(57)【要約】  双安定磁気スイッチ組立体は、軸（１１２）およびその周りに角度を付けて配設された第１および第２の磁気部分（６２２）を有する固定子（６０２）と、第１および第２の部分（６２２）に引き付けられる少なくとも１つの磁気領域（６３０、６３２）を有する回転子（６０４）とを備える。回転子（６０４）は、（１）領域（６３０、６３２）が第１の部分（６２２）近傍に存在するがそこから離間されている第１のラッチ位置と、（２）領域（６３０、６３２）が第２の部分（６２２）近傍に存在するがそこから離間されている第２のラッチ位置との間で軸（１１２）を中心にして回転移動するように構成される。ばね（１１８）は、領域（６３０、６３２）が第１および第２の部分（６２２）の中間に存在する位置に回転子（６０４）を付勢する。第１の部分（６２２）、第２の部分（６２２）、および領域（６３０、６３２）の少なくとも１つに関連するコイル（６２６）は、領域（６３０、６３２）と、第１および第２のラッチ位置それぞれにあるときの第１および第２の部分（６２２）との間の引力を低減するように通電され得る。【選択図】図１６
2009532711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双安定磁気スイッチ組立体であって、
軸（１１２）、およびその周りに角度を付けて配設された少なくとも第１および第２の磁気部分（６２２）を有する固定子（６０２）と、
前記第１および第２の部分（６２２）に引き付けられるように構成された少なくとも１つの磁気領域（６３０、６３２）を有する回転子（６０４）であって、（１）前記領域（６３０、６３２）が前記第１の部分（６２２）近傍にそこから離間されて存在する第１のラッチ位置と、（２）前記領域（６３０、６３２）が前記第２の部分（６２２）近傍にそこから離間されて存在する第２のラッチ位置との間で前記軸（１２２）を中心にして回転移動するように構成された回転子（６０４）と、
前記磁気領域（６３０、６３２）が前記第１および前記第２の部分（６２２）の中間に存在する位置に前記回転子（６０４）を付勢するように前記回転子（６０４）に結合されたばね（１１８）と、
前記領域（６３０、６３２）と、（１）前記回転子（６０４）が前記第１のラッチ位置にあるときは前記第１の部分（６２２）との間の引力および（２）前記回転子（６０４）が前記第２のラッチ位置にあるときは前記第２の部分（６２２）との間の引力を低減するための、前記第１の部分（６２２）、前記第２の部分（６２２）および前記領域（６３０、６３２）の少なくとも１つに関連するコイル（６２６）とを備える、双安定磁気スイッチ組立体。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチ組立体において、
前記回転子（６０４）に結合され、光学素子（６１０）が固定して取り付けられたアーム（６０８）であって、前記回転子（６０４）が前記第１のラッチ位置にあるときには光路（１１４）の内側に、前記回転子（６０４）が前記第２のラッチ位置にあるときには前記光路（１１４）の外側に前記光学素子（６１０）を配置する、アーム（６０８）をさらに備える、スイッチ組立体。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチ組立体において、
前記回転子（６０４）が、さらに、前記アーム（６０８）に固定して結合された釣合いおもり（５１２）を備える、スイッチ組立体。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチ組立体において、
前記回転子（６０４）に結合され、その速度を決定するように構成された速度センサ（９００）と、
前記コイル（６２６）および前記速度センサ（９００）に結合されたフィードバック回路制御器（９１４）であって、前記回転子（６０４）の速度に関連して前記コイル（６２６）に供給される電流を調整するためのものである、フィードバック回路制御器（９１４）とをさらに備える、スイッチ組立体。
【請求項５】
請求項１に記載のスイッチ組立体において、
前記回転子（６０４）が、角度を付けて配設された第１の複数の磁気領域（６３０、６３２）を含み、前記固定子（６０２）が、前記第１の部分（６２２）、前記第２の部分（６２２）、および少なくとも１つの追加の部分（６２２）を含む角度を付けて配設された第１の複数の磁気部分を含む、スイッチ組立体。
【請求項６】
請求項５に記載のスイッチ組立体において、
前記回転子（６０４）が、さらに、前記軸の周りに角度を付けて配設された第２の複数の磁気領域（６３４、６３６）であって、その各々１つが、前記軸（１１２）に平行な線に沿って前記第１の複数の領域（６３０、６３２）のそれぞれ１つの近傍にある、第２の複数の磁気領域（６３４、６３６）を備え、
前記固定子（６０２）がさらに、前記軸（１１２）の周りに配設された第２の複数の磁気部分（６２４）であって、その各々１つが、前記軸（１１２）に平行な線に沿って前記第１の複数の部分（６２２）のそれぞれ１つの近傍にある、第２の複数の磁気部分（６２４）を備える、スイッチ組立体。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチ組立体において、
前記コイル（６２６）を含む複数の制御コイル（６２６）をさらに備え、前記複数（６２６）の中の各々のコイルが、前記第１の複数の固定子磁石（６２２）の１つおよび前記第２の複数の固定子磁石（６２４）の１つに結合され、通電時、前記部分（６２２、６２４）と前記領域（６３０、６３２、６３４、６３６）の間の引力を低減するように構成される、スイッチ組立体。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチ組立体において、前記回転子（６０４）が、前記固定子（６０２）内に配設される、スイッチ組立体。
【請求項９】
請求項７に記載のスイッチ組立体において、前記固定子（３０２）が、前記回転子（３０４）内に配設される、スイッチ組立体。
【請求項１０】
双安定磁気スイッチ組立体であって、
軸（１１２）を有する固定子（６０２）と、
第１のラッチ位置と第２のラッチ位置の間で前記軸（１１２）を中心にして回転移動するように構成された回転子（６０４）と、
少なくとも１つの磁気ラッチ群であって、
前記固定子（６０２）に固定して結合された第１の磁石（６２２）と、
前記固定子（６０２）に固定して結合され、前記第１の磁石（６２２）から角度を付けて離間された第２の磁石（６２４）と、
前記回転子（６０４）に固定して結合された第３の磁石（６３０、６３２、６３４、６３６）とを有し、前記第３の磁石（６３０、６３２、６３４、６３６）が、前記第１（６２２）および前記第２の磁石（６２４）に引き付けられるように、かつ前記回転子（６０４）が前記第１のラッチ位置にあるときは前記第１の磁石（６２２）近傍のそこから離間された第１の位置に、前記回転子（６０４）が前記第２のラッチ位置にあるときは前記第２の磁石（６２４）近傍のそこから離間された第２の位置に移動するように構成された磁気ラッチ群と、
前記固定子（６０２）および前記回転子（６０４）に結合されたばね（１１８）であって、前記第３の磁石（６３０、６３２、６３４、６３６）が前記第１と前記第２の位置の間に存在する位置に前記回転子（６０４）を付勢するように構成されたばね（１１８）と、
前記磁気ラッチ群の前記磁石（６２２、６２４、６３０、６３２、６３４、６３６）の少なくとも１つに結合された少なくとも１つの制御コイル（６２６）であって、前記第３の磁石（６３０、６３２、６３４、６３６）と、（１）前記回転子（６０４）が前記第１のラッチ位置にあるときは前記第１の磁石（６２２）との間の引力および（２）前記回転子（６０４）が前記第２のラッチ位置にあるときは前記第２の磁石（６２４）との間の引力を低減するように構成される、制御コイル（６２６）とを備える、双安定磁気スイッチ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦支援による研究開発に関する声明）
本発明は、Ｒａｙｔｈｅｏｎによって与えられたＳ７−６ＢＴ４７６Ｘの下、政府支援によってなされた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、磁気ラッチに関し、より詳細には、ばね付勢された光スイッチとしての使用に特に適した非接触性双安定磁気ラッチ組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
１つまたは複数の光学素子（例えば様々なレンズ）の光路への出入りを切り替えるように設計された光スイッチングシステムが知られており、例えば衛星用途に使用されることがある。光スイッチングシステムの比較的よく知られているタイプの１つは、プロセッサ、モータ、およびその外周に沿って配設された複数の光学素子を有するホイール機構を使用する。プロセッサは、モータに結合され、さらにモータはホイール機構に結合される。光路はホイール外周の一部分を貫通しており、それにより、所与の光学素子を光路内に配置するために、ホイールがその中央軸を中心にしてモータによって回転され得る。光学素子を光路内に移動させるために、プロセッサは、最初にホイールの現在の回転位置を確立し、続いて所望の光学素子を光路内に移動させるのに必要とされる回転調整を決定する。次いで、プロセッサは、モータに対して必要な調整を行うように命令する。
【０００４】
残念なことに、上記で説明されたタイプの従来の光スイッチングシステムにおいては、特に新規に選択された光学素子が前に選択された素子の反対側に配設される場合などは、ホイールの外周周りの光学素子の逐次構成により、新規に選択された光学素子を光路内に移動させるのに必要とされる時間およびエネルギーが望ましくないほど大きくなり得る。光学素子の切り替えに必要とされる時間は、ホイールが回転する速度を増加させることによって改善され得るが、ホイールの動きが速くなることにより、システム障害（例えば、振動）を生じさせることがあり、これによって光学像が不鮮明になり、正確な光学制御を妨げる場合がある。ホイールの動きが速くなることで生じ得る障害を補償するため、システムの中には、ホイールの移動後に長い鎮静期間を設けるものもあるが、この解決策には望ましくない長い遅延が伴い、結果的には理想的とは言えないものである。他の知られている光学スイッチングシステムは、システム障害を処理するために複雑な力補償機構および／または分離機構を用いる。しかし、そのような機構は、システムの複雑さを増大させ、場合によってはシステムの信頼性を低下させる。
【０００５】
上記で説明された欠点を軽減するのを助けるために、特殊な光学素子スイッチ組立体が開発された。このタイプの個々のスイッチ組立体は、光学素子がその上に含められた（例えばその一方の端部に結合された）作動アームに結合されたばね付勢された旋回シャフトを含むことができる。旋回シャフトは、光路の内部および外部それぞれに光学素子を配置することができる、第１および第２のラッチ位置の間で作動アームを付勢する。アームが一方のラッチ位置に保持されると、ばね付勢された旋回シャフトは、アーム上に他方のラッチ位置方向の回転力を及ぼす。したがって、作動アームは、保持されていたラッチ位置から開放されると、旋回シャフトの影響の下で他方のラッチ位置に向ってスイングすることになる。システムの損失は避けられないため、ばね付勢された旋回シャフトは、他方のラッチ位置にアームを完全に回転移動させるのに十分なエネルギーをもたらさなくなる。そのため、アームを完全に回転させ、ばね付勢された旋回シャフトの力に対向して他方のラッチ位置にそのアームを固定するために、ラッチ機構が設けられる。この機構は、機械的なものでよいが、磁気式が好ましい。磁気式を参照すると、磁気ラッチ機構は、アームの一部分（例えば、光学素子と反対側のアームの末端部）と引き付け合い、物理的に係合するように構成された永久磁石を含むことができ、磁石はアームにも装備されてもよい。この構成は、パワーの消費が皆無かそれに近くなる状態でアームが無期限に所望の位置に保持され得るので有利である。アームをラッチ位置から開放するため、制御コイルが、作動アーム上に配設された磁石周辺、すなわち電磁石を形成するために磁気ラッチによって用いられる磁石周辺に設けられてよい。電流がコイルに送られると、磁気ラッチ機構によって生み出された磁場に逆らう磁場が生成され、作動アームが開放される。次いで、作動アームは、ばね付勢された旋回シャフトの力の下、反対側のラッチ位置方向に回転移動する。その後、これもまたアームを完全に回転移動させるのに必要な追加のエネルギーをもたらす、第２の磁気ラッチ機構が、アームと物理的に係合し、それを他方のラッチ位置に固定する。
【０００６】
上記で説明された理由を考慮すれば、ばね付勢された旋回シャフトを用いる光学素子スイッチ組立体は、ホイール式の機構を用いる組立体に対する大幅な改善を示すものである。しかし、こうして改善された組立体においてもなお、特定の問題を有している。例えば、そのような組立体は、作動アームをラッチ位置に固定する際、依然として物理的障害を発生させることがある。こうした障害が生じるのは、磁気ラッチング機構によって用いられる磁石の磁場の強さは、作動アームをラッチ位置内へと引っ張るために旋回シャフトによってアーム上に及ぼされる反対の回転力に打ち勝つために比較的大きなものでなければならず、その結果、アームとスイッチ組立体の間に大きな衝撃が生じ、それによって作動アームのラッチングの際に比較的大きな接触力がスイッチ組立体に伝えられるためである。これはまた、スイッチ組立体全体に望ましくない衝撃および振動を生じさせる。作動アームを物理的に係合し、磁気ラッチの力を妨害して衝撃を弱めるために、ラッチ位置のいずれか近傍に二次ばね組立体が設けられてもよいが、こうした構成は、複雑で費用がかかり、システム障害を完全に解消するわけではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記を考慮して、作動アームに物理的に接触することなく回転可能なアームを固定することができる磁気ラッチング機構を用いることにより、システム衝撃の障害を最小に抑えるスイッチング組立体（例えば、１つまたは複数の光学素子の光路への出入りを切り替えるために使用されるタイプのものなど）を提供することが望ましいことを理解されたい。さらに、本発明の他の所望の特徴および特性は、添付の図および本発明のこの背景技術と併せて、以降の本発明の詳細な説明および付属の特許請求の範囲より明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸およびその周りに角度を付けて配設された第１および第２の磁気部分を有する固定子と、第１および第２の部分に引き付けられる少なくとも１つの磁気領域を有する回転子とを含む、双安定磁気スイッチ組立体を提供する。回転子は、（１）領域が第１の部分近傍に存在するがそこから離間されている、第１のラッチ位置と、（２）領域が第２の部分近傍に存在するがそこから離間されている、第２のラッチ位置との間で軸を中心にして回転移動するように構成される。ばねは、磁気領域が第１と第２の部分の中間に存在する位置に回転子を付勢する。第１の部分、第２の部分、および領域の少なくとも１つに関連するコイルは、磁気領域と、第１のラッチ位置および第２のラッチ位置それぞれにあるときの第１および第２の部分との間の引力を低減するように通電され得る。
【０００９】
好ましいスイッチ組立体の上記および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示される、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明白になるであろう。
【００１０】
本発明の好ましい例示的実施形態は、付属の図と併せて以下に説明され、図においては、同様の番号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、単に例示的な性質のものであり、本発明、または本発明の適用範囲および使用を限定するものではない。さらに、上記の技術分野、背景技術、簡単な概要または以下の詳細な説明に提示される明示または暗示されたいかなる理論にも拘束されるものではない。
【００１２】
図１および２は、本発明による、第１および第２のラッチ位置それぞれにある簡易な双安定非接触性磁気ラッチ組立体１００の等角図である。磁気ラッチ組立体１００は、図３〜５にさらに示されており、ここでは、第１のラッチ位置、中間回転位置、および第２のラッチ位置それぞれにおける組立体１００の上面図が示されている。ラッチ組立体１００は、固定子１０２および回転子１０４を含み、回転子１０４はさらに、ばね付勢された旋回機構１０６、および光学素子（フィルタ、ミラー、光源など）１１０がその端部に結合された作動アーム１０８を含む。作動アーム１０８は、光学素子１１０を受け入れることができ、その位置を効果的に制御するのに十分な剛性を有するどのような構造部材でもよい。回転子１０４は、固定子１０２を貫通して設けられた開口１１５を通り抜ける、光路１１４の内外に光学素子１１０を移動させるよう、軸１１２を中心にして固定子１０２に対して回転移動するように構成される。示された実施形態では、光学素子１１０は、回転子１０４が第１のラッチ位置（図１および３）にあるときは光路１１４の外側に配設され、回転子１０４が第２のラッチ位置にあるとき（図２および５）は光路１１４の内側に配設される。
【００１３】
図１および２に最も明確に示されるように、旋回機構１０６は、回転可能なシャフト１１６、およびシャフト１１６の周りに配設され、例えばその両端において作動アーム１０８および固定子１０２に固定して結合されたばね１１８（例えばねじり棒ばね）を含む。ばね１１８は、第１のラッチ位置（図１および３）と第２のラッチ位置（図２および５）の間の中間回転位置（図４）に回転子１０４を付勢する。したがって、回転子１０４が第１のラッチ位置にあるとき（図１および３）、ばね１１８は、回転子１０４上に第２のラッチ位置方向（図２および５）の回転力を及ぼす。反対に、回転子１０４が第２のラッチ位置にあるとき（図２および５）、ばね１１８は、回転子１０４上に第１のラッチ位置方向（図１および３）の回転力を及ぼす。これを考慮することで、回転子１０４の回転移動が旋回機構１０６によって完全に決定付けられる場合、および回転子１０４がラッチ位置のいずれかに物理的に移動され、その後開放される場合、回転子１０４は、図４に示される中間回転位置に最終的に到達して静止する前にラッチ位置の間の領域内で振動するであろうことを理解されたい。しかし、以下に示されるように、ラッチ組立体１００は、回転子１０４を、開放されるまで磁気的に捕捉しラッチ位置に保持するように構成される。
【００１４】
上記で説明された磁気ラッチング作用を実現するために、２つ以上の固定子磁石が、離間された間隔をおいて固定子１０２に沿って設けられ、少なくとも１つの回転子磁石が、回転子１０４上に設けられ、固定子磁石に引き付けられるように配設される。ラッチ組立体１００では、例えば、２つの固定子磁石１２２および１２４は、開口１１５の概ね反対側の固定子１０２上に配設され、１つの回転子磁石１２０は、光学素子１１０の反対側のアーム１０８の端部に固定して結合される。固定子磁石１２４および１２２は、第１および第２のラッチ位置それぞれにあるとき、それらのＮ極およびＳ極が回転子磁石１２０のＳ極およびＮ極それぞれの近傍に存在するように固定子１０２上に配設される。回転子１０４が第１のラッチ位置（図１および３）に回転移動するとき、回転子磁石１２０は、回転子と共に固定子磁石１２４近傍の位置へと回転移動する。同様に、回転子１０４が第２のラッチ位置（図２および５）に回転移動するとき、回転子磁石１２０は、固定子磁石１２２近傍の位置へと回転移動する。回転子磁石１２０が磁石１２４近傍の第１の位置と磁石１２２近傍の第２の位置の間で動くため、固定子磁石１２４および１２２は、合わせて固定子磁石対と称される。さらに、固定子磁石１２２、固定子磁石１２４、および回転子磁石１２０は、回転子１０４をラッチ位置へと回転させ、そのラッチ位置に固定する磁気ラッチング作用をもたらすように互いに相互作用するため、まとめて磁気ラッチ群と称されることもある。
【００１５】
回転子１０４が第１のラッチ位置にあるときの固定子磁石１２４から回転子磁石１２０を分離する空間的隙間、および回転子が第２のラッチ位置にあるときの固定子磁石１２２から回転子磁石１２０を分離する空間的隙間は相対的に小さくなり得るが、回転子磁石１２０は、固定子磁石１２２または固定子磁石１２４とは物理的に接触しないことに留意されたい。また、本出願で使用される用語「磁石」は、天然、または誘導されたものに関係なく、磁気双極子を有する任意の物体として広義に理解されるべきであることも理解されたい。したがって、用語「磁石」は、永久磁石に結合され磁場を発生させる、鉄の磁極片などの物体を含む。用語「磁石」はまた、そのように結合された物体の領域または部分も包含する。さらに、ねじり棒ばねが図１および２に示されているが、他のタイプのばね組立体（例えば磁気ばねなど）が使用されてよいことに留意されたい。
【００１６】
回転子１０４が中間位置（図４）にあるとき、回転子磁石１２０は固定子磁石１２２および固定子磁石１２４から等距離のところにある。したがって、この位置では、回転子１０４上に作用する磁気力はほぼ釣合いが取られ、回転子１０４は、いずれのラッチ位置方向にも磁気的に付勢されない。しかし、その他のすべての回転位置においては、回転子１０４は、第１または第２のラッチ位置方向に磁気的に付勢される。より詳細には、回転子１０４は、第２のラッチ位置よりも第１のラッチ位置に近いとき（回転子磁石１２０と固定子磁石１２４の間の距離が、回転子磁石１２０と固定子磁石１２２の間の距離より小さくなる）、第１のラッチ位置方向に磁気的に付勢される。回転子１０４が回転移動して第１のラッチ位置に近づくにつれて、回転子磁石１２０と固定子磁石１２４の間の距離が縮まり、磁石１２０と磁石１２４の間の引力が次第に強くなってくる。回転子１０４が第１のラッチ位置に完全に回転移動すると、回転子磁石１２０と固定子磁石１２４の間の磁気引力は最大になり、回転子１０４が旋回機構１０６の影響の下で第２のラッチ位置方向に回転移動して戻るのを防ぐのに十分な大きさになる。反対に、回転子１０４が第２のラッチ位置に近づくにつれて、磁石１２０と磁石１２２の間の引力が次第に強くなっていく。回転子１０４が第２のラッチ位置に完全に回転移動すると、回転子磁石１２０と磁石１２４の間の引力は最大になり、回転子１０４が旋回機構１０６の影響の下で第１のラッチ位置方向に回転移動して戻るのを防ぐのに十分な大きさとなる。したがって、回転子１０４は、第１または第２のラッチ位置のいずれかに回転移動すると、磁気力によってその場所に固定され、以下に説明される方法で開放されるまでは旋回機構１０６の影響の下で他方のラッチ位置方向に回転移動することはできない。
【００１７】
回転子１０４は、（１）回転子１０４に他方のラッチ方向の追加の力をかけることによる方法、または（２）回転子磁石１２０と隣接する固定子磁石の間の磁気引力を減じることによる方法のいずれかでラッチ位置から開放され得る。以下により詳細に説明される好ましい実施形態では、本発明のラッチ組立体は、可能であれば最初の方法と組み合わせて後者戦略を実施するように構成される。以下に示されるように、これは、１つまたは複数の制御コイルを回転子磁石の１つまたは複数の周りにおよび／または複数の固定子磁石の周りに配設することによって実現され得る。制御コイル（または複数の制御コイル）に電流が送られると、コイルが結合される磁石と隣接する磁石の間の引力を低減する磁場が生成される。磁気引力のこうした一時的な低減により、作動器１０４が旋回機構１０６の影響の下で他方のラッチ位置方向に回転移動することが可能になる。
【００１８】
依然として図１〜５を参照すると、磁石のラッチ力を小さくし、回転子１０４をラッチ位置から開放するために、第１および第２の制御コイルが、固定子磁石１２２および１２４それぞれの周りに配設され得る。例えば、回転子１０４が、現在、固定子磁石１２０と回転子磁石１２４の間の磁気的相互作用によって第１のラッチ位置（図１および図３）に固定されている場合、固定子磁石１２０の周りの制御コイルに電流を供給して磁石１２０と１２４の間の正味引力を低減し、回転子１０４が旋回機構１０６の影響の下で第２のラッチ位置（図２および５）方向に回転移動することが可能になることにより、回転子１０４はこの位置から開放され得る。回転子１０４が第２のラッチ位置に近づくと、固定子磁石１２０と回転子磁石１２２の間の引力は、回転子１０４を第２のラッチ位置へと完全に回転移動させ、回転子１０４をその場所に固定するためのさらなるエネルギーをもたらす。回転子１０４は、固定子磁石１２２の周りに配設された第２の制御コイルが通電されるまで、第２のラッチ位置にラッチされたままになる。
【００１９】
図６〜８は、本発明による、第１のラッチ位置、中間回転位置、および第２のラッチ位置それぞれにある磁気ラッチ組立体２００の機能上の上面図である。上記で説明したラッチ組立体１００と同様に、ラッチ組立体２００は、固定子２０２および回転子２０４を含む。しかし、ラッチ組立体２００では、固定子２０２および固定子２０４は、概ね円筒形状であり、固定子２０２は、回転子２０４が中に配設される概ね円筒形の空隙を画定する内面を含む。前述のケースと同様に、回転子２０４は、ばね付勢された旋回シャフト２０６、および光学素子２１０がその端部に結合された作動アーム２０８を備える。回転子２０２はさらに、その外周の周りに角度を付けて配設された複数の回転子磁石を備える。図６〜８に示され得るように、回転子２０２には、旋回シャフト２０６の長手方向軸（これ以降、回転軸と称される）に対して約９０°の間隔をおいて回転子２０２の外周囲の周りに配設された４つのそのような磁石（すなわち回転子磁石２１２、２１４、２１６、および２１８）が設けられる。同様に、固定子２０４には、回転軸に対して約９０°の間隔をおいて固定子２０４の内面の周りに配設された４つの固定子磁石（すなわち固定子磁石２２２、２２４、２２６、および２２８）が設けられる。固定子磁石および回転子磁石は、互いに磁気的に引き付けられるように配設される。例えば、図６〜８に示されるように、回転子磁石２１２、２１４、２１６、および２１８は、それらの磁極が固定子磁石１２２、２２４、２２６、および２２８それぞれの磁極の反対になるように配設され得る。
【００２０】
回転子２０４は、固定子２０２内部で、回転軸を中心にして第１のラッチ位置（図６）と第２のラッチ位置（図８）の間を回転移動する。第１のラッチ位置にあるとき、回転子磁石２１２、２１４、２１６、および２１８は、固定子磁石２２２、２２４、２２６、および２２８それぞれにほぼ隣接しているが、接触はしていない。第２のラッチ位置にあるとき（図８）、回転子１０４は、約９０°時計方向に回転移動した状態であり、回転子磁石２１２、２１４、２１６、および２１８は、固定子磁石２２４、２２６、２２８、および２２２それぞれにほぼ隣接しているが、接触はしていない。ラッチ組立体２００は、上記で説明された組立体１００とほとんど同じ方法で作動し、すなわち、ばね付勢された旋回機構が回転子２０４を中間回転位置方向に付勢し（図７）、固定子および回転子磁石が、回転子２０４が中間回転位置と第１のラッチ位置の間にあるときは第１のラッチ位置方向（図６）に、回転子２０４が中間回転位置と第２のラッチ位置の間にあるときは第２のラッチ位置方向（図８）に回転子２０４を付勢する。回転子２０４が、旋回シャフト２０６の回転の影響下でラッチ位置に近づくと、磁気のラッチング力は、回転子２０４をラッチ位置に完全に回転移動させ、その場所に回転子２０４を固定するためのエネルギーをもたらす。上記で簡単に説明されたように、また以下により詳細に説明されるように、回転子２０４は、固定子磁石の１つまたは複数の周りにおよび／または回転子磁石の１つまたは複数の周りに設けられた１つまたは複数の制御コイルを通電することにより、第１または第２のラッチ位置から開放され得る。
【００２１】
図９〜１１は、本発明による、第１のラッチ位置、中間の回転位置、および第２のラッチ位置それぞれにある磁気ラッチ組立体３００の機能上の上面図である。非常に簡単に言うと、ラッチ組立体３００は、内部固定子３０２および外部回転子３０４、ばね付勢された旋回シャフト３０６、ならびに光学素子３１０がその端部に結合された作動アーム３０８を備える。固定子３０２の外周の周りには、複数の固定子磁石３１２が角度を付けて離間された間隔をおいて設けられ、回転子３０４の外周の周りには、複数の回転子磁石３１４が角度を付けて離間された間隔をおいて設けられ、複数の固定子磁石３１２に引き付けられるように配設される。ラッチ組立体３００は、図６〜８と併せて上記で説明されたラッチ組立体２００と本質的には同じ方法で作動するため、ラッチ組立体３００の作動の詳細な考察はこの時点では不必要と考えられるが、システムが外部回転子３０４および内部固定子３０２を含むこともできることは明確であるはずである。
【００２２】
図１２は、本発明による、磁気ラッチ組立体４００の機能上の上面図である。ラッチ組立体４００は、図６〜８と併せて上記で論じられたラッチ組立体２００に類似しており、固定子４０２および回転子４０４を備え、回転子４０４はさらに、ばね付勢された旋回シャフト４０６、および光学素子４１０がその端部に結合された作動アーム４０８を備える。さらに、固定子４０２は、回転子４０４が中に配設される概ね円筒形の空隙を画定する内面を含む。しかし、ラッチ組立体２００とは異なり、作動アーム４０８は、組立体４００の下面の近傍で回転子４０４に結合され、そのため、図１２には部分的に想像線で示されている。また、ラッチ組立体２００とは異なり、固定子４０２および回転子４０４には、旋回シャフト４０６（これも、これ以降回転軸と称される）の長手方向軸周りに角度を付けて配設された、８つの磁石がそれぞれ設けられる。特に、固定子４０２には、その内周囲の周りに固定子磁石４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４、および４２６が設けられ、回転子４０４には、その外周囲の周りに回転子磁石４３２、４３４、４３６、４３８、４４０、４４２、４４４、および４４６が設けられる。図１２に示されるように、回転子磁石は、それらの磁極が固定子磁石の磁極と反対になるように配設される。こうした向きにより、固定子磁石および回転子は、相互に引き付けられ、上記で説明された方法で第１または第２の回転位置のいずれかの方向にラッチ組立体４００を付勢することになる。ここでも、磁石の隣接する対間の正味引力を選択的に低減し、それによって回転子４０４をラッチ位置から開放するために、１つまたは複数の制御コイルが、固定子磁石、回転子磁石のうち１つまたは複数、または固定子および回転子磁石両方の周りに配設され得る。
【００２３】
図１３〜１５は、本発明の例示的実施形態による、ラッチ組立体５００の上面図、等角図、および等角断面図である。ラッチ組立体５００は、上記で説明されたラッチ組立体４００に類似したものである。すなわち、ラッチ組立体５００は、固定子５０２と、ばね付勢された旋回シャフト５０６、および光学素子５１０がその第１の端部に固定して結合された作動アーム５０８を備える、回転子５０４とを含む。組立体５００はまた、光学素子５１０のほぼ反対側のその第２の端部でアーム５０８に固定して結合された釣合いおもり５１２を含む。釣合いおもり５１２は、回転子５０４がラッチ位置間を回転移動するとき、システム障害（例えば振動など）を最小に抑えるためにアーム５０８のバランスを取る助けとなる。前述のケースと同様に、固定子５０２には、旋回シャフト５０６の長手方向軸（すなわち回転軸）の周りに角度を付けて離間された８つの固定子磁石５１４が設けられる。固定子５０２にはまた、ハウジング（図示せず）内に固定子４０２を固定するための締結装置（例えば、ボルト、くさびナットなど）を受け入れるようにそれぞれ構成された、固定子５０２を貫通する複数の開口５０３が設けられる。組立体４００の回転子４０４とは異なり、回転子５０４には、図１５に最も容易に示され得る単一の比較的大きな磁石５３０が設けられる。磁石５３０は、ディスク様形状であり、回転子５０４内の上側磁極片５３２と下側磁極片５３４の間に配設される。磁石５３０、磁極片５３２、および磁極片５３４は、回転軸を中心にして結合して回転移動するサンドイッチ組立体を形成する。磁極片５３２には、回転子５０２の内面に向って磁極片５３２から外側へ延びる、複数の上側の径方向の歯５３６が設けられる。磁極片５３４にもまた、同じように配設され、上側の径方向の歯５３６と垂直に位置合わせする８つの下側の径方向の歯５３８が設けられる。回転子５０４の構成により、上側の径方向の歯５３６および下側の径方向の歯５３８は、反対の磁極を有することになる。したがって、上側および下側の歯の各々の対は、一緒になって、固定子磁石に引き付けられるように構成された磁気領域を形成する。このように、回転子５０４は、磁石５３０を１つしか備えないが、回転子４０４（図１２）と同様の働きをすることを理解されたい。
【００２４】
図１６〜１８は、本発明の好ましい実施形態による、ラッチ組立体６００の等角図、等角断面図、および分解図である。ラッチ組立体６００は、上記で説明された方法で機能する、固定子６０２、回転子６０４、旋回シャフト６０６、作動アーム６０８、および光学素子６１０（図１８）を備える。複数の開口６１１が、固定子６０２の上側および下側部分を貫通して設けられる。図１８に示され得るように、開口６１１は、上側ハウジング６１５および下側ハウジング６１７を固定子６０３２に固定するための締結具６１３を受け入れるように構成される。ラッチ組立体６００は、固定子６０２および回転子６０４の構成において前述のラッチ組立体５００とは異なる。特に、回転子６０４は、第１および第２の中央のディスク様磁石６１０および６１２を含む。磁石６１０は、上側磁極片６１４と下側磁極片６１６の間に配設され、上側磁極片６１４および下側磁極片６１６は、そこからそれぞれ外側に径方向に延びる第１の組の歯６３０および第２の組の歯６３２を有する。同様に、磁石６１２は、上側磁極片６１８と下側磁極片６２０の間に配設され、上側磁極片６１８および下側磁極片６２０は、そこからそれぞれ外側に径方向に延びる第１の組の歯６３４および第２の組の歯６３６を有する。固定子６０２は、垂直に位置合わせされた、上側の複数の固定子磁石６２２および下側の複数の固定子磁石６２４を含む。固定子６０２の赤道領域の周りには、１組の制御コイル６２６が設けられる。こうした制御コイル６２６の各々は、固定子磁石６２２の下側部分および垂直に位置合わせされた固定子磁石６２４の上側部分の周りに配設され、通電時、回転子磁石６１０と固定子磁石６２２の間、および回転子磁石６１２と固定子磁石６２４の間の引力を同時に低減し得る。したがって、制御６２６をこのように配設することにより、ラッチ組立体６００は、回転子６０４をラッチ位置から開放するためのパワーは小さくてすむ。
【００２５】
ラッチング時の物理的衝撃を回避するために、各々の回転子磁石（または回転子上の磁気的に荷電した領域）が、隣接する固定子磁石からある軸方向の隙間をあけて分離される、特定のタイプの磁気ラッチング構成が上記で論じられてきたが、本発明を実施するのに適したラッチング構成が他にも存在することを理解されたい。例えば、固定子には、回転子磁石がその中を延びる複数の馬蹄形の領域が備えられてもよい。図１９および２０は、２つのそのような馬蹄形構成７００および８００それぞれの断面図である。最初に図１９を参照すると、構成７００は、両側の端部において上側磁極片７０４および下側磁極片７０６に固定して結合された磁石７０２を備える。磁石７０２、磁極片７０４、および磁極片７０６は、連携してＣ形状または馬蹄形の本体を形成し、この本体は、回転子磁石（または磁気的に荷電した領域）７１２が通り抜けることができる径方向の隙間によって分離された、第１の極性端部７０８および第２の極性端部７１０を有する。回転子磁石７１２は、極性端部７０８および７１０に磁気的に引き付けられるように構成され、回転子が第１のラッチ位置にあるときはその端部の間に存在する。通電時、上記で説明された方法で第１のラッチ位置から回転子磁石７１２を開放するために、制御コイルが磁石７０２の周りに設けられる。
【００２６】
図２０は、両側の端部において上側磁極片８０４および下側磁極片８０６に固定して結合された磁石８０２を含む、第２の馬蹄形構成８００の断面図である。構成７００とは異なり、構成８００は、制御コイル８１０がその周りに配設された中央柱８０８を含む。制御コイル８１０は、上記で説明された方法でラッチ位置から回転子磁石７１２を開放するように構成される。このようにして中央柱８０８の周りに制御コイル８１０を配設することにより、構成８００はより効率的なパワーの使用を実現し、これは、本発明のラッチ組立体が衛星搭載された光スイッチとして使用される場合に特に望ましくなり得る。
【００２７】
図２１は、回転子の振動を最小に抑えることによってシステム障害を小さくするのを助けるために本発明のスイッチ組立体上に配備されることがある減衰システム９００の断面図である。システム９００は、第１の端部９０４および第２の端部９０６を有する磁気回路９０２を含む。両側の端部において第１の磁石９１０および第２の磁石９１２が備えられた回転子（例えば釣合いおもり）９０８の一部（例えば釣合いおもり）が、端部９０４と９０６の間に配設される。回転子が第１のラッチ位置にあるとき、磁石９１０は端部９０４の近傍にあり、回転子が第２のラッチ位置にあるとき、磁石９１２は端部９０６の近傍にある。フィードバック回路制御器９１４が、第１の端部９０４および第２の端部９０６それぞれの近傍の回路９０２上に配設された、第１の制御コイル９１６および第２の制御コイル９１８に電気的に接続される。フィードバック回路制御器９１４は、端部９０４と９０６の間における釣合いおもり９０８の配設を監視してよく知られた方法で回転子速度を決定し、回転子の配設および速度に関連してコイル９１６および９１８に供給される電流を調整する。端部９０４および９０６が磁石９１０および９１２それぞれに逆らうおよび／または引き付け合う方法を制御することにより、フィードバック回路制御器９１４はさらに、ラッチ位置方向に回転子を磁気的に付勢することができ、それによって回転子の振動を最小に抑えることができる。
【００２８】
上記の詳細な説明では少なくとも１つの例示的実施形態が提示されてきたが、多くのバリエーションが存在することを理解されたい。また、１つの例示的実施形態または複数の例示的実施形態は、単に例であり、いかなる方法においても本発明の範囲、適用性、または構成を限定するものではないことも理解されたい。どちらかと言えば、上記の詳細な説明は、１つの例示的実施形態または複数の例示的実施形態を実施するための好都合な指針を当業者に提供するであろう。添付の特許請求の範囲およびその法的均等物に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成に様々な変更が加えられてよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による、第１のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体を図示する等角図である。
【図２】本発明による、第２のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体を図示する等角図である。
【図３】第１のラッチ位置における図１および図２に示された組立体の機能上の上面図である。
【図４】中間回転位置における図１および図２に示された組立体の機能上の上面図である。
【図５】第２のラッチ位置における図１および図２に示された組立体の機能上の上面図である。
【図６】本発明による、第１のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である
【図７】本発明による、中間回転位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である。
【図８】本発明による、第２のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である。
【図９】本発明による、第１のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である
【図１０】本発明による、中間回転位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である。
【図１１】本発明による、第２のラッチ位置にある磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である。
【図１２】本発明による、磁気ラッチ組立体の機能上の上面図である。
【図１３】本発明の例示的実施形態による、磁気ラッチ組立体の上面図である。
【図１４】本発明の例示的実施形態による、磁気ラッチ組立体の等角図である。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、磁気ラッチ組立体の等角断面図である。
【図１６】本発明の例示的かつ好ましい実施形態による、磁気ラッチ組立体の等角図である。
【図１７】本発明の例示的かつ好ましい実施形態による、磁気ラッチ組立体の等角断面図である。
【図１８】本発明の例示的かつ好ましい実施形態による、磁気ラッチ組立体の分解図である。
【図１９】本発明による、第１のラッチ構成の断面図である。
【図２０】本発明による、第２のラッチ構成の断面図である。
【図２１】システム障害を最小に抑えるのを助けるために本発明のスイッチ組立体に配備されることがある減衰システムの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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