专利名称：磁悬浮装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及常电导吸引式磁悬浮装置，尤其涉及将电磁铁的励磁电流 收敛为零以非接触方式支承对象物的磁悬浮装置。
背景技术：
吸引式磁悬浮装置通过电磁铁的吸引力，使得目标物相对于铁制导轨以非接触方 式被支承。非接触状态的保持一般通过检测目标物(悬浮体)的悬浮间隙长度、电磁铁线 圈的电流，控制电磁铁线圈的吸引力(励磁电流)来进行。相应的，开发了以永磁铁和电磁铁构成磁铁单元的方法。在该方法中，采用了维持 悬浮状态的稳定性，并使得电磁铁的励磁电流收敛为零的所谓“零功率控制”(例如，参见专 利文献1)。该零功率控制中，当对悬浮体施加的外力为固定的时候，电磁铁的励磁电流收敛 为零，仅在外力变动时，电磁铁中流过励磁电流。因此，在稳定状态，几乎不消耗电力就可以 以接触非状态支承悬浮体。又，由于在常温下进行，采用本方式的磁悬浮装置的称为“常电导吸引式磁悬浮装装置。这样的磁悬浮装置，具有即使在导轨和磁铁单元之间的空隙长度较大的时候，也 可以较小的励磁电流控制较大的电磁力的优点，例如可适用于电梯的轿厢等(例如，参考 专利文献2)。此处，零功率控制可用多种控制方法。从对于控制系统整体的参数变动能够可靠 地使电磁铁的励磁电流收敛为零的方面看，通常采用通过积分器将电磁铁的励磁电流反馈 到控制系统的方法。零功率控制中，若对悬浮体施加外力，随着励磁电流收敛为零，维持永磁铁的吸引 力和外力平衡的状态。因此，对于磁铁单元和导轨之间的间隙长度扩大方向的外力，则要减 小间隙长度维持稳定状态。由于该零功率控制独特的应答，如果由于过大的外力使得磁铁单元和导轨接触， 来自导轨的反作用力朝着扩大间隙长度的方向作用。结果，控制使得间隙长度逐渐减小，这 样磁铁单元会被吸附到导轨。当磁铁单元吸附到导轨之后，控制电磁铁励磁电流以便通过 导轨的反作用力使得间隙长度减少。因此，即使除去外力，也不可能再以非接触方式支承悬 浮体。这样的现象是由于组装在反馈控制系统中的电流积分器一直作动的原因。因此， 通常在电流积分器中设置限制器(例如，参考专利文献2)。即，预先在电流积分器的输入侧设置切换电流信号和零信号的切换器。这样，当电 流积分器的输出至超过限制器的上限时，在输入到电流积分器的电流信号为负时选择电流 信号，除此以外的情况选择零信号。这样，可限制施加过大外力时的电流积分器的输出增 加，防止磁铁单元吸附到导轨上。又，考虑通过间隙传感器检测磁铁单元吸附于导轨的状态，并在此时将电流积分器的计算结果重设为零。但是，该重设方法，由于在重设电流积分器时电磁铁励磁电压突然 改变，因此有悬浮体产生较大摇动的问题。相对的，采用限制器的方法，被称为积分反馈控 制中的抗饱和(Τ"4 > K Τ" 7 7 )，具有不使产生悬浮体的摇动就能防止吸附的优
点ο其他的，还提出有通过间隙传感器检测悬浮体吸附到引导体的情况，并从初始值 零开始重新进行电流积分器的计算的方法(例如，参考专利文献幻。该方法在重设电流积 分器时，电磁铁励磁电压突然改变导致悬浮体产生较大的摇动，但具有能够容易地避免吸 附状态的优点。进一步的，还提出为抑制悬浮体的摇动，将状态观测器推定的外力反馈到电磁铁 励磁电压的方法(例如，参考专利文献4)。该方法相比专利文献2的方法，虽然悬浮体的摇 动较大，但是在悬浮体搭载负载重量等情况下，具有可抑制由其他机械因素造成的悬浮体 的摇动的优点。若考虑悬浮体的摇动，防止吸附最好采用专利文献2的方法。但是电流积分器的 输出依赖于使得悬浮体稳定的反馈增益。因此，如果改变用于调整悬浮状态的控制增益，必 须重新设定限制器的上下限值，这样的调整工作需要很多时间。且调整时间的增大意味着 成本的提升。又，如果对电流积分器输入零信号，停止零功率控制，则随着外力的增加悬浮间隙 长度增大，结果导致励磁电流增加。励磁电流的增加导致电力消耗的增加，引起电气系统的 容量增大、发热量的增加，从而导致装置的可靠性下降。[专利文献1]日本专利公开昭61-102105号公報[专利文献2]日本专利公开平2001-19286号公報[专利文献3]日本专利公开昭62-7304号公報[专利文献4]日本专利公开昭62-7303号公報
发明内容
发明所要解决的问题如上所述，在以往的磁悬浮装置中，零功率控制的作动/停止由电流积分器的输 出大小确定。因此，具有这样的问题如果改变控制参数，必须重新设定电流积分器，调整悬 浮状态需要耗费很多时间。而且，这样的问题使得调整费用增加，导致装置的成本增加。又，如果停止零功率控制，电磁铁的励磁电流随着外力的施加而增加，因此还存在 着装置大型化，和发热导致装置可靠性下降的问题。因此，本发明的目的在于提供一种磁悬浮装置，其能在简化零功率控制的调整作 业的同时，抑制随着零功率停止发生的励磁电流的增加，并谋求成本的降低和可靠性的提
尚ο解决问题的手段本发明提供一种磁悬浮装置，包括铁磁性体形成的引导件；隔着空隙与该引导 件相对，并由在该空隙中有共有磁路的电磁铁和永磁铁所构成的磁铁单元；由作用于所述 引导件的所述磁铁单元的吸引力以非接触方式被支承的悬浮体；传感器部，其由检测所述 电磁铁的励磁电路的电流传感器和检测所述悬浮体悬浮时所述磁石单元和所述引导体之间的间隙长度的间隙传感器构成；间隙长度范围检测部，其检测所述间隙传感器的输出是 否在预先设定的范围内；存储器，当通过所述间隙长度范围检测部检测出所述间隙传感器 的输出为超出所述范围的状态时，将显示此时刻的间隙长度和基准值的偏差的间隙长度偏 差存储于存储部；支承控制部，其基于所述传感器部的输出控制所述电磁铁的励磁电流，使 得所述悬浮体的运动相对于所述引导件以非接触状态稳定；零功率控制部，其具有，在通过 所述支承控制部将所述悬浮体相对于所述引导件以非接触状态支承的状态下，基于所述电 流传感器的输出将所述电磁铁的励磁电流收敛为零使得所述悬浮体的运动稳定化的电流 积分器；间隙长度固定控制部，其具有根据基于所述存储部中存储的间隙长度偏差将所述 间隙长度维持在固定状态使得所述悬浮体的运动稳定的间隙长度偏差积分器；零积分切换 部，其基于所述间隙长度范围检测部的输出在所述零功率控制部和所述间隙长度固定控制 部之间切换，使得所述电流积分器和所述间隙长度偏差积分器的输入交互地为零；推定施 加于所述悬浮体的外力的状态观测部；和基于所述状态观测部所推定的外力重设所述存储 部的重设部。
图1是对磁悬浮装置的原理进行说明的示意性结构图。图2是显示第一实施方式涉及的磁悬浮装置的结构的框图。图3是显示同实施方式的磁悬浮装置所设置的间隙长度范围检测器的结构的框 图。图4是显示同实施方式的磁悬浮装置所设置存储器的结构的框图。图5是显示第二实施方式涉及的磁悬浮装置适用于电梯时的整体结构的立体图。图6是显示同实施方式的磁悬浮装置的框架部的结构的立体图。图7是显示同实施方式的磁悬浮装置的磁性单元周边的结构的立体图。图8是显示同实施方式的磁悬浮装置的磁铁单元的结构的平面图。图9是显示同实施方式的控制装置的整体结构的框图。图10是显示同实施方式的控制装置中所设的控制电压计算电路的结构的框图。图11是显示同实施方式的控制装置中所设的间隙长度范围检测器的结构的框 图。图12是显示同实施方式的控制装置中所设的X，θ方式存储器的结构的框图。图13是显示同实施方式的控制装置中所设的y，ξ，Ψ方式存储器的结构的框图。图14是显示同实施方式的控制装置中所设的控制电压计算电路的其他结构的框 图。图15是显示第三实施方式涉及的磁悬浮装置的整体的结构的示意图。
具体实施例方式首先，对磁悬浮装置的原理进行说明。图1是显示磁悬浮装置的基本结构的示意图，一质点系的磁悬浮装置的整体结构 由符号1表示。磁悬浮装置1具有由永磁铁103和电磁铁105构成的磁铁单元107，由磁铁单元107和负载载重109构成的悬浮体111，通过图未示的结构构件被固定在地面上的引导构件 113。又，该磁悬浮装置1控制磁铁单元107的吸引力，并具有计算用于稳定地非接触 支承悬浮体111的电磁铁励磁电压的励磁电压计算部115 ；基于该励磁电压计算部115的 输出对电磁铁105进行励磁的驱动器116。又，125为辅助支承部。该辅助支承部125具有“ 二字形”形状的截面，其下部内侧 的上表面固定有磁铁单元107，并兼用作从地面侧被引导的防振台的台。此处，由于以磁铁单元107的磁吸引力以非接触方式支承悬浮体111，因此引导构 件113由铁磁性构件构成。电磁铁105通过在铁芯117a，117b上卷装线圈119，119’而构成。永磁铁103的 两磁极端部分别设有铁芯117a，117b。线圈119，119’串联连接为，通过电磁铁105的励磁， 引导构件113 铁芯117a 永磁铁103 铁芯117b 引导构件113所形成的磁路的磁通 增强(减弱)。励磁电压计算部115，基于间隙传感器121所得到的悬浮间隙长度ζ和电流传感器 123所得到的线圈电流值(即、励磁电流iz)，计算用于对电磁铁105进行励磁的电压。驱动器116基于该励磁电压计算部115计算得到的励磁电压，通过导线1 将励 磁电流提供给线圈119，119’。此时，磁悬浮装置1的磁悬浮系统可在磁铁单元107的吸引力等于悬浮体111的
重量时的悬浮间隙长度^的附近进行线性近似。具体来说，以以下的微分方程式表示。
权利要求
1.一种磁悬浮装置，其特征在于，包括 铁磁性体形成的引导构件；磁铁单元，其隔着空隙与该引导构件相对，并由在该空隙中共有磁路的电磁铁和永磁 铁所构成；悬浮体，通过作用于所述引导构件的所述磁铁单元的吸引力以非接触方式被支承； 传感器部，其由检测所述电磁铁的励磁电流的电流传感器和检测所述悬浮体悬浮时的 所述磁铁单元和所述弓I导构件之间的间隙长度的间隙传感器构成；间隙长度范围检测部，其检测所述间隙传感器的输出是否在预先设定的范围内； 存储器，当通过所述间隙长度范围检测部检测出所述间隙传感器的输出超出了所述范 围的状态时，对表示此时刻的间隙长度和基准值的偏差的间隙长度偏差进行存储；支承控制部，其基于所述传感器部的输出控制所述电磁铁的励磁电流，使得所述悬浮 体的运动相对于所述引导构件以非接触状态稳定化；零功率控制部，其具有电流积分器，在通过所述支承控制部相对于所述引导构件以非 接触状态支承所述悬浮体的状态下，该电流积分器基于所述电流传感器的输出使所述电磁 铁的励磁电流收敛为零，使得所述悬浮体的运动稳定化；间隙长度固定控制部，其具有根据存储于所述存储部中的间隙长度偏差将所述间隙长 度维持在固定状态以使得所述悬浮体的运动稳定化的间隙长度偏差积分器；积分切换部，其为了基于所述间隙长度范围检测部的输出对所述零功率控制部和所述 间隙长度固定控制部进行切换，使得所述电流积分器和所述间隙长度偏差积分器的输入交 互地为零；推定施加于所述悬浮体的外力的状态观测部；和重设部，基于所述状态观测部所推定的外力重设所述存储部。
2.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述积分切换部，在所述间隙长度范 围检测部检测到所述间隙传感器的输出超出了所述范围的状态时，使所述电流积分器的输 入为零，从所述零功率控制部切换到所述间隙长度固定控制部。
3.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，进一步包括计算所述零功率控制部的输出和所述间隙长度固定控制部的输出的线性和的线性和 计算部；基于所述线性和计算部的输出，控制所述磁铁单元的吸引力。
4.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，将由所述状态观测部推定得到的外 力通过低通滤波器输入到所述存储部。
5.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，将所述存储部所存储的间隙长度偏 差通过低通滤波器输出。
6.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述悬浮体为电梯的轿厢。
全文摘要
本发明的磁悬浮装置在零功率控制回路(L2)中设置切换器(157)，通过间隙长度范围检测器(135)事先检测相对引导构件(113)的接触并使得电流积分器(159)的输入为零，并将此时的间隙长度的偏差存储于存储器(137)。之后，通过切换器(167)使得间隙长度偏差积分器(169)作动，基于存储器(137)的输出开始间隙长度固定控制。又，通过状态观测器(149)推定外力，并在该推定值在规定范围内时重设存储器(137)。
文档编号H02N15/00GK102097980SQ201010604268
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者森下明平 申请人:东芝电梯株式会社