(57)【要約】  Ｎ極とＳ極とを有する、永久磁石材料より成る磁石ボディと、強磁性の材料より成る周壁（６，７，１０，１２）とを備えた永久磁石（５，１１，１３）であって、前記磁石ボディが、互いに向き合う端部に第１の極面及び第２の極面を有し、かつ該第１の極面と第２の極面との間に外周面を有しており、前記周壁（６，７，１０，１２）が、前記第１の極面の領域における部分領域を除いて前記磁石ボディを包囲している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極とを有する、永久磁石材料より成る磁石ボディと、強磁性の材料より成る周壁（６，７，１０，１２）とを備えた永久磁石であって、前記磁石ボディが、互いに向き合う端部に第１の極面及び第２の極面を有し、かつ該第１の極面と第２の極面との間に外周面を有しており、前記周壁（６，７，１０，１２）が、前記第１の極面の領域における部分領域を除いて前記磁石ボディを包囲していることを特徴とする、永久磁石。
【請求項２】
前記周壁が、１．２テスラよりも大きい磁気飽和、有利には１．３乃至２．５テスラの範囲内の磁気飽和を有している、請求項１記載の永久磁石。
【請求項３】
前記周壁（６，７，１０，１２）が純鉄より成っている、請求項１又は２記載の永久磁石。
【請求項４】
前記周壁が、純鉄を含有する合金より成っている、請求項１又は２記載の永久磁石。
【請求項５】
周壁なしの部分領域が、磁石ボディの表面の４％乃至４０％である、請求項１から４までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項６】
前記磁石ボディが棒状である、請求項１から５までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項７】
前記磁石ボディが円板状又は多角形状である、請求項１から６までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項８】
前記周壁（１０）が前記第１の極面（１４）を部分的に被覆していて、前記周壁によって被覆されていない自由な極面が残存している、請求項１から７までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項９】
前記周壁（１０）が、第１の極面（１４）の領域において、その他の領域におけるよりも薄い、請求項８記載の永久磁石。
【請求項１０】
前記磁石ボディの第１の極面が、横断面で見て、直線とは異なる輪郭形状を有しており、
前記第１の極面（１４）を部分的に被覆する周壁（１０）と前記自由な極面とが、連続的な端面を形成している、請求項８又は９記載の永久磁石。
【請求項１１】
前記連続的な端面が扁平である、請求項１０記載の永久磁石。
【請求項１２】
第１の極面（１４）が、上段面及び下段面と、該上段面と下段面との間に配置された段移行面とを備えた段部を有しており、
前記上段面が前記自由な極面によって形成されている、請求項１０又は１１記載の永久磁石。
【請求項１３】
前記段移行面と下段面との間の移行部が、横断面で見てＬ字形である、請求項１２記載の永久磁石。
【請求項１４】
前記自由な極面と段移行面との間の移行部が、横断面で見てＬ字形、特に直角である、請求項１２又は１３記載の永久磁石。
【請求項１５】
前記下段面と外周面との間の移行部が、少なくとも前記段移行面とは反対側の、前記下段面（１９，２０）の側において面取りされているか又は丸味を付けられている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項１６】
前記磁石ボディが方形の横断面を有している、請求項１から１５までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項１７】
前記磁石ボディが３角形の横断面を有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項１８】
前記磁石ボディが台形の横断面を有している、請求項１から１７までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項１９】
磁石ボディの前記周壁（１０）が、前記第２の極面を越えて延在していて、永久磁石のための固定装置として構成されている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項２０】
磁石ボディの前記下段面（２１）と外周面との間の移行部は、少なくとも下段面の前記段移行面とは反対側において凹状である、請求項１から１９までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項２１】
磁石ボディの前記下段面（２２）と外周面との間の移行部は、少なくとも前記下段面の前記移行面とは反対側において凸状である、請求項１から２０までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項２２】
磁石ボディの前記下段面（２３）と外周面との間の移行部は、少なくとも前記下段面の前記移行面とは反対側において面取りされているか又は丸味をつけられているか、又は面取りされかつ丸味を付けられている、請求項１から２１までのいずれか１項記載の永久磁石。
【請求項２３】
内レース（２）の半径方向外方に整列配置された自由な極面を有する、請求項１から２２までのいずれか１項記載の第１の複数の永久磁石を備えたピボット軸受において、
外レース（１）の半径方向内方に整列配置された自由な極面を有する、請求項１から２２までのいずれか１項記載の第２の複数の永久磁石を備えており、
前記内レース（２）と外レース（１）とが、互いに同心的に配置されており、
前記複数の永久磁石が前記内レース（２）において、互いに直接的に隣接し合う２つの永久磁石の自由な極面が互いに直接向き合わないように、配置されており、
前記複数の永久磁石が前記外レース（１）において、互いに直接的に隣接し合う２つの永久磁石の自由な極面が互いに直接向き合わないように、配置されており、
内レースに設けられた永久磁石と、この内レースに設けられた永久磁石に直接向き合う、外レースに設けられた永久磁石とが、自由な極面及び包囲された極面の配置に関連して互いに点対称で配置されている、
ことを特徴とする、ピボット軸受。
【請求項２４】
個々の永久磁石が、周方向で見て互いに同じ間隔を保って内レース及び外レースに配置されている、請求項２３記載のピボット軸受。
【請求項２５】
内レースに設けられた永久磁石の数が、外レースに設けられた永久磁石の数と同じである、請求項２４又は２５記載のピボット軸受。
【請求項２６】
内レースに設けられた永久磁石の数が、外レースに設けられた永久磁石の数と異なる、請求項２４又は２５記載のピボット軸受。
【請求項２７】
永久磁石が、内レース及び外レースの半径方向に対して鋭角を成して配置されている、請求項２３から２６までのいずれか1項記載のピボット軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1記載の永久磁石、及びこのような永久磁石を複数個備えた、請求項２３記載の電磁式ピボット軸受に関する。ピボット軸受、及びこのピボット軸受のために適した永久磁石は、例えばドイツ連邦共和国実用新案登録第２０２００５０２０２８８号明細書により公知である。この公知の明細書には、永久磁石式の無接触の半径方向回転クラッチ（Radialdrehkupplung）について開示されている。この半径方向回転クラッチは、同軸的に配置された半径方向内側の機構と、半径方向外側の機構とを有していて、これらの機構がそれぞれ複数の磁石セットを備えている。半径方向内側の機構の磁石と、半径方向外側の機構の磁石とは、これらの磁石間においてそれぞれ１対で磁気的な引張力を有するトルクを伝達するように接続されている。
【０００２】
ドイツ連邦共和国実用新案登録第２９９２２０７３号明細書によれば、同じ極性で磁気化された凹状の構造及び凸状の構造を有する無接触の磁気軸受システムについて開示されており、これらの凹状の構造と凸状の構造とは、互いに近接して設けられているか若しくは互いに嵌め込まれているが、磁界によって互いに作用し合って、互いに接触しないようになっている。
【０００３】
特に大型のラジアル軸受、つまり例えば５００ｍｍ以上の直径を有する軸受は、しばしば、特に過酷な条件下つまり、負荷の程度、汚れ、保守及び修理、並びに耐用年数に関して過酷な条件下で作業する建設機械に使用される。このような分野には、高いプリロード（予備荷重）及び相応に高い摩擦力を有する転がり軸受が使用される。
【０００４】
永久磁石を有する本発明による軸受は、このような問題を最小化するものでなければならない。
【０００５】
この課題は、独立請求項に記載された特徴を実現することによって解決される。本発明による選択的、かつ有利な形式の実施態様は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明は、Ｎ極とＳ極とを有する永久磁石材料より成る磁石ボディと、強磁性の材料より成る周壁とを備えた永久磁石であって、前記磁石ボディが、互いに向き合う端部に第１の極面及び第２の極面と、該第１の極面と第２の極面との間の外周面とを有しており、前記周壁が、前記第１の極面の領域における部分領域を除いて前記磁石ボディを包囲している。強磁性の材料より成る周壁によって、部分領域の受容部を有する磁石ボディは、第１の極面の領域における部分領域を除いて包囲されている。特に、周壁は、第１の極面を部分的に包囲しているので、周壁によって包囲されない自由な極面が残存する。
【０００７】
このような永久磁石は、本発明によるピボット軸受において、内レースの半径方向外方に整列配置された自由な極面を有する、第１の複数の永久磁石として使用される。付加的に、外レースの半径方向内方に整列配置された自由な極面を有する、このような第２の複数の永久磁石が設けられている。この場合、内レースと外レースとは、互いに同心的に配置されていて、永久磁石は内レースにおいて、互いに直接的に隣接し合う２つの永久磁石の自由な極面が互いに直接向き合わないように、配置されており、外レースにおける永久磁石は、互いに直接的に隣接し合う２つの永久磁石の自由な極面が互いに直接向き合わないように、配置されており、この場合、外レースに設けられた永久磁石に直接向き合う、内レースに設けられた永久磁石が、自由な極面及び包囲された極面の配置に関連して点対称で配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】外レース及び内レースを備えたピボット軸受の概略図である。
【図１ａ】図１に示したピボット軸受の拡大した部分断面図である。
【図２】棒磁石５とハウジング部分６，７とから成る、組合せ式の機能ユニットを示す概略図である。
【図３】機能ユニットの個別部材１０，１１，１２を示す分解図である。
【図４】極面上にオフセットを有する棒磁石の概略図である。
【図５】単極の作用原理を示す概略図である。
【図５ａ】一般的な磁界を示す概略図である。
【図６】図６、図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄは、極面（プラス極／マイナス極）領域における種々異なる棒磁石の幾何学的形状を示す概略図である。
【０００９】
本発明によれば、永久磁石の可能な磁界を、極面（プラス極又はマイナス極）上に種々異なる磁界が作用するように調整することができる。従って、作用磁界への入口と作用磁界からの出口との間に圧力差が発生する。この圧力差は、電磁軸受のための図１、図１ａに示した優先的な回転方向を得るために、望まれている。
【００１０】
外レース１及び内レース２内に、極性の同じ磁石ユニット３，４が配置されていて、磁石ユニットの調整された面が、回転方向でまず互いに入り込むように配置されている。極面内の圧力差は、優先方向を生ぜしめる。回転方向（優先方向）とは逆方向に、自然の回転ロック又は戻り止めが形成される。
【００１１】
この場合、個別の永久磁石は、内レース２及び外レース１上に、周方向で互いに同じ間隔を保って配置されており、この場合、内レース２内の永久磁石の数は、外レース１内の永久磁石の数で同じであるか又は異なっていてよい。永久磁石を、内レース及び外レースの半径方向に対して鋭角に配置してもよい。
【００１２】
この磁力は、主に、２つの磁石システム３，４の互いの侵入角度及び退出角度、並びに図５に示した磁界ガイドの調整に基づいている。また、前もって調整されたギャップ寸法にも基づいている。このギャプ寸法は、２つの開放した磁界１６間で調節され、ダイナミックなモーメント及び回転数に関連して算出する必要がある。
【００１３】
この永久磁石は、直径が５００ｍｍ以上、最大回転数が５０回転／分に設計された、図１に示されたような永久磁石式のラジアル−大型軸受のために使用される。このようなラジアル−大型軸受としては、より高いプリロード（予備荷重）及び相応に高い半径方向力を有するその他の転がり軸受けも含まれる。
【００１４】
従来の軸受とは異なり、本発明による純粋に無接触な磁気軸受は、摩擦力を生じることがない。回転方向における伝達モーメントの損失（ロス）はまったくない。この軸受は完全にメンテナンスフリーであり、また、一般的な汚れの影響を受けにくい。必要であれば、このような軸受の耐用年数を、７０００００作業時間に設計することができる。さらにまた、従来の転がり軸受と比較して、構造的な大きさが同じであるにも拘わらず、費用が安価である、という利点を有している。
【００１５】
この軸受は、上部構造又は下部構造の機械に、並びに周囲の変化（無菌室条件）に対する特別な要求が課せられているすべてのものに使用することができる。
【００１６】
磁界を調整するために、図４に例示された磁石１３が、強磁性材料より成る、幾何学的に特別に処理されたハウジング１０，１２によって被覆されている。この材料は、非常に特殊な物理的特性を備えている。この材料は、純粋な形で又は合金として使用される高い導磁性を有する材料である。この材料の特別な物理的特性とは、非常に高い磁気飽和誘導値≧２テスラ（Tesla）、非常に低い保磁力及び残留磁気及び非常に高い導磁率である。被覆部は、１．２テスラよりも大きい、有利には１．３乃至２．５テスラの範囲内の磁気飽和値を有している。材料に関連して、被覆部若しくはハウジング６，７，１０，１２は、純鉄又は純鉄を含有する合金より成っている。
【００１７】
このボディ１７は、所属の磁界ガイドと共に図５に示されていて、入口側において面取り部又は丸味部によって、起立した壁部から水平な壁部（この水平な壁部状に磁石の極上が直接載っている）への移行部を成す、閉じたボディを形成するように加工されている。領域９（この領域９から永久磁界がプラスからマイナスへ逆転する）において、ボディは全面的に閉じられていて、極領域内における磁界がほぼニュートラル＜１０ｍＴとなるような高質量（材料）で構成されている。
【００１８】
材料の高誘導性を有効に利用できるようにするために、磁石と材料ガイドとの間のすべての面を微細加工し、完全な接触が得られるようにする必要がある。
【００１９】
システムの最も重要な面は、図４に示された極面１４，１５及び、その幾何学的な形状である。このことは、図５に示された磁界ガイド体１７にも、また図４に示された棒磁石にもあてはまる。
【００２０】
図４に示された棒磁石のベースボディは、最大可能な体積＝最大磁界が得られるように、構成されている。極面＝作用面１４において調整された磁界の領域内で、磁石は極面上でオフセットを有している。このオフセットは、磁石の極面の形状（円形又は４角形）とは無関係に、オフセットの高さが、新たな極面がオフセット内において処理されていない面と同じ極性を有するように、構成されている。磁界ガイドを最適化するために、相応の曲率半径１５又はその他の幾何学形状（図６〜図６ｄ参照）を有するオフセット段が形成される。
【００２１】
磁石ボディは、本発明に従って種々異なる幾何学形状を有しており、例えば棒状、円板状又は４角形であってよい。この場合、横断面は例えば長方形、３角形又は台形であってよい。有利な形式で真っ直ぐに延びる端面はフラット（扁平）に構成されている。
【００２２】
１実施例によれば、第１の極面１４は、上段面及び下段面と、この上段面と下段面との間に配置された段部移行面とを備えた段部を有しており、この場合、上段面は自由な（露出した）極面によって形成されている。
【００２３】
段移行面と下段面との間の移行部は、この移行部が横断面で見てＬ字形に構成される。下段面と外周面との間の移行部も、少なくとも移行面とは反対側の、下段面１９，２０の側が面取りされているか又は丸味を付けられている。
【００２４】
別の実施例では、下段面２１と外周面との間の移行部が、少なくとも移行面とは反対側の下段面の側が凹状に構成されている。
【００２５】
下段面２３と外周面との間の移行部は、少なくとも移行面とは反対側の、下段面の側が面取りされているか又は丸味を付けられているか又は、面取りされかつ丸味を付けられている。
【００２６】
ハウジングの極カバー面のオフセット領域は、永久磁界に関連した、カバーの壁部の厚み、つまり磁気化強さ［残留する磁界（残留磁界）と引っ張り力（磁界ガイドハウジングの保持力）との間の体積］、すなわち互いに向き合って作用する機能ユニット３，４間のハウジング質量が、作用面の領域内のハウジング周壁の引っ張り力と残留磁界の残留衝突力との間で、図５に示したカバー面（単極の作用として）に亘って釣り合いを保つように構成されている。
【００２７】
この調整が正しく構成されていれば、互いに向き合って作用するように配置された同極の２つの永久磁界は、同極の衝突し合う磁石対がこのような特別な調整無しで可能であるよりも僅かな力を加えるだけで、互いに入り込み合うことができる。これによって、支持磁界（Tragfeld）＝磁石軸受の衝突する磁力内で正確に、規定しようとする差が生じるので、回転方向の優先方向を規定可能、かつ測定技術的に調整可能である。
【００２８】
磁界ガイド体の側壁は、作用面と同じ極性において相応の残留磁界が生じるように、寸法設計することができる。この磁界ガイド体の側壁の寸法は、磁界９の逆転ポイントの範囲内まで、作用面と同じ極性において相応の残留磁界が生じるように、構成されている。側壁内で、側壁の面の突起部は回転方向に突き出している。これによって、追加的に優先方向を決定することができる。
【００２９】
図５に示されているように、棒磁石９の極逆転範囲内において、磁界ガイドは完全にボディ内に入っている。壁厚は、ボディの外側面において磁気的に中立な磁界＜１０ｍＴが生じるように大きくされている。ハウジング壁部に対して約８ｍｍの間隔を保って、有効磁界は中立である。
【００３０】
ハウジング６の底部は、磁界が中立であって、全体的に磁石システムを固定し、かつ取り付けるために必要な孔又はその他の固定手段が得られ、しかも本来の機能に影響を及ぼすことがないように、寸法設計されている。
【００３１】
閉鎖カバー７，１２は、磁界ガイド体６，１０と同じ材料より構成されている。閉鎖カバー７，１２は磁界の逆転ポイント９の領域を閉鎖する。図２には、閉鎖カバーの大きさ及び固定形式が示されている。
【００３２】
作用原理は図２に示されている。これらの機能ユニットは、磁界の作用方向及び磁界強さを正確に調整することができる単極の磁界を発生させる。磁界ガイドボディの特別な構成によって、初期の磁界１８は、自由に開放した極面１６及びひいては正確に規定された作用方向内でのみ得られる。残留磁界は、磁界ガイド体６，７の壁部内で、全磁界の安定性が変化しないか又は弱められることがないように、構成され、ガイドされ、かつ完全に得られる１７。これは、磁石の機能及び磁界のための前提である。
【００３３】
この場合、周壁なしの部分領域は、磁石ボディの表面の４％と４０％との間である。本発明によれば、周壁１０は、第１の極面１４の領域内で、その他の領域よりも薄く構成することが可能である。
【００３４】
周壁１０は、この周壁２が第２の極面を越えて延在し、永久磁石のための固定装置として用いられるように、構成してもよい。
【００３５】
１実施例では、磁石ボディの第１の極面は、横断面で見て、直線とは異なる輪郭形状を有していて、第１の極面１４を部分的にカバーする周壁１０と自由な極面とが、真っ直ぐな端面を形成しており、この場合、端面は扁平であってよい。第１の周壁１０は、極面１４を部分的に覆っているので、周壁によって覆われていない自由な極面が残存する。しかも周壁１０は、第１の極面１４の領域が、その他の領域におけるよりも薄く構成され得る。
【００３６】
この実施例の別の変化例によれば、第１の極面１４が、上段面と下段面と、この上段面と下段面との間に配置された段移行面とを備えた段部を有していて、上段面が自由な極面によって形成されている。この場合、段移行面と下段面との間の移行部は、横断面で見て
Ｌ字形であってよい。
【００３７】
同様に、自由な極面と段移行面との間の移行部は、横断面で見てＬ字形、特に直角であってよい。
【００３８】
渦巻き磁界：ハウジング底部の領域内、つまり閉じたハウジング６，７内において、磁気化強さに関連して磁界ガイド若しくは壁厚が、磁界が材料内に完全に補足され、外部に向かって磁気的に中立に延在する程度の大きさに構成されている。それによって、妨害となる交番磁界又は、磁石軸受の機能に影響を及ぼすような圧縮された渦巻き磁界が発生することはない。さらにまた、このような構成によって、すべての重要な構造材料は、永久磁界の影響を受ける危険性なしに、軸受の静力学的な構造部の領域内に嵌め込むことができる。
【図１】
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【図１ａ】
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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５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【国際調査報告】
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2011517059.tif 000016
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