專利名稱：電梯車廂的主動(dòng)磁導(dǎo)向系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)要求享受申請(qǐng)日為1999年7月6日的日本專利申請(qǐng)11—192224的優(yōu)先權(quán)，下面參考合并其所有內(nèi)容。
本發(fā)明涉及引導(dǎo)可移動(dòng)裝置如電梯車廂的主動(dòng)磁導(dǎo)向系統(tǒng)。
一般，電梯車廂由線纜懸吊，并由升降機(jī)沿垂直固定在升降機(jī)通路中的導(dǎo)軌進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因?yàn)殡娞蒈噹怯删€纜懸吊，所以由于載荷不平衡或乘客移動(dòng)會(huì)使該電梯車廂抖動(dòng)。通過沿導(dǎo)軌引導(dǎo)該車廂而抑制其抖動(dòng)。
包括在導(dǎo)軌上滾動(dòng)的滾輪和懸吊架的導(dǎo)向系統(tǒng)通常用于沿導(dǎo)軌引導(dǎo)電梯車廂。但是，由導(dǎo)軌內(nèi)不均勻如扭曲和接合處引起的令人討厭的噪聲和振動(dòng)會(huì)通過滾輪傳給車廂中的乘客，有損乘坐的舒適性。
為了解決上述問題，提出了各種可選擇的方法，公開在日本專利公開(Kokai)號(hào)51—116548、日本專利公開(Kokai)號(hào)6—336383和日本專利公開(Kokai)號(hào)7—187552中。這些參考文獻(xiàn)公開了一種電梯車廂，在鋼制導(dǎo)軌上形成電磁工作吸引力，因此可引導(dǎo)車廂并且不用接觸導(dǎo)軌。
日本專利公開(Kokai)號(hào)7—187552公開了一種具有一對(duì)繞在E形鐵心上的線圈的電磁鐵，通過電磁力引導(dǎo)電梯車廂，根據(jù)該技術(shù)，提供了舒適的乘坐，減少了電磁鐵裝置的部件數(shù)量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，并且提高了可靠性。
但是，在上述的電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)中，存在下述的一些問題。
如果設(shè)計(jì)導(dǎo)向系統(tǒng)以嚴(yán)格沿著導(dǎo)軌的軌跡，則車廂會(huì)因?qū)к壊痪鶆蚨秳?dòng)，結(jié)果破壞了乘坐的舒適性。因此，設(shè)計(jì)具有低剛度的導(dǎo)向系統(tǒng)支撐電梯車廂。但是如果車廂由具有低剛度的導(dǎo)向系統(tǒng)支撐，為了允許車廂振動(dòng)則要求導(dǎo)向系統(tǒng)有大沖程，因?yàn)檐噹亩秳?dòng)幅度因引導(dǎo)方向上的干擾力而增大。為了采用磁力控制這樣大的沖程，電磁鐵和導(dǎo)軌之間的間隙應(yīng)很大。但是如果間隙變寬，由于磁阻抗升高會(huì)使電磁鐵的有效磁通量減小，結(jié)果，與磁通量的平方成比例的車廂導(dǎo)向力大大減小。
根據(jù)由電磁鐵構(gòu)成的磁導(dǎo)向系統(tǒng)．作用在導(dǎo)軌上的引力與間隙的平方成反比，并與激勵(lì)電流的平方成正比。一般，關(guān)于電磁鐵的吸引力控制廣泛采用線性控制。在這種情況下，即使電梯車廂停在合適位置，由于下面的原因也要在預(yù)定激勵(lì)電流下激勵(lì)電磁鐵。
假使電梯車廂停在合適位置。嚴(yán)格地說，由于不需要導(dǎo)向力，可以認(rèn)為激勵(lì)電流設(shè)置為零。但是由于電磁鐵的吸引力與激勵(lì)電流的平方成正比，如果根據(jù)在穩(wěn)定狀態(tài)下激勵(lì)電流為零的假設(shè)，吸引力成線性近似，則間隙的無窮小波動(dòng)的常數(shù)項(xiàng)和激勵(lì)電流的無窮小波動(dòng)的常數(shù)項(xiàng)變成零。即，電磁鐵的吸引力為f，間隙為x，激勵(lì)電流為i，吸引力關(guān)于間隙x和激勵(lì)電流i的偏微分項(xiàng)為∂f/∂x]]>和∂f/∂i,]]>變成零，結(jié)果難于設(shè)計(jì)線性系統(tǒng)。
此外，為了使線性系統(tǒng)具有良好性能，∂f/∂x]]>和∂f/∂i]]>具有某一較大值。該值與間隙成反比，與激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)和電磁感應(yīng)圈的圈數(shù)成正比。因此，∂f/∂x]]>和∂f/∂i]]>是通過增加激勵(lì)電流或電磁感應(yīng)圈的圈數(shù)而給出一個(gè)適當(dāng)值。因此，就電磁鐵構(gòu)成的導(dǎo)向系統(tǒng)來說，為了獲得具有良好性能和低剛度的導(dǎo)向系統(tǒng)，首先采用大電流激勵(lì)電磁鐵，或采用具有大圈數(shù)的電磁感應(yīng)圈。
但是，如果激勵(lì)電流增大，由于產(chǎn)生熱量，則需要使用冷卻系統(tǒng)。此外，如果增加電磁感應(yīng)圈的圈數(shù)，電磁鐵的尺寸和重量會(huì)變大。根據(jù)由電磁鐵構(gòu)成的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，當(dāng)磁導(dǎo)向系統(tǒng)較大時(shí)，重量變得更大。其結(jié)果是使電梯的整個(gè)系統(tǒng)很大，同時(shí)提高了費(fèi)用。
至于抑制電磁感應(yīng)圈產(chǎn)生熱量的技術(shù)，例如由日本專利公開號(hào)(Kokai)60—32581、公開號(hào)(Kokai)61—102105中所公開的，已經(jīng)公知一種電磁導(dǎo)向系統(tǒng)，在磁導(dǎo)向系統(tǒng)和導(dǎo)軌之間的間隙中形成由電磁鐵和永磁鐵制成的普通磁路。該技術(shù)的目的在于在磁導(dǎo)向系統(tǒng)的垂直方向上平衡重力和吸引力，在導(dǎo)軌上運(yùn)行利用該技術(shù)搬運(yùn)物件而又不與導(dǎo)軌接觸。最后，該磁導(dǎo)向系統(tǒng)使吸引力僅在一個(gè)方向上至少作用在一個(gè)導(dǎo)軌上，從而支撐一被支撐物體的重量，并使磁導(dǎo)向系統(tǒng)的寬度與其所屬的導(dǎo)軌寬度相等。沿導(dǎo)軌由作用在導(dǎo)軌上的作用力對(duì)被支撐物體進(jìn)行導(dǎo)向。
一般說來，由于電梯車廂本身的重量由線纜承受，因此并不要求導(dǎo)軌多堅(jiān)固，去承受支撐電梯車廂做水平運(yùn)動(dòng)的更大的力。因此，為了降低導(dǎo)軌的安裝成本，電梯導(dǎo)軌的安裝剛度并不總是很高。根據(jù)具有這樣特征的電梯，如果磁導(dǎo)向系統(tǒng)只在一個(gè)方向上在導(dǎo)軌上作用吸引力，則導(dǎo)軌偏離安裝位置。這引起導(dǎo)軌接縫處不水平和引起變形，因此降低乘坐的舒適性。
此外，如果磁導(dǎo)向系統(tǒng)和導(dǎo)軌之間的間隙變寬，減小了作用在導(dǎo)軌上的吸引力，電磁鐵的作用力減小，并且很難通過該作用力進(jìn)行制導(dǎo)。如果不能通過該作用力的制導(dǎo)很好地工作，則需要另外的磁導(dǎo)向系統(tǒng)。因此，該磁導(dǎo)向系統(tǒng)的大小和重量都會(huì)增大，結(jié)果電梯形成一個(gè)很大系統(tǒng)，并提高了成本費(fèi)用。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其通過有效抑制電梯車廂的抖動(dòng)改善乘坐的舒適性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于電梯的縮小并簡(jiǎn)化的磁導(dǎo)向系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，沒有對(duì)其投入高成本。
本發(fā)明提供一種用于電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，包括沿導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)部件；連接于該可移動(dòng)部件的磁鐵部件，該磁鐵部件具有多個(gè)電磁鐵和永磁鐵，該電磁鐵具有以一間隙面對(duì)導(dǎo)軌的磁極，至少設(shè)置兩個(gè)磁極以在導(dǎo)軌上在彼此相反方向上作用吸引力，該永磁鐵形成引導(dǎo)該可移動(dòng)部件的磁通勢(shì)，并通過間隙上由一個(gè)電磁鐵形成共同磁路；傳感器，用于檢測(cè)由磁鐵部件和導(dǎo)軌形成的共同磁路的狀態(tài)；導(dǎo)向控制器，響應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)控制加在電磁鐵上的激勵(lì)電流，從而穩(wěn)定了磁路。
通過參照下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，可很容易并更好地對(duì)本發(fā)明和由此而伴隨的優(yōu)點(diǎn)作更全面的了解，其中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例電梯車廂的磁導(dǎo)向系統(tǒng)的透視圖；圖2是顯示可移動(dòng)部件和導(dǎo)軌之間關(guān)系的透視圖；圖3是顯示磁導(dǎo)向系統(tǒng)的磁鐵部件結(jié)構(gòu)透視圖4是顯示磁鐵部件磁路的平面圖；圖5顯示了磁鐵部件磁路的運(yùn)動(dòng)特征；圖6是顯示控制器電路的方框圖；圖7是顯示控制器的控制電壓計(jì)算器電路的方框圖；圖8是顯示控制器的另一控制電壓計(jì)算器電路的方框圖；圖9是顯示第二實(shí)施例磁導(dǎo)向系統(tǒng)的磁鐵部件結(jié)構(gòu)透視圖；圖10是顯示第二實(shí)施例磁鐵部件的平面圖；圖11是顯示第三實(shí)施例磁導(dǎo)向系統(tǒng)的磁鐵部件結(jié)構(gòu)平面圖；現(xiàn)在參照附圖，這里相同標(biāo)號(hào)表示貫穿各附圖的相同或?qū)?yīng)部分，下面說明本發(fā)明的實(shí)施例。
這里通過圖示實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1至圖4給出本發(fā)明第一實(shí)施例電梯車廂的磁導(dǎo)向系統(tǒng)。如圖1所示，采用普通安裝方法將由鐵磁材料制成的導(dǎo)軌2和2′設(shè)置在升降通路上?？梢苿?dòng)部件4采用普通升降方法(未示)如卷繞線纜3沿導(dǎo)軌2和2′上升和下降。
可移動(dòng)部件4包括用于容納乘客和承載的電梯車廂10和導(dǎo)向部件5a—5d。為了導(dǎo)向部件5a—5d各自的位置，導(dǎo)向部件5a—5d包括具有一定強(qiáng)度的框架11。
導(dǎo)向部件5a—5d分別連接在框架11的上角部和下角部，并分別面對(duì)導(dǎo)軌2和2′。詳細(xì)如圖3和4所示，導(dǎo)向部件5a—5d中每個(gè)包括由非磁性材料如鋁、不銹鋼或塑料制成的支架12、x方向間隙傳感器13、y方向間隙傳感器14和磁鐵部件15b。在圖3和4中，只顯示了一個(gè)導(dǎo)向部件5b，其它導(dǎo)向部件5a、5c和5d結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向部件5b相同。后標(biāo)“b”表示導(dǎo)向部件5b的組件。
磁鐵部件15b包括中心鐵心16、永磁鐵17和17′以及電磁鐵18和18′。永磁鐵17和17′的相同極彼此面對(duì)，將中心鐵心16夾在永磁鐵17和17′之間，因此形成為E形的整體。電磁鐵18包括L形鐵心19、繞在鐵心19上的線圈20和連接在鐵心19上部的鐵心板21。同樣地，電磁鐵18′包括L形鐵心19′、繞在鐵心19′上的線圈20’和連接在鐵心19′上部的鐵心板21′。詳細(xì)如圖3所示，固體潤(rùn)滑材料22設(shè)置在中心鐵心16和電磁鐵18和18′的上部，使當(dāng)電磁鐵18和18′不受激勵(lì)時(shí)，磁鐵部件15b不由于永磁鐵17和17′產(chǎn)生吸引力而吸引導(dǎo)軌。例如，固體潤(rùn)滑材料可采用包含特氟綸、石墨或二硫化鉬的材料。
在下述說明中，為了簡(jiǎn)化所示實(shí)施例的說明，為了區(qū)別起見，后標(biāo)“a”—“d”分別標(biāo)在圖中指示各自導(dǎo)向部件5a—5d的主要組件。
單獨(dú)激勵(lì)磁鐵部件15b的線圈20和20′。作用在導(dǎo)軌2′上的y方向和x方向的吸引力各自由線圈20和20′控制。如圖4和5所示，lm是在永磁鐵17和17′的極化方向上的長(zhǎng)度，Hm是矯頑力，Rgb1是在由永磁鐵17、電磁鐵18、導(dǎo)軌2′和中心鐵心16形成的磁路Mcb內(nèi)的電磁鐵18和導(dǎo)軌2′之間的間隙Gb的磁阻，Rgb2是在由永磁鐵17′、電磁鐵18′、導(dǎo)軌2′和中心鐵心16形成的磁路Mcb，內(nèi)的電磁鐵18′和導(dǎo)軌2′之間的間隙Gb′的磁阻，Rgb3是中心鐵心16和導(dǎo)軌2′之間的間隙Gb″的磁阻，N是線圈20和20′的圈數(shù)，Rc1是關(guān)于由線圈20和20′的磁通勢(shì)引起的漏磁通的磁路M1b和M1b′的共同磁阻，Rp是永磁鐵17和17′的共同內(nèi)磁阻，Rp1是關(guān)于由永磁鐵17和17′的磁通勢(shì)引起的漏磁通的磁路Mpb和Mpb′的共同磁阻，Ric是指向磁路Mcb和Mcb′的共同磁路的鐵心的內(nèi)磁阻，Rid是不指向磁路Mcb和Mcb′的共同磁路的鐵心的內(nèi)磁阻，ib1和ib2是線圈20和20′的激勵(lì)電流，Φb1和Φb2是磁路Mcb和Mcb′的主磁通，Φ1b1和Φ1b2是磁路M1b和M1b′的主磁通，Φpb1和Φpb2是磁路Mpb和Mpb′的主磁通，下面由公式1給出關(guān)于磁路Mcb、Mcb′、M1b、M1b′、Mpb和Mpb′的磁路公式。(公式1)
在上述公式1中，當(dāng)磁鐵部件15b在y方向上移動(dòng)時(shí)，Rgb1和Rgb2變化，當(dāng)磁鐵部件15b在x方向上移動(dòng)時(shí)，Rgb3變化。在公式1中，μo是在真空中的導(dǎo)磁率，Sy是形成磁阻Rgb1和Rgb2的磁路的有效橫截面，Sx是形成磁阻Rgb3的磁路的有效橫截面，Sp是形成磁阻Rp的磁路的有效橫截面，1r是關(guān)于磁阻Rgb1和Rgb2的間隙長(zhǎng)度之和。磁阻Rgb1、Rgb2、Rgb3和Rp由下面的公式2給出，假設(shè)使間隙Gb和Gb′的長(zhǎng)度彼此相同的磁鐵部件15b的位置是y方向的原位置。(公式2)Rgb1=lr2+ybμ0Sy,Rgb2=lr2-ybμ0Sy,Rgb3=xbμ0Sx,Rp=lmμ0Sp]]>xb項(xiàng)是磁鐵部件15b的間隙Gb″長(zhǎng)度。yb項(xiàng)是在y方向由原位置的變化量。
為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)內(nèi)磁阻Rid和Ric以及漏磁通Φ1b1、Φ1b2、Φpb1和Φpb2小到可足以忽略，如下面的公式3，計(jì)算作為xb、yb、ib1、ib2的函數(shù)的磁路Mcb和Mcb′的主磁通Φb1、Φb2。(公式3) 下面的公式4給出磁鐵部件15b的間隙Gb、Gb′、Gb″各自的吸引力Fb1、Fb2、Fb3。(公式4)Fb1(xb,yb,ib1,ib2)=-12μoSyΦb1(xb,yb,ib1,ib2)2]]>Fb2(xb,yb,ib1,ib2)=12μoSyΦb2(xb,yb,ib1,ib2)2]]>Fb3(xb,yb,ib1,ib2)=-12μoSv(Φb1(xb,yb,ib1,ib2)+Φb2(xb,yb,ib1,ib2))2]]>因此，下面的公式5給出了在x方向操作磁鐵部件15b的力Fxb和在y方向操作磁鐵部件15b的力Fyb。(公式5)Fxb(xb,yb,ib1,ib2)=Fb3(xb,yb,ib1,ib2)]]>Fyb(xb,yb,ib1,ib2)=Fb1(xb,yb,ib1,ib2)+Fb2(xb,yb,ib1,ib2)]]>電磁鐵18和18′的激勵(lì)電流ib1和ib2為0，間隙Gb″為X0，磁鐵部件15b位于y軸的原位置(y=0)，根據(jù)歐拉運(yùn)動(dòng)方程變換公式5給出了關(guān)于xb、yb、ib1和ib2的微元波動(dòng)dxb、dyb、dib1和dib2的吸引力Fxb和Fyb的微元波動(dòng)dFxb和dFyb，然后接近于線性方程。(公式6)dFxb=(∂Fxb∂xb)dxb+(∂Fxb∂yb)dyb+(∂Fxb∂ib1)dib1+(∂Fxb∂ib2)dib2]]>這里xb=x0，yb=0，ib1=0以及ib2=0，括號(hào)內(nèi)的偏微分如下。(∂Fxb∂xb)=128Hm2lm2μo2Sp3Sx2Sy3(lrSpSx+2lmSxSp+4SpSyXo)3]]>(∂Fxb∂yb)=0]]>(∂Fxb∂ib1)=-16Hmlmμo2NSp2Sx2Sy2(lrSpSx+2lmSxSp+4SpSyXo)2]]>(∂Fxb∂ib2)=-16Hmlmμo2NSp2Sx2Sy2(lrSpSx+2lmSxSp+4SpSyXo)2]]>(公式7)dFxb=(∂Fxb∂xb)dxb+(∂Fxb∂yb)dyb+(∂Fxb∂ib1)dib1+(∂Fxb∂ib2)dib2]]>(∂Fyb∂xb)=0]]>(∂Fyb∂yb)=32Hm2lm2μo2Sp3Sr2Sy2(lrSp+2lmSy)(lrSpSr+2lmSxSy+4SpSyxo)2]]>(∂Fyb∂ib1)=-8Hmlmμo2NSp2SxSy2(lrSp+2lmSy)(lrSpSx+2lmSxSy+4SpSyxo)]]>(∂Fyb∂ib2)=8Hmlmμo2NSp2SxSy2(lrSp+2lmSy)(lrSpSx+2lmSxSy+4SpSyxo)]]>
根據(jù)上述公式可知，即使磁鐵部件15b在y方向有一點(diǎn)抖動(dòng)，F(xiàn)xb也不變，此外，即使磁鐵部件15b在x方向有一點(diǎn)抖動(dòng)，F(xiàn)yb也不變。另外，建立下述公式8，如果Fx是(ib1+ib2)，且Fy是(ib1—ib2)，可知Fx和Fy可分別控制。(公式8)∂Fxb∂ib1=∂Fxb∂ib2,∂Fyb∂ib1=-∂Fyb∂ib2]]>所有偏微分項(xiàng)包含永磁鐵17和17′的磁通勢(shì)Hmlm的系數(shù)。因此，如果磁鐵部件15b不包括永磁鐵，磁通勢(shì)為0，所有偏微分項(xiàng)為0，結(jié)果，不能控制磁鐵部件15的吸引力。即，如果磁鐵部件只包括電磁鐵，則磁鐵部件不能控制吸引力，電磁鐵的激勵(lì)電流接近0。通過選擇具有大剩余磁通密度和矯頑力的永磁鐵，使公式6和7中所有偏微分項(xiàng)的值達(dá)到足夠大，該永磁鐵的主成分包含釤—鈷或釹—鐵—硼(Nd—Fe—B)，因此很容易利用激勵(lì)電流對(duì)電磁鐵施加吸引力控制。在下面的說明中，為方便起見，省略了處于穩(wěn)定狀態(tài)的括號(hào)內(nèi)的偏微分，即x=x0、y=0、ib1=0、ib1=0。
同樣，在磁鐵部件15a、15c、15d的x方向上的吸引力分別設(shè)為Fxa、Fxc和Fxd，在磁鐵部件15a、15c、15d的y方向上的吸引力分別設(shè)為Fya、Fyc和Fyd，從而得到下述公式9和10。(公式9)∂Fxa∂xa=-∂Fxb∂xb,∂Fxa∂ya=0,∂Fxa∂ia1=0,∂Fxa∂ia1=-∂Fxb∂ib1,∂Fxa∂ia2=∂Fxb∂ib2]]>∂Fxc∂xc=∂Fxb∂xb,∂Fxc∂yc=0,∂Fxc∂ic1=∂Fxb∂ib1,∂Fxc∂ic2=∂Fxb∂ib2]]>∂Fxd∂xd=-∂Fxb∂xb,∂Fxd∂yd=0,∂Fxd∂id1=-∂Fxb∂ib1,∂Fxd∂id2=-∂Fxb∂ib2]]>(公式10)∂Fya∂xa=0,∂Fya∂ya=∂Fyb∂yb,∂Fya∂ia1=∂Fyb∂ib1,∂Fya∂ia2=∂Fyb∂ib2]]>∂Fyc∂xc=0,∂Fyc∂yc=∂Fyb∂yb,∂Fyc∂ic1=∂Fyb∂ib1,∂Fyc∂ib2=∂Fyb∂ib2]]>∂Fyd∂xd=0,∂Fyd∂yd=∂Fyb∂yb,∂Fyd∂id1=∂Fyb∂ib1,∂Fyd∂id2=∂Fyb∂ib2]]>上述磁鐵部件15a、15c、15d各自的偏微分是在Xa=X0、Ya=0、ia1=0、ia2=0、Xb1=X0、yb=0、ib1=0、ib2=0、Xc=X0、yc=0、ic1=0、ic2=0、Xd=X0、yd=0、id1=0、id2=0的條件下。
此外，由公式11和12給出了關(guān)于x、y、ib1和ib2的主磁通Φb1和Φb2的微元波動(dòng)。(公式11)dΦb1=(∂Φb1∂xb)dxb+(∂Φb1∂yb)dyb+(∂Φb1∂ib1)dib1+(∂Φb1∂ib2)dib2]]> (公式12)dΦb2=(∂Φb2∂xb)dxb+(∂Φb2∂yb)dyb+(∂Φb2∂ib1)dib1+(∂Φb2∂ib2)dib2]]> 由符號(hào)△表示微元波動(dòng)量，流入線圈20和20′的電流ib1和ib2由下述電壓方程13和14表示。(公式13)Lx0Δi'b1+Mr0Δi'b2=-N∂Φb1∂xΔx'b-N∂Φb1∂yΔy'b-RΔib1+eb1]]>Lx0=L∞+N∂Φb1∂ib1,Mr0=N∂Φb1∂ib1]]>符號(hào)“′”表示第一次求導(dǎo)。(公式14)Lx0Δib2′+Mx0Δib2′=-N∂Φb2∂xΔxb′-N∂Φb2∂yΔyb′-RΔib2+eb2]]>Lx0=L∞+N∂Φb2∂ib2,Mx0=N∂Φb2∂ib2]]>如果分別控制吸引力Fx和Fy，則激勵(lì)電流的電壓方程如下。
激勵(lì)電流狀態(tài)為(ib1+ib2)時(shí)，(公式15)(Lx0+Mx0)Δi′xb=-N∂Φb1∂xbΔx′b-RΔixb+exb]]>
ixb=ib1+ib22,exb=eb1+eb22]]>激勵(lì)電流狀態(tài)為(ib1—ib2)時(shí)，(Lx0-Mx0)Δiyb′=-N∂Φb1∂ybΔyb′-RΔiyb+eyb]]>iyb=ib1-ib22,eyb=eb1-eb22]]>同樣地，對(duì)于磁鐵部件15a、15c和15d，在狀態(tài)(ia1+ia2)、(ic1+ic2)、(id1+id2)下，其各自的電壓方程如下。(公式17)(Lx0+Mx0)Δixa′=-N∂Φa1∂xaΔxa′-RΔixa+exa]]>ixa=ia1+ia22,exa=ea1+ea22]]>(公式18)(Lx0+Mx0)Δixc′=-N∂Φc1∂xcΔxc′-RΔixc+exc]]>ixc=ic1+ic22,exc=ec1+ec22]]>(公式19)(Lxo+Mx0)Δixd′=-N∂Φd1∂xdΔxd′-RΔixd+exd]]>ixd=id1+id22,exd=ed1+ed22]]>在激勵(lì)電流狀態(tài)分別為(ia1—ia2)、(ic1—ic2)、(id1—id2)時(shí)，(公式20)(Lx0-Mx0)Δiya′=-N∂Φa1∂yaΔya′-RΔiya+eya]]>iya=ia1-ia22,eya=ea1-ea22]]>(公式21)(Lx0-Mx0)Δiyc′=-N∂Φc1∂ycΔyc′-RΔiyc+eyc]]>iyc=ic1-ic22,eyc=ec1-ec22]]>(公式22)(Lx0-Mx0)Δiyd′=-N∂φd1∂ydΔyd′-RΔiyd+eyd]]>iyd=id1-id22,eyd=ed1-ed22]]>磁鐵部件15a—15d的各自主磁通Φa1、Φa2、Φb1、Φb2、Φc1、Φc2、Φd1、Φd2的關(guān)系由公式23和24表示。(公式23)∂Φa1∂xa=∂Φb1∂xb,∂Φa1∂ya=∂Φb1∂yb,∂Φa1∂ia1=∂Φb1∂ib1,∂Φa1∂ia2=∂Φb1∂ib2]]>∂Φc1∂xc=∂Φb1∂xb,∂Φc1∂yc=∂Φb1∂yb,∂Φc1∂ic1=∂Φb1∂ib1,∂Φc1∂ic2=∂Φb1∂ib2]]>∂Φd1∂xd=∂Φb1∂xb,∂Φd1∂yd=∂Φb1∂yb,∂Φd1∂id1=∂Φb1∂ib1,∂Φd1∂id2=∂Φb1∂ib2]]>(公式24)∂Φa2∂xa=∂Φb1∂xb,∂Φa2∂ya=-∂Φb1∂yb,∂Φa2∂ia1=∂Φb1∂ib2,∂Φa2∂ia2=∂Φb1∂ib1]]>∂Φb2∂xb=∂Φb1∂xb,∂Φb2∂yb=-∂Φb1∂yb,∂Φb2∂ib1=∂Φb1∂ib2,∂Φb2∂ib2=∂Φb1∂ib1]]>∂Φc2∂xc=∂Φb1∂xb,∂Φc2∂yc=-∂Φb1∂yb,∂Φc2∂ic1=∂Φb1∂ib2,∂Φc2∂ic2=∂Φb1∂ib2]]>∂Φd2∂xd=∂Φb1∂xb,∂Φd2∂yd=∂Φb1∂yb,∂Φd2∂id1=∂Φb1∂ib2,∂Φd2∂id2=∂Φb1∂ib2]]>導(dǎo)向部件5a—5d的吸引力由圖6所示的控制器30控制，沿導(dǎo)軌2和2′對(duì)可移動(dòng)部件4進(jìn)行不接觸導(dǎo)向。
雖然控制器30如圖1所示被分開，但是，如圖6所示，其功能組合為一個(gè)整體。下面說明控制器30。在圖6中，箭頭表示信號(hào)通道，實(shí)線表示繞線圈20a、20′a—20d、20′d的輸電線?？刂破?0連接在電梯車廂4上，包括傳感器31，用于檢測(cè)磁通勢(shì)變化或由磁鐵部件15a—15d形成磁路的磁阻；或在可移動(dòng)部件4的移動(dòng)中計(jì)算器32，根據(jù)傳感器31的信號(hào)計(jì)算加在線圈20a、20′a—20d、20′d上的電壓，以便采用導(dǎo)軌2和2′對(duì)可移動(dòng)部件4進(jìn)行不接觸導(dǎo)向；功率放大器33a、33′a—33d、33′d，根據(jù)計(jì)算器32的輸出向線圈20a、20′a—20d、20′d提供電力，分別控制磁鐵部件15a—15d的x和y方向上的吸引力。
電線34向功率放大器33a、33′a—33d、33′d提供電力，還向穩(wěn)壓電源35、x方向間隙傳感器13a、13′a—13d、13′d和y方向間隙傳感器14a、14′a—14d、14′d提供電源，該穩(wěn)壓電源35向計(jì)算器32提供具有恒定電壓的電力。電源34的作用在于將由升降機(jī)通道1外部通過電力線(未示)供應(yīng)的交流電變換為合適的直流電，以便向功率放大器33a、33′a—33d、33′d提供直流電用于升降或打開和關(guān)閉電梯門。
穩(wěn)壓電源35向計(jì)算器32和間隙傳感器13和14提供恒定電壓的電力，即使電源34的電壓由于過載電流而改變，計(jì)算器32和間隙傳感器13和14也可正常工作。
傳感器31包括x方向間隙傳感器13a、13′a—13d、13′d、y方向間隙傳感器14a、14′a—14d、14′d和檢測(cè)線圈20a、20′a—20d、20′d電流值的電流檢測(cè)器36a、36′a—36d、36′d。
計(jì)算器32控制用于圖1所示的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)中的可移動(dòng)部件4的磁導(dǎo)向控制。該運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)由表示沿在可移動(dòng)部件4中心的y坐標(biāo)左右運(yùn)動(dòng)的y模式(前后運(yùn)動(dòng)模式)、表示沿x坐標(biāo)左右運(yùn)動(dòng)的x模式(左右運(yùn)動(dòng)模式)、表示繞可移動(dòng)部件4的中心轉(zhuǎn)動(dòng)的θ模式(轉(zhuǎn)動(dòng)模式)、表示繞可移動(dòng)部件4的中心仰俯的ξ模式(仰俯模式)、表示繞可移動(dòng)部件4的中心擺動(dòng)的ψ模式(擺動(dòng)模式)。除上述模式外，計(jì)算器32還控制作用在導(dǎo)軌上的磁鐵部件15a—15d的各吸引力、繞y坐標(biāo)由磁鐵部件15a—15d產(chǎn)生的作用在框架11上的扭矩以及對(duì)稱張緊框架11的力矩，由一對(duì)磁鐵部件15a和15d和一對(duì)磁鐵部件15b和15c作用在框架11上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩產(chǎn)生該張緊框架11的力矩。簡(jiǎn)而言之，計(jì)算器32還控制ζ模式(吸引模式)、δ模式(扭轉(zhuǎn)模式)和γ模式(張緊模式)。因此，計(jì)算器32以一種方式在上述八種模式中控制線圈20的激勵(lì)電流趨于0，即所謂的0功率控制，以便無論其載重量的如何，只通過永磁鐵17和17′的吸引力便可保持可移動(dòng)部件4的穩(wěn)定。
該控制方法已在公開號(hào)為(Kokai)6—178409的日本專利中公開。但是，由于在該實(shí)施例中，四個(gè)磁鐵部件15a—15d控制導(dǎo)向可移動(dòng)部件4，因此說明了該控制所基于的理論。
為簡(jiǎn)化說明，假設(shè)可移動(dòng)部件4的中心處于穿過設(shè)置在可移動(dòng)部件4的四個(gè)角部上的磁鐵部件15a—15d中心點(diǎn)處對(duì)角線交叉點(diǎn)的垂直線上。該中心被看作對(duì)應(yīng)x、y和z坐標(biāo)軸的原點(diǎn)。如果在磁懸浮控制系統(tǒng)的每個(gè)模式中的關(guān)于可移動(dòng)部件4運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程和應(yīng)用于磁鐵部件15a—15d的電磁鐵18和18′的電壓方程繞穩(wěn)定點(diǎn)線性化。則得到下面的公式25至29。(公式25) Δy=Δya+Δyb+Δyc+Δyd4]]>Δiy=Δiya+Δiyb+Δiyc+Δiyd4]]>ey=Δeya+Δeyb+Δeyc+Δeyd4]]>(公式26) Δx=-Δxa+Δxb+Δxc-Δxd4]]>Δix=-Δixa+Δixb+Δixc-Δixd4]]>ex=-Δexa+Δexb+Δexc-Δexd4]]>(公式27) Δθ=-Δxa+Δxb-Δxc+Δxd2lθ]]>Δiθ=-Δixa+Δixb-Δixc+Δixd2lθ]]>eθ=-Δexa+Δexb-Δexc+Δexd2lθ]]>(公式28) Δξ=-Δya-Δyb+Δyc+Δyd2lθ]]>Δiξ=-Δiya-Δiyb+Δiyc+Δiyd2lθ]]>eξ=-Δeya-Δeyb+Δeyc+Δeyd2lθ]]>(公式29) Δψ=Δya-Δyb-Δyc+Δyd2lψ]]>Δiψ=Δiya-Δiyb-Δiyc+Δiyd2lψ]]>eψ=Δeya-Δeyb-Δeyc+Δeyd2lψ]]>在上述公式中，M是可移動(dòng)部件4的重量，Iθ、Iζ和Iψ是繞各自的y、x和z坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Uy和Ux是在各自的y模式和x模式中的外力和，TθTε和Tψ是在各自的θ模式、ζ模式和ψ模式中的干擾力矩和，符號(hào)“′”表示第一次求導(dǎo)d／dt，符號(hào)“″”表示第二次求導(dǎo)d2／dt2，△是繞穩(wěn)定懸浮狀態(tài)的微元波動(dòng)，Lxo是在穩(wěn)定懸浮狀態(tài)每個(gè)線圈20和20′的自感應(yīng)，Mxo是在穩(wěn)定懸浮狀態(tài)每個(gè)線圈20和20′的互感應(yīng)，R是每個(gè)線圈20和20′的磁阻，N是每個(gè)線圈20和20′的圈數(shù)，iy、ix、iθ、iξ和iψ是各自的y、x、θ、ξ和ψ模式的激勵(lì)電流，ey、ex、eθ、eξ和eψ是各自的y、x、θ、ξ和ψ模式的激勵(lì)電壓，1θ是每個(gè)磁鐵部件15a和15d與磁鐵部件15b和15c的跨度，1ψ是每個(gè)磁鐵部件15a和15b與磁鐵部件15c和15d的跨度。
此外，下面給出了其余的ζ、δ和γ模式的電壓方程。(公式30)(Lx0+Mx0)Δi6′=-N∂Φb1∂xbΔζ-RΔi6+e6]]>Δζ=Δxa+Δxb+Δxc+Δxd4]]>Δζi=Δixa+Δixb+Δixc+Δixd4]]>eζ=Δexa+Δexb+Δexc+Δexd4]]>(公式31)(Lx0-Mx0)Δiδ′=-N∂Φb1∂ybΔδ″-RΔiδ+eδ]]>Δδ=Δya-Δyb+Δyc-Δyd2lψ]]>Δiδ=Δiya-Δiyb+Δiyc-Δiyd2lψ]]>eδ=Δeya-Δeyb+Δeyc-Δeyd2lψ]]>(公式32)(Lx0+Mx0)Δiγ′=-N∂Φb1∂xbΔγ′-RΔiγ+eγ]]>Δγ=Δx0+Δxb-Δxc-Δxd2lθ]]>Δiγ=Δixa+Δixb-Δixc-Δixd2lθ]]>eγ=Δexa+Δexb-Δexc-Δexd2lθ]]>在上面的公式中，y是在y軸方向上可移動(dòng)部件4的中心變化，x是在x軸方向上可移動(dòng)部件4的中心變化，θ繞y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角，ξ是繞x軸的仰俯角，ψ是繞z軸的擺動(dòng)角，各模式的符號(hào)y、x、θ、ξ和ψ分別固定在激勵(lì)電流i和激勵(lì)電壓e。此外，表示磁鐵部件15a—15d的符號(hào)a—d分別固定在磁鐵部件15a—15d的激勵(lì)電流i和激勵(lì)電壓e。通過由下述公式33將坐標(biāo)變換成y、x、θ、ξ和ψ坐標(biāo)得到磁鐵部件15a—15d的懸浮間隙xa—xd和ya—yd。(公式33)y=14(ya+yb+yc+yd)]]>x=14(-xa+xb+xc-xd)]]>θ=12lθ(-xa+xb-xc+xd)]]>ξ=12lθ(-ya-yb+yc+yd)]]>Ψ=12lψ(ya-yb-yc+yd)]]>由下述公式34通過坐標(biāo)變換成各自模式的激勵(lì)電流iy、ix、iθ、iξ、iψ、iζ、iδ和iγ獲得加在磁鐵部件15a—15d上的激勵(lì)電流ia1、ia2—id1、id2。(公式34)iy=18(ia1-ia2+ib1-ib2+ic1-ic2+id1-id2)]]>ix=18(-ia1-ia2+ib1+ib2+ic1+ic2-id1-id2)]]>iθ=14lθ(-ia1-ia2+ib1+ib2-ic1-ic2+id1+id2)]]>iξ=14lθ(-ia1+ia2-ib1+ib2+ic1-ic2+id1-id2)]]>iψ=14lψ(ia1-ia2-ib1+ib2-ic1+ic2+id1-id2)]]>iζ=18(ia1+ia2+ib1+ib2+ic1+ic2+id1+id2)]]>iδ=14lψ(ia1-ia2-ib1+ib2+ic1-ic2-id1+id2)]]>iγ=14lθ(ia1+ia2+ib1+ib2-ic1-ic2-id1-id2)]]>控制輸入信號(hào)給各自模式的懸浮系統(tǒng)，即由下述公式35通過反向變換成磁鐵部件15a—15d的線圈20和20′的激勵(lì)電壓，得到作為計(jì)算器32輸出的激勵(lì)電壓ey、ex、eθ、eξ、eψ、eζ、eδ、和eγ。(公式35)ea1=ey-ex-lθ2eθ-lθ2eξ+lψ2eψ+eζ+lψ2eδ+lθ2e,]]>ea2=-ey-ex-lθ2eθ-lθ2eξ-lψ2eψ+eζ-lψ2eδ+lθ2e,]]>eb1=ey+ex+lθ2eθ-lθ2eξ-lψ2eψ+eζ-lψ2eδ+lθ2eγ]]>eb2=-ey+ex+lθ2eθ+lθ2eξ+lψ2eψ+eζ+lψ2eδ+lθ2eγ]]>ec1=ey+ex-lθ2eθ+lθ2eξ-lψ2eψ+eζ+lψ2eδ-lθ2eγ]]>ec2=-ey+ex-lθ2eθ-lθ2eξ+lψ2eψ+eζ-lψ2eδ-lθ2eγ]]>ed1=ey-ex+lθ2eθ+lθ2eξ+lψ2eψ+eζ-lψ2eδ-lθ2eγ]]>ed2=-ey-ex+lθ2eθ-lθ2eξ-lψ2eψ+eζ+lψ2eδ-lθ2eγ]]>對(duì)于y、x、θ、ξ和ψ模式，由于可移動(dòng)部件4的運(yùn)動(dòng)方程與其電壓方程成對(duì)，公式25—29可排列成下述公式36所示的狀態(tài)方程。(公式36) x3′=A3x3+b3e3+d3u3在公式36中，向量x3、A3、b3和d3以及u3可定義如下。 此外，e3是穩(wěn)定各模式的控制電壓。(公式38)e3=ey,ex,eθ,eξoreψ通過將變化狀態(tài)定義為下述公式39，可將公式30—32排列成由公式40所示的狀態(tài)方程。(公式39)x1=Δiζ,Δiδ,Δiγ(公式40)x1′=A1x1+b1e1+d1u1如果在各模式的控制器32的補(bǔ)償電壓表示為Vζ、Vδ和Vγ，則各模式中的變量A1、b1、d1、和u1表示如下。(公式41)(ζ模式)A1=-RLx0+Mx0,b1=1Lx0+Mx0,d1=1Lx0+Mx0]]>u1=-N∂Φb1∂x1Δξ+vζ]]>(δ模式) (γ模式) 符號(hào)e1是每個(gè)模式的控制電壓。(公式42)el=eζ,eδ,oreγ]]>通過下面公式43的反饋，公式36可實(shí)現(xiàn)0功率控制。(公式43)e3=F3x3+∫K3x3dt]]>如果使Fa、 Fb、Fc為比例增益，并使Kc為積分增益，則得到下面的公式44。(公式44)F3=[FaFbFc]]]>
K3=
同樣地，通過下面的公式45，公式40可實(shí)現(xiàn)0功率控制。(公式45)el=Flxl+∫Klxldt]]>F1是比例增益，K1是積分增益。
如圖6所示，計(jì)算器32，實(shí)現(xiàn)上述0功率控制，其包括減法器41a—41h、42a—42h和43a—43h，平均計(jì)算器44x和44y，間隙偏差坐標(biāo)變換電路45，電流偏差坐標(biāo)變換電路46，控制電壓計(jì)算器47和控制電壓坐標(biāo)反向變換電路48。在下述說明中，間隙偏差坐標(biāo)變換電路45、電流偏差坐標(biāo)變換電路46，控制電壓計(jì)算器47和控制電壓坐標(biāo)反向變換電路48稱作導(dǎo)向控制器50。
減法器41a—41h通過從來自x方向間隙傳感器13a、13′a—13d、13′d的間隙信號(hào)gxa1、gxa2—gxd1、gxd2減去相應(yīng)參考值Xa01、Xa02—Xd01、Xd02來計(jì)算x方向間隙偏差信號(hào)△gxa1、△gxa2—△gxd1、△gxd2。減法器42a—42h通過從來自y方向間隙傳感器14a、14′a—14d、14′d的間隙信號(hào)gya1、gya2—gyd1、gyd2減去相應(yīng)參考值ya01、ya02—yd01、yd02來計(jì)算y方向間隙偏差信號(hào)△gya1、△gya2—△gyd1、△gyd2。減法器43a～4d通過從來自電流檢測(cè)器36a、36′a～36d、36′d的激勵(lì)電流信號(hào)ia1、ia2～id1、id2減去相應(yīng)參考值ia01、ia02～id01、id02來計(jì)算電流偏差信號(hào)△ia1、△ia2～△id1、△id2。
平均計(jì)算器44x和44y分別對(duì)x方向間隙偏差信號(hào)△gxa1、△gxa2～△gxd1、△gxd2和y方向間隙偏差信號(hào)△gya1、△gya2～△gyd1、△gyd2進(jìn)行平均，并輸出所計(jì)算的x方向間隙偏差信號(hào)△Xa～△Xd和y方向間隙偏差信號(hào)△ya～△yd。
通過公式33，間隙偏差坐標(biāo)變換電路45根據(jù)y方向偏差信號(hào)△ya～△yd計(jì)算可移動(dòng)部件4的中心處y方向變化量△y，根據(jù)x方向間隙偏差信號(hào)△xa～△xd計(jì)算可移動(dòng)部件4的中心處x方向變化量△x，計(jì)算可移動(dòng)部件4中心處θ方向(轉(zhuǎn)動(dòng)方向)上的轉(zhuǎn)動(dòng)角△θ、可移動(dòng)部件4中心處ξ方向(仰俯方向)上的轉(zhuǎn)動(dòng)角△ξ和可移動(dòng)部件4中心處ψ方向(擺動(dòng)方向)上的轉(zhuǎn)動(dòng)角△ψ。
采用公式34，根據(jù)電流偏差信號(hào)△ia1、△ia2～△id1和△id2，電流偏差坐標(biāo)變換電路46計(jì)算關(guān)于可移動(dòng)部件4的中心處y方向運(yùn)動(dòng)的電流偏差△iy、關(guān)于可移動(dòng)部件4的中心處x方向運(yùn)動(dòng)的電流偏差△ix、關(guān)于繞可移動(dòng)部件4的中心轉(zhuǎn)動(dòng)的電流偏差△iθ、關(guān)于繞可移動(dòng)部件4的中心仰俯的電流偏差△iζ、關(guān)于繞可移動(dòng)部件4的中心擺動(dòng)的電流偏差△iψ、以及關(guān)于張緊可移動(dòng)單元4的ζ、δ和γ的電流偏差△iζ、△iδ和△iγ。
根據(jù)間隙偏差坐標(biāo)變換電路45和電流偏差坐標(biāo)變換電路46的輸出△y、△x、△θ、△ξ、△ψ、△iy、△ix、△iθ、△iζ、△iψ△iζ、△iδ和△iγ，控制電壓計(jì)算器47計(jì)算在每個(gè)y、x、θ、ξ、ψ、ζ、δ和γ模式中用于磁化和保證懸浮可移動(dòng)部件4的控制電壓ey、ex、eθ、eξ、eψ、eζ、eδ和eγ。采用公式35，根據(jù)輸出ey、ex、eθ、eξ、eψ、eζ、eδ和eγ，控制電壓坐標(biāo)反向變換電路48計(jì)算磁鐵部件15a～15d的各激勵(lì)電壓ea1、ea2～ed1、ed2，并將計(jì)算結(jié)果反饋給功率放大器33a、33’a～33d、33’d。
控制電壓計(jì)算器47包括前后模式計(jì)算器47a、左右模式計(jì)算器47b、轉(zhuǎn)動(dòng)模式計(jì)算器47c、仰俯模式計(jì)算器47d、擺動(dòng)模式計(jì)算器47e和吸引模式計(jì)算器47f、扭矩模式計(jì)算器47g和張緊模式計(jì)算器47h。
前后模式計(jì)算器47a根據(jù)公式43采用輸入△y和△iy計(jì)算y模式中的激勵(lì)電壓ey。左右模式計(jì)算器47b根據(jù)公式43采用輸入△x和△ix計(jì)算x模式中的激勵(lì)電壓ex。轉(zhuǎn)動(dòng)模式計(jì)算器47c根據(jù)公式43采用輸入△θ和△iθ計(jì)算θ模式中的激勵(lì)電壓eθ。仰俯模式計(jì)算器47d根據(jù)公式43采用輸入△ξ和△iζ計(jì)算ξ模式中的激勵(lì)電壓eξ。擺動(dòng)模式計(jì)算器47e根據(jù)公式43采用輸入△ψ和△iψ計(jì)算ψ模式中的激勵(lì)電壓eψ。吸引模式計(jì)算器47f根據(jù)公式45采用輸入△iζ計(jì)算ζ模式中的激勵(lì)電壓eζ。扭矩模式計(jì)算器47g根據(jù)公式45采用輸入△iδ計(jì)算δ模式中的激勵(lì)電壓eδ。張緊模式計(jì)算器47h根據(jù)公式45采用輸入△iγ計(jì)算γ模式中的激勵(lì)電壓eγ。
圖7詳細(xì)顯示了每個(gè)計(jì)算器47a～47e。
每個(gè)計(jì)算器47a～47e包括根據(jù)每個(gè)變量△y、 △x、△θ、△ξ、△ψ計(jì)算時(shí)間變化率△y′、△x′、△θ′、△ξ′或△ψ’的微分器60、通過分別適當(dāng)反饋增益對(duì)每個(gè)變量△y～△ψ、每個(gè)時(shí)間變化率△y～△ψ′和每個(gè)電流偏差△iy～△iψ倍增的增益補(bǔ)償器62、電流偏差調(diào)節(jié)器63、從由電流偏差調(diào)節(jié)器63輸出的參考值減去每個(gè)電流偏差△iy～△iψ的減法器64、對(duì)減法器64的輸出積分并通過適當(dāng)反饋增益使積分結(jié)果倍增的積分補(bǔ)償器65、計(jì)算增益補(bǔ)償器62輸出之和的加法器66以及從積分補(bǔ)償器65的輸出減去加法器66的輸出并輸出每個(gè)y、x、θ、ξ和ψ模式的激勵(lì)電壓ey、ex、eθ、eξ或eψ的減法器67。
圖8顯示了計(jì)算器47f～47h共同的元件。
每個(gè)計(jì)算器47f～47h包括通過一適當(dāng)?shù)姆答佋鲆鎸?duì)電流偏差△iζ、△iδ或△iγ倍增的增益補(bǔ)償器71、電流偏差調(diào)節(jié)器72、從由電流偏差調(diào)節(jié)器72輸出的參考值減去電流偏差△iζ、△iδ或△iγ的減法器73、對(duì)減法器73的輸出積分并通過適當(dāng)反饋增益使積分結(jié)果倍增的積分補(bǔ)償器74以及從積分補(bǔ)償器74的輸出減去增益補(bǔ)償器71的輸出并輸出各ζ、δ和γ模式的激勵(lì)電壓eζ、eδ和eγ的減法器75。
下面說明上述本發(fā)明第一實(shí)施例的電梯磁導(dǎo)向部件的工作。
在磁導(dǎo)向系統(tǒng)的停止?fàn)顟B(tài)，磁鐵部件15a～15d的中心鐵心16的任何端部或磁鐵部件15a～15d的電磁鐵18和18′的端部通過固體潤(rùn)滑材料22集中面對(duì)導(dǎo)軌2和2′的表面。此時(shí)，由于固體潤(rùn)滑材料22的作用，使可移動(dòng)部件4的向上和向下運(yùn)動(dòng)不受阻礙。
一旦導(dǎo)向系統(tǒng)在停止?fàn)顟B(tài)被啟動(dòng)了，電磁鐵18和18′的磁通，具有由永磁鐵17和17′產(chǎn)生的磁通的相同或相反方向，由控制器30的導(dǎo)向控制器50控制。導(dǎo)向控制器50控制加在線圈20和20′上的激勵(lì)電流，以便在磁鐵部件15a～15d和導(dǎo)軌2和2′之間保持一定間隙。因此，如圖4和5所示，由永磁鐵17～L形鐵心19～鐵心板21～間隙Gb～導(dǎo)軌2′～間隙Gb″～中心鐵心16～永磁鐵17的通路形成磁路Mcb，由永磁鐵17′～L形鐵心19′～鐵心板21′～間隙Gb′～導(dǎo)軌2′～間隙Gb″～中心鐵心16～永磁鐵17′的通路形成磁路Mcb′。間隙Gb、Gb′和Gb″或其它由磁鐵部件15a、15c和15d形成的間隙設(shè)定為一定間隔，使由永磁鐵17和17’產(chǎn)生的磁鐵部件15a～15d的磁吸引力由作用在可移動(dòng)部件4中心處y方向(前后方向)上的力、x方向(左右方向)上的力和繞穿過可移動(dòng)部件中心的x、y和z軸的扭矩來平衡。當(dāng)外力作用在可移動(dòng)部件4上時(shí)，控制器30控制流入各電磁鐵部件15a～15d的電磁鐵18和18′的激勵(lì)電流，以便保持平衡，因而實(shí)現(xiàn)所謂的0功率控制。
即使由于乘客移動(dòng)或?qū)к?和2′不均勻使可移動(dòng)部件4有抖動(dòng)，由于由0功率控制進(jìn)行無接觸導(dǎo)向的可移動(dòng)部件4由升降機(jī)(未示)向上移動(dòng)，因此可通過迅速控制由磁鐵部件15a～15d通過電磁鐵18和18′的激勵(lì)產(chǎn)生的吸引力來抑制抖動(dòng)，因?yàn)榇盆F部件15a～15具有在間隙Gb、Gb′和Gb″和電磁鐵18和18′具有共同磁路的永磁鐵17和17′。
此外即使間隙Gb、Gb′和Gb″設(shè)置的很大，非接觸導(dǎo)向控制的質(zhì)量也不會(huì)變差。因?yàn)椴捎昧司哂休^大剩磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力的永磁鐵。結(jié)果，導(dǎo)向系統(tǒng)可使導(dǎo)向控制實(shí)現(xiàn)大沖程和低剛度，并獲得舒適的乘坐。
此外，由于設(shè)置磁鐵部件15a～15d，使得磁極彼此面對(duì)并將導(dǎo)軌2和2′夾在磁極之間，由磁極產(chǎn)生的作用在導(dǎo)軌2和2′上的吸引力被全部或部分抵消，因此沒有大吸引力作用在導(dǎo)軌2和2′上。因此，由于磁鐵部件產(chǎn)生的僅在一個(gè)方向上的大吸引力不作用在導(dǎo)軌2和2′上，導(dǎo)軌2和2′的安裝位置難于改變，導(dǎo)軌2和2′接縫80的水平差和導(dǎo)軌2和2′的筆直特性不會(huì)變差。結(jié)果，可以降低導(dǎo)軌2和2′的安裝強(qiáng)度，因此降低電梯系統(tǒng)的成本。
如果磁導(dǎo)向系統(tǒng)停止工作，用于y模式和x模式的電流偏差調(diào)節(jié)器62設(shè)置從0逐漸至負(fù)值的參考值，因而可移動(dòng)部件4逐漸在y方向和x方向移動(dòng)。最后磁鐵部件15a～15d的中心鐵心16的任何端部或磁鐵部件15a～15d的電磁鐵18和18′的端部吸引以面對(duì)導(dǎo)軌2和2′的表面。如果磁導(dǎo)向系統(tǒng)停止在該狀態(tài)，電流偏差調(diào)節(jié)器62的參考值復(fù)零，可移動(dòng)部件4吸引到導(dǎo)軌2和2′上。
在第一實(shí)施例，盡管0功率控制用于非接觸控制，該0功率控制在穩(wěn)定狀態(tài)控制向電磁鐵設(shè)置的激勵(lì)電流為0，但是也可采用各種其它用于控制磁鐵部件15a～15d的吸引力的控制方法。例如，如果磁鐵部件需要更嚴(yán)格地沿著導(dǎo)軌2和2′，可采用一種控制保持間隙恒定的控制方法。
根據(jù)圖9和10說明本發(fā)明第二實(shí)施例的磁導(dǎo)向系統(tǒng)。
在第一實(shí)施例中，盡管通過采用E形磁鐵部件15a～15d作為導(dǎo)向部件5a～5d來實(shí)現(xiàn)非接觸導(dǎo)向控制，但是不限于上述系統(tǒng)。如圖9和10所示，設(shè)置兩U形組合磁鐵141和141′，使得組合磁鐵141和141′的磁極部分地面對(duì)導(dǎo)軌2和2′，組合磁鐵141和141′的相同磁極彼此面對(duì)地將導(dǎo)軌2和2′夾在該磁極之間。U形組合磁鐵141包括兩個(gè)永磁鐵117—1和117—2以及電磁鐵118。同樣地，U形組合磁鐵141′包括兩個(gè)永磁鐵117—1′和117—2′以及電磁鐵118′。U形組合磁鐵141和141′構(gòu)成相應(yīng)的磁鐵部件115a～115d。在下面的說明中，為方便起見，相同標(biāo)號(hào)表示與第一實(shí)施例相同的部件。
圖9和10中所示的磁鐵部件115b包括一對(duì)組合磁鐵部件141和141′以及底座142，底座142由成H形的非磁性材料構(gòu)成，用于在底座12上安裝組合部件141和141，以便使線圈20和20′不影響底座12，和將組合磁鐵141和141′的相同磁極設(shè)置成彼此相對(duì)。
組合磁鐵141包括U形電磁鐵118和永磁鐵117—1和117—2，電磁鐵118由兩個(gè)其間設(shè)有線圈20的對(duì)稱L形鐵心143—1和143—2構(gòu)成，永磁鐵117—1和117—2粘附于電磁鐵118的相對(duì)的相應(yīng)磁極端部。同樣地組合磁鐵141′包括U形電磁鐵118′和永磁鐵117—1′和117—2′，電磁鐵118’由兩個(gè)其間設(shè)有線圈20′的對(duì)稱L形鐵心143—1′和143—2′構(gòu)成，永磁鐵117—1′和117—2′粘附于電磁鐵118的相對(duì)的相應(yīng)磁極端部。永磁鐵117—1和117—2粘附于電磁鐵118的相對(duì)的相應(yīng)磁極端部，使得組合磁鐵141的其中一個(gè)磁極與另一個(gè)磁極彼此互為磁極。以與第一實(shí)施例相同的方式，磁鐵部件115b，即永磁鐵117—1和117—2的端部包括固體潤(rùn)滑材料22。磁鐵部件115b利用作用在導(dǎo)軌2上的磁作用力作為x方向上的導(dǎo)向力。
對(duì)于第二實(shí)施例的磁鐵部件115b，從升降機(jī)通道剝離導(dǎo)軌2的x方向上的磁吸引力小于E形磁鐵部件15b的磁吸引力。另外，以與第一實(shí)施例相同的方式，由于組合磁鐵141和141′的磁極彼此面對(duì)地將導(dǎo)軌2和2′設(shè)置在磁極之間，由該磁極產(chǎn)生作用在導(dǎo)軌2和2′的吸引力被全部或部分抵消，因此沒有大吸引力作用在導(dǎo)軌2和2′上。因此，由于由磁鐵部件只在一個(gè)方向上產(chǎn)生的大吸引力不作用在導(dǎo)軌2和2′上，導(dǎo)軌2和2′的安裝位置難以被移動(dòng)，導(dǎo)軌2和2′的接縫80的與水平面的差和導(dǎo)軌2和2′的筆直特性不會(huì)變差。結(jié)果，可以降低導(dǎo)軌2和2′的安裝強(qiáng)度，因而降低電梯系統(tǒng)的成本。
根據(jù)圖11說明本發(fā)明第三實(shí)施例的磁導(dǎo)向系統(tǒng)。
在第一和第二實(shí)施例中，導(dǎo)軌2和2′的水平剖面結(jié)構(gòu)為I形，每個(gè)導(dǎo)軌202和202′具有水平剖面為H形的部分，面對(duì)磁鐵部件215a～215d(圖11只顯示215b)中的一個(gè)，并且在第三實(shí)施例中該部分形成有面對(duì)磁鐵部件215a～215d的磁極的伸出部分。
由導(dǎo)軌202′導(dǎo)向的磁鐵部件215b固定于由非磁性材料制成的并成U形的底座242上。U形組合磁鐵241的磁極面對(duì)U形組合磁鐵241′的相應(yīng)的相同磁極，將導(dǎo)軌2的伸出部分夾在在相應(yīng)磁極之間。組合磁鐵241或241′的每個(gè)磁極中心偏離導(dǎo)軌2或2′的每個(gè)伸出部分的中心，以便獲得x方向的導(dǎo)向力。
組合磁鐵241包括兩電磁鐵218—1和218—2以及設(shè)置在電磁鐵218—1和218—2之間的永磁鐵217。同樣地，組合磁鐵241′包括兩電磁鐵218—1′和218—2′以及設(shè)置在電磁鐵218—1′和218—2′之間的永磁鐵217′。電磁鐵218—1、218—2、218—1′和218—2′分別包括線圈220—1、220—2、220—1′和220—2′。組合磁鐵241和241′的各自的兩線圈220—1和220—2或220—1’和220—2′構(gòu)成一線圈，使得通過激勵(lì)升高或降低由永磁鐵217和217′產(chǎn)生的磁通。
與圖9和10所示的第二實(shí)施例的磁鐵部件215a～215d相比，第三實(shí)施例的磁鐵部件215a～215d在x方向上具有較強(qiáng)的導(dǎo)向力。
磁鐵部件的結(jié)構(gòu)不只限于上述實(shí)施例?？刹捎靡环N磁鐵部件，該該磁部件具有至少一個(gè)彼此面對(duì)將導(dǎo)軌夾在其間的磁極。此外，導(dǎo)軌的橫剖面不只限于上述實(shí)施例?？刹捎镁哂袌A形、橢圓形和矩形中任一種水平剖面形狀的導(dǎo)軌。
在上述實(shí)施例中，盡管通過間隙傳感器的輸出信號(hào)平均檢測(cè)間隙來測(cè)定由磁鐵部件和導(dǎo)軌形成的磁路狀態(tài)，但是不局限于通過電流檢測(cè)器檢測(cè)的激勵(lì)電流、一種測(cè)量間隙的方法、一種間隙傳感器的使用和一種電流檢測(cè)器。
此外，在上述實(shí)施例中，盡管將用于磁懸浮控制的控制器描述為模擬控制，但是可任意采用模擬控制或數(shù)字控制。此外，功率放大系統(tǒng)同樣不受限制，可采用電流型或PWM型系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，雖然當(dāng)在可移動(dòng)部件的穩(wěn)定狀態(tài)不需要導(dǎo)向力時(shí)，使激勵(lì)電流為0，由于磁鐵部件具有永磁鐵，該永磁鐵具有與電磁鐵共同的并經(jīng)過由磁鐵部件和導(dǎo)軌形成的間隙的磁路，因此偏微分項(xiàng) 不為0，其中f是磁鐵部件的吸引力，x是間隙，i是激勵(lì)電流，因此能設(shè)計(jì)一種線性控制系統(tǒng)。
由于形成永磁鐵和電磁鐵的共同磁路通過間隙，因此可獲得具有高控制性能和低剛度的導(dǎo)向系統(tǒng)。
此外，由于磁鐵部件的磁極彼此面對(duì)地將導(dǎo)軌夾在該磁極之間，由磁極產(chǎn)生的作用在導(dǎo)軌上的吸引力被全部或部分抵消，因此大吸引力不作用在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的安裝位置不易改變，導(dǎo)軌接縫處與水平面的差和導(dǎo)軌的筆直性能不會(huì)變差。
借助上述教導(dǎo)可做出各種變形和變化。因此，應(yīng)理解為可在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)而不是根據(jù)上述特別的說明來實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種用于電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，包括沿導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)部件；連接于所述可移動(dòng)部件的磁鐵部件；所述磁鐵部件具有多個(gè)電磁鐵，所述電磁鐵具有以一間隙面對(duì)導(dǎo)軌的磁極，至少設(shè)置兩個(gè)磁極以在導(dǎo)軌上在彼此相反方向上作用吸引力，以及永磁鐵，所述永磁鐵形成引導(dǎo)所述可移動(dòng)部件的磁通勢(shì)，并通過所述間隙上以一個(gè)電磁鐵形成共同磁路，傳感器，用于檢測(cè)由所述磁鐵部件和所述導(dǎo)軌形成的所述共同磁路的狀態(tài)；以及導(dǎo)向控制器，響應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)控制加在所述電磁鐵上的激勵(lì)電流，從而穩(wěn)定所述磁路。
2．如權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)向控制器使所述磁路穩(wěn)定化，使得當(dāng)所述可移動(dòng)部件停在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所述激勵(lì)電流變成0。
3．如權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其中至少兩個(gè)所述磁極具有彼此不同的極，并產(chǎn)生作用在所述導(dǎo)軌上并彼此成直角交叉的磁通。
4．如權(quán)利要求3所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其中所述磁鐵部件包括，至少兩個(gè)所述磁極，兩個(gè)所述磁極具有相同極，彼此面對(duì)將所述導(dǎo)軌夾在所述兩磁極之間，以及至少一個(gè)所述磁極，設(shè)置在所述兩磁極的中間，是與所述兩個(gè)所述磁極不同的磁極，所說的磁鐵部件以整體E型的形狀形成。
5．如權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，所述磁鐵部件包括至少彼此面對(duì)將所述導(dǎo)軌夾在所述兩個(gè)所述磁極之間的至少兩個(gè)所述磁極，將吸引力以面對(duì)方向和所述面對(duì)方向的垂直方向作用在所述導(dǎo)軌上。
6．如權(quán)利要求5所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其中所述磁鐵部件包括一對(duì)分別由所述電磁鐵和所述永磁鐵構(gòu)成的U形組合磁鐵。
7．如權(quán)利要求5所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，所述導(dǎo)軌具有面對(duì)所述磁極的伸出部分。
8．如權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，所述傳感器檢測(cè)所述磁鐵部件和所述導(dǎo)軌之間在一水平面上的位置關(guān)系。
9．如權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，其中所述傳感器檢測(cè)激加在所述電磁鐵上的激勵(lì)電流。
10．一種用于電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng)，包括沿導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)部件；連接于所述可移動(dòng)部件的磁鐵部件，包括具有向著所述導(dǎo)軌的磁極和具有間隙的多個(gè)電磁鐵，至少設(shè)置兩個(gè)所述磁極以在所述導(dǎo)軌的相對(duì)方向上形成吸引力，并且還包括永磁鐵，對(duì)所述永磁鐵定向以形成磁場(chǎng)對(duì)所述可移動(dòng)部件導(dǎo)向，所述永磁鐵和形成通過所述間隙的磁路的所述多個(gè)電磁鐵，以及傳感器，連接于所述磁路，用于檢測(cè)由所述間隙狀態(tài)；以及導(dǎo)向控制器，連接于電磁鐵，響應(yīng)所述間隙的檢測(cè)狀態(tài)向其提供激勵(lì)電流，改變所述至少兩個(gè)所述磁極的所述吸引力，從而保持所述可移動(dòng)部件的穩(wěn)定狀態(tài)條件。
全文摘要
一種電梯的磁導(dǎo)向系統(tǒng),包括沿導(dǎo)軌移動(dòng)的移動(dòng)部件;連接移動(dòng)部件的磁鐵部件,多個(gè)電磁鐵和永磁鐵,該電磁鐵具有以一間隙面對(duì)導(dǎo)軌的磁極,至少設(shè)置兩個(gè)磁極,在導(dǎo)軌上在彼此相反方向上作用吸引力,該永磁鐵形成引導(dǎo)移動(dòng)部件的磁通勢(shì),并通過所述間隙以一個(gè)電磁鐵形成共同磁路;傳感器,檢測(cè)由該磁鐵部件和該導(dǎo)軌形成的共同磁路的狀態(tài);及導(dǎo)向控制器,響應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)控制加在所述電磁鐵上的激勵(lì)電流,以穩(wěn)定磁路。
文檔編號(hào)B66B7/04GK1279207SQ0010949
公開日2001年1月10日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月6日
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