JP2017526874A - 振動吸収用磁気ダンパー - Google Patents

Abstract

本発明は、機械装置及び設備、特に風力タービンにおいて振動を除去し回避するために、磁気的に生成した渦電流によって減衰が行われる新規な回転対称ダンパー（図３Ａ）に関する。さらに本発明は、この種の磁気ダンパーを備えた振動吸収装置、特に振り子アブソーバー(7)に係り、振動力を受け、この種の振動吸収装置を有する設備、特に風力タービンに関する。【選択図】 図３（Ａ）

Description

本発明は、機械及び設備、とくに風力タービンにおける振動を除去し回避するための新規な回転対称ダンパーに関するものであり、減衰は磁気的に発生した渦電流によって行われる。とくに本発明は、長手軸に対して回転対称に配置され、対応する整列した永久磁石および／または前記長手軸まわりに全体としてリング形状に配置された電気的な１つ以上の積層リング磁石または磁気リング形状配置構成からなる渦電流ダンパーに関する。

本発明はさらに、この種の磁気ダンパーを備えた振動吸収装置、とくに振り子アブソーバー、および制動力を受け、この種の制動吸収装置を有する設備、とくに風力タービンに関する。

磁気または渦電流ダンパーは従来技術として知られている。このようなダンパーの機能モードは、変化する磁場により移動している電気導体内に電流が誘導されるという事実に基づいている。この誘導電流は渦電流と呼ばれ、同様に磁場を生成する。この磁場は第１の磁場に対して作用するので、抵抗力が発生する。導体と磁場との間の軸方向の相対的な運動により、導体内に回転渦電流が誘導される。これらの結果として生じる渦電流は、磁場を形成し、元の磁場に対して作用して導体の動きを制動する。速度が増加すると、導体内の渦電流が増加し、これにより磁場が強くなり、その結果、運動がさらに強く制動される。

ドイツＤＥ３７４１５７８Ａ１公報には、磁場の北極と南極との間のプレートの運動に基づく精密機械用の制振装置が記載されている。米国ＵＳ２００７/０１３１５０４公報には、横方向の振り子装置が平面状に配置された磁界の領域を移動する平面振動ダンパーが記載されている。欧州ＥＰ２６９６０７２公報には、重り振り子を有する風力タービン用の振動ダンパー装置が記載されている。振動の場合には、重り振り子は２つの振動方向に運動することが好ましく、平面的に配置された磁場を通って運動する結果、減衰渦電流が発生する。

これらの従来技術に記載されている振動ダンパーは、非常に方向依存性があり、軸方向に回転することができないという欠点を持っている。さらに風力タービン、とくに１００メートル以上の高さの塔をもつ風力タービンの使用においてダンパーは必要不可欠であるが、しばしば１０００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³以上の十分に高い減衰密度を達成することはできない。

本発明の目的は、上記欠点を持たない磁気ダンパー、とくに風力タービンに利用するための磁気ダンパーを提供することにある。

ここで、管（チューブ）まわりに配置された、磁化可能な材料のリング、特に永久磁石および/または磁場を発生させる電気コイルによって動かされる、導電性ではあるが非磁化性の材料でつくられた管から本質的に構成される振動ダンパーは、渦電流を発生させ、その渦電流が元の磁場に対して作用する磁場を誘起させ、それによって管の動きの制動または運動の減衰がもたらせられるということが判明した。この種のチューブが、例えば制動装置、とくに振り子に接続されている場合、制動または振り子の移動を効果的に減衰させることができる。

従来の渦電流ダンパーは、最大１０００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³までの減衰密度しか達成していない。本明細書において提示される本発明のダンパーにより、５００から３０００〜５０００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³までの間の減衰密度を達成することが可能であるが、使用される磁気構成要素のタイプおよび数に対応して、一般には１０００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³より著しく大きい、好ましくは１５００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³以上、とくには２５００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³以上の減衰密度を達成することができる。これは従来技術に対してかなりの改善である。

このように本発明の磁気ダンパーは、中型および大型の風力タービンの振り子吸収器（ペンデュラムアブソーバー）だけでなく、高層建築物や設備で起こる全てのタイプの干渉振動を低減するか又は回避するために、そのような他の振動に影響を受けやすい高層建築物および設備に対しても非常に適している。

いくつかの用語は、以下の記述および特許請求の範囲において用いられるので、ここに簡単に説明する。

「リング」または「磁石リング」という用語は、仮想の中心点に対して規定された同等か又はほぼ同等の離隔（セパレーション）を有するすべての考えられる限りの環状または略環状の配列（アレンジメント）を含み、また少なくとも６つの辺をもつ多角形をも含むものと定義される。

さらに、外側リングと内側リング、磁石リングまたはリング配列（リングアレンジメント）の間が区別される。外側リングは、ある特定のほぼ等しい離隔を維持すると同時に、ある特定の領域において外壁と接触することなく、導管またはダンパー管(3)に対して該ダンパー管(3)まわりの外側に及ぶ本発明の磁気リング配列に一致するものである。内側リングは、ある特定のほぼ等しい離隔を維持するが、ある特定の領域において内部抵抗と接触することなく、すなわち前記内部抵抗に沿って導管またはダンパー管(3)に対して該管(3)まわりに内側を走る本発明の磁気リング配列に一致するものである。

さらに、半径方向に磁化されたか又は磁化可能なリングと、軸方向に磁化されたか又は磁化可能なリングとの間が区別される。ここで、「半径方向」および「軸方向」は、本発明のダンパー管(3)または磁気ダンパー全体の長手軸に関連している。ここで、「磁化されたリング」とは、使用される磁石の北/南の配列が前記長手軸に対して軸方向または半径方向に配置されることを意味する。特定の一連の磁化方向を有する軸方向または半径方向に揃えて整列した磁石の組合せは「ハルバッハ配列」とも呼ばれる。

さらに、リングまたはリング配列を有する「永久磁石」と「電磁石」との間が区別される。永久磁石は、リング形状の全体または一部に形成される本質的に永続的な磁性材料であるか、あるいは円形状に交互に並べて配列される長方形平板磁石（レクタングラーフラットマグネット）または立方体磁石（キューブマグネット）である。電磁石は、コイルリング形態のコイルまたはコイル本体として規定され、電流を流したときにのみ磁場を生成するものである。他に断りのない限り、コイルリングは管(3)径まわりにリング状に巻きつけられるコイル巻線からなる。詳細には以下の用語が用いられる。

・外側の半径方向に磁化された永久磁石(1)
・内側の半径方向に磁化された永久磁石(4)
・外側の半径方向に磁化された巻線コイル形状の電磁石(6)
・内側の半径方向に磁化された巻線コイル形状の電磁石(16)
・外側の軸方向に磁化された永久磁石(11)
・内側の軸方向に磁化された永久磁石(12)
・ハルバッハ配列：(1)(11)または(4)(12)のタイプの隣接する永久磁石の配列であって、いずれの場合も磁化方向が当該磁石から隣りの磁石に一方向に９０°ずつ変化する。

本発明は、回転対称な磁気ダンパーに係り、(i) 非磁化導電材料、好ましくはアルミニウム、銅、またはこれらの金属の合金からなるダンパー管(3)と、
(ii)前記ダンパーの長手軸まわりに回転対称であり、取り付け手段を備え、磁石のＮ極とＳ極が前記磁気ダンパーの管(3)の長手軸に対して半径方向内側または半径方向外側のいずれかを向くように配置または磁化された少なくとも１個、好ましくは２個から１０個の磁気外側リング、または対応する１個以上の永久磁石(1)のリング状配列、または電磁石として機能するコイル(6)を有する支持装置(10)と、
少なくとも１つの前記磁性リング(1)(6)が前記ダンパー管(3)の上に押し込まれ、前記リングと前記管とが互いに相対的に移動可能であり、前記少なくとも１つの磁気リング(1)(6)と前記ダンパー管(3)の外面との間の離間が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、好ましくは０．２５〜１．５ｍｍ、特に０．５〜１．０ｍｍであることと、
２つ以上のリング(1)(6)またはリング状の配列の使用時に、これらのリングは、１つの平面の磁石リング(1)(6)の半径方向を向く極性が、真上および/または真下に配置された磁石リング(1)(6)の半径方向を向く極性と反対であるように、すなわち半径方向に磁化されたリング面はそれらの極性が互い違いになるように配置または磁化されていることと、
(iii)強磁性材料または対応するリング状配列からなり、例えば鋼、好ましくは比較的高い鉄含有量を有する鋼でつくられているか、またはそれで構成されるセグメントを含む任意のまたは好ましくは少なくとも１つのリング(2)と、
前記リング(2)は少なくとも１つの磁性外リング(1)(6)に近接して該リング(1)(6)を取り囲むことと、前記リング(2)の数は前記リング(1)(6)の数に対応していることと、
を具備する。

本明細書において特に有利な実施形態では、本発明の磁気ダンパーは、その内部に更に別の管またはバー(15)が配置されたダンパー管(3)を含む。この更なる別の管またはバー(15)は、磁化を増加させることができ、したがって減衰を少なくとも３倍増加させることができる強磁性材料、すなわち磁化可能な材料からなる。とくに必要な空間が少ない場合には、この実施形態を以下に記載する更なる他の実施形態にとり代えることができる。その更なる他の実施形態では、磁気ダンパーは、非磁性ではあるが導電性のダンパー管(3)の内部に少なくとも１つの磁石リング(4)を有する。前記内側管(15)は、例えば鉄または鉄含有率の高い鋼などのような強磁性材料からなる。内側管(15)またはバーは、導電性管(3)のなかに単に押し込まれ、必要に応じて任意に例えば接着剤により堅固に接続することができる。さもなければ、それは可変的に押し入れることができ、また押し出すことができる。２本の管(3)と管(15)の間には相対的な移動は起こらない。これにより、更に高性能なダンパーまたは同等の性能を有するより小型のダンパーを実現することができる。同時に、必要な磁石の数を最小限に抑えることができる。図１４にこの種の内側管を示す。

本発明は、ダンパー管(3)と、さらに加えて強磁性材料または対応する丸棒(15)からなる管とを有する対応する磁気ダンパーに関するものである。前記強磁性材料または対応する丸棒(15)は、ダンパー管(3)の相対的移動も行うように、ダンパー管(3)の内壁に接触している。

本発明は、さらに回転対称の磁気ダンパーに関して、
(i)非磁化可能な導電性材料、好ましくはアルミニウム、銅、またはこれらの金属の合金からつくられたダンパー管(3)と、
(ii)前記ダンパーの長手軸まわりに回転対称であり、少なくとも１つの取付手段が設けられ、好ましくは２個から１０個までの磁性内側リングまたは１つ以上の永久磁石(4)または電磁石として機能するコイル(16)の対応するリング形状の配列を有する支持装置(10)と、
磁石の北極および南極が長手軸または磁気ダンパーの前記管(3)に対して半径方向内側向きまたは半径方向外側向きのいずれかを向くように配置されているか又は磁化されているか、前記ダンパー管(3)内に前記磁気内側リング(4)(16)が押し込まれ、リングと管は相対移動可能であり、少なくとも１つの磁性リング(4)(16)とダンパー管(3)の内面との間の離隔が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、好ましくは０．２５〜１．２５ｍｍ、とくに０．５〜１．０ｍｍであることと、
２つ以上のリング(4)(16)の使用時において、一方の平面の磁石リング(4)(16)の半径方向に向いた極性が真上および／または真下に配置された磁石リング(4)(16)の半径方向に向いた極性と反対であるように、すなわち半径方向に磁化されたリング面がそれらの極性が互い違いになるように配置されていることと、
(iii)強磁性材料、例えば鋼、好ましくは比較的高い鉄含有量の鋼からなり、少なくとも１つの磁性内側リング(4)(16)により周囲を近接して取り囲まれている任意の又は好ましくは少なくとも１つのソリッド円筒コア(5)またはそれに含まれる部品と、ここで前記コア(5)の数は前記リング(4)(16)の数に対応している。

本発明の特定の実施形態では、磁性ダンパーは、上述した２つの磁気ダンパーの特徴を併せたもの、すなわち導電性の非磁化管(3)に関連する内外両方の磁石及び／又は電磁石として機能するコイルを有するものとして提供される。

本発明は、対応する磁気ダンパーに係り、前記少なくとも１個（好ましくは２個〜１０個のリング又はリング状配置）の磁気外側リング(1)(6)に加えて、電磁石として機能する１個以上の永久磁石(4)またはコイル(16)をそれぞれ含む少なくとも１個の磁気内側リング、好ましくは２個から１０個のリングまたはリング形状の配列を前記管(3)内に有し、前記磁石のＮ極およびＳ極が磁気ダンパーの前記管(3)の長手軸に対して半径方向内側または半径方向外側のいずれかを向くように配置されるか又は磁化されており、少なくとも１つの磁気外側リング(1)(6)の反対側の同一平面上に配置され、かつ前記内側リングと前記外側リングとの極性が反対になるように、または、前記管(3)の壁を通して内側リングと外側リングとが互いに引き付け合い、かつ前記リング(1)(6)及び(4)(16)が前記ダンパー管(3)に対して一緒に移動するように、前記磁気内側リング(4)(16)の配置および極性が選択され、前記磁気リング(1)(6)または(4)(16)と前記ダンパー管(3)の外面または内面との間の離隔が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、好ましくは０．２５〜１．２５ｍｍ、とくに０．５〜１．０ｍｍであり、また、２個以上のリングを使用する場合に、これらのリングは、一方の平面の磁石リングの半径方向に向けられた極性が、すぐに配置された磁石リングの半径方向に向いた極性と反対であるように配置されるか又は磁化され、半径方向に磁化されたリング面は、好ましくは同数の反対の吸引リングからなり、それらの極性が交互になっている。

この実施形態は、さらに加えて、(i) 少なくとも１つの磁性内側リング(4)により周囲を近接して取り囲まれている強磁性材料からなる少なくとも１つのソリッド円柱コア(5)又はそれを構成する部品、及び／又は(ii)強磁性材料または対応するリング形状配置からなる少なくとも１つのリング(2)を有する。

本発明のさらなる実施形態において、磁気ダンパーは、外側及び／又は内側の半径方向に磁化されたリング面(1)(4)に加えて、磁気リング(11)及び／又は(12)を有する外側及び／又は内側の軸方向に磁化されたリング面をさらに含み、対応する極性を介して互いに引き寄せられるようにぴったりとした２つの隣接する軸方向に磁化されたリング面が、半径方向に磁化されたリング面(1)(4)または(6)(16)の間に配置されている。これにより放射状に配置された磁気リングの磁界が強化される。

本発明は、対応する回転対称磁気ダンパーに係り、半径方向に磁化された磁石(1)(4)に加えて、１つ以上の永久磁石(11)を含む少なくとも１つ以上の磁性外側リングを有し、磁石のＮ極とＳ極が磁気ダンパーの長手軸に対して軸方向に上方または下方に向くようにダンパー管(3)の外側に配置されるか又は磁化され、半径方向に磁化された外側リング(1)(6)によって互いに離隔された永久磁石を含む少なくとも２つの軸方向に磁化された外側リング(11)を有し、これら磁石リングの軸方向の極性は軸方向磁化リング面から軸方向磁化リング面までにわたり互い違いになっている。

本発明の好ましい実施形態において、本発明の磁気ダンパーは、１つ以上の永久磁石(12)を含む少なくとも１つの磁気内側リングをさらに有し、前記磁石のＮ極とＳ極が磁気ダンパーの長手軸に対して軸方向に上側または下側を向くように前記ダンパー管(3)の内部に配置されるか又は磁化され、半径方向に磁化された内側リング(4)によって互いに離隔され、少なくとも２つの軸方向に磁化された内側リング(12)を有することが好ましく、
これらの磁石リングの軸方向に向けられた極性は軸方向磁化リング面から軸方向磁化リング面までにわたって互い違いになっている。

磁気リング(1)の数は、強磁性材料、好ましくは鋼でつくられたリング(2)の数に対応することが好ましい。これらの場合、リング(1)と(2)は同じ厚さ（軸方向および半径方向）、好ましくは10〜60mmの厚さを有する。磁石リング、あるいは棒磁石又は立方体磁石のリング状配置の使用において、30〜50mmの厚さを有するものが最も効率的である。しかし、そのような高い減衰密度を達成する必要がない場合には、対応するリング(2)無しでリング(1)を使用することも可能である。スリーブとしての複数の磁気リング(1)の上に単一の幅広の外側リング(2)を押し込み、それを例えば接着剤で接着することによりしっかり接合することも可能である。

半径方向に磁化された外側リング(1)(6)と、これらに対向する反対極性の半径方向に磁化された内側リング(4)(16)との実施形態では、同数の外側リングと内側リングを用いることが好ましい。しかし、本発明の磁気ダンパーにおいて、より多くの外側リングまたはより多くの内側リングを使用することも考えられるが、１〜５面が非常に成功していることが証明されている。外側リング(1)(6)のみ又は内側リング(4)(16)のみを有する実施形態を提供することを必要とする状況もありうる。

好ましい実施形態では、本発明による磁気ダンパーは、永久磁石が半径方向内側または半径方向外側に磁化されている１つまたは複数の外側および／または内側の永久磁石のみを有し、永久磁石は半径方向内側向きまたは半径方向外側向きに磁化されており、複数のリング面が上下に積み重ねられている場合に、これらは交互の北／南磁化方向を有する。これは純粋に受動的な磁気ダンパーである。

さらに好ましい実施形態では、本発明の磁気ダンパーは、１つまたは複数の外側及び／又は内側の電磁石をコイルリングの形態で有し、コイルは全体を通して半径方向に磁化されており、複数のリング面が上下に積み重ねられ、これらは互い違いに北／南磁化方向を有する。コイルは強度と位相が変化する電流で能動的に動作することができるので、これは能動磁気ダンパーである。

他の好ましい実施形態では、本発明の磁気ダンパーは、永久磁石のみを含む２つ以上の隣接する磁気外側及び／又は内側リング面の配置を有し、ダンパーまたは導体管に対する一方のリング面は常に半径方向に磁化された磁石からなり、隣接する他のリング面は軸方向に磁化された磁石からなり、さらに３つ以上、とくに４つまたは５つのリング面が存在する場合には、同種の２つの半径方向磁化リング面は同種の２つの軸方向磁化リング面によって分離され、また同種の２つの軸方向磁化リング面は同種の２つの半径方向磁化リング面によって分離され、一方のリング面の南／北磁化方向は同種の次のリング面の南／北磁化方向と反対である。本実施形態の磁石はハルバッハ配列である。

本発明のさらに好ましい実施形態では、磁気ダンパーは、半径方向内側向きまたは外側向きに磁化された永久磁石を含むリングを有するが、対応する極性の直流または可変および異なる周波数および／または位相シフトの交流で動作することができる電磁石として機能する１つまたは［脱落］のコイルリングを含むことができる。これにより可変の制御可能な減衰を有する本発明の半能動または能動の磁気ダンパーを得ることができる。

本発明の磁気ダンパーに用いる永久磁石は、連続したコンパクトな磁石であってもよいし、製造が困難であることが多いため、リング状に組み合わせて配置された磁気リングセグメントまたは個々の棒磁石、あるいは同じ極性に対応して並べられた異なる形状を有する個々の磁石であってもよい。

移動する場合にダンパー管の円筒状内面に沿って摺動する半径方向に磁化された内側リング（外側リングを伴うか又は伴わない）を有する実施形態の場合は、これらはさらに鋼または対応する強磁性合金でつくられた内側スリーブまたはソリッドコア(5)を有していてもよい。ここで、コアまたはスリーブは、問題となっている内側リングと同じ軸方向サイズを有することができるが、複数のリングを覆うこともできる。

本発明の磁性および強磁性リングまたはそれらのリングセグメントは、減衰されるべき設備および必要とされる減衰力に応じて、通常１０ｍｍから６０ｍｍまでの間の半径方向および軸方向の厚みを有する。ここで、強磁性リング(2)は、強磁性材料の所望の強化機能に応じて、外側半径方向に磁化されたリング(1)より大きい半径方向の厚みを有することができる。

本発明の磁化ダンパーでは、支持装置(10)は、保持手段、固定手段および任意のスペーサと電気配線を有し、これらの手段は磁気リングおよびコイルを個別にまたは回転対称に増加させることができるように幾何学的または機能的に設計されている磁気リングおよびコアを個々に収容するか、または直径に応じた精密な嵌め合いで回転対称に増加させることができ、案内され、積み重ねられ、固定され、運転に投入される対応するダンパー管(3)を精度よく適合させることができる。

本発明のさらなる実施形態では、前記支持装置(10)は、所望の減衰に応じて、異なる数の回転対称の外側及び／又は内側リングが永久磁石の配置及び／又は電磁コイルを含むように設計されており、磁性リングの内径及び／又は外径がダンパー管(3)の内径及び／又は外径に合致するように、永久磁石の配置及び／又はキャリア装置内に挿入して交換することができる、可変減衰可能な磁気ダンパーを提供することが可能である。本発明の磁気ダンパーは、所望の減衰および減衰されるべき設備または機械に応じて、ユーザーが個々の減衰それ自体を組み立てることができる一種のモジュールシステムとして供給することができ、必要なコンポーネントを選択することにより、簡単かつ様々な方法で実行することができる。

本発明のこれらの実施形態では、（比較的低い磁界強度の場合に）内側磁気リング（永久磁石またはコイル）が不要であり、また強磁性バーまたはスリーブ(15)が不要である。導電性の非磁化可能なダンパー管(3)は、バーまたはロッドの形態であってもよい。

本発明の磁気ダンパーは、振動吸収装置、とくに重り振り子（振り子アブソーバー）に基づく振動吸収装置に使用するのに極めて適している。

本発明は、上述したようにまた以下でも述べるように、振り子重りおよび少なくとも１つの回転対称磁気ダンパーを有する少なくとも１つの振り子ケーブルまたは振り子ロッドを備えた振動吸収装置に係り、とくに振り子アブソーバー(7)に関し、磁気ダンパーは好ましくは振り子ロッドまたは振り子重りに取り付けられる。一般に、水平振動面を覆うように配置された本発明の２つの振り子アブソーバーを用いることが有利である。

磁気ダンパーの支持装置(10)は、例えばボール継手またはヒンジを用いて振り子重りまたは振り子ロッドに取り付けられ、ダンパー管(3)または減衰ロッドは、例えばヒンジまたはボール継手を用いて減衰されるような機械または設備に直接取り付けられる。逆に、ダンパー管(3)または減衰ロッドを振り子重りまたは振り子ロッドに取り付けることができ、磁気ダンパーの支持装置(10)のほうは減衰させるべき機械または設備に直接取り付けられる。

管(3)の壁厚（好ましくは５〜１５ｍｍ、とくに８〜１２ｍｍ）を調整することにより、揺動距離を介して減衰を修正することが可能であることを再度言及すべきである。それゆえに、漸進的および／または逓減的な特性線を得ることが可能である。これは、風力タービンの塔または他の構造物の共振を低減するために、例えばアブソーバー(7)が中間の揺動領域において最適な減衰を有する場合に、非常に興味深い。したがって、極端な場合には、アブソーバーの大きな揺動距離において、これらはより大きな程度で制動され得る。さらに、種々の材料から管(3)を組み立てることが可能であり、特定の電気抵抗の修正によって減衰を修正することができる。

永久磁石に電磁石と振動モニタリングを組み合せたものは、極端な場合にはアブソーバー(7)の最大揺動距離を制限するのに役立つ。定常運転において、電磁石はスイッチオンされないで、減衰はタワーに対して最適に適合される。極端な負荷のためにアブソーバー(7)の振動が大きくなりすぎると、すぐに電磁石は減衰を増加させるためにスイッチをオンにして、アブソーバー(7)を制動することができる。

実際には、振り子の偏位運動の場合には、ダンパー管(3)を回転対称のマグネットシステム（ダンパー管の周囲に環状に配置された永久磁石または電磁コイルからなる）に通過させる必要があり、２つの構成要素間の必要な小さな分離を維持することができるように非接触で、したがって摩擦を伴わない方法で実施される。ダンパー管(3)が外側及び／又は内側のリング磁石と衝突するのを防ぐために、本発明のさらなる実施形態では、できるだけ摩擦が低くなるように設計されるべきセンタリングまたはスペーシングが設けられる。

このように本発明の振動ダンパーは、相対運動により渦電流が発生する領域の前方および／または後方に配置されたガイド及び／又はスペーサ装置またはセンタリング装置(13)(14)を好ましくは有する。この機能的な有効領域内での必要な分離は、摩擦を伴わない様式で約０．１〜２．０ｍｍの間に維持することができる。使用されるスペーサまたはセンタリング装置は、例えば（保持装置により）離隔の維持を行うと同時に、ボールベアリング、スライドブッシュ、ローラーベアリング(13)またはローラー装置(14)（例えば１つ以上のガイドローラーにより）管の確実な案内をも行うことができる。その利点は、ダンパー管(3)の重量のみが装置(13)(14)に作用するために、これを長く保持するということにある。

本発明の磁気ダンパーは、その計画された用途、必要な減衰特性、および利用可能な設置スペースに応じて様々なサイズで使用することができる。例えば風力タービンでは、約５０〜２００ｍｍの直径を有する振り子アブソーバー用の磁気ダンパーを使用することが適している。さらに上方または下方に２００％までの偏差が可能である。既に述べたように、永久磁石または電磁石（電磁コイル）から構成されていても、磁気リング(4)またはリング状磁気装置の間の離隔またはエアギャップは、ダンパー管(3)の外面および／または内面からおよそ０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．２５〜１．２５ｍｍ、とくに０．５〜１．０ｍｍである。より大きな離隔またはエアギャップが原則的に可能であり、より簡単に製造することも可能であるが、この場合には全体的な減衰が減少することになる。経験的なものによると、減衰損失はギャップ１ｍｍ当たり約１７．５％（１７〜１８％）である。

本発明のダンパーのダンパー管(3)は、既に述べたように、導電性材料、好ましくは金属、例えばアルミニウムまたは銅、またはこれらの合金からなる。管壁の厚さが８〜１０ｍｍの間であれば、ある意味で最高の効率が達成されることが判明している。

振動吸収器（バイブレーションアブソーバー）以外の用途、とくに風力タービンの用途では、より小さい径およびより大きい径の、磁石サイズおよび管厚さが最適であり得る。

性質に応じて、本発明の磁気ダンパーは、好ましくは１５００〜３０００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³の減衰密度を達成することができる。これにより磁石材料および設置スペースを節減することができる。

本発明の磁気ダンパーをラジアル受動磁気ベアリングとして使用することもできる。比較的高速の場合には、管(3)内の渦電流が軸方向にシフトする。環状磁石配列(1)に対する渦電流の変位により、管(3)と磁石配列(1)との間に半径方向の力が形成される。これらの半径方向の力は、磁石リングを中心にしたいラジアル軸受のように作用する。この効果は、磁石リング(1)と管(3)との間の非接触軸受を達成するために利用することができる。図８の磁石配列（ハルバッハ配列）は、ここでは最も適している。磁気浮上列車のプロトタイプでは、この効果は、永久磁石(Inductrack)のみを用いて浮上を達成するために利用されている。そこでは、磁石は平らな配置であり、一定の速度から垂直な持ち上げを発生させる。水平方向では、平らな配置は不安定であり、この方向を安定させるために磁石のさらなる配置が必要になる。ここで、ダンパーのリング磁石(1)は安定しており、各半径方向にセンタリングするので有利である。この種のラジアル磁気軸受は、滑り軸受の負荷を軽減するのにも適している。管(3)と磁石リング(1)との間に半径方向に作用する力は、休止および低速で従来の滑り軸受に吸収される。最大の摩耗を引き起こす高速では、この種の滑り軸受は磁気軸受による負荷から完全に解放される。例えばハルバッハ配列の２つのラジアル軸受を磁石リング(1)と組み合わせることができる。これにより、低速用に磁気軸受を最適化することができ、その間の磁石リング(1)が実際の軸方向の減衰を提供する。

振動および軸受技術における磁気ダンパー、とくに永久磁石の使用の利点は、それらが常に動くことにある。一般に、制御やエネルギー供給が必要ない。減衰特性に対する温度の影響は小さく、追加の温度補正はする必要がない。

現在までに知られている従来の磁気ダンパーとは対照的に、本発明の磁気ダンパーの場合は誘導された渦電流が管(3)の周りを流れる。そのために渦電流はより均一であり、ダンパー効率がより高くなる。渦電流は円形であり、磁石リング(1)と同様の磁界を形成する。これとは対照的に、欧州特許ＥＰ２６９６０７２号公報に記載された磁気ダンパー内の渦電流はそれに記載されている個々の磁石の前縁および後縁の周りに形成され、発生する渦電流が磁石より広いため回路基板を幅広くする必要がある。

さらに、本発明のダンパーの回転対称配列は、製造がより簡単であり、これまでのところ例えば流体ダンパーのような通常の回転対称ダンパーが使用されているあらゆるところに使用することができる。サイズに応じて、半径方向に磁化された磁石リング(1)は、多くの場合、工業的に大きな努力を注ぎ込んでどうにか製造することができるか、またはまったく製造できない。ここでは、より大きな直径を可能にする個々の平坦な磁石、例えば棒磁石または立方体形状磁石から磁石装置を製造することが有利である。

ダンパーは、とくに風力タービンのタワー型アブソーバーまたはローター型ブレードアブソーバーのように、温度差が大きい使用の領域、および一定の減衰係数をもつ用途において有利である。本発明の磁気ダンパーまたはそれを含む振動吸収装置は、あらゆるタイプの振動、とくに５〜２００Ｈｚの減衰、または機械および設備、とくに風力タービンにおける構造物の範囲内での減衰に適している。

したがって、本発明は、最終的には上記および請求項に記載の磁気ダンパーおよび振動アブソーバーを備えた風力タービンにも関する。

しかし、本発明の磁気ダンパーは、他の設備における高周波吸収器内の減衰エレメントとしても用いることができる。非接触で摩擦なしの減衰のために、磁気ダンパーは、非常に長い寿命を有し、摩耗現象を有しない。自動車分野および鉄道分野において、大きな温度差が存在する可能性があるため、ダンパーは全てのタイプの衝撃と振動を減衰させるのに適している。本発明の磁気ダンパーと例えば鋼製スプリングとを組み合わせることにより、例えばエラストマーのような減衰材料を省略することができる。また、本発明の磁気ダンパーは、非接触方式でかつ制動媒体なしで機能するので、（例えば食品産業における）汚染を避ける必要がある全ての場合に使用することもできる。

本発明の磁気ダンパーは、上述したように、必要とされる減衰のタイプに応じて様々な方法で設けることができる。

本発明の磁気ダンパーは、キットまたはモジューラーシステムの形態で提供することもできる。これは一様な直径を有するモジューラーシステムを開発することが適切であるからである。リング(2)を備えた磁気リング(1)を１つのユニットとして組み立てることができる。ここでリング(2)は、リングを積み重ねて同時にセンタリングできるように、両側に適切なショルダーを有する。同じショルダーが直流および交流のコイルにも使用される。その結果、種々のタイプを積み重ね、それらを互いに組み合わせることが可能である。加えて、これは交換性を単純化し、その後の例えば能動減衰による膨張は問題を生じない。また、このモジューラーシステムは、ラジアル受動磁気軸受を減衰エレメントの前後に取り付けることを可能にする。

さらに、外側リング(1)は、エンドプレートおよび外部ボルトによって互いに張力を掛け合うこともできる。内側リング(4)は、中央のボルトによって互いに張力を掛け合うことができる。図１０に、５つの外側磁石リングおよび５つの内側磁石リングを有する例を示す。

原理的には、本発明の磁気ダンパーの場合に環状の配置を省略し、その代わりに四角い管などの矩形管を使用することが考えられる。磁石は、より容易に製造できるが、磁場が理想的なやり方で互いに重ね合わされないので、渦電流を計算することがより困難であり、方形管の角部で損失を生じる可能性がある。８つ以上の辺をもつ多角形が円に近づくと、磁気ダンパーは正方形管と比較して効率がよくなる。しかし、回転対称のソリューションと比較して、辺の数が増えるほど経済的でなくなる。多角形のさらなる欠点は、磁石が管と衝突するため、軸のねじれを防止するのが不可欠となることにある。これは、回転対称のソリューションの場合には問題にならない。ダンパーは、衝突することなく軸方向にねじれることができるからである。

本発明は以下の図面を参照してより詳細に説明される。
図１の（Ａ）は本発明の実施形態に係る磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と斜視図、図１の（Ｂ）は閉じた磁石リングの磁場を示す概略図である。 図２は、他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と斜視図である。 図３の（Ａ）は他の実施形態の強化リングを有する磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と斜視図、図３の（Ｂ）は（Ａ）の磁気ダンパーによって生成される磁場の概要を示す模式図、図３の（Ｃ）はダンパー管に誘起される渦電流を示す模式図である。 図４は、他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と部分切欠断面斜視図である。 図５は、他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と部分切欠断面斜視図である。 図６の（Ａ）は他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と部分拡大断面図と横断面図と部分切欠断面斜視図、図６の（Ｂ）は（Ａ）の磁気ダンパーによって生成される磁場の概要を示す模式図である。 図７の（Ａ）は他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と斜視図、図７の（Ｂ）は（Ａ）の磁気ダンパーによって生成される磁場の概要を示す模式図である。 図８の（Ａ）は他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と横断面図と部分切欠断面斜視図、図８の（Ｂ）は（Ａ）の磁気ダンパーによって生成される磁場の概要を示す模式図である。 図９は、他の実施形態の磁気ダンパーの概要を示す縦断面図と部分拡大断面図と横断面図と部分切欠断面斜視図である。 図１０は、支持フレームにクランプされた磁気ダンパーを示す部分切欠断面図である。 図１１は、実施形態の振り子アブソーバーを示す概略構成図と部分拡大断面図である。 図１２は、他の実施形態の振り子アブソーバーを示す概略構成図と部分切欠拡大断面図である。 図１３は、他の実施形態の振り子アブソーバーを示す概略構成図と部分切欠拡大断面図である。 図１４は、他の実施形態の振り子アブソーバーを示す概略構成図と部分切欠拡大断面図である。 図１５は、他の実施形態の振り子アブソーバーを示す概略構成図と部分切欠拡大断面図である。

本発明がより十分に理解されるように以下の図面を参照していくつかの実施形態を説明する。

図１の（Ａ）は閉じた環状の磁石リング（Ｂ）の磁場を含む本発明の磁気ダンパー（Ａ）を示す概略図である。磁気ダンパーは、導電性であるが非強磁性材料/金属、好ましくはアルミニウムまたは銅または対応する好適な合金でつくられたダンパー管(3)を有する。管は磁石リング(1)によって非接触で摩擦が少ない状態で小さな離隔を維持しながら周囲を取り囲まれており、磁石リング(1)は直接的に強磁性材料からなるリング、例えば鉄、鉄合金または鉄含有量の高い鋼などである。それにより磁石リングの磁気効果が向上する。磁石リング(1)−リング(2)部品構造体に対するダンパー管(3)の相対運動は渦電流を引き起こし、それに対応して導かれた磁界を生成し、該相対運動の制動をもたらす。より低い磁気密度が望ましい場合には、強化リング(2)を省略することができる。

磁石リング(1)は、理想的には、半径方向の磁化を有する閉じた環状磁石である。北極は例えば内面に位置し、外面には南極が位置する。磁化の方向はまったく逆向きであってもよい。磁石材料として、例えばＮｄＦｅＢからつくられた永久磁石が適しているが、他の磁石を使用することも可能である。例えばＳｍＣｏからつくられた磁石のように、ＮｄＦｅＢ磁石ほど強くはないが、その耐熱性が高く、温度依存性がさらに低い。

半径方向の磁化を有する閉じた環状の磁石は、工業的に製造することが難しく、非常に高価であるため、図２に示すように磁石リング(1)を個々の磁石(1A)で構成することもできる。これらの個々の磁石は、好ましくは北または南の極を内側に向け（図２）、ダンパー管(3)に対して半径方向に整列した棒磁石または立方体磁石である。また、平らな磁石円形セグメント（例えば９０°セグメント）を製造し、それらを組み立ててリングを形成することも可能である。個々の磁石(1A)が磁石リング(1)を形成する場合に、北極と南極のチェス盤パターンが形成されるように、あらゆる第２棒磁石を変位させることがさらに可能である。これにより減衰の程度に影響を与えることができる。

ダンパー管(3)は、非常に良好な導電性を有する材料、好ましくは金属、とくにアルミニウムまたは銅またはこれらの合金からなる。ダンパー管の材料が厚くなるほど、電気抵抗が低くなり、誘起される渦電流が大きくなる。

強化リング(2)は、可能な限り高い鉄含有量および可能な限り低い炭素含有量を有する標準鋼からなる。高い鉄含有量は材料が「軟磁性」を示すために重要である。これは材料が磁化しやすいことを意味する。あるいは、「軟磁性」を有する他のすべての材料を使用することも可能である。磁石リング(1)は、例えばリング(2)のなかに接着結合することができる。しかし、２つのリングは、互いにクランプされてもよいし、他の方法で互いにしっかりと接続されていてもよい。スチールリング(2)は、内部の磁場を強化すると同時に、外部からの磁場を遮断する。本発明の磁気ダンパーはスチールリング無しでも機能するが、結果として減衰が減少することになる。

可能な限り減衰が高くなるようにするために、磁石リングとダンパー管との間のエアギャップを小さくしなければならない。エアギャップ／離隔が大きくなると、ダンパー管(3)内の磁場が弱くなり、より小さな渦電流が形成される。本発明によれば、約０．１〜０．２ｍｍの離隔がとくに有効であることが判明している。

制御可能な方法で減衰を修正するために、エアギャップまたは離隔を意図的に変えることも可能である。従って、例えば磁石リングとダンパー管との間の離隔はダンパー管(3)に対する磁石リングの位置に応じて変化させることができる。これはとくに複数の磁石リング配列(1)の使用に有用である。これにより例えば漸進的／逓減的な減衰特性線を実現することができる。

減衰を調整するさらなる可能性は、ダンパー管(3)の壁厚さをその長さにわたって調整することである。例えば一定の外径において内径を変化させることができ、これにより内径に依存してダンパー管(3)の長さにわたり減衰を調整することができる。

図３の（Ａ）は本発明の磁気ダンパーを示しており、図１および図２に示すように、対応する強化リング(2)を有する複数の外側磁石リング(1)(1A)を有する。ここでリングは密接に積み重ねられ、１つの磁石リング(1)から隣接する磁石リング(1)まで交互に極性が入れ替わる。減衰を増加させるために、複数の磁石リング1を積み重ねることができる（図３）。磁極はリング毎に交互に配置されているので、北極または南極のいずれかが内側に位置する。したがって、磁場は互いに補強され、ダンパーの効率は増加する。２つの磁石リング(1)は、１つの磁石リング(1)の２倍以上（約３．５倍）である。この強化は、必要とされる磁石リング(1)の数を最小限まで減らす。磁石リングの数が増えるにつれて、段階的に総減衰量を増加させることができ、これにより振動システムの減衰を制御することが可能になる。図３の（Ｂ）に図１の本発明の磁気ダンパーの５つの磁石リングの磁界を示す。図３の（Ａ）と（Ｃ）に相対運動の場合にダンパー管(3)に誘起される渦電流を示す。

図４に本発明の磁気ダンパーのさらなる実施形態を示す。外側磁石リング(1)の代わりに内側磁石リング(4)(4A)のみがダンパー管(3)の内部に配置され、これらの内側磁石リング(4)(4A)はダンパー管(3)の内面から対応する非接触の離隔（セパレーション）を有する。外側強化リング(2)は、バーまたはコア、または内部磁石リング(4)を通して押され、後者と共に移動する強磁性材料、好ましくは鋼製のスリーブ(5)によって置き換えられる。内側磁石リング(4)(4A)は、ここでスリーブ(5)に例えば接着剤で強固に接着されている。この構造は、従来から知られている流体ダンパーの交換に適するものである。

さらに減衰効率を高めるために、図５に示す一対の磁石リングのように、内側磁石リング(4)(4A)と外側磁石リング(1)(1A)とを組み合わせて使用することも可能である。互いに対向して配置され、ダンパー管(3)によって分離される２つの磁石リング(1)(1A)と(4)(4A)とは、互いに引き寄せ合うような極とされている。したがって、管(3)内の磁場は、壁の厚さ全体にわたりほぼ一定である。図２と同様に、図３の（Ａ）に示すように、減衰を大きくするために内側磁石リング(4)(4A)と外側磁石リング(1)とを交互に積み重ねることができる。より低い磁気減衰が必要な場合は、ここでは外側リング(2)および／または内側コア(5)を省略することも可能である。図５に要素(2)と(5)の両方を有する変形例を示す。

図６の（Ａ）に、外側磁石リング(1)および強磁性リング(2)を有する本発明の磁気ダンパーのさらなる実施形態を示す。しかし、ここでは永久磁石は２つの巻かれたコイルリング(6)の形態の電磁石によって置き換えられ、電流がそれらを通って流れるときに磁場を生成する。各コイルリング(6)は、１つの巻線から構成されてもよく、または好ましくは相互に接続された複数の電磁コイル(1B)から構成されてもよい。この磁場はコイルの巻線によって増強することができる。電流方向は２つのコイルリング(6)において反対であり、磁場は磁石リング(1)の磁場と同様である（図６（Ｂ）、図１(Ｂ)も参照）。ここでも、コイルリングの磁場は、強化リング(2)によって増強することができる。これによりシンプルに電流を用いて減衰をオン／オフすることができる。さらに、電流強度を変えることにより減衰を変化させることができる。磁石リング(1)(4)(1A)(4A)の場合と同様に、図示しない他の変形例では、コイルリング(6)を積み重ねるために、内側リング(4B)と外側リング(1B)を組み合わせて使用することも可能である。図６（Ｂ）は電流が流れるコイルの磁場を示す。

永久磁石(1A)(4A)に電磁石(1B)(4B)を組み合わせることができ、以下の可能性を生じさせる。(i)永久磁石は基本的な減衰を提供する。スイッチを入れることができる電磁石は、より高い減衰が必要な状況では、減衰をさらに増加させることができる。(ii)永久磁石は基本的な減衰を提供する。スイッチを入れることができる電磁石は、その磁場が永久磁石の磁場とは反対の方向を指しているという点で永久磁石を「スイッチオフ」にすることができる。したがって、ダンパーは必要に応じてオフにすることができる。

図７と図８は、本発明の磁気ダンパーのさらなる実施形態の２つの変形例（図７（Ａ）、図８（Ａ））を示し、（永久磁石および／または電磁石により）（ダンパー管(3)に対して）半径方向に配列される磁場を生成させるだけでなく、（ダンパー管(3)に対して）軸方向に整列した磁界(11)(12)をも生成させる、ハルバッハ配列としても知られているものである。ここで、図７は、磁石の前記ハルバッハ配列を除いて、外側磁石(1)(11)を有する図３の実施形態に対応している。図７に加えて、図８はハルバッハ配列(4)(12)の内部磁石も有する。対応する磁場も同様にそれぞれ図示されている（図７（Ｂ）、図８（Ｂ））。

両変形例において、積層された磁石リングは、一方の側で磁場が強化され、他方の側で実質的に磁場が消失するように磁化されてもよい。磁石リングの矢印は、それぞれのＮ極の方向を向く。磁石リングは軸方向と半径方向とに交互に磁化される。

この配列の利点は、使用される場所により高い磁場が生成され、使用されない場所ではより弱い磁場が生成されることにある。このため、外側リング(2)によるスクリーニングは不要である。さらに、管(3)の内部でハルバッハ配列を達成し、これを外部のハルバッハ配列と組み合わせることも可能である。ここでも、閉じた環状の磁石リングを個々の磁石に置き換えることができる。（軸方向および半径方向に磁化された）すべてのリングは、立方体磁石または棒磁石を用いて組み立てることができる。

図９に、一連の外側コイルリング(6)またはコイル装置で構成され、能動減衰を達成することができる本発明の磁気ダンパーのさらなる構成を示す。コイルリング(6)に電流が流れると、コイルリング(6)の周囲に磁界が形成される。コイルリング(6)がある方法で異なるオンとオフに切り換えられると、磁場は管(3)に沿って移動する。１つの可能性は、個々のコイルリング(6)に別々の交流を印加することである。ここでの交流は、あるコイルから他のコイルへの位相角を有する。その結果、角コイルは異なる時点で最大電流を有する。適切な周波数は、例えば50Hzまたは60Hzであり、あるコイルからコイルまでの位相角は30〜120°である。移動した磁場は渦電流を誘発し、同様に移動し始める。移動電流は、管に軸方向の力を付与し、それを加速させる。このように、例えば強力なブレーキを掛けるために、またはアブソーバーを他の周波数で能動的に振動させるために、アブソーバーに能動的に力を加えることができる。異なる速度で効率を高めるために、周波数コンバーターを用いて周波数と位相角を調整することができる。内側コイルリング(16)（図示せず）との組合せは、力を倍数だけ増加させる。

図１０に、５つの内側磁石リングおよび５つの外側磁石リングと、堅固にクランプされた磁石装置によって動かされるダンパー管(3)とを有する、支持フレームにクランプされた磁気ダンパーを示す。

図１１に、外側と内側の磁石エレメント(1)(4)およびソリッドコア(5)を有する本発明の磁気ダンパーを備えた振り子アブソーバー(7)を示す。アブソーバー(7)振動運動は小さな角度を生成し、単純なボール継手(8)と(9)によって補償することができる。磁気ダンパーは、任意の位置に取り付けることができるが、水平位置で最も効率的に作動する。一方、ダンパーの必要な走行距離は、水平に設置する場合が最大になる。

図１２に、図１１のものに対応する振り子アブソーバー(7)を示す。後者とは対照的に、本実施形態の設置された磁気ダンパーは、内側磁石リング(4)を有さない。これはダンパー管上の距離が効果的に移動できるという距離が２倍以上に増加するという効果を有する。

図１３は、図１２の振り子アブソーバーを基本的に示しているが、減衰が有効な管領域の両端にガイドおよび／またはスペーサ装置およびセンタリング装置(13)(14)を追加している。これは、ダンパー管(3)が内側の磁石装置(1)(4)および／または外側の管(3)に当たらないようにするためであり、すなわちダンパー管(3)は摩擦がなくこの領域内を安全に移動することができる。装置(13)(14)は、例えばスライドブッシュまたはボールベアリングのような摺動軸受またはローラー軸受でありうるが、設備の固定部分に接続される単純なホルダであってもよい。

図１４に、本発明の磁気ダンパーを備えた図１３に対応する振り子アブソーバーを示し、これはセンタリング装置のさらなる変形例としてローラー装置を備える。特にここでは、管(3)の周りの磁気ダンパーのセンタリングは、ローラーガイドによって行われる。これにより、より高い走行速度および走行距離を達成することができる。ローラーガイドは、管の周囲に配置された１つ以上のガイドローラーからなる。最適なセンタリングおよびプリテンションを実現するために、調整可能なローラーホルダを用いて各ガイドローラーを個別に調整することができる。記載されたローラー装置は、ダンパーの外側に配置されたガイドブッシュまたはスライドブッシュと組み合わせることができる。

実際には、ダンパー管の外側の周りに120°の角度で均等振り分けされた対応するホルダを有する３つのガイドローラーを有するガイドおよびスペーサ装置がとくに有利であることが判明している。管(3)と磁石リング(1)との間に衝突が起こる前に、追加のスライドブッシュを用いてガイドローラーの破損または著しい摩耗を随意に阻止することができる。スライドブッシュと管(3)との間にエアギャップが設けられているので、ガイドローラーが破損したときに管とスライドブッシュとの間でのみ接触が起こる。次のメンテナンス期間中において、調整可能なローラーホルダを用いてガイドローラーを調整するか、または交換するか、またはスライドブッシュの荷重を再び緩和することができる。管に対して磁石リングをセンタリングするためには、装置のガイドローラーのみが必要である。

減衰効果に関して本発明の減衰ダンパーを最適化するためには、定期的または定量的に形成された磁場を理解することが有利である。回転対称性は、磁場および渦電流の３Ｄシミュレーションを不要にする。磁気ダンパーを完全に計算するためには２Ｄ軸対称シミュレーションのみを実行すればよく、計算が単純化され、短縮される。そのような分野のシミュレーションおよび計算のための対応するプログラムは従来から知られている。自由に利用できるプログラムFEMM 4.2を用いて、個々の変形例（図１（Ｂ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ））の磁場を計算することができる。これらは磁場の方向と強さを視覚化するための磁気静的シミュレーションである。このプログラムでは、磁石リング(1)の管(3)に対する動きは計算できない。

渦電流およびダンパー力は、ANSYS Maxwell 15.0プログラムを用いて計算された。管(3)と磁石リングとの間に相対運動が生じると、すぐに管内に回転電流が誘起される。これらの渦電流は、磁石リング(1)に対して作用する磁場を形成する。プログラムによって管(3)の力を出力することができ、相対速度を用いて減衰定数を計算することができる。

本明細書および図で使用されている参照符号は、以下により詳細に説明される。

1…永久磁石を含む外側半径方向磁化磁石リング
2…強磁性体外側リング
3…ダンパー管（または減衰バー）
4…永久磁石を含む内側半径方向磁化磁石リング
5…内側磁石リング用の強磁性体コアまたはスリーブ
6…外側電磁コイルリング（コイル）
7…振り子ケーブル／ロッドと振り子重りを有する振り子アブソーバー
8…ボール継手吸収ダンパー（アブソーバーダンパー）
9…ボール継手壁ダンパー（ウォールダンパー）
11…永久磁石を含む外側半径方向磁化磁石リング
12…永久磁石を含む内側半径方向磁化磁石リング
13…ガイド／スペーサ装置（任意にハウジングを含む）
14…ホルダとガイドローラーを有するローラー装置
15…ダンパー管(3)用の内側強磁性体管またはバー
16…内側電磁コイルリングまたはコイル

Claims (33)

1. (i)非磁化導電材料でつくられたダンパー管(3)と、
   (ii)ダンパーの長手軸まわりに回転対称であり、取付手段を備え、前記ダンパー管(3)に対して１つ以上の永久磁石(1)またはコイル(6)の形態での１つ以上の電磁石を含む磁気リング配列を少なくとも１つ外側に有し、前記磁石のＮ極およびＳ極が磁気ダンパーの前記長手軸または前記ダンパー管(3)に対して半径方向内側または半径方向外側のいずれかを向くように配置され、少なくとも１つの磁気外側リング(1)(6)が前記ダンパー管(3)の上に被せて押し込まれ、前記磁気外側リングと前記ダンパー管とが非接触かつ摩擦なしの方式で相対的に移動可能であり、少なくとも１つの前記磁気外側リング(1)(6)と前記ダンパー管(3)の外面との間の離隔が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である支持装置(10)と、
   (iii)少なくとも１つの前記磁気外側リング(1)(6)を近接して取り囲む強磁性材料またはそのセグメントからなる少なくとも１つのリング(2)と、
   を有することを特徴とする回転対称磁気ダンパー。
2. ２個から１０個までの前記磁気外側リング(1)(6)が、半径方向に磁化されたリング面から半径方向に磁化されたリング面までに前記磁気外側リング(1)(6)の半径方向を向く極性が互い違いになるように積み重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ダンパー。
3. 前記ダンパー管(3)に加えて、前記ダンパー管(3)の内壁と接触し、前記ダンパー管(3)との共通の動きができるように前記ダンパー管(3)の内壁に結合された強磁性材料または対応する丸棒(15)からなる管をさらに有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
4. (i) 非磁化導電材料でつくられたダンパー管(3)と、
   (ii) ダンパーの長手軸まわりに回転対称であり、取付手段を備え、前記ダンパー管(3)に対して１つ以上の永久磁石(1)またはコイル(6)の形態での１つ以上の電磁石を含む磁気リング配列を少なくとも１つ内側に有し、前記磁石のＮ極およびＳ極が前記磁気ダンパーの前記長手軸または前記ダンパー管(3)に対して半径方向内側または半径方向外側のいずれかを向くように配置され、少なくとも１つの磁気内側リング(4)(16)が前記ダンパー管(3)の中に押し込まれ、前記磁気内側リングと前記ダンパー管とが非接触かつ摩擦なしの方式で相対的に移動可能であり、少なくとも１つの前記磁気内側リング(4)(16)と前記ダンパー管(3)の内面との間の離隔が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である支持装置(10)と、
   (iii) 少なくとも１つの前記磁気内側リング(4)(16)によって近接して取り囲まれた強磁性材料またはその部分からなる少なくとも１つのソリッド円筒コア(5)と、
   を有することを特徴とする回転対称磁気ダンパー。
5. ２個から１０個までの前記磁気内側リング(4)(16)が、半径方向に磁化されたリング面から半径方向に磁化されたリング面までにおいて前記磁気内側リング(4)(16)の半径方向を向く極性が互い違いになるように積み重ねられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気ダンパー。
6. 少なくとも１つの前記磁気外側リング(1)(6)に加えて、１つ以上の永久磁石(4)を含むか、又はコイル(16)の形態の１つ以上の電磁石を含む内側磁気リング配列を有し、前記磁石のＮ極とＳ極が前記磁気ダンパーの長手軸または前記ダンパー管(3)に対して半径方向内側または半径方向外側のいずれかを向くように配置され、前記磁気内側リング(4)(16)の配列および極性が同一面上で磁気外側リング(1)(4)とは反対になるように配置され、前記磁気内側リングと前記外側リングの反対極が前記ダンパー管(3)の壁を通して互いに引き合い、前記ダンパー管(3)が非磁性でかつ摩擦なしの様式で前記磁気リング配列に対して相対的に移動し得ることを特徴とする請求項１に記載の磁気ダンパー。
7. 少なくとも１つの前記磁気内側リング(4)(16)と前記ダンパー管(3)の内面との間の離隔が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の磁気ダンパー。
8. 強磁性材料またはその部分からなり、少なくとも１つの前記磁気内側リング(4)(16)によって近接して取り囲まれた少なくとも１つのソリッド円筒コア(5)を有することを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
9. 同一平面上に対向して配置された２個から１０個までの磁気外側リング(1)(6)およびそれに対応する数の磁気内側リング(4)(16)を有し、それぞれが軸方向に積み重ねられ、半径方向に磁化されたリング面から半径方向に磁化されたリング面までにおいてこれらの磁石リング(1)(6)および(4)(16)の半径方向に向けられた極性が互い違いであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
10. 少なくとも１つの磁石リングが永久磁石(1)(4)であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
11. 少なくとも１つの磁気リングが電磁石として機能するコイル(6)(16)であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
12. 少なくとも１つの半径方向に磁化されたリングは、永久磁石(1)(4)であり、電磁石として機能するコイル(6)(16)である少なくとも１つの半径方向に磁化されたリングを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
13. １つ以上の外側永久磁石(1)または内側永久磁石(4)のみを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
14. (i)１つ以上の半径方向に磁化された永久磁石(1)を含む少なくとも１つの磁気外側リング配列と、
    (ii)ダンパー管(3)の外側に非接触に配置された１つ以上の永久磁石を有する少なくとも１つの外側磁気リング配列(11)と、前記磁石(11)の南北磁化方向が前記磁気ダンパーの長手軸に対して軸方向上方または軸方向下方を向くこと、
    をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の磁気ダンパー。
15. 永久磁石(1)を含む半径方向に磁化された外側リングによって互いに離隔された少なくとも２つの軸方向に磁化された外側リング(11)を有し、第１の軸方向磁化リングの磁石(11)の南/北磁化方向は第２の軸方向磁化リングの南/北磁化方向とは反対向きであることを特徴とする請求項１４に記載の磁気ダンパー。
16. 永久磁石(11)を含む軸方向に磁化された外側リングによって互いに離隔された少なくとも２つの半径方向に磁化された外側リング(1)を有し、第１の半径方向磁化リングの磁石(1)の南/北磁化方向は第２の半径方向磁化リングの南/北磁化方向とは反対向きである、ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気ダンパー。
17. (i)１つ以上の半径方向に磁化された永久磁石を含む少なくとも１つの磁気内側リング配列(4)と、
    (ii)ダンパー管(3)の外側に非接触に配置された１つ以上の永久磁石を含む少なくとも１つの内側磁気リング配列(12)と、前記磁石(12)の南/北磁化方向は前記磁気ダンパーの長手軸に対して軸方向上方または軸方向下方を向くこと、
    をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の磁気ダンパー。
18. 永久磁石(4)を含む半径方向に磁化された内側リング(12)によって互いに離隔された少なくとも２つの軸方向磁化内側リング(12)を有し、第１の軸方向磁化リングの磁石(12)の南/北磁化方向は第２の軸方向磁化リングの南/北磁化方向とは反対向きである、ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気ダンパー。
19. 永久磁石(12)を含む軸方向に磁化された内側リングによって互いに離隔された少なくとも２つの半径方向磁化内側リング(4)を有し、第１の半径方向磁化リングの磁石(4)の南/北磁化方向は第２の半径方向磁化リングの南/北磁化方向とは反対向きである、ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気ダンパー。
20. 前記ダンパー管(3)に対する１つのリング面が常に半径方向に磁化された磁石からなる永久磁石のみを含む２つ以上の隣接する磁気外側リング面(1)および／または磁気内側リング面(4)の配列を有し、リング面(1)が常にリング面(11)に隣接し、かつリング面(4)が常にリング面(12)に隣接するように、隣接する他のリング面が外側および/または内側の軸方向に磁化された磁石(11)(12)からなり、
    ３つ以上のリング面が存在する場合に、同タイプの２つの半径方向に磁化されたリング面は軸方向に磁化されたリング面によって互いに離隔され、同タイプの２つの軸方向に磁化されたリング面は半径方向に磁化されたリング面によって互いに離隔され、１つのリング面の南/北磁化方向は同タイプの次のリング面の北/南磁化方向と反対向きである、ことを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
21. (i) 前記ダンパー管(3)が２５〜２５０ｍｍの外径を有し、
    (ii) 前記ダンパー管(3)に対して前記磁石リング(1)(4)(11)(12)またはコイルリングリング(6)(16)の軸方向厚さが１０〜６０ｍｍであり、
    (iii) 前記磁気リング(1)(4)(11)(12)(6)(16)と前記ダンパー管(3)の外面または内面との間の前記離隔が０．２５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、
    (iv) 前記ダンパー管(3)が８〜１２ｍｍの壁厚さを有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
22. 前記磁石リングに対する前記ダンパー管(3)の摩擦なしの相対運動を確実にする装置を有することを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
23. 前記装置は、前記磁気ダンパーの機能領域の前部および／または後部に取り付けられるセンタリングおよび／またはスペーサ装置であることを特徴とする請求項２２に記載の磁気ダンパー。
24. 前記装置(13)(14)は、少なくとも１つのローラー装置および／またはスライディング装置を有することを特徴とする請求項２２又は２３のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
25. 前記支持装置(10)は、保持手段、固定手段および任意にスペーサと電力接続部を有し、これらの手段は、前記磁気リングおよびコイルが、積み重ねられ、固定され、および作動させられるために、直径に応じた精密な嵌合で回転対称的に個別に収容されるか又は乗算的に収容され得るように、幾何学的および機能的に設計され、かつ対応する前記ダンパー管(3)が精密な嵌合で収容され得ることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の磁気ダンパー。
26. 前記支持装置(10)は、所望の減衰に応じて、永久磁石および/または電磁コイルを含む異なる数の回転対称の磁性外側および/または内側リングをキャリア装置内に挿入し交換することができるように設計されており、前記磁気リングの内径および/または外径が前記ダンパー管(3)の所望の外径及び/又は内径に合致することを特徴とする請求項２５に記載の磁気ダンパー。
27. 前記磁気外側リングおよび/または前記磁気内側リングにより減衰をさらに可変的に調整することができ、前記リングは永久磁石に加えて可変電流強度で動作する１つ以上の電磁コイルを有することを特徴とする請求項２６に記載の磁気ダンパー。
28. 少なくとも２つの回転対称な請求項１乃至２７のいずれか１項記載の磁気ダンパーおよび振り子重りを持つ少なくとも１つの振り子ケーブルまたは振り子ロッドを有することを特徴とする振動吸収器。
29. 前記振り子ロッドまたは前記振り子重りに取り付けられる磁気アブソーバーであることを特徴とする請求項２８に記載の振動吸収器。
30. 前記磁気ダンパーの前記支持装置(10)は前記振り子重りまたは前記振り子ロッドに取り付けられ、前記ダンパー管(3)は減衰される機械または設備に直接取り付けられることを特徴とする請求項２９に記載の振動吸収器。
31. 前記ダンパー管(3)は前記振り子重りまたは前記振り子ロッドに取り付けられ、前記磁気ダンパーの前記支持装置(10)は、減衰される機械または設備に直接取り付けられることを特徴とする請求項３０に記載の振動吸収器。
32. 機械および設備、とくに１５００ｋＮｓ/ｍ×ｍ³を超える減衰密度をもつ風力タービンの振動を減衰させるために、請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の磁気ダンパーおよび請求項２８乃至３１のいずれか１項に記載の振動吸収器を使用することを特徴とする使用方法。
33. 請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の磁気ダンパーまたは請求項２８乃至３１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの振動吸収器を含むことを特徴とする風力タービン。

Images