JP2003516627A - 切替が可能な永久磁性装置 - Google Patents
切替が可能な永久磁性装置Info
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Abstract
Description
装置に関するものである。
ことなく磁場を与える。永久磁石は強磁性材料に引付けられしっかりと付着する
ことができる。しかしながら、永久磁石のエネルギ出力は固定されており、もし
磁場強度に変化が求められるならば永久磁石を使用することはできないという欠
点を永久磁石は抱えている。
を用いて行われている。電磁石のつくる電場の強度と方向性は電流の大きさと方
向を制御することによってうまく制御されている。しかしながら、このことは常
に利用可能な電源とそれに関する配線を与える必要性を導入するものである。こ
れは複雑さと潜在的な危険性を招く。
現実的な解決法を見つけるため、多くの異なったアプローチがなされてきた。し
かしながら、これらのアプローチでは、結果としてかさばった構造、複雑な構造
または製造費用が高額な装置をもたらすことになった。先行技術による装置はま
た、不完全な外部磁性回路が存在する条件の下で、例えば磁石と保持具との間に
隙間がある条件または保持具または基板が鉄類の薄板のように低い透磁率を有す
る条件の下で、装置と基板との間に十分な拘束力を実現させることをほとんど留
意していない。先行技術による装置において十分な拘束力を実現するためには磁
石と基板との間が完全に密着していることおよび十分な磁束を確立させることが
可能となる十分な容積をもった基板が必要であった。勿論、これは実現が困難な
事柄であった。
装置について、特に回転操作における使用に適したチャックについて記述してい
る。エンゲルステッドによるその装置は永久磁石の列から成り、その磁石は一般
的に長方的な構成をしている。場の強度を調整するために、磁極片の1列が移動
させられ、その他の磁極片の列とのずれをつくる。
配置された単一の回転永久磁石の操作によって束縛位置と物質から解放可能な位
置との切替が可能な磁性基部について記述している。ヤナギサワの回転磁石は励
起状態と非励起状態とを切り替えるために90°回転させられる。この装置は内
部に回転可能な磁石(20)を有する実質的質量体(ヤナギサワの図1の12お
よび14)の受動的外部磁場構成部分を使用することに依っている。
置関係を変化させることで励起状態と非励起状態を切り替えることができる永久
磁石のチャックについて記述している。可動永久磁石は磁場を変化させるために
固定磁石に対して横方向に移動する。
である。
第1永久磁石および第2永久磁石に相対的な回転をさせるための作動手段を含ん
でおり、前記第1および第2永久磁石は原則として円柱形であり、前記第1およ
び第2永久磁石は直径方向に分極し、前記第1および第2永久磁石は筐体内に設
置され、第1および第2永久磁石は互いに関して相対的な回転が可能であり、上
記装置は上記第1および第2永久磁石が互いの相対的位置関係に関して第1永久
磁石のN極およびS極が第2永久磁石のNおよびS極それぞれと実質的に整列し
て位置するときに相対的に強い外部磁場を発生させ、第1および第2磁石が互い
の相対的な位置関係に関して第1磁石のN極が第2磁石のS極とそしてその逆も
同様に実質的に整列して位置するときに相対的に弱い外部磁場を発生させるよう
な切替が可能な磁性装置を提供する。
するように筐体に設置される。最も好ましくは一方の磁石が他方の磁石の上方に
設置される。
ことが好ましい。
磁気的に分離された一対の受動強磁性素子を含んでいる。筐体が最も適切に第1
および第2磁石が位置するチャンバを決定する。チャンバは開放端であってよい
、また、より好ましくは密室である。チャンバを閉じる部品がうまくチャンバを
閉じるために用いられる。
ら作られる。この実施例においては、筐体が2つの受動極として機能するよう、
断面積を減じられた筐体の2つの部分があることが好ましい。もう1つの方法と
して、筐体の部分が非磁性になるようにその部分が取り扱われ、その結果筐体が
2つの受動極として機能する。
はパーマロイが筐体に適した材料の例である。
動極を第1および第2永久磁石の周りの磁場強度を反射するように成形すること
で最大化される。
、第1および第2磁石は原則的には円柱形をして円柱の高さが円柱の直径よりも
小さい。当然のことながら、第1および第2磁石は厳密に円柱形をしている必要
はなく、円断面からの僅かな変形もまた本発明の範囲に含まれる。磁石の高さは
広い範囲で変化し、直径と高さの比もまた広い範囲で変化する。
領域は磁石の円柱形の表面の直径によってS極の領域と分けられることを意味す
る。N極の領域およびS極の領域の両者が磁石の上下にある実質的に円形をした
表面に存在し、磁石の全長または全高に渡って伸びている。
転できることが好ましい。回転可能な磁石はその原則として円形である面の中心
に関して回転できることが特に好ましい。この方法により、筐体内壁と回転可能
磁石との間の大きなクリアランスが要求されることを避けられる。この実施例に
おいては、回転が可能な磁石の回転体の形状は磁石それ自体と同一であり(換言
すれば、上面または平面図において実質的には円形である)、このように磁石は
回転してもまだ筐体壁との相対位置を保持することが可能である。
されているハンドルまたはノブを含んでいる。ハンドルまたはノブは1つのまた
はそれより多い中間部品によって一方の磁石に接続されている。
または実にその他のあらゆる適当な方法で回転させられる。
トルクに敏感なレバーを含んでいる。この点で、装置に適用される外部負荷がな
いとき、装置の活性化状態と不活性化状態を切り替えることは困難である。トル
クに敏感なレバーを作動手段の一部として使用することによって、十分な外部磁
気回路が存在しなければ活性化状態と不活性化状態を切り替えることは不可能で
あるという結果が得られる。
は筐体に固定されている。この特に好ましい実施例においては、一方の磁石は所
定の位置で固定されて磁極片は永久に励磁される。
ましいのは希土類磁石である。なぜならば希土類磁石は強い磁場を有するからで
ある。そのような磁石は高保磁力を有し、そのことは消磁に対して耐えることを
意味する。永久磁石技術が発達を続けることで本発明に利用するのに適したより
強力な磁石が将来利用可能になると考えられる。
第2磁石が異なる磁気特性を持っていてもよい。磁石は互いに同じかまたは異な
る物理的寸法をしていてよい。第1および第2磁石の磁気特性または物理的寸法
を変化させることはいくつかの本発明の実施例において磁性の切替の特性を変化
させるために用いられる。
装置は表面に、特に金属表面に、留めるために使用される。いくつかの実施例に
おいては、装置が付けられている表面は下方の磁石の下方表面に隣接またはその
下に位置する。他の実施例においては、装置が付けられている表面は磁石の側面
に隣接またはその近くに位置する。
て使用される。例えば、磁場センサをトリガすること、例えば、鉱山において、
粒子の偏向、等。
参照して記述する。
に磁化されている。これにより磁石のN極およびS極の間の概念的な区分は円盤
磁石1の上面3の直径2を通る鉛直平面によって達成されることを意味する。
ネオジム−鉄−ボロン磁石である。本発明は他のあらゆる永久磁石材料の使用も
考慮している。
磁石10、11は原則的に円盤形の磁石であり、図1に示されている磁石1と類
似している。磁石10、11は極片12、13からなる筐体に収容される。極片
12、13は好ましくは低磁気リラクタンスの強磁性体材料から作られる。極片
12、13は下方磁石10を固定位置において固定的に保持するように配される
。しかし、上方磁石11は極片12、13からなる筐体内で回転することができ
る。
欠きまたは溝14、15が形成される。これらの切り欠きまたは溝14、15は
バー18から下方にぶら下がったアーム16、17を受ける。バー18はボス2
0に形成された溝19の内に受けられる。ボス20はショート・バー21に接続
され、今度もやはり固定的にハンドルまたはレバー22に接続されている。この
ようにして、ハンドルまたはレバー22の回転が第2磁石11の回転を引き起こ
す。当然のことながら、第2磁石11は原則的にその中点に関して回転する。
体を固定的に保護する。カバー23は極片12、13が形成する筐体の上部を密
封する。ボス20は上部カバー23の開放部を通って伸びていることおよび密封
部品24が開放部周囲の水密および防塵シールを形成する助けとなっていること
に注目すべきである。
置の下部表面の一部を形成する。この実施例において、下方磁石10の最下面は
原則的に極片12、13の下部表面それぞれと隣接するように配置させられてい
る。
によって与えられる。
則として密封されていることが好ましい。これにより装置は粉塵環境、湿潤環境
または完全に水中に沈んだような苛酷な環境においてさえ使用することが可能と
なる。
4において、第1磁石10および第2磁石11は第1磁石10が第2磁石11の
下になるように設置されている。第1および第2磁石10、11は差し向かいの
並置状態で設置されている。第1磁石10は固定的に設置され、一方で第2磁石
11は回転軸24に関する回転をするように設置される。
っている。その結果として同様に第2磁石11のS極は十分に第1磁石10のN
極の上に横たわる。この配置においては、第1および第2磁石は内部動的磁性シ
ャントとして働き、その結果として装置による外部磁場強度はかなり低い。
列になる。この配列においては、上方磁石11のN極およびS極のそれぞれが十
分に下方磁石10のN極およびS極のそれぞれの上に横たわる。この配列におい
て、装置による外部磁場はかなり強く、装置はしっかりと強磁性体の表面にくっ
つく。受動極は図3および図4に示された磁気的機能性を支援する上で重要であ
る。
の曲線の厳密な特性は、極(12、13)の形状と同様に円盤磁石がその物理的
形状において磁化されている状況に依存する。磁性円盤10、11の磁気エネル
ギー積の比の変動が図5に示された曲線に、特定用途に適するためのさらなる修
正をもたらす。
度の変動を極片12、13が跳ね返すように極片12、13の肉厚を形成するこ
とで達成される。
て形成された極片12、13のデザインである。磁場の逆二乗則の適用が、最適
な形状に影響を与えるような特定の材料および用途の無い、良い結果もたらして
いる。特に、極の肉厚は以下のように変化させられる。(a)長円極、その肉厚
は磁石の周の場の強度の数学的関数である。(b)長円極、その肉厚は磁石10
および11の磁気質量の分布の数学的関数である。(c)円極、その肉厚は一定
で磁場強度は低いが、周に沿って均一である。
最大にし、不完全磁気回路内の適所に装置を拘束する助けとなる。装置の底とく
っつけられるべき表面との間に空隙があるとき、または非磁性材料が装置がくっ
つけられるように意図された表面と装置の底の間に挿入されているときに、不完
全磁気回路と実際に遭遇する。
ことがある。極は(磁石と共に)磁気回路の部分を形成する。極には固有の磁気
抵抗(“リラクタンス”)があり、それによって磁気エネルギーの損失が起こる
。こうして、本発明は、極の長さを最小にすることによって、磁気エネルギーの
損失を最小にし、それ故、外部の場の強度を最大にしている。
る磁束の増加につれて著しく減少することが見出されている。それ故、付加的な
特徴として、もし適当な外部磁気回路が存在するならば装置を“オン”の位置に
切替えることのみを可能にするトルクに敏感なレバーがある。
自体を用いた磁気短絡回路の実施によって強い外部の場から弱い外部の場へと切
替えられる。受動極は最小質量まで減少され得るが、これはまた最高可能磁力を
保持するための必要条件である。このことは前で引用したヤナギサワの引用文献
で開示された、受動強磁性体外部極が永久磁石の極との間に磁気短絡回路を確立
するような“受動”シャントとは対照されるべきである。強力な永久磁石は相対
的に大量の受動材料をこのシャントを実施するために要求する。
と極との間でとても低い摩擦を有するという利点も備えている。これは円柱形磁
石、極および筐体壁間の対称性を有する引力の結果であり、正味の引力はゼロと
なる。
。より短い極長さの使用で極のリラクタンスは減少し、それによって極における
磁気損失は最小化されている。
発明の好ましい実施例のさらなる利点である。
を提供する。直径方向に分極した原則的に円柱形をした磁石の使用によって装置
の小型化が可能になり、また磁石は、磁石が運動する内部チャンバの内に大きな
無用の空所を備える必要なしに互いの磁石に関して回転することが可能になる。
外部極片の形状が外部磁場を最大化させることを可能にする。装置は簡単に使用
でき、適所にしっかりと物体を拘束する強力な拘束力を与える。
、当業者にとっては理解するところである。本発明はその思想と範囲に含まれる
ような全ての変形例および修正例を包含すると理解されるべきである。
る。
の図である。
面断面図である。
面断面図である。
よる装置の端面図である。
ノッチまたは溝。
Claims (24)
- 【請求項1】 第1および第2永久磁石は原則として円柱形であり、前記第
1および第2永久磁石は直径方向に分極し、前記第1および第2永久磁石は筐体
内に設置され、第1および第2永久磁石は互いに関して相対的な回転が可能であ
り、装置は上記第1および第2永久磁石が互いの相対的位置関係に関して第1永
久磁石のN極およびS極が第2永久磁石のNおよびS極それぞれと実質的に整列
して位置するときに相対的に強い外部磁場を発生させ、第1および第2磁石が互
いの相対的位置関係に関して第1磁石のN極が第2磁石のS極とそしてその逆も
同様に実質的に整列して位置するときに相対的に弱い外部磁場を発生させる、筐
体、第1永久磁石、第2永久磁石、ならびに第1永久磁石および第2永久磁石に
相対的な回転をさせるための作動手段を含んでいる切替可能磁性装置。 - 【請求項2】 第1および第2磁石が実質円盤形をしている請求項1に記載
の装置。 - 【請求項3】 第1および第2磁石が筐体内に設置され第1磁石の面が第2
磁石の面と向き合っている請求項1または2に記載の装置。 - 【請求項4】 一方の磁石が他方の磁石の上方に位置している請求項3に記
載の装置。 - 【請求項5】 一方の磁石が固定的に筐体内に設置され、他方の磁石が筐体
内で回転可能である請求項1から4のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項6】 装置を相対的に強い外部磁場を有する状態から相対的に弱い
外部磁場を有する状態へ変化させるために上記他方の磁石が180°回転を行う
請求項5に記載の装置。 - 【請求項7】 筐体が2つの極片を含んでいる上記請求項のいずれか1つに
記載の装置。 - 【請求項8】 筐体が単一の構造または1つの材料片から作られている請求
項1から6のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項9】 筐体が2つの受動極として働くように筐体の2つの部分の断
面積が減じられている請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 筐体の部分が非磁性になるようにその部分が取り扱われて
その結果筐体が2つの受動極になる請求項8に記載の装置。 - 【請求項11】 筐体が第1および第2磁石が設置されるチャンバを規定す
る上記請求項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項12】 チャンバが開放端を有する請求項11に記載の装置。
- 【請求項13】 1つのまたはそれより多いチャンバを閉じる手段が1つの
またはそれより多いチャンバの開放端を閉じる請求項12に記載の装置。 - 【請求項14】 最下の磁石と第2磁石がチャンバの下端を閉じる請求項1
2または13に記載の装置。 - 【請求項15】 チャンバが閉じられた先端を有する請求項11に記載の装
置。 - 【請求項16】 筐体が低磁気リラクタンスを有する材料からできている前
期請求項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項17】 筐体が軟鋼、鉄またはパーマロイからできている請求項1
6に記載の装置。 - 【請求項18】 極片が外部磁場を最大化する形状をしている請求項7から
請求項17のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項19】 極片が最小の長さである請求項17から請求項18に記載
の装置。 - 【請求項20】 作動手段が磁石の1つに接続されたハンドルまたはノブを
含んでいる前記請求項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項21】 ハンドルまたはノブが1つのまたはそれより多い中間部品
を経由して磁石の1つに接続されている請求項20に記載の装置。 - 【請求項22】 ハンドルが1つの磁石に適用されるべき所定の量を超える
トルクを含んでいる請求項20または21に記載の装置。 - 【請求項23】 ハンドルまたはノブが手動、電気、圧縮空気、水圧または
バイメタル片の伸張作用で作動させられる請求項20から22のいずれか1つに
記載の装置。 - 【請求項24】 第1および第2磁石が希土類系磁石を含んでいる前記請求
項のいずれか1つに記載の装置。
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