(57)【要約】  磁気駆動機器は、第１及び第２の永久磁石配置を担持する第１及び第２の磁石キャリアを含む。第１及び第２の磁石キャリア間に配置される中間磁石キャリアは、第３の永久磁石配置を担持する。磁石配置が、相対回転のパワーゾーン部中に第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を磁石キャリアに経験させるパワーストローク力に帰着する磁気相互作用を生成するように、磁石キャリアは、互いに対して回転用に配置される。磁気相互作用は、相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に与えない。不感帯は、磁石キャリア相対回転位置、即ち、対向磁極が相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する磁石キャリア相対回転位置を含む。機器は、不感帯が上死点及び下死点相対往復運動位置と一致するように、同期化され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の永久磁石配置を担持する第１の磁石キャリアと、
第２の永久磁石配置を担持する第２の磁石キャリアと、
前記第１及び第２の磁石キャリア間に配置され、且つ第３の永久磁石配置を担持する中間磁石キャリアと、
前記中間磁石キャリア並びに前記第１及び第２の磁石キャリアが互いに対して回転（相対回転）のために配置されることと、
前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置が、前記中間磁石キャリア並びに前記第１及び第２磁石キャリアが前記相対回転を経験する場合に、磁気相互作用を生成するように構成されることと、
前記相対回転のパワーゾーン部中に第１及び第２のストローク方向において、前記中間磁石キャリア並びに前記第１及び第２の磁石キャリアに、互いに対する往復運動（相対往復運動）を経験させるパワーストローク力を前記磁気相互作用が生成することと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に生成しないことであって、前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する前記磁石キャリアの相対回転位置を前記不感帯が含むことと、
前記不感帯が、前記相対往復運動の上死点及び下死点位置の近くで発生するようにされ得るように、且つ前記パワーゾーンが、前記上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、前記相対回転及び前記相対往復運動が同期可能であることと、
を含むことを特徴とする磁気駆動機器。
【請求項２】
請求項１に記載の機器において、遷移ゾーンが、前記不感帯の１つと前記パワーゾーンの１つとの間の各遷移に存在し、各前記遷移ゾーンが、ほぼゼロのパワーストローク力及びほぼ最大のパワーストローク力を経験する前記磁石キャリア間の遷移期間を表すことを特徴とする機器。
【請求項３】
請求項１に記載の機器において、前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置が、それぞれ、磁石パターンに配置された磁石セットを含み、前記磁石が、第１の磁石キャリア側における第１の磁極及び第２の磁石キャリア側における第２の磁極を示すように、前記磁石のそれぞれの磁石キャリア上で方向付けられることを特徴とする機器。
【請求項４】
任意の所与の磁石キャリア側における各磁石パターンが、第１の極性のｎの隣接する磁極を有する少なくとも第１のｎ磁石グルーピング、及び第２の極性のｎの隣接する磁極を有する第２のｎ磁石グルーピングを含むことを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項３に記載の機器において、任意の所与の磁石キャリア側における各磁石パターンが、４つの磁石の倍数を含むことを特徴とする機器。
【請求項６】
請求項３に記載の機器において、任意の所与の磁石キャリア側における各磁石パターンが、偶数の磁石、等しい数のＮ及びＳ極を含み、前記Ｎ及びＳ極が、同極性で偶数の隣接する磁石を有する磁石グルーピングに配置されることを特徴とする機器。
【請求項７】
請求項３に記載の機器において、任意の所与の磁石キャリア側における各磁石パターンが、２つの隣接するＮ磁極を有する第１の２磁石グルーピング及び２つの隣接するＳ磁極を有する第２の２磁石グルーピングに配置される４つの磁石を有することを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項３に記載の機器において、前記第１の磁石キャリアが、第１の磁気相互作用ゾーンを形成するために前記中間磁石キャリアの第１の側面に面する内側を有し、前記第２の磁石キャリアが、第２の磁気相互作用ゾーンを形成するために前記中間磁石キャリアの第２の側面に面する内側を有することを特徴とする機器。
【請求項９】
請求項８に記載の機器において、前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置の前記対向磁極が、相互に同軸に整列され、前記第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極の全てが互いに対して相互に反発するか又は相互に引き付け合う前記磁石キャリアの相対回転位置を、前記パワーゾーンが含むことを特徴とする機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の機器において、前記第１の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極が全て互いに対して相互に反発し、一方で前記第２の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極が全て互いに対して相互に引き付け合う場合に、前記パワーストローク力が、前記第１のストローク方向に前記相対往復運動を生成し、前記第１の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極が全て互いに対して相互に引き付け合い、一方で前記第２の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極が全て互いに対して相互に反発する場合に、前記パワーストローク力が、前記第２のストローク方向に前記相対往復運動を生成することを特徴とする機器。
【請求項１１】
請求項８に記載の機器において、前記第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極の半分が、互いに対して相互に反発するように整列され、且つ前記第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける前記対向磁極のもう一方の半分が、互いに対して相互に引き付け合うように整列される前記磁石キャリアの相対回転位置を、前記不感帯が含むことを特徴とする機器。
【請求項１２】
請求項１に記載の機器において、前記磁石キャリアのそれぞれを通って延びる主軸を更に含み、前記主軸が、中央長手方向軸を有し、且つ前記長手方向軸を中心に回転可能で前記長手方向軸に沿って往復運動することができ、
前記主軸の第１の端部が、前記主軸を回転させる入力コンポーネントに動作可能に結合するように適合され、
前記主軸の第２の端部が、前記主軸の往復運動によって駆動される出力コンポーネントに動作可能に結合するように適合され、
前記主軸の長手方向軸を中心とする前記主軸の回転が、前記中間磁石キャリアと前記第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するように、前記主軸が、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに回転可能に結合され、
前記第１及び第２のストローク方向における前記中間磁石キャリアと前記第１及び第２の磁石キャリアとの間の前記相対往復運動が、前記主軸の長手方向軸に沿った前記主軸の往復運動を生成するように、前記主軸が、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに軸方向に結合されることを特徴とする機器。
【請求項１３】
請求項１に記載の機器において、前記第１及び第２の磁石キャリアが、前記磁気相互作用の強度を調整するために、前記中間磁石キャリアの方へ又はそこから離れるように調整可能に位置決めできることを特徴とする機器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の機器において、前記第１及び第２の磁石キャリアが、動力駆動の磁石キャリア位置決めシステムによって、前記中間磁石キャリアの方へ又はそこから離れるように位置決めできることを特徴とする機器。
【請求項１５】
第１の永久磁石配置を担持する第１の磁石キャリアと、
第２の永久磁石配置を担持する第２の磁石キャリアと、
前記第１及び第２の磁石キャリア間に配置され、且つ第３の永久磁石配置を担持する中間磁石キャリアと、
前記中間磁石キャリアと前記第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するために、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに動作可能に結合される入力コンポーネントと、
前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置が、前記入力コンポーネントが前記相対回転を生成する場合に、磁気相互作用を生成するように構成されることと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転のパワーゾーン部中に、前記第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を前記中間磁石キャリア並びに前記第１及び第２の磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成することと、
前記第１及び第２のストローク方向における前記相対往復運動が前記出力コンポーネントを作動させるように、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに動作可能に結合される出力コンポーネントと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に生成しないことであって、前記第１の永久磁石配置、前記第２の永久磁石配置、及び前記第３の永久磁石配置の対向磁極が相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する前記磁石キャリアの相対回転位置を前記不感帯が含むことと、
前記相対回転及び前記相対往復運動が、前記不感帯が前記相対往復運動の上死点及び下死点位置の近くで発生するようにされ得るように、且つ前記パワーゾーンが、前記上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、同期化されることと、
含むことを特徴とする磁気駆動トルク変換機器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の機器において、前記相対回転が、互いに対して同じ方向又は反対方向に回転する前記第１及び第２の磁石キャリアを含むことを特徴とする機器。
【請求項１７】
請求項１５に記載の機器において、
前記磁石キャリアのそれぞれを通って延びる主軸において、中央長手方向軸を有し、且つ前記長手方向軸を中心に回転可能で前記長手方向軸に沿って往復運動ができる主軸と、
前記入力コンポーネントが、前記主軸を回転させるために前記主軸の第１の端部に動作可能に結合されることと、
前記出力コンポーネントが、前記主軸の往復運動によって駆動されるように前記主軸の第２の端部に動作可能に結合されることと、
前記入力コンポーネントによる、前記主軸の長手方向軸を中心とする前記主軸の回転が、前記中間磁石キャリアと前記第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するように、前記主軸が、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに回転可能に結合されることと、
前記第１及び第２のストローク方向における前記中間磁石キャリアと前記第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対往復運動が、前記主軸の長手方向軸に沿った前記主軸の前記往復運動を生成するように、前記主軸が、前記中間磁石キャリア又は前記第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに軸方向に結合されることと、
を更に含むことを特徴とする機器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の機器において、前記不感帯が、前記上死点及び下死点位置の近くを中心とするように前記主軸を同期化することによって前記同期化を生成するように動作可能に結合される同期化装置を更に含むことを特徴とする機器。
【請求項１９】
請求項１８に記載の機器において、前記不感帯が位置又はサイズにおいて動的に調整可能なように、前記主軸が同期化されることを特徴とする機器。
【請求項２０】
請求項１８に記載の機器において、前記同期化装置が、前記入力コンポーネント、前記出力コンポーネント、及び前記出力コンポーネントの位置決めに基づいて前記入力コンポーネントを制御するためのセンサ／フィードバックシステムを含むことを特徴とする機器。
【請求項２１】
請求項２０に記載の機器において、前記入力コンポーネントが、ボールスプライン入力結合アセンブリによって前記主軸に接続される回転駆動モータを含み、前記出力コンポーネントが、連接棒によって前記主軸に接続されるクランクシャフトを含み、前記センサ／フィードバックシステムが、前記クランクシャフトの回転を感知するように配置されたセンサと、前記センサからのクランクシャフト位置信号に応じて前記回転駆動モータを制御するように動作可能なコントローラと、を含むことを特徴とする機器。
【請求項２２】
対向磁石配置をそれぞれ担持する第１及び第２対向磁石キャリアと、
前記対向磁石配置が、前記対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に、磁気相互作用を生成するように構成されることと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転のパワーゾーン部中に、前記第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を前記対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成することと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に生成しないことであって、前記対向磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する前記磁石キャリアの相対回転位置を前記不感帯が含むことと、
前記相対回転及び前記相対往復運動が、前記不感帯が前記磁気キャリアの上死点及び下死点相対往復運動位置の近くで発生するようにされ得るように、且つ前記パワーゾーンが、前記上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、同期化されることと、
を含むことを特徴とする磁気駆動機器。
【請求項２３】
対向磁石配置をそれぞれ担持する対向磁石キャリアを設けることであって、前記対向磁石配置が、前記対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に、磁気相互作用を生成するように構成されることと、
前記磁気相互作用を生成するために、前記対向磁石キャリア間に相対回転を引き起こすことと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転のパワーゾーン部中に第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を前記対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成することと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に生成しないことであって、前記対向磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び引力のほぼ等しいバランスを生成する磁石キャリアの相対回転位置を前記不感帯が含むことと、
前記不感帯が、前記相対往復運動の上死点及び下死点位置の近くで発生するように、且つ前記パワーゾーンが、前記上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、前記相対回転及び前記相対往復運動を同期化することと、
を含むことを特徴とする永久磁石駆動方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記同期化が、前記不感帯が前記上死点及び下死点相対往復運動位置を中心とし、且つ前記パワーゾーンが、前記上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、前記相対回転及び前記相対往復運動のタイミングを取ることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、前記同期化が、前記不感帯が位置又はサイズにおいて動的に調整されるように、前記相対回転及び前記相対往復運動のタイミングを取ることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
対向磁石配置をそれぞれ担持する対向磁極キャリアと、
前記対向磁石配置が、対向磁極を有し、且つ前記対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に磁気相互作用を生成するように構成されることと、
前記磁気相互作用が、前記相対回転のパワーゾーン部中に、第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を前記対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成することと、
前記対向磁石配置の前記対向磁極が、等しい数の同極性及び反対極性の磁気相互作用を定義するために相互に同軸に整列される回転不感帯を前記相対回転が含むことと、
を特徴とする磁気駆動機器。
【請求項２７】
前記相対回転を引き起こす１つ又は複数の回転入力コンポーネントに動作可能に結合される、且つ前記相対往復運動によって駆動される共通の往復運動出力コンポーネントに動作可能に結合される、請求項２６に記載の磁気駆動機器の２つ以上を含む組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（駆動入力部に印加される）入力力又はトルクを（駆動出力部で送出される）出力力又はトルクに変換する機械的駆動装置に関する。特に、本発明は、永久磁石間の磁界相互作用を介して力又はトルク変換を実行する往復運動駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景として、運動変換装置、動力伝達装置、モータ及び他の機器などの往復運動駆動装置を作動させるために永久磁石の使用を提案する多数の特許、公開特許出願及び他の文献が存在する。多くの場合に、提案された装置は、決して構築されなかったと思われる、且つそれらがかつて構築されたとしても実際的な利益を生じそうもない概念を反映する。これは、かかる開示が機能しないと言うことではない。実際には、多くの永久磁石駆動システムが構成され、人は、かかる装置を描写する様々なビデオを見るために、人気のあるユーチューブ（Ｙｏｕ  Ｔｕｂｅ）（登録商標）ウェブサイトを調べる必要があるだけである。
【０００３】
けれども、往復運動エンジン動作の基本原理が頭にあるエンジン設計者の観点からは、誰も永久磁石駆動構成に取り組まなかったように思える。明らかには認識されていない要件は、連続的な往復運動を促進するために、周期的に駆動コンポーネントを緩和させる必要性である。知られている限りでは、この問題は、現在まで取り組まれず、永久磁石往復運動駆動が、主として愛好家及びなんでも屋の領域に留まった１つの理由であり得る。
【発明の概要】
【０００４】
当該技術分野の進歩が、往復運動に特に適している新規の磁石配置を有する磁気駆動機器によって提供される。一実施形態において、磁気駆動機器は、第１及び第２の永久磁石配置を担持する第１及び第２の磁石キャリアを含む。中間磁石キャリアが、第１及び第２の磁石キャリア間に配置され、且つ第３の永久磁石配置を担持する。中間磁石キャリア並びに第１及び第２の磁石キャリアは、互いに対する回転（相対回転）用に配置される。かかる相対回転中に、磁石配置は、パワーストローク力に帰着する磁気相互作用を生成する。パワーストローク力は、中間磁石キャリア並びに第１及び第２の磁石キャリアに、相対回転のパワーゾーン部中に第１及び第２のストローク方向において互いに対する往復運動（相対往復運動）を経験させる。磁気相互作用は、相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に与えない。不感帯は、磁石キャリアの相対回転位置、即ち、第１、第２及び第３の永久磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する磁石キャリアの相対回転位置を含む。中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転及び相対往復運動は、不感帯が、磁石キャリアの上死点及び下死点相対往復運動位置（それは、パワーストローク力の緩和が望ましい場所である）の近くで発生するように、且つパワーストローク力が、上死点及び下死点相対往復運動位置間（それは、最大磁力が望ましい場所である）で発生するように、同期化することができる。
【０００５】
磁気駆動機器の実施形態において、遷移ゾーンが、不感帯の１つとパワーゾーンの１つとの間の各遷移に存在する。各遷移ゾーンは、ほぼゼロのパワーストローク力及びほぼ最大パワーストローク力を経験する磁石キャリア間の遷移期間を表す。
【０００６】
磁気駆動機器の実施形態において、第１の永久磁石配置、第２の永久磁石配置、及び第３の永久磁石配置は、それぞれ、磁石パターンに配置された磁石セットを含む。磁石は、それらのそれぞれの磁石キャリア上で、第１の磁石キャリア側における第１の磁極及び第２の磁石キャリア側における第２の磁極を示すように方向付けられる。各磁石パターンは、偶数の磁石を有しても良い。任意の所与の磁石キャリア側において、第１の極性のｎの隣接する磁極を有する少なくとも第１のｎ磁石グルーピング及び第２の極性のｎの隣接する磁極を有する少なくとも第２のｎ磁石グルーピングに配置された等しい数のＮ及びＳ極が存在しても良く、「ｎ」は、偶数である。
【０００７】
磁気駆動機器の実施形態において、第１の磁石キャリアは、第１の磁気相互作用ゾーンを形成するために、中間磁石キャリアの第１の側面に面する内側を有し、第２の磁石キャリアは、第２の磁気相互作用ゾーンを形成するために、中間磁石キャリアの第２の側面に面する内側を有する。この構成において、パワーストローク力は、第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける全ての対向磁極が、互いに対して相互に反発するか又は引き付け合うように、相対磁石キャリア回転のパワーゾーン部において同軸に整列される場合に、与えられる。特に、パワーストローク力は、第１の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極が、全て、互いに対して相互に反発するように同軸に整列され、一方で第２の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極が、全て、互いに対して相互に引き付け合うように同軸に整列される場合に、第１の方向に相対往復運動を生成する。反対に、パワーストローク力は、第１の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極が、全て、互いに対して相互に引き付け合うように同軸に整列され、一方で第２の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極が、全て、互いに対して相互に反発するように同軸に整列される場合に、第２の方向に相対往復運動を生成する。パワーゾーンはまた、同軸整列位置のどちらかの側において或る回転距離にわたって延びても良い。
【０００８】
磁気駆動機器の実施形態において、各不感帯は、磁石キャリアの相対回転位置、即ち、第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極の半分が、互いに対して相互に反発するように同軸に整列され、第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極のもう一方の半分が、互いに対して相互に引き付け合うように同軸に整列される磁石キャリアの相対回転位置を含む。不感帯はまた、同軸整列位置のどちらかの側において或る回転距離にわたって延びても良い。
【０００９】
磁気駆動機器の実施形態において、主軸は、磁石キャリアのそれぞれを通って延びても良い。主軸は、中央長手方向軸を有しても良く、且つ長手方向軸を中心に回転可能で、長手方向軸に沿って往復運動ができても良い。主軸の第１の端部は、主軸を回転させる入力コンポーネントに動作可能に結合するように適合されても良い。主軸の第２の端部は、主軸の往復運動によって駆動される出力コンポーネントに動作可能に結合するように適合されても良い。主軸は、その長手方向軸を中心とする主軸の回転が、中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するように、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに回転可能に結合されても良い。主軸は、その長手方向軸に沿った主軸の往復運動が、第１及び第２のストローク方向における中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対往復運動を生成するように、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに軸方向に結合されても良い。例えば、中間磁石キャリアは、主軸との往復運動及び回転の両方のために主軸に固定されても良く、第１及び第２の磁石キャリアは、全く主軸に動作可能に接続されなくても良い。
【００１０】
磁気駆動機器の実施形態において、第１及び第２の磁石キャリアは、磁気相互作用の強度を調整するために、中間磁石キャリアの方への又はそこから離れるような調整可能な位置決めのために配置されても良い。第１及び第２の磁石キャリアは、動力駆動の磁石キャリア位置決めシステムによって、中間磁石キャリアの方へ又はそこから離れるように調整可能に配置されても良い。
【００１１】
開示される主題の別の態様において、本明細書で開示されるような磁気駆動機器を入力コンポーネント及び出力コンポーネントと組み合わせることによって、磁気駆動トルク変換機器が提供される。入力コンポーネントは、中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するために、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに動作可能に結合されても良い。出力コンポーネントは、第１及び第２のストローク方向における中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対往復運動が、出力コンポーネントを作動させるように、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに動作可能に結合されても良い。
【００１２】
磁気駆動トルク変換機器の実施形態において、磁気駆動機器は、磁石キャリアのそれぞれを通って延びる主軸を含んでも良い。主軸は、前に説明されたようであっても良く、中央長手方向軸を有し、且つ長手方向軸を中心に回転可能で、長手方向軸に沿って往復運動できる。主軸の第１の端部は、入力コンポーネントに動作可能に結合され、入力コンポーネントは、主軸を回転させる。主軸の第２の端部は、出力コンポーネントに動作可能に結合され、出力コンポーネントは、主軸の往復運動によって駆動される。上記のように、主軸の長手方向軸を中心とする主軸の回転が、中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するように、主軸は、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに回転可能に結合されても良い。同様に、主軸の長手方向軸に沿った主軸の往復運動が、第１及び第２のストローク方向における中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対往復運動を生成するように、主軸は、中間磁石キャリア又は第１及び第２の磁石キャリアのいずれかに軸方向に結合されても良い。
【００１３】
磁気駆動トルク変換機器の実施形態において、同期化装置は、不感帯が上死点及び下死点往復運動位置の近くの主軸と一致するように、自らの回転及び往復運動位置に対して主軸を同期化するように動作可能に結合される。例えば、主軸は、不感帯が上死点及び下死点往復運動位置を中心にするように、同期化されても良い。代替として、主軸は、不感帯が位置又はサイズにおいて動的に調整されるように、同期化されても良い。
【００１４】
磁気駆動トルク変換機器の実施形態において、同期化装置は、入力コンポーネント、出力コンポーネント、及び出力コンポーネントの位置決めに基づいて入力コンポーネントを制御するためのセンサ／フィードバックシステムによって提供されても良い。
【００１５】
磁気駆動トルク変換機器の実施形態において、入力コンポーネントは、回転駆動モータを含んでも良く、出力コンポーネントは、連接棒によって主軸に接続されるクランクシャフトを含んでも良い。その場合に、センサ／フィードバックシステムは、クランクシャフトの回転を感知するように配置されたセンサと、センサからのクランクシャフト位置信号に応じて回転駆動モータを制御するように動作可能なコントローラと、を含んでも良い。
【００１６】
開示される主題の別の態様において、磁気駆動機器は、３磁石キャリア機器ではなく２磁石キャリア機器として具体化される。２磁石キャリア機器は、３磁石キャリア機器に設けられる第１、第２の及び中間磁石キャリアの代わりに、対向する第１及び第２の磁石キャリアを含む。２つの対向磁石キャリアは、対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に磁気相互作用を生成するように構成される対向磁石配置をそれぞれ担持する。磁気相互作用は、相対回転のパワーゾーン部中に、第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成する。磁気相互作用は、相対回転の不感帯部中に、パワーストローク力を実質的に生成しない。不感帯は、磁石キャリアの相対回転位置、即ち、対向磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び引力のほぼ等しいバランスを生成する磁石キャリアの相対回転位置を含む。磁石キャリア間の相対回転及び相対往復運動は、不感帯が、磁石キャリアの上死点及び下死点相対往復運動位置の近くで発生するように、且つパワーゾーンが、上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、同期化される。
【００１７】
開示される主題の別の態様において、複数の磁気駆動機器のセットが、単一の出力コンポーネントを駆動するために、１つ又は複数の入力コンポーネントによって動力を供給されても良い。複数の磁気駆動機器の各セットは、２つ以上の３磁石キャリア駆動機器、２つ以上の２磁石キャリア駆動機器、又は１つ若しくは複数の３磁石キャリア機器及び１つ若しくは複数の２磁石キャリア機器の任意の所望の組み合わせを含んでも良い。
【００１８】
開示される内容の別の態様において、磁気駆動方法が、提供される。方法の例示的な実施形態において、対向磁石配置をそれぞれ担持する対向磁石キャリアが設けられる。磁気相互作用を生成するために、相対回転が対向磁石キャリア間で引き起こされる。磁気相互作用は、相対回転のパワーゾーン部中に、第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成する。磁気相互作用は、相対回転の不感帯部中に、パワーストローク力を実質的に生成しない。不感帯は、磁石キャリアの相対回転位置、即ち、対向磁石配置の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び引力のほぼ等しいバランスを生成する磁石キャリアの相対回転位置を含む。磁石キャリアの相対回転及び相対往復運動は、所期の効果を達成するために同期化されても良い。例えば、同期化は、不感帯が上死点及び下死点相対往復運動位置を中心とするように、且つ不感帯が上死点及び下死点相対往復運動位置間で発生するように、磁石キャリアの相対回転及び相対往復運動のタイミングを取ることを含んでも良い。代替として、同期化は、不感帯が位置又はサイズにおいて動的に調整されるように、磁石キャリアの相対回転及び相対往復運動のタイミングを取ることを含んでも良い。
【００１９】
開示される主題の別の態様において、磁気駆動機器は、対向磁石配置をそれぞれ担持する対向磁石キャリアを有する。対向磁石配置は、対向磁極を有し、且つ対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に磁気相互作用を生成するように構成される。磁気相互作用は、相対回転のパワーゾーン部中に、第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を対向磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成する。相対回転は、回転不感帯、即ち、対向磁石配置の対向磁極が、等しい数の同極性及び反対極性の対向磁極ペアを画定するように相互に同軸に整列される回転不感帯を更に含む。
【００２０】
前述及びその他の特徴及び利点は、添付の図面に示されているように、例示的な実施形態の以下のより多くの特定の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１の動作位置における例示的な３磁石キャリア磁気駆動機器を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、第２の動作位置における図１の磁気駆動機器を示す概略斜視図である。
【図３】図３は、第３の動作位置における図１の磁気駆動機器を示す概略斜視図である。
【図４】図４は、第４の動作位置における図１の磁気駆動機器を示す概略斜視図である。
【図５】図５は、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、図１の磁気駆動機器の例示的なタイミングを示す更なるタイミング図である。
【図７】図７は、磁気駆動トルク変換機器を提供するために入力コンポーネント及び出力コンポーネントと組み合わせた、図１の磁気駆動機器の例示的な構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、磁気駆動トルク変換機器を提供するために入力コンポーネント及び出力コンポーネントと組み合わせた、図１の磁気駆動機器の別の例示的な構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、図８の例示的な磁気駆動機器構成を示す上面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９におけるライン１０Ａ−１０Ａに沿った断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９におけるライン１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図９におけるライン１０Ｃ−１０Ｃに沿った断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図９におけるライン１０Ｄ−１０Ｄに沿った断面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、図９におけるライン１０Ｅ−１０Ｅに沿った断面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、図９におけるライン１０Ｆ−１０Ｆに沿った断面図である。
【図１１】図１１は、図８の例示的な磁気駆動機器構成の部分側面図／部分断面図であり、断面図は、図９におけるライン１１−１１に沿って得られる。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の出力結合コンポーネントを示す拡大斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の出力結合コンポーネントを示す拡大斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｇ】図１３Ｇは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１３Ｈ】図１３Ｈは、図８の例示的な磁気駆動機器構成の第１、第２の及び中間磁石キャリアを示す斜視図であり、第１及び第２の磁気キャリアは、回転及び往復運動に逆らって固定され、中間磁石キャリアは、様々な回転及び往復運動位置に示されている。
【図１４】図１４は、第１及び第２の磁石キャリアが調整可能に位置決めできる、図８の例示的な磁気駆動機器構成の変更を示す斜視図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、図１の磁気駆動機器の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｅは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｆ】図１６Ｆは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｇ】図１６Ｇは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１６Ｈ】図１６Ｈは、図１の磁気駆動機器の別の８磁石実施形態における例示的なタイミングを示すタイミング図である。
【図１７】図１７は、第１の動作位置における例示的な２磁石キャリア磁気駆動機器構成を示す概略斜視図である。
【図１８】図１８は、第２の動作位置における、図１７の磁気駆動機器構成を示す概略斜視図である。
【図１９】図１９は、第３の動作位置における、図１７の磁気駆動機器構成を示す概略斜視図である。
【図２０】図２０は、第４の動作位置における、図１７の磁気駆動機器構成を示す概略斜視図である。
【図２１】図２１は、共通出力コンポーネントを駆動する多数の磁石キャリアセットを備えた例示的な磁気駆動機器構成を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、共通出力コンポーネントを駆動する多数の磁石キャリアセットを備えた別の例示的な磁気駆動機器構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで、図を見ると、図は、必ずしも一定の率で作図されていないが、同様の参照数字は、幾つかの図の全てにおいて同様の要素を表すために用いられる。様々な代替実施形態に関連して以下で説明されるように、本明細書で開示されるような磁気駆動機器は、入力動力源から受信される回転入力を、負荷を駆動するために使用可能な往復運動出力に変換するために使用され得る。回転入力は、連続的又は断続的、一方向又は双方向であっても良い。往復運動出力は、往復運動ストロークの反復サイクルを含んでも良い。磁気駆動機器は、磁石配置が、入力動力源によって互いに対して回転されるときに磁気相互作用を生成するように、選択された磁石パターンでそれぞれ構成される永久磁石配置を用いる。これらの磁気相互作用は、各往復運動ストローク方向において往復運動パワーを送出する（パワーストローク）。有利なことに、磁気相互作用はまた、各往復運動ストロークの終わり近くで発生するようにすることが可能な、ほぼゼロの正味磁力の明確に画定された不感帯を生成する。各不感帯中に、永久磁石配置によって送出される正味磁力は、実質的に「オフ」になる。これは、パワーストローク力が瞬間的に緩和してパワーストローク間において静止できるようにし、それによって、滑らかな連続的な往復運動動作を保証する。
【００２３】
ここで図１〜４を見ると、本明細書で開示される主題における動作の一般原則を示すために、例示的な３磁石キャリアの磁気駆動機器２の概略図が示されている。図示された実施形態において、磁気駆動機器２の左端は、永久磁石セット６Ａを備えた第１の永久磁石配置６を担持する第１の磁石キャリア４を有する。磁気駆動機器２の右端は、永久磁石セット１０Ａを備えた第２の永久磁石配置１０を担持する第２の磁石キャリア８を有する。中間磁石キャリア１２は、第１及び第２の磁石キャリア間に配置され、且つ永久磁石セット１４Ａを備えた第３の永久磁石配置１４を担持する。
【００２４】
磁石キャリア４、８及び１２は、磁石キャリアの厚さ寸法を画定するそれぞれの第１及び第２の側面４Ａ／４Ｂ、８Ａ／８Ｂ、及び１２Ａ／１２Ｂを有する。磁石キャリア４、８及び１２は、円板状として示されているが、他の磁石キャリア構成（例えば、多角形、星型等）もまた用いることが可能である。磁石キャリア４、８及び１２は、限定するわけではないが、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、重合体、繊維強化複合材料等を含む、磁力を扱うための十分な強度及び剛性の任意の適切な金属又は非金属材料を用いて製造されても良い。金属の場合に、材料は、ほぼ非磁性（アルミニウム若しくはチタンなど）又は単に穏やかな磁性（ステンレス鋼など）であるのが好ましい。より磁性的な材料（軟鋼など）もまた、これらの材料が磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの磁界に影響を及ぼし得ることが理解されるという条件で、用いられても良い。
【００２５】
磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、１つの磁石面上に北磁極性を、且つ反対側の磁石面上に南磁極性を有するように軸方向に磁化される円板磁石として示されている。各磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、その北極及び南極間に延びる中央長手方向軸を有する。この軸は、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの主要な磁界軸を表す。任意の適切な永久磁石材料が、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａを製造するために使用され得る。好ましくは、ネオジム鉄ボロン（ＮｅＦｅＢ）又はサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）を含む希土類磁石などの、強磁界特性を備えた磁石が用いられる。より低い磁界強度ゆえにそれほど望ましくないが、鉄に加えてアルミニウム、ニッケル及びコバルトを含むアルニコ磁石、又はフェライト材料を含むセラミック磁石を含む、他のタイプの磁石を用いることがまた可能である。異なる磁石形状がまた用いられても良い。例えば、円板状の磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの代わりに、磁石は、球状、腎臓形、バナナ形等であり得る。また、単一の磁石である磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの代わりに、磁石の幾つか又は全ては、２つ以上の磁石の同軸スタックとして実現することが可能であり、それらの磁極は、相互引力のために整列される。
【００２６】
磁石キャリア４、８及び１２は、それらのそれぞれの磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａを任意の適切な方法で担持しても良い。例えば、各磁石キャリア４、８及び１２は、適切なサイズ及び形状の磁石担持カットアウトを備えて形成されても良い。図１〜４に示されているように、磁石が、円板状である場合に、磁石キャリア４は、４つの磁石６Ａを収容する４つの円形カットアウト４Ｃを備えて形成されても良い。同様に、磁石キャリア８は、４つの磁石１０Ａを収容する４つの円形カットアウト８Ｃを備えて形成されても良く、磁石キャリア１２は、４つの磁石１４Ａを収容する４つの円形カットアウト１２Ｃを備えて形成されても良い。必要に応じて、一方の磁石面から他方の磁石面までの磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの厚さは、磁石キャリア４、８及び１２の厚さと一致するように選択されても良い。代替として、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、それらのそれぞれの磁石キャリア４、８及び１２の厚さ寸法より厚く又は薄くすることが可能である。任意の適切な磁石保持技術が、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａを適所に保持するために用いられても良い。例えば、（以下でより詳細に説明される）図８〜１２Ｂの実施形態は、磁石リテーナプレートを用いて磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａを磁石キャリア４、８及び１２上に固定するための例示的な技術を示す。
【００２７】
第１の永久磁石配置６、第２の永久磁石配置１０、及び第３の永久磁石配置１４は、回転入力（図１〜４には図示せず）が、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転を与える場合に、変化する磁気相互作用を生成するように構成される。図１〜４において、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転は、矢印「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」によって表されている。図１において、中間磁石キャリア１２並びに第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、第１の相対回転位置に示されている。図２において、中間磁石キャリア１２並びに第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の１８０°相対回転後の第２の相対回転位置に示されている。図３及び４は、図１及び２の相対回転位置間の中間の相対回転位置を示す。
【００２８】
中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転を促進するように磁気駆動機器２を構成し得る様々な方法が存在する。例えば、中間磁石キャリア１２は、入力コンポーネントに動作可能に結合されて単独で回転され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８が回転に逆らって固定されたままであることが可能である。反対に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、入力コンポーネントに動作可能に結合されて一緒に回転され、一方で中間磁石キャリア１２が回転に逆らって固定されたままであることが可能である。第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、同じ方向又は反対方向に回転することが可能である。更なる代替は、中間磁石キャリア１２を一方向に回転させ、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８を反対方向に回転させることであろう。第１のアプローチの例は、図７及び図８〜１２Ｂに示されている構成に関連して以下でより詳細に説明される。これらの構成において、中間磁石キャリア１２は、第１及び第２の磁石キャリア４及び８と無関係に自由に回転できる主軸に実装される。第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、支持フレームアセンブリによって、回転に逆らって固定される。
【００２９】
中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対往復運動を促進するように磁気駆動機器２を構成し得る様々な方法がまた存在する。例えば、中間磁石キャリア１２は、そこにおいて往復運動を作動させるために出力コンポーネントに動作可能に結合され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８が往復運動に逆らって固定されたままであることが可能である。反対に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、両方とも、そこにおいて往復運動を作動させるために出力コンポーネントに動作可能に結合され、一方で中間磁石キャリア１２が往復運動に逆らって固定されたままであることが可能である。第１のアプローチの例は、図７及び図８〜１２Ｂに示されている構成に関連して以下でより詳細に説明される。これらの構成において、中間磁石キャリア１２は、第１及び第２の磁石キャリア４及び８と無関係に自由に往復運動できる主軸に実装される。第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、支持フレームアセンブリによって往復運動に逆らって固定される。
【００３０】
中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対往復運動を生成するために、往復運動するように適合された任意の磁石キャリアがまた、中間磁石キャリアと第１及び第２の磁石キャリアとの間の相対回転を生成するために回転するように適合され得ることが、注目されるべきである。同様に、往復運動に逆らって固定される任意の磁石キャリアはまた、回転に逆らって固定されても良い。例えば、図７及び図８〜１２Ｂに示されている構成に関連して以下でより詳細に説明されるように、中間磁石キャリア１２は、回転及び往復運動の両方に適合され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、回転及び往復運動に逆らって固定されたままであっても良い。反対に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、回転及び往復運動の両方に対して適合され、一方で中間磁石キャリア１２は、回転及び往復運動に逆らって固定されたままであることが可能である。更なる代替として、往復運動に適合されたどんな磁石キャリアも、回転に逆らって固定されても良く、逆の場合も同様である。例えば、中間磁石キャリア１２は、回転ではなく往復運動するように適合され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、往復運動ではなく回転するように適合され得る。反対に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、回転でなく往復運動するように適合され、一方で中間磁石キャリア１２は、往復運動ではなく回転するように適合され得る。
【００３１】
図１〜４の実施形態において、各それぞれの永久磁石配置６、１０及び１４における磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの数は、４である。磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、互いから等しく離間され、且つ正方形でバランスを保たれた四角の多角形パターン（磁石の数に対応する）における磁石のそれぞれの磁石キャリア４、８及び１２の中心のまわりに対称的に配置される。任意の所与の磁石キャリア側面４Ａ／４Ｂ、８Ａ／８Ｂ、又は１２Ａ／１２Ｂ上の各磁石パターンは、第１の極性（例えばＮ極性）の第１の隣接する磁極ペア及び第２の極性（例えばＳ極性）の第２の隣接する磁極ペアを含む。図１〜４に示されている正方形の４磁石パターンにおいて、各磁石パターンの最初の２つの反対側は、第１の極性の磁極を有し、磁石パターンの第２の２つの反対側は、第２の極性の磁極を有する。各正方形の磁石パターンにおいて互いに対角線である磁極は、反対極性である。以下でより詳細に説明されるように、４つを超える磁石を備えた磁石配置もまた構成されても良い。
【００３２】
図１〜４のそれぞれにおいて、第１の磁石キャリア４の第２の側面４Ｂは、中間磁石キャリア１２の第１の側面１２Ａに面し、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａを形成する。第２の磁石キャリア８の第１の側面８Ａは、中間磁石キャリア１２の第２の側面１２Ｂに面し、第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂを形成する。この磁石構成に関し、磁石キャリア相対回転によって生成された変化する磁気相互作用は、上記の往復運動出力を生成するパワーストローク力を磁石キャリア４、８及び１２に与える。特に、パワーストローク力は、第１及び第２の磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂのそれぞれにおける全ての対向磁極が、相互に反発するか又は互いに引き付け合うように整列された場合に、与えられる。
【００３３】
第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける対向磁極が、全て互いに対して相互に反発し、一方で第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける対向磁極が、全て互いに対して相互に引き付け合う場合に、パワーストローク力は、磁石キャリア４、８及び１２間の相対往復運動を第１の方向に生成する。反対に、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける対向磁極が、全て互いに対して相互に引き付け合い、一方で第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける対向磁極が、全て互いに対して相互に反発する場合に、パワーストローク力は、磁石キャリア４、８及び１２間の相対往復運動を第２の方向に生成する。
【００３４】
磁石キャリア４、８及び１２は、磁気相互作用が上記のパワーストローク力を生成する場合に、自らの相対回転の「パワーゾーン」部に存在すると言っても良い。各パワーストローク方向用に１つのパワーゾーンが存在する。磁気駆動機器２のパワーゾーン位置は、図１及び２によって例示されている。図１は、磁気相互作用が、パワーストローク力を第１の方向に生成する第１のパワーゾーンの中心における磁気駆動機器２を示す。中間磁石キャリア１２及び第１の磁石キャリア４は、中間磁石キャリアの側面１２Ａ上の各磁極が第１の磁石キャリアの側面４Ｂにおける同極性の対向磁極と相互に同軸に整列されるゆえに、離れるように押される。この押力は、矢印「Ｄ」によって表されている。見て分かるように、磁石キャリア４及び１２は、２つのＮ−Ｎ相互作用及び２つのＳ−Ｓ相互作用が磁気相互作用ゾーン１５Ａに存在するように、回転可能に配置される。同時に、中間磁石キャリア１２及び第２の磁石キャリア８は、中間磁石キャリアの側面１２Ｂにおける各磁極が第２の磁石キャリアの側面８Ａにおける反対極性の対向磁極と相互に同軸に整列されるゆえに、共に引かれる。この引力は、矢印「Ｅ」によって表されている。見て分かるように、磁石キャリア８及び１２は、２つのＮ−Ｓ相互作用及び２つのＳ−Ｎ相互作用が磁気相互作用ゾーン１５Ｂに存在するように、回転可能に配置される。
【００３５】
図２は、磁気相互作用がパワーストローク力を第２の方向に生成する第２のパワーゾーンの中心における磁気駆動機器２を示す。上記のように、この状態は、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間における（図１に示されている位置からの）１８０°相対回転に従う。中間磁石キャリア１２及び第１の磁石キャリア４は、中間磁石キャリアの側面１２Ａにおける各磁極が第１の磁石キャリアの側面４Ｂにおける反対極性の対向磁極と相互に同軸に整列されるゆえに、共に引かれる。この引力は、矢印「Ｅ」によって表されている。見て分かるように、磁石キャリア４及び１２は、２つのＮ−Ｓ相互作用及び２つのＳ−Ｎ相互作用が磁気相互作用ゾーン１５Ａに存在するように、回転可能に配置される。同時に、中間磁石キャリア１２及び第２の磁石キャリア８は、中間磁石キャリアの側面１２Ｂ上の各磁極が第２の磁石キャリアの側面８Ａにおける同極性の対向磁極と相互に同軸に整列されるゆえに、離れるように押される。この押力は、矢印「Ｄ」によって表されている。見て分かるように、磁石キャリア８及び１２は、２つのＮ−Ｎ相互作用及び２つのＳ−Ｓ相互作用が磁気相互作用ゾーン１５Ｂに存在するように、回転可能に配置される。
【００３６】
各パワーゾーンが磁石キャリア相対回転における一回転の一部にわたる回転範囲又は「幅」を有するように、パワーゾーンが、図１及び２に示されている磁極の同軸整列位置を超えて延びることが注目されるべきである。従って、各パワーゾーンは、磁石配置６、１０及び１４の対向磁極が相互同軸整列へと回転される前に始まり、相互同軸整列位置の後に終了する。パワーストローク力は、各パワーゾーン内において磁石キャリア４、８及び１２の任意の所与の相対回転位置において生成される。
【００３７】
磁石配置６、１０及び１４は、磁石キャリア４、８及び１２に作用するパワーストローク力が実質的に存在しない場合に、磁石配置６、１０及び１４における相対回転の「不感帯」部にあると言っても良い。図１〜４の４磁石配置６、１０及び１４において、各明確に画定されたパワーゾーンの間を中心とする１つの明確に画定された不感帯が存在し、各相対往復運動サイクルは、２つの不感帯によって分離された２つのパワーゾーンを含む。不感帯は、第１の磁石キャリア４、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び磁気引力のほぼ等しいバランスを生成する場合に存在する。不感帯において、第１及び第２の磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおける対向磁極の半分は、互いに対して相互に反発するように整列され、第１及び第２の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極のもう一方の半分は、互いに対して相互に引き付け合うように整列される。不感帯は、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転が、各パワーゾーン内でパワーストロークを生成する回転位置間の中間にある場合に達成される。不感帯は、図３及び４に示されている相対回転位置を中心とする。
【００３８】
図３に示されている不感帯の中心は、図１のパワーゾーン回転位置から９０°磁石キャリア相対回転に対応する。図４に示されている不感帯の中心は、図２のパワーゾーン回転位置から９０°磁石キャリア相対回転に対応する。これらの不感帯位置の両方において、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおける対向磁極は、相互に同軸に整列されるが、しかしそれらの極性は、対向磁極の２つが同極性であり且つ対向磁極のもう一方の２つが反対極性である結果として、ほぼゼロの正味磁力を生成するような極性である。特に、図３及び４のそれぞれにおいて、磁石キャリア４、８及び１２は、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂに１つのＮ−Ｎ相互作用、１つのＳ−Ｓ相互作用、１つのＮ−Ｓ相互作用及び１つのＳ−Ｎ相互作用が存在するように、回転可能に配置される。パワーゾーンのように、不感帯は、各不感帯が相対磁石キャリア回転における一回転の一部にわたる回転範囲又は「幅」を有するように、磁極の同軸整列位置を超えて延びる。従って、各不感帯は、磁石配置６、１０及び１４の対向磁極が同軸整列へと回転される前に始まり、同軸整列位置の後に終了する。
【００３９】
図８〜１２Ｂ（以下でより詳細に説明される）に従って構成された、磁気駆動機器２のプロトタイプインプリメンテーションにおいて、各それぞれの磁石キャリア４、８及び１２上の４つの磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、Ｋ  ＆  Ｊ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  Ｉｎｃからの、３インチ（７．６２ｃｍ）の直径、１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さ、グレードＮ５２のネオジム円板磁石で実現された。各磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、軸方向に磁化され、且つメーカーによって、約３６０ポンドの最大押力／引力を生成する定格とされた。磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、磁石の中心が磁石キャリアの中心から２．７５インチ（６．９８５ｃｍ）であるように、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａのそれぞれの磁石キャリア４、８及び１２上に配置された。磁石キャリア相対往復運動のストローク長さは、５．５インチ（１３．９７ｃｍ）だった。各ストロークの終わりに、共に最も近い磁石キャリア間の離隔距離は、１．１２５インチ（２．８５７５ｃｍ）の対向磁石（磁極面から磁極面）間の最小間隔に帰着した。中間ストロークにおいて、磁石キャリア間の離隔距離は等しく、且つ３．８７５インチ（９．８４２５ｃｍ）の対向磁石（磁極面から磁極面）間の最大間隔に帰着した。このプロトタイプ上で行われた試験において、パワーゾーン及び不感帯は、それぞれ、全ての相対往復運動位置において約９０°磁石キャリア相対回転にわたった。同様の結果は、磁石配置が、バランスを取られた正方形磁石パターンに４つの磁石をそれぞれ配置する他の磁気駆動機器インプリメンテーションに対して予想されよう。
【００４０】
中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転及び相対往復運動は、不感帯及びパワーゾーンが磁石キャリア相対往復運動の選択された部分で発生するように、同期させることができる。図１は、第１の方向において第１のパワーストロークの中間点の近くを中心とするパワーゾーンを示す。図２は、反対方向において第２のパワーストロークの中間点の近くを中心とする別のパワーゾーンを示す。図３は、図１のパワーストロークの終わりと図２のパワーストロークの最初との間を中心とする不感帯を示す。これは、磁石キャリア４、８及び１２の下死点相対往復運動位置と呼んでも良い。図４は、図２のパワーストロークの終わりと図１のパワーストロークの最初との間を中心とする別の不感帯を示す。これは、磁石キャリア４、８及び１２の上死点相対回転位置と呼んでも良い。
【００４１】
図５は、図１〜４に示されている同期化を考察する別の方法を表すタイミングディスクを示す。この図において、磁石キャリア相対回転及び磁石キャリア相対往復運動の両方は、角度項で表現される。同期化は、相対磁石キャリア回転ごとに一度の相対磁石キャリア往復運動が存在するようにされる。不感帯は、０°上死点及び１８０°下死点相対往復運動位置を中心とし、パワーゾーンは、不感帯間を中心とする。相対往復運動が周期運動を表すので、角度項における磁石キャリア相対往復運動の表現が許容し得ることが理解されよう。相対往復運動の角度式の使用は、実際の磁石キャリア相対移動を用いるより便利である。何故なら、相対移動が、インプリメンテーションに特有であるからである。例えば、磁石キャリア４、８及び１２の相対往復運動が、単振動を表す場合に、標準方程式ｄ＝Ａ  ｃｏｓ（θ）は、磁石キャリア相対移動「ｄ」を与える。この方程式において、角度θは、角度項における磁石キャリア相対往復運動であり、値「Ａ」は、θ＝０°及びθ＝１８０°で発生する中間ストローク位置からの最大磁石キャリア相対移動である。他の方程式は、異なるタイプの周期運動を管理する。例えば、磁石キャリア４、８及び１２の相対往復運動が、連接棒を介してクランクシャフトに結合されたピストンのように動作する場合に（それが以下の図８〜１２Ｂの実施形態において動作するように）、磁石キャリア相対移動は、標準方程式ｄ＝ｒ  ｃｏｓ（θ）＋（ｌ２−ｒ２ｓｉｎ（θ）２）１／２によって与えられる。この方程式において、角度θは、角度項における磁石キャリア相対往復運動であり、値「ｄ」は、クランクシャフト軸に対する磁石キャリア相対移動であり、「ｒ」は、クランクアーム長さであり、「ｌ」は、連接棒長さである。
【００４２】
言及したように、図５は、相対磁石キャリア回転ごとに一度の相対磁石キャリア往復運動が存在する同期化方式を示す。「ＴＤＣ」とマークされた０°位置において、磁石キャリア４、８及び１２は、上死点相対往復運動位置にあり、且つ第１の不感帯の中心に回転可能に配置される。磁石キャリア４、８及び１２の約４５°相対回転／往復運動において、第１の不感帯の終わりに到達し、磁石キャリアは、第１の方向にパワーストローク力を生成する第１のパワーゾーンに遷移する。このパワーゾーンの中心は、約９０°相対回転／往復運動位置にある。磁石キャリア４、８及び１２の約１３５°相対回転／往復運動において、第１のパワーゾーンの終わりに到達し、磁石キャリアは、第２の不感帯に遷移する。「ＢＤＣ」とマークされた１８０°の位置において、磁石キャリア４、８及び１２は、下死点相対往復運動位置にあり、第２の不感帯の中心に回転可能に配置される。磁石キャリア４、８及び１２の約２２５°相対回転／往復運動において、第２の不感帯の終わりに到達し、磁石キャリアは、第２の方向にパワーストローク力を生成する第２のパワーゾーンに遷移する。このパワーゾーンの中心は、約２７０°相対回転／往復運動位置にある。磁石キャリア４、８及び１２の約３１５°相対回転／往復運動において、第２のパワーゾーンに終わりに到達し、磁石キャリアは、第１の不感帯に遷移する。磁石キャリア４、８及び１２の別の４５°相対回転／往復運動後に、０°ＴＤＣ位置に再び到達する。
【００４３】
上記のように、パワーゾーン及び不感帯の開始及び終了位置は、近似である。その理由は、パワーゾーンから不感帯への、及び不感帯からパワーゾーンへの遷移が、瞬間的には発生しないからである。しかしながら、有利なことに、これらの遷移ゾーン（図５において「フリップ」ゾーンとして示されている）は、極めて短いと判定され、且つ磁気駆動機器２の上記のプロトタイプインプリメンテーションにおいて約５の°相対回転／往復運動を超えなかった。各遷移ゾーンは、ほぼゼロのパワーストローク力を経験する磁石キャリア４、８及び１２とほぼ最大のパワーストローク力を経験する磁石キャリア４、８及び１２との間の遷移期間を表す。「ほぼゼロのパワーストローク力」を生成するものとして不感帯を特徴付けることが、不感帯内で正確にゼロの正味力しかないことを必ずしも意味しないことが注目されるべきである。しかしながら、磁気駆動機器２のプロトタイプインプリメンテーションにおいて、数ポンドを超える不感帯力は観察されず、パワーストローク力より桁違いに小さかった。更に、これらの非常に小さな不感帯力は、不感帯中心から離れて発生し、且つ磁気駆動機器２の往復運動に影響しない。
【００４４】
図８〜１２Ｂに示されている例示的な構成に関連して以下で説明されるように、図１〜５に示されている同期化は、磁石キャリア４、８及び１２間の相対往復運動を監視し、且つこの情報を磁石キャリアの相対回転を制御するために用いるフィードバックシステムによって確立及び維持されても良い。代替として、磁石キャリア４、８及び１２間の相対回転及び相対往復運動が機械的結合配置を用いて同期化される機械的タイミングシステムが提供され得る。必要に応じて、同期化は、磁石キャリア相対回転が、磁石キャリア相対往復運動に関連して進められるか又は遅らせられるように、調整されても良い。例えば、不感帯相対回転位置は、不感帯がＴＤＣ及びＢＤＣ相対往復運動位置の前又は後を中心とするように、シフトされても良い。自動車エンジンにおけるように、磁石キャリア相対回転は、磁石キャリア相対往復運動の速度に従って不感帯位置を調整するために、動的に進ませ、遅らせることが可能である。相対回転の各回転中の選択された時間に、磁石キャリア相対往復運動に関連して磁石キャリア相対回転を動的に進ませ、遅らせることがまた可能であろう。これは、パワーゾーンに対して不感帯のサイズを調整する効果を有する。例えば、不感帯幅を減少させ、一方でパワーゾーン幅を増加させることが望ましい場合に、磁石キャリア相対回転は、パワーゾーン内で動的に遅らせられ（減速され）、且つ不感帯内で動的に進められる（加速される）。同様に、不感帯幅を増加させ、一方でパワーゾーン幅を減少させることが望ましい場合に、磁石キャリア相対回転は、パワーゾーン内で動的に進められ（加速される）、且つ不感帯内で動的に遅らせられる（減速される）ことが可能である。
【００４５】
図６Ａ〜６Ｈは、図１〜５に示されている同期化方式を用いた磁石キャリア４、８及び１２の相対回転／往復運動サイクルの追加の図を示す。図６Ａ〜６Ｈのそれぞれは、磁石キャリア４、８及び１２の回転相対及び往復運動位置の４５°の増分を示す。各図の中心部は、（角度項において）磁石キャリア相対往復運動位置を示す。各図の左部分は、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２の相対回転位置を示す。対向磁石の各ペアの極性として、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける対向磁石の整列（図１〜４を参照）もまた示されている（即ち、中間磁石キャリア１２の第１の側面１２Ａにおける磁石１４Ａの極性、及び第１の磁石キャリア４の第２の側面４Ｂにおける磁石６Ａの極性）。各図の右部分は、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２の相対回転位置を示す。対向磁石の各ペアの極性として、第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける対向磁石の整列（図１〜４を参照）もまた示されている（即ち、中間磁石キャリア１２の第２の側面１２Ｂにおける磁石１４Ａの極性、及び第２の磁石キャリア８の第１の側面８Ａにおける磁石１０Ａの極性）。
【００４６】
解釈の指針として、図６Ａ〜６Ｈの左部分は、第１の磁石キャリア４の第２の側面４Ｂから中間磁石キャリア１２の第１の側面１２Ａの方を見る図である。図６Ａ−６Ｈの右部分は、中間磁石キャリア１２の第２の側面１２Ｂから第２の磁石キャリア８の第１の側面８Ａの方を見る図である。対向磁石が重なり合う位置において（即ち、図６Ａ、６Ｃ、６Ｅ及び６Ｇ）、各図示された磁石ペアの中心における文字（Ｓ又はＮ）は、中間磁石キャリア１２における磁石１４Ａの極性であり、ずらされた文字（Ｓ又はＮ）は、第１又は第２の磁石キャリア４又は８における、磁石１４Ａの対向磁石６Ａ又は１０Ａの極性である。対向磁石が重なり合わない位置において（即ち、図６Ｂ、６Ｄ、６Ｆ及び６Ｈ）、中間磁石キャリア１２の磁石１４Ａは、第１又は第２の磁石キャリア４又は８の対向磁石６Ａ又は１０Ａの上にあるように示されている。同様の趣旨で、対向磁石ペアの極性が以下で説明される場合に、（第１又は第２の磁気相互作用ゾーン１５Ａ又は１５Ｂが説明されているかどうかに依存して）第１の極性は、中間磁石キャリア１２の磁石１４Ａの極性であり、第２の極性は、第１の磁石キャリア４の磁石６Ａの極性又は第２の磁石キャリア８の磁石１０Ａの極性である。磁石ペアの極性が以下で列挙される場合に、それらは、各磁石配置の左上象限において始まり、時計回りに継続する。
【００４７】
図６Ａは、０°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＮ−Ｎである。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ及びＳ−Ｎである。各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、対向磁石ペアの半分は、相互引力用に同軸に整列され、もう一方の半分は、相互反発用に同軸に整列される。従って、図６Ａは、磁石キャリア４、８及び１２の０°ＴＤＣ相対往復運動位置を中心とする不感帯を示す。見て分かるように、この不感帯は、約９０°の幅である。
【００４８】
図６Ｂは、４５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、不感帯のほぼ正味ゼロ状態からパワーゾーンの十分な磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００４９】
図６Ｃは、９０°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ及びＮ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２が最大押力で互いに反発するように、同極性で同軸に整列される。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＳ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２が最大引力で互いに引き付け合うように、反対極性で同軸に整列される。従って、図６Ｃは、磁石キャリア４、８及び１２の９０°相対往復運動位置を中心とする第１のパワーゾーンを示す。見て分かるように、この第１のパワーゾーンは、約９０°の幅である。
【００５０】
図６Ｄは、１３５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、パワーゾーンの十分な磁力状態から不感帯のほぼ正味ゼロ状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００５１】
図６Ｅは、１８０°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ及びＳ−Ｎである。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＮ−Ｎである。各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、対向磁石ペアの半分は、相互引力用に同軸に整列され、もう一方の半分は、相互反発用に同軸に整列される。従って、図６Ｅは、磁石キャリア４、８及び１２の１８０°ＢＤＣ相対往復運動位置を中心とする不感帯を示す。見て分かるように、この不感帯は、約９０°の幅である。
【００５２】
図６Ｆは、２２５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、不感帯のほぼ正味ゼロ状態からパワーゾーンの十分な磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００５３】
図６Ｇは、２７０°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＳ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２が、最大引力で互いに引き付け合うように、反対極性で同軸に整列される。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ及びＮ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２が最大押力で互いに反発するように、同極性で同軸に整列される。従って、図６Ｇは、磁石キャリア４、８及び１２の２７０°相対往復運動位置を中心とする第１のパワーゾーンを示す。見て分かるように、このパワーゾーンは、約９０°の幅である。
【００５４】
図６Ｈは、３１５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２を示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、パワーゾーンの十分な磁力状態から不感帯のほぼ正味ゼロ状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００５５】
ここで図７を見ると、磁気駆動機器２は、中間磁石キャリア１２が回転及び往復運動用に適合され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び６が、回転及び往復運動に逆らって固定されたままであるように適合された例示的な構成２Ａにおいて示されている。磁気駆動機器構成２Ａにおいて、主軸１６は、磁石キャリア４、８及び１２にそれぞれ形成される中心穴４Ｄ、８Ｄ及び１２Ｄを通って延びるように配置される。主軸１６は、ほぼ直線であり、且つ磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａの長手方向軸（及び磁界軸）とほぼ平行な中央長手方向軸１８を有する。
【００５６】
主軸１６は、同時回転及び往復運動用に配置される。主軸１６の第１の端部２０は、主軸を回転可能に駆動する、図７に概略的に示されている入力コンポーネント２１への動作可能な結合用に適合される。例えば、図８〜１２Ｂに関連して以下でより詳細に説明されるように、入力コンポーネント２１は、回転駆動モータによって提供されても良い。軸１６の第２の端部２２は、主軸１８の往復運動によって駆動される出力コンポーネントへの動作可能な結合用に適合される。図７において、クランクシャフトとして実現可能な例示的な回転出力コンポーネント２３が、概略的に示されている。代替として、空気又はハイドロリックピストンなどの往復運動出力コンポーネントが、主軸１８の往復運動によって駆動されるように配置され得る。磁気駆動機器構成２Ａに入力及び出力コンポーネント２１及び２３を追加することによって、入力コンポーネントにより印加される入力トルクを出力コンポーネント２３により送出される出力トルクへと変換する磁気駆動トルク変換機器が形成される。
【００５７】
主軸１６は、中間磁石キャリア１２の中央開口部１２Ｄに回転可能に結合されるが、しかし第１及び第２の磁石キャリア４及び８の中央開口部４Ｄ及び８Ｄ内では自由に回転することができる。回転可能に結合された中間磁石キャリア１２は、主軸１６と共に回転するが、しかし回転不能に結合される第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、回転せず、好ましくは回転に逆らって固定される。このように、入力コンポーネント２１による、自らの長手方向軸１８を中心とする主軸１６の回転は、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転を生成する。主軸１６はまた、中間磁石キャリア１２の中央開口部１２Ｄに軸方向に結合されるが、しかし第１及び第２の磁石キャリア４及び８の中央開口部４Ｄ及び８Ｄを通して自由に往復運動することができる。軸方向に結合された中間磁石キャリア１２は、主軸１６と共に往復運動するが、しかし軸方向に結合されない第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、往復運動せず、好ましくは往復運動に逆らって固定される。このように、自らの長手方向軸１８に沿った主軸１６の往復運動は、第１及び第２のストローク方向における中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対往復運動を生成する。
【００５８】
ここで、図８〜１２Ｂを見ると、磁気駆動機器２は、図７の例示的な構成２Ａに関連して説明された回転／往復運動主軸配置を用いる更なる例示的な構成２Ｂに示されている。図７の場合におけるように、図８〜１２Ｂは、磁気駆動装置トルク変換機器を示す。何故なら、磁気駆動機器構成２Ｂが、入力及び出力コンポーネント、即ち入力モータ３６及びクランクシャフトアセンブリ４０（それらの両方とも以下でより詳細に説明される）に動作可能に結合されるからである。磁気駆動機器構成２Ｂにおいて、中間磁石キャリア１２は、再び主軸１６に回転可能に且つ軸方向に結合され、一方で第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、決して主軸に結合されない。図１０Ａ〜１０Ｃに示されているように、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、中間磁石キャリア１２より大きな直径である。これは、第１及び第２の磁石キャリアを所望の間隔に保持し配置する支持フレームアセンブリ２４（図８を参照）に磁石キャリア４及び８を都合よく固定できるようにする。支持フレームアセンブリ２４はまた、主軸１６を担持する。
【００５９】
支持フレームアセンブリ２４は、中間磁石キャリア１２ではなく第１及び第２の磁石キャリア４及び８を相互接続する４つの長手方向スプールアセンブリ２６のセットで構成される。スプールアセンブリ２６はまた、磁石キャリア４及び８とほぼ平行に向けられる安定化プレート２８、３０及び３２のセットを実装する。図１０Ａ及び１０Ｃ〜１０Ｅに示されているように、各スプールアセンブリ２６は、磁石キャリア４及び８並びに安定化プレート２８、３０及び３２に形成された対応する開口部を通って延びる長尺状ロッド２６Ａを含んでも良い。各スプールアセンブリ２６はまた、隣接する磁石キャリア及び／又は安定化プレートの各ペア間の長尺状ロッド２６Ａに実装されるスペーサ２６Ｂのセットを含んで、これらのコンポーネントを適切に離間するようにしても良い。図８及び９で分かるように、各スプールアセンブリ２６は、４つのスペーサ２６Ｂ、即ち、安定化プレート２８と第１の磁石キャリア４との間の１つ目、第１の磁石キャリア４と第２の磁石キャリア８との間の２つ目、磁石キャリア８と安定化プレート３０との間の３つ目、及び安定化プレート３０と安定化プレート３２との間の４つ目を有するように示されている。長尺状ロッド２６Ａの端部は、支持フレーム２４を一緒に固定する保持部材を２６Ｃを収容するようにねじを切られる。離間されるコンポーネントの各ペア間に接続される別個の離間ロッドなど、様々な磁石キャリア及び安定化プレートを離間させるための他の配置がまた使用され得ることが理解されよう。
【００６０】
図１１に最も良く示されているように、安定化プレート２８は、第１の磁石キャリア４に隣接して位置し、且つ主軸１６の第１の端部２０の近くで主軸１６を支持するために用いられる。特に、安定化プレート２８は、主軸１６を収容する中央開口部２８Ａの一側で入力結合アセンブリ３４を担持する。入力結合アセンブリ３４は、主軸１６に回転力を与えながら、低摩擦往復運動のために主軸１６を支持するように内部で構成される。モータ３６は、磁気駆動機器２の動作中に主軸１６を回転させる回転入力コンポーネントとして働くために、入力結合アセンブリ３４に動作可能に接続される。安定化プレート３０は、第２の磁石キャリア８に隣接して位置し、且つ主軸１６の第２の端部２２の近くで主軸１６を支持するために用いられる。特に、安定化プレート３０は、主軸１６を回転可能に支持するために玉軸受けアセンブリ３８を実装する中央開口部３０Ａを有する。安定化プレート３２は、安定化プレート３０に隣接して位置する。それは、主軸１６と同様にクランクシャフトアセンブリ４０のコンポーネントを収容する大きな中央開口部３２Ａを有し、クランクシャフトアセンブリ４０は、安定化プレート３２の外部に実装される。クランクシャフトアセンブリ４０は、磁気駆動機器構成２Ｂの動作中に、主軸１６の往復運動によって駆動される回転出力コンポーネントとして働く。
【００６１】
図８、９及び１１に最も良く示されているように、磁石キャリア４、８及び１２のそれぞれは、それらのそれぞれの磁石６Ａ、１０Ａ及び位置の１４Ａを所定の場所に固定するために、磁石リテーナプレート４２、４４及び４６のそれぞれのペアを含む。磁石リテーナプレート４２、４４及び４６は、磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａ間の磁気相互作用に悪影響を及ぼさない任意の材料で形成されても良い。それらは、図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃに示されているように、座ぐり機械ねじ４８を用いるなど、任意の適切な実装技術を用いて磁石キャリア４、８及び１２にそれぞれ固定されても良い。
【００６２】
図１１で分かるように、中間磁石キャリア１２の中心穴１２Ｄは、例えばキー付き軸結合配置（図示せず）を用いて、主軸１６との回転及び往復運動用に主軸１６上に固定される。また図１１に示されているように、第１及び第２の磁石キャリア４及び８の中心穴４Ｄ及び８Ｄは、主軸が、第１及び第２の磁石キャリアに対して自由に回転及び往復運動できるように、主軸１６から離間される。
【００６３】
図８、９及び１１で分かるように、支持プレート２８及び３２は、支持フレーム２４を支持表面（図示せず）に固定するための実装部材５０を含んでも良い。入力モータ３６は、モータを支持表面（図示せず）に固定するための実装部材５２を同様に含んでも良い。入力モータ３６は、フランジ付き結合接続部５４を用いることによってなどの任意の適切な方法で、入力結合アセンブリ３４に動作可能に接続されても良い。入力結合アセンブリ３４は、支持プレート２８の外部にボルト締めされるかさもなければ固定的に装着され得るベースハウジング５６を含む。図１１に示されているように、入力結合アセンブリ３４は、玉軸受けアセンブリ６０を介してベースハウジング５６に外径が回転可能に接続されるボールスプラインユニット５８を更に含む。ボールスプラインユニット５８の内径は、主軸１６の第１の端部２０の近くに形成され得る対応する長手方向スプライン６４を係合するように配置される玉軸受け要素６２の複数の長手方向行を含む。玉軸受け要素６２は、回転力を主軸１６に与え、一方で軸が最小の摩擦で前後に往復運動できるようにする。フランジ付きカバー管６６は、ボールスプラインアセンブリ５８の端部面に実装され、且つフランジ付き結合接続部５４の一側を担持するために用いられる。フランジ付き結合接続部のもう一方の側は、モータ３６の出力軸に装着される。カバー管６６は、主軸１６の第１の端部２０の往復運動をカバー管６６に収容するほど十分に長い。
【００６４】
図８、９及び１１を引き続き参照すると、クランクシャフトアセンブリ４０は、安定化プレート３２によって担持されるクランクシャフト支持プレート６８のペアで構成されても良い。クランクシャフト支持プレート６８は、クランクシャフト７０を回転可能に担持する主な軸受け（図示せず）を設けられる。クランクシャフト７０は、釣り合い重り／クランクアーム部材７２のペアを含む。図９に示されているように、各釣り合い重り／クランクアーム部材７２の中心部は、クランクシャフト支持プレート６８の１つにおける主な軸受けに回転可能に実装される、外側に延びる主ジャーナル７３を有する。図９及びまた図１１に追加的に示されているように、各釣り合い重り／クランクアーム部材７２のクランクアーム端部は、連接棒ジャーナル７４の一端部を支持する。連接棒ジャーナル７４は、適切な軸受け配置を介して連接棒７６の一端部に装着される。
【００６５】
連接棒７６のもう一方の端部は、クレビス接続部を介して主軸結合アセンブリ７８に回転可能に装着される。図１２Ａ及び１２Ｂに追加的に示されているように、結合アセンブリ７８は、主軸が結合アセンブリに対して自由に回転できるように、主軸１６の第２の端部２２に回転可能に実装される。結合アセンブリ７８は、管状ハウジング８０で構成されても良く、主軸１６の第２の端部２２を収容する適切な軸受け８２（例えばフランジ付きオイライト軸受け）が管状ハウジング８０の中に挿入される。主軸の第２の端部２２において縮径ポスト上に螺合するボルト８４（図１１を参照）は、主軸１６の往復運動中に、結合アセンブリ７８を主軸１６上に保持するために使用されても良い。結合アセンブリ７８は、ブッシュを嵌められたクレビスボルト配置８８で連接棒７６にピン止めされるクレビス８６を含む。結合アセンブリ７８が、軸受け８２によって、主軸１６の自由な回転を主軸１６の第２の端部２２において可能にすることが、図１１、１２Ａ及び１２Ｂから分かる。同時に、結合アセンブリ７８は、第１及び第２のストローク方向における主軸１６の往復運動を連接棒７６を通してクランクシャフト７０に伝達し、それによって、クランクシャフトを回転させる。図９で分かるように、クランクシャフト７０の出力端部８２は、所望の出力負荷（図示せず）に接続されても良い。
【００６６】
前に言及したように、図８〜１２Ｂに示されている磁気駆動トルク変換機器のプロトタイプインプリメンテーションにおいて、各それぞれの磁石キャリア４、８及び１２上の４つの磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、Ｋ  ＆  Ｊ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  Ｉｎｃからの、３インチ（７．６２ｃｍ）の直径、１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さ、グレードＮ５２のネオジム円板磁石で実現された。各磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、軸方向に磁化され、且つメーカーによって、約３６０ポンドの最大押力／引力を生成する定格とされた。磁石６Ａ、１０Ａ及び１４Ａは、磁石の中心が、磁石キャリアの中心から２．７５インチ（６．９８５ｃｍ）であるように、それぞれの磁石キャリア４、８及び１２上に配置された。磁石キャリアの相対往復運動のストローク長さは、５．５インチ（１３．９７ｃｍ）だった。釣り合い重り／クランクアーム部材７２のクランクアーム部によって提供されるクランクアーム長さは、２．７５インチ（６．９８５ｃｍ）だった。連接棒７６の長さは、１０インチ（２５．４ｃｍ）だった。磁石キャリア４、８及び１２は、１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さであり、磁石リテーナ４２、４４及び４６は、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の厚さだった。各ストロークの終わりに、対向磁石キャリアリテーナの共に最も近いセット（即ち４２／４４又は４６／４４）間の分離ギャップは、対向磁石間の最大間隔（磁極面から磁極面）が０．６２５＋（２×０．２５）＝１．１２５インチ（２．８５７５ｃｍ）であるように、０．６２５インチ（１．５８７５ｃｍ）だった。中間ストロークにおいて、対向磁石リテーナの各セット（即ち４２／４４及び４６／４４）間の分離ギャップは、対向磁石間の最大間隔（磁極面から磁極面）が３．３７５＋（２×０．２５）＝３．８７５インチ（９．８４２５ｃｍ）であるように、３．３７５インチ（８．５７２５ｃｍ）だった。
【００６７】
図８〜１２Ｂに示されている磁気駆動トルク変換機器は、主軸１６の回転が、（主軸の往復運動によって駆動されような）クランクシャフト７０の回転とタイミングを取られるように、任意の適切な方法で同期化されても良い。図８及び９に示されているように、例示的な同期化装置９０は、クランクシャフト位置を監視するセンサ９２（例えば回転エンコーダ）と、位置信号に従って入力モータ３６を（制御回路９７を介して）制御するプログラム可能なサーボコントローラ９６（例えば、プログラム可能なデジタル装置として実現される）にクランクシャフト位置信号を供給する信号伝達帰還回路９４と、を含んでも良い。様々な既存のロボットサーボコントローラシステムのいずれが、この目的に使用されても良い。限定するわけではないが、入力駆動モータの回転入力をクランクシャフトの回転出力に機械的に結合する機械的タイミングシステムを含む他のタイプの同期化装置がまた、図示された磁気駆動トルク変換機器の動作を同期化するために使用可能である。
【００６８】
本明細書で開示されるような磁気駆動機器を同期化する概念が、上記で説明された。図８〜１２Ｂの磁気駆動トルク変換機器において、サーボコントローラ９６は、クランクシャフト７０の角度位置に基づいて主軸の回転位置を制御するようにプログラムされ、クランクシャフト７０の角度位置は、定義可能な数学的関係を介して主軸の往復運動位置に対応する（上記の図５の説明を参照）。前に言及したように、磁気不感帯は、主軸１６の上死点及び下死点往復運動位置に近い主軸１６と一致するように、且つ磁気パワーゾーンがこれらの位置間で発生するように、され得る。同様に言及したように、サーボコントローラ９６はまた、不感帯が上死点及び下死点往復運動位置に対して動的に進められるか若しくは遅らせられるように主軸１６の回転を同期化するためか、又は不感帯の位置若しくはサイズを変更するためにプログラムすることが可能である。
【００６９】
図１３Ａ〜１３Ｈは、図示された磁気駆動トルク変換機器の２つの往復運動ストローク中における、第１及び第２の磁石キャリア４及び８に対する中間磁石キャリア１２の回転及び往復運動位置を示す。これらの図において、主軸１６は、２つの不感帯が主軸の０°及び１８０°往復運動位置を中心とするように、且つパワーゾーンが９０°及び２７０°往復運動位置を中心とするように、サーボコントローラ９６によって同期化される。従って、図１３Ａ〜１３Ｈは、図６Ａ〜６Ｈに示されているタイミング配置にそれぞれ対応する。各不感帯及び各パワーゾーンは、約９０°の幅である。
【００７０】
図１３Ａは、０°ＴＤＣ往復運動位置における、且つ第１の不感帯の中間における中間磁石キャリア１２を示す。図１３Ｂは、中間磁石キャリアが、第１の不感帯から外に、且つ第１のパワーゾーンの中に遷移している、中間磁石キャリア１２の４５°往復運動位置を示す。図１３Ｃは、中間磁石キャリアが第１のパワーゾーンの中間にある、中間磁石１２の９０°往復運動位置を示す。図１３Ｄは、中間磁石キャリアが、第１のパワーゾーンから外に、且つ第２の不感帯の中に遷移している、中間磁石キャリア１２の１３５°往復運動位置を示す。図１３Ｅは、中間磁石キャリアが第２の不感帯の中間にある、中間磁石キャリア１２の１８０°ＢＤＣ往復運動位置を示す。図１３Ｆは、中間磁石キャリアが、第２の不感帯から外に、且つ第２のパワーゾーンの中に遷移している、中間磁石キャリア１２の２２５°往復運動位置を示す。図１３Ｇは、中間磁石キャリアが、第２のパワーゾーンの中間にある、中間磁石１２の２７０°往復運動位置を示す。図１３Ｈは、中間磁石キャリアが、第２のパワーゾーンから外に遷移し、第１の不感帯へ戻っている、中間磁石キャリア１２の３１５°往復運動位置を示す。
【００７１】
図１４は、磁石キャリア間隔調整能力が提供される更なる磁気駆動機器構成２Ｃを示す。この構成は、次のことを除いて、図８〜１２Ｂの構成２Ｂにほぼ同じである。即ち、第１及び第２の磁石キャリア４及び８が、中間磁石キャリア１２に対するそれらの間隔を変更し、それによって磁気相互作用の強度を調整するために、動作中に動的に調整可能に位置決めできるという点を除いて類似している。この効果を達成するために、スプールアセンブリ２６は、ねじ棒２６Ａを露出するために、第１及び第２の磁石キャリア４及び８の各側における離間部材２６Ｂを削除することによって修正することができる。次に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８は、それらがねじ棒２６Ａを螺合するように、修正されても良い。従って、ねじ棒２６Ａの回転は、（棒回転の方向に依存して）第１及び第２の磁石キャリア４及び８を中間磁石キャリア１２の方へ及びそこから離れるように再配置する。必要な場合に、追加の離間部材（図示せず）が、安定化プレート２８、３０及び３２の位置を互いに対して維持するために、追加されても良い。プーリ９８などの棒回転部材が、各ねじ棒２６Ａの一端部に実装されても良い。棒回転部材は、適切な駆動機構によって駆動されても良い。例えば、プーリ９８が用いられる場合に、駆動機構は、駆動ベルト１０２を介してなど、プーリ９８に動作可能に結合される駆動モータ１００を含んでも良い。駆動モータ１００は、起動時など、磁気相互作用力を緩和させることが望ましい場合には常に、第１及び第２の磁石キャリア４及び８の位置決めを調整する適切な制御システム（図示せず）に接続されても良い。
【００７２】
上記で説明された磁気駆動機器の実施形態のそれぞれが、４つの磁石をそれぞれ備えた永久磁石配置に基づいているが、他の磁石配置がまた可能であろう。限定するわけではないが、例として、８つの磁石、１２の磁石、１６の磁石、２０の磁石、２４の磁石等を含む磁石配置が含まれる。図示された４磁石配置のように、これらの代替磁石配置は、各配置における磁石数に対応する多角形形状を画定する対称的な磁石パターンとして構成されても良い。入れ子関係における２つの（又はより多くの）多角形磁石パターンを有する磁石配置がまた可能であろう。各磁石キャリア側において、磁石パターンは、ｎ磁石グルーピングを含み、同極性のｎの隣接する磁極が各グルーピングにあっても良い。このように、磁石キャリア相対回転は、対向磁極が相互同軸整列へ回転可能に進められるごとに、変化する磁気相互作用を生成する。前に説明された４磁石配置の場合におけるように、任意の２つの対向磁石キャリア間の磁気相互作用ゾーンにおける全ての対向磁極が、ＮＮ又はＮＳ関係のいずれかに同軸に整列される磁石キャリア相対回転位置が存在する。他の磁石キャリア相対回転位置において、任意の２つの対向磁石キャリア間の磁気相互作用ゾーンにおける対向磁極は、ＮＮ及びＮＳ関係の両方において同軸に整列され、ＮＮ及びＮＳ関係の数は等しい。以下でより詳細に説明されるように、これらの特徴は、任意の所与の磁石キャリア側において偶数の磁石、等しい数のＮ及びＳ極を有する、且つＮ及びＳ極が、同極性で偶数の隣接する磁石を有する磁石グルーピングに配置される任意の磁石配置によって生成される。
【００７３】
図１５Ａ〜１５Ｈに示されているように、８つの磁石を備えた代替磁石配置が実現可能である。図示された８磁石配置の使用は、中間磁石キャリア１２が、その回転速度の２倍で往復運動できるようにする。従って、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転における一回転は、４つのパワーストロークを含む２つの相対往復運動サイクルを生成する。反対に、２つのパワーストロークを含む、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対往復運動の一サイクルは、相対回転の半回転だけを必要とする。不感帯及びパワーゾーンは、それぞれ、相対回転の約４５°を占め、それは、４磁石配置における９０°不感帯及びパワーゾーンのサイズの半分である。これらの特徴は、中間磁石キャリア１２の回転速度を減速するか、又はその往復運動速度を増加させるなど、幾つかの用途に有用になり得る。
【００７４】
図１５Ａ〜１５Ｈ用の解釈規則は、図６Ａ〜６Ｈ用の解釈規則と同じである。従って、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、中間磁石キャリア１２は、対応する第１又は第２の磁石キャリア４又は８の「上に」あるように示されている。しかしながら、磁石ペアの極性が、以下で列挙される場合に、それらは、各磁石配置の１２時の位置で始まり、時計回りに継続する。図１５Ａは、磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを０°相対回転／往復運動位置に示す。第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｎ及びＳ−Ｎである。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ及びＳ−Ｓである。各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、磁石ペアの半分は、相互引力用に整列され、もう一方の半分は、相互反発用に整列される。従って、図１５Ａは、磁石キャリア４、８及び１２の０°上死点相対往復運動位置を中心とする不感帯を示す。見て分かるように、この不感帯は、約４５°の幅である。
【００７５】
図１５Ｂは、２２．５°相対回転位置及び４５°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の４４の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、不感帯の正味ゼロ状態からパワーゾーンの十分な磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００７６】
図１５Ｃは、４５°相対回転位置及び９０°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｎ及びＮ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２が、最大押力で互いに反発するように、同極性と整列される。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ及びＮ−Ｓである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２が、最大引力で互いに引き付け合うように、反対極性と整列される。従って、図１５Ｃは、磁石キャリア４、８及び１２の４５°相対回転位置及び９０°相対往復運動位置を中心とする第１のパワーゾーンを示す。見て分かるように、このパワーゾーンは、約４５°の幅である。
【００７７】
図１５Ｄは、６７．５°相対回転位置及び１３５°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、パワーゾーンの十分な磁力状態から不感帯の正味ゼロ状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００７８】
図１５Ｅは、９０°相対回転位置及び１８０°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｎ及びＮ−Ｎである。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ及びＮ−Ｓである。各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、対向磁石ペアの半分は、相互引力用に整列され、もう一方の半分は、相互反発用に整列される。従って、図１５Ｅは、磁石キャリア４、８及び１２の９０°相対回転位置及び１８０°下死点相対往復運動位置を中心とする不感帯を示す。見て分かるように、この不感帯は、約４５°の幅である。
【００７９】
図１５Ｆは、１１２．５°相対回転位置及び２２５°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、不感帯の正味ゼロ状態からパワーゾーンの十分な磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００８０】
図１５Ｇは、１３５°相対回転位置及び２７０°相対往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ及びＳ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第１の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２が、互いに最大引力を引き付け合うように、反対極性と整列される。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｓ及びＳ−Ｓである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２が最大押力で互いに反発するように、同極性と整列される。従って、図１５Ｇは、磁石キャリア４、８及び１２の１３５°相対回転位置及び２７０°相対往復運動位置を中心とするパワーゾーンを示す。見て分かるように、このパワーゾーンは、約４５°の幅である。
【００８１】
図１５Ｈは、１５７．５°回転位置及び３１５°往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及びパワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、パワーゾーンの十分な磁力状態から不感帯の正味ゼロ状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００８２】
図６Ａ〜６Ｈの４磁石配置及び図１５Ａ〜１５Ｈの８磁石配置の両方が、対称的な磁石パターン（即ち、それぞれ正方形及び八角形）を含み、同極性の隣接する磁極を備えた磁石グルーピングが存在することが分かる。図６Ａ〜６Ｈの４磁石パターンにおいて、２つの隣接するＮ極性磁極を備えた１つの２磁石グルーピング、及び２つの隣接するＳ極性磁極を備えた１つの２磁石グルーピングが存在する。図１５Ａ〜１５Ｈの８磁石パターンにおいて、２つの隣接するＳ極性磁極をそれぞれ含む２つの２磁石グルーピング、及び２つの隣接するＮ極性磁極をそれぞれ含む２つの２磁石グルーピングが存在する。２磁石グルーピングは、Ｎ極性磁極グルーピングがＳ極性磁極グルーピングを交互に配置されるように、交互に配置される。しかしながら、これは、必要条件ではなく、８磁石配置が、４つの隣接するＮ極性磁極を有する１つの４磁石グルーピング、及び４つの隣接するＳ極性磁極を有する１つの４磁石グルーピングで実現されても良いことが注目される。
【００８３】
この代替８磁石構成は、図１６Ａ〜１６Ｈに示されている。説明されているように、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転及び往復運動は、（図１５Ａ〜１５Ｈの８磁石構成におけるように）回転が往復運動速度の半分である代わりに、この代替８磁石構成においては同期される。図１６Ａ〜１６Ｈの代替８磁石構成の別の特徴は、パワーストロークが２つのゾーン、即ち部分パワーゾーン及び全パワーゾーンを有するということである。部分パワーゾーンにおいて、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおける６つの対向磁石ペアが、押力又は引力のいずれかを働かせ、残りの２つの対向磁石ペアが、反対のことを行う。全パワーゾーンにおいて、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおける８つの全ての対向磁石ペアは、押力又は引力のいずれかを働かせる。
【００８４】
図１６Ａ〜１６Ｈ用の解釈規則は、図６Ａ〜６Ｈ及び１５Ａ〜１５Ｈ用の解釈規則と同じである。従って、各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、中間磁石キャリア１２は、対応する第１又は第２の磁石キャリア４又は８の「上に」あるように示されている。図１５Ａ〜１５Ｈにおけるように、磁石ペアの極性が以下に列挙される場合に、それらは、各磁石配置の１２時の位置で始まり、時計回りに継続する。図１６Ａは、０°上死点相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｎ及びＳ−Ｎである。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｓ＊−Ｓ及びＳ−Ｓである。各磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおいて、対向磁石ペアの半分は、相互引力用に整列され、及びもう一方半分は、相互反発用に整列される。従って、図１６Ａは、磁石キャリア４、８及び１２の０°上死点相対往復運動位置を中心とする不感帯を示す。見て分かるように、この不感帯は、約４５°の幅である。
【００８５】
図１６Ｂは、２２．５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、不感帯及び部分パワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、不感帯の正味ゼロ状態から部分パワーゾーンの部分磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００８６】
図１６Ｃは、４５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ及びＳ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの６つは、同極性と整列され、一方で対向磁石ペアの２つは、反対極性である。従って、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２は、部分的な押力で互いに反発する。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＳ−Ｓである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの６つは、反対極性と整列され、一方で対向磁石ペアの２つは、同極性である。従って、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２は、部分的な引力で互いに引き付け合う。従って、図１６Ｃは、磁石キャリア４、８及び１２の４５°相対往復運動位置を中心とする第１の部分パワーゾーンを示す。見て分かるように、この部分パワーゾーンは、約４５°の幅である。
【００８７】
図１６Ｄは、６７．５°回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、部分パワーゾーン及び全パワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、部分パワーゾーンの部分磁力状態から全パワーゾーンの十分な磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００８８】
図１６Ｅは、９０°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ及びＮ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２が、最大押力で互いに反発するように、同極性と整列される。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＮ−Ｓである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの全ては、第２の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２が最大引力で互いに引き付け合うように、反対極性と整列される。従って、図１６Ｅは、磁石キャリア４、８及び１２の９０°相対往復運動位置を中心とする全パワーゾーンを示す。見て分かるように、この全パワーゾーンは、約４５°の幅である。
【００８９】
図１６Ｆは、１１２．５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、全パワーゾーン及び部分パワーゾーン回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、全パワーゾーンの十分な磁力状態から部分パワーゾーンの部分磁力状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００９０】
図１６Ｇは、１３５°回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、第１の磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｎ、Ｎ−Ｎ及びＮ−Ｎである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの６つは、同極性と整列され、対向磁石ペアの２つは、反対極性である。従って、第１の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２は、部分的な押力で互いに反発する。第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂにおける磁気相互作用は、Ｎ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓ及びＮ−Ｓである。この磁気相互作用ゾーンにおける対向磁石ペアの６つは、反対極性と整列され、対向磁石ペアの２つは、同極性である。従って、第２の磁石キャリア８及び中間磁石キャリア１２は、部分的な引力で互いに引き付け合う。従って、図１６Ｇは、磁石キャリア４、８及び１２の１３５°相対往復運動位置を中心とする部分パワーゾーンを示す。見て分かるように、この部分パワーゾーンは、約４５°の幅である。
【００９１】
図１６Ｈは、１５７．５°相対回転／往復運動位置における磁石キャリア４、８及び１２の代替８磁石バージョンを示す。この位置において、磁石キャリア４、８及び１２の相対回転は、部分パワーゾーン及び不感帯回転位置の中間点間における中間である。従って、磁石キャリア４、８及び１２は、磁力が、部分パワーゾーンの部分磁力状態から不感帯の正味ゼロ状態に変化している遷移ゾーンにある。
【００９２】
これまでに説明した磁石配置のそれぞれにおいて、中間磁石キャリア１２と第１及び第２の磁石キャリア４及び８との間の相対回転は、磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂにおける対向磁石が相互整列へ回転可能に進められるたびに、変化する磁気相互作用を生成する。これらの変化する磁気相互作用は、明確に画定されたパワーゾーン間を中心とする明確に画定された不感帯を含む。磁石の整列位置は、同極性の磁石が各磁石配置においてグループ化される方法によって決定される。
【００９３】
任意の所与の磁石キャリア側における任意の所与の磁石配置を理解する助けとして、磁石グルーピングのそれぞれ及びそこにおける磁石極性を識別する磁石シーケンスとして磁石パターンを表すことが有用になり得る。例えば、図６Ａ〜６Ｈの４磁石配置は、ＮＮ  ＳＳの磁石シーケンスとして表されても良い。同様に、図１５Ａ〜１５Ｈの８磁石配置は、ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳの磁石シーケンスとして表されても良い。同様に、図１６Ａ〜１６Ｈの代替８磁石配置は、ＮＮＮＮ  ＳＳＳＳの磁石シーケンスとして表されても良い。
【００９４】
先の命名法は、明確に画定されたパワーゾーン間の明確に画定された不感帯を同様に生成する他の磁石配置の識別を支援できる磁石配置評価技術において用いられても良い。提案される磁石評価技術は、相対回転を経験する任意の２つの対向磁石キャリア間の磁気相互作用が、固定されるものとして磁石キャリアの１つを、且つ回転するものとしてもう一方の磁石キャリアを示すことによって表現されると仮定する。（十分な押力、十分な引力、又は不感帯方向など）選択された磁性配向から始まり、２つの磁石キャリアの磁石が同軸整列の位置へ連続的に導かれる、回転磁石キャリアの連続的回転増分が、表現されても良い。回転磁石キャリアの各回転は、その磁石シーケンスの磁石を右へ一位置シフトすること、及びシーケンスの右端の磁石をシーケンスの最初に移動することによって、表されても良い。左方への位置調整もまた、用いられても良い。従って、図６Ａ〜６Ｈの４磁石配置における磁気相互作用は、以下の表１に示されている方法で評価することが可能である。
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【００９５】
同様の方法で、図１５Ａ〜１５Ｈの８磁石配置の磁気相互作用は、以下の表２に示されている方法で評価することが可能である。
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【００９６】
図１６Ａ〜１６Ｈの代替８磁石配置の磁気相互作用は、以下の表３に示されている方法で同様に評価することが可能である。
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【００９７】
明確に画定されたパワーゾーン間を中心とする明確に画定された不感帯を生成する追加の磁石配置の例は、１２磁石配置、１６磁石配置、２０磁石構成、及び他の４磁石の倍数を含む。１２磁石、１６磁石及び２０磁石構成のそれぞれにおいて、磁石は、同極性の２つの隣接する磁極を有する２磁石グルーピングに配置されても良く、２磁石グルーピングは、Ｎ極性グルーピングがＳ極性グルーピングと交互に配置されるように、交互に配置される。２磁石グルーピングを伴う１２磁石配置は、ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳの磁石シーケンスを有することになろう。２磁石グルーピングを伴う１６磁石配置は、ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳの磁石シーケンスを有することになろう。２磁石グルーピングを伴う２０磁石配置は、ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳ  ＮＮ  ＳＳの磁石シーケンスを有することになろう。
【００９８】
代替として、磁石は、同極性のｎの隣接する磁極を有するｎ磁石配置に配置することができ、ｎは、総磁石数の半分である。例えば、１２磁石配置は、次のように、即ちＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳのように、６つの隣接するＮ極性磁極を伴う１つの６磁石グルーピング、及び６つの隣接するＳ極性磁極を伴う別の６磁石グルーピングを有することが可能である。１６磁石配置は、次のように、即ちＮＮＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳＳＳのように、８つの隣接するＮ極性磁極を伴う１つの８磁石グルーピング、及び８つの隣接するＳ極性磁極を伴う別の８磁石グルーピングを有することが可能である。１６磁石配置において、同極性の４つの隣接する同極性の磁極を有する４磁石グルーピングを用いることがまた可能であり、Ｎ極性グルーピングは、再び、次のように、即ちＮＮＮＮ  ＳＳＳＳ  ＮＮＮＮ  ＳＳＳＳのようにＳ極性グルーピングと交互に配置される。２０磁石配置は、次のように、即ちＮＮＮＮＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳＳＳＳＳのように、１０の隣接するＮ極性の磁極を伴う１つの１０磁石グルーピング、及び１０の隣接するＳ極性の磁極を伴う別の１０磁石グルーピングを有することが可能である。
【００９９】
図１５Ａ〜１５Ｈ及び１６Ａ〜１６Ｈの８磁石配置の説明において、同極性の隣接する磁極の４磁石グルーピングを備えた配置が、部分パワーゾーンを生成したのに対して、２磁石グルーピングを備えた配置が生成しなかったことが分かった。上記の磁石配置評価技術を用いれば、明確に画定されたパワーゾーン間を中心とする明確に画定された不感帯を生成する任意の磁石配置に関して、同極性の隣接する磁極の２磁石グルーピングを備えた磁石配置だけが、部分パワーゾーンなしに不感帯を生成することが立証され得る。これは、以下の表４、５及び６に示されており、これらの図は、１２磁石、１６磁石及び２０磁石配置をそれぞれ示し、各配置は、同極性の隣接する磁極を伴う２磁石グルーピングを有する。
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【０１００】
明確に画定されたパワーゾーン間を中心とする明確に画定された不感帯を生成する全ての他の磁石配置もまた、部分パワーゾーンを生成するが、それは、図１６Ａ〜１６Ｈ（同様に表２に示されている）の代替８磁石配置に関して事実である。場合によっては、各不感帯と各全パワーゾーンとの間に幾つかの部分パワーゾーンが存在する。例えば、ＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳの磁石シーケンスを備えた１２磁石配置において、各不感帯と各全パワーゾーンとの間に２つの部分パワーゾーンが存在する。これは、以下の表７に示されている。
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【０１０１】
ＮＮＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳＳＳの磁石シーケンスを備えた１６磁石配置において、各不感帯と各全パワーゾーンとの間に３つの部分パワーゾーンが存在する。これは、以下の表８に示されている。
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【０１０２】
他方で、ＮＮＮＮ  ＳＳＳＳ  ＮＮＮＮ  ＳＳＳＳの磁石シーケンスを備えた１６磁石配置において、各不感帯と各全パワーゾーンとの間に１つの部分パワーゾーンが存在する。これは、以下の表９に示されている。
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【０１０３】
ＮＮＮＮＮＮＮＮＮＮ  ＳＳＳＳＳＳＳＳＳＳの磁石シーケンスを備えた２０磁石配置において、各不感帯と各全パワーゾーンとの間に４つの部分パワーゾーンが存在する。これは、以下の表１０に示されている。
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【０１０４】
上記のように、明確に画定されたパワーゾーン間を中心とする明確に画定された不感帯を設けることの所望の特性が、任意の所与の磁石キャリア側における偶数の磁石、等しい数のＮ及びＳ極を有する磁石配置によって生成され、Ｎ及びＳ極が、同極性の偶数の隣接する磁石を有する磁石グルーピングに配置されことが期待される。
【０１０５】
これまでに開示された磁気駆動機器構成は、二重磁気相互作用ゾーン１５Ａ及び１５Ｂを形成するために３つの磁石キャリア４、８及び１２を配置しているが、他の構成もまた可能であろう。例えば、２つの対向磁石キャリアが単一の磁気相互作用ゾーンを形成するように配置された、本開示による磁気駆動機器が、構成されても良い。前の構成におけるように、対向磁石配置は、対向磁石キャリアが相対回転を経験する場合に、磁気相互作用を生成するように構成される。
【０１０６】
図１７〜２０は、２つの磁石キャリアを用いる単一磁気相互作用ゾーン実施形態を表す例示的な磁気駆動機器構成２Ｄを示す。磁気駆動機器構成２Ｄにおいて、単一の磁気相互作用１５Ａを提供する第１の磁石キャリア４及び中間磁石キャリア１２だけが存在する。第２の磁石キャリア８及び第２の磁気相互作用ゾーン１５Ｂは、存在しない。対向磁石キャリア４及び１２の相対回転中に（矢印「Ａ」及び「Ｂ」を参照）、磁気相互作用ゾーン１５Ａにおける磁気相互作用は、相対回転のパワーゾーン部中に第１及び第２のストローク方向における相対往復運動を磁石キャリアに経験させるパワーストローク力を生成する。
【０１０７】
パワーゾーンは、図１７及び１８に示されており、且つ対向磁石配置６及び１４の対向磁極が相互に同軸に整列されて最大押力又は引力を生成することによって特徴付けられる。特に、図１７は、磁石キャリア４及び１２が、互いから離れるように反発される（矢印「Ｄ」を参照）第１のパワーゾーンを示し、図１８は、磁石キャリアが、互いの方へ引かれる第２のパワーゾーンを示す（矢印「Ｅ」を参照）。磁気相互作用は、相対回転の不感帯部中にパワーストローク力を実質的に生成しない。不感帯位置は、図１９及び２０において例示され、且つ対向磁石配置６及び１４の対向磁極が、相互に同軸に整列されるが、しかし磁気押力及び引力のほぼ等しいバランスを生成することによって、特徴付けられる。前の実施形態におけるように、相対回転及び往復運動は、不感帯が、磁石キャリア４及び１２の上死点及び下死点相対往復運動位置と一致するように、且つ磁気駆動機器が上死点及び下死点相対往復運動位置の間にあるときにパワーゾーンが発生するように、同期化されても良い。同様に、相対回転及び往復運動は、前記不感帯が位置又はサイズにおいて動的に調整可能なように、同期化することが可能である。
【０１０８】
多数の磁石キャリアセットを用いる追加の磁気駆動機器構成が実現可能であることが理解されよう。例示的な一構成が、図２１の磁気駆動機器構成２Ｅによって示されている。磁気駆動機器構成２Ｅは、次のこと、即ち、２セットの磁石キャリアが存在し、それぞれが、主軸１６に実装された第１の、第２及び中間磁石キャリア４、８及び１２を含むことを除いて、図７の磁気駆動機器構成２Ａに基づいている。磁気駆動機器構成２Ａにおけるように、入力駆動コンポーネント２１が、主軸１６の第１の端部２０に動作可能に結合される。主軸１６の第２の端部２２は、クランクシャフトなどの単一の回転出力部２３に動作可能に結合される。
【０１０９】
図２１は、次のこと、即ち、２つの主軸１６が存在し、それぞれが、それ自体の第１、第２の及び中間磁石キャリア４、８及び１２のセットを備えていることを除いて、図７の磁気駆動機器構成２Ａに同様に基づいている別の磁気駆動機器２構成Ｆを示す。各主軸１６は、それ自体の入力駆動コンポーネント２１を第１の軸端部２０に動作可能に結合する。しかしながら、各主軸１６の第２の端部２２は、クランクシャフトなどの単一の回転出力２３部に動作可能に結合される。
【０１１０】
図１９及び２０の実施形態が、任意の数の磁石キャリアセットを有し得ることが理解されよう。図示のように、各磁石キャリアセットは、２つの磁気相互作用ゾーンを形成する３つの磁石キャリアを有することが可能である。代替として、磁石セットの幾つか又は全ては、２つの磁石キャリアが１つの磁気相互作用ゾーンを形成する、図１５〜１８の実施形態に基づくことが可能である。
【０１１１】
従って、幾つかの磁気駆動機器及び関連する動作方法が開示された。様々な実施形態が説明されたが、多くの変形及び代替実施形態が、本明細書で開示された発明概念に従って実行可能であることが明らかなはずである。従って、本発明が、添付の請求項及びそれらの均等物の趣旨に従う以外に、決して限定されないことが理解される。
【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６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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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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【国際調査報告】
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