(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのステータ（１、１’）、及びステータ（１、１’）に対してトランスレータ移動方向（６）に移動可能である少なくとも１つのトランスレータ（２）を含む磁気装置であって、トランスレータ移動方向（６）はステータ（１、１’）に向かう向きであり、少なくとも１つのステータ（１、１’）及びトランスレータ（２）は軸に沿って位置合わせされる、磁気装置に関する。磁気装置は制御装置を有し、制御装置は、磁気装置の動作中に、ステータとトランスレータとの間に形成される力条件に関して、ステータに対するトランスレータの距離ｒ＞０（ｒは０よりも大きい）を制御する装置を含み；トランスレータ（２）は、トランスレータの直線的に延びる移動軸に沿ってステータ（１、１’）に対してトランスレータ移動方向（６）に移動することができ、少なくとも１つのステータ（１、１’）及びトランスレータ（２）はトランスレータ移動軸に沿って位置合わせされる。【選択図】図１
2014528230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのステータ（１、１’）及び少なくとも１つのトランスレータ（２）を含む磁気装置であって、前記トランスレータ（２）は前記ステータ（１、１’）に対してトランスレータ移動方向（６）に移動可能であり、該トランスレータ移動方向（６）は前記ステータ（１、１’）に向かう向きであり、前記少なくとも１つのステータ（１、１’）及び前記トランスレータは軸に沿って配置され、
該磁気装置は制御装置を含み、該制御装置は、該磁気装置の動作時に、前記ステータと前記トランスレータとの間に発生する力に関して、前記トランスレータと前記ステータとの間の距離ｒ≧０（ｒは０以上である）を制御する装置を含み、
前記トランスレータ（２）は、直線的なトランスレータ移動軸に沿って前記ステータ（１、１’）に対して前記トランスレータ移動方向（６）に移動可能であり、前記少なくとも１つのステータ（１、１’）及び前記トランスレータ（２）は前記トランスレータ移動軸に沿う向きであることを特徴とする、磁気装置。
【請求項２】
前記磁気装置は２つのステータ（１、１’）及び１つのトランスレータ（２）を含み、前記ステータ（１）と前記トランスレータ（２）との間に形成される力に基づいて制御ユニットによって最小の距離ｒが規定され、それによって、前記トランスレータ（２）の位置Ｘｔにおいて該トランスレータ（２）に作用する力が最大の力であり、該トランスレータ（２）に作用する該力は以下の関係によって規定される：
【数１】
2014528230.tif 000182
式中
【数２】
2014528230.tif 000183
及び
【数３】
2014528230.tif 000184
は前記ステータ（１、１’）の磁極強度であり、
【数４】
2014528230.tif 000185
及び
【数５】
2014528230.tif 000186
は前記トランスレータ（２）の磁極強度であり、
【数６】
2014528230.tif 000187
は前記トランスレータの位置Ｘｔであり、
【数７】
2014528230.tif 000188
は前記ステータ（１、１’）の長さであり、
【数８】
2014528230.tif 000189
は前記トランスレータ（２）の長さである
ことを特徴とする、請求項２に記載の磁気装置。
【請求項３】
前記ステータの個々のステータ磁石（４）及び／又は前記トランスレータ（２）の個々のトランスレータ磁石（５）が、前記トランスレータの移動方向（６）に平行な向きである多角形の軸を中心とした多角形（１０）を描く線に沿って配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁気装置。
【請求項４】
前記トランスレータ（２）は、少なくとも１つのガイドユニット（７）によって前記ステータ（１）に対して移動可能に取り付けられ、前記ガイドユニット（７）のガイド軸（８）が、２つの隣接する個々のステータ磁石（４）間のエリアにおいて前記ステータ（１）に、及び２つの隣接する個々のトランスレータ磁石（５）間のエリアにおいて前記トランスレータ（２）に交差す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磁気装置。
【請求項５】
前記ステータ（１、１’）に対する前記トランスレータ（２）の移動は揺動運動であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気装置。
【請求項６】
前記ステータ（１、１’）は永久磁石であり、一方で前記トランスレータ（２）は電磁石であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気装置。
【請求項７】
前記ステータ（１、１’）は電磁石であり、一方で前記トランスレータ（２）は永久磁石であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気装置。
【請求項８】
前記ステータ（１、１’）及び前記トランスレータ（２）は永久磁石又は電磁石であ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磁気装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記ステータ（１、１’）と前記トランスレータ（２）との間に位置決めすることができるスペーサ要素を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記トランスレータ（２）の移動に対して機械的な拘束を働かせるシステムを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、距離測定装置及び／又は時間測定装置を含み、該距離測定装置及び／又は時間測定装置によって、前記ステータ（１、１’）及び／若しくは前記トランスレータ（２）の分極、並びに／又は前記ステータ（１、１’）及び／若しくは前記トランスレータ（２）の磁場強度を、前記ステータ（１、１’）に対する前記トランスレータ（２）の位置及び／又は時間期間に応じて変化させ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磁気装置。
【請求項１２】
前記トランスレータ（２）が前記ステータ（１）から最も離れた距離ｄに位置する場合、前記ステータ（１）と前記トランスレータ（２）との間に延びる容積部が真空であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのステータ磁石及び少なくとも１つのトランスレータ磁石を含む磁気装置であって、上記トランスレータは上記ステータに対してトランスレータ移動方向に移動可能であり、上記トランスレータ移動方向は指向的にステータに向かう向きであり、上記トランスレータは駆動軸に更に連結されている、磁気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の磁気装置の可能な用途は、磁気駆動装置として、発電機として、又は、加えられる外力に抗して作用する力を発生させる抵抗装置としてのその使用を含む。磁気装置が磁気駆動装置として用いられる場合、駆動軸は機械的作用を行うことができる。
【０００３】
現行の技術水準によると、磁気駆動装置は、磁気双極子を用いるという原理に基づく。反発力及び引力を活性化することによって、トランスレータはステータ磁石に対して移動させられる。この移動は、トランスレータの方向を有する直線運動若しくは回転運動、又はステータを越えて方向付けられるトランスレータの揺動運動にあるものとすることができる。トランスレータ磁石の揺動運動に基づく現行の技術水準による磁気駆動装置は、トランスレータ磁石及びステータ磁石が少なくとも最終位置において互いに接触することを特徴とする。現行の技術水準による磁気駆動装置の、その終端位置にあるトランスレータ及びステータは１つの磁石として働き、したがってステータ及びトランスレータを分離するには高いエネルギー入力が必要である。
【０００４】
特許文献１は、２つのステータ間で移動可能な少なくとも１つのトランスレータを有する磁気装置であって、上記トランスレータの移動軸が上記ステータを通って延びる、磁気装置を開示している。トランスレータの移動は、ステータに設けられるスペーサ要素によって制限される。スペーサ要素は、発電機が発生させる騒音、及び、例えばステータとトランスレータとの接触によって発生する機械騒音を低減する目的を果たす。
【０００５】
特許文献２は、磁石によって駆動される針の移動を制御する装置を記載している。針の移動が、磁石が生成する力に対して制御されるという根拠はない。
【０００６】
特許文献３は、トランスレータの移動軸がステータを通って延びない磁気装置を示している。トランスレータはステータに沿って横方向に移動し、この結果、ステータとトランスレータとの間に結果として生じる力がトランスレータの移動に対して平行ではなくなる。トランスレータとステータとの間に結果として生じる力に対するトランスレータの移動の制御に関する根拠がないにもかかわらず、特許文献３に開示されている装置は、トランスレータの移動に関する力の向きに起因して、以下で説明する装置よりも大幅に低い効率を有する。
【０００７】
特許文献４は、トランスレータの移動がスペーサ要素によって制御される磁気装置を記載している。上記スペーサ要素は、ステータとトランスレータとの間の力に影響を与えないように形成される。
【０００８】
特許文献５は、以下で説明する磁気装置とは対照的に、トランスレータの移動を制御する制御装置を有しない磁気装置に関するものである。
【０００９】
特許文献６は、同様にトランスレータの移動を制御するいなかる制御装置も含まない磁気装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３２５３８１号
【特許文献２】特開２００６−３４５６５２号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６００４９７０１号
【特許文献４】特開２０１０−１０４０７８号
【特許文献５】ルーマニア特許第１２６２５６号
【特許文献６】特開２００２−３３５６６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、現行の技術水準による既知の電磁モータよりも高い効率を特徴とする、磁気装置、特に磁気駆動装置、発電機又は抵抗素子を提供することにある。
【００１２】
簡略化のために、トランスレータ磁石は以下ではトランスレータと称され、一方でステータ磁石はステータと称される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によると、より高い効率は、磁気装置に制御装置を含めることによって達成され、上記制御装置は、磁気装置の動作時に、ステータとトランスレータとの間に結果として生じる力に関して、ステータに対するトランスレータの距離ｒ＞０（ｒは０よりも大きい）を制御する装置を含み、トランスレータは、直線的なトランスレータ移動軸に沿ってステータに対してトランスレータの移動方向に移動可能であり、上記少なくとも１つのステータ及び上記トランスレータは上記トランスレータ移動軸に沿う向きである。
【００１４】
本発明によって提供されるようにトランスレータ及びステータが距離ｒ＞０だけ離間している場合、トランスレータ及びステータが１つの磁石として働くことを防止することが可能である。
【００１５】
本開示の枠組みでは、距離ｒは、ステータに面するトランスレータの表面とトランスレータに面するステータの表面との間の最小距離として規定される。
【００１６】
ステータ及びトランスレータは、磁石片、及び当該磁石片を覆う層、又はステータ及びトランスレータの磁石片間の接触の確立を防止するセパレータを含むことができるため、ステータとトランスレータとの間の距離ｒが０である場合、ステータ及びトランスレータの磁石片は互いに接触しない。
【００１７】
制御装置は、距離ｒを、磁石の一時的な特性に応じたものとすることもできる。磁石の一時的な特性は、一方では、熱歪み等の外的要因に起因して変化する場合があり、他方では、更なる制御装置によって制御することができる。磁場の磁場強度及び磁石の向きは、例えば現行の技術水準による方法によって制御することができる。現在の教示によって確立されているように、選択される材料及び材料の組み合わせも磁石の特性に影響を与える。
【００１８】
本発明の磁気装置の一部である制御装置は、上述の影響、並びに少なくとも１つのステータ及び少なくとも１つのトランスレータの磁石の特性を考慮して距離ｒを制御することができる。
【００１９】
試験的な設置では、最小の距離ｒは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍになった。試験的な設置は、その距離を連続的に調整可能であるように構成することができるため、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍのあらゆる距離について試験を行った。
【００２０】
トランスレータ及びステータが沿うように配置される軸は多角形であるものとすることができるか、又は湾曲部分及び直線部分を有することができる。
【００２１】
確立されている教示によると、ステータ及びトランスレータは、１つの磁石として働き、接触するか、短時間でも接触するか、又はステータとトランスレータとの間の距離がトランスレータの揺動運動を得るようにちょうど十分に小さくなると、トランスレータをステータから分離するために付加的な分離エネルギーが必要になる。本明細書において開示される本発明の別の課題は、磁気装置であって、本発明の磁気装置の動作時にステータ及びトランスレータが決して互いに接触せず、したがって、確立されている教示のように磁気装置の動作中に１つの磁石として働くことが決してないことを確実にすることを特徴とする、磁気装置を提供することにある。これは、トランスレータがステータから離れる方向に移動するときに上記付加的な分離エネルギーを必要としない動作を可能にする。
【００２２】
本発明は、本発明の磁気装置が使用されていないときのトランスレータとステータとの接触を排除するものではない。
【００２３】
磁気装置は、磁気駆動装置として用いられる場合は、動かされるようになっているとともに、トランスレータ経路に沿うトランスレータの様々な加速を相殺する遠心質量体に連結することができる。一例として、本明細書では現行の技術水準によるフライホイールに言及する。
【００２４】
本発明による磁気装置は、少なくとも１つのステータ、及び当該ステータに対して移動することができるトランスレータを含む。本発明の磁気装置の１つの非常に効率的な実施形態は、２つのステータ、及び当該２つのステータ間に移動可能に取り付けられているトランスレータを含む。駆動装置が連続して配置される場合、本発明の磁気装置は、複数のステータ（ｎ＝１，２，３，．．．）、及び当該ステータ間に移動可能に取り付けられているｎ−１個のトランスレータを含むことができる。
【００２５】
本発明の磁気装置の可能な実施形態は、例えば軸の中央に配置される少なくとも１つのステータ、好ましくは２つのステータ、及び、ステータの両側において軸に配置される少なくとも１つのトランスレータ、好ましくは２つのトランスレータを含むことができる。
【００２６】
本発明による磁気装置は、本発明による別の磁気装置、及び／又は現行の技術水準による磁気装置と組み合わせることができる。
【００２７】
ステータに対するトランスレータの移動は揺動運動であるものとすることができる。
【００２８】
トランスレータはステータに対して常に振動する。トランスレータの移動は、ステータとトランスレータとの間の磁気双極子が発生させる引力及び反発力によって引き起こされる。
【００２９】
本発明の磁気装置の磁気駆動装置としての使用は、トランスレータの揺動運動を特徴とすることができる。
【００３０】
トランスレータの揺動運動は、機械的な拘束力を働かせるシステムによっても生じさせることができる。トランスレータを、クランク機構のような機械的な拘束力を働かせるシステムに連結することによって、トランスレータの揺動運動の振幅を制限することが可能となる。
【００３１】
機械的な拘束力を働かせるシステムは、異なるか又は同じであり得る磁場強度、及びトランスレータの移動に対するそれらの影響のバランスをとることができる。以下で記載する本発明は、異なる磁場強度を有する磁石又は同じ磁場強度を有する磁石を用いた試験装置を用いる試験に基づくものである。試験装置を動作させるのに同じ磁場強度を有する磁石を用いた実験は有益であった。
【００３２】
機械的な拘束力を働かせるシステムは、トランスレータを強制的に更に移動させて最終位置にすることができ、したがって、トランスレータを、一方のステータとトランスレータとの間の引力及び一方のステータ及びトランスレータに対する反発力に抗して、最も近いステータの磁場から出す。
【００３３】
本発明の磁気装置が抵抗素子として用いられる場合、トランスレータは、規定の時間だけ、ステータに対して規定の距離にあるままである。
【００３４】
以下の説明は、磁気分極の発生、又は、更なる磁場Ｊを形成する、磁場Ｈによって引き起こされる材料の磁化を論じる。さらに、トランスレータの移動の最終位置におけるステータに対するトランスレータの距離が求められ；ステータとトランスレータとの間の引力及び反発力はこの位置において最大になる。
【００３５】
以下に示す単純化は、本発明の範囲を限定することを決して意図するものではなく、本明細書において説明する主題のより良い理解のために行われるに過ぎない。
【００３６】
以下、磁気駆動装置が意図され、当該磁気駆動装置は、１つの軸に沿って配置される２つのステータ、及び軸に沿って移動可能であるように上記２つのステータ間に移動可能に取り付けられているトランスレータを含む。ステータ及びトランスレータは、上記軸に関して対称であるように構成されている。
【００３７】
強磁性コアは、磁場Ｈを介して磁気励起によって磁化され、これによって更なる磁場Ｍが形成される。磁場Ｍ及びＨは磁場Ｂを発生させ、式中の全ての磁場は互いに関連する。
【００３８】
磁場、磁化及び磁気誘導は、概して式１．１によって表すことができる。
【００３９】
【数１】
2014528230.tif 000003
【００４０】
式中、Ｊは、
【００４１】
【数２】
2014528230.tif 000004
【００４２】
である。
【００４３】
式（１．１）及び（１．２）の組み合わせによって、以下の結果となる：
【００４４】
【数３】
2014528230.tif 000005
【００４５】
体積磁化率は以下の関係によって規定される：
【００４６】
【数４】
2014528230.tif 000006
【００４７】
これは、磁場強度による磁化の増加の結果としての磁気誘導
【００４８】
【数５】
2014528230.tif 000007
【００４９】
又は
【００５０】
【数６】
2014528230.tif 000008
【００５１】
をもたらし、式中、
【００５２】
【数７】
2014528230.tif 000009
【００５３】
Ｈ／ｍ（ヘンリー毎メートル）は空間の透磁率であり、
【００５４】
【数８】
2014528230.tif 000010
【００５５】
は材料の体積磁化率であり、
【００５６】
【数９】
2014528230.tif 000011
【００５７】
は材料の相対透磁率であり、
【００５８】
【数１０】
2014528230.tif 000012
【００５９】
は材料の絶対透磁率であり、
【００６０】
【数１１】
2014528230.tif 000013
【００６１】
はテスラ（Ｔ）単位の磁気誘導であり、
【００６２】
【数１２】
2014528230.tif 000014
【００６３】
はアンペア毎メートル（Ａ／ｍ）単位の磁場であり、
【００６４】
【数１３】
2014528230.tif 000015
【００６５】
はテスラ（Ｔ）単位の磁化であり、
【００６６】
【数１４】
2014528230.tif 000016
【００６７】
は、アンペア毎メートル（Ａ／ｍ）単位の１体積単位あたりの磁気双極子モーメントである。
【００６８】
以下では、磁気コアを有する円筒形の撚線コイルが意図され、円筒形の幾何学的形状の結果としてビオ・サバールの法則に従って単純化が生じる。
【００６９】
【数１５】
2014528230.tif 000017
【００７０】
は、円筒コイルの中心であり、
【００７１】
【数１６】
2014528230.tif 000018
【００７２】
は軸であり、軸
【００７３】
【数１７】
2014528230.tif 000019
【００７４】
上の地点
【００７５】
【数１８】
2014528230.tif 000020
【００７６】
における磁気誘導は、以下が当てはまる：
【００７７】
【数１９】
2014528230.tif 000021
【００７８】
【数２０】
2014528230.tif 000022
【００７９】
は軸
【００８０】
【数２１】
2014528230.tif 000023
【００８１】
の単位ベクトルであり、
【００８２】
【数２２】
2014528230.tif 000024
【００８３】
は強磁性コアの絶対透磁率であり、
【００８４】
【数２３】
2014528230.tif 000025
【００８５】
は完全な巻回数であり、
【００８６】
【数２４】
2014528230.tif 000026
【００８７】
はコイルの長さ（メートル（ｍ））であり、
【００８８】
【数２５】
2014528230.tif 000027
【００８９】
はコイルの内径（メートル（ｍ））であり、
【００９０】
【数２６】
2014528230.tif 000028
【００９１】
はコイル内のアンペア（Ａ）単位の電流の強さである。
【００９２】
磁極端部（
【００９３】
【数２７】
2014528230.tif 000029
【００９４】
及び
【００９５】
【数２８】
2014528230.tif 000030
【００９６】
）において、テスラに従った誘導磁場強度は以下のように規定される：
【００９７】
【数２９】
2014528230.tif 000031
【００９８】
式（１．６）に基づいて、アンペア毎メートル単位の電磁極における磁場強度を導出することが可能である：
【００９９】
【数３０】
2014528230.tif 000032
【０１００】
磁気双極子モーメント（Ａ／ｍ）が式（１．４．）及び（１．６．）からもたらされる：
【０１０１】
【数３１】
2014528230.tif 000033
【０１０２】
最後に、磁気双極子モーメントは以下のように表すことができる：
【０１０３】
【数３２】
2014528230.tif 000034
【０１０４】
【数３３】
2014528230.tif 000035
【０１０５】
は電磁石コアの体積として知られている。
【０１０６】
既知のギルバートモデルによると、磁気双極子は、２つの磁荷
【０１０７】
【数３４】
2014528230.tif 000036
【０１０８】
及び
【０１０９】
【数３５】
2014528230.tif 000037
【０１１０】
に相当し、上記双極子は距離
【０１１１】
【数３６】
2014528230.tif 000038
【０１１２】
だけ分離されている。正の磁荷はＮ極に関連し、一方で負の磁荷はＳ極に関連する。
【０１１３】
磁気双極子モーメントはＳ極からＮ極に向かう向きである。
【０１１４】
【数３７】
2014528230.tif 000039
【０１１５】
式中、
【０１１６】
【数３８】
2014528230.tif 000040
【０１１７】
は、電流計（Ａ．ｍ）における電磁石の磁極のサイズであり、
【０１１８】
【数３９】
2014528230.tif 000041
【０１１９】
は２つの磁極間の距離（メートル（ｍ））である。
【０１２０】
式（２．５）及び（２．６）を組み合わせることによって、以下の式が得られる
【０１２１】
【数４０】
2014528230.tif 000042
【０１２２】
式中、
【０１２３】
【数４１】
2014528230.tif 000043
【０１２４】
は、電流計（Ａ．ｍ）における電磁石の磁極のサイズであり、
【０１２５】
【数４２】
2014528230.tif 000044
【０１２６】
は材料の体積磁化率であり、
【０１２７】
【数４３】
2014528230.tif 000045
【０１２８】
は完全な巻回数であり、
【０１２９】
【数４４】
2014528230.tif 000046
【０１３０】
はコイルの長さ（メートル（ｍ））であり、
【０１３１】
【数４５】
2014528230.tif 000047
【０１３２】
はコイルの内径（メートル（ｍ））であり、
【０１３３】
【数４６】
2014528230.tif 000048
【０１３４】
はコイル内の電流の強さ（アンペア（Ａ））である。
【０１３５】
以下、１つの軸上に配置される３つの電磁石を含み、第１の電磁石及び第２の電磁石は移動不能であり、以下ではステータと称される、本発明の磁気駆動装置の一実施形態を説明する。ステータは軸上に配置され、互いから距離ｄだけ離間している。本開示を考慮して、ステータは以下のパラメータによって十分に特徴付けられる。
【０１３６】
【数４７】
2014528230.tif 000049
【０１３７】
はステータを形成するコイルの巻回数であり；
【０１３８】
【数４８】
2014528230.tif 000050
【０１３９】
はステータの長さ（メートル（ｍ））であり；
【０１４０】
【数４９】
2014528230.tif 000051
【０１４１】
はステータを形成するコイルの半径（メートル（ｍ））であり；
【０１４２】
【数５０】
2014528230.tif 000052
【０１４３】
はステータを形成するコイル内の電流の強さ（アンペア（Ａ））であり；
【０１４４】
【数５１】
2014528230.tif 000053
【０１４５】
はステータの強磁性コアの体積磁化率であり；
【０１４６】
【数５２】
2014528230.tif 000054
【０１４７】
は２つのステータ間の距離である。
【０１４８】
第３の磁石は、２つのステータによって画定される軸上に、かつ２つのステータ間に移動可能に配置される。以下では第３の磁石はトランスレータと称され、以下のパラメータによって十分に特徴付けられる。
【０１４９】
【数５３】
2014528230.tif 000055
【０１５０】
はトランスレータを形成するコイルの巻回数であり；
【０１５１】
【数５４】
2014528230.tif 000056
【０１５２】
はトランスレータの長さ（メートル（ｍ））であり；
【０１５３】
【数５５】
2014528230.tif 000057
【０１５４】
はトランスレータを形成するコイルの半径（メートル（ｍ））であり；
【０１５５】
【数５６】
2014528230.tif 000058
【０１５６】
はトランスレータを形成するコイル内の電流の強さ（アンペア（Ａ））であり；
【０１５７】
【数５７】
2014528230.tif 000059
【０１５８】
はトランスレータの強磁性コアの体積磁化率であり；
【０１５９】
【数５８】
2014528230.tif 000060
【０１６０】
は２つのステータ間を移動するときにトランスレータがカバーする距離である。
【０１６１】
ステータは、直流源
【０１６２】
【数５９】
2014528230.tif 000061
【０１６３】
及び
【０１６４】
【数６０】
2014528230.tif 000062
【０１６５】
に電気的に接続されており、この結果、磁極の絶対値が同じになるが、発生する誘導磁場は反対方向の向きとなる。
【０１６６】
ステータ及びトランスレータの分極は、以下の、結果として生じる力条件によって記載される引力及び反発力に基づくトランスレータの移動を達成するために、当業者が図１及び図２において識別することができるように選択されるべきである。
【０１６７】
図１による、ステータ及びトランスレータの分極の結果生じる力条件を以下で計算する。図１に示されているトランスレータの分極は「負の」分極とも称され、これは、磁気双極子モーメント
【０１６８】
【数６１】
2014528230.tif 000063
【０１６９】
が、方向
【０１７０】
【数６２】
2014528230.tif 000064
【０１７１】
の向きであることを意味する。
【０１７２】
式（２．５）に基づいて、以下が当てはまる：
【０１７３】
【数６３】
2014528230.tif 000065
【０１７４】
及び
【０１７５】
【数６４】
2014528230.tif 000066
【０１７６】
ギルバートモデルを参照すると、磁荷の相互作用に起因して、磁石間で発生する磁力は磁気双極子の極の近くで発達すると推測される。磁極間の相互作用する力は式（３．３）によって規定される。
【０１７７】
【数６５】
2014528230.tif 000067
【０１７８】
式中、
【０１７９】
【数６６】
2014528230.tif 000068
【０１８０】
は磁極の強度であり、
【０１８１】
【数６７】
2014528230.tif 000069
【０１８２】
は磁極間の距離である。
【０１８３】
ステータとトランスレータとの間の相互作用の結果、トランスレータに作用する力が生じる。この結果として生じる力は
【０１８４】
【数６８】
2014528230.tif 000070
【０１８５】
軸に平行な、方向
【０１８６】
【数６９】
2014528230.tif 000071
【０１８７】
（図１では左から右）への向きである。
【０１８８】
ステータ間でトランスレータの移動がカバーする距離について
【０１８９】
【数７０】
2014528230.tif 000072
【０１９０】
を考慮すると、
【０１９１】
【数７１】
2014528230.tif 000073
【０１９２】
となり、式中、
【０１９３】
【数７２】
2014528230.tif 000074
【０１９４】
は、軸
【０１９５】
【数７３】
2014528230.tif 000075
【０１９６】
上のトランスレータ中心の位置である。既知のギルバートモデルを用いると、結果として生じる力は磁極間の８回の相互作用を加えることによって計算することができる。
【０１９７】
【数７４】
2014528230.tif 000076
【０１９８】
である場合、距離
【０１９９】
【数７５】
2014528230.tif 000077
【０２００】
にわたる左側ステータとトランスレータとの間の引き付け合う相互作用は以下によって規定される：
【０２０１】
【数７６】
2014528230.tif 000078
【０２０２】
【数７７】
2014528230.tif 000079
【０２０３】
：反発する相互作用、距離は
【０２０４】
【数７８】
2014528230.tif 000080
【０２０５】
である場合、
【０２０６】
【数７９】
2014528230.tif 000081
【０２０７】
となる。
【０２０８】
【数８０】
2014528230.tif 000082
【０２０９】
：反発する相互作用、距離は
【０２１０】
【数８１】
2014528230.tif 000083
【０２１１】
である場合：
【０２１２】
【数８２】
2014528230.tif 000084
【０２１３】
となる。
【０２１４】
【数８３】
2014528230.tif 000085
【０２１５】
：引力、距離は
【０２１６】
【数８４】
2014528230.tif 000086
【０２１７】
である場合：
【０２１８】
【数８５】
2014528230.tif 000087
【０２１９】
となる。
【０２２０】
【数８６】
2014528230.tif 000088
【０２２１】
である場合、距離
【０２２２】
【数８７】
2014528230.tif 000089
【０２２３】
にわたる右側ステータとトランスレータとの間の反発の相互作用は以下によって規定される：
【０２２４】
【数８８】
2014528230.tif 000090
【０２２５】
【数８９】
2014528230.tif 000091
【０２２６】
：引力、距離は
【０２２７】
【数９０】
2014528230.tif 000092
【０２２８】
である場合：
【０２２９】
【数９１】
2014528230.tif 000093
【０２３０】
となる。
【０２３１】
【数９２】
2014528230.tif 000094
【０２３２】
：引力、距離は
【０２３３】
【数９３】
2014528230.tif 000095
【０２３４】
である場合：
【０２３５】
【数９４】
2014528230.tif 000096
【０２３６】
となる。
【０２３７】
【数９５】
2014528230.tif 000097
【０２３８】
：反発力、距離は
【０２３９】
【数９６】
2014528230.tif 000098
【０２４０】
である場合：
【０２４１】
【数９７】
2014528230.tif 000099
【０２４２】
となる。
【０２４３】
トランスレータに作用する結果として生じる力は全ての相互作用のベクトル和として規定される：
【０２４４】
【数９８】
2014528230.tif 000100
【０２４５】
【数９９】
2014528230.tif 000101
【０２４６】
式中：
【０２４７】
【数１００】
2014528230.tif 000102
【０２４８】
はトランスレータの位置を規定し、
【０２４９】
【数１０１】
2014528230.tif 000103
【０２５０】
はトランスレータがカバーする距離を規定し、
【０２５１】
【数１０２】
2014528230.tif 000104
【０２５２】
である。
【０２５３】
さらに、図２に示されているようなステータ及びトランスレータの分極の結果生じる力を計算する。図２に示されているトランスレータの分極は「正の」分極とも称され、これは、磁気双極子モーメント
【０２５４】
【数１０３】
2014528230.tif 000105
【０２５５】
が、方向
【０２５６】
【数１０４】
2014528230.tif 000106
【０２５７】
の向きであることを意味する。
【０２５８】
式（３．１）及び（３．２）の組み合わせの結果、式（３．２’）となる：
【０２５９】
【数１０５】
2014528230.tif 000107
【０２６０】
及び
【０２６１】
【数１０６】
2014528230.tif 000108
【０２６２】
トランスレータが図１に従って分極される場合、
【０２６３】
【数１０７】
2014528230.tif 000109
【０２６４】
がステータとトランスレータとの相互作用から生じる力であり、トランスレータが図２に従って分極される場合、
【０２６５】
【数１０８】
2014528230.tif 000110
【０２６６】
が同様の力であるとすると、２つの極間の相互作用に関して以下の関係が規定される：
【０２６７】
【数１０９】
2014528230.tif 000111
【０２６８】
及び
【０２６９】
【数１１０】
2014528230.tif 000112
【０２７０】
これは、
【０２７１】
【数１１１】
2014528230.tif 000113
【０２７２】
であることを意味する。
【０２７３】
【数１１２】
2014528230.tif 000114
【０２７４】
がトランスレータ又はステータを形成するコイルの巻回数であり、
【０２７５】
【数１１３】
2014528230.tif 000115
【０２７６】
がステータ又はトランスレータの長さ（メートル（ｍ））であり、
【０２７７】
【数１１４】
2014528230.tif 000116
【０２７８】
がステータ又はトランスレータの半径（メートル（ｍ））であり、
【０２７９】
【数１１５】
2014528230.tif 000117
【０２８０】
がトランスレータ又はステータを形成するコイル内の電流の強さ（アンペア（Ａ））であり、
【０２８１】
【数１１６】
2014528230.tif 000118
【０２８２】
がステータ又はトランスレータの強磁性コアの磁化率であり、
【０２８３】
【数１１７】
2014528230.tif 000119
【０２８４】
が当てはまるようにステータ♯１が分極され、
【０２８５】
【数１１８】
2014528230.tif 000120
【０２８６】
が当てはまるようにステータ♯２が分極される場合、図１に示されている条件に関して以下が当てはまる。
【０２８７】
【数１１９】
2014528230.tif 000121
【０２８８】
式中、
【０２８９】
【数１２０】
2014528230.tif 000122
【０２９０】
はトランスレータの磁気双極子モーメント（
【０２９１】
【数１２１】
2014528230.tif 000123
【０２９２】
）の方向である。この方向はトランスレータ内の交流電圧
【０２９３】
【数１２２】
2014528230.tif 000124
【０２９４】
によって決まる。
【０２９５】
【数１２３】
2014528230.tif 000125
【０２９６】
は磁極強度であり、
【０２９７】
【数１２４】
2014528230.tif 000126
【０２９８】
はトランスレータの位置であり、
【０２９９】
【数１２５】
2014528230.tif 000127
【０３００】
はトランスレータがカバーする距離であり、
【０３０１】
【数１２６】
2014528230.tif 000128
【０３０２】
はステータ間の予め設定された距離である。
【０３０３】
電磁石が同じ長さを有する場合、すなわち
【０３０４】
【数１２７】
2014528230.tif 000129
【０３０５】
である場合、式（３．６）を以下のように単純化することができる：
【０３０６】
【数１２８】
2014528230.tif 000130
【０３０７】
以下の説明に関して、簡単にするために、磁石の極強度は一定であるが、実際には、トランスレータがステータ間を移動するときに、磁気誘導場
【０３０８】
【数１２９】
2014528230.tif 000131
【０３０９】
が発達すると推測する。
【０３１０】
式（４．１ａ）が当てはまる。
【０３１１】
【数１３０】
2014528230.tif 000132
【０３１２】
式中、
【０３１３】
【数１３１】
2014528230.tif 000133
【０３１４】
はトランスレータが位置
【０３１５】
【数１３２】
2014528230.tif 000134
【０３１６】
に到達したときの位置
【０３１７】
【数１３３】
2014528230.tif 000135
【０３１８】
における
【０３１９】
【数１３４】
2014528230.tif 000136
【０３２０】
軸上の総誘導磁場であり、
【０３２１】
【数１３５】
2014528230.tif 000137
【０３２２】
は、位置
【０３２３】
【数１３６】
2014528230.tif 000138
【０３２４】
における
【０３２５】
【数１３７】
2014528230.tif 000139
【０３２６】
軸上の第１のステータの誘導磁場であり、
【０３２７】
【数１３８】
2014528230.tif 000140
【０３２８】
は、位置
【０３２９】
【数１３９】
2014528230.tif 000141
【０３３０】
における
【０３３１】
【数１４０】
2014528230.tif 000142
【０３３２】
軸上の第２のステータの誘導磁場であり、
【０３３３】
【数１４１】
2014528230.tif 000143
【０３３４】
は、位置
【０３３５】
【数１４２】
2014528230.tif 000144
【０３３６】
における
【０３３７】
【数１４３】
2014528230.tif 000145
【０３３８】
軸上のトランスレータの誘導磁場である。
【０３３９】
磁気誘導場のサイズは式（２．１）によって規定したが、このサイズから、第１のステータとトランスレータとの間の磁気誘導場のサイズを導出することができる。
【０３４０】
【数１４４】
2014528230.tif 000146
【０３４１】
式中、
【０３４２】
【数１４５】
2014528230.tif 000147
【０３４３】
は、
【０３４４】
【数１４６】
2014528230.tif 000148
【０３４５】
が計算される軸
【０３４６】
【数１４７】
2014528230.tif 000149
【０３４７】
上の位置であり、
【０３４８】
【数１４８】
2014528230.tif 000150
【０３４９】
は、
【０３５０】
【数１４９】
2014528230.tif 000151
【０３５１】
が計算される軸
【０３５２】
【数１５０】
2014528230.tif 000152
【０３５３】
上の位置であり、
【０３５４】
【数１５１】
2014528230.tif 000153
【０３５５】
は、
【０３５６】
【数１５２】
2014528230.tif 000154
【０３５７】
が計算される軸
【０３５８】
【数１５３】
2014528230.tif 000155
【０３５９】
上の位置である。
【０３６０】
【数１５４】
2014528230.tif 000156
【０３６１】
であり、可変の変化
【０３６２】
【数１５５】
2014528230.tif 000157
【０３６３】
を当てはめる場合、
【０３６４】
【数１５６】
2014528230.tif 000158
【０３６５】
を以下のように表すことができる：
【０３６６】
【数１５７】
2014528230.tif 000159
【０３６７】
【数１５８】
2014528230.tif 000160
【０３６８】
軸上では、誘導磁場は磁気双極子モーメントと同じ方向を向く。
【０３６９】
【数１５９】
2014528230.tif 000161
【０３７０】
式中、
【０３７１】
【数１６０】
2014528230.tif 000162
【０３７２】
は軸
【０３７３】
【数１６１】
2014528230.tif 000163
【０３７４】
の方向の単位ベクトルであり、
【０３７５】
【数１６２】
2014528230.tif 000164
【０３７６】
はトランスレータの磁気双極子モーメントの方向であることを考慮すると：以下のようになる：
【０３７７】
【数１６３】
2014528230.tif 000165
【０３７８】
方向は、トランスレータ内の交流電圧
【０３７９】
【数１６４】
2014528230.tif 000166
【０３８０】
の方向によって決まる。式（１．４）、（１．６）及び（２．５）を組み合わせると：
【０３８１】
【数１６５】
2014528230.tif 000167
【０３８２】
となる。
【０３８３】
以下：
ステータ♯１：
【０３８４】
【数１６６】
2014528230.tif 000168
【０３８５】
ステータ♯２：
【０３８６】
【数１６７】
2014528230.tif 000169
【０３８７】
トランスレータ：
【０３８８】
【数１６８】
2014528230.tif 000170
【０３８９】
が当てはまるため、式（３．６）は：
【０３９０】
【数１６９】
2014528230.tif 000171
【０３９１】
に変換され、式中：
【０３９２】
【数１７０】
2014528230.tif 000172
【０３９３】
はトランスレータの位置であり、
【０３９４】
【数１７１】
2014528230.tif 000173
【０３９５】
はトランスレータの移動がカバーする距離であり、
【０３９６】
【数１７２】
2014528230.tif 000174
【０３９７】
はステータの中心間の距離である。
【０３９８】
磁極強度は、第１のステータに関しては式（４．４ａ）、第２のステータに関しては式（４．４ｂ）、トランスレータに関しては式（４．４ｃ）を用いて計算する。磁極強度の計算は、式（４．２ａ）及び（４．２ｂ）を用いた極における総磁気誘導場の計算を含む。
【０３９９】
式（４．５）はステータ間のトランスレータの位置に依存する。トランスレータに作用する結果として生じる力は、第１のステータとトランスレータとの間の反発力、及び第２のステータとトランスレータとの間の引力からなる。上記力のそれぞれの依存関係は、添付の図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示されている。
【０４００】
上記の数学的な説明は、ステータに対するトランスレータの特定の位置において、引力、並びに、ステータ及びトランスレータの極が逆になった後の反発力が異なる大きさであることも示している。
【０４０１】
本発明の磁気装置は、ステータ又はトランスレータの分極によってトランスレータに作用するとともにトランスレータを移動させる力が形成されることに基づく。
【０４０２】
本発明の磁気装置の１つの実施形態は、永久磁石から形成されるステータ、及び電磁石から形成されるトランスレータを含むことができる。
【０４０３】
この実施形態による本発明の磁気装置が磁気駆動装置として用いられる場合、トランスレータを電源に接続するケーブルの少なくとも幾つかのセクションが移動することに１つの欠点がある。ｎ＝１，２，３，．．個のステータ、及び当該ステータ間に配置されるｎ−１個のトランスレータを用いる場合、トランスレータが電磁石であることによって、一方で、ｎ−１個のトランスレータの極が変化してｎ個のステータ未満になる。
【０４０４】
本発明の磁気装置の別の実施形態では、ステータは電磁石であってもよく、一方でトランスレータは永久磁石である。
【０４０５】
本発明の磁気装置が磁気駆動装置として用いられる場合、この実施形態は、固定磁石であるステータが電源に連結されることを特徴とする。このことは、電源及びステータを接続するケーブルが移動しないという利点を有する。ｎ＝１，２，３，．．個のステータ、及び当該ステータ間に配置されるｎ−１個のトランスレータを用いる場合、ステータが電磁石であることによって、一方で、ｎ個のステータの極が変化してｎ−１個のトランスレータを上回る。
【０４０６】
ステータ及びトランスレータの双方は電磁石又は永久磁石であるものとすることができる。
【０４０７】
抵抗素子として用いられる場合、少なくとも１つのステータ及びトランスレータの双方は永久磁石である。この場合、ステータの移動は、ステータ及びトランスレータの同じ符号の極間の反発力を活性化することによって制限される。
【０４０８】
本発明の磁気装置の可能な実施形態では、ステータは複数の個々のステータ磁石からなるものとすることができ、及び／又はトランスレータは複数の個々のトランスレータ磁石からなるものとすることができる。
【０４０９】
個々の磁石は好ましくは、個々の磁場を重ね合わせることによってステータとトランスレータとの間により大きい引力及び反発力を発生させることができるように配置される。
【０４１０】
制御装置は、ステータとトランスレータとの間に配置されるスペーサ要素、及び／又はトランスレータの移動を制限する機械的な拘束力を働かせるシステムを含むことができる。
【０４１１】
スペーサ要素は、ステータ及び／若しくはトランスレータの極の変化によって、並びに／又はステータ若しくはトランスレータの極強度の変化によって活性化されるスイッチを含むことができる。
【０４１２】
制御装置は、距離及び／又は時間測定装置を含むことができ、ステータ及び／若しくはトランスレータの分極、並びに／又はステータ及び／若しくはトランスレータの磁場強度は、ステータに対するトランスレータの位置及び／又は上記制御装置を用いる時間期間に応じて変化可能である。
【０４１３】
本発明の磁気装置の１つの実施形態は、ステータに対するトランスレータの位置を制御する少なくとも１つの制御ユニットを含む。この制御装置は、トランスレータの、任意選択的にはステータに対する位置を、測定方法、特に現行の技術水準による距離及び位置測定方法によって測定するとともに、任意選択的に、ステータに対するトランスレータの位置に基づいてステータ及びトランスレータの分極を判断する位置測定装置に連結される。
【０４１４】
制御装置は、トランスレータの特定の位置を測定することにも、トランスレータが特定の位置に到達したか否かを判断することにも限定されない。制御装置は、トランスレータの位置、又はその位置のいずれかにおけるトランスレータの速度を測定する位置又は速度測定装置等の更なる装置を含むことができる。
【０４１５】
位置、及び任意の位置におけるトランスレータの速度を測定することは、特にトランスレータの速度が速い場合に、トランスレータがステータから特定の距離において減速又は加速しなければならないため、ステータからの規定の距離におけるトランスレータの移動を制御するのに有利であり得る。
【０４１６】
トランスレータの位置は、単にステータに対するトランスレータの位置を測定することによっては判断されない。トランスレータの位置は任意の基準点に対して判断することができる。
【０４１７】
本発明の磁気装置の別の実施形態は、トランスレータが、クランク軸等の、トランスレータに対して機械的な拘束を働かせるシステムに連結されることを特徴とし、上記システムは、トランスレータとステータとの間の距離を維持しながら、トランスレータの移動、より正確にはトランスレータの移動の振幅を制御する。機械的な拘束を働かせるシステムは、ホイール等の、本発明の磁気装置によって駆動される要素に連結するか又は本発明の磁気装置によって駆動される要素として形成することができる。
【０４１８】
トランスレータの直線運動の場合、ステータの個々のステータ磁石及び／又はトランスレータの個々のトランスレータ磁石は、多角形を描く線に沿って、またトランスレータの移動方向に平行な向きである軸の周りに配置することができる。
【０４１９】
トランスレータの移動方向、並びにそれぞれの磁場によって活性化される引力及び反発力は互いに平行である。
【０４２０】
トランスレータの回転運動の場合、ステータの個々のステータ磁石及び／又はトランスレータの個々のトランスレータ磁石は、多角形を描く線に沿って、またトランスレータの移動方向に平行な向きである軸の周りに配置することができる。
【０４２１】
トランスレータの移動方向、並びにそれぞれの磁場によって活性化される引力及び反発力は互いに平行である。
【０４２２】
トランスレータは、ガイドユニットによってステータに対して移動可能に取り付けることができ、上記ガイドユニットのガイド軸が、２つの隣接する個々のステータ磁石間のエリアにおいてステータに、及び２つの隣接する個々のトランスレータ磁石間のエリアにおいてトランスレータに交差する。
【０４２３】
ガイドユニットが本発明に従って配置される場合、それぞれの個々の磁石の磁場はガイドユニットの存在によっては妨げられない。
【０４２４】
上記トランスレータがステータに対して最も離れた距離ｄに位置決めされている場合、ステータとトランスレータとの間に延びる容積部が真空であり得る。
【０４２５】
本発明に従って真空又は空気圧が低下したエリアを形成することによって、トランスレータの移動に対して作用する空気抵抗が低下する。真空を形成するために、本発明の磁気装置を気密なハウジング内に配置し、駆動軸、電源ケーブル等は上記ハウジング内に延びる。
【図面の簡単な説明】
【０４２６】
【図１】磁気駆動装置２０としての本発明の磁気装置の実施形態、及び本明細書において用いられる全ての変数を示す図である。
【図２】磁気駆動装置２０としての本発明の磁気装置の実施形態、及び本明細書において用いられる全ての変数を示す図である。
【図３ａ】ステータに対するトランスレータの位置の距離に応じた、トランスレータに作用する力の大きさに関連するグラフである。
【図３ｂ】ステータに対するトランスレータの位置の距離に応じた、トランスレータに作用する力の大きさに関連するグラフである。
【図３ｃ】ステータに対するトランスレータの位置の距離に応じた、トランスレータに作用する力の大きさに関連するグラフである。
【図４】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図５】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図６】図１及び図２に示されている実施形態と同様の、磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図７】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図８】駆動される軸による幾つかの磁気駆動装置の可能な連結を示す図である。
【図９】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図１０】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図１１】磁気駆動装置としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図１２】抵抗素子としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の磁気装置の別の実施形態の等角図である。
【図１４】図１３に示されている実施形態の底面図と同様の上面図である。
【図１５】図１３及び図１４に示されている本発明の実施形態の側断面図である。
【図１６】図１３〜図１５に示されている実施形態の有限要素法シミュレーションに用いられる要素の配置を示す図である。
【図１７】有限要素法シミュレーションの結果について示す図である。
【図１８】有限要素法シミュレーションの結果について示す図である。
【図１９】有限要素法シミュレーションに関する図である。
【図２０】有限要素法シミュレーションに関する図である。
【発明を実施するための形態】
【０４２７】
図１及び図２は、磁気駆動装置２０としての本発明の磁気装置の実施形態、及び本明細書において用いられる全ての変数を示している。磁気駆動装置２０は、トランスレータ２、及びトランスレータ２に対して横方向に配置されているステータ１、１’を含む。ステータ１、１’及びトランスレータは、軸に沿う、図１及び図２に例示的に示されている実施形態ではトランスレータの駆動軸３に沿う向きである電磁石である。ステータ１、１’及びトランスレータ２の双極子モーメントは上記軸に平行である。
【０４２８】
トランスレータ２の交互の分極を提供するために、当該トランスレータ２を、電源ケーブル１１を介して交流電源（図示せず）に接続し、一方で、ステータ１、１’のそれぞれを、更なる電源ケーブル１１を介して直流源（図示せず）に接続する。
【０４２９】
トランスレータ２の分極は、トランスレータ２の、左側ステータ１に面する極が、左側ステータ１のより近くの極と同じように分極され、これによって左側ステータ１とトランスレータ２との間で反発力１３が活性化され；トランスレータ２の、右側ステータ１’に面する極が、右側ステータ１’のより近くの極とは異なって分極され、これによって右側ステータ１’とトランスレータ２との間で引力１２が活性化されるように選択される。引力１２及び反発力１３は、トランスレータ２に作用し、図１に示されているように、左側から右側へのトランスレータ移動方向６のトランスレータ２の移動において結果として生じる力を生じさせ、トランスレータ移動方向６はステータ１’へ向かう向きである。トランスレータ２の分極が変化した後のトランスレータ移動方向６へのトランスレータ２の移動が図２に示されている。
【０４３０】
磁気駆動装置２０の動作時には、トランスレータ２はステータ１に対してゼロよりも大きい距離ｒに常に位置決めされる。この特徴（請求項１の特徴部を参照のこと）によって、本発明の磁気駆動装置２０の動作時のトランスレータ２とステータ１、１’のうちの一方との間のいかなる接触も排除することができる。距離ｒは、互いに面する、トランスレータ２の極の端部と、それぞれのステータ１、１’の極の端部との間の距離として規定される。
【０４３１】
トランスレータ２が左側へのトランスレータ移動方向６に直線運動する場合、トランスレータ２は位置１６に到達する。位置１６はトランスレータ２の直線運動の最終位置であり、トランスレータ２と左側ステータ１との間の距離が最小の規定距離ｒ２に相当し、一方でトランスレータと右側ステータ１’との間の距離が最大の規定距離ｒ１に相当することを特徴とする。距離ｒ１及びｒ２は、図２に示されているように、右側から左側へのトランスレータ２の次の移動を行うトランスレータ２の分極の変化後に、トランスレータ２及び左側ステータ１の同じ符号の極間に発生する反発力が最大の大きさであるように規定される。
【０４３２】
距離ｒは制御ユニットによって予め設定され、当該制御ユニットは電磁石であるトランスレータ２の分極を変化させる。トランスレータ２が位置１６に到達すると、トランスレータ２の極が変化し、それによってトランスレータ２は図１に示されている移動方向とは反対の移動方向に移動する。ステータ１、１’の分極が変化することによって、トランスレータ２と左側ステータとの間で反発力が活性化され、一方で、トランスレータ２と右側ステータ１’との間で引力が活性化され、上記力は規定のエネルギーレベルを有し、これによってトランスレータ２が図２に示されているように右側から左側へ移動する。
【０４３３】
ステータ１は支持構造体１５によってステータ支持体１４上で支持される。
【０４３４】
トランスレータ２は駆動軸３に連結され、駆動軸３は、図１に示されている実施形態ではトランスレータ２のガイドユニット７としても働く。ガイドユニット７のガイド軸８はトランスレータの移動方向６に平行である。ガイド軸８はステータ１、１’及びトランスレータ２を通って延び、ステータ１、１’及びトランスレータ２のそれぞれの磁場はガイド軸８の存在によっては妨げられない。
【０４３５】
ステータ１、１’間の容積部は真空である。当該真空を達成するために、磁気駆動装置２０はハウジング（図示せず）内に配置される。
【０４３６】
図３ａに開示されているグラフは、トランスレータ２が図１に示されているように移動するときの、トランスレータ２と左側ステータ１との間の反発力１３の依存性を示している。図３ａ並びに図３ｂ及び図３ｃでは、それぞれのステータ１、１’からのトランスレータ２の距離はｘ軸上に示されており、一方でトランスレータ２とステータ１、１’との間で作用する力はｙ軸上に示されている。図３ａ、図３ｂ及び図３ｃにおいて開示されているグラフは、本明細書において開示されている式及び以下の仮定に基づく計算の根拠をなす：
【０４３７】
【数１７３】
2014528230.tif 000175
【０４３８】
【数１７４】
2014528230.tif 000176
【０４３９】
【数１７５】
2014528230.tif 000177
【０４４０】
【数１７６】
2014528230.tif 000178
【０４４１】
【数１７７】
2014528230.tif 000179
【０４４２】
−トランスレータの進行は
【０４４３】
【数１７８】
2014528230.tif 000180
【０４４４】
である。
【０４４５】
位置
【０４４６】
【数１７９】
2014528230.tif 000181
【０４４７】
では、トランスレータ２は左側ステータ１に接触する。図３ａのグラフのｙ値は０に更により近づく。反発力１３は距離εにおいてその最大に到達する。トランスレータ２の位置１６は、トランスレータ２のゼロ地点が隣接するステータ１、１’のゼロ地点から距離εｍｉｎだけ離間するように、好ましくはガイドユニットによって選択される。
【０４４８】
図３ｂのグラフは、図１の図示によるトランスレータ２と右側ステータ１’との間の距離に依存する引力１３を示している。概して、引力１３はトランスレータ２が右側ステータ１’にますます近くなると増大する。
【０４４９】
図３ｃは、図３ａ及び図３ｂのグラフの結果としてのグラフを示している。図３ｃのグラフは、ステータ１、１’間のトランスレータ２の位置に依存した、反発力１３及び引力１２の発達から結果として生じる力条件を示しており、結果として生じる力条件は、図１及び図２を参照して、移動軸３に平行な軸に平行である。
【０４５０】
図４及び図５は、磁気駆動装置２０としての本発明の磁気装置の別の実施形態を示しており、当該実施形態は図１及び図２に示されている実施形態と同様である。図３に示されている当該更なる実施形態では、図２に示されている実施形態とは対照的に、トランスレータ２の分極はトランスレータ２の移動中は同じままであり、一方でステータ１、１’の分極が変化する。
【０４５１】
図６は、図４に示されている実施形態と同様の実施形態を示しており、当該実施形態は、図４に示されている実施形態とは対照的に２つのガイドユニットを含む。ステータ１、１’とトランスレータ２との間に作用する磁場は、ガイドユニット７によっては妨げられず、このことは図４に示されている実施形態に比して利点をなす。
【０４５２】
図７は、本発明の磁気駆動装置２０の別の実施形態を示しており、トランスレータ２の移動は回転運動である。磁気駆動装置２０は、駆動軸３及びトランスレータ回転軸を中心とした円１０に、トランスレータ回転軸に対して直角に配置されている４つのセグメント形状の個々のトランスレータ磁石５を含む。個々のトランスレータ磁石５はガイドユニットを介して駆動軸３に機械的に連結されているため、上記個々のトランスレータ磁石５はトランスレータ２を形成する。個々のトランスレータ磁石４間のエリアには、４つの同様のセグメント形状の個々のステータ磁石４が配置されており、当該個々のステータ磁石４は機械的なカップリング（図示せず）によって連結されてステータ１を形成する。
【０４５３】
上記開示によると、互いに面する、個々のステータ磁石４及び個々のトランスレータ磁石５の極は同じであるか又は異なる符号を有する。
【０４５４】
トランスレータ２の移動が回転運動である場合、トランスレータは、磁気駆動装置２０の動作時には常にステータから離間しており、個々のトランスレータ磁石５の回転移動方向６は常に個々のステータ磁石４に向かう向きである。
【０４５５】
図８は、本発明の第１の磁気駆動装置２０の、本発明の別の磁気駆動装置２０’への連結を示している。磁気駆動装置２０、２０’の機械的な連結は、ディスク中心１８の周りで回転するように支持されるディスク１７によって達成される。幾何学的な理由から、ロッド１９がディスク１７と磁気駆動装置２０、２０’のそれぞれとの間に設けられており、上記ロッドの一端はディスク中心１８に対して偏心位置でディスク１７に接続されており、その他端は、それぞれの磁気駆動装置２０、２０’に蝶着されている。
【０４５６】
磁気駆動装置２０、２０’はディスク中心１８に対して固定位置に取り付けられており、それによって、磁気駆動装置２０、２０’によって発生される直線運動によってディスク１７の回転運動が形成される。ロッド１９、１９’を偏心位置に配置することによって、磁気駆動装置２０、２０’のトランスレータ２（図８には図示せず）の直線運動が機械的に制御される。
【０４５７】
図９〜図１１は、複数の個々のステータ磁石４がステータ１、１’に配置され、複数の個々のトランスレータ磁石５がトランスレータ２に配置されることを特徴とする磁気駆動装置の一実施形態の図、並びにトランスレータ２及びステータ１、１’の詳細図を示している。
【０４５８】
図９は、図９〜図１１に示されている磁気駆動装置の一実施形態の上面図を示している。磁気駆動装置は、軸９に沿って配置される２つのステータ１、１’を含む。さらに、２つのガイドユニット７が配置されており、当該ガイドユニット７はステータ１、１’間でトランスレータを支持するため、トランスレータは上記ステータ１、１’に対して移動することができる。トランスレータ２は、ステータ１、１’を通って駆動要素（図示せず）まで延びる駆動軸３に更に連結されている。支持構造体１５も駆動軸の支持体として働く。
【０４５９】
図１０は、図９〜図１１に示されている本発明の磁気駆動装置の実施形態のステータ１の側面図を示している。ステータ１は、駆動軸３の周りに回転対称に配置されている５つの個々のステータ磁石４を含む。個々のステータ磁石４のそれぞれは、個々のトランスレータ磁石５に対向して配置されている。
【０４６０】
図１１は、トランスレータ２の側面図を示している。トランスレータ２は、多角形１０に沿って図の平面に対して垂直である駆動軸３の周りに回転対称に配置されている複数の個々のトランスレータ磁石５を含む。個々のトランスレータ磁石５は、トランスレータ軸受２２によって、一方では駆動軸に配置され、他方ではトランスレータ支持体２１に配置される。トランスレータ軸受２２はウェブであり、それぞれが可能な限り小さい断面積を有する。
【０４６１】
図１２は、抵抗素子としての本発明の磁気駆動装置の別の実施形態を示している。基本的に、構造は上述の実施形態の構造と同様であるが、ステータ１、１’は、トランスレータ２の極とステータ１、１’の極との間で反発力１３が活性化されるようにトランスレータ２に対して分極される。トランスレータ２はしたがって、駆動軸３を介してトランスレータ２に作用する力によって加速されるとステータ１、１’間の距離に沿って変位することができる。
【０４６２】
図１３は、本発明の磁気装置の別の実施形態の等角図を示している。磁気装置は、２つのトランスレータ２間に配置されているステータ１を含み、当該ステータ１及びトランスレータ２はハウジングを形成する支持構造体１５内に配置されている。駆動軸３は上記支持構造体の外側に位置付けられている。ステータ１及びトランスレータ２は、トランスレータの移動方向６を決める軸９に沿って配置される。
【０４６３】
トランスレータ２は２つのガイドユニット７に取り付けられるとともに２つのガイドユニット７によって支持されており、ガイド軸８はトランスレータの移動方向６に平行な向きである。ガイドユニット８は、トランスレータ２とステータ１との間の磁場に干渉しないようにトランスレータ２に対して横方向に配置されている。
【０４６４】
ガイドユニット８は支持構造体１５によって支持されている。
【０４６５】
図１３に示されている磁気装置は本質的に、上述の特徴のうちの好適な特徴を有する。トランスレータ２はＮ４５グレードの磁石である。ステータ１は、磁気コア２２、及び当該コア２２の周りに巻回されているコイル２３を含む電磁石である。
【０４６６】
図１４は、図１３に示されている本発明の磁気装置の、底面図に対応する上面図である。図１３を参照して説明した装置の特徴は、本質的に図１４において分かる。
【０４６７】
図１４では、トランスレータ２及びステータ１並びに軸９に沿う駆動軸３の位置が分かる。
【０４６８】
ステータ１はステータ支持体１４によって支持構造体１５に取り付けられている。ステータ１のコア２２は支持構造体１５から突出する軸９の方向に延び、それによって、ステータ１とトランスレータ２との間の磁場はステータ支持体１４によっては干渉されない。
【０４６９】
トランスレータ２をガイドユニット７に取り付けるのに用いられるトランスレータ支持体２４の形状は、当業者には明らかであるように、運動量の歪み、及び特にトランスレータ２の揺動運動によって引き起こされる振動力に適合されている。
【０４７０】
図１５は、図１３及び図１４に示されている磁気装置の断面図を示している。上述した特徴に加えて、計算エリア２１が見え；このエリアに関して、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて磁場強度曲線を求めた。計算をより容易にするために、計算エリア２１は対称な一方の半分のみをカバーし；図１５の対称軸は軸９に相当する。ＦＥＭ計算の結果（図１７及び図１８を参照のこと）については以下の段落において説明する。
【０４７１】
図１６は、ＦＥＭ計算を行った対称な半分の詳細図を示している。対称軸はこの場合も軸９に相当する。図１６ではトランスレータ２の対称な半分が見える。
【０４７２】
ステータ１はコア２２及びコイル２３を含み；この場合もそれぞれの対称な半分が見える。
【０４７３】
図１６には別の計算エリア２１が示されている。
【０４７４】
図１７及び図１８には、ＦＥＭシミュレーションの結果が示されている。ＦＥＭ計算は、ステータが９０Ａの電磁石であり、トランスレータ２が１０５０ｋＡ／ｍのＮ４５グレードの永久磁石であるという前提に基づくものである。
【０４７５】
図１７では、トランスレータ２の位置とステータとの間の距離ｒは１．００ｍｍである。ステータ１とトランスレータ２との間の反発力１３はトランスレータ２に作用する並進力の大部分をなし、一方でトランスレータ２'の移動はトランスレータ２'とステータ１との間の引力１２によって引き起こされる。
【０４７６】
図１８は、トランスレータ２がステータ１から等距離にあるときのＦＥＭシミュレーションの結果を示す。
【０４７７】
図１９は、試験装置において測定した並進力とＦＥＭシミュレーションに基づいて計算した並進力とを比較するグラフを示している。双方の場合において、意図されるトランスレータは１０５０．０ｋＡ／ｍの永久磁石であった。計算のために、ステータに９０Ａのエネルギーを供給した。シミュレーションのために、ステータに９Ａのエネルギーを供給し、得られた値を９０Ａについて外挿した。
【０４７８】
図１９に示されているグラフは、上記で説明した理論に基づくシミュレーション及び測定結果が基本的に一致することをはっきりと示している。
【０４７９】
図２０は、異なって磁化された永久磁石であるトランスレータの並進力を比較するものであり、上記並進力は上記で説明した理論に基づいてＦＥＭシミュレーションによって計算する。グラフのｙ軸は並進力の計算値を示しており、一方でｘ軸はトランスレータの位置を示している。図２０のグラフは、ステータに、９０Ａについて外挿される９Ａのエネルギーが供給されたときの、トランスレータとして用いられる永久磁石の磁化の影響を示している。このグラフは、他の曲線の包括的な進路を示す「シミュレートされた力［Ｎ］」の曲線を示している。「シミュレートされた力［Ｎ］」の曲線は図１９にも含まれている。
【符号の説明】
【０４８０】
１  ステータ
２  トランスレータ
３  駆動軸
４  個々のステータ磁石
５  個々のトランスレータ磁石
６  トランスレータの移動方向
７  ガイドユニット
８  ガイド軸
９  軸
１０  多角形
１１  電源ケーブル
１２  引力
１３  反発力
１４  ステータ支持体
１５  支持構造体
１６  ステータの位置
１７  ディスク
１８  ディスクの中心
１９、１９’  ロッド
２０、２０’  磁気駆動装置
２１  計算エリア
２２  コア
２３  コイル
【図１】
2014528230.tif 000190
【図２】
2014528230.tif 000191
【図３ａ】
2014528230.tif 000192
【図３ｂ】
2014528230.tif 000193
【図３ｃ】
2014528230.tif 000194
【図４】
2014528230.tif 000195
【図５】
2014528230.tif 000196
【図６】
2014528230.tif 000197
【図７】
2014528230.tif 000198
【図８】
2014528230.tif 000199
【図９】
2014528230.tif 000200
【図１０】
2014528230.tif 000201
【図１１】
2014528230.tif 000202
【図１２】
2014528230.tif 000203
【図１３】
2014528230.tif 000204
【図１４】
2014528230.tif 000205
【図１５】
2014528230.tif 000206
【図１６】
2014528230.tif 000207
【図１７】
2014528230.tif 000208
【図１８】
2014528230.tif 000209
2014528230.tif 000210
【図１９】
2014528230.tif 000211
【図２０】
2014528230.tif 000212
【国際調査報告】
2014528230.tif 000213
2014528230.tif 000214
2014528230.tif 000215
2014528230.tif 000216
2014528230.tif 000217
2014528230.tif 000218