(57)【要約】  主磁界を発生するようにされたステータ（２４）と、ステータで発生した主磁界と相互作用するようにされかつステータに対して可動であるロータ（３０）とを有する電機（１８）用の磁界変更組立体（１０）が提供される。本磁界変更組立体は、主磁界を変更する補助磁界を発生するようにステータに対して調整可能に位置決めできるよう構成した補助磁界発生磁石（１４）を有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用するようにされる。【選択図】      図３
2007529188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁界を発生するようにされた磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置を備える磁界変更組立体とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用することを特徴とする電機。
【請求項２】
主磁界を発生するようにされた主磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用することを特徴とする電機用磁界変更組立体。
【請求項３】
アーマチュア部材が回転、往復又は直線運動できるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発明。
【請求項４】
電機がモーターであり、出力特性がアーマチュア部材の目標とする運動速度又はトルクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項５】
モーターがＤＣ又はＡＣモーター、或いはＤＣ又はＡＣソレノイドモーターであることを特徴とする請求項４に記載の発明。
【請求項６】
電機が発電機又は交流発電機であり、出力特性がアーマチュア部材からの目標とする出力電圧又は電力であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項７】
電機が、上記主磁界発生部材及び上記アーマチュア部材を備えたモーターと、駆動されるように上記アーマチュア部材に結合される発電機／交流発電機とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項８】
主磁界発生部材が少なくとも１つの電磁石及び／又は少なくとも１つの永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明。
【請求項９】
電機が、磁気コアに巻かれたコイルとして形成した主磁界発生部材と、磁気コアに対して可動であるロッド又はレバーとして形成した可動アーマチュア部材を有するソレノイドアクチュエーターであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１０】
ロッドが直線方向に又は振り子形態で可動であるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の発明。
【請求項１１】
磁界変更組立体が、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材を収容するチャンバーに形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１２】
上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材が上記磁界変更組立体を収容する凹部を備えることができることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１３】
補助磁界発生装置が、チャンバー／凹部に向ってほぼ半径方向に上記補助磁界を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発明。
【請求項１４】
磁界変更部材がコイル又はコアの近くに配置されていることを特徴とする請求項９に記載の発明。
【請求項１５】
磁界変更部材がコイル又はコアに対して選択的に位置できるように構成されていること特徴とする請求項１４に記載の発明。
【請求項１６】
磁界変更組立体及び／又は上記電機が上記変更した磁界の強さを制御可能に変更するために調節可能に位置決めできるように構成されていること特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の発明。
【請求項１７】
磁界変更組立体が上記補助磁界発生装置を支持するように構成した本体部材を備え、上記補助磁界発生装置が主磁界の強さを変更するため上記補助磁界を発生するように構成した１つ以上の補助永久磁石を備え、また本体部材が、主磁界発生部材に対して補助磁界発生装置の位置を調整できるように、調整可能に位置決めできるように構成されていること特徴とする請求項１６に記載の発明。
【請求項１８】
本体部材が、各々少なくとも１つの補助磁界発生部材を支持する複数のセクションで形成され、これらのセクションが伸縮自在に位置決めできること特徴とする請求項１７に記載の発明。
【請求項１９】
アーマチュア部材が主磁界発生部材の近くの画定領域内にある時に、電源と上記主磁界発生部材との間に電流通路を形成するように構成したスイッチング部材を磁界変更組立体が備えていることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載の発明。
【請求項２０】
アーマチュア部材が、主磁界発生部材に上記電流通路を形成するために上記スイッチング部材を切り換える電流を発生させるように上記領域内に動くことができるようにされた１つ以上の別の永久磁石を備え、それにより主磁界発生部材が上記主磁界を発生することを特徴とする請求項１９に記載の発明。
【請求項２１】
補助磁界発生装置が、アーマチュア部材の少なくとも一端部に固定された１つ以上の永久磁石を備え、１つ以上の永久磁石における衝撃力により、主磁界発生部材に上記主磁界を発生させて上記アーマチュア部材を振動させるように構成されることを特徴とする請求項１９に記載の発明。
【請求項２２】
補助磁界発生装置が、アレイに構成した少なくとも一対の補助永久磁石を備え、そしてアレイにおいて各対の補助永久磁石がそれらの反対磁極を対向関係にして構成されることを特徴とする請求項１〜２１の何れか一項に記載の発明。
【請求項２３】
アレイが、磁極を対向させて複数の群に配列した上記対の補助永久磁石の１つ以上の列を備え、１つの群のＮ極が別の群のＳ極に対向するようにされていることを特徴とする請求項２２に記載の発明。
【請求項２４】
本体部材が内部に上記チャンバーを備え、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材がチャンバー内に支持されていることを特徴とする請求項１１に記載の発明。
【請求項２５】
磁界変更組立体が、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材を支持する支持要素を備え、支持要素が主磁界を変更するように本体部材に対して位置決めできることを特徴とする請求項２４に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界の強さを変更する磁界変更組立体を有する電機に関する。
本発明はまた電機に後付する磁界変更組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電機は、通常、モーターとして動作する際には電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するのに用いられ、また発電機として動作する際には機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するのに用いられる。これらの電機は一般的には、電流搬送導体を備えたアーマチュア部材と、アーマチュア部材と相互作用する磁界を加えるように構成した磁界発生部材とを有している。アーマチュア部材は磁界発生部材に対して可動である。磁界発生部材に対して直線状に動くように構成したアーマチュアを備えた電機は直線電機と呼ばれ、また磁界発生部材に対して回転可能に動くように構成したアーマチュアを備えた電機は回転電機と呼ばれている。電界発生部材は少なくとも１つの永久磁石及び／又は少なくとも１つの電磁石で構成され得る。本明細書で用いる電機は、発電機又はモーターとして動作する直線電機と回転電機との両方を包含するものである。
【０００３】
一般に、発電機の出力は出力電圧及び／又は電力によって測定され、そして出力は可動部材の速度と共に変化し得る。そのため、発電機は所望の出力を発電する速度で可動部材を動かさせる駆動手段に結合されなければならない。駆動手段は、電動機のような電気的装置又は内燃機械のような機械的装置であってもよい。発電機から可変出力を得るためには、駆動手段の速度は調整できなければならない。このように駆動手段は購入するのに高価であり、且つ維持するのも経費がかかる。
【０００４】
モーターの出力性能は、アーマチュア部材の導体に流す電流及び／又は電圧を変更することによって、或いは磁界発生部材からの磁界を変更することによって通常変えられる速度及び／又はトルクで測定される。アーマチュア部材の導体に流す電流及び／又は電圧を変更するのには代表的には電気又は電子スイッチ及び／又は変換器が用いられる。磁界発生部材が少なくとも１つの電磁石で構成される場合には、磁界はその電磁石に流す電流及び／又は電圧を変更することによって変更することができる。これらスイッチ及び変換器は電動機の製造に実質的なコストが加わり、しかもかかる電動機はしばしばメンテナンスをする必要がある。
【０００５】
磁界発生部材が少なくとも１つの永久磁石から成る場合には、１つ又は複数の永久磁石の保磁力は時間が経過すると低下し、要求された機械性能を維持するためには磁石の交換が必要となる。磁石の交換は、費用がかかりかつ機械を実質的な時間にわたって機能させなくする必要がある。
【０００６】
電機に用いられる材料の磁気的及び電気的特性は不変ではない。従って、製造上の誤差からのずれ及び／又は所与機械の材料の規格からのずれの発生は、設計規格に合わない電機の相当な割合を占めている。しばしば、製造された機械のうち設計規格に合わないものはリコールされ、交換される必要があり、かかる作業は製造業者にとってもユーザーにとっても費用がかかることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の欠点を１つ以上軽減する又は少なくともある一定のレベルまで低減するように構成した磁界変更組立体を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、先行技術の欠点の一つ以上を実質的に軽減する又はある一定のレベルまで低減するように構成した磁界変更組立体を有する電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明の一つの特徴において、本発明は、主磁界を発生するようにされた磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置を備える磁界変更組立体とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用するように構成した電機にある。
【００１０】
本発明の別の特徴において、本発明は、主磁界を発生するようにされた主磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用するように構成した電機用磁界変更組立体にある。
【００１１】
アーマチュア部材は回転、往復又は直線運動できるように構成され得る。
【００１２】
１つの形態では、電機はモーターであり、出力特性はアーマチュア部材の目標とする運動速度又はトルクである。別の形態では、電機は発電機又は交流発電機であり、出力特性はアーマチュア部材からの目標とする出力電圧又は電力である。さらに別の形態では、電機は、上記主磁界発生部材及び上記アーマチュア部材を備えたモーターと、駆動されるように上記アーマチュア部材に結合される発電機／交流発電機とを含む。モーターはＤＣ又はＡＣモーター、或いはＤＣ又はＡＣソレノイドモーターであり得る。
【００１３】
主磁界発生部材は、少なくとも１つの電磁石及び／又は少なくとも１つの永久磁石で構成され得る。
【００１４】
１つの形態では、電機は、磁気コアに巻かれたコイルとして形成した主磁界発生部材と、磁気コアに対して可動であるロッド又はレバーとして形成した可動アーマチュア部材を有するソレノイドアクチュエーターである。ロッドは直線方向に又は振り子形態で可動であり得る。
【００１５】
磁界変更組立体は、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材を収容するチャンバーに形成され得る。代わりに、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材は上記磁界変更組立体を収容する凹部を備え得る。好ましくは、補助磁界発生装置は、チャンバー／凹部に向ってほぼ半径方向に上記補助磁界を発生するように構成される。
【００１６】
電機がソレノイドアクチュエーターである場合、磁界変更部材はコイル又はコアの近くに配置され得る。好ましくは、磁界変更部材はコイル又はコアに対して選択的に位置できる。
【００１７】
また好ましくは、磁界変更組立体又は上記電機は上記変更した磁界の強さを制御可能に変更するために調節可能に位置決めできる。
【００１８】
好ましくは、磁界変更組立体は上記補助磁界発生装置を支持するように構成した本体部材を備えている。上記補助磁界発生装置は主磁界の強さを変更するため上記補助磁界を発生するように構成した１つ以上の補助永久磁石を備えることができる。
【００１９】
本体部材は、主磁界発生部材に対して補助磁界発生装置の位置を調整できるように調整可能に位置決めできるように構成され得る。好ましい形態では、本体部材は各々少なくとも１つの補助磁界発生部材を支持する複数のセクションで形成され、これらのセクションは伸縮自在に位置決めできる。
【００２０】
磁界変更組立体は、アーマチュア部材が主磁界発生部材の近くの画定領域内にある時に、電源と上記主磁界発生部材との間に電流通路を形成するように構成したスイッチング部材を備え得る。
【００２１】
アーマチュア部材は、主磁界発生部材に上記電流通路を形成するために上記スイッチング部材を切り換える電流を発生させるように上記領域内に動くことができるようにされた１つ以上の別の永久磁石を備え、それにより主磁界発生部材が上記主磁界を発生するようにされ得る。代わりに、補助磁界発生装置は、アーマチュア部材の少なくとも一端部に固定された１つ以上の永久磁石を備えてもよく、１つ以上の永久磁石における衝撃力により、主磁界発生部材に上記主磁界を発生させて上記アーマチュア部材を振動させるように構成され得る。
【００２２】
好ましくは、補助磁界発生装置は、アレイに構成した少なくとも一対の補助永久磁石を備えている。一層好ましくは、アレイにおいて各対の補助永久磁石はそれらの反対磁極を対向関係にして構成される。アレイは、磁極を対向させて複数の群に配列した上記対の補助永久磁石の１つ以上の列を備え、１つの群のＮ極が別の群のＳ極に対向するようにされ得る。
【００２３】
本体部材は、内部に上記チャンバーを備え得、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材はチャンバー内に支持されている。好ましくは、磁界変更組立体は、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材を支持する支持要素を備え、支持要素は主磁界を変更するように本体部材に対して位置決めできる。
【００２４】
本発明を容易に理解できかつ実施できるようにするために、以下、本発明の非限定実施形態を例示している添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の電機の理解を助けるために、図１に回路を示す簡単なＤＣ永久磁石モーター１００に関しての幾つかの情報を提供するのが有効であると考えられる。図示モーターは、永久磁石を備えたステータと、コイルを備えたアーマチュアとを有している。整流子１０２はコイルの端部に接続するようにされ、そしてＤＣ電源Ｖａｐｐｌｉｅｄに接続したブラシ１０４は整流子の一定の間隔のセグメントに配列されている。モーターが回転すると、整流子セグメントは回る。従ってコイルに流れる電流の向きは周期的に反転する。それにより、永久磁石の磁界とコイルに流れる電流との相互作用により、アーマチュアは回転し続ける。
【００２６】
ＤＣモーターの回転速度は通常、モーターのコイルに流れる電流及び電圧並びにモーターの負荷又は制動トルクの組合せに依存している。ＤＣモーターの回転速度は普通、モーターの巻線に置けるタップを用いること又は可変電圧源を設けることによって電圧又は電流の流れを変えることで制御される。この形式のモーターは低速時に非常に高いトルクを発生するので、しばしば牽引の応用に用いられる。
【００２７】
典型的なＤＣ機械のステータ磁界は、界磁巻線に流れる直流よって励磁される偶数の磁極及び／又は永久ステータ磁界を備えている。アーマチュアロータは、スロット内に埋め込まれ整流子のセグメントに接続された活性導体を担持する円筒状鉄心から成っている。直流電流は整流子に設けた固定ブラシによってアーマチュアへ伝送されかつアーマチュアから伝送される。整流子は、アーマチュアが回転する際に導体に流れる電流の方向を切り換える。ステータ及びアーマチュア磁界は互いに非常に近接している。
【００２８】
ＤＣモーターの回転速度を制御する方法には通常三つの方法がある。これらの方法は磁界−電流制御、アーマチュア抵抗制御及びアーマチュア電圧制御である。
【００２９】
モーターの回転速度は下記のモーターの式及び伝達関数で与えられる。
Ｖａ＝印加電圧                                Ｖｂ＝誘導逆起電力
Ｉｏ＝モーターの電流                          Ｔ＝モーターの出力トルク
Ｌ＝アーマチュア巻線のインダクタンス    ω＝モーターの出力回転速度
Ｒ＝アーマチュアの抵抗
これらの変数間の電気的関係は次式で与えられる。
2007529188.tif 000003
ここでＶｂ、内部で発生した電圧、はモーターの出力回転速度ωに比例し、そして次式で与えられる。
2007529188.tif 000004
【００３０】
モーターの逆起電力定数Ｋｂは、ロータの走行中に発生した単位速度当りの電圧の測定値である。Ｋｂの大きさ及び極性は軸の角速度ω及び回転方向のそれぞれ関数である。
【００３１】
上記の式を組み合わせると次式が得られる。
2007529188.tif 000005
この式はＤＣモーターの電気的式として知られている。
【００３２】
モーターの動的式は次式で表される。
2007529188.tif 000006
ここでＫｔはモーターによって発生した単位電流当りのトルクの測定値であるモータートルク定数である。永久磁石ＤＣモーターの場合には、トルクはモーター電流の一次関数である。
【００３３】
以下の項目はモーターの機械的特性を決める（ただしモーターの負荷はこの説明では無視する）。
Ｊｏ：［モーターの慣性モーメント］
Ｔｆ：［モーターにおける一定の摩擦トルク；極性の関数］
Ｄ：［モーターの粘性摩擦（減衰）；モーターの速度及び極性の関数］
【００３４】
モーターで観察される対抗トルクは次式で表される。
2007529188.tif 000007
【００３５】
モーターが負荷に結合される場合、負荷の慣性モーメントはＪＬで表され、対抗負荷トルクはＴＬで表される。モーターの機械的特性を表す式は次のようになる。
2007529188.tif 000008
この式は、負荷自体が動的ではなく、そしてモーターの速度が負荷の速度と同じであると仮定している。
【００３６】
モーターの式から全ての負荷項は削除される。一次モーター伝達関数を形成するためにトルク摩擦Ｔｆは非一次項であり、同様に削除される。
【００３７】
印加電圧からモーター速度までの関係を表すモーター伝達関数を導き出すために、以下のように三つのモーターの式に対してラプラス変換が行われる。
2007529188.tif 000009
【００３８】
式（１．２．８）を式（１．２．９）に組込むと、電流の式が得られる。
2007529188.tif 000010
【００３９】
次に、式（１．２．１０）を式（１．２．７）に組込むと、次式が得られる。
2007529188.tif 000011
また相応した伝達関数は次式で表される。
2007529188.tif 000012
【００４０】
鉄心永久磁石ＤＣモーターの伝達関数は、下記の特性式のルート（平方根）を評価することによって決めることのできる二つの実、負極を備えている。
2007529188.tif 000013
モーターの伝達関数はτ１及びτ２を用いて時定数形態で書くことができる。
2007529188.tif 000014
ここで、時定数は、
2007529188.tif 000015
によって式（１．２．１３）の極に関連される。
【００４１】
モーターのパラメータの特定を容易にするため、式（１．２．１３）の極に関して幾つかの観察がなされ得る。殆どの永久磁石ＤＣモーターの場合には、インダクタンスＬは小さく、粘性減衰は無視できる。これら二つの項がゼロであるとすると、伝達関数は、一つの時定数τ１をもつ一次系（ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ−ｓｙｓｔｅｍ）として作られ得る。これらの簡単化仮定を行う適用性は明らかとなる。しかし、モーター（ｓｅｃｏｎｄ−ｏｒｄｅｒ）の伝達関数は二次のままである。
【００４２】
式（１．２．１３）の極は次式から計算される。
2007529188.tif 000016
【００４３】
殆どのＤＣモーターでは、インダクタンスＬ及び粘性減衰Ｄの値は、式（１．２．１６）における他の項に対して小さい。それらの積
2007529188.tif 000017
は常に、ゼロより大きいラジカル及び従って負の実である極のもとでの項を形成する。
2007529188.tif 000018
が式（１．２．１６）における極を
2007529188.tif 000019
又は
2007529188.tif 000020
及び
2007529188.tif 000021
又は
2007529188.tif 000022
に低減できると仮定する。
【００４４】
式（１．２．１５）を用いることによって、機械的および電気的時定数はモーターのパラメータの項で記載され得る。
2007529188.tif 000023
又は
2007529188.tif 000024
【００４５】
モーター系は、時定数を形成する項としてτｍ及びτｅを同定する。粘性減衰（Ｄ）及び非線形摩擦（Ｔｆ）の項は式（１．２．１９）により同定される必要があり、そして式（１．２．２０）は単に、τｍ＞１０Ｔｅの場合に適用でき、またモーターのインダクタンスＬは相対的に小さな数である。
【００４６】
磁束が界磁電流と共に線形に増大すると仮定することにより、速度はアーマチュア電圧に正比例し、かつ界磁電流に逆比例する。
【００４７】
インダクション界磁電流制御の場合、ＤＣ界磁電流は、調整可能な一連の抵抗か又はパルス幅変調による定供給電圧を用いて制御され得る。
【００４８】
ＤＣモーターのアーマチュア抵抗制御によりアーマチュア電圧は低減され、その結果速度は  低減される。この方法の重大な欠点は抵抗における電気損失である。その結果、効率は制限され、定格速度のＸ％におけるモーターの走行は結果としてＸ％効率未満となる。
【００４９】
アーマチュア電圧制御は、ＤＣモーターの速度制御に最も普通に用いられる形態である。これは、ＤＣ電源の連続した変動を用いて実行され、速度はＤＣ電圧にほぼ比例する。パルス幅変調はアーマチュア電圧制御のために用いられ得、そしてＤＣモーターのトルク制御はアーマチュア電流を制御することにより達成され得る。
【００５０】
代表的な線形電機はインダクタで構成されたソレノイド１０６であり、このソレノイド１０６は透磁性であり得る円筒状又は環状コアに巻かれたワイヤのらせん巻線１０８を備えている。電流がワイヤに流れる時に、コアの内側に強力な電磁界１１０が発生され、図２に示すようにコアの端部から外方へ発散している。
【００５１】
電力の遮断に対するソレノイドの機械的変換は、巻線のコア内に部分的に強磁性ロッドを配置することによって行われ、上記巻線が付勢される際に強磁性コア又はロッドは動かされる。それによりロッドは、直線の動きにおける結果としての電磁界によってソレノイド内へ又はソレノイド外へさらに引かれる。ソレノイドは、遠隔の場所で大きな機械的作用を行うことのできるレバー又はモーメントアームを作動させる運動力を加えるのに用いられ得る。
【００５２】
ソレノイドアーマチュアの力、速度及び方向として定義されるソレノイドアクチュエータの所望の制御可能な出力特性を得る方法は通常の設計によって制限され、それにより、そのような制御ベクトルは、付勢されたソレノイドによって発生した電磁界の強さの値に関係し、この電磁界の強さは次式で表される。
Ｂ＝ｕ０ｎＩ
ここでＢは磁界の強さであり、ｕ０は自由空間の透磁率であり、ｎは単位長さ当りのワイヤの巻回数であり、またＩはワイヤに流れる電流である。
【００５３】
半径αの長さの有限な円筒状ソレノイドの場合、磁界は次式でｃ．ｇ．ｓ単位系で表される。
Ｂ＝（４πＩＮ／ｃ）ｚ１
ここでｃは光速であり、ｚはソレノイドの軸線に沿った単位ベクトルであり、そして磁束は次式で表され、
2007529188.tif 000025
またソレノイドの磁界の値は次式で与えられる。
2007529188.tif 000026
【００５４】
Ｂ＝ｕ０ｎＩの式及び導関数はアンペアＩが増大すると、磁界の強さＢが増大されることを表している。しかし、この方法はソレノイドに掛ける電圧を増大させる必要があり、それにより一層多くの熱が発生されることになり、巻線のワイヤの固有抵抗によってエネルギーの消耗が生じることになる。
【００５５】
Ｂを増大する別の方法はｎを増大させることにある。しかし、特定の寸法のソレノイドでは、この増大は単に、コアに一層密に巻かれた巻回を巻くように比較的線径の細いワイヤを用いることによって達成できるだけである。その結果、抵抗が増大し、所与電流に対して要求された電圧が増大すると共に、ワイヤの抵抗のために発生する熱も増大する。
【００５６】
ｎを増大させる別の方法は、ワイヤを幾つかの層に巻くことにある。これは、ワイヤの抵抗をさらに増大させることになり、絶縁の問題が加わり、さらにはソレノイドの長さと直径との比が減少することになる。
【００５７】
出力特性に影響するソレノイドアーマチュアの力ベクトル及び速度の大きさを変更するために磁界の強さＢを弱めるには、上記の全てのパラメータは逆にされる。
【００５８】
典型的なソレノイドで発生した磁力は電子のような荷電粒子の運動によって生じられる。運動する電荷は磁界の存在において加速し、電荷により速度及び走行方向が変えられる。
【００５９】
次に、図３に示す磁界変更組立体１０の実施形態を参照すると、磁界変更組立体１０は本体部材１２を有し、本体部材１２は二組の棒状永久磁石１４のアレイを支持するようにされ、二階層の棒状永久磁石１４はスペーサ１５で分離されている。図４及び図６に明瞭に示されているように、階層１、２における永久磁石１４はチャンバー１６の回りに間隔を置いて配列され、チャンバー１６内にはモーター１８が挿置されることになる。永久磁石は、反対極を互いに対向させて対に構成され、対向極はチャンバー１６に隣接して位置決めされる。図示実施形態において、Ｎ極が対向している永久磁石１４は一つのグループであり、Ｓ極が対向している他の永久磁石１４は第２のグループである。これらの永久磁石１４はチャンバー１６内に補助磁界を発生する。安定性を得るために、本体部材１２は比較的大きな基部２０を備えている。
【００６０】
モーター１８は、図３に示すように、取付けプレート２２に固定され、それでモーター１８はチャンバー１６内に支持され得る。取付けプレートにはインデックス付の指示部（図示していない）が設けられ、それで本体部材１２に対する所望の位置を容易に決めることができる。この実施形態において、取付けプレート２２は、モーター１８の主磁界を変更するために本体部材１２に対して回転できるように構成されている。
【００６１】
再び図４を参照すると、モーター１８は、二つの円弧状に形成された永久磁石２６、２８を備えた永久磁石ステータ２４、及び永久磁石２６、２８間に存在する主磁界内に位置決めされたロータ３０を有している。ロータ３０は、コイル３２と、コイル３２に電流を供給するためのセグメント型整流子３４とを備えている。モーター１８が図３に示すようにチャンバー１６内に位置決めされると、永久磁石２６、２８から出でくる主磁界は、補助永久磁石１４からの補助磁界を重ね合わせることにより変更される。変更された主磁界の強さは、補助永久磁石１４に対してモーター１８の位置を変えることによって変更され得る。図示実施形態において、このような磁界の強さの変更は取付けプレート２２を回転することによって行われる。
【００６２】
図５を参照すると、モーター１８はアダプター３６を有し、アダプター３６はモーター軸３８に固定されている。アダプター３６はモーター１８を発電機４０に結合するためのものであり、それでモーター１８は発電機４０を駆動して出力電圧を発生させることができる。図７及び図８に示すように、発電機４０は、取付けプレート２２上に配置されるか又は取付けプレート２２に固定される円錐状取付けスタンド４２に固定されている。発電機４０は、モーター１８におけるものと同様なステータにおける永久磁石４６、４８及びロータ４１におけるコイル５０を有している。コイル５０はセグメント型整流子すなわち出力端子５２、５４に接続されたブラシと接触するように構成されるスリップリングに接続される。
【００６３】
図９には、小型の形態の発電機４０を駆動するように結合されたモーター１８の小型の形態を示している。発電機４０の二つの形態の詳細については図１０に示されている。Ｚ−Ｚに沿った断面図は整流子５６及びブラシ５８を示し、ブラシ５８は端子５２、５４に接続される。
【００６４】
チャンバー１６内のモーター１８の出力速度及び／又はトルクは、磁界変更組立体１０に対して取付けプレート２２を回転することによって変えることができる。モーター１８が発電機４０に結合される場合、モーター１８の速度を変更することにより、発電機４０の出力電圧が変化する。図１１のグラフは、磁界変更組立体１０のチャンバー１６内に位置決めされるモーターに結合した発電機の出力を示している。図１２は、参照番号“１”における入力電力、出力電力および回転速度の測定値が取られた際の本体部材１２及びモーター１８の位置を示す。モーター１８は４５度のステップで時計回り方向に漸次動かされ、そして参照番号“２”〜“８”における測定値は上記ステップで取られたものである。グラフからわかるように、出力電力は、モーター１８が参照番号“４”に相応した位置にある時に１０８ジュール／秒で最も高く、また出力電力は、モーター１８が参照番号“５”に相応した位置にある時に０．３ジュール／秒で最も低い。しかし、モーターの速度は、モーター１８が参照番号“５”に相応した位置にある時に１１５３２ＲＰＭで最も高い。
【００６５】
図１３のグラフは、モーター１８が発電機４０に結合されなく、また参照番号“１”の場合の本体部材１２とモーター１８の相対位置が前節で説明した通りである時のモーター１８の測定した速度を示している。グラフに見られるように、モーター１８が参照番号“４”に相応した位置より僅かに前進した参照番号“５”に相応した位置にある時に８０６００ＲＰＭで最高速度となっている。参照番号“６”は参照番号“４”に相応した位置より４５度前進した位置に相応している。参照番号“７”及び参照番号“８”は、関連した前の位置から２２．５度のステップでモーター１８の位置に相応している。
【００６６】
図１４には、ＤＣ電気モーター１８内の磁界６０を示している。モーター１８は、上記したように永久ステータ磁石２６、２８及びアーマチュアコイル３２を有している。またモーター１８はモーターケーシング６２も有している。磁界６０は複数の線で表わされている。ある一定の逆起電力放射６４はケーシング６２を貫通して磁界６０と相互作用する。図１５はオシロスコープグラフであり、チャンネル１における電源電圧及びチャンネル２におけるモーターの端子電圧が示されている。グラフに見られるように、測定電圧は１６．４Ｖ及び１３．１Ｖ  ＲＭＳを示している。図１６に示すように、モーター１４は、本発明による組立体１０の実施形態のチャンバー１６内に配置されている。組立体１０の補助磁界６６は、重ね合わせにより主磁界６０と反応し、それにより主磁界６０をゆがめる。結果としての磁界は２６．７Ｖ  ＲＭＳを発生する（図１７参照）。モーター１８と本体部材１２との相対位置が図１８に示す位置にある時、測定電圧は図１９に示すように変化する。
【００６７】
図２０の確率グラフは、オーストラリア国で容易に利用できる特殊なＤＣ永久磁石モーター（Ｄｉｃｋ  Ｓｍｉｔｈ  ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．Ｐ９００４）の動作パラメータを示している。図２１に示すように、組立体１０のチャンバー１６内にモーターを挿置した際の動作パラメータは実質的に変化する。
【００６８】
図２２及び図２３には、本体部材１２が１８０度前進した時の結果としての磁界の変化を示している。図２４には、Ｐ９００４モーター自体及び組立体１０との静的アーマチュア抵抗を示している。
【００６９】
図２５には、本体部材１２に単一補助永久磁石１４を固定した組立体１０の実施形態を示している。図２６には、本体部材１２にかつそのまわりに三つの等間隔の補助永久磁石１４を固定した組立体１０の別の実施形態を示している。図２７には代わりの組立体１０を示し、磁石１４は本体部材１２の円弧部に固定されている。
【００７０】
図２８には、図示したソレノイドアクチュエーター７０のような線形電機の出力特性を選択的に変えるように構成した磁界変更組立体１０の一つの実施形態を示している。出力特性は速度、加速度及び力であり得る。磁界変更組立体１０は、逆Ｕ字型取付け部材７２を備えた本体部材１２を有し、逆Ｕ字型取付け部材７２に保持ブラケット７４が固定されている。保持ブラケット７４はリング磁石７６を担持している。ソレノイドアクチュエーター７０は、逆Ｕ字型取付け部材７２内のスペース又はチャンバー７８に配置されている。ソレノイドアクチュエーター７０は円筒状部材８０を備え、この円筒状部材８０はソレノイドコイル８６を収容するように構成され、そしてそれの開放端部を通って強磁性アクチュエーターロッド８４がのびている。円筒状部材８０はねじ８２によって逆Ｕ字型取付け部材７２に固定されている。ねじ８２はソレノイドアクチュエーターの軸線方向に沿った磁石７６の位置を調整するのに用いられる。このようにして、ソレノイドアクチュエーター７０の強磁性ロッド８４に作用する磁力は、ソレノイド磁界に二次的磁界を重ね合わせることにより付勢コイル８６によって発生した主電磁界ベクトルを変更することによって調整され得、それにより、製造した線形電機の出力性能の係数及び出力特性を最適化する。
【００７１】
この実施形態における逆Ｕ字型取付け部材７２は、透磁性の低い材料で構成される。
【００７２】
図２９には組立体１０の第２の実施形態を示している。この組立体１０は二つの補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂを備えており、これらの補助永久磁石７６Ａ、７６ＢはＵ字型部材に取付けられ、そして軸線方向に沿って個々に調整可能である。図３０には第３の実施形態を示し、組立体１０は単一の調整可能な永久磁石７６Ｂを備え、取付け体はＬ字型部材７２Ａである。
【００７３】
組立体１０は、強磁性ロッド８４を振り子式に往復動させるように構成したソレノイドアクチュエーター７０の主磁界を変更するのに用いられ得る。図３１には、往復動ソレノイドアクチュエーター７０に対する組立体１０の第４の実施形態を示している。アクチュエーター７０の円筒状部材８０は円錐形開放端部８１を備え、ロッド８４はこの開放端部８１に位置決めされたボール型端部を備え、それにより玉回り継手を形成している。ロッド８４の反対の端部は補助永久磁石７６Ｃを担持している。コイル８６が付勢されると、ロッド８４は玉回り継手のまわりで揺動するようにされる。コイル８６で発生した磁束は補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂのそれぞれの位置を調整することにより変更され得る。
【００７４】
図３２には、Ａｎｄｒｅｗｓの米国特許第３，７８３，５５０号に記載された電動機を断面図で示している。この先行技術のモーターはアーマチュアロッド８４を備え、その自由端部には永久磁石８５が取り付けられている。ロッド８４の他端部は支持体に回動自在に接続される。従ってロッド８４は回動軸のまわりで振り子式に揺動できる。強磁性コア７１に巻かれたらせん状コイルを備えたソレノイドアクチュエーター７０は、磁石８５の磁束と付勢コイル８６で発生された電界との相互作用を通してロッド８４を加速するために設けられる。ＤＣ電源８７からコイル８６への電流を切り替えるのにトランジスタスイッチＱ１が用いられている。このトランジスタスイッチＱ１のベースはコイル８６の一端部に接続され、コレクターは電源端子に接続され、又エミッターはコイルのタップに接続されている。電源８７の他の電源端子はコイルの他端部に接続されている。コイルは、インダクタＬ１、瞬時電磁パルスを加える内側コイル、及びインダクタＬ２、外部補助永久磁界の磁束変動を感知するのに使用した外側ピックアップコイルを形成し、それにより、かかる変動は磁束変動の頻度に比例してトランジスタを瞬時に導通させる発生電圧を誘起する。インダクタコイルＬ１、Ｌ２の近接に対して距離の変化ししかも周期的に動く永久磁石８５は、トランジスタを周期的にスイッチングし、インダクタＬ１を付勢して磁石８５を変位させる瞬時磁界パルスを供給させる。コイル８６によって発生される電磁界は固定される。このようにして、ロッド８５における磁気反作用も変化しない。トランジスタＱ１は、ロッド８４及び従って磁石８５が静止しているか又は磁石８５の磁界によりトランジスタをスイッチングするのに十分な電流をコイル７０に生じさせ得る距離の外側にある場合には、スイッチングしない。
【００７５】
出力特性を制御し、ソレノイド電磁界の影響の近くに及び実際に使用できる程度に近接して永久磁石又は永久磁石のアレイを拘束し位置決めする方法及び装置によって先行米国特許第３，７８３，５５０号に記載されたようなソレノイド回路から選択的エネルギー変換を得る選択的方法が提案され、それにより、静止永久磁石は、上記のソレノイド磁気回路において永久磁界を重ね合わせ、上記の静止補助磁石は、補助磁石を保持する調整可能な取付けによってソレノイド電磁界の強さ又は極性の大きさ及び方向を調節するために設けられ、上記補助磁石の近接は予定の場所に設定され、そしてソレノイド及びコア組立体に対して距離設定され得る。それにより、インダクタコイルＬ１の付勢の瞬時に、主磁界は発生され、そしてソレノイドコイルに近接した静止永久磁石によって生じた補助磁界と当たり、それによって、主磁界と補助磁界との磁気反作用により、永久磁気基材の分子配列を変位させ、さらに補助磁石及びインダクタコイルが空間において物理的に動かないように機械的に保持されているために、付勢インダクタコイル金属基材の分子配列を変位させる。
【００７６】
補助磁界及びソレノイドコイルによって発生した電磁パルスと関連した主磁界のかかる組合せは、磁界を互いにゆがめるようにされ、このような磁界を作る分子双極子磁区整列の磁気誘導によってソレノイド出力特性を変動させる。
【００７７】
図３３には、ソレノイドアクチュエーター７０に対する組立体１０の第５の実施形態を示している。この組立体１０は補助磁石７６Ａ、７６Ｂを保持するように構成した取付けブラケット１２を有し、補助磁石７６Ａ、７６Ｂはソレノイド７０の最も近いそれぞれの端部である。この実施形態において組立体１０は上記ソレノイドの出力特性を変更する。磁界パルスは、典型的には強磁性コア７１を介して巡回され、そしてソレノイド内のスペースの透磁率を変更するために強磁性コアの端部に固定され保持された静止補助磁石７６Ａ、７６Ｂに運ばれ、選択的なエネルギー変換を得て、静止磁界による回路に補助磁界を重ね合わせることによって機械的振動として変換した電力及び電気出力によって仕事を行う。仕事のために有効な出力を得るために、本体部材１２に瞬時運動衝撃が加えられ得、それにより、かかる衝撃によって磁気基材分子を介して瞬時圧縮波が生じ、補助永久磁石および強磁性コア７１の磁気双極子磁区配列を瞬時に変える。それにより、分子双極子磁区によって発生した結果としての永久磁界線は、方向及び大きさにおいて変位するようにされ、そして動くインダクタコイルＬ２って感知される。インダクタＬ２に誘導された電流はトランジスタを導通させ、電流をインダクタコイルＬ１へ導き、それにより電磁パルスを発生させ、この電磁パルスは補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂに送られる。パルスは分子双極子磁区の更なる変位及び振動のためにフィードバックされ、そして機械的振動の音響共振周波数は、静止補助永久磁石と強磁性コアとソレノイドコイルとの周波数間に漠然と維持される。振動は、ソレノイド回路に供給された電位差がある限り、維持され、それによりＬ１電磁インパルスコイルはトランジスタによって変調され得、Ｌ２センサーコイルに電荷が誘導とされる。
【００７８】
コイルは、管状コア７１を包囲するワイヤ周回のらせん状ラップであるゆる巻線のある一定の巻回を備えることができる。これらのゆる巻回は、付勢時に、相応した磁気モーメントをもち、磁性引力で互いに磁気的に結合され、そして微視的かつ巨視的に相互方向に動く。電磁引力によって相互方向に空間的に動く平行巻回の増分周回によって動く距離は、管状コアのまわりに巻かれた巻線の張力に依存している。それにより、Ｌ２インダクタの付勢時及び静止補助磁石又は複数の補助磁石の磁界に対してＬ２センサーインダクタ巻線の動く時に、トランジスタが作動され、電流を流してインダクタＬ１を励磁させ、電磁インパルスを補助磁石に供給する。電磁パルス及び相応した往復動型補助磁石の磁界変動パルスはＬ２センサーインダクタで検出される。かかる往復動磁気パルス反作用は、Ｌ２センサーインダクタのものの間に生じ、補助永久磁石又は複数の補助永久磁石及びＬ１インパルスインダクタは典型的には強磁性コア及びスペースによって巡回される。
【００７９】
静止補助永久磁石、強磁性コア及びソレノイドコイルの間に生じる振動パルス型の磁気フィードバックにより、ソレノイド組立体及び磁界変更組立体から成る組立体本体を通して機械的振動の音響共振周波数が誘導される。このような振動は、一般的な組立体の物理的接触時に硬い物体に伝達され得、そして細かい粒子物質を搬送するのに用いられるプレート形態、管又はシュートのような硬い物体に高周波振動を与え、それにより、かかる音響機械的振動は、かかる硬い搬送形態の表面に係合した流動物質の摩擦抵抗及び凝集の率を低減する。
【００８０】
エネルギー変換はまた、パルス周波数変調ＤＣ電力として得られ、それにより周波数変調電力はＬ１インダクタインパルスコイル及びＬ２誘導センサーコイルからトラップされる。
【００８１】
ＤＣ電気入力のパルス周波数変調は、静止補助永久磁石、強磁性コア内に生じる分子双極子磁区の変位及び振動によって生じた発振パルス磁気フィードバックによって誘導される。これにより、インダクタセンサーコイルＬ２を励磁するように強磁性コアに取付けられた補助磁石に対して初期運動衝撃を与えた後ソレノイドコイル内の電流を変調する無線周波数調波をもつ音響周波数が誘導される。Ｌ２はトランジスタのゲートを付勢して、インパルスコイルＬ１に給電し、Ｌ１磁気インパルスは補助磁石にフィードバックし、衝撃的な衝撃力により打たれた時に、ソレノイド組立体及び磁界変更組立体の全体を通して最初に確立された自然（固有）共振周波数に比例してさらに分子振動を与える。さらに、パルス周波数変調は、インダクタコイルの長手方向軸線に垂直に位置する遠隔補助磁界の近接調整によって変えられ得、遠隔補助永久磁界は、コイル誘導活性化補助磁石と主電磁界との反作用を減衰したり強めたりするのに用いられ、上記の組立体は、所望の変調電圧及び電荷出力の増分周波数調整を得るためにＤＣ電気入力に適用されるべき調波電磁パルス周波数変調器としての機能によって定義される。
【００８２】
電荷出力のかかる増分パルス周波数調整は、上記の電機を包囲する磁界変更組立体に配置した可動補助磁石の調整によって得られ、それにより可動補助磁石は、近接調整可能な遠隔補助磁石に対して所望の出力周波数変調及び又は電位差が得られる時に、適当な機械的拘束によって選択的に位置決めされ固定され得る。図３４には第６の実施形態を示し、別の補助永久磁石７６Ｃは図３３に示す組立体１０の本体部材１２に固定される。別の補助永久磁石７６ＣはＬ字型部材１２Ａに保持され、Ｌ字型部材１２Ａはねじ１２Ｃによって本体部材１２に調整可能に固定される。さらに広い調整性を提供するために、本体部材１２は図３５に示すように二つの伸縮可能に調整できる本体部分によって構成され得る。
【００８３】
図３６〜図３８には、ソレノイドアクチュエーター７０を変更するための、組立体１０の幾つかの実施形態のそれぞれの変更磁束密度を示している。
【００８４】
従って、組立体１０はモーターの効率を改善し、標準モーター及び／又は発電機の速度及び出力を制御できる。組立体１０は、既存の電機で行われる範囲より広い範囲で、電機がモーターである場合には速度及び／又はトルク、或いは電機が発電機／交流発電機である場合には出力又はエネルギーのような所望の一つ又は複数の出力特性を得るために主磁界を変更するように既存の電機に容易に後付けできる。
【００８５】
こうして、組立体１０は、組立体の独立型磁界の極近くの範囲内で電子励起導体によって通常発生した不斉（非対称）主磁界の対称性又は非対称性を変更する又はゆがめるのに用いることができる。このような変更は主磁界に対して極性引力を作用させるように補助磁界を結合することによって主磁界の強さを高め、それによりかかる磁気結合は、反作用磁界を作用させる大きな磁束の集中、及び機械的な引取動力についての運動の共起固有の並進ベクトルによって大きな反作用を生じることになる。逆に、磁束の集中を低減させる極性斥力を作用させるように構成することもできる。
【００８６】
組立体は、電力引取に対して動力の適当な変換を得また一つは又は複数の主反作用磁界に一つは又は複数の補助永久磁界を重ね合わせることによって大きなエネルギー保存を行う主磁界反作用を強める。位置決めできることにより、一つ又は複数の極性配列を調整することによって主磁界反作用の影響及び調整を行うことができ、それにより、反作用する主磁界を強めたり弱めたりするために反作用する主磁界を対称又は非対称に交換させ、それにより、電動機に固有の回転運動構成要素の速度或いは電磁アクチュエータ又はソレノイドに固有の線形調和運動のような出力性能及び変換エネルギー制御の係数を実質的に改善する目的で、電機の電磁特性を変える。従って、組立体は、種々の仕事負荷を最適効率又はそれ以上で行う電磁機械の性能を選択的に調整できる。
【００８７】
単数又は複数の補助磁界は、電機が一定速度及び負荷定格で最適性能を発揮できるようにするため組立体に又は組立体の近くに収容される場合に、主反作用磁界を連続したゆがめかつ一定して撓ませるように調整され得る。また補助磁界は、製造規格に一致しないことによる特定の規格からのずれを補償するのにも用いられ得る。
【００８８】
組立体は、電機と一体に構成するようにされたり、電機内に固定設定されたり、或いは電機に後付気するようにされ得る。それにより、単数又は複数の補助磁界の影響及びそれの関連した発散する磁界は、古典的な電機の主磁界の影響と一定の対称又は非対称補助磁界反作用をするように恒久的に設定される。それにより、電機の設定された有効限界に対して最適な出力特性が得られかつ標準化され得る。
【００８９】
組立体はまた、ＡＣ整流型ＤＣモーター又はあらゆるＡＣ電機において性能を高めるために、或いは電機の主電磁界反作用を変更する磁界制御装置として用いるようにされ得る。組立体は、かかる電機によって発生した変換動力及び牽引力を遅くしたり加速するように位置決めされ得る。組立体は、経年及び熱によって生じた永久磁界の強さの損失或いは摩擦機構によって発生した腐食或いは過剰な熱で生じた抵抗の増大のために電子励起導体によって生じる磁束密度の低下のために効率の低下する動作電機に後付けされ得る。このような後付けは必然的に、既存の電機内に収納された内部機構の分解が制限されたりかかる分解ができなくなる。
【００９０】
以上本発明を例示した実施形態によって説明してきたが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲及び広義の範囲から逸脱せずに当業者には多くの変形及び変更が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】公知のＤＣ電動機の回路線図。
【図２】公知のソレノイドの概略図。
【図３】モーターを位置決めしている本発明による磁界変更組立体の一実施形態の概略正面図。
【図４】図３に示す組立体のＸ−Ｘに沿った断面図。
【図５】モーターを位置決めしている図３に示す組立体を示す図。
【図６】図５に示す組立体のＹ−Ｙに沿った断面図。
【図７】発電機を内部に配置したモーターに結合している本発明による磁界変更組立体の別の実施形態の概略正面図。
【図８】図７に示す磁界変更組立体の平面図。
【図９】発電機を内部に配置したモーターに結合している本発明による磁界変更組立体のさらに別の実施形態の概略正面図。
【図１０】図７及び図９に示す発電機の正面図及びＺ−Ｚに沿ったそれぞれの断面図。
【図１１】本発明による磁界変更組立体に対して種々の位置においてモーターに発電機を結合した場合における磁界変更組立体の一実施形態の出力特性を示すグラフ。
【図１２】図９（図１１の誤記？）のグラフにおける参照番号“１”の測定例の場合の補助磁石及びステータ磁石の相対位置を示す図。
【図１３】本発明による磁界変更組立体に対して種々の位置においてモーターに適用した磁界変更組立体の一実施形態の出力特性を示すグラフ。
【図１４】磁界変更組立体に対してモーターの位置における変更磁界を示す図。
【図１５】上記位置における出力信号のグラフ。
【図１６】磁界変更組立体に対してモーターの別の位置における変更磁界を示す図。
【図１７】上記別の位置における出力信号のグラフ。
【図１８】磁界変更組立体に対してモーターのさらに別の位置における変更磁界を示す図。
【図１９】上記さらに別の位置における出力信号のグラフ。
【図２０】本発明による磁界変更組立体の一実施形態を実施している特定のモーターの係数（共動）出力性能を示すグラフ。
【図２１】本発明による磁界変更組立体の一実施形態を実施していない特定のモーターの係数（共動）出力性能を示すグラフ。
【図２２】本体部材の０°における変更した磁束密度を示す図。
【図２３】本体部材の１８０°における変更した磁束密度を示す図。
【図２４】アーマチュアの種々の位置における変更したアーマチュア抵抗を示す表。
【図２５】単一補助永久磁石を備えた磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２６】本体部材のまわりに等間隔に三つの補助永久磁石を配置した磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２７】本体部材のセクターに沿って等間隔に三つの補助永久磁石を配置した磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２８】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の形態を示す図。
【図２９】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の別の形態を示す図。
【図３０】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の別の形態を示す図。
【図３１】スイベルアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の形態を示す図。
【図３２】ソレノイドコイルを付勢するスイッチング回路を備えた先行技術のソレノイドアクチュエーターを示す図。
【図３３】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの一形態を示す図。
【図３４】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの別の形態を示す図。
【図３５】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの別の形態を示す図。
【図３６】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【図３７】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【図３８】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2007529188.tif 000063
【図３８】
2007529188.tif 000064
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁界を発生するようにされた磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して選択的に位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置を備える磁界変更組立体とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用することを特徴とする電機。
【請求項２】
主磁界を発生するようにされた主磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して選択的に位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用することを特徴とする電機用磁界変更組立体。
【請求項３】
アーマチュア部材が回転、往復又は直線運動できるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発明。
【請求項４】
電機がモーターであり、出力特性がアーマチュア部材の目標とする運動速度又はトルクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項５】
モーターがＤＣ又はＡＣモーター、或いはＤＣ又はＡＣソレノイドモーターであることを特徴とする請求項４に記載の発明。
【請求項６】
電機が発電機又は交流発電機であり、出力特性がアーマチュア部材からの目標とする出力電圧又は電力であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項７】
電機が、上記主磁界発生部材及び上記アーマチュア部材を備えたモーターと、駆動されるように上記アーマチュア部材に結合される発電機／交流発電機とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項８】
主磁界発生部材が少なくとも１つの電磁石及び／又は少なくとも１つの永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明。
【請求項９】
電機が、磁気コアに巻かれたコイルとして形成した主磁界発生部材と、磁気コアに対して可動であるロッド又はレバーとして形成した可動アーマチュア部材を有するソレノイドアクチュエーターであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１０】
ロッドが直線方向に又は振り子形態で可動であるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の発明。
【請求項１１】
磁界変更組立体が、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材を収容するチャンバーに形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１２】
上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材が上記磁界変更組立体を収容する凹部を備えることができることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発明。
【請求項１３】
補助磁界発生装置が、チャンバー／凹部に向ってほぼ半径方向に上記補助磁界を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発明。
【請求項１４】
磁界変更部材がコイル又はコアの近くに配置されていることを特徴とする請求項９に記載の発明。
【請求項１５】
磁界変更部材がコイル又はコアに対して選択的に位置できるように構成されていること特徴とする請求項１４に記載の発明。
【請求項１６】
磁界変更組立体及び／又は上記電機が上記変更した磁界の強さを制御可能に変更するために調節可能に位置決めできるように構成されていること特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の発明。
【請求項１７】
磁界変更組立体が上記補助磁界発生装置を支持するように構成した本体部材を備え、上記補助磁界発生装置が主磁界の強さを変更するため上記補助磁界を発生するように構成した１つ以上の補助永久磁石を備え、また本体部材が、主磁界発生部材に対して補助磁界発生装置の位置を調整できるように、調整可能に位置決めできるように構成されていること特徴とする請求項１６に記載の発明。
【請求項１８】
本体部材が、各々少なくとも１つの補助磁界発生部材を支持する複数のセクションで形成され、これらのセクションが伸縮自在に位置決めできること特徴とする請求項１７に記載の発明。
【請求項１９】
アーマチュア部材が主磁界発生部材の近くの画定領域内にある時に、電源と上記主磁界発生部材との間に電流通路を形成するように構成したスイッチング部材を磁界変更組立体が備えていることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載の発明。
【請求項２０】
アーマチュア部材が、主磁界発生部材に上記電流通路を形成するために上記スイッチング部材を切り換える電流を発生させるように上記領域内に動くことができるようにされた１つ以上の別の永久磁石を備え、それにより主磁界発生部材が上記主磁界を発生することを特徴とする請求項１９に記載の発明。
【請求項２１】
補助磁界発生装置が、アーマチュア部材の少なくとも一端部に固定された１つ以上の永久磁石を備え、１つ以上の永久磁石における衝撃力により、主磁界発生部材に上記主磁界を発生させて上記アーマチュア部材を振動させるように構成されることを特徴とする請求項１９に記載の発明。
【請求項２２】
補助磁界発生装置が、アレイに構成した少なくとも一対の補助永久磁石を備え、そしてアレイにおいて各対の補助永久磁石がそれらの反対磁極を対向関係にして構成されることを特徴とする請求項１〜２１の何れか一項に記載の発明。
【請求項２３】
アレイが、磁極を対向させて複数の群に配列した上記対の補助永久磁石の１つ以上の列を備え、１つの群のＮ極が別の群のＳ極に対向するようにされていることを特徴とする請求項２２に記載の発明。
【請求項２４】
本体部材が内部に上記チャンバーを備え、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材がチャンバー内に支持されていることを特徴とする請求項１１に記載の発明。
【請求項２５】
磁界変更組立体が、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材を支持する支持要素を備え、支持要素が主磁界を変更するように本体部材に対して位置決めできることを特徴とする請求項２４に記載の発明。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界の強さを変更する磁界変更組立体を有する電機に関する。
本発明はまた電機に後付する磁界変更組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電機は、通常、モーターとして動作する際には電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するのに用いられ、また発電機として動作する際には機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するのに用いられる。これらの電機は一般的には、電流搬送導体を備えたアーマチュア部材と、アーマチュア部材と相互作用する磁界を加えるように構成した磁界発生部材とを有している。アーマチュア部材は磁界発生部材に対して可動である。磁界発生部材に対して直線状に動くように構成したアーマチュアを備えた電機は直線電機と呼ばれ、また磁界発生部材に対して回転可能に動くように構成したアーマチュアを備えた電機は回転電機と呼ばれている。電界発生部材は少なくとも１つの永久磁石及び／又は少なくとも１つの電磁石で構成され得る。本明細書で用いる電機は、発電機又はモーターとして動作する直線電機と回転電機との両方を包含するものである。
【０００３】
一般に、発電機の出力は出力電圧及び／又は電力によって測定され、そして出力は可動部材の速度と共に変化し得る。そのため、発電機は所望の出力を発電する速度で可動部材を動かさせる駆動手段に結合されなければならない。駆動手段は、電動機のような電気的装置又は内燃機械のような機械的装置であってもよい。発電機から可変出力を得るためには、駆動手段の速度は調整できなければならない。このように駆動手段は購入するのに高価であり、且つ維持するのも経費がかかる。
【０００４】
モーターの出力性能は、アーマチュア部材の導体に流す電流及び／又は電圧を変更することによって、或いは磁界発生部材からの磁界を変更することによって通常変えられる速度及び／又はトルクで測定される。アーマチュア部材の導体に流す電流及び／又は電圧を変更するのには代表的には電気又は電子スイッチ及び／又は変換器が用いられる。磁界発生部材が少なくとも１つの電磁石で構成される場合には、磁界はその電磁石に流す電流及び／又は電圧を変更することによって変更することができる。これらスイッチ及び変換器は電動機の製造に実質的なコストが加わり、しかもかかる電動機はしばしばメンテナンスをする必要がある。
【０００５】
磁界発生部材が少なくとも１つの永久磁石から成る場合には、１つ又は複数の永久磁石の保磁力は時間が経過すると低下し、要求された機械性能を維持するためには磁石の交換が必要となる。磁石の交換は、費用がかかりかつ機械を実質的な時間にわたって機能させなくする必要がある。
【０００６】
電機に用いられる材料の磁気的及び電気的特性は不変ではない。従って、製造上の誤差からのずれ及び／又は所与機械の材料の規格からのずれの発生は、設計規格に合わない電機の相当な割合を占めている。しばしば、製造された機械のうち設計規格に合わないものはリコールされ、交換される必要があり、かかる作業は製造業者にとってもユーザーにとっても費用がかかることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の欠点を１つ以上軽減する又は少なくともある一定のレベルまで低減するように構成した磁界変更組立体を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、先行技術の欠点の一つ以上を実質的に軽減する又はある一定のレベルまで低減するように構成した磁界変更組立体を有する電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明の一つの特徴において、本発明は、主磁界を発生するようにされた磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して選択的に位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置を備える磁界変更組立体とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用するように構成した電機にある。
【００１０】
本発明の別の特徴において、本発明は、主磁界を発生するようにされた主磁界発生部材と、主磁界と相互に作用するようにされかつ主磁界発生部材に対して可動であるアーマチュア部材と、主磁界を変更する補助磁界を発生するように主磁界発生部材に対して選択的に位置決めできるよう構成した補助磁界発生装置とを有し、アーマチュア部材が目標とした出力特性で動作するように変更された磁界と相互作用するように構成した電機用磁界変更組立体にある。
【００１１】
アーマチュア部材は回転、往復又は直線運動できるように構成され得る。
【００１２】
１つの形態では、電機はモーターであり、出力特性はアーマチュア部材の目標とする運動速度又はトルクである。別の形態では、電機は発電機又は交流発電機であり、出力特性はアーマチュア部材からの目標とする出力電圧又は出力である。さらに別の形態では、電機は、上記主磁界発生部材及び上記アーマチュア部材を備えたモーターと、駆動されるように上記アーマチュア部材に結合される発電機／交流発電機とを含む。モーターはＤＣ又はＡＣモーター、或いはＤＣ又はＡＣソレノイドモーターであり得る。
【００１３】
主磁界発生部材は、少なくとも１つの電磁石及び／又は少なくとも１つの永久磁石で構成され得る。
【００１４】
１つの形態では、電機は、磁気コアに巻かれたコイルとして形成した主磁界発生部材と、磁気コアに対して可動であるロッド又はレバーとして形成した可動アーマチュア部材を有するソレノイドアクチュエーターである。ロッドは直線方向に又は振り子形態で可動であり得る。
【００１５】
磁界変更組立体は、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材を収容するチャンバーに形成され得る。代わりに、上記主磁界発生部材又は上記アーマチュア部材は上記磁界変更組立体を収容する凹部を備え得る。好ましくは、補助磁界発生装置は、チャンバー／凹部に向ってほぼ半径方向に上記補助磁界を発生するように構成される。
【００１６】
電機がソレノイドアクチュエーターである場合、磁界変更部材はコイル又はコアの近くに配置され得る。好ましくは、磁界変更部材はコイル又はコアに対して選択的に位置できる。
【００１７】
また好ましくは、磁界変更組立体又は上記電機は上記変更した磁界の強さを制御可能に変更するために調節可能に位置決めできる。
【００１８】
好ましくは、磁界変更組立体は上記補助磁界発生装置を支持するように構成した本体部材を備えている。上記補助磁界発生装置は主磁界の強さを変更するため上記補助磁界を発生するように構成した１つ以上の補助永久磁石を備えることができる。
【００１９】
本体部材は、主磁界発生部材に対して補助磁界発生装置の位置を調整できるように調整可能に位置決めできるように構成され得る。好ましい形態では、本体部材は各々少なくとも１つの補助磁界発生部材を支持する複数のセクションで形成され、これらのセクションは伸縮自在に位置決めできる。
【００２０】
磁界変更組立体は、アーマチュア部材が主磁界発生部材の近くの画定領域内にある時に、電源と上記主磁界発生部材との間に電流通路を形成するように構成したスイッチング部材を備え得る。
【００２１】
アーマチュア部材は、主磁界発生部材に上記電流通路を形成するために上記スイッチング部材を切り換える電流を発生させるように上記領域内に動くことができるようにされた１つ以上の別の永久磁石を備え、それにより主磁界発生部材が上記主磁界を発生するようにされ得る。代わりに、補助磁界発生装置は、アーマチュア部材の少なくとも一端部に固定された１つ以上の永久磁石を備えてもよく、１つ以上の永久磁石における衝撃力により、主磁界発生部材に上記主磁界を発生させて上記アーマチュア部材を振動させるように構成され得る。
【００２２】
好ましくは、補助磁界発生装置は、アレイに構成した少なくとも一対の補助永久磁石を備えている。一層好ましくは、アレイにおいて各対の補助永久磁石はそれらの反対磁極を対向関係にして構成される。アレイは、磁極を対向させて複数の群に配列した上記対の補助永久磁石の１つ以上の列を備え、１つの群のＮ極が別の群のＳ極に対向するようにされ得る。
【００２３】
本体部材は、内部に上記チャンバーを備え得、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材はチャンバー内に支持されている。好ましくは、磁界変更組立体は、主磁界発生部材及び／又はアーマチュア部材を支持する支持要素を備え、支持要素は主磁界を変更するように本体部材に対して位置決めできる。
【００２４】
本発明を容易に理解できかつ実施できるようにするために、以下、本発明の非限定実施形態を例示している添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の電機の理解を助けるために、図１に回路を示す簡単なＤＣ永久磁石モーター１００に関しての幾つかの情報を提供するのが有効であると考えられる。図示モーターは、永久磁石を備えたステータと、コイルを備えたアーマチュアとを有している。整流子１０２はコイルの端部に接続するようにされ、そしてＤＣ電源Ｖａｐｐｌｉｅｄに接続したブラシ１０４は整流子の一定の間隔のセグメントに配列されている。モーターが回転すると、整流子セグメントは回る。従ってコイルに流れる電流の向きは周期的に反転する。それにより、永久磁石の磁界とコイルに流れる電流との相互作用により、アーマチュアは回転し続ける。
【００２６】
ＤＣモーターの回転速度は通常、モーターのコイルに流れる電流及び電圧並びにモーターの負荷又は制動トルクの組合せに依存している。ＤＣモーターの回転速度は普通、モーターの巻線に置けるタップを用いること又は可変電圧源を設けることによって電圧又は電流の流れを変えることで制御される。この形式のモーターは低速時に非常に高いトルクを発生するので、しばしば牽引の応用に用いられる。
【００２７】
典型的なＤＣ機械のステータ磁界は、界磁巻線に流れる直流よって励磁される偶数の磁極及び／又は永久ステータ磁界を備えている。アーマチュアロータは、スロット内に埋め込まれ整流子のセグメントに接続された活性導体を担持する円筒状鉄心から成っている。直流電流は整流子に設けた固定ブラシによってアーマチュアへ伝送されかつアーマチュアから伝送される。整流子は、アーマチュアが回転する際に導体に流れる電流の方向を切り換える。ステータ及びアーマチュア磁界は互いに非常に近接している。
【００２８】
ＤＣモーターの回転速度を制御する方法には通常三つの方法がある。これらの方法は磁界−電流制御、アーマチュア抵抗制御及びアーマチュア電圧制御である。
【００２９】
モーターの回転速度は下記のモーターの式及び伝達関数で与えられる。
Ｖａ＝印加電圧                                Ｖｂ＝誘導逆起電力
Ｉｏ＝モーターの電流                          Ｔ＝モーターの出力トルク
Ｌ＝アーマチュア巻線のインダクタンス    ω＝モーターの出力回転速度
Ｒ＝アーマチュアの抵抗
これらの変数間の電気的関係は次式で与えられる。
2007529188.tif 000065
ここでＶｂ、内部で発生した電圧、はモーターの出力回転速度ωに比例し、そして次式で与えられる。
2007529188.tif 000066
【００３０】
モーターの逆起電力定数Ｋｂは、ロータの走行中に発生した単位速度当りの電圧の測定値である。Ｋｂの大きさ及び極性は軸の角速度ω及び回転方向のそれぞれ関数である。
【００３１】
上記の式を組み合わせると次式が得られる。
2007529188.tif 000067
この式はＤＣモーターの電気的式として知られている。
【００３２】
モーターの動的式は次式で表される。
2007529188.tif 000068
ここでＫｔはモーターによって発生した単位電流当りのトルクの測定値であるモータートルク定数である。永久磁石ＤＣモーターの場合には、トルクはモーター電流の一次関数である。
【００３３】
以下の項目はモーターの機械的特性を決める（ただしモーターの負荷はこの説明では無視する）。
Ｊｏ：［モーターの慣性モーメント］
Ｔｆ：［モーターにおける一定の摩擦トルク；極性の関数］
Ｄ：［モーターの粘性摩擦（減衰）；モーターの速度及び極性の関数］
【００３４】
モーターで観察される対抗トルクは次式で表される。
2007529188.tif 000069
【００３５】
モーターが負荷に結合される場合、負荷の慣性モーメントはＪＬで表され、対抗負荷トルクはＴＬで表される。モーターの機械的特性を表す式は次のようになる。
2007529188.tif 000070
この式は、負荷自体が動的ではなく、そしてモーターの速度が負荷の速度と同じであると仮定している。
【００３６】
モーターの式から全ての負荷項は削除される。一次モーター伝達関数を形成するためにトルク摩擦Ｔｆは非一次項であり、同様に削除される。
【００３７】
印加電圧からモーター速度までの関係を表すモーター伝達関数を導き出すために、以下のように三つのモーターの式に対してラプラス変換が行われる。
2007529188.tif 000071
【００３８】
式（１．２．８）を式（１．２．９）に組込むと、電流の式が得られる。
2007529188.tif 000072
【００３９】
次に、式（１．２．１０）を式（１．２．７）に組込むと、次式が得られる。
2007529188.tif 000073
また相応した伝達関数は次式で表される。
2007529188.tif 000074
【００４０】
鉄心永久磁石ＤＣモーターの伝達関数は、下記の特性式のルート（平方根）を評価することによって決めることのできる二つの実、負極を備えている。
2007529188.tif 000075
モーターの伝達関数はτ１及びτ２を用いて時定数形態で書くことができる。
2007529188.tif 000076
ここで、時定数は、
2007529188.tif 000077
によって式（１．２．１３）の極に関連される。
【００４１】
モーターのパラメータの特定を容易にするため、式（１．２．１３）の極に関して幾つかの観察がなされ得る。殆どの永久磁石ＤＣモーターの場合には、インダクタンスＬは小さく、粘性減衰は無視できる。これら二つの項がゼロであるとすると、伝達関数は、一つの時定数τ１をもつ一次系（ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ−ｓｙｓｔｅｍ）として作られ得る。これらの簡単化仮定を行う適用性は明らかとなる。しかし、モーター（ｓｅｃｏｎｄ−ｏｒｄｅｒ）の伝達関数は二次のままである。
【００４２】
式（１．２．１３）の極は次式から計算される。
2007529188.tif 000078
【００４３】
殆どのＤＣモーターでは、インダクタンスＬ及び粘性減衰Ｄの値は、式（１．２．１６）における他の項に対して小さい。それらの積
2007529188.tif 000079
は常に、ゼロより大きいラジカル及び従って負の実である極のもとでの項を形成する。
2007529188.tif 000080
が式（１．２．１６）における極を
2007529188.tif 000081
又は
2007529188.tif 000082
及び
2007529188.tif 000083
又は
2007529188.tif 000084
に低減できると仮定する。
【００４４】
式（１．２．１５）を用いることによって、機械的および電気的時定数はモーターのパラメータの項で記載され得る。
2007529188.tif 000085
又は
2007529188.tif 000086
【００４５】
モーター系は、時定数を形成する項としてτｍ及びτｅを同定する。粘性減衰（Ｄ）及び非線形摩擦（Ｔｆ）の項は式（１．２．１９）により同定される必要があり、そして式（１．２．２０）は単に、τｍ＞１０Ｔｅの場合に適用でき、またモーターのインダクタンスＬは相対的に小さな数である。
【００４６】
磁束が界磁電流と共に線形に増大すると仮定することにより、速度はアーマチュア電圧に正比例し、かつ界磁電流に逆比例する。
【００４７】
インダクション界磁電流制御の場合、ＤＣ界磁電流は、調整可能な一連の抵抗か又はパルス幅変調による定供給電圧を用いて制御され得る。
【００４８】
ＤＣモーターのアーマチュア抵抗制御によりアーマチュア電圧は低減され、その結果速度は  低減される。この方法の重大な欠点は抵抗における電気損失である。その結果、効率は制限され、定格速度のＸ％におけるモーターの走行は結果としてＸ％効率未満となる。
【００４９】
アーマチュア電圧制御は、ＤＣモーターの速度制御に最も普通に用いられる形態である。これは、ＤＣ電源の連続した変動を用いて実行され、速度はＤＣ電圧にほぼ比例する。パルス幅変調はアーマチュア電圧制御のために用いられ得、そしてＤＣモーターのトルク制御はアーマチュア電流を制御することにより達成され得る。
【００５０】
代表的な線形電機はインダクタで構成されたソレノイド１０６であり、このソレノイド１０６は透磁性であり得る円筒状又は環状コアに巻かれたワイヤのらせん巻線１０８を備えている。電流がワイヤに流れる時に、コアの内側に強力な電磁界１１０が発生され、図２に示すようにコアの端部から外方へ発散している。
【００５１】
電力の遮断に対するソレノイドの機械的変換は、巻線のコア内に部分的に強磁性ロッドを配置することによって行われ、上記巻線が付勢される際に強磁性コア又はロッドは動かされる。それによりロッドは、直線の動きにおける結果としての電磁界によってソレノイド内へ又はソレノイド外へさらに引かれる。ソレノイドは、遠隔の場所で大きな機械的作用を行うことのできるレバー又はモーメントアームを作動させる運動力を加えるのに用いられ得る。
【００５２】
ソレノイドアーマチュアの力、速度及び方向として定義されるソレノイドアクチュエータの所望の制御可能な出力特性を得る方法は通常の設計によって制限され、それにより、そのような制御ベクトルは、付勢されたソレノイドによって発生した電磁界の強さの値に関係し、この電磁界の強さは次式で表される。
Ｂ＝ｕ０ｎＩ
ここでＢは磁界の強さであり、ｕ０は自由空間の透磁率であり、ｎは単位長さ当りのワイヤの巻回数であり、またＩはワイヤに流れる電流である。
【００５３】
半径αの長さの有限な円筒状ソレノイドの場合、磁界は次式でｃ．ｇ．ｓ単位系で表される。
Ｂ＝（４πＩＮ／ｃ）ｚ１
ここでｃは光速であり、ｚはソレノイドの軸線に沿った単位ベクトルであり、そして磁束は次式で表され、
2007529188.tif 000087
また、ソレノイドの磁界の値は次式で与えられる。
2007529188.tif 000088
【００５４】
Ｂ＝ｕ０ｎＩの式及び導関数はアンペアＩが増大すると、磁界の強さＢが増大されることを表している。しかし、この方法はソレノイドに掛ける電圧を増大させる必要があり、それにより一層多くの熱が発生されることになり、巻線のワイヤの固有抵抗によってエネルギーの消耗が生じることになる。
【００５５】
Ｂを増大する別の方法はｎを増大させることにある。しかし、特定の寸法のソレノイドでは、この増大は単に、コアに一層密に巻かれた巻回を巻くように比較的線径の細いワイヤを用いることによって達成できるだけである。その結果、抵抗が増大し、所与電流に対して要求された電圧が増大すると共に、ワイヤの抵抗のために発生する熱も増大する。
【００５６】
ｎを増大させる別の方法は、ワイヤを幾つかの層に巻くことにある。これは、ワイヤの抵抗をさらに増大させることになり、絶縁の問題が加わり、さらにはソレノイドの長さと直径との比が減少することになる。
【００５７】
出力特性に影響するソレノイドアーマチュアの力ベクトル及び速度の大きさを変更するために磁界の強さＢを弱めるには、上記の全てのパラメータは逆にされる。
【００５８】
典型的なソレノイドで発生した磁力は電子のような荷電粒子の運動によって生じられる。運動する電荷は磁界の存在において加速し、電荷により速度及び走行方向が変えられる。
【００５９】
次に、図３に示す磁界変更組立体１０の実施形態を参照すると、磁界変更組立体１０は本体部材１２を有し、本体部材１２は二組の棒状永久磁石１４のアレイを支持するようにされ、二階層の棒状永久磁石１４はスペーサ１５で分離されている。図４及び図６に明瞭に示されているように、階層１、２における永久磁石１４はチャンバー１６の回りに間隔を置いて配列され、チャンバー１６内にはモーター１８が挿置されることになる。永久磁石は、反対極を互いに対向させて対に構成され、対向極はチャンバー１６に隣接して位置決めされる。図示実施形態において、Ｎ極が対向している永久磁石１４は一つのグループであり、Ｓ極が対向している他の永久磁石１４は第２のグループである。これらの永久磁石１４はチャンバー１６内に補助磁界を発生する。安定性を得るために、本体部材１２は比較的大きな基部２０を備えている。
【００６０】
モーター１８は、図３に示すように、取付けプレート２２に固定され、それでモーター１８はチャンバー１６内に支持され得る。取付けプレートにはインデックス付の指示部（図示していない）が設けられ、それで本体部材１２に対する所望の位置を容易に決めることができる。この実施形態において、取付けプレート２２は、モーター１８の主磁界を変更するために本体部材１２に対して回転できるように構成されている。
【００６１】
再び図４を参照すると、モーター１８は、二つの円弧状に形成された永久磁石２６、２８を備えた永久磁石ステータ２４、及び永久磁石２６、２８間に存在する主磁界内に位置決めされたロータ３０を有している。ロータ３０は、コイル３２と、コイル３２に電流を供給するためのセグメント型整流子３４とを備えている。モーター１８が図３に示すようにチャンバー１６内に位置決めされると、永久磁石２６、２８から出でくる主磁界は、補助永久磁石１４からの補助磁界を重ね合わせることにより変更される。変更された主磁界の強さは、補助永久磁石１４に対してモーター１８の位置を変えることによって変更され得る。図示実施形態において、このような磁界の強さの変更は取付けプレート２２を回転することによって行われる。
【００６２】
図５を参照すると、モーター１８はアダプター３６を有し、アダプター３６はモーター軸３８に固定されている。アダプター３６はモーター１８を発電機４０に結合するためのものであり、それでモーター１８は発電機４０を駆動して出力電圧を発生させることができる。図７及び図８に示すように、発電機４０は、取付けプレート２２上に配置されるか又は取付けプレート２２に固定される円錐状取付けスタンド４２に固定されている。発電機４０は、モーター１８におけるものと同様なステータにおける永久磁石４６、４８及びロータ４１におけるコイル５０を有している。コイル５０はセグメント型整流子すなわち出力端子５２、５４に接続されたブラシと接触するように構成されるスリップリングに接続される。
【００６３】
図９には、小型の形態の発電機４０を駆動するように結合されたモーター１８の小型の形態を示している。発電機４０の二つの形態の詳細については図１０に示されている。Ｚ−Ｚに沿った断面図は整流子５６及びブラシ５８を示し、ブラシ５８は端子５２、５４に接続される。
【００６４】
チャンバー１６内のモーター１８の出力速度及び／又はトルクは、磁界変更組立体１０に対して取付けプレート２２を回転することによって変えることができる。モーター１８が発電機４０に結合される場合、モーター１８の速度を変更することにより、発電機４０の出力電圧が変化する。図１１のグラフは、磁界変更組立体１０のチャンバー１６内に位置決めされるモーターに結合した発電機の出力を示している。図１２は、参照番号“１”における入力電力、出力電力および回転速度の測定値が取られた際の本体部材１２及びモーター１８の位置を示す。モーター１８は４５度のステップで時計回り方向に漸次動かされ、そして参照番号“２”〜“８”における測定値は上記ステップで取られたものである。グラフからわかるように、出力電力は、モーター１８が参照番号“４”に相応した位置にある時に１０８ジュール／秒で最も高く、また出力電力は、モーター１８が参照番号“５”に相応した位置にある時に０．３ジュール／秒で最も低い。しかし、モーターの速度は、モーター１８が参照番号“５”に相応した位置にある時に１１５３２ＲＰＭで最も高い。
【００６５】
図１３のグラフは、モーター１８が発電機４０に結合されなく、また参照番号“１”の場合の本体部材１２とモーター１８の相対位置が前節で説明した通りである時のモーター１８の測定した速度を示している。グラフに見られるように、モーター１８が参照番号“４”に相応した位置より僅かに前進した参照番号“５”に相応した位置にある時に８０６００ＲＰＭで最高速度となっている。参照番号“６”は参照番号“４”に相応した位置より４５度前進した位置に相応している。参照番号“７”及び参照番号“８”は、関連した前の位置から２２．５度のステップでモーター１８の位置に相応している。
【００６６】
図１４には、ＤＣ電気モーター１８内の磁界６０を示している。モーター１８は、上記したように永久ステータ磁石２６、２８及びアーマチュアコイル３２を有している。またモーター１８はモーターケーシング６２も有している。磁界６０は複数の線で表わされている。ある一定の逆起電力放射６４はケーシング６２を貫通して磁界６０と相互作用する。図１５はオシロスコープグラフであり、チャンネル１における電源電圧及びチャンネル２におけるモーターの端子電圧が示されている。グラフに見られるように、測定電圧は１６．４Ｖ及び１３．１Ｖ  ＲＭＳを示している。図１６に示すように、モーター１４は、本発明による組立体１０の実施形態のチャンバー１６内に配置されている。組立体１０の補助磁界６６は、重ね合わせにより主磁界６０と反応し、それにより主磁界６０をゆがめる。結果としての磁界は２６．７Ｖ  ＲＭＳを発生する（図１７参照）。モーター１８と本体部材１２との相対位置が図１８に示す位置にある時、測定電圧は図１９に示すように変化する。
【００６７】
図２０の確率グラフは、オーストラリア国で容易に利用できる特殊なＤＣ永久磁石モーター（Ｄｉｃｋ  Ｓｍｉｔｈ  ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．Ｐ９００４）の動作パラメータを示している。図２１に示すように、組立体１０のチャンバー１６内にモーターを挿置した際の動作パラメータは実質的に変化する。
【００６８】
図２２及び図２３には、本体部材１２が１８０度前進した時の結果としての磁界の変化を示している。図２４には、Ｐ９００４モーター自体及び組立体１０との静的アーマチュア抵抗を示している。
【００６９】
図２５には、本体部材１２に単一補助永久磁石１４を固定した組立体１０の実施形態を示している。図２６には、本体部材１２にかつそのまわりに三つの等間隔の補助永久磁石１４を固定した組立体１０の別の実施形態を示している。図２７には代わりの組立体１０を示し、磁石１４は本体部材１２の円弧部に固定されている。
【００７０】
図２８には、図示したソレノイドアクチュエーター７０のような線形電機の出力特性を選択的に変えるように構成した磁界変更組立体１０の一つの実施形態を示している。出力特性は速度、加速度及び力であり得る。磁界変更組立体１０は、逆Ｕ字型取付け部材７２を備えた本体部材１２を有し、逆Ｕ字型取付け部材７２に保持ブラケット７４が固定されている。保持ブラケット７４はリング磁石７６を担持している。ソレノイドアクチュエーター７０は、逆Ｕ字型取付け部材７２内のスペース又はチャンバー７８に配置されている。ソレノイドアクチュエーター７０は円筒状部材８０を備え、この円筒状部材８０はソレノイドコイル８６を収容するように構成され、そしてそれの開放端部を通って強磁性アクチュエーターロッド８４がのびている。円筒状部材８０はねじ８２によって逆Ｕ字型取付け部材７２に固定されている。ねじ８２はソレノイドアクチュエーターの軸線方向に沿った磁石７６の位置を調整するのに用いられる。このようにして、ソレノイドアクチュエーター７０の強磁性ロッド８４に作用する磁力は、ソレノイド磁界に二次的磁界を重ね合わせることにより付勢コイル８６によって発生した主電磁界ベクトルを変更することによって調整され得、それにより、製造した線形電機の出力性能の係数及び出力特性を最適化する。
【００７１】
この実施形態における逆Ｕ字型取付け部材７２は、透磁性の低い材料で構成される。
【００７２】
図２９には組立体１０の第２の実施形態を示している。この組立体１０は二つの補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂを備えており、これらの補助永久磁石７６Ａ、７６ＢはＵ字型部材に取付けられ、そして軸線方向に沿って個々に調整可能である。図３０には第３の実施形態を示し、組立体１０は単一の調整可能な永久磁石７６Ｂを備え、取付け体はＬ字型部材７２Ａである。
【００７３】
組立体１０は、強磁性ロッド８４を振り子式に往復動させるように構成したソレノイドアクチュエーター７０の主磁界を変更するのに用いられ得る。図３１には、往復動ソレノイドアクチュエーター７０に対する組立体１０の第４の実施形態を示している。アクチュエーター７０の円筒状部材８０は円錐形開放端部８１を備え、ロッド８４はこの開放端部８１に位置決めされたボール型端部を備え、それにより玉回り継手を形成している。ロッド８４の反対の端部は補助永久磁石７６Ｃを担持している。コイル８６が付勢されると、ロッド８４は玉回り継手のまわりで揺動するようにされる。コイル８６で発生した磁束は補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂのそれぞれの位置を調整することにより変更され得る。
【００７４】
図３２には、Ａｎｄｒｅｗｓの米国特許第３，７８３，５５０号に記載された電動機を断面図で示している。この先行技術のモーターはアーマチュアロッド８４を備え、その自由端部には永久磁石８５が取り付けられている。ロッド８４の他端部は支持体に回動自在に接続される。従ってロッド８４は回動軸のまわりで振り子式に揺動できる。強磁性コア７１に巻かれたらせん状コイルを備えたソレノイドアクチュエーター７０は、磁石８５の磁束と付勢コイル８６で発生された電界との相互作用を通してロッド８４を加速するために設けられる。ＤＣ電源８７からコイル８６への電流を切り替えるのにトランジスタスイッチＱ１が用いられている。このトランジスタスイッチＱ１のベースはコイル８６の一端部に接続され、コレクターは電源端子に接続され、又エミッターはコイルのタップに接続されている。電源８７の他の電源端子はコイルの他端部に接続されている。コイルは、インダクタＬ１、瞬時電磁パルスを加える内側コイル、及びインダクタＬ２、外部補助永久磁界の磁束変動を感知するのに使用した外側ピックアップコイルを形成し、それにより、かかる変動は磁束変動の頻度に比例してトランジスタを瞬時に導通させる発生電圧を誘起する。インダクタコイルＬ１、Ｌ２の近接に対して距離の変化ししかも周期的に動く永久磁石８５は、トランジスタを周期的にスイッチングし、インダクタＬ１を付勢して磁石８５を変位させる瞬時磁界パルスを供給させる。コイル８６によって発生される電磁界は固定される。このようにして、ロッド８５における磁気反作用も変化しない。トランジスタＱ１は、ロッド８４及び従って磁石８５が静止しているか又は磁石８５の磁界によりトランジスタをスイッチングするのに十分な電流をコイル７０に生じさせ得る距離の外側にある場合には、スイッチングしない。
【００７５】
出力特性を制御し、ソレノイド電磁界の影響の近くに及び実際に使用できる程度に近接して永久磁石又は永久磁石のアレイを拘束し位置決めする方法及び装置によって先行米国特許第３，７８３，５５０号に記載されたようなソレノイド回路から選択的エネルギー変換を得る選択的方法が提案され、それにより、静止永久磁石は、上記のソレノイド磁気回路において永久磁界を重ね合わせ、上記の静止補助磁石は、補助磁石を保持する調整可能な取付けによってソレノイド電磁界の強さ又は極性の大きさ及び方向を調節するために設けられ、上記補助磁石の近接は予定の場所に設定され、そしてソレノイド及びコア組立体に対して距離設定され得る。それにより、インダクタコイルＬ１の付勢の瞬時に、主磁界は発生され、そしてソレノイドコイルに近接した静止永久磁石によって生じた補助磁界と当たり、それによって、主磁界と補助磁界との磁気反作用により、永久磁気基材の分子配列を変位させ、さらに補助磁石及びインダクタコイルが空間において物理的に動かないように機械的に保持されているために、付勢インダクタコイル金属基材の分子配列を変位させる。
【００７６】
補助磁界及びソレノイドコイルによって発生した電磁パルスと関連した主磁界のかかる組合せは、磁界を互いにゆがめるようにされ、このような磁界を作る分子双極子磁区整列の磁気誘導によってソレノイド出力特性を変動させる。
【００７７】
図３３には、ソレノイドアクチュエータ７０に対する組立体１０の第５の実施形態を示している。この組立体１０は補助磁石７６Ａ、７６Ｂを保持するように構成した取付けブラケット１２を有し、補助磁石７６Ａ、７６Ｂはソレノイド７０の最も近いそれぞれの端部である。この実施形態において組立体１０は上記ソレノイドの出力特性を変更する。磁界パルスは、典型的には強磁性コア７１を介して巡回され、そしてソレノイド内のスペースの透磁率を変更するために強磁性コアの端部に固定され保持された静止補助磁石７６Ａ、７６Ｂに運ばれ、選択的なエネルギー変換を得て、静止磁界による回路に補助磁界を重ね合わせることによって機械的振動として変換した電力及び電気出力によって仕事を行う。仕事のために有効な出力を得るために、本体部材１２に瞬時運動衝撃が加えられ得、それにより、かかる衝撃によって磁気基材分子を介して瞬時圧縮波が生じ、補助永久磁石および強磁性コア７１の磁気双極子磁区配列を瞬時に変える。それにより、分子双極子磁区によって発生した結果としての永久磁界線は、方向及び大きさにおいて変位するようにされ、そして動くインダクタコイルＬ２って感知される。インダクタＬ２に誘導された電流はトランジスタを導通させ、電流をインダクタコイルＬ１へ導き、それにより電磁パルスを発生させ、この電磁パルスは補助永久磁石７６Ａ、７６Ｂに送られる。パルスは分子双極子磁区の更なる変位及び振動のためにフィードバックされ、そして機械的振動の音響共振周波数は、静止補助永久磁石と強磁性コアとソレノイドコイルとの周波数間に漠然と維持される。振動は、ソレノイド回路に供給された電位差がある限り、維持され、それによりＬ１電磁インパルスコイルはトランジスタによって変調され得、Ｌ２センサーコイルに電荷が誘導とされる。
【００７８】
コイルは、管状コア７１を包囲するワイヤ周回のらせん状ラップであるゆる巻線のある一定の巻回を備えることができる。これらのゆる巻回は、付勢時に、相応した磁気モーメントをもち、磁性引力で互いに磁気的に結合され、そして微視的かつ巨視的に相互方向に動く。電磁引力によって相互方向に空間的に動く平行巻回の増分周回によって動く距離は、管状コアのまわりに巻かれた巻線の張力に依存している。それにより、Ｌ２インダクタの付勢時及び静止補助磁石又は複数の補助磁石の磁界に対してＬ２センサーインダクタ巻線の動く時に、トランジスタが作動され、電流を流してインダクタＬ１を励磁させ、電磁インパルスを補助磁石に供給する。電磁パルス及び相応した往復動型補助磁石の磁界変動パルスはＬ２センサーインダクタで検出される。かかる往復動磁気パルス反作用は、Ｌ２センサーインダクタのものの間に生じ、補助永久磁石又は複数の補助永久磁石及びＬ１インパルスインダクタは典型的には強磁性コア及びスペースによって巡回される。
【００７９】
静止補助永久磁石、強磁性コア及びソレノイドコイルの間に生じる振動パルス型の磁気フィードバックにより、ソレノイド組立体及び磁界変更組立体から成る組立体本体を通して機械的振動の音響共振周波数が誘導される。このような振動は、一般的な組立体の物理的接触時に硬い物体に伝達され得、そして細かい粒子物質を搬送するのに用いられるプレート形態、管又はシュートのような硬い物体に高周波振動を与え、それにより、かかる音響機械的振動は、かかる硬い搬送形態の表面に係合した流動物質の摩擦抵抗及び凝集の率を低減する。
【００８０】
エネルギー変換はまた、パルス周波数変調ＤＣ電力として得られ、それにより周波数変調電力はＬ１インダクタインパルスコイル及びＬ２誘導センサーコイルからトラップされる。
【００８１】
ＤＣ電気入力のパルス周波数変調は、静止補助永久磁石、強磁性コア内に生じる分子双極子磁区の変位及び振動によって生じた発振パルス磁気フィードバックによって誘導される。これにより、インダクタセンサーコイルＬ２を励磁するように強磁性コアに取付けられた補助磁石に対して初期運動衝撃を与えた後ソレノイドコイル内の電流を変調する無線周波数調波をもつ音響周波数が誘導される。Ｌ２はトランジスタのゲートを付勢して、インパルスコイルＬ１に給電し、Ｌ１磁気インパルスは補助磁石にフィードバックし、衝撃的な衝撃力により打たれた時に、ソレノイド組立体及び磁界変更組立体の全体を通して最初に確立された自然（固有）共振周波数に比例してさらに分子振動を与える。さらに、パルス周波数変調は、インダクタコイルの長手方向軸線に垂直に位置する遠隔補助磁界の近接調整によって変えられ得、遠隔補助永久磁界は、コイル誘導活性化補助磁石と主電磁界との反作用を減衰したり強めたりするのに用いられ、上記の組立体は、所望の変調電圧及び電荷出力の増分周波数調整を得るためにＤＣ電気入力に適用されるべき調波電磁パルス周波数変調器としての機能によって定義される。
【００８２】
電荷出力のかかる増分パルス周波数調整は、上記の電機を包囲する磁界変更組立体に配置した可動補助磁石の調整によって得られ、それにより可動補助磁石は、近接調整可能な遠隔補助磁石に対して所望の出力周波数変調及び又は電位差が得られる時に、適当な機械的拘束によって選択的に位置決めされ固定され得る。図３４には第６の実施形態を示し、別の補助永久磁石７６Ｃは図３３に示す組立体１０の本体部材１２に固定される。別の補助永久磁石７６ＣはＬ字型部材１２Ａに保持され、Ｌ字型部材１２Ａはねじ１２Ｃによって本体部材１２に調整可能に固定される。さらに広い調整性を提供するために、本体部材１２は図３５に示すように二つの伸縮可能に調整できる本体部分によって構成され得る。
【００８３】
図３６〜図３８には、ソレノイドアクチュエータ７０を変更するための、組立体１０の幾つかの実施形態のそれぞれの変更磁束密度を示している。
【００８４】
従って、組立体１０はモーターの効率を改善し、標準モーター及び／又は発電機の速度及び出力を制御できる。組立体１０は、既存の電機で行われる範囲より広い範囲で、電機がモーターである場合には速度及び／又はトルク、或いは電機が発電機／交流発電機である場合には出力又はエネルギーのような所望の一つ又は複数の出力特性を得るために主磁界を変更するように既存の電機に容易に後付けできる。
【００８５】
こうして、組立体１０は、組立体の独立型磁界の極近くの範囲内で電子励起導体によって通常発生した不斉（非対称）主磁界の対称性又は非対称性を変更する又はゆがめるのに用いることができる。このような変更は主磁界に対して極性引力を作用させるように補助磁界を結合することによって主磁界の強さを高め、それによりかかる磁気結合は、反作用磁界を作用させる大きな磁束の集中、及び機械的な引取動力についての運動の共起固有の並進ベクトルによって大きな反作用を生じることになる。逆に、磁束の集中を低減させる極性斥力を作用させるように構成することもできる。
【００８６】
組立体は、電力引取に対して動力の適当な変換を得また一つは又は複数の主反作用磁界に一つは又は複数の補助永久磁界を重ね合わせることによって大きなエネルギー保存を行う主磁界反作用を強める。位置決めできることにより、一つ又は複数の極性配列を調整することによって主磁界反作用の影響及び調整を行うことができ、それにより、反作用する主磁界を強めたり弱めたりするために反作用する主磁界を対称又は非対称に交換させ、それにより、電動機に固有の回転運動構成要素の速度或いは電磁アクチュエータ又はソレノイドに固有の線形調和運動のような出力性能及び変換エネルギー制御の係数を実質的に改善する目的で、電機の電磁特性を変える。従って、組立体は、種々の仕事負荷を最適効率又はそれ以上で行う電磁機械の性能を選択的に調整できる。
【００８７】
単数又は複数の補助磁界は、電機が一定速度及び負荷定格で最適性能を発揮できるようにするため組立体に又は組立体の近くに収容される場合に、主反作用磁界を連続したゆがめかつ一定して撓ませるように調整され得る。また補助磁界は、製造規格に一致しないことによる特定の規格からのずれを補償するのにも用いられ得る。
【００８８】
組立体は、電機と一体に構成するようにされたり、電機内に固定設定されたり、或いは電機に後付気するようにされ得る。それにより、単数又は複数の補助磁界の影響及びそれの関連した発散する磁界は、古典的な電機の主磁界の影響と一定の対称又は非対称補助磁界反作用をするように恒久的に設定される。それにより、電機の設定された有効限界に対して最適な出力特性が得られかつ標準化され得る。組立体はまた、ＡＣ整流型ＤＣモーター又はあらゆるＡＣ電機において性能を高めるために、或いは電機の主電磁界反作用を変更する磁界制御装置として用いるようにされ得る。組立体は、かかる電機によって発生した変換動力及び牽引力を遅くしたり加速するように位置決めされ得る。組立体は、経年及び熱によって生じた永久磁界の強さの損失或いは摩擦機構によって発生した腐食或いは過剰な熱で生じた抵抗の増大のために電子励起導体によって生じる磁束密度の低下のために効率の低下する動作電機に後付けされ得る。このような後付けは必然的に、既存の電機内に収納された内部機構の分解が制限されたりかかる分解ができなくなる。
【００８９】
以上本発明を例示した実施形態によって説明してきたが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲及び広義の範囲から逸脱せずに当業者には多くの変形及び変更が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】公知のＤＣ電動機の回路線図。
【図２】公知のソレノイドの概略図。
【図３】モーターを位置決めしている本発明による磁界変更組立体の一実施形態の概略正面図。
【図４】図３に示す組立体のＸ−Ｘに沿った断面図。
【図５】モーターを位置決めしている図３に示す組立体を示す図。
【図６】図５に示す組立体のＹ−Ｙに沿った断面図。
【図７】発電機を内部に配置したモーターに結合している本発明による磁界変更組立体の別の実施形態の概略正面図。
【図８】図７に示す磁界変更組立体の平面図。
【図９】発電機を内部に配置したモーターに結合している本発明による磁界変更組立体のさらに別の実施形態の概略正面図。
【図１０】図７及び図９に示す発電機の正面図及びＺ−Ｚに沿ったそれぞれの断面図。
【図１１】本発明による磁界変更組立体に対して種々の位置においてモーターに発電機を結合した場合における磁界変更組立体の一実施形態の出力特性を示すグラフ。
【図１２】図９（図１１の誤記？）のグラフにおける参照番号“１”の測定例の場合の補助磁石及びステータ磁石の相対位置を示す図。
【図１３】本発明による磁界変更組立体に対して種々の位置においてモーターに適用した磁界変更組立体の一実施形態の出力特性を示すグラフ。
【図１４】磁界変更組立体に対してモーターの位置における変更磁界を示す図。
【図１５】上記位置における出力信号のグラフ。
【図１６】磁界変更組立体に対してモーターの別の位置における変更磁界を示す図。
【図１７】上記別の位置における出力信号のグラフ。
【図１８】磁界変更組立体に対してモーターのさらに別の位置における変更磁界を示す図。
【図１９】上記さらに別の位置における出力信号のグラフ。
【図２０】本発明による磁界変更組立体の一実施形態を実施している特定のモーターの係数（共動）出力性能を示すグラフ。
【図２１】本発明による磁界変更組立体の一実施形態を実施していない特定のモーターの係数（共動）出力性能を示すグラフ。
【図２２】本体部材の０°における変更した磁束密度を示す図。
【図２３】本体部材の１８０°における変更した磁束密度を示す図。
【図２４】アーマチュアの種々の位置における変更したアーマチュア抵抗を示す表。
【図２５】単一補助永久磁石を備えた磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２６】本体部材のまわりに等間隔に三つの補助永久磁石を配置した磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２７】本体部材のセクターに沿って等間隔に三つの補助永久磁石を配置した磁界変更組立体の実施形態を示す図。
【図２８】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の形態を示す図。
【図２９】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の別の形態を示す図。
【図３０】直線的に可動のアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の別の形態を示す図。
【図３１】スイベルアーマチュアロッドを備えたソレノイドアクチュエーター用の本発明による磁界変更組立体の形態を示す図。
【図３２】ソレノイドコイルを付勢するスイッチング回路を備えた先行技術のソレノイドアクチュエーターを示す図。
【図３３】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの一形態を示す図。
【図３４】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの別の形態を示す図。
【図３５】本発明による磁界変更組立体を実施している振動ソレノイドの別の形態を示す図。
【図３６】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【図３７】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【図３８】振動ソレノイドにおける変更磁界を示す図。
【国際調査報告】
2007529188.tif 000089
2007529188.tif 000090
2007529188.tif 000091