JP2010527161A

JP2010527161A - 互いに所定の距離にある２つの物体間の磁気結合に影響を及ぼす方法、およびその方法を実行するための装置

Info

Publication number: JP2010527161A
Application number: JP2010507847A
Authority: JP
Inventors: ヴァディムゴジチェフ，; ピータースミスロフ，
Original assignee: フィリップセイントゲアアーゲー
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2010-08-05
Also published as: US20110156849A1; EP2156446A1; CA2688134A1; EA016565B1; WO2008138623A1; KR20100031099A; EA200901527A1; CH697642B1; CN101743602A

Abstract

互いにある所定の距離にある２つの物体（１０、１２）の間の磁気結合に影響を及ぼす方法であって、磁場排除領域を有する制御可能な磁場排除装置（１３）が、２つの物体（１０、１２）の間に収められ、２つの物体（１０、１２）の間の磁場（１１）が、磁場排除装置（１３）を適切に駆動することによって、磁場排除装置（１３）の磁場排除領域から所定の方法で排除されることを特徴とする方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁場に影響を及ぼす分野に関する。特に、本発明は、請求項１の前提部に記載の、互いに所定の距離にある２つの物体間の磁気結合に影響を及ぼす方法、およびその方法を実行するための装置に関する。

反磁性は、物質を通る磁場を物質の内部から多かれ少なかれ排除し、かつ磁場を弱める物質の特性として定義される。理想的な反磁性体は、第一種超伝導体であり、超伝導体は、狭い縁領域を除き、物質の内部から磁場を完全に排除する。反磁性体の場合、提案されたモデルに基づいて原子レベルで外部磁場によって還流が誘導され、この還流の磁場は、外部磁場とは反対のもので、外部磁場を減衰する。第一種超伝導体の場合、外部磁場によって巨視的な大きさで縁領域に無損失スクリーン電流が生じ、この磁場により超伝導体の内部に磁場が存在しなくなる。

磁場の排除により、物体間の磁気結合の領域内に反磁性物体がもたらされると、原則的に、２つの物体間の磁気結合が反磁性物体によって変化（減衰）されうる。このプロセスを制御することは不可能であり、特に、磁場の排除のオン／オフは簡単には切り換えられない。

本発明の目的は、２つの物体間の磁気結合へ影響を及ぼし制御することを容易かつ具体的に実行可能な方法および装置を提示することである。

この目的は、請求項１および請求項１０の特徴部によって達成される。本発明では、磁場排除領域を有する制御可能な磁場排除装置が２つの物体間に収められ、２つの物体間の磁場が、磁場排除装置を適切に駆動することによって磁場排除装置の磁場排除領域から所定の方法で排除されることが必須である。磁場排除装置は、この場合、磁気誘導磁束密度Ｂ（ｄｉｖＢ＝０）があり、外部エリアにベクトルポテンシャルＡ（ｒｏｔＡ＝０およびＢ＝０）がある空間領域を規定する。

１つの制御可能性は、２つの物体間の磁気結合に影響を及ぼすために、磁場排除装置をオンまたはオフに切り換えることである。これにより、磁気結合の切り換えプロセスに対応した、完全磁場排除と非磁場排除との間での変化が生じる。

例えば、誘導された交流とともに生じるもののような周期的に変化する結合を達成するために、磁場排除装置は、２つの物体間の磁気結合に影響を及ぼすために、オンおよびオフに周期的に切り換え可能である。

しかしながら、例えば、正弦波プロセス中に起こるもののような連続的な変化を達成するために、２つの物体間の磁気結合に影響を及ぼすように磁場排除装置の磁場排除の強度を変動させることも実現可能である。

この場合、磁場排除領域を生成するために、本質的に閉じられた少なくとも１つのトロイダルコイルが使用されることが好ましい。さらに、ベクトルポテンシャルは、トロイダルコイルの軸線方向に、電流が流れ、少なくとも１つのトロイダルコイル内を通る巻線によって影響を及ぼされる。

影響を及ぼされる磁気結合は、同一の物体または異なる物体間に存在してもよい。したがって、物体のうち少なくとも１つが、磁場が別の物体と相互作用する永久磁石であってもよい。特に、両方の物体が永久磁石であってもよく、極性に応じて両物体の相互作用の過程で互いに誘引または反発する。

しかしながら、物体の少なくとも１つは、電磁コイルであってもよく、電磁コイルは、電磁コイルに電流が流れて磁場を生成するか、または誘導コイルとして変動磁場が流れる。特に、両物体は、電磁コイルであってもよい。

この場合、磁場排除装置を制御するために、コントローラが使用されることが好ましい。

本発明による磁場排除装置の１つの改良点は、磁場排除装置が、内部の磁場がリング状に閉じられ、外部の磁場が消失する少なくとも１つのトロイダルコイルを有することを特徴とする。特に、電流の印加が可能であり、トロイダルコイルの軸線方向に伸びる巻線（３１）が、少なくとも１つのトロイダルコイル内に配設されうる。

この改良点の１つの好ましい展開によれば、平面で互いに直接隣接する複数のトロイダルコイルが、一方が他方の内側に同心円状に配設される。

一方が他方の上方に配設させた２つの平面上で各々が互いに直接隣接する複数のトロイダルコイルが、一方が他方の内側に同心円状に配設されれば、磁場排除装置に特に均一な磁場排除領域が生成されうる。

トロイダルコイルまたは巻線は、この場合、コントローラによって制御される電源に接続されることが好ましい。

以下、例示的な実施形態を用いて、図面とともに本発明についてさらに詳細に説明する。

（ａ）〜（ｄ）は本発明による方法の１つの例示的な実施形態による、２つの永久磁石間の磁気結合に影響を及ぼすためのステップを非常に簡潔な形で示す。本発明の１つの例示的な実施形態による磁場排除装置の一部であるトロイダルコイルの断面図を示す。一方が他方の上方に位置する２つの平面上で交互に作動される同心円状のトロイダルコイルを有する、本発明による磁場排除装置の１つの例示的な実施形態の断面図を示す。本発明により、永久磁石と電磁コイルとの間の結合に影響が及ぼされるアレンジメントを図１と比較して示した図である。本発明により、２つの電磁コイル間の結合に影響が及ぼされるアレンジメントを図４と比較して示した図である。ベクトルポテンシャルを制御するために、トロイダルコイルおよび追加の巻線が周囲に伸びた状態の本発明の別の例示的な実施形態による磁場排除装置の断面図を示す。

本発明は、所定の空間領域（磁場排除領域）において、反磁性の現象および効果を生成可能である方法、および一定または経時変化し、異なる外部独立源（例えば、外部永久磁石または電磁石）からこの領域内に伸びる磁場または電磁場を相互作用させるように、外部電流により生成されるこの反磁性空間領域（磁場排除領域）を使用する方法に関する。

特に、本発明の提案は、外部源から生じる磁場の外部定常磁束、および／または、時間とともに変動する磁束の制御に及ぶ。

反磁性空間領域を生成するために、特定の磁場排除装置、詳細には、変数およびパラメータが添え字_Ｄで注釈付けされる反磁性発生器（以下の記載において、ＤＭＧ）が提案される。固定された所定の空間領域内において、ＤＭＧは、一定および／または経時変化する磁場Ｂ _Ｄの磁束密度の閉循環を生成し、この場合、ｄｉｖＢ _Ｄ＝０（空間領域の内部）である。固定された空間領域外において、半径方向の勾配（ｇｒａｄＡ _ｒ、Ｄ）を有するベクトルポテンシャルＡ _Ｄが生成され、ここでｒｏｔＡ _Ｄ＝０、Ｂ _Ｄ＝０である。これらの２つの領域の固定された相互作用は、他の外部源（例えば、永久磁石や電磁石）からこの領域内に伸びる磁場および／または電磁場の他の外部磁束との関係において、反磁性の現象のような振る舞いをする。

例示的に、電力源から供給される円形ソレノイド（トロイダルコイル）が、円形の本質的に閉じられた電磁場Ｂ _Ｄ（電磁場Ｂ _Ｄの方向は、円形ソレノイドの軸線に沿ったものである）を生成するＤＭＧとして使用されうる。半径方向の勾配（ｇｒａｄＡ _ｒ、Ｄ）およびこの領域におけるパラメータＢ _Ｄ＝０、ｒｏｔＡ _Ｄ＝０を有するベクトルポテンシャルＡ _Ｄの外部円形領域も存在する。ソレノイドが直流で供給される場合は、ｄＡ _Ｄ／ｄｔ＝０である。対照的に、ソレノイドが交流で供給されれば、ｄＡ _Ｄ／ｄｔ＝Ａ_０．Ｄ ^＊Ｋ_Ｄ ^＊ｆ（ｖ）であり、ここで、Ａ_０．Ｄ＝ベクトルポテンシャルＡ _Ｄの振幅、ｆ（ｖ）＝交流の周波数の関数、およびＫ_Ｄ＝Ａ _Ｄの波動現象形を考慮した補正係数である。

図１は、さまざまなステップの形態（図の要素）における本発明による方法の原理を非常に簡略化して示した図である。図１の（ａ）によれば、この方法は、２つの物体１０および１２に基づくものであり、これらの物体は、互いに所定の距離にあり、この場合、例示的に、永久磁石の形態であり、２つの物体間に、ゼロではない磁気誘導磁束密度１１を有する領域が形成されるように磁気的に結合される。この例において、２つの永久磁石の反対の極性は互いに対面し、その結果、磁気相互作用が２つの物体１０、１２に引力をかける。

今や、本発明によれば、ゼロではなく、外部制御（図１の（ｂ））に対する制御入力１４（矢印記号で示す）を有する磁気誘導磁束密度１１の領域内に、制御可能な磁場排除装置１３が導入される。この場合、磁場排除装置１３は、磁場排除の作用が、２つの物体１０、１２の磁気結合で最大になるように位置決めされることが好ましい。

磁場排除装置１３がオンに切り換えられると（図１の（ｃ）の制御入力１４でブロック矢印の記号で示す）、切り換えられることにより生じる磁場排除により、異なる磁気誘導磁束密度１１’が生成され、それに応じて、物体間の磁気結合も異なるものになる。磁場排除装置１３が再度オフに切り換えられると（図１の（ｄ））、図１の（ａ）から最初の状態が再度生成される。

しかしながら、２つの永久磁石間の磁気結合の代わりに、図４および図５に示すように、磁場排除装置１８は、永久磁石１２と電磁石コイル２５（図４）との間、または２つの電磁石コイル２５および２６（図５）の間の磁気結合に影響を及ぼすように使用されてもよく、後者の場合、電磁石コイル２５、２６は、定磁場または交番磁場を生成したり、投入された磁場の変動により電流を誘導したりするために使用される。

本発明による磁場排除装置１３または１８の１つの例示的な実施形態の中心要素は、図２の断面の形態に示すタイプのトロイダルコイル１５であり、その内部において、コイル電流は、外部エリアに磁場がない間、リング状に閉じられた磁気誘導磁束１７を形成する。

図３に示すように、一方が他方の上方に配設された２つの平面上に各々が互いに直接隣接する複数のトロイダルコイル１９、．．．、２１および１９’、．．．、２１’が、磁場排除装置１８を形成するために、一方が他方の内側に同心円状に配設されれば、（反磁性作用）磁場排除領域２２が、コイル平面間に形成され、コイル１９、．．．、２１および１９’、．．．、２１’がオンに切り換えられると、図１の（ｃ）に示す効果を有する。この場合、トロイダルコイル１９、．．．、２１および１９’、．．．、２１’は、各平面内および平面間の両方で交互に作動される。

磁気結合に影響を及ぼすことで、磁気力に影響を及ぼす（磁気力を切り換える）だけでなく、交流の生成および処理に関与することもある誘導プロセスを制御することも可能である。

図６は、図２に相当する図において、本発明による磁場排除装置の別の例示的な実施形態を示す。図６の磁場排除装置３０は、中心（円形）軸線３３に沿って伸び、コイル電流３４が流れるトロイダルコイル３２を有する。コイル電流３４は、磁場領域に磁場Ｂ _Ｄを生成し、図の左側の平面内に向けられ、図の右側の平面から出る。トロイダルコイル３２の内部の軸線３３に沿って、追加の巻線３１が配設されることで（例示的に、一般性に何ら制約を加えることはないが、図６は、４巻数を示す）、さらなる磁場領域３６に追加の磁場Ｂ _Ｖが生成され、コイル電流３４に平行に配向され、トロイダルコイル３２の磁場Ｂ _Ｄに対して直角に配向される。

変数ｇｒａｄＡ _ｒ、Ｄは、追加の巻線３１によって影響を及ぼされる。ベクトルポテンシャルＡ_ｒ、Ｄおよび変数ｇｒａｄＡ _ｒ、Ｄは、２つの磁場Ｂ _ＶおよびＢ _Ｄの相互作用によって影響を及ぼされ、この場合、トロイダルコイル３２のコイル電流３４を変動させることなく、影響を生じさせるために巻線３１を流れる電流を変動させることが可能である。これにより、反磁性磁場排除領域により磁気結合に影響を及ぼすことが可能なさらなる方法が得られる。

１０、１１…永久磁石、１１、１１’…磁気誘導磁束密度、１３、１８、３０…磁場排除装置（制御可能）、１４…制御入力、１５…トロイダルコイル、１６…コイル電流、１７…磁気誘導磁束、１９、２０、２１…トロイダルコイル、１９’、２０’、２１’…トロイダルコイル、２２…磁場排除領域、２３…電力源、２４…コントローラ、２５、２６…電磁コイル、３１…巻線、３２…トロイダルコイル、３３…軸線（トロイダルコイル）、３４…コイル電流、３５…磁場（巻線３１）、３６、３７…磁場領域。

Claims

互いに所定の距離にある２つの物体（１０、１２；２５、２６）の間の磁気結合に影響を及ぼす方法において、
磁場排除領域（２２）を有する制御可能な磁場排除装置（１３、１８、３０）が、前記２つの物体（１０、１２；２５、２６）間に配置され、前記２つの物体（１０、１２；２５、２６）間の磁場（１１）が、前記磁場排除装置（１３、１８、３０）を適切に駆動することによって、前記磁場排除装置（１３、１８、３０）の磁場排除領域（２２）から所定の態様で排除されることを特徴とする方法。
前記磁場排除装置（１３、１８、３０）が、前記２つの物体（１０、１２；２５、２６）間の磁気結合に影響を及ぼすために、オンまたはオフに切り換えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記磁場排除装置（１３、１８、３０）が、前記２つの物体（１０、１２；２５、２６）間の磁気結合に影響を及ぼすために、周期的にオンまたはオフに切り換えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記磁場排除装置（１３、１８、３０）の磁場排除の強さが、前記２つの物体（１０、１２；２５、２６）間の磁気結合に影響を及ぼすために変更されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記磁場排除領域（２２）を生成するために、本質的に閉じられている少なくとも１つのトロイダルコイル（１５；１９、２０、２１、１９’、２０’、２１’；３２）が使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
ベクトルポテンシャル（Ａ _ｒ、Ｄ）が、前記トロイダルコイル（３２）の軸線方向（３３）において、電流が流れ、前記少なくとも１つのトロイダルコイル（３２）内を通る巻線（３１）によって影響を及ぼされることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記物体（１０、１２；２５、２６）の少なくとも１つが、永久磁石（１０、１２）であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記２つの物体（１０、１２）が、永久磁石であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
前記物体（１０、１２；２５、２６）の少なくとも１つが、電磁コイル（２５、２６）であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記２つの物体（２５、２６）が、電磁コイルであることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
前記磁場排除装置（１３、１８、３０）を制御するために、コントローラ（２４）が使用されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
前記方法を実行するための磁場排除装置（１３、１８、３０）において、
磁気誘導磁束密度Ｂ（ｄｉｖＢ＝０）があり、かつ、外部エリアにベクトルポテンシャルＡ（ｒｏｔＡ＝０およびＢ＝０）がある空間領域を規定することを特徴とする、磁場排除装置。
当該磁場排除装置（１３、１８、３０）は、内部磁場がリング状に閉じられ、外部磁場が消失する少なくとも１つのトロイダルコイル（１５；１９、．．．、２１；１９’、．．．２１’；３２）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の磁場排除装置。
電流を印加可能であり、前記トロイダルコイル（３２）の軸線（３３）の方向に延びる巻線（３１）が、前記少なくとも１つのトロイダルコイル（３２）内に配設されることを特徴とする、請求項１３に記載の磁場排除装置。
平面上で互いに直接的に隣接した複数のトロイダルコイル（１５；１９、．．．、２１；１９’、．．．２１’）は、一方が他方の内側に同心円状に配設されることを特徴とする、請求項１３に記載の磁場排除装置。
一方が他方の上方に配設される２つの平面上で各々が互いに直接的に隣接した複数のトロイダルコイル（１５；１９、．．．、２１；１９’、．．．２１’）は、一方が他方の内側に同心円状に配設されることを特徴とする、請求項１５に記載の磁場排除装置。
１つまたは複数の前記トロイダルコイル（１５；１９、．．．、２１；１９’、．．．２１’；３２）または前記巻線（３１）が、コントローラ（２４）によって制御される電力源（２３）に接続されることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の磁場排除装置。