(57)【要約】  本発明は、従来技術のものとの関係において改善されたトリガ速度および駆動トルクを有する新しい永久磁石電磁アクチュエータに関する。主要なターゲット用途は、特に、高電圧の直流を遮断するためのメカトロニクス回路遮断器を接続切断する動作を実行する電気機械的スイッチ断路器を作動させることにある。【選択図】図１
2015509259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石タイプの電磁アクチュエータ（Ａ）であって、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第１基板（１０）内に形成され、かつ、前記第１基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分散した第１の一連の永久磁石（１００、１１０）を有する第１固定子部分（１）であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられており、前記第１の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向（１００、１１０）を有する、第１固定子部分と、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第２基板（２０）内に形成され、かつ、前記第２基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分布した第２の一連の永久磁石（２００、２１０）を有する第２固定子部分（２）であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けされており、前記第２の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向（２１０、２００）を有し、前記第２固定子部分は、それらのディスクの前記対称軸が一致しており、かつ、前記第２の一連の永久磁石（２１０、２００）のうちの１つの磁石の１つの磁極（ＳまたはＮ）が、前記第１の一連の永久磁石（１００、１１０）のうちの１つの磁石の反対の磁極と対向するように、前記第１固定子部分と平行に配設されており、前記第１および第２固定子部分の間にこのように構成された空隙内に強力な磁界を生成する、第２固定子部分と、
・前記第１および第２固定子部分の間の前記空隙内の重畳された回転子部分（３０ｉ、３１ｉ）の少なくとも１つのペア（３ｉ）であって、それぞれの回転子部分（３０ｉ、３１ｉ）は、前記基板の前記平面に対して平行な平面内に配設された少なくとも１つの導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）の少なくとも１つのトラック（４）を有する電気絶縁性材料基板から形成されており、前記トラックは、半径方向において、かつ、前記第１および第２固定子部分の間の前記空隙の厚さの方向に対して垂直に、前記永久磁石の幅以下である単位幅の駆動トラック部分と呼ばれる半径方向のトラック部分（３００、３０１、３１１、３１０）を有し、前記駆動トラック部分は、前記第１および第２の一連の永久磁石と同一の角度ピッチによって規則的に離隔しており、前記駆動トラック部分の数は、前記第１および第２固定子部分の磁石の数と等しい、重畳された回転子部分の少なくとも１つのペアと、
を有し、
・前記同一の回転子部分（３０ｉまたは３１ｉ）内の同一の平面内の２つの隣接する駆動トラック部分（３００、３０１、３１１、３１０）は、反対方向に流れる電流が供給されるように適合されており、
・前記回転子部分の同一のペア（３ｉ）の前記第１および第２回転子部分にそれぞれ属し、かつ、同一の磁石のペアによって生成される磁界が印加されるように重畳された２つの駆動トラック部分（３００、３１１、３０１、３１０）もまた、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されており、すべての前記駆動トラック部分に電流が供給された際に、前記第１および第２固定子部分の間の前記空隙内において、前記第１および第２の一連の永久磁石によって生成される前記磁界内において前記電流によって生成されるローレンツ駆動力が、前記同一のペアの一方の回転子部分を前記空隙の厚さに垂直である軸に沿って他方の回転子部分とは反対の方向に運動させる、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記永久磁石を支持している前記第１および第２基板上に直接的に配置されている、請求項１に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記第１および第２固定子部分の前記第１および第２基板内に生成された溝（１０００、２０００）にさらに挿入される、請求項２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項４】
前記同一の固定子部分の２つの隣接する磁石（１００、１１０、または２１０、２００）の間に、非強磁性材料の遮蔽体（１２０、２２０））が挿入され、当該遮蔽体の厚さは、前記磁石の露出した表面と前記磁石に最も近接した前記回転子部分との間の機械的接触を防止するために十分なものになっている、請求項１から３のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項５】
前記遮蔽体（１２０、２２０）は、接触状態にある前記固定子部分（１０、２０）に固定された単一の機械的部分の一部である、請求項４に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項６】
前記遮蔽体（１２０、２２０）は、電気絶縁性材料からなる、請求項４または５に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項７】
前記遮蔽体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマーから製造される、請求項４から６のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項８】
それぞれの回転子部分（３０ｉ、３１ｉ、３０１、３１１、３０２、３１２、３０３、３１３、３０４、および３１４）は、単一のトラック（４）を有し、前記駆動トラックの半径方向部分（３００、３０１）は、前記回転子部分が正面から観察された際に凹凸を形成する接線方向部分（３０１０）によって相互に接続されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項９】
回転子部分は、多層印刷回路から製造され、トラック（４）は、同一の方向に流れる電流が供給されるように適合された偶数の重畳された導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、または３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）によって構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１０】
前記重畳された導電性材料層の数は、４に等しい、請求項９に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１１】
回転子部分（３０ｉ）の前記基板は、プリプレグ材（pre-impregnated）であり、前記１つまたは複数の導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、または３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）は、銅からなり、かつ、電気絶縁性材料の仕上げ層（３０２）によってカバーされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１固定子部分（１０）と前記第２固定子部分（２０）との間の前記空隙内の重畳された回転子部分（３０１、３１１、３０２、３１２、３０３、３１３、３０４、および３１４）の少なくとも２つの別個のペア（３１、３２、３３、３４）を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１３】
２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に同一の方向に運動するように適合されている、請求項１２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１４】
２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に相互の関係において反対方向に運動するように適合されている、請求項１２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１５】
前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列で、同一の電流が供給される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１６】
回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤによって実現されている、請求項１５に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１７】
前記永久磁石を支持している前記基板は、強磁性材料からなる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１８】
一連のそれぞれの固定子部分内に、偶数の永久磁石が存在している、請求項１から１７のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の少なくとも２つの重畳された永久磁石アクチュエータ（Ａ１、Ａ２）を有するアクチュエータの組であって、
前記２つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータの前記第２固定子部分は、中間固定子部分と呼ばれる前記２つのアクチュエータのうちの他方のアクチュエータの前記第１固定子部分をも構成しており、前記中間固定子部分（１２）は、前記同一の基板の一面上において可視状態にあるそれぞれの磁極を有する同一の一連の永久磁石を有する、アクチュエータの組。
【請求項２０】
前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列に、同一の電流Ｉが供給される、請求項１９に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２１】
回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤ（５）によって実現されている、請求項１９または２０に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２２】
前記２つのアクチュエータの前記回転子部分（３０１、３０２、３０３、３０４、３１１、３１２、３１３、および３１４）のすべては、同一の回転方向に運動するように適合されており、かつ、それぞれが接続フランジを構成する剛性フランジ（７）により、その周囲において、機械的に接続されている、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２３】
２つの隣接する剛性フランジ（７ｄ、７ｇ）は、相互の関係において反対の回転方向に運動するように適合された回転子ディスクに結合されており、前記２つのフランジのそれぞれは、少なくとも１つのリンク（７４．１、７４．２）に機械的に接続されており、前記２つのリンクのそれぞれは、前記同一の機械的要素（８．１、８．２）に機械的に接続されており、反対方向における前記回転子ディスクの回転運動が前記機械的要素（８．１、８．２）の平行運動を生成する、請求項２２に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２４】
前記２つの隣接するフランジ（７ｄ、７ｇ）のそれぞれは、それ自体がそれぞれ別個の機械的要素（８．１、８．２）に機械的に接続された２つのリンク（７４．１、７４．２）に機械的に接続されており、反対の回転方向における前記回転子ディスクの回転運動が相互の関係において反対の平行運動方向における前記２つの別個の機械的要素の平行運動を生成する、請求項２３に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２５】
電流を遮断／停止するように適合された電気スイッチギヤであって、
請求項２３または２４に記載のアクチュエータの少なくとも１つの組を有し、
機械的要素（８．１、８．２）が真空遮断器（９）の可動接点（９０）に固定されている、電気スイッチギヤ。
【請求項２６】
高電圧の直流を遮断するためのメカトロニクス回路遮断器装置の一部としての請求項２５に記載の電気スイッチギヤの使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石電磁アクチュエータに関する。
【０００２】
本発明は、さらに詳しくは、非常に短い時間において小さな運動を実現するために非常に大きなトルクを生成する永久磁石アクチュエータを得るための解決策に関する。
【０００３】
主要なターゲット用途は、特に、本出願と同一日付で出願され、かつ、「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｆ  ｄｉｓｊｏｎｃｔｅｕｒ  ｍｅｃａｔｒｏｎｉｑｕｅ  ｅｔ  ｐｒｏｃｅｄｅ  ｄｅ  ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ  ａｓｓｏｃｉｅ  ｅｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａ  ｌａ  ｃｏｕｐｕｒｅ  ｄｅ  ｃｏｕｒａｎｔ  ｃｏｎｔｉｎｕ  ｅｌｅｖｅ（Ａ  ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ−ｂｒｅａｋｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ，  ａｎ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ，  ａｎｄ  ａｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｂｒｅａｋｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ（メカトロニクス回路遮断装置および関連トリガリング方法並びに高直流を遮断する際のその使用方法））」という名称の特許出願において記述および権利請求されているメカトロニクス回路遮断器において機械的接続切断動作を実現するための機械的スイッチ断路器を作動させることにある。
【０００４】
メカトロニクス装置は、少なくとも１つの半導体部品による遮断と電気機械的スイッチ断路器を組み合わせた回路遮断器であることに留意されたい。
【０００５】
主要なターゲット用途との関係において記述されているが、本発明は、さらに一般的には、非常に短い時間において小さな運動を実現するために非常に大きなトルクが必要とされる制御されたパルス化電流モーターを使用することをその目的とする現時点において使用されている用途などのその他の用途にも適用される。
【０００６】
また、本発明は、永久磁石電磁アクチュエータによって作動するスイッチ断路器にも関する。
【背景技術】
【０００７】
様々な機械装置を作動させる永久磁石電磁アクチュエータが広く知られている。
【０００８】
具体的には、回路遮断器を、特に、中間電圧の電流を遮断するための真空遮断器を、開閉するために、これらの永久磁石電磁アクチュエータを使用することが既に知られている。一例として、このような１つの使用法について記述している特許文献１に言及してもよい。
【０００９】
上述の本出願人の名義で、かつ、同日付けで出願された特許出願に規定されているように、発明者らの目的は、電気機械的スイッチ断路器を非常に迅速に、すなわち、１ミリ秒未満において、作動させるように適合されたアクチュエータを製造することにあった。さらに正確には、目的は、可動部品の質量の結果としてもたらされる慣性と、例えば、極限の開位置および閉位置において機械的スイッチをロックするためにシステムによって生成された拮抗する静的力と、が付与された状態で、以下の仕様を満足するアクチュエータを製造することにあった。
・駆動電流の出現に応答して、通常は、２０００ニュートン−メートル（Ｎｍ）のレベルの大きな駆動トルクを生成する。
・数マイクロ秒のレベルの極めて短い立ち上がり時間によって、この駆動トルクを生成する。
・可能な最低限の慣性を有する。
・機械的スイッチ断路器の可動部品の数ミリメートルのレベルの相対的に小さな運動を生成する。
・通常は、その運用寿命における１００００回のレベルの開放および閉鎖動作に対応した、同日付けで出願された本出願人の名義の上述の特許出願において記述および権利請求されているハイブリッド回路遮断器装置の高度な使用に対応する力および衝撃に耐える機械的強度を有する。
【００１０】
この結果、発明者らは、永久磁石電磁アクチュエータを検討し、かつ、このタイプのアクチュエータの分析を実行した。このタイプの電磁アクチュエータを製造するための基礎的な物理的原理は、ローレンツ駆動力を使用するというものであり、この場合に、磁界内に位置した導電性材料素子には、電流がその導電性材料素子を通じて流れた場合に、電流および磁界によって形成される平面に対して垂直の方向に方向付けされた駆動力が印加され、この力は、磁界と電流の個々の方向が直交している場合に、最大値となる。これらの状況においては、導体は、一般に、アーマチュアと呼ばれている。この結果、生成される駆動トルクは、アーマチュアを流れる電流に、かつ、アーマチュアがその内部に位置している磁界に、比例している。磁界が永久磁石によって生成される場合には、その値は、永久磁石が製造された材料の特性と結びついている。既知の磁石の中で、ネオジミウム−鉄−ボロン磁石は、通常は、最大で１．３テスラ（Ｔ）の最大磁界値を生成する。したがって、永久磁石によって生成される磁界の値には、固有の限界が存在する。換言すれば、主な目的が、駆動トルクを増大させることにある場合には、唯一の選択肢は、アーマチュアに非常に大きな電流を流すというものになる。熱に関する制約を無視すれば、受け入れ可能なモーターの電流値は、通常、ローレンツ電磁力を生成するのに必要な磁界を生成する永久磁石の消磁のリスクによって制限される。したがって、現時点において既知である所与のアクチュエータ形状により、この拮抗作用に結び付いた駆動トルクの限度を超過することは不可能であると思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／２０８５９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、従来技術において既知であるものを上回る駆動トルクを有する永久磁石電磁アクチュエータを提案することにある。
【００１３】
具体的な目的は、機械的スイッチ断路器を非常に迅速に、すなわち、１ミリ秒未満の時間において、動作させることが可能であるとともに上述の仕様を満足できる永久磁石電磁アクチュエータを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このために、本発明は、永久磁石タイプの電磁アクチュエータを提供し、前記アクチュエータは、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定するディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第１基板内に形成され、かつ、前記第１基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチを伴ってその表面上において均一に分散した第１の一連の永久磁石を有する第１固定子部分であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられ、前記第１の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向を有する、第１固定子部分と、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定するディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第２基板内に形成され、かつ、前記第２基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチを伴ってその表面上において均一に分散された第２の一連の永久磁石を有する第２固定子部分であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられ、前記第２の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向を有し、前記第２固定子部分は、前記第１固定子部分に対して平行に配設され、これにより、これらのディスクの前記対称軸が一致し、かつ、前記第１および第２固定子部分の間においてこのように構成される空隙内に強力な磁界を生成するように、前記第２の一連の永久磁石のうちの１つの磁石の１つの磁極が前記第１の一連の永久磁石のうちの１つの磁石の反対磁極と対向している、第２固定子部分と、
・前記第１および第２固定子部分の間の空隙内の重畳された回転子部分の少なくとも１つのペアであって、それぞれの回転子部分は、前記基板の前記平面に対して平行な平面内に配設された少なくとも１つの導電性材料層の少なくとも１つのトラックを有する電気絶縁性材料基板から形成され、前記トラックは、半径方向において、かつ、前記第１および第２固定子部分の間の空隙の厚さの方向に対して垂直に、前記永久磁石のもの以下である単位幅の駆動トラック部分と呼ばれる半径方向のトラック部分を有し、前記駆動トラック部分は、前記第１および第２の一連の永久磁石と同一の角度ピッチによって規則的に離隔しており、前記駆動トラック部分の数は、前記第１および第２固定子部分の前記磁石の数と等しい、重畳された回転子部分の少なくとも１つのペアと、
を備える。
【００１５】
本発明の前記アクチュエータにおいては、
・同一の回転子部分内の同一平面内の２つの隣接する駆動トラック部分は、相互の関係において反対方向に流れる電流が供給されるように適合されており、
・また、同一ペアの回転子部分の前記第１および第２回転子部分にそれぞれ属するとともに同一の磁石のペアによって生成された磁界が印加されるように重畳されている２つの駆動トラック部分は、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されており、この結果、すべての駆動トラックに電流が供給された際に、前記第１および第２固定子部分の間の空隙内において、前記第１および第２の一連の永久磁石によって生成された磁界内において前記電流によって生成されるローレンツ駆動力が、一方の回転子部分を同一のペアの他方の回転子部分とは反対の方向において空隙の厚さに対して垂直の軸に沿って運動させる。
【００１６】
永久磁石によって生成される磁界の本質的な制限の問題に直面し、本発明者らは、次いで、上述の拮抗作用に、すなわち、永久磁石を消磁するリスクを伴うことなく非常に大きな電流を供給できるアクチュエータ回転子を提案する方法を発見するニーズに、直面した。
【００１７】
したがって、本発明の基本的な概念は、上述の出願に規定されているように、回転子は、数度以上は回転するべきではないという事実を活用するというものであった。次いで、本発明者らは、第１に、半径方向の電流と、軸方向の磁界、すなわち、導体の平面に対して垂直の磁界を選択することにより、かつ、適切な磁石および駆動トラック形状を通じた相互作用の長さを極大化させることにより、ローレンツ駆動力を極大化することを検討し、かつ、第２に、回転子内に生成されるローレンツ力が反対方向のものになるとともに回転子が反対方向において回転することになるように、同一設計の、但し、反対方向の電流が供給される、２つの回転子を物理的に重畳させることを検討した。回転子は、電流を起磁相互作用のエリア内において反対方向に搬送することから、この解決策は、それらの個々の固定子部分のいずれかの側の永久磁石によって「観察」される合計電流は、第一義的には、ゼロになることを意味することになろう。したがって、永久磁石を消磁するリスクが、実際には、単一の回転子によって可能であるものをかなり上回る電流に対して押し返される。この結果、非常に大きな電流を使用することと、磁石に対するリスクを伴うことなく必要とされる差動トルクを生成することと、が可能になろう。換言すれば、本発明の解決策によれば、第１空隙内の２つの重畳された回転子部分の間において差動運動を得ることができる。先験的に、同一の永久磁石アクチュエータ内において２つの回転子部分を反対方向に運動させることは、これまで一度も想定されていないことから、この解決策は自明ではない。
【００１８】
したがって、本発明により、非常に大きな電流を供給できるとともに、その結果、非常に大きなトルクを供給できる永久磁石アクチュエータを得ることが可能であり、これは、永久磁石の消磁のリスクを回避することに起因した長い運用寿命と、回転子部分の小さな慣性およびその駆動トラックの形状に起因した非常に短い応答時間と、を有する（以下を参照されたい）。
【００１９】
本発明の永久磁石は、これらの永久磁石を支持している基板に対して直接的に接着されてもよく、かつ、おそらくは、固定子部分の基板内に生成された適切な溝に挿入されてもよい。このような溝が使用される場合には、それらの機能は、基本的に、それらが上部に取り付けられる固定子部分の組立の際の磁石の位置決めを促進するというものである。溝の深さは、磁気短絡回路の生成を回避するために、磁石の高さと比べて十分に小さなものとされる。同一の内容が、溝の幅にも適用され、溝の幅は、磁気短絡回路の生成を回避するために、磁石の幅と比べて十分に小さなものとされる。さらには、溝の幅は、通常は成形プロセスであるその製造プロセスの結果として得られる磁石の寸法の広がりを考慮して選択される。
【００２０】
好適な実施形態においては、永久磁石を支持している基板は、強磁性材料から構成されており、好ましくは、磁気回路の磁力線の閉鎖を可能にするとともに永久磁石が結果的に基板に対して作用させる磁気接着力によって永久磁石の接着を促進するか、あるいは、場合によっては、いくつかの状況においては、永久磁石を接着するなんらの必要性をも不要とする大きな相対透磁率の係数μｒを有するものから構成されている。
【００２１】
本発明によれば、有利には、同一の固定子部分の２つの隣接する磁石の間に、非強磁性材料遮蔽体を挿入することにより、永久磁石および回転子部分の機械的な保護が実現されている。非強磁性材料遮蔽体の厚さは、磁石の露出表面とそれらの磁石に最も近接した回転子部分との間の機械的な接触を防止するために、十分なものになっている。それぞれの非強磁性材料の遮蔽体は、摩擦力および機械的損耗の極小化を許容する摩擦特性を有する。遮蔽体は、好ましくは、接触状態にある固定子部分に対して固定された単一の機械的部分の一部分である。これらの遮蔽体は、好ましくは、電気絶縁性材料から構成されている。これらの遮蔽体は、好ましくは、通常はＰＴＦＥと呼ばれるポリテトラフルオロエチレンなどのフルオロポリマーから製造される。
【００２２】
好適な一変形例においては、それぞれの回転子部分は、単一のトラックを有し、駆動トラックの半径方向部分は、回転子部分が前面から観察された際に凹凸を形成する接線方向部分によって相互に接続されている。
【００２３】
好適な実施形態においては、回転子部分は、多層印刷回路によって製造されており、トラックは、同一方向に流れる電流が供給されるように適合された偶数の重畳された導電性材料層によって構成されている。重畳された導電性材料層の数は、好ましくは、４に等しい。
【００２４】
回転子部分の基板は、有利には、予め含浸されており、導電性材料の１つまたは複数の層は、銅からなり、かつ、電気絶縁性材料の仕上げ層によってカバーされている。
【００２５】
有利な実施形態においては、メカトロニクス回路遮断器装置は、前記第１固定子部分と前記第２固定子部分との間の空隙内において重畳された回転子部分の少なくとも２つの別個のペアを有する。
【００２６】
この結果、２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべてのトラックに電流が供給された際に同一の方向に運動するように適合されうる。あるいは、この代わりに、２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべてのトラックに電流が供給された際に相互の関係において反対方向に運動するように適合されうる。
【００２７】
前記回転子部分のすべてのトラックには、好ましくは、電気的に直列に、同一の電流が供給される。
【００２８】
回転子部分の間の電気接続は、有利には、曲がり易い導電性ワイヤによって実現される。
【００２９】
好ましくは、それぞれの固定子部分の一連の永久磁石には、偶数の磁石が存在している。
【００３０】
また、本発明は、上述の少なくとも２つの重畳された永久磁石アクチュエータを有するアクチュエータの組を提供し、この場合に、前記２つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータの前記第２固定子部分は、中間固定子部分と呼ばれる、前記２つのアクチュエータのうちの他方のアクチュエータの前記第１固定子部分をも構成している。前記中間固定子部分は、同一の基板の１つの面上において可視状態にあるそれぞれの磁極を有する同一の一連の永久磁石を有する。この結果、前記回転子部分のすべてのトラックに、好ましくは、曲がり易い導電性ワイヤによって実現された回転子部分の間の電気接続により、電気的に直列において、同一の電流が供給される。
【００３１】
前記２つのアクチュエータのすべての回転子部分は、好ましくは、同一の回転方向に運動するように適合されており、かつ、接続フランジをそれぞれが構成する剛性のフランジにより、その周囲において機械的に接続されている。２つの隣接する剛性フランジは、有利には、相互の関係において反対の回転方向に運動するように適合された回転子ディスクに接続されている。前記２つのフランジのそれぞれは、少なくとも１つのリンクに対して機械的に接続され、前記２つのリンクのそれぞれは、同一の機械的要素に機械的に接続されている。その結果、反対方向における前記回転子ディスクの回転運動が前記機械的要素の平行運動を生成する。前記２つの隣接するフランジのそれぞれは、別個の機械的要素にそれぞれが機械的に接続された２つのリンクに機械的に接続されており、この結果、反対の半径方向における前記回転子ディスクの回転運動は、相互の関係において反対方向の前記２つの別個の機械的要素の平行運動を生成する。
【００３２】
また、本発明は、上述のアクチュエータの少なくとも１つの組を有する電流を切替および接続切断するように適合された電気スイッチギヤを提供し、かつ、この場合に、機械的要素は、真空遮断器の可動接点に固定されている。
【００３３】
最後に、本発明は、高電圧の直流を遮断するためのメカトロニクス回路遮断器装置の一部としての上述の電気スイッチギヤの使用法を提供する。
【００３４】
本発明のその他の利点および特徴については、以下の図面を参照して付与される詳細な説明を参照することにより、さらに明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の永久磁石アクチュエータを製造する原理を示す概略断面図である。
【図１Ａ】図１の実施形態の一変形例によるアクチュエータを示す。
【図２Ａ】本発明の一実施形態のアクチュエータの概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの実施形態の一変形例によるアクチュエータを示す。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と比較した場合に増大した駆動トルクを有する本発明の一実施形態の２つのアクチュエータの組を示す。
【図４Ａ】２つの異なる実施形態のアクチュエータの一部分を示すとともに、永久磁石内の磁界の向き、回転子の駆動トラック内の電流の向き、回転子ディスクの回転方向、回転子ディスクの間の反発力、並びに、したがって、永久磁石上における力を示す概略断面図である。
【図４Ｂ】２つの異なる実施形態のアクチュエータの一部分を示すとともに、永久磁石内の磁界の向き、回転子の駆動トラック内の電流の向き、回転子ディスクの回転方向、回転子ディスクの間の反発力、並びに、したがって、永久磁石上における力を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一変形例のアクチュエータの回転子の一部分の概略断面図である。
【図６Ａ】本発明のアクチュエータの回転子部分の正面図である。
【図６Ｂ】本発明のアクチュエータの回転子部分の斜視図である。
【図７】本発明の一変形例のアクチュエータの回転子部分を示す正面図である。
【図７Ａ】図７の変形例の回転子部分の詳細図である。
【図８】それぞれの相対的な構成およびその間の機械的接続を示す本発明の２つのアクチュエータの組の斜視詳細図である。
【図９】本発明のアクチュエータの組と運動させるべき機械的部材との間における機械的接続の正面からの詳細図である。
【図１０Ａ】本発明のアクチュエータの組と真空遮断器の可動接点との間の機械的接続の詳細を断面において示しており、その閉位置を示している。
【図１０Ｂ】本発明のアクチュエータの組と真空遮断器の可動接点との間の機械的接続の詳細を断面において示しており、その中間位置を示している。
【図１０Ｃ】本発明のアクチュエータの組と真空遮断器の可動接点との間の機械的接続の詳細を断面において示しており、その開位置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
明瞭性を目的として、すべての図面において使用されている同一のシンボルは、同一の技術的な意味を有する。
【００３７】
説明対象である本発明のアクチュエータは、図１〜図３に概略的に示されているように、リニアアクチュエータとして、あるいは、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、および図８に示されているように、ディスク（リング）形態のロータリーアクチュエータとして、同様に、良好に動作できる。したがって、本発明のリニアアクチュエータは、あたかも、無限大の半径を有する本発明のロータリーアクチュエータの限定的な一実施形態である。また、明瞭性および簡潔性を目的として、本発明は、この限定的な状況において記述され、かつ、図１〜図３は、軸Ｘ、Ｙ、Ｚの直交系を示している。この場合、Ｘ、Ｙ、およびＺは、軸方向、接線方向、および半径方向をそれぞれ表し、これらの軸の系の軸Ｘは、永久磁石が固定される固定子の表面の対称軸に対して平行であり、これらの軸の系の軸Ｚは、磁石のうちの１つ磁石の対称面内に位置している。
【００３８】
換言すれば、そうではないと特別に明示されていない限り、電流の方向および回転子部分の運動の方向は、ロータリーアクチュエータについてさらに適切である円筒形の基準フレームを採用することなく、これらの方向を基準としている。このような基準フレームにおいては、かつ、本発明によれば、磁界は、方向Ｘに対して平行であり、磁界との相互作用のエリア内において検討される電流の方向は、方向Ｚに対して平行である半径方向のベクトルに沿っており、かつ、回転子部分の運動の方向は、方向Ｙに対して平行である正放線（orthoradial）または接線ベクトルに沿っている。換言すれば、本発明のアクチュエータの回転子部分が反対方向に運動すると記述されている場合には、これは、反対の回転方向または反転を意味している。
【００３９】
さらには、図１の凡例に示されているように、
・×は、平面ＸＹに対して直交する到来電流の方向を示しており、
・点は、平面ＸＹに対して直交する送出電流の方向を示しており、
・矢印は、回転子部分の運動の方向を示しており、かつ、
・破線は、永久磁石によって生成される磁束線を示している。
【００４０】
同様に、本発明の意味における同一の回転子ペアの２つの回転子部分、すなわち、反対の接線方向において、すなわち、詳細に後述する軸Ｙの方向において、ローレンツ駆動力によって運動する２つの回転子部分は、同一の添字１または２または３または４によって示されている。したがって、一般的な表記法において、回転子ペア３ｉは、２つの部分３０ｉ、３１ｉを有する。
【００４１】
慣習により、かつ、明瞭性に留意し、０は、図面において左に向って運動する回転子部分３０を表し、かつ、１は、図面において右に向って運動する回転子部分３１を表している。
【００４２】
慣習により、かつ、この場合にも明瞭性に留意し、参照符号１００または２００は、北磁極が空隙に相対的に接近するように方向付けされた永久磁石を表し、かつ、参照符号１１０および２１０は、それぞれ、南磁極が空隙に相対的に近接するように方向付けされた永久磁石を表している。したがって、基板１０または２０は、交互に変化する一連の永久磁石１００、１１０または２００、２１０を有する。したがって、２つの空隙の間の永久磁石は、両方の参照符号、１００、２１０、または１１０、２００により、表される。
【００４３】
最後に、慣習により、かつ、この場合にも明瞭性に留意し、参照符号３００または３１０は、流れる可能性が高い電流が、平面ＸＹに直交する到来電流である導電性駆動トラック部分を表し、かつ、参照符号３０１および３１１は、それぞれ、流れる可能性が高い電流が、平面ＸＹに直交する送出電流である導電性駆動トラック部分を表している。この表記法は、電源電流の方向が変化しないことを前提としており、かつ、方向が逆転する場合には、回転子部分の示されているすべての回転方向が逆転することは、言うまでもない。
【００４４】
本発明のアクチュエータＡが図１に概略的に示されている。
【００４５】
このアクチュエータは、第１に、好ましくは、強磁性材料からなる第１基板１０によって形成された第１固定子部分１を有する。第１固定子部分１は、第１基板の一面上において可視状態にあるとともに周方向において互いに相互に離隔した第１の一連の永久磁石１００、１１０を有する。第１の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石１００、１１０は、第１基板の厚さの方向において反対に方向付けされている。
【００４６】
第１固定子部分１に対向しているのは、好ましくは、強磁性材料からなる第２基板２０によって形成された平行な第２固定子部分２である。平行な第２固定子部分２は、第２基板２０の一面上において可視状態にあるとともに周方向においてかつ第１の一連の永久磁石と同一の角度間隔を有するように相互に規則的に離隔した永久磁石の第２の組２１０、２００を有する。第２の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石２１０、２００は、第２基板の厚さの方向において反対に方向付けされている。第１固定子部分１および第２固定子部分２の相対的な構成は、第２固定子部分２の第２の一連の永久磁石２１０または２００のうちの１つの磁石の南磁極または北磁極が、北磁極が常に南磁極と対向する状態で、第１固定子部分１の第１の一連の永久磁石の１００または１１０うちの１つの磁石の反対の北または南磁極と対向するようなものになっている。これにより、強力な磁界が第１および第２固定子部分の間の空隙内に生成される。したがって、これらは、軸Ｚに対して平行な、かつ、したがって、平面ＹＺに対して直交する、磁界を有する起磁相互作用エリアの組を形成している。固定子部分の２つの隣接する永久磁石の反対の磁極の向きに起因し、結果的に得られる磁界方向は、逆転する。しかしながら、同一の回転子部分の２つの隣接する駆動トラック内の電流が、反対方向においても流れ、かつ、同一の回転子部分の同一層の駆動トラックの数が、固定子部分の磁石の数と等しい。そのため、ローレンツ駆動力は、これらの素子の駆動トラックに追加トルクを作用させ、この追加トルクは、それぞれの回転子部分のレベルにおいて、その駆動トラックのそれぞれに作用するトルクの合計に等しいトルクを結果的にもたらす。
【００４７】
換言すれば、対向する永久磁石は、その磁界方向が交互に変化する相互に離隔した磁気カラムを形成し、カラムの磁束は、磁石および磁石を支持する固定子部分の基板により、２つの隣接するカラム内において閉じている。この磁束線の閉鎖は、永久磁石の磁化が時間に伴って維持されることを保証する。この理由から、好適な実施形態においては、固定子部分の基板は、軟鉄合金などの強磁性材料からなり、次いで、基板の厚さは、相互作用カラム内の磁界の強度を劣化させることなく、磁力線の閉鎖を保証するように最適化されている。永久磁石によって供給される磁界が本質的に連続した磁界である場合には、本発明のアクチュエータの使用の際に渦電流がまったく流れないかまたはわずかな無視可能な渦電流しか流れないため、磁性積層体を組み立てることによって固定子部分を製造する必要がないことに留意されたい。この結果、好適な実施形態においては、固定子部分の基板は、中実の、すなわち、モノリシックな、部分から製造されている。
【００４８】
非磁性材料からなる固定子部分の使用を必要とする特定の用途の場合には、永久磁石が、例えば、絶縁性プラスチック材料基板などのように、通常は１に等しい透磁率μｒの小さな係数を有する材料からなる剛性基板に固定される（または、これによって支持される）ことになる。そのため、磁力線が閉じることが極めて重要になり、かつ、使用可能な磁界の強度は、強磁性材料の固定子部分を有する場合と比べて、格段に小さい。
【００４９】
平行な永久磁石の数は、好ましくは、偶数である。磁気カラムは、相互に離隔しており、かつ、ほぼ管状の磁界を規定している。磁気カラムの間の間隔、すなわち、２つの隣接する永久磁石の間の選択された間隔は、ターゲット用途に基づいて、かつ、特に、ターゲット駆動トルクに基づいて、判定される必要がある。有利には、永久磁石の費用とターゲット駆動トルクとの間における妥協が求められる。
【００５０】
したがって、基板１０または２０は、永久磁石１００、１１０または２００、２１０用の機械的支持部として機能しており、これらの磁石は、磁界誘発素子を構成している。
【００５１】
第１固定子部分１および第２固定子部分２は、好ましくは、２つの永久磁石の間に一定の角度ピッチに準拠した間隔を有する状態で、同一であり、かつ、したがって、上述の永久磁石の磁極の間の対応する関係を生成するように、相互の関係においてオフセットされている。すべての永久磁石は、有利には、同一のネオジミウム−鉄−ボロン磁石である。これらは、腐食から保護するべく、パッシベーション層によって適切に被覆された状態で、同様に、有機材料から構成されてもよい。さらに一般的には、これらは、サマリウムコバルトやフェライトなどのその他の材料から、あるいは、場合によっては、強磁性を有する有機材料から、同様に、製造されてもよい。
【００５２】
第１固定子部分１と第２固定子部分２との間の空間内には、２つの重畳された回転子部分３０ｉ、３１ｉのペア３ｉが設けられている。以下において説明することになる好適な実施形態においては、それぞれの回転子部分３０ｉ、３１ｉの巻線は、導電性金属から、好ましくは、銅から構成されており、トラックが多層印刷回路の層内に分散されている。電気的なレベルにおいて、この連続したトラックは、基本的に、第１には、直交する基準フレームの軸Ｚに沿って半径方向に方向付けされ、かつ、その幾何学的位置に起因して、磁石によって生成される磁界が印加されるとともに適切な電流が流れた際にローレンツ力の座部となる駆動トラック部分の組から形成され、かつ、第２には、第一義的に、磁石によって生成される磁界が印加されず、かつ、関係する回転子部分の巻線の電気的な連続性を提供する相互接続トラックの部分の組から形成されている。駆動トラック部分３００、３０１または３１１、３１０の幅は、半径方向Ｙにおける永久磁石１００、２００、１１０、２１０のものに実質的に近接しているが、わずかに小さくなっている。この結果、逆回転する回転子部分の極限相対位置において、第１に、駆動トラック部分３００、３１０または３１１、３１０が、常に、これらがその間に位置決めされている磁石によって生成される磁界の作用を受け、かつ、第２に、駆動トラック部分３００および３１１または３０１および３１０が、それぞれ、有効なものになるようにそれらが生成する磁界中和効果のために十分にオーバーラップし、これにより、永久磁石１００、２００、１１０、２１０の消磁のリスクを防止するようになっている。
【００５３】
好適な実施形態においては、駆動トラック部分は、５ミリメートル（ｍｍ）〜２０ｍｍの範囲の幅と、２５マイクロメートル（μｍ）〜１００μｍの範囲の厚さと、を有する。相互接続トラック部分は、大きな内部電気抵抗値という犠牲を払って小さな全体サイズを結果的にもたらす小さな幅と、大きな全体サイズという犠牲を払って相対的に小さな内部抵抗値を結果的にもたらす大きな幅と、の間における妥協点を求める。これにより、相互接続トラック部分は、このように構成された巻線の内部抵抗値を最適化するように選択された幅を有する。好適な実施形態においては、相互接続トラック部分は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の幅を有し、かつ、その厚さは、２５μｍ〜１００μｍの範囲である。
【００５４】
駆動トラック部分は、第１および第２の一連の永久磁石と同一の角度間隔により、周方向において相互に規則的に離隔していることに留意されたい。
【００５５】
本発明によれば、同一の回転子部分３０ｉまたは３１ｉ内の２つの隣接するトラック部分３００、３０１または３１１、３１０は、反対方向に流れる電流が供給されるように適合されている。同一の回転子部分ぺア３ｉの２つの重畳されたトラック部分３００、３１１または３０１、３１０は、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されている。
【００５６】
永久磁石１００、１１０および２００、２１０、および回転子部分３０ｉ、３１ｉを保護するために、図１Ａに示されているように、非強磁性材料の遮蔽体１２０、２２０が同一の固定子部分の２つの隣接する磁石の間に挿入されている。この遮蔽体１２０、２２０は、磁石の露出した表面とこれらの磁石に最も近接した回転子部分との間の機械的な接触を防止するために十分な厚さを有する。また、これらは、摩擦力および機械的損耗の極小化を可能にする摩擦特性をも有する。これらの遮蔽体１２０、２２０は、有利には、遮蔽体が接触状態にある固定子部分に固定された単一の機械的部品の一部を形成している。これらの遮蔽体は、好ましくは、電気絶縁性材料から構成されている。これらの遮蔽体は、好ましくは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマーから製造される。
【００５７】
また、この図１Ａにおいては、有利な一変形例を観察することも可能であり、これによれば、本発明の磁石は、磁石を支持している基板１０、２０に直接的に配置され、かつ、さらには、適切な溝１０００、２０００に挿入されている。このような溝１０００、２０００の機能は、基本的には、磁石がその上部に取り付けられる固定子部分の組立の際の磁石の位置決めを促進することにある。
【００５８】
本発明の好適な実施形態においては、回転子部分の巻線用の支持部として機能する多層印刷回路は、それ自体が、電子回路用の印刷回路のための通常の方法により、すなわち、エッチングおよび接合による組立、並びに、予め含浸された基板としての当技術分野において既知のシリカファイバからなる基板の複数のサブセットに対する圧力の印加により、製造されている。これらの予め含浸された基板の材料は、その機械的特性、すなわち、そのヤング係数により、これらの基板が、その平面内に含まれる方向において作用するパルス化されたまたは連続した牽引および圧縮力に対して高抵抗性を有するように、選択される。
【００５９】
図５においてさらに詳細に示されているように、本発明の好適な実施形態においては、この多層印刷回路は、駆動トラック部分に専用であるとともにトラック部分を相互接続している電気導体の４つの層３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４から構成されている。そしてこの多層印刷回路は、密閉層と呼ばれる保護層により、両面がカバーされている。この密閉層は、第１には、最外側トラック部分の電気絶縁を提供し、かつ、第２には、一方の回転子部分が隣接する他方の回転子部分との関係においてまたは上述のように永久磁石の保護遮蔽体１２０、２２０との関係において摺動した際に摩擦力を低減するように意図されている。
【００６０】
駆動および相互接続トラック部分の厚さと回転子部分を構成する予め含浸された基板の厚さの両方は、第１には、様々な予め含浸された基板を介した駆動トラック部分から回転子部分の基板への機械的力の確実な伝達を保証するために選択されているとともに、第２には、このように構成された複数の回転子部分の十分に小さな厚さを組立体に対して付与して２つの対向する固定子部分の間の同一の空隙に挿入されるために選択されている。
【００６１】
このように構成された回転子部分の合計厚さは、好ましくは、０．５ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲である。
【００６２】
さらには、互いに対向している永久磁石には、それらの永久磁石が保存している磁気エネルギーによって生成される圧力が印加され、このエネルギーの大部分は、磁石によって規定される磁気カラム内に収容されている。この圧力「Ｐ」は、磁界の強度「Ｂ」が磁気カラム内において均一であると仮定することにより、算出されてもよい。次いで、以下の式が得られ、この場合に、μｏは、真空の透磁率を表している。
【００６３】
Ｐ＝Ｂ２／（２．μｏ）
【００６４】
したがって、それぞれの永久磁石には、その磁石が固定されている固定子部分に対してその磁石が伝達しているとともに固定子部分と磁石の両方が生成した磁気カラム内において固定子部分が対向している磁石に向かってその固定子部分を運動させる傾向を有する力が印加される。固定子部分内の磁石の数が大きい場合には、かつ、さらには、磁石が属するディスクに対して平行な平面内の磁気カラムの断面が大きい場合には、固定子部分のそれぞれの磁石によって作用する吸引力の合計は、相当なものになる場合があり、一般には、１００００ニュートン（Ｎ）のレベルの値に達する。換言すれば、非常に大きな駆動トルクが得られることになろう。
【００６５】
この理由から、本発明の好適な実施形態においては、２つの対向する固定子部分の間の距離は、磁石が属する固定子部分のディスクの対称軸の周りに分布した非磁性材料のスペーサにより、一定に維持されている。なんらの変形をも被ることなく、かつ、相互に平行な状態にかつ必要とされる距離において留まるように、スペーサの数と断面が２つの固定子部分にとって十分なものとなるように注意が払われている。
【００６６】
本発明の好適な実施形態においては、これらのスペーサは、それぞれの基板の静的変形のリスクを防止するために、固定子部分の間の吸引力が作用されるエリアに可能な限り近接したエリア内において位置決めされている。この結果、回転子部分に孔または開口部を提供し、これにより、スペーサがこれらを通過することを許容するように、慎重な選択が実施される。これらの孔は、好ましくは、スペーサによって妨げられることなく、すなわち、スペーサが望ましくない障害物となることなく、回転子部分の自由な相対運動を許容するように適合された形状および寸法を有する。
【００６７】
本発明の好適な実施形態においては、これらの孔は、空隙内における回転子部分の事前の位置決めを実現するために、正確に位置決めおよび機械加工されている。この事前の位置決めは、回転子部分の回転軸と磁石が固定されている固定子部分のディスクの対称軸との間の第１レベルの同心度を提供している。このような事前の位置決めは、キネマチックチェーンに対する回転子部分の結合を許容するための十分な機械的クリアランスを提供している。そのキネマチックチェーンは、静的に不確定な状態を生成することなく回転子部分が動作させなければならない機械的スイッチに対して回転子部分をリンクしているものである。
【００６８】
この結果、上述の本発明のアクチュエータＡの動作は、以下のとおりである。すべてのトラックに電流が供給された際に、第１および第２の一連の永久磁石によって生成される磁界内において流れる前記電流によって生成されるローレンツ駆動力は、第１固定子部分１と第２固定子部分２との間の空隙内において、一方の回転子部分３０ｉを他方の回転子部分３１ｉとは反対の接線方向において軸方向Ｙに沿って運動させる。
【００６９】
一変形例においては、供給電流は、それぞれの回転子部分の巻線を構成する導電性材料のトラックのすべてについて同一であり、かつ、２つの回転子部分には、互いに直列で電流が供給される。さらには、２つの回転子部分のそれぞれの回転子部分の相対的な角度の位置決めは、有利には、２つの回転子部分の一方または他方にそれぞれ属するとともに同一の磁気カラム内に位置した２つの駆動トラック部分内の電流が反対方向のものとなるように、慎重に選択されている。また、当然のことながら、駆動トラックの位置、磁石、および２つの固定子部分の間の距離を維持するスペーサの個々の位置決めを保証するべく、注意が払われている。
【００７０】
このような本発明のアクチュエータには、非常に大きな値の電流が供給されてもよい。その理由は、対向する磁石１００、２１０または１１０、２００によって形成される磁気カラム内の永久磁石のそれぞれにより、ゼロの合計電流が「観察」されるからである。したがって、これらの永久磁石が消磁されるリスクが格段に低減される。本発明のアクチュエータＡの場合には、非常に大きな電流により、非常に大きな駆動トルクが得られる。
【００７１】
実際に、本発明のアクチュエータは、有利には、数ミリメートル（ｍｍ）のレベルの回転子部分の小さな運動のために、または数度の角度運動のために、設計される。小さな運動は、後程詳述するように、機械的スイッチの可動接点などの機械的要素を運動させるのに十分なものであろう。また、実際に、本発明のアクチュエータは、角度的相対運動が、それぞれの回転子部分の極限運動位置において導電性トラック部分３００、３１１または３０１、３１０が常に永久磁石に対向するエリア内に位置するようなものとなるように設計されている。
【００７２】
本発明のアクチュエータＡの駆動トルクを増大させるために、２つの固定子部分１、２の間の同一の空隙内の回転子部分３ｉの数を増大させることができる。有利には、実現するべき磁界の値と空隙内の回転子の数との間において適切な妥協点を求めることによって回転子部分の間の最適な距離を見出すべく、注意が払われる。本発明の好適な実施形態においては、同一空隙内の回転子部分の数は、４〜８の範囲の偶数であり、空隙の厚さは、４〜１０ミリメートルの範囲である。
【００７３】
図２Ａおよび図２Ｂは、２つの重畳された部分３０１、３１１および３０２、３１２を有する２つの回転子部分３１、３２によって駆動トルクを増大させるための２つの異なる方法を示している。
【００７４】
図２Ａの変形例においては、２つの別個のペア３１、３２に属する２つの重畳された回転子部分３１１、３１２は、すべてのトラックに電流が供給された際に、同一の方向に運動するように適合されている。
【００７５】
あるいは、この代わりに、図２Ｂの変形例においては、２つの別個のペア３１、３２に属する２つの重畳された回転子部分３１１、３１２は、すべてのトラックに電流が供給された際に、反対の方向に運動されるように適合されている。
【００７６】
これらの代替肢は、第１に、その相対的な回転方向にしたがって有益なまたは否定的な影響を回転子部分間の摩擦に対して及ぼす回転子部分間の反発または吸引の力の管理と、第２に、それぞれの駆動トラック部分内において流れる電流によって生成される磁界の自動的な補償と、の間の妥協を解決する様々な方法を許容している。
【００７７】
電源に関する限り、同一ペア３１、３２の２つの回転子部分には、直列または並列に、電流が供給されてもよい。同一空隙の２つのぺア３１、３２にも、同様に、直列または並列に、電流が供給されてもよい（図２Ａ、図２Ｂ、または図３を観察されたい）。
【００７８】
図３は、アクチュエータの回転子が、それぞれ、２つの空隙によって分割された４つの回転子部分の２つのペア３０１、３０２、３０３、３０４、３１１、３１２、３１３、３１４から構成されている好適な実施形態を示している。同一空隙内の回転子部分の構成は、図２Ａのものである。２つの空隙の間に位置した中間固定子部分１２は、基本的に、磁気リレーとして使用されており、すなわち、その機能は、もはや、磁力線を閉じるというものではない。その対称面のそれぞれの側に位置した永久磁石は、第１空隙の磁気カラムから第２空隙の磁気カラムへの連続性を保証している。これらのカラムは、中間のまたは中央の固定子部分１２のそれぞれの面に位置した固定子部分１０または２０を介して閉じている。この好適な構成は、複数の利点を有する。第１に、この構成は、図２Ａにおける４つに代えて８つの回転子部分を使用したことに起因し、駆動トルクの増大を実現している。対照的に、図８に示されているように、同一の所与の方向に回転するように意図された回転子部分は、同様に、２つの空隙の間において分割されている。したがって、それぞれの空隙の対称面の間の距離を慎重に選択することにより、かつ、同一の方向に運動するように意図された回転子部分を機械的に接続するスペーサを使用することにより、図２Ａおよび図２Ｂの状況において想定されうるものを格段に上回る剛性を、このように構成された回転子部分に対して付与することができる。したがって、本発明のアクチュエータは、数千Ｎｍのレベルの極めて大きなトルクを生成することができるのみならず、これらのトルクを、損耗または劣化のリスクを伴うことなく、運動させるべき物体に対して伝達することができる。
【００７９】
したがって、図３の実施形態は、磁束およびローレンツ駆動力の分布を２つの重畳されたアクチュエータＡ１、Ａ２を有する同一の磁気カラム１００、２１０、１００のレベルにおいて詳細に示している図４Ａおよび図４Ｂを参照して上述したように、好ましい。２つの重畳された回転子部分が反対方向に運動し、かつ、接触した際に、これらの回転子部分は、摩擦を生成する場合があり、かつ、したがって、劣化する場合がある。但し、２つの重畳された回転子部分がその境界面において磁界を封止している場合には、磁界は、これらの回転子部分を離隔するように押圧する傾向を有する。
【００８０】
また、好適な変形例は、重畳された回転子部分の間の摩擦および反発力の両方を低減するものである。図４Ａは、同一の方向に運動する直接的に重畳された回転子部分の奇数のペア、ここでは、１つのペアを有するこの種の好適な変形例を示している。また、図４Ｂは、この種の、但し、同一の方向に運動する直接的に重畳された回転子部分の偶数のペア、ここでは、２つのペアを有する好適な変形例を示している。回転子部分によって生成される磁界が大きい、すなわち、磁気カラムの残りの部分よりも大きいエリアが、これらの図４Ａおよび図４Ｂにおいては、相対的に幅広のかつ黒いラインによって示されていることに留意されたい。また、垂直の矢印は、空隙の高さの方向に作用する力を表していることにも留意されたい。したがって、回転子部分によってそれぞれの側において支持されている回転子部分は、回転子部分から離れるように押圧されるか、あるいは、回転子部分との関係において相対運動を有しておらず、その結果、摩擦が極小化される。固定子部分に隣接している回転子部分は、固定子部分に対して力（トルク）をＸ方向において、すなわち、アクチュエータの軸に沿って、伝達することになろう。図４Ａおよび図４Ｂの構成によれば、これらの有害な軸方向の力をアクチュエータの方向Ｘにおいて可能な限り補償することができる。選択される電流方向とは無関係に、固定子部分の永久磁石１００または２１０には、任意の結果的に得られる磁力も、方向Ｘにおける任意の結果的に得られる磁気的トルクも、印加されず、シンボル化されているように、磁石１００または２１０上の垂直の矢印は、全体として相殺している。第１に、回転子部分と永久磁石との間の力は、小さく、かつ、無視可能であると見なされてもよく、かつ、第２に、２つの隣接する回転子部分の間の力は、電流自体の方向とは独立している。さらには、良好な摩擦特性を有する材料からなる遮蔽体１２０、２２０の存在は、第１に、永久磁石との間の回転子部分の直接的な接触を防止しており、かつ、第２には、遮蔽体上におけるその回転子部分の相対的な摺動を促進していることを記憶されたい。
【００８１】
これは、アクチュエータの一端部に、すなわち、一連の永久磁石の端部に、位置していない永久磁石１００または２１０に関係するものである。これは、したがって、その回転子部分の回転によって動作する本発明のアクチュエータのすべての磁石に適用される。対照的に、ロータリーアクチュエータの漸近的な限界として見なされるリニアアクチュエータの状況においては、端部の永久磁石は、必然的に、１つまたは複数のアクチュエータの軸方向において結果的に得られる力および結果的に得られるトルクに耐えなければならない。図４Ａおよび図４Ｂから明らかであるように、同一の方向に運動する（回転する）隣接する回転子部分は、実際には、相互の関係において運動しない。したがって、これらを機械的にリンクさせることが想定されてもよく、あるいは、場合によっては、これらを１片として製造することも、想定されてもよい。図４Ｂの変形例においては、固定子部分に隣接した、すなわち、永久磁石に最も近接した、回転子部分は、好適ではない実施形態においては、固定子部分に堅固に固定されてもよいことに留意されたい。これは、自由に運動するように最も近接した回転子部分を押し返すことにより、この方法によって犠牲にされる回転子部分内のジュール効果損失という代償を払って、摩擦の低減を可能にする電磁反発力（ベアリング）の利益を有する。回転子部分がアクチュエータドライバトルクの提供に寄与しないためである。図４Ｂは、固定子部分１００または２１０と隣接する回転子部分を１つに固定することを象徴的に表す相対的に黒いボックスＣを概略的に示している。この結果、この回転子部分は、磁気ベアリングロールの役割を演じることになり、矢印は、その運動が無意味になることを示している。本発明の好適な実施形態においては、このフレームは、無視されてもよく、かつ、矢印は、その通常の意味を回復している。
【００８２】
図５は、浮遊インダクタンスを極小化しつつ、駆動トルクの大きな値が得られることを可能にする回転子部分の有利な一変形例を示している。したがって、示されている回転子部分３０ｉは、単一のトラック部分を形成する導電性材料の４つの重畳された層を有する多層印刷回路によって構成されている。したがって、到来電流が平面ＸＹ内において流れるトラック部分３００は、４つの重畳された層３００．１、３００．２、３００．３、３００．４から構成されている。同様に、電流が反対方向に流れる隣接する層部分３０１は、４つの重畳された層３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４から構成されている。同一のトラック部分３００または３０１を構成するように重畳された偶数の導電性層が有利である。偶数の層によれば、結果的に、所与の層の帰還路は、印刷回路の別の重畳された層内に位置している。このようにして製造された導電性材料トラックの結果として得られる自己インダクタンスは、可能な限り小さなものとなろう。換言すれば、目的は、同一の回転子部分内の電流伝導材料の自己インダクタンスを極小化するという点にある。回転子部分３０ｉの基板は、好ましくは、エポキシ樹脂などの材料によって予め含浸されており、導電性材料層は、銅からなり、かつ、電気絶縁性材料からなる仕上げ層３０２によってカバーされている。この結果、極小化された質量および慣性の回転子部分が得られる。実際に、相対的に幅広でありかつ薄いプロファイルを有する導電性トラック４の部分３００、３０１を製造し、特定の高周波数において電流が導体の表面上においてのみ流れる傾向を有するケルビン効果とも呼ばれる表皮効果を低減してもよい。このような幅広でありかつ薄いプロファイルによれば、基板３０と導電性トラック４との間の機械的接着力も増大し、かつ、したがって、力の伝達のためにこれらの間の機械的結合力も増大することになる。例えば、導電性トラック４は、７０μｍのレベルの厚さアンダーバーｅにおいて、１２〜１５ｍｍのレベルの幅ｌを有してもよい。一例として、保護層３０２は、７０μｍのレベルの厚さを有してもよい。
【００８３】
図６Ａおよび図６Ｂは、ほぼディスク６の、さらに正確には、リングの、形状に準拠した回転子部分３０ｉを示している。回転子ディスク３０ｉ、６は、絶縁性基板内に製造された導電性材料の単一のトラック４を有する。図示の実施形態は、すべての半径方向のトラック部分３００、３０１が凹凸を形成する接線方向の部分３０１０によって相互接続されていることから、特に有利である。この結果、固定子部分の永久磁石に対向するすべての半径方向部分３００、３０１の間の簡単な相互接続が可能になる。換言すれば、本発明のアクチュエータにおいて必要とされるローレンツ駆動力を生成する半径方向部分３００、３０１は、この場合には、合計トルクに寄与するように、最適に相互接続されている。図示の例においては、半径方向の部分３００、３０１は、２つの隣接する部分の間に１５°の角度間隔を有するように製造されている。それぞれ、トラック４内の電流Ｉの入力および出力のためのトルク６１、６２を接続する入口および出口が、曲がり易いワイヤによる簡単な電気接続のために、リング６の内部において並ぶように設けられている。上述のように、回転子部分の角度的なまたは線形の運動が非常に小さいことから、電気接続は、そのすべてを曲がり易いワイヤによって実施されてもよい。電気接続ワイヤの重量が相対的に小さいという事実に加えて、電気接続ワイヤは、回転子部分の慣性を増大させない。ディスク６は、後述するように、その周囲に、運動伝達フランジとも呼ばれる機械的接続フランジを固定するための複数の孔６０を有する。また、ディスク６は、その内周に、容量性電流を誘発する可能性が高い電界から制御電子回路を保護するように適合されたスクリーンを構成する導電性トラック６３をも有する。電源を提供するために、回転子ディスクと同数の制御されたパルス化電流生成器が存在してもよい。明瞭性を目的として、かつ、費用の理由から、この数は、有利には、詳細に後述するように、所与の１つのアクチュエータについて、または、２つのアクチュエータＡ１、Ａ２の組について、１つの制御されたパルス化電流生成器のみを有するように、低減されてもよい。そして、すべての回転子部分が直列に接続されてもよい。また、電源を提供するために、有利には、同一のアクチュエータの回転子部分のすべてが直列に接続されてもよい。実際には、これは、好ましくは、トルク６１、６２を接続する入力および出力のレベルにおいて、曲がり易い接続ワイヤにより、実現される。曲がり易いワイヤにより、電気直列接続が、簡単に、かつ、さらには、回転子部分の慣性にペナルティを課しうる余分な質量を追加することなく、提供される。図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、回転子ディスク６には、貫通する孔６４が穿孔されている。これらの孔６４のそれぞれは、図示されてはいないスペーサを収容する。このスペーサは、空隙の能動的な部分内の磁束を妨げないように、非磁性材料から製造されている。スペーサの機能は、固定子部分の間における回転子部分の挟み付けを防止する空隙の厚さを保証することにある。機能的クリアランスが、スペーサとスペーサが収容される孔６４の間に設けられることに留意されたい。この機能的クリアランスは、それぞれの回���子ディスク６の既定の角度運動を可能にするために十分なものでなければならない。
【００８４】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の回転子ディスク６の一変形例を示している。この変形例においては、導電性トラックを有していない。したがって、完全に電気絶縁性材料からなるディスク６の周囲部分には、開口部６００が穿孔されている。開口部６００は、所与の直径に沿って規則的に離隔するとともに、図７Ａにおいてさらに良好に示されているように、所与の直径から別の直径にオフセットされている。この結果、回転子部分支持部の電気絶縁体３０の表面に発生する可能性が高い漏洩電流の経路が増大する。換言すれば、漏洩ラインの長さが回転子部分にわたって増大する。換言すれば、その目的は、これらの開口部６００の間に誘電性の障害物を生成するという点にある。
【００８５】
図８は、重畳された２つのアクチュエータＡ１、Ａ２に属し、かつ、電流が印加された際に同一の回転方向Ｙに回転する４つの同一の回転子部分３０１、３０２、３０３、および３０４をその間において固定する複数の機械的接続フランジ７の有利な固定を示している。それぞれの回転子部分３０１、３０２、３０３、および３０４は、図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、環状ディスク６の形態で製造されている。したがって、中空の管状部分によって構成された機械的接続フランジ７は、孔６０を通じて、第１に、ナットおよびボルトシステム７１により、上方から、アクチュエータＡ１の２つの回転子部分３０１、３０２にねじ止めされるとともに、第２に、ナットおよびボルトシステム７２により、下方から、アクチュエータＡ２の２つの回転子部分３０３、３０４にねじ止めされる。ナットおよびボルトシステム７１または７２は、任意の等価な機械的システムによって置換されてもよい。この固定は、１つの方向において回転する回転子ディスク３０１、３０２、３０３、および３０４並びに反対方向に回転する回転子ディスク３１１、３１２、３１３、および３１４の周囲の全体にわたって、なされている。これにより、２つの隣接する剛性フランジ７０が、相互の関係において反対方向に運動するように適合された回転子ディスクに接続される。後述する回転子ディスクの回転運動の機械的伝達という機能を超えて、提案されている接続フランジ７０によれば、ある種の自己支持剛性構造を生成することができる。従来技術によるロータリーアクチュエータと比べて、これは、特に有利である。その理由は、この場合には、多数の部分が、すなわち、回転子部分を適切に支持するシャフトおよびシャフトを支持するベアリングが、省略されているためである。
【００８６】
図９は、アクチュエータの回転子ディスクの回転運動と平行運動させるべき機械素子との間の機械的伝達手段を示している。ここで、軸Ｙに沿って反対方向に平行運動する２つの隣接するフランジ７ｄ、７ｇのそれぞれは、それらが固定している回転子ディスクの反対方向における回転に起因し、チューブの中空部分内において、シャフト７３により、２つのリンク７４．１および７４．２に関節接続されている。２つのリンク７４．１および７４．２は、それぞれ、同一の機械的要素８．１および８．２に関節接続されている。したがって、回転子ディスクが反対方向に回転している際に、２つの隣接するフランジ７ｇ、７ｄは、軸Ｙに沿って反対方向に同時に平行運動し、かつ、したがって、それぞれの機械的要素８．１または８．２の軸Ｘに沿った同時の平行運動を生成する。換言すれば、図９に示されている機械的接続により、回転子ディスクと運動させるべき機械的要素との間における機械的伝達力の最適な分布を可能にする変形可能な平行四辺形が規定されている。
【００８７】
最後に、図１０Ａ〜図１０Ｃは、上述の機械的要素８．１、８．２が真空遮断器９の可動接点９０に固定されている好適な適用例を示しており、もう１つの接点９１は、静止状態にある。これらの図からわかるように、図示されてはいない本発明のアクチュエータの回転子部分の非常に小さな角度運動（α２−α０）は、機械的接続フランジ７０およびリンク７４．１、７４．２により、２つの真空遮断器９の閉位置（図１０Ａ）から完全開位置（図１０Ｃ）への運動を可能にする。これらの真空遮断器９は、高電圧を有する高電流を生成し、中断させ、または遮断するための電気スイッチギヤの一部を構成している。本出願と同日付けで出願され、かつ、「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｆ  ｄｉｓｊｏｎｃｔｅｕｒ  ｍｅｃａｔｒｏｎｉａｑｕｅ  ｅｔ  ｐｒｏｃｅｄｅ  ｄｅ  ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ  ａｓｓｏｃｉｅ  ｅｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａ  ｌａ  ｃｏｕｐｅｒｅ  ｄｅ  ｃｏｕｒａｎｔ  ｃｏｎｔｉｎｕ  ｅｌｅｖｅ（Ａ  ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ−ｂｒｅａｋｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ，  ａｎ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ，  ａｎｄ  ａｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｂｒｅａｋｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ（メカトロニクス回路遮断装置および関連トリガリング方法並びに高直流を遮断する際のその使用方法））」という名称の特許出願において記述および権利請求されているメカトロニクス回路遮断器内における接続切断に対するその主要な適用例においては、真空遮断器は、この電流自体を遮断する必要はない。
【００８８】
これらの真空遮断器用の主要ターゲット用途は、非常に短い時間において高電圧を有する直流または交流電流を遮断するように意図されたメカトロニクス回路遮断器装置内において電気機械的スイッチ断路器システムを構成するという点にある。
【００８９】
本発明の永久磁石電磁アクチュエータおよびこれによって作動する機械的スイッチ断路器は、２つのレベルにおいてモジュラー設計を使用するステップを有する以下のような好適な方式によって製造された際に、最大の利益を有する。
【００９０】
第１レベルは、スイッチ断路器のいわゆる閉位置において、例えば、３０００アンペア（Ａ）などの連続した高電流を低レベルの挿入損失を伴って搬送するとともに、同一のスイッチ断路器のいわゆる開位置において、高電圧において相互に一次回路部分を隔離する能力に関係している。従来の電気スイッチギヤにおいては、このデュアル機能の態様は、低接触抵抗値を生成するのに必要な大きな接触エリアおよび大きなベアリング圧力、並びに、電圧に耐えるための開位置における接点の間の数センチメートルという大きな距離に起因し、数キログラムの重量を有する大規模な可動部分として反映されている。また、本発明の第１モジュラー設計特徴は、一次導体を複数のサブブランチに分割するステップをも有し、それぞれのサブブランチは、単一のブランチと同一の機能を有するが、低減された応力を有する。したがって、本発明のこの第１モジュラー設計特徴の好適な実施形態においては、一次導体は、スイッチ断路器が閉位置にある際に、１２個のサブブランチに分割され、これらのサブブランチの間において電流が分割される。本発明のこの好適な実施形態においては、スイッチ断路器が、図１０に示されているように、真空遮断器の１２個のペアに分割されている際に、スイッチ断路器が閉位置にある際には、それぞれの真空遮断器は、合計電流が遮断器のそれぞれのペアに対して均一に分散されると仮定すると、これにより、伝導しなければならないのは、合計電流の１２分の１（１／１２）のみである。３０００Ａの合計一次電流の上述の例によれば、直列の遮断器のそれぞれのペアが通過させなければならないのは、２５０Ａのみである。この結果、接点の寸法および閉位置における静的圧力が、同一の性能を提供する単一の遮断器の状況と比べて、格段に小さいことが明らかである。本発明の電磁アクチュエータは、図３および図８に示されている反対に回転する回転子の形態で構成された状態において、図６および図７に示されているように、印刷回路回転子部分から製造される。したがって、これは、本発明のアクチュエータの回転子の周りに均一に分布した図８に示されている複数の真空遮断器ペア（モジュール）を作動させるのに完全に適している。真空遮断器モジュールが、アクチュエータの固定子との関係において静止状態にある基準フレームとの関係において適切な静止状態にある際には、その結果、回転子部分は、真空遮断器モジュールに対するその結合により、自動的に位置決めされる。用語の機械的な意味における静的不確定性のリスクは、適切なクリアランスにより、特に、固定子部分の位置決めスペーサが通過する孔内に設けられたクリアランスにより、回避される。
【００９１】
第２のモジュラー設計特徴は、開位置において高電圧に耐える能力に関係している。従来の電気スイッチギヤにおいては、これは、数キログラムの重量を有する大規模な接触部分を数センチメートルの距離にわたって運動させる必要性をもたらす。そして、これは、非常に短い時間におけるとともに相対的に大きな規定の速度におけるものであり、これには、大きな駆動エネルギーが必要とされる。高電圧電界内においては、必要とされる差動速度の半分に実質的に等しい速度において同一のスイッチギヤの２つの対向する接点を同時に運動させるステップを有するいわゆるデュアル運動法が知られている。第一義的に、この結果は、動作に必要な機械的エネルギーを半分に低減するというものである。したがって、本発明の永久磁石電磁アクチュエータおよび機械的スイッチ断路器の第２モジュラー設計特徴は、ダブル運動特徴が目標としている目的の一般化を、すなわち、動作エネルギーの極小化を、有する。本発明の第２モジュラー設計特徴は、複数の同一の機械的スイッチ断路器の直列接続を許容するための機械的スイッチ断路器のモジュラー設計を有する。これは、地面を基準とすることなく実際の物体を動作させるためのエネルギーを提供する能力を前提としている。本発明の差動アクチュエータの解決策を補完する上述の２つのモジュラー設計特徴の利点は、スイッチギヤが散発的にのみ投入されるスイッチギヤの使用モードが付与された状態で、開閉動作に必要なエネルギーをオンボードのコンデンサバンク内に保存しうる装置をもたらすことである。そして、動作の後にエネルギーを回復させるのに必要な平均パワーは、このエネルギーが、１つまたは複数の半導体レーザーまたは１つまたは複数のハイパワー発光ダイオードなどの地面上に位置した光源から光学的に伝送され、１つまたは複数の光ファイバ、好ましくは、シリカファイバを介して本発明のアクチュエータの心臓部にルーティングされるための投入（使用）のレートが付与された状態で、十分に小さい。そして、電気エネルギーへの光エネルギーの変換は、１つまたは複数の光起電コンバータを介して既知の方法によって実現される。
【００９２】
開閉動作のために必要とされるエネルギーの光学的伝送が関連しうる上述の２つのモジュラー設計特徴によれば、本出願と同日付けで出願され、かつ、「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｆ  ｄｉｓｊｏｎｃｔｅｕｒ  ｍｅｃａｔｒｏｎｉａｑｕｅ  ｅｔ  ｐｒｏｃｅｄｅ  ｄｅ  ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ  ａｓｓｏｃｉｅ  ｅｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａ  ｌａ  ｃｏｕｐｅｒｅ  ｄｅ  ｃｏｕｒａｎｔ  ｃｏｎｔｉｎｕ  ｅｌｅｖｅ（Ａ  ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ−ｂｒｅａｋｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ，  ａｎ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ，  ａｎｄ  ａｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｂｒｅａｋｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ（メカトロニクス回路遮断装置および関連トリガリング方法並びに高直流を遮断する際のその使用方法））」という名称の特許出願において記述および権利請求されているメカトロニクス回路遮断器において、本発明の永久磁石電磁アクチュエータおよび機械的スイッチ断路器を使用することができる。
【００９３】
本発明の範囲を逸脱することなく、多くの改善が実施されてもよい。
【００９４】
したがって、材料に関しては、本発明のすべての永久磁石は、ネオジミウム−鉄−ボロン磁石などの希土類磁石であってもよい。これらは、同様に、有機材料からなるものであってもよい。
【００９５】
その基板に対する永久磁石の固定に関しては、図示のように、基板に対する直接的な糊付け、並びに、必要に応じて、基板内の溝への挿入が、単純に想定されてもよい。これらの溝により、基本的に、磁石が取り付けられる固定子部分を組み立てる際の磁石の円滑な位置決めが可能になる。当然のことながら、固定法による磁力線の変更が可能な限り小さくなるように注意が払われる。
【００９６】
さらには、永久磁石の形状に関しては、ほぼ平行六面体形状の磁石が想定されてもよい。また、本発明のロータリーアクチュエータの場合には、固定子部分の正面図において観察された際にその長さに沿った台形形状の永久磁石が想定されてもよい。したがって、これらは、回転子部分の能動的導電性部分、すなわち、ローレンツ駆動力を生成するための電流を搬送するものであってもよく、これらは、角度運動の全体を通じて、永久磁石の前面において留まっている。換言すれば、その角度運動の全体を通じて、（半径方向に延在する）能動的導電性部分は、可能な限り、最も能動的な磁界エリア内において留まってもよい。また、その厚さにおいて、あるいは、換言すれば、生成される空隙の厚さの方向において、台形断面の磁石が想定されてもよい。この結果、磁束密度は、そのレベルにおいて局所的に増大することになろう。
【００９７】
さらには、回転子部分と運動させるべき機械的要素の間において機械的力を伝達するための機械的接続に関しては、これらは、有利には、図９に示されている変形可能な平行四辺形を有してもよい。さらには、リンク７４．１または７４．２は、剛性を有するかまたは変形可能であってもよい。これらが剛性を有する際には、これらは、プラスチック材料から、好ましくは、射出成形材料から製造されてもよい。リンクの断面は、必要に応じて適合されてもよく、したがって、これらのリンクは、フラットであってもよく、円筒形であってもよく、または非対称であってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
７，７ｄ，７ｇ  剛性フランジ
８．１，８．２  機械的要素
９  真空遮断器
１０  第１基板
２０  第２基板
７４．１，７４．２  リンク
９０  可動接点
１００，１１０，２００，２１０  永久磁石
１２０，２２０  遮蔽体
３００．１，３００．２，３００．３，３００．４，３０１．１，３０１．２，３０１．３，３０１．４  導電性材料層
３０２  仕上げ層
Ａ１，Ａ２  永久磁石アクチュエータ
【図１】
2015509259.tif 000003
【図１Ａ】
2015509259.tif 000004
【図２Ａ】
2015509259.tif 000005
【図２Ｂ】
2015509259.tif 000006
【図３】
2015509259.tif 000007
【図４Ａ】
2015509259.tif 000008
【図４Ｂ】
2015509259.tif 000009
【図５】
2015509259.tif 000010
【図６Ａ】
2015509259.tif 000011
【図６Ｂ】
2015509259.tif 000012
【図７】
2015509259.tif 000013
【図７Ａ】
2015509259.tif 000014
【図８】
2015509259.tif 000015
【図９】
2015509259.tif 000016
【図１０Ａ】
2015509259.tif 000017
【図１０Ｂ】
2015509259.tif 000018
【図１０Ｃ】
2015509259.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月21日(2014.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石タイプの電磁アクチュエータ（Ａ）であって、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第１基板（１０）内に形成され、かつ、前記第１基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分散した第１の一連の永久磁石（１００、１１０）を有する第１固定子部分（１）であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けられており、前記第１の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向（１００、１１０）を有する、第１固定子部分と、
・その少なくとも一部分が、ディスクに直交する対称軸を規定する前記ディスクを形成する少なくとも１つの平面を伴う回転対称性を有する第２基板（２０）内に形成され、かつ、前記第２基板の少なくとも前記ディスク上において可視状態にあるとともに一定の角度ピッチによってその表面にわたって均一に分布した第２の一連の永久磁石（２００、２１０）を有する第２固定子部分（２）であって、前記永久磁石のそれぞれは、その平面に対して直交する少なくとも１つの対称面を有する形状および前記ディスクに対して平行である平行な北および南磁極を有し、前記ディスクとの間の前記永久磁石の接触表面は、前記ディスクと同心状態にある２つの同心円の間において内接しており、それぞれの磁石の前記対称面は、これらの同心円の半径に沿って方向付けされており、前記第２の一連の永久磁石のうちの２つの隣接する永久磁石は、反対の磁化方向（２１０、２００）を有し、前記第２固定子部分は、それらのディスクの前記対称軸が一致しており、かつ、前記第２の一連の永久磁石（２１０、２００）のうちの１つの磁石の１つの磁極（ＳまたはＮ）が、前記第１の一連の永久磁石（１００、１１０）のうちの１つの磁石の反対の磁極と対向するように、前記第１固定子部分と平行に配設されている、第２固定子部分と、
・前記第１および第２固定子部分の間の前記空隙内の重畳された回転子部分（３０ｉ、３１ｉ）の少なくとも１つのペア（３ｉ）であって、それぞれの回転子部分（３０ｉ、３１ｉ）は、前記基板の前記平面に対して平行な平面内に配設された少なくとも１つの導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）の少なくとも１つのトラック（４）を有する電気絶縁性材料基板から形成されており、前記トラックは、半径方向において、かつ、前記第１および第２固定子部分の間の前記空隙の厚さの方向に対して垂直に、前記永久磁石の幅以下である単位幅の駆動トラック部分と呼ばれる半径方向のトラック部分（３００、３０１、３１１、３１０）を有し、前記駆動トラック部分は、前記第１および第２の一連の永久磁石と同一の角度ピッチによって規則的に離隔しており、前記駆動トラック部分の数は、前記第１および第２固定子部分の磁石の数と等しい、重畳された回転子部分の少なくとも１つのペアと、
を有し、
・前記同一の回転子部分（３０ｉまたは３１ｉ）内の同一の平面内の２つの隣接する駆動トラック部分（３００、３０１、３１１、３１０）は、反対方向に流れる電流が供給されるように適合されており、
・前記回転子部分の同一のペア（３ｉ）の前記第１および第２回転子部分にそれぞれ属し、かつ、同一の磁石のペアによって生成される磁界が印加されるように重畳された２つの駆動トラック部分（３００、３１１、３０１、３１０）もまた、反対方向に流れる電流が同時に供給されるように適合されている、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記永久磁石を支持している前記第１および第２基板上に直接的に配置されている、請求項１に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記第１および第２固定子部分の前記第１および第２基板内に生成された溝（１０００、２０００）にさらに挿入される、請求項２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項４】
前記同一の固定子部分の２つの隣接する磁石（１００、１１０、または２１０、２００）の間に、非強磁性材料の遮蔽体（１２０、２２０））が挿入され、当該遮蔽体の厚さは、前記磁石の露出した表面と前記磁石に最も近接した前記回転子部分との間の機械的接触を防止するために十分なものになっている、請求項１から３のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項５】
前記遮蔽体（１２０、２２０）は、接触状態にある前記固定子部分（１０、２０）に固定された単一の機械的部分の一部である、請求項４に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項６】
前記遮蔽体（１２０、２２０）は、電気絶縁性材料からなる、請求項４または５に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項７】
前記遮蔽体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマーから製造される、請求項４から６のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項８】
それぞれの回転子部分（３０ｉ、３１ｉ、３０１、３１１、３０２、３１２、３０３、３１３、３０４、および３１４）は、単一のトラック（４）を有し、前記駆動トラックの半径方向部分（３００、３０１）は、前記回転子部分が正面から観察された際に凹凸を形成する接線方向部分（３０１０）によって相互に接続されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項９】
回転子部分は、多層印刷回路から製造され、トラック（４）は、同一の方向に流れる電流が供給されるように適合された偶数の重畳された導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、または３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）によって構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１０】
前記重畳された導電性材料層の数は、４に等しい、請求項９に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１１】
回転子部分（３０ｉ）の前記基板は、プリプレグ材（pre-impregnated）であり、前記１つまたは複数の導電性材料層（３００．１、３００．２、３００．３、３００．４、または３０１．１、３０１．２、３０１．３、３０１．４）は、銅からなり、かつ、電気絶縁性材料の仕上げ層（３０２）によってカバーされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１固定子部分（１０）と前記第２固定子部分（２０）との間の前記空隙内の重畳された回転子部分（３０１、３１１、３０２、３１２、３０３、３１３、３０４、および３１４）の少なくとも２つの別個のペア（３１、３２、３３、３４）を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１３】
２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に同一の方向に運動するように適合されている、請求項１２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１４】
２つの別個のペアに属する２つの重畳された回転子部分は、すべての前記トラックに電流が供給された際に相互の関係において反対方向に運動するように適合されている、請求項１２に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１５】
前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列で、同一の電流が供給される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１６】
回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤによって実現されている、請求項１５に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１７】
前記永久磁石を支持している前記基板は、強磁性材料からなる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１８】
一連のそれぞれの固定子部分内に、偶数の永久磁石が存在している、請求項１から１７のいずれか一項に記載の永久磁石アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の少なくとも２つの重畳された永久磁石アクチュエータ（Ａ１、Ａ２）を有するアクチュエータの組であって、
前記２つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータの前記第２固定子部分は、中間固定子部分と呼ばれる前記２つのアクチュエータのうちの他方のアクチュエータの前記第１固定子部分をも構成しており、前記中間固定子部分（１２）は、前記同一の基板の一面上において可視状態にあるそれぞれの磁極を有する同一の一連の永久磁石を有する、アクチュエータの組。
【請求項２０】
前記回転子部分の前記トラックのすべてに、電気的に直列に、同一の電流Ｉが供給される、請求項１９に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２１】
回転子部分の間の電気接続は、曲がり易い導電性ワイヤ（５）によって実現されている、請求項１９または２０に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２２】
前記２つのアクチュエータの前記回転子部分（３０１、３０２、３０３、３０４、３１１、３１２、３１３、および３１４）のすべては、同一の回転方向に運動するように適合されており、かつ、それぞれが接続フランジを構成する剛性フランジ（７）により、その周囲において、機械的に接続されている、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２３】
２つの隣接する剛性フランジ（７ｄ、７ｇ）は、相互の関係において反対の回転方向に運動するように適合された回転子ディスクに結合されており、前記２つのフランジのそれぞれは、少なくとも１つのリンク（７４．１、７４．２）に機械的に接続されており、前記２つのリンクのそれぞれは、前記同一の機械的要素（８．１、８．２）に機械的に接続されており、反対方向における前記回転子ディスクの回転運動が前記機械的要素（８．１、８．２）の平行運動を生成する、請求項２２に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２４】
前記２つの隣接するフランジ（７ｄ、７ｇ）のそれぞれは、それ自体がそれぞれ別個の機械的要素（８．１、８．２）に機械的に接続された２つのリンク（７４．１、７４．２）に機械的に接続されており、反対の回転方向における前記回転子ディスクの回転運動が相互の関係において反対の平行運動方向における前記２つの別個の機械的要素の平行運動を生成する、請求項２３に記載のアクチュエータの組（Ａ１、Ａ２）。
【請求項２５】
電流を遮断／接続切断するように適合された電気スイッチギヤであって、
請求項２３または２４に記載のアクチュエータの少なくとも１つの組を有し、
機械的要素（８．１、８．２）が真空遮断器（９）の可動接点（９０）に固定されている、電気スイッチギヤ。
【請求項２６】
高電圧の直流を遮断するためのメカトロニクス回路遮断器装置の一部としての請求項２５に記載の電気スイッチギヤの使用法。
【国際調査報告】
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