(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石を備えた磁石ユニットと、
前記磁石ユニットで支持される浮上体と、
前記磁石ユニットの磁極が空隙を介して対向し前記磁石ユニットの作用する吸引力で前記浮上体を非接触で支持するための強磁性部材と、
前記浮上体が浮上状態にないとき前記浮上体と前記強磁性部材の位置関係を維持する補助支持手段と、
前記電磁石の励磁電流を検出するセンサ部と、
前記センサ部の出力に基づいて前記強磁性部材に対する前記浮上体の姿勢を推定する姿勢推定手段、前記浮上体と前記強磁性部材または前記補助支持手段との接触を検出する接触検出手段、前記接触検出手段の出力に基づき接触時の前記強磁性部材に対する前記浮上体の姿勢を演算する姿勢演算手段、前記接触検出手段の出力に基づき接触時に前記姿勢推定手段を動作開始時の状態に初期化する推定初期化手段、前記姿勢推定手段が初期化される際に前記姿勢演算手段の出力値を前記姿勢推定手段の初期値として設定する初期値設定手段、前記姿勢推定手段の出力に基づいて前記磁石ユニットが前記空隙および前記強磁性部材を介して形成される磁気回路が安定化するように前記磁石ユニットの吸引力を制御する駆動手段、を有する吸引力制御手段と、
を備えていることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
前記磁石ユニットは、前記空隙において前記電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石を備えていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項３】
前記吸引力制御手段は、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ゼロへ収束させながら前記磁気回路を安定化させるゼロパワー制御手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の磁気浮上装置。
【請求項４】
前記ゼロパワー制御手段は前記姿勢推定手段によって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上装置。
【請求項５】
前記姿勢推定手段は、前記電磁石の励磁電流およびその励磁電流を発生している励磁電圧に基づいて前記浮上体の前記強磁性部材に対する姿勢およびその姿勢の時間変化を推定することを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項６】
前記姿勢推定手段は、その姿勢推定手段の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあるときは入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外にあるときは飽和値を出力する推定出力制限手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項７】
前記吸引力制御手段は、前記推定出力制限手段の出力に基づいて電磁石励磁電圧を演算してその出力を前記駆動手段に与える励磁電圧演算部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の磁気浮上装置。
【請求項８】
前記励磁電圧演算部は、その励磁電圧演算部の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあるときは入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外にあるときは飽和値を出力する電圧出力制限手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上装置。
【請求項９】
前記励磁電圧演算部は、前記推定出力制限手段の出力に基づいて、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させるべく前記電磁石励磁電圧の線形結合で表されるモード別励磁電圧を演算するモード励磁電圧演算部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上装置。
【請求項１０】
前記吸引力制御手段は、前記浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる前記電磁石励磁電流の線形結合で表されるモード別励磁電流を演算するモード励磁電流演算部を備えていることを特徴とする請求項９に記載の磁気浮上装置。
【請求項１１】
前記モード励磁電圧演算部は、そのモード励磁電圧演算部の出力を入力とする前記電圧出力制限手段を備えていることを特徴とする請求項９に記載の磁気浮上装置。
【請求項１２】
前記姿勢推定手段は、前記電磁石の前記モード励磁電流演算部の出力および前記モード励磁電圧演算部の出力に基づいて前記浮上体の前記強磁性部材に対する姿勢およびその姿勢の時間変化を推定することを特徴とする請求項１０に記載の磁気浮上装置。
【請求項１３】
前記姿勢推定手段は積分器を有し、前記接触検出手段が接触を検出しているときには前記推定初期化手段によりその積分器の積分が中止されるとともに積分結果は前記初期値設定手段が出力する値となり、前記接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはその直前の接触時に前記初期値設定手段が出力していた値を初期値として前記推定初期化手段によりその積分器の積分を開始することを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項１４】
前記姿勢推定手段は、前記接触検出手段が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入力される前記電磁石の励磁電流および前記励磁電圧演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに前記接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力を前記電磁石の励磁電流もしくは前記励磁電圧演算部の出力に切替える切替手段を有することを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上装置。
【請求項１５】
前記姿勢推定手段は、前記接触検出手段が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入力される前記モード励磁電流演算部および前記モード励磁電圧演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに前記接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力を前記モード励磁電流演算部もしくは前記モード励磁電圧演算部の出力に切替える切替手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の磁気浮上装置。
【請求項１６】
前記補助支持手段は前記浮上体に付随していることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項１７】
前記補助支持手段は前記強磁性部材に付随していることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【請求項１８】
前記磁石ユニットは前記浮上体に付随していることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、吸引式磁気浮上により浮上体を非接触で支持する磁気浮上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
常電導吸引式磁気浮上は騒音や発塵がなく、ＨＳＳＴ（超高速地表輸送機）やトランスラピッド等の鉄道、半導体工場でのクリーンルーム内搬送システム等においてすでに実用化が図られている。電磁石を強磁性部材に対向配置し、電磁石の励磁によって強磁性部材との間に生じる吸引力を利用して浮上体を浮上させる常電導吸引式磁気浮上においては磁気浮上系が本来的に不安定であり、これを安定化するために浮上ギャップ長、その速度、さらには加速度や電磁石励磁電圧、電磁石励磁電流を検出し、これらを吸引力制御手段にフィードバックして吸引力制御を行うことも実施されている。このため、システムの安定性を確保するためには、従来の技術では浮上ギャップ長の検出が必要であり、ギャップセンサの使用を避けることはできなかった。また、強磁性部材と電磁石間のギャップ長をギャップセンサで検出するには、使用するギャップセンサに適したセンサターゲットが必要であり、強磁性部材に付随してセンサターゲットを敷設しなければならなかった。
【０００３】
このように、浮上ギャップ長を磁気浮上系の安定化に用いる場合、ギャップセンサやセンサターゲットが必要であり、それが装置のコストを上昇させていた。また、ギャップセンサの取付けスペースやセンサターゲット用のスペースを確保しなければならず、このことが装置小型化の障害となっていた。とくに、鉄道や搬送システムにおいては強磁性ガイドで構成される軌道に分岐箇所が設けられるため、センサターゲットとガイドが交差してギャップ長の検出を妨げることのないようにする仕組が必要であり、これもシステムの複雑化を招く原因となっていた。
【０００４】
こうした問題を解決するため、例えば、電磁石励磁電流からオブザーバ（状態観測器）によりギャップ長を推定する方法（水野、他：「変位センサレス磁気軸受の実用化に関する研究」、電気学会論文集Ｄ分冊、116、No.1、35(1996)）や交流磁気浮上により生じる電磁石励磁電圧と励磁電流の位相差信号にギャップ情報を含ませ、これを電磁石励磁電圧にフィードバックして安定化する方法（森山：「差動帰還形パワーアンプを用いたＡＣ磁気浮上」1997年電気学会全国大会予稿集、No.1215）、また、電磁石励磁電流値をヒステリシスコンパレータで励磁電流基準値と比較し、励磁電流が基準値より大きい場合には電磁石励磁電圧を負に、小さい場合は正に切替えることによりスイッチング周波数を浮上ギャップ長に比例させ浮上系を安定化する（水野、他：「ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気浮上」、計測自動制御学会論文集、32、No.7、1043(1996)）等の方法がギャップセンサをなくすセンサレス化手法として提案されている。
【０００５】
しかし、こうした解決策であっても、オブザーバを使用する場合にあっては、ギャップ長が浮上状態における磁気浮上系の線型モデルから導出されるため、浮上状態にないときの浮上ギャップ長の推定ができず浮上開始が困難であったり、いったん浮上体が他の構造物に接触すると再び浮上状態に復帰することができなかったりする等の問題があった。さらには、オブザーバ以外のギャップ情報を含む物理量で電磁石励磁電圧を制御する場合は、浮上制御系が非線型系になるため、安定判別が困難であったり、浮上体の質量変化や励磁による温度上昇で電磁石コイルに電気抵抗の変動があると浮上状態の維持が困難になったりするという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の磁気浮上装置にあっては、浮上体の浮上ギャップ長を吸引力制御手段にフィードバックして浮上体の安定な磁気浮上状態を実現しており、ギャップセンサおよびセンサターゲットが不可欠となる。このため、装置が大型化して複雑になり、コストアップを招くという問題があった。しかも、こうした問題を避けるためにギャップ長の情報をギャップセンサを用いずに吸引力制御手段にフィードバックすると、浮上系の安定性や動作の信頼性が著しく損なわれるため、結局はギャップセンサを使わざるを得ず、装置の複雑化や大形化、コスト高の問題を回避することは相当困難なものであった。
【０００７】
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、装置の簡素化や小型化、コストの低減化、信頼性の向上を図り得る磁気浮上装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の磁気浮上装置は、電磁石を備えた磁石ユニットと、磁石ユニットで支持される浮上体と、磁石ユニットの磁極が空隙を介して対向し前記磁石ユニットの作用する吸引力で浮上体を非接触で支持するための強磁性部材と、浮上体が浮上状態にないとき浮上体と強磁性部材の位置関係を維持する補助支持手段と、電磁石の励磁電流を検出するセンサ部と、センサ部の出力に基づいて強磁性部材に対する浮上体の姿勢を推定する姿勢推定手段、浮上体と強磁性部材または補助支持手段との接触を検出する接触検出手段、接触検出手段の出力に基づき接触時の強磁性部材に対する浮上体の姿勢を演算する姿勢演算手段、接触検出手段の出力に基づき接触時に姿勢推定手段を動作開始時の状態に初期化する推定初期化手段、姿勢推定手段が初期化される際に姿勢演算手段の出力値を姿勢推定手段の初期値として設定する初期値設定手段、および姿勢推定手段の出力に基づいて磁石ユニットが空隙および強磁性部材を介して形成される磁気回路が安定化するように磁石ユニットの吸引力を制御する駆動手段を有する吸引力制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、磁石ユニットが、空隙において電磁石の磁束と磁路を共有するように配置される永久磁石を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の磁気浮上装置において、吸引制御手段が、センサ部の出力に基づいて電磁石の励磁電流をゼロへ収束させながら磁気回路を安定化させるゼロパワー制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の磁気浮上装置において、ゼロパワー制御手段は姿勢推定手段によって構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、電磁石の励磁電流およびその励磁電流を発生している励磁電圧に基づいて浮上体の強磁性部材に対する姿勢およびその姿勢の時間変化を推定することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、その姿勢推定手段の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあるときは入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外にあるときは飽和値を出力する推定出力制限手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の磁気浮上装置において、吸引力制御手段が推定出力制限手段の出力に基づいて電磁石励磁電圧を演算してその出力を駆動手段に与える励磁電圧演算部を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の磁気浮上装置において、励磁電圧演算部がその励磁電圧演算部の出力を入力し、その入力が所定の飽和範囲内にあるときは入力値をそのまま出力し、所定の飽和範囲外にあるときは飽和値を出力する電圧出力制限手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項７に記載の磁気浮上装置において、励磁電圧演算部が、推定出力制限手段の出力に基づいて、浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させるべく電磁石励磁電圧の線形結合で表されるモード別励磁電圧を演算するモード励磁電圧演算部を備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の磁気浮上装置において、吸引力制御手段が、浮上体の運動の自由度に寄与する吸引力を発生させる電磁石励磁電流の線形結合で表されるモード別励磁電流を演算するモード励磁電流演算部を備えていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、請求項９に記載の磁気浮上装置において、モード励磁電圧演算部が、そのモード励磁電圧演算部の出力を入力とする電圧出力制限手段を備えていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、請求項１０に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、電磁石のモード別励磁電流演算部の出力およびモード励磁電圧演算部の出力に基づいて浮上体の強磁性部材に対する姿勢およびその姿勢の時間変化を推定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が積分器を有し、接触検出手段が接触を検出しているときには推定初期化手段によりその積分器の積分が中止されるとともに積分結果は初期値設定手段が出力する値となり、接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはその直前の接触時に初期値設定手段が出力していた値を初期値として推定初期化手段によりその積分器の積分を開始することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、請求項７に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段は、接触検出手段が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入力される電磁石の励磁電流および励磁電圧演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力を電磁石の励磁電流もしくは励磁電圧演算部の出力に切替える切替手段を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５に係る発明は、請求項１０に記載の磁気浮上装置において、姿勢推定手段が、接触検出手段が接触を検出しているときにはその姿勢推定手段に入力されるモード励磁電流演算部およびモード励磁電圧演算部の出力をゼロ入力に切替えるとともに接触検出手段が接触を検出しなくなったときにはゼロ入力をモード励磁電流演算部もしくはモード励磁電圧演算部の出力に切替える切替手段を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１６に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、補助支持手段が浮上体に付随していることを特徴とする。
【００２４】
請求項１７に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、補助支持手段が強磁性部材に付随していることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８に係る発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、磁石ユニットが浮上体に付随していることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜発明の原理＞
ここで本発明の磁気浮上装置の原理を説明する。図１は、一質点系の磁気浮上装置が全体として符号１で示している。
【００２７】
磁気浮上装置１は、永久磁石３および電磁石５で構成される磁石ユニット７、およびこの磁石ユニット７によって浮上される負荷荷重９からなる浮上体１１と、磁石ユニット７が対向するとともに磁石ユニット７の作用する磁気的吸引力で浮上体１１を非接触で支持するための強磁性部材からなるガイド１３と、磁石ユニット７の吸引力を制御して浮上体１１を安定に非接触支持するための吸引力制御手段１５とで構成されている。
【００２８】
永久磁石３の両磁極端部にそれぞれ継鉄１７ａ，１７ｂがその側面で当接するように配置され、電磁石５は継鉄１７ａ，１７ｂにコイル１９ａ，１９ｂを巻装して構成されている。永久磁石３の発生磁束は、継鉄１７ａ→ガイド１３→継鉄１７ｂ→永久磁石３からなる閉磁路を通る。両コイル１９ａ，１９ｂは直列に接続され、それらに所定極性の電流を流すことにより、その発生磁束を永久磁石３の発生磁束に重畳して強めたり、逆に永久磁石３の発生磁束を相殺して弱めたりすることができる。
【００２９】
電磁石５の電流制御は吸引力制御手段１５によって行われる。吸引力制御手段１５は、ギャップセンサ２１によって得られる浮上ギャップ長z、および電流センサ２３によって得られる励磁電流izに基づいて、電磁石５の励磁電圧を演算する励磁電圧演算部２５と、この励磁電圧演算部２５の出力に基づいて電磁石５に所要の励磁電流izを供給するドライバ２７とを備えている。
【００３０】
磁気浮上装置１の磁気浮上系は、磁石ユニット７の吸引力が浮上体１１の重量と等しくなるときの浮上ギャップ長z0の近傍で線型近似し、以下の微分方程式で記述される。
【数１】
0003871570.tif 000002
式（１）中、mは浮上体１１の質量、zは浮上ギャップ長、izは電磁石５の励磁電流、φは磁石ユニット７の主磁束、ezは電磁石５の励磁電圧、Δは定常浮上状態（z = z0, iz = iz0）からの偏差、記号“・”は d/dt、偏微分∂/∂h (h=z,i)は定常浮上状態（z = z0, iz = iz0）における被偏微分関数のそれぞれの偏微分値、Lz0 は、
【数２】
0003871570.tif 000003
となる。式（３）中、xの各要素が浮上系の状態量であり、Cは出力行列であり、ez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２１と電流センサ２３を使用しており、ギャップセンサ２１の信号を微分することにより速度を得る場合には、Cは単位行列となる。ここで、Fをxの比例ゲイン補償器、Kiを積分ゲインとして励磁電圧ezを例えば、
【数３】
0003871570.tif 000004
で与えれば、磁気浮上装置１は特公平０６−２４４０５号公報に見られるゼロパワー制御で浮上する。ここで、励磁電圧演算部２５において式（６）が演算されることは言うまでもない。
【００３１】
式（１）の磁気浮上装置１においてギャップセンサ１５を使用せずに、励磁電流Δizから浮上ギャップ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定するための推定手段として、例えば同一次元状態観測器（以下オブザーバという）を適用する場合を考える。このとき、線型制御理論によれば、オブザーバは
【数４】
0003871570.tif 000005
【００３２】
したがって、図２に示す本発明に係わる磁気浮上装置１’にあってはギャップセンサ２１が省略され、その代わりに浮上体１１およびその近傍に非接触状態から接触状態になったことを例えば圧電ゴム２８により検出する接触検出手段２９、および接触時の浮上体の姿勢を維持する補助支持手段３１が備えられている。また、励磁電圧演算部２５には励磁電流Δizから浮上ギャップ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定する、例えばオブザーバで構成される姿勢推定手段３３と、補助支持手段３１で維持された姿勢から浮上状態へ移行する場合のオブザーバの初期値となるべきx0を演算する姿勢演算手段３５と、接触によりオブザーバの出力値を初期状態に戻すための推定初期化手段３７と、初期化されたオブザーバに姿勢演算手段で計算されたx0を初期値として設定するための初期値設定手段３９とが備えられている。そして、推定された励磁電流Δiz、浮上ギャップ長偏差Δz、およびその速度d(Δz)/dtが励磁電圧演算部２５に入力され、ドライバ２７を介して電磁石５が励磁される。このように、オブザーバを初期化するとともに所定の初期値を与えてやることにより、停止状態から浮上する場合や、外力その他の理由によりに浮上状態から接触状態になった場合でも、励磁電流Δizから浮上ギャップ長偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定当初から誤差を抑えて推定することができ、浮上体１１を確実に浮上状態へ移行するとともにその浮上状態を維持することができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
＜第１の実施の形態＞
図３ないし図７は第１の実施の形態による磁気浮上装置の主要部を示しものである。
【００３５】
図３に示すように、この磁気浮上装置４０は、建物の天井を構成する天板４２の下面に所定の取付方法で取付けられた強磁性部材からなるガイドレール４４とこのガイドレール４４を天板４２に取付けることにより生じた凹凸を天板４２の所定の範囲において平面に修正する非磁性体からなる平面補正部材４５とで構成される上部支持部材４６と、床４８に所定形状の溝５０を掘って構成される下部支持部材５２と、上部支持部材４６および下部支持部材５２の間に介在し、両者間の間隔によって幾何学的に転倒することが妨げられている仕切体５４とを備えている。ガイドレール４４にはその下面所定位置に穿たれ断面が逆Ｕ字形状で仕切体５４の上部を案内するための上部ガイド溝５６が形成されている。
【００３６】
仕切体５４は、仕切体５４に取付けられ、仕切体５４をガイドレール４４に対して非接触で支持する２つの磁石ユニット６０ａ，６０ｂと、仕切体５４を非接触で支持するために磁石ユニット６０ａ，６０ｂの吸引力を制御する吸引力制御手段としての制御装置７０と、磁石ユニット６０ａ，６０ｂおよび制御装置７０に必要な電力を供給する電源装置７２と、磁石ユニット６０ａ，６０ｂが台板６２を介して取付けられているフレーム部８０と、フレーム部８０にはめ込まれ、たとえばガラスやアルミ、木材、紙等で構成された仕切板８２とで構成されている。
【００３７】
磁石ユニット６０ａ，６０ｂは永久磁石６４と電磁石６６，６６’とで構成され、電磁石６６，６６’の先端がガイドレール４４の下面と対向するように全体としてＵ字形状に組み立てられている。電磁石６６，６６’は角柱状の鉄心６８（６８'）をコイル６９（６９'）に挿入して構成され、コイル６９，６９’は励磁時の際に互いの磁束を強め合うように直列に結線されている。電磁石６６，６６’の先端部には、これらが励磁されていない時に永久磁石６４の吸引力で磁石ユニット６０ａ，６０ｂ’がガイドレール４４に吸着して固着することを防止し、かつ吸着状態でも仕切体５４の移動に支障が出ないように固体潤滑部材で表面処理した圧電ゴム７３ａ，７３ｂが取付けられている。ここで圧電ゴム７３ａ，７３ｂは磁石ユニット６０ａ，６０ｂのそれぞれのガイドレール４４への接触時に吸引力により電気抵抗がゼロに近くなる性質を有しており、仕切体５４の接触状態を検出するのに好適なものである。
【００３８】
フレーム部８０は、断面が逆Ｕ字形状でその上部に取付けられた固定台８３と、この固定台８３に固着された支持棒８４と、この支持棒８４の先端部に回転可能に取付けられ上部ガイド溝５６に嵌入して仕切体５４の上部をガイドレール４４に沿って案内する案内シュー８６と、溝５０に嵌入し仕切体５４の下部を溝５０に沿って案内する２つの案内車輪８８，８８’と、仕切体５４が壁面に沿って移動する際に挟まれ事故を防止するために柔軟な材料たとえば軟質ゴム等で構成されるガード部材８９と、断面がＵ字形状でその凹部で左右から仕切板８２を挟み込むための側面フレーム９１と、左右の側面フレーム９１の下側端面に所定の方法で固定され下面両端所定位置に案内車輪８８，８８’の車軸９３を有する底面フレーム９５と、硬質の圧電ゴムで構成され底面フレーム９５の下面に貼付られ磁石ユニット６０の吸引力喪失時等の場合に底面フレーム９５が直接床４８の上面に当たるのを防ぐとともに浮上体としての仕切体５４の接触を検出する緩衝部材９７と、上部基台１０１、下部基台１０３および側板１０４で箱状に構成されその内部にそれぞれ２分割された制御装置７０および電源装置７２を備えるとともに上部基台１０１上面に磁石ユニット６０が取付けられ下部基台１０３下面に左右の側面フレーム９１の上側端面が所定の方法で固定された上部フレーム１０５とで構成されている。上部フレーム１０５の上部には側面に沿って磁石ユニット６０ａ，６０ｂを視界から遮るカバー１０７が取付けられており、磁気浮上装置１０のデザイン性を高めている。
【００３９】
磁石ユニット６０ａ，６０ｂの各吸引力は制御装置７０により制御され、仕切体５４がガイドレール４４に対して非接触に支持される。
【００４０】
制御装置７０は図５および図６に示すように構造的に分割型に構成されてはいるが、たとえば図８に示すように、機能的には全体として１つに構成されている。なお、図８以下のブロック図において、矢印線は信号経路を、また棒線はコイル４０周辺の電力経路を示している。さらに、磁石ユニット６０ａにおいて２つの直列に接続されたコイル６９，６９’をまとめてコイル６９ａと表し、同様に磁石ユニット６０ｂの２つのコイル６９，６９’をコイル６９ｂと表すことにする。
【００４１】
制御装置７０はフレーム部８０に取付けられて磁石ユニット６０ａ，６０ｂの励磁電流を検出するセンサ部１１１と、磁石ユニット６０ａ，６０ｂに仕切体５４を非接触支持させるべく各コイル６９ａ，６９ｂへの印加電圧をセンサ部１１１からの信号に基づいて演算する演算回路１１２と、演算回路１１２の出力に基づいて各コイル６９ａ，６９ｂに励磁電流を供給するパワーアンプ（電力増幅器）１１３ａ,１１３ｂとで構成されており、これらで２つの磁石ユニット６０ａ，６０ｂの吸引力をz軸方向およびy軸周りについて独立に制御する。なお、パワーアンプ１１３ａ,１１３ｂは冷却のため上部基台１０１上面に取付けられた冷却フィン１１４に装着されている。
【００４２】
電源装置７２はパワーアンプ１１３ａ,１１３ｂに電力を供給するとともに、演算回路１１２に一定電圧で電力を供給する定電圧装置１１８にも電力を供給している。この電源装置７２はパワーアンプ１１３ａ，１１３ｂに電力を供給するため、図示していない電源線を介して仕切体５４の外部から供給される交流電力をパワーアンプへの電力供給に適した直流に変換する機能を有している。定電圧装置１１８は、パワーアンプ１１３への大電流の供給などにより電源装置７２の電圧が変動しても常に一定の電圧で演算回路１１２に電力を供給する。このため、演算回路１１２は常に正常に動作する。
【００４３】
センサ部１１１は各コイル６９ａ，６９ｂの電流値を検出する電流検出器１２１ａ，１２１ｂで構成されている。
【００４４】
演算回路１１２は、図３に示される運動座標系ごとに仕切体５４の磁気浮上制御を行う。すなわち、仕切体５４の重心のz座標に沿った上下動を表すzモード（上下動モード）、仕切体５４の重心回りのピッチングを表すξモード（ピッチモード）の制御を行う。この２つのモードに対し、前述の発明の原理に基づいて磁石ユニット６０ａ，６０ｂのコイル励磁電流が検出され、磁気浮上制御が行われる。
【００４５】
より詳細には、演算回路１１２は次のように構成されている。電流検出器１２１ａ，１２１ｂからの励磁電流検出信号ia，ibからそれぞれの電流設定値ia0，ib0を減算して得られる電流偏差信号Δia, Δibを演算する減算器１２３ａ，１２３ｂと、z方向の運動に関わる電流偏差Δiz、同重心周りのピッチングに関わる電流偏差Δiξを演算するモード励磁電流演算部としての励磁電流偏差座標変換回路１２５と、励磁電流偏差座標変換回路１２５の出力Δiz, Δiξからz, ξの各モードにおいて仕切体５４の重心の所定位置からの上下偏差Δzおよびその速度d(Δz)/dtを推定する上下動モード姿勢推定手段１２７ａ、仕切体５４のピッチ偏差Δξおよびその速度d(Δξ)/dtを推定するピッチモード姿勢推定手段１２７ｂ、圧電ゴム７３ａ，７３ｂおよび緩衝部材９７の電気抵抗値から仕切体５４の上部支持部材４６または下部支持部材５２への接触を検出する接触検出手段１２９、接触検出手段１２９からの接触信号に基づいて接触時の仕切体５４の姿勢からzモードにおける上下偏差Δz0を計算する姿勢演算手段１３１ａと、同ξモードにおけるピッチ偏差Δξ0を計算する姿勢演算手段１３１ｂと、姿勢演算手段１３１ａの出力Δz0を姿勢推定の初期値として上下動モード姿勢推定手段１２７ａに与える上下動モード初期値設定手段１３３ａと、姿勢演算手段１３１ｂの出力Δξ0を姿勢推定の初期値としてピッチモード姿勢推定手段１２７ｂに与える初期値設定手段１３３ｂと、接触直前までの上下動モード姿勢推定手段１２７ａが推定していた上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよび励磁電流偏差Δizの推定値をリセットする上下動モード推定初期化手段１３５ａと、接触直前までのピッチモード姿勢推定手段１２７ｂが推定していたピッチ偏差Δξ、その速度d(Δξ)/dtおよび励磁電流偏差Δiξの推定値をリセットするピッチモード推定初期化手段１３５ｂと、仕切体５４を安定に磁気浮上させるモード別電磁石制御電圧ez, eξをそれぞれ上下動モード姿勢推定手段１２７ａおよびピッチモード姿勢推定手段１２７ｂの出力に基づいて演算する励磁電圧演算部１３６としての上下動モード制御電圧演算回路１３７ａおよび同ピッチモード制御電圧演算回路１３７ｂと、各モードの制御電圧演算回路１３７ａ、１３７ｂの出力ez, eξから磁石ユニット６０ａ，６０ｂのそれぞれの電磁石励磁電圧ea, ebを演算する励磁電圧演算部１３６としての制御電圧座標逆変換回路１３９とで構成されている。そして、制御電圧座標逆変換回路１３９の演算結果、つまり上述した電圧ea, ebがパワーアンプ１１３ａ，１１３ｂに与えられる。
【００４６】
ここで、仕切体５４の接触時において上部支持部材４６と下部支持部材５２で仕切体５４の姿勢が維持されるので、本実施の形態においては上部支持部材４６と下部支持部材５２が補助支持手段を構成する。
【００４７】
仕切体５４の接触時の姿勢には、
▲１▼  磁石ユニット６０ａ，６０ｂが圧電ゴム７３ａ，７３ｂを介して上部支持部材４６に接触している姿勢（磁石ユニット６０ａのギャップ長がza1、磁石ユニット６０ｂのギャップ長がzb1）
▲２▼  底面フレーム９５が緩衝部材９７を介して下部支持部材５２に接触している姿勢（磁石ユニット６０ａのギャップ長がza2、磁石ユニット６０ｂのギャップ長がzb2）、
▲３▼  磁石ユニット６０ａが圧電ゴム７３ａを介して上部支持部材４６に接触するとともに底面フレーム９５が緩衝部材９７を介して下部支持部材５２に接触している姿勢（磁石ユニット６０ａのギャップ長がza3、磁石ユニット６０ｂのギャップ長がzb3）、
▲４▼  磁石ユニット６０ｂが圧電ゴム７３ｂを介して上部支持部材４６に接触するとともに底面フレーム９５が緩衝部材９７を介して下部支持部材５２に接触している姿勢（磁石ユニット６０ａのギャップ長がza4、磁石ユニット６０ｂのギャップ長がzb4）
の４つのパターンが存在する。接触検出手段１２９はこれらの接触姿勢パターンに対応して例えば、パターン信号「６」、「１」、「５」、「３」を出力する。これ以外のパターンは浮上状態とみなすことにより接触検出手段１２９はパターン信号「０」を出力する。
【００４８】
上下動モード姿勢演算手段１３１ａでは接触検出手段１２９の出力に応じて、
【数５】
0003871570.tif 000006
が計算される。つまり、接触検出手段１２９の出力が６の場合にはzaにza1が代入され、zbにzb1が代入される。ここで、z0は所定の浮上状態にあるときの磁石ユニット６０ａ，６０ｂの浮上ギャップ長の平均値である。接触検出手段１２９の出力がパターン信号「１」の場合には、zaにza2が、zbにzb2が代入され、信号「５」の場合にはzaにza3が、zbにzb3が代入される。そして、接触検出手段１２９の出力がパターン信号「３」の場合にはzaにza4が、zbにzb4が代入されて接触検出手段１２９の出力に基づいた接触時の上下偏差Δz0が計算される。同様にして、ピッチモード姿勢演算手段１３１ｂでは、lξを磁石ユニット６０ａ，６０ｂの中心間距離として
【数６】
0003871570.tif 000007
により接触検出手段１２９の出力に基づいて接触時のピッチ偏差Δξ0が計算される。
【００４９】
上下動モード姿勢推定手段１２７ａは上下動モード初期値設定手段１３３ａおよび上下動モード推定初期化手段１３５ａとともに図９に示すように構成されている。すなわち、上下モードにおけるオブザーバを実現するために、上下動モード姿勢推定手段１２７ａは励磁電流偏差座標変換回路１２５の出力Δizを入力とするゲイン補償器１４１，１４３，１４５と、積分器１４７，１４９，１５１と、積分器１４７の出力を入力するゲイン補償器１５３と、積分器１４９の出力を入力するゲイン補償器１５５，１５７と、積分器１５１の出力を入力するゲイン補償器１５９，１６１，１６３と、上下動モード制御電圧演算回路１３７ａの出力ezを入力とするゲイン補償器１６５と、ゲイン補償器１４１，１５５，１５９の出力を加算して積分器１４７への入力を出力する加算器１６７と、ゲイン補償器１４３，１５３，１６１の出力を加算して積分器１４９への入力を出力する加算器１６９と、ゲイン補償器１４５，１５７，１６３，１６５の出力を加算して積分器１５１への入力を出力する加算器１７１と、各積分器１４７，１４９，１５１のそれぞれに付随する初期値設定（図示省略）と、同じく各積分器１４７，１４９，１５１のそれぞれに付随する推定初期化手段（図示省略）と、ゲイン補償器１５７への分岐後の積分器１４７の出力を所定値の範囲内に制限する推定出力制限手段としてのリミッタ１８４とを備えている。
【００５０】
各積分器１４７，１４９，１５１は同一構成を持っており、例えば積分器１４７とこれに付随する初期値設定手段および推定初期化手段は図１０に示すように構成される。すなわち、加算器１６７の出力が入力される抵抗１８５とコンデンサ１８７とオペアンプ（演算増幅器）１８９とで構成される積分器１４７はコンデンサ１８７を短絡するリレー部１９１を備える。接触検出手段１２９の出力が接触の検出によりゼロでなくなるとリレー部１９１が動作してコンデンサ１８７を短絡し、積分器１４７の積分結果はゼロにリセットされる。本実施の形態では接触検出手段１２９の接触検出により短絡するリレー部１９１が上下動モードの推定初期化手段１３５’を構成している。一方、積分器１４７の出力は抵抗１９３に接続されている。この抵抗１９３と、接触検出手段１２９の接触検出により上下動モード姿勢演算手段１３１ａの出力するΔz0を入力しΔz0に対応する電圧を発生する初期値電圧発生装置１９５と、初期値電圧発生装置１９５に接続された抵抗１９７と、抵抗１９９，２０１と、オペアンプ２０３とが上下動モードの初期値設定手段１３３’を構成している。他の積分器１４９、１５１も同一構成であるが、これらに付随する初期値電圧発生装置１９５は積分器１４９、１５１に対応する初期値としてゼロを出力する。これら３つの積分器１４７，１４９，１５１に付随する推定初期化手段および初期値設定手段１３３’が全体として上下動モード推定初期化手段１３５ａおよび上下動モード初期値設定手段１３３ａを構成しており、差動構成されるオペアンプ２０３の出力が各積分器１４７，１４９，１５１の出力となる。つまり、上下動モード姿勢推定手段１２７ａの推定結果である上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよび励磁電流偏差Δizのそれぞれの推定値が出力される。
【００５１】
ピッチモード姿勢推定手段１２７ｂ、ピッチモード初期値設定手段１３３ｂおよび上下動モード推定初期化手段１３５ｂも同様に図９および図１０に示すように構成されている。簡単のため、対応する入出力信号を信号名で示し説明は省略する。ただし、ピッチモードでは積分器１４７に付随する初期値電圧発生装置１９５はピッチモード姿勢演算手段１２７ｂの出力するΔξ0を入力し、そのΔξ0に対応する電圧を発生するように構成されている。ピッチモードの各積分器１４７，１４９，１５１からはピッチモード姿勢推定手段１２７ｂの推定結果であるピッチ偏差Δξ、その速度d(Δξ)/dtおよび励磁電流偏差Δiξの推定値が出力される。
【００５２】
上下動モード制御電圧演算回路１３７ａは例えば図１１に示すように構成されている。すなわち、上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよびΔizの推定値に適当なフィードバックゲインを乗じるゲイン補償器２０５と、電流偏差目標値発生器２０７と、Δizを電流偏差目標値発生器２０７の目標値から減じる減算器２０９と、減算器２０９の出力値を積分し適当なフィードバックゲインを乗じる積分補償器２１１と、ゲイン補償器２０５の出力値の総和を演算する加算器２１３と、積分補償器２１１の出力を入力として所定の範囲内で入力と等しい値を出力するとともに、入力が同範囲の上限値を越える場合には上限値を出力し、下限値を下回る場合には下限値を出力する積分出力制限手段２１５と、加算器２１３の出力値を出力制限手段２１５の出力値より減じてzモードの電磁石励磁電圧ezを出力する減算器２１７と、減算器２１７の出力を所定値の範囲内に制限する電圧出力制限手段としてのリミッタ２１８とで構成されている。
【００５３】
ピッチモード制御電圧演算回路１３７ｂもまた上下動モード制御電圧演算回路１３７ａと同様に構成されており、対応する入出力信号を信号名で示し、説明は省略する。
【００５４】
次に、以上のように構成された第１の実施の形態に係る仕切体支持装置の作用について説明する。
【００５５】
装置が停止状態にあるときは、磁石ユニット６０ａ，６０ｂの鉄心６８（６８’）の先端が、圧電ゴム７３を介してガイドレール４４の下面に吸着している。この状態で装置を起動させると、制御装置７０において、圧電ゴム７３の働きにより接触検出手段１２９が仕切体５４の上部支持部材４６への接触を検出してパターン信号「６」を出力し、姿勢演算手段１２７ａ、１２７ｂでは磁石ユニット６０ａのギャップ長がza1、磁石ユニット６０ａのギャップ長がzb1であることに基づいて、式（１０）および式（１１）によりzモード上下偏差の推定初期値Δz0とξモードピッチ偏差の推定初期値Δξ0が演算される。各モードの姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂでは初期値設定手段１３３ａ，１３３ｂにより推定初期値が設定される。このとき、推定初期化手段１３５ａ，１３５ｂでは接触検出手段１２９の出力がゼロでないため、リレー部１９１がオンとなり、積分器１４７，１４９，１５１が短絡されて積分結果がクリアされ、姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂが初期化される。これにより、初期値設定手段１３３ａの働きにより姿勢推定手段１２７ａから出力される上下偏差Δz、その速度d(Δz)/dtおよびΔizの推定値はそれぞれΔz0，0，0、初期値設定手段１３３ｂの作用により姿勢推定手段１２７ｂから出力されるピッチ偏差Δξ、その速度d(Δξ)/dtおよび励磁電流偏差Δiξの推定値はそれぞれΔξ0，0，0となる。
【００５６】
各モードの制御電圧演算回路１３７ａ，１３７ｂは、姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂの推定結果が入力されると上下偏差Δz0，ピッチ偏差Δξ0をゼロにするよな励磁電圧ez，eξを計算する。制御電圧座標逆変換回路１３９では制御電圧演算回路１３７ａ，１３７ｂの励磁電圧計算結果を受けてコイル６９ａ，６９ｂの励磁電圧ea，ebが計算され、パワーアンプ１１３ａ，１１３ｂを介して磁石ユニット６０ａ，６０ｂの吸引力が制御される。この状態で、制御装置７０は永久磁石６４が発生する磁束と逆向きの磁束を各電磁石６６,６６’に発生させ、磁石ユニット６０ａ，６０ｂとガイドレール４４との間に所定の空隙長を維持させるべく各コイル６９ａ，６９ｂに流す電流を制御する。これによって、仕切体５４はガイドレール４４の下面から離れて浮上状態に移行する。仕切体５４が浮上状態に移行すると、接触検出手段１２９は０を出力し、これによりに推定初期化手段１３５ａ、１３５ｂではリレー部１９１がＯＦＦとなり、積分器１４７，１４９，１５１が積分動作を開始する。このとき、初期値設定手段１３３ａ，１３３ｂでは接触検出手段１２９が０を出力しているので直前の接触時の出力値が維持される。これにより、浮上開始状態では、姿勢推定手段１２７ａでは初期値を（Δz0，0，0）、姿勢推定手段１２７ｂでは初期値を（Δξ0，0，0）として推定が開始される。姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂの推定誤差は式（８）によれば初期値の誤差が少ないほど時間の経過とともに急速に減少する。
【００５７】
本実施の形態では、浮上開始時の上下偏差とピッチ偏差が推定初期値と一致しているため推定開始時の誤差が小さくなり、推定値が実際の値に急速に収束する。また、仕切体５４の姿勢は上部支持部材４６と下部支持部材５２により制限されるが、リミッタ１８４には上下偏差とピッチ偏差の上下限値が飽和範囲として設定されており、推定値が実際の値に収束するまでの過渡期において姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂが異常な値を出力することもない。したがって、制御電圧演算回路１３７ａ，１３７ｂで演算される各モードの励磁電圧ez，eξも異常な値となることがなく、制御電圧座標逆変換回路１３９では制御電圧演算回路１３７ａ，１３７ｂの励磁電圧計算結果を受けてコイル６９ａ，６９ｂの励磁電圧ea，ebが計算され、パワーアンプ１１３ａ，１１３ｂを介して磁石ユニット６０ａ，６０ｂの吸引力が異常なく制御される。
【００５８】
このように浮上開始時において異常なく吸引力制御が行われると、図７に示すように、永久磁石６４→鉄心６８→空隙G→ガイドレール4４→空隙G’ →鉄心６８’→永久磁石６４の経路からなる磁気回路Mcが安定化され、空隙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６０ａ，６０bの磁気的吸引力が仕切体５４の重心に作用するz軸方向重力、同y軸回りのトルクとちょうど釣合うような長さになる。制御装置７０はこの釣合いを維持すべく仕切体５４に外力が作用すると電磁石６６ａ，６６ｂ’の励磁電圧制御を行い、いわゆるゼロパワー制御がなされることになる。
【００５９】
ここで、本実施の形態に関わる磁気浮上装置１０を用いて図１２に示す引き戸を構成した場合について説明する。この引き戸は壁面２２０の開口部に取付けられた磁気浮上装置によって構成されており、ガイドレール４４は開口部左端かつ壁面２２０側に向かって（x方向およびy方向に向かって）わずかに傾斜して取付けられ、ゼロパワー制御で非接触支持されている仕切体５４は外部から力を加えない状態で扉が閉じた状態となる。この状態において、磁石ユニット６０ａ，６０bが対向するガイドレール４４の対向面には磁性体が張出している部位Ａ，Ｂ，Ｃがあり、磁石ユニット６０ａ，６０bにはこの部位への吸引力が係留力として作用する。このため、風や建物の僅かな揺れで仕切体５４が開くことはない。今、この扉を開ける場合、仕切体５４にx方向の力を作用させると、案内車輪８８，８８’が溝５０の直線部に沿って、案内シュー８６が上部案内溝５６に沿って移動するため、非接触支持されている仕切体５４は軽くかつ滑らかに移動して扉が開くことになる。開いた扉はガイドレール４４の傾斜に沿って滑走し、再び扉が閉じた状態を呈する。一方、閉じている扉をy方向に押す場合には案内車輪８８が溝５０の曲線部に沿って移動するため、仕切体５４は案内車輪８８’の車軸９３および案内シュー８６の支持棒８４を中心として回転を開始する。このとき車軸９３および支持棒８４のそれそれの軸中心が一致していることは言うまでもない。回転を開始した仕切体５４は２つの車軸９３間に引いた直線L1〜L7で表される姿勢に順次移行しながらx方向に移動する。つまり、本実施の形態に係る磁気浮上装置では、仕切体の重量を非接触支持することにより扉の操作力や開閉時の騒音を著しく軽減しているばかりか、仕切体に滑らかな二次元的移動を付与することを可能にしており、車椅子から引き戸を開けるような場合でも、扉を押すことにより容易に引き戸を開けることができ、操作性並びに操作感を著しく向上させることができる。
【００６０】
なお、仕切体５４が非接触支持されている場合には案内車輪８８，８８’および案内シュー８６がそれぞれ溝５０および上部ガイド溝５６に嵌入しているため、過大な水平方向の外力に対して仕切体５４が転倒することがない。
【００６１】
一方、過大な外乱により仕切体５４が上部支持部材４６もしくは下部支持部材５２との間に接触を生じても、本発明の磁気浮上装置にあっては、上述の仕切体５４の接触時の姿勢▲１▼〜▲４▼が接触検出手段１２９により検出され、姿勢演算手段１３１、初期値設定手段１３３、および推定初期化手段１３５の作用により、姿勢推定手段１２７は正常な推定値を出力する。このため、仕切体５４は支障なく浮上状態に復帰する。
【００６２】
ここで、さらに過大な外乱により仕切体５４が上部支持部材４６もしくは下部支持部材５２との間に衝突を生じた場合には、姿勢推定手段１２７の推定値が急激に変化する。こうした急激な変化では上下偏差の速度推定値およびピッチ偏差の速度推定値も急激に変化する。そうすると、各モードの制御電圧演算回路１３７ａ，１３７ｂからは電源装置７２の能力以上の励磁電圧が出力される。こうなると姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂに入力される励磁電圧ez，eξが実際にea，ebから得られるモード別励磁電圧の値と異なることになる。そうすると、姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂにおいて正常な姿勢推定を行うことができなくなり、浮上状態を安定化させることが困難となる。しかし、本実施の形態による磁気浮上装置１０にあっては、励磁電圧演算部１３６の上下動モード制御電圧演算回路１３７ａおよびピッチモード制御電圧演算回路１３７ｂがそれぞれの電圧出力制限手段としてリミッタ２１８を備えている。リミッタ２１８には電源装置７２の能力限界に係わる各モードにおける電圧値が飽和値として設定されており、姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂに入力される励磁電圧ez，eξが実際にea，ebから得られるモード別励磁電圧の値と異なることがない。このため、さらに過大な外乱により仕切体５４が上部支持部材４６もしくは下部支持部材５２に衝突しても姿勢推定手段１２７ａ，１２７ｂは支障なく動作し、仕切体５４は再び浮上状態に戻ることになる。このように、本発明による磁気浮上装置にあっては浮上状態の信頼性を大きく向上させることができる。
【００６３】
図４および図１２に示すようにガイドレール４４に分岐個所が存在する場合、従来のギャップセンサを有する磁気浮上装置では、ギャップセンサの軌跡に沿って配置された、センサの検出原理に適合した材質のセンサターゲットが必要であったが、本発明の磁気浮上装置にあってはギャップセンサが不要なため、センサターゲットを省略することができ、装置の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００６４】
かくして、安定な浮上状態を維持していた磁気浮上１０を停止させる場合は、例えば、zモードの電流目標値発生器２０７の電流目標値をゼロから負の所定の値に変化させれば良く、これにより仕切体５４は上部支持部材４６に吸着する。ここで電源装置７２の図示しないスイッチをオフすることにより装置の動作を停止させることができる。
【００６５】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を図１３に基づいて説明する。第１の実施の形態では、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位置をなんら限定するものでなく、図１３に示した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の実施の形態と共通する部分には同一の符号を用いて説明する。
【００６６】
磁気浮上装置３００は、断面がコ字形状で非磁性体、例えばアルミニウム部材で形成され、地上に設置された補助支持手段３０２と、補助支持手段３０２の上部下面に下向きに取付けられた磁石ユニット６０と、磁石ユニット６０に対向する断面がコ字形状の強磁性部材、例えば鉄で形成されたガイド３０４と、ガイド３０４を底部上面に備え全体としてコ字形状に形成された防振台テーブル３０６と、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に付与するリニアガイド３０８と、磁石ユニット６０の吸引力を制御して防振テーブルを非接触支持するための吸引力制御手段１５とを備えている。
【００６７】
吸引力制御手段１５は、補助支持手段３０２の底部上面に取付けられたマイクロスイッチ３１０と磁石ユニット６０の磁極面に張られた圧電ゴム３１２を備えた接触検出手段３１４と、接触検出手段３１４の接触検出信号から防振テーブル３０６の防振テーブル３０６もしくは磁石ユニット６０へ接触時の浮上ギャップ長を計算する姿勢演算手段３５と、磁石ユニット６０の励磁電流を検出する電流センサ２３と、磁石ユニット６０への励磁電流および励磁電圧から防振テーブル３０６の浮上姿勢を推定する姿勢推定手段２５と、姿勢演算手段３５の出力に基づいて姿勢推定手段３３に推定初期値を設定する初期値設定手段３９と、接触検出手段３１４の出力に基づいて姿勢推定手段２５を初期化する推定初期化手段１３と、姿勢推定手段２５の出力に基づいて防振テーブル３０６を磁気浮上させるための磁石ユニット６０への励磁電圧を演算する励磁電圧演算部２５と、励磁電圧２５の出力に基づいて磁石ユニット６０を励磁する図示していない電源に接続されたパワーアンプ１１３とを備えている。
【００６８】
磁石ユニットをこのように配置することにより防振テーブルの重量を磁石ユニットの分だけ軽減できるという利点がある。
【００６９】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１４に基づいて説明する。上記の第１および第２の実施の形態では、姿勢推定手段として同一次元状態観測器を用いていたが、これは姿勢推定手段の構成をなんら限定するものでなく、本発明の要旨の範囲内であればいかなる推定手段であっても差し支えない。例えば、図１４に示す最小次元オブザーバを用いた場合の構成であっても良い。
【００７０】
例えば、図１３の磁気浮上装置３００にあっては次式の最小次元オブザーバで構成された姿勢推定手段４００を用いることができる。すなわち、
【数７】
0003871570.tif 000008
ただし，zobはオブザーバの状態ベクトル、α1，α2はオブザーバの極を決定するパラメータであり、y = Δizである。
【００７１】
姿勢推定手段４００は、Δizを入力とするゲイン補償器４０２，４０４，４０６，４０７と、積分器４０８，４１０と、積分器４０８の出力を入力するゲイン補償器４１２と，積分器４１０の出力を入力するゲイン補償器４１４，４１６と、励磁電圧演算部３２４の出力ezを入力とするゲイン補償器４１８，４２０と、ゲイン補償器４０４，４０６，４１４の出力を加算して積分器４０８への入力を出力する加算器４２２と、ゲイン補償器４１２，４１６，４１８，４２０の出力を加算して積分器４１０への入力を出力する加算器４２４と、ゲイン補償器４０２と積分器４０８の出力を加算する加算器４２６と、ゲイン補償器４０７と積分器４１０の出力を加算し、速度d(Δz)/dtの推定値を出力する加算器４２８と、加算器４２６の出力を所定値の範囲内に制限する推定出力制限手段としてのリミッタ４３０とを備えている。ここでリミッタ４３０の出力が上下偏差Δzの推定値となることは言うまでもない。
【００７２】
さらに、姿勢演算手段４００にはΔizの入力端に切替手段４３２が備えられている。切替手段４３２では接触検出手段３１４が接触を検出している間はそれまで入力されていたΔizをゼロに切替え、接触が検出されなくなるとそのゼロをΔizに切替える機能を有している。姿勢推定手段として最小次元オブザーバを用いる場合、Δizがゲイン補償器４０２→加算器４２６→リミッタ４３０を介して直接上下偏差Δzの推定値として出力されるので、接触時において設定された積分器４０８の接触時の防振テーブル３０６の姿勢情報にα1Δizが加算されることになる。すると、姿勢演算手段４００の上下偏差Δzの推定値が実際と異なることになり、防振テーブル３０６の浮上状態への移行に支障を来すこととなる。この場合では切替え手段４３２の作用により接触時に防振テーブル３０６の姿勢情報にα1Δizが加算されることはなく、姿勢演算手段４００の出力は実際の値に近いものとなる。こうなると防振テーブル３０６の浮上状態への移行に支障を来すことがなく信頼性が向上する。本実施の形態ではΔizの入力端に切替手段４３２を備えたが、これは姿勢推定手段の接触時の推定値を実際の値に近づけるための手段であり、姿勢推定手段の構成によってはezの入力端に切替手段４３２を設けてもなんら差し支えない。本実施の形態では姿勢演算手段に最小次元オブザーバを適用しているが、この場合、積分器を減らすことができるという利点がある。
【００７３】
＜変形例＞
上記各実施の形態では、磁気浮上制御を行う制御装置がアナログ型であるかのように説明されているが、本発明の制御装置はアナログ型に限定されるものではなく、デジタル型のもので実施することもできる。
【００７４】
また、上記各実施の形態では、パワーアンプに電圧形のものを用いているが、これはパワーアンプの方式を何ら限定するものではなく、例えばＰＷＭ形のものであって何ら差し支えない。
【００７５】
加えて、上記各実施の形態では、磁石ユニットにＵ字形状のものを用いているが、これは磁石ユニットの形状を何ら限定するものでなく、例えばＥ字形状のものであって良い。
【００７６】
さらに、上記各実施の形態では、磁石ユニットに永久磁石を用いているが、これは磁石ユニットの構成をなんら限定するものでなく、永久磁石を持たずに電磁石のみで磁石ユニットを構成しても良い。
【００７７】
また、パワーアンプ（電力増幅器）として電圧形のものを用いているが、これはドライバの電磁石駆動方式を何ら限定するものではなく、例えばＰＷＭ形のものであって良い。
上記のほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の磁気浮上装置によれば、磁石ユニットの励磁電流からギャップ長とその速度に関する情報を推定でき、ギャップセンサを省略した磁気浮上が可能となる。このため、ギャップセンサのコストが削減されるばかりでなく、センサターゲットが不要となり、装置の簡素化によるシステム全体のコストダウンを達成することができる。
【００７９】
また、線型制御理論を適用することができるため、従来のセンサレス磁気浮上方式に比べ、浮上状態のロバスト安定性を確保することができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための構成図。
【図２】本発明の原理を説明するための他の構成図。
【図３】本発明による磁気浮上装置の第1の実施の形態の全体構成を示す斜視図。
【図４】図３の実施の形態の平面図。
【図５】図３の実施の形態の正面図。
【図６】図３の実施の形態の立面図。
【図７】図３の実施の形態における磁石ユニットの立面図。
【図８】図３の実施の形態における制御装置の内部構成を示すブロック図。
【図９】図３の実施の形態における制御装置内の姿勢推定手段の詳細構成を示すブロック図。
【図１０】図３の実施の形態における姿勢推定手段の積分器周辺の構成を示す回路図。
【図１１】図３の実施の形態における制御装置内の制御電圧演算回路の詳細構成を示す回路図。
【図１２】図３の実施の形態における仕切体の作用を説明するための平面図。
【図１３】本発明による磁気浮上装置の第２の実施の形態の全体構成を示すブロック構成図。
【図１４】本発明による磁気浮上装置の第３の実施の形態における姿勢推定手段の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１，１'，４０，３００  磁気浮上装置
３，６４  永久磁石
５，６６，６６'  電磁石
７，６０，６０ａ，６０ｂ  磁石ユニット
９  負荷重量
１１  浮上体
１３，３０４  ガイド
１５  吸引力制御手段
１７ａ，１７ｂ  継鉄
１９ａ，１９ｂ，６９，６９'，６９ａ，６９ｂ  コイル
２１  ギャップセンサ
２３  電流センサ
２５，３２４  励磁電圧演算部
２７  ドライバ
２８，７３ａ，７３ｂ，３１２  圧電ゴム
２９，１２９，３１４  接触検出手段
３１，３０２  補助支持手段
３３，１２７ａ，１２７ｂ，３１８，４００  姿勢推定手段
３５，１３１ａ，１３１ｂ，３１６  姿勢演算手段
３７，１３５ａ，１３５ｂ，３２２  推定初期化手段
３９，１３３ａ，１３３ｂ，３２０  初期値設定手段
４２  天井
４４  ガイドレール
４５  平面補正部材
４６  上部支持部材
４８  床
５０  溝
５２  下部支持部材
５４  仕切体
５６  上部ガイド溝
６２，６２'  台板
６８，６８'  鉄心
７０  制御装置
７２  電源装置
８０  フレーム部
８２  仕切板
８３  固定台
８４  支持棒
８６  案内シュー
８８，８８'  案内車輪
８９  ガード部材
９１  側面フレーム
９３  車軸
９５  底面フレーム
９７  緩衝部材
１０１  上部基台
１０３  下部基台
１０４  側板
１０５  上部フレーム
１０７  カバー
１１１  センサ部
１１２  演算回路
１１３，１１３ａ，１１３ｂ  パワーアンプ
１１４  冷却フィン
１２１ａ，１２１ｂ  電流検出器
１２３ａ，１２３ｂ，２０９，２１７  減算器
１２５  励磁電流偏差座標変換回路
１２７ａ  上下動モード姿勢推定手段
１２７ｂ  ピッチモード姿勢推定手段
１３６  制御電圧演算部
１３７ａ  上下動モード制御電圧演算回路
１３７ｂ  ピッチモード制御電圧演算回路
１３９  制御電圧座標逆変換回路
１４１，１４３，１４５，１５３，１５５，１５７，１５９，１６１，１６３，２０５，４０２，４０４，４０６，４０７，４１２  ゲイン補償器
１４７，１４９，１５１，４０８，４１０  積分補償器
１６７，１６９，１７１，２１３，４２２，４２４，４２６，４２８  加算器
１８４，２１８，４３０  リミッタ
１８５，１９３，１９７，１９９，２０１  抵抗
１８７  コンデンサ
１８９，２０３  オペアンプ（演算増幅器）
１９１  リレー部
１９５  初期値電圧発生装置
２０７  電流目標値発生器
２１５  出力制限手段
２２０  壁面
３０６  防振テーブル
３０８  リニアガイド
３１０  マイクロスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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