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公開番号2025103557
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023221022
出願日2023-12-27
発明の名称磁気浮上装置の制御システム
出願人国立大学法人群馬大学,三機工業株式会社
代理人弁理士法人山田特許事務所
主分類H02N 15/00 20060101AFI20250702BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ゼロパワー制御を簡便且つ好適に実現し得る磁気浮上装置の制御システムを提供する。
【解決手段】電磁石と永久磁石とを備えた磁石ユニットと、電磁石に励磁電流を入力する電流制御装置7と、該電流制御装置7に電流値iの指令値i^*を入力する制御装置9とを備え、浮上体を磁石ユニットの磁力によって支持すると共に、浮上体の位置を制御する磁気浮上装置の制御システムに関し、浮上体の位置指令x^*を入力値として電流値iの指令値i^*を出力する位置サーボ13を備え、浮上体の検出位置xを位置サーボ13にフィードバックすると共に、浮上体の状態量を位置サーボ13の下流にフィードバックする状態フィードバック制御を行い、且つ、電流制御装置7に入力される電流値iの指令値i^*を電流帰還信号14として位置サーボ13へさらにフィードバックする。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
電磁石と永久磁石とを備えた磁石ユニットと、前記電磁石に励磁電流を入力する電流制御装置と、該電流制御装置に電流値の指令値を入力する制御装置とを備え、浮上体を前記磁石ユニットの磁力によって支持すると共に、前記浮上体の位置を制御する磁気浮上装置の制御システムであって、
前記浮上体の位置指令を入力値として電流値の指令値を出力する位置サーボを備え、
前記浮上体の検出位置を前記位置サーボにフィードバックすると共に、
前記浮上体の状態量を前記位置サーボの下流にフィードバックする状態フィードバック制御を行うよう構成され、且つ、
前記電流制御装置から出力される電流値または前記電流制御装置に入力される電流値の指令値のうち少なくとも一方を電流帰還信号として前記位置サーボへさらにフィードバックし得るよう構成されていること
を特徴とする磁気浮上装置の制御システム。
続きを表示（約 180 文字）【請求項２】
前記電流制御装置に入力される電流値の指令値を前記電流帰還信号として前記位置サーボへフィードバックし得るよう構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置の制御システム。
【請求項３】
前記電流帰還信号のオンオフを切替え可能に構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の磁気浮上装置の制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気力を利用して対象物を浮上させる装置において、該対象物の位置を制御するためのシステムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気浮上装置は、磁力により非接触で物体を支持する技術である。磁気浮上装置には、対象物（以下、本明細書では「浮上体」と称する）の支持にあたり、支持する側の機構と、支持される浮上体側との間に機械的接触を要しないという特性と、それに起因する多くの利点（摩擦による摩耗や摩擦熱、騒音が生じないこと、潤滑剤が不要であること等）があり、例えばベルトコンベアやフライホイール、リニアモーターカーといった種々の装置への利用が提案・実用化されている。
【０００３】
こうした磁気浮上装置は、永久磁石と電磁石を組み合わせて構成されており、永久磁石と電磁石の磁力により浮上体を支持するようになっている。前記磁力の合計値が浮上体の重量と釣り合えば、浮上体を支持することができる。
【０００４】
ここで、前記磁力の合計値は、電磁石に流れる励磁電流のほか、電磁石および永久磁石と対象物との距離にも依存するので、浮上体の位置を、ちょうど浮上体にかかる重力と永久磁石による磁力がバランスする位置に調整すれば、電磁石に流す電流をゼロアンペアとしながら浮上体を支持することが可能である。これをゼロパワー制御という。
【０００５】
ゼロパワー制御が可能となる浮上体の位置は浮上体の重量によって変動し、浮上体の重量は、積載される積荷や搭載される部品等に応じて変動し得る。また、浮上体を支持する間、振動などの外力によって浮上体の位置が変動することもある。そこで、磁気浮上装置においてゼロパワー制御を行う場合、ゼロパワー制御が可能な位置（以下、本明細書では「ゼロパワー制御が可能な浮上体の位置」を「ゼロ制御位置」と便宜的に称することとする）と、浮上体の実際の位置にずれが生じた場合に、電磁石に電流を流して永久磁石との合計磁力を調整し、これによって浮上体の位置を動かしてゼロ制御位置に近づける制御を行う。この間、電磁石には一時的に電流を流す必要があるが、浮上体の位置がゼロ制御位置で安定すれば、電流値はゼロに収束し、再びゼロパワー制御が可能となる。
【０００６】
この種の磁気浮上装置やその制御に関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１、非特許文献１、２等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００２－８１４９８号公報
【非特許文献】
【０００８】
石野裕二、水野毅「磁気浮上系の局所電流フィードバックによる負のバネ剛性制御」第４９回自動制御連合講演会講演論文集（２００６年）ｐ６１－６４
上條芳武、伊東弘晃、丸山裕「ゼロパワー制御を用いた磁気軸受の構成と軸支持特性」日本機械学会論文集Ｃ編７９巻８０８号（２０１３年）ｐ４９６３－４９７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁気浮上装置におけるゼロパワー制御に関し、従来は、例えば上記非特許文献１に記載されているように、浮上体の位置をギャップセンサによって監視し、前記ギャップセンサの信号に対しＰＤ制御を行うと共に、制御入力にあたる電流信号にゲインを乗じたうえ、積分をかけて正帰還するという手法がしばしば用いられてきた。しかしながら、このような手法では電流の制御に対する調整パラメータが限られるため調整は容易である一方、浮上体の位置の制御やゼロ電流制御における性能には限界があり、特に過渡特性に弱点を抱えていた。
【００１０】
このような弱点を改善し得る手法としては、例えば上記非特許文献２に記載されているような電流サーボ型の状態フィードバック制御を用いる方法がある。制御対象の全状態量をフィードバックし、そのメジャーループを電流信号による積分器付きのサーボ系とするのである。このような制御法によれば、動特性の改善を図りつつ、電流値を任意に制御することが可能であり、電流指令値をゼロに設定すればゼロパワー制御が実現でき、ゼロ電流に至るまでの過渡特性も改善される。ただし、この手法にも問題点が全くないわけではなく、例えば、電流入力型ではなく電圧入力型の制御であるため、そのままでは状態フィードバック制御ができないといった欠点がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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