專利名稱：：磁體陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及磁體陣列，其能夠提供期望的磁場圖案，從而允許最優(yōu)化地利用磁體中所含的磁能，諸如在與具有有限鐵磁特性的工件相互作用時，該有限的鐵磁特性例如是由材料厚度的不足或其材料類型引起的。
背景技術(shù)：
：和現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明開始時是在磁起重設(shè)備的環(huán)境中構(gòu)想的，但是從下面的描述中顯而易見的是其具有超出用于提升鐵磁材料的設(shè)備和工件夾具的應(yīng)用。本發(fā)明的研發(fā)是在永磁體的環(huán)境中實現(xiàn)的，但是基礎(chǔ)原理也被認(rèn)為可轉(zhuǎn)換到采用電磁體的磁體陣列。磁力起重機是通用的材料裝卸設(shè)備，其使用磁力將一個或多個鐵質(zhì)工件附加到設(shè)備的接觸面，這些工件從小捆的桿件或碎料到大的重塊或鐵磁材料板，從而使工件能夠在被設(shè)備緊固地夾持時從一個地方運輸?shù)狡渌胤?。磁力起重機可以利用電磁體，其可供調(diào)節(jié)磁場以及由此的在起重設(shè)備的接觸面施加到工件上的拉力之用；磁力起重機也可以采用永磁體，其被保持在殼體內(nèi)的可移動轉(zhuǎn)子內(nèi)(或者其它支承結(jié)構(gòu))以便于選擇性地與鄰近(或設(shè)置在)設(shè)備的工件接觸面的無源極靴相互作用，即，該接觸面可被設(shè)計成用作磁體的無源極靴，從而避免磁體和工件之間的直接接觸，以防止磁體的環(huán)境污染或?qū)⒐ぜc磁體分離的操作困難?，F(xiàn)代的永磁起重機一般利用通常產(chǎn)生高強度磁場的永磁體。冶金和磁技術(shù)在過去幾十年的進(jìn)步已經(jīng)導(dǎo)致具有空前能量的磁性材料存在一最為著名的是"稀土"磁體，其中的一些具有其自身重量100倍的拉伸強度。它們不會顯著地遭受到"傳統(tǒng)的"永磁體常會經(jīng)受的由于暴露于中等的外部磁影響或者由于永磁銜鐵的去除所引起的諸如磁力隨著時間而退化或突然失去的問題。于是，自重小且提升能力從100至2000千克的永磁起重機被引入市場。允許手動活化和去活起重機的永磁體起重設(shè)備的示例有由意大利泰磁(Tecnomagnete)公司基于其RD模塊、SMH模塊、和MaxX以及MaxXTG系列制造并銷售的永磁體起重機。在美國專利3,452,310(Israelson)中公開了一種用作起重機的可關(guān)閉(turn-off)永磁體。在該永磁體中，一堆瓷片磁體(提供第一N-S偶極子結(jié)構(gòu))被夾持在矩形的板狀極靴的上端和之間，在其下部自由端設(shè)置有用于附加到鐵磁性工件的工作氣隙。由一堆瓷片磁體(提供第二N-S偶極子結(jié)構(gòu))構(gòu)成且在堆的各個端部具有弓形極靴的電樞被可轉(zhuǎn)動地保持在板狀極靴之間限定的圓柱區(qū)域內(nèi)，并且延伸進(jìn)板狀極靴，籍此電樞的轉(zhuǎn)動位置將增強極靴工作面的磁場(即，與第一偶極子結(jié)構(gòu)施加到極靴的N極和S極一致的電樞的N極和S極)或者通過設(shè)置偶極子結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)部閉合磁回路來有效地分路上部磁體堆的磁場。美國專利4,314,219(Haraguchi)描述了有些近似的內(nèi)容，其中多個由堆疊的板狀永磁體構(gòu)成的可轉(zhuǎn)動電樞在多個(可磁化)無源磁極之間限定的圓柱腔內(nèi)被設(shè)置成一個陣列，這些無源磁極裝在外部的非磁性殼體內(nèi)。此處，電樞的轉(zhuǎn)動位置同樣將指示極靴的磁化狀態(tài)，當(dāng)極靴工作面與工件鄰接時，該極靴被用于提供外部磁通路。這些類型的起重機在其活化狀態(tài)下通常產(chǎn)生固定的磁化力，該磁化力與具體設(shè)計的磁化長度直接相關(guān)。磁化長度被定義為中間容納一定體積的活性磁性材料的極靴的間距，即偶極子磁體的相反極性端面間的長度。磁能的輸出依賴于活性磁性材料的量以及其類型，因而其基本是固定值。然而，在工作負(fù)載無法吸收磁體提供的全部磁能時，對所附加物的拉力減小。剩余的磁能將自己呈現(xiàn)為與雜散磁場相關(guān)的磁泄漏。盡管與承載能力相關(guān)的因素在現(xiàn)有的設(shè)備中基本上被較好地解決，但是仍然存在問題。在磁體起重機應(yīng)用中存在的一個特別的問題是其中必需從一堆金屬板中提升單塊金屬板?，F(xiàn)有的設(shè)備主要配置其起重能力并且使其具有能夠平面附加于堆中最上面金屬板的接觸面。然而，該種起重機不能以分立方式從堆中提升單塊金屬板，除非堆中最上面的板和接下來的板之間的氣隙保持足夠的高度，或者選擇用于"開關(guān)"設(shè)備的永磁體的相對位置處在"中間"狀態(tài)，在該狀態(tài)下在與工件相配合的極靴面上可用的磁通密度減小，并伴隨由此所致的磁拉力的減小。當(dāng)電流減小以使板分離以避免磁場磁導(dǎo)進(jìn)鄰接的板時，同樣的因素適用于電磁起重機。在永磁起重機的情況下，當(dāng)與永磁體相接觸的極靴的工作面與最上面的金屬板相接觸時，產(chǎn)生了閉合的或有負(fù)載的磁路。除非金屬板材料的(磁化)磁導(dǎo)率和板的厚度使得所生成的(外部)磁通路完全被限制在上面板內(nèi)，并且沒有泄漏(即，包括磁體、極靴和僅上面板的目標(biāo)磁路外部的磁通路)流進(jìn)鄰接的下塊板，起重設(shè)備將有提升磁性附加到一起的數(shù)塊板的趨勢，所能附加的板的數(shù)量由最大起重能力和磁體磁場到堆疊板的磁導(dǎo)率確定。換言之，如果最上面的金屬板不能帶有磁體提供的全部磁通，則最上面的板將發(fā)生磁通過飽和，并且磁場將延伸過最上面板的厚度進(jìn)入接下來的板直到放置在最下面的板不再存在飽和之處；起作用的磁化力將一起磁性夾持若干塊板以由起重設(shè)備提升。在美國專利申請公開US2005/0269827Al中描述了一種解決單塊板提升問題的典型方法。該文獻(xiàn)描述了一種永磁起重系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多個淺磁場設(shè)備作為框架上的整體部件，這些淺磁場設(shè)備被專門設(shè)計成從板堆中搬走單塊鐵磁性板。多個磁起重設(shè)備被排列成二維陣列，例如4X2矩形陣列，以便在板上頂面區(qū)域上的多個位置接合板。重要的是，各個起重設(shè)備被分隔開以致在與金屬板相接觸時，各個設(shè)備產(chǎn)生的磁場和磁通之間不相互作用。為了限制各個磁設(shè)備的磁場的磁導(dǎo)深度，使用磁化長度短且固定的永磁體。為了增加活性磁性材料的總體積并獲得所需的提升能力，串聯(lián)連接多個該種短長度磁體以提供單個磁場方向，即各個設(shè)備包括一堆交織有軟鐵極靴板的永磁體板(在板的厚度方向被磁化以使相對的表面極性相異)。磁體板被交替布置成相同極性的表面跨過所插入的極靴彼此相對，以使得在極靴和相鄰極靴之間出現(xiàn)沿著堆疊方向的一連串交替的北極一南極一北極等等磁場，從而提供沿著堆疊方向的多個工作(氣)縫隙。即，各個設(shè)備的活性磁性材料被再分到分立的部分并且交織有與之相接觸的無源磁性材料，從而在極靴之間創(chuàng)建了多個淺磁場回路。該美國專利文獻(xiàn)的吊運架所存在的一個顯而易見的問題是該種磁設(shè)備無法關(guān)斷，并且使用機械杠桿來強行使板與該框架脫離。因為各個短磁化長度的磁體的堆疊行在所附加工件板內(nèi)的相同方向產(chǎn)生了總體均勻的大磁通，該工件板將易于存在剩磁問題(在分開的工件中存在殘留的磁性)。本發(fā)明的一個目的是在其一方面提供一種起重設(shè)備，該起重設(shè)備將永磁體用作旨在與鐵磁性金屬板相互作用的磁場源，并且該種設(shè)備能夠在"開啟"和"關(guān)閉"狀態(tài)間切換，在"開啟"狀態(tài)下其能夠從板堆不連續(xù)地提升各塊板而無需相鄰板之間有顯著的氣隙。本發(fā)明的另一個目的是在其另一方面提供一種分立磁場源的構(gòu)造/布局，其總體地在包括該布局的設(shè)備和工件之間產(chǎn)生有效的吸引力，并且同時使由該布局在工件內(nèi)所產(chǎn)生的磁力線基本被限制在隨其產(chǎn)生的外部磁路上。本發(fā)明的又一個目的是在其另一方面提供一種分立磁場源的構(gòu)造/布局，其總體地在包括該布局的設(shè)備和工件之間產(chǎn)生有效的拉力，其中施加到工件的拉力大于各個磁場源所具有的拉力的總和。本發(fā)明的再一個目的是在其另一方面提供一種在磁路中的分立磁場源的構(gòu)造/布局，該磁路在包括該布局的設(shè)備和工件之間產(chǎn)生有效的拉力，其中磁通的傳輸并非由磁場源單方面規(guī)定，而是進(jìn)行自主內(nèi)部磁通調(diào)節(jié)以匹配磁通源的磁化力和工件所提供的外部負(fù)載的鐵磁飽和特性。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于實現(xiàn)到鐵磁體的磁通傳輸?shù)拇旁O(shè)備，其具有多個磁體，每個磁體具有至少一個限定磁化軸線的N-S磁極對，該磁體以預(yù)定的陣列構(gòu)造放置在具有第一相對磁導(dǎo)率的介質(zhì)中，磁體之間具有限定的縫隙間隔，并且磁化軸線沿預(yù)定的方向延伸并且優(yōu)選在同一平面內(nèi)，該設(shè)備的一個表面被可操作地設(shè)置成靠近或鄰接具有第二相對磁導(dǎo)率的鐵磁體表面，該第二相對磁導(dǎo)率高于第一相對磁導(dǎo)率，從而在磁體和鐵磁體之間形成一個閉合的或者帶負(fù)載的磁路，并且實現(xiàn)穿過鐵磁體在磁體的N極和S極之間傳輸磁通。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種從磁能源到一個或多個鐵磁性工件的自調(diào)節(jié)磁通傳輸?shù)姆椒?，其中多個磁體被放置在具有第一相對磁導(dǎo)率的介質(zhì)中，各個磁體具有至少一個限定磁化軸線的N-S磁極對，這些磁體被排列成一個陣列，其中在陣列中(以及因此在介質(zhì)中)相鄰的磁體之間維持一個預(yù)定距離的縫隙，并且其中磁體的磁化軸線被定向成相反極性的磁體彼此相對并且優(yōu)選地在同一平面內(nèi)延伸，該種布局代表一種閉合的磁槽路，其中通過介質(zhì)的磁通路存在于相鄰磁體之間，并且在該種相鄰磁體的極性相反的極靴之間限定磁通接入入口，并且其中通過使一個或多個磁通接入入口盡可能近地鄰近或接觸具有第二相對磁導(dǎo)率的鐵磁體的表面產(chǎn)生至少一個工作磁路，該工作磁路具有低于磁槽路的磁阻，該第二相對磁導(dǎo)率高于第一相對磁導(dǎo)率，籍此當(dāng)工件到達(dá)磁飽和并且工作磁路的磁阻基本等于槽路的內(nèi)磁阻時，將達(dá)到從磁槽路到工件的有效的磁通傳輸?shù)臉O限。在該種陣列中，存在兩種磁通入口第一種在具有第一(向前)磁通方向的各個磁體的極靴之間，而第二種在具有第二(相反)磁通方向的相鄰磁體的極靴之間。因此，陣列中不存在均勻的磁通方向并且隨之發(fā)生的有關(guān)工件中剩磁的問題較小(在工件從該種陣列分離后殘留較少的磁性)。該過程允許槽路和工作磁路之間的自主和按需調(diào)節(jié)的磁通傳輸，其將非常迅速地、幾乎自發(fā)地調(diào)節(jié)工作磁路的狀況。不可能帶有超出工件物理界壁的嚴(yán)重泄漏的過飽和。應(yīng)該理解上述限定自調(diào)節(jié)磁通傳輸?shù)奶卣骺梢园凑諒暮笪娘@見的方式被結(jié)合進(jìn)磁耦合設(shè)備。盡管使用諸如電磁體等不同類型的磁通源可體現(xiàn)上述寬泛概念以及將在下面描述的概念，但永磁體、以及更具體地可開關(guān)切換的永磁體單元被優(yōu)選使用。在本發(fā)明的上述兩方面的優(yōu)選實施方式中，諸如在美國專利6,707,360和7,012,495中所述的以及可以從澳大利亞的Magswitch技術(shù)全球控股有限公司購買的可切換磁體單元在陣列中被使用。從現(xiàn)在起，將僅僅參考將永磁體作為N-S磁極對的源來解釋本發(fā)明的各個方面，即，提供磁通源和磁動勢的活性磁性材料，注意其可被本領(lǐng)域的技術(shù)人員用其它適當(dāng)設(shè)計的磁通源替代。等同地，假設(shè)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式尋求采用多個如在美國專利6,707,360和7,012,495中所述的可切換永磁體，可以參考這些文獻(xiàn)來獲取進(jìn)一步的細(xì)節(jié)以及理解可切換永磁設(shè)備，通過交叉引用將這些文獻(xiàn)結(jié)合于此。假定陣列中的每個(永)磁體將具有至少一個N-S磁極對，將取決于整個陣列構(gòu)造中的磁極對磁化軸線的相對位置來引發(fā)陣列中相鄰磁體的不同的相互作用模式，即，需要考慮的不光是各個磁體間的間距，還有各個磁體中的N-S磁極對相對于相鄰磁體單元的N-S磁極對的空間方向。因此，取決于分立的磁體彼此是如何分開并布局成給定的陣列構(gòu)造的，不光各個磁體的磁場可能相互作用，還可能在相鄰磁體間和穿過附加到或非常接近磁體陣列的鐵磁性工件內(nèi)的附加磁通回路產(chǎn)生附加的磁通路。在一個磁體陣列布局中，除了各個N-S磁極對所提供的磁場，在相鄰磁體的相反磁極之間設(shè)置了附加的磁場。將各個永磁體布局成陣列的概念本身并不新穎，其中設(shè)置有其磁化軸線在不同方向的相鄰磁體。設(shè)計該種布局是為了將磁通轉(zhuǎn)變成特定圖案。基本的Halbach陣列例如可由緊固成側(cè)面彼此相鄰的線性陣列的五個立方偶極子永磁體構(gòu)成(例如，釹鐵硼磁體)，鄰接磁體的磁化軸線(即N-S軸線)順時針轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生增加設(shè)備一側(cè)磁場同時將另一側(cè)磁場消除為接近零的永磁體構(gòu)造(或設(shè)備)?？梢钥闯鲈摲N一側(cè)磁通分布的優(yōu)勢在于在理想情況下，在磁通被限制的一側(cè)的磁場倍增而在別處則產(chǎn)生無磁通區(qū)。還已知的是偶極、四極以及多極Halbach柱，它們由多個具有等邊梯形橫截面的磁體構(gòu)成并且被排列成閉合的環(huán)。等同地，從美國專利5,631,618中可知被設(shè)計成模仿上述線性Halbach陣列的各個電磁鐵的陣列。在此應(yīng)該注意的是不能將本發(fā)明的目的和作用與Halbach陣列型設(shè)備比較。根據(jù)本發(fā)明的陣列需要各個磁體，其本身可以包括多個彼此分隔開且在陣列中維持一定縫隙的磁片，這些磁片被排列成提供優(yōu)選的偶極子磁體單元(但是不排除多極磁體)，即必要的是將各個磁體相互之間保持選定的距離，該距離用于確保相鄰磁體之間的附加磁通交換區(qū)域的產(chǎn)生與存在。該磁通將穿過放置在磁體陣列組件之間的介質(zhì)。該介質(zhì)可以是空氣、塑料材料或者其它理想地具有相對較低磁導(dǎo)率的物質(zhì)(空氣的參考磁導(dǎo)率值接近l)。本發(fā)明的陣列并非旨在將磁通限制到磁性設(shè)備的一個區(qū)域，而是允許對給定的外部磁路利用來自所有磁體的最優(yōu)量磁通，這從下述的具體陣列實施例中將變得顯而易見。在優(yōu)選的形式中，磁陣列將被放置在設(shè)備的載體(本體)中，即，陣列磁體將被緊固在載體中，該載體本身提供接觸面以與外部磁路工件相互作用。因而，在一更具體的方面中，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)到鐵磁體的磁通傳輸?shù)拇旁O(shè)備，其中該陣列包括一個或多個線性行的活性偶極子磁體，這些活性偶極子磁體優(yōu)選是美國專利6,707,360和美國專利7,012,495中所描述的可切換型磁體，其中磁體的磁化軸線與行同軸或者垂直于行軸線，并且相鄰磁體通過交替的磁極彼此相向。在附圖的圖6、7a和7b中示意性地示出了該種布局。該種N-S極交替的布局有效地翻倍了有效磁通交換區(qū)域和采用該陣列(即，當(dāng)磁設(shè)備與例如鐵板的鐵磁體相接觸時)的閉合磁路的外部磁通路徑的數(shù)目，并且還未延伸出磁場范圍。如果磁通密度被鐵板的高磁阻所限制，則附加磁通交換區(qū)域的作用在于增加與各個磁體相關(guān)聯(lián)的無源極靴的接觸區(qū)域處的磁通密度。通過此方式實現(xiàn)更高的拉力和改進(jìn)的磁效率。應(yīng)該注意高磁阻是諸如鐵板的工件的相對磁導(dǎo)率和橫截面積的函數(shù)。在另一個更加具體的方面，本發(fā)明提供了一種用于實現(xiàn)到鐵磁體的磁通傳輸?shù)拇旁O(shè)備，其中多個偶極子磁體被布置在一個或多個同心圓陣列中，該磁體優(yōu)選是澳大利亞專利753496和美國專利7,012,495的權(quán)利要求書中所描述的類型，并且其中各個磁體的磁化軸線或者基本垂直于從圓心向相應(yīng)的磁體延伸的半徑延伸，或者基本與所述相應(yīng)的相關(guān)聯(lián)半徑同軸延伸。該陣列構(gòu)造的第一替代在此指下面的圓(或環(huán))陣列，其中磁體的磁軸線限定為同圓的切線，而第二種陣列替代將被稱作星型陣列，其磁化軸線從陣列的(同)中心呈星狀放射。當(dāng)然，應(yīng)該理解對所述的精確幾何方向的小的偏離只會稍微影響設(shè)備的總體性能。在附圖的圖8a至圖8c中示意性地示出了該種圓陣列和星型陣列。應(yīng)該理解，可以用多個間隔開的磁體單元來實施其它陣列構(gòu)造以適合給定應(yīng)用。閉合的磁陣列構(gòu)造，尤其是圓和橢圓陣列構(gòu)造的優(yōu)點在于避免陣列中不對稱的磁化性能，并且本質(zhì)上提供受限磁場，假定不存在"自由"磁極或陣列端部，在那里磁通將泄漏并且不被傳輸?shù)接杏玫念A(yù)期外部磁路中。如上所述，圓陣列尤其適于在磁槽路中使用，假定各個磁偶極子間的相互作用因為各個磁體的相鄰磁極彼此直接面對而非常強烈。平面的極靴面和相鄰磁體之間短的縫隙間距將導(dǎo)致該種槽路的內(nèi)部低磁阻。優(yōu)選地，分立磁體之間的間距是固定且相等的，由此在陣列內(nèi)實現(xiàn)對稱的負(fù)載圖案，并且用工件形成一個閉合的外部磁路。然而，該種磁設(shè)備可具有載體，該載體被設(shè)計成允許分立的磁體能相對彼此有限位移，從而能夠使陣列中各磁體的間距在最小值和最大值之間改變并再設(shè)。分立磁體間選定的間距一定地控制總的磁場大小。鄰接磁體之間短的間距將加強分開磁體之間的磁通交換，伴隨總場強的降低和進(jìn)入工件(例如鐵板)的總磁場磁導(dǎo)深度的減小。更寬的間距將更加強單個磁體的N極和S極間的磁通交換，伴隨總場強的增加和進(jìn)入工件的相對更深的磁導(dǎo)率。可根據(jù)磁設(shè)備(例如金屬板起重機)的期望用途和磁通要傳輸進(jìn)入的鐵磁體的特性來選擇磁體的數(shù)目和幾何尺寸以及在陣列中的間隔布局。作為示例，五個MagswitchM1008型的磁體的圓陣列能夠在0.8毫米的鐵板上施加145牛頓的拉力，其中在這些磁體之間維持l毫米的間距。在該種情況下，在直接接觸的下面的第二塊板上的拉伸強度幾乎不可察覺。對于圓陣列構(gòu)造，優(yōu)選鄰接磁體的極性彼此相反，例如，N-S偶極子后隨另一個N-S偶極子等等。如上所述，并且如在下文更詳細(xì)地描述的那樣，該種陣列構(gòu)造在設(shè)備與鐵磁性工件相接觸時，有效地形成具有自調(diào)節(jié)磁場強度(H)的磁設(shè)備，并且展現(xiàn)在相鄰磁體間提供的多個附加的磁通交換區(qū)域。對于星型陣列構(gòu)造，有可能布置磁體使得其磁化軸線均以其N極或S極指向中心，其實際上表示磁體的磁能被"并聯(lián)"，從而放大了設(shè)備中可用的總磁能，而不在相鄰磁體之間產(chǎn)生附加的磁通交換區(qū)域，本質(zhì)模仿具有一個內(nèi)部磁極(S極或N極)和一個外部磁極(N極或S極)的杯狀磁體?？蛇x地，在星型構(gòu)造中，有可能以交替的構(gòu)造布置磁體，其中N-S偶極子接著(鄰接)S-N偶極子。實質(zhì)上，該種陣列具有多個設(shè)置在相鄰磁體之間的附加磁通交換區(qū)域，并且形成展現(xiàn)自調(diào)節(jié)磁場強度(H)的磁槽路，其盡管沒有本發(fā)明中上述的圓陣列有效，但卻是槽路特性和附加磁通區(qū)域數(shù)目之間總的良好的妥協(xié)。應(yīng)該指出的是因為上述的槽路布局本質(zhì)上是就磁場強度的自調(diào)節(jié)，并且因為該種自調(diào)節(jié)本質(zhì)上限制通過接近(或接觸)設(shè)備的外部界面(例如，工作面)使該種磁體陣列能夠施加到工件的物理邊界的磁化力，沒有明顯的磁化力(以及磁場)將"泄漏"出該工件。這形成耦合設(shè)備中該種陣列的結(jié)合(或?qū)嵤├?，其中特別關(guān)注靠近工件后側(cè)的電路。因而，可以產(chǎn)生快速的磁附加/釋放設(shè)備以供在避免磁場干擾的應(yīng)用中使用，諸如移動電話平衡器(halter)、全球定位系統(tǒng)緊固單元以及其它需要將一個設(shè)備耦合到其它設(shè)備的應(yīng)用中。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種控制磁場到鄰接磁體的工件內(nèi)的穿透的方法，該方法包括將預(yù)定質(zhì)量的活性磁性材料分成分立的、分隔開的、優(yōu)選可切換的磁體，并且通過將相鄰磁體放置成跨該種磁體間的縫隙極性相互交替的方式，將多個磁體布置成線性(開放)或圓(閉合)陣列。在又一方面中，本發(fā)明提供了一種可切換永磁起重或耦合設(shè)備，其具有帶有耦合面的殼體，該耦合面可以與鐵磁性板狀工件相接合；以及多個可切換永磁體耦合單元，其在耦合面被安裝在該殼體內(nèi)并且被設(shè)計成將工件磁緊固到起重設(shè)備，各個單元包括兩個沿疊置軸線疊置的圓柱或碟狀永磁體，其中這些永磁體被極化以使至少一個N-S磁極對沿著堆疊軸線在磁體的相反軸向端面之間延伸(對徑極化磁體)；至少兩個磁極靴，其圍繞兩個永磁體的周長排列并具有沿堆疊軸線分隔開的軸向端面，磁體沿著所述堆疊軸線在極靴內(nèi)相對彼此運動，以及致動裝置，用于選擇性地轉(zhuǎn)動永磁體中的一個以在活化狀態(tài)和去活狀態(tài)之間切換該單元，其中在活化狀態(tài)下兩個磁體的磁極沿堆疊軸線對準(zhǔn)并且定向于相同的方向，來自磁體的磁通穿過極靴并且呈現(xiàn)出強外部磁場，其中在去活狀態(tài)下兩個磁體的磁場彼此偏曲并且磁體的磁通被分流并且被限定到極靴和磁體本身內(nèi)使得外部的磁場弱或不呈現(xiàn)；以陣列構(gòu)造布置該單元，其中(a)各個單元的堆疊磁體對中的一個磁體和/或極靴被放置成其軸向端面靠近接觸面或者在接觸面上，以及(b)各個單元被放置成相互之間以及相應(yīng)的磁化對之間具有縫隙，以便能夠在活化狀態(tài)下的相鄰單元之間進(jìn)行磁通交換，籍此改變在其它情況下由活化單元進(jìn)入工件的磁通穿透模式。根據(jù)本發(fā)明的該方面，提供了一種起重設(shè)備，其中在與利用一個或兩個具有近似總的活性磁性材料質(zhì)量的可切換永磁體單元的類似設(shè)備相比較時，各個單元以及組合單元在接觸面上進(jìn)入工件的磁通穿透深度減小，同時保持可用于提升的磁化力。有利地用合適的無源、可磁化材料制造各個可切換磁體單元的極靴，從而展現(xiàn)最低可能磁阻以容許最大的磁通密度，相比較地，保護性或強化性總體設(shè)備殼體的材料優(yōu)選由本質(zhì)非鐵磁性材料制成，諸如316級不銹鋼或鋁。高于選定的磁活性材料的磁通密度的無源鐵磁性極靴材料的飽和值容許永磁材料的磁通密度上的磁通壓縮，從而導(dǎo)致更高的拉力和磁化力。適用于極靴的材料是剩磁少的純鐵、軟鐵或軟鋼(按照該順序選擇)，雖然低碳鋼由于其高機械強度可能被優(yōu)選。如所述的，任何可選的起重設(shè)備殼體或可切換磁體單元的載體，尤其是提供與極靴的接觸面的殼體部件，應(yīng)該由達(dá)到應(yīng)用程度的非鐵磁性材料制成。相對于額定起重能力容許更大程度靈活性的起重設(shè)備可如上所述按照給定的陣列構(gòu)造結(jié)合預(yù)定數(shù)目的可切換磁體單元，其中設(shè)置致動器機構(gòu)以操作各個單元連帶地和并發(fā)地、或者選擇性地和并發(fā)地活化或去活。還可能提供一種致動器機構(gòu)，該致動器機構(gòu)被設(shè)計成分別單獨地活化或去活各個單元。機械連接臂裝置或氣動或液壓回路可以以已知的方式被結(jié)合進(jìn)該種致動器機構(gòu)。應(yīng)該理解尺寸、性能參數(shù)和各個可切換永磁體單元的數(shù)目以及單元的單個極化軸線的具體布置的選擇將依工件有關(guān)其磁性材料特性、重量和厚度的特性而定。以下將參照附圖描述例示本發(fā)明的不同方面、優(yōu)選特征及任選特征的若干實施例。附圖簡述圖1是包括單個可切換永磁體單元的陣列的實驗性夾具的立體圖，其被用作實施本發(fā)明的多個方面的"概念實證"模型；圖2是根據(jù)本發(fā)明的多個方面的磁起重設(shè)備的工作模型的立體圖3a和3b是可以在圖1和圖2的設(shè)備中采用的單個對徑極化永磁體和可切換永磁體單元的立體示意圖4是一個可切換永磁體單元的高度簡化的示意性(側(cè))視圖，其示出了是本發(fā)明一方面的基礎(chǔ)的某些原理；圖5示出圖3的單個可切換永磁體單元的立體示意圖，其示出了當(dāng)單元處于活化狀態(tài)且與鐵磁材料工件相接觸時的磁通交換區(qū)域；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的兩個線性磁體陣列構(gòu)造的示意圖7a是示出了本發(fā)明某些方面的多個可切換永磁體單元的線性陣列的高度簡化示意性(側(cè))視圖，而圖7b示出一三磁體線性陣列的立體示意圖8a至圖8c是本發(fā)明所構(gòu)思的三種不同的圓陣列磁性設(shè)備構(gòu)造的示意性平面仰視圖，圖8a的陣列在圖2的起重設(shè)備中被物理地實施；圖9a至圖9c分別表示在圖8a至8c示出的圓陣列構(gòu)造中可檢測的磁力線的二維(或平面圖)示意圖IO是不連續(xù)的磁體螺繞環(huán)的磁力線模型的示意性平面圖，其旨在示出有關(guān)磁通分流和自調(diào)節(jié)場強的本發(fā)明的又一方面；以及圖lla和lib是兩個以線性陣列排列的如圖3b的可切換永磁體單元的示意性側(cè)視圖，但是該可切換永磁體單元可被結(jié)合進(jìn)圖8a和圖10的磁體陣列構(gòu)16造中。具體實施例方式圖1示出了一種結(jié)合了本發(fā)明基礎(chǔ)所在的基本概念之一的測試夾具型(test-rig-style)可切換永磁體耦合設(shè)備10。該種磁性設(shè)備的實施例被結(jié)合進(jìn)更加復(fù)雜(或簡單)的裝置和設(shè)備中以可釋放地磁耦合該種設(shè)備或裝置到鐵磁體，例如，如圖2所示的適于將各個薄的鐵磁金屬片材從該種片材堆中提升的磁性起重機。該種設(shè)備IO包括基本為非鐵磁性材料的殼體或支承部件12，在此情況下其具有圓板狀形狀，如下文所述的，五個永磁體耦合單元14被緊固在其中以防其運動。單元14被安裝在沿部件12延伸的孔內(nèi)，并且可以被永久性緊固，例如膠合，或者以其它的方式緊固以允許各個單元的交換。單元14被容納在部件12中以使至少單元14的不可見的底部軸向端面與部件12的圓形配合表面齊平或略微從其突出。在圖1中，該磁體與支承部件12的上表面齊平并且可達(dá)到，以在活化(active)和非活化(inactive)的磁化位置間切換各個單元14。單元14被放置成圍繞設(shè)備10的中心軸的圓陣列構(gòu)造。從隨后在圖3b示出的單個單元14的描述中清楚可見，各個單元14包括一對堆疊的圓柱永磁體20和兩個環(huán)繞磁體外圍以基本將其包住的極靴16和18，其中由具有高導(dǎo)磁的軟鐵材料制成的極靴16和18的下軸向端面(未示出)與對應(yīng)的下面那個圓柱磁體20的下軸向端面齊平或略微伸出。在圖3a中示出了單元14的圓柱磁體20中的一個。該磁體跨其整個軸向長度徑向磁化。這意味著通過豎直平面24提供磁體的北極(N)22和南極(S)21之間在概念上的區(qū)分，該豎直平面沿磁體20的上表面28和下表面29的直徑26穿過。磁體20本質(zhì)上仍是具有磁化軸線MA的偶極子，該軸線MA垂直于豎直平面24，然而沿圓柱圓周的磁場強度約以正弦方式改變，其中最小值在N-S界面24處，而最大值在沿圓周轉(zhuǎn)動大約90度處。圓柱(或碟形)磁體20優(yōu)選是稀土型磁體，例如釹一鐵一硼磁體，注意目前可用的稀土磁體可以獲得約1.4特斯拉的磁通密度，該磁通密度顯著小于可以用于極靴16、18的良好的鈍態(tài)(passive)鐵磁材料的飽和密度。本發(fā)明還構(gòu)思了其它活性(active)永磁體材料的使用。下面轉(zhuǎn)至圖3b，示出了分解狀態(tài)的可切換永磁體單元14，其除了出現(xiàn)活化和去活化機構(gòu)30以外基本與圖1所示的單元14類似。單元14包括兩個上述類型的圓柱磁體20a、20b，其具有類似的高度和N-S磁極構(gòu)成。一個例子是直徑10毫米X高度8毫米的圓柱磁體。下邊的磁體20b被保持為兩個極靴16和18之間的表面配合接觸，這兩個極靴形狀和橫截面相同并且具有對磁(magnet-facing)內(nèi)表面32，其呈對應(yīng)的弧形以匹配磁體的外圓周表面，而上邊的磁體20a需要使朝向極靴16和18的周向?qū)χ妹?2的間隙維持盡可能的小，從而使其在極靴16和18內(nèi)的轉(zhuǎn)動以及相對本身保持不動的下部磁體20b的轉(zhuǎn)動無摩擦(或摩擦最小)。磁體20a和20b沿著堆疊軸線A簡單地堆疊在彼此之上，該堆疊軸線A限定了單元14的縱軸，從而可使用致動機構(gòu)30使上部磁體20a相對于下部磁體20b轉(zhuǎn)動。在美國專利6,707,360和7,012,495中描述了有關(guān)構(gòu)成、該種磁體單元14的部件的可能不同構(gòu)造以及其工作原理的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，可以參考其以獲得進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。出于此原因，注意到上部和下部磁體20a、20b被面對面并置容納在極靴殼體16、18內(nèi)就足夠了，籍此上部磁體20a繞轉(zhuǎn)動軸線A的轉(zhuǎn)動致使上部磁體20a的北極區(qū)在下部磁體20b的N極區(qū)和S極區(qū)上按時序通過。當(dāng)處于上部磁體20a的北極基本對準(zhǔn)下部磁體的南極且與下部磁體的南極一致的位置時，并且因此上部磁體20a的南極基本位于下部磁體20b的北極上時，第一和第二磁體用作內(nèi)部活化的磁分路，結(jié)果來自單元的外部磁場強度將理想地為零，假設(shè)在磁體20a和20b中具有相同的活化磁性質(zhì)量并且極靴16、18的總磁通載運能力高于相結(jié)合的磁體的磁通輸出。繞轉(zhuǎn)動軸線A轉(zhuǎn)動上部磁體20a180度改變了磁體20a和20b的磁極對的對準(zhǔn)，其中上磁體20a的相應(yīng)的北極和南極基本在下部磁體20b的相應(yīng)的北極和南極之上。在該種對準(zhǔn)狀態(tài)下，來自單元14的設(shè)備外部磁場相當(dāng)強，并且該設(shè)備在單元14(由極靴16、18的底部軸向端面提供)的接觸面34處施加對鐵磁性工件的磁力，籍此牢靠地緊固單元14到工件并產(chǎn)生外部磁通路。無源極靴16、18在輔助磁耦合功能上是重要的，并且其由具有低磁阻的鐵磁性材料制成，例如純鐵、軟鐵或軟鋼。為了實現(xiàn)極靴"負(fù)載"的永磁體的外部磁場強度的增加，由極靴提供的單元殼體壁的橫截面區(qū)域在示出的實施例中是不統(tǒng)一的；該極靴的外部輪廓，即，極靴16、18的壁厚可以反映或是圍繞永磁體圓柱20a、20b周長的磁場強度變化的函數(shù)。本質(zhì)上，極靴的設(shè)計依從圍繞永磁體圓柱20a、20b周長的場強H的變化，磁場的反平方律在設(shè)計外形上的應(yīng)用獲得了良好的效果，但是極靴和磁體的具體材料的使用以及整個耦合設(shè)備10的期望應(yīng)用要求變化并且影響極靴16、18的最優(yōu)形狀。欲知更多細(xì)節(jié)，參考上面提到的美國專利。圍繞圓柱磁體20a、20b裝配的極靴16、18的外形旨在最大化外部場強并且在"外部"磁路不完整的情況下輔助保持單元14在工件上合適的位置。優(yōu)選極靴16、18沿軸線A的長度盡可能最短。磁極形成各個單元14的磁路(和磁體一起)的一部分。磁極具有固有的磁阻抗("磁阻")，即使在應(yīng)用高磁導(dǎo)材料的情況下其亦會導(dǎo)致磁能的損失。在最小化磁極長度以及整個耦合單元14的高度(長度)期間，磁能損失被最小化并因此最大化外部場強。提供相向極靴之間接口的拼接區(qū)域36具有極高的磁阻，但其層薄，從而維持極靴16、18之間磁分離，即，防止短路。最后，軸向端面的表面區(qū)域，見參考標(biāo)號35和34，被優(yōu)選成提供磁通壓縮功能。即，極靴16、18的總橫截面積(或覆蓋區(qū))將被選擇曾小于由圓柱的直徑乘以總高度得出的磁體20a、20b的橫截面面積。這用于增加單元14的與活性材料可提供的最大磁通密度相比較的磁通密度輸出。例如，由于良好的鐵磁性材料的飽和度能夠達(dá)到2特斯拉以上，有可能通過減少整個磁極的覆蓋區(qū)將磁極內(nèi)的磁通密度增加到此程度。磁通壓縮不是固定的，而是從放射源材料的磁通密度乘以其朝向極靴的橫截面積、無源鐵磁性(磁極)材料的磁通飽和度以及由于極靴材料的B-H曲線的非線性引起的損失因子推導(dǎo)出的設(shè)計參數(shù)。接下來轉(zhuǎn)至圖4和圖5，其以高度示意性的方式示出了放置在薄的片狀工件40上的單個磁性切換單元14，其中單元14被以活化狀態(tài)示意性地示出，在此狀態(tài)下上部和下部磁體20a和20b(圖3b)的北極21和南極22(圖3a)—致，并且存在外磁場；單元14的淺灰陰影部分用于表示活化的南極S，其中磁性施加在極靴之一16上，而深灰陰影部分表示切換到另一極靴18上的北極N。在圖5的42和43標(biāo)識了極靴在工件40上的覆蓋區(qū)，即在此示圖中其是在圖3b的34處標(biāo)識的極靴的下軸向端面，其用于提供單元14的工件配合區(qū)域。在其接觸面42"離開"北極極靴18的磁通將沿著磁通路"流動"穿過工件60的厚度t并"進(jìn)入"另一南極極靴16的接觸面43，該磁通路在其它情況下閉合成沿著在單元14內(nèi)磁極對準(zhǔn)的對徑極化的圓柱磁體(20)的北極極區(qū)和南極極區(qū)之間的豎直界面區(qū)域延伸的磁通回路。工件40內(nèi)的第一有效磁通交換區(qū)域44是總磁通交換區(qū)域的磁通密度飽和的截面。由于單元14的磁場不受其覆蓋區(qū)的限制，總磁通交換區(qū)域通過第二有效磁通交換區(qū)域46而延伸，該第二有效磁通交換區(qū)域位于中央?yún)^(qū)域44沿橫向的兩側(cè)，在那里磁通密度隨著與單元14的距離而減小。這些第二有效磁通交換區(qū)域46由磁通漏維持，該磁通漏是由于工件的(磁通)飽和而引起的，并且磁通交換區(qū)域44、46的大小依工件吸收磁通的程度而定。高磁通吸收導(dǎo)致低的磁通漏，且第二有效磁通交換區(qū)域縮減。如果工件的厚度t以及工件中相關(guān)的總有效磁通交換區(qū)域(62和64)小于單獨的極靴16或18的覆蓋區(qū)42或43，和/或工件材料的磁通飽和(特性)是飽和發(fā)生在磁通密度相對極靴小處，則磁通交換被限制并且在磁極接觸區(qū)的磁通密度下降。結(jié)果是單元14施加到所附加的工件40上的"拉力"急劇減小，根據(jù)磁通密度和拉力之間的相互關(guān)系磁拉力隨磁通密度的平方改變但僅與極區(qū)面積成線性。如所述的，如果工件40不能載運單元14的全部磁通，則在工件40內(nèi)發(fā)生磁通飽和并且由單元14內(nèi)的兩個磁體20的單獨的磁場產(chǎn)生的雙重磁場延伸出(在厚度方向)工件40之外，如圖4中在48示意性示出的。因而，在附加于單塊材料工件板40時，僅僅部分地利用了單元14在其完全活化的狀態(tài)下能提供的部分可用的磁能。應(yīng)該注意到示意性示出的磁場48沿著板材厚度延伸，并且能夠與其它放置在板材40下面的鐵磁性工件41相互作用。根據(jù)額外的板材工件41的厚度，其可以是總高度為t2的一堆板材，并且根據(jù)其與飽和的工件板40的距離，單元14將能夠向上磁提升額外的板41達(dá)組合厚度處，在那里堆疊的板40、41的組合磁通交換區(qū)域與上述的極靴接觸區(qū)42或43基本相同。磁場超出直接鄰接的工件40的程度當(dāng)然依賴于各個磁耦合單元14中出現(xiàn)的活性磁性材料質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，與圖7a和7b中示意性例示相比較，代替使用用于提供指定的提升或耦合力的一個或多個相對分開較遠(yuǎn)的單元14，提供必需耦合力所必需的活性磁質(zhì)量(見上文，不同于任何力和/或由極靴修整所引起的磁通傳輸放大影響)被分成多個較小的可切換磁體單元14。按照圖1和圖2，單元14將被緊固并布置在較大的非鐵磁性材料的殼體(未示出)內(nèi)。重要的是，還是與圖8a至8c和圖10的例示相比，單元14將被用于下面討論的特定類型的陣列構(gòu)造，其使得各個單元14能相互作用以實現(xiàn)改進(jìn)的性能。較適當(dāng)?shù)氖嵌x又一幾何參數(shù)，該幾何參數(shù)不僅是描述任一給定陣列中各個單元14的整體布局所必需的，而且也是描述各個活化單元14的北極和南極的相對位置所必需的。參考圖5，示出了各個單元14的所謂極化(或磁極)軸線PA，該軸線被表征為垂直于(豎直)平面延伸，該平面是在單元14的單個對徑極化的圓柱磁體20a和20b的單個界面24(見圖3a和3b)在該同一平面內(nèi)相連時，即當(dāng)單元14處于其中單個磁體20a和20b的磁化軸線MA同軸對準(zhǔn)的完全活化或完全去活狀態(tài)時定義的。在圖5中，示出了處于其完全活化狀態(tài)的耦合單元。因而實質(zhì)上，和圖6相比，極化軸線PA限定了在單元14完全活化狀態(tài)下北極到南極的極向軸線，并且可以被示作是單條磁體的N-S軸線，并且在進(jìn)一步的描述中將使用該種簡化的(活化的)磁體類似物。接著轉(zhuǎn)至圖7a和7b，示意性示出了以線性陣列放置的多個耦合單元14，其中各個單元14保持為彼此間隔有相等的間隙，各個單元14的極化軸線PA串聯(lián)布局且彼此同軸，從而活化單元14的北極和南極以交替序列排列。圖6以高度示意性的方式示出了在圖7a和7b(用單條磁體14'表示)中實施的串聯(lián)交替陣列構(gòu)造以及另一種串聯(lián)陣列構(gòu)造，其中單元14'的極化軸線PA垂直于陣列的軸線AA延伸。應(yīng)該注意，鄰接(或相鄰)磁體14也以交替的N-S極性跨縫隙彼此相向。再參考圖7a和7b，可以看到，在工件40內(nèi)，除了在每個耦合單元14中呈現(xiàn)的單個有效的磁通交換區(qū)域(在圖5中為44和46)，在每一對單元14之間還存在附加的有效磁通交換區(qū)域(此處稱作第三磁通交換區(qū)域50)，其作為陣列中各個單元14的相對較近間距的結(jié)果而形成并且由于各個相應(yīng)相鄰單元對的磁場的相互作用而存在。在圖7a中的例示中，五個單元14的交替的磁極排列增加了四個有效的第三磁通交換區(qū)域50，它們還有助于限制各個單元14的磁場。第三磁通交換區(qū)域50具有的一個效果是在磁通密度被工件60的高磁阻限制時，各個單元14的磁極接觸區(qū)42、43的磁通密度增大，其中單元14的陣列在工件60上起作用。相比較于使用單個單元14通過此方式可以實現(xiàn)較大的拉伸強度和改進(jìn)的磁效率，其中該單個單元14具有和各個單元14的活化磁性質(zhì)量之和相同的總活化磁性質(zhì)量。各個單元14之間的間距(或線性縫隙g)控制總的磁場大小。鄰接單元14之間的短間距g將加強分開的單元14之間的磁通交換，伴隨總場強和總透深的降低。單元14之間較大的間距g更加強了單元14個體的磁極之間磁通交換，伴隨場強的增加和對工件更深的透深。與圖6的線性陣列相比較，圖8a至8c顯示了各個單元14的圓陣列布局的示意性平面圖(仰視圖或俯視圖)。圖8a的圓陣列構(gòu)造在圖1示出的測試夾具和圖2示出的磁起重設(shè)備100中被實施。在圖2的起重設(shè)備100中，六個單元14以固定但可拆卸的方式緊固在外圓周殼體部件120內(nèi)，該殼體部件具有圓形面板135，工件(未示出)可以抵靠在其上。安裝有未示出的機械臂連接裝置的致動器模塊130被栓接到殼體部件120的后面并且提供一種裝置，通過該裝置單元14的同樣未示出的致動設(shè)備(例如圖3b中在30示出的)可被用來如上述那樣共同地活化和去活各個單元14。應(yīng)該注意，圖8a和8b的圓陣列構(gòu)造實質(zhì)上表示圖6中示出的磁極交替的線性串聯(lián)陣列的自由端的閉合，籍此提供完備的陣列構(gòu)造，其中所有單元14均具有一相鄰單元14，這使得單元對之間能夠進(jìn)行相互作用。也出于該原因優(yōu)選圓形陣列構(gòu)造，因為其相對于端部開放的線性、矩形或其它列行陣列具有更加均勻的力場分布。在圖8a示出的陣列中放置六個單元14，其中各個單元14的相應(yīng)的磁堆疊軸線A垂直于半徑為r的虛圓和繪圖平面延伸，各個單元14的磁極軸線PA基本上沿所述的將堆疊軸線A連接起來的虛圓線的切向延伸(即，基本垂直于所述半徑r)，并且相應(yīng)單元14的活化北極朝向相鄰單元14的活化南極，反之亦然。在該種陣列構(gòu)造下，存在十二個有效的磁通交換區(qū)域，它由在各個單元14上的六個第一和第二磁通交換區(qū)域44/46、以及六個相鄰單元14之間的第三磁通交換區(qū)域50構(gòu)成。在圖8a的陣列中，還存在非鄰接單元14的北極和南極之間的磁場相互作用，然而它們在實踐中是不重要的并且很微弱，以致并不會有助于有效的整個磁通交換區(qū)域44/46和50。如在比較圖8a、8b和8c中可以注意到，根據(jù)球陣列中各個單元14的磁極軸線PA相對于相鄰單元14的相對方向，各個單元14的圓陣列構(gòu)造可以產(chǎn)生不同的有效磁通交換區(qū)域。在圖8b中示出了所謂的交替的星型陣列構(gòu)造，其中呈現(xiàn)與圖8a的圓陣列相同的陣列半徑r。然而，在該種陣列構(gòu)造中，各個單元14被放置成使其磁極軸線PA放射性布局(輪轂和輻條)，基本與各個單元的相應(yīng)半徑同軸，且單元14具有向內(nèi)的活化北極或南極和向外的另一磁極。同時，相鄰單元14被布置成交替的磁極徑向向內(nèi)以及徑向向外，籍此使相鄰單元的活化北極和南極相鄰。圖8b還示意性地示出了在該陣列構(gòu)造中存在的有效磁通交換區(qū)域，其中徑向向內(nèi)放置的第三交換區(qū)域52是相鄰單元14之間的有效磁通交換區(qū)域，由于徑向向外放置的相鄰單元的活化磁極相比向內(nèi)放置的磁極的距離增加，其呈現(xiàn)出的交換比徑向向外放置的第三交換區(qū)域54強。相同地，由于在整個陣列的徑向相對側(cè)放置的單位14的極性相反的活化磁極相對接近，因此存在三個有效的第三磁通交換區(qū)域56，它們在徑向相對單元14之間延伸，磁通交換區(qū)域56以星狀圖案交叉排列。如果需要增加的磁通透深，則圖8b的陣列可以改變成圖8c中示出的陣列構(gòu)造，其中盡管單元14呈現(xiàn)相同的布局，但是各個單元14的活化磁極(磁極化)被設(shè)置成所有單元14在陣列的內(nèi)徑端部具有相同的極性，即，單元14被徑向排列成各個單元10的相同磁極徑向向內(nèi)而另一磁極徑向向外。在該種陣列形式下，各個活化單元14的北極和南極沿著由半徑r限定的圓"并聯(lián)"并且有效地合并成兩個環(huán)狀、更大的磁極單元，籍此限定環(huán)帶形的同心有效磁通交換區(qū)域58，其由各個單元的有效磁通交換區(qū)域44、46形成。然而，沿交換帶的磁場強度分布不均勻，在各個單元14的相應(yīng)磁極處達(dá)到最大值。事實上，該種陣列構(gòu)造不具有任何相鄰單元14之間的第三磁通交換區(qū)域，并且提供磁通交換圖案(在原理上)，該圖案可以是通常的具有徑向內(nèi)環(huán)磁極和徑向外環(huán)磁極的磁杯設(shè)計比得上的。圖9a至9c分別表示在與非常薄的鐵磁性金屬板或磁紙(magpaper)相接觸時在圖8a至8c的陣列的界面處呈現(xiàn)的使用計算機輔助模型生成的理想化的二維磁力線圖案。應(yīng)該注意，該圖案僅用于可視性輔助并且僅代表理想化模型。在圖9a中示出的磁場圖案相對H磁場限定的磁導(dǎo)淺，其中使相異磁極按圓形排列的磁體的布局提供了有效的自調(diào)節(jié)磁場，如在下文詳細(xì)描述的。作為對比，在圖9b中示出的磁場圖案盡管也是淺磁導(dǎo)，但是卻提供了相對較寬擴展的磁場。最后，9c的磁場圖案清晰地示出除了陣列中鄰接磁體的磁力線的合成壓縮，相鄰磁體之間沒有磁相互作用，籍此磁能被擴大并且獲得了垂直于繪圖平面的更深磁導(dǎo)率磁場。從上面的描述中顯而易見的是可以取決于包括磁陣列的磁設(shè)備(例如，耦合設(shè)備、起重機等等)的目標(biāo)使用區(qū)域來確定磁體單元14的數(shù)量和大小的選擇以及間隔布局，但是具體地是取決于與陣列接觸的鐵磁體的特性。例如，在圖1中示出的磁起重機的測試夾具采用了5個MagswitchM1008型可切換磁體陣列且磁體間的間隔為1毫米，它可施加145牛頓的拉力到0.8毫米的鐵板上。在該種情況下，在下面直接接觸的第二板上的拉力不太明顯。下面的表格示出了按照本發(fā)明將給定質(zhì)量的磁活性材料劃分為分開的子質(zhì)量塊并且將這些子質(zhì)量塊放置到特定的陣列構(gòu)造中的一些基本的優(yōu)點。該表總結(jié)了由六種磁起重機進(jìn)行的提升實驗的效果，表中的前三個是包括六個MagswitchM1008型的(即如在圖2和圖3中示出的，具有尺寸為10毫米的直徑和8毫米的高度的圓柱磁體)可切換磁體陣列的磁起重機，而表中后三個成員采用M2020型、M3020型和M5020型的較大的可切換磁體(即，分別為直徑20毫米X高度20毫米的磁體，直徑30毫米X高度20毫米的磁體，直徑50毫米X高度20毫米的磁體)。在下表中，"交替星陣列"表示按照圖8b的陣列構(gòu)造，"聯(lián)合星陣列"表示按照圖8c的陣列構(gòu)造，而"圓陣列"表示按照圖8a的陣列構(gòu)造。<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>做出許多觀察是值得的。應(yīng)該注意，盡管單個M5020磁體的總活性磁性材料質(zhì)量是星型陣列的10倍，但其最大提升能力(用牛頓表示的最大拉力)僅僅是交替星型陣列構(gòu)造的約3.57倍。當(dāng)與厚度為1毫米的鐵磁板相配合時，相同的陣列所具有的拉力僅比單個5020磁體少60牛頓，并且比單個2020磁體多60牛頓，而該2020磁體所具有的活性材料的質(zhì)量約是交替星型陣列起重機的兩倍。還應(yīng)該注意到，當(dāng)單個磁體單元3020被切換到磁化狀態(tài)以匹配能夠載運1毫米厚的金屬板的磁飽和度從而實際地限定進(jìn)入工件金屬板的磁通路并防止磁場延伸出工件時，其拉力是最大拉力的約1/7，并且與其完全活化狀態(tài)(其中磁場將延伸出金屬板的厚度)下的拉力相比少l/2還多。gp，使用單個磁體會減小磁化力以避免磁場延伸出工件邊界，在磁通被"瓶頸阻塞"時磁極磁通密度降低，并因此使得可用拉力減小。由于相鄰陣列部件之間的附加磁通路的存在，該陣列構(gòu)造用于擴大"瓶頸阻塞"的磁通區(qū)域，因而引起總磁極磁通密度增加，這導(dǎo)致更大的拉力。然而，特別需要關(guān)注的是交替星型陣列和圓陣列構(gòu)造均呈現(xiàn)出所謂的自調(diào)節(jié)磁場，從而允許保持比表中所列的其它任何起重機大的拉力。將參考附圖10和11解釋該種現(xiàn)象。在圖10中，示出了理想化的二維模型磁體螺旋環(huán)80，其中在其它情況下閉合的6磁極磁體螺旋環(huán)在六個分立的位置82a至82f開放，從而限定六個偶極子磁體84a至84f，假定這些偶極子是非線性偶極子，則在活化(只是對于偶極子84a至84f的微彎的極化軸線PA')時，其實際提供了類似圖8a的圓偶極子陣列構(gòu)造的布局。具有交替的N-S磁極的"閉合磁路"圓磁體陣列80的理想化H場圖案將在閉合的磁路內(nèi)將完備，但不可用，并且外部工作的磁路也不可到達(dá)，其中相鄰磁體84a至84f被"短路"(通過將周向相對磁體相鄰接或?qū)O靴插入各個縫隙從而提供到各個相鄰磁體的N-S極對的橋)。螺旋環(huán)在一處或多處的開放(例如圖10中所示的六個縫隙82a至82f)提供了多個入口，每個入口均允許'接入'(螺旋環(huán))陣列的活性磁性材料中所存的磁能。應(yīng)該注意到，在開放的螺旋環(huán)80中，在相鄰磁體84之間的各個縫隙82處，存在相鄰磁體84a至84f的相反N極和S極之間的磁通交換區(qū)域，籍此提供穿過在縫隙容積內(nèi)的介質(zhì)的磁通路，并且總的陣列布局將提供第一(閉合)磁路，其包括磁體84a至84f以及縫隙82a至82f。當(dāng)鐵磁性物體與82a至82f的一個或多個入口進(jìn)行磁相互作用時，陣列所提供的"槽"磁路內(nèi)可用的磁通能夠在第二(閉合)磁路的磁阻比第一磁路小時(即比陣列磁路小時)轉(zhuǎn)入或"分流"入物體，第二(閉合)磁路包括物體、位于鄰接磁體84a至84f的N極和S極處的極靴(未示出)以及兩個或多個磁體84a至84f的橋，其中物體可倚靠極靴與其接觸。分流到第二磁路的磁通的比例將依賴于兩個磁路的磁阻。換言之，如果處于相同磁動勢的第一和第二磁路均具有相同的磁導(dǎo)率，則發(fā)生相同的磁通共享。其中一個磁路的磁路磁阻的增加將導(dǎo)致磁通從該磁路遷移至另一磁路，反之亦然。該基本原理體現(xiàn)在上述的圖8a和圖8b的圓及交替星型陣列構(gòu)造中。參考圖lla和llb可以最佳地簡化本發(fā)明的磁通分流功能方面，圖lla和lib是兩個圖3b中所述類型的可切換永磁體單元240、242的示意性側(cè)視圖，并且這些永磁體單元如同圖5和6中所示的呈線性陣列布局，在固定的位置處通過單元240、242的相向的N極和S極(例如，極靴246、248)間小的隙241彼此相接。應(yīng)該理解，該種理想化的雙磁體陣列也可存在于圖8a和8b的圓陣列中，以及圖IO的開放的螺旋環(huán)中。在圖lla和llb中，線244僅僅用于表示用于實現(xiàn)S極和N極間閉合(短路)磁路的理想化的無磁阻橋，該S極和N極并不跨在單元240和242的另一N極和S極之間保留的氣隙241彼此相向，以致于在該種布局下僅存在一個入卩?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖lla，在沒有工件(例如，圖lib中的金屬板片250)的情況下，兩個磁體240、242之間跨氣隙241(磁路在其它情況可如在244示出的閉合)存在磁通交換路徑。給定磁化力的磁通量主要依賴于磁體242、240之間的氣隙的寬度和橫截面。由于空氣的磁導(dǎo)率與磁通密度成線性關(guān)系，在磁路該部分中的全部磁通傳輸行為呈線性。因此，氣隙磁路的磁阻依賴于磁通的幾何傳輸面積和縫隙中材料的磁導(dǎo)率，該材料可以是空氣以外的物質(zhì)，但是其必需具有理想化的極小的相對磁導(dǎo)率(空氣的磁導(dǎo)率約為I)，不過在任何情況下其磁導(dǎo)率均遠(yuǎn)小于工件的相對磁導(dǎo)率。如圖lib中可見的，當(dāng)具有高于空氣磁導(dǎo)率的鐵磁性工件250與鄰接磁體240、242的相異磁極進(jìn)行磁相互作用時，在磁體240、242的相異磁極之間形成附加的磁通路，該磁通路的磁阻比氣隙241上的小。將"通過"該磁路(或磁路)的磁通量主要由工件材料(如果該工件具有小的厚度)的磁導(dǎo)率決定。磁通從第一(氣隙)磁路"抽出"并轉(zhuǎn)入第二(工件)磁路。工件的磁導(dǎo)率初始非常高，即是空氣的幾千倍，直到工件中達(dá)到磁通飽和。第二磁路的磁導(dǎo)率將按照適用于工件材料的相關(guān)非線性B-H磁化曲線逐步降低(隨著磁通密度增加)，直到達(dá)到飽和。于是第二磁路的磁阻等于或大于氣隙磁路的磁阻，并且不再有磁能從氣隙磁路被"收回"。如圖lla和llb所示，在無負(fù)載的"槽"路中，氣隙上初始可以具有較大的磁通值，例如，0.48特斯拉，當(dāng)工件連接鄰接磁通240、242的相反磁極N和S時，該磁通將被分流并且在氣隙241內(nèi)將保留較小的磁通，例如，0.11特斯拉，一旦跨工件的分流磁路飽和即完成。有效地，以上述標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的磁體陣列構(gòu)造將提供一種磁性設(shè)備，該設(shè)備在與鐵磁性工件相互作用時展現(xiàn)自調(diào)節(jié)磁場強度，工件的非線性飽和度用于調(diào)節(jié)并穩(wěn)定在第一磁路內(nèi)的接入入口處的可用的磁化力(磁場強度H)。在此需要補充的是能夠從陣列收回的磁能的總水平和鄰接磁體間距成反比。盡管上述磁體陣列構(gòu)造利用了上面提及的專利中也被描述的可切換永磁體單元14、140、240，但應(yīng)該理解可以釆用其它的偶極子磁體單元。N-S磁化軸線也不必需是直線，在特定的情況下其也可以是微彎的圓陣列形式。與(可切換)磁體單元內(nèi)的活性磁性材料相互作用的極靴的具體形狀也可以根據(jù)需要而改變以獲得從活性磁性材料到工件的期望的磁通傳輸圖案。同樣地，選擇其中保持磁體陣列的殼體的材料和形狀以適應(yīng)具體應(yīng)用，如同在上面提及的界限內(nèi)的精確布圖的陣列構(gòu)造。同樣還應(yīng)該理解圖9a至9c、圖10和圖11示出了基于三維制造物的理想化且簡化的磁通路、磁場幾何學(xué)及類似物的二維模型，并且其受到開放和閉合(或有負(fù)載)磁路易遭受的其它眾多作用和限制條件的影響，例如，不完全磁路、磁場漏等等。同時，在制圖中由于計算機引入某些簡化和不精確使得附圖僅用于例示一般原理。雖然主要結(jié)合在磁起重機和耦合設(shè)備的特定應(yīng)用中可見的概念描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解磁體陣列適于應(yīng)用在其它設(shè)備中，在這些設(shè)備中可磁化(鐵磁性)的工件將被該種設(shè)備緊固以夾持或移動同樣緊固地連接至設(shè)備的該種工件，反之亦然。權(quán)利要求1.一種從磁能源到一個或多個鐵磁性工件的自調(diào)節(jié)磁通傳輸?shù)姆椒?，其中多個磁體被放置在具有第一相對磁導(dǎo)率的介質(zhì)中，各個磁體具有至少一個限定磁化軸線的N-S磁極對，所述磁體被排列成一個陣列，其中在陣列中相鄰的磁體之間維持預(yù)定距離的縫隙，并且其中所述磁體的磁化軸線被定向成直接相鄰的磁體極性相反地彼此相向，該種布局代表一種磁槽路，其中穿過介質(zhì)的磁通路存在于相鄰磁體之間，并且磁通接入入口被限定在該種相鄰磁體的極性相反的極靴之間，并且其中通過使一個或多個磁通接入入口盡可能近地鄰近或接觸具有第二相對磁導(dǎo)率的鐵磁體的表面來產(chǎn)生至少一個工作磁路，所述工作磁路具有低于磁槽路的磁阻，所述第二相對磁導(dǎo)率高于所述第一相對磁導(dǎo)率，籍此當(dāng)工件接近磁飽和并且所述工作磁路的磁阻基本等于所述槽路的磁阻時，將達(dá)到從磁槽路到工作磁路的有效的磁通傳輸?shù)臉O限。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁體是偶極子并且被布置在單個圓陣列中，并且其中各個磁體的磁化軸線或者基本垂直于從圓心向相應(yīng)的磁體延伸的半徑延伸，或者基本與所述相應(yīng)關(guān)聯(lián)半徑同軸延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，如在澳大利亞專利753496和美國專利7,012,495的權(quán)利要求書中在其專利被授權(quán)時所描述的可切換永磁設(shè)備被用作所述陣列中的所述磁體。4.一種用于實現(xiàn)到鐵磁體的磁通傳輸?shù)拇旁O(shè)備，具有多個磁體，每個磁體具有至少一個限定磁化軸線的N-S磁極對，所述磁體(a)放置在具有第一相對磁導(dǎo)率的介質(zhì)中、(b)為預(yù)定陣列構(gòu)造、(c)處于分隔開的位置中，并且(d)磁化軸線沿預(yù)定的方向延伸并且優(yōu)選在同一平面內(nèi)，所述設(shè)備具有可操作地設(shè)置成與具有第二相對磁導(dǎo)率的鐵磁體表面相鄰或毗鄰的面，所述第二相對磁導(dǎo)率高于所述第一相對磁導(dǎo)率，藉此在所述磁體和所述鐵磁體之間形成一個閉合的或者帶負(fù)載的磁路，并且產(chǎn)生穿過所述鐵磁體、并基本被限制在所述鐵磁體內(nèi)的在所述磁體的N極和S極之間的磁路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁設(shè)備，其特征在于，還包括其中緊固有所述磁體的非鐵磁性載體。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的磁設(shè)備，其特征在于，各個磁體彼此的間距和各個磁體中N-S磁極對相對于直接相鄰磁體中磁極對的空間方向被選擇成除了由各個N-S磁極對所提供的磁場之外，還提供相鄰磁體的相反磁極之間的附加磁場。7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述介質(zhì)選自空氣、塑料材料或者具有理想化的相對較低磁導(dǎo)率的基本非鐵磁性物質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述陣列包括一個或多個線性行的偶極子磁體，所述磁體優(yōu)選是在澳大利亞專利753496和美國專利7,012,495的權(quán)利要求書中在其專利被授權(quán)時所描述的類型，其中所述磁體的磁化軸線與行近似同軸或垂直于所述行的軸線。9.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述磁體是偶極子磁體，所述磁體優(yōu)選是在澳大利亞專利753496和美國專利7,012,495的權(quán)利要求書中在其專利被授權(quán)時所描述的類型，其中多個磁體被布置在一個或多個同心圓陣列中，并且其中各個磁體的磁化軸線或者基本垂直于從圓心向相應(yīng)磁體延伸的半徑延伸，或者基本與所述相應(yīng)關(guān)聯(lián)半徑同軸延伸。10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任意一項所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述磁體之間的縫隙或者間距固定且相等。11.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任意一項所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述載體被設(shè)計成允許磁體相對彼此的有限位移，從而使所述陣列中各個磁體的間距能在最小值和最大值之間改變并再設(shè)。12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任意一項所述的磁設(shè)備，其特征在于，所述陣列中直接相鄰磁體的極性彼此相反，使得N-S偶極子后是另一個N-S偶極子。13.根據(jù)權(quán)利要求4至7以及權(quán)利要求9至11中任意一項所述的磁設(shè)備,其特征在于，所述磁體被布置在單個圓陣列中，其中各個磁體的磁化軸線基本與從所述圓的圓心向相應(yīng)磁體延伸的半徑同軸延伸，并且其中所述磁體以交替構(gòu)造放置，其中按照圓的順時針方向N-S偶極子后是S-N偶極子。14.一種永磁起重設(shè)備，其具有殼體，其耦合面可操作地設(shè)置成與鐵磁性板狀工件相接合；以及多個可切換永磁體耦合單元，其在所述耦合面上被安裝在所述殼體內(nèi)并且被設(shè)計用來磁緊固所述工件到所述起重設(shè)備，各個單元包括兩個沿疊置軸線疊置的圓柱或碟狀永磁體，所述永磁體被極化成具有至少一個沿著所述堆疊軸線在所述磁體的相對軸向端面之間延伸的N-S活化磁極對；至少兩個圍繞兩個永磁體的周長布置的磁極靴，所述磁極靴具有沿所述堆疊軸線分開的軸向端面，所述磁體被保持為沿著所述堆疊軸線在所述極靴內(nèi)相對彼此運動，以及致動器裝置，其被布置成用于選擇性地轉(zhuǎn)動所述永磁體中的一個以在活化狀態(tài)和去活狀態(tài)間切換所述單元，其中在所述活化狀態(tài)下兩個磁體的磁極沿所述堆疊軸線對準(zhǔn)并且定向于相同方向，來自所述磁體的磁通穿過所述極靴并且呈現(xiàn)出強外部磁場，其中在所述去活狀態(tài)下所述磁體的磁通被分流并且被限定到所述極靴和所述磁體本身內(nèi)，使得外部的磁場弱或不呈現(xiàn)；所述單元以陣列構(gòu)造布置，其中(a)各個單元的堆疊磁體對中的一個磁體和/或極靴被放置成其軸向端面靠近接觸面或者在接觸面上，以及(b)所述各個單元被放置成相互間以及相應(yīng)的磁體對之間具有預(yù)定的縫隙，以便能夠在所述單元的活化狀態(tài)下在相鄰單元之間進(jìn)行磁通交換。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的永磁起重設(shè)備，其特征在于，所述圓柱永磁體是對徑極化偶極子，其中各個磁體的N極和S極被所述磁體的圓形端面的直徑分隔開。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的永磁起重設(shè)備，其特征在于，所述極靴具有一定壁厚，在垂直于所述磁體的所述堆疊軸線的橫截面中，所述壁厚使得圍繞所述磁體的周長的壁的厚度與沿垂直于一個或兩個所述磁體的N-S磁極邊界引出的半徑r的所述磁體質(zhì)量分布相關(guān)。17.根據(jù)權(quán)利要求14、15或16所述的永磁起重設(shè)備，其特征在于，所述磁體單元布置成圍繞同一中心的圓陣列，并且其中所述各個單元被放置成使得其相應(yīng)的N-S極化軸線或者(a)射向同一中心點，或者(b)沿連接所述各個磁體單元的所述堆疊軸線的圓的切線延伸，所述布置使得所述相鄰磁體單元磁性相反彼此相向。18.—種可切換永磁設(shè)備，具有預(yù)定質(zhì)量的活性磁性材料，所述活性磁性材料能夠與工件磁相互作用并且產(chǎn)生耦合力，其特征在于，所述活性磁性材料質(zhì)量被再分成若干分立的磁體單元，各個所述磁體單元可在活化磁狀態(tài)和去活磁狀態(tài)之間切換；以處于活化磁化狀態(tài)時具有第一磁通路的第一磁路呈現(xiàn)于直接相鄰單元的N極和S極之間的方式，以預(yù)定的陣列構(gòu)造將這些單元彼此相隔預(yù)定縫隙間距地安裝在基本非鐵磁性的殼體內(nèi)；并且所述磁體單元各自具有與磁體的N極和S極相關(guān)聯(lián)的極靴，所述極靴被放置成用所述單元的有效磁材料可操作地與鐵磁性工件相互作用來形成一個閉合的、外部的第二磁路，所述第二磁路具有比第一磁通路的磁阻低的第二磁通路，所述第二磁路穿過所述工件在相鄰磁體的N極和S極之間延伸。19.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于，存在兩種磁通入口，第一種在具有第一(向前)磁通方向的各個磁體的極靴之間，而第二種在具有與第一方向相反的第二磁通方向的相鄰磁體的極靴之間，籍此在整個陣列中不存在均勻的磁通方向。全文摘要公開了一種從磁能源到一個或多個鐵磁性工件的自調(diào)節(jié)磁通傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備，其中多個磁體被放置在具有第一相對磁導(dǎo)率的介質(zhì)中，各個磁體具有至少一個限定磁化軸線的N-S磁極對，這些磁體被排列成一個陣列，其中在陣列中相鄰的磁體之間維持預(yù)定距離的縫隙，并且其中磁體的磁化軸線被定向成直接相鄰磁體極性相反地彼此相向，該種布局代表一種磁槽路，其中穿過介質(zhì)的磁通路存在于相鄰磁體之間，并且磁通接入入口被限定在該種相鄰磁體的極性相反的極靴之間，并且其中通過使一個或多個磁通路接入入口盡可能近地鄰近或接觸具有第二相對磁導(dǎo)率的鐵磁體的表面產(chǎn)生至少一個工作磁路，該工作磁路具有低于磁槽路的磁阻，該第二相對磁導(dǎo)率高于該第一相對磁導(dǎo)率，藉此當(dāng)工件達(dá)到磁飽和并且工作磁路的磁阻基本等于槽路的磁阻時，將達(dá)到從磁槽路到工作磁路的有效的磁通傳輸?shù)臉O限。文檔編號B66C1/04GK101356597SQ200680040208公開日2009年1月28日申請日期2006年9月26日優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日發(fā)明者F·柯斯加申請人:磁轉(zhuǎn)換技術(shù)全球控股有限公司