用于电梯轿厢的主动引导系统 本申请所要求的优先权是1999年7月6日申请的、申请号为11—192081的日本专利申请，在此，该优先权文本全文参考引用。
本发明涉及一种引导诸如电梯轿厢的可移动装置的主动引导系统。
通常，电梯轿厢由钢丝绳吊挂并且由卷扬机驱动沿着纵向固定在井道中的导轨运动。由于轿厢由钢丝绳吊挂，电梯轿厢会因载荷不平衡或乘客运动而晃动。通过沿着导轨引导电梯轿厢可抑制这种晃动。
包括在导轨和悬挂装置上滚动的轮子的引导系统一般用于沿着导轨引导电梯轿厢。然而，因轨道不规则如翘曲和接合点所引起的不希望的噪声和振动通过轮子传给轿厢中的乘客，带来不舒服的乘坐感。
为了解决上述问题，已提出了各种可采用地方案，这些在日本专利公开号51—116548，6—336383和63—87482中公开。这些文献描述了一种电梯轿厢，具有在铁制导轨上控制吸力的电磁铁，从而轿厢可不与导轨接触地被引导。
日本专利公开号63—87482公开了一种引导系统，通过控制电磁铁，以与相邻于导轨设置的纵向基准钢丝保持恒定的距离，能够抑制导轨的不规则引起的电梯轿厢的晃动，从而提供舒适地乘坐感，以及通过无需准确地安装导轨的过分要求，减少了系统的成本。
然而，正如上述，在目前的电梯引导系统中，具有下面的问题。
在电梯井道长度相当短的低层楼房中，纵向基准钢丝易于装配，而在近来建筑所出现的高层建筑物或超高层建筑物中，难以将纵向基准钢丝固定到井道中，以相邻于导轨设置。此外，固定好纵向基准钢丝后，由于建筑物老化恶化或热膨胀影响引起的变形，纵向基准钢丝自身经常失去其直线性。因此，其问题是维持该固定的纵向基准钢丝需要很多时间和费用。此外，因为轿厢的纵向位置不能通过使用纵向基准钢丝检测，电磁铁不能相对导轨的不规则预先被激励。因此，直到与纵向基准钢丝有关的位置因不规则出现错误才能开始进行振动抑制控制。结果，从原理方面就不能抑制某种程度的晃动。因此，在该系统中，限制了对乘坐舒适性的改进。
因此，本发明的一个目的是提供一种电梯用引导系统，通过有效地抑制电梯轿厢的晃动，改进了乘坐舒适性。
本发明的另一目的是提供一种电梯用的小型和简单的引导系统。
本发明提供一种电梯用引导系统，包括一个可沿着导轨移动的可移动装置；一个光束发射器，形成与可移动装置的移动方向平行的光线的光程；一个设置在光程上的位置检测器，以检测光程与可移动装置之间的位置关系；以及一个与可移动装置连接的驱动器，根据位置检测器的输出，通过作用在导轨上的力引起的反作用力，改变可移动装置的位置。
很显然通过下面参照附图的详细说明，将更易于全面了解本发明及其许多附加的优点，其中：
图1为本发明第一实施例的电梯轿厢用引导系统的透视图；
图2为示出可移动装置与导轨相互关系的透视图；
图3为示出引导系统的引导体结构的透视图；
图4为示出引导体的磁路的平面图；
图5为示出控制器线路的框图；
图6为示出控制器的控制电压计算器线路的框图；
图7为示出控制器的另一控制电压计算器线路的框图；
图8为第二实施例的引导系统的引导体结构的透视图；
图9为示出第二实施例的引导体的俯视图；
图10为示出第二实施例的控制器线路的框图；
图11为示出第二实施例的控制器的速度计算器线路的框图；
图12(a)为示出第三实施例的位置检测器的侧视图；
图12(b)为示出第三实施例的位置检测器的主视图；
图13(a)为示出第四实施例的位置检测器的侧视图；
图13(b)为示出第四实施例的位置检测器的主视图；
图14为第五实施例的位置检测器的侧视图。
下面参照附图说明本发明的实施例，其中，在所有视图中，相同的标号表示相同或相应的部件。
以下借助于图示实施例，详细地说明本发明。
图1—图4示出本发明第一实施例的电梯轿厢用引导系统。正如图1所示，用传统的安装方法将由强磁性物质制成的导轨2和2′设置在井道1的内侧。通过使用传统的卷扬方法(未示出)如卷绕的钢丝绳3，使一个可移动装置4沿着导轨2和2′上升和下降。可移动装置4包括4个固定到其上下角部的引导体5a，5b，5c，5d，以不与导轨2和2′接触地引导着可移动装置4。
固定到井道1顶板上的激光发射器6a，6b和6c分别发射平行于导轨2和2′的激光，并在井道1中形成光程7a，7b和7c。激光发射器6a，6b和6c例如可以是激光振荡管或激光发射半导体装置。
作为位置检测器的两个两维空间光电二极管8a和8b安装在可移动装置4侧部的不同纵向位置上。此外，一个一维空间光电二极管8c相邻于光电二极管8b安装在与光电二极管8b相同的纵平面上。这些光电二极管8a，8b和8c分别设置在光程7a，7b和7c中。两维空间光电二极管8a和8b检测各光程7a和7b在两维空间(图1中x和y方向)中的位置。一维空间光电二极管8c检测光程7c在一维空间(图1中y方向)的位置。
由激光发射器6a和6b发射的光程7a，7b纵向形成并且由相互固定在不同的纵向位置上的两维空间光电二极管8a和8b接收。可移动装置4相对于下面可移动装置4的五个运动方式的位置根据光程7a和7b的各接收位置通过下述的计算测定。
Ⅰ．y—方式(前后运动方式)表示沿着可移动装置4中心的y坐标左右运动
Ⅱ．x—方式(左右运动方式)表示沿着x坐标左右运动
Ⅲ．θ—方式(滚动方式)表示围绕着可移动装置4的中心滚动
Ⅳ．ξ—方式(俯仰方式)表示围绕着可移动装置4的中心俯仰
Ⅴ．ψ—方式(摇摆方式)表示围绕着可移动装置4的中心摇摆
激光发射器6c形成的光程7c略微倾斜，所以，随着可移动装置4从井道1中的最低位置移动到最高位置，光电二极管8c接收面上的接收光点在图1所示的y方向偏移。由于光电二极管8b和8c设置在同一水平面上并且相互紧靠，通过将Y方向的光电二极管8c上光轴位置的数值减去y方向的光电二极管8b上的光轴位置数值，可准确地测定可移动装置4在井道中的纵向位置，即使可移动装置4的位置变化也是如此。
可移动装置4包括一个电梯轿厢10和引导体5a—5d，电梯轿厢10具有位于其侧表面上以支承各光电二极管8a，8b和8c的支架9a，9b和9c。引导体5a—5d包括一个有足够强度以保持引导体5a—5d相应位置的框架11。
引导体5a—5d分别固定在框架11的上下角部并分别面对导轨2和2′。正如图3和4所详细示出，每个引导体5a—5d均包括一个由非磁性物如铝、不锈钢或塑料制成的支座12，一个x方向间隙传感器13，一个y方向间隙传感器14和一个磁体15b。在图3和图4中，仅示出一个引导体5b，但其他引导体5a，5c和5d的结构与引导体5b相同。下标“b”表示引导体5b的构件。
磁体15b由一个中心铁芯16、永磁铁17和17′以及电磁铁18和18′组成。永磁铁17和17′的相同磁极相面对地将中心铁芯置于永磁铁17和17′之间，从而整体形成为一个E型。电磁铁18包括一个L型铁芯19，一个缠绕在铁芯19上的线圈20和一个固定到铁芯19顶部的铁芯板21。同样，电磁铁18′包括一个L型铁芯19′一个缠绕在铁芯19′上的线圈20′和一个固定到铁芯19′顶部的铁芯板21′。正如图3所示，固态润滑材料22设置在中心铁芯16和电磁铁18和18′的顶部，从而在电磁铁18和18′未激励时，磁体15d并不会因永磁铁17和17′的吸力而吸到导轨2′上。固态润滑材料22的材料例如可使用包含聚四氟乙烯、石墨或二硫化钼的材料。
上述引导体5a—5d每个的吸力由图5所示的控制器30控制，因而不与导轨2和2′接触地引导着轿厢10和框架11。
控制器30在图1中是分开的，但是在图5中其功能结合成一整体。下面说明控制器30。在图5中，箭头表示信号通路，而实线表示围绕着线圈20a，20′a—20d，20′d的电力线。在下面的描述中，为了简化图示实施例的说明，为了区分起见，下标“a”—“d”分别添加到表示各引导体5a—5d的主构件的附图中。
固定在电梯轿厢4上的控制器30包括一个传感器31，测定磁体15a—15d所形成的磁路中的磁通或磁阻的变量或可移动装置4移动中的变量；一个计算器32，根据传感器31来的信号计算作用在线圈20a，20′a—20d，20′d上的电压，以不与导轨2和2′接触地引导可移动装置4；功率放大器33a，33′a—33d，33′d，根据计算器32的输出，将电能供给线圈20a，20′a—20d，20′d；从而可分别控制磁体15a—15d在X和Y方向的吸力。
电源34将电能供给功率放大器33a，33′a—33d，33′d，也将电能供给恒定电压发生器35，恒定电压发生器35将具有恒定电压的电能供给计算器32，x方向间隙传感器13a，13′a—13d，13′d和y方向间隙传感器14a，14′a—14d，14′d。电源34将来自井道1外部通过电线(未示出)以启动或开启和关闭门的交流电转换成适当的直流电，以将直流电供给功率放大器33a，33′a—33d，33′d。
恒定电压发生器35将具有恒定电压的电能供给计算器32和间隙传感器13和14，即使电源34的电压因过量电流供给发生变化，计算器32和间隙传感器13和14也可正常操作。
传感器31包括x方向间隙传感器13a，13′a—13d，13′d，y方向间隙传感器14a，14′a—14d，14′d，光电二极管8a，8b和8c以及测定线圈20a，20′a—20d，20′d中电流值的电流检测器36a，36′a—36d，36′d。
计算器32控制在图1所示的每个运动坐标系统中的可移动装置4的磁引导控制。运动坐标系统包括一个表示沿着可移动装置4中心上的y坐标左右移动的y方式(前后运动方式)，一个表示沿着x坐标左右移动的x方式(左右运动方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心滚动的θ方式(滚动方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心俯仰的ξ方式(俯仰方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心摇摆的ψ方式(摇摆方式)。除了上述方式外，计算器32还控制作用在导轨上的每个磁体15a—15d的吸力，作用在框架11上的磁体15a—15d引起的围绕y坐标的扭矩和通过成对磁体15a和15d、15b和15c作用在框架11上的滚动扭转引起的、使框架11对称变形的扭矩。简言之，计算器32还控制ζ方式(吸力方式)，δ方式(扭转方式)和γ方式(应变方式)。因此，计算器32在某种程度上控制线圈20的激励电流在上述的8种方式下会聚为零，即所谓的零能量控制，以仅仅通过与负载重量无关的永磁铁17和17′的吸力稳定地保持着可移动装置4。
这种控制方法由日本专利公开号6—178409详细公开，其主题在此结合引用。本实施例的引导控制是根据光程7a，7b和7c的位置数据实现的。下面说明在本实施例中所执行的引导控制。
为了简化描述，假设可移动装置4的中心位于竖线上，该竖线穿过可移动装置4四角设置的磁体15a—15d中点的对角线交叉点。该中心被认为是x、y和z各坐标轴的起点。如果在相对于可移动装置4的运动的磁悬浮控制系统的每个方式中的运动方程和施加到磁体15a—15d的电磁铁18和18′上的激励电压的电压方程围绕着一个稳定点是线性的，则获得下面的公式1—5。
公式1如下：公式2如下：公式3如下：公式4如下：公式5如下：
上述公式中，φb是磁通量，M是可移动装置4的重量，Iθ，Iξ和Iψ分别是围绕着y、x和z坐标的转动惯量，Uy和Ux分别是在y方式和x方式中的外力总和，Tθ，Tξ和Tψ是各θ方式，ξ方式和ψ方式的扰动力矩总和，符号“′”表示一次微分d／dt，符号“″”表示二次微分d2／dt2，△是围绕着稳定的悬浮状态的无限小波动，Lxo是每个线圈20和20′在稳定的悬浮状态的自感，Mxo是线圈20和20′在稳定的悬浮状态的互感，R是每个线圈20和20′的磁阻，N是每个线圈20和20′的匝数，iy、ix、iθ、iξ和iψ是相应的y、x、θ、ξ和ψ方式的激励电流，ey、ex、eθ、eξ和eψ是相应的y、x、θ、ξ和ψ方式的激励电压，Iθ是磁体15a与15d、磁体15b与15c每个的跨距，而Iψ表示磁体15a与15b、磁体15c与15d每个的跨距。
此外，剩余的ζ、δ和γ方式的电压方程给出如下。
公式6如下：公式7如下：公式8如下：
在上述公式中，y是在y轴线方向的可移动装置4中心的变量，x是在x轴线方向的可移动装置4中心的变量，θ是围绕y轴线的滚动角，ξ是围绕x轴线的俯仰角，ψ是围绕Z轴线的摇摆角，而导轨2和2′是基准点。在光程7a(或7b)为基准点情况下，添加下标“ab”。yab是在y轴线方向的可移动装置4中心的变量，Xab是在X轴线方向的可移动装置4中心的变量，θab是围绕Y轴线的滚动角，ξab是围绕x轴线的俯仰角，ψab是围绕z轴线的摇摆角。各方式的符号y、x、θ、ξ和ψ分别被添加入激励电流i和激励电压e。此外，表示磁体15a—15d的符号a—d分别添加入磁体15a—15d的激励电流i和激励电压e。对磁体15a—15d的悬浮间隙xa—xd和ya—yd通过下面的公式9由坐标转换变成y、x、θ、ξ和ψ方式。公式9如下：
对于磁体15a—15d的激励电流ia1，ia2—id1，id2通过下面的公式10由坐标转换变成各方式的激励电流iy，ix，iθ，iξ，iψ，iζ，iδ和iγ。
公式10如下：
对各方式的悬浮系统的控制输出信号，例如作为计算器32输出的激励电压ey，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ通过下面的公式11由反向转换变成磁体15a—15d的线圈20和20′的激励电压。
公式11如下：
对于y，x，θ，ξ和ψ方式，因为可移动装置4的运动方程与其电压方程配对，所以方程15配置成下面公式12中所示的状态方程。
公式12如下：x5′=A5x5+b5e5+p5h5+d5u5]]>
在公式12中，矢量X5，A5，b5，p5与d5，和u5由下面的公式13限定。公式13如下：其中，h5表示相对光程7a(7b)的导轨2(2′)上不规则。所提供的下面公式14中，h5由公式15限定。公式14如下：公式15如下：hs=hy′′,hx′′,hθ′′,hξ′′,hψ′′]]>此外，e5是用于稳定各方式的控制电压。公式16如下：es=ey,ex,eθ,eξ′′or′′eψ]]>
通过如下面公式17限定状态变量，公式6—8被设置成下面公式18所示的状态方程。
公式17如下：xl=Δiζ,Δiδ,Δiγ]]>
公式18如下：xl′=Alxl+blel+dlul]]>
如果在各方式中控制器32的偏置电压用Vζ，Vδ和Vγ，标记，在每个方式中的A1，b1，d1和u1表示如下。
公式19如下：
(ζ方式)(δ方式)
(γ方式)
其中，e1是每个方式的控制电压。
公式20如下：el=eζ,eδ,oreγ]]>
通过下面公式21的反馈，公式12可获得零功率控制。
公式21如下：es=F5x5+∫K5x5dt]]>
在字母Fa，Fb，Fc，Fd和Fe为正比增益，Ke为积分增益时，获得下面的公式22。
公式22如下：
类似地，通过下面公式23的反馈，公式18可获得零功率控制。
公式23如下：el=Flxl+∫Klxldt]]>
F1是正比增益，K1是积分增益。
正如图5所示，提供上述零功率控制的计算器32包括减法器41a—41h，42a—42h和43a—43h，平均值计算器44x和44y，间隙偏差坐标转换电路45，电流偏差坐标转换电路46，控制电压计算器47，控制电压坐标反向转换电路48，纵向位置计算器49，位置偏差坐标转换电路50和不规则存储电路51。计算器32不仅提供零功率控制，还能通过使用光电二极管8a，8b和8c和由激光发射器6a，6b和6c形成的光程7a，7b和7c，根据测定可移动装置4的位置的基准坐标，提供一种引导控制。
减法器41a—41h通过减去来自x方向的间隙传感器13a，13′a—13d，13′d的间隙信号gxa1，gxa2，—gxd1，gxd2的相应基准值xa01， Xa02，—Xd01，Xd02，计算出x方向的间隙偏差信号△gxa1，△gxa2，—△gxd1，△gxd2。减法器42a—42h通过减去来自y方向的间隙传感器14a，14′a—14d，14′d的间隙信号gya1，gya2，—gyd1，gyd2的相应基准值ya01，ya02，—yd01，yd02，计算出y方向的间隙偏差信号△gya1，△gya2，—△gyd1，△gyd2。减法器43a—43h通过减去来自电流检测器36a，36′a—36d，36′d的激励电流信号ia1，ia2，—id1，id2的相应基准值ia01，ia02，—id01，id02，计算出电流偏差信号△ia1，△ia2，—△id1，△id2。
平均值计算器44X和44y分别将x方向的间隙偏差信号△gxa1，△gxa2，—△gxd1，△gxd2和y方向的间隙偏差信号△gya1，△gya2，—△gyd1，△gyd2平均，并将计算出的x方向的间隙偏差信号△xa—△xd和计算出的y方向间隙偏差信号△ya—△yd输出。间隙偏差坐标转换电路45通过使用公式9，根据y方向的间隙偏差信号△ya—△yd计算出可移动装置4中心的y方向变量△y，根据x方向的间隙偏差信号△xa—△xd算出可移动装置4中心的x方向变量△x，计算出可移动装置4中心在θ方向(滚动方向)的转角△θ，可移动装置4在ξ方向(俯仰方向)的转角△ξ，和可移动装置4在ψ方向(摇摆方向)的转角△ψ。
电流偏差坐标转换电路46通过使用公式10，根据电流偏差信号△ia1，△ia2，—△id1，△id2，算出与可移动装置4中心在y方向的移动有关的电流偏差△iy，与可移动装置4中心在x方向的移动有关的电流偏差△ix，与围绕着可移动装置4中心的滚动有关的电流偏差△iθ，与围绕着可移动装置4中心的俯仰有关的电流偏差△iζ，与围绕着可移动装置4中心的摇摆有关的电流偏差△iψ，与可移动装置4的ζ、δ和γ应变有关的电流偏差△iζ、△iδ和△iγ。
纵向位置计算器49根据同一水平面设置的光电二极管8b和8c的输出，算出可移动装置4在井道1中的纵向位置。位置偏差坐标转换电路50根据光电二极管8a和8b的输出，算出可移动装置4在每个方式中基准坐标下的位置△yab，△Xab，△θab△ξab和△ψab，并将该计算结果向控制电压计算器47输出。
不规则存储电路51将来自由纵向位置计算器49测定的可移动装置4的一个位置的间隙偏差坐标转换电路45的输出与位置偏差坐标转换电路50的输出相减，然后，接连储存对光程7a(7b)的导轨2(2′)的不规则数据hy、hx、hθ、hξ和hψ，并被转换成可移动装置4的一个位置。不规则存储电路51定时地读取相应于可移动装置4的一个纵向位置的纵向位置数据和不规则数据并将它们输出到控制电压计算器47中。
控制电压计算器47根据间隙偏差坐标转换电路45和电流偏差坐标转换电路46的输出△y，△x，△θ，△ξ，△ψ，△iy，△ix，△iθ，△iξ，△iψ，△iζ，△iδ和△iγ，计算出将可移动装置4在y，x，θ，ξ，ψ，ζ，δ和γ每个方式中用磁性牢固悬浮的控制电压ey，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ。控制电压坐标反向转换电路48根据利用公式11的输出eγ，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ，计算磁体15a—15d的各激励电压ea1，ea2—ed1，ed2，并将该计算结果反馈给功率放大器33a，33′a—33d，33′d。
控制电压计算器47包括一个前后方式计算器47a，一个左右方式计算器47b，一个滚动方式计算器47c，一个俯仰方式计算器47d，一个摇摆方式计算器47e，一个吸力方式计算器47f，一个扭矩方式计算器47g和一个应变方式计算器47h。
前后方式计算器47a利用输入△y和△iy根据公式21计算y方式的激励电压ey。左右方式计算器47b通过使用输入△x和△ix根据公式21计算x方式的激励电压ex。滚动方式计算器47c通过使用输入△θ和△iθ根据公式21计算θ方式的激励电压eθ。俯仰方式计算器47d通过使用输入△ξ和△iξ根据公式21计算ξ方式的激励电压eξ。摇摆方式计算器47e通过使用输入△ψ和△iψ根据公式21计算ψ方式的激励电压eψ。吸力方式计算器47f通过使用输入△iζ根据公式23计算ζ方式的激励电压eζ。扭矩方式计算器47g通过使用输入△iδ根据公式23计算δ方式的激励电压eδ。应变方式计算器47h通过使用输入△iγ根据公式23计算γ方式的激励电压eγ。
图6详细地示出每个计算器47a—47e。
每个计算器47a—47e均包括一个微分器60，用于根据每个变量△y，△x，△θ，△ξ和△ψ计算时间变化率△y′、△x′、△θ′、△ξ′或△ψ′；一个微分器61，用于根据来自基准位置的每个变量△yab，△Xab，△θab，△ξab和△ψab，计算时间变化率△y′ab、△X′ab、△θ′ab、△ξ′ab或△ψ′ab以及增益补偿器62，分别通过适当反馈的增益，增大每个变量△y—△ψ和△yab—△ψab，每个时间变化率△y′—△ψ′和△y′ab—△ψ′ab和每个电流偏差△iy—△iψ。每个计算器47a—47e还包括一个电流偏差设置器63；一个减法器64，用以从电流偏差设置器63输出的基准值减去每个电流偏差△iy—△iψ；一个积分补偿器65，用以将减法器64的输出积分以及通过适当的反馈增益增大积分值；一个加法器66，用以计算增益补偿器62输出的总和；以及一个减法器67，用以从积分补偿器65的输出减去加法器66的输出，并输出相应于y，x，θ，ξ和ψ方式的激励电压ey，ex，eθ，eξ或eψ。增益补偿器62和积分补偿器65根据纵向位置数据H和相应于可移动装置4一个的纵向位置的不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ可改变一个设置增益。
图7示出计算器47f—47h所共用的内部组件。
每个计算器47f—47h均包括一个增益补偿器71，通过一个适当反馈的增益，增大电流偏差△iζ，△iδ或△iγ；一个电流偏差设置器72；一个减法器73，将电流偏差设置器72输出的基准值减去电流偏差△iζ，△iδ或△iγ；一个积分补偿器74，对减法器73的输出积分并通过一个适当反馈的增益增大积分值；以及一个减法器75，将积分补偿器74的输出减去增益补偿器71的输出并将各ζ、δ和γ方式的激励电压eζ，eδ或eγ输出。
下面说明本发明第一实施例的上述引导系统的操作。
在磁引导系统处于停止状态，通过固态润滑材料22，磁体15a—15d的中心铁芯16的任一端部或者磁体15a—15d的电磁铁18和18′的端部吸到导轨2和2′的相面对的表面上。此时，因固态润滑材料22的有效作用，不影响可移动装置4的上下运动。
一旦在停止状态启动引导系统，具有由永久磁铁17和17′产生的相同或相反方向的磁通量的电磁铁18和18′的磁通量由控制器30控制。控制器30控制给予线圈20和20′的激励电流，以使磁体15a—15d与导轨2和2′之间保持一个预定的间隙。随之，正如图4所示，磁路Mcb由永久磁铁17、L型铁芯19、铁芯板21、间隙Gb、导轨2′、间隙Gb″、中心铁芯16和永久磁铁17的路径构成，而磁路Mcb′由永久磁铁17′、L型铁芯19′、铁芯板21′、间隙Gb′、导轨2′、间隙Gb″、中心铁芯16和永久磁铁17′的路径构成。间隙Gb，Gb′和Gb″，或者其他由磁体15a，15c和15d生成的间隙设置成某种距离，使得由永久磁铁17和17′产生的磁体15a—15d的磁性吸力与作用在可移动装置4中心上的y方向(前后方向)的力、x方向(左右方向)的力和围绕着穿过可移动装置4中心的x、y和X轴线作用的力矩相平衡。当同样的外力作用在可移动装置4上时，控制器30控制流入各磁体15a—15d的电磁铁18和18′中的激励电流，以保持这样的平衡，从而得到所谓的零功率控制。
现在，可移动装置4位于最低层上。通过零功率控制要被控制成非接触引导的可移动装置4在卷扬机(未示出)作用下开始上移。在该第一次向上阶段，可移动装置尽可能地缓慢移动，从而零功率控制可控制跟随导轨上的不规则。在第一次初始运行期间，可移动装置4的位置H和不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ储存在不规则存储电路51中。因此，在第一次初始运行期间，不规则存储电51的输出为零。从最低层到达最高层，位置数据H和不规则数据的第一次初始运行和存储后，在下个运行中使用收集到的数据。如果必要，可随时用与上述方法同样的方式重新写入位置数据H和不规则数据。
在第一次初始运行后，进行如下的引导控制。当可移动装置4相当平缓地通过不规则处如翘曲时，由导轨2和2′上的不规则引起的可移动装置4的晃动可被有效地抑制，这是因为控制器30通过增益补偿器62将变量△y—△ψ和△yab—△ψab的每一个和时间变化率△y′—△ ψ′和△y′ab—△ψ′ab的每一个反馈给激励电压ey，ex，eθ，eξ和eψ的每一个。
因为不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ以及纵向位置数据H由不规则存储电路51读出，并向增益补偿器62和积分补偿器65输入，如果纵向位置数据和有不规则的间隔在初始运行后设置到增益补偿器62和积分补偿器65中，则在后面的运行期间，增益补偿器62和积分补偿器65可在有不规则的间隔中改变控制参数。
即使导轨2(2′)的接点存在因反复进行的热膨胀和收缩或地震引起的水平面差异或间隙，但通过改变控制参数可限制可移动装置4的晃动，从而磁体15a—15d的引导力在可移动装置4位于有不规则的间隔条件下具有非常低的弹簧常数，可移动装置4的速度很快，不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ的变化率超过预定值。
在磁引导系统停止工作情况下，用于y方式和x方式的电流偏差设置器62设置的基准值从零逐渐到负数值，从而可移动装置4逐渐在y和x方向移动。最后，磁体15a—15d的中心铁芯16的任一端或磁体15a—15d的电磁铁18和18′的端部通过固态润滑材料22吸到导轨2和2′的相面对的表面上。如果磁引导系统在该状态停下，则电流偏差设置器62的基准值重新设置成零，且可移动装置4吸到导轨2和2′上。
在第一实施例中，尽管用于控制电磁铁以调整其激励电流在稳定状态为零的零功率控制适于非接触引导控制，但也可以使用各种其他的控制磁体15a—15d吸力的控制方法。例如，如果磁体更精确地跟随导轨2和2′，以控制保持间隙恒定的控制方法可被采用。
参照附图8和9说明本发明第二实施例的引导系统。
在第一实施例中，尽管非接触引导控制通过采用磁体15a—15d作为引导体5a—5d而获得，但并不限于上述系统。正如图8和9所示，轮子支承型的引导体100a—100d以与第一实施例同样的方式固定到可移动装置4的上下角部。尽管图8和9中仅仅示出了引导体100b，但其他的引导体100a，100c和100d具有与引导体100b同样的结构。
第二实施例的引导体100b包括从三个侧面围绕着导轨2(2′)设置的三个导轮111，112和113；悬挂体114，115和116，设置在各导轮111—113与可移动装置4之间并通过压着导轮111—113在导轨2(2′)上作用引导力；和支承悬挂体114—116的基座。
每个引导体100a—100d通过基座117固定到框架11的相应角部。悬挂体114—116的每一个均包括相应的线性脉冲电机121，122和123，悬架124，125和126，以及用于间隙传感器的电位计127，128和129之一。
线性脉冲电机121—123分别包括定子131，132和133，和线性转子134，135和136。线性转子134—136沿着整体形成为U形的定子131—133的凹槽移动。线性转子134—136的移动速度相应于分别提供给线性脉冲电机121—123的脉冲电机驱动器141，142和143的速度信号值。
悬架124—126包括固定在线性转子134—136上的L形板144，145和146(未示出)；固定在L形板144—146上并包括位于其相对侧上的轴147，148和149的支架151(未示出)，152和153(未示出)；成对板157a和157b，158a和158b，159a和159b，通过在其基部将轴147—149设置于成对板157a，157b—159a，159b之间，使成对板157a和157b，158a和158b，159a和159b枢轴连接到支架151—153上，并通过将支架151—153和导轮111—113设置于成对板157a，157b—159a，159b之间，在其顶部借助于轴154，155和156，使成对板157a和157b，158a和158b，159a和159b支承着可旋转的导轮。悬架124—126还包括螺旋弹簧161，162和163；穿过螺旋弹簧161—163并且其后端固定在L形板144—146上的导杆164，165和166；以及挡板167，168和169，挡板固定在每个螺旋弹簧161—163可对成对板157a，157b—159a，159b作用一个预定压力的位置上并且挡板由导杆164—166穿过。
电位计127—129测定成对板157a，157b—159a，159b围绕着支架151—153的轴147—149的转角，作用为将导轨2(2′)与每个轴154，155和156中心之间的距离输出的间隙传感器。
引导体100a—100d的每个导轮111—113的引导力由控制器230控制，如图10所示，从而靠着导轨2和2′引导电梯轿厢10和框架11。
控制器230被分开和设置在与图1所示的第一实施例的控制器30同样的位置上，但是其功能如图10所示结合成一个整体。下面说明控制器230。在图10中，箭头表示信号通路，实线表示电力线。在下面的描述中，与第一实施例的控制器30相同的部件标以相同的符号。此外，下标“a”—“d”分别添加到显示各引导体100a—100d的主要部件的附图中，以显示在框架11上的安装位置。
固定在框架11上的控制器230包括一个传感器231，测定导轨2(2′)与引导体100a—100d的每个导轮111a，112a，113a—111d，112d，113d中心之间的距离；一个计算器232，用于计算响应传感器231的输出信号以引导可移动装置4的线性脉冲电机121a，122a，123a—121d，122d，123d中移动件134—136的移动速度；脉冲电机驱动器211a，212a，213a—211d，212d，213d，根据计算器232的输出，以指定速度驱动每个移动件134—136，从而能分别在x和y方向控制每个导轮111a，112a，113a—111d，112d，113d的引导力。
电源234通过脉冲电机驱动器211a，212a，213a—211d，212d，213d向线性脉冲电机121a，122a，123a—121d，122d，123d供给电力，并且还将电力供给恒定电压发生器235，恒定电压发生器235将具有恒定电压的电力供给计算器232和构成x方向间隙传感器和y方向间隙传感器的电位计127a，128a，129a—127d，128d，129d。恒定电压发生器235将具有恒定电压的电力供给计算器232和电位计127a，128a，129a—127d，128d，129d，即使电源234的电压因过量电流供给发生变化，计算器232和电位计127a，128a，129a—127d，128d，129d也可正常工作。
传感器231包括电位计127a，128a，129a—127d，128d，129d和光电二极管8a—8c。
类似于第一实施例，计算器232控制在图1所示的每个运动坐标系统中的可移动装置4的引导控制。运动坐标系统包括一个表示沿着可移动装置4中心上的y坐标左右移动的y方式(前后运动方式)，一个表示沿着x坐标左右移动的x方式(左右运动方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心滚动的θ方式(滚动方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心俯仰的ξ方式(俯仰方式)，一个表示围绕着可移动装置4中心摇摆的ψ方式(摇摆方式)。
为了简化描述，假设可移动装置4的中心位于垂直线上，该垂直线穿过可移动装置4四角设置的引导体100a—100d中点的对角线交叉点。该中心被认为是x、y和z各坐标轴的起点。每个方式中的运动方程由下面的公式24—28给出。
公式24如下：
公式25如下：
公式26如下：
公式27如下：
公式28如下：
Ks是每个导轮111—113的每单位移动距离下的每个悬架124—126的弹簧常数。符号ηs是每个导轮111—113的每单位移动距离下的每个悬架124—126的阻尼常数。符号Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ是各y，x，θ，ξ和ψ方式的移动件134—136的移动速度目标值。
相应于悬挂体114—116的间隙xa—xd和ya1，ya2—yd1，yd2通过下面的公式29由坐标转换成y，x，θ，ξ和ψ方式而获得。
公式29如下：
对各方式的悬挂系统的控制的输入信号，例如计算器232输出的移动速度目标值Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ，通过下面的公式30，由反向转换成脉冲电机驱动器211a，212a，213a—211d，212d，213d的速度输入Va1，Va2，Va3—Vd1，Vd2，Vd3。
公式30如下：
与由公式24—28表明的y，x，θ，ξ和ψ方式相应的可移动装置4的运动方程安排成下面公式31所示状态的方程。
公式31如下：
x′5=A5x5+b5v5+p5h5+d5u5
在公式31中，矢量X5，A5，b5，p5和d5，以及u5按如下方式限定。
公式32如下：
符号h5表示相对基准光程7a和7b的导轨2和2′上的不规则，由下面的公式34限定，同时提供公式33。
公式33如下：
公式34如下：hs=h′′y,h′′x,h′′θ,h′′ξorh′′ψ]]>
此外，V5是输入给线性脉冲电机的一个速度以稳定每个方式中的运动。
公式35如下：v5=vy,vx,vθ,vξorvψ]]>
公式31通过反馈下面的公式36而提供引导控制。
公式36如下：v5=F5x5+∫K5x5dt]]>
下面的公式37表明由Fa，Fb，Fc，Fd和Fe表示的正比增益，和由Ke，F5和K5表示的积分增益。
公式37如下：
正如图10所示，计算器232包括减法器241a—241d和242a—242h，间隙偏差坐标转换电路245，速度计算器247，速度坐标反向转换电路248，纵向位置计算器49，位置偏差坐标转换电路50和不规则存储电路51。
减法器241a—241d通过将来自构成x方向间隙传感器的电位计129a—129d的间隙信号gxa—gxd减去相应的基准值Xa0—Xd0，算出x方向间隙偏差信号△gxa—△gxd。减法器242a—242d通过将来自构成y方向间隙传感器的电位计127a，128a—127d，128d的间隙信号gya1，gya2—gyd1，gyd2减去相应的基准值ya01，ya02—yd01，yd02，算出Y方向间隙偏差信号△gya1，△gya2—△gyd1，△gyd2。
间隙偏差坐标转换电路245通过使用公式29，根据y方向的间隙偏差信号△gya1，△gya2—△gyd1，△gyd2算出可移动装置4中心的y方向变量△y，根据x方向的间隙偏差信号△gxa—△gxd，算出可移动装置4中心的x方向变量△x，算出可移动装置4中心在θ方向(滚动方向)的转角△θ，可移动装置4在ξ方向(俯仰方向)的转角△ξ，和可移动装置4在ψ方向(摇摆方向)的转角△ψ。
纵向位置计算器49根据同一水平面设置的两维空间光电二极管8b和一维空间光电二极管8c的输出，算出可移动装置4的纵向位置。位置偏差坐标转换电路50根据两维空间光电二极管8a和8b的输出，算出可移动装置4在围绕基准坐标的每个方式中的偏差位置△yab，△Xab，△θab，△ξab和△ψab，并将该计算结果向速度控制器247输出。不规则存储电路51将来自由纵向位置计算器49测定的可移动装置4的一个位置的间隙偏差坐标转换电路245的输出与位置偏差坐标转换电路50的输出相减，然后，接连存储相对光程7a(7b)的导轨2(2′)的不规则数据hy，hx，hθ，hζ和hψ，其转换成可移动装置4的一个位置。不规则存储电路51定时地读取相应于可移动装置4的一个纵向位置的纵向位置数据和不规则数据并将它们输入速度计算器247中。
速度计算器247根据间隙偏差坐标转换电路245的输出△y，△x，△θ，△ξ和△ψ，计算出相应的方式中的移动件134—136每个的速度目标值Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ用以在每个y，x，θ，ξ，ψ方式中引导可移动装置4。速度坐标反向转换电路248利用公式30根据速度计算器247的输出Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ，计算出悬挂体114a，115a，116a—114d，115d，116d的移动件134—136每个的移动速度Va1，Va2，Va3—Vd1，Vd2，Vd3，并将该计算结果反馈给脉冲电机驱动器211a，212a，213a—211d，212d，213d。
速度计算器247包括一个前后方式计算器247a，一个左右方式计算器247b，一个滚动方式计算器247c，一个俯仰方式计算器247d，和一个摇摆方式计算器247e。
前后方式计算器247a通过使用输入△y和△yab根据公式36计算Y方式的移动速度vy。左右方式计算器247b通过使用输入△x和△Xab根据公式36计算x方式的移动速度vx。滚动方式计算器247c通过使用输入△θ和△θab根据公式36计算θ方式的移动速度vθ。俯仰方式计算器247d通过使用输入△ξ和△ξab根据公式36计算ξ方式的移动速度vξ。摇摆方式计算器247e通过使用输入△ψ和△ψab根据公式36计算ψ方式的移动速度vψ。
图11详细地示出每个计算器247a—247e。
计算器247a—247e的每一个均包括一个微分器260，用于根据每个间隙变量△y，△x，△θ，△ξ和△ψ计算时间变化率△y′、△x′、△θ′、△ξ′或△ψ′；一个微分器261，用于根据来自基准位置的每个变量△yab，△xab，△θab，△ξab和△ψab，计算时间变化率△y′ab、△x′ab、△θ′ab、△ξ′ab或△ψ′ab；以及一个积分器268，将各方式中的每个移动速度Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ积分并输出移动距离ly，lx，lθ，lξ和lψ；增益补偿器262，分别通过适当反馈的增益，增大每个变量△y—△ψ和△yab—△ψab，每个时间变化率△y′—△ψ′和△y′ab—△ψ′ab和每个移动距离ly—lψ。每个计算器247a—247e还包括一个坐标偏差设置器263；一个减法器264，将坐标偏差设置器263输出的基准值减去每个变量△yab—△ψab；一个积分补偿器265，将减法器264的输出积分以及通过适当反馈的增益增大积分的结果；一个加法器266，计算增益补偿器262的输出总和；以及一个减法器267，将积分补偿器265的输出减去加法器266的输出，并输出相应于y，x，θ，ξ和ψ方式的移动速度Vy，Vx，Vθ，Vξ或Vψ。根据相应于可移动装置4的纵向位置的纵向位置数据H和不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ，增益补偿器262和积分补偿器265可改变一个设置增益。
下面说明本发明第二实施例的上述引导系统的操作。
在由引导体100a—100d引导的可移动装置4通过卷扬机(未示出)开始上移并且相当平缓地通过不规则处如翘曲时，由导轨2和2′上不规则引起的可移动装置4的晃动可被有效地抑制，这是因为控制器230通过增益补偿器262将每个变量△yab—△ψab和每个时间变化率△y′ab—△ψ′ab反馈给每个移动速度Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ的缘故。
类似于第一实施例，因为不规则数据hy，hx，hθ，hξ和hψ，以及纵向位置数据H由不规则存储电路51读出，增益补偿器262和积分补偿器265输入这些数据，在有不规则的间隔中，增益补偿器262和积分补偿器265可改变控制参数。
即使在导轨2(2′)的接点存在因反复进行的热膨胀和收缩或地震引起的水平面差异或间隙，但通过改变控制参数可将可移动装置4的晃动抑制为最小，从而引导体100a—100d的引导力具有非常低的弹簧常数。
下面说明本发明第三实施例的引导系统。根据第一和第二实施例，光电二极管8a—8c直接接收由图1所示的激光发射器6a—6c放射的激光。然而，光程7a—7c并不限于上述，可采用图12所示的其他结构。即，电梯轿厢10包括面对轿厢10以45°角固定镜子301的支架302和位于其侧表面上的光电二极管8a—8c，从而光程7a—7c旋转一个直角到达光电二极管8a—8c。
按照第三实施例，因为光电二极管8a—8c的表面设置成直角，表面几乎不会落尘，从而能够长期使用而不用清洁。
在第一、第二和第三实施例中，三个激光发射器用于形成三个光程7a—7c。然而，对上述系统并不限制激光发射器的数量，通过如图13所示安装一个由两个支架312固定的半透半反镜311，一个光程7b可分成两个光程。
在这种情况下，在光程7b上的半透半反镜311产生透射光T1和垂直于透射光T1的反射光Tb。透射光T1入射在通过基座313略微倾斜地设置在井道1底部的镜子314上。反射光Tb入射在光电二极管8b上。透射光T1的光轴略微倾斜地反射到Y和Z坐标平面，并且通过相邻于半透半反镜311处的支架302′，由表面向下方式固定在电梯轿厢10侧部的镜子301′的反射而入射在光电二极管8c上。
按照上述的光学系统，可以获得与第一和第二实施例同样的引导控制。此外，由于相当昂贵的激光发射器的数量从三个减少到两个，可减少电梯系统的成本。
另外，正如图14所示，仅仅由一个激光发射器6d产生的光程可用半透半反镜321和镜子322分成两个。在这种情况下，因为取消了光电二极管8c，仅仅使用光电二极管8a和8b，不检测可移动装置4的纵向位置。光程的数量可按需要任意选择。
此外，在上述实施例中，尽管分别采用激光振荡管作为激光发射器6a，6b和6c，但也可用激光发射半导体装置替代激光振荡管。此外，控制器30和230可由模拟电路或数字电路构成。
按照本发明，由于克服可移动装置晃动的位置校正是根据形成基准位置的光程与可移动装置之间的间隙进行的，并且当可移动装置通过一个在初始运行期间预先存储的、相应于导轨上不规则的位置时，在导轨上作用一个反相力克服不规则或可移动装置的晃动，可抑制晃动，从而改进了乘坐舒适性。
此外，由于形成多个光程，通过检测围绕着多个轴线如水平轴线和纵轴线的间隙，可实现克服可移动装置晃动的位置校正。
再有，因为井道位于黑处，甚至相当低功率的激光发射器就可产生基准光程，从而无需冷却系统以及能够形成低成本的基准光程。
另外，由于光程相对垂线略微倾斜以及在光程上设置一个一维空间光电二极管，可移动装置的纵向位置可根据光电二极管上的干涉光的入射位置测定，特别是相应于导轨上不规则的一个位置可在初始运行期间测定。
此外，由于两维空间光电二极管设置在纵向光程上，所以，可移动装置的间隙位置可根据光电二极管上干涉光入射位置测定。由于两个两维空间光电二极管设置在不同水平面上并且设置在各纵向光程上，从而根据光电二极管上干涉光的入射位置可测定和校正可移动装置的三维空间位置。
另外，引导系统中使用了由电磁铁产生的磁性悬浮力，可不接触导轨地引导可移动装置，从而实现乘坐舒适性。
此外，使用一个镜子或一个半透半反镜以改变光程的方向，激光发射器的数量可小于光程的数量，从而降低了成本。
再有，由于可移动装置的纵向位置是通过使用两个相互不平行的光程测定的，可移动装置的纵向位置可以非接触方式准确地测定。
按照上述教导可作出各种变更和变化。因此，应当理解到，在所附权利要求书的范围内，本发明均可实现而不仅限于在此的描述。