、本発明の基本的な原理について説明する。   First, the basic principle of the present invention will be described.

図１は本発明の原理を説明するための磁気浮上装置の基本構成を示す図であり、一質点系の磁気浮上装置の全体構成が符号１で示されている。   FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a magnetic levitation apparatus for explaining the principle of the present invention.

磁気浮上装置１は、永久磁石１０３および電磁石１０５で構成される磁石ユニット１０７と、磁石ユニット１０７と負荷荷重１０９からなる浮上体１１１と、図示せぬ構造部材で地上に対して固定されるガイド１１３とを備える。   The magnetic levitation apparatus 1 includes a magnet unit 107 composed of a permanent magnet 103 and an electromagnet 105, a levitated body 111 composed of the magnet unit 107 and a load load 109, and a guide 113 fixed to the ground by a structural member (not shown). With.

また、この磁気浮上装置１は、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して、浮上体１１１を安定に非接触支持するための電磁石励磁電圧を演算する励磁電圧演算部１１５と、この励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて電磁石１０５を励磁するためのドライバ１１６とを備える。   Further, the magnetic levitation apparatus 1 includes an excitation voltage calculation unit 115 that controls the attractive force of the magnet unit 107 to calculate an electromagnet excitation voltage for stably supporting the levitated body 111 in a non-contact manner, and the excitation voltage calculation unit. And a driver 116 for exciting the electromagnet 105 based on the output of 115.

なお、１２５は補助支持部である。この補助支持部１２５は、コの字形状の断面を持ち、下部内側上面に磁石ユニット１０７が固定されると共に、例えば図示せぬリニアガイド等の上下方向に力が作用しない案内部で地上側から案内される防振台のテーブルを兼ねている。   In addition, 125 is an auxiliary | assistant support part. The auxiliary support portion 125 has a U-shaped cross section, and the magnet unit 107 is fixed to the upper surface of the lower inner side. For example, a guide portion such as a linear guide (not shown) where no force is applied in the vertical direction is used from the ground side. It also serves as a table for the vibration isolator to be guided.

ここで、磁石ユニット１０７の磁気的吸引力で浮上体１１１を非接触で支持するため、ガイド１１３は強磁性部材で構成されている。   Here, in order to support the floating body 111 in a non-contact manner by the magnetic attractive force of the magnet unit 107, the guide 113 is made of a ferromagnetic member.

電磁石１０５は鉄心１１７ａ，１１７ｂにコイル１１９，１１９’を巻装して構成され、永久磁石１０３の両磁極端部にそれぞれ鉄心１１７ａ，１１７ｂが配置されている。コイル１１９，１１９’は電磁石１０５の励磁によってガイド１１３〜鉄心１１７ａ〜永久磁石１０３〜鉄心１１７ｂ〜ガイド１１３で形成される磁路の磁束が強まる（弱まる）ように直列に接続されている。   The electromagnet 105 is configured by winding coils 119 and 119 ′ around iron cores 117 a and 117 b, and iron cores 117 a and 117 b are disposed at both magnetic pole ends of the permanent magnet 103, respectively. The coils 119 and 119 ′ are connected in series so that the magnetic flux in the magnetic path formed by the guide 113 to the iron core 117 a to the permanent magnet 103 to the iron core 117 b to the guide 113 is strengthened (weakened) by the excitation of the electromagnet 105.

また、励磁電圧演算部１１５は、ギャップセンサ１２１で得られる浮上ギャップ長ｚおよび電流センサ１２３で得られるコイル電流値つまり励磁電流ｉ_ｚに基づいて、電磁石１０５を励磁する電圧を演算している。ドライバ１１６は、この励磁電圧演算部１１５によって演算された励磁電圧に基づいて、リード線１２８を介してコイル１１９，１１９’に励磁電流を供給している。 The exciting voltage calculation unit 115, based on the coil current value, i.e. the exciting current i _z obtained in the levitation gap length z and the current sensor 123 is obtained in the gap sensor 121, and calculates the voltage energizing the electromagnet 105. The driver 116 supplies an excitation current to the coils 119 and 119 ′ via the lead wire 128 based on the excitation voltage calculated by the excitation voltage calculation unit 115.

このとき、磁気浮上装置１の磁気浮上系は、磁石ユニット１０７の吸引力が浮上体１１１の重量と等しくなるときの浮上ギャップ長ｚ_０の近傍で線型近似でき、以下の微分方程式で記述される。

At this time, the magnetic levitation system of the magnetic levitation apparatus 1 can be linearly approximated in the vicinity of the levitation gap length z ₀ when the attractive force of the magnet unit 107 becomes equal to the weight of the levitation body 111 and is described by the following differential equation. .

Ｆ_ｚは磁石ユニット１０７の吸引力、ｍは浮上体１１１の質量、Ｒはコイル１１９，１１９’とリード線１２８を直列に接続したときの電気抵抗（以下、コイル抵抗と称す）、ｚは浮上ギャップ長、ｉ_ｚは電磁石１０５の励磁電流、φは磁石ユニット１０７の主磁束、ｅ_ｚは電磁石１０５の励磁電圧、Ｎはコイル１１９，１１９’の総巻回数である。 F _z is the attractive force of the magnet unit 107, m is the mass of the levitated body 111, R is the electric resistance when the coils 119, 119 ′ and the lead wire 128 are connected in series (hereinafter referred to as coil resistance), and z is the levitating gap length, _{i z} the excitation current of the electromagnet 105, phi is the main magnetic flux, _{e z} of the magnet unit 107 is exciting voltage of the electromagnet 105, N is the total number of turns of the coils 119, 119 '.

Δは定常浮上状態（ｚ＝ｚ_０，ｉ_ｚ＝ｉ_ｚ０（定常浮上状態でコイル電流がゼロの場合はｉ_ｚ＝Δｉ_ｚ））からの偏差、記号“・”は時間に関するｄ／ｄｔ（１階微分）、“・・”は同２階微分を表わす。偏微分∂／∂ｈ（ｈ＝ｚ，ｉ_ｚ）は、定常浮上状態（ｚ＝ｚ_０，ｉ_ｚ＝ｉ_ｚ０）における被偏微分関数のそれぞれの偏微分値である。Ｌ_ｚ０は、Ｌ_∞をギャップ長無限大とした場合の電磁石１０５の自己インダクタンスとして、式２のように表せる。

Δ is a deviation from the steady levitation state (z = z ₀ , i _{z =} i _z0 (i _z = Δi _z when the coil current is zero in the steady levitation state)), and the symbol “•” is d / dt ( (First-order differentiation), “··” represents the second-order differentiation. The partial differential ∂ / ∂h (h = z, i _z ) is a partial differential value of the partial differential function in the steady levitation state (z = z ₀ , i _{z =} i _z0 ). L _z0 can be expressed as Equation 2 as the self-inductance of the electromagnet 105 when L _∞ is infinite gap length.

また、前記式１の浮上系モデルは、下記のような状態方程式となる。

Further, the levitation system model of Equation 1 has the following equation of state.

ただし、状態ベクトルｘ、システム行列Ａ、制御行列ｂおよび外乱行列ｄは、以下のように表される。なお、ｕ_ｓは外力である。

However, the state vector x, the system matrix A, the control matrix b, and the disturbance matrix d are expressed as follows. It should be noted that, _{u s} is an external force.

ここで、式４中のパラメータは、以下のようになる。

Here, the parameters in Equation 4 are as follows.

式３中のｘの各要素が浮上系の状態量である。Ｃは出力行列であり、励磁電圧ｅ_ｚの計算に用いる状態量の検出方法により決定される。磁気浮上装置１では、ギャップセンサ１２１と電流センサ１２３を使用しており、ギャップセンサ１２１の信号を微分して速度を得る場合に、Ｃは単位行列となる。ここで、ｘの比例ゲインＦを、

Each element of x in Equation 3 is a floating system state quantity. C is an output matrix, it is determined by the detection method of the state quantity used for the calculation of the excitation voltage e _z. In the magnetic levitation apparatus 1, the gap sensor 121 and the current sensor 123 are used, and when the speed is obtained by differentiating the signal of the gap sensor 121, C becomes a unit matrix. Here, the proportional gain F of x is

Ｋ_ｉを積分ゲインとして励磁電圧ｅ_ｚを例えば、

The excitation voltage _{e z} e.g. a K _i as the integral gain,

で与えれば、浮上体１１１は特許文献１に見られるゼロパワー制御で浮上する。ここで、式６において、右辺第二項がゼロパワー制御を実現するための電流積分器である。なお、この電流積分器については、後に図２で符号１５９を付して説明する。 In this case, the levitated body 111 is levitated by the zero power control found in Patent Document 1. Here, in Expression 6, the second term on the right side is a current integrator for realizing zero power control. This current integrator will be described later with reference numeral 159 in FIG.

一方、励磁電圧ｅ_ｚを次の式７で与えると、外力ｕ_ｓに対してギャップ長が任意の一定値、例えば、ｚ_０＋ｚ_１に収束する。

On the other hand, given an excitation voltage _{e z} in Equation 7 follows a constant value gap length is optional for the external force _{u s,} for _example, converges to _z 0 + z _1.

ここで、ｘの比例ゲインＦ_ｇは、

Here, the proportional gain _{F g} of x,

であり、Ｋ_ｇは積分ゲインである。この場合、式７の右辺第二項がギャップ長一定制御を実現するためのギャップ長偏差積分器である。なお、このギャップ長偏差積分器については、後に図２で符号１６９を付して説明する。 And K _g is an integral gain. In this case, the second term on the right side of Equation 7 is a gap length deviation integrator for realizing constant gap length control. The gap length deviation integrator will be described later with reference numeral 169 in FIG.

さらに、式３のシステムでは、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉ_ｚから外力ｕ_ｓを推定する状態観測器（オブザーバ）を次の式８のように構成できる。

Further, in the equation 3 system, state observer for estimating the external force u _s from the gap length deviation Δz and excitation current .DELTA.i _z a (observer) can be configured as the following equation 8.

ただし、制御出力ｙは出力行列Ｃを、

However, the control output y is the output matrix C,

として、

As

である。さらに、

It is. further,

と定義されており、ここに、α_１１，α_２１：オブザーバ設計時に決定されるパラメータ、ｘ_ｄ ^{^}：オブザーバ出力、ｚ^{^}：オブザーバ内部変数である。 Where α ₁₁ and α ₂₁ are parameters determined at the time of observer design, x _d ^{^ is an} observer output, and z ^{^ is an} observer internal variable.

なお、「＾」の記号は推定値を表し、「ハット」と呼ぶ。実際には、数式中に示されているように、ｘやｚなどのパラメータの真上に付加されるものであるが、文章中では便宜的に右上に付加するものとする。   The symbol “^” represents an estimated value and is called “hat”. Actually, as shown in the formula, it is added immediately above parameters such as x and z, but in the text, it is added to the upper right for convenience.

式８は最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）であり、ギャップ長偏差Δｚおよび励磁電流Δｉ_ｚからギャップ長変化速度の推定値Δｚ^{’^}および外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}を演算する。なお、最小次元状態観測器については、後に図２で符号１４９を付して説明する。 Equation 8 is the minimum dimension state observer (minimum dimension observer), it calculates the gap length deviation Delta] z and the exciting current .DELTA.i _z estimate of the gap length change speed from Delta] z ^{'^} and external force estimate u _s ^{^.} The minimum dimensional state observer will be described later with reference numeral 149 in FIG.

ゼロパワー制御が停止しているときに、外力ｕ_ｓに対してΔｚの定常偏差をなくすには、オブザーバ出力ｘ_ｄ ^{^}に係るフィードバック定数Ｆ_ｅを

When zero power control is stopped, To eliminate the steady-state deviation Δz against an external force u _s, a feedback constant F _e of the observer output x _d ^{^}

とし、励磁電圧ｅ_ｚを次式で与えてやればよい。

And then, the excitation voltage e _z may do it given by the following equation.

ただし、

However,

である。 It is.

前記特許文献４でも述べられているように、ゼロパワー制御が動作している場合には、外力推定値ｕ_ｓ ^{^}の比例ゲインＦ_４を

As described in Patent Document 4, when the zero power control is operating, the proportional gain F ₄ of the external force estimated value u _s ^{^} is set.

と設定し、励磁電圧を

And set the excitation voltage to

で与えると、外力に対するギャップ長の変動が抑制される。 If given by, fluctuation of the gap length with respect to external force is suppressed.

一般に、式９と式１０の値の差はわずかであり、式９もしくは式１０で比例ゲインＦ_４を設定すれば、ゼロパワー制御がＯＦＦのとき、つまり電流積分器が停止中のときにはギャップ長一定制御が作動する。しかし、Ｆ_４はΔｉ_ｚの比例ゲインＦ_３の値に依存しており、浮上調整の際にＦ_３が変更されると、Ｆ_４を再設定しなければならない。 In general, the difference between the values of Equation 9 and Equation 10 is small. If the proportional gain F ₄ is set in Equation 9 or Equation 10, the gap length is set when zero power control is OFF, that is, when the current integrator is stopped. Constant control is activated. However, F ₄ is dependent on the value of the proportional gain F ₃ of .DELTA.i _z, the F ₃ is changed during flying adjustment must reconfigure the F _4.

一方、式７の励磁電圧を

On the other hand, the excitation voltage of Equation 7 is

ただし、

However,

で与えると、式７のギャップ長一定制御において、外力に対するギャップ長の変動を抑えることができる。 When the above is given, fluctuation in the gap length with respect to the external force can be suppressed in the constant gap length control of Expression 7.

いま、ｋを０＜ｋ＜１の定数とし、励磁電圧ｅ_ｚを次式で与える場合を考える。

Now, k and 0 <k <1 constant, consider the case of giving the excitation voltage e _z by the following equation.

ここで、ｎは積分器への入力スイッチであり、ギャップ長が所定の範囲内にあるときは１、そうでないときはゼロとなる。つまり、ゼロパワー制御で浮上する浮上体１１１に大きな外力が印加され、ギャップ長が減少して所定の範囲から外れ、磁石ユニット１０７がガイド１１３に接近すると、ｎがゼロとなり、電流積分器への入力がゼロになる。   Here, n is an input switch to the integrator, and is 1 when the gap length is within a predetermined range, and is zero otherwise. That is, when a large external force is applied to the levitated body 111 that is levitated by zero power control, the gap length decreases and deviates from the predetermined range, and when the magnet unit 107 approaches the guide 113, n becomes zero, and the current integrator The input becomes zero.

このとき、ギャップ長偏差積分器への入力はゼロからギャップ長偏差信号となるので、式１３のｚ_１（ギャップ長偏差目標値）の値をギャップ長が所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差Δｚ_ｕに設定すれば、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御にスムーズに切り替わることができる。なお、通常のΔｚと区別するために、所定の範囲から外れた時点のギャップ長偏差をΔｚ_ｕと表記している。 At this time, since the input to the gap length deviation integrator is a gap length deviation signal from zero, the gap length at the time when the gap length deviates from the predetermined range from the value of z ₁ (gap length deviation target value) in Equation 13. If the deviation Δz _u is set, it is possible to smoothly switch from zero power control to constant gap length control. In order to distinguish from the normal Δz, the gap length deviation when deviating from the predetermined range is expressed as Δz _u .

なお、式８の最小次元状態観測器（最小次元オブザーバ）では、ギャップ長が所定の範囲から外れたとき外力が推定されている。   In the minimum dimension state observer (minimum dimension observer) of Expression 8, an external force is estimated when the gap length is out of a predetermined range.

ギャップ長が所定の範囲の限界値となる外力推定値をｕ_ｓｕ ^{^}とすれば、このとき演算されている外力推定値ｕ_ｓ ^{^}はｕ_ｓ ^{^}＞ｕ_ｓｕ ^{^}の関係にある。ギャップ長一定制御が動作しているので、浮上体１１１のギャップ長はギャップ長ｚ０＋ｚｌで一定となる。これにより、外力が増加しても磁石ユニット１０７がガイド１１３に吸着することはない。 Assuming that the external force estimated value at which the gap length is a limit value in a predetermined range is u _su ^{^} , the external force estimated value u _s ^{^} calculated at this time is in a relationship of u _s ^{^} > u _su ^{^} . Since the gap length constant control is operating, the gap length of the levitated body 111 is constant at the gap length z0 + zl. Thereby, even if the external force increases, the magnet unit 107 is not attracted to the guide 113.

外力が取り除かれると、オブザーバの演算する外力推定値はｕ_ｓ ^{^}＜ｕ_ｓｕ ^{^}の関係となる。この関係が成立した時点で、ギャップ長偏差目標値ｚ_ｌをΔｚ_ｕからゼロにリセットすると、ギャップ長一定制御の作用で浮上体１１１は浮上ギャップ長ｚ_０に戻ることになる。 When the external force is removed, the estimated external force value calculated by the observer has a relationship of u _s ^{^} <u _su ^{^} . When the gap length deviation target value z ₁ is reset from Δz _u to zero when this relationship is established, the levitated body 111 returns to the levitation gap length z ₀ by the action of constant gap length control.

ギャップ長が戻る途中では、ギャップ長が再び所定の範囲内に入るので、式１３のｎがゼロから１に代わり、電流積分器への入力がゼロから電流偏差信号になり、同時にギャップ長偏差積分器への信号がギャップ長偏差信号からゼロになる。すると、再びゼロパワー制御が開始され、電磁石１０５の励磁電流はゼロに収束する。   In the middle of the return of the gap length, the gap length again falls within the predetermined range. Therefore, n in Equation 13 is changed from zero to 1, and the input to the current integrator is changed from zero to a current deviation signal. The signal to the instrument becomes zero from the gap length deviation signal. Then, zero power control is started again, and the exciting current of the electromagnet 105 converges to zero.

ここで、係数ｋは式１１のゼロパワー制御と式１２のギャップ長一定制御の収束の速さを規定する。つまり、係数ｋが大きければ、励磁電流のゼロヘの収束が早くなり、ギャップ長ｚ_０＋ｚ_ｌへの収束が遅くなる。多くの場合、大きな外力が印加されるのは緊急の場合であるので、励磁電流をゼロに収束させるゼロパワー制御の特性を生かすため、ｋは大きめに設定される。 Here, the coefficient k defines the convergence speed of the zero power control of Expression 11 and the constant gap length control of Expression 12. That is, if the coefficient k is large, the excitation current converges quickly to _zero, and the convergence to the gap length z ₀ + z _l is delayed. In many cases, since a large external force is applied in an emergency, k is set to be large in order to take advantage of the characteristics of zero power control for converging the excitation current to zero.

このように、電流積分器やギャップ長偏差積分器に条件によってゼロが入力される場合には、式１１および式１２の右辺第一項のみで磁気浮上系の安定性が維持できるようにＦ_ｅやＦ_ｅｇが設定されており、これらフィードバック定数を含む項が磁気浮上系を安定化させる支持制御手段となる。 As described above, when zero is input to the current integrator or the gap length deviation integrator depending on the condition, F _e so that the stability of the magnetic levitation system can be maintained only by the first term on the right side of Equation 11 and Equation 12. And _Feg are set, and the term including these feedback constants is a support control means for stabilizing the magnetic levitation system.

一般に、ゼロパワー制御における浮上体１１１のノミナル値は、ギャップ長がｚ_０で、励磁電流がゼロの場合である。ギャップ長一定制御では、ギャップ長がｚ_０＋ｚ_ｌで励磁電流がゼロの場合とすることが望ましい。このため、式８の状態観測器は、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用の２組が備えられることになる。図１では、励磁電圧演算部１１５において、式１３とこれら２組の式８が備えられることになる。 In general, the nominal value of the levitated body 111 in zero power control is when the gap length is z ₀ and the excitation current is zero. In the constant gap length control, it is desirable that the gap length is z ₀ + z ₁ and the excitation current is zero. For this reason, the state observer of Formula 8 is provided with two sets for zero power control and constant gap length control. In FIG. 1, the excitation voltage calculation unit 115 includes Expression 13 and these two sets of Expression 8.

なお、ｚ_ｌをリセットする外力推定値については、ゼロパワー制御用とギャップ長一定制御用のどちらの状態観測器を用いてもよいことはいうまでもない。 Incidentally, z for the external force estimation value to reset the _l, it may be used either state observer of the gap length constant control for zero power control is needless to say.

以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

（第１の実施形態）
（１）全体構成
図２は本発明の第１の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体構成が１’で示されている。 (First embodiment)
(1) Overall Configuration FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the magnetic levitation apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the overall configuration is indicated by 1 ′.

この磁気浮上装置１’は、上述した磁気浮上装置１と同一の構成であり、浮上体１１１、ガイド１１３、ドライバ１１６、ギャップセンサ１２１、電流センサ１２３および励磁電圧演算部１１５を備えている。ここで、電流センサ１２３で検出される励磁電流ｉ_ｚは目標値をゼロとした場合の電流偏差Δｉ_ｚと同じである。 This magnetic levitation device 1 ′ has the same configuration as the magnetic levitation device 1 described above, and includes a levitation body 111, a guide 113, a driver 116, a gap sensor 121, a current sensor 123, and an excitation voltage calculation unit 115. Here, the exciting current i _z detected by the current sensor 123 is the same as the current deviation .DELTA.i _z in the case where the target value is zero.

この磁気浮上装置１’にあっては、励磁電圧演算部１１５が次のように構成されている。   In the magnetic levitation apparatus 1 ′, the excitation voltage calculation unit 115 is configured as follows.

すなわち、励磁電圧演算部１１５は、センサ部１３０と、減算器１３１と、ゼロパワー制御器１３３と、ギャップ長範囲検出器１３５と、記憶器１３７と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。   That is, the excitation voltage calculation unit 115 includes a sensor unit 130, a subtractor 131, a zero power controller 133, a gap length range detector 135, a storage unit 137, a subtractor 139, and a constant gap length controller 141. A gain multiplier 143, a gain multiplier 145, and an adder 147.

センサ部１３０は、浮上体の浮上時における磁石ユニット１０７とガイド１１３との間のギャップ長を検出するギャップセンサ１２１と、電磁石１０５の励磁電流を検出する電流センサ１２３とからなる。   The sensor unit 130 includes a gap sensor 121 that detects a gap length between the magnet unit 107 and the guide 113 when the floating body is levitated, and a current sensor 123 that detects an exciting current of the electromagnet 105.

減算器１３１は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ_０とのギャップ長偏差Δｚを求める。ノミナルギャップ長ｚ_０は、予め浮上の基準値として設定されている。 Subtracter 131 inputs the gap length z outputted from the sensor unit 130 obtains a gap length deviation Δz between the gap length z and nominal gap length z _0. The nominal gap length z ₀ is set in advance as a reference value for rising.

ゼロパワー制御器１３３は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉ_ｚを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅ_ｉを演算する。 Zero power control unit 133 inputs the current deviation .DELTA.i _z output from the gap length deviation Δz and the sensor unit 130 is output from the subtracter 131, calculates an exciting exciting voltage e _i in accordance with the equation 11 described above.

ギャップ長範囲検出器１３５は、センサ部１３０から出力されるギャップ長ｚを入力して、そのギャップ長ｚが所定の範囲内にあるときに１、そうでないときにゼロを出力する。   The gap length range detector 135 receives the gap length z output from the sensor unit 130, and outputs 1 when the gap length z is within a predetermined range, and outputs zero when it is not.

記憶器１３７は、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを入力して、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わった瞬間のギャップ長偏差Δｚの値をｚ_１として記憶する。 The storage 137 receives the gap length deviation Δz output from the subtractor 131 and stores the value of the gap length deviation Δz at the moment when the output of the gap length range detector 135 changes from 1 to zero as z ₁ . .

減算器１３９は、現在のギャップ長偏差Δｚと記憶器１３７から出力されるギャップ長偏差ｚ_１との差分を演算する。 The subtractor 139 calculates the difference between the current gap length deviation Δz and the gap length deviation z ₁ output from the storage unit 137.

ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚ_１およびセンサ部１３０から出力される電流偏差Δｉ_ｚを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｇを演算する。 Gap length constant controller 141 inputs the current deviation .DELTA.i _z output from the output Delta] z-z ₁ and the sensor unit 130 of the subtracter 139, an electromagnet exciting voltage for performing gap length constant control in accordance with the equation 12 described above eg Calculate _g .

ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅ_ｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅ_ｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。 Gain multiplier 143 multiplies a predetermined gain k (0 <k <1) the output _{e i} of zero power controller 133. Gain multiplier 145 multiplies a predetermined gain 1-k to output _{e g} the gap length constant controller 141. Adder 147 adds the output of gain multiplier 143 and the output of gain multiplier 145.

なお、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７は、ゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算するための線形和演算手段として動作している。この線形和演算手段の出力に基づいて、磁石ユニット１０７の吸引力が制御される。   The gain compensators 143 and 145 and the adder 147 operate as linear sum calculation means for calculating the linear sum of the outputs of the zero power controller 133 and the constant gap length controller 141. Based on the output of the linear sum calculation means, the attractive force of the magnet unit 107 is controlled.

（２）ゼロパワー制御器１３３の構成
ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。 (2) Configuration of Zero Power Controller 133 The zero power controller 133 includes a minimum dimension state observer 149, a gain compensator 151, an excitation current setter 153, a subtractor 155, a switch 157, and a current integral. And a subtracter 161.

最小次元状態観測器１４９は、減算器１３１からのギャップ長偏差Δｚおよびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉ_ｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ^{’^}および外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}を演算する。 Minimum-state observer 149 inputs the current deviation .DELTA.i _z from the gap length deviation Delta] z and the sensor unit 130 from the subtractor 131, according to equation 8 discussed above gap length variation speed estimation planted Delta] z ^{'^} and external force Calculate the estimated value u _s ^{^} .

ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。   The gain compensator 151 multiplies each of the signals output from the minimum dimension state observer 149 by a predetermined proportional gain and outputs the sum of them.

励磁電流設定器１５３は、電磁石１０５の励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。   The exciting current setting unit 153 outputs a predetermined target value (usually zero) of the exciting current of the electromagnet 105.

減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力からセンサ部１３０の出力である励磁電流偏差Δｉ_ｚを減算する。 Subtractor 155 subtracts the excitation current deviation .DELTA.i _z from the output of the excitation current setting device 153 which is the output of the sensor unit 130.

切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときはゼロを出力する。   The switch 157 is used as integral switching means for the current integrator 159. This switch 157 outputs the value of the subtractor 155 as it is when the output of the gap length range detector 135 is 1, and outputs zero when the output of the gap length range detector 135 is zero.

電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。   The current integrator 159 performs time integration on the value output from the switch 157 and multiplies the integration result by a predetermined gain and outputs the result.

減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｉが出力される。 The subtracter 161 subtracts the output of the gain compensator 151 from the output of the current integrator 159. The subtractor 161 outputs an electromagnet excitation voltage e _i for performing zero power control.

このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループＬ１が支持制御手段として用いられる。また、電流センサ１２３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至る制御ループＬ２がゼロパワー制御手段として用いられる。   In such a configuration, the control loop L1 from the subtractor 131 and the current sensor 123 to the minimum dimension state observer 149 to the gain compensator 151 to the subtracter 161 is used as the support control means. A control loop L2 from the current sensor 123 to the subtractor 155 to the switch 157 to the current integrator 159 to the subtractor 161 is used as zero power control means.

ここで、記憶器１３７には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕ_ｓ ^{^}が所定の範囲内にある場合には、記憶器１３７に記憶されているギャップ長偏差Δｚ_ｕに代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。 Here, the estimated value u _s ^{^ of the} external force calculated by the minimum dimension state observer 149 is input to the storage device 137. Thereby, when the estimated external force value u _s ^{^} is within a predetermined range, a predetermined initial value (for example, zero) is output instead of the gap length deviation Δz _u stored in the storage device 137. Will be.

（３）ギャップ長一定制御器１４１の構成
ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。 (3) Configuration of Constant Gap Length Controller 141 The constant gap length controller 141 includes a minimum dimension state observer 149 ′, a gain compensator 151 ′, a gap length setter 163, a subtractor 165, and a switcher 167. And a gap length deviation integrator 169 and a subtractor 171.

最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９からのギャップ長偏差Δｚ−ｚ_１およびセンサ部１３０からの電流偏差Δｉ_ｚを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定植Δｚ^{’^}および外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}を演算する。 Minimum-state observer 149 'inputs the current deviation .DELTA.i _z from the gap length deviation Delta] z-z ₁ and the sensor unit 130 from the subtractor 139, the estimated plant Delta] z of the gap length change rate according to the equation 8 described ^{above' ^ And} the estimated value u _s ^{^} of the external force are calculated.

ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じて、それらの総和を出力する。   The gain compensator 151 ′ multiplies each signal output from the minimum dimension state observer 149 ′ by a predetermined proportional gain and outputs the sum of them.

ギャップ長設定器１６３は、浮上ギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。   The gap length setting unit 163 outputs a predetermined target value (usually zero) of the flying gap length deviation.

減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ_１を減算する。 The subtractor 165 subtracts the gap length deviation Δz−z ₁ that is the output of the subtractor 139 from the output of the gap length setter 163.

切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力がゼロのときは減算器１６５の値をそのまま出力し、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１のときはゼロを出力する。   The switch 167 is used as integral switching means for the gap length deviation integrator 169. The switch 167 outputs the value of the subtractor 165 as it is when the output of the gap length range detector 135 is zero, and outputs zero when the output of the gap length range detector 135 is 1.

ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。   The gap length deviation integrator 169 time-integrates the value output from the switch 167 and multiplies the integration result by a predetermined gain and outputs the result.

減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｇが出力される。 The subtractor 171 subtracts the output of the gain compensator 151 ′ from the output of the gap length deviation integrator 169. Electromagnet excitation voltage e _g for performing gap length constant control from the subtracter 171 is output.

このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループＬ１’が支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至る制御ループＬ３がギャップ長一定制御手段として用いられる。   In such a configuration, the control loop L1 'from the subtractor 131 and the current sensor 123 to the minimum dimension state observer 149' to the gain compensator 151 'to the subtractor 171 is used as the support control means. A control loop L3 from the subtracter 131 to the subtracter 165 to the switcher 167 to the gap length deviation integrator 169 to the subtractor 171 is used as a gap length constant control means.

なお、同一構成を有する箇所には同一番号を付し、’により区別している。また、ベクトル出力信号は二重線、スカラー出力信号は一重線で区別している。   In addition, the same number is attached | subjected to the location which has the same structure, and it distinguishes by '. The vector output signal is distinguished by a double line, and the scalar output signal is distinguished by a single line.

（４）ギャップ長範囲検出器１３５の構成
図３はギャップ長範囲検出器１３５の構成の構成を示すブロック図である。 (4) Configuration of Gap Length Range Detector 135 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the gap length range detector 135.

ギャップ長範囲検出器１３５は、最小ギャップ長設定器１７３と、最大ギャップ長設定器１７５と、減算器１７７と、減算器１７９と、切換え器１８１と、切換え器１８３と、乗算器１８５とを備えている。   The gap length range detector 135 includes a minimum gap length setter 173, a maximum gap length setter 175, a subtractor 177, a subtractor 179, a switcher 181, a switcher 183, and a multiplier 185. ing.

最小ギャップ長設定器１７３は、最小ギャップ長を設定する。最大ギャップ長設定器１７５は、最大ギャップ長を設定する。   The minimum gap length setting unit 173 sets a minimum gap length. The maximum gap length setting unit 175 sets the maximum gap length.

減算器１７７は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最小ギャップ長設計器１７３の出力を減算する。減算器１７９は、ギャップセンサ１２１の信号を入力して最大ギャップ長設計器１７５の出力を減算する。   The subtracter 177 receives the signal from the gap sensor 121 and subtracts the output from the minimum gap length designer 173. The subtracter 179 receives the signal from the gap sensor 121 and subtracts the output from the maximum gap length designer 175.

切換え器１８１は、減算器１７７の出力が正のときに１を選択し、減算器１７７の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。切換え器１８３は、減算器１７９の出力が正のときに１を選択し、減算器１７９の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。乗算器１８５は、切換え器１８１の出力と切換え器１８３の出力とを乗じて出力する。   The switch 181 selects 1 when the output of the subtracter 177 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtractor 177 is not positive. The switch 183 selects 1 when the output of the subtracter 179 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtracter 179 is not positive. Multiplier 185 multiplies the output of switch 181 and the output of switch 183 and outputs the result.

（５）記憶器１３７の構成
図４は記憶器１３７の構成を示すブロック図である。 (5) Configuration of Storage Unit 137 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the storage unit 137.

記憶器１３７は、立下り検出器１８７と、メモリー要素１８９と、切換え器１９１と、外力範囲検定器１９３と、乗算器１９５とを備えている。   The storage device 137 includes a falling detector 187, a memory element 189, a switching device 191, an external force range tester 193, and a multiplier 195.

立下り検出器１８７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力を入力して、当該出力値の０．５に対する立下りを検出したときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。   The fall detector 187 receives the output of the gap length range detector 135, outputs 1 when the fall of the output value with respect to 0.5 is detected, and outputs zero otherwise.

メモリー要素１８９は、初期値をゼロとして切換え器１９１の出力を記憶する。   Memory element 189 stores the output of switch 191 with an initial value of zero.

切換え器１９１は、立下り検出器１８７が１のときにギャップセンサ１２１の出力を選択し、立下り検出器１８７が１でないときにメモリー要素１８９の出力を選択する。   The switch 191 selects the output of the gap sensor 121 when the falling detector 187 is 1, and selects the output of the memory element 189 when the falling detector 187 is not 1.

外力範囲検定器１９３は、最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕ_ｓ ^{^}を入力して、その外力推定値ｕ_ｓ ^{^}の値が所定の範囲内にあるときはゼロを出力し、そうでないときは１を出力する。乗算器１９５は、メモリー要素１８９の出力と外力範囲検定器１９３の出力を乗算する。外力範囲検定器１９３および乗算器１９５は記憶器１３７の出力を初期値のゼロにするためのリセット手段を構成している。 The external force range tester 193 inputs the external force estimated value u _s ^{^} of the minimum dimensional state observer 149, and outputs zero when the value of the external force estimated value u _s ^{^} is within a predetermined range, otherwise it does not. When it is, 1 is output. The multiplier 195 multiplies the output of the memory element 189 and the output of the external force range tester 193. The external force range tester 193 and the multiplier 195 constitute a reset means for setting the output of the storage unit 137 to an initial value of zero.

（立下り検出器１８７の構成）
立下り検出器１８７は、減算器１９７と、遅れ要素２０１と、切換え器２０３と、切換え器２０５と、乗算器２０７と、切換え器２０９と、切換え器２１１と、乗算器２１３とを備えている。 (Configuration of falling detector 187)
The falling detector 187 includes a subtracter 197, a delay element 201, a switcher 203, a switcher 205, a multiplier 207, a switcher 209, a switcher 211, and a multiplier 213. .

減算器１９７は、ギャップ長範囲検出器１３５の出力から０．５を減じる。遅れ要素２０１は、減算器１９７の出力を例えばデジタル制御において１サンプル時間だけ遅らせて出力する。   The subtracter 197 subtracts 0.5 from the output of the gap length range detector 135. The delay element 201 delays the output of the subtractor 197 by one sample time in digital control, for example.

切換え器２０３は、遅れ要素２０１の出力が正のとき１を出力し、そうでないとき−１を選択して出力する。切換え器２０５は、減算器１９７の出力が正のときに１を選択し、減算器１９７の出力が正でないときに−１を選択して出力する。乗算器２０７は、切換え器２０３の出力と切換え器２０５の出力とを乗じて出力する。   The switch 203 outputs 1 when the output of the delay element 201 is positive, and selects and outputs -1 otherwise. The switch 205 selects 1 when the output of the subtracter 197 is positive, and selects and outputs -1 when the output of the subtracter 197 is not positive. Multiplier 207 multiplies the output of switch 203 and the output of switch 205 and outputs the result.

切換え器２０９は、乗算器２０７の出力が正のときにゼロを選択し、乗算器２０７の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２１１は、減算器１９７の出力が正のときにゼロを選択し、減算器１９７の出力が正でないときに１を選択して出力する。乗算器２１３は、切換え器２０９の出力と切換え器２１１の出力とを乗じて出力する。この乗算器２１３の出力が立ち下がり検出器の出力となっている。   The switch 209 selects zero when the output of the multiplier 207 is positive, and selects and outputs 1 when the output of the multiplier 207 is not positive. The switch 211 selects zero when the output of the subtracter 197 is positive, and selects and outputs 1 when the output of the subtracter 197 is not positive. Multiplier 213 multiplies the output of switch 209 and the output of switch 211 and outputs the result. The output of the multiplier 213 is the output of the falling detector.

（外力範囲検定器１９３の構成）
外力範囲検定器１９３は、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。 (Configuration of external force range tester 193)
The external force range tester 193 includes a minimum external force setter 215, a maximum external force setter 217, a subtractor 219, a subtracter 221, a switcher 223, a switcher 225, and an adder 227.

最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。   The minimum external force setting device 215 sets a predetermined minimum external force. The maximum external force setting device 217 sets a predetermined maximum external force.

減算器２１９は、最小外力設定器２１５の設定値を最小次元状態観測器１４９の外力推定値ｕ_ｓ ^{^}から減算する。減算器２２１は、最大外力設定器２１７の設定値を最小次元状態観測器の外力推定値ｕ_ｓ ^{^}から減算する。 The subtractor 219 subtracts the set value of the minimum external force setter 215 from the external force estimated value u _s ^{^} of the minimum dimension state observer 149. The subtractor 221 subtracts the set value of the maximum external force setter 217 from the external force estimated value u _s ^{^} of the minimum dimension state observer.

切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２１９の出力が正でないときに１を選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のときにゼロを選択し、減算器２２１の出力が正でないときに１を選択して出力する。   The switch 223 selects zero when the output of the subtracter 219 is positive, and selects 1 when the output of the subtracter 219 is not positive. The switcher 225 selects zero when the output of the subtractor 221 is positive, and selects 1 when the output of the subtracter 221 is not positive.

加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３の出力となっている。   The adder 227 adds the output of the switch 223 and the output of the switch 225 and outputs the result. The output of the adder 227 is the output of the external force range tester 193.

（動作説明）
次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。 (Description of operation)
Next, the operation of the magnetic levitation apparatus configured as described above will be described.

いま、装置の電源がＯＦＦされて、浮上体１１１がガイド１１３に吸着しているとする。この状態で、装置の電源をＯＮすると、浮上体１１１が吸着状態にあるために、ギャップセンサ１２１から最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より小さい値が出力される。   Now, it is assumed that the power of the apparatus is turned off and the floating body 111 is adsorbed to the guide 113. When the apparatus is turned on in this state, since the levitated body 111 is in the suction state, a value smaller than the minimum gap length set in the minimum gap length setting unit 173 is output from the gap sensor 121.

したがって、図３に示したギャップ長範囲検出器１３５内部において、切換え器１８１では−０．５が選択され、切換え器１８３では０．５が選択され、加算器１８５からゼロが出力される。   Therefore, in the gap length range detector 135 shown in FIG. 3, the switch 181 selects -0.5, the switch 183 selects 0.5, and the adder 185 outputs zero.

一方、記憶器１３７からは初期値ゼロが出力されている。そして、ギャップ長範囲検出器１３５のゼロ出力が切換え器１５７，１６７にそれぞれ入力されるため、電流積分器１５９にはゼロが入力されることになる。   On the other hand, the initial value zero is output from the storage device 137. Since the zero output of the gap length range detector 135 is input to the switchers 157 and 167, zero is input to the current integrator 159.

また、ギャップ長偏差積分器１６９には減算器１３９の出力Δｚ−ｚ_１（ここで、ｚ_１＝０）が入力され、ギャップ長一定制御が開始される。このとき、励磁電流設定器１５３では所定の負の値から時間の経過と共に徐々にゼロに近づく励磁電流目標値が設定され、ギャップ長設定器１６３では吸着時のギャップ長偏差の値（所定の負の値）から徐々にゼロに近づくギャップ長目標値がそれぞれ設定されている。これにより、浮上体１１１は穏やかな応答で所定のギャップ長ｚ_０に向かって浮上を開始する。 Further, the output Δz−z ₁ (here, z ₁ = 0) of the subtractor 139 is input to the gap length deviation integrator 169, and the gap length constant control is started. At this time, the excitation current setting unit 153 sets an excitation current target value that gradually approaches zero from the predetermined negative value as time elapses, and the gap length setting unit 163 sets the gap length deviation value (predetermined negative value) during suction. Gap length target values that are gradually approaching zero from Thus, the levitation body 111 starts floating toward the predetermined gap length z ₀ at moderate response.

やがて、浮上ギャップ長が最小ギャップ長設定器１７３に設定されている最小ギャップ長より大きくなると、ギャップ長範囲検出器１３５が１を出力する。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９が積分演算動作を停止すると共に、電流積分器１５９が積分演算を開始して、ギャップ長一定制御からゼロパワー制御に切り換わる。   Eventually, when the flying gap length becomes larger than the minimum gap length set in the minimum gap length setting unit 173, the gap length range detector 135 outputs 1. As a result, the gap length deviation integrator 169 stops the integration calculation operation, and the current integrator 159 starts the integration calculation to switch from constant gap length control to zero power control.

ここで、ゼロパワー制御で浮上状態にある浮上体１１１の補助支持部１２５の上面に負荷荷重が印加されると、永久磁石１０３の吸引力が浮上体総重力とバランスするため、ギャップ長が減少する。負荷荷重がさらに増加すると、ギャップ長がさらに減少して、ついには最小ギャップ長設定器１７３に設定された最小ギャップ長よりも小さくなる。   Here, when a load is applied to the upper surface of the auxiliary support portion 125 of the levitated body 111 that is in a levitated state with zero power control, the attractive force of the permanent magnet 103 balances with the total gravity of the levitated body, so the gap length decreases. To do. When the load is further increased, the gap length is further decreased, and finally becomes smaller than the minimum gap length set in the minimum gap length setting unit 173.

このとき、図４に示した記憶器１３７において、最小次元状態観測器１４９で推定される外力推定値ｕ_ｓ ^{^}が最大外力設定器２１７の設定値よりも大きくなっていると、切換え器２２３にてゼロが選択され、切換え器２２７にて１が選択されるため、外力範囲検定器１９３から１が出力される。 At this time, if the estimated external force u _s ^{^} estimated by the minimum dimension state observer 149 is larger than the set value of the maximum external force setter 217 in the storage unit 137 shown in FIG. Since zero is selected and 1 is selected by the switch 227, 1 is output from the external force range tester 193.

一方、立下り検出器１８７では、ギャップ長範囲検出器１３５の出力が１からゼロに変わる瞬間にのみ１を出力する。このため、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなった瞬間の実際のギャップ長偏差ｚ_１が切換え器１９１を介してメモリー要素１８９に記憶される。これにより、記憶器１３７からギャップ長偏差ｚ_１が出力される。 On the other hand, the falling detector 187 outputs 1 only at the moment when the output of the gap length range detector 135 changes from 1 to zero. For this reason, the actual gap length deviation z _{1 at} the moment when the gap length becomes smaller than the set value of the minimum gap length is stored in the memory element 189 via the switch 191. As a result, the gap length deviation z ₁ is output from the storage device 137.

このとき、ギャップ長が最小ギャップ長の設定値よりも小さくなるため、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わる。その後、負荷荷重の増加に対してギャップ長一定制御が継続し、浮上体１１１がガイド１１３に接触することはない。また、ギャップ長一定制御が動作するので、フィードバックゲインであるゲイン補償器１５１，１５１’の値を変更しても励磁電流が大きく増加することがない。   At this time, since the gap length becomes smaller than the set value of the minimum gap length, the zero power control is switched to the constant gap length control. Thereafter, the gap length constant control is continued as the load is increased, and the levitated body 111 does not contact the guide 113. In addition, since the gap length constant control is operated, even if the values of the gain compensators 151 and 151 ′ that are feedback gains are changed, the excitation current does not increase greatly.

また、負荷荷重が減少し、浮上ギャップ長が最大外力設定値より小さくなると、切換え器２２５がゼロを選択するため、記憶器１３７の出力はｚ_１からゼロにリセットされる。これにより、ギャップ長偏差積分器１６９においてギャップ長偏差Δｚが積分されるため、浮上体１１１は所定のギャップ長ｚ_０に向かって移動する。すると、浮上ギャップ長が増加し、最小ギャップ長の設定値よりも大きくなってゼロパワー制御が再開することになる。 Also, the applied load is reduced, the flying gap length is less than the maximum force setting value, because the switching unit 225 selects the zero, the output of the storage unit 137 is reset from z ₁ to zero. Accordingly, since the gap length deviation Δz is integrated in the gap length deviation integrator 169, the levitation body 111 moves toward the predetermined gap length z _0. Then, the levitation gap length increases, becomes larger than the set value of the minimum gap length, and zero power control is resumed.

操作が終了し、装置を停止する場合には、励磁電流設定器１５３およびギャップ長設定器１６３のそれぞれの設定値をゼロから所定の負の値に徐々に収束させればよい。ゼロパワー制御時は電流目標値の減少により、ギャップ長一定性制御時はギャップ長偏差目標値の減少により浮上体１１１のギャップ長が減少し、やがて浮上体１１１はガイド１１３に吸着する。この時点で装置の電源をＯＦＦして装置の運転が終了する。   When the operation is completed and the apparatus is stopped, the set values of the excitation current setting unit 153 and the gap length setting unit 163 may be gradually converged from zero to a predetermined negative value. The gap length of the levitated body 111 is reduced due to a decrease in the target current value during zero power control, and the gap length deviation target value is decreased during the constant gap length control, and the levitated body 111 eventually adheres to the guide 113. At this point, the apparatus is turned off and the operation of the apparatus ends.

以上のように、本実施形態における磁気浮上装置によれば、ギャップ長を用いてゼロパワー制御のＯＮ／ＯＦＦを決定することができ、調整作業が簡素化される。これにより、調整時間が短縮されコストの低減を図ることができる。   As described above, according to the magnetic levitation apparatus of the present embodiment, ON / OFF of zero power control can be determined using the gap length, and the adjustment work is simplified. Thereby, adjustment time is shortened and cost reduction can be aimed at.

さらに、ゼロパワー制御がＯＦＦするとギャップ長一定制御がＯＮするため、浮上体がガイドに接触しにくくなるほか、外力の増大に対して電磁石励磁電流の増加が抑制される。このため、装置が小型化して電力消費が低減されると共に発熱も少なくなり装置の信頼性向上を図ることができる。   Furthermore, since the constant gap length control is turned on when zero power control is turned off, the levitated body is less likely to contact the guide, and an increase in electromagnet excitation current is suppressed against an increase in external force. For this reason, the apparatus can be downsized to reduce power consumption and generate less heat, thereby improving the reliability of the apparatus.

なお、本実施形態では、ギャップ長一定制御器１４１が最小次元状態観測器１４９’およびゲイン補償器１５１’を備えているが、磁気浮上系の安定化が図れる場合には最小次元状態観測器１４９’，ゲイン補償器１５１’および減算器１７１を省略してもなんら差し支えない。   In this embodiment, the constant gap length controller 141 includes the minimum dimension state observer 149 ′ and the gain compensator 151 ′. However, when the magnetic levitation system can be stabilized, the minimum dimension state observer 149 is provided. ', Gain compensator 151' and subtractor 171 may be omitted.

また、本実施形態では、浮上体１１１に印加される外力を推定する手段として、式８に基づく最小次元状態観測器を用いているが、これは、状態観測器の形態をなんら限定するものでなく、例えば、同一次元状態観測器や他の外力推定手法を用いてもよい。   In the present embodiment, as a means for estimating the external force applied to the levitated body 111, a minimum dimension state observer based on Expression 8 is used, but this limits the form of the state observer. Instead, for example, a same-dimensional state observer or other external force estimation method may be used.

また、本実施形態では、減算器１３１から出力されるギャップ長偏差Δｚを記憶器１３７に入力する構成としたが、記憶器１３７にギャップ長ｚを記憶した後で、ギャップ長ｚとノミナルギャップ長ｚ_０とのギャップ長偏差Δｚを求めることでもよい。 In the present embodiment, the gap length deviation Δz output from the subtractor 131 is input to the storage 137. However, after the gap length z is stored in the storage 137, the gap length z and the nominal gap length are stored. The gap length deviation Δz with respect to z ₀ may be obtained.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

第２の実施形態では、浮上体の運動座標系の各モード毎に励磁電圧、励磁電流を演算することを特徴とする。ここでは、本発明の磁気浮上装置をエレベータに適用した場合を例にして説明する。   The second embodiment is characterized in that an excitation voltage and an excitation current are calculated for each mode of the moving coordinate system of the levitated body. Here, the case where the magnetic levitation apparatus of the present invention is applied to an elevator will be described as an example.

図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、この磁気浮上装置をエレベータに適用した場合の構成が全体として符号１０で示されている。   FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a magnetic levitation apparatus according to the second embodiment of the present invention, and the configuration when this magnetic levitation apparatus is applied to an elevator is denoted by reference numeral 10 as a whole.

また、図６はその磁気浮上装置のフレーム部の構成を示す斜視図、図７はその磁気浮上装置の磁石ユニット周辺の構成を示す斜視図、図８はその磁気浮上装置の磁石ユニットの構成を示す立面図である。   6 is a perspective view showing the configuration of the frame portion of the magnetic levitation device, FIG. 7 is a perspective view showing the configuration around the magnet unit of the magnetic levitation device, and FIG. 8 is the configuration of the magnet unit of the magnetic levitation device. FIG.

図５に示すように、エレベータシャフト１２の内面にガイドレール１４，１４’と、移動体１６と、４つの案内ユニット１８ａ〜１８ｄが構成されている。ガイドレール１４，１４’は、強磁性部材で構成され、エレベータシャフト１２内に所定の取り付け方法で敷設されている。   As shown in FIG. 5, guide rails 14, 14 ′, a moving body 16, and four guide units 18 a to 18 d are formed on the inner surface of the elevator shaft 12. The guide rails 14 and 14 ′ are made of a ferromagnetic member and are laid in the elevator shaft 12 by a predetermined attachment method.

移動体１６は、上述した磁気浮上装置の浮上体に相当する。この移動体１６は、ガイドレール１４，１４’に沿って、例えばロープ１５の巻上げ機等の図示せぬ駆動機構を介して上下方向に移動する。案内ユニット１８ａ〜１８ｄは、移動体１６に取り付けられており、この移動体１６をガイドレール１４，１４’に対して非接触で案内する。   The moving body 16 corresponds to the floating body of the magnetic levitation apparatus described above. The moving body 16 moves up and down along the guide rails 14 and 14 ′ via a drive mechanism (not shown) such as a rope 15 winder. The guide units 18a to 18d are attached to the moving body 16, and guide the moving body 16 to the guide rails 14 and 14 'without contact.

移動体１６には、乗りかご２０と案内ユニット１８ａ〜１８ｄが取り付けられる。移動体１６は、案内ユニット１８ａ〜１８ｄの所定の位置関係を保持可能な強度を有するフレーム部２２を備えている。図６に示すように、このフレーム部２２の四隅には、ガイドレール１４，１４’と対向する案内ユニット１８ａ〜１８ｄが所定の方法で取り付けられている。   A car 20 and guide units 18 a to 18 d are attached to the moving body 16. The moving body 16 includes a frame portion 22 having a strength capable of maintaining a predetermined positional relationship between the guide units 18a to 18d. As shown in FIG. 6, guide units 18a to 18d facing the guide rails 14 and 14 'are attached to the four corners of the frame portion 22 by a predetermined method.

案内ユニット１８は、図７に示すように、非磁性材料（例えばアルミやステンレス）もしくはプラスチック製の台座２４にｘ方向ギャップセンサ２６（２６ｂ，２６ｂ’）、ｙ方向ギャップセンサ２８（２８ｂ，２８ｂ’）および磁石ユニット３０を所定の方法で取り付けて構成されている。   As shown in FIG. 7, the guide unit 18 includes a base 24 made of a non-magnetic material (for example, aluminum or stainless steel) or plastic, an x-direction gap sensor 26 (26b, 26b ′), and a y-direction gap sensor 28 (28b, 28b ′). ) And the magnet unit 30 are attached by a predetermined method.

磁石ユニット３０は、中央鉄心３２、永久磁石３４，３４’、電磁石３６，３６’で構成されており、図８にも示されているように、永久磁石３４，３４’の同極同士が中央鉄心３２を介して向かい合う状態で全体としてＥ字形状に組み立てられている。   The magnet unit 30 includes a central iron core 32, permanent magnets 34 and 34 ', and electromagnets 36 and 36'. As shown in FIG. 8, the same poles of the permanent magnets 34 and 34 'are in the center. It is assembled in an E shape as a whole in a state of facing through the iron core 32.

電磁石３６，３６’は、Ｌ字形状の鉄心３８（３８’）をコイル４０（４０’）に挿入後、鉄心３８（３８’）の先端部に平板形状の鉄心４２を取り付けて構成されている。中央鉄心３２および電磁石３６，３６’の先端部には、個体潤滑部材４３が取付けられている。この個体潤滑部材４３は、電磁石３６，３６’が励磁されていない時に永久磁石３４，３４’の吸引力で磁石ユニット３０がガイドレール１４（１４’）に吸着して固着することを防止し、かつ、吸着状態でも移動体１６の昇降に支障が出ないようにするために設けられている。この個体潤滑部材４３としては、例えばテフロン（登録商標）や黒鉛あるいは二硫化モリブデン等を含有する材料がある。   The electromagnets 36 and 36 ′ are configured by attaching a flat iron core 42 to the tip of the iron core 38 (38 ′) after inserting an L-shaped iron core 38 (38 ′) into the coil 40 (40 ′). . A solid lubricating member 43 is attached to the central iron core 32 and the tip portions of the electromagnets 36 and 36 '. The solid lubricating member 43 prevents the magnet unit 30 from being attracted and fixed to the guide rail 14 (14 ′) by the attractive force of the permanent magnets 34, 34 ′ when the electromagnets 36, 36 ′ are not excited. In addition, it is provided so as not to hinder the moving body 16 from moving up and down even in the attracted state. Examples of the solid lubricant member 43 include materials containing Teflon (registered trademark), graphite, molybdenum disulfide, or the like.

以下では、簡単のために、主要部分を示す番号に案内ユニット１８ａ〜１８ｄのアルファベット（ａ〜ｄ）を付して説明する。   In the following, for the sake of simplicity, description will be made by adding the alphabets (ad) of the guide units 18a to 18d to the numbers indicating the main parts.

磁石ユニット３０ｂでは、コイル４０ｂ，４０ｂ’を個別に励磁することでガイドレール１４’に作用する吸引力をｙ方向とｘ方向に関して独立に制御することができる。この制御方式については、特許文献２に記載されているため、ここでは詳しい説明を省略する。   In the magnet unit 30b, the attraction force acting on the guide rail 14 'can be controlled independently in the y direction and the x direction by exciting the coils 40b and 40b' individually. Since this control method is described in Patent Document 2, detailed description thereof is omitted here.

案内ユニット１８ａ〜１８ｄの各吸引力は、上述した励磁電圧演算部１１５として用いられる制御装置４４により制御され、乗りかご２０およびフレーム部２２がガイドレール１４，１４’に対して非接触に案内される。   Each attraction force of the guide units 18a to 18d is controlled by the control device 44 used as the excitation voltage calculation unit 115 described above, and the car 20 and the frame unit 22 are guided in a non-contact manner with respect to the guide rails 14 and 14 '. The

なお、制御装置４４は図５の例では分割されているが、例えば図９に示すように、全体として１つに構成されていても良い。   In addition, although the control apparatus 44 is divided | segmented in the example of FIG. 5, as shown in FIG. 9, for example, you may be comprised by one as a whole.

図９は同実施形態における制御装置内の構成を示すブロック図、図１０はその制御装置内のモード制御電圧演算回路の構成を示すブロック図である。なお、ブロック図において、矢印線は信号経路を、棒線はコイル４０周辺の電力経路を示している。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration in the control device according to the embodiment, and FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a mode control voltage arithmetic circuit in the control device. In the block diagram, an arrow line indicates a signal path, and a bar line indicates a power path around the coil 40.

この制御装置４４は、センサ部６１と、演算回路６２と、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’とを備えており、これらで４つの磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの吸引力をｘ軸，ｙ軸について独立に制御している。   The control device 44 includes a sensor unit 61, an arithmetic circuit 62, and power amplifiers 63a, 63a ′ to 63d, 63d ′, which can reduce the attractive forces of the four magnet units 30a to 30d to the x-axis and y-axis. The axes are controlled independently.

演算回路６２は、このセンサ部６１からの信号に基づいて移動体１６を非接触案内させるべく、各コイル４０ａ，４０ａ’〜４０ｄ，４０ｄ’を励磁するための印加電圧を演算する励磁電圧演算部として用いられる。パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’は、この演算回路６２の出力に基づいて各コイル４０に電力を供給する励磁部として用いられる。   The arithmetic circuit 62 calculates an applied voltage for exciting the coils 40a, 40a ′ to 40d, 40d ′ so as to guide the moving body 16 in a non-contact manner based on a signal from the sensor unit 61. Used as The power amplifiers 63 a, 63 a ′ to 63 d, 63 d ′ are used as excitation units that supply power to the coils 40 based on the output of the arithmetic circuit 62.

また、電源４６は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に電力を供給すると同時に定電圧発生装置４８にも電力を供給している。なお、この電源４６は、照明やドアの開閉のために図示せぬ電源線でエレベータシャフト１２外から供給される交流をパワーアンプヘの電力供給に適した直流に変換する機能を有している。   The power supply 46 supplies power to the power amplifiers 63a, 63a 'to 63d, 63d' and also supplies power to the constant voltage generator 48. The power source 46 has a function of converting an alternating current supplied from outside the elevator shaft 12 to a direct current suitable for supplying power to the power amplifier through a power line (not shown) for lighting and door opening / closing. .

定電圧発生装置４８は、パワーアンプ６３への大電流の供給などにより電源４６の電圧が変動しても常に一定の電圧で演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’に電力を供給する。これにより、演算回路６２およびギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は常に正常に動作する。   The constant voltage generator 48 always operates at a constant voltage even when the voltage of the power supply 46 fluctuates due to the supply of a large current to the power amplifier 63, and the constant voltage generator 48 and the gap sensors 26a, 26a ′ to 26d, 26d ′, 28a, Power is supplied to 28a 'to 28d and 28d'. Thus, the arithmetic circuit 62 and the gap sensors 26a, 26a 'to 26d, 26d', 28a, 28a 'to 28d, 28d' always operate normally.

センサ部６１は、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’と、各コイル４０の励磁電流を検出する電流検出器６６ａ，６６ａ’〜６６ｄ，６６ｄ’で構成されている。   The sensor unit 61 includes gap sensors 26a, 26a ′ to 26d, 26d ′, 28a, 28a ′ to 28d, and 28d ′, and current detectors 66a, 66a ′ to 66d, and 66d ′ that detect excitation currents of the respective coils 40. It is configured.

なお、ギャップセンサ２６ａ，２６ａ’〜２６ｄ，２６ｄ’，２８ａ，２８ａ’〜２８ｄ，２８ｄ’は、各々のオフセット電圧を調整して、乗りかご２０がガイドレール１４，１４’に対して所定の位置関係で案内されている場合の浮上ギャップ長を基準として、当該浮上ギャップ長からの偏差を出力するように校正されている。   The gap sensors 26a, 26a ′ to 26d, 26d ′, 28a, 28a ′ to 28d, and 28d ′ adjust the respective offset voltages so that the car 20 is positioned at a predetermined position with respect to the guide rails 14 and 14 ′. Calibration is performed so that a deviation from the floating gap length is output on the basis of the floating gap length when guided by the relationship.

加えて、各案内ユニット１８に取り付けられている２つのｘ方向ギャップセンサ出力および２つのｙ方向ギャップセンサ出力のそれぞれを平均する平均化部２７，２７’が備えられている。これにより、ｘ，ｙの各方向における磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間の浮上ギャップ長偏差Δｘ_ａ，Δｙ_ａ〜Δｘ_ｄ，Δｙ_ｄが得られることはいうまでもない。 In addition, averaging units 27 and 27 ′ that average the two x-direction gap sensor outputs and the two y-direction gap sensor outputs attached to each guide unit 18 are provided. Thus, it goes without saying that the floating gap length deviations Δx _a , Δy _{a to} Δx _d , Δy _d between the magnet unit 30 and the guide rails 14, 14 ′ in the x and y directions can be obtained.

演算回路６２は、図５に示される運動座標系の各モード毎に移動体１６の案内制御を行っている。ここで、前記各モードとは、移動体１６の重心のｙ座標に沿った前後動を表すｙモード（前後動モード）、ｘ座標に沿った左右動を表すｘモード（左右動モード）、移動体１６の重心回りのローリングを表すθモード（ロールモード）、移動体１６の重心回りのピッチングを表すξモード（ピッチモード）、移動体１６の重心回りのヨーイングを表すψモード（ヨーモード）である。   The arithmetic circuit 62 performs guidance control of the moving body 16 for each mode of the motion coordinate system shown in FIG. Here, each of the modes includes a y mode (back and forth movement mode) representing the back and forth movement along the y coordinate of the center of gravity of the moving body 16, a x mode (left and right movement mode) representing the left and right movement along the x coordinate, and movement. A θ mode (roll mode) representing rolling around the center of gravity of the body 16, a ξ mode (pitch mode) representing pitching around the center of gravity of the moving body 16, and a ψ mode (yaw mode) representing yawing around the center of gravity of the moving body 16. .

また、これらのモードに加え、演算回路６２は、ζモード（全吸引モード）、δモード（ねじれモード）、γモード（歪モード）についても案内制御を行っている。すなわち、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがガイドレール１４，１４’に及ぼす「全吸引力」、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄがフレーム部２２に及ぼすｚ軸周りの「ねじれトルク」、磁石ユニット３０ａ，３０ｄがフレーム部２２に、磁石ユニット３０ｂ，３０ｃがフレーム部２２に及ぼす回転トルクでフレーム部２２をｚ軸に対して左右対称に歪ませる「歪力」に関する３つのモードである。   In addition to these modes, the arithmetic circuit 62 also performs guidance control for the ζ mode (full suction mode), δ mode (twist mode), and γ mode (distortion mode). That is, the “total attractive force” that the magnet units 30a to 30d exert on the guide rails 14 and 14 ′, the “torsion torque” around the z-axis that the magnet units 30a to 30d exert on the frame portion 22, and the magnet units 30a and 30d that correspond to the frame portion 22 shows three modes relating to “distortion force” in which the frame unit 22 is distorted symmetrically with respect to the z-axis by the rotational torque exerted on the frame unit 22 by the magnet units 30b and 30c.

以上のような８つのモードに対し、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのコイル電流をゼロに収束させることで、積荷の偏りが所定の範囲内であればその偏荷重トルクに関わらず永久磁石３４の吸引力だけで移動体を安定に支持するゼロパワー制御を行い、偏荷重トルクが大きい場合にはギャップ長一定制御にて案内制御を行っている。   For the above eight modes, by converging the coil currents of the magnet units 30a to 30d to zero, if the load bias is within a predetermined range, the attractive force of the permanent magnet 34 regardless of the bias load torque. Only zero power control is performed to stably support the moving body. When the offset load torque is large, guide control is performed with constant gap length control.

演算回路６２は、浮上体である移動体１６の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる各コイル４０の励磁電流の線形結合で表させるモード別励磁電流を演算する機能と、同じく各コイル４０の励磁電圧の線形結合で表させるモード別励磁電圧を演算する機能を備える。具体的には、次のように構成される。   The arithmetic circuit 62 has a function of calculating an excitation current for each mode expressed by a linear combination of excitation currents of the coils 40 that generate an attractive force that contributes to the degree of freedom of movement of the moving body 16 that is a levitating body. A function for calculating the excitation voltage for each mode represented by a linear combination of 40 excitation voltages is provided. Specifically, it is configured as follows.

すなわち、図９に示すように、演算回路６２は、ギャップ長偏差座標変換回路７４と、電流偏差座標変換回路８３と、制御電圧演算回路８４と、制御電圧座標逆変換回路８５と、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８と、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９と、ｘ，θモード記憶器７０と、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１とを備えている。   That is, as shown in FIG. 9, the calculation circuit 62 includes a gap length deviation coordinate conversion circuit 74, a current deviation coordinate conversion circuit 83, a control voltage calculation circuit 84, a control voltage coordinate reverse conversion circuit 85, and x, θ. A mode gap length range detector 68, a y, ξ, ψ mode gap length range detector 69, an x, θ mode memory 70, and a y, ξ, ψ mode memory 71 are provided.

ギャップ長偏差座標変換回路７４は、ギャップ長偏差信号Δｙ_ａ，Δｙ_ａ’〜Δｙ_ｄ，Δｙ_ｄ’により移動体１６の重心のｙ方向の運動に関わる位置偏差Δｙ、ｘ方向の運動に関わる位置偏差Δｘ、同重心のまわりのローリングに関わる角度偏差Δθ、移動体１６のピッチングに関わる角度偏差Δξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる角度偏差Δψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する各偏差Δζ，Δδ，Δγを演算する。 Gap length deviation coordinate transformation circuit 74, gap length deviation signals _{Δy a, Δy a '~Δy d} , Δy d' position deviation [Delta] y involved in the movement in the y direction of the center of gravity of the moving body 16, the position related to the motion of the x-direction Deviation Δx, angular deviation Δθ related to rolling around the same center of gravity, angular deviation Δξ related to pitching of the moving body 16, angular deviation Δψ related to yawing around the same center of gravity, ζ, δ, γ applying stress to the frame portion 22 The deviations Δζ, Δδ, and Δγ with respect to are calculated.

電流偏差座標変換回路８３は、モード励磁電流演算手段として用いられる。この電流偏差座標変換回路８３は、電流偏差信号Δｉ_ａ，Δｉ_ａ’〜Δｉ_ｄ，Δｉ_ｄ’により移動体１６の重心のｙ方向の運動に関わる電流偏差Δｉ_ｙ、ｘ方向の運動に関わる電気偏差Δｉ_ｘ、同重心のまわりのローリングに関わる電流偏差Δｉ_θ、移動体１６のピッチングに関わる電流偏差Δｉ_ξ、同重心のまわりのヨーイングに関わる電流偏差Δｉ_ψ、フレーム部２２に応力をかけるζ，δ，γに関する電流偏差Δｉ_ζ，Δｉ_δ，Δｉ_γを演算する。 The current deviation coordinate conversion circuit 83 is used as mode excitation current calculation means. The current deviation coordinate transformation circuit 83, a current deviation signal _{Δi a, Δi a '~Δi d} , Δi d' current deviation .DELTA.i involved in the y direction of movement of the center of gravity of the moving body 16 by _y, electricity related to movement in the x-direction Deviation Δi _x , current deviation Δi _θ related to rolling around the same center of gravity, current deviation Δi _ξ related to pitching of the moving body 16, current deviation Δi _ψ related to yawing around the same center of gravity, and ζ that stresses the frame portion 22 , Δ, γ, current deviations Δi _ζ , Δi _δ , Δi _γ are calculated.

ここで、ゼロパワー制御が適用される場合、各電流検出器の検出値を座標変換した演算結果ｉ_ｙ〜ｉ_γは、そのまま各モードにおけるゼロ目標値からの電流偏差Δｉ_ｙ〜Δｉ_γとなる。 Here, when the zero power control is applied, the calculation results i _{y to} i _γ obtained by coordinate conversion of the detection values of the respective current detectors become the current deviations Δi _{y to} Δi _γ from the zero target value in each mode as they are. .

制御電庄演算回路８４は、モード励磁電圧演算手段として用いられる。この制御電庄演算回路８４は、ギャップ長偏差座標変換回路７４および前記電流偏差座標変換回路８３の出力Δｙ〜Δγ，Δｉ_ｙ〜Δｉ_γよりｙ，ｘ，θ，ξ，ψ，ζ，δ，γの各モードにおいて移動体１６を安定に磁気浮上させるモード別電磁石制御電圧ｅ_ｙ，ｅ_ｘ，ｅ_θ，ｅ_ξ，ｅ_ψ，ｅ_ζ，ｅ_δ，ｅ_γを演算する。 The control voltage calculation circuit 84 is used as mode excitation voltage calculation means. The control voltage calculation circuit 84 outputs y, x, θ, ξ, ψ, ζ, δ, δ based on outputs Δy to Δγ and Δi _{y to} Δi _γ of the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and the current deviation coordinate conversion circuit 83. In each γ mode, mode-specific electromagnet control voltages e _y , e _x , e _θ , e _ξ , e _ψ , e _ζ , e _δ , and e _γ are calculated which stably levitate the moving body 16.

制御電圧座標逆変換回路８５は、制御電圧演算回路８４の出力ｅ_ｙ，ｅ_ｘ，ｅ_θ，ｅ_ξ，ｅ_ψ，ｅ_ζ，ｅ_δ，ｅ_γにより、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄのそれぞれの電磁石励磁電圧ｅ_ａ，ｅ_ａ’〜ｅ_ｄ，ｅ_ｄ’を演算する。この制御電圧座標逆換回路８５の演算結果つまりｅ_ａ，ｅ_ａ’〜ｅ_ｄ，ｅ_ｄ’は、パワーアンプ６３ａ，６３ａ’〜６３ｄ，６３ｄ’に与えられる。 Control voltage coordinate inverse transformation circuit 85, the output _e y of the control voltage operation circuit _{84, e x, e θ,} e ξ, e ψ, e ζ, e δ, _more e _gamma, of the magnet units 30a~30d each electromagnet excitation voltage _{e a, e a '~e d} , e d' calculates a. Computation result that is _e a of the control voltage coordinate inverse circuit _{85, e a '~e d,} e d' , the power amplifier 63a, 63A'～63d, given to 63d '.

ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８およびｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、ギャップ長範囲検出手段として用いられる。   The x, θ mode gap length range detector 68 and the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69 are used as gap length range detection means.

ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８は、平均化部２７からのギャップ長偏差信号Δｘ_ａ〜Δｘ_ｄを入力して移動体１６のｘ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を、そうでないときはゼロを出力する。 The x, θ mode gap length range detector 68 receives the gap length deviation signals Δx _{a to} Δx _d from the averaging unit 27 and detects the gap length of each magnet unit 30 detected by the x direction gap sensor of the moving body 16. When the deviation is within the predetermined range, 1 is output, otherwise zero is output.

ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９は、平均化部２７’からのギャップ長偏差信号Δｙ_ａ〜Δｙ_ｄを入力して移動体１６のｙ方向ギャップセンサで検出される各磁石ユニット３０のギャップ長偏差が所定の範囲内のときに１を出力し、そうでないときはゼロを出力する。 y, xi], [psi mode gap length range detector 69, the magnet unit is detected by inputting the gap length deviation signals Δy _a ~Δy _d from the averaging unit 27 'in the y-direction gap sensor of the moving body 16 30 1 is output when the gap length deviation is within a predetermined range, and zero is output otherwise.

ｘ，θモード記憶器７０は、平均化部２７の出力であるギャップ長偏差Δｘ_ａ〜Δｘ_ｄを入力して、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力が１からゼロに変わるときのΔｘ_ａ〜Δｘ_ｄの値を記憶して出力する。また、このｘ，θモード記憶器７０は、制御電圧演算回路８４で演算されるｘ，θモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。 The x, θ mode memory 70 receives the gap length deviations Δx _{a to} Δx _d that are the outputs of the averaging unit 27, and the output of the x, θ mode gap length range detector 68 changes from 1 to zero. The values of Δx _{a to} Δx _d are stored and output. Further, the x, θ mode storage 70 resets the output value to zero based on the estimated external force value in the x, θ mode calculated by the control voltage calculation circuit 84.

ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、平均化部２７’の出力であるギャップ長偏差Δｙ_ａ〜Δｙ_ｄを入力して前記ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１からゼロに変わるときのΔｙ_ａ〜Δｙ_ｄの値を記憶して出力する。また、この制御電圧演算回路８４で演算されるｙ，ξ，ψモードにおける外力推定値に基づいて出力の値をゼロにリセットする。 y, xi], [psi mode storage unit 71, the enter is the output of the averaging unit 27 'gap length deviation Δy _a ~Δy _d y, ξ, from the output of the [psi Mode gap length range detector 69 1 stores the value of Δy _a ~Δy _d when changes to zero output. Further, the output value is reset to zero based on the estimated external force value in the y, ξ, and ψ modes calculated by the control voltage calculation circuit 84.

さらに、制御電圧演算回路８４は、前後動モード制御電圧演算回路８６ａ、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅ、全吸引モード制御電圧演算回路８８ａ、ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂ、歪モード制御電圧演算回路８８ｃで構成されている。   Further, the control voltage calculation circuit 84 includes a longitudinal movement mode control voltage calculation circuit 86a, a left / right movement mode control voltage calculation circuit 86b, a roll mode control voltage calculation circuit 86c, a pitch mode control voltage calculation circuit 86d, a yaw mode control voltage calculation circuit 86e, The suction mode control voltage calculation circuit 88a, the torsion mode control voltage calculation circuit 88b, and the distortion mode control voltage calculation circuit 88c are configured.

前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ΔｙおよびΔｉ_ｙよりｙモードの電磁石制御電圧ｅ_ｙを演算する。左右動モード制御電圧演算回路８６ｂは、ΔｘおよびΔｉ_ｘよりｘモードの電磁石制御電圧ｅ_ｘを演算する。ロールモード制御電圧演算回路８６ｃは、ΔθおよびΔｉ_θよりθモードの電磁石制御電圧ｅ_θ演算する。ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄは、ΔξおよびΔｉ_ξよりξモードの電磁石制御電圧ｅ_ξ演算する。ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅは、ΔψおよびΔｉ_ψよりψモードの電磁石制御電圧ｅ_ψ演算する。 The back-and-forth motion mode control voltage calculation circuit 86a calculates a y-mode electromagnet control voltage e _y from Δy and Δi _y . Lateral movement mode control voltage operation circuit 86b calculates an electromagnet control voltage _{e x} in the x mode than Δx and .DELTA.i _x. Roll mode control voltage calculation circuit 86c calculates θ-mode electromagnet control voltage e _θ from Δθ and Δi _θ . Pitch mode control voltage calculation circuit 86d calculates ξ mode electromagnet control voltage e _ξ from Δξ and Δi _ξ . The yaw mode control voltage calculation circuit 86e calculates a ψ mode electromagnet control voltage e _ψ from Δψ and Δi _ψ .

全吸引モード制御電圧演算回路８８ａは、Δｉ_ζよりζモードの電磁石制御電圧ｅ_ζを演算する。ねじれモード制御電圧演算回路８８ｂは、Δｉ_δよりδモードの電磁石制御電圧ｅ_δを演算する。歪モード制御電圧演算回路８８ｃは、Δｉ_γよりγモードの電磁石制御電圧ｅ_γを演算する。 The full suction mode control voltage calculation circuit 88a calculates the ζ-mode electromagnet control voltage e _ζ from Δi _ζ . The torsion mode control voltage calculation circuit 88b calculates a δ mode electromagnet control voltage e _δ from Δi _δ . The strain mode control voltage calculation circuit 88c calculates the γ-mode electromagnet control voltage e _γ from Δi _γ .

これら各モードの制御電圧演算回路８６ａ〜８６ｃ，８８ａ〜８８ｃのうち、ｙ，ｘ，θ，ξ，ψのモードについては第１の実施形態における励磁電圧演算部１１５と同様の構成を備えている。したがって、以下の図中では、同一箇所には同一記号を付して説明は省略する。   Among the control voltage calculation circuits 86a to 86c and 88a to 88c in these modes, the y, x, θ, ξ, and ψ modes have the same configuration as that of the excitation voltage calculation unit 115 in the first embodiment. . Accordingly, in the following drawings, the same portions are denoted by the same symbols, and description thereof is omitted.

また、煩雑さを避けるため、各モードのギャップ長偏差Δｙ，Δｘ，Δθ，Δξ，Δψ，Δζ，Δδ，ΔγをΔｚで表し、同じく電流偏差Δｉｙ，Δｉｘ，Δｉθ，Δｉξ，Δｉψ，Δｉζ，Δｉδ，ΔｉγをΔｉｚで表すことにする。   In order to avoid complication, the gap length deviations Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ, Δζ, Δδ, Δγ of each mode are represented by Δz, and the current deviations Δiy, Δix, Δiθ, Δiξ, Δiψ, Δiζ, Δiδ are also represented. , Δiγ is represented by Δiz.

いま、前後動モード制御電圧演算回路８６ａを代表して、その構成を説明する。
図１０に示すように、前後動モード制御電圧演算回路８６ａは、ゼロパワー制御器１３３と、減算器１３９と、ギャップ長一定制御器１４１と、ゲイン乗算器１４３と、ゲイン乗算器１４５と、加算器１４７とを備えている。 Now, the configuration of the longitudinal movement mode control voltage calculation circuit 86a will be described as a representative.
As shown in FIG. 10, the longitudinal movement mode control voltage calculation circuit 86a includes a zero power controller 133, a subtractor 139, a constant gap length controller 141, a gain multiplier 143, a gain multiplier 145, and an addition. Instrument 147.

ゼロパワー制御器１３３は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力であるギャップ長偏差Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３の出力である電流偏差Δｉ_ｙを入力して、上述した式１１に従って電磁石励磁電圧ｅ_ｉを演算する。 The zero power controller 133 inputs the gap length deviation Δy which is the output of the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and the current deviation Δi _y which is the output of the current deviation coordinate conversion circuit 83, and the electromagnet excitation voltage according to the above-described equation 11. e Calculate _i .

減算器１３９は、ギャップ長偏差Δｙからｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力ｚ_ｌを減算する。 The subtractor 139 subtracts the output z ₁ of the y, ξ, ψ mode storage 71 from the gap length deviation Δy.

ギャップ長一定制御器１４１は、減算器１３９の出力Δｚ−ｚ_ｌおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉ_ｙを入力して、上述した式１２に従ってギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｇを演算する。 The constant gap length controller 141 receives the output Δz−z ₁ of the subtractor 139 and the current deviation Δi _y from the current deviation coordinate conversion circuit 83, and performs electromagnet excitation for performing constant gap length control according to the above-described equation 12. to calculate the voltage _{e g.}

ゲイン乗算器１４３は、ゼロパワー制御器１３３の出力ｅ_ｉに所定のゲインｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する。ゲイン乗算器１４５は、ギャップ長一定制御器１４１の出力ｅ_ｇに所定のゲイン１−ｋを乗算する。加算器１４７は、ゲイン乗算器１４３の出力とゲイン乗算器１４５の出力とを加算する。 Gain multiplier 143 multiplies a predetermined gain k (0 <k <1) the output _{e i} of zero power controller 133. Gain multiplier 145 multiplies a predetermined gain 1-k to output _{e g} the gap length constant controller 141. Adder 147 adds the output of gain multiplier 143 and the output of gain multiplier 145.

なお、本実施形態においても、ゲイン補償器１４３，１４５および加算器１４７はゼロパワー制御器１３３とギャップ長一定制御器１４１の出力の線形和を演算する線形和演算手段として動作している。   Also in this embodiment, the gain compensators 143 and 145 and the adder 147 operate as linear sum calculation means for calculating the linear sum of the outputs of the zero power controller 133 and the constant gap length controller 141.

ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ_１がｙ，ξ，ψモード記憶器７１の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、上述した減算器１３９に入力される信号ｚ_１がｘ，θモード記憶器７０の出力となる。 Here, in the pitch mode control voltage calculation circuit 86 d and the yaw mode control voltage calculation circuit 86 e, the signal z ₁ input to the subtractor 139 described above becomes the output of the y, ξ, ψ mode storage 71. On the other hand, in the left / right mode control voltage calculation circuit 86 b and the roll mode control voltage calculation circuit 86 c, the signal z ₁ input to the subtractor 139 described above becomes the output of the x, θ mode storage 70.

ゼロパワー制御器１３３は、最小次元状態観測器１４９と、ゲイン補償器１５１と、励磁電流設定器１５３と、減算器１５５と、切換え器１５７と、電流積分器１５９と、減算器１６１とを備える。   The zero power controller 133 includes a minimum dimension state observer 149, a gain compensator 151, an excitation current setter 153, a subtractor 155, a switcher 157, a current integrator 159, and a subtractor 161. .

最小次元状態観測器１４９は、ギャップ長偏差座標変換回路７４の出力Δｙおよび電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差Δｉ_ｙを入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ^{’^}および外力の推定値ｕ_ｓｙ ^{^}を演算する。 The minimum dimensional state observer 149 receives the output Δy of the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and the current deviation Δi _y from the current deviation coordinate conversion circuit 83 and inputs the estimated value Δy ^{′ of the} gap length change rate according to the above equation 8. ^{^ And} the estimated external force u _sy ^{^} are calculated.

ゲイン補償器１５１は、最小次元状態観測器１４９から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。   The gain compensator 151 multiplies each of the signals output from the minimum dimension state observer 149 by a predetermined proportional gain and outputs the sum of them.

励磁電流設定器１５３は、前後動モード励磁電流の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。   The exciting current setting unit 153 outputs a predetermined target value (usually zero) of the forward / reverse operation mode exciting current.

減算器１５５は、励磁電流設定器１５３の出力から電流偏差座標変換回路８３の出力である励磁電流偏差Δｉ_ｙを減算する。 The subtracter 155 subtracts the excitation current deviation Δi _y that is the output of the current deviation coordinate conversion circuit 83 from the output of the excitation current setting unit 153.

切換え器１５７は、電流積分器１５９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１５７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のとき、減算器１５５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときはゼロを出力する。   The switch 157 is used as integral switching means for the current integrator 159. The switch 157 outputs the value of the subtractor 155 as it is when the output of the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69 is 1, and the output of the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69 is When zero, it outputs zero.

電流積分器１５９は、切換え器１５７から出力される値を時間積分すると共に、その積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。   The current integrator 159 performs time integration on the value output from the switch 157 and multiplies the integration result by a predetermined gain and outputs the result.

減算器１６１は、電流積分器１５９の出力から前記ゲイン補償器１５１の出力を減算する。この減算器１６１からゼロパワー制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｉが出力される。 The subtracter 161 subtracts the output of the gain compensator 151 from the output of the current integrator 159. The subtractor 161 outputs an electromagnet excitation voltage e _i for performing zero power control.

このような構成において、ギャップ長偏差座標変換回路７４および電流偏差座標変換回路８３から最小次元状態観測器１４９〜ゲイン補償器１５１〜減算器１６１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、電流偏差座標変換回路８３から減算器１５５〜切換え器１５７〜電流積分器１５９〜減算器１６１に至るループがゼロパワー制御手段として用いられる。   In such a configuration, a control loop from the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and the current deviation coordinate conversion circuit 83 to the minimum dimension state observer 149 to the gain compensator 151 to the subtractor 161 is used as the support control means. A loop from the current deviation coordinate conversion circuit 83 to the subtractor 155 to the switcher 157 to the current integrator 159 to the subtracter 161 is used as zero power control means.

ここで、ｙ，ξ，ψモード記憶器７１には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}（ｕ_ｓｙ ^{^}，ｕ_ｓξ ^{^}，ｕ_ｓψ ^{^}）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕ_ｓ ^{^}が所定の範囲内にある場合には、記憶器７１に記憶されているギャップ長偏差Δｚ_ｕ（Δｙ_ｕ，Δξ_ｕ，Δψ_ｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。 Here, y, xi], the ψ mode storage unit 71, minimum-state observer of the external force calculated by the 149 estimate ^{_{u s ^ (u sy ^,}} u sξ ^, u sψ ^) is input . Thereby, when the estimated external force u _s ^{^} is within a predetermined range, the gap length deviation Δz _u (Δy _u , Δξ _u , Δψ _u ) stored in the storage device 71 is replaced with a predetermined value. An initial value (for example, zero) will be output.

一方、ｘ，θモード記憶器７０には、最小次元状態観測器１４９で演算される外力の推定値ｕ_ｓ ^{^}（ｕ_ｓｘ ^{^}，ｕ_ｓθ ^{^}）が入力されている。これにより、当該外力推定値ｕ_ｓ ^{^}が所定の範囲内にある場合には、記憶器７０に記憶されているギャップ長偏差Δｚ_ｕ（Δｘ_ｕ，Δθ_ｕ）に代えて、所定の初期値（例えば、ゼロ）が出力されることになる。 On the other hand, the estimated value u _s ^{^} (u _sx ^{^} , u _sθ ^{^} ) of the external force calculated by the minimum dimensional state observer 149 is input to the x, θ mode memory 70. As a result, when the external force estimated value u _s ^{^} is within a predetermined range, a predetermined initial value (instead of the gap length deviation Δz _u (Δx _u , Δθ _u ) stored in the storage device 70 is used. For example, zero) is output.

ギャップ長一定制御器１４１は、最小次元状態観測器１４９’と、ゲイン補償器１５１’と、ギャップ長設定器１６３と、減算器１６５と、切換え器１６７と、ギャップ長偏差積分器１６９と、減算器１７１とを備える。   The constant gap length controller 141 includes a minimum dimension state observer 149 ′, a gain compensator 151 ′, a gap length setting unit 163, a subtractor 165, a switcher 167, a gap length deviation integrator 169, and a subtraction. Instrument 171.

最小次元状態観測器１４９’は、減算器１３９の出力および電流偏差座標変換回路８３からの電流偏差信号を入力して、上述した式８に従ってギャップ長変化速度の推定値Δｙ^{’^}および外力の推定値ｕ_ｓｙ ^{^}を演算する。 The minimum dimension state observer 149 ′ receives the output of the subtractor 139 and the current deviation signal from the current deviation coordinate conversion circuit 83, and estimates the gap length change rate Δy ^{′ ^} and the external force according to the above-described equation 8. The value u _sy ^{^} is calculated.

ゲイン補償器１５１’は、最小次元状態観測器１４９’から出力される各信号のそれぞれに所定の比例ゲインを乗じてそれらの総和を出力する。   The gain compensator 151 ′ multiplies each signal output from the minimum dimensional state observer 149 ′ by a predetermined proportional gain and outputs a sum of them.

ギャップ長設定器１６３は、前後動モードギャップ長偏差の所定の目標値（通常はゼロ）を出力する。   The gap length setter 163 outputs a predetermined target value (usually zero) of the forward / backward movement mode gap length deviation.

減算器１６５は、ギャップ長設定器１６３の出力から減算器１３９の出力であるギャップ長偏差Δｚ−ｚ_１を減算する。 The subtractor 165 subtracts the gap length deviation Δz−z ₁ that is the output of the subtractor 139 from the output of the gap length setter 163.

切換え器１６７は、ギャップ長偏差積分器１６９に対する積分切換え手段として用いられる。この切換え器１６７は、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力がゼロのときは、減算器１６５の値をそのまま出力し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力が１のときはゼロを出力する。   The switch 167 is used as integral switching means for the gap length deviation integrator 169. The switch 167 outputs the value of the subtractor 165 as it is when the output of the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69 is zero, and the output of the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69. When is 1, it outputs zero.

ギャップ長偏差積分器１６９は、切換え器１６７から出力される値を時間積分すると共に積分結果に所定のゲインを乗じて出力する。   The gap length deviation integrator 169 time-integrates the value output from the switch 167 and multiplies the integration result by a predetermined gain and outputs the result.

減算器１７１は、ギャップ長偏差積分器１６９の出力からゲイン補償器１５１’の出力を減算する。この減算器１７１からギャップ長一定制御を行うための電磁石励磁電圧ｅ_ｇが出力される。 The subtractor 171 subtracts the output of the gain compensator 151 ′ from the output of the gap length deviation integrator 169. Electromagnet excitation voltage e _g for performing gap length constant control from the subtracter 171 is output.

このような構成において、減算器１３１および電流センサ１２３から最小次元状態観測器１４９’〜ゲイン補償器１５１’〜減算器１７１に至る制御ループが支持制御手段として用いられる。また、減算器１３１から減算器１６５〜切換え器１６７〜ギャップ長偏差積分器１６９〜減算器１７１に至るループがギャップ長一定制御手段として用いられる。   In such a configuration, a control loop from the subtractor 131 and the current sensor 123 to the minimum dimension state observer 149 ′ to the gain compensator 151 ′ to the subtractor 171 is used as the support control means. A loop from the subtracter 131 to the subtracter 165 to the switcher 167 to the gap length deviation integrator 169 to the subtractor 171 is used as a gap length constant control means.

ここで、ピッチモード制御電圧演算回路８６ｄ、ヨーモード制御電圧演算回路８６ｅでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の出力となる。一方、左右動モード制御電圧演算回路８６ｂおよびロールモード制御電圧演算回路８６ｃでは、外部から切換え器１５７，１６７に入力される信号がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の出力となることはいうまでもない。   Here, in the pitch mode control voltage calculation circuit 86d and the yaw mode control voltage calculation circuit 86e, signals externally input to the switching units 157 and 167 become outputs of the y, ξ and ψ mode gap length range detector 69. On the other hand, in the left / right motion mode control voltage calculation circuit 86b and the roll mode control voltage calculation circuit 86c, it is said that the signal input from the outside to the switching devices 157 and 167 becomes the output of the x, θ mode gap length range detector 68. Not too long.

他の制御電圧演算回路である左右動モード制御電圧演算回路８６ｂ、ロールモード制御電圧演算回路８６ｃ、ピッチモード制御演算回路８６ｄおよびヨーモード制御演算回路８６ｅについても、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同様の構成であり、ここでは対応する入出力信号を信号名で示し、その説明は省略するものとする。   The other control voltage calculation circuits, that is, the left / right movement mode control voltage calculation circuit 86b, the roll mode control voltage calculation circuit 86c, the pitch mode control calculation circuit 86d, and the yaw mode control calculation circuit 86e are similar to the vertical movement mode control voltage calculation circuit 86a. Here, the corresponding input / output signals are indicated by signal names, and description thereof is omitted.

図１１はギャップ長範囲検出器６８（６９）の構成を示すブロック図である。   FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the gap length range detector 68 (69).

ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）は、平均化部２７（２７’）の４つの出力Δｘ_ａ〜Δｘ_ｄ（Δｙ_ａ〜Δｙ_ｄ）に対応したギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄと、加算器７２と、減算器７３と、切換え器７５とを備える。 x, theta mode gap length range detector 68 (y, ξ, ψ mode gap length range detector 69) has four outputs of the averaging unit _{27 (27 ') Δx a ~Δx} d (Δy a ~Δy d) Are provided with gap length range detectors 135a to 135d, an adder 72, a subtractor 73, and a switch 75.

ギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄは、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、浮上ギャップ長が所定の範囲内にあるか否かを検出する。加算器７２は、これらのギャップ長範囲検出手器１３５ａ〜１３５ｄの各出力の総和を演算する。減算器７３は、加算器７２の出力から３．５を減じる。切換え器７５は、減算器７３の出力が正のとき１を選択し、減算器７３の出力が正でないときにゼロを選択して出力する。   The gap length range detectors 135a to 135d have the same configuration as that of the first embodiment, and detect whether or not the flying gap length is within a predetermined range. The adder 72 calculates the sum of the outputs of these gap length range detectors 135a to 135d. The subtracter 73 subtracts 3.5 from the output of the adder 72. The switch 75 selects 1 when the output of the subtracter 73 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtractor 73 is not positive.

なお、切換え器７５の出力がｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８（ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９）の出力であることは言うまでもない。   Needless to say, the output of the switch 75 is the output of the x, θ mode gap length range detector 68 (y, ξ, ψ mode gap length range detector 69).

図１２はｘ，θモード記憶器７０の構成を示すブロック図である。   FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the x, θ mode memory 70.

ｘ，θモード記憶器７０は、立下り検出器１８７と、２つの切換え器１９１ｂ，１９１ｃと、２つのメモリー要素１８９ｂ，１８９ｃと、外力範囲検定器１９３’と、２つの乗算器７７ｂ，７７ｃと、２つのローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃとを備える。   The x, θ mode memory 70 includes a falling detector 187, two switches 191b and 191c, two memory elements 189b and 189c, an external force range tester 193 ′, and two multipliers 77b and 77c. Two low-pass filters 78b and 78c are provided.

立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｘ，θモードギャップ長範囲検出器６８の信号を入力する。   The falling detector 187 has the same configuration as that of the first embodiment, and inputs the signal of the x, θ mode gap length range detector 68.

切換え器１９１ｂは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｘを入力すると共にメモリー要素１８９ｂの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｘを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ｂの出力を選択する。切換え器１９１ｃについても同様であり、立下り検出器１８７の出力に応じてΔθまたはメモリー要素１８９ｃの出力を選択する。   The switch 191b inputs Δx from the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and also receives the signal of the memory element 189b, selects Δx when the output of the falling detector 187 becomes 1, and when it is not 1. To select the output of the memory element 189b. The same applies to the switch 191c, and Δθ or the output of the memory element 189c is selected according to the output of the falling detector 187.

メモリー要素１８９ｂ，１８９ｃは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ｂ，１９１ｃの出力を記憶する。   The memory elements 189b and 189c store the outputs of the switchers 191b and 191c with the initial value set to zero, respectively.

外力範囲検定器１９３’は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕ_ｓｘ ^{^}およびｕ_ｓθ ^{^}の値に基づいて１かゼロを出力する。 The external force range tester 193 ′ outputs 1 or zero based on the values of the external force estimated values u _sx ^{^} and u _sθ ^{^} from the control voltage calculation circuit 84.

乗算器７７ｂ，７７ｃは、それぞれに外力範囲検定器１９３’の出力とメモリー要素１８９ｂ，８９ｃの出力との積を演算する。   Multipliers 77b and 77c compute the product of the output of external force range tester 193 'and the output of memory elements 189b and 89c, respectively.

ローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃは、それぞれに乗算器７７ｂ，７７ｃの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。   The low-pass filters 78b and 78c receive the signals from the multipliers 77b and 77c, respectively, and remove predetermined high-frequency components.

ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｘ，θモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ｂ，７８ｃの出力がｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの減算器１３９にΔｘ_ｕ，Δθ_ｕとして入力されていることはいうまでもない。 Here, the outputs of the low-pass filters 78b and 78c corresponding to the gap length deviations in the x and θ modes input from the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 are supplied to the subtracters 139 of the control voltage calculation circuits 86b and 86c in the x and θ modes. Needless to say, they are input as Δx _u and Δθ _u .

外力範囲検定器１９３’は、ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。   The external force range tester 193 ′ includes gain multipliers 80b and 80c, an absolute value adder 79, a low-pass filter 76, a minimum external force setter 215, a maximum external force setter 217, a subtractor 219, and a subtractor 221. And a switcher 223, a switcher 225, and an adder 227.

ゲイン乗算器８０ｂ，８０ｃは、それぞれにｘ，θモードの制御電圧演算回路８６ｂ，８６ｃの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕ_ｓｘ ^{^}およびｕ_ｓθ ^{^}に所定のゲインを乗じる。 The gain multipliers 80b and 80c multiply the external force estimated values u _sx ^{^} and u _sθ ^{^} estimated by the minimum dimension state observers of the control voltage calculation circuits 86b and 86c in the x and θ modes, respectively, by a predetermined gain.

絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ｂの出力の絶対値とゲイン乗算器８０ｃの出力の絶対値とを加算する。   The absolute value adder 79 adds the absolute value of the output of the gain multiplier 80b and the absolute value of the output of the gain multiplier 80c.

ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。   The low pass filter 76 receives the signal of the absolute value adder 79 and removes a predetermined high frequency component.

最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。   The minimum external force setting device 215 sets a predetermined minimum external force. The maximum external force setting device 217 sets a predetermined maximum external force.

減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。   The subtracter 219 subtracts the output of the minimum external force setting unit 215 from the output of the low pass filter 76. The subtractor 221 subtracts the output of the low pass filter 76 from the output of the maximum external force setting device 215.

切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する、
加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３’の出力となっている。 The switch 223 selects 1 when the output of the subtracter 219 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtracter 219 is not positive. The switch 225 selects 1 when the output of the subtractor 221 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtracter 221 is not positive.
The adder 227 adds the output of the switch 223 and the output of the switch 225 and outputs the result. The output of the adder 227 is the output of the external force range tester 193 ′.

図１３はｙ，ξ，ψモード記憶器７１の構成を示すブロック図である。   FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the y, ξ, ψ mode storage 71.

ｙ，ξ，ψモード記憶器７１は、立下り検出器１８７と、３つの切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅと、３つのメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅと、外力範囲検定器１９３”と、３つの乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅと、３つのローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅとを備える。   The y, ξ, ψ mode memory 71 includes a falling detector 187, three switchers 191a, 191d, 191e, three memory elements 189a, 189d, 189e, an external force range tester 193 ″, and three Multipliers 77a, 77d, 77e and three low-pass filters 78a, 78d, 78e are provided.

立下り検出器１８７は、前記第１の実施形態と同様の構成を有し、ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器６９の信号を入力する。   The falling detector 187 has the same configuration as that of the first embodiment, and inputs the signal of the y, ξ, ψ mode gap length range detector 69.

切換え器１９１ａは、ギャップ長偏差座標変換回路７４からΔｙを入力すると共にメモリー要素１８９ａの信号を入力して、立下り検出器１８７の出力が１になったときにΔｙを選択し、１でないときにメモリー要素１８９ａの出力を選択する。切換え器１９１ｄ，１９１ｅについても同様であり、切換え器１９１ｄは立下り検出器１８７の出力に応じてΔξまたはメモリー要素１８９ｄの出力を選択し、切換え器１９１ｅは立下り検出器１８７の出力に応じてΔψまたはメモリー要素１８９ｅの出力を選択する。   The switch 191a inputs Δy from the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 and also receives the signal of the memory element 189a, selects Δy when the output of the falling detector 187 becomes 1, and when it is not 1. The output of the memory element 189a is selected. The same applies to the switching devices 191d and 191e. The switching device 191d selects Δξ or the output of the memory element 189d according to the output of the falling detector 187, and the switching device 191e responds to the output of the falling detector 187. Select Δψ or the output of memory element 189e.

メモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅは、それぞれに初期値をゼロとして切換え器１９１ａ，１９１ｄ，１９１ｅの出力を記憶する。   The memory elements 189a, 189d, and 189e store the outputs of the switches 191a, 191d, and 191e, respectively, with the initial value set to zero.

外力範囲検定器１９３”は、制御電圧演算回路８４からの外力推定値ｕ_ｓｙ ^{^}，ｕ_ｓξ ^{^}およびｕ_ｓψ ^{^}の値に基づいて１かゼロを出力する。 The external force range tester 193 ″ outputs 1 or zero based on the values of the external force estimation values u _sy ^{^} , u _sξ ^{^} and u _sψ ^{^} from the control voltage calculation circuit 84.

乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅは、それぞれに外力範囲検定器１９３”の出力とメモリー要素１８９ａ，１８９ｄ，１８９ｅの出力との積を演算する。   Multipliers 77a, 77d, and 77e calculate the product of the output of the external force range tester 193 "and the output of the memory elements 189a, 189d, and 189e, respectively.

ローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅは、それぞれに乗算器７７ａ，７７ｄ，７７ｅの信号を入力し、所定の高周波成分を除去する。   Low-pass filters 78a, 78d, and 78e receive the signals from multipliers 77a, 77d, and 77e, respectively, and remove predetermined high-frequency components.

ここで、ギャップ長偏差座標変換回路７４から入力されるｙ，ξ，ψモードのギャップ長偏差に対応するローパスフィルタ７８ａ，７８ｄ，７８ｅの出力がｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの減算器１３９にΔθ_ｕ，Δξ_ｕ，Δψ_ｕとして入力されていることはいうまでもない。 Here, the outputs of the low-pass filters 78a, 78d, and 78e corresponding to the gap length deviations in the y, ξ, and ψ modes input from the gap length deviation coordinate conversion circuit 74 are the control voltage arithmetic circuits 86a in the y, ξ, and ψ modes, Needless to say, Δθ _u , Δξ _u , and Δψ _u are input to the subtracters 139 of 86d and 86e.

外力範囲検定器１９３”は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅと、絶対値加算器７９と、ローパスフィルタ７６と、最小外力設定器２１５と、最大外力設定器２１７と、減算器２１９と、減算器２２１と、切換え器２２３と、切換え器２２５と、加算器２２７とを備える。   The external force range tester 193 ″ includes a gain multiplier 80a, 80d, 80e, an absolute value adder 79, a low-pass filter 76, a minimum external force setter 215, a maximum external force setter 217, a subtractor 219, and a subtractor. A switch 221, a switch 223, a switch 225, and an adder 227.

ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅは、それぞれにｙ，ξ，ψモードの制御電圧演算回路８６ａ，８６ｄ，８６ｅの最小次元状態観測器で推定された外力推定値ｕ_ｓｙ ^{^}，ｕ_ｓξ ^{^}，およびｕ_ｓψ ^{^}に所定のゲインを乗じる。 The gain multipliers 80a, 80d, and 80e are respectively estimated external force values u _sy ^{^} , u _sξ ^{^} estimated by the minimum dimensional state observer of the control voltage calculation circuits 86a, 86d, and 86e in the y, ξ, and ψ modes, and _Multiply u _sψ ^{^} by a predetermined gain.

絶対値加算器７９は、ゲイン乗算器８０ａ，８０ｄ，８０ｅの各出力の絶対値を加算する。   The absolute value adder 79 adds the absolute values of the outputs of the gain multipliers 80a, 80d, and 80e.

ローパスフィルタ７６は、絶対値加算器７９の信号を入力して所定の高周波成分を除去する。   The low pass filter 76 receives the signal of the absolute value adder 79 and removes a predetermined high frequency component.

最小外力設定器２１５は、所定の最小外力を設定する。最大外力設定器２１７は、所定の最大外力を設定する。   The minimum external force setting device 215 sets a predetermined minimum external force. The maximum external force setting device 217 sets a predetermined maximum external force.

減算器２１９は、ローパスフィルタ７６の出力から最小外力設定器２１５の出力を減じる。減算器２２１は、最大外力設定器２１５の出力からローパスフィルタ７６の出力を減じる。   The subtracter 219 subtracts the output of the minimum external force setting unit 215 from the output of the low pass filter 76. The subtractor 221 subtracts the output of the low pass filter 76 from the output of the maximum external force setting device 215.

切換え器２２３は、減算器２１９の出力が正のとき１を選択し、減算器２１９の出力が正でないときゼロを選択して出力する。切換え器２２５は、減算器２２１の出力が正のとき１を選択し、減算器２２１の出力が正でないときゼロを選択して出力する。   The switch 223 selects 1 when the output of the subtracter 219 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtracter 219 is not positive. The switch 225 selects 1 when the output of the subtracter 221 is positive, and selects and outputs zero when the output of the subtracter 221 is not positive.

加算器２２７は、切換え器２２３の出力と切換え器２２５の出力とを加算して出力する。この加算器２２７の出力が外力範囲検定器１９３”の出力となっている。   The adder 227 adds the output of the switch 223 and the output of the switch 225 and outputs the result. The output of the adder 227 is the output of the external force range tester 193 ″.

ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１をこのような構成とすることで、エレベータが稼動中に移動体１６が受ける様々な外力、例えば、乗りかご２０への台車等の乗り込みや乗りかご２０内での人や積載物の移動などに対し、定常的な過大偏荷重トルクの印加とみなせる場合にのみゼロパワー制御からギャップ長一定制御に移行してガイドレール１４，１４’に対する移動体１６の浮上姿勢を固定して接触防止を図ることができる。また、ゼロパワー制御に切換え可能な過大偏荷重トルクの減少を確実に検知することが可能となる。   By configuring the x, θ mode storage 70 and the y, ξ, ψ mode storage 71 in such a configuration, various external forces received by the moving body 16 during operation of the elevator, such as a carriage to the car 20, etc. The guide rails 14 and 14 are shifted from the zero power control to the constant gap length control only when it can be considered that a constant excessive load torque is applied to the vehicle or the movement of the person or the load in the car 20. It is possible to prevent contact by fixing the floating posture of the moving body 16 with respect to '. In addition, it is possible to reliably detect a decrease in excessive bias load torque that can be switched to zero power control.

一方、ζ，δおよびγの３つのモードの制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃの構成を図１４に示す。制御電圧演算回路８８ａ〜８８ｃは同じ構成であり、また、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同じ構成要素を有する。ここでは、上下動モード制御電圧演算回路８６ａと同一部分に同一符号を付し、’を付して区別する。ただし、電流偏差に乗せられるゲインを設定するゲイン補償器についてはスカラー量であるため、ゲイン補償器８１とした。   On the other hand, FIG. 14 shows the configuration of the control voltage calculation circuits 88a to 88c in the three modes ζ, δ, and γ. The control voltage calculation circuits 88a to 88c have the same configuration, and have the same components as the vertical movement mode control voltage calculation circuit 86a. Here, the same reference numerals are given to the same portions as those in the vertical movement mode control voltage calculation circuit 86a, and a distinction is made by adding '. However, since the gain compensator for setting the gain to be added to the current deviation is a scalar quantity, the gain compensator 81 is used.

次に、以上のように構成された磁気浮上装置の動作について説明する。   Next, the operation of the magnetic levitation apparatus configured as described above will be described.

本装置が停止状態にあるとき、磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触し、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に接触している。このとき、固体潤滑部材４３の働きにより、移動体１６の昇降動作が妨げられることはない。   When the apparatus is in a stopped state, the tips of the central iron cores 32 of the magnet units 30a and 30d come into contact with the opposing surface of the guide rail 14 via the solid lubricant member 43, and the tips of the electromagnets 36a 'and 36d' are solid lubricant members. It is in contact with the opposing surface of the guide rail 14 through 43. At this time, the lifting operation of the moving body 16 is not hindered by the action of the solid lubricating member 43.

この状態で、本装置を起動させると、ｙモードおよびｘモードにおいて励磁電圧調整部９９の動作によりギャップセンサを用いた磁気浮上制御が行なわれる。制御装置４４は、浮上制御演算部６５を通じて永久磁石３４が発生する磁束と同じ向きまたは逆向きの磁束を各電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’に発生させると共に、磁石ユニット３０ａ〜３０ｄとガイドレール１４，１４’との間に所定の空隙長を維持させるべく各コイル４０に流す電流を制御する。   When this apparatus is activated in this state, magnetic levitation control using a gap sensor is performed by the operation of the excitation voltage adjusting unit 99 in the y mode and the x mode. The control device 44 causes the electromagnets 36a, 36a ′ to 36d, and 36d ′ to generate a magnetic flux in the same direction as or opposite to the magnetic flux generated by the permanent magnet 34 through the levitation control calculation unit 65, and the magnet units 30a to 30d and the guides. In order to maintain a predetermined gap length between the rails 14 and 14 ', the current flowing through each coil 40 is controlled.

これによって、図８に示すように、永久磁石３４〜鉄心３８，４２〜空隙Ｇ〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃおよび永久磁石３４’〜鉄心３８、４２〜空隙Ｇ’〜ガイドレール１４（１４’）〜空隙Ｇ”〜中央鉄心３２〜永久磁石３４の経路からなる磁気回路Ｍｃ’が形成される。   As a result, as shown in FIG. 8, the permanent magnet 34 to the iron cores 38, 42 to the gap G to the guide rail 14 (14 ′) to the gap G ″ to the central iron core 32 to the permanent magnet 34 and the permanent magnetic circuit Mc and the permanent magnet 34. A magnetic circuit Mc ′ comprising paths of magnets 34 ′ to iron core 38, 42 to gap G ′, guide rail 14 (14 ′) to gap G ″, central iron core 32 to permanent magnet 34 is formed.

このとき、空隙Ｇ，Ｇ’，Ｇ”におけるギャップ長は、永久磁石３４の起磁力による各磁石ユニット３０ａ〜３０ｄの磁気的吸引力が移動体１６の重心に作用するｙ軸方向前後力、同ｘ方向左右力、移動体１６の重心を通るｘ軸回りのトルク、同ｙ軸回りのトルクおよび同ｚ軸回りのトルクと丁度釣合うような長さになる。   At this time, the gap length in the gaps G, G ′, G ″ is the same as the longitudinal force in the y-axis direction in which the magnetic attractive force of each of the magnet units 30 a to 30 d due to the magnetomotive force of the permanent magnet 34 acts on the center of gravity of the moving body 16. The length is just balanced with the lateral force in the x direction, the torque around the x axis passing through the center of gravity of the moving body 16, the torque around the y axis, and the torque around the z axis.

制御装置４４は、これらの釣合いを維持すべく、移動体１６に外力が作用したときに電磁石３６ａ，３６ａ’〜３６ｄ，３６ｄ’の励磁電流制御を行う。これによって、所謂ゼロパワー制御がなされ、移動体１６の非接触状態が保持される。   In order to maintain these balances, the control device 44 performs excitation current control of the electromagnets 36a, 36a 'to 36d, 36d' when an external force is applied to the moving body 16. Thus, so-called zero power control is performed, and the non-contact state of the moving body 16 is maintained.

ここで、乗りかご２０内の乗客や積荷の偏り、乗客の乗り降り等が原因で移動体１６に過大な外力が加えられたとする。このような場合、ゼロパワー制御では、磁石ユニット３０とガイドレール１４，１４’間のギャップ長が減少し、ついには接触に至ることになる。こうなると、乗りかご２０に振動が直接伝播するので、乗り心地が極端に悪化する。   Here, it is assumed that an excessive external force is applied to the moving body 16 due to the passengers in the car 20, the load bias, the passenger getting on and off, and the like. In such a case, in the zero power control, the gap length between the magnet unit 30 and the guide rails 14 and 14 ′ is decreased, and finally contact is reached. When this happens, the vibration directly propagates to the car 20, so the ride quality is extremely deteriorated.

これに対し、本発明では、過大な偏荷重トルクが印加されると、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御に切り換わるので、移動体１６（磁石ユニット３０）がガイドレール１４，１４’に接触することを防ぐことができる。また、偏荷重トルクが減少すると、再びゼロパワー制御に戻るので、電力が無駄に消費されることもない。   On the other hand, in the present invention, when an excessive bias load torque is applied, the zero power control is switched to the constant gap length control, so that the moving body 16 (magnet unit 30) contacts the guide rails 14, 14 ′. Can be prevented. Further, when the offset load torque decreases, the zero power control is resumed, so that power is not wasted.

さらに、ゼロパワー制御とギャップ長一定制御の切換え時には、ｘ，θモード記憶器７０とｙ，ξ，ψモード記憶器７１が備えるローパスフィルタ７６，７８の作用により、切換えの頻度とギャップ長目標値の急変が防止されるので、良好な乗り心地が維持される。   Further, at the time of switching between zero power control and constant gap length control, the switching frequency and gap length target value are obtained by the action of the low-pass filters 76 and 78 included in the x, θ mode storage 70 and the y, ξ, ψ mode storage 71. As a result, sudden changes in the vehicle speed are prevented, so that a good riding comfort is maintained.

本装置が運転を終えて停止する場合には、目標値設定部７４において、ｙモードおよびｘモードの目標値をゼロから徐々に負の値とする。これにより、移動体１６はｙ軸、ｘ軸方向に徐々に移動し、最終的に磁石ユニット３０ａ，３０ｄの中央鉄心３２の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着すると共に、電磁石３６ａ’，３６ｄ’の先端が固体潤滑部材４３を介してガイドレール１４の対向面に吸着する。この状態で本装置を停止させると、目標値設定部７４の出力がすべてゼロにリセットされ、移動体１６がガイドレール１４に吸着する。   When this apparatus finishes operation and stops, the target value setting unit 74 gradually sets the target values in the y mode and x mode from zero to negative values. As a result, the moving body 16 gradually moves in the y-axis and x-axis directions, and finally the tips of the central iron cores 32 of the magnet units 30a and 30d are attracted to the opposing surface of the guide rail 14 via the solid lubricating member 43. At the same time, the tips of the electromagnets 36 a ′ and 36 d ′ are attracted to the opposing surface of the guide rail 14 through the solid lubricating member 43. When this apparatus is stopped in this state, all outputs of the target value setting unit 74 are reset to zero, and the moving body 16 is attracted to the guide rail 14.

上述したように、本装置では、最小ギャップ長と最大ギャップ長を設定するだけで、ゼロパワー制御からギャップ長一定制御への切換え条件を設定できる。したがって、エレベータのように多くの制御軸を有し、移動体が様々な姿勢をとる物体に適用する場合において、切換え調整を簡便にして、調整時間の削減、コストの低減を図ることができる。   As described above, in this apparatus, the switching condition from zero power control to constant gap length control can be set only by setting the minimum gap length and the maximum gap length. Therefore, when applied to an object having a large number of control axes such as an elevator and the moving body taking various postures, it is possible to simplify the switching adjustment, thereby reducing the adjustment time and the cost.

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

前記第１および第２の実施形態では、磁石ユニットが浮上体側に取付けられていたが、これは磁石ユニットの取付け位置をなんら限定するものでなく、図１５に示すように、磁石ユニットを地上側に配置しても良い。なお、説明の簡単化のために、以下、第１および第２の実施形態と共通する部分には同一の符号を用いて説明する。   In the first and second embodiments, the magnet unit is attached to the floating body side, but this does not limit the attachment position of the magnet unit at all, and as shown in FIG. You may arrange in. For simplification of description, the same reference numerals are used for the portions common to the first and second embodiments.

図１５は本発明の第３の実施形態に係る磁気浮上装置の構成を示す図であり、その全体の構成が符号３００で示されている。   FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a magnetic levitation apparatus according to the third embodiment of the present invention, and the overall configuration is denoted by reference numeral 300.

磁気浮上装置３００は、補助支持部３０２、磁石ユニット１０７、ガイド３０４、防振台テーブル３０６、リニアガイド３０８、励磁電圧演算部１１５、パワーアンプ３１３、ギャップセンサ１２１および電流センサ１２３を備えている。   The magnetic levitation apparatus 300 includes an auxiliary support 302, a magnet unit 107, a guide 304, a vibration isolation table 306, a linear guide 308, an excitation voltage calculator 115, a power amplifier 313, a gap sensor 121, and a current sensor 123.

補助支持部３０２は、断面がコ字形状をなし、例えばアルミ部材などの非磁性体で形成される。この補助支持部３０２は地上に設置されており、磁石ユニット１０７は補助支持部３０２の上部下面に下向きに取付けられている。   The auxiliary support portion 302 has a U-shaped cross section, and is formed of a nonmagnetic material such as an aluminum member. The auxiliary support portion 302 is installed on the ground, and the magnet unit 107 is attached downward on the lower surface of the upper portion of the auxiliary support portion 302.

ガイド３０４は、磁石ユニット１０７に対向する断面がコ字形状をなし、例えば鉄などの強磁性部材で形成されている。防振台テーブル３０６は、このガイド３０４を底部上面に備えており、全体としてコ字形状に形成されている。リニアガイド３０８は、防振台テーブル３０６の側面に取付けられ、地上に対して垂直方向にのみ動きの自由度を防振台テーブル３０６に付与している。   The guide 304 has a U-shaped cross section facing the magnet unit 107, and is formed of a ferromagnetic member such as iron. The anti-vibration table 306 includes the guide 304 on the upper surface of the bottom, and is formed in a U shape as a whole. The linear guide 308 is attached to the side surface of the vibration isolation table 306, and gives the vibration isolation table 306 a degree of freedom of movement only in a direction perpendicular to the ground.

励磁電圧演算部１１５は、磁石ユニット１０７の吸引力を制御して防振テーブル３０６を非接触で支持するための制御を行う。パワーアンプ３１３は、励磁電圧演算部１１５の出力に基づいて磁石ユニット１０７を励磁するための図示せぬ電源に接続されている。ギャップセンサ１２１は磁石ユニット１０７とガイド３０４間の浮上ギャップ長を防振台テーブル３０６と補助支持部３０２間の距離を測定することで検出している。電流センサ１２３は、磁石ユニット１０７の励磁電流を検出する。   The excitation voltage calculation unit 115 performs control for supporting the vibration isolation table 306 in a non-contact manner by controlling the attractive force of the magnet unit 107. The power amplifier 313 is connected to a power source (not shown) for exciting the magnet unit 107 based on the output of the excitation voltage calculation unit 115. The gap sensor 121 detects the floating gap length between the magnet unit 107 and the guide 304 by measuring the distance between the vibration isolation table 306 and the auxiliary support portion 302. The current sensor 123 detects the excitation current of the magnet unit 107.

ここで、励磁電圧演算部１１５は第１の実施形態と同一の構成をとっており、ここでは説明を省略する。   Here, the excitation voltage calculation unit 115 has the same configuration as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted here.

本実施形態によれば、磁石ユニット１０７を地上側に配置したことにより、可動部である防振テーブル３０６からの配線がなくなり、装置の信頼性が向上するといった利点がある。   According to the present embodiment, by arranging the magnet unit 107 on the ground side, there is an advantage that the wiring from the anti-vibration table 306 which is a movable part is eliminated and the reliability of the apparatus is improved.

なお、前記各実施形態では、磁気浮上を行う制御装置（励磁電圧演算部１１５）がアナログ的な構成として説明されているが、本発明は、アナログの制御方式に限定されるものではなく、デジタル制御にて構成することも可能である。   In each of the embodiments described above, the control device (excitation voltage calculation unit 115) that performs magnetic levitation is described as an analog configuration, but the present invention is not limited to an analog control method, and digital It is also possible to configure by control.

また、励磁部の構成としてパワーアンプを用いているが、これはドライバの方式を何ら限定するものではなく、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）形のものであって何ら差し支えない。   In addition, although a power amplifier is used as the configuration of the excitation unit, this does not limit the driver system, and may be of the PWM (Pulse Width Modulation) type, for example.

この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。要するに、本発明は前記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. In short, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various forms can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the respective embodiments. For example, some components may be omitted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

Ｌ１，Ｌ１’…支持制御手段、Ｌ２…ゼロパワー制御手段、Ｌ３…ギャップ一定制御手段、１，１’，１０，３００…磁気浮上装置、１０３，３４，３４’…永久磁石、１０５，３６，３６’…電磁石、１０７，３０…磁石ユニット、１０９…負荷荷重、１１１…浮上体、１１３，３０４…ガイド、１１５…励磁電圧演算部、ドライバ…１１６、１２５，３０２…補助支持部、１１７，３８，３８’，４２…鉄心、１１９，１１９’，４０，４０’…コイル、１２１…ギャップセンサ、１２３…電流センサ、１２８…リード線、１３０，６１…センサ部、１３１，１３９，１５５，１６１，１６５，１７１，１７７，１７９，１９７，２１９，２２１，７３…減算器、１３３…ゼロパワー制御器、１３５…ギャップ長範囲検出器、１３７…記憶器、１４１…ギャップ長一定制御器、１４３，１４５，８０…ゲイン乗算器、１４７，２２７，７２…加算器、１４９，１４９’…最小次元状態観測器、１５１，１５１’，８１…ゲイン補償器、１５３…励磁電流設定器、１５７，１６７，７５，１８１，１８３，１９１，２０３，２０５，２０９，２１１，２２３，２２５…切換え器、１５９…電流積分器、１６３…ギャップ長設定器、１６９…ギャップ長偏差積分器、１７３…最小ギャップ長設定器、１７５…最大ギャップ長設定器、１８５，１９５，７７，２０７…乗算器、１８７…立下り検出器、１８９…メモリー要素、１９３，１９３’，１９３”…外力範囲検定器、２０１…遅れ要素、２１５…最小外力設定器、２１７…最大外力設定器、１２…エレベータシャフト、１４，１４’…ガイドレール、１６…移動体、１８ａ〜１８ｄ…案内ユニット、１５…ロープ、２０…乗りかご、２２…フレーム部、２４…台座、２６…ｘ方向ギャップセンサ、２８…ｙ方向ギャップセンサ、３２…中央鉄心、４３…個体潤滑部材、４４…制御装置、６２…演算回路、６３，６３’，３１３…パワーアンプ、４６…電源、４８…定電圧発生装置、６６…電流検出器、２７，２７’…平均化部、７４…ギャップ長偏差座標変換回路、８３…電流偏差座標変換回路、８４…制御電圧演算回路、８５…制御電圧座標逆変換回路、６８…ｘ，θモードギャップ長範囲検出器、６９…ｙ，ξ，ψモードギャップ長範囲検出器、７０…ｘ，θモード記憶器、７１…ｙ，ξ，ψモード記憶器、８６ａ…前後動モード制御電圧演算回路、８６ｂ…左右動モード制御電圧演算回路、８６ｃ…ロールモード制御電圧演算回路、８６ｄ…ピッチモード制御電圧演算回路、８６ｅ…ヨーモード制御電圧演算回路、８８ａ…全吸引モード制御電圧演算回路、８８ｂ…ねじれモード制御電圧演算回路、８８ｃ…歪モード制御電圧演算回路、７８，７６…ローパスフィルタ、７９…絶対値加算器、３０６…防振台テーブル、３０８…リニアガイド。   L1, L1 '... support control means, L2 ... zero power control means, L3 ... constant gap control means, 1, 1', 10, 300 ... magnetic levitation device, 103, 34, 34 '... permanent magnet, 105, 36, 36 '... electromagnet, 107, 30 ... magnet unit, 109 ... load load, 111 ... floating body, 113,304 ... guide, 115 ... excitation voltage calculator, driver ... 116, 125,302 ... auxiliary support, 117,38 , 38 ', 42 ... iron core, 119, 119', 40, 40 '... coil, 121 ... gap sensor, 123 ... current sensor, 128 ... lead wire, 130, 61 ... sensor part, 131, 139, 155, 161, 165, 171, 177, 179, 197, 219, 221, 73 ... subtractor, 133 ... zero power controller, 135 ... gap length range detector, 137 ... 141, constant gap length controller, 143, 145, 80 ... gain multiplier, 147, 227, 72 ... adder, 149, 149 '... minimum dimensional state observer, 151, 151', 81 ... gain compensator 153, excitation current setting device, 157, 167, 75, 181, 183, 191, 203, 205, 209, 211, 223, 225 ... switching device, 159 ... current integrator, 163 ... gap length setting device, 169 ... Gap length deviation integrator, 173 ... Minimum gap length setter, 175 ... Maximum gap length setter, 185, 195, 77, 207 ... Multiplier, 187 ... Falling detector, 189 ... Memory element, 193, 193 ', 193 "... external force range tester, 201 ... delay element, 215 ... minimum external force setter, 217 ... maximum external force setter, 12 ... elevator shaft, 14, 4 '... guide rail, 16 ... moving body, 18a-18d ... guide unit, 15 ... rope, 20 ... car, 22 ... frame part, 24 ... pedestal, 26 ... x-direction gap sensor, 28 ... y-direction gap sensor, 32 ... Central iron core, 43 ... Solid lubricating member, 44 ... Control device, 62 ... Arithmetic circuit, 63, 63 ', 313 ... Power amplifier, 46 ... Power source, 48 ... Constant voltage generator, 66 ... Current detector, 27, 27 '... averaging unit, 74 ... gap length deviation coordinate conversion circuit, 83 ... current deviation coordinate conversion circuit, 84 ... control voltage calculation circuit, 85 ... control voltage coordinate inverse conversion circuit, 68 ... x, θ mode gap length range detection 69 ... y, ξ, ψ mode gap length range detector, 70 ... x, θ mode memory, 71 ... y, ξ, ψ mode memory, 86a ... longitudinal motion mode control voltage calculation circuit, 86b ... left and right motion Mo Mode control voltage calculation circuit, 86c ... roll mode control voltage calculation circuit, 86d ... pitch mode control voltage calculation circuit, 86e ... yaw mode control voltage calculation circuit, 88a ... full suction mode control voltage calculation circuit, 88b ... torsion mode control voltage calculation Circuit, 88c ... Strain mode control voltage calculation circuit, 78, 76 ... Low pass filter, 79 ... Absolute value adder, 306 ... Anti-vibration table, 308 ... Linear guide.

Claims (6)

強磁性体のガイドと、
このガイドに空隙を介して対向し、当該空隙中において磁路を共有する電磁石と永久磁石で構成される磁石ユニットと、
前記ガイドに作用する前記磁石ユニットの吸引力によって非接触で支持される浮上体と、
前記電磁石の励磁電流を検出する電流センサと前記浮上体の浮上時における前記磁石ユニットと前記ガイドとの間のギャップ長を検出するギャップセンサとからなるセンサ部と、
前記ギャップセンサの出力が予め設定された範囲内にあるか否かを検出するギャップ長範囲検出手段と、
このギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、その時点でのギャップ長と基準値との偏差を示すギャップ長偏差を記憶する記憶手段と、
前記センサ部の出力に基づいて前記電磁石の励磁電流を制御して、前記浮上体の運動を前記ガイドに対して非接触状態で安定化させる支持制御手段と、
この支持制御手段によって前記浮上体が前記ガイドに対して非接触状態で支持されている状態で、前記電流センサの出力に基づいて前記電磁石の励磁電流をゼロに収束させて前記浮上体の運動を安定化させる電流積分器を有するゼロパワー制御手段と、
前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差に基づいて前記キャップ長を一定の状態で維持して前記浮上体の運動を安定化させるギャップ長偏差積分器を有するギャップ長一定制御手段と、
前記ギャップ長範囲検出手段の出力に基づいて前記ゼロパワー制御手段と前記ギャップ長一定制御手段を切り換えるべく、前記電流積分器および前記ギャップ長偏差積分器の入力を交互にゼロにする積分切換え手段と、
前記浮上体に印加される外力を推定する状態観測手段と、
この状態観測手段によって推定された外力に基づいて前記記憶手段をリセットするリセット手段と
を具備したことを特徴とする磁気浮上装置。 A ferromagnetic guide,
A magnet unit that is opposed to this guide through a gap and is composed of an electromagnet and a permanent magnet that share a magnetic path in the gap,
A levitated body supported in a non-contact manner by the attractive force of the magnet unit acting on the guide;
A sensor unit including a current sensor that detects an excitation current of the electromagnet and a gap sensor that detects a gap length between the magnet unit and the guide when the floating body is levitated;
Gap length range detection means for detecting whether the output of the gap sensor is within a preset range;
Storage means for storing a gap length deviation indicating a deviation between a gap length at that time and a reference value when a state in which the output of the gap sensor is out of the range is detected by the gap length range detection means;
A support control means for controlling the exciting current of the electromagnet based on the output of the sensor unit and stabilizing the movement of the levitating body in a non-contact state with respect to the guide;
In a state where the floating body is supported in a non-contact state with respect to the guide by the support control unit, the exciting current of the electromagnet is converged to zero based on the output of the current sensor, and the movement of the floating body is performed. Zero power control means with a current integrator to stabilize;
A gap length constant control means having a gap length deviation integrator that stabilizes the movement of the floating body by maintaining the cap length in a constant state based on the gap length deviation stored in the storage means;
Integration switching means for alternately setting the inputs of the current integrator and the gap length deviation integrator to zero so as to switch between the zero power control means and the constant gap length control means based on the output of the gap length range detection means; ,
State observing means for estimating an external force applied to the levitating body;
A magnetic levitation apparatus comprising: reset means for resetting the storage means based on an external force estimated by the state observation means. 前記積分切換え手段は、前記ギャップ長範囲検出手段によって前記ギャップセンサの出力が前記範囲から外れた状態が検出されたときに、前記電流積分器の入力をゼロにして、前記ゼロパワー制御手段から前記ギャップ長一定制御手段へ切り換えることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。   The integral switching means sets the input of the current integrator to zero when the gap length range detecting means detects that the output of the gap sensor is out of the range, and the zero power control means 2. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the magnetic levitation apparatus is switched to a constant gap length control means. 前記ゼロパワー制御手段の出力と前記ギャップ長一定制御手段の出力の線形和を演算する線形和演算手段をさらに具備し、
前記線形和演算手段の出力に基づいて、前記磁石ユニットの吸引力を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。 Linear sum calculating means for calculating a linear sum of the output of the zero power control means and the output of the constant gap length control means,
The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein an attractive force of the magnet unit is controlled based on an output of the linear sum calculation means. 前記状態観測手段によって推定された外力をローパスフィルタを介して前記記憶手段に入力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。   2. The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the external force estimated by the state observation means is input to the storage means via a low pass filter. 前記記憶手段に記憶されたギャップ長偏差をローパスフィルタを介して出力することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。   The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the gap length deviation stored in the storage means is output through a low-pass filter. 前記浮上体は、エレベータの乗りかごであることを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。   The magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein the levitating body is an elevator car.

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