專(zhuān)利名稱(chēng)：磁路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝于懸浮單元等，構(gòu)成相斥型的磁性彈簧的磁路。
作為為了確保剛性而往往以?xún)?nèi)部衰減少的材料構(gòu)成的機(jī)器或構(gòu)造物的振動(dòng)、噪聲的對(duì)策，已經(jīng)提出了各種減振材料、減振器和控制方法。
通常，隔絕振動(dòng)采用把金屬?gòu)椈?、橡膠、空氣彈簧、粘彈性(viscoelastic)材料、阻尼器(damper)這樣的彈簧和衰減材料進(jìn)行最佳組合使用的方法，但是這種組合往往像動(dòng)態(tài)倍率(dynamic magnification，即動(dòng)態(tài)彈性常數(shù)kd與靜態(tài)彈性常數(shù)ks之比kd／ks)與損失系數(shù)那樣處于相抵觸關(guān)系中。為此進(jìn)行了許多包含動(dòng)態(tài)吸振器(dynamic vibration absorber)的被動(dòng)減振裝置和利用準(zhǔn)能動(dòng)、能動(dòng)控制抑制振動(dòng)的嘗試。作為減振器的特性材料，這些材料最好是具有耐用性的材料，是能夠?qū)?yīng)于制動(dòng)對(duì)象的特性變化的材料，而且是不受高溫、低溫、油、臭氧等環(huán)境因素影響的，經(jīng)年不變的材料。
近年來(lái)，隨著具有高頑磁力、高剩余磁通密度的永久磁體的實(shí)用化，使用磁力懸浮、磁軸承、磁流體的阻尼器等磁控制系統(tǒng)的研究非常盛行。特別是利用電磁感應(yīng)引起的渦流和磁通的作用造成的磁衰減的磁阻尼器被用作產(chǎn)生阻尼力的要素，使用范圍正在擴(kuò)大。
但是，構(gòu)成使同極的永久磁體相對(duì)的相斥型磁彈簧的高效率磁路的結(jié)構(gòu)還很有研究余地，當(dāng)前，采用加大磁路的尺寸(板厚、相對(duì)的面積等)雖然增大了磁彈簧的相斥力，但是存在著磁彈簧的重量增加，或成本上升的問(wèn)題。
本發(fā)明鑒于存在的這樣的問(wèn)題而作，其目的在于，提供構(gòu)成相斥型的磁彈簧，能夠得到更強(qiáng)的相斥力的廉價(jià)的磁路。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中權(quán)利要求1所述的發(fā)明是一種磁路，把相對(duì)于軛鐵的規(guī)定面在垂直方向上形成磁極的多極磁體以分離的狀態(tài)安裝于所述軛鐵的規(guī)定面上，把在與所述多極磁體的磁極的方向不同的方向上形成磁極的單極磁體安裝在所述多極磁體的分離部分中間。
而權(quán)利要求2所述的發(fā)明，其特征在于，在所述軛鐵的規(guī)定面上形成凸部，在該凸部上配置所述單極磁體，在所述凸部及所述單極磁體的兩側(cè)配置分離的所述多極磁體。
還有，權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其特征在于，在所述軛鐵的規(guī)定面上安裝墊塊，在該墊塊上配置所述單極磁體，在所述墊塊及單極磁體的兩側(cè)配置分離的所述多極磁體。
又，權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其特征在于，在所述多極磁體的與所述軛鐵相反的一側(cè)的端面?zhèn)?，使所述多極磁體與所述單極磁體的同一磁極相對(duì)。
又，權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，所述多極磁體使用2極磁體。


圖1是表示使各種永久磁體在垂直于形成其磁極的面的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)磁體之間的距離與靜態(tài)相斥力的關(guān)系的曲線。
圖2是表示相同磁極相對(duì)的2個(gè)永久磁體的相斥力及吸引力的解析模型的概略圖。
圖3是表示相同磁極相對(duì)的2個(gè)永久磁體中上部的磁體上放置重錘時(shí)的平衡點(diǎn)周?chē)奈⑿≌駝?dòng)模型的概略圖。
圖4是各種永久磁體的立體圖，(a)是表示把單極平行地鄰接配置的情況，(b)是表示把2極平行地鄰接配置的情況，(c)是表示把3極平行地鄰接配置的情況，(d)是表示把4極平行地鄰接配置的情況，(e)是表示把4極鄰接配置成“田”字形的情況。
圖5是表示使相對(duì)的面積為75×75mm2、厚度為20mm的圖4所示的永久磁體相同磁極相對(duì)配置時(shí)磁體之間的間距與相斥力的關(guān)系的曲線。
圖6是本發(fā)明的磁路的立體圖。
圖7是表示本發(fā)明的磁路的變形例的立體圖。
圖8是表示本發(fā)明的磁路的另一變形例的立體圖。
圖9表示用圖6的磁路構(gòu)成的磁彈簧，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次(gradation)的模式圖。
圖10是表示在圖9的磁彈簧中中央的單極磁體的磁極反向的情況，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次的模式圖。
圖11是表示以只有2極磁體的磁路構(gòu)成的磁彈簧，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次的模式圖。
圖12是表示把圖11的磁路的尺寸加大的情況下的磁彈簧，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次的模式圖。
圖13是表示把圖11的磁路的尺寸進(jìn)一步加大，同時(shí)縮短間隔距離的情況下的磁彈簧，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次的模式圖。
圖14是表示只以單極磁體構(gòu)成的、與圖13的磁彈簧相同尺寸的磁彈簧，(a)是表示磁通分布的模式圖。(b)是表示磁通的層次的模式圖。
圖15是表示各種磁彈簧的間隔距離與載重的關(guān)系的曲線圖。
圖16是把間隔距離短的情況下的圖15的曲線的一部分加以放大的曲線。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)加以說(shuō)明。
使同極的永久磁體相對(duì)的相斥型永久磁體利用給予運(yùn)動(dòng)的情況使彈簧常數(shù)相應(yīng)于負(fù)載質(zhì)量和輸入而變化，因此具有耐用性，對(duì)于振動(dòng)方向能夠以非接觸方式對(duì)應(yīng)。這里，在下面對(duì)能夠全方位隔絕振動(dòng)的磁彈簧的特性加以說(shuō)明。
磁彈簧是使稀土磁體(Nd-Fe-B磁體)相對(duì)，以使其相斥，使其發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相斥力、吸引力、電磁感應(yīng)引起的磁制動(dòng)力構(gòu)成的。
圖1是表示使大小、質(zhì)量不同的永久磁體在垂直于形成其磁極的面的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)磁體之間的距離(z)與靜態(tài)相斥力(f)的關(guān)系的曲線，磁體A、B、C的尺寸分別為s=75×75mm2，h=20mm，s=75×75mm2，h=10mm，s=50×50mm2，h=10mm。在摩擦造成的損失很小，可以忽略不計(jì)時(shí)，磁彈簧系統(tǒng)的載重-位移特性是可逆的，具有式1關(guān)系(式1)Fmg=(km／z)+F0……(1)稀土磁體的內(nèi)部磁矩不容易受磁場(chǎng)影響，在去磁曲線上磁化強(qiáng)度幾乎不變，大致保持其飽和磁化強(qiáng)度的值，因此使用假定磁荷在磁體端面上均勻分布的充磁(charge)模型計(jì)算在磁體之間起作用的相斥力。
如圖2所示，在永久磁體2的表面N2上的點(diǎn)(x2、y2、δ)與永久磁體4的表面S1上的點(diǎn)(x1、y1、0)起作用的吸引力f(1)為，(式2)f(1)dx1dy1dx2dy2=(m2／R2)dx1dy1dx2dy2……(2)其中，mdx1dy1、mdx2dy2分別為微小面積dx1dy1、dx2dy2的磁荷，R為(式3)R2=(x1-X2)2+(y1-y2)2+δ2……(3)f(1)的x分量、z分量分別由(4)、(5)給出(式4)fx(1)=f(1)[(X2-X1)2+(y2-y1)2]1／2÷R……(4)(式5)fz(1)=f(1)δ／R……(5)同樣，若以f(2)表示N1、N2之間的相斥力，以f(3)表示S1、S2之間的相斥力，則載重Fz與Fx由式(6)表示
(式6)Fα= dx1dx2dy1dy2(α=x，y)……(6)其中l(wèi)、d表示磁體的大小，示于圖2。ζ表示2個(gè)磁體之間偏離的量，計(jì)算上的原點(diǎn)設(shè)置于各磁體的中心。其結(jié)果是，乘以修正系數(shù)后與實(shí)驗(yàn)值在5％的誤差范圍內(nèi)，很一致。
在磁體之間作用的相斥力由下式(7)給出，(式7)Fmg=(km／z)+F0……(7)因此，在圖3的配置中，在上部磁體上放置重錘時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為 (kmz-1+F0)+mg=F(t)……(8)其中，m為重錘(m1)與上部磁體2(m2)合在一起的質(zhì)量。c是由筐體等產(chǎn)生的粘性衰減系數(shù)，第2項(xiàng)表示衰減項(xiàng)。第4項(xiàng)是重力項(xiàng)，F(xiàn)(t)是外力。假設(shè)加上重物的磁體的平衡位置是z0，(式9)-(kmz0-1+F0)+mg=0……(9)以平衡位置為原點(diǎn)的對(duì)于位移量ζ的運(yùn)動(dòng)方程為(式10) =F(t)……(10)其中，(式11)ζ=z-z0……(11)在ζ／z0＜＜1時(shí)，近似為(式12)kmz-1≈kmz0-1(1-ζ)=kmz0-1-km’ζ……(12)(式13)k／z≈(k／z0)(1-ζ／z0)=(k／z0)-k’ζ……(13)(式14)km’=k／z02=(mg-F0)2k-1m……(14)在這里，假設(shè)外力以角頻率ω強(qiáng)迫振動(dòng)，則外力(式15)F(t)=F0ejωt……(15)這時(shí)假設(shè)(式16)ζ=Aejωt……(16)則振幅A可以由下式求出，(式17)A=F0ej(ωt-φ)／{k’2[1-(ω／ω0)2]2+(2γω／(ω0)2}-1／2……(17)其中，(式18)γ=C／2(mkm’)-1／2……(18)表示衰減比。而φ為相位角，由下式給出(式19)tanφ=cω／(km’-mω2)……(19)fm為固有振動(dòng)頻率，(式20)fm=(1／2π)((mg-F0)2／mkm)-1／2……(20)固有振動(dòng)頻率與彈簧常數(shù)的關(guān)系是非線性的，因此與金屬?gòu)椈傻年P(guān)系相反。利用磁路的調(diào)整，設(shè)定工作點(diǎn)的設(shè)定位置和載重-位移特性的最佳曲率，借助于此，可以使共振點(diǎn)為一定，而與負(fù)載質(zhì)量無(wú)關(guān)。式(13)取近似值考慮到2次項(xiàng)為止，式(10)變成下述式(21)，即(式21) aζ-bζ2=F(t)其中a為，a=(mg-F0)2／kmb=(mg-F0)3／k2m……(22)在微小振動(dòng)區(qū)域，對(duì)周期性的外力，不斷地施加一定的斥力bζ2，以這一斥力使周期性外力衰減。也就是調(diào)整永久磁體的運(yùn)動(dòng)軌跡，控制彈簧常數(shù)，以此使輸入受限制，而利用負(fù)載質(zhì)量使強(qiáng)迫振動(dòng)衰減。
又，磁通密度B的大小由自發(fā)磁化與有效磁場(chǎng)(反磁場(chǎng)+外部磁場(chǎng))決定，由B=4πI-Hm+Hex(CGS單位)給出。其中4πI為自發(fā)磁化I產(chǎn)生的磁通，Hm以磁體削弱自身的力表示反磁場(chǎng)，Hex是磁極相對(duì)而產(chǎn)生的外磁場(chǎng)。用自身去磁的對(duì)策實(shí)施多極化，用相鄰的磁體制作順磁場(chǎng)，則可以使Hm減小。但是如果沒(méi)有磁力線的梯度，則磁力線不通往外部。也就是說(shuō)，為了減小Hm，如果增加極數(shù)，則中央部的磁力線幾乎都不通往外部。而且端部的磁通也不傳播，斥力減弱。總之，斥力的強(qiáng)度是由相對(duì)的面積、極數(shù)、通常使用的磁體之間的間距決定的。
圖4表示相對(duì)的面積為75×75mm2、厚度為20mm、極數(shù)為1～4極的永久磁體，圖5表示使相同的磁極相對(duì)配置時(shí)磁體之間的間距與相斥力的關(guān)系。
由圖5的曲線可知，磁懸浮中使人體懸浮的區(qū)域的效率良好的磁路是2極磁體。相當(dāng)于磁疇壁的交叉磁體之間發(fā)生泄漏磁場(chǎng)，相對(duì)的磁體接近時(shí)，得到更強(qiáng)的斥力，沖擊性上下振動(dòng)的現(xiàn)象也將減輕。
圖6表示本發(fā)明的磁路M1，分離的2個(gè)磁體配置于軛鐵上，在2個(gè)磁體之間安裝單極磁體。
更詳細(xì)地說(shuō)，是相對(duì)于矩形的軛鐵6的規(guī)定的面(圖6中的上表面)在垂直的方向上形成磁極的2極磁體8(或是不同極指向同一方向的2個(gè)單極磁體8a、8b)以規(guī)定的距離分開(kāi)配置，同時(shí)在磁體8a、8b之間配置單極磁體10，在軛鐵6的相反側(cè)的磁體端面上(圖6中的上表面)，磁體8a、8b與磁體10以相同的磁極相對(duì)。
圖7表示磁路M1的變形例M2，在形成于軛鐵6A的中央部的凸部6a上配置單極磁體10A，同時(shí)在凸部6A與單極磁體10A的兩側(cè)配置分離的2極磁體8(8a、8b)。
圖8表示另一變形例M3，把圖7所示的軛鐵6A的凸出部6a置換為鋁、銅等制成的墊塊12。因此，圖6所示的軛鐵6與圖8所示的軛鐵6是相同的。
圖9是把圖6的磁路尺寸設(shè)定為口70，同時(shí)以使相同的磁極相對(duì)的方式配置2個(gè)磁路，以此構(gòu)成磁彈簧時(shí)的磁通分布。
又，圖10表示在圖6的線路中，夾在磁體8a、8b中的磁體10的磁極反向配置，把磁極配置為在磁路的相對(duì)的一側(cè)磁體8a、8b與磁體10相吸引的情況下的磁通分布。
從圖9與圖10的磁通分布可知，在磁路的相對(duì)的一側(cè)，配置為分離的2個(gè)磁體8與配置于其中央部的磁體10以相同的磁極相對(duì)，則從磁體8a指向磁體8b的磁通可以利用磁體10的磁通進(jìn)行控制，增加斥力。
又，圖11及圖12表示圖4(b)所示的2個(gè)磁體的尺寸分布設(shè)定為□70、□75時(shí)的磁通分布。磁路中磁體配置相同的情況下，磁路的尺寸越大則斥力越大，而在尺寸相同的情況下也可以利用改變磁體配置的方法控制磁通分布，提供高斥力的磁路。
圖13是在圖12的磁彈簧中把構(gòu)成相對(duì)的2個(gè)磁路的磁體的厚度加大，同時(shí)把2個(gè)磁路的間隔距離進(jìn)一步縮小的情況。而圖14是在圖13的磁彈簧中把2極磁體置換為單極磁體的情況。
從圖13與圖14可知，磁路的尺寸越大，而間隔距離越小，則斥力越大，而使用2極磁體代替單極磁體能夠使斥力增大。
圖15與圖16是表示各種磁路的間隔距離與載重(斥力)的關(guān)系的曲線，圖中所謂吸引(SN)、相斥(NS)、相斥(NS)+Cu分別為圖10所示的磁路、圖9所示的磁路、圖9所示的磁路中插入作為墊塊的銅的磁路(參照?qǐng)D8)的情況。又，所述□70×10t及□75×10t分別為圖11及圖12所示的2極磁體構(gòu)成的磁路。
圖15及圖16的曲線表示在磁路的尺寸相同的情況下利用本發(fā)明的圖6～圖8所示的磁路能夠產(chǎn)生大斥力的情況。
而且，圖6～圖8所示的磁路采用2極磁體，但是也可以采用3極或4極等多極磁體。也就是說(shuō)，利用在分離的相鄰磁體之間插入相斥型磁體的方法能夠增加斥力。
更詳細(xì)地說(shuō)，如果以多極結(jié)構(gòu)形成磁路，則在交叉的磁體之間發(fā)生泄漏磁場(chǎng)，利用這時(shí)的磁場(chǎng)梯度，能夠增大斥力。又，把多極磁體分離開(kāi)來(lái)，在分離的相鄰磁體之間插入相斥型的磁體，則磁場(chǎng)梯度發(fā)生變化，能夠進(jìn)一步增大斥力。
一旦有了磁場(chǎng)梯度，則磁場(chǎng)梯度產(chǎn)生的作用力表示為(式23)F=M(H／x)……(23)M為磁矩，dH／dx表示磁場(chǎng)梯度(又，由于在說(shuō)明書(shū)的文章中不能使用，所以在這里以d表示)。
利用多極交叉磁體組合產(chǎn)生的泄漏磁場(chǎng)控制磁通，借助于此，能夠使磁場(chǎng)梯度具有方向性，可以增大斥力。
本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，所以能夠得到下面所述的效果。
采用本發(fā)明中的權(quán)利要求1所述的發(fā)明，把相對(duì)于軛鐵的規(guī)定面在垂直方向上形成磁極的多極磁體以分離的狀態(tài)安裝，把在與多極磁體的磁極的方向不同的方向上形成磁極的單極磁體安裝在多極磁體的分離部分中間，因此能夠利用單極磁體的磁通控制多極磁體的磁通，利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的廉價(jià)磁路產(chǎn)生很大的斥力。
又，采用權(quán)利要求2或3所述的發(fā)明，在軛鐵的規(guī)定面上形成的凸部或在軛鐵的規(guī)定面上安裝的墊塊上配置單極磁體，在其兩側(cè)配置分離的多極磁體，因此，可以把磁體的尺寸做得小，可以提供廉價(jià)的磁路。
又，采用權(quán)利要求4所述的發(fā)明，在多極磁體的與軛鐵相反的一側(cè)的端面?zhèn)?，使多極磁體與單極磁體的相同磁極相對(duì)，因此能夠使進(jìn)一步增大斥力。
又，采用權(quán)利要求5所述的發(fā)明，多極磁體使用2極磁體，因此能夠以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的廉價(jià)磁體發(fā)生很大的斥力。
權(quán)利要求
1．一種磁路，其特征在于，把相對(duì)于軛鐵的規(guī)定面在垂直方向上形成磁極的多極磁體以分離的狀態(tài)安裝于所述軛鐵的規(guī)定面上，把在與所述多極磁體的磁極的方向不同的方向上形成磁極的單極磁體安裝在所述多極磁體的分離部分中間。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁路，其特征在于，在所述軛鐵的規(guī)定面上形成凸部，在該凸部上配置所述單極磁體，在所述凸部及所述單極磁體的兩側(cè)配置分離的所述多極磁體。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁路，其特征在于，在所述軛鐵的規(guī)定面上安裝墊塊，在該墊塊上配置所述單極磁體，在所述墊塊及單極磁體的兩側(cè)配置分離的所述多極磁體。
4．根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的磁路，其特征在于，在所述多極磁體的與所述軛鐵相反的一側(cè)的端面?zhèn)?，使所述多極磁體與所述單極磁體的相同磁極相對(duì)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的磁路，其特征在于，所述多極磁體使用2極磁體。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁路,目的在于構(gòu)成相斥型的磁彈簧,提供能夠得到更強(qiáng)的相斥力而且廉價(jià)的磁路。本發(fā)明的解決手段是,把相對(duì)于軛鐵6的規(guī)定面在垂直方向上形成磁極的多極磁體8以分離的狀態(tài)安裝于軛鐵6的規(guī)定面上,把在與多極磁體8的磁極的方向不同的方向上形成磁極的單極磁體10安裝在所述多極磁體8的分離部分中間。
文檔編號(hào)F16F6/00GK1279486SQ00119338
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期2000年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者小倉(cāng)由美, 榎芳美, 山根秀之, 我田茂樹(shù), 榎園正人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三角工具加工