JP2007509504A - 永久磁石組立体を組み立てる方法 - Google Patents

Abstract

磁石セグメントの動きを拘束するように、個々の磁石セグメント間に非磁性フレームを利用することによって、永久磁石組立体を組み立てる方法。フレームは、組立中に、磁石の動きを拘束する。フレームはまた、既存の組立体において磁石を交換するための効果的なシステムを提供する。

Description

本発明は、一般に、磁石組立体に関し、特に、磁石の動きを拘束するフレームを使用して永久磁石組立体を組み立てる方法に関する。

磁性組立体を組み立てるために多くの方法が存在する。少なくとも一部には磁性材料固有の大きな力のために、磁性組立体の所望の形態とサイズによって組立体の組立に必要とされる方法が決まることが多い。

永久磁石材料は、外部供給源によって磁化されるまで、任意の他の材料と同じように機能する。研磨、切断などのような永久磁石材料に関する製造工程(operation)は、十分に確立されており、適切なツールを装備した人にとってそれほど大きな問題を生じない。磁化した磁性材料を機械加工することもできるが、磁化させずにストックすることが好ましい。

磁性材料は、材料を成形し、材料の磁場特性を調整するための機械加工工程によって頻繁に改質される。磁化された材料を組み立てる場合に普通なら存在することになる潜在的に危険な力に組立要員をさらすことを最小にするために、改質された、磁化されていない磁性材料が組み立てられ、その後、完全に飽和するまで磁化される。全ての磁石が、組立後に磁化されるのが好ましいが、一部の組立体において、非常に大きく、磁性材料の磁化方向がより重要である場合は、要員が、完全に磁化された材料に対して作業することが必要になる。それに伴う危険は、磁化される材料のサイズが大きくなるにつれて、著しくなりかつ倍加する。

磁性組立体が、磁石の自然な整列傾向に逆向きに位置決めされる永久磁石を含む場合があり、その場合、組立プロセス中に、適切に拘束されないと、自己破壊をもたらす非常に大きなトルクや力が生成されることがある。

磁性組立体の大多数において、接着剤が、現在、主要な固定メカニズムである。組立プロセス中に、組立体に積み込んでいる磁石に外部拘束部材を配置する。これらの拘束部材は、通常、３軸ボールねじ駆動式直線スライド(screw driven linear slide)である。接着剤がターゲット磁石の接触面上に塗られ、その後、そのターゲット磁石が組立体内の所定の位置に配置され、接着剤が硬化するまで、その位置に保持される。

磁石組立体内に取り付けられた磁石は３つの直交する力を受けることが多い。これらの力は、一般に、大きさが異なり、磁石が組み立てられる時に、磁石の物理的配置を維持することを難しくさせる。磁石サイズの増加または一定の組立体は、数百または数千ポンドに達する可能性がある力を生成し、手作業の組立を難しく危険にしたり、さらには不可能にする可能性がある。先に述べたように、こうした構造を組み立てる機械的な手段が必要とされる。こうした手段は、恐ろしく大きくかつ高価になる可能性がある。さらに、接着剤が硬化し、機械的拘束部材が取り除かれた後で、ターゲット磁石に与えられる負荷は、接着剤によって完全に吸収される。これは、許容可能な組立方法であることがわかっているが、切れた、または欠陥のある接合線が存在し、磁石がルーズになる。

磁石組立体が完成すると、欠陥のある接合線に対する最終防護の役目を果たすように、ユニットの周りに金属の外骨格が配置されることが多い。それでも、時には、組立プロセス中に、ユニット内に蓄積される大量のエネルギーを拘束するのに使用される唯一の固定メカニズムが接着剤である。

磁石が、組立体の組立中に、適切でなく方向付けられたり、不完全に取り付けられる場合がある。正しくなく方向付けられて組み立てられた磁石の修理は、難しいだけでなく危険である。また、欠陥のある磁石を分離しようと試みることは、任意の他の接合線の完全性を犠牲にするか、または、システム内の任意の他の磁石に損傷を与える場合がある。

永久磁石組立体を組み立てる方法は、組立体に加えられる磁石を収容し、磁石の動きを拘束するフレームを利用する。フレームは、組立体内の、任意の、または、全ての隣接する磁石の間または磁石ブロックの間にあってよい。フレームは、磁化方向が、隣接する磁石間で異なる組立体において特に役立つ。

別の態様では、フレームを、永久磁石組立体を組み立てるのに役立つように噛合を形成してもよい。

別の態様では、フレームが、磁石を所定の場所に構造的に保持する変形部を含んでもよい。

本発明の実施形態は、添付図面において、制限ではなく、例として示される。

図１は、磁石組立体１００の近くに配置される磁石１０５に作用する、おそらくは３つの直交する力を示し、また、磁石組立体の組立中に遭遇する典型的な状況を示す。３つの直交する力１１０、１２０、１３０は、磁石組立体１００に対する一定の位置で磁石１０５に作用する力の表示である。これらの力は、組立体内での、磁石の磁化方向および／または他の磁石の磁化方向に対して変わる。たとえば、表示された直交する力のいずれかがゼロであることもある。磁石組立体は、磁極方向が直交する磁石または整列させられていない他の任意の磁極方向を有する磁石からなる場合があり、そのため、磁石１０５に作用する直交する力が増減する。

本発明の実施形態２００は、図２を参照して述べられる。２つの永久磁石ブロック２２０、２４０が示されており、永久磁石ブロック２２０、２４０は、非磁性フレーム２１０内に挿入されている。永久磁石ブロック２２０、２４０はそれぞれ、１つまたは複数の磁石を備えることができる。任意の実施形態における磁石は、鉄、ニッケル、コバルト、または、ネオジウムまたはサマリウムなどの希土酸化物材料、あるいは、ネオジウム鉄ボロンなどの、それらの組み合わせまたはそれらの誘導体で構成されてもよい。これらの、また、他の高保持力材料（磁気構造によって提供される磁束密度より大きな固有保磁力を有する）が使用されてもよい。任意の実施形態において、フレーム２１０は、任意の非磁性材料、または、さらにかろうじて磁化可能な強磁性材料からなる場合がある。

図２に示す磁石は四角形である。しかし、正確な外骨格となる他の磁石形状が、同様に、本発明に適用可能である。たとえば、三角形、六角形、八角形の磁石が使用されてもよい。

本発明の任意の実施形態において、磁石は、磁極方向が異なる場合がある。ある実施形態は、フレームが少なくとも１つの方向に各磁石の動きを拘束するように、磁石の側面に十分に接近した壁を有するフレーム２１０を備えている。こうしたフレームは、以下で述べるように、磁石組立体や特に永久磁石の組立体の組立を容易にする。

図２のフレーム２１０は、磁石ブロック２２０、２４０用の受入スロットを有する。磁石ブロック２２０は、たとえば、最初に、フレーム２１０の受入スロット内に挿入される（２３０）。この例では、フレーム２１０は、磁石が挿入される方向、または、磁石が取り出される方向における、磁石ブロック２２０の動きを妨げる。一実施形態において、フレーム２１０は、磁石ブロック２２０について２次元以上の動きを可能にすることができるが、磁石ブロック２２０によって少なくとも１つの方向においてやはり動きを拘束することができる。

図２において、たとえば、第１磁石ブロック２２０が、フレーム２１０内に挿入されたあと、またはそれと同時に、種々の製造方法に従って、磁石ブロック２４０がフレーム２１０内に挿入される（２５０）。磁石ブロック２２０、２４０は、異なる磁極方向を有していれば、フレームが無いと磁石が整列せず、そのため、磁性組立体２００の組立が難しくなる。フレーム２１０は、各磁石ブロック２２０、２４０の動きを、少なくとも１つの方向に拘束し、そのため、磁性組立体の組立を補助する。一実施形態において、フレーム２１０は、各磁石ブロック２２０、２４０の動きを、１つの軸方向に拘束する。

図２において、磁石ブロック２２０、２４０は、機械的方法または接着結合(adhesive)方法によってフレーム２１０に取り付けられてもよい。フレーム２１０に結合させるために、磁石ブロック２２０、２４０の表面に接着剤を塗布し、接着剤が硬化するまで、磁石ブロックを機械的に所定場所に保持し、接着剤が硬化した時点で、機械的拘束部材が取り除かれる。別法として、フレームに接着剤を設けることもでき、または、接着剤を、フレームと磁石ブロックの表面の両方に塗布することができる。接着剤が硬化した後で、機械的拘束部材を取り除くことができ、磁石ブロック２２０、２４０は、接着剤の硬化によってフレーム内にあるままになる。

別の実施形態では、フレームは、図３および図５について以下で述べるように、磁石組立体を作る時に任意の数の磁石ブロックを処理するように構成されてもよい。

本発明の実施形態３００が、ここで、図３を参照して述べられる。磁石組立体が示されており、磁石組立体は、組立体に加えようとしている磁石ブロック３０５、組立体に既に加えられた磁石ブロック３２５、３３５、磁石が挿入されるフレーム３４０を有し、磁石ブロックを一緒に結合する外骨格の役目を果たす、フレーム３４５の外側部分を含む。図は、組立体内での他の磁石の磁極方向に依存する、組立体３００に加えようとしている磁石３０５に作用する潜在的な力３１０、３２０、３３０を示す。図３は、磁石ブロック３２５を示す断面３５０を設けている。実際には、外骨格３４５は組立体を閉囲する。図３の実施形態３００は、磁石ブロック３０５と３２５を含む全ての磁石ブロックのための受入スロットを有する。図３は、既に挿入された磁石ブロック３２５の上部の上で、フレーム３４０の受入スロット内に挿入されつつある磁石ブロック３０５を示す。フレーム３４０は、１つの方向以外の任意の方向において、磁石ブロック３０５の動きを妨げる。一実施形態において、フレーム３４０は、磁石ブロック３０５を含む磁石ブロックの２次元以上の方向の動きを可能にしてもよい。

図３において、磁石ブロックは、機械的方法または接着結合方法によってフレーム３４０に取り付けられてもよい。磁石ブロックをフレーム３４０に連結するために、接着剤が磁石ブロックの表面に塗布され、接着剤が硬化するまで磁石ブロックを機械的に所定場所に保持し、接着剤が硬化した時点で機械的拘束部材を取り除く。接着剤が硬化した後で、機械的拘束部材が取り除かれるが、磁石ブロックは、接着剤の硬化によってフレーム内で組み立てられたままになる。

フレーム３４０は、図７の実施形態７００に示し、以下で述べるばね拘束部材などの変形部を有することができる。ばね拘束部材は、フレーム３４０内に配置されて、磁石ブロックを所定場所に固定する。変形部は、磁石ブロックが、ばねを通過して押し込まれると、ブロックに作用する磁気力が、固定メカニズムに打ち勝つことができないばねとして働く刻みまたは単にフレーム３４０の一部カットされた部分であってよい。フレーム３４０内に磁石ブロックを保持し、したがって、磁石組立体３００を維持するために、フレーム材料内の変形部か、フレーム材料に取り付けられた変形部のいずれかとして、多くのタイプの機械的拘束部材が、それ自体で、または、接着剤と組み合わせて使用されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。

図４は、異なる磁化方向を有する磁石ブロック４１０と４２０を示す。磁石４１０は、磁石４１０の面に垂直な磁化方向４１５を有し、一方、磁石４２０は、磁石４２０の面に対して鋭角で位置合わせされた磁化方向４２５を有する。図４において、鋭角は３０°であり、したがって、磁石４１０と４２０の磁化方向は、３０°だけ異なる。磁化方向の３０°の差は、図５に示すように、１２の磁化方向が、２つの磁石ブロック４１０と４２０のみに依存して起こるため、全体が四角形の磁石ブロックについて特に効果的である。しかし、磁石の面に対する磁化方向の他の角度もまた、本発明の精神から逸脱することなく可能であることが理解できるであろう。異なる磁化方向によって、組み立てられた磁性ブロックの間の磁気回路を容易に作ることができるように、磁石ブロックをフレーム内に挿入することが可能になる。換言すれば、磁石ブロックは、１つの磁石ブロックの北極端を別の磁石ブロックの南極端に隣接して配置する閉ループ方式で、また、さらに、図５に示すように、隣接する磁石ブロックの少なくとも一部に対して、磁場の向き間にオフセット角度を持たせるように配置することができる。

磁石ブロックは、図４に示す３０°より小さいか、または、さらに大きいオフセット角度としてもよい。図５を参照すると、隣接する磁石ブロックに対する磁場の向きをオフセットさせる角度が減少するため、結果として得られる磁石組立体の磁場強度は増加する。磁場の向きのオフセット角度を、図４に示す３０°以外に変えることができることは、当業者によって理解されるであろう。

本発明の実施形態５００は、図５を参照して述べられ、フレーム５２０内に挿入され、磁気回路を完成するように方向づけられた磁石ブロック５１０と５１５を備える磁性組立体の平面図を示す。磁石ブロック５１０と５１５の１２個の異なる磁化方向で示す各矢印は、その特定の磁石ブロックが挿入されて組立体になった時の、その磁石ブロックの磁極方向を表す。先に述べたように、図４に示す磁石ブロック４１０と４２０のみを利用することによって、実施形態５００は、１２個の異なる磁極方向を有する磁石によって組み立てることができる。実施形態５００は、磁気回路を完成するのに異なる磁極方向を利用し、したがって、磁石組立体の磁場強度が増加する。５００などの他の実施形態は、３０°以外の角度の異なる磁極方向を利用して組み立てることができる。

図６は、図５の組立体のフレームと磁石ブロック６２０の破断図を示す。一実施形態において、フレームは、段ボール箱内の段ボール隔離板が互いに噛み合うのにたいへんよく似て、第２部分６１５と互いに噛み合う第１部分６１０を備えている。一実施形態において、部分６１０と６１５は非磁性材料で構成される。代替として、フレーム部分が、任意の強磁性材料などのようにわずかに磁性があってもよいことが、当業者によって理解されるであろう。

図６に記載された破断図は、フレームを形成するように、第１部分６１０を第２部分６１５と接合することによってなされた状態である。フレームは、一般に、磁石を包むが、図６の破断図は、２面だけで、フレームによって囲まれている磁石ブロックを示す。図６はさらに、実施形態７００において以下でさらに定義されるばね拘束部材固定メカニズムを示す。噛合は、先に述べたように、磁石組立体の組立で利用することができるフレームの簡素化した組立を可能にする。図６は、磁石ブロック６２０を、ばね拘束部材固定メカニズムの下でフレーム内に拘束することができることを示す。さらに、固定メカニズムは、加える磁石ブロックが磁石ブロック６２０の上部に配置されることを可能にする。

本発明の実施形態７００は、図７を参照して述べられる。実施形態７００は、磁石ブロック７０５、フレーム７１０、フレーム７１０内のばね拘束部材７１５を示す。ばね拘束部材７１５は、磁石ブロック７０５が置かれると、磁石ブロック７０５を所定場所に保持するように働くフレーム上の構造である。その構造によって、磁石ブロック７０５をフレーム７１０から抜き取ることを物理的に制限するように、磁石ブロック７０５を、フレームの受け取り部分に挿入できるならば、ばね拘束部材は、フレーム７１０材料内の任意の変形部であってよく、または、実際には、フレームへの付け加えたものでもよい。図７において、磁石ブロック７０５はフレーム７１０内に挿入される。磁石ブロック７０５をフレーム７１０内に挿入することによって、ばね拘束部材７１５またはフレーム材料７１０の他の同様な固定構造または変形部が、磁石ブロック７０５のフレーム７１０からの抜き取りを物理的に制限する。

フレーム３４０内に配置された磁石ブロック３０５、３２５、または３３５を所定場所内に固定するために、フレーム３４０において実施形態７００を利用することができる。変形部は、磁石ブロックが、ばねを通過して押し込まれると、ブロックに作用する磁気力が、固定メカニズムに打ち勝つことができなくなるようなばねとして働く刻みまたは単にフレーム３４０の一部カットされた部分であってよい。フレーム３４０内に磁石ブロック３０５と３２５を保持し、したがって、磁石組立体３００を維持するために、フレーム材料内の変形部か、フレーム材料に取り付けられた変形部のいずれかとして、多くのタイプの機械的拘束部材が、それ自体で、または、接着剤と組み合わせて使用できることが当業者によって理解されるであろう。実施形態７００は、図２または図５に示すものなどの、任意の他のフレーム寸法で機能することができる。

永久磁石組立体に付加される磁石に作用する３つの直交する力を示す３次元図である。 本発明の一実施形態における、磁性組立体を作る組立プロセスにおいて、２つの磁石と磁石を受け取るフレームを示す図である。 本発明の一実施形態における、フレームと３個以上の磁石からなる磁石組立体を示す図である。 ２つの異なる磁極方向を示す図である。 フレームと、磁気回路を完成するように極方向に磁化方向した磁石からなる磁石組立体を示す図である。 フレーム用の噛合の実施形態を示す、磁石組立体のフレームの破断図である。 フレーム内に挿入された磁石に対する拘束部材の役を果たす、フレーム内の変形部を示す図である。

Claims (30)

1. 永久磁石ブロックを組み立てる方法であって、
   第１の永久磁石ブロックの動きを少なくとも１つの方向に拘束すること、
   前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において機械的に拘束すること、
   前記第１の永久磁石ブロックの磁化方向と位置合わせされない磁化方向を有する第２の永久磁石ブロックを、前記第１の永久磁石ブロックに近接して配置すること、
   第２の永久磁石ブロックの動きを少なくとも１つの方向に拘束すること、および、
   前記第２の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において機械的に拘束することを含む方法。
2. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを少なくとも１つの方向に拘束することは、非磁性フレームを使用して、前記第１の永久磁石ブロックの動きを、１つの方向以外の全ての方向に拘束することを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において機械的に拘束することは、前記第１の永久磁石の動きを、前記非磁性フレーム内の変形部によって機械的に拘束することを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの動きを、それぞれ、前記１つの方向に拘束することは、前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの動きを同じ方向に拘束することを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの前記磁化方向は、任意の角度だけ異なる請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの前記磁化方向は、３０°の角度だけ異なる請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの動きを機械的に拘束することは、前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックの動きを、３軸ボールねじ駆動式直線スライドによって拘束することを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記第２の永久磁石ブロックを、１つの方向以外の全ての方向に拘束することは、前記第２の永久磁石ブロックを前記非磁性フレームによって拘束することを含む請求項２に記載の方法。
9. 前記第１の永久磁石ブロックの側面の少なくとも一方および前記第２の永久磁石ブロックの側面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックを前記フレームに接着することをさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記接着剤が硬化した後で、前記１つの方向における任意の機械的拘束部材を取り除くことをさらに含む請求項９に記載の方法。
11. 前記隣接する磁石ブロックの位置を前記フレーム内に維持しながら、前記磁石ブロックの一方を破砕すること、および、前記フレームから前記破砕した磁石ブロックを取り除くことをさらに含む請求項１０に記載の方法。
12. ２つの永久磁石ブロックを単一磁石組立体に組み立てる方法であって、
    第１の永久磁石ブロックの動きを、１つの方向以外の全ての方向において妨げるフレーム内に、前記第１の永久磁石ブロックを挿入すること、
    挿入された後で、前記第１の永久磁石ブロックの動きを、前記１つの方向において妨げること、および、
    前記第１と第２の永久磁石ブロックが異なる磁化方向を有するために起こる第２の永久磁石ブロックの動きを１つの方向以外の全ての方向において妨げる前記フレーム内に、前記第２の永久磁石ブロックを挿入することを含む方法。
13. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において妨げることは、前記第１の永久磁石ブロックの動きを、前記フレーム以外の手段によって、前記１つの方向において妨げることを含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において妨げることは、前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において機械的に妨げることを含む請求項１２に記載の方法。
15. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において妨げることは、前記第１の永久磁石ブロックの動きを、接着プロセスによって、前記１つの方向において妨げることを含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記第１の永久磁石ブロックの動きを前記１つの方向において妨げることは、前記第１の永久磁石ブロックの動きを、フレームの変形部によって、前記１つの方向において妨げることを含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記フレームの前記変形部はばねとして働く請求項１６に記載の方法。
18. 挿入された後で、前記第２の永久磁石ブロックの動きを、前記１つの方向において妨げることをさらに含む請求項１２に記載の方法。
19. 前記第１の永久磁石ブロックの側面の少なくとも一方と前記第２の永久磁石ブロックの側面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックを前記フレームに接着することをさらに含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記接着剤が硬化した後で、前記第１の永久磁石ブロックと前記第２の永久磁石ブロックから任意の非接着性拘束部材を取り除くことをさらに含む請求項１９に記載の方法。
21. 前記磁石ブロックの一方の磁石ブロックを破砕すること、および、他の磁石ブロックに損傷を与えることなく、前記磁石ブロックの前記破砕片を前記フレームから取り除くことをさらに含む請求項２０に記載の方法。
22. フレーム内に、そのフレームに磁化方向を整列させた第１の永久磁石ブロックを配置し、前記第１の永久磁石ブロックの前記磁化方向からずれた磁化方向を有する第２の永久磁石ブロックを、前記第１の永久磁石ブロックに隣接して前記フレーム内に配置することを含む方法。
23. 付加的な永久磁石ブロックを前記フレーム内に配置することをさらに含み、前記付加的な永久磁石ブロックは、前記フレーム内で、隣接する永久磁石ブロックから３０°に向けられる請求項２２に記載の方法。
24. 最後の永久磁石ブロックが前記第１の永久磁石ブロックから３０°の磁化方向を有するように、付加的な永久磁石ブロックを前記フレーム内に配置し、磁気回路を作成することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
25. 少なくとも１つの隣接する永久磁石ブロックの前記磁化方向を繰り返す付加的な永久磁石ブロックを加える請求項２４に記載の方法。
26. 複数の磁石を備える装置であって、それぞれの磁石は同じ形状を有すると共に、２つの磁化方向のうちの１つの磁化方向を有し、前記複数の磁石のそれぞれが前記磁石の８つの磁化方向のうちの１つの磁化方向に組み立てられ、かつ前記複数の磁石のそれぞれが前記磁石の４つの磁化方向のうちの１つの磁化方向に組み立てられて、磁気回路が形成される、前記装置。
27. 前記磁石の形状は、四角形、三角形、六角形、八角形のうちの１つを含む請求項２６に記載の装置。
28. 前記第１磁化方向は前記磁石の面に垂直であり、前記第２磁化方向は前記磁石の面に対して鋭角である請求項２７に記載の装置。
29. 前記鋭角は１５°である請求項２８に記載の装置。
30. 前記鋭角は３０°である請求項２８に記載の装置。

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