專(zhuān)利名稱：：具有磁性彈簧的能量取出機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有多個(gè)永久磁鐵的磁性彈簧，更具體地，涉及一種能量取出機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用利用多個(gè)永久磁鐵的斥力的具有負(fù)的衰減特性的磁性彈簧。在上下機(jī)架之間插入材料進(jìn)行加壓成形加工的壓力機(jī)之類(lèi)的加壓機(jī)構(gòu)，早已存在有利用水壓或液壓的、利用機(jī)械性機(jī)構(gòu)的或同時(shí)使用兩種機(jī)構(gòu)的等各種機(jī)構(gòu)。此外，為了檢測(cè)某種結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)特性而使用的、人為地產(chǎn)生振動(dòng)的激振器，有電動(dòng)式的、不平衡質(zhì)量式及凸輪式的。但是，上述的加壓機(jī)構(gòu)及激振器均結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量重且價(jià)格高，所以，希望能有重量輕價(jià)廉的加壓機(jī)構(gòu)及激振器。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種利用具有負(fù)的衰減特性的磁性彈簧的能量取出機(jī)構(gòu)，通過(guò)有效利用磁場(chǎng)的位能，制成價(jià)廉且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的加壓機(jī)構(gòu)及激振器等。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案1所述的發(fā)明是一種能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，該能量取出機(jī)構(gòu)通過(guò)至少使兩個(gè)永久磁鐵以相斥磁極相對(duì)的狀態(tài)相互分離，并使上述至少兩個(gè)永久磁鐵的相對(duì)面積發(fā)生變化，來(lái)表示出負(fù)的衰減特性，或者，該能量取出機(jī)構(gòu)為，組成靜磁能變化的磁性彈簧，并通過(guò)向上述至少兩個(gè)永久磁鐵之一進(jìn)行輸入，而從另一永久磁鐵輸出能量。本發(fā)明技術(shù)方案2所述的能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，使上述一個(gè)永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，使上述另一永久磁鐵滑動(dòng)。本發(fā)明技術(shù)方案3所述的能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，對(duì)上述一個(gè)永久磁鐵加負(fù)荷使其增加位能，同時(shí)，在與上述另一永久磁鐵的平衡點(diǎn)處，以小的輸入使上述一個(gè)永久磁鐵振動(dòng)，從而使上述另一個(gè)永久磁鐵根據(jù)欲使其返回位能極小的位置的力、變換能量及慣性矩作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖1所示為在本發(fā)明的磁性彈簧中，兩永久磁鐵的輸入側(cè)和輸出側(cè)的平衡位置的模式圖。圖2所示為圖1所示磁性彈簧的基本特性曲線圖，給出了所施加負(fù)荷與永久磁鐵離開(kāi)平衡位置的位移量的關(guān)系。圖3所示為實(shí)際測(cè)出的負(fù)荷與位移量的關(guān)系的曲線圖。圖4所示為假定在永久磁鐵端面上磁荷均勻分布的加載模型中的輸入輸出考慮方法的模式圖，其中(a)為吸引，(b)為相斥，(c)為與(b)不同部位的相斥。圖5是使相同磁極相對(duì)的永久磁鐵中的一個(gè)相對(duì)另一個(gè)移動(dòng)(改變相對(duì)面積)時(shí)的模式圖。圖6是根據(jù)圖5計(jì)算出的X軸和Z軸方向負(fù)荷相對(duì)X軸移動(dòng)量的曲線圖。圖7所示為使圖5中的永久磁鐵保持一定分離距離的狀態(tài)下，使其中一個(gè)相對(duì)另一個(gè)從完全錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)移動(dòng)至完全重疊狀態(tài)，再?gòu)脑摖顟B(tài)移動(dòng)至完全錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)時(shí)的位移量與負(fù)荷關(guān)系的曲線圖。圖8是使相同磁極相對(duì)的永久磁鐵中的一個(gè)相對(duì)另一個(gè)旋轉(zhuǎn)(改變相對(duì)面積)時(shí)的模式圖。圖9所示為根據(jù)圖8使永久磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)與相對(duì)面積對(duì)應(yīng)的最大負(fù)荷的圖表。圖10所示為采用釹系磁鐵作為永久磁鐵時(shí)磁鐵間距離與負(fù)荷關(guān)系的曲線圖。圖11是通過(guò)改變永久磁鐵的相對(duì)面積來(lái)改變幾何學(xué)尺寸的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的立體圖。圖12是圖11所示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械模型。圖13所示為圖11所示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的輸入轉(zhuǎn)矩與輸出功關(guān)系的曲線圖。圖14所示為圖11所示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的輸入功與輸出功關(guān)系的曲線圖。圖15所示為圖11所示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的輸入負(fù)荷與輸出負(fù)荷關(guān)系的圖表。圖16是將圖11所示結(jié)構(gòu)更具體化的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的立體圖。圖17是通過(guò)使永久磁鐵的相對(duì)面積發(fā)生變化來(lái)改變幾何學(xué)尺寸的往復(fù)機(jī)構(gòu)的立體圖。圖18是通過(guò)使永久磁鐵旋轉(zhuǎn)來(lái)取出旋轉(zhuǎn)能的能量取出機(jī)構(gòu)的立體圖。圖19所示為在圖11所示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的滑動(dòng)永久磁鐵周?chē)渲镁€圈時(shí)的電磁感應(yīng)特性的圖表。圖20是將圖18所示構(gòu)成更具體化的能量取出機(jī)構(gòu)的立體圖。圖21是圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)主要部分剖視圖。圖22是在圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)安裝驅(qū)動(dòng)源時(shí)的主視圖。圖23是設(shè)于圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)的永久磁鐵的立體圖。圖24所示為在圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)中，設(shè)于下方的永久磁鐵與慣性輪的位置關(guān)系的俯視圖。圖25所示為在圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)中，相對(duì)兩個(gè)永久磁鐵位置關(guān)系的俯視圖。圖26是圖20所示能量取出機(jī)構(gòu)的變形例的主視圖。圖27是說(shuō)明磁性彈簧特性用的基本模型圖。圖28所示為本發(fā)明磁性彈簧結(jié)構(gòu)中的彈簧常數(shù)及系數(shù)相對(duì)時(shí)間變化的曲線圖。以下，參照本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。如果是具有相互分離且同極相對(duì)的至少兩個(gè)永久磁鐵的磁性彈簧結(jié)構(gòu)體，相互分離的永久磁鐵相互不接觸，故若忽略結(jié)構(gòu)體本身的摩擦損失等，則其靜態(tài)特性為非線性，與輸入時(shí)(往)在同一直線上被輸出(返)，并利用非接觸副特有的自由度和懸浮控制系統(tǒng)，以小的輸入使靜態(tài)磁場(chǎng)(磁鐵的配置)變化，從而容易產(chǎn)生負(fù)的衰減。本發(fā)明是著眼于該事實(shí)而完成的，利用運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)機(jī)構(gòu)或外力，使兩個(gè)永久磁鐵間的幾何學(xué)尺寸在輸入側(cè)(往)和輸出側(cè)(返)發(fā)生變化，在該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)變換成斥力，從而使兩個(gè)永久磁鐵離開(kāi)平衡位置的輸出側(cè)的斥力大于輸入側(cè)的斥力。以下說(shuō)明其基本原理。圖1是示出位于輸入側(cè)和輸出側(cè)的兩個(gè)永久磁鐵2、4的平衡位置的模式圖，圖2示出了磁性彈簧結(jié)構(gòu)體的基本特性，即，示出了對(duì)其中一個(gè)永久磁鐵施加的負(fù)荷與兩個(gè)永久磁鐵離開(kāi)平衡位置的位移量之間的關(guān)系。如圖1所示，若設(shè)永久磁鐵4相對(duì)永久磁鐵2的輸入側(cè)平衡位置及彈簧常數(shù)分別為x0、k1，輸出側(cè)平衡位置及彈簧常數(shù)分別為x1、k2，則在x0～x1之間進(jìn)行面積變換，在各平衡位置存在如下的關(guān)系-k1/x0+mg＝0-k2/x1+mg＝0k2＞k1因此，其靜態(tài)特性如圖2所示表示出負(fù)的衰減特性，位置x1和位置x0處的位能之差可以認(rèn)為是激振的位能。另外，當(dāng)制成圖1所示的模型并改變施加負(fù)荷的時(shí)間，對(duì)負(fù)荷與位移量的關(guān)系進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，獲得如圖3所示的曲線圖。這可以解釋為，一旦兩個(gè)永久磁鐵2、4靠近最接近位置，即有很大的斥力起作用，而若離開(kāi)平衡位置的位移量發(fā)生微小的變化，就會(huì)因磁性彈簧的阻尼效應(yīng)而發(fā)生摩擦損失，因此而出現(xiàn)衰減項(xiàng)。在圖3中，(a)是施加一定負(fù)荷時(shí)的曲線，并按(a)、(b)、(c)的次序，使施加負(fù)荷的時(shí)間變短。即，由于負(fù)荷的施加方式不同，靜態(tài)特性也不同，施加負(fù)荷的時(shí)間越長(zhǎng)，沖量越大。此外，稀土類(lèi)磁鐵磁化的強(qiáng)度不依賴于磁場(chǎng)。即，內(nèi)部磁矩不容易受到磁場(chǎng)的影響，所以在消磁曲線上，磁化強(qiáng)度幾乎不發(fā)生變化，基本保持其飽和磁化強(qiáng)度的值。因此，稀土類(lèi)磁鐵可以考慮使用假定端面上磁荷均勻分布的加載模型進(jìn)行輸入輸出。圖4示出了該想法，磁鐵定義為最小單位磁鐵的集合，并將各單位磁鐵間的力的關(guān)系分為三類(lèi)進(jìn)行計(jì)算而得出。(a)吸引(r、m均相同，故用一個(gè)定義兩種類(lèi)型)f(1)＝(m2/r2)dx1dy1dx2dy2fx(1)＝f(1)cosθf(wàn)z(1)＝f(1)sinθ(b)相斥fx(2)＝f(2)cosθf(wàn)z(2)＝f(2)sinθ(c)相斥fx(3)＝f(3)cosθf(wàn)z(3)＝f(3)sinθ因此，-fx＝2fx(1)-fx(2)-fx(3)-fz＝2fz(1)-fz(2)-fz(3)因?yàn)樵诖?，?kù)侖定律可如下表示F＝k(q1q2/r2)q＝MS其中，r距離，q1、q2磁荷，M(m)磁化強(qiáng)度，S面積對(duì)上述-fx和-fz在磁鐵的尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行積分，可求出力。將此如圖5所示，使對(duì)置的磁鐵從各磁隙完全重疊的狀態(tài)(x軸移動(dòng)量＝0mm)移動(dòng)至完全錯(cuò)開(kāi)的狀態(tài)(x軸移動(dòng)量＝50mm)，示出這樣移動(dòng)后計(jì)算結(jié)果的是圖6。只是，雖然定義為“內(nèi)部磁矩一定”，但當(dāng)磁隙小時(shí)，磁鐵周邊會(huì)產(chǎn)生散亂，故進(jìn)行了修正。上述計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)定值也基本一致，x方向負(fù)荷是使從圖2的點(diǎn)a移動(dòng)至b的力，輸出則用z方向負(fù)荷表示，不穩(wěn)定系統(tǒng)導(dǎo)致的輸入＜輸出的關(guān)系從靜態(tài)已經(jīng)得到證明。此外，圖7所示的曲線圖示出的是當(dāng)圖5所示磁鐵間的分離距離保持為3mm，使其從完全錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)移動(dòng)至完全重疊狀態(tài)，再?gòu)脑摖顟B(tài)移動(dòng)至完全錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)時(shí)的關(guān)系。該曲線所示的是x方向負(fù)荷的絕對(duì)值相同且輸出方向相反時(shí)出現(xiàn)的特性，表明當(dāng)接近完全重疊狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)阻力即衰減，而從完全重疊狀態(tài)變?yōu)橥耆e(cuò)開(kāi)狀態(tài)時(shí)被加速。將該特性利用于非接觸式減振器，就可能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有減振器實(shí)現(xiàn)不了的、使人能認(rèn)可的低、中、高頻區(qū)(0-50Hz)振動(dòng)能量的降低，即，能夠改善振動(dòng)傳導(dǎo)率。又如圖8所示，若使對(duì)置磁鐵的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，即可獲得如圖9所示的圖表。當(dāng)然，當(dāng)對(duì)置面積減少時(shí)，最大負(fù)荷也減少，表明通過(guò)給予一定的輸入使面積變換，能使輸出發(fā)生變化。圖10是示出采用釹系磁鐵作為永久磁鐵時(shí)的磁鐵間距離與負(fù)荷之關(guān)系的圖表，斥力隨著質(zhì)量的增加而增加。在此，斥力F表示為F∝Br2×(幾何學(xué)尺寸)Br磁化強(qiáng)度所謂幾何學(xué)尺寸，指的是由對(duì)置磁鐵的分離距離、對(duì)置面積、磁通密度及磁場(chǎng)強(qiáng)度等決定的尺寸。磁鐵材料相同時(shí)，磁化強(qiáng)度(Br)也一定，故通過(guò)改變幾何學(xué)尺寸可以改變磁鐵的斥力。圖11示出的是使永久磁鐵2、4之一相對(duì)另一永久磁鐵旋轉(zhuǎn)而使對(duì)置面積變化，從而改變幾何學(xué)尺寸的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，圖12是其機(jī)構(gòu)模型。如圖11所示，永久磁鐵2可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在基座6上，直線滑動(dòng)導(dǎo)軌8固定在基座6上，并豎立設(shè)置在上方。直線滑動(dòng)導(dǎo)軌8上安裝著可上下自由移動(dòng)的L型角塊10，在L型角塊10的上面固定著加載塊12。此外，在L型角塊10的下側(cè)面上固定著與永久磁鐵2呈相同(相斥)磁極對(duì)置狀態(tài)的永久磁鐵4。在上述結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，用49mmL×25mmW×11mmH的永久磁鐵(商品名為NEOMAX-39SH)作為永久磁鐵2、4，并使用6.5kg的加載塊12(包括L型角塊和永久磁鐵4的合計(jì)重量約為7.33kg)，對(duì)永久磁鐵2施加轉(zhuǎn)矩，獲得如下結(jié)果表1</tables>在此，X表示從圖11的狀態(tài)即永久磁鐵2、4的對(duì)置面積最小的狀態(tài)起的旋轉(zhuǎn)角度，F(xiàn)表示施加于與永久磁鐵2中心沿長(zhǎng)度方向的距離為r的位置處的負(fù)荷，Z表示永久磁鐵2、4離開(kāi)平衡位置(G＝7.5mm)的位移。另外，圖13和圖14示出了上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性。從該兩圖可知，到X＝30°為止，應(yīng)輸入轉(zhuǎn)矩迅速增大，一超過(guò)X＝30°，轉(zhuǎn)矩就漸漸減小，在X＝0°時(shí)，F(xiàn)＝0，同時(shí)，利用磁性彈簧具有的負(fù)的衰減特性，或者，通過(guò)使靜磁能發(fā)生變化，能以小的輸入功引出大的輸出功。又，輸入功和輸出功可從下式導(dǎo)出。N(轉(zhuǎn)矩)＝rFP＝mvP永久磁鐵4的動(dòng)量F＝dP/dtL永久磁鐵2的角動(dòng)量N＝dL/dt此外，圖15所示的圖表示出了尺寸為50mmL×25mmW×10mmH的兩個(gè)永久磁鐵在相同磁極相對(duì)的狀態(tài)下，其中一個(gè)相對(duì)另一個(gè)從0°(50％重疊)轉(zhuǎn)動(dòng)至90°(100％重疊)時(shí)的輸入負(fù)荷與輸出負(fù)荷的關(guān)系。從圖15的圖表可知，通過(guò)改變磁場(chǎng)的位能，能以小的輸入獲得大的輸出。因此，圖11所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不僅能應(yīng)用于垂直方向的激振器，而且通過(guò)使加載塊12水平滑動(dòng)，也能應(yīng)用于水平方向的激振器。另外，若將加載塊12用作壓頭，圖11所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能應(yīng)用于向上的壓力機(jī)。圖16是將圖11所示結(jié)構(gòu)更具體化的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在基座6上的永久磁鐵2的轉(zhuǎn)軸2a上安裝有大齒輪14，另一方面，與大齒輪14嚙合的小齒輪16安裝在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18的轉(zhuǎn)軸18a上。在該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，一旦小齒輪16因驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)18的旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)時(shí)，大齒輪14和永久磁鐵2作為一個(gè)整體以小于小齒輪16的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果，在兩個(gè)永久磁鐵2、4之間進(jìn)行了面積變換，永久磁鐵4沿著直動(dòng)滑尺8作上下滑動(dòng)。在此，使小齒輪16旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是小轉(zhuǎn)矩的即可，故如上所述，能用小的輸入功引出大的輸出功。圖17示出了通過(guò)使永久磁鐵2相對(duì)永久磁鐵4滑動(dòng)來(lái)進(jìn)行面積變換的往復(fù)機(jī)構(gòu)。更詳細(xì)地說(shuō)，永久磁鐵2例如連接在VCM(音圈電動(dòng)機(jī))之類(lèi)的驅(qū)動(dòng)源20的驅(qū)動(dòng)軸20a上，受到驅(qū)動(dòng)源20的驅(qū)動(dòng)力，在固定于基座6的直線滑動(dòng)導(dǎo)軌22之上，沿著圖中的箭頭方向滑動(dòng)。一旦永久磁鐵2作滑動(dòng)，在相斥磁極相對(duì)的永久磁鐵2與4之間發(fā)生面積變換，永久磁鐵4沿著直線滑動(dòng)導(dǎo)軌8在上下方向滑動(dòng)，因此而與圖16的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一樣，能以小的輸入功引出大的輸出功。另外，在圖11所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，若將永久磁鐵4設(shè)定為輸入側(cè)，將永久磁鐵2設(shè)定為輸出側(cè)，就能將上下振幅作為旋轉(zhuǎn)能量取出。具體是，將永久磁鐵4通過(guò)例如凸輪機(jī)構(gòu)等與驅(qū)動(dòng)源連接，向凸輪機(jī)構(gòu)施加規(guī)定頻率的輸入，永久磁鐵4即反復(fù)作上下振動(dòng)。其結(jié)果，永久磁鐵2旋轉(zhuǎn)，例如使線圈與永久磁鐵2一起旋轉(zhuǎn)，就能引起電磁感應(yīng)。即，若對(duì)永久磁鐵4施加負(fù)荷并給予位能，同時(shí)，在與永久磁鐵2的平衡點(diǎn)處，以小的輸入使永久磁鐵4振動(dòng)，永久磁鐵2即由于欲返回其位能極小位置的力、變換(運(yùn)動(dòng))能量及慣性矩而連續(xù)旋轉(zhuǎn)。又，上述一定的頻率取決于磁力強(qiáng)度，輸入能量的大小與附加負(fù)荷(加載塊12)的大小成反比，通過(guò)對(duì)永久磁鐵4施加振動(dòng)輸入，能以較小的輸入使永久磁鐵2高速旋轉(zhuǎn)，例如能應(yīng)用于發(fā)電機(jī)等。圖18示出的一種旋轉(zhuǎn)能量取出機(jī)構(gòu)，在基座6上安裝著可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵2，同時(shí)，固定著永久磁鐵4的L型角塊10連接在例如VCM等的驅(qū)動(dòng)源24的驅(qū)動(dòng)軸24a上。在該旋轉(zhuǎn)能量取出機(jī)構(gòu)中，若L型角塊10和永久磁鐵4作為一個(gè)整體因驅(qū)動(dòng)源24的驅(qū)動(dòng)力而沿著直線滑動(dòng)導(dǎo)軌8以一定周期上下滑動(dòng)，與永久磁鐵4以相斥磁極相對(duì)的永久磁鐵2即高速旋轉(zhuǎn)，能取出旋轉(zhuǎn)能量。在此，將與圖15所用的相同的永久磁鐵用作反復(fù)上下振動(dòng)的永久磁鐵4，在其周?chē)O(shè)置線圈后測(cè)定產(chǎn)生的電流，獲得圖19所示的圖表。使用的線圈是截面積為1mm2的繞了50圈的線圈，永久磁鐵4的移動(dòng)速度設(shè)定為100mm/分、500mm/分、1000mm/分。從該圖表可知，電流值大致與永久磁鐵4的移動(dòng)速度成比例地增大，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定輸入的大小，能獲得所希望的輸出(電流值)。圖20至圖22是將圖18的旋轉(zhuǎn)能量取出機(jī)構(gòu)更具體化的圖，具有大致矩形的下層板30、與下層板30有一定距離且相互平行地設(shè)置的大致矩形的上層板32，以及固定下層板30和上層板32的兩個(gè)矩形框架34、34。在下層板30與上層板32的相應(yīng)四個(gè)角，設(shè)置有4根垂直方向的支柱36、……36，在該垂直支柱36……36上，安裝著可在上下方向自由滑動(dòng)的磁懸浮臺(tái)38。磁懸浮臺(tái)38與固定于上層板32的例如VCM之類(lèi)的驅(qū)動(dòng)源39的驅(qū)動(dòng)軸39a連接，利用驅(qū)動(dòng)源39的驅(qū)動(dòng)力，磁懸浮臺(tái)38向上下方向作往復(fù)移動(dòng)。另一方面，下層板30上固定著基座40，該基座40上安裝著可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的一對(duì)慣性輪42、42。在慣性輪42、42的一側(cè)通過(guò)樞軸連接著連接軸44的一端，而連接軸44的另一端通過(guò)樞軸與安裝在基座40上的可自由滑動(dòng)的滑塊46相連。此外，與慣性輪42、42一體旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)狀永久磁鐵48設(shè)置在慣性輪42、42的上方，與永久磁鐵48相斥磁極相對(duì)的圓盤(pán)狀永久磁鐵50固定在磁懸浮臺(tái)38的下側(cè)面上。如圖23所示，永久磁鐵48、50分別形成有圓形空心部48a、50a，圓形空心部48a、50a的中心相對(duì)圓盤(pán)狀永久磁鐵48、50的中心偏心配置。圖24及圖25是分別示出兩個(gè)永久磁鐵48、50的磁通為最大的位置及慣性輪42、42的慣性力為最大的位置的圖，安裝在磁懸浮臺(tái)38的永久磁鐵50位于下死點(diǎn)(最下點(diǎn))，處于與下方永久磁鐵48最接近的狀態(tài)。若下方的永久磁鐵48從該狀態(tài)向圖中箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)180度，則上方的永久磁鐵50到達(dá)上死點(diǎn)，若再轉(zhuǎn)動(dòng)約90度，即到達(dá)變異點(diǎn)，但由于慣性輪42、42的旋轉(zhuǎn)慣性，使下方的永久磁鐵48向著同一方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于上述結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)永久磁鐵48、50的平衡點(diǎn)處，一旦來(lái)自驅(qū)動(dòng)源39的驅(qū)動(dòng)力被傳遞給磁懸浮臺(tái)38，磁懸浮臺(tái)38和永久磁鐵50即作為一個(gè)整體以一定周期向上下方向作往復(fù)移動(dòng)(振動(dòng))。設(shè)于下方的可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵48相對(duì)永久磁鐵50是相斥磁極相對(duì)著的，所以，由于欲使其返回位能極小位置的力、其變換能量及慣性輪42、42的慣性力而作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。即，通過(guò)對(duì)永久磁鐵50施加較小的振動(dòng)輸入，能使永久磁鐵48高速旋轉(zhuǎn)，能取出旋轉(zhuǎn)能量。圖26示出的能量取出機(jī)構(gòu)是在圖20所示結(jié)構(gòu)中，在磁懸浮臺(tái)38之上放置加載塊52，并在滑塊46上連接VCM之類(lèi)的驅(qū)動(dòng)源54。在該結(jié)構(gòu)中，若對(duì)滑塊46施加來(lái)自驅(qū)動(dòng)源54的驅(qū)動(dòng)力，則通過(guò)連接軸44，慣性輪42、42及永久磁鐵48以一定周期成一體地旋轉(zhuǎn)。于是，通過(guò)對(duì)置的兩個(gè)永久磁鐵48、50的面積變換，驅(qū)動(dòng)源54的輸入能量變換成加載塊52的位能并被放大。利用兩個(gè)永久磁鐵48、50，位能進(jìn)一步變換成轉(zhuǎn)矩(旋轉(zhuǎn)能量)，作為慣性輪42、42的慣性力被存儲(chǔ)起來(lái)，所以能將該積存著的能量作為旋轉(zhuǎn)能量取出。接著對(duì)圖27所示的簡(jiǎn)化后的基本模型用狀態(tài)方程式說(shuō)明上述磁性彈簧的動(dòng)態(tài)特性。圖27的輸入F是由于永久磁鐵的面積變換等幾何學(xué)尺寸變化導(dǎo)致的力。在圖12中，若設(shè)彈簧常數(shù)為k，設(shè)衰減系數(shù)為r，設(shè)輸入質(zhì)量m的簡(jiǎn)諧振動(dòng)為F(t)，則其狀態(tài)方程式為可表達(dá)如下mx··+rx·-kx+mg=F(t)---(1)]]>在此，若設(shè)平衡位置為x0，離開(kāi)平衡位置的位移為y，則-kx0+mg=0,]]>x0=kmg]]>x＝x0+yx·=y·]]>x＝y(tǒng)=kx0-kx02y]]>mx··+rx·-kx+mg=my··+ry·-kx0+y+mg]]>=my··+ry·-kx0+kx02y+kx0]]>=my··+ry·+kx02y]]>若設(shè)k/x02＝k’，則my-+ry·+k′y=F(t)]]>設(shè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)為F(t)＝Feiωt，且y＝xeiωt，則y·=iωxeiωt]]>y＝i2ω2xeiωt-mω2xeiωt+riωxeiωt+k＇xeiωt＝Feiωt(-mω2x+Iiωx+k＇x)eiωt＝Feiωtx(k＇-mω2+Iiω)＝Fx=Fk′-mω2+riω]]>=F(k′-mω2-riω)(k′-mω2+riω)(k′-mω2-riω)]]>=F(k′-mω2)2+(rω)2[k′-mω2(k′-mω2)2+(rω)2-irω(k′-mω2)2+(rω)2]]]>=F(k′-mω2)2+(rω)2(cosφ-isinφ)]]>=F(k′-mω2)2+(rω)2e-iφ]]>y=xeiωt=F(k′-mω2)2+(rω)2ei(ωt-φ)]]>=Fk′2[1-(ωω0)2]2+(2ρωω0)2ei(ωt-φ)]]>式中，φ為相位滯后。ρ=r/2mk′]]>ω02=k′m=kmx02=km(mgk)2=mkg2]]>因此，諧振頻率ω0為ω0∝mk]]>在此，式(2)還可表達(dá)為如下kx=kx0+y=kx0(1+yx0)=kx0(11+yx0)]]>=kx0{1-yx0+(yx0)2-(yx0)3+···(-1)n(yx0)n+···}]]>mx··+rx·-kx+mg=my··+ry·+kx0-kx0{1-yx0+(yx0)2-(yx0)3+···}]]>=my-+ry·+kx0{yx0-(yx0)2+(yx0)3-···}]]>若將y換成x，并考慮到3次方的項(xiàng)為止，則mx-+rx·+kx02x-kx03x2+kx04x3=F(t)]]>mx··+rx·+ax-bx2+cx3=F(t)---(3)]]>a=kx02=(mgk)2k=(mg)2k]]>b=kx03=(mgk)3k=(mg)3k2]]>c=kx04=(mgk)4k=(mg)4k3]]>在式(3)中，2次方項(xiàng)表達(dá)為-bx2這樣的衰減項(xiàng)，若將式(3)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，則mx-+rx·+ax-bx2=F(t)]]>式中，若設(shè)x＝x0cosωt，則x2=x02cos2ωt=x02(1-sin2ωt)]]>=x02(1-1-cos2ωt2)=x02(1+cos2ωt2)]]>=x022]]>mx··+rx·+ax-bx022=F(t)]]>mx··+rx·+ax=F(t)+b2x02]]>即，在微小振動(dòng)區(qū)域，對(duì)周期性外力不斷施加一定的斥力((b/2)x02)，則因該力使周期性外力衰減。然而在上述式(1)中，若利用運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)機(jī)構(gòu)或外力使對(duì)置的永久磁鐵間幾何學(xué)尺寸發(fā)生變化，則彈簧常數(shù)k如圖28所示，是隨時(shí)間變化的矩形波k(t)，在周期T＝2π/ω內(nèi)，+k’與-k’的值每1/2個(gè)周期交替出現(xiàn)。因此，式(1)可表達(dá)如下mx··+rx·+mg-k(t)x=F(t)---(4)]]>(i)當(dāng)0＜t＜π/ω時(shí)mx-+rx·+mg-n-k′x=F(t)]]>(ii)當(dāng)π/ω≤t＜2π/ω時(shí)mx··+rx·+mg-n+k′x=F(t)]]>在此，若設(shè)0＜t＜π/ω時(shí)的平衡位置為x0，離開(kāi)平衡位置的位移為y1則-n-k′x0+mg=0,]]>x0=n-k′mg]]>x＝x0+y1x·=y1·]]>x··=y1··]]>=n-k′x0-n-k′x02y1]]>mx··+rx·-n-k′x+mg=my1··+ry1·-n-k′x0+y1+mg]]>=my1-+ry1·-n-k′x0+n-k′x02y1+n-k′x0]]>=my1··+ry1·+n-k′x02y1]]>式中，若設(shè)(n-k’)/x02＝k1’，則my1··+ry1·+k1,y1=F(t),]]>若設(shè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)為F(t)＝Feiωt，且y1＝xeiωt，則y1·=iωxeiωt]]>y1··=i2ω2xeiωt]]>-mω2xeiωt+riωxeiωt+k1′xeiωt=Feiωt]]>(-mω2x+riωx+k1′x)eiωt=Feiωt]]>x(k1′-mω2+riω)=F]]>x=Fk1′-mω2+riω]]>=F(k1′-mω2-riω)(k1′-mω2+riω)(k1′-mω2-riω)]]>=F(k1′-mω2)2+(rω)2[k1′-mω2(k1′-mω2)2+(rω)2-irω(k1′-mω2)2+(rω)2]]]>=F(k1′-mω2)2+(rω)2(cosφ-isinφ)]]>=F(k1′-mω2)2+(rω)2e-iφ]]>y1=xeiωt=F(k1′-mω2)2+(rω)2ei(ωt-φ)]]>=Fk1′2[1-(ωω0)2]2+(2ρωω0)2ei(ωt-φ)]]>式中，φ表示相位滯后。ρ=r/2mk1′]]>ω02=k1′m=n-k′mx02=n-k′m(mgn-k′)2=mn-k′g2]]>因此，諧振頻率ω0為ω0∝mn-k′]]>同樣地，當(dāng)π/ω≤t＜2π/ω時(shí)，y2=Fk2′2[1-(ωω0)2]2+(2ρωω0)2ei(ωt-φ)]]>k2′=n+k′x12]]>ρ=r2mn+k′x12]]>因此，當(dāng)y1＜y2時(shí)發(fā)散。一般情況下，自激振動(dòng)系統(tǒng)能與具有負(fù)的粘性衰減的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)置換，在振動(dòng)中能從外部引入振動(dòng)能量，但實(shí)際產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生空氣阻力及各種阻力，使能量消失。然而，若對(duì)本發(fā)明的具有負(fù)的衰減特性的磁性彈簧將振動(dòng)能量作為外力引入，則如上所述，當(dāng)y1＜y2時(shí)發(fā)散，發(fā)散繼續(xù)下去，振幅逐漸增大，系統(tǒng)被破壞，或者，隨著位移的增大而增大的衰減項(xiàng)被追加到上述狀態(tài)方程式，于是正的衰減起作用，并與負(fù)的衰減取得平衡，在此狀態(tài)下作穩(wěn)定振動(dòng)。即，與彈簧常數(shù)k(t)一樣，衰減系數(shù)也可變，式(1)也可以再改寫(xiě)成如下式子mx··+r(x)x·+mg-k(t)x=F(t)---(5)]]>本發(fā)明的具有磁性彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)，在振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部存在引發(fā)持續(xù)振動(dòng)、發(fā)散振動(dòng)的能量變化及變換系統(tǒng)，在上述狀態(tài)方程式里機(jī)理性加入正的衰減項(xiàng)，便能獲得如下的狀態(tài)方程式mx··+(r2x2-r)x·+mg-k(t)x=F(t)---(6)]]>該狀態(tài)方程式在r2≠0時(shí)，若x增大則左邊3項(xiàng)增大，且由于彈簧項(xiàng)的衰減項(xiàng)，正的衰減起作用。因此，作為永久磁鐵的內(nèi)部勵(lì)振特性，位移小時(shí)是負(fù)的衰減，而隨著位移的增大，正的衰減起作用，正與負(fù)的衰減平衡的振幅下，振動(dòng)變?yōu)榉€(wěn)定。此外，振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量、衰減系數(shù)及彈簧常數(shù)中的一項(xiàng)以上的大小隨時(shí)間而變化時(shí)，由此而產(chǎn)生的振動(dòng)稱為系數(shù)勵(lì)振振動(dòng)，上述式(4)、(5)、(6)是勵(lì)振源本身振動(dòng)的系數(shù)勵(lì)振振動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)的非振動(dòng)性能量在系統(tǒng)內(nèi)部變換成振動(dòng)性勵(lì)振，使振動(dòng)發(fā)生。一般情況下，供給的能量是動(dòng)能的一部分變換成的，所以，若動(dòng)能有上限，供給能量也有限，在其不再等于消耗能量的時(shí)刻，振幅受到抑制。永久磁鐵的位能與其系統(tǒng)的動(dòng)能是獨(dú)立的，能加大與消耗能量的差別，若永久磁鐵單位質(zhì)量的最大能積增大，還能進(jìn)一步大幅度加大其差別，通過(guò)在一個(gè)周期中，使負(fù)的衰減導(dǎo)致的供給能量大于衰減引起的消耗能量，從而使振動(dòng)能量增大。如上所述，在式(1)中，衰減系數(shù)r及彈簧常數(shù)k能自由控制，例如在圖1的模式圖中，當(dāng)永久磁鐵4位于最下端時(shí)，通過(guò)使與永久磁鐵2相對(duì)面積為最大，能衰減振幅，能應(yīng)用于磁力制動(dòng)器及動(dòng)力減振器等。此外，通過(guò)使永久磁鐵4從最下端向著最上端離開(kāi)并使相對(duì)面積最大，能增大斥力，所以，也能應(yīng)用于發(fā)電機(jī)及放大器等。本發(fā)明因?yàn)椴捎萌缟纤鰳?gòu)成，所以有如下所述的效果。若采用本發(fā)明技術(shù)方案1所述的發(fā)明，通過(guò)使對(duì)置的至少兩個(gè)永久磁鐵的相對(duì)面積發(fā)生變化來(lái)顯示出負(fù)的衰減特性，或者，組成靜磁能變化的磁性彈簧，通過(guò)向其中一個(gè)輸入而從另一個(gè)永久磁鐵取出輸出，就能制成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的能量取出機(jī)構(gòu)。若采用本發(fā)明技術(shù)方案2所述的發(fā)明，通過(guò)使其中一個(gè)永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，使另一個(gè)永久磁鐵滑動(dòng)，能低成本地制成壓力機(jī)、激振器等。此外，若采用技術(shù)方案3所述的發(fā)明，使一個(gè)永久磁鐵增加位能，同時(shí)在與另一個(gè)永久磁鐵平衡點(diǎn)處用小的輸入使所述一個(gè)永久磁鐵振動(dòng)，從而使另一個(gè)永久磁鐵連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以，利用該連續(xù)旋轉(zhuǎn)能引起電磁感應(yīng)，能應(yīng)用于發(fā)電機(jī)等。權(quán)利要求1.一種具有磁性彈簧的能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，該能量取出機(jī)構(gòu)通過(guò)至少使兩個(gè)永久磁鐵以相斥磁極相對(duì)的狀態(tài)相互分離配置，并使上述至少兩個(gè)永久磁鐵的相對(duì)面積發(fā)生變化來(lái)表示出負(fù)的衰減特性，或者，該能量取出機(jī)構(gòu)為，組成靜磁能變化的磁性彈簧，并通過(guò)向上述至少兩個(gè)永久磁鐵之一進(jìn)行輸入，而從另一永久磁鐵輸出能量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，使上述一個(gè)永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，使上述另一永久磁鐵滑動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量取出機(jī)構(gòu)，其特征在于，對(duì)上述一個(gè)永久磁鐵施加負(fù)荷使其增加位能，同時(shí)，在與上述另一永久磁鐵的平衡點(diǎn)處，以小的輸入使上述一個(gè)永久磁鐵振動(dòng)，從而使上述另一個(gè)永久磁鐵根據(jù)欲使其返回位能變?yōu)闃O小位置的力、變換能量及慣性力矩作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。全文摘要本發(fā)明提供一種應(yīng)用了具有負(fù)的衰減特性的磁性彈簧的能量取出機(jī)構(gòu),通過(guò)有效利用磁場(chǎng)位能,提供價(jià)廉且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的加壓機(jī)構(gòu)及激振器等。解決方法為,使至少兩個(gè)永久磁鐵2、4在相斥磁極相對(duì)的狀態(tài)下分離配置,通過(guò)改變其相對(duì)面積來(lái)顯示負(fù)的衰減特性,或組成靜磁能變化的磁性彈簧。此外,其構(gòu)成能通過(guò)向?qū)χ玫挠谰么盆F2、4之一輸入,而從另一永久磁鐵輸出能量。文檔編號(hào)F16F15/03GK1199830SQ9810595公開(kāi)日1998年11月25日申請(qǐng)日期1998年3月30日優(yōu)先權(quán)日1997年5月16日發(fā)明者藤田悅則,榎芳美,中平宏,川崎誠(chéng)司申請(qǐng)人:株式會(huì)社三角工具加工