JPS61202406A

JPS61202406A - 磁気浮上装置

Info

Publication number: JPS61202406A
Application number: JP4097085A
Authority: JP
Inventors: ロバート・ダブリユ・ボスレイ
Original assignee: REBITORON INTERNATL Ltd
Current assignee: REBITORON INTERNATL Ltd
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-09-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁気浮上システムに係り、特に、磁気的に反
応して浮上される対象物の重量を支える揚力を発生する
ために軸対称に発散する磁界を利用する形式の磁気浮上
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

磁気浮上システムには、２つの基本的なタイプがある。

すなわち、（１）２つの磁気エレメント間の軸方向の吸
引力に基づくものと、（２）２つの磁気エレメント間の
軸方向の反発力に基づくものとである。

吸引力タイプの浮上システムにおいては、固定磁界を発
生するエレメントが浮上部材の上方に配置される。該浮
上部材は磁界に反応するエレメントを有している。これ
ら固定磁界と浮上部材との間には吸引力が存在する。浮
上部材の軸方向位置の長期間にわたる安定性を確保する
ため、該吸引力の軸方向成分は、浮上部材の高さの増加
にとも。

なって減少するものでなければならない。浮上部材の横
方向位置の長期間にわたる安定性を確保するため、該吸
引力の水平方向成分は、浮上部材の横方向位置の誤差と
相反するものでなければならない。

浮上部材が、目に見えるいかなる支持手段も存在しない
重力場内に、浮揚される吸引力タイプの磁気浮上システ
ムにおいては、可変磁界が固定エレメントによって発生
され、且つ浮上部材は磁界に反応するエレメントを有し
ていなければならない。固定磁界は、電磁石により、あ
るいはＮ１１石と永久磁石との組合せにより発生させ得
る。

反発力タイプの浮上システムにおいては、固定磁界を発
生するエレメントは浮上部材の下方に配置される。該浮
上部材は、永久磁石を含み磁界に反応するエレメントを
有している。これら固定磁界と浮上部材との間には反発
力が存在する。浮上部材の軸方向位置の長期間にわたる
安定性を確保するため、該反発力の軸方向成分は、浮上
部材の高さの増加にともなって減少するものでなければ
ならない。浮上部材の横方向位置の長期間にわたる安定
性を確保するため、該反発力の横方向成分は、浮上部材
の横方向位置の誤差と相反するものでなければならない
。

浮上部材が、目に見えるいかなる支持手段も存在しない
重力場内に、浮揚される反発力タイプの磁気浮上システ
ムにおいては、軸に対する非対称性を制御し得る磁界が
固定エレメントによって発生され、且つ浮上部材は磁界
に反応するエレメントを有していなければならない。固
定磁界は、電磁石アレイにより、あるいは永久磁石と電
磁石アレイとの組合せにより発生させ得る。磁界に反応
するエレメントは、永久磁石または永久磁石アレイであ
る。

支持磁界を発生させるための吸引力タイプの全ての実用
的なシステムにおいては、磁界の勾配が重力場の勾配よ
りもはるかに大きいから、静止支持システムにおいては
、磁気浮上刃が重力とちょうど釣合い、浮上対象におけ
る正味の力がゼロとなるような位置は唯一つ存在する。

しかし、実用的なシステムにおいては、極めて僅かな動
揺が浮上対象物を該位置から移動させ、そして該対象物
は印加される正味の力の方向における力勾配に追随する
ので、正味の力がゼロの位置における所望の浮上を実現
することは不可能である。

したがって、実用的な磁力浮上システムは、正味の力場
に応答し浮上対象物の実際の動きより速い応答をもって
重力場を調整し得るある種のフィードバックサーボ機構
を有する動的システムが必要となる。このような、動的
浮上システムは、磁気浮上場を展開するための１個もし
くはそれ以上の電磁場コイルと、浮上部材の実際の位置
を監視し且つ浮上部材の瞬時位置のどんな動揺または小
さな変化をも補償すべく、電磁場発生エレメントに印加
される電流レベルを充分な速度をもって刺部するように
結合されたセンサとを用いることによってかなり容易に
実現できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ここまでに述べたタイプの浮上システムにおいては、電
磁場を展開するため大きな電力が必要となる。そのため
、実質的な関心事である配置構成は、一般に、電磁場発
生装置と共に永久磁石の組合せを含んでおり、そして、
それは浮揚対象物を支持するための電磁場の連続的な印
加には依存しない。浮上システムに永久磁石の適切な組
合せを含ませることにより、磁気浮上を確立するために
必要な電力消費を実質的に減少させることができる。そ
のようなシステムにおいては、永久磁石の磁力と重力と
間の釣合い位置を復元するのに必要な電力のみが必要と
なる。

〔問題点を解決するための手段およびその作用〕簡単に
は、本発明に従った構成は、ここに述べられた原理の実
施に適する構成による磁気浮上装置からなる。本発明の
実施例の動作原理は、例えば回転機械類の分野における
ように、多くの異なる構成への応用が可能であることが
理解されるべきである。浮上部材としてのピラミッド形
状についての記述における本発明の詳細な説明理の応用
の範囲を制限することがあってはならない。

吸引タイプの浮上システムの具体的な応用例に従って本
発明を実施した装置は、両者間の空間に伸びる３本の脚
部により相互に連結された上側ボックスと下側ボックス
とを有する直方体の形状をなす。上記脚部は、上側・ボ
ックスを支持し、且つ両ボックス間の導電ワイヤを隠す
ために用いられる。浮上エレメントは、切９１（頭部が
切取られた》ピラミッド形状をなし、且つ上記２個のボ
ックスの間の限定された空間内に浮揚のために配置され
る。ピラミッド形状は、美学上および機能上の両方の理
由により採用ざれる。該ピラミッドは、実質的に切頭ピ
ラミッドの高さに延びる細長い円柱形状の磁気エレメン
トを有している。ピラミッドの基部近傍には、該磁気エ
レメントを囲み且つ該磁気エレメントの直径よりも実質
的に大きな直径を有して、垢いワイヤの数ターンからな
り、且つ同調をとるためのコンデンサと抵抗の並列の組
合せを有する直列閉回路内に接続される電気コイルの形
のターゲットコイルが設けられる。

また、上側ボックスも、細長い円柱形状の磁気エレメン
トを有している。この磁気エレメントは、該磁気エレメ
ントを囲む多数ターンのフォースコイルを有している。

このコイルは、外部で電気的駆動回路に接続されている
。ピラミッドおよび上側ボックスの両磁気エレメントの
いずれかは永久磁石であってもよい。

下側コイルは、少なくとも、ピラミッドコイルと相互に
作用するためピラミッド内のターゲットコイルの平均直
径を越える平均直径を有しておおむね水平に配置された
比較的少数ターンのセンシングコイルを有している。下
側ボックスのセンシングコイルは、同調発揚回路内に接
続される。該同調発振回路は、ターゲットコイルとの相
互作用を通して、ピラミッドの位置および移動を検出し
、且つ適切な整流、フィルタリングおよびダンピング（
制動）回路要素を介して、検出されたヌル（ｎｕｌｌ）
位置からのピラミッドの偏倚を補償するため上側ボック
ス内のフォースコイルの駆動回路に信号を与える。該ヌ
ル位置は、ピラミッドが、純粋に、重力場に対抗する永
久磁界のバランスによって支持される位置として定義さ
れる。このヌル位置は、例えばピラミッドの重量が変化
した場合、あるいは永久磁界または重力場が一定でない
場合に変化する。

浮上エレメントとしての適切な支持のために上記ピラミ
ッドは、複数のモードにおける移動に対して安定化され
ていなければならない。該モードの主要なものは次のよ
うに定義される。モード１は、ヌル位置から上下する垂
直すなわち軸方向の動きに関するものである。モード２
は、ピラミッドがヌル位置から横方向へ偏倚するような
、ピラミッドの旋回の要素を含んでいるが、主として、
ヌル位置に間しての一側から他側への横の動きである。

モード３は、主として、ピラミッド内のいくつかの旋回
中心についてのティルトモードである。これらのモード
の各々は、ヌル位置についての振動を含んでいる。該振
動は、制御回路要素に影響されて制動される。典型的に
は、モード１における振動は、はぼ１．５Ｈ２の固有共
振周波数を有しており、モード２における振動は、はぼ
１Ｈ２の共振であり、そしてモード３における振動は、
はぼ５Ｈｚの共振である。これらのモードには、浮上対
象物のその配列軸まわりの回転に関するものはない。そ
して該回転は、通常は、該対象物がその回転の軸に関し
ていくらかの本質的な不平衡を示さない限り、該対象物
の安定化に影響を及ぼさない。

上側ボックスは、シールドのための金属プレートにより
実質的に覆われている。該ボックスの四方側面および上
面は、薄い鉄板で形成され、該ボックスの底面はシール
ドされておらずアルミニウム薄板、あるいはプラスティ
ック薄板等からなっている。該上側ボックス内のコイル
に対する電気的接続は、下側ボックスの回路要素に向け
て下方へ伸びており、上側ボックスを支持する脚部の１
つの内部に隠されている。電源およびすべての電気回路
要素は下側ボックス内に収容されている。

主たるｉｌｌはバッテリユニットであり、電源に対する
目に見えるいかなる接続もなしにシステムを動作させ得
る。しかしながら、該バッテリを再充電するため電気コ
ンセントに内蔵バッテリチャージャを接続するようにな
っている。基部における回路要素は、適宜配置された磁
気的に応答するリードスイッチを含んでいる。該スイッ
チは、本発明のモデルに関し神秘（ｍｙｓｔ　１ｑｕｅ
　）の成る局面を拡張するために制御することができる
。

本発明に係るいくつかの構成では、浮上ピラミッドの振
動のモードの制御の段階の変更を実現するためフィルタ
およびダンピング（制動）素子を含む回路要素の組合せ
を備えている。これらいくつかの構成の一つまたは他の
一つは、制御のために特定のモードの撮動がいかに強く
望まれるかに応じた制御機能のために選択される。

一般に、本発明のここで述べられる実施例を制御するた
めの回路要素は、センシングまたは励磁コイルを駆動す
べく結合された振幅制御回路を含んでいる。この回路は
、浮上システムを組立てる際の振幅調整の提供を含んで
いる。この回路は、センシングコイルを駆動し、ピラミ
ッドの基部のターゲットコイルとの結合により回路に加
えられる装荷の度合いを検出し、そして対応するピラミ
ッドの動きに関する位置および速度信号を生成する。振
幅制御回路の出力は、精密な整流回路に結合され、その
後にローパスフィルタを介してダンピング回路に供給さ
れ、さらに上側ボックスのフォースコイルを駆動すべく
結合された電力回路に供給される。また、該フォースコ
イルから駆動回路へのフィードバック回路が、ピラミッ
ドの位置が安定であるときの消費電力をゼロとするため
に設けられる。

本発明の第１の変形構成は、ピラミッド内に設置される
２個の付加的なターゲットコイルを有する構成である。

これらは、互いに直交する垂直平面内に配設され、ピラ
ミッド自体の基部の水平面における軸回りのコイルによ
り生成される信号とは独立にピラミッドの縦揺れ（ｐｉ
ｔｃｈ　）と横揺れ（ｙａｗ）の検出を可能とする。こ
れら付加的な縦揺れと横揺れのコイルは、モード２およ
び３の振動の限界の制動を提供するから、これらは単一
コイルシステムで遭遇する上記両モードの励起を排除す
ることができる。

該第１の構成の変形としては、下側ボックス内に、セン
シングコイル内の中心に配置された受動的な渦電流素子
を付加することを含んでいる。この素子は、銅環または
銅板であり、センシングコイルとピラミッドコイルとを
結合する磁界を整形し、結果としてモード２と３の両者
における振動を制動する効果を呈する。この変形の有益
な効果は、ピラミッドと下側ボックスとの間の空間の増
大にともなって減少する。

本発明に係るその他の構成においては、下側ボックス内
に、通常、センシングコイルの環内の中心に配置されて
、粘性磁気ダンパが設置される。

これは、ピラミッドの動きに追従するように粘性流体内
に設置された微小磁石であってもよい。ダンパの固有周
波数は、モード２および３の振動に同調されており、そ
れはピラミッドの横および傾斜動作の効果的な粘性制動
を提供する。上述と同様に、これは、ピラミッドと下側
ボックスとの間のギャップが小さければ一層効果的であ
る。

また、その他の構成においては、粘性ダンパを収容する
シリンダの回りに補助フォースコイルがｌｕｆ！され、
且つ上述したローパスフィルタから与えられる制動およ
び電力信号によって駆動されるように接続される。付加
的なフォースコイルは、また、上側ボックス内にも設け
られる。このような構成では、上側コイルは静止位置決
めのためにのみ使用される。制御電流の位相遅れは、ピ
ラミッドが触られ、押され、もしくは他の手動的な外乱
が加えられた場合のような、ピラミッドの手動による動
揺を打消すように生成される。

本発明に係るさらにその他の構成では、上側ボックスに
ついてのフォースコイルおよびそれに付随する回路要素
が除去されて、反発力タイプの浮上システムにおける下
側ボックスのフォースコイルおよびそれに付随する回路
要素からの支持が有効となる。全ての振動モードについ
て静的な支持と制動制御を施すことは有効である。それ
は、自由選択である粘性ダンパがあろうとなかろうと利
用され得る。今両コイルが下側ボックス内にあれば、フ
ォースコイルの磁界と励１ａ／センスコイルとの間の意
図されない相互作用を防止するのは容易ではない。

本発明に係るその他の構成は、浮上部材の下方の下側ボ
ックス内に設置されたアキシャル（軸方向）およびラジ
アル（放射方向）センシングコイルアレイとアキシャル
およびラジアルフォースコイルアレイとの両者を組込ん
でいる。これらのアレイは、一般に、複数のセグメント
からなるクオドラチャ−（位相が９０°ずれた）コイル
セグメントの形態をとっている。センスコイルのクオド
ラチャ−セグメントは、一般に、互いに９０”回転され
た、２個の「８」の字の形に接続される。

ピラミッド位置の検出のための２個の８の字コイルの使
用は、上記３つの全てのモードに有効であり、３つの座
標軸についての制動を可能とする。

ピラミッドが、その中心が２個の８の字コイルの軸の上
に位置するように配置されたとき、各８の字の２つの半
部に互いに逆方向の電圧が発生し、これら閾電圧は相殺
される。軸の一端側へピラミッドが移動した場合、これ
が誘起電圧の不等変動により検出され、その移動方向は
検出信号の位相により判定される。その他の構成では、
付加的なサーカムフエレンシャル（円周方向）励磁コイ
ルが設けられ、そしてそれはセンシングコイルアレイの
二重８の字装置に関連して作用する。

さらにその他の構成においては、浮上部材における磁石
と同様に支持磁石として永久磁石の種々の組合せが設け
られる。一つの変形としては、反発力タイプの浮上シス
テムにおいて支持磁石が浮上部材の下方に配置される。

〔実　施　例〕

第１図は、特定の形態の浮上装置１０における本発明の
一実施例を示している。ここには、下側ボックスすなわ
ちベース１６の上方に３つの脚１４上に支持されて上側
ボックス１２が設けられることが示されている。上側お
よび下側ボックスの間に空間が定義され、そしてその内
部には、装Ｗ１１０の回路要素が動作している状態で、
目に見える支持体なしに切頭ピラミッド１８が配置され
る。第４の脚部は、美的理由により、そして（ピラミッ
ドの寸法は、２つの後側方の脚部間のボックス間の空間
から取除くことができるようになってはいるが）ピラミ
ッドの出入を容易にするために、第１図の最前面に示さ
れた支持構造の角から割愛されている。

吸引力タイプの浮上システムである本実施例においては
、ピラミッドが与えられたヌル位置に位置するときにち
ょうど重力と釣合うような磁界を展開するため一つは上
側ボックス１２内にそして一つはピラミッド１８内に配
置された一組の永久磁石を用いてピラミッド１８の浮上
が達成される。この永久磁石磁界は、ピラミッドの移動
を監視するセンシングコイルとそれに組合わされた回路
要素により得られた信号に従って付勢される一つまたは
それ以上の組合せからなる１を磁力コイルによって、適
切な動作範囲内において、必要に応じて変化する。例え
ば、第１図の浮上ピラミッド１８上にコインを置けば、
その付加荷重は、ピラミッドを初期のヌル位置から下方
へ駆動しようとする。ところが、該付加荷重が与えられ
たピラミッドの新たなヌル位置は、初期のヌル位置の上
方である。なぜなら、このとき付加荷重を支持するのに
、ヌル位置における一層強い永久磁石磁界が必要となる
からである。新たなヌル位置は、電気回路要素とフォー
スコイルによって確立される。ピラミッドがヌル位置に
あるときには、完全に永久磁石磁界によって支持され得
るので、ピラミッドを支持するためにフォースコイルに
電力が供給される必要はなく、該フォースコイルの唯一
の目的は、ヌル位置からの移動について補償するためピ
ラミッドの調整を行なうことにある。

ピラミッドの動きは、３つの振動モードの項によって解
析され得る。これらは、第２図において各々−組ずつの
矢印であられされている。すなわち、垂直方向について
の純粋な平行（軸方向）移動くモード１）、ピラミッド
の若干の揺動を含む水平方向についての広義の平行（放
射方向）移動（モード２）、およびピラミッドの純粋な
回転移動（モード３）を示している。第２図において、
各モードにおける上側と下側の矢印はそれぞれピラミッ
ドの上面および下面上の点の動きを示している。これら
の移動が、ピラミッドの中心を通るいかなる垂直面に関
しても、図示されたように、生じ得ることは理解される
であろう。

第３図は、本発明に係る特定の回路構成の一興体例を示
すものである。これは、ピラミッド１８が上側ボックス
１２と下側ボックス１６の間に浮揚されている状態を示
している。第３図およびそれ以後の図に示された全ての
回路要素は、下側ボックス１６の外側に示されているけ
れども、上側ボックス１２およびピラミッド１８内に収
納されておらず、下側ボックス１６内に設置されている
。

第３図に示されたように、ピラミッドは、永久磁石２０
を収容しており、該永久磁石は、ピラミッドの中心に配
置され、上面−底面間に延設されている。該磁石は、導
電性のターゲットコイル２２によって囲まれており、そ
の巻線は、Ｑ（クォリティファクタ）をほぼ１ｏとする
ためコイル２２の部分同調に供されるコンデンサ２４と
抵抗２６の並列回路に直列に接続されている。

上側ボックス１２もまた多数ターンのフォースコイル３
２に囲まれて同軸上に配置された永久磁石３０を収容し
ている。２個の磁石２０．３０は、吸引のため反対の極
が相対向するように配列される。上側ボックスの各側部
および頂部はシールドのため薄い鉄板で形成されている
。上側ボックス１２の底部はアルミニウム合金の薄板で
形成されている。

図示された下側ボックス１Ｇは、その上面近傍の同軸上
にセンスまたは励磁コイル４０を収容している。該コイ
ル４０は、センサ回路４２内の発振器によって付勢され
て、ピラミッドのターゲットコイル２２に電流を誘起す
る。コイル２２．４０間の相互作用は、各コイルの間隔
と姿勢とに応じて変化する。

そして、この相互作用の変化は、センサ回路４２によっ
て検出される。センサ回路４２の出力は、精密な整流器
４４に結合され、それからローパスフィルタ４６に与え
られる。該ローパスフィルタ４６は、フェードアウト回
路４８、上側ダンピング回路５０および該ダンピング回
路５０の出力に結合された上側電力回路５２に出力を与
える。また、フェードアウト回路４８の出力は上側電力
回路５２および添付図面第４図に示されたタイムアウト
回路６９に与えられる。

上側電力回路５２は、上側ボックスのフォースコイル３
２における電流を制御し、そして真のヌル位置からのピ
ラミッドのいかなる離間をも補償すべく全体の磁界を変
化させる。ヌル回路５４は、電力回路５２の出力に接続
されており、ヌル位置においてピラミッドが検出された
ときに、コイル３２に対する電流をゼロにするようなフ
ィードバック信号を与える。

第３図に示された本発明の構成は、ピラミッドを有効に
浮上させるが、ダンピングサーボシステムにおける位相
シフトがモード２および３のピラミッドの振動を制動し
ないばかりかかえって励起しがちであるので、ピラミッ
ドはこれらのモードで撮動しがちである。撮動の第１の
モード（垂直動作）は、なんとか（ｃｒｉｔｉｃａｌ　
Ｉｙ）制動される。

第４図は、主として、本発明による構成の電源回路要素
を示している。同図には、第３図に示されたような電気
回路要素への電力の供給を制御する電力ターンオフ段６
０が示されている。バッテリ電［６２はターンオフ段６
０に出力を供給し、またバッテリモニタ回路６４は、バ
ッテリが放電してしまいそうになったときに電力をター
ンオフさせるためバッテリ６２と電力ターンオフ段６０
との間に接続されている。組込みのバッテリチャージャ
６６は外部の電気回路要素に接続するようになっており
、その出力は電圧レギュレータ６８を介してバッテリ６
２に供給される。電力ターンオフ段６０は、第１７図に
示されたような付属のオン／オフスイッチからの付加的
な入力制御信号を受ける。そして、該電力ターンオフ段
６０は、また、タイムアウト回路６９からの信号も受け
る。その目的は、ピラミッドが該浮上装置から電源をオ
フとすることなしに取除かれたような場合に、所定時間
について第３図のフェードアウト回路要素から与えられ
る検出信号がなくなると該電力ターンオフ段６０に全て
の電力をターンオフさせるためである。

第５図ＡおよびＢは、この場合のピラミッドが、同調さ
れたターゲットコイルと他の１つとからなる３つの閉回
路を備えていることを除き、第３図の回路に使用される
ピラミッドの構成を示している。ピラミッドコイルの平
面図である第５図Ｂに示されるように、付加的なターゲ
ットコイル７２および７４が、互いに直角の垂直平面内
に配置される。

コイル７２と７４は、横揺れと縦揺れの動きを、それぞ
れ、単一コイル２２よりも一層効果的に検出し得るよう
にする。このシステムによれば、モード１の撮動は、不
安定に（ｃｒｉＮｃａｌｌｙ）制動される。

モード２および３の振動は、若干制動されるが、そのよ
うな動きは、組合わされたサーボシステムによって第３
図の構成の場合におけるように付勢されることはない。

第６図ＡおよびＢは、下側ボックス１６の上面近傍にセ
ンシングコイル４０と同心状に渦電流ダンピングエレメ
ントが付加されていることを除き、第３図に示されたの
とおおむね同様の構成を示している。該エレメントは、
第６図Ａに示されるように銅板７６で構成されることが
望ましいけれども、第６図Ｂに示されるように閉じた銅
リング７８であってもよい。渦電流エレメントの効果は
、モード２および３におけるピラミッドの動きの検出を
改善するためコイル２２．４０を結合する磁界を歪曲し
且つ整形することである。ピラミッドの動きのこの改善
された検出は、ピラミッドと渦電流ダンピングエレメン
トとの軸方向間隔が小さい場合に一層有効である。該渦
電流エレメントは、送信コイル４０の中心における磁束
密度を減少させる。こうして、ピラミッド１８の底部の
制動は、受信コイル２２によって傍受される磁力線の数
を増加させ、それはピラミッドの高さの減少をシミュレ
ートし、そして制御回路要素はリフト磁界を増大させる
。

ダンピング回路要素により提供される位相の先導（ｌｅ
ａｄ）により、モード２と３の振動抑制の効果が生ずる
。

第７図Ａは、第３図の回路要素に包括されるその他のダ
ンピングのための構成を示している。この構成において
は、磁気結合された粘性ダンパ８０が下側ボックス１６
のセンシングコイル４０内に同心的に設置される。ダン
パ８０は、粘性流体８２を収容し、そしてその中には永
久磁石８３が、スピンドル８４上で回動（ｐｉｖｏｔａ
ｌ　ｍｏｖｅｌｅｎｔ）　Ｌ／得るように支持されてい
る。ウェイト８６は、ピラミッドの永久磁石により磁石
が、ベース８８におけるピボットソケットを離脱して引
上げられることがないようにスピンドル８４に付設され
ている。この粘性ダンパ８０は、望むならば、第６図Ｂ
の渦電流ダンピングリング１８と組合わされ得る。磁石
８３は、ピラミッド１８における永久磁石２０に結合さ
れており、モード２および３におけるその放射方向の動
きに追従するようになっている。磁石８３の粘性ダンピ
ングは、ピラミッド１８のそのような動きを効果的に制
動する。この構成は、ピラミッド１８の底部とダンピン
グエレメント８０との間の軸方向ギャップが、ダンピン
グ磁石８３がピラミッド１８の近くへ動く程充分に小さ
いときに、特に良好に作用する。ダンピングモードにお
ける磁石８３の動作周波数は、モード２および／または
３の撮動周波数に同調され、その場合、磁石８３の偏倚
は、ピラミッド１８の側方の動きを越えさえして、モー
ド２および３の撮動を効果的に制動する。

第７図Ｂは、他の実施例を示し、そこではセンシングコ
イル４０−が、下側ボックス１６ではなく上側ボックス
１２内に搭載されている。そして、浮上対象物もまたピ
ラミッドでなくシリンダ（円柱）１８′状に形成されて
いる。上側ボックス１２は、センシングコイル４０−と
フォースコイル３２との間の隔壁状に形成されたシール
ド４１を備えている。該シールド４１は、銅あるいはア
ルミニウムのような導電体により形成される。上側ボッ
クス１２内にセンシングコイル４０′があるので、ター
ゲットコイル２２′は浮上対象物１８′の頭頂部近傍に
配置される。

第７図Ｂの構成は、上側ボックス１２に、第７図Ａに関
連して上述した粘性ダンピング構造に類似した粘性ダン
ピングを施して永久磁石３０′を搭載した任意選択的な
構成も示している。第７図Ｂにおいては、粘性ダンピン
グ流体４５で満たされた小室４３内に支持された磁石３
０−が示されている。磁石３０′の支持機構は、磁石３
０′の中心中空部を通って伸び、且つ上側ボックス１２
の頂部に対し回動可能に（ｐｉｖｏｔａｂｌｙ　）設置
されたロッド４７を備えている。このロッド４７は、頂
部３６に対する磁石３０′の吸引力によって加圧されて
いる。

図示浮上シリンダ１８′は、２個の永久磁石２ＯＡ　１
２０Ｂを有している。磁石２ＯＡはシリンダの上端に位
置し、磁石２０Ｂは下端に位置する。上側ボックスに粘
性ダンピング構造が用いられるとき、下側ボックスに粘
性ダンパ８０が施されるであろう。この場合下側磁石２
０Ｂは不要である。第７図Ｂの構成において、上記３つ
の共振モードのいずれかにおける浮上対象物の速度５に
対するダンピング信号感度は、位相シフトフィルタによ
る周波数依存の必要なしにこれらモードの効果的な制御
を可能とする。というのは、検出信号は、センシングコ
イルが下側ボックス内にあるときには同期していないの
に対して、浮上対象物の速度に同期しているからである
。

第８゛図ＡおよびＢは、本質的には第５図ＡおよびＢと
同様で、さらに第６図Ｂのような渦電流ダンピングプレ
ート７６が付加された構成を示している。本発明に係る
この構成は、モード２および３の振動がサーボシステム
により付勢されるのを防止し且つこれらモードの適度の
電磁ダンピングを可能とするための、横揺れおよび縦揺
れ受信コイル１２．７４と、受動渦電流プレート７Ｇと
の両者の使用が可能となる。第６図Ｂのリング７８は、
プレート７６の代わりに用いることができ、この場合は
第７図Ａに示された粘性ダンパ８０も使用し得る。この
ような組合せは、ピラミッドの動きの電磁結合された放
射方向のダンピングも許容する。

第３図で上側ボックス１２の底面に示されたアルミニウ
ム合金プレート３８は、第８図Ａの構成では除去されて
いる。そこには、プラスチック薄板またはその他の非磁
性物質が配置される。

第９図は、第１図の浮上装置についての異なる回路構成
を示し、そこでは、上側ボックス１２は、付加コイル（
あるいはフォースコイル３２における実質的により多数
の巻数）および下側ボックス１６のセンシングコイル４
０内に同心的に配置された補助フォース発生コイル９４
が設けられている。上側フォースコイル３２に印加され
る信号に加えて、動作検出信号が、フォースコイル９４
を駆動する下側電力回路９２に下側ダンピング回路９０
を介して与えられる。第７図の電磁結合粘性ダンパ８０
を採用することは、本質的ではないが、望ましいことで
ある。この構成では、上側フォースコイル３２は、主と
して静的な位置制御Ｉ（モード１の振動のダンピング）
に用いられるが、それは初期の実施例においてはモード
２および３の振動のダンピングにも使用され得る。下側
ボックス１６のフォースコイル９４は、モード２および
３における振動のダンピングに最も効果的であるけれど
も、上側フォースコイル３２と共働して、モード１の振
動のいくらかのダンピングを提供するために使用され得
る。

第１０図は、さらにその他の構成を示し、そこでは、上
側ボックス１２におけるフォースコイルおよび電界励起
が除去され、そして全ての位置制御が下側ボックス１６
で実現される。この構成では、ヌル回路５４が、フォー
スコイル９４を駆動する回路内に接続される。第９図の
場合のように、電磁結合粘性ダンパ８０は任意に付加し
得る。第１０図の実施例において、下側ボックス１６の
フォースコイル９４は、全てのモードの振動に対する静
的な位置調整およびダンピングの開制御に受動的放射方
向ダンパ８０を付加的に増強する。電気回路の発振を防
止するため、センスコイル４０の磁界とフォースコイル
９４との間の意図していない相互作用を避けるべく注意
する必要がある。第８図Ａの場合のように、アルミニウ
ムプレート３８はプラスチック薄板で置換し得る。

第１１図の回路構成は、下側ボックス１６のフォースコ
イルおよびセンスコイルにおける相違を除き、第９図と
同様である。それらコイルは、第１４図および第１５図
に示されたようなラジアル（放射方向）およびアキシャ
ル（軸方向）のコイルアレイの形態をなしている。第１
１図におけるフォースコイルアレイは参照符号１０２に
よって示されており、センシングコイルアレイは１０４
で示されている。これらは、第１４図および第１５図と
の関係でより詳細に述べられる。下側ボックス１４のフ
ォースコイル１０２についてラジアルおよびアキシャル
アレイを提供することによって、もはや上側ボックスに
フォースコイル３２を設ける必要はなくなる。上側ボッ
クス１２からのフォースコイル３２の除去により、上側
ダンピング回路５０および電力回路５２の必要性がなく
なり、その場合には、フォース／電力ヌル回路５４が第
１０図に示されたような形で下側回路に接続される。

第１２図は、第１１図に類似した、本発明のさらにその
他の変形例を示し、法例では下側ボックス１６に永久磁
石１０５が付加される。磁石１０５は、必要ならば、デ
ィスク（円盤状）またはリングマグネットであってもよ
い。また、第１１図の変形例のように、上側ボックス１
２にフォースコイル３２を設けるか否かは任意である。

下側ボックスに永久磁石１０５を設ける場合、該浮上シ
ステムは上述した吸引および反発タイプの組合せからな
る。

第１２図の反発磁石１０５は、浮上部材における磁石の
少なくとも２倍の直径のアキシャルリングマグネットを
備えたセラミック材料からなるプラグマグネットを用い
ることができ、もし中心に小さな穴が設けられているな
ら、一層良好に機能し得る。プラグ型の反発磁石は、有
意義な放射方向の負のばね率を生じ、該ばね率は、ラジ
アル位置検出回路要素により生成される抗力がなければ
横方向への中心位置ずれを誘起しがちである。大径のリ
ングマグネットを使用することにより、これら負のラジ
アルばね率を減少させることができ、正のアキシャル反
発ばね率は浮上部材のラジアル位置について鈍感にさせ
る。

第１３図は、純粋の反発タイプの浮上システムである本
発明の変形例を示している。この例においては、上側ボ
ックス１２の永久磁石３０およびフォースコイル３２は
、それに従属する上側フォースコイルを駆動するための
回路要素と一緒に除去されている。下側ボックス１６は
、複数のリングマグネット１０６で形成された永久磁石
エレメント１０５を収容している。ここでは一層円柱状
に示された浮上部材１０７は、図示極性を有するリング
マグネット１０８および同心配置されたマグネット１１
０を内蔵している。マグネット１１０の極性はリングマ
グネット１０８に対して逆の極性であり、それらマグネ
ットによって、下側ボックスの永久磁石１０５により生
成される磁界および磁力線との相互作用により一層大き
な反発力を呈するような磁界および磁力線が形成される
ようにしている。浮上部材１０７は、先に図示し且つ述
べたように、コンデンサおよび抵抗を有する共振閉回路
内に接続された（図解の便宜のため第１３図からはコン
デンサおよび抵抗が省かれている）ターゲットコイル２
２を内蔵している。

第１３図の浮上部材１０７における永久磁石の他の構成
は、軸方向について限られた寸法に作られ、「浮揚力の
中心」が重心上に確実に位置するようにする。第１３図
の浮上部材の下方の反発マグネット１０５は、浮上部材
におけるリングマグネット１０８と等しいかそれより大
きな直径のリングマグネットとする。下側反発マグネッ
トの穴は、浮上リングマグネットおよび逆向きの磁性の
プラグマグネット１１０における穴は、浮上部材の転倒
に対する抵抗を高める。第１３図の変形例における永久
磁石エレメントの構成は、垂直方向および転倒方向の両
方向についての長期間の安定性（中心ずれに対する抵抗
）を確保する。放射方向の負のばね率に起因して、純然
たる受動的システムについて横方向の中心ずれが生じる
。これは、横方向動作のサーボシステムによって克服さ
れる。３つの全てのモードにおける共振レスポンスは、
アキシャルおよびラジアルセンスコイルアレイならびに
アキシャルおよびラジアルセンスコイルを備えたアクテ
ィブサーボシステムによって効果的に制動される。

第１４図（ＡｌＢおよびＣ）は、第１１〜１３図におけ
るラジアルおよびアキシャルセンシングコイルアレイ１
０４の３つの異なる構成を示している。これらの構成の
いずれか一つが、上記各図の回路に使用される。

第１４図Ａは、図示のように９０″の間隔でオーバラッ
プする半球状のコイル群を示している。該コイルは、北
−南／東−西の方向に＃１、＃２、＃３および＃４なる
ラベルが付されている。該コイルの接続は、円周上の９
０＠毎の各点においてもたらされ、電流は矢印方向に同
期して流れる。

このことは、アレイの中心における電流磁界の相殺およ
び周辺部についての磁界の強化をもたらす。

第１４図Ｂは、第１１〜１３図のセンシングアレイ１０
４についての若干具なるコイル群の配向を示している。

これは矢印方向に電流が流れる＃１〜＃４にナンバ付け
された４つのクオドラチャ−（直交）コイルからなって
いる。第１４図Ａと同様に、電流磁界はアレイ内におい
ては相殺されるが、アレイの周囲については電流の方向
に起因して相互に高められる。

第１４図Ａ〜Ｃのセンシングコイルアレイ１０４は、軸
対象の浮上対象物のターゲットコイル２２の水平方向す
なわち横方向の偏倚を検出するのに有効である。このア
レイは、該ターゲットコイルに対する垂直方向の間隔も
また検出する。第１４図ＡおよびＢのコイル構成は、４
つの同調されたタンク回路の４つの誘導性エレメントと
して機能する。各回路のＱ、従ってタンク回路の発振振
幅は、ターゲットコイルの近接を指示する。第１４図Ａ
およびＢのこれら個々のコイルが接続された回路は、第
１８図との関連で説明される。

第１４図Ｃのセンシングコイルアレイ１０４は、＃１〜
＃４の個々のクオドラチャ−コイルが付加され、周囲の
励磁コイル１１２がアレイ内に含まれている点で他のも
のと異なっている。また、相対向するクオドラチャ−コ
イルは、二重の８の字をなして直列に相互接続されるこ
とに気付くであろう。したがって、＃１と＃２のコイル
は組合わされた北−南信号を発生するように、互いに直
列に接続され、＃３と＃４のコイルは、同様にして組合
わされた東−画信号を発生するように接続される。セン
スまたは励磁コイル１１２は、励磁駆動のため第１６図
に示されたのと同様の回路を要する。

個々のクオドラチャ−コイルの各々はそれに鎖交する（
励磁コイルによって誘起される）交番磁力線を検出する
。もしも、浮上部材のターゲットコイル２２が１つの８
の字型ペア上に対称的に配置されるならば、１つの８の
字型ペアの２つの半部に生成される電圧は、互いに相殺
される。もしも、ターゲットコイルが８の字型コイルペ
アの中心からはずれると、２つの■々のコイルに発生す
る電圧は相殺されない。得られる信号の位相は、ターゲ
ットコイルの横方向の平行移動の方向を示し、該信号の
振幅は該平行移動の大きさを示している。

第１４１１　Ｃのセンスアレイ１０４と共に動作する特
別な回路は第１９図に示されている。

第１５図は、第１１〜１３図の横方向および軸方向の力
を発生する電磁コイルアレイ１０２としてのコイルの配
置構成を模式的に図示するものである。このアレイは、
上昇および下降両方の垂直方向の力ならびに全方位の横
方向の力を発生する。これらの力の大きさは、センスコ
イルアレイ１０４によって検出されるような、浮上部材
の縦横の位置および速度の関数として、第１８図に示さ
れたような回路要素によって制御できる。

第１５図Ａは、浮上部材の浮揚力を生成するような極性
で個々のコイルにより磁界を生成するクオドラチャ−コ
イルＡ−Ｄを示している。該磁界の極性は、第１５図Ａ
において、紙面に向う磁力線方向に対応する丸で囲まれ
た矢の尾（ａｒｒｏｗ　ｔａｉｌ）（のマーク）１１４
で示されている。これと逆方向（紙面から手前向きの）
に向う磁力線は、反浮揚力を呈する。正面の軸方向につ
いては、全てのコイルＡ〜Ｄにおける磁界の強さは等し
い。

第１５図Ｂは、北向き（第１４図について採用された前
例に従って）の横方向の力を呈するように駆動されてい
るフォースコイルアレイ１０２を示している。第１５図
Ｂにおいて、コイルＡは、図示のように紙面に向う（矢
の尾１１４によって示されている）１１力線を発生する
磁界を呈している。コイルＢは、１８０°転冒され、逆
方向（紙面から手前へ向う方向〜矢先１１５で示される
）の磁力線を発生する磁界を呈する。コイルＣおよびＤ
は、第１５図Ｂの例ではどんな磁界も発生しない。コイ
ルＡおよびＢにおける磁界方向の反転は、逆方向（南）
への横方向の力を呈する。コイルＡおよびＢを励磁しな
い状態でのコイルＣおよびＤの励磁により、横方向の力
を東あるいは西方向のいずれかに向けることができる。

４つの全てのコイルにおける磁界の適切な組合せによれ
ば、全方位のどの方向への横向きの力をも発生させるこ
とができる。

第１６図は、例えば、第３図のブロック図に使用される
ような、ピラミッドの位置および動きを監視するための
回路要素の一例の概略を示している。

図の上方左側の角部には、励磁またはセンシングコイル
４０に接続されたオペアンプ（オペレーショナルアンプ
リファイアル演算増幅器）１３０を備えた発振器の形の
センシング回路４２がある。同調コンデンサ１３２は、
オペアンプ１３０の帰還回路内に接続されている。ポテ
ンショメータ１３４がオペアンプ１３０の低圧側入力端
への帰還路内に設けられており、本浮上装置が実験のた
めに設置されるときの回路動作の調整を可能とするよう
にしている。

該発振回路の出力は、クランプ回路１４０に与えられ、
そこで差動増幅器１５０に適合させられ、該差動増幅器
１５０では、オペアンプ１５６の帰還路内に接続された
コンデンサ１５２および抵抗１５４によって進み角の位
相シフトが施される。該ポテンショメータ１３４からの
信号はオペアンプ１３０に対して比例フィードバックを
施し、同時に同じ点にクランプ回路１４０のダイオード
１３７．１３８からのクランプされたフィードバックが
抵抗１４１を介して施される。クランプ回路１４０と差
動増幅器１５０とによって、全体回路構成（第３図参照
）における精密整流器４４が構成される。差動増幅段か
らの信号は、ダンピング回路９０のオペアンプ１６０に
関連して動作するローパスフィルタ４６に印加される。

オペアンプ１６０に与えられる信号は、第３図のヌル回
路５４の出力と結合される。該オペアンプ１６０および
それに組合わされた抵抗−コンデンサ回路網１６２．１
６４を具備する回路要素は、電力回路９２に対する信号
の電流源として作用する。

第１７図は、それにより浮上装置の実施操作者すなわち
術者が融通のきかない観察者をも納得させるような本発
明の一部分の構成を示すブロック図である。この回路は
、第４図の電力ターンオフ段６０の一部を制御するため
のオン／オフスイッチを示している。これらスイッチ１
７０．１７２は、バッテリ電源６２と電源出力６１との
間に設けられたフリップフロップ１７６のセット／リセ
ット入力に対する直列抵抗１７４の回路内に接続されて
いる。該スイッチ１７０．１７２は、磁気応答リードス
イッチであり、下側ボックス１６内の脚部１４の異なる
ペアの間の位置に適宜配置される。この構成を用いる場
合、該装置の術者は、（浮上モードにおいて支持されて
いた）ピラミッド１８を、ボックス１２．１６間の空間
からオフスイッチ１７２上の２つの脚部１４の間を通す
ことにより除去する。このことにより、スイッチ１７２
が閉路され、フリップフロップ１１６を介して電源６１
がターンオフされる。そして、ピラミッドは、浮上のた
め二つのボックス間に該ピラミッドを挿入させるべく勧
誘しつつ観察者に手渡される。電源のターンオンのため
に抜き出しの経路を再び通すことは有効でなく、また第
４の脚部の欠けている空間を通してピラミッドを挿入す
ることも有効ではない。隣接する他の脚部との間の、オ
ンスイッヂ１７０の配置された空間を通してピラミッド
を挿入することによってのみ、電源がターンオンされ、
ピラミッドが再び浮揚される。

第１８図は、第１１図および第１３図のラジアルおよび
アキシャルセンシングアレイ１０４およびラジアルおよ
びアキシャルフォースコイルアレイ１０２とともに使用
される回路要素の機能概略図である。

より詳細には、第１８図の回路は、第１４図ＡおよびＢ
のセンシングコイルアレイの使用に適合されており、こ
れに対して第１９図の回路は第１４図Ｃのセンシングコ
イルアレイに使用される。

第１８図の回路には、分離された＃１〜＃４のコイルが
示されており、これらコイル＃１〜＃４の各々はそれぞ
れ対応する発振器タンク回路に接続されている。個々の
コイルの各々とともに動作する回路要素は同様であるの
で、図の最上部に示されたコイル＃１に関する説明で置
換えることができる。コイル＃１は、固定コンデンサ１
８２および同調をとるための可変コンデンサ１８４を有
する同調タンク回路１８０におけるインダクタンスとし
て働く。タンク回路からの信号は、バッファとして作用
するボルテージフォロワ型の増幅器１８６に与えられる
。増幅器１８６からの検出信号はバイパスフィルタ１８
８を介して精密整流段１９０に供給される。第１４図Ａ
およびＢに示されるように、コイル＃１および＃２は浮
上部材の北−南の横移動を検出するようにされ、コイル
＃３および＃４は東−西の横移動を検出するようにされ
、そして４つのコイルは全て軸方向の動きの検出に使用
される。

コイル＃１および＃２の信号処理チャンネルは、有限の
ゲインを有する差動増幅器１９２の２つの入力として接
続され、該差動増幅器１９２は、ローパスフィルタ１９
４を介して信号弁別機能および直流ゲインを有するダン
プ回路１９６に続いている。同様の回路要素が、センシ
ングコイル＃３および＃４に関連する２つの信号チャン
ネルにも設けられている。コイル＃１および＃２からの
チャンネルに直列に接続されたダンプ回路１９６の入力
における信号は、北−南方向についての横方向位置を示
す。ダンプ回路１９Ｇにおけるこの信号の弁別は、出力
において横方向位置信号と組合わされ、そして浮上部材
の所望の補正を施すべく（第１５図の）フォースコイル
Ａ、Ｂの駆動に供される横方向速度信号を提供する。同
様に、コイル＃３および＃４に結合された下側チャンネ
ルに関しても、東−西の横方向の位置および速度の組合
わされた信号が東−西フオースコイルＣおよびＤに印加
される。

これまでに第１８図について述べた回路要素に加えて、
電圧−電流（電圧→電流）コンバータ段２００がバッフ
？増幅器１８６の信号入力に結合されている。このコン
バータ段は、調整可能なゲインを有しており、この点に
おける電流注入回路に制御された電流を供するようにな
っている。各電圧−電流コンバータ２００に与えられる
電圧は、各バイパスフィルタ段１８８の出力における信
号を入力として受ける平均化段（ａｖｅｒａｇｉｎｇ　
ｓｔａｇｅ　）すなわち平均回路２０４からの平均信号
として非線形増幅器から共通に生成される。上記平均回
路２０４は、また、精密整流段２０６を介して信号を出
力し、該信号はローパス増幅器２０８および、上記ダン
プ回路１９６のごとき、ダンプ回路２１０に供給される
。

ダンプ回路２１０の出力は、全フォースコイルＡ〜Ｄの
共通接続点に与えられる。

第１８図の回路の動作に際しては、コイル＃１〜＃４の
タンク回路は、該コイルを介して浮上部材内のターゲッ
トコイルに結合されている。これら共振回路は全て同一
の周波数に同調されている。

タンク回路１８０は、対応する電圧−電流コンバータ２
００からの電流注入によってタンク回路の固有周波数ま
たはその近傍の周波数で励振される。バッファ増幅器１
８６は、タンク回路の装荷から後続の回路を保護させる
。バッファ増幅器１８６の出力は、タンク回路の周波数
において入力と出力との間に位相角シフトが起きないよ
うに調整設定されたバイパスフィルタ１８８によって左
右される。このフィルタは、フォース（発生）コイルに
よってタンク回路に誘起された低周波信号を除去するよ
うに動作する。

バイパスフィルタ段１８８からの信号の平均化およびこ
の平均信号の非線形ゲイン段２０２を介しコンバータ段
２００への印加により、全てのタンク回路が同一周波数
で駆動されることが保証される。

非線形ゲイン段２０２は、振幅についてクランプされた
信号とクランプされていない信号との組合せを有し、タ
ンク回路の発振に位相同期された信号を提供するために
信号クランプ技術を用いている。

４つの全てのタンク回路１８０の位相角は、各タンク回
路の可変抵抗を調整することによって同じ値にセットさ
れ得る。非線形ゲイン段は、各タンク回路の発振の振幅
が、本質的に、センスコイルアレイの各コイルに対する
ターゲットコイルの軸方向および横方向の距離の線形関
数となるように設計される。

バイパスフィルタ１８８の出力の精密整流は、ターゲッ
トコイル位置に直線的に比例する直流信号を生成させる
。この精密整流は、また、フォース発生コイルアレイに
よってセンスコイルアレイに誘起されたほとんど全ての
残留低周波信号を除去する。差動増幅器１９２における
相互間の相違の信号の減算の結果、浮上部材の北−南（
コイル＃１および＃２に関する）水平、横方向、平行動
作についてのみの感度が得られる。コイル＃３および＃
４からの信号についての対応する差動増幅器における同
様の減算により、東−西動作に関する同様のタイプの信
号が提供される。平均化段２０４からの平均化されたタ
ンク信号は、精密整流回路２０６により、浮上部材の高
さすなわち軸方向位置に比例した信号に変換される。フ
ィルタ１９４およびダンプ回路１９６における横平行移
動信号の処理により、遅れずに浮上部材の位置に導かれ
る信号が得られる。これらの信号は、それから必要に応
じて増幅され、センスコイルによる検出に応じて浮上対
象物の動きを補償すべく第１５図のフォースコイルＡ、
Ｂ、ＣおよびＤからなるラジアルおよびアキシャルフォ
ース発生電磁石アレイ１０２に駆動電流として印加され
る。

第１９図は、第１４図Ｃのセンスコイルアレイおよび第
１５図のフォースコイルの構成に関連して使用される信
号処理回路要素の機能概略図である。コイル＃１および
＃２（北−南）ならびに＃３および＃４（東−西）の８
の字センスコイルの組合せ用の回路は、第１８図に関連
して示され且つｊホベられたものとほとんど同じである
。励磁コイルとして働くセンスコイル１１２は、第１６
図に示されたのと非常に良く似た回路を用いており、励
磁コイル１１２に結合されたセンサ回路４２を備え、該
センサ回路４２は精密整流器４４を介してローパスフィ
ルタ段４６およびダンプ回路９０に与えられる信号を出
力する。バッファ増幅器の出力にあられれる８の字コイ
ルからの検出信号は、それぞれ、各々センサ回路４２か
らの信号をも受ける乗算段（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓｔ
ａｇｅ）　２２０に与えられる。該乗算段２２０の出力
は、ローパスフィルタ１９４およびダンプ回路１９６を
経由して第１８図について述べられたのと同様のやり方
で処理される。これら３チヤンネルの最終信号は、図示
され且つ上述されたやり方でフォースコイルＡ、Ｂに印
加される。８の字コイルから得られ、処理され且つ、こ
の場合はおそらく、コイルＡおよびＢまたはＣおよびＤ
の間の共通接続点に印加される信号は、それぞれ（ある
いは実際の横方向移動の適切なベクトル成分）北−南お
よび東−西コイルに対する横方向位置および横方向速度
信号をあられす。励磁コイル１１２から処理され、全て
のフォースコイルＡ〜Ｄの共通接続点に印加された信号
は、浮上部材の軸方向位置および速度に対応する。これ
らの信号の組合せは、フォースコイルにおいて必要な補
償力を提供する。

図面に示されたような浮上装置の種々の変形例に関する
いくらかの考察は論議を明確にするであろう。第９図の
変形例は、浮上対象物の上下両方の′Ｒ１１フォースコ
イルを用いている。これらのコイルは、浮上部材の位置
と速度を判定するため下側ボックス内のセンスコイルか
らの信号を用いる回路要素によって駆動される。軸方向
の位置および速度は、センスコイルによって明白に判定
されるが、横方向の位置および速度は、符号に関しての
情報なしに（例えば、横方向の位置は２７°あるいは２
０７°であり得る）極平面および振幅によって決定され
る。この変形例においては、下側電磁フォースコイルを
駆動するために使用されるセンスコイルは浮上部材の下
方になければならない。上側電磁石を駆動するために用
いられるどのセンスコイルも浮上部材の情報に設けられ
なければならない。このような構成は、遅れなしに浮上
部材の両端に導かれ、且つ方向位相において浮上部材の
当該端部位置から１８０”異なって印加される力を容易
に持たせ、３つのモードの振動のいずれにかかわらず制
動されるようにさせる。第９図の変形例のみがセンスコ
イルを基底部に設けている。

モード１の振動は、浮上部材の頭頂部および基部におい
て同位相の動きとなる。モード２の振動は、位相の点で
は頭頂部および基部の両方において同じ動きとなるが、
図示されたピラミッドの場合は、頭頂部よりも基部のほ
うが大きく動くため（第２図参照）ｆｆｉ幅が相違する
。モード３の振動は、頭頂部と基部において１８０°位
相のずれた動きとなるが、二つの動きの大きさは、はぼ
等しい。そして、第９図のサーボシステムコイルの変形
例は、最適に安定化させるために、下側ボックス内のフ
ォース発生コイルの３つのモードすべての全周波数帯域
にわたって１８０°の位相反転プラス進相を持つべきで
ある。該サーボシステムは、上側Ｎ８１フオースコイル
に、モード１および２の撮動については１８０°プラス
進相を与える必要があり、同時に、モード３の振動につ
いて１８０゜位相反転プラス遅相を与えなければならな
い。

第１０図の例を考えると、浮上部材に対して所定の軸方
向の力を生起するために必要な基部フォースコイルに対
する電力は、他の変形例で用いられる上側フォースコイ
ルに対するものよりも小さい。

これには次の３つの理由がある。（１）浮上部材の永久
磁石と電磁石フォースコイルとの間の間隔が、頭頂部に
対してよりも基部フォースコイルに対して小さい。（２
）基部のフォースコイルのサイズは、より小さく、浮上
部材の磁石を妨害しないような少ない磁力線を生ずる。

（３）もし、上側リフト永久磁石の磁気強制が打ち勝つ
必要がなければ、浮上部材中の磁石から放射される磁力
線のルートを更新することがＮｖ！１フォースコイルに
ついて容易である。このことは、第１３図の変形例のよ
うに、下側ボックス内のみの電磁フォースコイルおよび
支持マグネットの使用に都合よく作用する。不幸にして
、サーボシステムによって要求される全ての電磁力の発
生を下側フォースコイルに依存している点に不利がある
。下側フォースコイルは、やはり基部に配置されたセン
スコイルとの間に相対的に大きな相互インダクタンスを
呈し得る。この相互インダクタンスの制限か、電磁的に
結合されたシステムの発掘を避けるためゲインが誘導結
合されたサーボシステムにおける相互インダクタンスの
効果の、電子回路手段を介しての、減少かが必要となる
。

この問題を減少させる一つの方法は、センスコイル巻線
の数ターンに要求されるような充分に高い周波数でセン
スコイルを励起することである。

磁気結合システムにおいて１より小さくなければならな
い閉ループゲインがフォースコイルのターン数に対する
センスコイルのターン数の比に比例するから、この解決
方式は極めて効果的である。

この問題に対処するその他の方法は、それらが互いに相
互インダクタンスを小さくするようにセンスおよびフォ
ースコイルの方向、寸法または位置を設定することであ
る。その伯の方法は、第１６図、第１８図および第１９
図の回路におけるように、センスコイルの発振周波数に
おける位相シフトを持たず、しかも電磁フォースコイル
の磁界によりセンスコイル内に生成される低周波信号の
減衰を可能とするバイパスフィルタとローパスフィルタ
の組合せを用いることである。また、第１８図および第
１９図の回路におけるように、センスコイル発振信号の
各ハーフローブの下の領域に比例する直流信号を作る精
密整流回路の使用は、センス信号上に重畳される低周波
信号の各半サイクルを反転させ、その結果としてこの重
畳信号の平均および相殺を生じさせる。

図示された形態の磁気浮上装置、および該磁気浮上シス
テムを効果的に展開し安定化するための回路構成の種々
の構成は、以上に図示され且つ述べられている。本発明
のこれら特定の構成においては、磁気浮上装置において
その電力が利用される外部の手段を持たないように、装
置は完全に内蔵される。もちろん、それは本発明の実施
の本質ではないが、特定の応用において興味深いことで
あろう。これらの構成は、浮上対象物が永久磁石磁界に
よってのみ支持されるヌル位置からの該浮上対象物の偏
倚を補償するために必要な電力のみを引出すためｉ！磁
磁片オースコイル制御する帰還回路要素を受入れ、それ
によって電源における電力放出を最少に低減している。

固有モードの撮動における浮上対象物の平行移動および
速度の所望の制動を実現するための各種回路、コイルお
よび磁石の構成が開示されている。そのような効果的な
制動は、静的な力のヌル位置に関連して浮上部材の軸方
向の動き、横方向の動きおよび回動に関して与えられる
。内蔵バッテリ電源の充電のための設備は、所定時間あ
るいは装置を操作するユーザが任意に選択したときにシ
ステムを休止させる際に回路電源をターンオフするため
の特別な構成と同様に、装置内に組込まれている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、浮上システムに永久磁石の適切な組合
せを含ませることにより、磁気浮上を確立するために必
要な電力消費を実質的に減少させることが可能で、構成
も比較的簡単な磁気浮上装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による磁気浮上装置の外観を
示す斜視図、第２図は磁界内における第１図の浮上対象
物の動きを定義する振動のモードを示す図、第３図は同
実施例における一部の具体的な構成の一例を示すブロッ
クおよび概略構成図、第４図は同実施例における他の一
部の具体的な構成の一例を示すブロック図、第５図は第
３図の非ブロック図部分の池の構成例を示す概略構成図
、第６図は第３図の非ブロック図部分のその他の構成例
を示す概略構成図、第７図および第８図は第３図の非ブ
ロック図部分のさらにその他の構成例を示す概略構成図
、第９図は第３図の他の構成例を示すブロックおよび概
略構成図、第１０図は第３図のその他の構成例を示すブ
ロックおよび概略構成図、第１１図〜第１３図は第３図
のその他の構成例を示すブロックおよび概略構成図、第
１４図は同実施例において使用されるセンスコイルの構
成例を示す模式図、第１５図は同センスコイルの他の構
成例を示す模式図、第１６図は同実施例の一部の具体的
な構成例を示す回路図、第１７図は同実施例の他の一部
の具体的な構成例を示すブロック図、第１８図は第１４
図Ａ、Ｂおよび第１５図のセンスおよびフォースコイル
アレイを用いた場合の回路構成の一部の具体例を示すブ
ロック図、第１９図は第１４図Ｃおよび第１５図のセン
スおよびフォースコイルアレイを用いた場合の回路構成
の一部の具体例を示すブロック図である。１２・・・ボックス、１８．１８−　、１０７・・・浮
上部材、２０、３０．３０−　、１０５・・・永久磁石
エレメント、２２、７２．７４・・・ターゲットコイル
、２４・・・同調コンデンサ、３２．９４．１０２・・
・磁界発生コイル、３８・・・アルミニウム合金薄板、
４０．４０−　、１０４・・・センスコイル、４２・・
・センサ回路、４４・・・＃Ｉ密密流流器４６・・・ロ
ーパスフィルタ、５２．９２・・・電力回路、５４・・
・ヌル回路、７６、７８・・・渦電流制動エレメント、
９０・・・ダンプ回路、１０６・・・リングマグネット
、１１０・・・プラグマグネット、１８０・・・タンク
回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ｅ４＋　　　　　　　　　　　　え−ド・２　　　　　
　　　　　え−４，３７￥Ｅ？−−’ 々タロＡ　　　　　　　　　　１７ｓ、４号、Ｊ　　　
　　　　　　　１ａ・７４Ｌ乙、７Ｂスイｌし八１〜・１６８特許庁長官　宇　賀　　道　部　殿１．事イイｌの表示特願昭６０−４０９７０号２、発明の名称 −１磁気浮上装置３、補正をする者 −′　事件との関係　　特許出願人レビ１〜ロン・インターナショナル・リミテッド４、代理人東京都港区虎ノ門１丁目２６番５＠　第１７森ビル■１
０５電話０３　（５０２＞３１８１　（大代表）昭和６
０年６月２５日６、補正の対象７、補正の内容添付図面第８図（Ｆｉｇ、８）および第８Ａ図（Ｆ　ｉ
　Ｃ１，８Ａ）の図番を、それぞれ別紙に未配する通り
第８図Ａ　（Ｆ　ｉ　ＣＪ、　８Ａ）および第８図Ｂ　
（Ｆ　ｉ　Ｑ、　８Ｂ）と訂正する。 ”−゛）Ｓｌむ、６Ａｌ夕、ａＡ！む、ｉθ Ｉむ・７４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁界内に浮揚されるべき対象物を支持すべく設置
された第１の磁気エレメントと、この第１の磁気エレメ
ントとの間の磁界相互作用により所定位置に配置させる
ための第２の磁気エレメントを有する磁気部材とを備え
た磁気浮上装置において、上記磁気エレメントの少なく
とも一つは永久磁石であり、且つ、上記磁気部材を検出
するための固定センスコイルと、浮揚磁界を変更するた
めの少なくとも一つの磁界発生コイルと、上記センスコ
イルと上記磁界発生コイルとの間を結合し、該センスコ
イルからの電気信号に応答して該磁界発生コイルの電流
を選択的に制御するための回路要素とを具備し、さらに
、上記磁気部材の動きに対応するように設置され、ヌル
位置に対する磁気部材の位置および速度の両者を監視す
るため上記固定センスコイルに対して誘導的に結合され
たターゲットコイルを設けたことを特徴とする磁気浮上
装置。
（２）ターゲットコイルは、第１および第２の磁気エレ
メントに共通の軸に対して同軸に且つ該軸に対しておお
むね垂直をなす平面上に配置されたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の磁気浮上装置。
（３）ターゲットコイルは、閉ループ内に同調コンデン
サに直列に接続されたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項に記載の磁気浮上装置。
（４）センスコイルは、上記軸に対しておおむね垂直を
なす平面上に同軸に設置され、且つターゲットコイルよ
りも大きな直径を有することを特徴とする特許請求の範
囲第２項に記載の磁気浮上装置。
（５）回路要素は、センスコイルに接続され、ターゲッ
トコイルに電流を誘起させるための電流を該センスコイ
ルに生じさせるための発振器を有し、且つターゲットコ
イルによる換算インピーダンス（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ　
ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）による装荷に起因するセンスコイ
ル電流における変化を検出するセンサ回路を備えたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気浮上装置
。
（６）ターゲットコイルおよびセンスコイルの少なくと
も一方に、第２の磁気エレメントの軸方向、横方向およ
び回動方向の動きを検出するための付加コイルが設けら
れたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の磁気
浮上装置。
（７）磁気浮上装置は、磁気部材の検出された動きを制
動するため、センスコイル内に同軸的に搭載された磁気
粘性ダンパを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
２項〜第４項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
（８）磁気浮上装置は、センスコイルと同軸的に配置さ
れ、且つセンスコイルとおおむね平行に延設された渦電
流制動エレメントを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項〜第７項のいずれか一項に記載の磁気浮上装
置。
（９）磁気部材が浮揚されている状態で磁気部材の縦揺
れおよび横揺れに対応する信号を呈するように、付加タ
ーゲットコイルがセンスコイルに誘導的に結合されたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の磁気浮上装
置。
（１０）磁気浮上装置は、底面に沿つて配設された渦電
流シールドのためのアルミニウム合金薄板を有し、第１
の磁気エレメントを収容する筐体を備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記
載の磁気浮上装置。
（１１）磁界発生コイルが、磁気部材の下方に配置され
た特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記載
の磁気浮上装置。
（１２）回路要素は、第２の磁気エレメントの位置およ
び速度を監視するためセンスコイルに結合されたセンサ
回路と、磁界発生コイルに電流を供給するように結合さ
れた駆動回路と、第２の磁気エレメントの位置および速
度に対応する上記センサ回路からの信号に従つて磁界発
生コイルに対する電流を制御するため上記センサ回路と
上記駆動回路との間に結合された精密整流器およびロー
パスフィルタ段とを具備したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記載の磁気浮上
装置。
（１３）第２の磁気エレメントに関連し、その動きに対
応する位置に固定されて互いに直交する平面に配設され
た複数のターゲットコイルと、３つの直交軸に関連する
磁気部材の動きを検出するため上記互いに直交するコイ
ルに誘導的に結合された単一の静止センスコイルとを具
備したことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
（１４）第２番目の磁界発生コイルは、浮上磁気部材の
下方にセンスコイルと同軸的に且つおおむね同一平面上
に配設され、且つ、その電流を制御するため一つの磁界
発生コイルに結合された第１の電力回路と、その電流を
制御するため上記第２番目の磁界発生コイルに結合され
た第２の電力回路と、上記センスコイルから受けた信号
に従って上記第１および第２電力回路を制御するための
回路要素とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第１３項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置
。
（１５）回路要素は、磁気部材がヌル位置にあるときに
第１の磁界発生コイルに対する電流を最小にするための
第１の電力回路の入−出力間の帰還路を提供するヌル回
路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記
載の磁気浮上装置。
（１６）センスコイルは、磁気部材の上方に第１の磁気
エレメントおよび磁界発生コイルと同軸的に並置されて
搭載されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
１３項のいずれか一項に記載の磁気浮上装置。
（１７）センスコイルは、中心軸の周囲に９０°間隔で
配置され、各対向するペアが８の字コイル形状をなして
相互に接続された４個のクオドラチャー巻線と、これら
巻線に誘導的に結合された励磁コイルとを具備してなる
特許請求の範囲第６項または第９項に記載の磁気浮上装
置。
（１８）センスコイルは、ヌル位置からの磁気部材の軸
方向および横方向の両偏倚の検出のためセンスコイルア
レイ内に複数の巻線が配設されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１４項に記載の磁気浮上装置。
（１９）磁界発生コイルは、フォースコイルアレイ内に
設置され且つセンスコイルからの信号に応答して磁気部
材をヌル位置に再配置する磁界の力を呈するように結合
された複数のフォース発生コイルを備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第１８項に記載の磁気浮上装置。
（２０）センスコイルアレイの巻線は、４個の半円上の
巻線からなり、対向するペアが９０°ずれた向きに配置
されるとともに、個々の巻線は各々対応する各別のタン
ク回路に結合されており、該タンク回路は他の巻線タン
ク回路と同様の周波数および位相をもつて発振するよう
に駆動されることを特徴とする特許請求の範囲第１８項
に記載の磁気浮上装置。
（２１）磁気浮上装置は、浮揚対象物を支持するように
設置された補助磁気エレメントを備え、第１の磁気エレ
メントは、磁気部材の上方に配設され、且つ上記補助磁
気エレメントは磁気部材の下方に配設されたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項〜第２０項のいずれか一項
に記載の磁気浮上装置。
（２２）第１の磁気エレメントは、第２の磁気エレメン
トを反発力タイプの磁気浮上系で支持すべく磁気部材の
下方に配設されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の磁気浮上装置。