(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】磁気浮上移動体
(51)【国際特許分類】
B60L 13/03 20060101AFI20241008BHJP
H02N 15/02 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
B60L13/03 L
H02N15/02
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020130924
(22)【出願日】2020-07-31
(65)【公開番号】P2022027118
(43)【公開日】2022-02-10
【審査請求日】2023-04-04
(73)【特許権者】
【識別番号】502340996
【氏名又は名称】学校法人法政大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000165
【氏名又は名称】弁理士法人グローバル・アイピー東京
(72)【発明者】
【氏名】中村 壮亮
(72)【発明者】
【氏名】中村 勇太
(72)【発明者】
【氏名】岡本 吉史
【審査官】岩田 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１４２５０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２１０３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １３／０３
Ｈ０２Ｎ １５／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
時間的に変化する磁界を電気導体板に向けて発生させることにより誘導された前記電気導体板の誘導電流と、前記磁界との作用によって前記電気導体板に対して浮上するように構成された磁気浮上移動体であって、機体と、
複数の磁界生成素子それぞれを磁界生成素子配置面に配置して回転する前記磁界をつくる回転磁界生成ユニットを、前記機体の６か所以上の位置に配置した回転磁界生成ユニット群と、
前記回転磁界生成ユニットの磁界の前記回転を制御する回転磁界制御部と、
を備え、
前記回転磁界生成ユニット群の少なくとも１対の回転磁界生成ユニットにおける前記磁界生成素子配置面は、互いに非平行となるように傾斜して前記機体に固定され、
前記回転磁界制御部は、互いに直交するＸＹＺ軸による空間を定義したときに、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットの回転磁界の回転数を別々に制御することにより、前記磁気浮上移動体の前記空間内での並進運動、およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転運動を独立して制御する、ことを特徴とする磁気浮上移動体。
【請求項2】
前記磁界生成素子は永久磁石であり、前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、前記永久磁石を前記磁界生成素子配置面に搭載したロータと、前記ロータを回転させるモータを備えている、請求項１に記載の磁気浮上移動体。
【請求項3】
前記磁界生成素子は電流線を環状に巻いたコイル素子であり、前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、複数の前記コイル素子を搭載し、
複数の前記コイル素子にそれぞれに流す交流電流の振幅と位相を制御することで前記磁界を回転させる、請求項１に記載の磁気浮上移動体。
【請求項4】
前記回転磁界生成ユニット群は、複数の前記回転磁界生成ユニットが同一平面上の円周に沿って配置されて構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気浮上移動体。
【請求項5】
前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の中心点の側又は外側に向くように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、請求項４に記載の磁気浮上移動体。
【請求項6】
複数の前記回転磁界生成ユニットの前記磁界生成素子配置面は、前記円周の接線方向に対して、交互に異なる向きに同じ傾斜角で傾斜している、請求項５に記載の磁気浮上移動体。
【請求項7】
前記回転磁界生成ユニット群は、同一平面上の円周に沿って配置され、前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の接線方向となるように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、請求項４に記載の磁気浮上移動体。
【請求項8】
複数の前記回転磁界生成ユニットの前記磁界生成素子配置面の傾斜の向きは、前記円周の内側又は外側の方向である、請求項７に記載の磁気浮上移動体。
【請求項9】
前記磁気浮上移動体の並進速度及び機体姿勢の指令値と、前記磁気浮上移動体の現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度の情報と、に基づいて、前記回転磁界生成ユニット群で生成すべき力及びトルクを算出する機体動作制御部と、算出した前記力及びトルクから、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットに与える磁界回転速度を算出して前記回転磁界制御部に与える磁界回転速度算出部と、を備えている、請求項１～８のいずれか１項に記載の磁気浮上移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転する磁界（以降、回転磁界という）を利用した誘導反発型の磁気浮上移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気浮上移動体は、誘導反発磁気浮上力を利用して、空中に浮上し推力を得て移動する物体である。具体的には、磁気浮上移動体は、回転磁界を、磁気浮上移動体に対して対向して配置されている電気導体板に鎖交させることによって得られる誘導反発磁気浮上力を利用する。回転磁界は、電気導体板に鎖交する際、磁力線が電気導体板上で円を描くように回転する磁界である。
【0003】
従来、この誘導反発型の磁気浮上では、回転磁界の回転面を同一平面上に、電気導体板と平行に配置していたため、並進移動に際して磁気浮上移動体の姿勢を傾けて移動のための推力を得ていた。また、電気導体板に対して移動のための推力を得る方式として、永久磁石を搭載したロータを電気導体板に対して傾けて配置し、磁界の回転面と電気導体板を傾斜させることにより移動のための推力を得る傾斜方式がある。さらに、電気導体板の縁付近で永久磁石を搭載したロータを回転させ、磁石の回転する領域（回転磁界の回転領域）を電気導体板と部分的に重ねることにより移動のための推力を得る偏い方式がある。
【0004】
特許文献１は、固定側に設けた一方向にレールのように伸びる電気導電体と、電気導電体に磁極面が空隙を介して対向する永久磁石および永久磁石を回転させる駆動モータを設けた浮上体（永久磁石回転体）と、を備えた磁気浮上移動体を開示している。この磁気浮上移動体の回転磁界の回転領域の面積の約半分以下の部分が電気導電体と対向し、残りの部分が、電気導電体に対向しないように構成すること（偏い方式）により、磁気浮上移動体は、一方向への推進力を得ている。
【0005】
特許文献２は、永久磁石の回転手段を３組以上設けた浮上ユニット磁気浮上移動体）の回転軸の向きを変更可能に構成し、この回転軸を固定側の電気導体板面に対して傾け制御すること（傾斜方式）が開示されている。向きが変更可能な回転軸の傾斜角を変化させて、対向面（電気導体板）に平行な複数の分力（推力）を生じさせ、分力の合力により、迅速かつ容易に浮上ユニットの平行移動あるいは回転を可能としている。
【0006】
非特許文献１には、誘導反発型磁気浮上の基本特性が述べられており、磁気車輪は永久磁石の磁界を利用して電機子巻線を組み込み、自己回転型としてモータの不要なコンパクトなユニット形式にしている。このユニット形式の磁気車輪により推力が得られるが、浮上力と推力を独立して制御することはできない。
【0007】
非特許文献２に開示された磁気浮上移動体は、磁気浮上のために磁界を回転させる４つのＭＰＴＶ（ｍａｇｌｅｖ ｐｌａｎａｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ）に加えて、前後左右の平面方向の推力を得るために、リニア誘導モータの原理を応用した４つのＳＴＦＬＩＭ（ｓｉｎｇｌｅ－ｓｉｄｅｄ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｆｌｕｘ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ）を別途設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開平６－３３５１１１号公報
【文献】特開２０１２－１９６１８号公報
【非特許文献】
【0009】
【文献】藤井信男、他“自己回転型磁気車輪とそれを用いた試験車の特性”、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２０．Ｎｏ．４、ｐｐ４９５－５０２、２０００．
【文献】Ｊ．Ｈ．Ｐａｒｋ、ｅｔ ａｌ、；“Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ Ｍａｇｌｅｖ Ｐｌａｎａｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ”、 ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＮＳ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ、 Ｖｏｌ．４４、 Ｎｏ．７、ｐｐ１８３０－１８３６、２００８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
このような磁気浮上移動体は、回転磁界を生成するために、多くの場合、ロータで永久磁石を回転させているが、平面状に広がった電気導体板に沿った方向に移動のための推力を得て、並進移動と回転動作を自在に行わせるためには、ヘリコプターのように磁気浮上移動体の姿勢を地面に対して傾斜させ、また、ロータの回転軸の向きを変化させる必要がある。ロータの回転軸の向きを変化させる場合、回転軸の向きを変化させるアクチェータ等の装置を別途設ける必要があり、磁気浮上移動体の重量増加につながるという問題があった。また、磁気浮上移動体に荷物を載せて搬送する場合、磁気浮上移動体の姿勢を傾斜させて移動すると、荷物の載置面も傾斜するので荷物の載置が不安定になる場合がある。一方、磁気浮上移動体の姿勢を傾斜させず、ロータの傾斜角を固定した場合は、３方向への移動、及び、浮上した状態でのその場での３軸周りの回転運動等の動作、すなわち、６自由度の運動の動作を自在に制御することが難しかった。
【0011】
本発明は、回転磁界を形成する磁石等の磁界生成素子を固定した平面（平面の向く向きが変化しない平面）上に複数配置した構成の回転磁界生成ユニットを複数配置して、磁気浮上移動体の６自由度の運動の動作を独立して制御することができる磁気浮上移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一実施態様は、時間的に変化する磁界を電気導体板に向けて発生させることにより誘導された前記電気導体板の誘導電流と、前記磁界との作用によって前記電気導体板に対して浮上するように構成された磁気浮上移動体である。前記磁気浮上移動体は、
機体と、
複数の磁界生成素子それぞれを磁界生成素子配置面に配置して回転する磁界をつくる回転磁界生成ユニットを、前記機体の６か所以上の位置に配置した回転磁界生成ユニット群と、
前記回転磁界生成ユニットの磁界の回転を制御する回転磁界制御部と、
を備える。
前記回転磁界生成ユニット群の少なくとも１対の回転磁界生成ユニットにおける前記磁界生成素子配置面は、互いに非平行となるように傾斜して前記機体に固定されている。
前記回転磁界制御部は、互いに直交するＸＹＺ軸による空間を定義したときに、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットの回転磁界の回転数を別々に制御することにより、前記磁気浮上移動体の前記空間内での並進運動、およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転運動を独立して制御する。
機体と、
複数の磁界生成素子それぞれを磁界生成素子配置面に配置して回転する磁界をつくる回転磁界生成ユニットを、前記機体の６か所以上の位置に配置した回転磁界生成ユニット群と、
前記回転磁界生成ユニットの磁界の回転を制御する回転磁界制御部と、
を備える。
前記回転磁界生成ユニット群の少なくとも１対の回転磁界生成ユニットにおける前記磁界生成素子配置面は、互いに非平行となるように傾斜して前記機体に固定されている。
前記回転磁界制御部は、互いに直交するＸＹＺ軸による空間を定義したときに、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットの回転磁界の回転数を別々に制御することにより、前記磁気浮上移動体の前記空間内での並進運動、およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転運動を独立して制御する。
【0013】
前記磁界生成素子は永久磁石であり、
前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、前記永久磁石を前記磁界生成素子配置面に搭載したロータと、前記ロータを回転させるモータを備えている、ことが好ましい。
前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、前記永久磁石を前記磁界生成素子配置面に搭載したロータと、前記ロータを回転させるモータを備えている、ことが好ましい。
【0014】
また、前記磁界生成素子は電流線を環状に巻いたコイル素子であり、
前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、複数の前記コイル素子を搭載し、
複数の前記コイル素子にそれぞれに流す交流電流の振幅と位相を制御することで前記磁界を回転させる、ことも好ましい。
前記回転磁界生成ユニットそれぞれは、複数の前記コイル素子を搭載し、
複数の前記コイル素子にそれぞれに流す交流電流の振幅と位相を制御することで前記磁界を回転させる、ことも好ましい。
【0015】
前記回転磁界生成ユニット群は、複数の前記回転磁界生成ユニットが同一平面上の円周に沿って配置されて構成されている、ことが好ましい。
【0016】
この場合、前記回転磁界生成ユニット群は、同一平面上の円周に沿って配置され、
前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の中心点の側又は外側に向くように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、ことが好ましい。
前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の中心点の側又は外側に向くように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、ことが好ましい。
【0017】
複数の前記回転磁界生成ユニットの前記磁界生成素子配置面は、前記円周の接線方向に対して、交互に異なる向きに同じ傾斜角で傾斜している、ことが好ましい。
【0018】
前記回転磁界生成ユニット群は、同一平面上の円周に沿って配置され、
前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の接線方向となるように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、ことも好ましい。
前記回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、前記円周の接線方向となるように、前記磁界生成素子配置面は傾斜している、ことも好ましい。
【0019】
この場合、複数の前記回転磁界生成ユニットの前記磁界生成素子配置面の傾斜の向きは、前記円周の内側又は外側の方向である、ことが好ましい。
【0020】
前記磁気浮上移動体の並進速度及び機体姿勢の指令値と、前記磁気浮上移動体の現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度の情報と、に基づいて、前記回転磁界生成ユニット群で生成すべき力及びトルクを算出する機体動作制御部と、
算出した前記力及びトルクから、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットに与える磁界回転速度を算出して前記回転磁界制御部に与える磁界回転速度算出部と、を備えている、ことが好ましい。
算出した前記力及びトルクから、前記回転磁界生成ユニット群それぞれの前記回転磁界生成ユニットに与える磁界回転速度を算出して前記回転磁界制御部に与える磁界回転速度算出部と、を備えている、ことが好ましい。
【発明の効果】
【0021】
上述の磁気浮上移動体によれば、回転磁界を形成する磁石等の磁界生成素子を、固定した平面（平面の向く向きが変化しない平面）上に配置した回転磁界生成素子を複数配置して、６自由度の運動を独立して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】一実施形態の磁気浮上移動体の基本構造の一例を模式的に示す図である。
【図2】一実施形態の磁気浮上移動体が備える回転磁界生成ユニット群の各磁界生成素子配置面の傾きを説明する図である。
【図3A】一実施形態の回転磁界生成ユニットが備える磁界生成素子の配置の一例を説明する図である。
【図3B】一実施形態の回転磁界生成ユニットが備える磁界生成素子の配置の他の例を説明する図である。
【図3C】一実施形態の回転磁界生成ユニットが備える磁界生成素子の配置の他の例を説明する図である。
【図4】一実施形態の磁気浮上移動体が備える回転磁界生成ユニットの構成の一例を説明する図である。
【図5】一実施形態の磁気浮上移動体が備える回転磁界生成ユニットの基本特性を取得するための回転磁界生成ユニット実験装置の外観を示す図である。
【図6】回転磁界生成ユニット実験装置を説明する図である。
【図7】回転磁界生成ユニットの浮上力を説明する図である。
【図8】回転磁界生成ユニットに発生する移動のための推力を説明する図である。
【図9】測定された浮上力の実験データの一例を示す図である。
【図10】Ｚ軸周りのトルクの実験データの一例を示す図である。
【図11】一実施形態の磁気浮上移動体の各回転磁界生成ユニットで発生する力の一例を示す図である。
【図12】一実施形態の磁気浮上移動体において、回転磁界生成ユニットの磁界生成素子配置面を円周方向に同じ傾斜角で同じ方向に傾けた構成の一例を示す図である。
【図13】磁気浮上移動体において、回転磁界生成ユニットに発生する力が接線方向に向かう第１の実施態様の一例を説明する図である。
【図14】回転磁界生成ユニットに発生する力が接線方向に向かう第２の実施態様の一例を説明する図である。
【図15】回転磁界生成ユニットに発生する力が接線方向に向かう第３の実施態様の一例を説明する図である。
【図16】磁気浮上移動体の駆動システムの一実施態様のブロック図である。
【図17】磁気浮上移動体の駆動システムの別の一実施態様のブロック図である。
【図18】磁気浮上移動体の機体動作制御部の制御を説明するブロック図である。
【図19】磁気浮上移動体の浮上のみの動作に関する目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。
【図20】浮上高度を維持してＸ方向に移動する動作に関する目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。
【図21】浮上高度を維持してＹ方向に移動する動作に関する目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。
【図22】浮上高度を維持してその場旋回（Ｚ軸周りの回転）をする動作に関する目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
実施形態の磁気浮上移動体は、時間的に変化する磁界を電気導体板に向けて発生させることにより電気導体板において誘導された誘導電流と、発生した磁界との作用によって電気導体板に対して浮上するように構成される。時間的に変化する磁界は回転磁界であり、回転磁界を電気導体板に鎖交させることによって電気導体板に渦電流を発生させ、これによって得られる誘導反発型浮上力を磁気浮上の原理としている。なお、回転磁界は、磁気浮上移動体から電気導体板に向かって延びる磁力線が磁気浮上移動体の所定の軸周りに回転するように、磁界が各位置で時間的に変動する。電気導体板は、平面状に広がった面でもよいし、レールのように帯状に一方向に延びたものであってもよい。
【0024】
磁気浮上移動体の浮上、並進及び回転の各動作は、磁気浮上移動体の重心点の動きに関する自由度（以降、磁気浮上移動体の自由度という）で表すことができ、磁気浮上移動体の６自由度、即ち、空間に対する一般的なＸＹＺ空間座標内での移動と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転とによって、磁気浮上移動体の運動の動作を表すことができる。実施形態の磁気浮上移動体には、複数の磁界生成素子を備えた回転磁界生成ユニットが６箇所以上の位置に設けられる。各回転磁界生成ユニットは、平面である磁界生成素子配置面に、複数の磁界生成素子を配置して構成される。このときの磁界生成素子配置面の傾きは可変ではなく機体に対して固定され、少なくとも一対の回転磁界生成ユニットの磁界生成素子配置面同士は、互いに非平行となっている。このような６個以上の回転磁界生成ユニットを使用して、回転磁界制御部が回転磁界生成ユニットの回転磁界の回転を別々に制御することにより、磁気浮上移動体の６自由度の動作を独立に制御する。これにより、磁気浮上移動体の６自由度の運動の動作を実現できる。以下説明する実施形態は、磁気浮上移動体に与える指令値に基づいて、回転磁界生成ユニット毎に別々に回転磁界の回転数（回転速度）を制御する。以下、実施形態の磁気浮上移動体を説明する。
【0025】
（磁気浮上移動体の基本構造）
図１は、一実施形態の磁気浮上移動体の基本構造の一例を模式的に示す図である。磁気浮上移動体１０の基本構造は、機体１２と、６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６からなる回転磁界生成ユニット群を有して構成されている。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６は、それぞれ複数の磁界生成素子が配置された回転体であるロータと、ロータを回転させるモータを備えている。
機体１２は、磁気浮上移動体１０の中心点Ｃｋ（重心点）を備える中心機体と、この中心点Ｃｋを通る中心軸の周りに放射状に、軸対称に延びた６つの腕とを備える。６つの腕それぞれの先端に、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の１つが取り付けられるように構成されている。
図１は、一実施形態の磁気浮上移動体の基本構造の一例を模式的に示す図である。磁気浮上移動体１０の基本構造は、機体１２と、６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６からなる回転磁界生成ユニット群を有して構成されている。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６は、それぞれ複数の磁界生成素子が配置された回転体であるロータと、ロータを回転させるモータを備えている。
機体１２は、磁気浮上移動体１０の中心点Ｃｋ（重心点）を備える中心機体と、この中心点Ｃｋを通る中心軸の周りに放射状に、軸対称に延びた６つの腕とを備える。６つの腕それぞれの先端に、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の１つが取り付けられるように構成されている。
【0026】
６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の回転磁界の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６は、１つの平面上に位置し、しかも、円周（以下、第１の円周１８という。）に沿って、等間隔で配置されている。この円周は、機体１２の中心点Ｃｋ（重心点）を通る中心軸が回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６の位置する上記平面と交わる交点を中心とする。６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面は、機体１２に対して可動することなく固定されている。また、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のうち少なくとも一対の回転磁界生成ユニットの磁界生成素子配置面同士は、互いに非平行になるように、機体１２に対して固定されている。
第１の円周１８は、真円ではなくてもよく、楕円であってもよく、第１の円周１８の代りに環状に１周する形状であればよい。
以降、６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６が位置する上記平面をＸ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面とし、機体１２の中心Ｃｋを通る中心軸に沿った軸を、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とするＸＹＺ空間座標で表す。
第１の円周１８は、真円ではなくてもよく、楕円であってもよく、第１の円周１８の代りに環状に１周する形状であればよい。
以降、６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６が位置する上記平面をＸ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面とし、機体１２の中心Ｃｋを通る中心軸に沿った軸を、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とするＸＹＺ空間座標で表す。
【0027】
図２は、磁気浮上移動体１０が備える回転磁界生成ユニット群の各磁界生成素子配置面の傾きを説明する図である。
図２では、磁気浮上移動体１０の基本構造を平面的に見た図の外側に、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の傾きを、第１の円周１８の径方向外側から中心点Ｃｋの方向にみたときの、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の側面図を示している。磁界生成素子配置面の傾きは、６個のロータの磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６が存在するＸＹ平面（図２中の一点鎖線）を基準にした傾斜角を示している。
図２では、磁気浮上移動体１０の基本構造を平面的に見た図の外側に、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の傾きを、第１の円周１８の径方向外側から中心点Ｃｋの方向にみたときの、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の側面図を示している。磁界生成素子配置面の傾きは、６個のロータの磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６が存在するＸＹ平面（図２中の一点鎖線）を基準にした傾斜角を示している。
【0028】
回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面は、第一の円周１８の接線方向に対して、交互に同じ角度で異なる方向に傾いている。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面が第一の円周１８の接線方向に対して傾くとは、回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６が位置する平面の向く向き（図２ではＺ軸下方向）に対して、第一の円周１８の接線方向に向くように傾斜していることをいう。交互に同じ角度で異なる方向に傾いているとは、例えば、回転磁界生成ユニット１４－１の、上記接線方向に対する傾斜角を－θとすると、隣りの回転磁界生成ユニット１４－２の傾斜角はθである。以下、回転磁界生成ユニット１４－３の傾斜角は－θ、回転磁界生成ユニット１４－４の傾斜角はθ、回転磁界生成ユニット１４－５の傾斜角は－θ、回転磁界生成ユニット１４－４の傾斜角はθである。
【0029】
このように、全ての磁界生成素子配置面を同一平面上に平行に配置するのではなく、6個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のうち、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５の３つの磁界生成素子配置面と、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６の３つの磁界生成素子配置面とを、互いに非平行に配置することにより、任意の方向の力とトルク（回転）を発生させることができる。このように磁界生成素子配置面同士を非平行に配置する場合、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のうち一対の回転磁界生成ユニットの磁界生成素子配置面同士を非平行に傾けて配置してもよい。
したがって、磁気浮上移動体１０の姿勢の変化を伴わない並進移動や、その場旋回（静止状態での回転運動）の動作が可能となる。
したがって、磁気浮上移動体１０の姿勢の変化を伴わない並進移動や、その場旋回（静止状態での回転運動）の動作が可能となる。
【0030】
図３Ａは、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６それぞれが備える磁界生成素子の配置の一例を説明する図である。図３Ａに示す回転磁界生成ユニットの例は、２つの磁界生成素子２０－１，２０－２で構成されるが、３つ以上の磁界生成素子を用いてもよい。
図３Ａに示すように、ロータ１６の磁界生成素子配置面には、磁界生成素子２０－１，２０－２が配置されている。磁界生成素子配置面は、ＸＹ平面に対して傾斜しているので、図３に示す磁界生成素子配置面は、Ｘ１軸とＹ１軸とを含む平面とし、ロータ１６の回転中心軸の方向をＺ１軸方向として表すようにＸ１Ｙ１Ｚ１空間座標系を定めている。
図３Ａに示すように、ロータ１６の磁界生成素子配置面には、磁界生成素子２０－１，２０－２が配置されている。磁界生成素子配置面は、ＸＹ平面に対して傾斜しているので、図３に示す磁界生成素子配置面は、Ｘ１軸とＹ１軸とを含む平面とし、ロータ１６の回転中心軸の方向をＺ１軸方向として表すようにＸ１Ｙ１Ｚ１空間座標系を定めている。
【0031】
磁界生成素子２０－１，２０－２は、永久磁石であり、Ｘ１Ｙ１平面上の、ロータ１６の回転中心軸（Ｚ１軸）を中心とする円周（以下、第２の円周２２という。）の中心に対して点対称な位置に配置されている。磁界生成素子２０－１ではＳ極が電気導体板の側に向き、磁界生成素子２０－２ではＮ極が電気導体板の側に向いて磁界生成素子２０－１，２０－２は磁界生成素子配置面に搭載される。回転磁界は、ロータ１６が回転することにより発生する。磁界生成素子２０－１，２０－２は、２つの永久磁石であるが、４つ以上の永久磁石で磁界生成素子を構成してもよい。この場合は、電気導体板の側に向く極が、交互にＳ極とＮ極となるように４つ以上の偶数個の磁界生成素子が配置される。
【0032】
磁界生成素子の配置は、上記磁界生成素子の配置の他に、以下説明する磁界生成素子の配置であってもよい。
図３Ｂ、図３Ｃは、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６それぞれが備える磁界生成素子の配置の他の例を説明する図である。
図３Ｂに示す磁界生成素子２０－１は、台形状をした３つの永久磁石を磁界生成素子として備え、３つの永久磁石が隣り合うように円周上に連続配置され、Ｓ極が電気導体板の側に向いた構成を有する。磁界生成素子２０－２は、台形状をした３つの永久磁石を磁界生成素子として備え、３つの永久磁石が隣り合うように円周上に連続配置され、Ｎ極が電気導体板の側に向いた構成を有する。磁界生成素子２０－１と磁界生成素子２０－２は、第２の円周２２の中心に点対称の位置に配置されている。
図３Ｂ、図３Ｃは、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６それぞれが備える磁界生成素子の配置の他の例を説明する図である。
図３Ｂに示す磁界生成素子２０－１は、台形状をした３つの永久磁石を磁界生成素子として備え、３つの永久磁石が隣り合うように円周上に連続配置され、Ｓ極が電気導体板の側に向いた構成を有する。磁界生成素子２０－２は、台形状をした３つの永久磁石を磁界生成素子として備え、３つの永久磁石が隣り合うように円周上に連続配置され、Ｎ極が電気導体板の側に向いた構成を有する。磁界生成素子２０－１と磁界生成素子２０－２は、第２の円周２２の中心に点対称の位置に配置されている。
【0033】
図３Ｃに示す磁界生成素子２０－１は、第２の円周２２を中心に点対称の位置に２か所、Ｎ極が電気導体板の側に向いた永久磁石が磁界生成素子として配置され、磁界生成素子２０－２は、第２の円周２２を中心に点対称の位置であって、磁界生成素子２０－１の配置位置に対して、第２の円周２２の中心周りに９０度角度のずれた２か所の位置に、Ｓ極が電気導体板の側に向いた永久磁石が磁界生成素子として配置されている。さらに、磁界生成素子２０－１それぞれと隣り合う磁界生成素子２０－２との間の４か所の位置に、Ｎ曲及びＳ極が電気導体板の側に向いた永久磁石が配置されている。図３Ｃに示す永久磁石の配置は、ハルバッハ配列である。
【0034】
回転磁界を生成する方法は、永久磁石を回転させる方法に限定されない。例えば、磁界生成素子に電流線を環状に巻いたコイル素子を使用し、磁気浮上移動体１０は、電流線に流す交流電流の振幅と位相を制御する電流生成源を備える。この場合、電流生成源でのコイル素子により磁界を回転させるように制御する。コイル素子はフェーズドアレイなどのマルチコイルを使用して、機械的な回転をせずに、マルチコイルで回転磁界を発生させる。コイル素子を用いる場合、用いるコイル素子の個数は偶数個に限らず、奇数個であってもよく、３個以上であればよい。用いるコイル素子の数が２個の場合、交流電流の位相は１８０度（＝３６０度／２）ずれる。用いるコイル素子の数が３個の場合、交流電流の位相は１２０度（＝３６０度／３）ずれる。
【0035】
マルチコイルで回転磁界を発生させる例として、鉄心にコイルを巻いたものを３相のコイルとして、１２０°ずらして配置し、３相交流電圧を印加させる。それぞれの相は、正弦波状に変化しているため、各コイルから発生する極（Ｎ極、Ｓ極）とその磁界が変化することで、回転磁界が生成される。
【0036】
（回転磁界生成ユニット構造）
図４は、磁気浮上移動体１０が備える回転磁界生成ユニット１４の構成の一例を説明する図である。
回転磁界生成ユニット１４は永久磁石回転型であり、永久磁石を使用した磁界生成素子２０－１、２０－２を備えたロータ１６と、ロータ１６を回転させるモータ２４と、回転磁界制御部２６と、を備える。モータ２４の回転数は、回転磁界制御部２６によって制御される。
図４は、磁気浮上移動体１０が備える回転磁界生成ユニット１４の構成の一例を説明する図である。
回転磁界生成ユニット１４は永久磁石回転型であり、永久磁石を使用した磁界生成素子２０－１、２０－２を備えたロータ１６と、ロータ１６を回転させるモータ２４と、回転磁界制御部２６と、を備える。モータ２４の回転数は、回転磁界制御部２６によって制御される。
【0037】
（回転磁界生成ユニットの基本特性）
図５は、磁気浮上移動体１０が備える回転磁界生成ユニットの基本特性を取得するための回転磁界生成ユニット実験装置の外観を示す図である。
回転磁界生成ユニットの基本特性を取得するための回転磁界生成ユニット実験装置の外観を示す図である。回転磁界生成ユニット実験装置３０は、電気導体板３２として銅板を使用している。電気導体板３２に対向して回転磁界生成ユニット１４を設置し、回転磁界生成ユニット１４には、６軸力覚センサ３４を取り付けている。回転磁界生成ユニット１４は、スライダ３６で電気導体板３２とのギャップが設定される。
図５は、磁気浮上移動体１０が備える回転磁界生成ユニットの基本特性を取得するための回転磁界生成ユニット実験装置の外観を示す図である。
回転磁界生成ユニットの基本特性を取得するための回転磁界生成ユニット実験装置の外観を示す図である。回転磁界生成ユニット実験装置３０は、電気導体板３２として銅板を使用している。電気導体板３２に対向して回転磁界生成ユニット１４を設置し、回転磁界生成ユニット１４には、６軸力覚センサ３４を取り付けている。回転磁界生成ユニット１４は、スライダ３６で電気導体板３２とのギャップが設定される。
【0038】
図６は、回転磁界生成ユニット実験装置を説明する図である。図６は、図５で示した回転磁界生成ユニット実験装置３０の平面図を示している。回転磁界生成ユニット１４の電気導電体３２に対する傾斜角は、回転磁界生成ユニット１４を傾けずに、電気導電体３２をチルトユニット４０により傾けた角度とした。傾斜角は、制御記録用ＰＣでチルトユニット４０により設定される。回転磁界生成ユニット１４と電気導体板３２との間のギャップｇａｐは、図６に示したように、回転磁界生成ユニット１４のロータ１６の回転中心軸における距離とした。モータ２４の回転数は、パーソナルコンピュータ４４でモータドライバ４２を制御して設定される。モータ２４の電源は、ＤＣ電源４６である。
【0039】
モータ２４には、回転数を検出するエンコーダ３８と６軸力覚センサ３４を取り付けている。回転磁界生成ユニット１４と電気導電体３２のギャップｇａｐは、回転磁界生成ユニット１４をスライダ３６で移動させて設定される。制御・記録用ＰＣ４８は、電気導電体３２の傾斜角θの他、モータドライバ４２用のパーソナルコンピュータ４４の制御、及び、エンコーダ３８で検出されたモータ２４の回転数、６軸力覚センサ３４で検出された浮上力や推力に対応する力及びトルクを記録する。なお、電気導電体３２を傾けることで電気導電体３２を基準としたＸＹＺ空間座標のＸ軸及びＺ軸は、回転磁界生成ユニット１４に対して傾き、６軸力覚センサ３４の出力値も、この傾きに応じた値となっている。このため、制御・記録用ＰＣ４８は、上記傾きに応じて６軸力覚センサ３４の出力値を補正して、Ｘ軸方向の分力、Ｙ軸方向の分力、Ｚ軸方向の分力、Ｘ軸周りのトルク、Ｙ軸周りのトルク、及びＺ軸周りのトルクを算出した。
【0040】
図７は、回転磁界生成ユニットの浮上力を説明するための図である。回転磁界生成ユニット１４のロータ１６の回転面（磁気生成素子配置面）の向きは電気導体板３２に対して傾斜角θで傾いており、永久磁石を使用した磁界生成素子２０－１,２０－２の磁界生成素子配置面（磁界生成素子回転面）５０も傾斜角θで傾いている。モータ２０は、回転速度（回転角速度）ωで、ロータ１６の中心Ｃｒを通る中心軸を時計周りに回転している。ロータ１６の回転により磁界生成素子２０－１,２０－２が回転することにより、回転磁界が生成される。回転磁界は、電気導体板３２に鎖交する。この鎖交した回転磁界により電気導体板３２に渦電流が発生するが、渦電流は電気導体板３２上に生成されるため、電気導体板３２に直交するＺ軸方向に反発力が働き、これが回転磁界生成ユニット１４の浮上力である力Ｆｚとなる。
【0041】
図８は、回転磁界生成ユニットに発生する移動のための推力を説明する図である。モータ２４は、ロータ１６の中心Ｃｒを通る中心軸を時計周りに回転し、電気導体板３２に生成された渦電流により制動トルクが働く。磁界生成素子２０－１,２０－２の磁界生成素子配置面５０は傾斜角θで傾いているため、制動トルクの分布が偏り、磁界生成素子２０－１,２０－２と電気導体板３２に最も近い位置の回転方向と逆向きの方向であるＹ軸方向に、力Ｆｙが発生する。この力Ｆｙが移動のための推力となる。また、制動トルクにより、Ｚ軸周りにトルクが発生する。
【0042】
図９は、測定された浮上力の実験データの一例を示す図である。傾斜角θは５度で、ギャップｇａｐは、５ｍｍ，６ｍｍ，７ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍ，１０ｍｍとしている。横軸はモータの回転数Ｎ（単位時間当たりの回転数）で、縦軸は力Ｆｚである。電気導体板３２には、モータ２０の回転数Ｎに対応して鎖交する磁界が時間的に変化し、誘導起電力が発生する。回転数Ｎが小さいときは、誘導起電力が小さいので生じる渦電流も小さく、力Ｆｚも小さい。誘導起電力の大きさは、モータ２０の回転数Ｎに比例して増加する。回転数Ｎの増加に伴いリアクタンス成分が支配的になり渦電流はもはや増加しなくなる。この状態では、誘導起電力と渦電流の時間的な位相差がほぼ９０度となり、渦電流が作る起磁力は永久磁石の磁極位置と一致して、磁界生成素子２０－１,２０－２として使用した永久磁石から電気導体板３２への鎖交磁束を打ち消す状態になる。すなわち、力Ｆｚは飽和する。
【0043】
実験データでは、ギャップｇａｐが小さいほど力Ｆｚは大きく、例えば、回転数Ｎが２０００ｒｐｍの場合は、ギャップｇａｐが５ｍｍのときに約３０Ｎであり、１０ｍｍのときに約６Ｎであった。回転数Ｎの増加に伴う力Ｆｚの増加する割合は、ギャップｇａｐが小さいほど大きい。力Ｆｚが飽和する回転数Ｎは、ギャップｇａｐが小さいほど飽和する回転数Ｎが小さい傾向がみられた。
【0044】
図１０は、Ｚ軸周りのトルクの実験データの一例を示す図である。Ｚ軸周りのトルクＭｚは、ギャップｇａｐが小さいほど大きく、例えば、回転数Ｎが２０００ｒｐｍの場合は、ギャップｇａｐが５ｍｍのときに約０．６Ｎ・ｍであり、１０ｍｍのときに約０．１４Ｎ・ｍであった。トルクＭｚは、ギャップｇａｐが小さいほど飽和する回転数Ｎが大きくなる傾向がみられた。
【0045】
また、図示されないが、力Ｆｙについても、同様に、ギャップｇａｐが小さいほど力Ｆｙは大きくなる傾向がみられた。
【0046】
このように、1個の回転磁界生成ユニット１４は、力とトルクを発生する。安定な磁気浮上、即ち静止状態で回転磁界生成ユニット１４を浮上させるために、これらの力及びトルクを他の回転磁界生成ユニット１４の力及びトルクにより打ち消すために、複数個の回転磁界生成ユニット１４が用いられる。
【0047】
回転磁界生成ユニット１４の回転磁界生成素子配置面の向きが図２に示すように傾斜して固定された磁気浮上移動体１０において、磁気浮上移動体１０の姿勢を、電気導体板３２に対して傾けずに（中心点Ｃｋを通る中心軸が電気導体板３２の面に対して直交することを維持したまま）浮上及び並進の動作を可能とし、その場旋回（浮上した状態での回転動作）を可能とするために磁気浮上移動体１０の動作を制御するには、浮上のためのＺ軸方向の力、並進のためのＸ軸方向およびＹ軸方向の力、磁気浮上移動体１０の姿勢を地面に対して平行に保つためのＸ軸およびＹ軸周りのトルク、その場旋回のためのＺ軸周りのトルクが必要である。したがって、上記条件を満足するような動作を実現する場合には、３つの力及び３つのトルクの、合計６つの力学物理量を制御するために、少なくとも６個の回転磁界生成ユニット１４の回転磁界を制御することが好ましい。
【0048】
従来の磁気浮上移動体において、４個の回転磁界生成ユニット１４を用いて磁気浮上移動体１０を構成する場合、１つの回転磁界生成ユニット１４の磁界生成素子配置面の向き（方向）を機械的に変更してロータの制御を実現していた。
一方、磁気浮上移動体１０では、回転磁界生成ユニット１４の数を少なくとも６個とする。磁気浮上移動体１０の浮上（Ｚ軸方向の移動）及びＸ軸，Ｙ軸方向の移動には、それぞれの軸方向に移動させる力が必要であり、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転にはそれぞれの軸周りのトルクが必要である。磁気浮上移動体１０では、６個の回転磁界生成ユニット１４の回転磁界の制御を行うために、６つの回転磁界生成ユニット１４の上述の回転数Ｎを別々に（独立して）制御する。
一方、磁気浮上移動体１０では、回転磁界生成ユニット１４の数を少なくとも６個とする。磁気浮上移動体１０の浮上（Ｚ軸方向の移動）及びＸ軸，Ｙ軸方向の移動には、それぞれの軸方向に移動させる力が必要であり、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転にはそれぞれの軸周りのトルクが必要である。磁気浮上移動体１０では、６個の回転磁界生成ユニット１４の回転磁界の制御を行うために、６つの回転磁界生成ユニット１４の上述の回転数Ｎを別々に（独立して）制御する。
【0049】
（磁気浮上移動体の６自由度の制御）
図１１は、一実施形態の磁気浮上移動体の各回転磁界生成ユニットで発生する力の一例を示す図である。図１１に示す回転磁界生成ユニット群は、６自由度の制御、言い換えると６軸独立制御（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の力、及びＸ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りのトルクの別々の制御）が可能である。６軸独立制御が可能な回転磁界生成ユニット群の配置は、図１１に示す配置に限定されず、以下説明する図１２～１５に示す配置も例として含む。回転磁界生成ユニット群が６軸独立制御を可能とする配置であることは、以降で説明する式（５）で示される座標変換行列Ｔｓの逆行列が存在する（式（８）参照）ことを意味する。
図１１～１５に示す力（力ベクトル）は、磁気浮上移動体が代表的な運動をする際の力を示し、具体的には、ＸＹ平面内での６つの力の合成力がゼロで、Ｚ方向の合成力のみが残る定点浮上の運動の際の各回転磁界生成ユニットに働く力に相当する。６軸独立制御では、定点浮上の運動の他に、３方向の合成力および３方向の合成トルクに自在な値を設定することができ、磁気浮上移動体１０は、任意の運動の動作をすることができる。
図１１は、一実施形態の磁気浮上移動体の各回転磁界生成ユニットで発生する力の一例を示す図である。図１１に示す回転磁界生成ユニット群は、６自由度の制御、言い換えると６軸独立制御（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の力、及びＸ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りのトルクの別々の制御）が可能である。６軸独立制御が可能な回転磁界生成ユニット群の配置は、図１１に示す配置に限定されず、以下説明する図１２～１５に示す配置も例として含む。回転磁界生成ユニット群が６軸独立制御を可能とする配置であることは、以降で説明する式（５）で示される座標変換行列Ｔｓの逆行列が存在する（式（８）参照）ことを意味する。
図１１～１５に示す力（力ベクトル）は、磁気浮上移動体が代表的な運動をする際の力を示し、具体的には、ＸＹ平面内での６つの力の合成力がゼロで、Ｚ方向の合成力のみが残る定点浮上の運動の際の各回転磁界生成ユニットに働く力に相当する。６軸独立制御では、定点浮上の運動の他に、３方向の合成力および３方向の合成トルクに自在な値を設定することができ、磁気浮上移動体１０は、任意の運動の動作をすることができる。
【0050】
具体的に、図１１に示す例は、回転磁界生成ユニットを６個使用しており、図２に対応した構造である。図１１に示すように、６個の回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面上の回転磁界の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６は、第１の円周１８上に等間隔で配置されている。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面は、第１の円周１８の接線方向に対して交互に同じ角度で異なる向きに傾いている。
図１１に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度（回転磁界の回転速度）ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６を、互いに同じ値にし、それぞれ図１１に示す方向に回転させる。
図１１に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度（回転磁界の回転速度）ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６を、互いに同じ値にし、それぞれ図１１に示す方向に回転させる。
【0051】
図１１に示すように、浮上し静止している状態（定点浮上の状態）における回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６に発生する力をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６とする。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、中心点Ｃｋに向かう方向の力であり、この力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のＸＹ平面内における合成力はゼロとなっている。また、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転方向について、Ｚ軸上方からみて、隣り合う回転磁界生成ユニットの間で、時計回り及び反時計回りのように回転の向きが異なっている。図１１では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５のロータの回転が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６のロータの回転が反時計回りとなっている。
【0052】
この場合、ロータの磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６で力が発生しているとして、力Ｆ１のＸ方向の分力Ｆ１Ｘは－Ｆ１・ｓｉｎ３０°＝－Ｆ１・１／２、力Ｆ１のＹ方向の分力Ｆ１ｙはＦ１・ｃｏｓ３０°＝Ｆ１・３１／２／２となる。力Ｆ２～Ｆ６についても、そのＸ方向の分力とＹ方向の分力は、同様に計算できる。
こうして、磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６に作用する力Ｆ１～Ｆ６を、ＸＹＺ軸座標系のＸ軸方向の分力、Ｙ軸方向の分力、及びＺ軸方向の分力に分解して算出する。
こうして、磁界生成素子配置面の回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６に作用する力Ｆ１～Ｆ６を、ＸＹＺ軸座標系のＸ軸方向の分力、Ｙ軸方向の分力、及びＺ軸方向の分力に分解して算出する。
【0053】
同様に、回転中心点Ｃｒ１,Ｃｒ２,Ｃｒ３,Ｃｒ４,Ｃｒ５,Ｃｒ６でトルクが発生するとして、各中心点で作用するトルクを、ＸＹＺ軸座標系のＸ軸周りのトルク、Ｙ軸周りのトルク、及びＺ軸周りのトルクに分解して算出する。
【0054】
ここで、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６それぞれの分力とＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのトルクを、上述の回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６と結びつけるために、回転磁界の回転速度ωｒに対する力ｆｘｒ，ｆｙｒ， ｆｚｒ，及び、トルクτｘｒ，τｙｒ，τｚｒの関係を次式で定義する。ｒは、１～６の自然数である。
【0055】
【数1】
【0056】
上記ｇγ及び上記θγは傾斜角θと磁気浮上移動体１０の浮上高度（ギャップ）及び姿勢によって決まる各回転磁界生成ユニット１４の電気導体板３２に対する位置姿勢であり、回転速度ωｒは各回転磁界生成ユニット１４の回転速度である。
【0057】
Ｋｆｘ（ｇγ，θγ）、Ｋｆｙ（ｇγ，θγ）、Ｋｆｚ（ｇγ，θγ）、Ｋτｘ（ｇγ，θγ）、Ｋτｙ（ｇγ，θγ）、Ｋτｚ（ｇγ，θγ）は、電気導体板３２に対する回転磁界生成ユニット１４の位置ｇγ及び、姿勢（傾斜角θ）によって決まる。また、Ｋｆｘ（ｇγ，θγ）、Ｋｆｙ（ｇγ，θγ）、Ｋｆｚ（ｇγ，θγ）は、電気導体板３２に対する回転磁界生成ユニット１４の位置ｇγ及び、姿勢（傾斜角θ）によって決まる各回転磁界生成ユニット１４の回転速度ωｒに対するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の力の係数である。Ｋτｘ（ｇγ，θγ）、Ｋτｙ（ｇγ，θγ）、Ｋτｚ（ｇγ，θγ）は、電気導体板３２に対する回転磁界生成ユニット１４の位置ｇγ及び、磁界生成素子配置面の傾き（傾斜角θ）によって決まる各回転磁界生成ユニット１４の回転速度ωｒに対するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのトルクの係数である。これらの係数は、図５，６に示す計測により得ることができる。
【0058】
次に、磁気浮上移動体１０の中心点Ｃｋに作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ、及び磁気浮上移動体１０に作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのトルクτｘ，τｙ，τｚを次の式で定義する。
【0059】
【数2】
さらに、各回転磁界生成ユニット１４のロータ回転速度ωｒに関する入力ベクトルωを次式で定義する。
【0060】
【数3】
【0061】
磁気浮上移動体１０の中心点Ｃｋに作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ、及び磁気浮上移動体１０に作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのトルクτｘ，τｙ，τｚは、各回転磁界生成ユニット１４の配置に関する図１１に示す幾何学的情報を用いて得られる座標変換行列Ｔｓにより、各回転磁界生成ユニット１４に作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の分力及びＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのトルクと関係づけることができ、上記ｕと上記入力ベクトルωの関係を表すと下記式（４），（５）となる。
【0062】
【数4】
【0063】
座標変換行列Ｔｓは、次式で表される。
【0064】
【数5】
【0065】
ここで、磁気浮上移動体１０の姿勢を傾けず並進移動が可能であることと、その場で回転可能であることを条件として次式を導出した。
【0066】
【数6】
この（６）式の行列式を計算すると、次式となる。
【0067】
【数7】
傾斜角θが、０＜θ＜９０°であれば、Ｋｆｙ（θ）、Ｋｆｚ（θ）、Ｋτｘ（θ）、Ｋτｙ（θ）、Ｋτｚ（θ）は０とはならない。このため、逆行列Ｔｓ－１が存在し、次式が得られる。
【0068】
【数8】
【0069】
従って、磁気浮上移動体１０の姿勢が電気導電体３２に対して傾いていない場合には、磁気浮上移動体１０に作用する力とトルクを、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータ回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６によって自在に決定でき、モータ２４の回転数Ｎを制御することにより磁気浮上移動体１０を傾けずに並進移動とその場旋回をすることができる。
【0070】
なお、浮上し静止している状態における回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の中心点Ｃｋに向かう方向の力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のＸＹ平面内における合成力がゼロとなる状態は、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６を第２の円周１８の接線方向に同じ傾斜角で同じ方向に傾けても実現できる。
【0071】
図１２は、一実施形態の磁気浮上移動体１０において、回転磁界生成ユニット１４の磁界生成素子配置面を円周方向に同じ傾斜角で同じ方向に傾けた構成の一例を示す図である。
図１２に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向を、いずれも反時計回りにしている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。図１２に示す磁界生成素子配置面の傾きの場合でも、磁気浮上移動体１０の６自由度の動作の制御ができ、モータ２４の回転数Ｎの制御で磁気浮上移動体１０の姿勢を傾けずに並進移動とその場旋回が可能である。
図１２に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向を、いずれも反時計回りにしている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。図１２に示す磁界生成素子配置面の傾きの場合でも、磁気浮上移動体１０の６自由度の動作の制御ができ、モータ２４の回転数Ｎの制御で磁気浮上移動体１０の姿勢を傾けずに並進移動とその場旋回が可能である。
【0072】
また、浮上し静止している状態における回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のＸＹ平面内における合成力がゼロとなる状態は、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６が第１の円周１８の接線方向に向いていても実現可能である。
【0073】
図１３は、回転磁界生成ユニットが生成する力が接線方向に向かう第１の実施態様の一例を説明する図である。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の向きは、すべて機体１２の中心点Ｃｋに向かって内側に向くように傾斜している。
図１３に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向は、Ｚ軸上方からみて、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６を反時計回りにしている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、同じ大きさの力であって、第１の円周１８の接線方向の、交互に異なる側に向いているのでＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。
図１３に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向は、Ｚ軸上方からみて、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６を反時計回りにしている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、同じ大きさの力であって、第１の円周１８の接線方向の、交互に異なる側に向いているのでＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。
【0074】
図１３に示す磁界生成素子配置面の傾きの場合でも、磁気浮上移動体１０の６自由度の動作の制御ができ、モータ２４の回転数Ｎの制御で磁気浮上移動体１０の姿勢を傾けずに並進移動とその場旋回が可能である。
【0075】
図１４は、回転磁界生成ユニットが生成する力が接線方向に向かう第２の実施態様の一例を説明する図である。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６の磁界生成素子配置面の向きは、すべて機体１２の中心点Ｃｋとは反対方向の径方向外側（中心点Ｃｋから見た放射方向）に傾斜している。
図１４に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向は、Ｚ軸上方から見て、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６が反時計回りとなっている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、同じ大きさの力であって、第１の円周１８の接線方向の、交互に異なる側に向いているのでＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。
図１４に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向は、Ｚ軸上方から見て、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６が反時計回りとなっている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、同じ大きさの力であって、第１の円周１８の接線方向の、交互に異なる側に向いているのでＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。
【0076】
図１４に示す磁界生成素子配置面の傾きの場合でも、磁気浮上移動体１０の６自由度の動作の制御ができ、モータ２４の回転数Ｎの制御で磁気浮上移動体１０を傾けずに並進移動とその場旋回が可能である。
【0077】
図１５は、回転磁界生成ユニットが生成する力が接線方向に向かう第３の実施態様の一例説明する図である。回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６は、機体１２の中心点Ｃｋに向かって内側と外側に交互に傾斜している。図１５に示す例では、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６のロータの回転速度を、互いに同じにし、回転方向は、Ｚ軸上方からみて、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－３，１４－５が時計回り、回転磁界生成ユニット１４－２，１４－４，１４－６が反時計回りとなっている。この場合、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は、同じ大きさの力であって、第１の円周１８の接線方向の、交互に異なる側に向いているから、それぞれのＸＹ平面内における合成力をゼロとすることができる。
【0078】
図１５に示す磁界生成素子配置面の傾きの場合でも、磁気浮上移動体１０の６自由度の動作の制御ができ、モータ２４の回転数Ｎの制御で磁気浮上移動体１０の姿勢を傾けずに並進移動とその場旋回が可能である。
【0079】
回転磁界生成ユニット１４に発生する力が機体１２の中心点Ｃｋに向かう場合は、６自由度の運動の制御を実現するためには、回転磁界生成ユニットの数は６以上の奇数でも偶数でもよい。回転磁界生成ユニットが配置された円周の接線方向に回転磁界生成ユニットに発生する力を得る場合、回転磁界生成ユニットの数は、例えば６以上の偶数個にすればよい。
【0080】
以上説明したように、磁気浮上移動体１０の磁界生成素子配置面は、互いに非平行となるように傾斜して機体１２に固定されているので、回転磁界制御部２６は、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニット１４の回転磁界の回転数を制御することにより、磁気浮上移動体１０の、電気導体板３２に対する浮上の動作と、並進移動及び回転動作の少なくとも１つの所望の動作をするように制御することができる。
【0081】
一実施形態によれば、磁界生成素子は永久磁石であり、それぞれの回転磁界生成ユニット１４は、永久磁石を磁界生成素子配置面に搭載したロータ１６と、ロータ１６を回転させるモータ２４と、を備えているので、簡素な構成により、磁気浮上移動体１０の、電気導体板３２に対する浮上の動作と、所望の並進移動あるいは回転動作とをするように制御することができる。
【0082】
また、別の一実施形態によれば、磁界生成素子は電流線を環状に巻いたコイル素子であり、それぞれの回転磁界生成ユニット１４は、複数のコイル素子を搭載し、複数のコイルの各電流の振幅と位相を制御することで磁界を回転させることも好ましい。この場合、モータ２４を必要とせず回転磁界を生成することができるので、軽量の磁気浮上移動体１０を提供することができる。
【0083】
一実施形態によれば、回転磁界生成ユニット群は、同一平面上の円周に沿って配置され、回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、図１１，１２に示すように円周の中心点Ｃｋの側に向くように、磁界生成素子配置面の向きを傾斜させる。また、図１１に示す磁界生成素子配置面の向きの傾斜の構成において、回転磁界の回転方向を逆回転にすることにより、同一平面上の円周に沿って配置され、回転磁界生成ユニットに発生する力の方向が、円周の外側に向くようにさせることもできる。これにより、磁気浮上移動体１０の所望の動作を制御容易に実現することができる。
【0084】
また、一実施形態によれば、回転磁界生成ユニット群は、同一平面上の円周に沿って配置され、回転磁界生成ユニット１４に発生する力の方向を、図１３～１５に示すように円周の接線方向にするように、磁界生成素子配置面の向きを傾斜させる。これにより、磁気浮上移動体１０の所望の動作を制御容易に実現することができる。
【0085】
【0086】
機体動作制御部６２は、磁気浮上移動体１０の並進速度指令値及び機体姿勢指令値と、磁気浮上移動体１０の現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度の情報と、に基づいて、回転磁界生成ユニット群で生成すべき力目標値（ｆｘ
＊，ｆｙ
＊，ｆｚ
＊）およびトルク目標値（τｘ
＊，τｙ
＊，τｚ
＊）を算出する。
磁界回転速度算出部６４は、算出した力目標値及びトルク目標値から、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニット１４に与える磁界の回転速度（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）を算出して回転速度を回転磁界制御部２６に与える。
図１６に示す例では、第１～第６モータドライバ４２－１，４２－２，４２－３，４２－４，４２－５，４２－６が回転磁界制御部２６に対応する。
このような構成により、磁気浮上移動体１０に対して所望の動作を実現するように遠隔操作することができる。
磁界回転速度算出部６４は、算出した力目標値及びトルク目標値から、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニット１４に与える磁界の回転速度（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）を算出して回転速度を回転磁界制御部２６に与える。
図１６に示す例では、第１～第６モータドライバ４２－１，４２－２，４２－３，４２－４，４２－５，４２－６が回転磁界制御部２６に対応する。
このような構成により、磁気浮上移動体１０に対して所望の動作を実現するように遠隔操作することができる。
【0087】
図１７は、一実施形態の磁気浮上移動体の駆動システムの別の一実施態様を示すブロック図である。図１７に示す磁気浮上移動体１０も、機体動作制御部６２と、磁界回転速度算出部６４とを備える。図１７に示す例は、磁界生成素子が永久磁石ではなく、電流線を環状に巻いたコイル素子を用いた駆動システムである。第１～６電流ドライバ４３－１～４３－６は、複数のコイル素子（マルチコイル）それぞれへの振幅と位相を制御した交流電流を回転磁界生成ユニット１４－１～１４－６に供給する。
この場合でも、機体動作制御部６２は、磁気浮上移動体１０の並進速度指令値及び機体姿勢指令値と、磁気浮上移動体１０の現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度の情報と、に基づいて、回転磁界生成ユニット群で生成すべき力目標値（ｆｘ ＊，ｆｙ ＊，ｆｚ ＊）およびトルク目標値（τｘ ＊，τｙ ＊，τｚ ＊）を算出する。
磁界回転速度算出部６４は、算出した力目標値及びトルク目標値から、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニット１４に与える磁界の回転速度（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）を算出して、第１～第６電流ドライバ４３－１，４３－２，４３－３，４３－４，４３－５，４３－６に、算出した回転速度に対応する電流を与える。図１７に示す例では、第１～第６電流ドライバ４３－１，４３－２，４３－３，４３－４，４３－５，４３－６が回転磁界制御部２６に対応する。
この場合でも、機体動作制御部６２は、磁気浮上移動体１０の並進速度指令値及び機体姿勢指令値と、磁気浮上移動体１０の現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度の情報と、に基づいて、回転磁界生成ユニット群で生成すべき力目標値（ｆｘ ＊，ｆｙ ＊，ｆｚ ＊）およびトルク目標値（τｘ ＊，τｙ ＊，τｚ ＊）を算出する。
磁界回転速度算出部６４は、算出した力目標値及びトルク目標値から、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニット１４に与える磁界の回転速度（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）を算出して、第１～第６電流ドライバ４３－１，４３－２，４３－３，４３－４，４３－５，４３－６に、算出した回転速度に対応する電流を与える。図１７に示す例では、第１～第６電流ドライバ４３－１，４３－２，４３－３，４３－４，４３－５，４３－６が回転磁界制御部２６に対応する。
【0088】
【0089】
速度制御器は、磁気浮上移動体１０に対して操作者が指示する並進速度指令値（ｖｘ
＊，ｖｙ
＊，ｖｚ
＊）および現在の機体１２の並進速度（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）の入力を受けると、この２つの入力の差分を求め、この差分に応じた力目標値（ｆｘ
＊，ｆｙ
＊，ｆｚ
＊）を算出する。この力目標値（ｆｘ
＊，ｆｙ
＊，ｆｚ
＊）は、磁界回転速度算出部６４に送られる。機体１２には、並進速度（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）を計測するセンサが設けられている。
【0090】
姿勢制御器は、磁気浮上移動体１０に対して操作者が指示する機体姿勢指令値（φ＊，θ＊，ψ＊）および現在の機体１２の機体姿勢（φ，θ，ψ）の入力を受けると、この２つの入力の差分に応じた回転速度指令値（ωｘ
＊，ωｙ
＊，ωｚ
＊）を算出する。算出された回転速度指令値（ωｘ
＊，ωｙ
＊，ωｚ
＊）は回転速度制御器に送られる。機体１２には、機体姿勢を計測するセンサが設けられている。
【0091】
回転速度制御器は、回転速度指令値（ωｘ
＊，ωｙ
＊，ωｚ
＊）および現在の回転速度（ωｘ，ωｙ，ωｚ）の入力を受けると、この２つの入力の差分を求め、この差分に応じたトルク目標値（τｘ
＊，τｙ
＊，τｚ
＊）を算出する。算出されたトルク目標値（τｘ
＊，τｙ
＊，τｚ
＊）は磁界回転速度算出部６４に送られる。
機体１２には、磁気浮上移動体１０の回転速度を計測するセンサが設けられている。
機体１２には、磁気浮上移動体１０の回転速度を計測するセンサが設けられている。
【0092】
磁界回転速度算出部６４は、上述した式（８）を用いて、算出した力目標値及びトルク目標値から、回転磁界生成ユニット群それぞれの回転磁界生成ユニットに与える磁界の回転速度（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）を算出して回転磁界制御部２６に与える。
【0093】
（実施例）
図１６に示される磁気浮上移動体１０の構成を用いて、磁気浮上移動体１０に対するＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の力目標値ｆｘ ＊，ｆｙ ＊，ｆｚ ＊（以降、単に、力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚと記す）及び磁気浮上移動体１０に対するＸ軸周り，Ｙ軸周り，Ｚ軸周りのトルク目標値τｘ ＊，τｙ ＊，τｚ ＊（以降、単に、トルクτｘ，τｙ，τｚと記す）から、ロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６を具体的な数値として算出した。
力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ及びトルクτｘ，τｙ，τｚとロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６との関係は、力及びトルクが正の値となる範囲において、上述の（８）式によって関係づけられる。要求される各軸の力目標値及びトルク目標値が正の値の範囲で検討した場合、上述の（６）式の行列の要素を決めるため、傾斜角θ＝５度に設定して、係数Ｋｆｙ（θ）、Ｋｆｚ（θ）、Ｋτｘ（θ）、Ｋτｙ（θ）、Ｋτｚ（θ）を定数として、図９，１０に示した実験データを基に、係数Ｋｆｙ（θ）、Ｋｆｚ（θ）、Ｋτｘ（θ）、Ｋτｙ（θ）、Ｋτｚ（θ）の値を求めた。表１は、その値を示す。
図１６に示される磁気浮上移動体１０の構成を用いて、磁気浮上移動体１０に対するＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の力目標値ｆｘ ＊，ｆｙ ＊，ｆｚ ＊（以降、単に、力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚと記す）及び磁気浮上移動体１０に対するＸ軸周り，Ｙ軸周り，Ｚ軸周りのトルク目標値τｘ ＊，τｙ ＊，τｚ ＊（以降、単に、トルクτｘ，τｙ，τｚと記す）から、ロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６を具体的な数値として算出した。
力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ及びトルクτｘ，τｙ，τｚとロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６との関係は、力及びトルクが正の値となる範囲において、上述の（８）式によって関係づけられる。要求される各軸の力目標値及びトルク目標値が正の値の範囲で検討した場合、上述の（６）式の行列の要素を決めるため、傾斜角θ＝５度に設定して、係数Ｋｆｙ（θ）、Ｋｆｚ（θ）、Ｋτｘ（θ）、Ｋτｙ（θ）、Ｋτｚ（θ）を定数として、図９，１０に示した実験データを基に、係数Ｋｆｙ（θ）、Ｋｆｚ（θ）、Ｋτｘ（θ）、Ｋτｙ（θ）、Ｋτｚ（θ）の値を求めた。表１は、その値を示す。
【0094】
【表1】
【0095】
図１６に示されるように、磁気浮上移動体１０は、回転磁界生成ユニット１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６を備えている。回転磁界生成ユニット１４－１は、第１モータと第１ロータと第１永久磁石を備えている。第１永久磁石はＳ極とＮ極が第１ロータに配置され、第１モータによって回転する。回転磁界生成ユニット１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６についても同様の構成となっており、電気導体板３２の側に向いたＮ極、Ｓ極が回転することにより回転磁界が形成される。第１モータドライバ４２－１は、回転磁界生成ユニット１４－１の第１モータを駆動する。第２モータドライバ４２－２～第６モータドライバ４２－６もそれぞれ、回転磁界生成ユニット１４－２の第２モータ～回転磁界生成ユニット１４－６の第６モータを駆動する。第１モータドライバ４２－１～第６モータドライバ４２－６、及び、第１～第６モータは、電源部６０から電源が供給される。
【0096】
機体動作制御部６２は、図１８に示すように、操作のために入力される並進速度指令値及び機体姿勢指令値と、現在の並進速度、機体姿勢、及び回転速度とに基づいてフィードバック制御をし、磁気浮上移動体１０に対するＸＹＺ軸の力目標値及び磁気浮上移動体１０に対するＸＹＺ軸周りのトルク目標値を算出する。磁界回転速度算出部６４は、機体動作制御部６２から送られる力目標値及びトルク目標値から、上述した（８）式に示した逆座標変換行列Ｔｓ－１によって関係づけられロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６を算出する。この磁界回転速度算出部６４で算出されたロータの回転速度ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６により、第１モータから第６モータの回転数が制御される。
【0097】
機体動作制御部６２及び磁界回転速度算出部６４はコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、キーボード、ディスプレイ等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されている。並進速度指令値及び機体姿勢指令値は、コンピュータのキーボードから入力される。
【0098】
【0099】
図１９は、磁気浮上移動体１０の浮上のみの動作（定点浮上の運動）に関する力目標値及びトルク目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。目標値は、Ｚ軸方向の力について－１５０［Ｎ］となっている。磁気浮上移動体１０の動作は浮上のみの動作であるので、このときのロータの回転速度（モータの回転数）、言い換えると回転磁界の回転速度は、第１モータ～第６モータの回転数はいずれも同じ１０８７［ｒｐｍ］である。浮上のみの動作の場合、磁気浮上移動体１０の重さに対する浮上力であり、磁気浮上移動体１０は、一定の浮上高度（電気導体板３２との距離）を保って静止している状態である。
【0100】
図２０は、電気導電体３２の表面からの浮上高度を維持してＸ方向に移動する動作に関する力目標値及びトルク目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。浮上高度を維持するため、Ｚ軸方向の力は－１５０［Ｎ］であり、移動するために、Ｘ軸方向の力は０．２［Ｎ］であり、これらの力が力目標値となっている。このときロータの回転速度（モータの回転数）は、互いに異なる。第１モータの回転数は１１９５［ｒｐｍ］、第２モータの回転数は３２３［ｒｐｍ］、第３モータの回転数は１７４３［ｒｐｍ］、第４モータの回転数は１２４７［ｒｐｍ］、第５モータの回転数は３２３［ｒｐｍ］、第６モータの回転数は１６９１［ｒｐｍ］である。
【0101】
図２１は、浮上高度を維持してＹ方向に移動する動作に関する力目標値及びトルク目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。浮上高度を維持するため、Ｚ軸方向の力は－１５０［Ｎ］であり、移動するために、Ｙ軸方向の力は０．２［Ｎ］であり、これらの力が目標値となっている。このときロータの回転速度（モータの回転数）は、互いに異なる。第１モータの回転数は１９０７［ｒｐｍ］、第２モータの回転数は１８３［ｒｐｍ］、第３モータの回転数は５４８［ｒｐｍ］、第４モータの回転数は１８７７［ｒｐｍ］、第５モータの回転数は７７０［ｒｐｍ］、第６モータの回転数は５５４［ｒｐｍ］である。
【0102】
図２２は、浮上高度を維持してその場旋回（Ｚ軸周りの回転動作）をする動作に関する、力目標値及びトルク目標値と回転速度の関係の一例を示した図である。浮上高度を維持するため、Ｚ軸方向の力は－１５０［Ｎ］であり、その場旋回（Ｚ軸周りの回転動作）のため、Ｚ軸周りのトルクは０．５であり、これらの力、トルクが目標値となっている。このときのロータの回転速度、言い換えるとモータの回転数については、第１モータと第３モータと第５モータの回転数は１６４３［ｒｐｍ］、第２モータと第４モータと第６モータの回転数は５３１［ｒｐｍ］である。
このように、磁気浮上移動体１０の並進速度及び機体姿勢に関する指令値から得られる力目標値及びトルク目標値に対して、ロータの回転速度（回転磁界の回転速度あるいはモータの回転数）を設定して、回転磁界生成ユニットにおける回転磁界の回転数を制御することにより、磁気浮上移動体１０の動作を所望の動作に制御することができる。
このように、磁気浮上移動体１０の並進速度及び機体姿勢に関する指令値から得られる力目標値及びトルク目標値に対して、ロータの回転速度（回転磁界の回転速度あるいはモータの回転数）を設定して、回転磁界生成ユニットにおける回転磁界の回転数を制御することにより、磁気浮上移動体１０の動作を所望の動作に制御することができる。
【0103】
以上、本発明の磁気浮上移動体について詳細に説明したが、本発明の磁気浮上移動体は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【0104】
１０ 磁気浮上移動体
１２ 機体
１４、１４－１～６ 回転磁界生成ユニット
１６ ロータ
１８ 第１の円周
２０,２０－１,２０－２ 磁界生成素子
２２ 第２の円周
２４ モータ
２６ 回転磁界制御部
３０ 回転磁界生成ユニット実験装置
３２ 電気導体板
３４ ６軸力覚センサ
３６ スライダ
３８ エンコーダ
４０ チルトユニット
４２、４２－１～６ モータドライバ
４４ パーソナルコンピュータ
４６ ＤＣ電源
４８ 制御・記録用ＰＣ
５０ 磁界生成素子配置面
６０ 電源部
６２ 機体動作制御部
６４ 磁界回転速度算出部
１２ 機体
１４、１４－１～６ 回転磁界生成ユニット
１６ ロータ
１８ 第１の円周
２０,２０－１,２０－２ 磁界生成素子
２２ 第２の円周
２４ モータ
２６ 回転磁界制御部
３０ 回転磁界生成ユニット実験装置
３２ 電気導体板
３４ ６軸力覚センサ
３６ スライダ
３８ エンコーダ
４０ チルトユニット
４２、４２－１～６ モータドライバ
４４ パーソナルコンピュータ
４６ ＤＣ電源
４８ 制御・記録用ＰＣ
５０ 磁界生成素子配置面
６０ 電源部
６２ 機体動作制御部
６４ 磁界回転速度算出部
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】