TW454211B - Magnetic circuit - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（I ) 本發明係有關於一種安梦於辟、< # 〆4 文瑕於懸浮裝置上用以構建成相 斥系磁性彈簧之磁路 為確保剛性，而提出有各成 Κ，谷式各樣之消振材、減振器、 控制方法’係作為多以内部妄.、士 | η 4农减少之材料所構成之機械及 構造物之振動及噪音對策。 通常針對振動隔離者，係將金屬彈著、橡膠、空氣彈 簧、黏彈性材料、阻尼器之類的彈簧與衰減材組合成最佳 形態後使用，該组合係符合諾如 付0諸如動態放大倍數與損耗係數 般之一律背反關係者居多。因此· 夕囚此藉具有動態消振器之被動 式減振裝置及準主動/主動控制’俾以抑制振動之嘗試很 多。該等，即作為減振器之特性材，係期待有諸如具備堅 固性，或可因應於減振對象之特性變動者，或不受高溫、 低溫、油、臭氧等環境左右可常年不會有變化者。 近年來，具高矯頑力及高殘留磁通量密度之永久磁石 係隨著實用化之料’使利用磁性浮上、磁性抽承、磁性 流體之阻尼器等相關之磁性減振器極為盛行。特別是利用 藉電磁感應之渦流與藉磁通量作用之磁性衰減之磁性阻尼 器係可作為衰減力元件使用，其應用範圍也可擴大。 惟，對於該構造成—有效率地使同極的永久磁石相面 對而形成之相斥系磁性彈簧之磁路仍舊有研究的空間，現 在係採用將磁路之尺寸（板厚、對向面積等）增大俾以增加 磁性彈簧之斥力之形態，但反而使磁性彈簧之重量增加， 使成本提高，仍然為問題所在s 本發明係一有鑑於習知技術所具有之諸如前述問 本紙張I度適用中國國家標準（CNS)A4规格（21〇 X 297公爱） 7Γ. -- (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝------ 訂----I I I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消费合竹..妇"紮 五、發明說明（2) 而所構建成者，其目的係於提供一低廉的磁路1構建成— 相斥系磁性彈簧、可得到一更強之斥力者。 為4成上逑目的，本發明中申請專利範圍第〗項之發 明係一種磁路.係將一於相對於軛鐵之預定面垂直之方向 ^形成有磁極之多極磁石以分離之狀態安裝在該軛鐵之預 疋面，並將一於與該多極磁石之磁極不同的方向上形成有 磁極之單極磁石插設於前述多極磁石之分離部位者。 又，申請專利範圍第2項之發明之特徵在於：前述軏 鐵之預定面上形成有一.凸部，並於該凸部上配置前述單極 磁石，且於前述凸都及單極磁石之兩側配置前述處於分離 狀態之多極磁石者。 ，進而申叫專利範圍第3項之發明之特徵在於：前述 耗鐵、預定面上安裝有—隔於該隔件上方配置前述單 極磁石且灰4 4隔件及單極磁石之兩側配置前述處於分 離狀態之磁石者； 又，申請專利範圍第4項之發明之特徵在於：係於前 述多極嵫石之與前述概鐵相反側之端面側，使前述多極磁 石與前述單極磁石之同一磁極相對向者。 又申請專利範圍第5項之發明之特徵在於：上述多 極磁石係使用2極磁石 圖式簡II說明 第丨圖诗.顳二辟各穐水磁石朝與面垂直之方向運 動時磁石圮跆離與靜態斥力之關係的線圖 Λ4規格

M _^ϋ L* n n n I 1— n. I t t .^1 n s- — 一 or n .^1 n n I t請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

45421 1 不 第2圖係顯示同一磁極相對向之兩永久磁石之斥力及 吸力之解析模型之概略圖。 第3圖係顯示將同一磁極相對向之兩永久磁石中在上 部磁石上載放重物時，其平衡點周圍之微小振動模型之概 略圖。 第4圖係各種永久磁石之立體圖；（a)係顯示單極；而 (b)為2極；（c)為3極；（d)為4極平行相鄰設置者；而（e) 則為鄰接配置成田字形者。 第5圖係一顯示用以將第4圖中所示之對向面積乃X 75mm2、厚度2〇mm之永久磁石之同一磁極相對向配置時’ 其等磁石間距離與斥力之關係之線圖a 第ό圖係本發明之磁路之立體圖。 第7圖係一顯示本發明之磁路之變形例之立體圖。 第8圖係一顯示本發明之磁路之另—變形例之立體 圖。 第9圖係用以顯示以第6圖之磁路所構成之磁性彈 ⑷為一顯示磁通量分佈之模式圖；㈨為-顯示磁通 量濃淡之模式圖。 係心顯示第9圖之磁性彈簧，將其中位於 極磁石之磁極為逆向設置之形 磁通量分佈之模放圄a B ^ 第】】圖係用以顯-。磁通量濃淡之模式圖。 性彈簧；⑷為—卜'υ2極磁石之磁路所構成之磁 :)為』示磁通量分佈之模式園& 磁通量濃淡之模.。、圖，⑻為-顯示 •------------ Μ--------訂---------線、 <請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) Λ7五、發明說明（4 ) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社>?; t 第12圖係用以> - π以頌τρτ蔣货 磁性彈簧；（a)為—s 第1〗圖之磁路之尺寸加大時之 示磁通量濃：:!; ·>、、通5分佈之模式圖；（b)為一鼻| 第13圖係田 T'用以顯示將楚 相離間距時之磁性彈芏· Π圖之磁路尺寸加大且縮短 圖；⑻為1亍磁：’（a)為一顯示磁通量分佈之模式e U 场通量之濃淡之模式圖。 弟14圖係用以 J 乂 _不只以單極磁石構成且詉 磁性彈簧同— \且興第13圖之 之磁性彈簧；（a)為一顯示磁 之模式圖；σ 磁通$分佈 喊二磁通量濃淡之模式圖， 第卜圖侮顯示各種磁性彈簧之相離間距及載重之關 係的線圖。 J 第16圖係—顯示爵第η圖中相離間距短之部分擴大 之線圖。 " 圊中元件標號說明 Ml、M2 ' M3......................磁路 2、4..................................永久磁石 6 ' 6A............. . ........... 6 a..................................凸部 8 ....... ......... - - - ,2 極 石 Sa . 8b ! Ο Η)Λ ... ..........單極磁石1 " .........隔件 t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

-&J -線 454211 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本發明之實施形態 乂下針對本發明之實施形態係參考圖式說明之。 對同極之永久磁石相對向而形成之相斥系永久磁石 附與-運動’而使之可因應於負載質量或輸入，使彈簧指 有變化因此具有堅固性，對於振動方向也可以非接觸 之形態對應之。在此，針對可行全方位之振動隔離之磁性 彈簧之特性，如下說明之。 磁性彈簧係用以使稀土類磁石（Nd_Fe_B系）相對向， 使可作相對排斥，藉於形成—相對運動時所產生之斥力、 吸力、電磁感應之磁性制動力所構成者。 第1圖係一顯示，使大小質量不同之永久磁石於相對 面垂直之方向上運動時，其磁石間距離及靜態斥力⑴

間之關係者’磁石A、B、c之尺寸各為s = 75x75mm2、 h=2〇_;s=75x7W、h=1〇mm;s=5〇x5Wh=i〇mmD 磁性彈簧系之載重_移位特㈣小，小料忽視摩擦損耗 時，為可逆之狀態，係具有下式之關係；即： 【數1】 稀土族磁石之内部磁矩由於難以受到磁場的影響，其磁化 強度在減磁曲線上幾乎不變，可保持一飽和磁化強度之數 據。因此，可用一假設磁荷均勻分散於磁石端面上之電荷 模型’以計算一作用於磁石間之斥力。 如第2圖所示，在永久磁石2之表面&上之… 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） ί^------- 訂·！------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -n n I n · 經濟^智慧射產局_工消費合代""紮 A7 _B7_五、發明說明（6 ) 0 )與永久磁石4之表面S上之點（X!，>、.0)上作用之吸力f 1 係下式表示者，即： 【數2】 ΓΓΤ ffJ ;dx, d\ ： dx-,dv,=--dx! dy, dx2dy； ...(2)= ^ R: ' 在此 ’ mdx:dy;、mdx:dy:各為微小面積 dx^dy, dx2dy:之 磁荷，而R則為： 【數3】 = u:- χ:): 一（yi — y:): + 5 2 ...(3) = f1 ‘之X成份、z成份係各以下式得之；即： 【數4】 I (( X ： — X ： )" - (y ； — y,2) ' ' - --.(4) 數5

R (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I ____

R ‘‘（5) 同樣的’令作用於\及間之斥力為f，而作用於S: 及S:間之斥力鸟「時.載重F_y及F、則各為： 【數6】 F, (ί'ί . ，d係表牙 石W之位移 .丨 f ------------ ]dx；dx:dy!dy:…（6 ί iKU申®，尚家棵Α 規格· _ ur 笔 Α7 Β7 五、發明說明（7 ) 該結果係乘以補償指數後之數據係與實驗值之差在 5%之誤差範圍，可視為一致者。 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 作用於磁石間之斥力係可自下式得之； 【數7】 km

Fmg = - + F0 ...(7) z 依第3圖之配置，將重物放在上部磁石時，其運動方程式 係成下式，即： 【數8】 1T1Z+ cz— (kmz_ 〗+ F0)+ mg = F(t)…(8)。 m為將重物（πη)與上部磁石2(m2)相加之質量。c為籃體 等所產生之黏性衰減係數，第2項係表示一衰減項。第4 項係重力項，而F (t)則為外力。令加上重量之磁石之平衡 位置為z0，則成下式，即： 【數9】 -(kmz0-1 + F〇)十 mg = 0 ...(9)。 而針對以平衡位置為原點之變位量f之運動方程式則為： 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 【數10】 • · · m( + c( + Κ’Γ =F ⑴ “.（10)。 在此，Γ可以下式表示，即： 【數11】 ζ = Ζ-Ζ0 …（11)。 當Γ /ζ0<<1時，則各近似於： •10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（8 ) 數1 :mz— 4kniz0 ^γπΖ0

-I kr .(12) 數1? i—三上 z + z;i k T：)= z, k' 【數14 k, (mg- F0)2 在此·外力係令以角振動數ω強制振盪時 【數1 5】 則為 F(t)= F1；,eJ- 1 此時 '將Γ設為 【數1 6】 r =Ae-UJl 時i則振幅A可以下式求出；即： 【數1 7】 F〇 . e細 _φ) I ϋ f I— 1 .^1 n n I I t f n n n n n 一DJI n n I (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社-¾ fk /2 ⑴ 〇>Γ 2 ' 00 \2 + (2γ (17) :在此：：:‘岛衰減至…以下式表示 '即 【數以】了二 d ( m k Ί Κ ^ ί'ί Μ * 【數丨】式求出: 45421t A7 _ B7 五、發明說明（9 ) 【數19 tan c ω km' — m ω 2 fm為固有振動數，係成 【數20】 (mg-F〇)2 (20) 固有振動數及彈簧指數之關係為非線形，與金屬彈簧成相 反的關係。藉動作點之設定位置及磁路之調整，以設定載 重-變位特性之最適合曲率，使共振點可與負載質量無關 而成幾乎一定之狀態。將（13)之近似考慮到2次項時，（10) 式係成： 【數21】 mr + cC-af-bf F(t) . I I I I I I I I I I I I. -11 — {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 惟a、b各為： 【數22】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 a=(mg-F0)2/kni b=(mg-F0)3/km2 …(22)。 在微小振動領域内，對於周期性外力不斷加上一定斥 力b Γ 2 ’以該力使外力作周期性的衰減。亦即，調整永 久磁石之運動軌跡，以控制彈簧指數，可使輸入受到限定， 也可藉負載質量，使強制振動衰減。 又’磁通量密度B係藉自發性磁化及有效磁場（反磁 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（10 A； B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社.t!:衮 場+外部磁場')而可決定其大小，gp w . D Μ Β = 4 - I - Hex (C G S單位）式可求出惟4 7： I為藉白麻 巧秸自發性磁化I所發生 之磁通量' H m係以捽減弱自身磁π 习艰石之力表示一反磁場， Hex係以使磁極相對向所產生之外卹 卜邵磁場。經自己減磁對 策而以多極化相鄰之磁石作出順 夷向磁場時，可將Hm縮 小。但是.沒有磁力線之斜率時’ T鐵力線不會朝外部擴散= 即’為將Hm縮小，使極數掸.拄 命不丨"歡増加時，可使中央部之磁力線 使斥力減弱+ ^之磁通量成不會飛散’而 及通常使用之g 強-係可以對向面積、極數 之嵫石間距離所決定者。 mm 且極數用以顯不對向面積為75 x75mm:、厚度20 磁極相對向；極之永久磁石；第5圖係顯示將同一 由第5 4嵫石間距離及斥力之關係。 效率佳之2之線圖可知，依磁懸而使人體浮上之領域中 產生有—渴2極磁石者^在相當於磁壁之交互磁石間 力，也可^場’當朝向磁石接近時’可得到一更強的斥 / < 焦糊現象= 第6 ®係顯 肤態之2極磁石 磁石之形蘇 進一步 第6圖中 者是不同 .t距驗 本發明之磁路Μ 1 係一將處於分離 L軛鐵上方；在2極磁石間插設單極 丨史明之 ’相對於矩形耗鐵6之預定面 < 在 斤向上形成有磁極之2極磁石§《或 向.¾.兩個單極磁石 8 a _ 8 b丨以間隔 :¾時在' 磁石S a及S h間插設有.¾ 規格

H -------------裝--------訂---------線 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 45421 1 A7

極磁石10,在磁石之與軛鐵6相反側之端面上（在第6圚 中為上面），磁石8a、8b與磁石10係使同一磁極相對向。 第7圖係磁路Μ1之變形例M2’係一在形成於耗鐵6八 中央部之凸部6a上方配置有一單極磁石ι〇Α，並在凸部 6a及單極磁石1 〇A之兩側上配置有處於分離狀態之2極 磁石 8(8a、8b)。 第8圖係顯示一另一變形例M3，係將第7圖中所示 之輊鐵6A之凸部6a換成Al、Cu等之隔件12之形蘇。 因此第6圖中所示之軛鐵6與第8圖中所示之軛鐵6為同 一物者。 第9圖係用以將第6圖之磁路的尺寸設定為□ 7〇，同 時使兩個磁路配置成同一磁極相對向以構成磁性彈簧時， 顯示其磁通量分布。 又，第10圖係用以顯示一磁通量分布，在第6圖之 磁路中，將被磁石8a、8b所夾持之磁石1〇之磁極作逆向 配置，且在磁路之對面側配置磁極，使磁石8a、8b與磁 石1 〇成相吸引之狀態。 由第9圖及第]〇圖之堪通量分布可知，在磁路之對 面側’一將磁極處於分離狀態之2極磁石8及設於該中央 部之磁石1 0作同一磁極相對向之配置，就可使由磁石8a 朝向磁石8b之磁通量藉磁石1〇之磁通量而受控制，可使 斥力增加。 又，第11圖及第12圖係顯示將第4(b)圖中所示之2 極磁石之尺寸各設定為□ 70、□ 75時之磁通量分布者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i 敦！| 訂-ίϊ — — It·線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14· A7 B7 12 五、發明說明（ 當磁路中之磁石的配置相同時，磁路的尺寸愈大，斥力愈 大，但當尺寸相同時'藉改變磁石的配置，可控制磁通量 之分布‘提供一高斥力之磁路， 第13圓係表示.在第12圖之磁性彈簧中，乃將用以 構成相對向之兩磁路之链石之厚度加厚，同時進一步縮短 兩磁路間之距離之形態。又，第14圖係顯示—在第丨3圖 之磁性彈簧中，用2極磁石代替單極磁石之形態。 一由第〗3圖及第14圊可知，磁路的尺寸大相隔距離愈 紐，可使斥力愈大.又’使用2極磁石替代單極磁石時， 可將斥力增大： 第1 5圖及第1 6圖係顯示各種磁路之相隔距離與載重 (斥力）之關係線圖：圖中，吸引（SN)、相斥（NS)、相斥（NS) C u係各自表示第1 U圖之链路、第9圖之磁路、在第9 〜磁路上插入Cu作為隔件之磁路（參考第8圖）者。又， 及匕75乂丨〇丨係各自表示第U圖及第12圖中以 、極趟石所構成之磁路者。 第1卜圖及第1 6圖之線圖係顯示：當磁路之尺寸相同 I.可藉本發明之“圖至第8圖之磁路，產生一高斥力 也〜第（'匮至第S圖中所不之磁路係採闬2極磁石< 护/木用私趣石或4怪磁石等之多極磁石換言之可 :广極處㈣1…⑽之磁石間插“…磁S τ :即可增太斤力.. 4 1 ( η 多極構建成磁路時.存交4磁 5、· ----- …:柄'ϋ -----------------I I I I 訂.I I--I--- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 麵凊部智慧材產局βκχ消費合作¼¾¾ .....g.j. 7-〜 4 5421 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（13 ) 石間產生一漏磁場，利用此時之磁場斜率，可增大一斥力。 又，將多極磁石分離’在處於分離狀態且相鄰接之磁石間 插入相斥系之磁石，則可使磁場斜率有變化，進而增大斥 力。 發生有磁場斜率時，則根據磁場斜率作用之力可以下 式表示；即： 【數23】 F = Μ (3Η/dx) .........(23) 。Μ為磁矩’ ι5Η/如係表示磁場斜率β 利用藉多極交互磁石之組合而產生漏磁場，以控制磁 通量時’可使磁場斜率具備一方向性，並將斥力增大。 本發明係如上說明之構造，可展現諸如下述之效果。 在本發明中，依申請專利範圍第1項之發明係，將一 相對於輛鐵之預定面垂直之方向上形成有磁極之多極磁石 以分離之狀態組裝，並將一於與多極磁石之磁極不同之方 向上形成有磁極之單極磁石插設於前述多極磁石之分離部 位’使多極磁石之磁通量受單極磁石之磁通量控制，因此 可藉其簡單之構造且低廉之磁路，而產品一高斥力者。 又’依申請專利範圍第2或3項之發明，係於形成於 耗鐵之預定面上之凸部’或者是安裝於軛鐵之預定面上之 隔件上配置單極磁石且於兩側配置有處於分離狀態之多極 磁石，因此可縮小單極磁石之尺寸，可提供一低廉之磁路。 進而，依申請專利範圍第4項之發明，係於與多極磁 石之軛鐵相反側之端面上’使多極磁石與單極磁石之同一 本紙張尺度遶用中關家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ挪公爱） -16- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — !丨—一訂· 11----1 A： _B7_ 五、發明說明（14 ) 磁極相對向.因此可進一步增加斥力者= 又，依申請專利範圍第5項之發明，係使用2極磁石 作馬多極磁石者· g此可藉該簡單構造且低廉之磁路，而 產生一高斥力者: -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局P'工消費合作；村， 一售： «Γ 一*

Claims (1)

1. ABCD 45421 1 六、申請專利範圍 1. -種㈣’係將-於相冑於減之預定面垂直之方向 上形成有磁極之多極磁石以分離之狀態安裝在該耗鐵 之預定面，並將-於與該多極磁石之磁極相反之方向 上形成有磁極之單極磁石插設於前$多極磁石之分離 部位者。 2. 如申請專利範圍第旧之磁路，其中該概鐵之預定面上 形成有一凸部，並於該凸部上配置前述單極磁石，且 於前述凸部及單極磁石之兩側配置前述處於分離狀態 之多極磁石。 3. 如申請專利範圍第丨項之磁路，其中該概鐵之預定面上 安裝有一隔件’並於該隔件上方配置前述單極磁石， 且於前述隔件及單極磁石之兩側配置前述處於分離狀 態之磁石者。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之磁路，係於前述 多極磁石之與前述輥鐵相反側之端面側，使前述多極 磁石與前述單極磁石之同一磁極相對向者。 5. 如申請專利範圍第〗至3項中任一項之磁路，其中該多 經濟部智葸时4局員工消費合作社印製 極磁石係使用2極磁石。 本紙張尺度適用中國國家標半（CNS ) A4规格（210X297公釐）