(57)【要約】【課題】  二個の磁石からなる少なくとも一つのセットが提供され、該磁石の少なくとも一つは外側磁石部と中間磁石部と内側磁石部を有している。該外側磁石部は少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している。該中間磁石部は該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部は該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。また、該装置は二個の磁石からなるセットの間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一個の電気伝導コイルを備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体は該二個の磁石のセットの間に少なくとも部分的に位置を占めている。ロッドは該実質的に磁気透過性の物体と一体となっている。【選択図】  図１
2008536304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二個の磁石からなるセットを備えている装置であり、
該二個の磁石のうち少なくとも一方は
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分とを備えているものであり、そして
該装置は、
該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一個の電気伝導コイルと、
該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体と、
該実質的に磁気透過性の物体と一体となっており且つ該物体から延伸している駆動用ロッド
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
該磁石のそれぞれに結合し且つ該磁石のそれぞれの間に広がっているバックアイアンをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに該伝導コイルを通して流される電流を有しており、該磁石の少なくもの一個の磁界が該伝導コイルの電流に実質的に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該ロッドは実質的に磁気不透過性のものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
該磁石の一つに付着せしめられている少なくとも一枚の銅製シートをさらに備えており、該銅製シートが該磁石の一つと該伝導コイルの一つとの間に位置せしめてあるものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
該装置は二個の磁石からなるセットを二つ備えており、
該二個の磁石からなる各個々のセットは、
該二個の磁石からなる各個々のセットの範囲内に少なくとも部分的に位置を占めている一個の電気伝導コイルと
該二個の磁石からなる各個々のセットの間に少なくとも部分的に位置を占めており且つ該一個の電気伝導コイルの範囲内に少なくとも部分的に径方向に配置されている一個の実質的に磁気透過性の物体と
を備えており、そして
該ロッドは該実質的に磁気透過性の物体のそれぞれと一体となっており且つ該二個の磁石からなるセットのそれぞれ及び電気伝導性コイルのそれぞれの範囲内で軸方向に伸びているものである
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
該装置はさらに
該中間磁石部分の磁化方向に対して実質的に平行な磁化方向を有している第三の磁石を備えているもので、当該第三の磁石は該二個の磁石からなるセットの間に軸方向に配置されており、
該少なくとも一個の電気伝導性コイルはさらに二個の電気伝導性コイルを備えており、当該一個の電気伝導性コイルは該二個の磁石からなるセットの磁石のそれぞれと該第三の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めるもので、
該少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体はさらに二個の実質的に磁気透過性の物体を備えており、該一個の実質的に磁気透過性の物体は該二個の磁石からなるセットの磁石のそれぞれと該第三の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めているものである
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
該ロッドは該二個の磁石からなるセットのそれぞれと該電気伝導性コイルのそれぞれの範囲内で軸方向に延伸しているものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
駆動方法であり、該方法は
二個の磁石からなる少なくとも一つの磁石セットを近接するように組み立てること、そして該磁石は
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分と
を備えているものであり、
該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体が少なくとも部分的に位置を占めるようにすること、
該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の電気伝導コイルが少なくとも部分的に位置を占めるようにすること、
該伝導コイル内の第一の方向に電流を流して、該実質的に磁気透過性の物体が該二個の磁石のセットの第一の磁石に向かって磁気的に力が働くようにすること
からなることを特徴とする駆動方法。
【請求項１０】
さらに該第一の方向と反対の方向に電流を切り換えて、該実質的に磁気透過性の物体が該二個の磁石のセットの第二の磁石に対して力が働くようにすることを包含していることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらに該磁石の一つに付けられている熱伝導性シートでもって該伝導コイル近傍の熱を取り除くことを包含していることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
さらに該磁石の磁化の方向を当該磁石を結合するバックアイアンを挿入することにより集中せしめることを包含していることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
アクチュエータを磁気的に駆動するためのシステムであって、該システムは
第一の磁界を与える手段であり、該第一の磁界は少なくとも第一の垂直方向と第一の径方向を有しているもの、
該第一の磁界を与える手段に近接している第二の磁界を与える手段であり、該第二の磁界は該第一の垂直方向と反対の第二の垂直方向と該第一の径方向と協力して作用する第二の径方向を有しているもの、
該第一の磁界と該第二の磁界とによりおおよそ静的な均衡を図るようにして駆動するための手段、そして
第三の磁界を電気的に追加する手段で、一旦追加されると、当該駆動手段のバランスをなくし、該駆動手段が動くようにするもの
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
アクチュエータであって、該アクチュエータは
第一の磁界を有する第一の磁石であって、該第一の磁界は少なくとも第一の軸方向と第一の径方向とを有しているもの、
第二の磁界を有する第二の磁石であって、該第二の磁石は該第一の磁石の近傍にあり、該第二の磁界は第二の軸方向と第二の径方向とを有しているもので、該第一の軸方向と該第二の軸方向とは対称的に対抗するもので、該第一の軸方向と該第二の軸方向とは協力して作用するもの、
該第一の磁石と該第二の磁石との間に少なくとも部分的に位置している電気伝導コイル、そして
該第一の磁石と該第二の磁石との間に位置している実質的に磁気透過性の物体
を備えていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１５】
該アクチュエータが該実質的に磁気透過性の物体に取り付けられ且つ実質的に磁気不透過性である駆動用ロッドをさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
第一の磁石を備えている駆動デバイスであって、該第一の磁石は、
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な径方向の磁化方向を有している中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分と
を備えていることを特徴とする駆動デバイス。
【請求項１７】
該第一の磁石が環状のものであることを特徴とする請求項１６に記載の駆動デバイス。
【請求項１８】
該駆動デバイスは、さらに、第二の磁石を備えているものであって、該第二の磁石は、
少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している該第二の磁石の外側磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な径方向の磁化方向を有している該第二の磁石の中間磁石部分と
該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している該第二の磁石の内側磁石部分と
を備えているものであり、そして
該駆動デバイスは、伝導コイルも備えているもので、該伝導コイルは、
該第一の磁石と該第二の磁石との間に配置され且つ伝導コイルの全体にわたって通される電流を有しており、該第一の磁石の第一の磁界は該伝導コイルの電流に実質的に垂直であり、該第二の磁石の第二の磁界は該伝導コイルの電流に実質的に垂直である
ことを特徴とする請求項１６に記載の駆動デバイス。
【請求項１９】
該伝導コイルの巻線に電流が流されている伝導コイルであって、該第一の磁石の磁界が当該コイルの電流に対して実質的に垂直なものであるものをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の駆動デバイス。
【請求項２０】
該第一の磁石に付けられており且つ該第一の磁石から延伸しているバックアイアンをさらに備えていることを特徴とする請求項１９に記載の駆動デバイス。
【請求項２１】
該第一の磁石が傾斜せしめられているものであることを特徴とする請求項１６に記載の駆動デバイス。
【請求項２２】
該デバイスが、
該第一の磁石と共に軸方向に配列されており且つ該第一の磁石に近接して位置を占めている電気伝導コイル、
該第一の磁石に十分に近接して位置を占めている動作範囲を有しており且つ磁力を介して可動である実質的に磁気透過性の物体、そして
該実質的に磁気透過性の物体の動作の範囲を制限するような位置を占めているカウンターバランスであり、それにより該実質的に磁気透過性の物体が該磁石の近傍に保持されるものを
さらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の駆動デバイス。
【請求項２３】
該カウンターバランスが、第二の磁石であることを特徴とする請求項２２に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
該実質的に磁気透過性の物体と一体とされているロッドをさらに備え、該カウンターバランスがスプリングであることを特徴とする請求項２２に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
柔軟性のある膜材の上にプリントしたコイルをさらに備え、該コイルは該磁石と共に少なくとも部分的に軸方向に配列せしめられており、それにより、該コイルに電流を流すと、該柔軟性のある膜材を該磁石に関して軸方向に移動せしめることになるものであることを特徴とする請求項１６に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
アクチュエータであって、該アクチュエータは、
第一の磁界を有する第一の磁石であって、該第一の磁界は第一の径方向のもの、
第二の磁界を有する第二の磁石であって、該第二の磁石は該第一の磁石に近接しており、該第二の磁界は第二の径方向のもので、そこでは該第一の径方向と該第二の径方向とが平行であるもの、
該第一の磁石と該第二の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている電気伝導コイル、及び
該第一の磁石と該第二の磁石の間に位置を占めている実質的に磁気透過性の物体
を備えていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２７】
磁気アクチュエータの製造法であって、当該方法は、
少なくとも二個の磁石を同軸となるように所定の距離だけ離して配置し、
二個の磁石のうち少なくとも一方が少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分とを備えているといった当該二個の磁石の少なくとも一方を磁化せしめ、
該二個の磁石の間に少なくとも一個の電気伝導コイルが少なくとも部分的に位置を占めるようにし、
該二個の磁石の間に少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体が少なくとも部分的に位置を占めるようにし、そして
該実質的に磁気透過性の物体と一体となっており且つ該物体から延伸している駆動用ロッドを備えるようにせしめる
ことを特徴とする磁気アクチュエータの製造法。
【請求項２８】
該二個の磁石の少なくとも一方を磁化せしめる処理が、さらに、磁石の構成材料物質が予め配列された状態となっている該磁石の近傍に複数の伝導コイルを配置し、該伝導コイルを介して複数の電流を流すことを開始して、それにより該磁石構成材料物質を磁化せしめることを包含していることを特徴とする請求項２７に記載の製造法。
【請求項２９】
磁力を生成する方法であって、該方法は
伝導コイルを包み込んでいる磁界を形成し、そして該磁界は磁石の外側磁石部分に対して外向きに該磁石の内側磁石部分から湾曲している第一の磁界の重ね合わせと、該磁石の中間磁石部分から径方向外向きに向いている第二の磁界を包含するもので、そして
該伝導コイルを介して電流を適用する
ことを特徴とする磁力を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力場に関するものであり、特には、径方向の磁場を使用しているダイレクト・ドライブ式アクチュエータ並びにバルブ（弁）の構成部品上で動作する伝導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータは、伝統的には機械的な技術のものである。殆どのアクチュエータは、バルブ（弁）、スプリング（バネ）、該バルブを動かす軸回転する構成要素を備えている。機械式アクチュエータが抱える問題の一つは、機械式アクチュエータの部品が磨耗する傾向を有していることである。そのスプリング類の弾性が低下したり軸回転するジョイント類が磨耗すると、バルブは効率よく作動することを止めてしまうことになる。動きのある部品の数を少なくしたアクチュエータが、伝統的な機械式アクチュエータを長持ちさせることになるであろう。
【０００３】
【特許文献１】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近では、非常に小型であるアクチュエータを開発するという必要性がある。
例えば、慣性測定ユニット装置、センサー装置、パワー供給装置などの必須の構成要素を超小型化することでの急速な進歩を通して、超小型飛行機（マイクロ・エアー・ビークル; Micro Air Vehicles, MAVs)が開発されてきている。これらのMAVsは、15センチメートル程の小ささのものであるようにデザインされている。そのような小さなサイズの機械式のアクチュエータは、非常に扱い難くて、信頼性に欠ける。
【０００５】
このように、上記した欠陥並びに不十分な点に焦点を当てて扱う工業において、未解決の要望がここに存在するのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の具体的な態様では、磁気アクチュエータ用システム（装置）及び磁気アクチュエータ提供用手法が提供される。
簡単に記載すると、技術的には、当該システムの一つの具体的な態様は、とりわけ、次なるようにして実施可能である。該磁気アクチュエータシステムは、二個の磁石からなる少なくとも一つのセットを提供しているもので、該磁石の少なくとも一つは外側磁石部と中間磁石部と内側磁石部とを有しているものである。該外側磁石部は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している。該中間磁石部は、該外側磁石部の磁化方向に実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部は、該外側磁石部の磁化方向に対して実質的に逆平行を指している磁化方向を有している。また、本装置は、該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイルを備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体が、該二個の磁石の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにしてある。ロッドが、該実質的に磁気透過性の物体と一体とされており且つ該磁気透過性の物体から延伸するようにされている。
【０００７】
また、本発明は、アクチュエータを機械的に動かすための方法を提供しているとみることもできる。この点に関して、そうした方法の一つの具体的な態様としては、とりわけ、次なるステップにより広義に要約できるものである。すなわち、該ステップは、二個の磁石からなる少なくとも一つの磁石セットを近接するように組み立てること、そして該磁石の少なくとも一つは少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分と該外側磁石部分の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分とを備えているものであり；該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の実質的に磁気透過性の物体が少なくとも部分的に位置を占めるようにすること；該二個の磁石のセットの間に少なくとも一個の電気伝導コイルが少なくとも部分的に位置を占めるようにすること；及び、該伝導コイル内の第一の方向に電流を流して、該実質的に磁気透過性の物体が該二個の磁石のセットの第一の磁石に対して磁気的に力が働くようにすること、というものである。
【０００８】
本発明のその他のシステム（装置）、方法、利点は、以下の図面及び詳細な記載をみることにより、当業者には明らかであろうし、明らかとなるであろう。そうした更なるシステム（装置）、方法、特徴点、利点のすべては、本明細書の記載の範囲内のものであり、本発明の範囲内のものであって、添付の特許請求の範囲の請求項により保護されるべきものであることが意図される。
図面を簡潔に説明する。添付の図面を参照することにより、本発明の多くの特徴的な構成がより良く理解できるようになるであろう。図面における構成材又は部品は、必ずしも縮尺どおりでなく、代わりに本発明の原理を明快に図示するように強調されている。さらに、図面では、似ている参照番号は、いくつかの図面を通して、対応する部品・部材を示すようにしてある。
【０００９】
図１は、本発明の第一の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図２は、本発明の第一の具体例に従った図１の磁気アクチュエータの斜視図である。
図３は、本発明の第一の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石アレイの具体例の一部切断面の示してある概略図である。
図４は、本発明の第一の具体例に従った内側磁石の斜視図で、該内側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図５は、本発明の第一の具体例に従った中間磁石の斜視図で、該中間磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図６は、本発明の第一の具体例に従った外側磁石の斜視図で、該外側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
図７は、本発明の第一の具体例に従った図１の永久磁気アレイからの磁界の径方向の成分／水平方向の成分の強度をプロットして図示したものである。
図８は、本発明の第一の具体例に従ったもので、一個の磁気アレイの上方で且つ伝導コイルを横切っている径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
図９Ａ及び９Ｂは、本発明の第一の具体例に従ったもので、図１の磁気アクチュエータの断面図であり、径方向の磁界の方向を図示しているものである。
図１０は、本発明の第二の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図１１は、本発明の第二の具体例に従った図１０の磁気アクチュエータの斜視図である。
図１２Ａは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の具体例の一部切断面の示してある概略図である。
図１２Ｂは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の別の具体例の側面断面図である。
図１３は、本発明の第二の具体例に従ったもので、導体のセットにより磁化される単一の磁石のセットの一部の断面図である。
図１４は、本発明の第二の具体例に従ったもので、一個の磁石の上方の径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
図１５は、本発明の第三の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図１６は、本発明の第四の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図１７は、本発明の第五の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図１８は、本発明の第六の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図１９は、本発明の第七の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
図２０は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図１０の磁気アクチュエータを製造することを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
図２１は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図１０の磁気アクチュエータを組み立てることを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の磁気アクチュエータ10の第一の具体例につき、図１に断面図、そして図２に斜視図を示す。二個のネステッド型磁石アレイ12からなる少なくとも一つのセットが提供せしめられており、各ネステッド型磁石アレイ12は外側磁石14と中間磁石16と内側磁石18とを有しているものである。該三個の磁石14, 16, 18の磁化方向は、該磁石14, 16, 18の中に示してある矢印によって描くことにより示されている。該外側磁石14は、少なくとも部分的には軸方向を示している磁化方向を有している。該中間磁石16は該外側磁石14の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石18は、該外側磁石14の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。該二個のネステッド型磁石アレイ12にある磁石14, 16, 18の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石14の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石16の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石18の磁化方向は逆平行となっている。また、本発明の磁気アクチュエータ10は、該二個のネステッド型磁石アレイ12の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイル20を備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体22が、該二個のネステッド型磁石アレイ12の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされている。ロッド24は、実質的に磁気透過性の物体22と一体となるようにしてある。該ロッド24は、該実質的に磁気透過性の物体22に恒久結合されるか又は分離可能に結合せしめられていてよい。あるいは、該ロッド24と該実質的に磁気透過性の物体22とは、一体の部材(one-piece unit)であってもよい。本具体例では、該ロッド24は、該二個のネステッド型磁石アレイ12のそれぞれ及び該電気伝導コイル20の内側で軸方向に延伸している。特には、該磁気アレイ12は開口を有しており、該開口部の中に当該ロッド24が配置せしめられている。それ故に、該ロッド24は該磁気アレイ12を貫通して垂直方向に動くことができるのである。
【００１１】
図１を参照してみてみるに、銅製シート28が該磁気アレイ12の一つに取り付けられていて磁気アレイ12を伝導コイル 20から分けているものであってよい。銅製シート28の機能の一つとしては、ヒートシンクとして働いて該伝導コイル 20からの熱を消散せしめるものであってよい。銅製シート28は、該伝導コイル20中の電流の伝導体として働くことがないように径方向の分離材を有しているようにし、それにより磁界の動的な形態を変化せしめるようにしてよい。
【００１２】
図２からわかるように、本発明のネステッド型磁石アレイ12は、単一のピースからなる筒状の磁石14, 16, 18であるようにデザインされている。しかしながら、四角形、六角形、あるいは、八角形の断面を有しているものなどのその他の幾何形状を持つ三次元的形態を使用することができる。同様にして、単一の部材形態の磁石14, 16, 18が意図されるものであるが、そのネステッド型磁石アレイ12は、筒状の三次元的な形状あるいはその他の許容される三次元的な形状を一緒になって形成する複数の磁石断片部から構成されていることもできる。当業者であれば該ネステッド型磁石アレイ12の許容される形状に関して莫大な数の置換がありうることがわかるであろう。
【００１３】
図３は、本発明のネステッド型磁石アレイ12の一つの概略図である。図３の磁気アレイ12は、ソリッド型（中まで詰まった型）の筒状の部材として示してあるが、図１に示されている磁気アレイ12では内側磁石18は環状となっている必要があることは注意しなければならない。本図は単に具体的に例を示す目的のためのものであるのである。図１の場合のようにある種の具体的な態様では、内側磁石18は該ロッド24がその中にあって該磁気アレイ12の中を垂直方向に移動することができるように環状のものであることが理解されよう。
【００１４】
本ネステッド型磁気アレイ12は、二個のネステッド型環状磁石14, 16と内側筒状磁石18とを備えており、該内側筒状磁石18もまた環状のものであってもよく、それらは、それぞれ、図３で示されている方向に磁化されたり、あるいは、それらと反対の方向に磁化されている。該外側磁石14は、本アレイの底部から外に軸方向を指している磁化の方向を有しており、該中間磁石16の磁化方向は、その外側磁石14の磁化方向に対して垂直であり、径方向内向きを指している。該内側磁石18の磁化方向は、該外側磁石14と逆平行であり、本アレイの頂部から外向きを指している。内側磁石及び外側磁石14, 18は、互いに逆平行のもので、反対の方向に磁化されていてよい。中間磁石16は、いずれの径方向に磁化されていれもよく、いずれの場合においても、磁界が強められるように軸方向的に側面部に依存して磁化されてよい。
【００１５】
本ネステッド型磁気アレイ12にある該三個のネステッド型磁石14, 16, 18により作り出される磁界は、図４〜６に示してある。
【００１６】
図４は、内側磁石18により作り出される磁力線の方向を示している。内側磁石18の磁界は、該内側磁石18の内側では垂直方向上向きを指しており、ベクトルA, B, Cで表わされているようにその頂部から底部までその内側磁石18の外側に対し回るように湾曲している。
【００１７】
図５は、中間磁石16の磁界を示している。その磁化方向は、中間磁石16の内側では径方向内向きを指している。ベクトルDとEは、中間磁石16の外側での磁界の方向を表している。
【００１８】
該外側磁石14の磁界は、図６に描かれている。外側磁石14の磁化方向は、垂直方向下向きである。その磁界の方向は、ベクトルF, G, Hにより図６に表してある。
【００１９】
図４〜６の三個の磁石14, 16, 18の磁界は重なり合い、図７及び８で示す磁気アレイ12の磁界を生み出すであろう。図４〜６を参照してみると、ベクトルA, D, Fは、それぞれ、本磁気アレイ12の上の三個の磁石14, 16, 18の磁界を示している。これらのベクトルはすべて中間磁石16の上方では同じ方向を指し示している。それで、その磁界は一緒になって付加されて径方向外向きを指している強くて大きな磁場を作り出している。ベクトルB及びGは、該磁気アレイ12の側面に沿っている磁界を表している。これら二個のベクトルは、反対の方向を指している。かくして、部分的に互いを相殺している。最終的には、ベクトルC, E, Hは、該磁気アレイ12の下方の各磁石14, 16, 18の磁界を表している。中間磁石16の磁場Eは、他の二個の磁石14, 18の磁場C, Hとは反対の方向を指し示している。それ故に、この領域では磁界が部分的に相殺されている。その結果として、該磁気アレイ12の下方では非常に弱い磁界が存在するのである。
【００２０】
磁場がベクトル的に加えあわされて、磁気アレイ12の上方では径方向の磁界が増大せしめられ、一方、磁気アレイ12の下方では径方向の磁界が低減せしめられている。中間磁石16の磁化方向を逆にすることによって、磁気アレイ 12の上方から下方に強い磁場の位置を変えることができる。あるいは、内側磁石18と外側磁石14の両方の磁化ベクトルを逆にして大きな径方向の磁界が位置を占めるように制御することができる。
【００２１】
本磁石構造の特に優れている点は、伝導体から離れた使用していない空間から伝導コイル20の位置しているところに磁界の位置を変えることにある。これにより、本ネステッド型磁気14, 16, 18からの磁界の全体を効率よく使用することができる。図７は、磁界の径方向の成分（水平方向の成分）の強度を示すものである。伝導コイル20が磁気アレイ12の上方にある場合では磁界は強力であるが、比較すると,磁気アレイ12の下方では磁界は存在しないということに注意すべきである。
【００２２】
本磁石アレイ12の別の側面としては、磁場が磁石14, 16, 18の上方で径方向に延びていることである。図８は、伝導コイル20の領域での磁気アレイ12の上方の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。磁界の強度は矢印の長さの違いで表されており、より大きなサイズの矢印はより大きな磁界であることを示していることに注意されるべきである。本発明の一つの磁気アレイ12のこの具体例では、磁場は内側の磁界から伝導コイル20を通って外側磁石 14の中へと湾曲している。該第一の磁場が内側磁石18から外側磁石14まで外向きに湾曲しているなら、その時は、第二の磁場は径方向外向きを指し示している。すなわち、中間磁石16の磁化方向は、径方向内向きで該中間磁石16の外のその磁界は外向きである。
【００２３】
当業者は、上記具体例は伝導コイル20の下方にある磁気アレイ12に関する高強度ラジアル磁界(High Intensity Radial Field：「HIRF」)アクチュエータを記載しているが、該磁気アレイ12は、別の態様では、該伝導コイル20の側面とか上方のいずれかに位置していることができると理解するであろう。
【００２４】
本明細書で記載の磁石14, 16, 18としては、希土類磁石、例えば、NdFeB又はSmCoなどが包含されてよい。磁界が重なり合うことは考慮されるべきことなので、セラミック磁石やAINiCo磁石は、実質的に線形の応答性を持っていないので、例えば、NdFeBと比較してみると、それらはある種の用途では好適性の点で劣るかもしれない。しかしながら、セラミック磁石は動作曲線のある一部分では線形であるので、それらは、本発明のある種の厳しくない具体的な例では、例えば、玩具用アクチュエータでは潜在的な利用可能性を有している。
【００２５】
例えば、図３で示すように、本発明で使用する磁気アレイ12の大きさの具体例としては次のようなものであってよい：半径 r1=2 mmで、1 mmの高さを有する内側磁石18; 内側の半径= r1、外側の半径 r2= r1+0.83 mmで、1 mmの高さを有する中間磁石 16; 内側の半径= r2、外側の半径r3= r2+0.63 mmで、1 mmの高さを有する外側磁石 14。ここで、伝導コイル20の大きさは次のようであってよい: 内側の半径= r1、外側の半径= r1+0.83 mmで、高さ t=0.5 mm。本三個の磁石14, 16, 18の変動領域は、望ましくは一定（必ずしも必要ではないが）であるものであることに注意すべきで、該変動領域は、次式で記述されるものであってよい:
【００２６】
【数１】
2008536304.tif 000003
【００２７】
さらに、向かい合っている磁気アレイ12の間のギャップ（垂直方向のギャップ）は、Z=1.6 mmで、そして該伝導コイル20のアンペア・ターンは、NI=100アンペア・ターンである。
【００２８】
上記した幾何学的な形状並びに大きさは、単に例示であることは理解されるべきであり、本発明は本明細書で具体的に図面で示されたり、記載されたりしていない、別の幾何学的な形状を有するといったその他の具体例である磁石アレイ、アクチュエータ、駆動システムをも包含しているものであることは意図されている。例えば、上記したような大きさとされた該伝導コイル20は、高度に熱を産生し、それ故、航空力学的な用途、例えば、強制対流や10%又はそれより低い仕事効率に適しているかもしれないが、所望の推進力（力）や加熱作用などのファクターに基づいて異なる別のコイルのサイズを選択することをしてもよいことは認められるべきである。
【００２９】
当業者は、本発明のアレイの内側磁石18は、環状の部材又はカニューレ状にされた部材のいずれか、すなわち、中空の部材、あるいは、ソリッド型（中味の詰まった）筒状の部材（該ロッドの形状に影響を及ぼすであろう）のいずれであってよいことを認識するであろう。本発明の磁気アレイ12は、内側磁石18を有しており、該内側磁石18はその中心軸に沿って開口部又は孔部を持っているもので、そして該磁気アレイ12は駆動システムの一部であるように別の構成部品に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。
【００３０】
該磁気アクチュエータ10は、ネステッド型磁石アレイ12の間の距離がそのネステッド型磁石アレイ12の外側磁石14の半径の約２倍からそのネステッド型磁石アレイ12の外側磁石14の半径の約６倍のそれに等しいものであるように配置してよい。より好ましくは、該磁気アクチュエータ10は、該ネステッド型磁石アレイ12の間の距離がそのネステッド型磁石アレイ12の外側磁石14の半径の約２倍からそのネステッド型磁石アレイ12の外側磁石14の半径のおおよそ４倍となるように配置してよい。
【００３１】
図９Ａは、該伝導コイル20及び実質的に磁気透過性の物体22の上の磁石14, 16, 18のそれぞれの磁化の効果を示すものである。図９Ａは、該伝導コイル20を通って流れている電流なしでの磁気アクチュエータ10を示している。図示されているように、一つのネステッド型磁気アレイ12は、伝導コイル20の頂部にあり、そして実質的に磁気透過性の物体22及び別のもう一つのネステッド型磁気アレイ12は、その底部にある。頂部のネステッド型磁気アレイ12は、その底部にあるネステッド型磁気アレイ12に対しては磁気的に逆向きとされている。すなわち、該頂部ネステッド型磁気アレイ12は、該頂部の内側磁石18の磁界の方向が、該底部の内側磁石18の磁界の方向と逆平行となるように、そして該頂部の外側磁石14の磁界の方向が、該底部の外側磁石14の磁界の方向と逆平行となるように配置されている。結果、該頂部ネステッド型磁気アレイ12と該底部ネステッド型磁気アレイ12の軸方向の力は、互いに実質的に相殺されることとなる。一方、ネステッド型磁石アレイ12の径方向の力は、結合されて増強されることとなる。伝導コイル20や実質的に磁気透過性の物体22のいずれも、径方向に動かされることはいずれもないというように影響を受けない。
【００３２】
図９Ｂは、図９Ａと同じ配置で、該伝導コイル20を通って伝導されている電流を付けたものを示すものである。図示されているように、電流は、丸い印の付けられた伝導コイル20の部分では紙面より出るように流れ、「×」の印の付けられた伝導コイル20の部分では紙面の中に入っていくように流れる。該伝導コイル20中に流れがある結果、磁界が追加される。その追加の磁界は、本例では、該伝導コイル20と実質的に磁気透過性の物体22の両方の上方の下向きの力となるのである。該伝導コイル20は軸方向に動くようなスペースを実質的に有さないようにしてあるので、その伝導コイル20は、かけられた力で実質的に動くことはない。しかしながら、該実質的に磁気透過性の物体22と一体となるように付いているロッド24が動くにつれ、実質的に磁気透過性の物体22は下方に動かされる。
【００３３】
本発明の意図される用途分野の一つは、自動車分野である。本磁気アクチュエータ10は完全に電気制御されている吸気／排気バルブ駆動システムを提供するように使用されることができる。伝導コイル20へ電流を供給することにより、簡単に、ロッド24に結合するバルブを作動させることができる。完全に電気制御されている吸気／排気バルブ駆動システムにすると、完全に、カムシャフトを付けなくてよい。かくして、(1)通常のカムシャフトのプロファイリングをしてエンジンの上に置かれる詰め込んで配置することに伴う制約をなくすことができ、そして、(2)エンジンスピードや負荷範囲のすべてに渡ってガス交換プロセスを最適化することを可能にできる。エンジンの吸気／排気バルブを電磁的に駆動せしめることにより、エミッションや全体的な効率、そして車輌のパーフォーマンスにつき、より大巾な制御をすることが可能となる。
【００３４】
図１０は、本発明の第二の具体例に従った磁気アクチュエータ110のセットの断面図であり、図１１はその斜視図である。二個の磁石からなる少なくとも一つのセットが提供され、その各磁石112は、外側磁石部114と中間磁石部116と内側磁石部118とを有している。該磁石部114, 116, 118の中に示された矢印は、その三個の磁石部114, 116, 118の磁化方向を示している。該外側磁石部114は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を持っている。該中間磁石部116は、その外側磁石部114の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部118は、該外側磁石部114の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。該二個の磁石112にある磁石部114, 116, 118の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部114の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部116の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部118の磁化方向は逆平行となっている。また、セットとなっている磁気アクチュエータ110は、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイル120を備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体122が、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされている。ロッド124は、実質的に磁気透過性の物体122と一体となるようにしてある。該ロッド124は、該実質的に磁気透過性の物体122に恒久結合されるか又は分離可能に結合せしめられていてよい。あるいは、該ロッド124と該実質的に磁気透過性の物体122とは、一体の部材ユニットであってもよい。本具体例では、該ロッド124は、該二個の磁石112のそれぞれ及び該電気伝導コイル120の内側で軸方向に延伸している。特には、該磁石112は開口を有しており、該開口部の中に当該ロッド124が配置せしめられている。それ故に、該ロッド124は該磁石112を貫通して垂直方向に動くことができるのである。
【００３５】
図１１から見てわかるように、本発明の磁石112は、単一のピースからなる筒状の磁石であるようにデザインされている。しかしながら、四角形、六角形、あるいは、八角形の断面を有しているものなどのその他の幾何形状を持つ三次元的形態を使用することができる。同様にして、単一の部材形態の磁石112が本具体例では意図されるものであるが、その磁石112は、筒状の三次元的な形状あるいはその他の許容される三次元的な形状を一緒になって形成する複数の磁石断片部から構成されていることもできる。当業者であれば該磁石112の許容される形状に関して膨大な数の置換がありうることがわかるであろう。
【００３６】
図１２Ａは、本発明の第二の具体例に従った具体的な高強度ラジアルフィールド(HIRF)永久磁石の部分的に切り欠きした概略図である。図１２Ｂは、本発明の第二の具体例に従った別の具体的な高強度ラジアルフィールド(HIRF)永久磁石の側面の断面図である。図１２Ａと図１２Ｂの磁石112は、ソリッド型の部材として示してあるが、図１０に示された磁気アクチュエータ110では磁石112は環状となっている必要があることは注意しなければならない。本図１２Ａと図１２Ｂは単に具体的に例を示す目的のためのものであるのである。そして、もし所望であるなら、本発明の範囲を逸脱せずに、いずれかの磁石112を環状のものにすることができよう。図１０の場合のようにある種の具体的な態様では、磁石112は該ロッド124がその中にあって該磁石112の中を垂直方向に移動することができるように環状のものであることが理解されよう。図１２Ａに示されているように、磁石112はディスク形状のものであってよいし、図１２Ｂに示されているように、径方向に傾いたものであってよい。図１２Ａと図１２Ｂに示されているいずれの磁石112のデザインについても、伝導コイル120が磁石112の軸に関して位置を占めるようにされて磁気アクチュエータ110を構築するようにされているべきである。また、図１２Ｂの傾けられた磁石112に関しては、該磁石112が伝導コイル120に向かうか、あるいは、伝導コイル120から離れるように傾けられているというように、磁気アクチュエータ110は作動されるであろう。
【００３７】
本磁石112は、環状のものであってもよく、あるいは、環状のものでなくてもよく、それは、それぞれ、図１２Ａで示されている方向に磁化されたり、あるいは、それらと反対の方向に磁化されていてよい。該外側磁石部114は、本アレイの底部から外に軸方向を指している磁化の方向を有しており、該中間磁石部116の磁化方向は、その外側磁石部114の磁化方向に対して垂直であり、径方向内向きを指している。そして、該内側磁石部118の磁化方向は、該外側磁石部114と逆平行であり、本アレイの頂部から外向きを指している。内側磁石部及び外側磁石部114, 118は、互いに逆平行のもので、反対の方向に磁化されていてよい。そして、中間磁石部116はいずれの径方向に磁化されていれもよく、いずれの場合においても、磁界が強められるように軸方向的に側面部に依存して磁化されてよい。
【００３８】
本発明の第二の具体例に従えば、本磁石112は、複数の方向に働く磁界を有している単一の磁石であってもよい。所望される着磁された磁界の分布は、知られている磁化方向固着タイプを介して達成されることができる。該永久磁石の材料物質は、おおよそ1T〜1.5Tの値の飽和を越えて3〜4という典型的なファクターだけ作動せしめられなければならないので、3T〜6Tのピークの磁界値が必要とされる。今日利用可能な三つの基本的なタイプの磁化器（磁化装置）とは、電磁式磁化器（電磁式磁化装置）、ハーフサイクル型磁化器、そして容量性放電型磁化器（キャパシティブディスチャージ型磁化器又はコンデンサー式着磁装置）である。電磁式磁化器は、長期のパルスを与えるもので、主としてアルニコ(Alnico)及びフェライトを磁化するのに有用である。ハーフサイクル型磁化器は、パワー供給ラインの励起に基礎を置いているもので、高電流で固定化する設備が必要とされている。ハーフサイクル型磁化器は、一つ、又は二つ、あるいは、三つのハーフサイクルの電流パルスを提供できるもので、主としてフェライト磁石に有用である。容量性放電型磁化器は、希土類の永久磁石に有用な非常に高い電流を供給できるものである。
【００３９】
望まれる磁界のパターンは、図１２Ａに示されている三個の構成磁石部の磁化方向により示される。単一の磁石112の上に、該三個の構成磁石部114, 116, 118に相当する所望の磁界を刻み付けるには、独特の伝導コイル140の配置が必要とされる。そうした配置の一つは、図１３に示されている。図１３は、本発明の第二の具体例に従った導体140のセットにより着磁せしめられている単一である磁石112のセットの一部の断面図である。該磁石112とコイル140の軸142で透視して図示されている配置に関し、所望の最終的な磁界及び、最終製品片の望まれる大きさにより、図示されている比率（ここで、各コイル140に隣り合って＃ｘ(数字×)が示されているが、例えば、5xとは、５倍するという乗数を示すもので、正の乗数は、紙面に入っていく方向の電流を指しているもので、一方、負の乗数は、紙面から出てくる方向の電流を示している）によって電流は段階がつけられるべきである。図示されている形状で5mmの厚さのピースに関しては、電流比率の乗数は8000であるべき、すなわち、±40,000 Amp-ターンのピーク電流ターンが必要とされよう。磁石112の相対的な形状、あるいは、その個々の磁界は変えられるので、本発明の範囲内でその他の導体コイル140の位置並びに比率を使用してよい。定形の磁気エレメントソフトウエアパッケージが入手可能で、該導体コイル140の位置及び電流ターンの値を選択する場合に設計者を補助することができる。
【００４０】
定形的な磁気エレメントを計算した結果を、図１４に示してある。図１４は、磁石112の上方の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。磁界の強度は矢印の長さの違いで表されており、より大きなサイズの矢印はより大きな磁界であることを示していることに注意されるべきである。第一の具体例に関して図８で示したのと同様に、磁石112の上方に磁気の流れが線で示されている。具体例を比較してみると、単一形状の磁石112を使用すること、マルチ形態の筒状の磁石を使用すること、あるいは、いろいろな形状の複数の磁石を使用することで、同様な磁界の配向が作り出されることに注意されるべきである。当業者は、様々な形態や様々な大きさの複数の磁石を使用することで、同様な配向の磁界を作り出す多くの方法があることについて理解できるであろう。本明細書で開示された配向と同様な磁界の配向を生み出すと期待される磁石の構造のすべては、本発明の範囲内であると考えられよう。
【００４１】
例えば、NdFeBなどの幾つかの有用な磁性材料物質は、性状が異方性であることが見出されている。異方性とは、該材料物質が異なった方向では異なった磁気的性状を有することを意味するものである。貯留された磁界を増加するため、そして、該材料物質の特性を適応したものとするために、該材料物質は、着磁を起こす前に所望の磁化のパターンに従って着磁用ジグの中で予め配列しておくことができる。永久磁石用材料物質を、指示されている方法で磁化せしめた後に、単一のピースである磁石は、用途に応じて、個々に、あるいは、空気の間隙を伴ったペアの形態で使用されることができるか、あるいは、一緒に積み重ねられることができる。
【００４２】
図１に示されている本発明の第一の具体例と図１０に示されている本発明の第二の具体例との違いの一つは、第一の具体例は、ネステッド型磁気アレイ12を教示するものであるのに対し、第二の具体例は単一の部材である(single-piece)磁石112を教示するものであることにある。同様に、当業者であれば、本二つの具体例の中で教示された技術を組み合わせて使用して、２個の磁石を隣り合うように置くことについての本発明のその他の具体例があるものであること、そしてそれらの具体的な態様も本発明の範囲内にあると考えられると認識するであろう。
【００４３】
図１５は、本磁気アクチュエータの第三の具体例210の断面図である。二個の磁石212からなる少なくとも一つのセットが提供され、その各磁石212は、外側磁石部214と中間磁石部216と内側磁石部218とを有している。該磁石部214, 216, 218の中に示された矢印は、その三個の磁石部214, 216, 218の磁化方向を示している。該外側磁石部214は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を持っている。該中間磁石部216は、その外側磁石部214の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部218は、該外側磁石部214の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。該二個の磁石212にある磁石部214, 216, 218の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部214の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部216の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部218の磁化方向は逆平行となっている。また、本磁気アクチュエータ210は、該二個の磁石212の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイル220を備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体222が、該二個の磁石212の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされている。そして、本第三の具体例では、それは該電気伝導コイル220の少なくとも一つの中に少なくとも部分的に且つ径方向に位置している。ロッド224は、実質的に磁気透過性の物体222と一体となるようにしてあり且つ該二個の磁石212のそれぞれ及び該電気伝導コイル220の内側で軸方向に延伸している。特には、該磁石212は開口を有しており、該開口部の中に当該ロッド224が配置せしめられている。それ故に、該ロッド224は該磁石212を貫通して垂直方向に動くことができるのである。
【００４４】
磁気透過性のバックアイアン226は、該磁石212のセットに付けたり、該磁石212のセットの外側磁石部214のそれぞれの間に広がっている。該磁気透過性のバックアイアン226は、磁界の通路を集めるために使用され、本目的のため本明細書で記載される本発明の具体的な態様のいずれにおいて使用されていてよい。その他の具体的な態様では、該磁気透過性のバックアイアン226は、該磁石 212のその他の箇所の間に比較的より役に立つように位置していてもよい。
【００４５】
該伝導コイル220の全体に電流が流され、そこで該磁石212の少なくとも一つの磁界が該伝導コイル220中の電流に実質的に垂直であるようにしてよい。該ロッド224は、実質的に磁気透過性ではなくてよい。もし該ロッド224が磁気透過性であるなら該磁気アクチュエータ210は機能するであろう。しかしながら、該ロッド224は、その時、磁化方向と干渉し、その結果、該磁気アクチュエータ210が劣る効率で作動するようにせしめることとなる。
【００４６】
図１６は、本磁気アクチュエータの第四の具体例310の断面図である。本磁気アクチュエータ310は、二個の磁石312からなる二つのセットを備えている。各磁石312は、外側磁石部314と中間磁石部316と内側磁石部318とを有している。該磁石部314, 316, 318の中に示された矢印は、その三個の磁石部314, 316, 318の磁化方向を示している。該外側磁石部314は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を持っている。該中間磁石部316は、その外側磁石部314の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部318は、該外側磁石部314の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。各セットの該二個の磁石312にある磁石部314, 316, 318の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部314の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部316の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部318の磁化方向は逆平行となっている。二個の磁石312からなる二つのセットは、軸方法に配列されており、互いに当接せしめられている。各セットの該当接している磁石312にある磁石部314, 316, 318の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部314の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部316の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部318の磁化方向は逆平行となっている。また、本磁気アクチュエータ310は、二個の電気伝導コイル320を備えている。１個の電気伝導コイル320は、該磁石312からなる二つのセットのそれぞれの内側に少なくとも部分的に位置を占めるようにされている。１個の実質的に磁気透過性の物体322が、該磁石312からなる二つのセットのそれぞれの間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされている。ロッド324は、実質的に磁気透過性の物体322と一体となるようにしてあり且つ該二個の磁石312からなるセットのそれぞれ及び該電気伝導コイル320の内側で軸方向に延伸している。特には、該磁石312は開口を有しており、該開口部の中に当該ロッド324が配置せしめられている。それ故に、該ロッド324は該磁石312を貫通して垂直方向に動くことができるのである。
【００４７】
図１６に示すように、磁石312からなる二つのセットを当接すると、両方の実質的に磁気透過性の物体322が一つのロッド324に付いているなら、個々の磁石312の強度を高めること無しに、該ロッド324に加えられる力を増大させるのに有用であるであろう。あるいは、当接せしめてある磁石312の配置は、二個のロッド324に影響を与えると、該二個の磁石312からなるセットの間の空間の縁辺部に沿って該実質的に磁気透過性の物体322の少なくとも一つを配置することが必要となるが、同じ領域にある二個の異なっているロッド324に影響を与えるのに使用されるものであってよい。そうした配置は以下の記載でさらに説明する。図１６に示されている個々の当接せしめられている磁石312は、内側磁石部318と外側磁石部314の所にかかる逆平行の磁力を有しており、その磁石部314, 318からの磁力を実質的に相殺し、中間磁石部316からの磁力であって且つ組み合わさって一緒になった径方向の磁力のみを残す。別の態様では、径方向の磁力のみを有する単一の磁石を使用して、該個々の当接せしめてある磁石312の代わりとすることもできる。
【００４８】
図１７は、本磁気アクチュエータの第五の具体例410の断面図である。二個のネステッド型磁石412からなる一つのセットが提供せしめられており、各磁石412は外側磁石部414と中間磁石部416と内側磁石部418とを有しているものである。該磁石414, 416, 418の中に示された矢印は、その三個の磁石414, 416, 418の磁化方向を示している。該外側磁石部414は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を持っている。該中間磁石部416は、その外側磁石部414の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部418は、該外側磁石部414の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。該二個のネステッド型磁石412にある磁石414, 416, 418の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部414の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部416の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部418の磁化方向は逆平行となっている。第三番目の磁石430が、該二個のネステッド型磁石412の間に搭載せしめてある。該第三番目の磁石430は、中間磁石部416の磁化方向に対し実質的に平行である単一の磁化方向を有するものである。また、該磁気アクチュエータ410は、二個の電気伝導コイル420を備えており、一つの電気伝導コイル420は該第三番目の磁石430と該二個のネステッド型磁石412のそれぞれとの間に少なくとも部分的に位置を占めている。二個の実質的に磁気透過性の物体422が備えられており、その実質的に磁気透過性の物体422の一方は該第三番目の磁石430と該二個のネステッド型磁石412のそれぞれとの間に少なくとも部分的に位置を占めている。ロッド424は、実質的に磁気透過性の物体422と一体となるようにしてあり且つ該二個のネステッド型磁石412のそれぞれと該第三番目の磁石430と該電気伝導コイル420の内側で軸方向に延伸している。特には、該磁石412は開口を有しており、該開口部の中に該ロッド424が配置せしめられている。それ故に、該ロッド424は該磁石412を貫通して垂直方向に動くことができる。
【００４９】
図１６と図１７は、本質的に同等のものである。図１７における第三番目の磁石430は、該二個の当接している磁石312が図１６の磁気アクチュエータ310の中心部で持っている効果と同じ効果を磁気アクチュエータ410において有している。図１６の磁気アクチュエータ310の中心部での二個の当接している磁石312から生ずる力の総和は、図１７の磁気アクチュエータ410の第三番目の磁石430から生ずる力と同等のものである。
【００５０】
図１８は、本磁気アクチュエータの第六の具体例510の断面図である。二個の磁石512からなる少なくとも一つのセットを備えており、それぞれのネステッド型磁石アレイ412は外側磁石部514と中間磁石部516と内側磁石部518とを有している。該磁石部514, 516, 518の中に示された矢印は、その三個の磁石部514, 516, 518の磁化方向を示している。該外側磁石部514は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を持っている。該中間磁石部516は、その外側磁石部514の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している。該内側磁石部518は、該外側磁石部514の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している。該二個の磁石512にある磁石部514, 516, 518の磁化方向を比較してみると、該二個の外側磁石部514の磁化方向は逆平行となっており、該二個の中間磁石部516の磁化方向は平行となっており、該二個の内側磁石部518の磁化方向は逆平行となっている。また、本磁気アクチュエータ510は、該二個の磁石512の間に少なくとも部分的に位置を占めている少なくとも一つの電気伝導コイル520を備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体522は、該二個の磁石512の間に少なくとも部分的であり且つ該電気伝導コイル520に対して径方向外側に位置を占めるようにされている。ロッド524は、実質的に磁気透過性の物体522と一体となるようにしてあり且つ該二個の磁石512に沿うようにして軸方向に延伸している。磁気透過性のバックアイアン526は、該磁石512の内側磁石部518の間に配置せしめてある。
【００５１】
図１８に示されたような磁気アクチュエータの第六の具体例510は、該磁石512を貫くことよりはむしろ該磁石512に対して外側に該ロッド524が置かれるのを許容しているのである。当業者であれば、本具体例を異なった効果のための他の様々な具体例と組み合わせてもよいと認識するであろう。磁石512からなる二個の当接しているセットを備えていてよく、一つのセットは該磁石512に対して外側にロッド524を有しており、そして一つのセットは該磁石512を貫通しているロッド524を有している。該ロッド524は、磁石 512を取り囲んでいる中空の筒状物であってよい。あるいは、該ロッド524は、磁石 512の一方の側面のみの上に付けられていてよい。
【００５２】
図１９は、本磁気アクチュエータの第七の具体例610の断面図である。本磁気アクチュエータ 610は、磁力を有している磁石612を備えており、該磁力は少なくとも垂直成分と径方向成分とを有している。電気伝導コイル620は、該磁石612と一緒になって軸方向に配列するとともに、当該磁力を強めたり及び／又は変更するために該磁石612に近接するように配置せしめられている。可動範囲を有している実質的に磁気透過性の物体622は、該磁石612に十分に近接して配置せしめられており、その磁力によって、該電気伝導コイル620で強められたり、変化せしめられるにつれて、動くようにされている。カウンターバランス632は、該実質的に磁気透過性の物体622に近接して配置せしめられており、その実質的に磁気透過性の物体622の動きの範囲を制限し、それにより、該実質的に磁気透過性の物体622が磁石612に近接しているようにしている。磁気透過性のバックアイアン626が磁石612の外側磁石部614に結合せしめられ、磁石612の外側磁石部614から伸びている。該カウンターバランス632は、スプリング（バネ）、磁石、弾性体、剛性体、重力、実質的に磁気透過性の物体622を規制することのできる、特には、その磁力により、又はその磁力が無いことにより、その実質的に磁気透過性の物体622をその磁石612から離すように推すけれども、その実質的に磁気透過性の物体622を規制することのできるその他のエレメントのいずれかあるいは力であってよい。
【００５３】
該カウンターバランス632は、その実質的に磁気透過性の物体622を磁石612の近傍に保つもの、及び／又は、その実質的に磁気透過性の物体622を磁石612の近傍の位置に推し進めることのできるものである。本第七の具体例では該磁石612は、第二の具体例の記載されている磁石112と同一なように形成されていてよい。あるいは、それはその他のデザインとされていてもよい。
【００５４】
本明細書で記載の具体例は、主に、コイル及び駆動用ロッドを備えた一個又はそれ以上の磁石を使用することに的を絞っているが、本明細書で記載の磁石をアクチュエータとして使用するためのその他の応用も存在している。例えば、一個の磁石と柔軟性を有する膜（メンブレン）の上に印刷されたコイルを使用してアクチュエータを製造できる。そしてそのコイルは、磁石を伴って少なくとも部分的に軸方向に配列せしめられている（そこでは磁界は実質的に径方向であり且つ該コイルに対し垂直である）。電流がコイルを横切ると該磁石とコイルの間に力が発揮され、それは柔軟性を有する膜を動かすようにする。コイルを流れる電流により該柔軟性を有する膜が曲がるように動かされると、スピーカーのように音を発生させたり、反射面を歪めたり、液体をまぜたり／激しく攪拌したり、表面を磨くためのものを振動させたりするであろう。逆には、その膜又はコイルを外的に変位せしめると、電圧を生じたりすることができ、その電圧はマイクロホンのように観察されたり、記録することができる。知られている印刷プロセスやエッチングプロセスにより、伸縮するコイル（コイルの当初の面から出るという動き）を製造できる。該伸縮するコイルはその磁石の存在下にコイルを通過する電流の極性に応じていずれかの方向に伸びる。
【００５５】
図２０のフローチャートは、本発明の第二の具体例に従った図１０の磁気アクチュエータ110を製造することを可能にするための機能並びに処置を示すものである。これに関し、それぞれのブロックは、モジュール、セグメント、又は、ステップを示しており、それらは特定の特徴を有する機能を付与するための一個以上の指示を包含するものである。また、ある種の別途の組み立て法においては、該ブロックに示された機能は図２０で示されている順序以外で得られるかもしれないということが注目されるべきである。例えば、図２０の順番で示されている二つのブロックの部分を、事実、実質的に並列的に行ってもよい。あるいは、該ブロックの部分は、時には、逆の順序で行ってもよい。本明細書でさらに明瞭にするように説明されているように、それらは関与する機能に応じて行われてよい。
【００５６】
図２０で示すように、アクチュエータを動かすための方法700は、少なくとも二個の磁石112を近接するように組み立てること（ブロック702）を含むものである。各磁石112は、少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分114を備えている。各磁石112は、該外側磁石部分114の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分116を備えている。また、各磁石112は、該外側磁石部分114の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分118を備えている。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体122が、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされる（ブロック704）。少なくとも一つの電気伝導コイル120が、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされる（ブロック706）。該伝導コイル120内の第一の方向に電流を流して、該実質的に磁気透過性の物体122が該二個の磁石112のセットの第一の磁石112に向かって磁気的に力が働くようにする（ブロック708）。
【００５７】
図２１のフローチャートは、本発明の第二の具体例に従った図１０の磁気アクチュエータ110を組み立てることを可能にするための機能並びに処置を示すものである。図２１で示すように、アクチュエータを組み立てるための方法800は、少なくとも二個の磁石112を同軸として所定の距離だけ離して近接するよう配置すること（ブロック802）を包含するものであることができる。該二個の磁石112の少なくとも一つは、着磁せしめられ（ブロック804）、その結果、該着磁せしめられた磁石112は少なくとも部分的に軸方向を指している磁化方向を有している外側磁石部分114と、該外側磁石部分114の磁化方向に対して実質的に垂直な磁化方向を有している中間磁石部分116と、該外側磁石部分114の磁化方向に対して実質的に逆平行に向いた磁化方向を有している内側磁石部分118とを備えることになる。少なくとも一つの電気伝導コイル120が、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされる（ブロック806）。少なくとも一つの実質的に磁気透過性の物体122が、該二個の磁石112の間に少なくとも部分的に位置を占めるようにされる（ブロック808）。そして、駆動用ロッド124は、その実質的に磁気透過性の物体122と一体とされており、そして、それから延伸している。
【００５８】
該磁石112からなるセットの少なくとも一つの磁石112を磁化せしめること（ブロック804）では、該磁石112の材料物質が予め配列された状態にしてあり、該磁石112に近接して複数の導体コイル140を配置することを包含していてよい。次に、複数の電流を導体コイル140を通して流し、それにより該磁石112の材料物質を磁化せしめる。本発明の上記した具体例は、単に、部材・部品を配置したりすることの可能性を示す例であるだけで、本発明の原理を理解しやすいようにするためだけのものであることは強調されるべきである。本発明の精神及び原理から実質的に逸脱することなく本発明の上記具体例に対し数多くの変形及び改変がなされうる。そうした変形及び改変したもののすべては、本明細書の開示及び本発明の範囲内のものでここに包含され且つ添付の特許請求の範囲の請求項により保護されているとされよう。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の第一の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図２】図２は、本発明の第一の具体例に従った図１の磁気アクチュエータの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第一の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石アレイの具体例の一部切断面の示してある概略図である。
【図４】図４は、本発明の第一の具体例に従った内側磁石の斜視図で、該内側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
【図５】図５は、本発明の第一の具体例に従った中間磁石の斜視図で、該中間磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
【図６】図６は、本発明の第一の具体例に従った外側磁石の斜視図で、該外側磁石の磁化により作り出される磁力線が描かれている。
【図７】図７は、本発明の第一の具体例に従った図１の永久磁気アレイからの磁界の径方向の成分／水平方向の成分の強度をプロットして図示したものである。
【図８】図８は、本発明の第一の具体例に従ったもので、一個の磁気アレイの上方で且つ伝導コイルを横切っている径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第一の具体例に従ったもので、図１の磁気アクチュエータの断面図であり、径方向の磁界の方向を図示しているものである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第一の具体例に従ったもので、図１の磁気アクチュエータの断面図であり、径方向の磁界の方向を図示しているものである。
【図１０】図１０は、本発明の第二の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第二の具体例に従った図１０の磁気アクチュエータの斜視図である。
【図１２】図１２Ａは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の具体例の一部切断面の示してある概略図である。  図１２Ｂは、本発明の第二の具体例に従った高強度ラジアル磁界(HIRF)永久磁石の別の具体例の側面断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第二の具体例に従ったもので、導体のセットにより磁化される単一の磁石のセットの一部の断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第二の具体例に従ったもので、一個の磁石の上方の径方向の磁界の方向を矢印でプロットして図示しているものである。
【図１５】図１５は、本発明の第三の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第四の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第五の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第六の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第七の具体例に従った磁気アクチュエータの断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図１０の磁気アクチュエータを製造することを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第二の具体例に従ったもので、図１０の磁気アクチュエータを組み立てることを可能にするための機能並びに処置を示すフローチャートである。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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