JP2008536304A - 高強度の径方向の磁場を持つ磁気アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
例えば、慣性測定ユニット装置、センサー装置、パワー供給装置などの必須の構成要素を超小型化することでの急速な進歩を通して、超小型飛行機(マイクロ・エアー・ビークル; Micro Air Vehicles, MAVs)が開発されてきている。これらのMAVsは、15センチメートル程の小ささのものであるようにデザインされている。そのような小さなサイズの機械式のアクチュエータは、非常に扱い難くて、信頼性に欠ける。
簡単に記載すると、技術的には、当該システムの一つの具体的な態様は、とりわけ、次なるようにして実施可能である。該磁気アクチュエータシステムは、二個の磁石からなる少なくとも一つのセットを提供しているもので、該磁石の少なくとも一つは外側磁石部と中間磁石部と内側磁石部とを有しているものである。該外側磁石部は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している。該中間磁石部は、該外側磁石部の磁化方向に実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部は、該外側磁石部の磁化方向に対して実質的に逆平行を指している磁化方向を有している。また、本装置は、該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイルを備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体が、該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにしてある。ロッドが、該実質的に磁気透過性の物体と一体とされており且つ該磁気透過性の物体から延伸するようにされている。
図面を簡潔に説明する。添付の図面を参照することにより、本発明の多くの特徴的な構成がより良く理解できるようになるであろう。図面における構成材又は部品は、必ずしも縮尺どおりでなく、代わりに本発明の原理を明快に図示するように強調されている。さらに、図面では、似ている参照番号は、いくつかの図面を通して、対応する部品・部材を示すようにしてある。
図2は、本発明の第一の具体例に従った図1の磁気アクチュエータの斜視図である。
図3は、本発明の第一の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石アレイの具体例の一部切断面の示してある概略図である。
図4は、本発明の第一の具体例に従った内側磁石の斜視図で、該内側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図5は、本発明の第一の具体例に従った中間磁石の斜視図で、該中間磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図6は、本発明の第一の具体例に従った外側磁石の斜視図で、該外側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図7は、本発明の第一の具体例に従った図1の永久磁気アレイからの磁界の径方向の成分/水平方向の成分の強度をプロットして図示したものである。
図8は、本発明の第一の具体例に従ったもので、一個の磁気アレイの上方で且つ伝導コイルを横切っている径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
図9A及び9Bは、本発明の第一の具体例に従ったもので、図1の磁気アクチュエータの断面図であり、径方向の磁界の方向を図示しているものである。
図10は、本発明の第二の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図11は、本発明の第二の具体例に従った図10の磁気アクチュエータの斜視図である。
図12Aは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の具体例の一部切断面の示してある概略図である。
図12Bは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の別の具体例の側面断面図である。
図13は、本発明の第二の具体例に従ったもので、導体のセットにより磁化される単一の磁石のセットの一部の断面図である。
図14は、本発明の第二の具体例に従ったもので、一個の磁石の上方の径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
図15は、本発明の第三の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図16は、本発明の第四の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図17は、本発明の第五の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図18は、本発明の第六の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図19は、本発明の第七の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図20は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図10の磁気アクチュエータを製造することを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
図21は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図10の磁気アクチュエータを組み立てることを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
Claims (29)
- 少なくとも二個の磁石からなるセットを備えている装置であり、
該二個の磁石のうち少なくとも一方は
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分とを備えているものであり、そして
該装置は、
該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一個の電気伝導コイルと、
該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体と、
該実質的に磁気透過性の物体と一体となっており且つ該物体から延伸している駆動用ロッド
を備えていることを特徴とする装置。 - 該磁石のそれぞれに結合し且つ該磁石のそれぞれの間に広がっているバックアイアンをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- さらに該伝導コイルを通して流される電流を有しており、該磁石の少なくもの一個の磁界が該伝導コイルの電流に実質的に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 該ロッドは実質的に磁気不透過性のものであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 該磁石の一つに付着せしめられている少なくとも一枚の銅製シートをさらに備えており、該銅製シートが該磁石の一つと該伝導コイルの一つとの間に位置せしめてあるものであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 該装置は二個の磁石からなるセットを二つ備えており、
該二個の磁石からなる各個々のセットは、
該二個の磁石からなる各個々のセットの範囲内に少なくとも部分的に位置を占めている一個の電気伝導コイルと
該二個の磁石からなる各個々のセットの間に少なくとも部分的に位置を占めており且つ該一個の電気伝導コイルの範囲内に少なくとも部分的に径方向に配置されている一個の実質的に磁気透過性の物体と
を備えており、そして
該ロッドは該実質的に磁気透過性の物体のそれぞれと一体となっており且つ該二個の磁石からなるセットのそれぞれ及び電気伝導性コイルのそれぞれの範囲内で軸方向に伸びているものである
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 該装置はさらに
該中間磁石部分の磁化方向に対して実質的に平行な磁化方向を有している第三の磁石を備えているもので、当該第三の磁石は該二個の磁石からなるセットの間に軸方向に配置されており、
該少なくとも一個の電気伝導性コイルはさらに二個の電気伝導性コイルを備えており、当該一個の電気伝導性コイルは該二個の磁石からなるセットの磁石のそれぞれと該第三の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めるもので、
該少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体はさらに二個の実質的に磁気透過性の物体を備えており、該一個の実質的に磁気透過性の物体は該二個の磁石からなるセットの磁石のそれぞれと該第三の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めているものである
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 該ロッドは該二個の磁石からなるセットのそれぞれと該電気伝導性コイルのそれぞれの範囲内で軸方向に延伸しているものであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 駆動方法であり、該方法は
二個の磁石からなる少なくとも一つの磁石セットを近接するように組み立てること、そして該磁石は
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分と
を備えているものであり、
該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体が少なくとも部分的に位置を占めるようにすること、
該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の電気伝導コイルが少なくとも部分的に位置を占めるようにすること、
該伝導コイル内の第一の方向に電流を流して、該実質的に磁気透過性の物体が該二個の磁石のセットの第一の磁石に向かって磁気的に力が働くようにすること
からなることを特徴とする駆動方法。 - さらに該第一の方向と反対の方向に電流を切り換えて、該実質的に磁気透過性の物体が該二個の磁石のセットの第二の磁石に対して力が働くようにすることを包含していることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- さらに該磁石の一つに付けられている熱伝導性シートでもって該伝導コイル近傍の熱を取り除くことを包含していることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- さらに該磁石の磁化の方向を当該磁石を結合するバックアイアンを挿入することにより集中せしめることを包含していることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- アクチュエータを磁気的に駆動するためのシステムであって、該システムは
第一の磁界を与える手段であり、該第一の磁界は少なくとも第一の垂直方向と第一の径方向を有しているもの、
該第一の磁界を与える手段に近接している第二の磁界を与える手段であり、該第二の磁界は該第一の垂直方向と反対の第二の垂直方向と該第一の径方向と協力して作用する第二の径方向を有しているもの、
該第一の磁界と該第二の磁界とによりおおよそ静的な均衡を図るようにして駆動するための手段、そして
第三の磁界を電気的に追加する手段で、一旦追加されると、当該駆動手段のバランスをなくし、該駆動手段が動くようにするもの
を備えていることを特徴とするシステム。 - アクチュエータであって、該アクチュエータは
第一の磁界を有する第一の磁石であって、該第一の磁界は少なくとも第一の軸方向と第一の径方向とを有しているもの、
第二の磁界を有する第二の磁石であって、該第二の磁石は該第一の磁石の近傍にあり、該第二の磁界は第二の軸方向と第二の径方向とを有しているもので、該第一の軸方向と該第二の軸方向とは対称的に対抗するもので、該第一の軸方向と該第二の軸方向とは協力して作用するもの、
該第一の磁石と該第二の磁石との間に少なくとも部分的に位置している電気伝導コイル、そして
該第一の磁石と該第二の磁石との間に位置している実質的に磁気透過性の物体
を備えていることを特徴とするアクチュエータ。 - 該アクチュエータが該実質的に磁気透過性の物体に取り付けられ且つ実質的に磁気不透過性である駆動用ロッドをさらに備えていることを特徴とする請求項14に記載のアクチュエータ。
- 第一の磁石を備えている駆動デバイスであって、該第一の磁石は、
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な径方向の磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分と
を備えていることを特徴とする駆動デバイス。 - 該第一の磁石が環状のものであることを特徴とする請求項16に記載の駆動デバイス。
- 該駆動デバイスは、さらに、第二の磁石を備えているものであって、該第二の磁石は、
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している該第二の磁石の外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な径方向の磁化方向を有している該第二の磁石の中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している該第二の磁石の内側磁石部分と
を備えているものであり、そして
該駆動デバイスは、伝導コイルも備えているもので、該伝導コイルは、
該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され且つ伝導コイルの全体にわたって通される電流を有しており、該第一の磁石の第一の磁界は該伝導コイルの電流に実質的に垂直であり、該第二の磁石の第二の磁界は該伝導コイルの電流に実質的に垂直である
ことを特徴とする請求項16に記載の駆動デバイス。 - 該伝導コイルの巻線に電流が流されている伝導コイルであって、該第一の磁石の磁界が当該コイルの電流に対して実質的に垂直なものであるものをさらに備えていることを特徴とする請求項16に記載の駆動デバイス。
- 該第一の磁石に付けられており且つ該第一の磁石から延伸しているバックアイアンをさらに備えていることを特徴とする請求項19に記載の駆動デバイス。
- 該第一の磁石が傾斜せしめられているものであることを特徴とする請求項16に記載の駆動デバイス。
- 該デバイスが、
該第一の磁石と共に軸方向に配列されており且つ該第一の磁石に近接して位置を占めている電気伝導コイル、
該第一の磁石に十分に近接して位置を占めている動作範囲を有しており且つ磁力を介して可動である実質的に磁気透過性の物体、そして
該実質的に磁気透過性の物体の動作の範囲を制限するような位置を占めているカウンターバランスであり、それにより該実質的に磁気透過性の物体が該磁石の近傍に保持されるものを
さらに備えていることを特徴とする請求項16に記載の駆動デバイス。 - 該カウンターバランスが、第二の磁石であることを特徴とする請求項22に記載のアクチュエータ。
- 該実質的に磁気透過性の物体と一体とされているロッドをさらに備え、該カウンターバランスがスプリングであることを特徴とする請求項22に記載のアクチュエータ。
- 柔軟性のある膜材の上にプリントしたコイルをさらに備え、該コイルは該磁石と共に少なくとも部分的に軸方向に配列せしめられており、それにより、該コイルに電流を流すと、該柔軟性のある膜材を該磁石に関して軸方向に移動せしめることになるものであることを特徴とする請求項16に記載のアクチュエータ。
- アクチュエータであって、該アクチュエータは、
第一の磁界を有する第一の磁石であって、該第一の磁界は第一の径方向のもの、
第二の磁界を有する第二の磁石であって、該第二の磁石は該第一の磁石に近接しており、該第二の磁界は第二の径方向のもので、そこでは該第一の径方向と該第二の径方向とが平行であるもの、
該第一の磁石と該第二の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている電気伝導コイル、及び
該第一の磁石と該第二の磁石の間に位置を占めている実質的に磁気透過性の物体
を備えていることを特徴とするアクチュエータ。 - 磁気アクチュエータの製造法であって、当該方法は、
少なくとも二個の磁石を同軸となるように所定の距離だけ離して配置し、
二個の磁石のうち少なくとも一方が少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分とを備えているといった当該二個の磁石の少なくとも一方を磁化せしめ、
該二個の磁石の間に少なくとも一個の電気伝導コイルが少なくとも部分的に位置を占めるようにし、
該二個の磁石の間に少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体が少なくとも部分的に位置を占めるようにし、そして
該実質的に磁気透過性の物体と一体となっており且つ該物体から延伸している駆動用ロッドを備えるようにせしめる
ことを特徴とする磁気アクチュエータの製造法。 - 該二個の磁石の少なくとも一方を磁化せしめる処理が、さらに、磁石の構成材料物質が予め配列された状態となっている該磁石の近傍に複数の伝導コイルを配置し、該伝導コイルを介して複数の電流を流すことを開始して、それにより該磁石構成材料物質を磁化せしめることを包含していることを特徴とする請求項27に記載の製造法。
- 磁力を生成する方法であって、該方法は
伝導コイルを包み込んでいる磁界を形成し、そして該磁界は磁石の外側磁石部分に対して外向きに該磁石の内側磁石部分から湾曲している第一の磁界の重ね合わせと、該磁石の中間磁石部分から径方向外向きに向いている第二の磁界を包含するもので、そして
該伝導コイルを介して電流を適用する
ことを特徴とする磁力を生成する方法。
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