(57)【要約】本発明は、少なくとも一次元で運動自在な少なくとも１個の磁性体（２０）の非接触の定義された運動のための構造に関する。位置決めや方向決めだけでなくエネルギーの発生や伝達のための汎用用途のこの種の構造であって、占有容積を減少させた単純な構造は、定義された様に動く少なくとも１個の永久磁石（１３）の一次磁界内に、所定の磁気モーメントを有する磁性体（２０）を配置することで達成できる。一次磁界と位置合わせされた二次磁界が磁性体（２０）から延在している。磁性体（２０）のそれぞれの位置における二次磁界を記録するために、少なくとも１個の磁界センサ（１７）が設けられている。
2009539065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一次元で運動自在な少なくとも１個の磁性体（２０）の非接触の定義された運動のための構造において、定義された様に動く少なくとも１個の永久磁石（１３）の一次磁界内に、所定の磁気モーメントを有する磁性体（２０）が配置されており、前記一次磁界と位置合わせされた二次磁界が磁性体（２０）から延在しており、磁性体（２０）のそれぞれの位置における二次磁界を記録するために、少なくとも１個の磁界センサ（１７）が設けられていることを特徴とする構造。
【請求項２】
前記磁性体（２０）がカプセル（１８）内に三次元的に支承された好ましくは球状のダイポールであることを特徴とする、請求項１記載の構造。
【請求項３】
前記磁性体（２０）が液体で支承されていることを特徴とする、請求項１記載の構造。
【請求項４】
前記二次磁界の前記一次磁界に対する追従する位相位置から支承液体の粘性が決定されることを特徴とする、請求項１及び３記載の構造。
【請求項５】
前記永久磁石（１３）が回転対称に形成されて、半径方向に磁化され対称軸を中心に回転可能に支承されていることを特徴とする、請求項１記載の構造。
【請求項６】
前記磁界センサ（１７）が三次元的に作用することを特徴とする、請求項１記載の構造。
【請求項７】
前記磁界センサ（１７）に、該磁界センサの場所で一次磁界を補償する補償装置が付属していることを特徴とする、請求項１記載の構造。  
【請求項８】
前記補償装置が、回転対称の永久磁石（１３）と不動に接続され、同一の軸（１２）を中心に回転可能に支承されて、前記磁界センサ（１７）の場所で一次磁界と逆向きの同じ強度の磁界を発生する磁石構造からなることを特徴とする、請求項５及び７記載の構造。
【請求項９】
二次磁界が別の磁性体を励磁するための一次磁界として働くことを特徴とする、請求項１記載の構造。
【請求項１０】
前記磁界センサが磁力計であることを特徴とする、請求項６記載の構造。
【請求項１１】
前記カプセル（１８）が、該カプセル（１８）と不動に接続されて、好ましくは三次元的に作用するコイル構造（２３、２４、２５）によって囲まれていることを特徴とする、請求項２記載の構造。
【請求項１２】
前記磁性体（２０）が前記カプセル（１８）内を運動する際に前記コイル構造（２３、２４、２５）内で誘導された電流を、前記カプセル（１８）の空間的な位置と方向を決定するための評価・制御装置（３０）に供給することを特徴とする、請求項１１記載の構造。
【請求項１３】
前記コイル構造（２３、２４、２５）と前記磁性体（２０）がエネルギーを発生するための発生器を構成し、エネルギーが貯蔵器又は少なくとも１個のエネルギー消費機器に供給されることを特徴とする、請求項１１記載の構造。
【請求項１４】
前記コイル構造（２３、２４、２５）の個々のコイルが直列に接続されていることを特徴とする、請求項１３記載の構造。
【請求項１５】
ハウジング（２７）内で一方では前記カプセル（１８）が、他方では伝達カプセル（３３）が不動に配置されており、前記伝達カプセル（３３）が前記カプセル内の前記磁性体（２０）の回転軸と少なくともほぼ一直線をなすシャフト（３４）を有していることを特徴とする、請求項１３記載の構造。
【請求項１６】
前記評価・制御装置（３０）が前記コイル構造（２３、２４、２５）と電気的に接続されて、該コイル構造を介して磁界を発生し、該磁界が前記カプセル（１８）の定義された運動のために前記磁性体（２０）の二次磁界に重畳されることを特徴とする、請求項１２記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項の上位概念に従う少なくとも１個の磁性体の非接触の定義された運動のための構造に関する。本発明は、到達できない通路内や到達できない箇所における磁性体の経路、位置及び方向を把握することが必要とされる技術及び医学の全分野で応用できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の課題は、測定対象物（磁性体）の位置決めや方向決めだけでなく、空間内の位置の確定にも汎用的に使用可能な、測定対象物の非接触の定義された運動のための構造を提供することである。更にこの構造はエネルギー発生とエネルギー伝達に適し、そして測定対象物及びそのすぐ周辺の何らかの物理的及び／又は化学的性質の特定に適するものである。最後にこの構造は、特殊な用途のために非常に小型で簡素な構造を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明に従い前述の課題は請求項１の特徴部に記載された特徴によって解決され、従属請求項によって有利に補完される。換言すれば、永久磁石から延在する第１の漂遊磁界（一次磁界）が磁性体（測定対象物）に対して相対的に運動する際に第２の漂遊磁界（ニ次磁界）の位置合わせを変化させ、磁界センサによってこの変化の強度、方向、及び所定の面上又は空間内における第１の漂遊磁界に対する位相角が測定される。１以上の測定対象物がカプセル内で運動自在に支承されているので、これらの測定対象物は運動する永久磁石（磁界発生体）によって的確に位置合わせされ、又は別様に動かされ得る。永久磁石自体は回転対称に形成されることができ、半径方向に磁化されている。即ち、例えば円筒の直径の両端に異なる極がある。永久磁石の運動は、モータによって回転体をその対称軸中心に回転させることによって起こすことができる。測定対象物はカプセル内で支承液体中を三次元的に自由に運動できる棒状の、又はより好ましくは球状のダイポールであることが好適である。一次磁界と二次磁界との間の位相角から二次磁界の追従が生じ、その追従から支承液体の粘性が推定される。ダイポールの自在な運動は、カルダン支承によっても保証できることは言うまでもない。
【０００４】
カプセル内における磁性体の運動の自由度に応じて、好ましくは磁力計である磁界センサの数若しくは磁界センサの構成が決まる。１以上の磁界センサを空間内に任意に配置又は支承することができる。それらは時間と共に位置を変えてもよく、永久磁石と不動に接続されるか、若しくは永久磁石と同期して動いてもよい。しかし好適なのは空間内に不動に配置されることである。
【０００５】
二次磁界の測定は、センサの場所（基準界）で一次磁界に対する変化を特定することによって行うことができる。磁界センサに対して永久磁石、従って一次磁界を回転させるとセンサ軸に対する角度に応じて基準界が変化する。しかし好適なのは、センサの場所で一次磁界を補償して、その値が一定か、又はゼロであるようにすることが好ましい。このことは好ましくは、回転対称の永久磁石と不動に接続され、同一の軸を中心に回転可能に支承されて、磁界センサの場所で一次磁界と逆向きの同じ強さの磁界を発生する磁石構造からなる補償装置によって起り得る。一次磁界の補償は、少なくとも１個の電気コイルが永久磁石の回転軸に対して共軸に配置され、この永久磁石と同期して回転可能な電磁補償装置によっても行うことができる。この場合も、センサの場所では、一次磁界と逆向きの同じ強さの磁界が発生することが好ましい。
【０００６】
本発明による複数の構造を並置して、二次磁界が別の磁性体（測定対象物）を励磁するための一次磁界として働くようにしてもよい。
【０００７】
本発明に係る構造が位置の決定及び表示のために運動を伝達するだけでなく、磁性体又は磁性体に付属しているハウジングの方向を特定及び表示する働きもするので、運動自在な磁性体を包含するカプセルが、このカプセルに固定されて好ましくは三次元的に作用するコイル構造に固定されて囲まれている。磁性体がカプセル内を運動すると、一次磁界に対する二次磁界の位置が変化するだけでなく、コイル構造内で電流も誘導されて評価・制御装置に供給され、それに基づいて評価・制御装置が空間内における磁性体の方向を把握し、場合によって表示する。逆に磁性体に所望の空間的方向を与えるために、コイル構造に適切な方法で通電することもできる。
【０００８】
コイル構造と磁性体がエネルギーを発生するための発生器を構成することもでき、発生器のエネルギーは貯蔵器又は少なくとも１個のエネルギー消費機器に供給される。この場合、発生器の最大効率を達成するために、コイル構造の個々のコイルが直列に接続されていることが有利である。
【０００９】
運動の伝達のために、ハウジング内に一方では発生器カプセル（磁性体を有するカプセル）が不動に配置され、他方では伝達カプセルが固定されていることが好適である。伝達カプセルは発生器カプセル内の磁性体の回転軸と少なくともほぼ一直線をなすシャフトを有している。
【００１０】
評価・制御装置はコイル構造と電気的に接続されて、評価・制御装置からコイル構造に通電されてカプセル内に磁界が形成され、この磁界が磁性体とカプセルを定義されたように運動させるために磁性体の二次磁界に重畳されるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の更なる有利な形態及び作動方式は、次の示す図面に基づく説明により理解されよう。
以下、本発明を４種の実施例の概略的な図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１と図２において、回転対称の永久磁石（円筒形の磁界発生体）１３が電気接続部１１を有するモータ１０によりシャフト１２を介して幾何学的軸Ｘ−Ｘ（図示されず）を中心に回転される。永久磁石１３は半径方向に磁化されていて、Ｎ極半部とＳ極半部を有している。永久磁石１３には空隙部１４を包囲する直方体の比較的小さい永久磁石１５、１６が保持具１４１を介して固定されており、これらの極も同様にＮとＳである。空隙部１４内には、本例では三次元的に作用する磁界センサ１７が磁石１３、１４、１５から切り離されて動かないように配置されている。永久磁石１３は一次磁界を発生し、その中に非磁性カプセル１８がある。非磁性カプセル１８内ではＮ極とＳ極を有する浮動自在の磁性体（球状ダイポール）が非磁性液体１９中に支承されており、磁性体の漂遊磁界（ニ次磁界）が磁界センサ１７によって測定される。永久磁石１３が矢印２１の方向に回転すると、磁性体２０は矢印２２、即ち反対の方向に回転する。永久磁石１５、１６は空隙部１４内において一次磁界と強度は等しいが、逆向きの磁界を形成するので、磁界センサ１７には磁性体２０によって形成され一次磁界に整合する二次磁界のみが作用する。
【００１３】
図１及び図２の実施例は、磁性体２０に運動を伝達するだけでなく、磁界センサ１７を用いて磁性体２０の位置を特定する働きもする。本発明は、永久磁石１３、補償装置１５、１６、磁界センサ１７及び磁性体２０の図示された構成及び構造に限定されない。
【００１４】
図３は図１及び図２とは異なり、誘導コイル２３、２４、２５を有し三次元的に作用するコイル構造が付属しているカプセル１８を示す。カプセル１８内では球状ダイポール２０が液体１９中に運動自在に支承されており、これは矢印２６で略示されている。ダイポール２０が図１及び図２と同様に運動すると、一般にはコイル２３、２４、２５に一般的には種々異なる電流を誘導する。これらの電流は図示されていない評価装置に供給され、評価装置はこれらの電流から空間内におけるダイポール２０又はカプセル１８の方向を把握して表示する。
【００１５】
図４では再び磁性体２０が、コイル構造２３、２４、２５によって囲まれたカプセル１８内に回転自在に支承されている。コイル構造２３、２４、２５のハウジングへの固定は２５１で表されている。カプセル１８とコイル構造２３、２４、２５はハウジング２７内に固定されており、ハウジング２７自体は外側ハウジングシェル１８に囲まれている。第２の外側ハウジングシェル２９内には評価・制御装置３０が配置され、コイル構造２３、２４、２５の接点３２と電気接続３１によって結ばれている。両ハウジングシェル２８、２９は互いに入れ子式に摺動できる。電気接続３１により、コイル構造２３、２４、２５内で磁性体２０の運動によって発生した電気エネルギーは、伝動体（図示せず）とフランジ結合された電動モータの駆動に、従って遠隔制御運動に利用される。同様に発生した電磁エネルギーもカプセル構成要素、例えばセンサ、アクチュエータ、データ伝送システム及び制御システム、アキュムレータ等に供給される。最後に、カプセル１８とこれを取り囲むコイル構造２３、２４、２５を専ら空間内の定位及び位置の決定に使用することが可能である。この目的のために電気接続３１は、処理すべき信号がコイル２３、２４、２５から評価・制御装置３０に送られ、制御信号が評価・制御装置３０から接点３２を介してコイル２３、２４、２５に送られてダイポール２０の位置合わせをするように構成されていることが好適である。評価・制御装置３０は、遠隔制御システムとしても構成されてよい。
【００１６】
図５では、２個の外側ハウジングシェル２８、２９が入れ子式に重ねられている。ハウジングシェル２８内には、コイル構造２３、２４、２５が装備されダイポール２０を回転自在に支承しているカプセル１８のための保護ハウジング２７と、縦長の伝達カプセル３３が存在する。伝達カプセル３３の長手方向では伝達カプセル３３の中央にシャフト３４が支承されており、その上に搬送スクリュー３５と磁気ダイポール３６が固定されている。シャフト３４上にカプセル１８から離れて支承されたダイポール３６は、カプセル１８内のダイポール２０に比べて小さい磁気モーメントを有することが好ましい。ダイポール３６には、伝達カプセル３３上で誘導コイル３７が付属している。液体で満たされた伝達カプセル３３の内部空間は、シャフト３４に対して回転対称の壁３８により半径方向で内側の部分空間３３１と外側の部分空間３３２に分割されており、両部分空間は制御弁３３３、３３４によって連通している。シャフト３４のカプセル１８に向けられた端部に押圧面３４１が装備され、カプセル１８に設けたエアバッグ又はスイッチ３９と対向している。
【００１７】
図５の表現と異なり、搬送スクリュー３５それ自体は磁気ダイポールとして形成されてもよい。
【００１８】
外側ハウジングシェル２９内には、センサ、モータ、アキュムレータ、データ処理・伝達手段、及び場合によっては液体貯蔵器を有する評価・制御装置３０が存在する。
【００１９】
コイル構造２３、２４、２５とカプセル１８内の磁性体２０がエネルギー発生のための発生器を形成する際、駆動タップ４０及び駆動軸４１がエネルギーを伝達する働きをする。
【００２０】
ハウジングシェル２８、２９の外部で交流磁界、回転磁界又はインパルス磁界が形成されると、カプセル１８内の磁性体２０がそれぞれの磁界に位置合わせされて、正確に磁性体２０の場所で一次磁界に対して垂直に向けられた軸を中心に回転し、それによって位置特定と発生器の効率が最適化される。伝達カプセル３３のシャフト３４上に動かないように固定された磁気ダイポール３６は、外側に印加された磁界が正確にその回転軸に位置合わせされた際に最適に回転する。この場合、回転運動は搬送スクリュー３５を介して前方又は後方に最適に転換される。これにより伝達カプセル３３の両側で異なる液圧が生成され得る。伝達カプセル３３の両端部をホースシステムに接続すると、伝達カプセル３３はポンプとして働く。液体の縦方向運動が回転運動に転換されることにより、例えばホースシステム内の液体流（図示せず）をポンプ方向に応じて方向可変の駆動システムに使用できる。こうして伝達カプセル３３内で２個以上の駆動輪又は類似物が異なる方向に回転でき、それによって発生器構造を的確に動かし、又は遠隔制御できる。
【００２１】
カプセル１８内の磁性体２０の回転軸が印加された磁界に自在に適合し、それによって最大限正確な位置特定と最適な発生器出力が達成されるのに対し、これが空間的に動かないシャフト３４上の磁気ダイポール３６に該当するのは、外側磁界の回転軸がダイポールの回転軸と一致する場合のみである。この場合に位置を特定すべき磁界は最大となる。従って外側磁界が三次元で位置合わせされて、磁性体１８とダイポール３６の回転軸が一直線上にあり互いに延びて位置特定のための最大回転磁界が生成されることにより、空間内のカプセル１８の位置特定の他にカプセル１８の軸の位置合わせも決定できる。
【００２２】
磁性体２０が相応に高い回転数に達し、これに伴って支承液体１９が加熱されると、エアバッグ３９が膨張してシャフト３４における押圧面３４１に圧力を加え、それによってシャフト３４が固定されて回転が妨げられるように、カプセル２０とハウジング３２内部の伝達カプセル３３を配置構成することができる。ハウジング３２内では１種の回転磁界のみ形成されるので、前述の効果は精度の高い位置特定に利用できる。その後でカプセル１８内の磁性体２０の回転が減少し、それに伴って支承液体１９が冷却されると、エアバッグ３９が再び押圧面３４１から離れ、搬送スクリュー３５を有するシャフト３４が再び回転し始めて、最後に上述したように両回転軸が一致して全ハウジングの位置合わせを決定できる。
【００２３】
シャフト３４上に搬送スクリューが設けられていない場合、前述の構造はハウジングシェル２８、２９とその全内容物の位置合わせの決定に使用される。この場合、伝達カプセル３３は追加の誘導コイル３７のある構成と、ない構成のいずれも可能である。カプセル１８、３３のいずれか一方又は両方で発生した電気エネルギーは駆動軸４１を介して、伝動体とフランジ結合された図示されない電動モータの駆動に、従って遠隔制御運動に利用することもできる。
【００２４】
本発明による構造は、測定対象物、支承容積及び支承媒体の位置や状態を決定、制御及び干渉するためのパラメータの測定のために、次に掲げる機能又は応用を個々に、切り離して、時間的にずれて及び／又は並行して実現するのに適している。
−測定対象物の位置の特定と表示。
−測定対象物の空間的位置合わせ若しくは方向決めの指示。
−測定対象物への、若しくは測定対象物からのエネルギーの非接触の伝達。
−測定対象物、測定対象物の支承容積及び支承媒体の特定の物理的及び化学的性質若しくは状態を測定すること。
−測定対象物、支承容積及び支承媒体の特定の物理的及び化学的性質若しくは状態に遠隔制御により干渉して、例えば動作進行、開放メカニズム及び／又は遊離メカニズムを作動させること。
【００２５】
発明の詳細な説明及び以下の請求項に記載されたすべての特徴は、それぞれ独立しても、互いに任意に組み合わせても本発明にとって本質的である。  
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例の正面図、
【図２】本発明の第１の実施例の底面図、
【図３】本発明の第２の実施例である変化したカプセルを示す図、
【図４】本発明の第３の実施例の縦断面図、
【図５】本発明が位置決めや方向決めだけでなくエネルギーの発生や伝達の働きもする本発明の第４の実施例の縦断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１０                 モータ
１１                 接続部
１２                 シャフト
１３、１５、１６     永久磁石
１４                 空隙部
１７                 磁界センサ
１８                 カプセル
１９                 液体
２０                 磁性体、ダイポール
２１、２２、２６     矢印
２３、２４、２５     コイル
２７                 ハウジング
２８、２９           ハウジングシェル
３０                 評価・制御装置
３１                 電気接続
３２                 接点
３３                 伝達カプセル
３４                 シャフト（支承付き）
３５                 搬送スクリュー
３６                 ダイポール
３７                 誘導コイル
３８                 壁
３９                 エアバッグ、スイッチ
４０                 駆動タップ
４１                 駆動軸
１４１               保持具
２５１               固定          
３３１、３３２       部分空間
３３３、３３４       制御弁
３４１               押圧面
Ｍ                   モータ
Ｎ                   Ｎ極
Ｓ                   Ｓ極
【図１】
2009539065.tif 000003
【図２】
2009539065.tif 000004
【図３】
2009539065.tif 000005
【図４】
2009539065.tif 000006
【図５】
2009539065.tif 000007
【国際調査報告】
2009539065.tif 000008
2009539065.tif 000009
2009539065.tif 000010
2009539065.tif 000011