JP2019509624A - 磁場を発生させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

本明細書で説明する実施形態は、複数の磁極を含む磁場パターンを発生させるための装置、システム、および技術を提供する。特定の実施形態において磁気装置が開示され、これは、磁気装置の両端、すなわち両側にある、極性が同一の２つの磁極と、他の２つの磁極とは極性が異なる第３の磁極とを含む磁場パターンを発生させ、第３の磁極は、磁気装置の内部で、かつ他の２つの磁極同士の間に位置する。さらに、磁気装置は、３極磁場の２つの遷移境界／境界面に位置する、２つの開口を伴って構成される。こうして、２つの遷移境界は物体にアクセス可能になる。特に、２つの磁極同士の間の境界面に別の磁石が挿入されると、磁石はちょうど境界面に「位置合わせ」されて、磁気装置の開口で浮遊する、または浮上する。

Description

本明細書で説明する実施形態は、磁場を発生させることに関し、より詳細には、複数の極性を用いた磁場の発生に関する。

あらゆる種類の磁石、例えば、永久磁石、電磁石、および超伝導電磁石は、対向する側に、極性が反対の２つの磁極を発生させる。これは、図１に示す棒磁石１００を参照して、示すことができる。図１に見られるように、棒磁石１００は、Ｓ極１０２、およびＮ極１０４の２つの磁極をそれぞれ有する。図１は、棒磁石１００によって生成された、Ｎ極１０４からＳ極１０２へ向かう方向を有する、磁場１０６をさらに示す。

２つの磁極は、反発し、かつ引き合う能力をもつ。例えば、第２の棒磁石のＮ極を、磁石１００のＳ極１０２などに近づけた場合、磁石１００は、第２の磁石と引き合う。逆に、第２の磁石のＳ極を磁石１００のＳ極１０２に近づけた場合は、磁石１００は、第２の磁石に反発する。磁石１００のＮ極１０４は逆に作用し、すなわち第２の磁石のＮ極に反発して、Ｓ極と引き合う。

磁石の前述の特性は、装置の作成に用いることができるが、その用途に制限があったり、少なくともその効果が制限されたりする場合がある。これは、電気モータの固定子／回転子の組み合わせによって例示することができる。

図２は、固定子リングを形成する複数の磁石２０２と、固定子リングの中央に配置された回転子磁石２０４とを図示する、ブロック図を示す。図２に見られるように、磁石２０２のそれぞれ（すなわち２０２ａ〜２０２ｄ）は、図示されているように配置された、ＳおよびＮの磁極を有し、回転子磁石２０４は、図示されているように配置された、その磁極を有する。動作時は、固定子磁石２０２ａおよび２０２ｄのＳ極は、回転子磁石２０４のＳ極に反発し、固定子磁石２０２ｂおよび２０２ｃのＮ極は、回転子磁石２０４のＳ極と引き合う。同時に、固定子磁石２０２ｂおよび２０２ｃのＮ極は、回転子磁石２０４のＮ極に反発し、固定子磁石２０２ｄおよび２０２ａのＳ極は、回転子磁石２０４のＮ極と引き合う。累積的影響によって、回転子磁石２０４は、軸２０５の周囲で時計回りに回転する。残念なことに、図２に見られるように、固定子磁石２０２はそれぞれ、固定子リングの外側に、使用されない第２の極を生成する。その結果、固定子の使用可能な磁場全体の使用率は、最高で５０％である。

本明細書で説明する実施形態は、複数の磁極を含む磁場パターンを発生させるための装置、システム、および技術を提供する。特定の実施形態において磁気装置が開示され、これは、磁気装置の両端、すなわち両側にある、極性が同一の２つの磁極と、他の２つの磁極とは極性が異なる第３の磁極とを含む磁場パターンを発生させ、第３の磁極は、磁気装置の内部で、かつ他の２つの磁極同士の間に位置する。この３極の磁場パターンは、磁気装置の１つの側から磁気装置のもう一方の側へ、磁石、または別の磁気装置を加速させるために用いることができる。

様々な実施形態において、複数の３極磁場パターンを含む、混合した磁場パターンを発生させるために、開示される複数の磁気装置を、直列で、または互いに連結して配置することができる。この混合した磁場パターンは、別の磁石装置をより長い距離にわたって直線経路で、または磁気回転子−固定子装置のフライホイールの周囲を円形経路で、加速させるのに用いることができる。

様々な実施形態において、３極磁場を発生させる磁気装置は、３極磁場の２つの遷移境界／境界面に配置された、２つの開口を伴って構成される。こうして、２つの遷移境界は物体にアクセス可能になる。特に、２つの磁極同士の間の境界面に別の磁石が挿入されると、磁石はちょうど境界面に「位置合わせ」されて、磁気装置の開口で浮遊する、または浮上する。このような磁石と磁気装置との組み合わせは、トランスデューサ、弁、スピーカ、マイク、およびポンプの作成に用いることができる。

一態様において、所望の磁場パターンを発生させる磁気装置が開示される。この磁気装置は、上面、下面、ならびに上面と下面との間に挟まれた内壁および外壁とを有する、基部を備える。上面は、内壁の上縁によって画定された第１の開口を有し、下面は、内壁の下縁によって画定された第２の開口を有する。基部は、内壁と外壁との間に配置された、磁石配置場所の組をさらに含む。磁気装置は、このような配置場所に配置された磁石の組をさらに含み、各磁石は、磁石のＮ極とＳ極とを結合する磁石の軸線が、上面および下面に対してある角度を形成するような、内壁の場所に配置される。装置構成の結果、磁気装置は、基部の内部で、ほぼ上面と下面との間に形成される、第１の極性の第１の磁場と、基部の第１の開口から外向きに、かつ第１の磁場の第１の側に形成される、第２の極性の第２の磁場と、基部の第２の開口から外向きに、かつ第１の側とは反対側の、第１の磁場の第２の側に形成される、第２の極性の第３の磁場との、３つの一次磁場を発生させる。こうして、２つの遷移境界は物体にアクセス可能になる。特に、２つの磁極同士の間の境界面に別の磁石が挿入されると、磁石はちょうど境界面に「位置合わせ」されて、２つの磁極同士の間の境界面で浮遊する、または浮上する。このような磁石と磁気装置との組み合わせは、トランスデューサ、弁、スピーカ、マイク、およびポンプの作成に用いることができる。

いくつかの実施形態において、磁石配置場所の組は、２つの場所を含む。

いくつかの実施形態において、磁石配置場所の組は、３つ以上の場所を含む。

いくつかの実施形態において、磁石の組は、内壁の周囲に連続した磁気構造を形成する。

いくつかの実施形態において、磁石配置場所のそれぞれの上部は、磁石配置場所の下部よりも薄い。

いくつかの実施形態において、磁石の組の中の各磁石は、内壁の近くに、傾斜した形状を有する表面を含む。

いくつかの実施形態において、磁石配置場所の組は、内壁上で実質的に平坦であり、表面取付磁石を収容するように構成される。

いくつかの実施形態において、第２の磁場の磁気的影響の領域は、第３の磁場の磁気的影響の領域よりも著しく大きい。

いくつかの実施形態において、第１の開口、および第２の開口の大きさおよび形状は、第２の磁場、および第３の磁場のそれぞれの磁気的影響の領域を制御するように構成される。

いくつかの実施形態において、各磁石のＮ極は基部の中央に面し、磁石のＳ極は、基部の中央とは反対方向に面する。さらに、第１の極性の第１の磁場は磁気のＳ極であり、第２の極性の第２の磁場、および第３の磁場は磁気のＮ極である。

いくつかの実施形態において、各磁石のＳ極は基部の中央に面し、磁石のＮ極は、基部の中央とは反対方向に面する。さらに、第１の極性の第１の磁場は磁気のＮ極であり、第２の極性の第２の磁場、および第３の磁場は磁気のＳ極である。

いくつかの実施形態において、基部の中央に面する各磁石の第１の極は、基部の上面に近接して配置され、基部の中央とは反対方向に面する磁石の第２の極は、基部の下面に近接して配置される。

いくつかの実施形態において、磁石のＮ極とＳ極とを結合する各磁石の軸線と、上面および下面との間に形成される角度は、０〜９０度である。

いくつかの実施形態において、基部の内壁は、放物線形状または傾斜した形状を有する。

いくつかの実施形態において、各磁石の表面は、放物線形状、傾斜した形状または平坦な形状を有する。

いくつかの実施形態において、第１の極性の第１の磁場は、実質的に第１の開口と第２の開口と内壁とによって囲まれた空間内に位置する。

いくつかの実施形態において、第１の極性の第１の磁場と、第２の極性の第２の磁場との間にある第１の遷移境界は、基部の第１の開口の近くにあり、第１の磁場と、第２の極性の第３の磁場との間にある第２の遷移境界は、基部の第２の開口の近くにある。

いくつかの実施形態において、第１の遷移境界および第２の遷移境界はそれぞれ物体にアクセス可能であり、その結果、第１の遷移境界または第２の遷移境界に磁石が挿入されたときに、磁石は磁気装置の対応する開口で浮遊する。

いくつかの実施形態において、磁気装置は、浮遊している磁石に圧力が印加されてから解放された場合に、磁石が傾斜して実質的に同じ場所に戻るように構成される。

いくつかの実施形態において、磁石と磁気装置との組み合わせは、トランスデューサ、弁、スピーカ、マイクおよびポンプの作成に用いられる。

いくつかの実施形態において、磁石はそれぞれ、永久磁石、電磁石、超伝導電磁石または上記の組み合わせである。

いくつかの実施形態において、基部は、基部の中に形成された隙間をさらに有し、隙間は、基部の中央にある空間と基部の外部の空間とを結合する。

別の態様において、第１の場所から第２の場所へ磁性物体を推進する装置が開示される。この装置は、第１の磁場パターンを発生させるように構成された、第１の磁場発生装置を含み、第１の磁場パターンは、第１の極性の第１の磁場と、両方とも第２の極性であって第１の磁場の両側に位置する第２の磁場および第３の磁場とを含む。この装置は、第１の磁場発生装置に直列に結合され、第１の磁場パターンと実質的に同一の第２の磁場パターンを発生させるように構成された、第２の磁場発生装置をさらに含む。第１の磁場パターンおよび第２の磁場パターンは、第１−第２−第１−第１−第２−第１の極性を有する、混合した直線磁場パターンを形成する。混合した直線磁場パターンにより、磁性物体は、磁性物体と混合した直線磁場パターンとの間の磁気的な相互作用の結果、混合した直線磁場パターンの第１の端部から入って、混合した直線磁場パターン内の各磁場を横断し、混合した直線磁場パターンの第２の端部から出る。

いくつかの実施形態において、第１の極性は、磁気のＮ極であり、第２の極性は、磁気のＳ極である。

いくつかの実施形態において、第１の極性は、磁気のＳ極であり、第２の極性は、磁気のＮ極である。

いくつかの実施形態において、第１の磁場発生装置、および第２の磁場発生装置はそれぞれ、上面、下面、ならびに上面と下面との間に挟まれた内壁および外壁とを有する、基部を備える。上面は、内壁の上縁によって画定された第１の開口を有し、下面は、内壁の下縁によって画定された第２の開口を有する。各磁場発生装置は、内壁の一部を覆うように配置された、磁石の組をさらに備え、磁石はそれぞれ、磁石のＮ極とＳ極とを結合する磁石の軸線が、上面および下面に対してある角度を形成するように配置される。

いくつかの実施形態において、磁石の組は、基部の内壁にある、凹所の組の内側に配置される。

いくつかの実施形態において、磁石の組は、基部の内壁の表面に取り付けられる。

いくつかの実施形態において、磁石の組はそれぞれ、台形、円形、正方形および／または三角形の形状を有する。

いくつかの実施形態において、磁石の組は、２つ以上の磁石を含む。

いくつかの実施形態において、第１の極性の第１の磁場は、基部内で、実質的に上面と下面との間に形成され、第２の極性の第２の磁場は、基部の第１の開口から外向きに形成され、第２の極性の第３の磁場は、基部の第２の開口から外向きにかつ第１の磁場の反対側に形成される。

いくつかの実施形態において、本装置は、第１の磁場発生装置および第２の磁場発生装置に直列に結合され、第１の磁場パターンおよび第２の磁場パターンと実質的に同一の、１つ以上の追加の磁場パターンを発生させるように構成された、１つ以上の追加の磁場発生装置をさらに備える。

いくつかの実施形態において、第１の磁場発生装置、第２の磁場発生装置、および１つ以上の追加の磁場発生装置は、直線経路で磁性物体を推進させるための直線配列を形成する。

いくつかの実施形態において、第１の磁場発生装置、第２の磁場発生装置、および１つ以上の追加の磁場発生装置は、円形経路で磁性物体を推進させるための円形配列を形成する。

これらその他の特徴、態様、および実施形態は、以下の「発明を実施するための形態」と題する節で説明される。

添付の図面と併せて、特徴、態様、および実施形態を説明する。

２つの極を有する、従来の棒磁石を示す。 固定子リングを形成している複数の磁石と、固定子リングの中央に配置された回転子磁石とを図示する、ブロック図を示す。 本明細書で説明するいくつかの実施形態による、所望の磁場パターンを作成するための、提案する磁気装置の形成に使用できる、例示的な装置を示す。 図３で説明した、基部の磁石配置場所に取り付けられた磁石の組を有する磁気装置と、図１に示す磁場パターンを前提として、生成されることが予想される磁場パターンとを示す。 装置の磁石構成によって実際に発生した例示的な磁場パターンと、図４Ａに示した予想される磁場パターンとを対比して示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、３つの一次磁場を含む提案する磁気装置の、おおよその磁場パターンを示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、ロッドその他の安定化装置に取り付けられた磁石を含む装置を、図５に示す複数の磁場パターンで形成された磁場を通って加速させる、例示的な工程を示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、磁気回転子−固定子装置を示し、軸の周囲で回転子ホイールを駆動させる固定子として構成された、磁場発生装置の円形配列を含み、軸は、一組のロッドを介して回転子ホイールに取り付けられた磁石の円形配列を含む。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、回転子として作用する中央軸に取り付けられた磁場発生装置の円形配列と、対応するロッドの組を介して回転子−固定子装置の外側に取り付けられて、固定子として作用する磁石の組とを含む、代替的な磁気回転子−固定子装置を示す。 図７Ｂで説明した磁気回転子−固定子装置に基づく、磁気回転子−固定子装置の別の例を示す。 磁場パターン５００ａの第１のＮ極に入る前の、電磁装置の初期位置を示す。 電磁装置が、磁場パターン５００ａの第１のＮ極によって引き付けられた後に、第１のＮ極磁場に完全に入ったところを示す。 電磁装置が、Ｓ極の引力を受けて第１のＮ極磁場から移動し、磁場パターン５００ａの中央にあるＳ極磁場に入ったところを示す。 電磁装置が、磁場５１０ａに完全に入り、装置の極性はそのままになっているところを示す。 電磁装置が、磁場パターン５００ａの第２のＮ極磁場５０８ａに入り、装置８００の極性はそのままになっているところを示す。 電磁装置が、Ｓ−ＮからＮ−Ｓに戻すように、極性を再度切り替えたところを示す。 電磁装置が、極性を切り替えた後に、第２の磁場パターン５００ｂの第１のＮ極磁場に入ったところを示す。 装置が磁場パターン５００ｂの第２のＳ極磁場を横切るのを容易にするために、電磁装置が、Ｎ−ＳからＳ−Ｎに戻すように、極性を再度切り替えたところを示す。 放物線形状の内壁と、内壁内にある、対応する磁石配置場所の組の内部に取り付けられた、磁石の組とを有する基部を備える、提案する磁場発生装置の例示的な実施形態を示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、表面取付磁石を用いる、代替的な磁場発生装置を示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの類似した大きさの開口と、３つの極を含む関連する磁場パターンとを有する、提案する磁気装置の別の例の断面図を示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの開口に２つの遷移境界を有する、磁気装置の斜視図を示す。 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの永久磁石１および２が、位置１および位置２の２つの遷移境界で浮上する、磁気装置１０００を用いた磁気浮上系を示す。

本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、放物線形状を形成するように配置された、複数の磁石を含む装置に関する。磁石は、永久磁石、電磁石、超伝導電磁石、または前述のものの組み合わせであってもよい。本明細書で説明するように磁石が放物線形状で配置されると、磁石は、装置からそれぞれ反対方向に外向きに延びる、同じ極性の磁力の２つの一次磁場と、装置のほぼ中央にある、反対の極性をもつ第３の磁場とを発生させることができる。

図３は、本明細書で説明するいくつかの実施形態による、所望の磁場パターンを生成するための、提案する磁気装置の形成に使用できる、例示的な装置３００を示す。図３に見られるように、装置３００は、少なくとも２つの開口を含むリング形状を有する、基部３０２を備える。より詳細には、基部３０２は、上面３０７、下面３０５、内壁３１１、および面３０５と３０７との間に挟まれた外壁３１３を有する。上面３０７は、この事例では円の形状の開口３０８をさらに含み、下面３０５は、図示されている例では、これも円の形状の開口３１０を含む。特に、上面３０７の開口３０８は、下面３０５の開口３１０よりも直径が大きい。結果として、内壁３１１は、放物線形状、または傾斜した形状を有することができる。図３の実施形態における基部３０２は、リング／円形の形状を有するものとして図示されているが、装置３００の他の実施形態は、非円形の開口、例えば、これに限定されないが、正方形、五角形、六角形その他の多角形の形状の開口を含む、他の閉じた形状の基部を有してもよい。したがって、本開示の実施形態は、図３に示すリング形状の基部を用いることに限定されない。

基部３０２は、それぞれが磁石を収容できる、複数の磁石配置場所３０４をさらに含む。図３に見られるように、複数の磁石配置場所３０４は、内壁３１１と、外壁３１３との間に配置され、リング状の基部３０２の周囲でほぼ均等に離間される。例えば、一対の隣接する磁石配置場所同士の距離は、「ｄ」で示すことができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、複数の磁石配置場所３０４は、リング状の基部３０２の周囲で、不均等に離間されて配置されてもよい。なお、各磁石配置場所３０４は、磁石を受けるために、内壁３１１に開口を有する。このように、内壁３１１が放物線形状、または傾斜した形状を有する場合は、各磁石配置場所３０４の開口もまた、放物線形状、または傾斜した形状を有してもよい。このような実施形態では、内壁３１１の放物線形状、または傾斜した形状により、磁石配置場所３０４はそれぞれ、下部３１４よりも薄い上部３１２を有することができる。

いくつかの実施形態において、各磁石配置場所３０４の裏壁は、基部３０２の中実部分の内部に埋め込まれ、基部３０２の外壁３１３に対して、ある角度に設定することができる。このような実施形態では、磁石配置場所３０４の中に取り付けられる磁石の表面もまた、放物線形状、または傾斜した形状を有することができる。いくつかの実施形態では、内壁の中にある凹所として構成された磁石配置場所を用いる代わりに、提案する磁気装置の基部は、内壁の周囲にある、磁石配置場所の組を用いる。このような磁石配置場所は、以下で図９Ａおよび図９Ｂと共により詳細に説明するように、表面取付磁石を収容するために用いることができる。

いくつかの実施形態では、基部３０２は、基部３０２の中実のリング構造の中に形成された隙間３０６をさらに有し、隙間３０６は、基部３０２の中央を基部３０２の外部の空間に結合する。このような隙間３０６の機能および用途は、以下でより詳細に説明する。明示されていないが、各磁石配置場所３０４は、磁石を収容することができる。提案する磁気装置３００は、磁石が磁石配置場所３０４の中に適切に取り付けられているときに形成される。

図４Ａは、図３で説明した基部３０２の磁石配置場所３０４に取り付けられた、磁石４０２の組（すなわち４０２ａおよび４０２ｂ）を含む、磁気装置４００と、図１に示す磁場パターンを前提として、生成されることが予想される磁場パターンとを示す。特に、例示的な装置４００では、各磁石４０２のＮ極は、基部３０２の中央に面し、かつ基部３０２の上面に近接して配置され、各磁石４０２のＳ極は、基部３０２の中央とは反対方向に面し、かつ基部３０２の下面に近接して配置される。このように、磁石４０２はそれぞれ、磁石のＮ極とＳ極とを結合する磁石の軸線（磁石４０２を通過するまっすぐな点線で示す）が、上面および下面に対してある角度を形成するように配置される。様々な実施形態において、Ｎ極とＳ極とを結合する磁石の軸線と、上面および下面との間に形成される角度は、０〜９０度である。様々な実施形態において、磁石の組は、２つ、３つ、またはそれ以上の、別個の永久磁石を含んでもよい。いくつかの実施形態において、磁石の組は、内壁の周囲に連続した磁気構造を形成する。

図４Ａに示す装置構成において、磁石は、図示されているような極、すなわち装置４００の中央に形成された、組み合わされたＮ極と、装置４００の対向する端部に形成された２つのＳ極とを伴う、磁場４０４を発生させることが予想される。しかしながら、図４Ａに示す磁場パターンは、説明した構成に基づいて、装置４００によって実際に生成されるものではない。

図４Ｂは、装置４００の磁石構成によって実際に発生した例示的な磁場パターンを示す。より詳細には、図４Ｂは、装置４００の断面図を表し、装置４００の右側縦縁部は、図３に示す基部３０２の上面３０７に対応し、装置４００の左側縦縁部は、図３に示す基部３０２の下面３０５に対応する。図４Ｂに見られるように、３つの一次磁場４０６、４０８、および４１０が生成される。より詳細には、磁気のＮ極ではなく、磁気のＳ極の極性を有する第１の一次磁場４１０は、基部３０２のほぼ中央に形成される。示されている例において、磁場４１０は、上面の上部開口と、下面の下部開口と、基部３０２の内壁とに囲まれた空間の、ほぼ内側に配置される。

図４Ｂにさらに示すように、磁気のＮ極の極性を有する第２の一次磁場４０８は、基部３０２の上側、すなわちより大きい開口から外向きに形成され、これも磁気のＮ極の極性を有する第３の一次磁場４０６は、基部３０２の下側、またはより小さい開口から、かつ一次磁場４１０の反対側に、外向きに形成される。

いくつかの実施形態では、第１の一次磁場４１０と、第２の一次磁場４０８との間の境界は、基部３０２のより大きい開口（右側の太い垂直線で示す）の近くにあり、第１の一次磁場４１０と、第３の一次磁場４０６との間の境界は、リング形状の基部３０２のより小さい開口（左側の太い垂直線で示す）の近くにある。また、開口３０８は開口３１０よりもサイズが大きいため（図４Ｂにおいて、２本の太線４１６、および４１８でも示されている）、第２の磁場４０８の磁気的影響の領域は、第３の磁場４０６の磁気的影響の領域よりもずっと大きくなり得ることにも留意されたい。いくつかの実施形態において、基部３０２の開口３０８および３１０は、第２の磁場４０８、および第３の磁場４０６のそれぞれの磁気的影響の領域を制御するための、所望の大きさおよび形状になるように構成することができる。

例示的な装置４００は、２つの磁気のＮ極同士の間に、１つの磁気のＳ極を形成するように構成され、装置４００の代替的な設計では、図４Ｂに示す構成とは反転させて、磁石を取り付けることができる。このような設計では、３つの一次磁場４０６´、４０８´、および４１０´が生成されて、磁気Ｎの第１の一次磁場４１０´が、基部３０２のほぼ中央に形成され、磁気Ｓの第２の一次磁場４０８´、および第３の一次磁場４０６が、第１の一次磁場４１０の両側に形成される。

図４Ｂにさらに示すように、３つの一次磁場４０６〜４１０に加えて、いくつかの付加的な磁場効果４１２および４１４が存在してもよい。しかしながら、本明細書で考察を進めるために、装置４００によって生成された磁場は、おおむね前述の３つの一次磁場としてもよい。図５は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、３つの一次磁場４０６〜４１０を含む磁気装置４００の、おおよその磁場パターン５００を示す。図５に示すように、装置４００によって生成された磁場パターン５００は、両側に配置された２つのＮ極と、２つのＮ極同士の間に配置された１つのＳ極とを含む。開示されている装置４００の磁場特性は、様々な利益を達成するために、様々な用途に使用することができ、例えば、電気モータに使用すると、電気モータの効率が向上する。

図３と共に前述したように、装置３００または４００の基部３０２は、基部３０２内に隙間３０６をさらに有することができる。このような隙間は、別の磁石を加速させるために、例示的な用途に使用することができる。図６は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、ロッド６０４その他の安定化装置に取り付けられた磁石６０２を含む装置６００を、図５に示す複数の磁場パターン５００で形成された磁場６０６を通って加速させる、例示的な工程を示す。

より詳細には、磁場６０６は、磁場パターン５００ａおよび５００ｂの配列を含み、そのそれぞれが、基部３０２、および磁石４０２の組を有する、図４Ａおよび図４Ｂの装置４００の１つのインスタンスによって生成される。なお、磁場６０６を生成する装置４００の配列は、直列に、すなわち互いに連結して配置することができる。２つの磁場パターン５００ａおよび５００ｂのみが示されているが、装置４００のより長い配列を形成するために、２つよりも多い装置４００のインスタンスが組み込まれてもよく、装置４００のより長い配列は、対応する磁場パターン５００のより長い配列を生成して、より長い距離にわたって磁石６００を加速させる。例えば、装置４００のこのより長い配列は、図６の挿入図に示すように、磁場パターン５００の７つのインスタンスを含む、円形パターンで構成することができる。この例では、磁石６０２は、円形経路６０８の周囲で円形運動して加速／推進することができる。別の例では、磁石６０２を直線経路（図示せず）で加速／推進させるために、複数の磁場パターン５００を線形に構成することができる。これらすべての例において、磁石６０２が磁場パターン５００の配列を通って移動するときは、比較的細いロッド６０４は、装置４００の各インスタンスの、各基部３０２のそれぞれの隙間３０６を通過することができ、より太い磁石６０２は、基部３０２の中央にある、各基部３０２の開口を通過する。

ここで、磁石６０２が、磁場６０６を通って加速する方法についてより詳細に見てみることにする。図６に見られるように、磁石６０２が最初に磁場パターン５００ａの左側に配置されると、磁石６０２のＳ極は、磁場パターン５００ａの、磁場５０６ａのＮ極と引き合う。この相互作用により、装置６００は、図６の右側に向けて加速する。磁石６０２は、磁場５０６ａに入り、磁場５０６ａは、磁石６０２のＮ極に反発し始めて、磁石６０２を右へとさらに加速させる。磁石６０２が最初に、Ｓ極、すなわち磁石６０２のＳ極上にある、磁場パターン５００ａの磁場５１０ａの反発効果を克服するのに十分なほど加速された場合は、次に磁場５１０ａは、磁石６０２のＮ極と引き合い続けながら、磁石６０２のＳ極に反発し始める。その一方で、第２のＮ極、すなわち磁場パターン５００ａの磁場５０８ａが、磁石６０２のＳ極と引き合い始める。磁石６０２が磁場５０８ａに入ると、磁場５０８ａは、磁石６０２のＮ極に反発し始め、その結果、磁石６０２は、磁場パターン５００ａを出るまで右へと加速を続ける。

したがって、磁場パターン５００ａの３つの一次磁場と、磁石６０２の極との間の相互作用によって、装置６００を、図６における左側から右側へ移動させることができる。前述したように、基部３０２の隙間３０６は、ロッド６０４を収容して、装置６００が、磁場パターン５００ａを発生させる装置４００の第１のインスタンスを通って、障害物なく移動できるように構成することができる。次に、磁場パターン５００ｂで表されている、装置４００の第２のインスタンスがこの工程を継続し、第２のインスタンスは、装置４００の第１のインスタンスと直列に、すなわち連結されて配置される。装置４００の複数のインスタンスは、後述するように、これに限定されないが、円形配列、または直線配列を含む、様々な構成で連結することができる。

図７Ａは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、磁気回転子−固定子装置７１０を示し、軸７０２の周囲で回転子ホイール７０４を駆動させる固定子として構成された、磁場発生装置４１０ａ〜４１０ｌの円形配列を含み、軸７０２は、一組のロッド７０６ａ〜７０６ｌを介して回転子ホイール７０４に取り付けられた磁石７００ａ〜７００ｌの円形配列を含む。磁気回転子−固定子装置７１０は、図６に示す例示的なシステムよりも多くの磁場発生装置４００のインスタンスと、多くの磁石７００とを含んでいるが、駆動機構は、図６と共に前述した工程と本質的に同じである。回転子ホイール７０４が回転している間は、比較的細いロッド７０６はそれぞれ、各装置４１０の各基部３０２の、それぞれの隙間３０６（図示せず）を通過することができ、磁石７００はそれぞれ、各基部３０２の中央にある、各基部３０２の開口を通過する。

図７Ｂは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、回転子として作用する中央軸７１２に取り付けられた磁場発生装置４２０ａ〜４２０ｈの円形配列を示し、その一方で、対応するロッド７１６ａ〜７１６ｈの組を介して回転子−固定子装置７２０の外側に取り付けられて、固定子として作用する磁石７１４ａ〜７１４ｈの組とを含む、代替的な磁気回転子−固定子装置７２０を示す。

図７Ｃは、図７Ｂで説明した磁気回転子−固定子装置７２０に基づく、磁気回転子−固定子装置７３０の別の例を示す。図７Ｃに見られるように、磁気回転子−固定子装置７３０は、一組の同一の小区画７３０ａ〜７３０ｅを含み、各小区画７３０は、図７Ｂで説明した磁気回転子−固定子装置７２０と同様の方法で構築される。

いくつかの実施形態において、図６の磁石６０２が電磁石である場合は、磁石６０２の極性は、好適には、前述の動作を補助するように切り替える、またはオフにすることができる。このことは、図８Ａ〜図８Ｈと共に図示されており、電磁装置８００が、装置８００の極性を切り替えながら、装置４００の３つのインスタンスの、磁場パターン５００ａ〜５００ｃの配列を通って左側から右側へ移動する工程を説明している。

図８Ａは、磁場パターン５００ａの第１のＮ極に入る前の、電磁装置８００の初期位置を示す。図８Ａに見られるように、装置８００は、示されているようにＮ−Ｓの磁気の極性配向を有することができ、その結果、前述したように、磁場パターン５００ａの影響によって、左側から右側へ移動する。図８Ｂは、電磁装置８００が、磁場パターン５００ａの第１のＮ極によって引き付けられた後に、第１のＮ極磁場５０６ａに完全に入ったところを示す。より詳細には、図８Ｂでは、装置８００の極性は、装置８００が、磁場パターン５００ａの中央にあるＳ極の中に容易に移動して、横断するのを促進するために、初期のＮ−Ｓから、Ｓ−Ｎに切り替わったところである。この最初の切り替え動作は、磁場パターン５００ａのＮ極が、磁場パターン５００ａのＳ極からの反発力を克服するのに十分な運動量を提供しないときに有用となり得る。

図８Ｃは、電磁装置８００が、Ｓ極の引力で、磁場５０６ａから、磁場パターン５００ａの中央にあるＳ極磁場５１０ａに移動したところを示し、図８Ｄは、電磁装置８００が磁場５１０ａに完全に入り、装置８００の極性は同じままであることを示す。

図８Ｅは、電磁装置８００が、磁場パターン５００ａの第２のＮ極磁場５０８ａに入り、装置８００の極性はそのままになっているところを示す。なお、装置８００がＳ極磁場５１０ａから出て、Ｎ極磁場５０８ａに入る際に、ある時点において、次の磁場パターン５００ｂのＮ極磁場５０６ｂは、装置８００の押し戻しを開始していない。一実施形態において、これは、装置８００のＮ極が、磁場パターン５００ａのＮ極磁場５０６ａと相互作用したままになっている時点である。これは、装置８００の極性を切り替えてＳ−ＮからＮ−Ｓに戻すか、または電磁石を一斉にオフにして、惰行できるようにすることが望ましい時点とすることができる。

図８Ｆは、電磁装置８００が、Ｓ−ＮからＮ−Ｓに戻すように再度極性を切り替えて、その結果、磁場パターン５００ａのＮ極磁場５０８ａが、装置８００のＮ極に反発し、磁場パターン５００ｂのＮ極磁場５０６ｂが、装置８００のＳ極と引き合う。図に見られるように、この状況は、図８Ａに示す最初の状況と類似しており、装置８００は、図８Ｇに示されているように、磁場パターン５００ｂの磁場５０６ｂの中に移動されて、前述の工程を繰り返すことができる。図８Ｈに見られるように、装置８００の極性は、装置８００が磁場パターン５００ｂの第２のＳ極磁場５１０ｂを横切るのを容易にするために、Ｎ−ＳからＳ−Ｎに戻すように再度切り替えられている。

図６と共に説明した切り替えなしの工程と比較して、前述した、電磁石をオフにすることと組み合わせた切り替え動作によって、動作をずっと効率的にすることができる。様々な実施形態において、装置４００の隣接するインスタンス同士の間隔、および切り替えのタイミングは、動作において、かつ動作効率の改善の余地において重要な役割を果たす。

前述した工程に対する代替実施形態では、電磁石８００の極性を切り替えるのではなく、工程のある時点で一時的に磁気をオフにして、電磁装置８００の極から極への移動を容易にしてもよい。例えば、図８Ｂにおいて、切り替える代わりに、電磁装置８００の磁気を一時的にオフにして、運動量によって電磁装置８００をＳ極磁場５１０ａの中に運べるようにしてもよい。電磁装置がＳ極に完全に入った後に、磁気をオンに戻して、電磁装置８００のＳ極と、Ｎ極磁場５０８ａとの間の引力、ならびに電磁装置８００のＳ極と、Ｓ極磁場５１０ａとの間の反発力を有効にすることができ、その結果、電磁装置８００は、効率的に第２のＮ極磁場５０８ａの中に移動する。いくつかの他の実施形態では、極性の切り替え、および磁気のオンオフは、同じ動作にまとめることができる。

いくつかの実施形態では、磁石−ロッド装置は、実際には固定位置にあってもよく、磁場発生装置は、磁場間の同じ相互作用の原理で、磁石−ロッド装置が右から左へ移動可能なように構成できることにも留意するべきである。

図９Ａは、放物線形状の、または傾斜した内壁と、内壁内にある、対応する磁石配置場所の組の内部に取り付けられた、磁石の組とを有する基部を備える、装置３００または装置４００の例示的な実施形態である、装置９００Ａを示す。

図９Ｂは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、表面取付磁石を用いる、代替的な磁場発生装置９００Ｂを示す。図９Ｂに見られるように、装置９００Ｂは、装置９００Ｂの基部とほぼ同一の基部を備える。しかしながら、装置９００Ａにおけるように凹所の中に取り付けられた磁石を使用するのではなく、装置９００Ｂは、装置９００Ｂの内壁の表面に直接取り付けられた、一組の表面取付磁石９０２を使用する。特に、このような磁石はそれぞれ、内壁の放物線形状をとる。いくつかの実施形態では、各磁石９０２は、内壁の最大被覆の達成を容易にするために、台形の形状を有する。この内壁の被覆の増加により、より高い強度を有する、所望の３極磁場の磁場パターンの生成が可能になる。

図４Ｂに戻ると、図４Ｂに示す、装置４００の別の重要な態様または特性は、Ｎ極４０６および４０８の、Ｓ極４１０との境界面に関する。なお、２本の太線４１６および４１８で示された２つの開口にほぼ配置される、これら２つの境界面は、磁場が極性を変える場所である。装置４００がこのような開口を有する結果、Ｎ極とＳ極との間のこれらの境界面、または遷移境界は、物体にアクセス可能になる。これとは対照的に、これらの場所は、図１の棒磁石１００などの永久磁石にはアクセス可能でなく、これは、これらの場所が磁石自体の内部に位置しているからである。

装置４００の構成は、Ｎ極４０６と、Ｓ極４１０との間、またはＮ極４０８と、Ｓ極４１０との間に、それぞれ開口４１６および４１８よりも小さい別の磁石が挿入された場合は、磁石はちょうど極の境界面に「位置合わせ」されて、開口４１６または４１８で浮遊する、または「浮上」する。特に、この特性は、装置４００が垂直に配置されるか、それとも水平に配置されるかという、装置４００の配向によって影響されることはない。浮遊している磁石に圧力が印加されてから解放された場合、磁石は、傾斜してほぼ同じ場所に戻る。したがって、このような磁石と装置４００との組み合わせは、力測定トランスデューサの作成に使用することができる。さらに、この組み合わせ装置は、特に、他の種類のトランスデューサ、弁、スピーカ、マイク、ポンプの作成にも使用することができる。また、この組み合わせ装置の極性が突然留保されると、位置合わせされた磁石が、浮上している空間内で反転することにも留意されたい。この付加的な特性は、この特性を活かすことができる、モータ、ファン、流動装置、その他の装置の作成に使用することができる。

図１０Ａは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの開口と、３つの極を含む関連する磁場パターンとを有する、提案する磁気装置１０００の別の例の断面図を示す。この図において、２つの遷移境界はそれぞれ、「位置１」および「位置２」として示されている。図１０Ｂは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの開口に２つの遷移境界を有する、磁気装置１０００の斜視図を示す。

図１０Ｃは、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、２つの永久磁石１および２が、位置１および位置２の２つの遷移境界で、完全な忠実度で浮上する、磁気装置１０００を用いた磁気浮上系を示す。特に、図１０Ｂの磁気装置１０００には隙間が示されているが、磁気装置１０００の他の実施形態では、前述したように装置が永久磁石を浮上させるために使用されるときは、必ずしも隙間がなくてもよい。

前述した例示的な装置およびシステムに加えて、装置４００などの提案した磁気装置の磁場特性を活かすことができる、多くの他の装置、および機械を設計することができる。例えば、運動エネルギーを蓄積するための、効率的なフライホイールを設計することができ、あるいは装置４００は、電磁石部品を冷却するためのファンブレードとして使用することもできる。

いくつかの実施形態について前述したが、説明した実施形態は、単に例示のためであることは理解されよう。したがって、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、説明した実施形態に基づいて限定されるべきではない。むしろ、本明細書で説明したシステムおよび方法は、前述の説明、および添付の図面と併せて、以下の特許請求の範囲に照らしてのみ限定されるべきである。

Claims (34)

1. 上面、下面、ならびに前記上面と前記下面との間に挟まれた内壁および外壁を有する、基部であって、
   前記上面は、前記内壁の上縁によって画定された第１の開口を有し、前記下面は、前記内壁の下縁によって画定された第２の開口を有し、
   前記基部は、前記内壁と前記外壁との間で、かつ前記基部の周囲に配置された、磁石配置場所の組をさらに有する、基部と、
   前記内壁の周囲に配置された磁石の組であって、前記各磁石が、前記磁石配置場所の組の中の１つの磁石配置場所に配置され、前記各磁石は、前記磁石のＮ極とＳ極とを結合する前記磁石の軸線が、前記上面と前記下面とに対してある角度を形成するように、配置される、磁石の組とを備え、
   前記磁石の組は、前記基部の内部で、実質的に前記上面と前記下面との間に形成された、第１の極性の第１の磁場と、前記基部の前記第１の開口から外向きに、かつ前記第１の磁場の第１の側に形成された、第２の極性の第２の磁場と、前記基部の前記第２の開口から外向きに、かつ前記第１の側の反対側の、前記第１の磁場の第２の側に形成された、前記第２の極性の第３の磁場と、の３つの一次磁場を生成する、
   磁気装置。
2. 前記磁石配置場所の組が、２つの場所を含む、請求項１に記載の磁気装置。
3. 前記磁石配置場所の組が、３つ以上の場所を含む、請求項１に記載の磁気装置。
4. 前記磁石の組が、前記内壁の周囲の連続した磁気構造である、請求項１に記載の磁気装置。
5. 前記磁石配置場所のそれぞれの上部が、前記磁石配置場所の下部よりも薄い、請求項１に記載の磁気装置。
6. 前記磁石の組の中の前記各磁石が、前記内壁の近くに、傾斜した形状を有する表面を含む、請求項１に記載の磁気装置。
7. 前記磁石配置場所の組が、前記内壁上で実質的に平坦であり、表面取付磁石を収容するように構成される、請求項１に記載の磁気装置。
8. 前記第２の磁場の磁気的影響の領域を、前記第３の磁場の磁気的影響の領域よりも著しく大きくすることができる、請求項１に記載の磁気装置。
9. 前記第１の開口および前記第２の開口の大きさおよび形状が、前記第２の磁場および前記第３の磁場のそれぞれの前記磁気的影響の領域を制御するように構成される、請求項１に記載の磁気装置。
10. 各磁石の前記Ｎ極が、前記基部の中央に面し、前記磁石の前記Ｓ極が、前記基部の前記中央とは反対方向に面し、
    前記第１の極性の前記第１の磁場が、磁気のＳ極であり、前記第２の極性の前記第２の磁場、および前記第３の磁場が、磁気のＮ極である、
    請求項１に記載の磁気装置。
11. 前記各磁石の前記Ｓ極が、前記基部の前記中央に面し、前記磁石の前記Ｎ極が、前記基部の前記中央とは反対方向に面し、
    前記第１の極性の前記第１の磁場が、磁気のＮ極であり、前記第２の極性の前記第２の磁場、および前記第３の磁場が、磁気のＳ極である、
    請求項１に記載の磁気装置。
12. 前記基部の前記中央に面する前記磁石の前記第１の極が、前記基部の前記上面に近接して配置され、前記基部の前記中央とは反対方向に面する前記磁石の前記第２の極が、前記基部の前記下面に近接して配置される、請求項１に記載の磁気装置。
13. 前記磁石の前記Ｎ極と前記Ｓ極とを結合する前記磁石の前記軸線と、前記上面および前記下面との間に形成された前記角度が、０〜９０度である、請求項１に記載の磁気装置。
14. 前記基部の前記内壁が、放物線形状または傾斜した形状を有する、請求項１に記載の磁気装置。
15. 前記各磁石の表面が、放物線形状、傾斜した形状または平坦な形状を有する、請求項１に記載の磁気装置。
16. 前記第１の極性の前記第１の磁場が、実質的に前記第１の開口と前記第２の開口と前記内壁とによって囲まれた空間内に位置する、請求項１に記載の磁気装置。
17. 前記第１の極性の前記第１の磁場と、前記第２の極性の前記第２の磁場との間にある第１の遷移境界が、前記基部の前記第１の開口の近くにあり、前記第１の磁場と、前記第２の極性の前記第３の磁場との間にある第２の遷移境界が、前記基部の前記第２の開口の近くにある、請求項１に記載の磁気装置。
18. 磁石が前記第１の遷移境界または前記第２の遷移境界に挿入されたときに、前記磁石が前記遷移境界で浮遊するまたは位置合わせされるように、前記第１の遷移境界および前記第２の遷移境界のそれぞれが物体にアクセス可能な、請求項１７に記載の磁気装置。
19. 前記磁気装置が、前記浮遊している磁石に圧力が印加されてから解放された場合に、前記磁石が傾斜して実質的に同じ場所に戻るように構成される、請求項１８に記載の磁気装置。
20. 前記磁石と前記磁気装置との組み合わせが、トランスデューサ、弁、スピーカ、マイクおよびポンプの作成に用いられる、請求項１８に記載の磁気装置。
21. 前記磁石がそれぞれ、永久磁石、電磁石、超伝導電磁石または上記の組み合わせである、請求項１に記載の磁気装置。
22. 前記基部が、前記基部の中実のリング構造の中に形成され、前記基部の中央にある空間と前記基部の外部の空間とを結合する、隙間をさらに有する、請求項１に記載の磁気装置。
23. 第１の場所から第２の場所へ磁性物体を推進させる装置であって、
    第１の極性の第１の磁場、ならびに、両方とも第２の極性であり前記第１の磁場の両側に配置される第２の磁場および第３の磁場を含む、第１の磁場パターンを発生させるように構成された、第１の磁場発生装置と、
    前記第１の磁場発生装置と直列に結合され、前記第１の磁場パターンと実質的に同一の第２の磁場パターンを発生させるように構成された、第２の磁場発生装置とを含み、
    前記第１の磁場パターンおよび前記第２の磁場パターンは、第１−第２−第１−第１−第２−第１の極性を有する、混合した直線磁場パターンを形成し、前記磁性物体と前記混合した直線磁場パターンとの間の磁気的な相互作用の結果として、前記混合した直線磁場パターンが、前記磁性物体を、前記混合した直線磁場パターンの第１の端部から入れ、前記混合した直線磁場パターンの前記各磁場を横断させ、前記混合した直線磁場パターンの第２の端部から出す、磁性物体を推進させる装置。
24. 前記第１の極性が、磁気のＮ極であり、前記第２の極性が、磁気のＳ極である、請求項２３に記載の装置。
25. 前記第１の極性が、磁気のＳ極であり、前記第２の極性が、磁気のＮ極である、請求項２３に記載の装置。
26. 前記第１の磁場発生装置、および前記第２の磁場発生装置がそれぞれ、
    上面、下面、ならびに前記上面と前記下面との間に挟まれた内壁および外壁を有する、基部であって、前記上面は、前記内壁の上縁によって画定された第１の開口を有し、前記下面は、前記内壁の下縁によって画定された第２の開口を有する、基部と、
    前記内壁の一部を覆うように配置された、磁石の組であって、前記磁石がそれぞれ、前記Ｎ極と前記Ｓ極とを結合する前記磁石の軸線が、前記上面および前記下面に対してある角度を形成するように配置される、磁石の組とを備える、
    請求項２３に記載の装置。
27. 前記磁石の組が、前記基部の前記内壁にある、凹所の組の内側に配置される、請求項２６に記載の装置。
28. 前記磁石の組が、前記基部の前記内壁の表面に取り付けられる、請求項２６に記載の装置。
29. 前記内壁の中にまたは周囲に配置された前記磁石の組がそれぞれ、台形、円形、正方形および／または三角形の形状を有する、請求項２６に記載の装置。
30. 前記磁石の組が、２つ以上の磁石を含む、請求項２６に記載の装置。
31. 前記第１の極性の前記第１の磁場が、前記基部内で、実質的に前記上面と前記下面との間に形成され、前記第２の極性の前記第２の磁場が、前記基部の前記第１の開口から外向きに形成され、前記第２の極性の前記第３の磁場が、前記基部の前記第２の開口から外向きにかつ前記第１の磁場の反対側に形成される、請求項２６に記載の装置。
32. 前記第１の磁場発生装置および前記第２の磁場発生装置に直列に結合され、前記第１の磁場パターンおよび前記第２の磁場パターンと実質的に同一の、１つ以上の追加の磁場パターンを発生させるように構成された、１つ以上の追加の磁場発生装置をさらに含む、請求項２６に記載の装置。
33. 前記第１の磁場発生装置、前記第２の磁場発生装置、および前記１つ以上の追加の磁場発生装置が、直線経路で前記磁性物体を推進させるための直線配列を形成する、請求項３２に記載の装置。
34. 前記第１の磁場発生装置、前記第２の磁場発生装置、および前記１つ以上の追加の磁場発生装置が、円形経路で前記磁性物体を推進させるための円形配列を形成する、請求項３２に記載の装置。