JPS6277883A - 吸引形磁気浮上電磁石装置 - Google Patents

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】 本発明は磁気浮上電磁石装置に係り、特に、複雑な制御
系を必要としない磁気浮上電磁石装置に）４と、これに
接続された冪乗回路演算増幅器５を付設し、同冪乗回路
演算増幅器５は、前記励磁電流制御回路２に接続される
系から成るものである。

次に、この制御系の動作について説明する。いま、電磁
石１の励磁コイルに励磁電流を流して、電磁石に吸引力
を生ぜしめ、電磁石の磁極面より鉛直下方の変位Ｘの位
置に磁性体３が磁気吸引力を受けているものとする。変
位検出手段（変位センサー）４によって検出された変位
Ｘの情報信号は、冪乗回路演算増幅器５に送られる。同
冪乗回路演算増幅器５は、冪乗関数Ｘβなる関数信号を
発生する。このとき、同演算増幅器５は、関数Ｘβの指
数βが、β＞１なる条件で関数を発生するように設定さ
れている。同関数信号Ｘβは、励磁電流制御回路２にフ
ィードバックさせることによって、同励磁電流制御回路
２は、励磁電流ＩをＩ＝Ｋｘβ（β＞１，Ｋは比例定数
） の如く比例制御させる。これによって、磁性体３は安定
な平衝点に束縛され、磁気浮上するものである。

次に、このような関数制御によって磁気浮上が実現する
物理学的原理を説明する。

いま、第１図のように、変位Ｘの位置に質量ｍの磁性体
は存在し、そのときの電磁石の励磁電流をＩとする。磁
気吸引力Ｆは Ｆ＝ｋＩ２／ｘ２（１） と表わすことができる。ここに、Ｋは比例定数である。

したがって、磁性体の運動方程式はｍｄ２ｘ／ｄｔ２＝
−ｋＩ２／ｘ２＋ｍｇ（２）と記述される。磁性体の磁
気吸引力と重力とがつり合う位置Ｘは、 −ｋＩ２／ｘ２＋ｍｇ＝０（３） から Ｘ３＝Ｉ■（４） となる。この平衝点Ｘ３はよく知られているように、不
安定な平衝点である。そこで、安定な平衝を実現するた
めに、次のように系ポテンシャルエネルギーの改善を行
う。

いま、電磁石の励磁電流を制御して、磁気吸引力Ｆを Ｆ＝ｋ′ｘα（αは定数）（５） なる関数形にしたとする。式（５）は通常の電磁石の吸
引力の式をも含んでいて、それはα＝−２とした場合に
担当する。磁性体の運動方程式はｍｄ２ｘ／ｄｔ２＝ｋ
′ｘα＋ｍｇ（６）と改められる。この系のポテンシャ
ルエネルギーをＵとすると、 Ｆ＝ｄＵ／ｄｘ（７） であるから、 ｄＵ／ｄｘ＝ｋ′ｘα−ｍｇ（８） となる。上式の両辺をＸで微分して、２次導関数を求め
ると、 ｄ２Ｕ／ｄｘ２＝ｄｋ′ｘα−１（９）となる。ところ
で、ポテンシャルエネルギーＵが極小値をもつためには
、 ｄ２Ｕ／ｄｘ２＞０（１０） でなげればならない。したがってその条件はαｋ′ｘα
−１＞０（１１） である。よって、 α＞０（１２） を得る。すなわち、式（５）において、α＞０であれば
、磁性体は安定な平衝を得ることになる。そこで電磁石
の吸引力を、式（５）に変換するための励磁電流の表式
を求める。その条件は、磁気吸引力の式（１）を用いて ｋＩ２／ｘ２＝ｋ′ｘα（１３） なる変換を行うことによって求められる。式（１３）よ
り、ＩをＸの関数をみて解くと、 Ｉ＝Ｋｘ■（１４） なる解が得られる。ここに、ＫはＸによらない定数であ
る。α＞０を考慮して式（１４）を書き直すと、Ｉ＝Ｋ
ｘβ（β＞１）（１５） と表わされる。すなわち、励磁電流を式（１５）で表わ
されるＸの冪乗関数の形で、指数βがβ＞１なる条件で
制御しればよいわけである。

上式において、特に、β＝３／２（α＝１）として、Ｉ
＝Ｋｘ■（１６） とすれば、式（５）より磁気吸引力ＦはＦ＝ｋ′ｘ（１
７） となる。これは、フックの法則による力を表わしており
、磁気吸引力がばねの復元力と同じになるすなわち、磁
性体は単振動を行なうことになる。

次に、式（１５）のような冪乗関数の励磁電流をつくり
出すための冪乗回路演算増幅器の内部構成を説明する。

第２図はそのためのブロック図の一例である。対数関数
発生器と逆対数関数発生器との間に、線型増幅器を接続
した構造をもつものである。

いま、入力端子に電圧Ｖ１が入力したとすると、対数関
数発生器により、ｌｏｇｅＶ１の電圧が出力する。

この電圧は線型増幅器によって、Ａ倍に増幅される。す
なわち、 ＡｌｏｇｅＶ１＝■Ｖ１Ａ（１８） となる。この電圧は、次の逆対数関数発生器を通過する
と、 ｅｘｐｌｏｇｅＶ１Ａ＝Ｖ１Ａ（１９）と変換され、Ｖ
１の羃乗電圧Ｖ１Ａが出力することになる。

以上のように、この発明は、変位のみの検出によって、
極めて簡単な制御系によって磁気浮上が実現できるもの
である。しかも、大振幅動作にも適応可能であり、本発
明の産業上の価値は大きいものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の電磁石と回路構成を示すブロ
ック図、第２図は冪乗回路演算増幅器の内部構成を示す
一実施例のブロック図である。 １・・・電磁石、　２・・・励磁電流制御回路、３・・
・磁性体、　４・・・変位検出手段（変位センサー）、
　５・・・冪乗回路演算増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電磁石１の励磁電流Ｉを制御する励磁電流制御回路２を
   設けるとともに、電磁石１の磁極端から鉛直下方の磁性
   体３への変位ｘを検出する変位検出手段４と、これに接
   続された冪乗回路演算増幅器５から成る系を付設し、前
   記検出手段４によつて検出された変位ｘの情報信号を冪
   乗回路演算増幅器５に伝送し、同演算増幅器５は、冪乗
   関数の指数βがβ＞１なる条件においてｘ＾βなる冪乗
   関数信号を発生して、この信号を励磁電流制御回路２に
   フィードバックせしめ、前記励磁電流ＩをＩ＝Ｋｘ＾β
   （β＞１、Ｋは比例定数） の如く比例制御することにより、磁性体を磁気浮上させ
   ることを特徴とした吸引形磁気浮上電磁石装置。