[发明专利]磁悬浮装置

说明书

技术领域

本发明涉及以非接触方式支承悬浮体的常电导吸引方式的磁悬浮装置。

背景技术

常电导吸引方式的磁悬浮装置是一种无噪声不产生灰尘的HSST(High Speed SurfaceTransport：超高速地表输送机)、超高速等铁路、或半导体工厂净化室内的输送系统，现已付诸实用。

日本申请的专利申请平11—192224号公报中披露了将磁悬浮装置应用于电梯轿厢的引导装置这种方案。而日本专利申请2001—003549号公报中披露了将磁悬浮装置应用于门这种方案。

该磁悬浮装置使电磁铁与铁磁性构件相向，利用通过电磁铁的励磁在与铁磁性构件之间产生的吸力使悬浮体悬浮。因此，磁悬浮系统基本上是不稳定的，所以需要采取使其稳定的应对措施。通常通过利用间隙传感器检测悬浮体的间隙长度，将其反馈给驱动系统进行反馈控制来实现稳定。

但为了正确地检测出间隙长度，需要从间隙传感器获得稳定的信号。此时，没有对传感器标的适当管理的话，传感器信号便会叠加有间隙长度检测时的噪声，会对悬浮控制带来影响。由此，悬浮体或支承铁磁性构件的结构体有振动产生。

例如电梯的话，上述传感器标的是指支承轿厢的导轨。将磁悬浮装置设置于轿厢上，利用该磁悬浮装置使轿厢离开导轨悬浮来移动。此时，间隙传感器的信号一旦因导轨的接头而受到干扰，往往会引起轿厢振动。

这样，为了使磁悬浮系统稳定，需要对传感器标的进行适当的管理，因此成本增加。而且，需要针对悬浮体采取防共振措施，所以系统变得大而复杂。

为了解决上述问题，曾提出使间隙传感器不需要的种种方法。

举例来说，[水野等人“有关无位移传感器的磁轴承的实用化研究”，电气学会论文集D分册，116，No.1，35(1996)]中披露了利用观测器(状态观测器)根据电磁铁的励磁电流推断间隙长度的方法。

另外，[森山“利用差动反馈型功率放大器的AC磁悬浮”，1997年电气学会全国大会征求意见稿汇编集，No.1215]中披露了使磁悬浮所产生的电磁铁的励磁电压和励磁电流间的相位差包含间隙信息，并将该信息反馈给励磁电压的方法。

此外，[水野等人“利用磁滞放大器的自检测磁悬浮”，计测自动控制学会论文集，32，No.7，1043(1996)]中，披露了通过由磁滯比较器将电磁铁的励磁电流值与基准值相比较，在励磁电流大于基准值的情况下将励磁电压切换为负，而在小于基准值的情况下将励磁电压切换为正，来使开关频率与间隙长度成正比这种方法。

但上述解决方案在使用观测器的情况下均不适用。这是因为，观测器根据处于悬浮状态的磁悬浮系统的线性模型推导得出，所以无法推定未处于悬浮状态时的间隙长度。因而，难以进行悬浮开始时的控制，而悬浮体与其它结构体一旦接触的情况下，就无法再度回复到悬浮状态。

而以包含间隙信息的物理量控制电磁铁的励磁电压的情况下，悬浮控制系统成为非线性系统。因此，电磁铁线圈一旦因悬浮体质量变化或励磁温度升高而有电阻变动，便无法维持悬浮状态。

为了解决上述问题，存在日本专利申请2002—002646号公报所披露的方法。该方法为，在根据电磁铁的励磁电流利用观测器推定间隙长度的无传感器方法中，悬浮体未处于悬浮状态的情况下，检测出与悬浮体的接触对观测器的积分器进行初始化，同时根据与悬浮体的接触状态在几何学上推定接触时的间隙长度。然后，通过根据该推定值将初始值提供给观测器的积分器，来回复到悬浮状态。

但将该方法应用于日本特开昭61—102105号公报的零功率控制的情况下存在如下问题。

具体来说，悬浮体处于正常悬浮状态时，电磁铁的励磁电流收敛为零，所以无任何问题。但对悬浮体长时间加上较大外力的情况下，电磁铁的线圈不断流过暂态的控制电流，线圈温度便会升高。随着该温度升高，线圈电阻变大，根据励磁电流推定间隙长度的观测器其输出误差变大。其结果是，渐渐地难以维持悬浮状态，悬浮体会与支承构件接触。

另外，悬浮体与支承构件接触的情况下，可以尝试至悬浮状态的回复控制。但即便是回复到悬浮状态，此时间隙长度的推定值其误差也很大，所以悬浮体再度接触，就会交替地反复出现接触状态和悬浮状态。

这种状态下，电磁铁不断有较大的控制电流流过，因而电磁铁的线圈电阻值进一步升高，最终悬浮体保持接触状态，而励磁电流持续流过。该不断流过的励磁电流一旦较大，不仅悬浮状态的可靠性受损，而且电磁铁还有可能发出火花。