JP2017537583A - ステータとトランスレータとを備えた磁石装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのステータ（１）と１つのトランスレータ（２）とを備えた磁石装置であって、ステータ（１）とトランスレータ（２）とが、それぞれ少なくとも１つの磁石を備え、磁石が、磁石の磁極端と作用線とを有し、トランスレータ（２）は、移動軸（３）に沿って移動方向（４）で可動であり、ステータ（１）のステータ作用線（１５）、または、ステータ作用線（１５）のステータ延長線（１６）であって、幾何学的な半直線としてステータ（１）の磁極端から離れてステータ作用線（１５）に対する幾何学的な接線として延びるステータ延長線（１６）と、トランスレータ（２）のトランスレータ作用線（２５）、または、トランスレータ作用線（２５）のトランスレータ延長線（２６）であって、幾何学的な半直線としてトランスレータ（２）の磁極端から離れてトランスレータ作用線（２５）に対する幾何学的な接線として延びるトランスレータ延長線（２６）とが、それぞれ交点（１０）を有し、これによって、ステータ作用線（１５）と、場合によってはステータ延長線（１６）と、トランスレータ作用線（２５）と、場合によってはトランスレータ延長線（２６）とが、閉じた幾何学形状を形成することで、ステータ（１）とトランスレータ（２）との間の磁束が集束し、作用線（１５）と延長線（１６）とが、移動軸（３）を含む断平面（１２）において磁石装置を通って延びる。

Description

本発明は、少なくとも１つのステータと１つのトランスレータとを備えた磁石装置に関し、このステータとトランスレータとは、それぞれ少なくとも１つの磁石を備え、この磁石は、この磁石の磁極端と作用線とを有し、トランスレータは、移動軸に沿って直線的に、および／または、移動軸の周りで回転して、移動方向で可動である。

一般的な教示によれば、本発明による磁石装置では、ステータとトランスレータとの間の相対移動が、ある力状態を作りうるが、この力状態は、トランスレータを介して、本発明の開示の枠内では挙げられていないさらなる部材に伝達される。この力状態は、不動で支持されたステータと可動で支持されたトランスレータとの間に、線形または回転での相対移動を引き起こすことができ、その結果、トランスレータは、さらなる部材を駆動できる。

本発明による磁石装置は、駆動部として、または発電機として採用可能である。

従来技術による磁石駆動部は、少なくとも１つのステータと１つのトランスレータとを備え、磁石の相互作用は、互いに隣接し割り当てられた磁石の面の間の磁束により決められている。国際公開第２０１３／０３４３３９号は、磁石間の相互作用も全ての面に渡って行われることを教示している。

国際公開第２０１３／０３４３３９号の知識を基礎として、当業者には、隣接する互いに割り当てられた面間には現れない磁束を集束させて、磁石装置の効率を高めるという課題が提示される。

本発明によれば、この点は、ステータのステータ作用線、または、ステータ作用線のステータ延長線であって、幾何学的な半直線としてステータの磁極端およびステータから離れてステータ作用線に対する幾何学的な接線として延びるステータ延長線と、トランスレータのトランスレータ作用線、または、トランスレータ作用線のトランスレータ延長線であって、幾何学的な半直線としてトランスレータの磁極端およびトランスレータから離れてトランスレータ作用線に対する幾何学的な接線として延びるトランスレータ延長線とが、それぞれ交点を有し、これによって、ステータ作用線と、場合によってはステータ延長線と、トランスレータ作用線と、場合によってはトランスレータ延長線とが、閉じた幾何学形状を形成することで、ステータとトランスレータとの間の磁束が集束し、作用線と延長線とが、移動軸を含む断平面において磁石装置を通って延びる。

ステータとトランスレータとが、ある点において、継手により、互いに対して可動で互いに連結されている場合に、閉じた幾何学形状は、ステータ作用線と、場合によってはステータ延長線と、トランスレータ作用線と、場合によってはトランスレータ延長線とにより作られうる。

実地では、閉じた幾何学形状は、ステータ作用線と、場合によってはステータ延長線と、トランスレータ作用線と、場合によってはトランスレータ延長線とにより形成される。

上述の解決方法は、閉じた幾何学形状が、場合によっては、例えばステータ延長線により形成されることを含む。これにより、ステータ作用線とトランスレータ延長線とが交点を有し、その結果、閉じた幾何学形状が、まさにステータ作用線と、トランスレータ延長線と、トランスレータ作用線とによってのみ形成される場合が考慮される。

同様に、トランスレータ延長線は、閉じた幾何学形状の一部ではないことも可能である。

一般的な教示によれば、磁石の作用線は、この磁石中の磁石の磁極端間で延びている。

移動軸を含む断平面は、磁石装置を通って延びている。

本発明による磁石装置は、ある平面において延びる。ある平面において延びる磁石装置は、例えば二次元磁石装置でありえる。磁石装置を通る断平面は、この第１の場合、本発明による磁石装置の平面において延びる。

本発明による磁石装置は、三次元体でもありえる。この第２の場合、断平面は、磁石装置と移動軸において交差し、移動軸に対して任意の方向づけを有する。移動軸は、磁石装置の対称軸を形成しうる。

磁石は、多角形状を有することができ、その端部に、磁石の極が形成されていることができる。作用線は、これらの極間に延びていて、極における作用線の方向は、接線により規定されている。幾何学的な延長線は、本発明の枠内では接線に対して平行な半直線として規定されていて、この半直線は、磁石から離れるように延びている。

本発明による磁石装置では、作用線と延長線とが閉じた形状を形成するように、作用線が形成されている。

直線的または回転可動なトランスレータを備えた磁石装置の場合は、相互作用力Ｆと、これらの力の移動軸からの距離とから形成されるトルクの合計は、０であってもよい。

トランスレータは、直線のまたは多角形の移動軸を有しうる。相互作用力Ｆと、これらの力の移動軸からの距離とから形成されるトルクの合計は、０であってもよい。

本発明の上述の開示は、特有の応用では、トルクの合計が０でない可能性を排除しない。

磁束を集束させる上述の方策に補足して、本発明の磁石装置は、磁石間にある間隙に隣接して配置可能である磁石遮蔽部材を備えることができる。

磁石遮蔽部材は、従来技術により公知である。磁石遮蔽部材は、例えば強磁性材料から形成可能である。

移動軸は、磁石装置の部分領域にとっては、磁石装置の対称軸であってもよい。二次元磁石装置では、移動軸は対称軸であってもよく、三次元磁石装置では、回転軸であってもよい。

図１は、１つのステータおよび１つのトランスレータを備えた本発明による二次元磁石装置の第１の可能な実施形態を示す図である。 図２は、１つのステータおよび２つのトランスレータを備えた本発明による二次元磁石装置の第２の可能な実施形態を示す図である。 図３は、２つのトランスレータおよび１つのステータを備えた本発明による二次元磁石装置の第３の可能な実施形態を示す図である。 図４は、２つのトランスレータおよび１つのステータを備えた本発明による三次元磁石装置の可能なある実施形態の図である。 図５は、２つのトランスレータおよび１つのステータを備えた本発明による三次元磁石装置の可能なある実施形態の図である。 図６は、本発明による三次元磁石装置のさらなる可能なある実施形態を示す図である。 図７は、本発明による三次元磁石装置のさらなる可能なある実施形態を示す図である。 図８は、図６のＦＥＭシミュレーションを示す図である。 図９は、図６のＦＥＭシミュレーションを示す図である。

図中、以下の参照符号は、次の部材を記す。
ｒ ステータとトランスレータとの間の距離
Ｆ 相互作用力
＋／− 極性
１ ステータ
２ トランスレータ
３ 移動軸
４ 移動方向
１５ ステータ作用線
２５ トランスレータ作用線
１６ 幾何学的なステータ延長線
２６ 幾何学的なトランスレータ延長線
７ 磁石遮蔽部材
８ 間隙
９ 磁石
１０ 交点
１１ コイル
１２ 断平面
１３ 中心
１７ 内側ステータ磁極端
１８ 外側ステータ磁極端
１９ 内側トランスレータ磁極端
２０ 外側トランスレータ磁極端

図面は、ここで開示された発明を明確化するためにのみ役立つ。図は、本発明の対象物を制限するように解釈されるべきではない。

図１は、本発明による磁石装置の第１の可能な実施形態を示す。この磁石装置は、平面として形成されたステータ１と、平面として形成されたトランスレータ２とを備え、このステータ１とトランスレータ２とは、それぞれ磁石９を備え、この磁石は、この磁石の磁極端と作用線とを有する。従って、図１は、二次元磁石装置を示し、断平面１２は、図１の観察面中にある。

図１中では、ステータ１に対するトランスレータ２の移動が記入されていないが、この理由は、このステータ１に対するトランスレータ２の移動は、本発明の対象物に影響を与えない、すなわち磁石９間で集束する磁束の形成に影響を与えないからである。トランスレータ２の移動は、移動軸に対して線形で平行に、および／または、移動軸３の周りを回転して行われうる。

図１中には、一般的な教示により選択されうる磁石９の磁性＋／−が記入されていて、その結果、トランスレータ２のステータ１に対する相対的な移動が、相互作用力Ｆにより引き起こされうる。トランスレータ１を図１中に記入された移動方向４へ、および、これと対向する（図１中では不図示の）移動方向へ移動させることができるように、当業者は磁石９を電磁石として実施する。電磁石の極性は切り替え可能である。

磁石９は、図１中に図示された実施形態では、多角形のセグメント形状を有する。この磁石９は、実質的に弓状セグメントの形状を有する。この弓状セグメントの中心１３は、隣接し合って配置されている。弓状セグメントの中心１３は、移動軸３上にあり、この移動軸３は、磁石装置の対称軸をも形成する。

磁石９の作用線は、一般的な教示を参照すれば、弓状セグメントの形状を有する。ステータ作用線１５およびトランスレータ作用線２５は、従って弓状セグメントの形状を有する。図１中では、磁石９の弓状セグメント形状と、作用線の円セグメント形状とは、一致した直線で図示されている。

幾何学的な延長線は、磁石９の磁極端から、磁力作用線の延長線として延びる幾何学的な半直線である。ステータ作用線１５のステータ延長線１６は、ステータ１の磁極端から離れて、ステータ作用線１５の幾何学的な接線として延びる幾何学的な半直線である。同様にトランスレータ作用線２５のトランスレータ延長線２６は、トランスレータ２の磁極端からトランスレータ作用線１５に対する幾何学的な接線として延びる幾何学的な半直線である。

幾何学的なステータ延長線１６とトランスレータ延長線２６とは、交点１０を含む交線で交差する。この幾何学的なステータ延長線１６およびトランスレータ延長線２６は、図１中で示された実施形態中では、平行でかつ一致し、したがって、図１で示された実施形態では、交点１０を含む交線が存在する。

幾何学的なステータ延長線１６は、幾何学的教示によれば、磁石の端部領域では、ステータ作用線１５と等しく方向づけられている。同じ点が、トランスレータ作用線２５およびトランスレータ延長線２６についても示されうる。

作用線１５、２５および幾何学的な延長線１６、２６は、ステータに対するトランスレータの距離ｒに依存せず、閉じた幾何学形状を形成する。従って、ステータ１の磁石９とトランスレータ２の磁石９との間の磁束は、集束する。

相互作用力Ｆと、移動軸３からのこれらの力の距離とから形成されるトルクの合計は、０である。移動軸３は、これらの相互作用力Ｆ（これらの作用線は移動軸３から距離をあけている）によるトルクの負荷を受けない。

磁石９間の磁流の集束の効果を補強するために、磁石遮蔽部材７が、磁石間で生じる間隙８に隣接して配置されている。

図２は、本発明による二次元磁石装置の第２の可能な実施形態を示す図である。この磁石装置は、１つのステータ１と、２つのトランスレータ２とを備えている。トランスレータ２は、移動軸３に沿って移動方向４で可動である。従って移動軸３を含む断平面１２は、図２の観察面中で延びている。断平面１２は、従って磁石装置を通って延びている。

図２で図示した原理を基礎として、当業者は、ｎ個のステータ１およびｎ＋１個のトランスレータ２を備えた磁石装置も、ｎ個のトランスレータ１およびｎ＋１個のステータ２を備えた磁石装置も導き出すことができる。

作用線１５、２５と、これらと同じ方向に方向付けられた幾何学的な延長線１６、２６とは、閉じた幾何学形状を形成する。延長線１６、２６は、交点１０を含む交線中で交差し合う。図２中に示された実施形態では、互いに交差し合う延長線１６、２６が、この場合も一致してかつ平行である。

ステータ１の磁石９は、平面の長方形として形成されている。ステータの磁石９は電磁石である。図２は、コイル１１を概略的に図示している。ステータ作用線１５は、一般的な教示によれば、ステータ１の領域中で直線的に延びる。ステータ延長線１６は、この場合もステータ１の磁極端から離れる幾何学的な半直線として延び、これはステータ作用線１５に対する接線も形成する。

トランスレータ２の磁石９は、平面の弓状セグメントとして形成されていて、弓状セグメントの中心１３は、ステータに隣接して配置されていて、その結果、弓状セグメントは互いに対して凹面を形成する。中心１３は、移動軸３上に存在する。トランスレータ２の磁石９は、永久磁石として形成されている。

トランスレータ作用線２５は、一般的な教示によれば、図２中、弓として記入されている。トランスレータ延長線２６は、幾何学的な半直線として延び、これは、トランスレータ２の磁極端において、各トランスレータ作用線２５への接線を形成する。

ステータ延長線１６およびトランスレータ延長線２６は、ステータ１とトランスレータ２との間の間隙８中で、一致してかつ平行に配置されている。

この配置がゆえに、磁束は、ステータ１の磁石９とトランスレータ２の磁石との間で集束する。

集束を補強するために、遮蔽部材７が間隙８に隣接して配置されている。

ステータの磁石９が外側に変位して、その結果、隣接する作用線１５、２５および／または延長線１６、２６が交点１０を有さない場合は、本発明による磁石装置のより悪い実施形態となるであろう。

図３は、本発明による二次元磁石装置の可能な第３の実施形態を示すが、これは、図２中に示された実施形態と類似の実施形態である。この磁石装置は、この場合も１つのステータ１と、２つのトランスレータ２とを備える。このステータ１とトランスレータ２とは、平面として形成されていて、したがって、図３に示された実施形態では、二次元磁石装置である。磁石装置を通って延びる断平面１２は、移動軸３も含むが、図３の図の面中で延びる。

第２の実施形態とは異なり、この場合、トランスレータ２が多角形の形状を有する。第３の実施形態の作用は第２の実施形態の作用よりも小さいが、この理由は、第３の実施形態においては、相互作用力Ｆが移動方向４に対してある角度を有するからである。

ステータ１は、長方形状の磁石９として形成されている。一般的な教示によれば、ステータ作用線１５およびステータ延長線１６は平行に延びる。

トランスレータ作用線２５は、図３中で、トランスレータ２と一致して記されている。トランスレータ延長線２６は、トランスレータ作用線２５が線形の形状であるがゆえに、トランスレータ２の磁極端において、トランスレータ作用線２５に対して平行に方向づけられている。

延長線１６、２６は交点１０で交差し合い、その結果、延長線１６、２６および作用線１５、２５は閉じた形状を生じさせる。交点１０中で交差する延長線１６、２６は、お互いどうしで鋭角１４を有するが、この鋭角１４は、見やすさのために、図３中では一度のみ例示的に記入されている。この閉じた形状も磁束の集束を引き起こす。トランスレータ２は、永久磁石として形成されている。ステータ１は、電磁石として形成されていて、図３中では、コイルが概略的に図示されている。

図４は、三次元磁石装置の輪郭を示す。図５は、これに関連する断面図である。

磁石装置は、ステータ１と、このステータ１の側方に配置された２つのトランスレータ２とを備える。ステータ１は、図５により明らかに認識可能であるように、異なる直径を有する中空円筒体形状の２つの回転体を備え、その回転軸は、移動軸３と一致する。トランスレータ２は、円環状に形成されていて、その回転軸も移動軸３と一致する。トランスレータは、移動軸３に沿って移動方向４で可動なように支持されている。

トランスレータ２は永久磁石として、ステータ１は電磁石として形成されている。図４中には、電磁石として形成されたステータ１のコイルが概略的に記入されていて、見やすさのために、このコイル１１は図５中では記入されていない。コイル１１は、実質的にステータ１の回転体間で延びている。一般的な教示を参照すると、ステータ１に対するトランスレータ２の相対的な移動は、ステータ１の切り替えにより引き起こされうる。磁石９の磁性は、図４中では見やすさのために記入していない。当業者は、一般的な教示により、または、図１〜３にしたがって、磁性を選択する。

ステータ１としておよびトランスレータ２として形成された磁石９の作用線１５、２５および延長線１６、２６は、閉じた幾何学形状を形成し、この作用線１５、２５は、移動軸３を含む断平面１２中で、磁石装置を通って延びる。交点（参照符号１０）は、見やすさのために、図４中には記入していない。磁石間の磁束は、磁石のこの配置および形成により集束している。

磁石９によって引き起こされる力Ｆは、移動軸３に沿ってトランスレータ２を移動させる。力Ｆと移動軸に対する各力Ｆの距離との合計から形成されるトルクは０である。

図５は断平面１２を示すが、この断平面は図４中にも記入されている。本発明による磁石装置は、さらなる断平面１１’が三次元磁石装置により形成可能で、各任意の断平面１１、１１’中で、作用線１５、２５およびその延長線６が、閉じた形状を形成することを特徴とする。

図４および図５中では、磁石９の外径ａおよび内径ｂが記入されている。

図６は、本発明による磁石装置の三次元の実施形態の、図４に類似の断面図である。ステータ１と、このステータ１の側方に配置されているトランスレータ２とを備える磁石装置を図７中に図示する。ステータ１は円筒形状を有する。トランスレータ２は、トロイドの形態を有する。円筒とトロイドとの各対称軸は、移動軸と一致している。

ステータ１は電磁石として、トランスレータ２は永久磁石として形成されている。

断面図である図６中では、トランスレータ２は三日月形状を有する。ステータ１は、側方に配置されているトランスレータ２間に配置されていて、移動軸３に沿って移動方向４に移動する。

トランスレータ−作用線２５は、断面図中で三日月形状のトランスレータ２中で弓形状に延び、したがって、トランスレータ２の三日月形状に似て、一般的な教示によれば、三日月形状のトランスレータ２の磁極端の中央点から、三日月形状のトランスレータ２の他方の磁極端の中央点まで延び。ステータ−作用線１５も、同様に、一般的な教示によれば、ステータ１の磁極端の中央点から、ステータ１の他方の磁極端に延びる。ステータ１が断面図中では真っすぐ延びるので、ステータ−作用線１５も真っすぐ延びる。ステータ延長線１６とトランスレータ延長線２６とは、完全に一致して延び、その結果、これらの延長線は交差する。

内側ステータ−磁極端１７の面積と、外側ステータ−磁極端１８の面積との大きさは等しい。これについて、内側ステータ−磁極端１７は、外側ステータ−磁極端１８よりも、その直径がより小さいがゆえに、より幅が大きい。これに類似して、内側トランスレータ−磁極端１９の面積と外側トランスレータ−磁極端２０の面積との大きさは等しい。外側トランスレータ−磁極端１９の直径がより大きいがゆえに、外側トランスレータ−磁極端２０の幅は、内側トランスレータ−磁極端の幅よりも小さい。面積と幅とのこの割合の効果は、力のモーメントが移動軸３の周りで阻まれているとの点である。

図８および図９は、図６および図７中で示された磁石装置のＦＥＭシミュレーションを示す。閉ざされた磁界線を明らかに認識することができる。

Claims (6)

1. 少なくとも１つのステータ（１）と１つのトランスレータ（２）とを備えた磁石装置であって、前記ステータ（１）と前記トランスレータ（２）とが、それぞれ少なくとも１つの磁石を備え、前記磁石が、前記磁石の磁極端と作用線とを有し、
   前記トランスレータ（２）は、移動軸（３）に沿って直線的に、および／または、移動軸の周りで回転して、移動方向（４）で可動である
   磁石装置において、
   前記ステータ（１）のステータ作用線（１５）、または、前記ステータ作用線（１５）のステータ延長線（１６）であって、幾何学的な半直線として前記ステータ（１）の前記磁極端から離れて前記ステータ作用線（１５）に対する幾何学的な接線として延びるステータ延長線（１６）と、
   前記トランスレータ（２）のトランスレータ作用線（２５）、または、前記トランスレータ作用線（２５）のトランスレータ延長線（２６）であって、幾何学的な半直線として前記トランスレータ（２）の前記磁極端から離れて前記トランスレータ作用線（２５）に対する幾何学的な接線として延びるトランスレータ延長線（２６）とが、
   それぞれ交点（１０）を有し、
   これによって、前記ステータ作用線（１５）と、場合によっては前記ステータ延長線（１６）と、前記トランスレータ作用線（２５）と、場合によっては前記トランスレータ延長線（２６）とが、閉じた幾何学形状を形成することで、前記ステータ（１）と前記トランスレータ（２）との間の磁束が集束し、
   作用線（１５）と延長線（１６）とが、前記移動軸（３）を含む断平面（１２）において前記磁石装置を通って延びる、磁石装置。
2. 前記ステータ作用線（１５）または前記ステータ延長線（１６）と、前記トランスレータ作用線（２５）または前記トランスレータ延長線（２６）とが、前記交点（１０）において、互いに対して鋭角を有する、請求項１に記載の磁石装置。
3. 前記ステータ作用線（１５）または前記ステータ延長線（１６）と、前記トランスレータ作用線（２５）または前記トランスレータ延長線（２６）とが、一致して配置されている、請求項１に記載の磁石装置。
4. 前記相互作用力Ｆと前記移動軸（３）からの当該力の距離とから形成されるトルクの合計が０である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁石装置。
5. 磁石遮蔽部材（７）が、前記磁石間にある間隙（８）に隣接して配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁石装置。
6. 前記移動軸（３）が、前記磁石装置の対称軸である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁石装置。

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