BR112014013849B1

BR112014013849B1 - aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente

Info

Publication number: BR112014013849B1
Application number: BR112014013849-4A
Authority: BR
Inventors: Jim G. Michael
Original assignee: Creative Engineering Solutions, Inc.
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2021-02-02
Also published as: KR101995092B1; EP2795634A1; SG11201403705QA; BR112014013849A2; CA2856138C; KR20140110882A; BR112014013849A8; CN103988267A; AU2012348218A1; CA2856138A1; EP2795634B1; CN103988267B; US8350663B1; WO2013085772A1; AU2012348218B2

Abstract

APARELHO DE ELEMENTO MULTINÚCLEO COMUTÁVEL ROTATIVO BASEADO EM MAGNETO PERMANENTE. A presente invenção refere-se a um método para criar e um dispositivo para um aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em magneto permanente, para prender ou levantar um alvo, compreendido de dois ou mais pratos de suporte, cada um contendo uma pluralidade de primeiro e segundo elementos de núcleo complementares. Cada elemento de núcleo compreende magneto(s) permanente(s) com condutos de polo de aço macio magneticamente correspondidos fixados a os polos de o(s) magneto(s) norte e sul. Elementos de núcleo são orientados dentro de pratos de suporte adjacentes de modo que a rotação relativa permita o alinhamento em fase ou fora de fase dos campos magnéticos norte e sul dentro dos condutos de polo. Alinhar um primeiro elemento de núcleo "em fase" com um segundo elemento de núcleo, ou seja, norte- norte/sul-sul, ativa aquele par de elementos de núcleo, permitindo que os campos magnéticos combinados dos condutos de polo sejam dirigidos para um alvo. Alinhar o par de elementos de núcleo "fora de fase", ou seja, norte-sul/sul-norte, desativa aquele par de elementos de núcleo por conter campos opostos dentro dos (...).

Description

Campo da Invenção

[0001] Campos magnéticos atuados manualmente em mandris, suportes e dispositivos de elevação de ímã permanente têm sido usados por décadas em materiais ferromagnéticos (alvos). Aplicações comuns são vistas em moinhos, esmeris, tornos, furadeiras, e outros equipamentos industriais e comerciais. Outras aplicações incluem suportes de dispositivos, ferramentas e medidores, alinhamento de material, e dispositivos de fixação. Vários elevadores baseados em ímã são usados para manuseio de material e equipamento de manipulação robótico. Infelizmente, a maioria das matrizes de ímã permanente comutáveis são caras, difíceis para fabricar, estruturalmente fracas, ou relativamente pesadas. Consequentemente, o uso de matrizes de ímã permanente comutáveis é muito limitado nos mercados comercial e de varejo. Os custos proibitivos representam uma barreira substancial para integrar as matrizes de ímã permanente comutáveis em produtos de usuário final. Têm sido feitas tentativas para usar estes dispositivos em dispositivos automatizados e guindastes, mas o custo e dificuldade para automatizar a atuação impedir a aceitação real do produto. Esforços para desenvolver matrizes de ímã permanente comutáveis para retenção robótica incorrido em problemas com profundidade de campo excessiva, confiabilidade para atuar mecanicamente múltiplas engrenagens e performance magnética inflexível que pode não fornecer a performance de retenção do alvo desejada necessária para cobrir uma amplitude desejada de espessuras, formas e tamanhos, de material juntamente com questões de torque de atuação.

[0002] Ímãs permanentes produzem seus próprios campos magnéticos. Ímãs permanentes têm tanto um polo norte ("N") como um polo sul ("S"). Por definição, a direção do campo magnético local é a direção que o polo norte de uma bússola (ou de qualquer ímã) tende a apontar. As linhas de campo magnético saem de um ímã próximas ao seu polo norte e entram próximas ao seu polo sul. Dentro do ímã, as linhas de campo retornam do polo sul de volta para o polo norte. A "linha de separação de polo magnético" é usada para representar um plano teórico entre os polos norte e sul do ímã permanente. Ímãs permanentes são feitos de materiais ferromagnéticos tais como ferro e níquel que tenham sido magnetizados. A força de um ímã é representada por seu momento magnético ("M"). Para ímãs simples, os pontos M na direção de uma linha traçada do polo sul para o norte do ímã. Polos magnéticos "semelhantes" se repelem quando aproximados um do outro (por exemplo, N e N ou S e S), enquanto que polos magnéticos "opostos" se atraem (por exemplo, N e S).

[0003] Todos os ímãs permanentes e materiais que são fortemente atraídos para os mesmos são ferromagnéticos. Quando o momento magnético de átomos dentro de um dado material pode ser colocado a favor de uma direção, é dito que os mesmos são "magnetizáveis". O ferromagnetismo é o mecanismo básico pelo qual certos materiais formam ou exibem interações fortes com ímãs.

[0004] Um material que é magneticamente mole é similar a ímãs permanentes pelo fato de que o mesmo exibe um campo magnético próprio quando sob a influência de um campo magnético externo. Entretanto, o material não continua a exibir um campo magnético uma vez que o campo aplicado é reduzido para zero. Estes materiais atuam como um "conduto" transportando, concentrando, e dando forma a campos magnéticos.

[0005] Fixar um conduto de polo correspondido apropriadamente (como descrito na Descrição Detalhada da Invenção) a cada lado de um dos polos magnéticos de ímã ou ímãs permanentes define um elemento básico de núcleo. Os condutos de polo contêm e redirecionam perpendicularmente um dos campos magnéticos norte e sul do ímã permanente às faces superior e inferior dos condutos de polo. Cada conduto de polo fixado ao ímã permanente agora contém o campo magnético e direção de polo do ímã permanente para que um conduto de polo do elemento de núcleo contenha o campo norte do ímã permanente e o outro conduto de polo contenha o campo sul do ímã permanente.

[0006] Contendo e redirecionando o campo magnético dentro dos condutos de polo, polos semelhantes têm um nível simultâneo de atração e repulsão. O posicionamento relativo de um elemento superior de núcleo com um adjacente elemento inferior de núcleo define um par de elementos de núcleo. Dois ou mais pares de elementos de núcleo são críticos para operação apropriada do aparelho. Alinhar condutos de polo de elementos superiores de núcleo com condutos de polo de elementos inferiores de núcleo "em fase", ou seja, norte-norte/sul-sul (N-N/S-S), ativa o par de elementos de núcleo fazendo os campos magnéticos combinados dos condutos de polo adjacentes disponíveis atraiam um alvo. Alinhar um par de elementos de núcleo superior e inferior "fora de fase", ou seja, norte-sul/sul-norte (N-S/S-N), resulta nos condutos de polo adjacentes contendo campos opostos e desativa o par de elementos de núcleo. Nesta revelação, "desativação" se refere a um cancelamento substancial do campo magnético que emana da superfície de trabalho.

[0007] Um elemento de núcleo tem que funcionar como uma entidade única e pode requerer a retenção de seus componentes separados em um "receptáculo de elemento de núcleo" a fim de facilitar o posicionamento relativo de dois ou mais elementos de núcleo com respeito um ao outro.

Descrição Detalhada da Invenção

[0008] Materiais ferromagnéticos como ferro que mostra saturação são compostos de domínios magnéticos em regiões microscópicas que atuam como ímãs permanentes minúsculos. Antes de um campo magnético externo ser aplicado ao material, os domínios magnéticos são orientados em direções randômicas e, portanto cancelam um ao outro. Quando um campo de magnetização externo "H" é aplicado ao material, o mesmo penetra o material e alinha os domínios, fazendo com que seus campos magnéticos minúsculos girem e se alinhem paralelos ao campo externo, somando-se para criar um campo magnético grande que se estende para fora do material. Isto é chamado "magnetização" (quanto mais forte o campo magnético externo, mais os domínios se alinham).A saturação ocorre quando praticamente todos os domínios magnéticos estiverem alinhados, de modo que aumentos adicionais no campo aplicado não pode provocar alinhamento adicional dos domínios magnéticos.

[0009] A saturação alvo é muito similar à saturação magnética em que uma vez que todos os domínios magnéticos no alvo material diretamente sob o conduto de polo ou ímã são saturados, qualquer campo magnético excedente não pode ser absorvido. Se um ímã permanente comutável produz um campo excedente ao que um alvo pode absorver, o campo magnético excedente resultará em uma força de atuação aumentada. Força de atuação é a força requerida para superar a resistência magnética entre dois ou mais elementos superiores e inferiores de núcleo adjacentes quando orientando um elemento de núcleo com respeito ao elemento de núcleo adjacente de modo a ficarem alinhados em fase (N-N/S-S). Este campo magnético excedente tem que ser superado quando girando pratos de suporte superior e inferior adjacentes em fase. A força de atuação para alinhar pares de elementos de núcleo pode ser dez vezes maior no ar ou em um alvo muito fino do que quando em um alvo que não satura totalmente, ou seja, um que não absorve o inteiro campo magnético.

[0010] Força de ruptura é a força requerida para separar um ímã perpendicularmente de um alvo. A maior parte dos ímãs são testados em um alvo com espessura suficiente para evitar sobressaturação na área diretamente sob o polo ou polos. Uma vez que a força de ruptura é primariamente uma função da área do conduto de polo e da saturação do material, é o material e não o campo magnético que determina a força de ruptura uma vez que uma espessura do alvo tenha se tornado saturada. Por exemplo, um ímã que tem uma força de ruptura de 100N (Newtons) em 25 mm de espessura do material também pode ter uma força de ruptura de 100N em 12 mm de espessura de material, mas a força de ruptura pode cair para 70N em 6 mm de espessura de material e 10N em 2 mm de espessura de material.

[0011] A permeabilidade magnética (independente de dimensão uma vez que a mesma é relativa à permeabilidade magnética de um vácuo ou ar) pode frequentemente ser considerada como condutividade magnética. Existem essencialmente quatro categorias de substâncias magneticamente permeáveis: (1) Substâncias cuja permeabilidade magnética é menor do que um são chamadas diamagnéticas. Estas substâncias em uma extensão muito pequena produzem um campo magnético oposto em resposta a um forte campo magnético. Devido a esta resposta ser frequentemente extremamente fraca, a maior parte de não físicos consideraria substâncias diamagnéticas como sendo magnéticas; (2) Substâncias cuja permeabilidade magnética é exatamente um (1,00) são chamadas não magnéticas. O ar ou o vácuo tem uma permeabilidade magnética de um; (3) Substâncias com uma permeabilidade magnética maior do que um são chamadas paramagnéticas; e (4) Substâncias com uma permeabilidade magnética muito maior do que um (100 a 100.000) são chamadas ferromagnéticas. Esta invenção trata primariamente com alvos que são ferromagnéticos.

[0012] O alinhamento de fase ocorre quando dois ou mais dos condutos de polo de elementos de núcleo em um prato inferior estiverem alinhados e efetivamente adjacentes à mesma quantidade de condutos de polo de elementos de núcleo em um prato superior. Por exemplo, com referência à Figura 19, o primeiro elemento de núcleo 403a e o segundo elemento de núcleo 403b estão alinhados fora de fase quando o primeiro conduto de polo norte 405a do elemento superior de núcleo está diretamente acima do segundo conduto de polo sul 404b do elemento inferior de núcleo e o primeiro conduto de polo sul 404a do elemento superior de núcleo está diretamente acima do segundo conduto de polo norte 405b do elemento inferior de núcleo.

[0013] Ao contrário, os elementos de núcleo estão alinhados em fase quando o primeiro conduto de polo norte 405a do primeiro elemento de núcleo 403a está diretamente acima do segundo conduto de polo norte 406b do elemento inferior de núcleo e o primeiro conduto de polo sul 404a do primeiro elemento de núcleo 403a está diretamente acima do segundo conduto de polo sul 407b do segundo elemento de núcleo 403b. O alinhamento em fase de elementos de núcleo resulta em uma força repulsiva entre os condutos de polo (repulsão magnética) adicionalmente a um campo magnético externo moderadamente forte. Alinhamento de elementos de núcleo fora de fase resulta em uma forte força de atração (acoplamento magnético) entre os condutos de polo juntamente com campo magnético externo muito pequeno.

[0014] Como ilustrado previamente, alinhar ou posicionar um elemento de núcleo em fase com outro elemento de núcleo ativa (ou atua) um campo magnético externo muito forte, fornecido por um "acoplamento magnético" em fase entre os condutos de polo que têm uma força atrativa e repulsiva instantânea. Elementos de núcleo que estiverem alinhados fora de fase também fornecem um "acoplamento magnético". Este "acoplamento magnético" fora de fase fornece uma força de atração muito forte entre os condutos de polo adjacentes com campo magnético externo pequeno ou nenhum; ou seja, o campo magnético externo é desativado ou desatuado. Elementos de núcleo em fase em contato com um alvo ferromagnético não saturado tem uma força de atração suave entre os elementos de núcleo.

[0015] As linhas de campo magnético fornecem uma forma simples para representar ou desenhar o campo magnético. O campo magnético pode ser estimado em qualquer ponto usando a direção e densidade das linhas de campo nas proximidades: Tipicamente quanto mais forte o campo magnético, maior a densidade das linhas de campo magnético. As linhas de campo magnético representadas na Figura 25 fornecem uma representação bidimensional visível de um campo magnético típico. A linha de campo "visível" representada não é precisamente a mesma que aquela de um ímã isolado. A introdução de limalhas de metal altera o campo magnético atuando como um conduto de polo e redireciona o campo magnético. Embora as limalhas sejam mostradas em uma perspectiva bidimensional, um campo tridimensional pareceria similar a uma ampulheta.

Antecedentes da Técnica Anterior

[0016] Muitas patentes que contêm múltiplos ímãs (agora no domínio público) têm a orientação de ímãs adjacentes em um padrão repetitivo norte-sul/norte-sul, que geralmente é requerido para permitir a ativação e desativação dos dispositivos. Exemplos de técnica anterior frequentemente mostram uma orientação de polo de ferro mole norte- sul/sul-norte para maximizar a profundidade do campo, como mostrado na Patente Norte Americana U.S. 2.287.286 concedida a J. Bing e outros (1942) Figura 1 - Técnica Anterior ("a Patente '286"), bem como os aparelhos mais novos tais como a Patente Norte Americana U.S. 7.161.451 B2 submetida por Shen (2007) Figuras 7A e 7B ("a Patente '451"). Configurações entre ímãs adjacentes com uma orientação alternada norte-sul/sul-norte deveriam ser evitadas com a exceção de aquelas que têm restrições de espaço ou de ângulo de atuação quando usando elementos de núcleo em pratos não ferrosos. Nestes casos, devem ser feitos esforços para minimizar interação entre condutos de polo adjacentes para evitar danificar ou impactar o campo magnético disponível.

[0017] A Patente Norte-Americana U.S. 2.287.286 concedida a J. Bing e outros (1942) (Figura 1 - Técnica anterior) ("a Patente '286") identifica um mandril magnético comutável 101 compreendido de uma pluralidade de setores de ferro mole 103 fixados a e se estendendo axialmente a partir de uma placa não magnética em forma de disco com os ditos setores ficando circunferencialmente afastados fornecendo lacunas opostas diametralmente 104 que se estendem por todo o comprimento dos ditos setores. Ímãs de forma cilíndrica polarizados diametralmente 102 são posicionados em aberturas dentro dos setores de ferro mole 103 ligeiramente maiores do que o diâmetro cilíndrico dos ímãs 102 para permitir a rotação dos ímãs polarizados dentro do aparelho. Orientar os ímãs 102 de modo que cada setor de ferro mole 103 contenha ou dois condutos de polo norte ou dois condutos de polo sul ativa o setor de ferro mole 103, faz com que os campos magnéticos disponíveis combinados atraiam um alvo ferroso. Orientar os ímãs de modo que cada setor de ferro mole 103 contenha um conduto de polo norte e conduto de polo sul desativa o setor de ferro mole. Este princípio básico é usado na maior parte dos projetos atuais de ímã comutável multiímã moderno.

[0018] A Patente Norte Americana U.S. 7.012.495 B2 concedida a Kocijan (2006) (Figura 2A - Técnica anterior) ("a Patente '495") identifica uma configuração de ímã comutável 105 compreendida de um receptáculo 106a e 106b que contém um primeiro ímã permanente 109, um segundo ímã permanente 111, recursos de posicionamento 112 e 113, e meios de atuação (114, 41,116, 117, 118,119 e 120) para provocar a rotação relativa entre o primeiro e segundo ímãs. Os ímãs permanentes 109 e 111 são polarizados diametralmente de modo que o polo sul 110 do ímã permanente inferior 109 seja alinhado com o receptáculo 106a e o polo norte 108 do ímã inferior seja alinhado com o receptáculo 106b. Quando comparado à versão de ímã único da Patente '286, a diferença primária é o uso na Patente '495 de um segundo ímã para cancelamento de campo em vez de desviar os campos. A rotação relativa entre o ímã permanente superior 111 e o ímã permanente inferior 109 permite um meio mais efetivo para cancelar o campo magnético quando os ímãs são orientados norte-sul.

[0019] O projeto funcional descrito pela Patente '495 é comercialmente disponível e representado pela Figura 2B - Técnica anterior e Figura 2C - Técnica anterior. O ímã inferior 126 é fixado ao receptáculo de peça única 121 (encaixe de pressão e/ou colado) com linha de campo magnético polarizado diametralmente 127 perpendicular à parede fina do receptáculo 125. Um disco de baixo atrito 128 é inserido no receptáculo de peça única 121 entre o ímã inferior 126 e o ímã superior 129. A rotação do ímã superior 129 é realizada através do uso de furos de furadeira 130 e 131 para acomodar uma ligação mecânica 132. A fim de girar o ímã superior 129 com respeito ao ímã inferior 126, é requerida uma folga 124 entre o receptáculo de peça única 121 e o ímã superior 129. A folga pode ser obtida usinando um diâmetro maior em volta da posição do ímã superior 129 no receptáculo de peça única 121 ou usando um ímã superior 129 com um diâmetro menor do que o ímã inferior 126. Os campos magnéticos dos ímãs superior e inferior 129 e 126 são dirigidos respectivamente no conduto de polo sul 122a e no conduto de polo norte 122b.

[0020] Dito isto, o projeto descrito pela Patente '495 requer tolerâncias de fabricação rigorosas e é relativamente caro para produzir. A fabricação do receptáculo de peça única 121 é intensiva tanto de material como de mão de obra. A usinagem do receptáculo de peça única 121 (Figuras 2B e 2C - Técnica anterior) requer o uso de material sólido relativamente espesso (acima do dobro da espessura de qualquer ímã) que é em sua maior parte removido por usinagem. A folga 124 tem que ter um acabamento muito liso e/ou lubrificantes de alta performance, para evitar a raspagem rápida da deposição do ímã superior 129 quando girado. A folga 124 também tem que acomodar as tolerâncias do ímã superior 129. A rotação do ímã superior 129 também requer que os furos de furadeira 130 e 131 ou outro recurso de atuação, sejam usinados no ímã superior 129. Estes recursos não apenas enfraquecem a integridade do ímã superior (expondo o mesmo a possível quebra), mas afeta negativamente a qualidade do campo magnético. Os ímãs permanentes são feitos de materiais frágeis excepcionalmente duros que oxidam rapidamente no ar. Isto é particularmente verdadeiro para ímãs de neodímio (dFeB - ferro de neodímio boro). Por ter que prender uma ligação mecânica 132 ao ímã superior 129, o fabricante do ímã tem que produzir ímãs feitos sob medida que têm furos de furadeira 130 e 131 ou, como representado na Figura 2A - Técnica anterior, outros recursos de posicionamento 112 e 113 usinados no ímã permanente 111 antes de magnetizar e chapear. Isto frequentemente requer prazos de entrega extensos, ferramentas caras, compras de grande volume, e de grandes despesas de protótipo, devido à dificuldade para usinar o material NdFeB muito duro. Além disso, os furos de furadeira 130 e 131 têm que ser posicionados precisamente na linha de campo magnético. Frequentemente isto é desafiador uma vez que as lacunas dos ímãs não foram magnetizadas neste ponto. A orientação das lacunas do ímã requer pressão isostática na presença de um campo magnético. Posicionar os furos de furadeira precisamente junto à linha de campo magnético 127 (Figuras 2B e 2C - Técnica anterior) frequentemente é difícil, e se a localização ficar fora mais do que uns poucos graus, resulta em má performance dos dispositivos comutáveis de ímã permanente. Os requeridos ímãs de disco polarizado diametralmente também têm inerentemente a eficiência magnético reduzida quando o tamanho aumenta.

[0021] O problema adicional da Patente '495 é a necessidade de atuação no topo. Por ter o ímã superior 129 (A Figura 2C - Técnica anterior) inserido no receptáculo, a atuação tem que ocorrer sobre o receptáculo. Frequentemente é desejável fixar um dispositivo à superfície de topo do aparelho de ímã comutável. A fixação ao dispositivo descrita na Patente '495 é frequentemente feita a um dos lados verticais (resultando em carga fora do centro) ou a uma montagem tipo engate maior que é fixada a superfícies verticais de conduto de polo sul 122a e de conduto de polo norte 122b opostas. Deve que ser tomado cuidado para assegurar que um alvo ferroso não entre em contato com a superfície plana vertical do receptáculo de peça única 121, uma vez que isto irá puxar o campo magnético para o alvo ferroso, enfraquecendo substancialmente o aperto magnético na superfície de trabalho desejada no fundo do receptáculo.

[0022] A Patente Norte-Americana U.S. 4.329.673 concedida a Uchikune (1982) ("a Patente '673"), (Figura 3 - Técnica anterior) descreve um ímã comutável 150 que usa um método de desvio magnético para desativar um aparelho de ímã comutável. Este método de atuação ainda está em uso atualmente, entretanto sua performance não tão eficiente quanto a Patente '495 e outras patentes que usam campo métodos de cancelamento magnético de ímãs adjacentes permanentes e seus respectivos condutos de polo. Este projeto opera em um princípio de desvio, que combina os campos magnéticos de polo norte 155 e polo sul 154 contidos dentro de um ímã em um conduto de polo relativamente grande 151 e 152 para cancelamento de campo magnético. Os condutos de polo 151 e 152 são separados por um material não ferroso 153. Os condutos de polo são relativamente grandes uma vez que o cancelamento de campo magnético ocorre pela combinação de campos magnéticos de polo norte 155 e polo sul 154 de um de ímã único em vez de um campo magnético de um ímã separado posicionado fora de fase com respeito a um ímã fixo. Quando desviando um ímã único, o campo magnético de polo norte e campo magnético de polo sul são orientados em extremidades opostas, afastadas 180°. A fim de que os campos "desviem" ou neutralizem um ao outro, os mesmos têm que inverter completamente a direção dentro dos condutos de polo 151 e 152. A fim de desligar o dispositivo adequadamente, tem que ser usado aço suficiente para permitir que os campos invertam direção e absorvam qualquer campo magnético residual inteiramente dentro de cada conduto de polo, como não existe nenhuma negação de campo magnético ocorrendo dentro do próprio ímã como é o caso com as patentes mais novas tais como "a Patente 495" e a "Patente 451". Reduzindo o tamanho dos condutos de polo 151 e 152, mais do campo magnético fica disponível para atrair o alvo, para deste modo melhorar a razão performance para peso do ímã.

[0023] A Publicação de Pedido de Patente Norte Americana N°. US 2009/0027149 Al (Kocijan) (29 de janeiro de 2006) ("a Publicação 149") descreve um método e dispositivo para transferência de fluxo autorregulada usando uma matriz de ímãs comutáveis permanentes. Neste projeto, o autor usa orientações diferentes dos ímãs e respectivas peças de polo para criar uma transferência de fluxo "autorregulada", cujo objetivo é ter uma profundidade de campo magnético de adaptação automática para corresponder o nível de saturação do material do alvo. Esta orientação de polo e afastamento geométrico complexos de conduto de ímãs comutáveis individuais aparentemente foram desenvolvidos em uma tentativa para evitar que um campo magnético excessivamente fundo penetre através de mais do que uma folha de metal, para deste modo apertar duas ou mais folhas quando pretendendo levantar apenas uma. A Figura 4B - Técnica anterior demonstra uma das modalidades preferidas desta Publicação. Nesta configuração, cada ímã comutável adjacente é orientado com campos de ímã opostos localizados adjacentes um ao outro; ou seja, norte- sul/norte-sul etc. Em teoria, esta configuração é destinada a permitir que os ímãs comutáveis permanentes levantem uma peça única de folha de metal de uma pilha de folha de metal fina. A teoria é que uma vez que um alvo de metal fino se torne magneticamente saturado, qualquer excesso residual de fluxo ou campo magnético remanescente deve ser redirecionado "automaticamente" para os condutos de polo adjacentes opostos e não ficam disponíveis para atrair outra folha de metal abaixo da primeira folha. Embora experimentação cuidadosa sob condições precisas mostrar que isto é possível, o aperto de campo resultante do alvo fino pretendido é diminuído substancialmente, como não existe nenhum método para parar de redirecionar o campo magnético uma vez que a folha de metal tenha sido separada da pilha de folha de metal, reduz a performance máxima dramaticamente.

[0024] Comparar as orientações de polo ímã comutável (Figura 4B - Técnica anterior) do método de "transferência de fluxo autorregulada" apresentado pela Publicação '149, à disposição de conduto de polo apresentada pela Patente '286 (Figura 4A - Técnica anterior) mostra que o layout representado na Publicação '149 tem estado em uso desde a Patente '286. Os ímãs 160 são girados por 180° para ilustrar as similaridades na orientação dos ímãs entre a Patente '286 e a Publicação '149. A Figura 4A - Técnica anterior mostra o aparelho em uma configuração desativada. A Figura 4C - Técnica anterior é uma representação da Figura 4A - Técnica anterior (Patente '286), sobreposta à Figura 4B Técnica anterior (Publicação '149). Na Figura 4A, os ímãs são orientados da mesma maneira que na Figura 4B com o propósito de desativar o aparelho. Entretanto, na Figura 4B é criada intencionalmente uma folga 164 entre o conduto de polo norte 163 e o conduto de polo sul 165 com o propósito de reduzir ou enfraquecer o campo magnético ao contrário de desativar o mesmo quando não existe nenhuma separação entre o conduto de polo norte 163 e o conduto de polo sul 165. Folga suficiente 164 fornece separação entre campos de conduto de polos sul e norte opostos que produzirão o efeito de enfraquecimento de campo insignificante quando o cancelamento de campo magnético cair em um relacionamento exponencial em ‘não ferrosos. Além disso, a performance do aparelho definida na Publicação '149 em materiais mais espessos tipicamente é menor do que 50% da performance da força de fixação combinada dos ímãs comutáveis individuais.

[0025] A Figura 5 - Técnica anterior representada na Publicação ‘149 identifica outra orientação possível referenciada como uma "matriz estrela" de ímãs permanentes de modo que os condutos de polo fiquem posicionados radialmente ao centro e alternados norte-sul/norte-sul em ímãs adjacentes. Um propósito da configuração de "matriz estrela" representada na Figura 5 - Técnica anterior não é identificada por Kocijan na Publicação ‘149 devido ao desequilíbrio substancial imprevisível do campo magnético interno 167 e campo magnético externo 166 causado pelo afastamento diferente de campos magnéticos opostos; entretanto, a Publicação ''49 identifica a "matriz estrela" como outra variação de um "sistema fechado" sem identificar um possível propósito para esta configuração. Sistemas de campo magnético fechado tais como um descrito pela Publicação ‘149 ter estado em domínio público há mais de 40 anos.

[0026] As limitações do projeto descrito pela Publicação ‘149 são substanciais. A performance máxima da unidade é limitada à soma dos ímãs permanentes individuais e respectivos polos. A dificuldade de ativar os ímãs individuais é substancial como descrito em mais detalhe abaixo. Otimizar uma solução de base ampla é extremamente difícil, se não impossível. As exigências de tolerância são excessivas. A flexão de materiais finos durante a elevação provavelmente causaria uma falha de elevação uma vez que os ímãs e polos individuais não podem manter contato íntimo devido ao pequeno diâmetro do contato.

[0027] Embora a Publicação '149' não faça nenhuma tentativa para patentear o método de atuação identificado mostrado nas Figuras 6A e 6B - Técnica Anterior, a mesma retrata e destaca a natureza complexa e desafiadora de ativar uma matriz de ímãs comutáveis individuais. O custo do mecanismo pneumático do mecanismo de comutação 170 é facilmente 50 vezes o custo dos ímãs comutáveis e condutos de polo. A atuação deste aparelho requer girar cada ímã superior com fenda 171 180° em todos os ímãs comutáveis 172a, 172b e 172c. Engrenagens ou acionadores não magnéticos têm que ser fixados a cada ímã superior com a fenda 171 em cada ímã comutável 172a, 172b e 172c, juntamente com uma engrenagem central para acionar os mesmos simultaneamente. A fixação precisa de uma engrenagem ou acionador para o ímã superior com fenda niquelado 171 é desafiador para dizer o mínimo. Além disso, as exigências de folga do ímã superior com fenda 171 para a peça única que aloja o conduto de polo sul 173a e o conduto de polo norte 173b resulta em considerável folga dentro do mecanismo de engrenagem, permitindo a possibilidade de pular dente de engrenagem. Para complicar, uma das reivindicações avisa que "deve ser concebido um portador 174 e 175 para permitir deslocamento limitado dos ímãs com respeito um ao outro". Isto é altamente não realista devido à natureza inflexível da montagem do mecanismo de acionamento requerido para girar todos os ímãs superiores individuais. As similaridades na Orientação do Ímã - O pedido de patente apresentado para um Aparelho de Elemento Multinúcleo Comutável Rotativo Baseado em Ímã Permanente, daqui em diante referenciado como um Ímã Comutável Rotativo ou RSM, têm muitas configurações de orientação do ímã, com a modalidade preferencial sendo pares alternados; ou seja, norte-norte/sul-sul, norte-norte/sul-sul. Entretanto, uma vez que o mecanismo pelo qual os elementos de núcleo atuam requer inversões de orientação, algumas configurações podem ser posicionadas em norte-sul/norte-sul.

[0028] O RSM demonstra métodos muito mais simples para atuar uma grande quantidade de ímãs e polos, e o faz sem a necessidade de mecanismos de atuação caros e complexos tais como o aparelho descrito na Figura 6A. Embora possa parecer que existem leves similaridades na orientação do elemento de núcleo entre o RSM (Figura 11) e a "matriz estrela" descrita pela Publicação '149 (Figura 4), os propósitos das orientações são completamente diferentes. Como mostrado anteriormente na "Patente 286" uma disposição alternada norte - sul entre ímãs adjacentes e respectivos condutos de polo, data de 1942. No projeto do RSM, é usada uma disposição alternada para permitir a sobre posição de elementos superiores e inferiores de núcleo com o propósito de ativar ou desativar o par de elementos de núcleo. A posição do elemento de núcleo é determinada por tamanho do aparelho, variação de espessura do alvo, peso do alvo ou força de fixação desejada, disponibilidade e economia do ímã. É intenção do pedido maximizar a força de aperto de cada ímã. No caso da Publicação '149 "a Matriz estrela" tem meramente um layout de campo "único" que tem características magnéticas não usuais variáveis dependendo de onde o campo magnético é medido. O campo magnético interno 167 (Figura 5 - Técnica anterior) teria força magnética pequena, enquanto que o campo magnético externo 166 seria mais forte.

[0029] O inventor do RSM reconhece a necessidade de evitar profundidade excessiva de campo quando a intenção é levantar uma única folha de aço fina de uma pilha de folhas de metal. O projeto do RSM proposto também fornece um método que é capaz de adaptar dinamicamente sua profundidade de campo sobre uma amplitude predefinida sem intervenção de operador. Isto será discutido adicionalmente na seção Descrição Detalhada da Invenção. A Patente Norte-americana U.S. 7.161.451 B2 concedida a Shen (2007) (Figuras 7A, 7B e 8 - Técnica anterior) ("a Patente '451") identifica um mandril magnético 180 compreendido de uma camada superior de mandril 181a e camada inferior de mandril 181b com um centro de rotação comum 182, uma periferia comum 183 e superfície superior e inferior plana paralela 184, onde uma das superfícies planas de camada de mandril é a superfície de trabalho 185. Cada placa de ímã permanente 186a tem uma extremidade interna no centro de rotação 182 que se estende para fora para a periferia 183, com os blocos de ímã mole 187a maiores do que a placa de ímã permanente adjacente 186a. A camada superior de mandril 181a é compreendida de um bloco magnético mole 187a, interposto entre cada par de placas de ímã permanente magnetizadas 186a e 188a em volta do centro de rotação 182. A segunda camada do mandril é compreendida de bloco magnético mole 187b, interposto entre as placas de ímã permanente 186b e 188b que são complementares em forma e posição ao bloco magnético mole 187a interposto entre as placas de ímã permanente 186a e 188a da primeira camada do mandril.

[0030] Girar a camada superior de mandril 181a com respeito à camada inferior de mandril fixada 181b para que os blocos de ímã mole superiores 187a em cada camada fiquem alinhados norte com norte com o bloco magnético mole inferior 187b resulta em ativação. Ao contrário, girar a camada superior de mandril 181a com respeito à camada inferior de mandril fixada 181b para que os blocos de ímã mole superiores 187a em cada camada fiquem alinhados norte com sul com respeito aos blocos de ímã mole inferiores 189b resulta em desativação do aparelho. O projeto funcional descrito pela Patente '451 não é conhecido por estar comercialmente disponível. Embora o mesmo seja um projeto teoricamente viável, o projeto descrito pela Patente '451 tem problemas consideráveis que são difíceis de superar. Mais importante como representado na Figura 8 - Técnica anterior, a desativação do mandril 190 girando a camada superior do mandril 191a relativa à camada inferior de mandril 191b quando nenhum alvo ou um alvo fino está na superfície de trabalho, resulta em atrito muito alto na área de contato 192 entre as placas de mandril, tornando muito difícil a atuação e provocando desgaste ou esfolamento prematuro entre os dois mandris. O acabamento dos blocos de ímã superior e inferior 193a e 193b respectivamente é crítico para minimizar o torque de atuação e é uma vez mais um processo de produção caro e difícil. O projeto requer tolerâncias de fabricação muito rigorosas e é caro para produzir. Além disso, o uso de múltiplos blocos de ímã superior e inferior separados 193a e 193b enfraquece substancialmente a integridade de cada camada do mandril, deste modo requerendo reforço suplementar das placas superior e inferior 195a e 195b respectivamente, bem como o uso de suporte do prato superior 194 e receptáculo estrutural externo 196 e 197 que também requer uma quantidade considerável de fixadores não ferrosos e furos. Os fixadores usados, a menos que feitos especificamente de materiais magneticamente moles, reterão fluxo magnético que impedirá a desativação completa. Variações de usinagem muito pequenas na produção dos blocos de ímã superior e inferior individuais 193a e 193b respectivamente, bem como nas placas de ímã permanente superior 198a e placas de ímã permanente inferior 198b resultarão em interferência mecânica durante a rotação, potencialmente provocando ligação das camadas do mandril no receptáculo exterior, composta adicionalmente pela força de atração muito forte entre as camadas do mandril. A tolerância a variações de espessura das placas de ímã permanente também fará com que as camadas superior e inferior do mandril 191a e 191b respectivamente, não sejam mais cilíndricas ou planas nas superfícies superior e inferior das camadas do mandril, devido à mudança na dimensão e forma quando montadas. Isto provavelmente irá requerer um processo de pós- usinagem das placas de mandril montadas com componentes magnéticos ativos para assegurar uma superfície plana superior e inferior em cada mandril - uma operação de produção desencorajadora. Um problema adicional com o projeto da Patente '451 é a necessidade de atuação no topo 199. O uso de blocos de ímã superior e inferior separados 193a e 193b respectivamente, e placas de ímã permanente superior 198a e placas de ímã permanente inferior 198b determina que sejam usados um receptáculo estrutural externo 196 e 197 e suporte de prato superior 194 para encapsular todos os componentes separados, particularmente a camada inferior de mandril 191b. Frequentemente é necessário um gancho de olho ou outro método de fixação na superfície de topo do mandril onde a atuação no topo 199 ocorre e seria altamente preferencial atuar do lado deixando a superfície de topo disponível para meios de fixação. Embora uma unidade atuada lateralmente seja possível com este projeto, isto complicaria a estrutura de suporte adicionalmente.

[0031] Comparação da Invenção à Técnica Anterior - O RSM descrito e reivindicado neste documento tem vantagens significativas quando comparado à técnica anterior: - Facilidade de atuação: A atuação pode ser realizada por movimento rotacional do prato de suporte superior incluindo o topo e os lados, permitindo muito mais flexibilidade para integração nos produtos e dispositivos, e fixação mais fácil de periféricos ao aparelho. Também têm que ser desenvolvidos meios de atrito reduzido, bem como métodos de balanceamento magnético para acomodar sua implementação; - Custo de ímã reduzido: A de arquitetura altamente flexível da invenção permite adaptação imediata de ímãs de prateleira. Como um benefício adicional, o uso de múltiplos ímãs menores em cada elemento de núcleo pode resultar em uma força magnética maior do que uma de ímã único maior. A prototipação agora é reduzida a dias em vez de meses;

[0032] Tolerâncias de fabricação reduzidas: Os elementos de núcleo são uma parte integral dos pratos de suporte. Formas de ímã mais simples que não requererem usinagem e orientação de campo complexas reduzem substancialmente o risco de falha do produto;

[0033] Projeto mais forte, mais robusto: A eliminação de recursos usinados no ímã aumenta substancialmente a força estrutural do ímã. A incorporação de ímãs em um prato de suporte ferroso ou não ferroso reduz dramaticamente dano abrasivo causado por girar um ímã de encontro a uma superfície de aço ou o risco de dano ao ímã devido a impacto ou forças de tensão da ligação mecânica 132 (Figura 2B - Técnica anterior) ou, como descrito, pelos meios de atuação 114 a 120 (Figura 2A - Técnica anterior);

[0034] Flexibilidade de tamanho extrema: O tamanho do ímã não é mais uma restrição primária para produzir ímãs comutáveis muito grandes. A arquitetura flexível desta invenção permite a combinação de múltiplos ímãs menores de tamanhos e geometrias diferentes para se comportar como um ímã permanente único como representado nas Figuras 9A e 9B. A redução da razão de força magnética para volume, observada com ímãs maiores, não é mais um fator devido à habilidade para combinar múltiplos tamanhos e geometrias de ímãs permanentes para emular um ímã único permanente com uma de razão de força para volume maior;

[0035] Estabilidade melhorada: para muitos dispositivos, uma base mais ampla frequentemente é tão importante como ou mais importante do que a força magnética total. A elevação magnética de folhas ou estruturas de metal fino é idealmente espalhada por uma grande área de superfície com penetração magnética mínima da folha de metal. Projetos magnéticos comutáveis correntes para folhas finas ou peças maiores são muito caras, difíceis para produzir e difíceis para atuar. Esta invenção permite atuação simples de muitos elementos individuais de núcleo posicionados em uma estrutura não ferrosa de baixo custo. As dimensões externas podem ter muitos pés de diâmetro, extremamente finas e ter um diâmetro interno variável;

[0036] Uso eficiente de ímãs de terras raras: A arquitetura da invenção permite o desenvolvimento de aparelhos de perfil mais baixo. Ser capaz de selecionar o tamanho mínimo necessário do ímã para obter a profundidade de campo ótima permite a produção de um aparelho com peso consideravelmente menor e o uso de muito menos material de terras raras para obter Performance de Ruptura igual ou melhor do que um ímã comutável tradicional substancialmente mais caro maior e mais pesado com a mesma área de ocupação. Além disso, selecionar ímãs apropriados com uma área de face maior do que altura ou largura do polo, a área de superfície de trabalho do conduto de polo pode ser aumentada proporcionalmente sem sacrificar a performance, ao mesmo tempo em que reduz o torque de atuação.

[0037] Facilidade de integração em produtos: A arquitetura da invenção permite o desenvolvimento de um receptáculo e prato de suporte combinados projetados para aplicações específicas. Usando a configuração básica de prato de suporte como um modelo, uma nova configuração de prato de suporte pode ser concebida, o que incorpora montagem recursos, formas ergonômicas ou estilizadas e alavancagem ou outras melhorias de performance.

Breve Sumário da Invenção

[0038] Esta invenção refere-se a um aparelho RSM. Especificamente, a invenção refere-se a um dispositivo de fixação magnético compreendido de pratos de suporte adjacentes. Cada prato de suporte contém uma quantidade par de elementos de núcleo (dois ou mais) localizados em posições geometricamente similares como no prato de suporte adjacente. Cada elemento de núcleo é compreendido de um ou mais ímãs permanentes com polos norte (N) e sul (S) opostos. Os ímãs podem variar de forma; por exemplo, os mesmos podem ter uma forma de barra, disco, trapezoide, cubo, esfera, semiesfera ou cilindro. Cada elemento de núcleo tem superfícies de trabalho de conduto de polo perpendiculares à linha de separação de polo magnético do ímã ou ímãs permanentes, de modo que tanto o polo norte como sul do ímã ou ímãs permanentes tenham seus respectivos campos magnéticos dirigidos através dos condutos de polo para as superfícies de topo e fundo de cada prato de suporte. Os condutos de polo são compreendidos de um material ferroso mole magneticamente, correspondidos magneticamente para conter o campo do ímã ou ímãs adjacentes, posicionados na face de cada ímã ou polo do ímã e isolados do polo oposto. O tamanho e forma do conduto são baseados na força relativa e forma do ímã ou ímãs permanentes usados.

[0039] O projeto do RSM fornece uma construção única altamente flexível que permite que uma variedade de ímãs comutáveis que varia de extremamente compacto a extremamente grande, ao mesmo tempo em que oferecendo uma razão de performance para peso excepcional, de arquitetura altamente flexível, custo reduzido, simplificado e rápido para produção, de segurança melhorada, projeto robusto, e atuação rotativa simples.

Breve Descrição dos Desenhos

[0040] A Figura 9A é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo que compreende um suporte não ferroso e condutos de polo de forma cilíndrica para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0041] A Figura 9B é uma vista oblíqua explodida da modalidade representada na Figura 9 A.

[0042] A Figura 9C é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo, que compreende um suporte não ferroso e condutos de polo de forma retangular para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0043] A Figura 9D é uma vista oblíqua explodida da modalidade representada na Figura 9C.

[0044] A Figura 9E é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo, que compreende um ímã permanente em forma de barra e dois condutos de polo de forma elíptica para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0045] A Figura 9F é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo, que compreende ímãs permanentes em forma de barra e dois semicondutos de polo de forma cilíndrica para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0046] A Figura 9G é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo único, que compreende um ímã permanente em forma de disco polarizado diametralmente, e um receptáculo de peça única, conhecido como uma forma de "Duplo D" que funciona como dois condutos de polo separados, para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0047] A Figura 9H é uma vista oblíqua de um elemento de núcleo único que compreende um ímã permanente em forma de disco polarizado diametralmente e dois condutos de polo em forma de barra para uso com pratos de suporte não ferrosos.

[0048] A Figura 10 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte não ferroso, que compreende um prato de suporte não ferroso que contém oito elementos de núcleo da configuração mostrada na Figura 9F orientados com condutos de polo semelhantes voltados um para o outro.

[0049] A Figura 11 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte não ferroso que compreende um prato de suporte não ferroso que contém oito elementos de núcleo da configuração mostrada na Figura 9G orientados com suas linhas de campo de ímã permanente perpendiculares ao centro do prato de suporte.

[0050] A Figura 12 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte não ferroso que compreende prato de suporte não ferroso que contém 12 elementos de núcleo da configuração mostrada na Figura 9G com cada elemento de núcleo girado aproximadamente 60° de seu centro com respeito a um elemento de núcleo adjacente.

[0051] A Figura 13 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte não ferroso que compreende um prato de suporte não ferroso que contém 18 elementos de núcleo da configuração mostrada na Figura 9G orientados de modo que os condutos de polo alternem suas orientações a cada três elementos de núcleo adjacentes.

[0052] A Figura 14 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte ferroso que compreende um prato de suporte ferroso geometricamente similar ao prato de suporte não ferroso apresentado na Figura 10 exceto que os oito elementos de núcleo mostrados na Figura 10 são reposicionados por oito ímãs permanentes e os dois condutos de polo de cada elemento de núcleo são uma parte integral do prato de suporte ferroso, compartilhados entre os condutos de polo semelhantes de ímãs adjacentes permanentes.

[0053] A Figura 15 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte ferroso que compreende um prato de suporte ferroso com oito elementos de núcleo, em que cada elemento de núcleo tem dois ímãs permanentes em forma de disco de diâmetros diferentes polarizados diametralmente alinhados ao longo da linha de campo de ímã permanente e dois condutos de polo que são uma parte integral do prato de suporte ferroso compartilhado entre os condutos de polo semelhantes de ímãs adjacentes permanentes com o prato de suporte tendo um diâmetro externo e equivalente diâmetro interno menor do que o prato de suporte representado na Figura 14.

[0054] A Figura 16 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte ferroso que compreende um prato de suporte ferroso que contém 14 elementos de núcleo, em que cada elemento de núcleo tem um ímã permanente cilíndrico polarizado diametralmente e dois condutos de polo que são uma parte integral do prato de suporte ferroso compartilhados entre os condutos de polo semelhantes de ímãs adjacentes permanentes.

[0055] A Figura 17 é uma vista oblíqua de um conjunto de prato de suporte ferroso que compreende um prato de suporte ferroso que contém 14 elementos de núcleo, em que cada elemento de núcleo tem um ímã permanente em forma de barra e dois condutos de polo que são uma parte integral do prato de suporte ferroso compartilhados entre os condutos de polo semelhantes de ímãs adjacentes permanentes.

[0056] A Figura 18 é uma vista oblíqua explodida de um conjunto de prato de suporte ferroso que compreende um prato de suporte ferroso que contém oito elementos de núcleo, em que cada elemento de núcleo tem múltiplos ímã permanentes em forma de barra de tamanhos diferentes e dois condutos de polo que são uma parte integral do prato de suporte ferroso compartilhados entre os condutos de polo semelhantes de múltiplos ímãs permanentes adjacentes em forma de barra de diferentes tamanhos.

[0057] A Figura 19 é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados, qualquer dos quais é representado na Figura 10.

[0058] A Figura 20A é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados, qualquer dos quais é representado na Figura 12, mostrados com os elementos de núcleo alinhados fora de fase e os campos magnéticos desativados.

[0059] A Figura 20B é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados como representados na Figura 20A, mostrados com os elementos de núcleo alinhados parcialmente fora de fase e os campos magnéticos parcialmente desativados.

[0060] A Figura 20C é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados como representado na Figura 20A e B, mostrados com os elementos de núcleo alinhados parcialmente em fase e os campos magnéticos parcialmente ativados.

[0061] A Figura 20D é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados como representados nas Figuras 20A a C, mostrados com os elementos de núcleo alinhados em fase e os campos magnéticos ativados.

[0062] A Figura 21A é uma vista oblíqua de um (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados, qualquer dos quais é representado na Figura 13, mostrados com os elementos de núcleo alinhados fora de fase e os campos magnéticos desativados.

[0063] A Figura 21B é uma vista oblíqua de (separados na figura por clareza) par de pratos de suporte não ferrosos empilhados como representados na Figura 21 A, mostrados com um terço dos elementos de núcleo alinhados fora de fase, dois terços dos elementos de núcleo alinhados em fase, e os campos magnéticos parcialmente desativados.

[0064] A Figura 21C é uma vista oblíqua de (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados como representados nas Figuras 21A e B, mostrados com dois terços de elementos de núcleo alinhados em fase, um terço dos elementos de núcleo alinhados fora de fase, e os campos magnéticos parcialmente ativados.

[0065] A Figura 21D é uma vista oblíqua de (separados na figura por clareza) par de conjuntos de prato de suporte não ferroso empilhados como representados na Figura 21A a C, mostrados com todos os elementos de núcleo alinhados em fase e os campos magnéticos ativados.

[0066] A Figura 22A é uma vista oblíqua de um par de conjuntos de prato de suporte de configurações diferentes empilhados, cada um dos quais é individualmente representado pelas Figuras 16 e 17.

[0067] A Figura 22B é uma vista oblíqua explodida da modalidade representada na Figura 22A com meios de redução de atrito.

[0068] A Figura 23A é uma vista oblíqua de um aparelho compreendido de um receptáculo externo, dois conjuntos de prato de suporte não ferroso, meios de retenção, e meios de redução de atrito.

[0069] A Figura 23B é uma vista oblíqua explodida da modalidade descrita na Figura 23 A.

[0070] A Figura 24 é uma vista oblíqua de um aparelho compreendido de um receptáculo, dois conjuntos de prato de suporte, e meios de atuação automatizados.

[0071] A Figura 25 é uma imagem que representa as linhas de campo magnético de um ímã permanente.

[0072] A Figura 26 é uma vista oblíqua parcialmente explodida de conjuntos de prato de suporte ferroso empilhados (separados na figura por clareza) com um conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado que integra um conjunto de prato de suporte fixado ao mesmo e compreende uma forma diferente daquela do conjunto de prato de suporte giratório. O conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado serve como um receptáculo e conjunto de prato de suporte combinados.

[0073] A Figura 27 é uma vista oblíqua parcialmente explodida de uma matriz de camada única de conjuntos de prato de suporte não ferroso que apresenta um conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado que integra dois conjuntos de prato de suporte fixados ao mesmo e compreende adicionalmente uma forma diferente daquela de dois conjuntos de prato de suporte giratório correspondentes. O conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado serve como um receptáculo combinado para uma matriz de múltiplos conjuntos de prato de suporte giratório.

[0074] A Figura 28 é uma vista oblíqua parcialmente explodida de uma matriz de camada única de conjuntos de prato de suporte ferroso que apresenta uma parte superior da camada compreendida de um receptáculo de prato giratório com múltiplos conjuntos de prato de suporte giratórios inseridos no mesmo e uma parte inferior da camada compreendida de um conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado. O conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado integra múltiplos conjuntos de prato de suporte no mesmo.

[0075] A Figura 29 é um vista oblíqua parcialmente explodida de uma matriz de camada dual de conjuntos de prato de suporte ferroso, cada uma das camadas compreendida de uma matriz de camadas de conjuntos de prato de suporte ferroso, cada uma das ditas matrizes de camadas de conjuntos de prato de suporte ferroso compreendida de uma camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado e uma camada de conjuntos de prato de suporte giratórios.

Descrição Detalhada da Invenção

[0076] O RSM tem várias modalidades preferenciais como descrito neste documento. Entretanto, invariavelmente as etapas para fazer as diferentes modalidades da invenção são as mesmas. As etapas para fazer as diferentes modalidades compreendem: considerações de projeto e operacional; seleção de tamanho e forma de ímã permanente; determinação de meios de redução de atrito; correspondência de condutos de polo; projeto dos elementos de núcleo; determinação da configuração do prato de suporte; e configurações do receptáculo.

Considerações de Projeto e Operacionais

[0077] A arquitetura altamente flexível da invenção permite configuração rápida do aparelho para ser adaptado otimamente para a aplicação ou projeto do produto final. Combinar a desejado força de aperto, posição de fixação e carga deslocada (momento) com as propriedades típicas do alvo desejado auxiliará a selecionar os elementos apropriados necessários no RSM para obter aquelas metas. As especificações do alvo tais como material, espessura, composição, acabamento, dureza, tamanho e peso precisam ser identificadas antecipadamente.

Seleção de Tamanho e Forma de Ímã Permanente

[0078] Inicialmente, a seleção de tamanho e forma de ímã permanente deve ser baseada em especificações publicadas de uma força e grau particulares de ímã permanente. Entretanto, a orientação da linha de campo magnético e configuração do elemento de núcleo podem ter um efeito dramático na performance do elemento de núcleo. Como um exemplo, cálculos e ou especificações tradicionais usando dois ímãs idênticos em tamanho (1,27 cm (0,5 polegada) de altura x 1,27 cm (0,5 polegada) de profundidade x 2,54 cm (1 polegada) de comprimento) indicaria que um ímã magnetizado através do comprimento de 2,54 cm (1 polegada) (N42 = 22,7 kg (50lb)) tem consideravelmente melhor força de fixação de encontro a uma placa de aço do que um ímã magnetizado através da altura de 1,27 cm (16,8 kg). Isto é razoavelmente preciso se for desejado usar apenas a ímã descoberto sem condutos de polo.

[0079] Entretanto, uma vez que o campo magnético está sendo dirigido através de condutos de polo, frequentemente a performance é melhor usando um ímã que é magnetizado através da altura (1,27 cm). Uma vez que a área de superfície do conduto de polo é baseada diretamente na área de superfície da face de polo ímã permanente, a área do conduto de polo do ímã magnetizado ao longo de 2,54 cm de comprimento seria baseada em 1,56 centímetro quadrado de área de face de polo do ímã (1,27 cm de altura x 1,27 cm de profundidade). A área do conduto de polo do ímã magnetizado ao longo da altura de 1,27 cm teria uma face de polo do ímã de 3,12 centímetros quadrados (1,27 cm de profundidade x 2,54 cm de comprimento). Neste caso, o ímã teoricamente mais fraco trabalha igualmente ou melhor do que a ímã dimensionado de forma idêntica com a área de superfície de conduto de polo menor.

[0080] Uma vez que os ímãs permanentes são consideravelmente mais caros do que aço, a preferência geral é para usar ímãs que são magnetizados ao longo do eixo fino, neste caso a altura de 1,27 cm e não o comprimento de 2,5 cm. Isto fornece performance comparável ou melhor ao mesmo tempo em que usa menos material de ímã. O Lm ou comprimento do ímã é definido como a distância do polo sul para o polo norte, e não deve ser confundido com o comprimento do ímã (dimensão mais longa). A folga de ar é definida como a distância que separa a superfície de trabalho do RSM do alvo. O comprimento magnético Lm dos ímãs permanentes deve ser baseado na performance desejada da folga de ar. Itens tais como pintura, deposição e ou outros acabamentos atuam como uma separação física entre o RSM e o alvo. Uma folga de ar de 0,025 cm pode reduzir a força de ruptura de menos do que 10% a tanto como 75%. Um Lm maior pode aumentar substancialmente a performance de folga de ar. O uso de ímãs de maior comprimento (Lm) com a mesma área de superfície tipicamente aumenta a performance de folga de ar, o que pode ser útil quando tentando levantar alvos pintados, chapeados, ou ásperos e irregulares.

[0081] A profundidade de campo magnético é relacionada à distância média entre condutos de polo opostos. Pode ser vantajoso substituir múltiplos ímãs menores com o mesmo comprimento magnético e aproximadamente o mesmo volume. Isto frequentemente produz performance superior àquela de um único ímã grande. Uma vez que a força de um ímã é frequentemente especificada em termos de alvos infinitamente espessos, os ímãs particulares devem ser testados na espessura de alvo pretendida para verificação de performance antes da seleção.

[0082] Embora a modalidade preferencial use primariamente ímãs de neodímio devido ao preço e performance, a maior parte das composições de ímã podem ser usadas desde que as mesmas não desmagnetizem (percam seus magnetismos) quando sujeitas a um campo magnético igual ou ligeiramente mais forte da polaridade oposta. Isto é conhecido como coercividade. Outras considerações envolvem classificação de temperatura dos ímãs ou o ponto em que os mesmos começam a desmagnetizar se levados acima daquela temperatura, ou seja, o ponto de Curie. Para ímãs de neodímio básicos, é importante que a temperatura de armazenamento permaneça abaixo de 310°C e evitar uso em temperaturas acima de 80°C uma vez que a força magnética degradará firmemente acima daquele ponto. Desde que o ímã não tenha sido sujeito a temperaturas acima o ponto de Curie, os ímãs devem retornar ao normal quando resfriados.

Correspondência de Condutos de Polo

[0083] Existem duas funções primárias para os condutos de polo. A primeira é conter o alinhamento de campo magnético fora de fase (N- S/S-N) de dois ou mais ímãs desejados para que nenhum fluxo magnético emane da área de superfície de contato do conduto de polo, para deste modo desativar o aparelho. A segunda função do conduto de polo é redirecionar os campos de conduto de polo alinhados em fase combinados de dois ou mais ímãs, ativando o aparelho. Os condutos de polo são idealmente construídos de um material magneticamente mole tal como aço macio ou aço solenoide. Idealmente, o conduto de polo sul 201a e o conduto de polo norte 201b têm que entrar em contato com cada uma das faces de polo dos ímãs como representado na Figura 9A. Têm que ser usados meios para isolar os condutos de polo norte e sul para fornecer separação adequada entre polos opostos. A Figura 9H identifica um meio de isolamento por ter um conduto de polo norte 252b separado do conduto de polo sul 252a pela lacuna 253. A lacuna 253 tem que ser grande o suficiente para que os campos magnéticos contidos dentro dos condutos de polo norte e sul 252b e 252a respectivamente, não acoplem magneticamente para que essencialmente todos os campos magnéticos que emanam dos condutos de polo norte ou sul fiquem disponíveis para redirecionamento em um conduto de polo ou o alvo adjacente. A distância ou a lacuna de separação ótima pode ser aproximada como igual à Lm. A área de superfície da interface de contato entre a face de polo sul do ímã 203a e a face de polo sul do ímã de conduto adjacente 204a tem que ser pelo menos 25% da área de superfície da face de polo sul do ímã 203a, representada na Figura 9B. A segunda exigência dimensional para o conduto de polo é que a área de superfície de conduto de polo sul 205a ou área de superfície de conduto de polo norte 205b que entra em contato com ou o alvo ou um conduto de polo adjacente em um prato de suporte adjacente seja idealmente de 75% da área de superfície da face de polo sul do ímã 203a como representado na Figura 9B. Esta razão de área de face de polo de ímã de conduto para a área de face de polo do ímã é daqui em diante referenciada como a "Razão de Superfície de Polo do Conduto". Exceder a Razão de Superfície de Polo do Conduto é feito a custa de performance e peso excessiva do aparelho. Usar uma Razão de Superfície de Polo do Conduto menor frequentemente resulta em um aparelho que não consegue desativar totalmente.

[0084] Quando usando ímãs cilíndricos ou em forma de disco que são polarizados diametralmente, como uma regra de ouro a área de superfície de conduto de polo é melhor estimada como o área de superfície de polo de uma barra retangular ou quadrada que contém completamente os ímãs cilíndricos ou em forma de disco, com uma linha de campo magnético localizada de forma similar.

[0085] Deve ser ressaltado que os condutos de polo não precisam cobrir a área de superfície inteira das superfícies de polo do ímã. Os condutos de polo também podem se estender passada a largura da face de polo magnético algo como 200% ou mais.

[0086] O critério remanescente para o conduto de polo é a forma. Idealmente, a forma do conduto de polo é tal que a mesma conduza o campo do ímã tão eficientemente quanto possível. Consequentemente, os condutos de polo não devem ser ocos ou conter obstruções moles não magnéticas tais como furos ou parafusos de aço inoxidável. Deve- se tomar cuidado para assegurar fluxo de campo suave através do conduto de polo a fim de obter a máxima eficiência de condução de campo. É melhor evitar inversão de direções, ou cantos e curvas agudas. Formas semicirculares ou elípticas que seguem o fluxo de campo natural do ímã são ideais.

[0087] Um conduto de polo é considerado correspondido quando o conduto é dimensionado de modo que um conduto de polo alinhado fora de fase negue o campo para onde o aperto magnético é insignificante. O critério típico é ter uma Razão de Superfície de Polo do Conduto de aproximadamente 0,75. Embora este seja um bom ponto de partida, esta Razão é dependente de diversas variáveis tais como grau do ímã, composição do conduto de polo, chapeamento, qualidade da usinagem, e outras variáveis. Razões menores do que ótima resultarão em menos do que a desativação completa do aparelho quando os condutos de polo superior e inferior estiverem alinhados "fora de fase", ou seja, norte-sul (N-S)/sul-norte (S-N). Razão de Superfície de Polo das Razões de Conduto maiores do que ótima não trabalharão em potencial máximo quando alinhados "em fase", ou seja, norte-norte (N-N)/sul-sul (S-S).

[0088] Uma consideração adicional quando configurando condutos de polo, é que a distância entre condutos de polo opostos, particularmente com uma configuração compartilhada de conduto de polo, também afeta a profundidade de campo magnético. Isto pode ser usado para ajudar a minimizar a penetração do campo através do alvo. Quando usando materiais espessos, a saturação do alvo é improvável de acontecer; o comprimento magnético Lm ou altura do ímã pode ser substancialmente maior dentro das restrições geométricas da área de superfície de polo. Quando a saturação do alvo não é possível, o uso de ímãs de maior Lm e maior separação entre condutos de polo opostos melhora performance de folga de ar substancialmente, criando uma elevação mais segura.

[0089] Portanto os condutos de polo adjacentes têm sido descritos há muito como componentes separados; entretanto, os condutos de polo adjacentes podem ser combinados em um único conduto de polo entre ímãs adjacentes permanentes que tem polos semelhantes, caso em que os mesmos são "compartilhados". No caso correspondência de conduto de polo "compartilhado", cada ímã permanente é inserido em um prato ferroso e compartilha o conduto de polo adjacente com um ímã permanente adjacente que tem a mesma polaridade de campo magnético. Correspondência de conduto de polo "compartilhado" é similar à correspondência de conduto de polo individual; entretanto, deve ser dada atenção que agora existem duas superfícies de polo magnético em cada conduto de polo. Em um típico elemento de núcleo, existe um ou mais ímãs permanentes com um conduto de polo fixado à face de polo norte e a face de polo sul do ímã. Na configuração mostrada na Figura 14, os ímãs permanentes 342 e 343 têm um conduto de polo sul compartilhado 345a em contato com os polos sul de cada um dos ímãs permanentes 342 e 343. Os ímãs permanentes 343 e 344 de forma similar têm um conduto de polo norte compartilhado 345b em contato com os polos norte de cada ímã permanente. Nesta configuração, cada um dos condutos de polo "compartilhados" fica em contato com dois dos polos norte dos ímãs permanentes ou dois dos polos sul dos ímãs permanentes. Esta configuração produz essencialmente o mesmo resultado que seria obtido se fosse eliminada a parte não ferrosa do prato de suporte entre os condutos de polo norte 302b e 305b e combinados os condutos de polo norte adjacentes 302b e 305b em um único conduto de polo com uma área de superfície igual à área dos condutos de polo norte combinados 302b e 305b como mostrado na Figura 10. Usando condutos de polo que são compartilhados entre ímãs permanentes adjacentes em vez de em contato direto um com o outro, é visto um aumento na eficiência ou na habilidade para conter e redirecionar os campos magnéticos dos ímãs permanentes adjacentes. Esta eficiência ou sinergia é um resultado da combinação de campos magnéticos de ímãs permanentes localizados em posições diferentes (lado esquerdo e direito do conduto de polo compartilhado) bem como devido à natureza "fechada" do campo magnético, ou seja, os ímãs e condutos de polo formam um círculo contíguo magneticamente. Os experimentos têm mostrado que a área de superfície de conduto de polo ótima fica em volta de 0,70 a 0,75 vezes as áreas de superfície de polo de ímã combinadas em lados opostos do conduto de polo (ou uma superfície de polo magnético norte-norte (N-N) ou sul-sul (S-S)). Como com os condutos de polo individuais em pratos não ferrosos, a verificação da correspondência de conduto de polo é uma necessidade; por alinhar condutos de polo superiores e seus respectivos ímãs fora de fase com o conduto de polo inferior e seus respectivos ímãs, pouco a nenhum aperto ou campo magnético está presente na superfície de conduto de polo de trabalho.

[0090] Como descrito em mais detalhe sob o cabeçalho Meios de Redução de Atrito, uma lacuna de ar é introduzida quando implementando um meio de redução de atrito. Esta lacuna de ar impedir que o aparelho desative completamente devido ao acoplamento degradado dos campos contidos nos condutos de polo. Essencialmente, não como muito do campo magnético contido nos condutos de polo fica disponível para neutralizar o campo magnético nos condutos de polo inferiores. Uma solução simples é aumentar o campo magnético contido nos condutos de polo superiores de modo que o campo magnético que alcança os condutos de polo inferiores seja suficiente para neutralizar completamente o campo contido no conduto de polo inferior.

[0091] Diversos métodos para aumentar o campo magnético dos condutos de polo superiores, por exemplo, e não a título de limitação, incluem: - Uso de ímãs de grau mais alto (ímãs de eudímio, prontamente disponíveis de um Grau N35 até mais do que 52); - Aumentar o volume do ímã usando qualquer de: - Uma quantidade maior de ímãs; - Ímãs permanentes de maior dimensão; ou - Ímãs de forma diferente; ou - O uso de metais de maior permeabilidade.

[0092] Usar um ou mais destes métodos permite neutralização completa ou, se desejado, uma leve inversão do campo de conduto de polo magnético que emana do conduto de polo que entra em contato com a superfície de trabalho ou alvo. Entretanto, haverá um leve campo magnético residual que emana do elemento de núcleo não em contato com a superfície de trabalho ou alvo. O isolamento deste campo magnético residual quando desativado pode ser obtido através de uma variedade de métodos, incluindo sem limitação, encobrir ou encapsular o exterior do conjunto de prato de suporte superior 432 da Figura 22B com um material não magnético de espessura suficiente, adicionar um material ferroso opcional em volta de um invólucro não magnético mais fino, ou simplesmente ignorar o campo magnético residual uma vez que o mesmo é uma força residual relativamente fraca. Existem casos quando for desejável uma força de atração moderada quando o aparelho estiver desativado; por exemplo, manter uma pequena força de atração para impedir que uma unidade desativada caia, ou fornecer uma pequena quantidade de elevação ou atração até que o dispositivo seja posicionado apropriadamente no ponto em que o dispositivo é totalmente ativado. Se for desejada uma pequena força residual quando a unidade estiver desativada, podem ser usados elementos de núcleo de força igual nos pratos de suporte superior e inferior; entretanto, deve ser observado que estes dispositivos lentamente acumularão resíduo ferroso ao longo do tempo, e, portanto deveriam ou ser mantidos em contato com um alvo ferroso, encapsulado como descrito anteriormente, ou limpos às vezes.

[0093] Também pode ser desejável momentaneamente inverter a polaridade do ímã inferior em um par de ímãs superior/inferior em um esforço para "empurrar" ou desmagnetizar um alvo ferromagnético que não seja totalmente mole magneticamente. Materiais de alvo endurecidos ou temperados tipicamente têm um magnetismo residual uma vez que o campo magnético é removido. Invertendo a polaridade do conjunto de ímã inferior através do uso de um conjunto de ímã superior substancialmente mais forte, alguma ou a maior parte do magnetismo residual em um alvo pode ser removida. Quando os conjuntos superior e inferior de um prato de suporte estiverem em fase, existe uma forte força de atração para o alvo. Quando os conjuntos superior e inferior de um prato de suporte estiverem alinhados fora de fase, o conjunto superior cobre totalmente o conjunto inferior resultando em um fluxo de campo líquido invertido no alvo que desmagnetiza o alvo e permite liberação fácil. Tendo um conjunto de ímã mais forte no prato superior, a posição DESLIGADA ou desativada pode ficar em um leve deslocamento angular de 0° (1° ou 2°) de modo que o fluxo magnético do conjunto de ímã superior cancele o campo magnético do prato de suporte inferior (e também supere qualquer perda de lacuna de ar).O alinhamento em fase completo dos pratos de suporte superior e inferior em 0° poderia resultar em uma leve inversão da polaridade magnética dos elementos de núcleo no prato de suporte inferior.

Projetando os Elementos de Núcleo

[0094] Como descrito anteriormente, um elemento de núcleo é um par de magneticamente correspondido condutos de polo com um ou mais ímãs permanentes inseridos entre os condutos de polo. A linha de campo magnético de o(s) ímã(s) permanente(s) é orientada com as faces de polo magnético norte (N) e sul (S) em contato com os lados verticais dos condutos de polo.

[0095] Existem três tipos básicos de elementos de núcleo: - O primeiro tipo básico de elemento de núcleo é para uso em um prato de suporte não ferroso compreendido de um ou mais ímãs permanentes imprensados entre dois condutos de polo como representado nas Figuras 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F, 9H, e 10. Este primeiro tipo de elemento de núcleo é representado com múltiplos conjuntos de prato de suporte na Figura 19. Os meios fixação para fixar os ímãs permanentes aos condutos de polo são variados e podem incluir sem limitação ligação adesiva, envasamento, rebaixos para incorporação nos condutos de polo para capturar o encapsulamento do(s) ímã(s) permanente(s), moldagem do conjunto inteiro em um prato de suporte não ferroso, ou qualquer combinação dos mesmos. Uma das vantagens deste estilo de conduto de polo é que os custos de material são relativamente baratos, ideal para produção limitada; - O segundo tipo básico de elemento de núcleo é para uso em um prato de suporte não ferroso compreendido de um receptáculo de par de condutos de polo de peça única como representado nas Figuras 9G e 11 a 13 que tem um ou mais ímãs permanentes fixados ao receptáculo. Este segundo tipo básico de elemento de núcleo é representado com múltiplos conjuntos de prato de suporte na Figura 20A a D, 21A a D, e 23A e B. Independentemente da forma do receptáculo de conduto de polo, o estilo de receptáculo deve ser projetado para que uma quantidade mínima de material ferroso fique ao longo da linha de separação de campo magnético para evitar ou reduzir um curto circuito dos polos norte e sul de o(s) ímã(s) permanente(s). Métodos para reduzir este curto circuito incluem sem limitação ter paredes laterais finas, furar ou cortar a maior parte do material ao longo das linhas de campo magnético, inserir um material não ferroso entre os polos (soldado, fundido ou colado) antes da usinagem, ou qualquer combinação dos mesmos. Como com o primeiro tipo básico de elemento de núcleo, este tipo de elemento de núcleo é projetado para uso com pratos de suporte não ferrosos usando métodos de fixação similares. As vantagens deste tipo de elemento de núcleo incluem fornecer a capacidade para produção em massa uns poucos tamanhos de elementos de núcleo que possam ser inseridos em muitos tamanhos de prato diferentes, e produção rápida com performance muito previsível; e - O terceiro tipo básico de elemento de núcleo para uso em um prato de suporte ferroso usa condutos de polo compartilhados e é compreendido dos elementos de núcleo exemplificativos representados nas Figuras 14, 15, 16, 17, e 18. Este terceiro tipo básico de elemento de núcleo é representado com múltiplos conjuntos de prato de suporte em 22A e B, 24 e 26. Nestes projetos, cada ímã ou ímãs permanentes de elemento de núcleo são inseridos diretamente em uma cavidade correspondida em um prato de suporte de peça única. As cavidades em cada prato de suporte acomodam os elementos de núcleo em cada prato. Este projeto pode ter razão performance para peso excepcional. Além disso, o prato de estrutura de suporte é bastante forte uma vez que o prato de suporte é feito a partir de uma peça única de aço magneticamente mole. Este tem a penetração de campo mais profunda usando os mesmos ímãs e geralmente é o de melhor custo efetivo para produzir uma vez que apenas as cavidades e não os condutos de polo individuais têm que ser usinadas. O prato de suporte pode ser produzido com tolerâncias muito rígidas, reduzindo substancialmente qualquer desalinhamento potencial entre os pratos de suporte e mantendo uma superfície superior e inferior contíguas para minimizar qualquer interferência entre os pratos durante a ativação ou desativação do aparelho. Integrando os condutos de polo no prato de suporte, o número de peças de montagem e custos de fabricação são reduzidos substancialmente.

[0096] Os pratos de suporte mostrados nas Figuras 10, 11, 12, e 13 são feitos de alumínio, mas podem ser feito de plásticos, cerâmicas, epóxis, latão, aços inoxidáveis não magnéticos, ou outros materiais apropriados. O processo de fabricação pode ser prontamente adaptado para que um prato de suporte possa ser moldado por injeção ou usinado para conter ou permitir que o conjunto de ímãs seja embutido. Deve ser tomado cuidado para não exceder o ponto de Curie. Como um conjunto de ímã não se move com respeito aos condutos de polo, o mesmo pode ser revestido, envasado, ou completamente vedado com epóxi. Devem ser feitos esforços para minimizar as lacunas de ar entre os pratos de suporte, e entre os pratos de suporte e o material alvo uma vez que a força magnética é inversamente proporcional ao quadrado da lacuna de ar.

[0097] Outra consideração quando projetando o elemento de núcleo é que campos os magnéticos são incapazes de fazer curvas fechadas. Para maximizar a performance, os condutos de polo devem ter uma forma curva, um tanto elíptica, que idealmente corresponda às linhas de campo magnético como representadas na Figura 25 baseada em pico de força que emana do centro da face de conduto de polo que diminui quando se aproxima da linha de campo magnético de modo que existe uma forma de ampulheta com a maior parte de ponto estreito na linha de campo. Também pode ser usado mapeamento de fluido de ferro para fornecer um visual do perfil ideal do conduto de polo. Esta forma um tanto elíptica em cada face de polo pode ser difícil para usinar, portanto frequentemente são usadas formas circulares ou formas de "Duplo D" (representadas na Figura 9G) como uma grande aproximação com bons resultados. Os projetos tem que assegurar separação adequada entre os polos norte e sul de o(s) ímã(s) permanente(s). Aumentar a quantidade de elementos de núcleo em um prato de suporte também determinará o ângulo de rotação relativo para ativar e desativar o aparelho.

Determinando a Configuração do Prato de Suporte

[0098] Independentemente da composição do prato de suporte, ferroso ou não ferroso, existem outros fatores que chave influenciam a configuração do prato de suporte tais como ângulo de atuação desejado, peso, custo, método de atuação, torque de atuação, retentores posicionais, chapeamento, e configuração do receptáculo, tamanho do alvo, área ocupada desejada, e elevações seguras.

Ângulo de Atuação Desejado

[0099] O ângulo de atuação como descrito neste documento se refere à rotação relativa de um prato de suporte com respeito a um prato de suporte adjacente. Existem dois ou mais elementos de núcleo em cada prato de suporte que são geometricamente posicionados e igualmente separados dentro do prato de suporte. A rotação relativa requerida entre pratos de suporte adjacentes para atuar ou desatuar o aparelho, ou seja, o ângulo de atuação, é dependente da quantidade de elementos de núcleo adjacentes em cada prato. O ângulo de atuação é essencialmente de 360° dividido pela quantidade de elementos de núcleo opostos no prato. Por exemplo, um prato de suporte com cinco elementos de núcleo adjacentes afastados igualmente deve ter um ângulo de atuação de 360°/5 ou 72°. Aqui, uma rotação de 72° de um prato de suporte com respeito a um prato de suporte fixo adjacente resulta em ativação ou desativação completa dos campos magnéticos, dependendo do ponto de partida. Da mesma forma, um prato com 18 elementos de núcleo adjacentes afastados igualmente deve ter um ângulo de atuação de 360°/18 ou 20°. Aqui, uma rotação de 20° de um prato de suporte com respeito a um prato de suporte fixo adjacente resulta em atuação ou desatuação completa, dependendo do ponto de partida. Os elementos de núcleo são posicionados nos pratos de suporte de modo que se um primeiro prato de suporte for posicionado adjacente a um segundo prato de suporte e girado com respeito ao segundo prato de suporte adjacente pelo ângulo de atuação, o(s) elemento(s) de núcleo no primeiro prato de suporte devem ter um orientação de polo magnético oposto com o(s) elemento(s) de núcleo no segundo prato de suporte; ou seja, N-S/S-N. isto desativa os campos magnéticos que emanam do dispositivo. Girando o primeiro prato de suporte novamente pelo ângulo de atuação, o(s) elemento(s) de núcleo no prato de suporte deve(m) ter a mesma orientação de polo magnético que o elemento de núcleo no segundo prato de suporte, ou seja, N-N/S- S. Isto ativa ou atua o dispositivo.

[00100] Primeiro e segundo pratos de suporte em um conjunto de prato de suporte têm que ter uma orientação de polo magnético correspondente com respeito um ao outro, mas os pratos de suporte não precisam ter a mesma forma. Por exemplo, um segundo prato de suporte pode ter uma quadrada forma ou outra forma funcional, enquanto o primeiro prato de suporte pode permanecer redondo. Isto é benéfico pelo fato de que o prato de suporte pode ser otimizado especificamente para um uso particular, e uma rotação relativa dos elementos de núcleo no prato de suporte superior deve ativar os elementos de núcleo no segundo prato de suporte de forma funcional.

[00101] A Figura 26 descreve uma configuração para uso com uma base de furadeira magnética. Este projeto permite que a maioria da força magnética de fixação fique localizada em uma extremidade e adiciona comprimento ao conjunto para momento de carregamento melhorado. O material é estrategicamente removido para minimizar o peso do produto e para manter a Razão de Superfície de Polo apropriada do Conduto.

[00102] Referência em qualquer local neste documento a um primeiro prato de suporte e segundo prato de suporte deve ser considerada como sendo sinônimo para a referência a um prato de suporte superior e inferior. Referência a um prato de suporte superior e inferior não é destinada, nem deve ser interpretada como limitante às posições relativas de pratos de suporte adjacentes; a essência disto é que os pratos de suporte sejam adjacentes um ao outro, independentemente de sua orientação no espaço.

[00103] É importante observar que configurações de prato de elemento multinúcleo podem ter configurações de elemento de núcleo que alteram o ângulo de atuação. Estas configurações únicas fornecem dois ou mais aumentos na força dentro do ângulo de atuação. Como um exemplo, um prato de 18 elementos de núcleo com os elementos de núcleo mudando a direção de polo magnético a cada dois elementos de núcleo, deve ter um ângulo de atuação efetivo de 360°/18 x 2 ou a cada 40°; da mesma forma, se a direção de polo dos elementos de núcleo mudar a cada três elementos de núcleo adjacentes como representado nas Figuras 21A, 21B, 21C e 21D, esta configuração deve ter um ângulo de atuação efetivo de 360°/18 x 3 ou 60°. Começando de uma posição totalmente desatuada, girar o prato de suporte das Figuras 21A a D por incrementos de 20° (360°/ 18) com elementos de núcleo que têm uma mudança de direção a cada 60°, um terço dos elementos de núcleo devem atuar em 20°, dois terços dos elementos de núcleo devem atuar em 40° e todos os elementos de núcleo devem atuar em 60°.

[00104] Existem outras variações onde os elementos de núcleo são girados por um ângulo fixo entre os elementos de núcleo adjacentes em um padrão repetitivo. Um exemplo seria um prato de 18 elementos de núcleo com um padrão repetitivo onde o primeiro elemento de núcleo é orientado radialmente norte-sul; o segundo elemento de núcleo adjacente é girado por 60°, e o terceiro elemento de núcleo adjacente por 120°. neste exemplo como representado nas Figuras 20A a D, o ângulo de atuação efetivo também é 360°/ 18 x 3 ou 60°; entretanto, uma rotação de 20° deve resultar em ativação parcial dos elementos de núcleo como mostrado em 20B, uma rotação de 40° deve resultar em um aumento adicional na ativação como mostrado em 20C e uma rotação de 60° deve ativar totalmente todos os elementos de núcleo como mostrado em 20D. Embora esta força não seja diretamente proporcional ao ângulo de rotação, a mesma pode ser definida de modo que uma força magnética variável possa ser atingida girando parcialmente um prato de suporte com respeito ao outro e tendo retentores ou posições de trava para manter a posição do prato de suporte no nível de campo magnético desejado. Alcançar esta força magnética variável pode ser útil quando é indesejável ter um campo residual forte do ímã que emana através de um alvo mais fino, para otimizar o campo magnético baseado em espessuras de material, ou para testar elevação para assegurar performance de ruptura adequada, bem como reduzir exigências de torque de atuação baseadas em saturação de material.

Peso

[00105] A arquitetura de elemento multinúcleo comutável permite que os pratos não ferrosos que usam elementos de núcleo separados (não o prato de elemento de núcleo "compartilhado" ou ferroso) para serem construídos a partir de uma grande amplitude de materiais. Embora a composição do elemento de núcleo seja predeterminada, a composição do prato de suporte em que os elementos de núcleo são posicionados é restrita apenas por custo e propriedades mecânicas desejadas tais como dureza, densidade, coeficiente de atrito, etc. Os pratos de suporte podem ser configurados a partir de madeira, plástico, cerâmica, metais não ferrosos, etc. O material tem que ser capaz de manipular a força posicionada no substrato do prato de suporte pelos elementos de núcleo.

Custo

[00106] O elemento multinúcleo comutável é o ímã de matriz comutável de menor custo para performance disponível. Entretanto, usar materiais exóticos para ganhos de performance adicionais pode rapidamente aumentar o preço. Exigências de alta temperatura operacional também podem aumentar o custo dos ímãs de neodímio. Maximizar a força de aperto em um pequeno invólucro deve requerer de graus mais altos de neodímio. Embora condutos de polo que são capazes de ser feitos de aços de baixo carbono tais como 1008 a 1018 sejam relativamente baratos, para máxima performance são disponíveis ligas de aço de alta permeabilidade que permitem níveis de densidade de fluxo de saturação muito mais altos (aperto magnético para o alvo). A maior parte de estas melhorias oferece ganhos moderados com um aumento de custo substancial. Melhorar a resistência à corrosão de um elemento de núcleo é importante. O uso de aços inoxidáveis magnéticos ou aços inoxidáveis de alta permeabilidade também pode ser caro, embora uma opção viável. A menos que requerido de outra forma, chapeamento usualmente é aceitável para a maior parte de aplicações comerciais para resistência à corrosão. É importante observar que o uso de ligas de alta permeabilidade requererá modificação da Razão de Superfície de Polo ótima do Conduto e a performance deve ser verificada como descrito na seção de Correspondência de Conduto de Polo.

Meios de redução de atrito

[00107] Quando alinhados fora de fase o aperto magnético entre os condutos de polo superior e inferior é essencialmente equivalente ao aperto magnético total disponível para o alvo quando o aparelho está alinhado em fase. Força de cisalhamento é a força que seria necessária para deslizar um objeto sobre o outro. A força de cisalhamento de um conduto de polo de aço em contato direto com outro conduto de polo é de aproximadamente 25% da força de ruptura. A força de ruptura é definida como a força necessária para separar um ímã de um alvo puxando o ímã em uma direção perpendicular para longe e para fora do alvo. Se um par de condutos de polo norte e sul tem uma força de ruptura de 109 kg, o esforço para deslizar um conduto de polo com respeito ao outro pode facilmente requerer 27 kg de força. Um aparelho de quatro pares de conduto, que é relativamente pequeno, pode requerer tanto quanto 109 kg de força rotacional para superar a força de cisalhamento devido à atração entre os pratos de suporte quando desativados. Tentar atuar esta unidade da posição desativada usando uma típica chave inglesa crescente de 23 cm deve requerer 244 N-m de torque. Um meio de redução de atrito tem que ser incorporado para tornar o aparelho utilizável. Existem muitas técnicas que podem minimizar substancialmente esta força; entretanto, a maior parte introduzirá uma pequena lacuna de ar entre os condutos de polo. Esta lacuna provavelmente impedirá o aparelho de desativar apropriadamente, mesmo quando minimizada. Métodos detalhados para resolver estes problemas são identificados na seção intitulada Correspondência de Condutos de Polo. Para endereçar este problema, tem que haver uma variação na força do campo magnético entre os elementos de núcleo superior e inferior, para que quando desativados exista aperto ou campo magnético mínimo presente na superfície de conduto de polo de trabalho (se desejado). Isto pode ser realizado, por exemplo, e não a título de limitação, através do uso de rolamentos de bola e rolamentos de rolete, lacunas de ar, lubrificantes exóticos ou de alta performance, acabamentos ou revestimentos de baixo atrito, discos ou anéis de poli-tetrafluoroetileno (PTFE), ou outros materiais adequados para a quantidade desejada de ciclos de vida e força compressiva. A espessura do material selecionado deve introduzir uma pequena lacuna de ar que deve requerer um aumento na força do campo dos elementos ímã permanente de núcleo superior como descrito anteriormente. Entretanto, o torque de atuação requerido não é apenas reduzido pelo redutor de atrito de alta performance, mas também pela adição de uma lacuna de ar. A atração entre elementos de núcleo superiores e inferiores diminui dramaticamente devido a lacuna de ar. Por exemplo, um disco de Teflon® de 0,5mm de espessura pode reduzir a força de atração entre elementos de núcleo superiores e inferiores para 50% da força de atração se uma lacuna de ar não estiver presente. Combinado com o reduzido de atrito coeficiente, agora a unidade pode ser facilmente ativada manualmente ou alavanca anexa. A força de compressão do Teflon® é de aproximadamente 28 kgf/cm2 embora o mesmo tenha força de tração ruim. Entretanto o custo do Teflon é relativamente barato e desde que as forças atrativas entre os pratos de suporte superior e inferior seja baixa o suficiente para não danificar o material de Teflon, o mesmo é menos caro do que rolamentos de bola ou de agulha como um meio de redução de atrito.

Meios de Atuação

[00108] O aparelho de RSM se presta para muitos métodos de atuação diferentes. Uma vez que um receptáculo externo não é requerido para reter os pratos, podem ser incorporados recursos para permitir a atuação do dispositivo no topo como mostrado na Figura 24 ou dos lados como mostrado nas Figuras 23A e 23B. Além disso, uma vez que frequentemente existe um furo ou abertura no centro da modalidade representada na Figura 23A, a atuação pode ser obtida através de um furo no material alvo, para aplicações tais como uma trava de porta. Como com qualquer dispositivo atuado manualmente, pode ser feita provisão para uma miríade de métodos de atuação. Métodos de comutação automatizados incluem atuação mecânica, eletromecânica, elétrica e ímã-motriz, dentre outros. Atuação mecânica inclui, sem limitação, pneumática, hidráulica, por engrenagem, por correia de transmissão, alavanca, mola, botão e manual. Exemplos de atuação eletromecânica incluem, sem limitação, motores (redutor, servo, de passo), solenoides e solenoides rotativos. Exemplos de atuação elétrica incluem, sem limitação, bobinas magnéticas orientadas para que os campos magnéticos fiquem alinhados com os campos magnéticos de tal maneira que o campo eletromagnético possa negar completamente ou inverter o campo gerado de ímã permanente quando energizado. Reverter a polaridade do campo eletromagnético pode aumentar substancialmente o aperto magnético e profundidade de campo enquanto energizado. Atuação ímã-motriz inclui, sem limitação, o uso de um campo magnético que pode fornecer um esforço de força rotacional no prato, similar a uma mola.

Torque de Atuação

[00109] Como com todos os ímãs e matrizes comutáveis de cancelamento de fase, a força de atuação usualmente é dez vezes maior em uma superfície não ferrosa do que em um alvo ferroso que não satura totalmente. O alinhamento N-N ou S-S dos ímãs no par de elementos de núcleo superior e inferior sem um alvo para o campo magnético produz uma força repulsiva entre os dois pratos de suporte. Esta força repulsiva entre os dois pratos de suporte diminui quando um aparelho de ímã comutável ativado entra em contato com um alvo. Quando a espessura do alvo aumenta, a força necessária para atuar o campo magnético cai consideravelmente. Uma modalidade que permite que uma força de atuação inferior é para permitir que um primeiro prato de suporte se separe de um prato de suporte adjacente durante a atuação do aparelho. Uma lacuna de ar aumentada reduzirá a força de atuação por reduzir supersaturação do material alvo. Materiais de alvo que são relativamente finos comparados aos elementos de núcleo exibirão uma força de repulsão maior do que a atração entre os elementos de núcleo. O nível de torque de atuação como descrito acima é diretamente proporcional à saturação do material alvo. Se o RSM não for posicionado em um alvo ferroso, o torque de atuação será substancialmente maior do que quando posicionado em um alvo ferroso. Esta variação no torque de atuação é benéfica pelo fato de que é difícil atuar o RSM a menos que o mesmo esteja posicionado em um alvo, ou seja, quanto mais difícil for para o operador atuar o aparelho, mais fraca a força de ruptura. Isto pode fornecer ao usuário do aparelho retorno valoroso sobre a extensão que o aparelho é atraído para o alvo. A atuação forçada do RSM enquanto não fixado a um alvo permite que os condutos de polo emitam seus campos magnéticos a uma distância considerável. Ao mesmo tempo em que se pensa que os riscos à saúde são muito baixos com exposição à campos magnéticos, o risco de beliscar uma parte do corpo entre uma unidade já ativada e uma superfície de aço nas proximidades não é.

Meios de Retenção Posicional

[00110] Provisões para limitar o ângulo de rotação podem ser incorporados nos pratos de suporte superior e inferior como mostrado nas Figuras 23A e 23B. Retentores esféricos ou batentes rotacionais podem ser incorporados para impedir desativação não intencional. Na maior parte dos casos, os pratos de suporte são separados com ou uma membrana deslizante de baixo atrito ou com um aparelho de rolamento de esfera ou de rolamento de rolete dimensionado apropriadamente baseado em vida e tipo de uso desejados. Em uma configuração com um prato de suporte superior e inferior, a rotação de o(s) prato(s) de suporte superior(es) em um alinhamento N-N/S-S, ou seja, em um modo ativado ou atuado (posição LIGADA) quando não em um alvo ferroso resulta em uma resistência semelhante a mola contra a rotação. Se um aparelho é retirado de um alvo enquanto o mesmo está ativado, as forças repulsivas entre os pratos de suporte aumentarão (a mesma repulsão magnética observada quando nenhum alvo está presente) fazendo com que o(s) prato(s) de suporte gire(m) de volta para uma posição desativada a menos que retidos. Portanto é importante que um recurso de retenção ou trava seja incluído no aparelho se usado em alvos de espessura variável ou se atuação fora do alvo for desejável. Os exemplos citados neste documento com respeito a provisões para limitar o ângulo de rotação dos pratos de suporte e outros exemplos fornecidos por toda esta revelação são a título de exemplo e não de limitação (se isto for especificado explicitamente com respeito aos exemplos dados) uma vez que existem vários métodos não citados especificamente que alcançarão a mesma limitação de ângulo de rotação desejada.

Meios de Retenção

[00111] A fim de facilitar a atuação e desatuação do aparelho, uma restrição rotacional tem que ser implementada para permitir alinhamento rotacional apropriado dos elementos de núcleo no primeiro prato de suporte com os elementos de núcleo correspondentes no segundo prato de suporte. A restrição rotacional do aparelho frequentemente é feita fixando um segundo prato de suporte relativo ao alvo ou superfície de trabalho, e retendo rotacionalmente o primeiro prato de suporte para que o mesmo possa girar apenas concentricamente com respeito ao segundo prato de suporte. Isto pode ser realizado em várias formas e os exemplos neste documento são, a título de exemplo e não limitação; - um eixo central fixado ao segundo prato de suporte e fornece folga radial e rotação concêntrica subsequente do primeiro prato de suporte, - um eixo central fixado ao prato de suporte superior com folga para permitir que o primeiro prato de suporte e o eixo girem concentricamente dentro do prato de suporte inferior, - um perímetro cilíndrico fixado ou integrado no prato de suporte inferior, permitindo rotação concêntrica restrita do primeiro prato de suporte dentro do perímetro cilíndrico, - um receptáculo que fixa o segundo prato de suporte e prende a um dispositivo externo que tem um eixo rotacional interno tal como, mas não limitado a, um motor, cilindro pneumático ou solenoide rotativo, e retém concentricamente o primeiro prato de suporte ao eixo rotacional interno para que a rotação do eixo do dispositivo externo resulte em uma rotação concêntrica relativa do primeiro prato de suporte com respeito ao segundo prato de suporte que é fixado ao exterior do dispositivo externo. - um receptáculo que fixa um ou mais segundos pratos de suporte em uma base comum e tem uma quantidade correspondente de eixos centrais que permitem que a quantidade de primeiro pratos de suporte correspondente gire concentricamente - um receptáculo que fixa um ou mais segundos pratos de suporte em uma base comum e tem ou um receptáculo integrado ou separado que fornece rotação concêntrica do perímetro dos primeiros pratos de suporte correspondentes.

Meios de Deposição e Revestimento

[00112] Vários revestimentos e ou chapeamentos de superfície dos condutos de polo ou pratos de suporte podem ser usados para melhorar a performance do produto baseada na aplicação pretendida. Como a maior parte de aço magneticamente mole oxida facilmente, frequentemente é necessário um revestimento ou chapeamento para proteger o aparelho de corrosão. Têm sido identificados diversos revestimentos em que os mesmos não apenas oferecem resistência à corrosão melhorada, mas os mesmos também podem afetar a performance produto em termos de força de cisalhamento, força de ruptura, e performance elétrica dentre outras variáveis. Como um exemplo, revestimentos de óxido preto fornecem um melhoramento na capacidade do campo magnético para conduzir de elementos de núcleo adjacentes um ao outro e na capacidade do campo magnético para conduzir para a superfície de trabalho, para deste modo aumentar a força de ruptura e subsequentemente a força de cisalhamento entre o aparelho e a superfície de trabalho. Revestimentos de nitreto de titânio e suas variantes são usados frequentemente para reduzir atrito em ferramentas de corte. Quando usado na área de contato da superfície de trabalho do aparelho, o revestimento pode aumentar dramaticamente a performance de força de cisalhamento do aparelho; ou seja, a força para fazer o aparelho deslizar juntamente com um alvo. Cobre, prata, ouro e outros materiais de chapeamento altamente condutivos podem ser usados para melhorar a condutividade elétrica do aparelho quando usado em aplicações elétricas. O uso destes e outros métodos de revestimentos e chapeamento tais como zincagem, chapeamento de cobre, niquelação, revestimento de plasma (a título de exemplo e não limitação), é esperado e seu uso é antecipado baseado na aplicação desejada para o aparelho.

Meios de Encapsulamento

[00113] O encapsulamento do exterior do aparelho pode fornecer isolamento magnético do exterior do aparelho para evitar atração inadvertida de resíduo ferroso durante o uso. O encapsulamento também pode ser usado para fornecer isolamento elétrico ou o isolamento do produto quando usado em áreas que têm contatos elétricos expostos. Dependendo do método e material de encapsulamento, a resistência à corrosão também pode ser melhorada.O encapsulamento pode ser feito no nível de conjunto de prato de suporte, no nível de aparelho, no nível de elemento de núcleo, no nível de ímã, ou em volta do receptáculo externo. Materiais para encapsulamento incluem, mas são não restritos a; termoplásticos, fenólicos, epóxis, resinas, borracha, materiais sintéticos ou manufaturados.

Configurações de Receptáculo

[00114] Os receptáculos são usados tradicionalmente para conter e fornecer estrutura para transportar um ou mais pratos de suporte. Uma vez que os pratos de suporte são uma construção de peça única (com elementos de núcleo anexados ou prensados) e geralmente não requererem um invólucro estrutural, os receptáculos podem ser usados para propósitos dramaticamente diferentes. Os receptáculos podem incorporar, a título de exemplo e não de limitação, recursos de atuação, recursos de limitação de rotação, sensores, indicadores, blindagem, retenção, fixação externa ou recursos de montagem, estrutura aumentada, a contenção de múltiplas matrizes no mesmo plano ou ângulos diferentes, e proteção do ambiente da aplicação. Além disso, um ou mais pratos de suporte podem ser incorporados em um receptáculo incorporando formas finais do projeto e pontos de montagem no receptáculo. A Figura 26 representa uma configuração possível de um receptáculo de prato de suporte integrado que serve como um receptáculo e conjunto de prato de suporte combinados.

[00115] Um único receptáculo pode ser compreendido de um ou mais pratos de suporte. A Figura 27 representa um receptáculo exemplificativo compreendido de dois conjuntos de prato de suporte integrados em um único receptáculo. Este conjunto de prato de suporte integrado não precisa ser compreendido de pratos de suporte idênticos em forma, tamanho, ou quantidade de condutos de polo. O mesmo pode ser compreendido de mais do que dois conjuntos de prato de suporte.

[00116] Um primeiro conjunto de prato de suporte integrado compreendido de múltiplos conjuntos de prato de suporte em um primeiro receptáculo pode ser combinado com múltiplos conjuntos de prato de suporte que são separados ou combinados em seus próprios conjuntos de prato de suporte integrados, como representado na Figura 28. Esta Figura 28 ilustra um primeiro conjunto de prato de suporte integrado fixado em um receptáculo combinado com uma quantidade correspondente de conjuntos de prato de suporte giratórios inseridos em um receptáculo. Finalmente, mais do que duas camadas de um ou mais conjuntos de prato de suporte integrados podem ser empregadas em um único receptáculo integrado ou em mais do que dois receptáculos separados. Ver Figura 29.

[00117] Com esta invenção um elemento de núcleo magnético comutável rotativo pode ser configurado para fazer consideravelmente mais. Os usos de integração de receptáculo a seguir, a título de exemplo e não limitação, são uma pequena fração das possibilidades disponíveis: Soldagem de grampos de terra, trabalho em madeira de tábuas guia, furadeiras magnéticas, dispositivos de fixação metálicos, mesas magnéticas, gabaritos, tornos angulares, iluminação de emergência, detectores de fumaça, elevadores de bueiro, travas magnéticas, travas e trincos de porta elétricos, fixação de blindagem, suportes de câmera, suportes de relógio comparador e mesmo ímãs de refrigerador. O receptáculo pode incluir provisões que permitem a montagem de uma matriz de dois ou mais conjuntos de prato de suporte de elementos de núcleo magnético com ou um ponto de atuação comum ou pontos de atuação individuais.

[00118] Embora a descrição escrita acima da invenção permita que um indivíduo de conhecimento comum faça e use o que é considerado presentemente como sendo o melhor modo da mesma, aqueles indivíduos de conhecimento comum entenderão e avaliarão a existência de variações, combinações, e equivalentes da modalidade, método, e exemplos específicos neste documento. Todos os exemplos fornecidos são sem limitação, fornecidos especificamente ou não sem limitação. Portanto a invenção não deve ser limitada pelas modalidades, métodos, e exemplos descritos acima, mas por todas as modalidades e métodos dentro do escopo e espírito da invenção.

Aplicando as Etapas Acima

[00119] As etapas acima agora são aplicadas ao exemplo a seguir. Assumindo que o objetivo para os propósitos deste exemplo é levantar matrizes de moldagem por injeção sem ter que prender ganchos ou pontos de fixação. As matrizes de moldagem por injeção pesam até 227 quilos e têm uma área de ocupação de 15 cm de fundo por 40 cm de largura e 40 cm de altura. Para manter a orientação apropriada, as matrizes precisam ter uma fixação de RSM para a superfície de topo da matriz, que tem 15 cm de fundo x 40 cm de largura. As amplitudes das matrizes mostram que os recursos de cavidade dentro da matriz param aproximadamente a 1,27 cm da superfície de topo. Estes dados de projeto e operacionais até agora, descrevem o alvo suficientemente bem para restringir o projeto de RSM a: 1) Exigência de força de ruptura de 680 kg, definida pelo peso máximo de 227 kg com um fator de segurança de 3: 1. 2) Uma profundidade de campo magnético 1,27 cm ou menos, e um diâmetro máximo de 15 cm (superfície de topo de 15 cm x 41 cm). Assumindo que o RSM tem penetração de campo de 1,27 cm de profundidade. 3) Prato de suporte menor do que 15 cm de diâmetro.

[00120] Dadas as exigências acima, um projeto simples de dois pratos de suporte é adequado uma vez que apenas a superfície de topo do alvo tem que ser agarrada. Os pratos de suporte devem ser suficientemente rígidos para minimizar a flexão. Um fator de segurança de três vezes o peso máximo da matriz é prudente. Nota: Podem ser requeridos fatores de segurança mais altos dependendo do entorno ambiental (sobrecarga, uso público, etc.). Um projeto de prato de elemento de núcleo ferroso é selecionado para maximizar o aperto magnético ao mesmo tempo em que minimizando o custo. O projeto e conceito de prato de elemento de núcleo ferroso "compartilhado" é descrito adicionalmente em Correspondência de Conduto de Polo abaixo.

[00121] O comprimento do ímã tem que ser menor do que o raio do prato de suporte. Neste caso, uma seleção de um ímã com um comprimento de 21,27 cm permite que o mesmo permaneça dentro do diâmetro de prato de suporte de 15 cm ao mesmo tempo em que permite um eixo central em volta do qual os pratos de suporte possam girar. Uma área de face de polo de 2,54 cm x 6,35 cm = 16,13 centímetros quadrados é agora definida. Esta é a superfície do conduto de polo de trabalho ou a área de contato do alvo. Sabendo que o comprimento do ímã Lm é aproximadamente igual à profundidade do campo magnético, um ímã com Lm = 1,27 cm é ótimo. Como este tamanho de ímã não é prontamente disponível pode ser selecionada uma combinação de ímãs que quando combinados têm o tamanho equivalente. Para este exemplo, cinco ímãs com dimensões de 2,54 cm x 1,27 cm x 1,27 cm onde Lm = 1,27 cm são adequados. A combinação de múltiplos ímãs menores combinados para formar um ímã único maior efetivo de tamanho equivalente, será referenciada como um "Ímã".

[00122] A quantidade de Ímãs localizados dentro do prato bem como ângulo de atuação agora podem ser determinados. Uma avaliação de um prato de quatro Ímãs com Lm = 1,27 cm (dado um ímã permanente de 6,3 cm x 2,54 cm x 1,27 cm) tem uma área de superfície total de ímã de polo permanente de 16,1 cm2. Combinando os polos semelhantes adjacentes cada um com uma área de 16,1 cm2 para um total de 32,2 cm2 e multiplicando por um fator 0,75 para obter uma área de superfície de conduto de polo ótima de 24,2 cm2. A área total de um prato de 15,2 cm é π D ao quadrado/4, menos a área dos ímãs 4 x 1,27 cm x 6,35 cm e menos a área de um centro de rotação (aproximadamente 3,23 centímetros quadrados), produz 146,5 cm2. Dividindo 146,5 cm2 por quatro ímãs permanentes produz um valor de 36,8 cm2 de área de superfície de conduto de polo, em vez da ótima 24,2 cm2. Portanto um projeto de quatro Ímãs não é ideal.

[00123] Agora é avaliada uma configuração de seis Ímãs. A fim de acomodar 6 Ímãs com Lm = 1,27 cm, é requerido um diâmetro mínimo de centro de rotação acima de 1,9 cm. Infelizmente isto limita o comprimento do ímã para menos do que 6,35 cm. É selecionado um ímã permanente de 2,54 cm x 5,08 cm x 1,27 cm (Lm = 1,27 cm). Um cálculo da área de superfície do ímã de polo permanente indica um total de 25,8 cm2 entre os polos adjacentes semelhantes. Multiplicando pelo fator ótimo 0,75, é requerida uma área de superfície de conduto de polo ótima de 119,3 cm2. Calculando a área real do prato, como descrito acima produz aproximadamente 21,6 cm2 de área de superfície de conduto de polo. O fator real é 0,8375, 21,6 cm2 (área do conduto de polo)/25,8 cm2 (área de superfície de ímã de polo permanente). Este é muito próximo ao ótimo.

[00124] Uma configuração de oito ímãs permanentes, com Lm = 1,27 cm, requer um diâmetro mínimo de centro de rotação acima de 2,22 cm. Esta configuração limita o comprimento do ímã para menos do que 6,35 cm, portanto seleciona-se um ímã permanente de 2,54 cm x 5,08 cm x 1,27 cm (Lm = 1,27 cm). Um cálculo da área de superfície do ímã de polo permanente indica um total de 25,8 cm2 entre polos semelhantes adjacentes. Multiplicando pelo fator ótimo 0,75 obtém-se uma área de superfície de conduto de polo ótima de 19,3 cm2. Calculando a área real dos condutos de polo, como descrito acima produz aproximadamente 23,125 centímetros quadrados, menor do que a razão ideal de 0,75. O fator real é 0.62 (23,125 centímetros quadrados área do conduto de polo/25,8 cm2 ímã de área de superfície de polo permanente). Este é próximo a ótimo. Entretanto, uma vez que a configuração de 8 ímãs permanentes caiu abaixo da razão desejada, esta configuração não desativará completamente.

[00125] Uma configuração de 6 Ímãs é selecionada uma vez que a mesma é relativamente próxima à razão desejada de 0,75. É possível otimização adicional reduzindo o Diâmetro do prato para 14,6 cm. Este produz uma área de superfície de conduto de polo de 19,55 cm2, ou um fator de aproximadamente 0,76.

[00126] A maior parte dos fornecedores de ímã identifica a performance de ruptura de ímãs por grau e tamanho do ímã. Usando estes dados ou uma calculadora de ímã prontamente disponível, um Ímã N42 com uma face de polo de 2,54 cm x 5,08 cm e Lm = 1,27 cm é classificado em 4 x 16,96 kg = 67,13 kg. Observe-se que as calculadoras de ímã correntes mostram que um único ímã N42 com dimensões de 2,54 cm x 5,08 cm x 1,27 cm (Lm = 1,27 cm) tem uma força de tração de aproximadamente 34 kg, aproximadamente % da força de tração dos individuais. Os dados para um Ímã de tamanho equivalente 1,27 cm x 2,54 cm x 5,08 cm com Lm = 2,0 mostra uma força de tração de aço em 68 kg. Usando os dados dos 4 ímãs individuais que são 1,27 cm x 1,27 cm x 2,54 cm Lm = 2,5 cm, mostra 22,7 kg de força de tração por Ímã ou 4 x 22,7 kg = 90,7 kg total de força de tração combinada.Dependendo da configuração e orientação do ímã permanente selecionado, é esperada uma amplitude de 34 kg a 90,7 kg de força de tração. A melhor estimativa para performance, usando uma configuração de conduto de polo compartilhado, é usar a força de tração por tamanho de ímã mais alta independentemente do comprimento Lm. Isto primariamente é devido à influência dos condutos de polo no redirecionamento de campos combinados para uma direção mais efetiva.

[00127] Uma vez que existem 6 ímãs permanentes em cada prato de suporte e dois pratos de suporte (total de 12 Ímãs), é esperada uma força de ruptura de 1088 kg (12 x 90,7 kg) com este método (bem excedente ao critério de projeto de 680,4 kg). É importante observar que com a configuração de conduto de polo de RSM compartilhado, a força de tração é frequentemente de mais alta do que a soma total dos ímãs individuais (1088 kg). A performance deve ser verificada após a construção do RSM.

[00128] Tendo calculado a performance do RSM em acima de 1088 kg, um meio de redução de atrito agora tem que ser considerado. Forças internas entre os pratos de suporte superior e inferior são substanciais e facilmente excedem 1360,8 kg. Tendo 6 condutos de polo compartilhados, cada um com uma área de aproximadamente 19,3 cm2, os "meios de redução de atrito" têm que ser capazes de suportar aproximadamente 21,09 kgf/cm2 (1360,8 kg/116,13 cm2). Dependendo da quantidade de ciclos de ativação e desativação antecipados sobre a vida esperada do produto, pode ser selecionado um meio de redução de atrito. PTFE produz uma força de aproximadamente 28,1 kgf/cm2; entretanto sua força de ruptura é consideravelmente inferior. A fim de acomodar as propriedades do PTFE, a superfície entre os conjuntos de pratos de suporte superior e inferior tem que ser muito lisa para evitar romper o PTFE durante a rotação do conjunto superior de prato de suporte. É determinado que um rolamento de rolete de perfil baixo é o mais adequado para esta aplicação. Uma classificação de 1814,4 kg é selecionada e integrada entre os conjuntos de prato de suporte superior e inferior. Isto também reduzirá a força de atuação substancialmente devido ao coeficiente de atrito reduzido sobre a camada de PTFE.

[00129] Uma configuração de receptáculo, se requerido, agora tem que ser determinada. Um eixo não ferroso de até 2,22 cm de diâmetro fixado ao prato de suporte inferior pode ser usado como um recurso de fixação principal para um gancho ou outro dispositivo elevador. Alternativamente, um receptáculo pode ser fixado ao perímetro externo do prato de suporte inferior. Tem que ser dada atenção para o prato, uma vez que uma quantidade substancial de material foi removida para acomodar os ímãs permanentes enfraquecendo sua estrutura. Uma análise de tensões tem que ser realizada no prato de suporte inferior para assegurar que a força de ruptura não provoque flexão excessiva do prato de suporte inferior. Se for sabido que os objetos a ser elevados são conhecidos não excedem 227 kg, então a análise de tensões pode ser realizada usando aquele número juntamente com um fator de segurança desejado. Se o uso do RSM não é limitado a um peso específico, deve ser usada a performance de ruptura máxima para determinar se é necessária uma estrutura de suporte adicional para acomodar a força de ruptura antecipada. No exemplo acima, é determinado que um receptáculo externo é desnecessário uma vez que uma análise estrutural indica que a configuração do RMS pode acomodar uma força de ruptura maior do que 1227 kg (cálculo de análise estrutural não é mostrado aqui).

[00130] Outras considerações para o receptáculo incluem itens tais como limitar o campo magnético residual do prato de suporte superior e o ambiente ao qual o RSM será sujeito. Em no local de moldagem por injeção, é determinado que existe muito pouco resíduo ferroso suspenso e que o campo magnético residual relativamente pequeno que emana do conjunto de prato de suporte superior não terá um impacto negativo.

Descrição Detalhada dos Desenhos

[00131] O RSM proporciona projetos modulares que são compactos e compreendidos de dois ou mais pratos de suporte com dois ou mais elementos de núcleo por prato de suporte. A disposição de pratos de suporte, compreendida de elementos de núcleo relativamente finos correspondidos contidos dentro de cada prato de suporte, fornece um dispositivo de densidade de fluxo magnético alta comutável (LIGA, DESLIGA) de ângulo variável. Na posição LIGADA os campos magnéticos que emanam do dispositivo são ativados para que os mesmos atraiam um alvo. Na posição DESLIGADA os campos magnéticos que emanam do dispositivo são desativados para os mesmos não atraiam um alvo. O RSM fornece posições intermediárias entre LIGADA e DESLIGADA em que os campos magnéticos que emanam do dispositivo são parcialmente ativados ou desativados.

[00132] O dispositivo de fixação modular compreende dois ou mais pratos de suporte geometricamente similares de elementos de núcleo intercambiáveis. As Figuras 9A a 9G mostram diversas disposições possíveis de condutos de polo correspondidos para ímãs permanentes, por exemplo, e não a título de limitação.

[00133] As Figuras 9A e 9B demonstram a natureza altamente flexível da arquitetura da invenção. As figuras representam o elemento de núcleo 200 compreendido de condutos de polo sul e norte magneticamente mole correspondidos 201a e 201b respectivamente, fixado a um grupo de ímãs permanentes 206 que são todos do mesmo comprimento físico e comprimento magnético Lm, contidos dentro do suporte não ferroso opcional 202. As faces do ímã de polo sul combinadas do grupo de ímãs permanentes 206 são fixadas à face vertical 204a do conduto de polo sul 201a para deste modo definir o conduto de polo sul 201a como um "conduto de polo sul". De forma similar, as Faces do Ímã de Polo norte combinadas do grupo de ímãs permanentes 206, opostas a face de polo sul do ímã 203a são fixadas à face do ímã de conduto de polo norte 204b para deste modo definir o conduto de polo norte 201b como um "conduto de polo norte". A área de superfície do polo sul 205 (hachurada) do conduto de polo sul 201a é idealmente 75% de uma área da face de polo sul do ímã 203 dos grupos de ímã permanente 206 (como observado acima, a Razão de Superfície de Polo do Conduto). Em aplicações maiores (ímã maior acima de 20 mm de espessura), substituir uma pluralidade de ímãs por um único ímã maior, enquanto possível, frequentemente é mais caro e não tão desejável. A performance de uma pluralidade de ímãs permanentes, iguais ao mesmo volume, frequentemente excede a performance de um ímã único maior devido à ineficiência de magnetização descrita anteriormente. A substituição do grupo de ímã permanente 206 com um comprimento magnético Lm mais longo como representado na Figura 9B não altera a Razão de Superfície de Polo do Conduto.

[00134] Como um exemplo, assumindo que todos os ímãs representados na Figura 9B têm um comprimento magnético Lm de 40 mm. As áreas de superfície de condutos de polos sul e norte 205a e 205b respectivamente, permanecem as mesmas se Lm for de 10 mm ou 50 mm. Embora a Razão de Superfície de Polo ótima do Conduto seja identificada aqui como 75%, variações na permeabilidade dos materiais usados para as geometrias dos condutos de polo e ímã podem impactar a Razão de Superfície de Polo ótima do Conduto. Novas configurações devem ser verificadas assegurando que elementos de núcleo fora de fase desativem apropriadamente os condutos de polo.

[00135] As Figuras 9C e 9D representam um elemento de núcleo 210 que é efetivamente em forma de barra. O dispositivo representado é compreendido de ímã permanente 212, de forma cilíndrica fixado ao conduto de polo sul 211a e ao conduto de polo norte 211b com o ímã cilíndrico envolto em um suporte não ferroso protetor opcional 213. Este elemento de núcleo é outro exemplo da arquitetura flexível da invenção em que virtualmente qualquer forma de ímã pode ter seu respectivo campo magnético contido e redirecionado em virtualmente qualquer forma de conduto de polo.

[00136] As Figuras 9E e 9F representam elementos de núcleo 220 e 230. As modalidades mostram exemplos de duas formas diferentes de conduto de polo (222a, 222b e 232a, 232b) que podem ser usadas com apenas uma forma de ímã permanente 221 e 231 com linha de campo de ímã permanente 223 e 233 isolada dos condutos de polo sul 222a e 232a e dos condutos de polo norte 222b e 232b. A Figura 9E tem conduto de polo sul 222a e conduto de polo norte 222b formados para maximizar a performance magnética. A forma curva tenta imitar a força e forma do campo magnético que emana da superfície de polo dos ímãs permanentes. A Figura 9F tem conduto de polo sul 232a e conduto de polo norte 232b que são de forma semicircular, projetados para retenção fácil em um prato de suporte e usa uma forma circular para produção mais rápida usando tamanhos padrão de furo ou furadeira no prato de suporte.

[00137] As Figuras 9G e 9H fornecem exemplos de elementos de núcleo 240 e 250 que usam ímãs permanentes 241 e 251 que têm uma forma de disco polarizada diametralmente. A Figura 9G é um receptáculo de peça única 243 que incorpora o conduto de polo sul 242a e o conduto de polo norte 242b. O receptáculo de peças únicas 243 funciona essencialmente da mesma forma se tivesse condutos de polo separados. Isto é possível fazendo o material adjacente à linha de campo de ímã permanente 244 muito fino e portanto incapaz de fornecer um acoplamento magnético efetivo entre os condutos de polo sul 242a e o conduto de polo norte 242b. A Figura 9G também fornece uma forma circular que se ajusta entre um campo magnético de conduto de polo de forma ótima, (que frequentemente é de forma elíptica) e considerações econômicas. Usando esta forma, a integração em um prato de suporte pode ser facilitada por simplesmente furar ou usinar um furo do mesmo diâmetro no prato. As cavidades perpendiculares ao material adjacente à linha de campo de ímã permanente 244 podem opcionalmente ser preenchidas com qualquer material não ferroso. A Figura 9H representa um conduto de polo sul 252a e conduto de polo norte 252b similares àqueles da Figura 9G; entretanto, neste caso pode ser usada uma forma retangular se o projeto final requerer um recurso de borda de ângulo reto para guia ou suporte de material. A lacuna 253 elimina a maior parte de ou todo o potencial de acoplamento magnético entre o conduto de polo sul 252a e o conduto de polo norte 252b.

[00138] A Figura 10 representa um conjunto de prato de suporte 300 que compreende um prato de suporte não ferroso 301 com recursos integrados para capturar ou reter os oito elementos de núcleo um dos quais é representado por 307 do tipo descrito na Figura 9F. Cada elemento de núcleo 307 tem sua linha de campo de ímã permanente 304 orientada radialmente com respeito ao centro de rotação do prato de suporte, e tem o conduto de polo sul 302a orientado na direção de um conduto de polo sul 306a e conduto de polo norte 302b do elemento de núcleo adjacente orientados na direção de um conduto de polo norte 305b de elementos de núcleo adjacentes; ou seja, a orientação dos elementos de núcleo são norte-norte/sul-sul/norte-norte/sul-sul. Os recursos de fixação 303 e 308 são integrados no prato de suporte.

[00139] Na Figura 11, um conjunto de prato de suporte 310, compreende um prato de suporte não ferroso 311 com recursos integrados para capturar ou reter os oito elementos de núcleo um dos quais é representado por 312 do tipo descrito na Figura 9G. Cada elemento de núcleo 312 tem sua linha de campo de ímã permanente 314 orientado circunferencialmente com respeito ao centro de rotação do prato de suporte e tem polos de campo magnético de elementos de núcleo adjacentes, orientados em direções opostas para que as faces de polo norte ou sul dos ímãs permanentes ao longo do diâmetro externo tenham uma disposição alternada; ou seja, norte/sul-norte/sul. Uma consideração importante quando usando esta disposição de elemento de núcleo é assegurar que o afastamento entre condutos de polo opostos 315 seja suficiente para evitar uma interação substancial o que degradaria a performance do elemento de núcleo. Uma distância de separação mínima do comprimento magnético do ímã ou ímãs permanentes (distância entre a face de condutos de polo), ou neste caso o diâmetro do ímã, usualmente é adequada.

[00140] Na Figura 12, um conjunto de prato de suporte 320, compreende um prato de suporte não ferroso 321 com recursos integrados para capturar ou reter 12 os elementos de núcleo 322 do tipo descrito na Figura 9G. Cada elemento de núcleo 322 tem sua linha de campo de ímã permanente 323 orientada com um ângulo predeterminado 324 definido pela quantidade de elementos de núcleo no prato (em este exemplo 12), e na quantidade de revoluções que os elementos de núcleo giram em volta de seus próprios eixos 325 no prato, neste exemplo duas revoluções ou 720°. Isto fornece o ângulo de rotação relativa preciso em que cada ímã tem que ser orientado, neste caso 720°/12 = 60°. Esta configuração resulta em cada elemento de núcleo tendo um respectivo deslocamento rotacional de 60° entre elementos de núcleo esquerdo e direito adjacentes. Como com a disposição do prato definida na Figura 11, uma consideração importante quando usando esta disposição de elemento de núcleo é assegurar que o afastamento entre condutos de polo opostos seja suficiente para evitar uma interação substancial que poderia degradar a performance do elemento de núcleo. Uma distância de separação mínima do comprimento magnético do ímã ou ímãs permanentes (distância entre as faces de conduto de polo), ou neste caso o diâmetro do ímã, usualmente é adequada.

[00141] Na Figura 13, um conjunto de prato de suporte 330, compreende um prato de suporte de peça única não ferroso 331 com recursos integrados para capturar ou reter os 18 elementos de núcleo um dos quais é representado por 332 do tipo descrito na Figura 9G. Cada elemento de núcleo 332 tem sua linha de campo de ímã permanente 333 orientada circunferencialmente com respeito ao prato. Os condutos de polo norte e sul dos ímãs permanentes alternam suas orientações em um intervalo predeterminado, em que a quantidade de elementos de núcleo no prato é igual ao ângulo de atuação desejado e a quantidade igual de elementos de núcleo adjacentes de conduto de polo. Neste exemplo, é desejado para ter um padrão de elemento de núcleo alternado a cada três elementos de núcleo com um ângulo de atuação de 120°. O ângulo de atuação contém uma quantidade igual de alternada elementos de núcleo de polo magnético seguidos por uma quantidade igual de elementos de núcleo alinhados fora de fase (três com o polo norte voltado para fora em seguida a três com o polo sul voltado para fora). Se existirem seis elementos de núcleo localizados a cada 120°, um total de 6 x 3 (360°/120°) ou 18 elementos de núcleo são requeridos em um prato de suporte. O ângulo de atuação tem que ser um divisível inteiro de 360° (1, 2, 3, 4, 5, 6 etc.). Como com a disposição de prato definida nas Figuras 11 e 12, uma consideração importante quando usando esta disposição de elemento de núcleo é assegurar que o espaço entre condutos de polo opostos 335 seja suficiente para evitar uma interação substancial que poderia degradar a performance do elemento de núcleo. O espaço entre condutos de polo opostos 335 é mostrado como um grupo de furos de isolamento entre condutos de polo opostos apenas por clareza. Em um prato de suporte não ferroso 331, os furos de isolamento não são necessários. Se o prato fosse ferroso, o ângulo de atuação 334 teria os furos de isolamento presentes para evitar curto circuito dos condutos de polo opostos.

[00142] A Figura 14, um conjunto de prato de suporte 340, consiste de um prato de suporte de peça única ferroso 341 com recursos integrados para capturar ou reter 8 ímãs permanentes polarizados diametralmente, três dos quais são designados 342, 343, e 344. Os ímãs são orientados de modo que os polos semelhantes de ímãs adjacentes fiquem voltados um para o outro. O conduto de polo norte compartilhado 345b e conduto de polo sul compartilhado 345a são criados tendo material 346 e 347 adjacente à linha de campo de ímã permanente 348 minimizado para isolar campos magnéticos de polaridade oposta ao longo da linha de campo de ímã permanente 348. A área dos condutos de polo "compartilhados" é definida da mesma maneira que na definição dos condutos de polo individuais. Observe-se que a área do conduto de polo norte "compartilhado" 345b e conduto de polo sul compartilhado 345a agora tem que usar a área de superfície de conduto de polo de dois ímãs adjacentes permanentes quando determinando o afastamento apropriado entre ímãs permanentes. Fazendo isto, um elemento de núcleo é efetivamente metade da área de conduto de polo norte compartilhado 345b e metade da área do conduto de polo sul compartilhado 345a e um ímã permanente 342 correspondido magneticamente do método prescrito. A funcionalidade do conjunto de prato de suporte 340 é similar à funcionalidade do conjunto de prato de suporte 300 descrito na Figura 10, embora o conjunto de prato de suporte 340 contenha significativamente menos componentes comparado ao conjunto de prato de suporte 300 e seja consideravelmente mais forte em uma menor área de ocupação. As vantagens do conjunto de prato de suporte 300 são primariamente redução de peso, grande área de ocupação para estabilidade e uma profundidade mais rasa de campo magnético mais adequada para materiais finos.

[00143] Na Figura 15, um conjunto de prato de suporte 350, compreende um prato de suporte de peça única ferroso 351 com recursos integrados para capturar ou reter 16 ímãs permanentes polarizados diametralmente, dois dos quais são designados 352 e 353, de diâmetros diferentes. Cada ímã permanente 352 e 353 tem sua respectiva linha de campo de ímã permanente 354 e 355 orientada radialmente. Os condutos de polo dos ímãs são orientados de modo que os polos semelhantes de ímãs adjacentes permanentes fiquem simetricamente voltados para polos semelhantes de ímãs adjacentes permanentes para que o material ferroso entre estes ímãs se torne conduto de polo norte "compartilhado" 357b e conduto de polo sul "compartilhado" 357a. O isolamento entre os condutos de polo norte e sul "compartilhados" 357b e 357a é obtido minimizando o material 356 e 358 adjacente à linha de campo de ímã permanente 354 e 355. A área dos condutos de polo "compartilhados" é definida da mesma maneira que na definição de condutos de polo individuais. Observe-se que a área do conduto de polo sul "compartilhado" 357a e conduto de polo norte "compartilhado" 357b usa área de superfície do ímã polo de quatro ímãs adjacentes permanentes quando determinando o afastamento apropriado entre ímãs permanentes. Fazendo isto, um elemento de núcleo agora pode ser definido como a combinação de metade da área do conduto de polo norte "compartilhado" 357b combinado com metade da área do conduto de polo sul "compartilhado" 357a e os ímãs permanentes 352 e 353 correspondidos magneticamente no método prescrito. A funcionalidade do conjunto de prato de suporte 350 é similar à funcionalidade do conjunto de prato de suporte 340 representado na Figura 14. Embora o conjunto de prato de suporte 350 tenha o mesmo diâmetro externo que o conjunto de prato de suporte 340, o diâmetro interno é menor uma vez que o mesmo acomoda oito ímãs permanentes adicionais de diâmetro menor 353. Isto aumenta a área de superfície de trabalho magnética do prato, proporcionando uma força magnética de ruptura mais forte do que o conjunto de prato de suporte 340. O método de adição adicional de ímãs permanentes de tamanhos diferentes permite não apenas a otimização da razão superfície de polo do ímã para a área de superfície de trabalho do conduto de polo, mas também o dimensionamento preciso dos pratos de suporte para uma exigência de diâmetro interno ou externo desejada para a integração em produtos ou dispositivos.

[00144] A Figura 16 representa um conjunto de prato de suporte 360 que compreende um prato de suporte de peça única ferroso 361 com recursos furados radialmente para capturar ou reter 14 ímãs permanentes cilíndricos polarizados diametralmente, um dos quais é denotado 362. Cada um dos ímãs permanentes é orientado de modo que polos semelhantes de ímãs adjacentes fiquem voltados um para o outro. O conduto de polo norte "compartilhado" 365b e os condutos de polo sul "compartilhados" 365a são criados tendo o material 363 e 364 adjacente à linha de campo de ímã permanente 368 projetado de modo a minimizar o material 363 e 364 adjacente à linha de campo de ímã permanente 368 e acima e abaixo dos ímãs permanentes ao longo da linha de campo de ímã permanente 368. A espessura de parede reduzida do material 363 e 364 adjacente à linha de campo de ímã permanente 368 ajuda a isolar os campos magnéticos de polaridade oposta ao longo da linha de campo de ímã permanente 368. A área do conduto de polo sul "compartilhado" 365a e conduto de polo norte "compartilhado" 365b é determinada pela área de superfície de ímã polo de dois ímãs permanentes adjacentes em forma de barra (em vez da área de superfície cilíndrica) quando determinando a razão apropriada da superfície de ímã polo para a área de superfície de trabalho do conduto de polo. Fazendo isto, um elemento de núcleo agora pode ser definido como a combinação de metade da área do conduto de polo norte "compartilhado" 365b combinado com metade da área do conduto de polo sul "compartilhado" 365a e um ímã permanente 362 correspondido magneticamente no método prescrito. A funcionalidade do conjunto de prato de suporte 360 é similar aos outros conjuntos de prato "compartilhado" de elemento multinúcleo tais como aqueles representados nas Figuras 14 e 15, embora este conjunto de prato de suporte contenha para propósitos de ilustração 14 elementos de núcleo.

[00145] Na Figura 17, um conjunto de prato de suporte 370, compreende um prato de suporte de peça única ferroso 371 com recursos posicionados radialmente para capturar ou reter 14 ímãs permanentes em forma de barra um dos quais é denotado 372. Os ímãs permanentes em forma de barra são orientados de modo que os polos semelhantes de ímãs adjacentes permanentes fiquem voltados um para o outro. O conduto de polo norte "compartilhado" 375b e conduto de polo sul "compartilhado" 375a são criados por tendo em bolsas em forma de barra, uma das quais é denotada 374, para os ímãs permanentes projetados de modo a minimizar o material 373 adjacente à linha de campo de ímã permanente 378 abaixo dos ímãs permanentes e o material 373 ao longo a borda vertical da linha de campo de ímã permanente dos ímãs permanentes. O material 373 adjacente à linha de campo de ímã permanente 378 ajuda a isolar os campos magnéticos de polaridade oposta ao longo do material adjacente à linha de campo de ímã permanente Alternativamente, o material 373 ao longo da borda vertical pode ser removido furando um orifício ao longo da linha de campo de ímã permanente 378. Novamente, a área do conduto de polo sul "compartilhado" 375a e conduto de polo norte "compartilhado" 375b é determinada pela área de superfície do polo do ímã de dois ímãs permanentes em forma de barra adjacentes quando determinando a razão apropriada da superfície de polo do ímã para a área de superfície de trabalho do conduto de polo. Fazendo isto, um elemento de núcleo pode ser definido como a combinação de metade da área do conduto de polo norte "compartilhado" 375b combinada com metade da área do conduto de polo sul "compartilhado" 375a e um ímã permanente 372 magneticamente correspondido no método prescrito. A funcionalidade do conjunto de prato de suporte 370 é similar àquela do conjunto de prato de suporte representado na Figura 16.

[00146] Na Figura 18, um conjunto de prato de suporte 380, compreende um prato de suporte de peça única ferroso 381 com bolsas de ímã permanente posicionadas radialmente, três das quais são representadas por 383a, 383b, e 383c, incorporadas para capturar ou reter oito grupos de ímãs permanentes em forma de barra, um dos quais é representado por 382. Cada grupo de ímãs permanentes em forma de barra, três dos quais são representados por 382, 384, e 385 contém o mesmo volume e grau de ímãs permanentes orientados na mesma direção ao longo da linha de campo de ímã permanente com diferentes comprimentos magnéticos Lm contidos em cada uma das bolsas de ímã permanente cada grupo de ímãs permanentes em forma de barra se comporta efetivamente como um ímã individual maior de forma similar. Os grupos de ímãs são orientados de modo que polos semelhantes de grupos de ímã adjacentes fiquem voltados um para o outro. Os condutos de polo norte e condutos de polo sul "compartilhados" são criados tendo as bolsas de ímã permanente projetadas de modo a minimizar espessuras de material abaixo dos grupos de ímã permanente e do material ao longo a borda vertical dos ímãs permanentes como descrito anteriormente na Figura 17. A funcionalidade do conjunto de prato de suporte 380 é similar ao conjunto de prato de suporte representado na Figura 17; entretanto, o uso de múltiplos em ímãs permanentes forma de barra é aconselhável quando o tamanho do prato de suporte é grande o suficiente para que os ímãs únicos do mesmo tamanho não fiquem prontamente disponíveis, ou sejam, substancialmente reduzido em eficiência devido a dificuldade de fabricação de ímãs permanentes grandes. Esta configuração é revelada para demonstrar a natureza altamente flexível desta arquitetura, e a capacidade para fazer configurações muito grandes de prato de suporte.

[00147] A Figura 19 ilustra um par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 400 compreendido de um primeiro conjunto de prato de suporte 401a e de um segundo conjunto de prato de suporte 401b, cada conjunto de prato de suporte basicamente como descrito anteriormente na Figura 10. Uma rotação relativa de ângulo de atuação 402, igual ao ângulo entre os elementos de núcleo, permite o alinhamento do primeiro elemento de núcleo 403a no primeiro conjunto de prato de suporte com o segundo elemento de núcleo correspondente 403b no segundo conjunto de prato de suporte. A rotação do primeiro conjunto de prato de suporte pelo ângulo de atuação 402 entre os elementos de núcleo para que o primeiro conduto de polo norte 405a e primeiro conduto de polo sul superior 404a fiquem alinhados ao segundo conduto de polo sul 404b e segundo conduto de polo norte 405b seja considerado um alinhamento "fora de fase", que desativa o conjunto. O realinhamento subsequente do primeiro conduto de polo norte 405a e do primeiro conduto de polo sul 404a com o segundo conduto de polo norte 406b e segundo conduto de polo sul 407b é considerado um alinhamento "em fase", que ativa o par de conjuntos de prato de suporte não ferroso. É importante observar que a disposição dos condutos de polo no prato de suporte como descrito na Figura 10 permite a ativação simultânea de todos os elementos de núcleo quando alinhados em fase e ao contrário a desativação simultânea de todos os elementos de núcleo quando alinhados fora de fase. O ângulo de ativação/desativação do aparelho é definido pelo ângulo de rotação alternado entre em fase e fora de fase, que nesta figure também é o ângulo de atuação 402 entre os elementos de núcleo. O ângulo de atuação 402 entre os elementos de núcleo também é definido como 360°/quantidade de elementos de núcleo alternados (oito) ou 360/8 = 45°. O sulco usinado 408 é projetado para acomodar um "meio de redução de atrito", neste exemplo, o mesmo pode ser um anel de vedação de coeficiente de atrito muito baixo feito de politetrafluoroetileno (PTFE ou Teflon®) ou uma disposição de rolamento de esfera. Isto é mostrado apenas como exemplo, e não a título de limitação uma vez que existem muitos métodos concebidos para obter estes meios de redução de atrito.

[00148] As Figuras 20A, B, C e D ilustram um par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 410 compreendido de conjunto superior de prato de suporte 411a e conjunto inferior de prato de suporte 411b, cada um dos quais basicamente é representado anteriormente na Figura 12. Recapitulado resumidamente e como mostrado na Figura 12, o ângulo entre cada um dos doze elementos de núcleo adjacentes em cada prato é de 30° e a rotação relativa de cada elemento de núcleo adjacente em volta de seu eixo 325 é de 60°.

[00149] Na Figura 20A cada um dos elementos de núcleo no conjunto superior de prato de suporte 411a é alinhado fora de fase com os elementos de núcleo correspondentes no conjunto inferior de prato de suporte 411b. Isto resulta em desativação do par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 410.

[00150] Na Figura 20B, o conjunto de prato de suporte superior 411a foi girado pelo ângulo de atuação 413 de 30° relativo ao conjunto de prato de suporte inferior 411b. Isto permite alinhamento axial do ímã permanente superior 412a com o ímã permanente inferior correspondente 412b e resulta em um alinhamento parcial dos condutos de polo envolvendo o ímã permanente superior 412a com os condutos de polo no ímã permanente inferior 412b, resultando em uma leve ativação de todos os elementos de núcleo quando a posição relativa dos elementos individuais de núcleo superior fica a 60° de ser alinhada fora de fase com os elementos individuais de núcleo inferior.

[00151] Na Figura 20C o conjunto de prato de suporte superior 411a foi girado novamente pelo ângulo de atuação 413 de 30° relativo ao conjunto de prato de suporte inferior 411b. Isto resulta em uma ativação substancial de todos dos elementos de núcleo quando a posição relativa dos elementos individuais de núcleo superior fica a 60° de ser alinhada em fase com os elementos individuais de núcleo inferior.

[00152] Na Figura 20D cada um dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte superior 411a é alinhado em fase ou alinhado com cada um dos elementos de núcleo correspondentes no conjunto de prato de suporte inferior 411b. Isto resulta em ativação do par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 410.

[00153] A configuração representada pelas Figuras 20A, B, C e D é destinada a fornecer um dispositivo de força de atuação escalonada variável. A calibração da força de ruptura é necessária para confirmar o nível de performance em cada ângulo 413 entre elementos de núcleo de alinhamento fora de fase para alinhamento em fase. A rotação relativa do ângulo predeterminado 324 do elemento de núcleo 322 da Figura 12 pode ser ajustada para fornecer uma razão de ativação parcial para ativação completa. Isto é útil quando tentando encontrar padrões de segurança que especificam um fator de segurança. Correntemente o ASTM B 30 (ASTM Internacional conhecido formalmente como Sociedade Americana para Testes de Materiais) Abaixo o padrão de elevação de Hook especifica um fator de segurança 3:1 para a elevação magnética comutável. Como um exemplo, em um dispositivo elevador com um força de ruptura de 1360,8 kg, um fator de segurança de 3:1 indica que a elevação máxima com aquele dispositivo não deve exceder 453,3 kg. Este trabalha bem desde que o operador conheça o peso do alvo, e que o alvo se conforme às espessuras ideais de material. Com a invenção proposta, um operador pode simplesmente posicionar o dispositivo sobre o material, levantar uma quantidade muito pequena com o mesmo parcialmente ativado e calibrar para um fator de segurança 3:1. Se o dispositivo permanecer fixado, o operador deve abaixar o material, e então ativar totalmente o aparelho. Ele pode então levantar o material com segurança um fator de segurança de 3:1 sem conhecer o peso preciso do material.

[00154] As Figuras 21 A, B, C e D ilustram um par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 420 compreendido de conjunto superior de prato de suporte 421a e conjunto inferior de prato de suporte 421b, cada um dos quais basicamente é descrito anteriormente na Figura 13. Cada um dos conjuntos de prato de suporte contém 18 elementos de núcleo e tem um ângulo entre elementos de núcleo de 20° com uma mudança de polaridade a cada três elementos de núcleo adjacentes o que defines o ângulo de atuação 422, neste caso de 60°. Na Figura 21A cada um dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte superior 421a é alinhado fora de fase com os elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte inferior 421b, resultando na desativação do par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 420. Na Figura 21B, o conjunto de prato de suporte superior 421a foi girado 20°no sentido horário (o ângulo 424 entre os elementos de núcleo adjacentes) relativo ao conjunto de prato de suporte inferior 421b. Isto resulta em uma ativação de um terço dos pares de elementos de núcleo, como exemplificado na Figura pelo elemento de núcleo superior 425a e o correspondente elemento de núcleo inferior 427b.

[00155] Na Figura 21C, o conjunto de prato de suporte superior 421a foi girado no sentido horário mais uma vez a partir da posição representada na Figura 21B por um ângulo 424 de 20° entre elementos de núcleo relativo ao conjunto de prato de suporte inferior 421b. Isto resulta em ativação de dois terços de todos os elementos superiores de núcleo, dois dos quais são representados como 425a e 426a, bem como seus elementos de núcleo inferiores correspondentes 426b e 427b, quando a posição relativa dos elementos individuais de núcleo for de 40° no sentido horário da posição desativada ou alinhamento fora de fase.

[00156] Na Figura 21D, o conjunto de prato de suporte superior 421a foi girado no sentido horário a partir da posição representada na Figura 21C por um ângulo 424 de 20° relativo ao conjunto de prato de suporte inferior 421b. Isto resulta em ativação de todos os elementos superiores e inferiores de núcleo como exemplificado pelos pares de elementos de núcleo correspondentes 425a e 425b, 426a e 426b, e 427a e 427b quando o conjunto de prato de suporte superior 421a tiver girado pelo ângulo de atuação 422 para que a posição relativa dos elementos individuais de núcleo seja de 60° no sentido horário, da posição alinhada fora de fase ou desativada representada na Figura 21 A. O par de conjuntos de prato de suporte não ferroso 420 agora está totalmente ativado.

[00157] A configuração representada pelas Figuras 21 A, B, C e D é destinada a fornecer um dispositivo de elevação com fator de segurança definido. Diferente do dispositivo representado nas Figuras 20A, B, C e D, a calibração da força de ruptura não é necessária. Ativando um terço dos elementos de núcleo como descrito na Figura 21B, a força de ruptura é precisamente um terço da performance de ruptura do dispositivo totalmente ativado. Este aparelho é adequado idealmente para atender as especificações de segurança 3:1 identificadas por ASTM B 30 sob o Padrão de Elevação de Hook, sem o operador conhecer o peso do material alvo que está sendo elevado ou se o alvo material está magneticamente supersaturado o que pode resultar em performance de elevação diminuída como observado com os elevadores de tecnologia de ímã comutável correntes.

[00158] Com a invenção proposta, um operador pode simplesmente posicionar o dispositivo sobre o material (mesmo se o mesmo for mais fino do que a espessura ideal) e levantar o mesmo uma distância curta com um terço dos elementos de núcleo ativados como mostrado na Figura 21B. Se o dispositivo permanecer preso, o operador pode então abaixar o material e ativar totalmente o aparelho girando o conjunto superior de prato de suporte 421a para a posição mostrada na Figura 21D. Agora o material pode ser elevado com o prescrito fator de segurança 3:1 sem conhecer o peso preciso ou capacidade de saturação do material.

[00159] Como um exemplo, assumindo que um operador está levantando uma peça de aço inoxidável magnético série 400; o operador tem conhecimento de que o alvo pesa 272 kg e o ímã de elevação é classificado em 1360,8 kg. O operador acredita que o mesmo está dentro do nível de segurança 3:1 segurança e prossegue para levantar o material, que cai logo depois durante o movimento. O que o operador não sabia é que a força magnética é baseada na composição e o acabamento do material que está sendo elevado. O aço inoxidável da série 400 tem aproximadamente 50% da força de fixação do aço macio. O ferro fundido tem aproximadamente 40% da dita força de fixação, enquanto que acabamentos ásperos podem impactar a performance por acima de 50%. O aparelho é capaz de levantar apenas 680,4 kg em aço inoxidável da série 400 e por volta de 544,3 kg de ferro fundido. Se o operador tivesse usado a configuração especificada na Figura 21A e realizado um teste de elevação com o dispositivo como mostrado na Figura 21B, ele teria visto que o dispositivo se solta do material uma vez que o mesmo tenha excedido 226,8 kg. Ponto no qual seria necessário aumentar a elevação com um segundo aparelho ou unidade mais forte.

[00160] A configuração mostrada na Figura 21A é mostrada a título de exemplo, e não a título de limitação, e é apenas uma de muitas configurações diferentes possíveis. O conceito funciona com condutos de polo "compartilhados" (pratos de suporte ferrosos) bem como com uma miríade de diferentes formas e tamanhos de ímã, bem como formas e tamanhos de conduto de polo ou configurações de elemento de núcleo. A configuração também se presta para ser adaptada prontamente para muitos fatores de segurança diferentes simplesmente ajustando a quantidade de elementos individuais de núcleo contidos no ângulo de atuação 422.

[00161] As Figuras 22A e B ilustram um par de conjuntos de prato de suporte ferroso 430 compreendido de conjunto superior de prato de suporte 432 e conjunto inferior de prato de suporte 433, cada um dos quais basicamente é descrito anteriormente nas Figuras 17 e 16, respectivamente. Uma rotação relativa igual ao ângulo de atuação 431 entre os elementos de núcleo permite um realinhamento dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte superior com os elementos de núcleo correspondentes no conjunto de prato de suporte inferior. Como na Figura 19, o ângulo de ativação/desativação do aparelho é definido pelo ângulo de rotação alternado entre alinhamento em fase e fora de fase, que nesta Figura também é o ângulo de atuação 43. O ângulo de atuação 431 também é definido como 360°/quantidade de elementos de núcleo alternados (14) ou 360°/14 = 25,71°.

[00162] As Figuras 22A e B também ilustram uma combinação de dois pratos de suporte diferentes usando ímãs permanentes de forma diferente. Embora as áreas de superfície de trabalho do conjunto de prato de suporte superior 432 e do conjunto de prato de suporte inferior 433 não sejam idênticas, a disposição ainda funcionará apropriadamente desde que a Razão de Superfície de Polo do Conduto é atendida para cada um dos conjuntos de prato de suporte, e os campos combinados sejam neutralizados quando cada um dos elementos superiores de núcleo é combinado com um elemento inferior de núcleo. Além disso, o conjunto de prato de suporte ferroso 430 representa uma configuração potencialmente ideal pelo fato de que os condutos de polo "compartilhados" no conjunto de prato de suporte superior 432 têm um campo magnético de força maior do que os condutos de polo "compartilhados" no conjunto de prato de suporte inferior 433. Os elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte superior 432 podem ser projetados para ter uma densidade de fluxo diferente daquelas no conjunto de prato de suporte inferior 433 para compensar a distância antecipada da lacuna de ar entre os pratos de suporte devido ao uso de meios de redução de atrito (tais como anel de vedação PTFE 434 ou rolamentos de esfera entre os pratos). Quando os conjuntos de prato de suporte estiverem alinhados fora de fase, os elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte superior 432 podem potencialmente encobrir totalmente os elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte inferior 433 e inverter o fluxo de campo no alvo o que deve desmagnetizar o alvo e permitir a fácil liberação. Em essência, esta configuração de conjunto de prato de suporte pode criar um campo magnético repelente que pode ser usado para separar o alvo do Ímã Comutável Rotativo. Quando usando conjuntos de ímã de elemento de núcleo mais fortes no conjunto de prato de suporte superior, a posição totalmente desativada pode ficar em um leve deslocamento angular a partir de 0° para que o fluxo magnético do conjunto de ímã de elemento de núcleo superior cancele completamente o campo magnético do conjunto de ímã de elemento de núcleo inferior bem como superar as perdas da lacuna de ar. O alinhamento completo em 0° resulta em uma leve inversão da polaridade magnética dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte inferior.

[00163] O sulco usinado 435 da Figura 22B é projetado para acomodar um "meio de redução de atrito". Existem muitas formas para efetuar estes meios de redução de atrito, incluindo sem limitação um anel de vedação de coeficiente de atrito muito baixo feito de politetrafluoroetileno (PTFE ou Teflon®), rolamentos de esfera ou de rolete, etc. Isto é mostrada apenas como exemplo, e não a título de limitação, uma vez que existem muitos métodos que um indivíduo de conhecimento comum na técnica pode empregar para obter estes meios de redução de atrito.

[00164] As Figuras 23A e 23B ilustram um dispositivo de RSM simples 500. O dispositivo de RSM 500 consiste de oito elementos de núcleo contidos em um conjunto de prato de suporte superior 503a e oito elementos de núcleo correspondentes contidos em um conjunto de prato de suporte inferior 503b, meios de redução de atrito 508, invólucro de proteção 501 e recursos de furos rebaixados um dos quais é representado como 505, projetado para permitir o acesso a área aberta entre o componente de integração estacionário 502. Os meios de redução de atrito 508 são posicionados entre o conjunto de prato de suporte superior 503a e o conjunto de prato de suporte inferior 503b. O invólucro de proteção 501 é preso através de meios de fixação de integração dois dos quais são representados como 507 para o conjunto de prato de suporte superior 503a. O componente de integração 502 é fixado à circunferência interna do conjunto de prato de suporte inferior 503b através de meios de fixação, um dos quais é representado como 509. Os meios de retenção posicional, um dos quais é representado como 504, são inseridos em recursos de furo rebaixado no conjunto de prato de suporte inferior 503b, os quais são usados para encaixar com pontos de retenção, um dos quais é representado como 506, localizados no invólucro de proteção. Quando o dispositivo de RSM 500 está em um alvo, uma rotação relativa do invólucro de proteção 501 com respeito ao componente de integração estacionário 502, consequentemente irá girar o conjunto de prato de suporte superior 503a para pontos de retenção adjacentes 506 onde os meios de retenção posicional 504 encaixam, para deste modo ativar ou desativar o dispositivo. A Figura 23A é uma ilustração simples a título de exemplo e não de limitação, que demonstra o conceito do produto ativado manualmente com um recurso para integração em outros produtos ou dispositivos. Neste exemplo, o componente de integração pode ser incorporado ou substituído por outro método de fixação.

[00165] A Figura 24 é um aparelho de RSM 600 para uso em aplicações automatizadas ou robóticas e é demonstrativo da arquitetura altamente flexível do dispositivo. Essencialmente qualquer das combinações de conjunto de prato de suporte 601 com outro conjunto de prato de suporte não mostradas mas reveladas neste documento ou que possam ser empregadas por um com indivíduo com conhecimentos comuns da técnica, podem ser incorporadas em um receptáculo 602 que retém um primeiro conjunto de prato de suporte, ao mesmo tempo em que permitindo que um segundo conjunto de prato de suporte, fixado a meios de atuação 603, gire o ângulo de atuação requerido para ativar e desativar o aparelho. Os meios de atuação 603 representados podem ser uma unidade motorizada, hidráulica, pneumática ou acionada por solenoide, embora muitos outros métodos de atuação possam ser usados, incluindo sem limitação métodos elétricos temporários que possam desativar ou aumentar momentaneamente o dispositivo através do uso de um eletroímã com disposição de conduto de polo similar que possa ser usado para ativar ou desativar um único conjunto de prato de suporte ou uma combinação de conjuntos de prato de suporte.

[00166] A Figura 26 ilustra conjuntos de prato de suporte ferroso empilhados 700 compreendidos de conjunto de prato de suporte giratório 701 e conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado 702. Uma rotação relativa entre o conjunto de prato de suporte giratório e o conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado permite o realinhamento dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte giratório com respeito aos elementos de núcleo correspondentes no conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado. A Figura 26 ilustra adicionalmente uma combinação de um conjunto de prato de suporte giratório com um receptáculo de prato de suporte integrado tendo formas substancialmente diferentes. Nesta configuração é usado um receptáculo de prato de suporte integrado para minimizar a quantidade de peças necessárias para montar ao mesmo tempo em que fornecendo recursos de fixação e um projeto ergonômico ou estético. O receptáculo integrado 705 é construído de uma peça única de aço ferroso, com furos de montagem 707 incorporados. Os recursos isolamento magnético, um dos quais é representado como 706, são essencialmente corte no material projetados para restringir a forma e área dos condutos de polo, permitindo o alinhamento dos condutos de polo no conjunto de prato de suporte giratório 701 e no conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado 702. Nesta configuração um conjunto rolamento de agulha 703 é usado devido às forças atrativas altas. Uma área rebaixada 709 é incorporada no receptáculo integrado 705 para acomodar o conjunto de rolamento de agulha e fornecer uma folga de ar mínima entre o conjunto de prato de suporte giratório 701 e o conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado 702 ao longo da maior parte da superfície de conduto de polo. É usado um centro de rotação comum 704 para manter alinhamento preciso entre o conjunto de prato de suporte giratório 701 e o conjunto de receptáculo de prato de suporte integrado 702. Como com outros conjuntos de prato de suporte representados anteriormente, o uso de múltiplos ímãs 708 em lugar de um único ímã maior fornece a flexibilidade na seleção do ímã, otimização de força, uso de peças de prateleira, bem como outros benefícios descritos anteriormente.

[00167] A Figura 27 ilustra uma matriz de camada única de conjuntos de prato de suporte não ferroso 750, compreendida de conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado 751 e múltiplos conjuntos de prato de suporte giratório correspondentes 752 e 753. O conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado 751 compreende um conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado 755 que incorpora recursos rebaixados, um dos quais é representado como 754, e fornece meio de retenção ao mesmo tempo em que acomoda a inserção dos conjuntos de prato de suporte giratório 752 e 753. Cada combinação de conjuntos de prato de suporte giratório e parte correspondente do conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado pode ser ativada individual ou conjuntamente.

[00168] A Figura 28 ilustra uma matriz de camada única 800 de conjuntos de prato de suporte ferroso, a parte inferior da camada compreendida de um conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 801 e a parte superior da camada compreendida de um receptáculo de prato giratório 805 com múltiplos conjuntos de prato de suporte giratório 802, 803, e 804 inseridos no mesmo. Os integrados conjuntos de prato de suporte ferroso 812, 813 e 814 são integrados em um receptáculo ferroso integrado 806. Os conjuntos de prato de suporte giratório 802, 803, e 804 são contidos dentro do receptáculo de prato giratório 805. Uma rotação relativa de um ou mais conjuntos de prato de suporte giratório 802, 803, ou 804 ativa ou desativa os campos magnéticos que emanam da parte correspondente do conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado. Os recursos de isolamento magnético, um dos quais é representado como 808, são usados para impedir que campos magnéticos opostos neutralizem um ao outro. Furos com rosca, um dos quais é representado como 807, fornecem um ponto fixação no conjunto de prato de suporte giratório 802, como um possível meio para girar o conjunto de prato de suporte giratório 802 relativo à parte de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado correspondente 801.

[00169] A Figura 29 ilustra uma matriz de camada dual de conjuntos de prato de suporte ferroso 850 que compreende uma primeira matriz de camadas de conjuntos de prato de suporte ferroso 851 e uma segunda matriz de camadas de conjuntos de prato de suporte ferroso 861. A primeira matriz de camadas 851 compreende uma primeira camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 852 e uma primeira camada de conjuntos de prato de suporte giratório correspondente 853, 854, e 855. A segunda matriz de camadas de conjuntos de prato de suporte ferroso 861 compreende uma segunda camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 862 e uma segunda camada de conjuntos de prato de suporte giratório correspondente 863, 864, e 865. Os conjuntos de prato de suporte giratório 853, 854, e 855 são inseridos dentro do receptáculo de prato giratório de camada dual 870 e são pareados com os conjuntos de prato de suporte correspondentes na primeira camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 852. Os conjuntos de prato de suporte giratório 863, 864, e 865 são inseridos dentro do receptáculo de prato giratório de camada dual 870 e são pareados com a segunda camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado correspondente 862. A primeira e segunda camadas de conjuntos de receptáculo de prato de suporte ferroso integrados 852 e 862 respectivamente, são fixadas em seus respectivos receptáculos integrados ferrosos 856 e 866. Uma rotação relativa de um ou mais conjuntos de prato de suporte giratório 853, 854, ou 855 ativa ou desativa os campos magnéticos que emanam da parte correspondente da primeira camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 852. Uma rotação relativa de um ou mais conjuntos de prato de suporte 863, 864, ou 865 ativa ou desativa os campos magnéticos que emanam da parte correspondente da segunda camada de conjunto de receptáculo de prato de suporte ferroso integrado 862. A lacuna de isolamento magnético 875 fornece isolamento magnético entre os conjuntos de prato de suporte giratório. As fendas de limitação de rotação, uma das quais é representada como 871, permitem que um eixo seja inserido no conjunto de prato de suporte giratório 853 para se estender através da fenda de limitação de rotação 871 permitindo a ativação ou desativação da parte respectiva da primeira camada 851 de conjuntos de prato de suporte.

Claims

1. Aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente para fixar, prender, ou levantar um alvo desejado, que compreende: uma pluralidade de conjuntos de prato de suporte (340, 350, 360, 370, 380, 400, 401a, 401b, 410, 411a, 411b, 420, 421a, 421b, 430, 432, 433, 503,a, 503b, 601, 700, 701, 750, 752, 753, 800, 802, 803, 804, 812, 813, 814, 850, 851, 853, 854, 855, 861, 864, 865), cada um dos quais é compreendido de um prato de suporte (341, 351, 361, 371, 381) e uma pluralidade de elementos de núcleo (403a, 403b, 424a, 425b, 426a, 426b, 427a, 327b) integrados no mesmo; cada núcleo compreendendo um ou mais ímãs permanentes (342, 343, 344, 352, 353, 362, 372, 374, 382, 384, 385, 412a, 412b, 708) com um polo norte magnético e um polo sul magnético; o prato de suporte (341, 351, 361, 371, 381) compreendendo dois condutos de polo magneticamente moles ou duros (345a, 345b, 357a, 357b, 365a, 365b, 375a, 375b, 404a. 404b, 405a, 405b, 406b, 407b), cada um dos condutos de polo do ímã permanente ou dos ímãs permanentes tendo uma face de conduto de polo e em que cada um fica adjacente e fixado aos dois condutos de polo, o ímã permanente ou ímãs permanentes dentro de cada elemento de núcleo orientados de modo que o polo norte magnético do ímã permanente ou os polos norte magnéticos dos ímãs permanentes são adjacentes e fixados a um conduto de polo e o polo sul magnético do ímã permanente ou os polos sul magnéticos dos ímãs permanentes são adjacentes e fixados ao outro conduto de polo, em que os ditos condutos de polo são capazes de conter e redirecionar os campos magnéticos do ímã permanente ou ímãs permanentes; os conjuntos de prato de suporte giráveis adjacentes um ao outro e em planos geométricos diferentes em que cada conjunto de prato de suporte retém ou prende múltiplos elementos de núcleo de modo que os condutos de polo norte e sul dos elementos de núcleo em um conjunto de prato de suporte correspondam a ou se alinhem com os condutos de polo norte e sul dos elementos de núcleo em um conjunto de prato de suporte girável adjacente a fim de redirecionar os campos magnéticos contidos dos polos magnéticos de ímã permanente ou polos magnéticos de ímãs permanentes para um elemento de núcleo correspondentes de um conjunto de prato de suporte girável adjacente ou o alvo desejado; um receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado (751) compreendendo um conjunto de receptáculo de prato de suporte não ferroso integrado (755) que incorpora recursos rebaixados (754), e fornece meios de retenção ao mesmo tempo em que acomoda a inserção dos conjuntos de prato de suporte giratório (752, 753); cada conjunto de prato de suporte girável sendo separado de um conjunto de prato de suporte girável adjacente por meios de redução de atrito para reduzir o atrito entre conjuntos de prato de suporte giráveis adjacentes e facilitar a rotação do conjunto de prato de suporte com respeito ao conjunto de prato de suporte girável adjacente; o campo magnético que emana dos condutos de polo adjacentes ao alvo sendo desativado quando os condutos de polo estiverem alinhados fora de fase, ou seja, todos os campos magnéticos que emanam dos condutos de polo em um conjunto de prato de suporte girável são desativados ou reduzidos para um nível desejado, de modo que os condutos de polo sul (S) dos elementos de núcleo em um conjunto de prato de suporte fiquem justapostos com os correspondentes condutos de polo norte (N) dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte girável adjacente (S-N) e os condutos de polo norte (N) dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte girável fiquem justapostos com os condutos de polo sul correspondentes (S) dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte adjacente (N-S); sendo ativado quando os condutos de polo estiverem alinhados em fase, ou seja, todos os campos magnéticos que emanam dos condutos de polo em um conjunto de prato de suporte girável são ativados ou aumentados para um nível desejado, de modo que os condutos de polo sul (S) dos elementos de núcleo em um conjunto de prato de suporte girável fiquem justapostos com os condutos de polo sul correspondentes (S) dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte adjacente (S-S) e os condutos de polo norte (N) dos elementos de núcleo em um conjunto de prato de suporte fiquem justapostos com os condutos de polo norte correspondentes (N) dos elementos de núcleo no conjunto de prato de suporte adjacente (N-N); e sendo parcialmente ativado ou desativado quando os condutos de polo ficam parcialmente alinhados ou em fase ou fora de fase, ou seja, os campos magnéticos que emanam dos condutos de polo em um conjunto de prato de suporte são ajustados para um nível desejado; caracterizado pelo fato de que os condutos de polo (345a, 345b, 357a, 357b, 365a, 365b, 375a, 375b) são uma parte integral do prato de suporte, em que o conduto de polo norte de um primeiro ímã permanente do um ou mais ímãs permanentes de um elemento de núcleo sendo compartilhado com um conduto de polo norte de um ímã permanente ou ímãs permanentes adjacentes e o dito conduto de polo sul do primeiro ímã permanente sendo compartilhado com um conduto de polo sul de um outro ímã permanente ou ímãs permanentes adjacentes do um ou mais ímãs permanentes de um outro elemento de núcleo adjacente.

2. Aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente para fixar, prender, ou levantar um alvo desejado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos um ou mais ímãs permanentes (342, 343, 344, 352, 353, 362, 372, 374, 382, 384, 385, 412a, 412b, 708) compreendem eletroímãs para criar o polo norte magnético ou polos norte magnéticos e o polo sul magnético ou polos sul magnéticos.

3. Aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente para fixar, prender ou levantar um alvo desejado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende meios de retenção posicional configurados para limitar o ângulo de rotação dos pratos de suporte.

4. Aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente para fixar, prender, ou levantar um alvo desejado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de os condutos de polo ou pratos de suporte são dotados de um revestimento e/ou chapeamento.

5. Aparelho de elemento multinúcleo comutável rotativo baseado em ímã permanente para fixar, prender, ou levantar um alvo desejado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que condutos de polo ou pratos de suporte são encapsulados.