磁石アレイ
磁気エネルギー源から１つ又はそれ以上の強磁性ワークピースへの自己制御(self-regulated)磁束移送(flux transfer)のための方法および装置であって、磁化方向を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石が、第１の比透磁率を有する媒体中に配置され、該磁石はアレイ状に配置され、アレイ内の隣接磁石間で所定距離のギャップが維持されており、磁石の磁化軸は、隣接磁石が逆極性で互いに向き合うように配向しており、こうした配置は、媒体を通る内部磁束経路が隣接磁石の間に存在し、磁束アクセス入り口(portal)がこうした隣接磁石の逆極性ポールピース(pole piece)の間で定義される磁気タンク回路を示し、１つ又はそれ以上の磁束アクセス入り口を、第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触させることによって、磁気タンク回路より低い磁気抵抗(reluctance)を有する少なくとも１つの作動回路が作成され、ワークピースが磁気飽和に近づいて、作動回路の磁気抵抗がタンク回路の磁気抵抗とほぼ等しい場合に、磁気タンク回路から作動回路への有効磁束移送の限界に到達するようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、不充分な材料厚さや材料タイプによって生ずる有限の強磁性特性を持つワークピースと相互作用した場合など、所望の磁界パターンを提供して、磁石に含まれる磁気エネルギーの最適利用を可能にする磁石アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、当初、磁気リフト装置の環境にて考案したが、下記説明から明らかなように、強磁性材料およびワークピースホルダを持ち上げるための装置を超えた応用を有している。本発明の開発は永久磁石の環境で行われたが、基礎となる原理は、電磁石を使用した磁石アレイにも移行可能であると考えられる。
【０００３】
磁気リフトは、磁力を用いて、少量のロッドやスクラップ材料から大型で重量のあるブロック状またはシート状の強磁性材料までの１つ又はそれ以上の鉄材料ワークピースを、装置のコンタクト面に付着させて、装置で確実に保持しながら、１つの場所から別の場所へのワークピースの移送を可能にする多目的な材料ハンドリング装置である。
【０００４】
磁気リフトは、リフト装置のコンタクト面での磁界およびワークピースに作用する吸引力の調整を可能にする電磁石を利用したり、あるいは、ハウジング内の可動ロータ（または他の支持構造）に保持された永久磁石を採用することができ、装置のポールピース(pole piece)コンタクト面で接する（あるいはコンタクト面を提供する）受動ポールピースとの相互作用を選択的にもたらす。即ち、コンタクト面は、磁石の受動ポールピースとして機能するように考案され、磁石本体とワークピースとの間の直接コンタクトが回避され、磁石の環境汚染や、磁石からワークピース分離の際の動作上の困難さを防止している。
【０００５】
現代の永久磁石リフトは、一般には、高強度の磁界を一般に生成する永久磁石を利用している。ここ数十年での冶金学および磁気技術の進歩は、前例のないパワーを備えた磁気材料−特に「レアアース（希土類）」磁石の利用可能性をもたらし、これらの幾つかは自重の１００倍以上の吸引力を示すものである。これらは、「従来の」永久磁石の欠点であったように、適度な外部磁気の影響への露出や保磁子(keeper)の除去に起因した、経年劣化や磁力の急激な損失のような問題からあまり影響を受けない。永久磁石リフトは、低い死荷重と１００〜２０００Ｋｇのリフト能力を有し、市場に投入されている。
【０００６】
手動によるリフトの起動と停止を可能にする永久磁石リフト装置の例は、イタリアのテクノマグネーテ社(Tecnomagnete)によって、ＲＤモジュール、ＳＭＨモジュール、ＭａｘＸとＭａｘＸ ＴＧシリーズで製造、販売されているものである。
【０００７】
リフトとして使用するためのターンオフ永久磁石は、米国特許第３４５２３１０号(Israelson)に開示されている。そこには、積み重ねセラミック板磁石（第１のＮＳダイポール構造を提供する）が、矩形状の板状ポールピースの上側端部で挟持され、これらの下側自由端において強磁性ワークピースへの付着のための作動エアギャップを提供する。
【０００８】
各積み重ね端でセグメント形状のポールピースを備えた、積み重ねセラミック板磁石からなるアーマチャ(armature)（第２のＮＳダイポール構造を提供する）は、板状ポールピースの間に延びている円筒ゾーン内で回転可能に支持されており、これによりアーマチャの回転位置がポールピースの作動面で磁界を増加させたり（即ち、アーマチャのＮ極およびＳ極は、第１のダイポール構造がポールピースに供与するＮ極およびＳ極と一致する）、あるいは、内部の閉じたループ磁路ダイポール構造の間に提供することによって、上側の磁石スタックの磁界を効率的に分流する
【０００９】
米国特許第４３１４２１９号(Haraguchi)は、少し類似した概念を説明しており、積み重ねた板状永久磁石からなる複数の回転可能なアーマチャが、非磁化性の外部ハウジングの内部に収納された複数の（磁化性）受動磁気ポールの間で定義された円筒空洞内に、アレイ状に配置されている。ここで再び、アーマチャの回転位置は、ポールピース作動面がワークピースと接した場合に外部磁束経路を提供するために用いられるポールピースの磁化状態を指示するようになる。
【００１０】
これらのタイプのリフトは、活性状態において、一般に、特定の設計の磁石長さに直接関連した固定した磁化力を生成する。磁石長さは、ある量の活性磁気材料が受容されるポールピース間の距離、例えば、ダイポール磁石の逆極性端面間の距離で定義される。磁気エネルギーの出力は、活性磁気材料の量およびそのタイプ、本質的には固定した値に依存している。しかしながら、作業負荷が、磁石によって提供される全磁気エネルギーを吸収できない状況では、付着した物体での吸引力が減少する。余分な磁気エネルギー自体は、関連した迷走磁界を伴う漏れを表す。
【００１１】
負荷搬送能力に関する要素は、大部分は既存の装置で適切に処理されているが、問題もある。特定の問題は、単一の金属シートをこうした積層シートから持ち上げることが必要になる磁気リフト用途において存在する。既存の装置は、主として重量リフト能力のために構成され、積層状の最上側シートへの平面付着を可能にするコンタクト表面を有することになる。しかしながら、こうしたリフトは、積層の最上側シートと次のシートとの間に充分な高さのエアギャップが維持されなければ、積層から単一シートを別々に持ち上げることができないであろう。あるいは、装置をオンオフに「スイッチ」するための使用される永久磁石の相対位置は、ワークピースと係わり合うポールピース面で利用できる磁束密度が減少する「中間」状態を想定するように選ばれ、その結果、磁気吸引力での低下をもたらす。電流が減少して、シート分離および隣接シートへの磁界浸透の回避が可能になる場合、同じ検討が電磁リフトに適用される。
【００１２】
永久磁石リフトの場合、永久磁石と接触するポールピースがこれらの作用面で最上側金属シートと接触すると、閉じたまたは負荷ありの磁気回路が作成される。シート材料の（磁気）透磁率およびシート厚さが、作成された（外部）磁束経路が上側シート内で全て閉じ込められ、隣接する次のシートにこぼれる漏れ（即ち、磁石、ポールピースおよび上側シートのみを含む意図した磁気回路の外側にある磁束経路）がなければ、リフト装置は、共に磁気付着した、最大重量リフト能力および積層シートへの磁石の磁界浸透によって決まる数のシートを持ち上げるようになるであろう。
【００１３】
換言すると、もし最上側金属シートが、磁石によって供給される磁束全体を運ぶことができなければ、最上側シートにおいて磁束過飽和が生じ、磁界は、最上側シートの厚さを超えて、最下側に配置されたシートの飽和は決して存在しない程度にまで下側にある次のシートまで延びるようになり、磁化力は、実際、リフト装置による持ち上げのための多くのシートを一緒に磁気クランプするようになる。
【００１４】
単一シート持ち上げ問題を取り扱う典型的な手法は、米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０２６９８２７Ａ１号に記載されている。この文献は、フレーム上の一体化構成要素として、単一の強磁性シートを積層シートから持ち上げるのが可能になるように特別に考案した、複数の浅フィールド磁石装置を採用した永久磁石リフトシステムを説明している。
【００１５】
複数の磁石リフト装置は、２次元アレイ状、例えば、４×２の矩形状アレイに配置され、シート上面エリアに渡って複数の箇所でシートと係わり合うようにしている。重要なことに、個々のリフト装置は、金属シートと接触した場合、個々の磁界と各装置が生成する磁束との間で相互作用が生じない程度に離れて配置される。
【００１６】
各磁石装置の磁界の浸透深さを制限するには、短い磁石長さおよび固定の磁石長さを持つ永久磁石が使用される。活性磁気材料の全体体積を増加させ、所望のリフト能力を達成するために、複数の個別の短い長さの磁石が直列接続されて、単一の磁界配向を提供する。即ち、各装置が、軟鉄ポールピース板が間に挿入された積み重ね永久磁石板（対向面が逆極性を有するように、板の厚さ方向に磁化）で構成される。
【００１７】
磁石板は、介在するポールピースを横断して互いに対向した等しい極性の面、例えば、一連の交替するＮ−Ｓ−Ｎ−などで交互に配置されている。積み重ね方向に沿った磁界は、ポールピース間に存在し、隣接するポールピースが複数の作動（エア）ギャップを積み重ね方向に沿って提供する。即ち、各装置の活性磁気材料は、離散した部分にさらに細分化され、受動磁気材料が間に挿入されて接触し、ポールピース間で複数の浅い磁界ループを作成する。
【００１８】
このＵＳ特許文献のリフトフレームでの１つの明らかな問題は、磁石装置がオフに切り替えできない点であり、必要な時にシートをフレームから強制的に切り離すために機械レバーが用いられる。個々の短い磁石長さの磁石の積み重ねた列が、全体で均一かつ大きな磁束を、付着したワークピースシートにおいて共通の方向に発生するため、これは、残留磁気問題（取り外したワークピースでの残留磁化）となる傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の１つの目的は、その一態様において、強磁性シート材料と相互作用することを意図した磁界源として、永久磁石を利用するリフト装置を提供することである。この装置は、「オン」状態と「オフ」状態の間でスイッチ可能であり、「オン」状態は、隣接シート間で実質的なエアギャップ無しで、積層したシートから個々のシートの別々の持ち上げを可能にする。
【００２０】
本発明の他の目的は、その他の態様において、全体として、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する、離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、と同時に、外部磁気回路が作成される際、その配列によって発生した磁束線のワークピースでの実質的な閉じ込めを可能にする。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、その他の態様において、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する、離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、ワークピースに作用する吸引力は、個々の磁界源の合計である吸引力より大きい。
【００２２】
本発明のさらに他の目的は、その他の態様において、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する磁気回路での離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、磁束移送(flux transfer)は、磁界源によって一方的には指示されないが、自律的な内部磁束制御が生じて、磁束源の磁化力を、ワークピースによって提供される外部負荷の強磁性飽和特性とを整合させるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１態様において、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置が提供され、磁化方向を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石を有し、該磁石は、第１の比透磁率を有する媒体中に、磁石間で所定のギャップ間隔を持つ所定のアレイ構成で配置され、磁化軸は、所定の配向で、好ましくは共通面内で延びており、該装置は、動作的には第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触するように配置された面を有し、これにより、磁石と強磁性体との間に、閉じた又は負荷ありの磁気回路を作成するために、磁石のＮ極とＳ極との間で強磁性体を通る磁束移送を行う。
【００２４】
本発明の他の態様において、磁気エネルギー源から１つ又はそれ以上の強磁性ワークピースへの自己制御した磁束移送のための方法および装置であって、
【００２５】
磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石が、第１の比透磁率を有する媒体中に配置され、
該磁石はアレイ状に配置され、アレイ（よって媒体）内の隣接磁石間で所定距離のギャップが維持されており、磁石の磁化軸は、隣接磁石が逆極性で互いに向き合うように、好ましくは共通面内で延びるように配向しており、
こうした配置は、媒体を通る内部磁束経路が隣接磁石の間に存在し、磁束アクセス入り口(portal)がこうした隣接磁石の逆極性ポールピースの間で定義される閉じた磁気タンク回路を示し、
１つ又はそれ以上の磁束アクセス入り口を、第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に可能な限り近接または接触させることによって、磁気タンク回路より低い磁気抵抗(reluctance)を有する少なくとも１つの作動回路が作成され、
ワークピースが磁気飽和に近づいて、作動回路の磁気抵抗がタンク回路の内部磁気抵抗とほぼ等しい場合に、磁気タンク回路から作動回路への有効磁束移送の限界に到達するようになる。
【００２６】
こうしたアレイにおいて、２種類の磁束入り口が存在しており、第１のものは、個々の磁石のポールピースの間にあって第１（順方向）磁束方向を備え、第２のものは、隣接磁石のポールピースの間にあって第２（逆方向）磁束方向を備える。従って、アレイにおいて均一な磁束方向が存在せず、ワークピースでの残留磁気の問題が生じなくなる（こうしたアレイからワークピースの取り外し後での残留磁化がほとんどない）。
【００２７】
このプロセスは、タンク回路と作動回路との間での自律的で需要調整的な磁束移送を可能とし、作動回路の条件に極めて迅速にほぼ自発的に調整することになる。ワークピースの物理的な境界を超えた著しい漏れを伴う過飽和は不可能である。自己制御の磁束移送を規定する上記特徴は、後で明らかになるように、磁気結合装置に組み込み可能であることは理解されよう。
【００２８】
後述する上記広範な概念および追加の概念は、異なるタイプの磁束源、例えば、電磁石などを使用することによって組み込み可能であるが、永久磁石の使用、より詳細には、オンオフスイッチ可能な永久磁石ユニットが、好ましくは用いられる。本発明の両方の上記態様の好ましい実施形態において、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号などに記載され、マグスイッチ社(Magswitch Technology Worldwide Pty Ltd, Australia)から入手可能なスイッチ可能な磁石ユニットが、アレイ状で使用される。
【００２９】
ここで、本発明の異なる態様は、Ｎ極−Ｓ極対の供給源として永久磁石、即ち、磁束および起磁力の供給源を提供する活性磁気材料のみの参照によって説明しているが、これらは当業者によって他の適切に考案された磁束源と置換可能であることに留意する。
【００３０】
同様に、本発明の好ましい実施形態が、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されたような複数のスイッチ可能な永久磁石を採用する場合、スイッチ可能な永久磁石装置のより詳細および理解のためには、これらの文献を参照すべきであり、該文献は、略記した相互参照によりここに組み込まれる。
【００３１】
アレイでの各（永久）磁石は、少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有し、アレイにおける隣接磁石の異なる相互作用パターンが、全体アレイ構成内部での極対磁化軸の相対位置に応じて生ずるようにになる。即ち、個々の磁石の相互の間隔だけでなく、隣接磁石ユニットに対する各磁石でのＮ極−Ｓ極対の空間配向を考慮する必要がある。
【００３２】
その結果、離散した磁石がどのように互いに離れているか、所定のアレイ構成にどのように配置されているかに依存して、磁石の個々の磁界が相互作用する可能性だけでなく、隣接磁石の間、そして、磁石アレイに付着または極めて接近した強磁性ワークピース内で追加の磁束ループを通る追加の磁束経路が作成可能である。１つの磁石アレイ配置において、個々のＮ極−Ｓ極対によって提供される磁界に加えて、隣接磁石の反対極の間で追加の磁界が提供される。
【００３３】
個々の永久磁石を、隣接磁石が異なる配向の磁化軸で並ぶアレイ状に配置する概念は、それ自体新しくはない。こうした配置は、磁束を特定パターンにシフトさせる目的で考案されている。例えば、基本的なハルバッハ(Halbach)アレイは、側面が互いに隣接したリニアアレイ状に取り付けられた、５個の個々のキューブダイポール永久磁石（例えば、ネオジム−鉄−ホウ素磁石）で構成でき、隣接する磁石の磁化軸（即ち、Ｎ−Ｓ軸）は時計回りに回転しており、これにより装置の片側での磁界を増加させ、他の側での磁界をほぼゼロにキャンセルする永久磁石構成（または装置）を作成する。
【００３４】
こうした片側磁束分布の利点は、理想的な場合に、磁束が閉じ込められつつ他では磁束無しエリアを作成することから磁界が片側で２倍になることである。また、ダイポール、四重ポール(quadrupole)、マルチポール ハルバッハシリンダが知られており、規則的な台形(trapezium)断面を有し、閉じたリングに配置される複数の個別磁石で構成される。同様に、上述のリニアハルバッハアレイを模擬するように考案された個別電磁石アレイは、米国特許第５６３１６１８号から知られている。
【００３５】
本発明の対象および機能は、ハルバッハアレイ型装置とは同等でないことに留意すべきである。本発明に係るアレイは、個別磁石を必要し、これらは、好ましくは、ダイポール磁石ユニット（マルチポール磁石も除外せず）を提供するように配置された多重の磁石ピースで構成してもよく、互いに間隔をあけて、アレイ内でギャップを維持している。即ち、個別磁石は、互いに選択した距離に維持され、この距離は、隣接磁石間の追加の磁束交換ゾーンの生成および存在を確保するようにすることが重要である。磁束は、磁石アレイ要素間に配置された媒体を通過することになる。媒体は、エア、プラスチック材料または、理想的には低い比透磁率を有する他の物質でもよい（エアは、約１の基準透磁率値を有する）。
【００３６】
本発明のアレイは、磁束を磁石装置の１つの領域に閉じ込めることは意図しておらず、むしろ全ての磁石からの最適な量の磁束を、所定の外部回路のために利用することを可能にしており、後述する特定のアレイ実施形態から明らかとなろう。
【００３７】
好ましい形態では、磁石アレイは、装置のキャリア（本体）の内部に配置されることになる。即ち、磁石アレイは、キャリア内に取り付けられ、これ自体、外部回路ワークピースとの相互作用のためのコンタクト面を提供し得る。
【００３８】
そして、より具体的な態様において、本発明は、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置を提供するものであり、アレイは、１つ又はそれ以上の直線列の活性ダイポール磁石からなり、好ましくは、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されたスイッチ可能なタイプのものである。磁石の磁化軸は、列内でほぼ同軸、あるいは列の軸に垂直であり、隣接磁石は、交互の極性で互いに面している。
【００３９】
こうした配置は、添付図面の図６、図７ａ、図７ｂに概略的に図示している。こうした交互のＮ−Ｓ極配置は、磁界範囲を拡大することなく、有効磁束交換エリアの数およびアレイを使用する閉じた磁気回路の外部磁束経路（磁石装置が、強磁性体、例えば、鋼板と接触した場合）を効率的に２倍にする。追加の磁束交換エリアの効果は、もしその磁束密度が鋼板の高い磁気抵抗によって制限される場合、各磁石に関連した活性ポールピースのコンタクトエリアでの磁束密度の増加である。こうして、より高い吸引力および改善した磁気効率が達成される。高い磁気抵抗は、比透磁率および、鋼板などのワークピースの断面積の関数であることに留意する。
【００４０】
より具体的な他の態様において、本発明は、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置を提供するものであり、複数のダイポール磁石は、好ましくは、オーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、１つ又はそれ以上の同心円アレイ状に配置されている。各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている。
【００４１】
このアレイ構成の第１の代替は、以下、円形（またはリング）アレイと称するものであり、磁石の磁気軸は、共通円への接線を定義する。一方、第２のアレイ代替は、スターアレイと称し、磁化軸がアレイの（共通）中心から星状に放射状に延びている。当然ながら、説明する正確な幾何配向からの僅かな偏差は、装置の全体性能に僅かでも影響を及ぼすことは理解されよう。こうした円形アレイおよびスターアレイは、添付図面の図８ａ〜図８ｃに概略的に図示している。
【００４２】
他のアレイ構成は、所定の応用に適合させるように、間隔があいた複数の磁石ユニットを組み込み可能であることも理解されよう。
【００４３】
閉じた磁石アレイ構成、特に、円形かつ楕円アレイ構成は、アレイ内での非対称の磁気性能を回避する利点を有し、本質的には閉じ込めた磁界を提供するものであり、「フリー」極またはアレイ端が存在せず、磁束が漏れて、意図した有用な外部磁気回路へ移送されなることがない。
【００４４】
円形アレイは、上述したように、特に、磁気タンク回路での使用に好適である。個別磁石の隣接した極が互いに直接に面しているため、個別磁石ダイポール間の相互作用が極めて強い。プレーナ型ポールピース面および隣接磁石間の短いギャップは、こうしたタンク回路の低い内部磁気抵抗をもたらす。
【００４５】
好ましくは、離散した磁石の間の間隔は固定されて等しいものであり、これにより、閉じた外部回路がワークピースとともに作成される場合、アレイ内で対称的な負荷パターンを達成する。
【００４６】
しかしながら、磁石装置は、離散した磁石の制限された相互の変位を可能にするキャリアを有し、個別磁石の距離をアレイ内で最小値と最大値の間で変化させ、再固定することが可能である。離散した磁石の間で選択した距離は、全体磁界の大きさについてある制御を与える。隣接磁石間の短い距離は、分離した磁石間の磁束交換を増強し、全体磁界強度および、鋼板などのワークピースへの全体の磁界浸透深さでの減少を伴う。より広い間隔は、個別磁石のＮ極とＳ極の間の磁束交換へ重みが増え、磁界強度の全体増加およびワークピースへの比較的深い磁束浸透を伴う。
【００４７】
磁石の個数および幾何サイズ、アレイ内での間隔レイアウトは、磁石装置の意図した用途（例えば、金属シートリフト）や磁束が移送される強磁性体の性質に応じて選択可能である。例として、型式Magswitch Version M1008 の５個の磁石の円形アレイは、１ｍｍの間隔が磁石間で維持されており、０．８ｍｍ鉄板に対して１４５Ｎの吸引力を作用できる。この場合、下方で直接接触している２番目のシートへの吸引は、ほとんど目立たない。
【００４８】
円形アレイ構成では、隣接磁石の極性が互いに逆であること、例えば、Ｎ−Ｓダイポールが他のＮ−Ｓダイポールに続くようなものが好ましい。上述したように、より詳細には後述するように、こうしたアレイ構成は、装置が強磁性ワークピースと接触して、隣接する磁石間に設けられる多重の追加の磁束交換エリアを示す場合、自己制御(self-regulated)の磁界強度（Ｈ）を備えた磁石装置を有効に作成する。
【００４９】
スターアレイ構成では、磁化軸の全てのポイントが、中心に向いたこれらのＮ極またはＳ極を備えるように磁石を配置することが可能であり、これは実際には磁石の磁気エネルギーが「平行」になることを意味し、装置内で利用できる総磁気エネルギーを大きくし、隣接磁石間で追加の磁束交換エリアを作成することなく、本質的には、１つの内側磁極（ＳまたはＮ）と外側の極（ＮまたはＳ）を備えたカップ磁石を模擬している。
【００５０】
代替として、スター構成において、Ｎ−ＳダイポールがＳ−Ｎダイポールに続く（隣接する）ような交互の構成に磁石を配置することが可能である。本質的には、こうしたアレイは、隣接磁石間に設けられる多重の追加磁束交換エリアを有し、自己制御の磁界強度（Ｈ）を示す磁気タンク回路を形成するが、上述の円形アレイに存在するもののように効率的ではなく、タンク回路の性質と追加の磁束エリア数の点で良好な全体の中間的な立場を示す。
【００５１】
上述したようなタンク回路は、本質的には、磁界強度に関する限りで自己制御式であることに留意すべきである。こうした自己制御は、本質的には、磁化力を制限して、こうした磁石アレイが、装置の外部界面（例えば、作用面）と近接（または接触）したワークピースの物理的閉じ込めに作用できるからである。ワークピースを超えて「漏れ」る著しい磁化力（磁界）が無いようになる。これは、こうしたアレイの結合装置への組み込み（または実施形態）を構成し、電子回路は特に関心のあるワークピースの背面近くにある。こうして迅速な付着／リリース磁石装置が、磁界の干渉を回避すべき応用、例えば、携帯電話吊り具(halter)、ＧＰＳ取り付けユニット、デバイスの相互結合が望まれている他の応用などでの使用のために作成可能である。
【００５２】
本発明のさらに他の態様において、磁石に隣接したワークピースへの磁界浸透を制御する方法が提供され、所定量の活性磁気材料を、離散して間隔をあけた、好ましくはスイッチ可能な磁石に分割して、複数の磁石を直線（開いた）アレイまたは円形（閉じた）アレイに配置し、隣接磁石が互いに交互の極性を備え、磁石間のギャップを横断するように配置される。
【００５３】
更なる態様において、本発明は、スイッチ可能な永久磁石のリフト装置または結合装置を提供するものであり、
強磁性のシート状ワークピースとの係合をもたらす結合面を備えたハウジングと、
ハウジングの結合面で搭載され、ワークピースをリフト装置へ磁気的に取り付けるように考案された複数のスイッチ可能な永久磁石結合ユニットと、
スタック軸に沿って積み重ねられ、スタック軸に沿って磁石の対向する軸端面（反対の極を持つ磁石）の間に延びる少なくとも１つのＮ−Ｓ極対を有するように分極した２つの円柱状または円板状の永久磁石と、
両方の永久磁石の周囲回りに配置され、スタック軸に沿って間隔があいた軸端面を有する少なくとも２つの磁気ポールピースであって、磁石は、ポールピース内で前記スタック軸に沿って互いに相対移動のために保持されるようにした磁気ポールピースと、
該ユニットを、活性状態と非活性状態との間で切り替えるために、永久磁石のうちの１つの選択的回転のために配置されたアクチュエータ手段であって、活性状態では、両方の磁石の磁極がスタック軸に沿って同じ方向に整列、配向しており、磁石からの磁束がポールピースを通過して、強い外部磁界が存在しており、非活性状態では、両方の磁石の磁界が互いに歪んで、磁石の磁束が分流してポールピースおよび磁石自体の内部に閉じ込められ、弱い外部磁界が存在し、または外部磁界が無いようにしたアクチュエータ手段とを有し、
該ユニットは、アレイ構成に配置され、（ａ）磁石の積み重ね対の磁石の１つ及び／又は各ユニットのポールピースは、これらの軸端面がコンタクト面に接近またはそこにあるように配置され、（ｂ）個別ユニットは、互いにギャップを伴って、これらの個別磁石対とともに配置され、ユニットの活性状態において隣接ユニット間での磁束交換が可能になり、これにより他の個別に活性化したユニットのワークピースへの磁束浸透パターンが変化するようにしている。
【００５４】
本発明のこの態様によれば、同程度の全体の活性磁気材料の量の１つ又は２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットを利用した同様な装置と比べて、コンタクト面における各ユニットおよび結合したユニットのワークピースへの磁束浸透パターン深さが減少し、一方、持ち上げに利用可能な磁気力を維持できるリフト装置が提供される。
【００５５】
スイッチ可能な磁石ユニットのポールピースは、適切な受動的に磁化可能な材料で、可能な限り最低の磁気抵抗を示し、最大磁束密度が可能な材料で好都合に製造される。これに対して、全体に保護用または強化した装置ハウジングの材料は、好ましくは、本質的には非強磁性材料、例えば、ステンレス鋼 等級３１６またはアルミニウムなどで製作される。選択した磁気活性材料の磁束密度より高い受動強磁性ポールピース材料の飽和値は、永久磁石の磁束密度についての磁束圧縮を可能にし、より高い吸引力および磁化力が得られる。ポールピースの適切な材料は、この順序で、低い残留磁気の純鉄、軟鉄、軟鋼であるが、より高い機械強度を持つマイルドスチールも好ましい。
【００５６】
上述のように、何れか任意のリフト装置ハウジングまたは個別のスイッチ可能な磁石ユニットのキャリア、特に、コンタクト面にポールピースを提供するハウジング要素は、実際には、強磁性でない材料で製作すべきである。
【００５７】
定格リフト能力に関して大きなレベルの柔軟性を可能にするリフト装置は、上述のような、所定数の個別のスイッチ可能な磁石ユニットを所定のアレイ構成に組み込んでもよく、個別ユニット上で動作して、共同かつ同時に、あるいは選択的かつ同時に活性化および非活性化するように配置されたアクチュエータ機構が設けられる。各ユニットを個々に活性化および非活性化するように考案したアクチュエータ機構を設けることも可能である。こうしたアクチュエータ機構に、機械的なリンクアーム配置、圧縮空気回路または油圧回路を知られた方法で組み込んでもよい
【００５８】
サイズの選択、性能パラメータ、個別のスイッチ可能な磁石ユニットの数、ユニットの個別極軸の特定のレイアウトは、磁気材料の特性、重量、厚さに関するワークピースの性質に依存することは理解されよう。
【００５９】
異なる態様を示す幾つかの実施形態および本発明の好ましく任意の特徴について、添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、本発明に基づく基本概念の１つを組み込んだテスト装置形式のスイッチ可能な永久磁石結合装置１０を示す。こうした磁石装置の実施形態は、こうした装置やデバイスを強磁性体に対して解放可能に磁気的に結合するように、より複雑（簡単）な装置およびデバイスに組み込んでもよい（例えば、図２に示すような磁気リフトは、個々の薄い強磁性シート金属材料を、こうしたシート積層から持ち上げるようにしている）。
【００６１】
こうした装置１０は、この場合、円板状の形状を有し、後述のように、５個の個別永久磁石結合ユニット１４が動かないように取り付けられた、実質的に非強磁性材料からなるハウジングまたはキャリア部１２を含む。ユニット１４は、キャリア部１２を通過する開口に搭載されて、例えば、接着などで永久的に取り付け、あるいは個々のユニットの交換が可能なように取り付けられる。ユニット１４は、キャリア部１２に受け入れられ、少なくともユニット１４の目に見えない底軸端面が、キャリア部１２の円形係合表面と同一平面、あるいはここから僅かに突出している。図１において、磁石は、キャリア部１２の上側面と同一平面であり、活性磁化位置と非活性磁化位置の間での各ユニット１４の切り替えが可能なようにアクセス可能である。ユニット１４は、装置１０の中心軸回りに円形アレイ構成に配置される。
【００６２】
図３ｂに示すように、個別ユニット１４の下記説明から明らかなように、各ユニット１４は、一対の積み重なった円柱形の永久磁石２０と、これをほぼ包むように磁石の周囲を取り囲む２つのポールピース１６，１８とを含む。高い透磁率を持つ軟鉄材料で製作されたポールピース１６，１８の下側軸端面（不図示）は、円柱磁石２０の下側の対応する軸端面と同一平面または僅かに出ている。
【００６３】
ユニット１４の円柱磁石２０の１つは、図３ａに示している。磁石は、全体の軸長を横断するように正反対に磁化されている。このことは、磁石２０の上面２８および下面２９の直径２６に沿って通過する垂直面２４によって、磁石のＮ極（Ｎ）２２とＳ極（Ｓ）２１の間で観念的な分割が設けることを意味する。磁石２０は、本質的には、垂直面２４に対して垂直な磁化軸ＭＡを有するダイポールである。しかしながら、円柱周囲に沿った磁界強度は、正弦波のように変化し、最小値はＮ−Ｓ界面２４に存在し、最大値は周囲に沿った９０°回転にて存在する。
【００６４】
円柱（または円板）磁石２０は、好ましくは、希土類磁石、例えば、ネオジム−鉄−ホウ素磁石であり、現在入手可能な希土類磁石は、約１．４テスラの磁束密度最大値を達成するものであり、これは、ポールピース１６，１８に使用可能な良好な受動強磁性材料の飽和密度をほぼ下回る。本発明は、他の活性永久磁石材料の使用も想定している。
【００６５】
図３ｂを参照して、スイッチ可能な永久磁石ユニット１４を分解した状態で示しており、ユニット活性化及び非活性化機構３０の存在については、本質的には、図１に示すユニット１４と同様である。
【００６６】
ユニット１４は、上述したタイプの同様な高さ寸法およびＮ−Ｓ極構造の２つの円柱磁石２０ａ，２０ｂを含む。例として、１０ｍｍ直径×８ｍｍ高さの円柱磁石である。下側磁石２０ｂは、２つのポールピース１６，１８の間で表面係合接触で保持され、これらは、形状および断面が同一であり、磁石の外側周面と一致するように相応に湾曲した、磁石に面する内面３２を有する。一方、上側磁石２０ａは、ポールピース１６，１８の周囲で面する面３２に向けて、可能な限り最小のギャップを維持する必要があり、これによりポールピース１６，１８内で、それ自体は回転なしで保持された下側磁石２０ｂに対して、摩擦無し（または最小化）の回転を可能にする。磁石２０ａ，２０ｂは、ユニット１４の長手軸を規定するスタック軸Ａに沿って、互いに単に積み重なったもので、上側磁石２０ａは、アクチュエータ機構３０を用いて下側磁石２０ｂに対して回転できるようにしている。
【００６７】
構造に関してより詳細には、こうした磁石ユニット１４の構成要素の可能性ある異なる構成およびその動作原理は、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されており、詳細はこれらを参照すべきである。
【００６８】
この目的について、上側および下側磁石２０ａ，２０ｂは、ポールピースハウジング１６，１８内において対面する並置(juxtaposition)で収納され、上側磁石２０ａの回転軸Ａの回りの回転が、下側磁石２０ｂのＮ極領域およびＳ極領域について上側磁石２０ａのＮ極領域の時系列な通過を生じさせることに留意することで充分である。
【００６９】
上側磁石２０ａのＮ極が下側磁石のＳ極とほぼ整列して一致する位置において、その結果、上側磁石２０ａのＳ極が下側磁石のＮ極にほぼ重なった場合、第１および第２の磁石は、内部の活性磁気分流として機能し、その結果、両方の磁石２０ａ，２０ｂでの等しい活性磁気量と、ポールピース１６，１８の総磁束搬送能力が、組み合わせ磁石の磁束出力より高いと仮定すると、ユニットからの外部磁界強度が理想的にはゼロになる。
【００７０】
上側磁石２０ａを回転軸Ａの回りで１８０°回転させると、磁石２０ａ，２０ｂの極対のアライメントが変化し、上側磁石２０ａの個々のＮ極およびＳ極が、下側磁石２０ｂの個々のＮ極およびＳ極とほぼ重なる。このアライメントでは、ユニット装置１４からの外部磁界がかなり強く、装置は、ユニット１４のコンタクト面３４（ポールピース１６，１８の底軸端面によって提供される）において強磁性ワークピースに磁力を作用して、これによりユニット１４をワークピースに強力に固定し、外部磁束経路を作成する。
【００７１】
受動ポールピース１６，１８は、この磁気結合機能を支援する際に重要であり、例えば、純鉄、軟鉄またはマイルドスチールなど、低い磁気抵抗を持つ強磁性材料で製作される。ポールピースによって提供されるユニットハウジング壁の断面積は、図示した実施形態では、不均一であり、ポールピース搭載の永久磁石の外部磁界強度での増加を達成している。ポールピースの外側輪郭、即ち、ポールピース１６，１８の壁厚は、永久磁化した円柱２０ａ，２０ｂの周囲回りの磁界強度の変動を反映し、あるいはその関数である。
【００７２】
本質的には、ポールピースの設計、永久磁石円柱２０ａ，２０ｂの周囲回りの磁界強度Ｈの変動、良好な結果を達成する外部形状を考案する際の磁界の逆二乗則の適用、ポールピースおよび磁石のための特定材料の使用、全体の結合装置１０の意図した応用は、ポールピース１６，１８の変更を必要とし、その最適な形状に影響を及ぼす。より詳細には、上記米国特許を参照。
【００７３】
円柱磁石２０ａ，２０ｂの回りに組み立てられたポールピース１６，１８の外部形状は、外部磁界強度を最大化することを目標とし、不完全な「外部」磁気回路の場合、ワークピース上の正しい位置でユニット１４を保持するのを支援する。ポールピース１６，１８は、軸Ａに沿って可能な限り最短の長さであることが好ましい。ポールは、各ユニット１４の磁気回路の一部を（磁石とともに）形成する。ポールは、高い透磁率材料を使用した場合でも磁気エネルギーの損失をもたらす固有の磁気抵抗(reluctance)を有する。ポールの長さ、および結合ユニット１４の全体の高さ（または長さ）を最小化すると、磁気エネルギーの損失は最小になり、よって外部磁界強度が最大になる。対面するポールピース間の界面を提供する接合エリア３６は、極めて高い磁気抵抗の薄い層が設けられ、これによりポールピース１６，１８の磁気分離を維持し、即ち、短絡を防止している。
【００７４】
最後に、軸端面の表面積（符号３５，３４を参照）は、好ましくは、磁束圧縮機能を提供するように選択される。即ち、ポールピース１６，１８の総断面積（または設置面積）は、円柱の直径×合計高さから導かれる磁石２０ａ，２０ｂの断面積より小さくなるように選択されることになる。これにより、活性材料が供給できる最大磁束密度と比べて、ユニット１４の磁束密度出力を増加させることができる。例えば、良好な強磁性材料は、２テスラ以上の飽和レベルに到達できるため、合計ポール設置面積を減少させることによって、ポールでの磁束密度をこのレベルに増加させることができる。
【００７５】
磁束圧縮は、固定ではなく、活性ソース材料の磁束密度と、ポールピースに向いたその断面積と、受動強磁性（ポール）材料の磁束飽和レベルと、ポールピース材料のＢ−Ｈカーブの非線形に起因した損失ファクタとの乗算から導かれる設計パラメータである。
【００７６】
次に図４と図５を参照して、薄いシート状のワークピース４０に接触して置かれた、個別磁石スイッチングユニット１４をかなり簡略して図示している。ユニット１４は、上側および下側磁石２０ａ，２０ｂ（図３ｂ）のＮ極とＳ極２１，２２（図３ａ）が一致して、外部磁界が存在している活性状態で概略的に図示している。ユニット１４の明るいグレー部分は、磁石がポールピース１６の１つに強制する活性状態のＳ極を示し、暗いグレー部分は、他のポールピース１８へ切り替わったＮ極を示す。
【００７７】
ワークピース４０でのポールピース設置面積は、図５中の符号４２，４３で識別され、即ち、この例では、図３ｂ中の符号３４で識別されるポールピースの下側軸端面が、ユニット１４のワークピース係合エリアを提供するように機能する。そのコンタクト面４２でＮ極ポールピース１８を「出た」磁束は、ワークピース６０の厚さｔを横断する磁束経路を通過して、他のＳ極ポールピース１６のコンタクト面４３に「入り」、これは、ユニット１４内で整列した逆極性の円柱磁石（２０）のＮ極およびＳ極領域の間で、垂直界面エリアを通って延びている磁束ループの中で閉じられる。
【００７８】
ワークピース４０内での１次有効磁束交換エリア４４は、磁束密度飽和が存在する総磁束交換エリアの断面である。ユニット１４の磁界は、設置面積に閉じ込められていないため、総磁束交換エリアは、磁束密度がユニット１４からの距離とともに減少する中央エリア４４の両側に対して横断するように配置される、２次有効磁束交換エリア４６によって延長される。これらの２次有効磁束交換エリア４６は、ワークピースの（磁束）飽和から得られる磁束漏れによって維持され、有効磁束交換エリア４４，４６のサイズは、ワークピースが磁束を吸収できる程度に依存している。高い磁束吸収は、より低い磁束漏れと、２次有効磁束交換エリアの収縮をもたらす。
【００７９】
ワークピースおよびワークピースでの関連した総有効磁束交換エリア（６２，６４）の厚さｔが、個々のポールピース１６，１８の設置面積４２または４３より小さい場合、及び／又は、ワークピース材料の磁束飽和（性質）がポールピースよりも低い磁束密度で飽和が生ずるようなものである場合、磁束交換が制限され、ポールコンタクトエリアでの磁束密度が低下する。
【００８０】
その結果、ユニット１４が、付着したワークピース４０へ作用する「吸引力」の急峻な低下となり、磁束密度と吸引力との間の相互関係に従って、磁気吸引力は、磁束密度の二乗で変化し、ポール面積とはリニアで変化する。
【００８１】
上述のように、ワークピース４０がユニット１４の全体磁束を搬送できない場合、磁束飽和がワークピース４０内で発生し、図４の符号４８で概略的に図示するように、ユニット１４内の２つの磁石２０の重畳した個別磁界によって生成される磁界が、ワークピース４０を超えて延びる（厚さ方向に）。従って、単一のシート材料のワークピース４０に付着する際、ユニット１４が完全に活性状態になり得る利用可能な磁気エネルギーは、部分的に利用されるだけである。概略的に図示した磁界４８は、シート材料の厚さを通って延びて、シート材料４０の下方に配置された他の強磁性ワークピース４１と相互作用可能であることに留意する。
【００８２】
合計厚さｔ２を持つ積層シートである追加のワークピースシート材料４１の厚さおよび、飽和したワークピースシート４０からの距離に依存して、ユニット１４は、上述したように、積層シート４０，４１の合体磁束交換エリアがポールピースコンタクトエリア４２または４３にほぼ等しい合体厚さまで、追加のシート４１を磁気的に持ち上げることが可能になる。
【００８３】
磁界が直近のワークピース４０を飛び出す程度は、当然ながら、個別の磁石結合ユニット１４に存在する活性磁気材料の量に依存する。
【００８４】
本発明の一態様によれば、特定のリフト力または結合力を提供するように定められた、単一または互いに間隔をあけた複数のユニット１４を用いる代わりに、必要な結合力を提供するのに必要な活性磁気量（ポールピース形状化が関与し得る影響を拡大する何れかの力及び／又は磁束移送とは別にして、上記参照）は、複数のより小型のスイッチ可能な磁石ユニット１４に細分化される。例えば、図７ａと図７ｂでの概略図を参照。
【００８５】
図１と図２のように、ユニット１４は、非強磁性材料のより大型ハウジング（不図示）の中に取り付けられ、配置される。重要には、ユニット１４は、後述するような特定タイプのアレイ構成に配置されることになる。図８ａ〜図８ｃと図１０の図面を参照。これは、個別ユニット１４の相互作用を可能にし、改善した性能を達成できる。
【００８６】
個別のユニット１４の何れか任意のアレイ状の全体配置だけでなく、活性化した個別ユニット１４のＮ極とＳ極の相対配置をも記述するのに必要な更なる幾何パラメータを定義するのが適切であろう。このため図５を参照して、個別ユニット１４のいわゆる分極（または極）軸ＰＡを示しており、この軸は、ユニット１４の個別の逆極性円柱磁石２０ａ，２０ｂの個々の界面２４（図３ａと図３ｂを参照）が共通面において重なり合う場合、即ち、ユニット１４が、個別磁石２０ａ，２０ｂの磁化軸ＭＡが同軸に整列する完全に活性化または完全に不活性化の状態である場合に定義される（垂直）界面に対して垂直に延びることによって特徴付けられる。
【００８７】
図５において、結合ユニットは、完全に活性化された状態で図示している。本質的には、分極軸ＰＡは、ユニット１４の完全に活性化状態におけるＮ極からＳ極の配向軸を定義し、簡単な棒磁石のＮ−Ｓ軸として視覚化してもよい。例えば、図６を参照。こうした簡略化（活性化）した磁石類似手法は、更なる説明で用いている。
【００８８】
図７ａと図７ｂを参照して、リニアアレイ状に配置された複数の個別結合ユニット１４を概略的に図示している。ユニット１４は、等しいギャップ（ｇ）で相互に間隔をあけて保持され、個別ユニット１４の分極軸ＰＡは、活性化ユニット１４のＮ極とＳ極が交互の順番で配置されるように、相互に同軸で直列配置される。
【００８９】
図６は、図７ａと図７ｂに具体化した直列交互アレイ構成をかなり簡略化して図示しており（簡単なＮ−Ｓ棒磁石１４’で表す）、ユニット１４’の分極軸ＰＡがアレイの軸ＡＡに対して垂直に延びている他の直列アレイ構成も示している。近接（または隣接）した磁石１４も、交互のＮ−Ｓ極とともにギャップを横断して互いに向き合っていることに留意する。
【００９０】
図７ａと図７ｂに戻って、ワークピース４０内において、各結合ユニット１４に存在する個々の有効磁束交換エリア（図５中の符号４４，４６）とは別に、各ユニット対１４の間に、追加の有効磁束交換エリア（こでは、第３磁束交換エリア５０と称する）が存在している。これは、アレイラインでの個別ユニット１４の比較的接近した空間距離の結果として形成され、個々の隣接ユニット対の磁界の相互作用に起因して存在する。
【００９１】
図７ａの図面において、交互の極配置の５個のユニット１４のは、４つの第３磁束交換エリア５０を追加し、これは各個別ユニット１４の磁界の閉じ込めを支援している。第３磁束交換エリア５０が有する効果の１つは、ユニットアレイ１４が作用するワークピース６０の磁気抵抗によって磁束密度が制限される場合、各ユニット１４のポールコンタクトエリア４２，４３における磁束密度の増加である。こうして、個別ユニット１４の合計と同じ全体活性磁気量を有する単一ユニット１４の使用と比べて、より高い吸引力および改善した磁気効率が達成される。
【００９２】
個別ユニット１４間の間隔（あるいはリニアギャップｇ）は、全体磁界強度についての制御をもたらす。隣接したユニット１４間のより短い距離ｇは、全体磁界強度および全体浸透深さの減少とともに、離れたユニット１４間の磁束交換を強調することになる。ユニット１４間のより広い間隔ｇは、磁界強度の全体増加とワークピースへのより深い磁束浸透とともに、個別ユニット１４の磁気ポール間の磁束交換に重み付けすることになる。
【００９３】
図８ａ〜図８ｃは、図６のリニアアレイと比べて、個別ユニット１４の円形アレイ配置の概略平面（底面または上面）図を示す。図８ａの円形アレイ構成は、図１に示すテスト装置および図２に示す磁気リフト装置１００において具体化される。図２のリフト装置１００において、６個の個別ユニット１４が、ワークピース（不図示）が当接可能な円形面板１３５を有する外側円筒ハウジング部分１２０に、固定かつ除去可能なように取り付けられる。機械アームリンク配置（不図示）を収納したアクチュエータモジュール１３０は、ハウジング部１２０の後方にボルト止めされ、個別ユニット１４のアクチュエータ装置（同様に不図示、例えば、図３ｂ中の符号３０で示す）が、上述したように、個別ユニット１４を共に活性化および不活性化するように動作可能であるような手段を提供する。
【００９４】
図８ａと図８ｂの円形アレイ構成は、本質的には、図６に示した交互極性を持つリニア直列アレイの自由端の閉鎖を表しており、これにより全てのユニット１４が隣接ユニット１４を有する自己完結(self-contained)したアレイ構成を提供し、ユニット対間の相互作用が可能になることに留意する。そのため、開放端部のリニアで矩形または他の行列アレイと比べてより均質な磁力場分布が存在することになり、円形アレイ構成が好ましい。
【００９５】
図８ａに示すアレイにおいて、６個のユニット１４は、半径ｒの架空円および図面紙面に対して垂直に延びる、各ユニット１４の個々の磁石スタック軸Ａが設けられ、各ユニット１４の分極軸ＰＡは、スタック軸Ａと交わる前記架空円ラインのほぼ接線方向に延びており（即ち、前記半径ｒに対してほぼ垂直である）、個々のユニット１４の活性化したＮ極は、隣接ユニット１４の活性化したＳ極と向かい合っており、逆も同様である。このアレイ構成では、個別ユニット１４における６つの１次および２次の磁束交換エリア４４／４６と、隣接ユニット１４間での６つの３次の磁束交換エリア５０とからなる１２個の有効磁束交換エリアが存在する。
【００９６】
図８ａのアレイでは、非隣接のユニット１４のＮ極とＳ極の間に、磁界相互作用が存在する。しかしながら、実際には、これらは僅かでとても弱いため、全体の有効磁束交換エリア４４／４６，５０へは寄与しない。
【００９７】
図８ａ，図８ｂ，図８ｃを参照して判るように、個別ユニット１４の円形アレイ構成は、全体アレイおよび隣接ユニット１４に対して、各ユニット１４の分極軸ＰＡの相対的な向きに依存して、異なる有効磁束交換エリアを作成可能である。いわゆる交互スターアレイ構成は、図８ｂに示しており、図８ａの円形アレイと同じアレイ半径ｒが存在している。しかしながら、このアレイ構成では、個別ユニット１４は、これらの分極軸ＰＡが放射状配置（ハブおよびスポーク）に配置され、各ユニットについて個々の半径で実質上同軸であり、ユニット１４は、活性のＮ極またはＳ極が内側に向いて、他の極は外側に向いている。同時に、隣接ユニット１４は、交互の極が半径方向に内側と外側に向いて配置され、これにより隣接ユニットの活性Ｎ極とＳ極が近接している。
【００９８】
図８ｂは、このアレイ構成において存在する有効磁束交換エリアを概略的に示している。半径方向で内側に配置された３次磁束交換ゾーン５２が、隣接ユニット１４の間の有効磁束交換エリアであり、半径方向で外側に配置された３次磁束交換ゾーン５４と比べて、比較的強い交換を示し、これは、内側に配置された極と比べて、半径方向で外側に配置された隣接ユニットの活性極の距離増加に起因している。
【００９９】
同様に、全体アレイの全く反対側に配置されたユニット１４の逆極性の活性極の相対的な近接に起因して、半径方向に向き合ったユニット間で延びる３つの３次磁束交換ゾーン５６が存在しており、磁束交換ゾーン５６は交差スター状のパターンに配置される。
【０１００】
磁束浸透深さの増加が必要である場合、図８ｂのアレイは、図８ｃに示すアレイ構成に変更してもよい。ユニット１４の同じ配置が存在するが、個別ユニット１４の活性極（極性）は、全ユニット１４が、アレイの半径内側端で同じ極性を有するように配置され、即ち、ユニット１４は、各ユニット１０の同じ極が半径内側に向いて、他の極が半径外側に向くように配置される。
【０１０１】
このアレイ形成では、個別の活性ユニット１４のＮ極とＳ極は、半径ｒで規定される円に沿って「平行化」され、２つの環状でより大きな極ユニットに効率的に併合され、これにより個別ユニットの磁束交換ゾーン４４，４６から形成されるリングバンド形状の同心の有効磁束交換ゾーン５８を規定する。しかしながら、磁界強度は、交換バンドに沿って不均一に分布しているが、個別ユニット１４の個々の極で最大値に到達する。実際、こうしたアレイ構成は、隣接ユニット１４間にある何れかの３次磁束交換エリアを有しておらず、半径内側および半径外側の環状磁石極を持つ共通した磁石カップ設計と同等（原理上）である磁束交換パターンを提供している。
【０１０２】
図９ａ〜図９ｃは、極薄の強磁性シート金属またはマグペーパー(Magpaper)と接触した場合、図８ａ〜図８ｃのアレイの界面に存在するであろう理想的な２−Ｄ（２次元）磁力線パターンをそれぞれ表しており、コンピュータ支援モデルリングを用いて生成している。パターンは、視覚化目的だけのもので、理想的モデルを表現していることに留意する。
【０１０３】
図９ａに示した磁界パターンは、浅く浸透する比較的閉じ込められたＨ磁界であり、こうした円形配置での逆極性を持つ磁石配置は、詳細には後述するように、有効な自己制御のＨ磁界を提供する。これに対して、図９ｂに示す磁界パターンは、これも浅く浸透するが、比較的広く拡がったＨ磁界を提供する。最後に、図９ｃの磁界パターンは、アレイ内の隣接磁石の磁力線の圧縮を超えて、隣接磁石間の磁気相互作用の欠落を明らかに示しており、これにより磁気エネルギーが拡大され、図面紙面に対して垂直なより深い浸透を持つＨ磁界を達成する。
【０１０４】
上記説明から明らかなように、個別磁石ユニット１４の個数とサイズ選択および間隔レイアウトは、磁石アレイを組み込んだ磁石装置、例えば、結合装置、リフトなどの使用の意図したエリア、特に、アレイと接触することになる強磁性体の性質に依存して決定できる。例えば、図１に示した磁気リフトテスト装置は、５個のスイッチ可能な磁石アレイ、型番Ｍ１００８ マグスイッチ(Magswitch)を採用し、それぞれ１ｍｍ間隔を備え、０．８ｍｍ鉄板に対して１４５Ｎの吸引力を作用することができる。この場合、下方に直接接触した２番目のシートへの吸引はほとんど目立たない。
【０１０５】
下記表は、本発明のように、所定の量の磁気活性材料を離散した少量に細分化し、細分化した少量を特定のアレイ構成に配置するという基本的な利点の幾つかを示している。表は、６つのタイプの磁気リフトを用いて実施した持ち上げ実験の結果を要約している。表中の最初の３つは、型式 マグスイッチ Ｍ１００８の６個のスイッチ可能な磁石アレイ（即ち、図２と図３に示すように、１０ｍｍ直径と８ｍｍ高さを有する円柱磁石）を組み込んだ磁気リフトである。一方、表中の次の３つは、型式 Ｍ２０２０，Ｍ３０２０，Ｍ５０２０（即ち、２０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石、３０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石、５０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石）の１個のより大型のスイッチ可能な磁石である。下記表において、「交互スターアレイ」は図８ｂのようなアレイ構成を示し、「合同スターアレイ」は図８ｃのようなアレイ構成を示し、「円形アレイ」は図８ａのようなアレイ構成を示す。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
多数の観測は価値がある。単一のＭ５０２０磁石の最大リフト能力（ピーク吸引力 単位Ｎ）は、アレイの１０倍以上の合計活性磁気材料量を有するにもかかわらず、交互スターアレイ構成のものより約３．５７倍に過ぎない。同じアレイが、１ｍｍ厚さを有する強磁性シートと係合した場合、単一の５０２０磁石のものより６０Ｎだけ低い吸引（単位Ｎ）を有し、交互スターアレイリフトに含まれる活性磁気量の約２倍を有する単一の２０２０磁石のものより６０Ｎ高い。
【０１０８】
単一磁石ユニット３０２０が磁化状態に切り替わって、１ｍｍ厚の金属シートによって搬送可能な磁気飽和レベルに相当する場合、シート金属ワークピースへの磁束経路を実際に閉じ込めて、磁界が飛び出るのを回避し、吸引力は、ピーク吸引力の約１／７であり、完全に活性化した状態（磁界がシート金属の厚さを超えて延びる）と比べて１／２の値より小さいことに留意する。即ち、単一の磁石では、Ｈ磁界がワークピース境界を飛び出るのを回避するように磁化力を低下させると、磁束が制限(bottlenecked)されていれば、極の磁束密度の低下をもたらし、その結果、利用可能な吸引力の低下をもたらす。
【０１０９】
アレイ構成は、隣接するアレイ部材間で追加の磁束経路の存在に起因して、制限された磁束エリアの拡大を提供し、これにより全体の極の磁束密度での増加をもたらし、より高い吸引力が得られる。
【０１１０】
しかしながら、特に興味深いものは、交互スターアレイ構成と円形アレイ構成の両方は、自己制御のＨ磁界と称するものを示し、吸引力は、表中に掲載した他の何れのリフトより高いままになる。
【０１１１】
この現象について、図１０と図１１を参照して説明する。図１０において、理想化した２−Ｄモデル磁石トーラス８０を示し、他では閉じた６極磁石トーラスが、６つの離散した場所８２ａ〜８２ｆで開いており、これにより６個のダイポール磁石８４ａ〜８４ｆを規定し、実際には、活性化した場合、図８ａの円形ダイポールアレイ構成と類似した配置を提供している（但し、ダイポール８４ａ〜８４ｆの少し湾曲した分極軸ＰＡ’を除き、これらはリニアダイポールではない）。
【０１１２】
隣接磁石８４ａ〜８４ｆが「短絡」した（周方向に面する磁石を当接させたり、あるいはポールピースを各ギャップに挿入し、隣接磁石の各Ｎ−Ｓ極対にブリッジを設けることによって）、交互の極性Ｎ−Ｓを備えた「閉じた回路」円形磁石アレイの理想化したＨ磁界パターンは、閉じた回路内で自己完結しており、使用することができず、あるいは外部ワーク回路によってアクセスできない。１つ又はそれ以上の場所（例えば、図１０において識別される６つのギャップ８２ａ〜８２ｆ）においてトーラスの開放は、複数の入り口(portal)を提供し、各入り口は、（トーラス）アレイの活性磁気材料に保存された磁気エネルギーへの「アクセス」を可能にする。
【０１１３】
開いたトーラス８０では、隣接磁石８４の間の各ギャップ８２において、磁束交換ゾーンが隣接磁石８４ａ〜８４ｆの対向Ｎ極とＳ極の間に存在し、これによりギャップ空間に存在する媒体を通る磁束経路を提供し、全体アレイ配置は、磁石８４ａ〜８４ｆおよびギャップ８２ａ〜８２ｆからなる第１の（閉じた）磁気回路を提供することに留意する。
【０１１４】
強磁性物体が、８２ａ〜８２ｆを横断する１つ又はそれ以上の入り口と磁気相互作用すると、物体と、物体が接触し得る隣接磁石８４ａ〜８４ｆのＮ極とＳ極におけるポールピース（不図示）と、物体がブリッジ結合する２つ又はそれ以上の磁石８４ａ〜８４ｆとからなる第２の（閉じた）磁気回路が、第１回路、即ち、アレイ回路より低い磁気抵抗を有する場合、アレイによって提供される「タンク」回路で利用可能な磁束が、物体の中へ迂回または「分岐」することが可能になる。
【０１１５】
第２回路への磁束分岐の割合は、両方の回路の磁気抵抗に依存することになる。換言すると、同じ起磁力に曝された両方の第１および第２磁気回路が同じ透磁率を有する場合、等しい磁束分配が発生する。回路のうちの１つでの回路磁気抵抗の増加は、当該回路から他の回路への磁束シフトをもたらすことになり、逆も同様である。この基本原理は、上述した図８ａと図８ｂの円形アレイ構成および交互スターアレイ構成において具体化されている。
【０１１６】
本発明の磁束分岐機能の態様は、図１１ａと図１１ｂを参照してよく例示できている。これらは、図３ｂに示すタイプの２つのスイッチ可能な永久磁石ユニット２４０，２４２の概略側面図であり、相互に隣りの固定した位置に、図５と図６に示すようなリニアアレイ状に配置され、小さいエアギャップ２４１が、ユニット２４０，２４２の対向する反対のＮ極とＳ極（例えば、ポールピース２４６，２４８）の間にある。こうした理想化した２つの磁石アレイが図８ａと図８ｂの円形アレイ、図１０の開いたトーラスにも存在することは理解されよう。
【０１１７】
図１１ａと図１１ｂにおいて、ライン２４４は、理想化した磁気抵抗無しブリッジ結合を単に示すものであり、エアギャップ２４１を横断して互いに面していないＳ極とＮ極の間に、即ち、ユニット２４０，２４２の他のＮ極とＳ極の間に維持される閉じた（短絡）回路が得られる。こうした配置では１つの入り口だけが存在する。
【０１１８】
まず図１１ａを参照して、ワークピース（例えば、図１１ｂでのシート金属ピース２５０）が無い場合、２つの磁石２４０，２４２の間の磁束交換経路は、エアギャップ２４１を横断して存在する（回路は、符号２４４で示すように、他で閉じている）。所定の磁気力での磁束の大きさは、ここでは主に、磁石２４０，２４２間のエアギャップの幅および断面に依存する。エアの透磁率は磁束密度に対してリニアであるため、この経路部分での全体磁束移送の挙動はリニアである。エアギャップ磁気回路の磁気抵抗は、磁束移送エリアの幾何形状およびギャップ中の材料の透磁率に依存している。これは、エアとは異なる物質でもよく、理想的には極めて低い比透磁率（エアは約１である）を有するべきであり、いずれにしてもワークピースの比透磁率よりかなり低い。
【０１１９】
図１１ｂに示すように、エアより高い透磁率を持つ強磁性ワークピース２５０が、隣接磁石２４０，２４２の対向する極と磁気相互作用した場合、磁石２４０，２４２の対向する極の間で追加の磁束経路が作成され、これはエアギャップ２４１を横断するより低い磁気抵抗を有する。この経路（または回路）を通過する磁束の量は、ワークピース材料の透磁率によって主に支配される（ワークピースが小さな厚さを有する場合）。磁束は、第１（エアギャップ）磁気回路から引き出され、第２（ワークピース）磁気回路へ迂回する。
【０１２０】
ワークピースの透磁率は、ワークピースにおいて磁束飽和に達するまでは、最初は極めて高い（即ち、エアの数千倍高い）。第２回路の透磁率は、ワークピース材料に適用可能な関連した非線形Ｂ−Ｈ磁化曲線のように、飽和に達するまで、徐々に減少することになる（磁束密度が増加する）。そして、第２回路での磁気抵抗がエアギャップ回路と同等かそれより高くなって、エアギャップ回路から「引き出される」追加の磁気エネルギーがなくなる。
【０１２１】
図１１ａと図１１ｂに示すように、無負荷「タンク」回路において、エアギャップを横断する最初の高い値（例えば、０．４８テスラ）を有する磁束は、ワークピースが隣接磁石２４０，２４２の対向したＮ極とＳ極をブリッジ結合すると、分岐するようになる。そして、より低い磁束（例えば、０．１１テスラ）がエアギャップ２４１に残留して、いったんワークピースを横断する迂回回路の飽和が終了する。
【０１２２】
実際には、考慮した上記基準を用いて考案される磁石アレイ構成は、強磁性ワークピースと磁気相互作用すると、自己制御の磁界強度を示す磁石装置を提供する。ワークピースの非線形透磁率は、第１磁気回路内でのアクセス入り口において利用可能な磁化力（磁界強度Ｈ）を制御し、安定化する目的に寄与する。ここで、入り口を通じてアレイから引き出される磁気エネルギーの全体レベルは、隣接磁石間の距離に反比例することに留意する。
【０１２３】
上述した磁石アレイ構成は、上記特許でも記載されているようなスイッチ可能な永久磁石ユニット１４，１４０，２４０を利用しているが、他のダイポール磁石ユニットも採用可能であることは理解されよう。Ｎ−Ｓ磁化軸も必ずしも直線でなくてよく、特に、円形アレイ構成の場合、僅かに湾曲していることがある。
【０１２４】
（スイッチ可能な）磁石ユニット中の活性磁気材料と相互作用するポールピースの特定の幾何形状もまた、活性磁気材料からワークピースへの所望の磁束移送パターンを達成するのに必要に応じて適合させ変更してもよい。
【０１２５】
同様に、磁石アレイが保持されるハウジングの材料および形状は、アレイ構成の正確なレイアウトのとおりに、上述した分野での特定の応用に適合するように選択されることになる。
【０１２６】
同様に、図９ａ、図９ｃ、図１０、図１１は、磁束経路や磁界幾何形状などの理想化し簡略化した２−Ｄモデルを図示しており、これらは３−Ｄ人工物を基礎としており、多くの他の影響および、開いた（または閉じた）磁気回路が、例えば、不完全な磁気経路などの磁界漏れ等に曝される境界条件によって影響を受けることは、理解されよう。
【０１２７】
また、コンピュータモデリングは、図面を作成する際に、幾つかの簡略化と不正確さを導入しており、これらは、一般的原理の説明だけとして見ることになる。
【０１２８】
本発明は、主として、磁気リフトおよび結合装置での特定の応用を見出し得る概念を参照して説明したが、磁石アレイは、磁化可能な（強磁性）ワークピースが、これを保持したり、これを移動して装置に確実に付着させるためのこうした装置に取り付けられ、あるいは逆も同様の他の装置に容易に応用できることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】個別のスイッチ可能な磁石ユニットアレイを組み込んだ、本発明の幾つかの態様を具体化する「概念実証(proof of concept)」として用いられる実験ジグの斜視図である。
【図２】本発明の幾つかの態様に従って製作される磁石リフト装置の試作品(working model)の写真斜視図である。
【図３ａ】図１と図２の装置で採用可能なスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略斜視図である。
【図３ｂ】図１と図２の装置で採用可能な単一の逆極性永久磁石の概略斜視図である。
【図４】本発明の幾つかの態様に基づく幾つかの原理を示す単一のスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略でかなり簡素化した（側面）図である。
【図５】図３の単一のスイッチ可能な永久磁石ユニットの斜視図を示し、ユニットが活性状態で、強磁性材料ワークピースと接触した場合の磁束交換エリアを示す。
【図６】本発明の一態様に係る２つのリニア磁石アレイ構成の概略図である。
【図７ａ】本発明の幾つかの態様を示す、多重のスイッチ可能な永久磁石ユニットのリニアアレイの概略でかなり簡素化した（側面）図である。
【図７ｂ】３個の磁石リニアアレイの概略斜視図を表す。
【図８ａ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図であり、図８ａのアレイは図２のリフト装置に物理的に埋め込まれる。
【図８ｂ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図である。
【図８ｃ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図である。
【図９ａ】図８ａに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図９ｂ】図８ｂに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図９ｃ】図８ｃに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図１０】不連続磁石トーラスの磁力線モデルの概略平面図であり、磁束分岐および自己制御の磁界強度に関連した本発明の更なる態様を示す。
【図１１ａ】図３ｂのように、リニアアレイに配置され、図８ａと図１０の磁石アレイ構成に組み込み可能である２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略側面図である。
【図１１ｂ】図３ｂのように、リニアアレイに配置され、図８ａと図１０の磁石アレイ構成に組み込み可能である２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、不充分な材料厚さや材料タイプによって生ずる有限の強磁性特性を持つワークピースと相互作用した場合など、所望の磁界パターンを提供して、磁石に含まれる磁気エネルギーの最適利用を可能にする磁石アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、当初、磁気リフト装置の環境にて考案したが、下記説明から明らかなように、強磁性材料およびワークピースホルダを持ち上げるための装置を超えた応用を有している。本発明の開発は永久磁石の環境で行われたが、基礎となる原理は、電磁石を使用した磁石アレイにも移行可能であると考えられる。
【０００３】
磁気リフトは、磁力を用いて、少量のロッドやスクラップ材料から大型で重量のあるブロック状またはシート状の強磁性材料までの１つ又はそれ以上の鉄材料ワークピースを、装置のコンタクト面に付着させて、装置で確実に保持しながら、１つの場所から別の場所へのワークピースの移送を可能にする多目的な材料ハンドリング装置である。
【０００４】
磁気リフトは、リフト装置のコンタクト面での磁界およびワークピースに作用する吸引力の調整を可能にする電磁石を利用したり、あるいは、ハウジング内の可動ロータ（または他の支持構造）に保持された永久磁石を採用することができ、装置のポールピース(pole piece)コンタクト面で接する（あるいはコンタクト面を提供する）受動ポールピースとの相互作用を選択的にもたらす。即ち、コンタクト面は、磁石の受動ポールピースとして機能するように考案され、磁石本体とワークピースとの間の直接コンタクトが回避され、磁石の環境汚染や、磁石からワークピース分離の際の動作上の困難さを防止している。
【０００５】
現代の永久磁石リフトは、一般には、高強度の磁界を一般に生成する永久磁石を利用している。ここ数十年での冶金学および磁気技術の進歩は、前例のないパワーを備えた磁気材料−特に「レアアース（希土類）」磁石の利用可能性をもたらし、これらの幾つかは自重の１００倍以上の吸引力を示すものである。これらは、「従来の」永久磁石の欠点であったように、適度な外部磁気の影響への露出や保磁子(keeper)の除去に起因した、経年劣化や磁力の急激な損失のような問題からあまり影響を受けない。永久磁石リフトは、低い死荷重と１００〜２０００Ｋｇのリフト能力を有し、市場に投入されている。
【０００６】
手動によるリフトの起動と停止を可能にする永久磁石リフト装置の例は、イタリアのテクノマグネーテ社(Tecnomagnete)によって、ＲＤモジュール、ＳＭＨモジュール、ＭａｘＸとＭａｘＸ ＴＧシリーズで製造、販売されているものである。
【０００７】
リフトとして使用するためのターンオフ永久磁石は、米国特許第３４５２３１０号(Israelson)に開示されている。そこには、積み重ねセラミック板磁石（第１のＮＳダイポール構造を提供する）が、矩形状の板状ポールピースの上側端部で挟持され、これらの下側自由端において強磁性ワークピースへの付着のための作動エアギャップを提供する。
【０００８】
各積み重ね端でセグメント形状のポールピースを備えた、積み重ねセラミック板磁石からなるアーマチャ(armature)（第２のＮＳダイポール構造を提供する）は、板状ポールピースの間に延びている円筒ゾーン内で回転可能に支持されており、これによりアーマチャの回転位置がポールピースの作動面で磁界を増加させたり（即ち、アーマチャのＮ極およびＳ極は、第１のダイポール構造がポールピースに供与するＮ極およびＳ極と一致する）、あるいは、内部の閉じたループ磁路ダイポール構造の間に提供することによって、上側の磁石スタックの磁界を効率的に分流する
【０００９】
米国特許第４３１４２１９号(Haraguchi)は、少し類似した概念を説明しており、積み重ねた板状永久磁石からなる複数の回転可能なアーマチャが、非磁化性の外部ハウジングの内部に収納された複数の（磁化性）受動磁気ポールの間で定義された円筒空洞内に、アレイ状に配置されている。ここで再び、アーマチャの回転位置は、ポールピース作動面がワークピースと接した場合に外部磁束経路を提供するために用いられるポールピースの磁化状態を指示するようになる。
【００１０】
これらのタイプのリフトは、活性状態において、一般に、特定の設計の磁石長さに直接関連した固定した磁化力を生成する。磁石長さは、ある量の活性磁気材料が受容されるポールピース間の距離、例えば、ダイポール磁石の逆極性端面間の距離で定義される。磁気エネルギーの出力は、活性磁気材料の量およびそのタイプ、本質的には固定した値に依存している。しかしながら、作業負荷が、磁石によって提供される全磁気エネルギーを吸収できない状況では、付着した物体での吸引力が減少する。余分な磁気エネルギー自体は、関連した迷走磁界を伴う漏れを表す。
【００１１】
負荷搬送能力に関する要素は、大部分は既存の装置で適切に処理されているが、問題もある。特定の問題は、単一の金属シートをこうした積層シートから持ち上げることが必要になる磁気リフト用途において存在する。既存の装置は、主として重量リフト能力のために構成され、積層状の最上側シートへの平面付着を可能にするコンタクト表面を有することになる。しかしながら、こうしたリフトは、積層の最上側シートと次のシートとの間に充分な高さのエアギャップが維持されなければ、積層から単一シートを別々に持ち上げることができないであろう。あるいは、装置をオンオフに「スイッチ」するための使用される永久磁石の相対位置は、ワークピースと係わり合うポールピース面で利用できる磁束密度が減少する「中間」状態を想定するように選ばれ、その結果、磁気吸引力での低下をもたらす。電流が減少して、シート分離および隣接シートへの磁界浸透の回避が可能になる場合、同じ検討が電磁リフトに適用される。
【００１２】
永久磁石リフトの場合、永久磁石と接触するポールピースがこれらの作用面で最上側金属シートと接触すると、閉じたまたは負荷ありの磁気回路が作成される。シート材料の（磁気）透磁率およびシート厚さが、作成された（外部）磁束経路が上側シート内で全て閉じ込められ、隣接する次のシートにこぼれる漏れ（即ち、磁石、ポールピースおよび上側シートのみを含む意図した磁気回路の外側にある磁束経路）がなければ、リフト装置は、共に磁気付着した、最大重量リフト能力および積層シートへの磁石の磁界浸透によって決まる数のシートを持ち上げるようになるであろう。
【００１３】
換言すると、もし最上側金属シートが、磁石によって供給される磁束全体を運ぶことができなければ、最上側シートにおいて磁束過飽和が生じ、磁界は、最上側シートの厚さを超えて、最下側に配置されたシートの飽和は決して存在しない程度にまで下側にある次のシートまで延びるようになり、磁化力は、実際、リフト装置による持ち上げのための多くのシートを一緒に磁気クランプするようになる。
【００１４】
単一シート持ち上げ問題を取り扱う典型的な手法は、米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０２６９８２７Ａ１号に記載されている。この文献は、フレーム上の一体化構成要素として、単一の強磁性シートを積層シートから持ち上げるのが可能になるように特別に考案した、複数の浅フィールド磁石装置を採用した永久磁石リフトシステムを説明している。
【００１５】
複数の磁石リフト装置は、２次元アレイ状、例えば、４×２の矩形状アレイに配置され、シート上面エリアに渡って複数の箇所でシートと係わり合うようにしている。重要なことに、個々のリフト装置は、金属シートと接触した場合、個々の磁界と各装置が生成する磁束との間で相互作用が生じない程度に離れて配置される。
【００１６】
各磁石装置の磁界の浸透深さを制限するには、短い磁石長さおよび固定の磁石長さを持つ永久磁石が使用される。活性磁気材料の全体体積を増加させ、所望のリフト能力を達成するために、複数の個別の短い長さの磁石が直列接続されて、単一の磁界配向を提供する。即ち、各装置が、軟鉄ポールピース板が間に挿入された積み重ね永久磁石板（対向面が逆極性を有するように、板の厚さ方向に磁化）で構成される。
【００１７】
磁石板は、介在するポールピースを横断して互いに対向した等しい極性の面、例えば、一連の交替するＮ−Ｓ−Ｎ−などで交互に配置されている。積み重ね方向に沿った磁界は、ポールピース間に存在し、隣接するポールピースが複数の作動（エア）ギャップを積み重ね方向に沿って提供する。即ち、各装置の活性磁気材料は、離散した部分にさらに細分化され、受動磁気材料が間に挿入されて接触し、ポールピース間で複数の浅い磁界ループを作成する。
【００１８】
このＵＳ特許文献のリフトフレームでの１つの明らかな問題は、磁石装置がオフに切り替えできない点であり、必要な時にシートをフレームから強制的に切り離すために機械レバーが用いられる。個々の短い磁石長さの磁石の積み重ねた列が、全体で均一かつ大きな磁束を、付着したワークピースシートにおいて共通の方向に発生するため、これは、残留磁気問題（取り外したワークピースでの残留磁化）となる傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の１つの目的は、その一態様において、強磁性シート材料と相互作用することを意図した磁界源として、永久磁石を利用するリフト装置を提供することである。この装置は、「オン」状態と「オフ」状態の間でスイッチ可能であり、「オン」状態は、隣接シート間で実質的なエアギャップ無しで、積層したシートから個々のシートの別々の持ち上げを可能にする。
【００２０】
本発明の他の目的は、その他の態様において、全体として、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する、離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、と同時に、外部磁気回路が作成される際、その配列によって発生した磁束線のワークピースでの実質的な閉じ込めを可能にする。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、その他の態様において、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する、離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、ワークピースに作用する吸引力は、個々の磁界源の合計である吸引力より大きい。
【００２２】
本発明のさらに他の目的は、その他の態様において、その配列を組み込んだ装置とワークピースとの間で効率的な吸引力を発生する磁気回路での離散した磁界源の構成／配列を提供することであり、磁束移送(flux transfer)は、磁界源によって一方的には指示されないが、自律的な内部磁束制御が生じて、磁束源の磁化力を、ワークピースによって提供される外部負荷の強磁性飽和特性とを整合させるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１態様において、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置が提供され、磁化方向を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石を有し、該磁石は、第１の比透磁率を有する媒体中に、磁石間で所定のギャップ間隔を持つ所定のアレイ構成で配置され、磁化軸は、所定の配向で、好ましくは共通面内で延びており、該装置は、動作的には第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触するように配置された面を有し、これにより、磁石と強磁性体との間に、閉じた又は負荷ありの磁気回路を作成するために、磁石のＮ極とＳ極との間で強磁性体を通る磁束移送を行う。
【００２４】
本発明の他の態様において、磁気エネルギー源から１つ又はそれ以上の強磁性ワークピースへの自己制御した磁束移送のための方法および装置であって、
【００２５】
磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石が、第１の比透磁率を有する媒体中に配置され、
該磁石はアレイ状に配置され、アレイ（よって媒体）内の隣接磁石間で所定距離のギャップが維持されており、磁石の磁化軸は、隣接磁石が逆極性で互いに向き合うように、好ましくは共通面内で延びるように配向しており、
こうした配置は、媒体を通る内部磁束経路が隣接磁石の間に存在し、磁束アクセス入り口(portal)がこうした隣接磁石の逆極性ポールピースの間で定義される閉じた磁気タンク回路を示し、
１つ又はそれ以上の磁束アクセス入り口を、第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に可能な限り近接または接触させることによって、磁気タンク回路より低い磁気抵抗(reluctance)を有する少なくとも１つの作動回路が作成され、
ワークピースが磁気飽和に近づいて、作動回路の磁気抵抗がタンク回路の内部磁気抵抗とほぼ等しい場合に、磁気タンク回路から作動回路への有効磁束移送の限界に到達するようになる。
【００２６】
こうしたアレイにおいて、２種類の磁束入り口が存在しており、第１のものは、個々の磁石のポールピースの間にあって第１（順方向）磁束方向を備え、第２のものは、隣接磁石のポールピースの間にあって第２（逆方向）磁束方向を備える。従って、アレイにおいて均一な磁束方向が存在せず、ワークピースでの残留磁気の問題が生じなくなる（こうしたアレイからワークピースの取り外し後での残留磁化がほとんどない）。
【００２７】
このプロセスは、タンク回路と作動回路との間での自律的で需要調整的な磁束移送を可能とし、作動回路の条件に極めて迅速にほぼ自発的に調整することになる。ワークピースの物理的な境界を超えた著しい漏れを伴う過飽和は不可能である。自己制御の磁束移送を規定する上記特徴は、後で明らかになるように、磁気結合装置に組み込み可能であることは理解されよう。
【００２８】
後述する上記広範な概念および追加の概念は、異なるタイプの磁束源、例えば、電磁石などを使用することによって組み込み可能であるが、永久磁石の使用、より詳細には、オンオフスイッチ可能な永久磁石ユニットが、好ましくは用いられる。本発明の両方の上記態様の好ましい実施形態において、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号などに記載され、マグスイッチ社(Magswitch Technology Worldwide Pty Ltd, Australia)から入手可能なスイッチ可能な磁石ユニットが、アレイ状で使用される。
【００２９】
ここで、本発明の異なる態様は、Ｎ極−Ｓ極対の供給源として永久磁石、即ち、磁束および起磁力の供給源を提供する活性磁気材料のみの参照によって説明しているが、これらは当業者によって他の適切に考案された磁束源と置換可能であることに留意する。
【００３０】
同様に、本発明の好ましい実施形態が、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されたような複数のスイッチ可能な永久磁石を採用する場合、スイッチ可能な永久磁石装置のより詳細および理解のためには、これらの文献を参照すべきであり、該文献は、略記した相互参照によりここに組み込まれる。
【００３１】
アレイでの各（永久）磁石は、少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有し、アレイにおける隣接磁石の異なる相互作用パターンが、全体アレイ構成内部での極対磁化軸の相対位置に応じて生ずるようにになる。即ち、個々の磁石の相互の間隔だけでなく、隣接磁石ユニットに対する各磁石でのＮ極−Ｓ極対の空間配向を考慮する必要がある。
【００３２】
その結果、離散した磁石がどのように互いに離れているか、所定のアレイ構成にどのように配置されているかに依存して、磁石の個々の磁界が相互作用する可能性だけでなく、隣接磁石の間、そして、磁石アレイに付着または極めて接近した強磁性ワークピース内で追加の磁束ループを通る追加の磁束経路が作成可能である。１つの磁石アレイ配置において、個々のＮ極−Ｓ極対によって提供される磁界に加えて、隣接磁石の反対極の間で追加の磁界が提供される。
【００３３】
個々の永久磁石を、隣接磁石が異なる配向の磁化軸で並ぶアレイ状に配置する概念は、それ自体新しくはない。こうした配置は、磁束を特定パターンにシフトさせる目的で考案されている。例えば、基本的なハルバッハ(Halbach)アレイは、側面が互いに隣接したリニアアレイ状に取り付けられた、５個の個々のキューブダイポール永久磁石（例えば、ネオジム−鉄−ホウ素磁石）で構成でき、隣接する磁石の磁化軸（即ち、Ｎ−Ｓ軸）は時計回りに回転しており、これにより装置の片側での磁界を増加させ、他の側での磁界をほぼゼロにキャンセルする永久磁石構成（または装置）を作成する。
【００３４】
こうした片側磁束分布の利点は、理想的な場合に、磁束が閉じ込められつつ他では磁束無しエリアを作成することから磁界が片側で２倍になることである。また、ダイポール、四重ポール(quadrupole)、マルチポール ハルバッハシリンダが知られており、規則的な台形(trapezium)断面を有し、閉じたリングに配置される複数の個別磁石で構成される。同様に、上述のリニアハルバッハアレイを模擬するように考案された個別電磁石アレイは、米国特許第５６３１６１８号から知られている。
【００３５】
本発明の対象および機能は、ハルバッハアレイ型装置とは同等でないことに留意すべきである。本発明に係るアレイは、個別磁石を必要し、これらは、好ましくは、ダイポール磁石ユニット（マルチポール磁石も除外せず）を提供するように配置された多重の磁石ピースで構成してもよく、互いに間隔をあけて、アレイ内でギャップを維持している。即ち、個別磁石は、互いに選択した距離に維持され、この距離は、隣接磁石間の追加の磁束交換ゾーンの生成および存在を確保するようにすることが重要である。磁束は、磁石アレイ要素間に配置された媒体を通過することになる。媒体は、エア、プラスチック材料または、理想的には低い比透磁率を有する他の物質でもよい（エアは、約１の基準透磁率値を有する）。
【００３６】
本発明のアレイは、磁束を磁石装置の１つの領域に閉じ込めることは意図しておらず、むしろ全ての磁石からの最適な量の磁束を、所定の外部回路のために利用することを可能にしており、後述する特定のアレイ実施形態から明らかとなろう。
【００３７】
好ましい形態では、磁石アレイは、装置のキャリア（本体）の内部に配置されることになる。即ち、磁石アレイは、キャリア内に取り付けられ、これ自体、外部回路ワークピースとの相互作用のためのコンタクト面を提供し得る。
【００３８】
そして、より具体的な態様において、本発明は、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置を提供するものであり、アレイは、１つ又はそれ以上の直線列の活性ダイポール磁石からなり、好ましくは、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されたスイッチ可能なタイプのものである。磁石の磁化軸は、列内でほぼ同軸、あるいは列の軸に垂直であり、隣接磁石は、交互の極性で互いに面している。
【００３９】
こうした配置は、添付図面の図６、図７ａ、図７ｂに概略的に図示している。こうした交互のＮ−Ｓ極配置は、磁界範囲を拡大することなく、有効磁束交換エリアの数およびアレイを使用する閉じた磁気回路の外部磁束経路（磁石装置が、強磁性体、例えば、鋼板と接触した場合）を効率的に２倍にする。追加の磁束交換エリアの効果は、もしその磁束密度が鋼板の高い磁気抵抗によって制限される場合、各磁石に関連した活性ポールピースのコンタクトエリアでの磁束密度の増加である。こうして、より高い吸引力および改善した磁気効率が達成される。高い磁気抵抗は、比透磁率および、鋼板などのワークピースの断面積の関数であることに留意する。
【００４０】
より具体的な他の態様において、本発明は、強磁性体への磁束移送を行うための磁石装置を提供するものであり、複数のダイポール磁石は、好ましくは、オーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、１つ又はそれ以上の同心円アレイ状に配置されている。各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている。
【００４１】
このアレイ構成の第１の代替は、以下、円形（またはリング）アレイと称するものであり、磁石の磁気軸は、共通円への接線を定義する。一方、第２のアレイ代替は、スターアレイと称し、磁化軸がアレイの（共通）中心から星状に放射状に延びている。当然ながら、説明する正確な幾何配向からの僅かな偏差は、装置の全体性能に僅かでも影響を及ぼすことは理解されよう。こうした円形アレイおよびスターアレイは、添付図面の図８ａ〜図８ｃに概略的に図示している。
【００４２】
他のアレイ構成は、所定の応用に適合させるように、間隔があいた複数の磁石ユニットを組み込み可能であることも理解されよう。
【００４３】
閉じた磁石アレイ構成、特に、円形かつ楕円アレイ構成は、アレイ内での非対称の磁気性能を回避する利点を有し、本質的には閉じ込めた磁界を提供するものであり、「フリー」極またはアレイ端が存在せず、磁束が漏れて、意図した有用な外部磁気回路へ移送されなることがない。
【００４４】
円形アレイは、上述したように、特に、磁気タンク回路での使用に好適である。個別磁石の隣接した極が互いに直接に面しているため、個別磁石ダイポール間の相互作用が極めて強い。プレーナ型ポールピース面および隣接磁石間の短いギャップは、こうしたタンク回路の低い内部磁気抵抗をもたらす。
【００４５】
好ましくは、離散した磁石の間の間隔は固定されて等しいものであり、これにより、閉じた外部回路がワークピースとともに作成される場合、アレイ内で対称的な負荷パターンを達成する。
【００４６】
しかしながら、磁石装置は、離散した磁石の制限された相互の変位を可能にするキャリアを有し、個別磁石の距離をアレイ内で最小値と最大値の間で変化させ、再固定することが可能である。離散した磁石の間で選択した距離は、全体磁界の大きさについてある制御を与える。隣接磁石間の短い距離は、分離した磁石間の磁束交換を増強し、全体磁界強度および、鋼板などのワークピースへの全体の磁界浸透深さでの減少を伴う。より広い間隔は、個別磁石のＮ極とＳ極の間の磁束交換へ重みが増え、磁界強度の全体増加およびワークピースへの比較的深い磁束浸透を伴う。
【００４７】
磁石の個数および幾何サイズ、アレイ内での間隔レイアウトは、磁石装置の意図した用途（例えば、金属シートリフト）や磁束が移送される強磁性体の性質に応じて選択可能である。例として、型式Magswitch Version M1008 の５個の磁石の円形アレイは、１ｍｍの間隔が磁石間で維持されており、０．８ｍｍ鉄板に対して１４５Ｎの吸引力を作用できる。この場合、下方で直接接触している２番目のシートへの吸引は、ほとんど目立たない。
【００４８】
円形アレイ構成では、隣接磁石の極性が互いに逆であること、例えば、Ｎ−Ｓダイポールが他のＮ−Ｓダイポールに続くようなものが好ましい。上述したように、より詳細には後述するように、こうしたアレイ構成は、装置が強磁性ワークピースと接触して、隣接する磁石間に設けられる多重の追加の磁束交換エリアを示す場合、自己制御(self-regulated)の磁界強度（Ｈ）を備えた磁石装置を有効に作成する。
【００４９】
スターアレイ構成では、磁化軸の全てのポイントが、中心に向いたこれらのＮ極またはＳ極を備えるように磁石を配置することが可能であり、これは実際には磁石の磁気エネルギーが「平行」になることを意味し、装置内で利用できる総磁気エネルギーを大きくし、隣接磁石間で追加の磁束交換エリアを作成することなく、本質的には、１つの内側磁極（ＳまたはＮ）と外側の極（ＮまたはＳ）を備えたカップ磁石を模擬している。
【００５０】
代替として、スター構成において、Ｎ−ＳダイポールがＳ−Ｎダイポールに続く（隣接する）ような交互の構成に磁石を配置することが可能である。本質的には、こうしたアレイは、隣接磁石間に設けられる多重の追加磁束交換エリアを有し、自己制御の磁界強度（Ｈ）を示す磁気タンク回路を形成するが、上述の円形アレイに存在するもののように効率的ではなく、タンク回路の性質と追加の磁束エリア数の点で良好な全体の中間的な立場を示す。
【００５１】
上述したようなタンク回路は、本質的には、磁界強度に関する限りで自己制御式であることに留意すべきである。こうした自己制御は、本質的には、磁化力を制限して、こうした磁石アレイが、装置の外部界面（例えば、作用面）と近接（または接触）したワークピースの物理的閉じ込めに作用できるからである。ワークピースを超えて「漏れ」る著しい磁化力（磁界）が無いようになる。これは、こうしたアレイの結合装置への組み込み（または実施形態）を構成し、電子回路は特に関心のあるワークピースの背面近くにある。こうして迅速な付着／リリース磁石装置が、磁界の干渉を回避すべき応用、例えば、携帯電話吊り具(halter)、ＧＰＳ取り付けユニット、デバイスの相互結合が望まれている他の応用などでの使用のために作成可能である。
【００５２】
本発明のさらに他の態様において、磁石に隣接したワークピースへの磁界浸透を制御する方法が提供され、所定量の活性磁気材料を、離散して間隔をあけた、好ましくはスイッチ可能な磁石に分割して、複数の磁石を直線（開いた）アレイまたは円形（閉じた）アレイに配置し、隣接磁石が互いに交互の極性を備え、磁石間のギャップを横断するように配置される。
【００５３】
更なる態様において、本発明は、スイッチ可能な永久磁石のリフト装置または結合装置を提供するものであり、
強磁性のシート状ワークピースとの係合をもたらす結合面を備えたハウジングと、
ハウジングの結合面で搭載され、ワークピースをリフト装置へ磁気的に取り付けるように考案された複数のスイッチ可能な永久磁石結合ユニットと、
スタック軸に沿って積み重ねられ、スタック軸に沿って磁石の対向する軸端面（反対の極を持つ磁石）の間に延びる少なくとも１つのＮ−Ｓ極対を有するように分極した２つの円柱状または円板状の永久磁石と、
両方の永久磁石の周囲回りに配置され、スタック軸に沿って間隔があいた軸端面を有する少なくとも２つの磁気ポールピースであって、磁石は、ポールピース内で前記スタック軸に沿って互いに相対移動のために保持されるようにした磁気ポールピースと、
該ユニットを、活性状態と非活性状態との間で切り替えるために、永久磁石のうちの１つの選択的回転のために配置されたアクチュエータ手段であって、活性状態では、両方の磁石の磁極がスタック軸に沿って同じ方向に整列、配向しており、磁石からの磁束がポールピースを通過して、強い外部磁界が存在しており、非活性状態では、両方の磁石の磁界が互いに歪んで、磁石の磁束が分流してポールピースおよび磁石自体の内部に閉じ込められ、弱い外部磁界が存在し、または外部磁界が無いようにしたアクチュエータ手段とを有し、
該ユニットは、アレイ構成に配置され、（ａ）磁石の積み重ね対の磁石の１つ及び／又は各ユニットのポールピースは、これらの軸端面がコンタクト面に接近またはそこにあるように配置され、（ｂ）個別ユニットは、互いにギャップを伴って、これらの個別磁石対とともに配置され、ユニットの活性状態において隣接ユニット間での磁束交換が可能になり、これにより他の個別に活性化したユニットのワークピースへの磁束浸透パターンが変化するようにしている。
【００５４】
本発明のこの態様によれば、同程度の全体の活性磁気材料の量の１つ又は２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットを利用した同様な装置と比べて、コンタクト面における各ユニットおよび結合したユニットのワークピースへの磁束浸透パターン深さが減少し、一方、持ち上げに利用可能な磁気力を維持できるリフト装置が提供される。
【００５５】
スイッチ可能な磁石ユニットのポールピースは、適切な受動的に磁化可能な材料で、可能な限り最低の磁気抵抗を示し、最大磁束密度が可能な材料で好都合に製造される。これに対して、全体に保護用または強化した装置ハウジングの材料は、好ましくは、本質的には非強磁性材料、例えば、ステンレス鋼 等級３１６またはアルミニウムなどで製作される。選択した磁気活性材料の磁束密度より高い受動強磁性ポールピース材料の飽和値は、永久磁石の磁束密度についての磁束圧縮を可能にし、より高い吸引力および磁化力が得られる。ポールピースの適切な材料は、この順序で、低い残留磁気の純鉄、軟鉄、軟鋼であるが、より高い機械強度を持つマイルドスチールも好ましい。
【００５６】
上述のように、何れか任意のリフト装置ハウジングまたは個別のスイッチ可能な磁石ユニットのキャリア、特に、コンタクト面にポールピースを提供するハウジング要素は、実際には、強磁性でない材料で製作すべきである。
【００５７】
定格リフト能力に関して大きなレベルの柔軟性を可能にするリフト装置は、上述のような、所定数の個別のスイッチ可能な磁石ユニットを所定のアレイ構成に組み込んでもよく、個別ユニット上で動作して、共同かつ同時に、あるいは選択的かつ同時に活性化および非活性化するように配置されたアクチュエータ機構が設けられる。各ユニットを個々に活性化および非活性化するように考案したアクチュエータ機構を設けることも可能である。こうしたアクチュエータ機構に、機械的なリンクアーム配置、圧縮空気回路または油圧回路を知られた方法で組み込んでもよい
【００５８】
サイズの選択、性能パラメータ、個別のスイッチ可能な磁石ユニットの数、ユニットの個別極軸の特定のレイアウトは、磁気材料の特性、重量、厚さに関するワークピースの性質に依存することは理解されよう。
【００５９】
異なる態様を示す幾つかの実施形態および本発明の好ましく任意の特徴について、添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、本発明に基づく基本概念の１つを組み込んだテスト装置形式のスイッチ可能な永久磁石結合装置１０を示す。こうした磁石装置の実施形態は、こうした装置やデバイスを強磁性体に対して解放可能に磁気的に結合するように、より複雑（簡単）な装置およびデバイスに組み込んでもよい（例えば、図２に示すような磁気リフトは、個々の薄い強磁性シート金属材料を、こうしたシート積層から持ち上げるようにしている）。
【００６１】
こうした装置１０は、この場合、円板状の形状を有し、後述のように、５個の個別永久磁石結合ユニット１４が動かないように取り付けられた、実質的に非強磁性材料からなるハウジングまたはキャリア部１２を含む。ユニット１４は、キャリア部１２を通過する開口に搭載されて、例えば、接着などで永久的に取り付け、あるいは個々のユニットの交換が可能なように取り付けられる。ユニット１４は、キャリア部１２に受け入れられ、少なくともユニット１４の目に見えない底軸端面が、キャリア部１２の円形係合表面と同一平面、あるいはここから僅かに突出している。図１において、磁石は、キャリア部１２の上側面と同一平面であり、活性磁化位置と非活性磁化位置の間での各ユニット１４の切り替えが可能なようにアクセス可能である。ユニット１４は、装置１０の中心軸回りに円形アレイ構成に配置される。
【００６２】
図３ｂに示すように、個別ユニット１４の下記説明から明らかなように、各ユニット１４は、一対の積み重なった円柱形の永久磁石２０と、これをほぼ包むように磁石の周囲を取り囲む２つのポールピース１６，１８とを含む。高い透磁率を持つ軟鉄材料で製作されたポールピース１６，１８の下側軸端面（不図示）は、円柱磁石２０の下側の対応する軸端面と同一平面または僅かに出ている。
【００６３】
ユニット１４の円柱磁石２０の１つは、図３ａに示している。磁石は、全体の軸長を横断するように正反対に磁化されている。このことは、磁石２０の上面２８および下面２９の直径２６に沿って通過する垂直面２４によって、磁石のＮ極（Ｎ）２２とＳ極（Ｓ）２１の間で観念的な分割が設けることを意味する。磁石２０は、本質的には、垂直面２４に対して垂直な磁化軸ＭＡを有するダイポールである。しかしながら、円柱周囲に沿った磁界強度は、正弦波のように変化し、最小値はＮ−Ｓ界面２４に存在し、最大値は周囲に沿った９０°回転にて存在する。
【００６４】
円柱（または円板）磁石２０は、好ましくは、希土類磁石、例えば、ネオジム−鉄−ホウ素磁石であり、現在入手可能な希土類磁石は、約１．４テスラの磁束密度最大値を達成するものであり、これは、ポールピース１６，１８に使用可能な良好な受動強磁性材料の飽和密度をほぼ下回る。本発明は、他の活性永久磁石材料の使用も想定している。
【００６５】
図３ｂを参照して、スイッチ可能な永久磁石ユニット１４を分解した状態で示しており、ユニット活性化及び非活性化機構３０の存在については、本質的には、図１に示すユニット１４と同様である。
【００６６】
ユニット１４は、上述したタイプの同様な高さ寸法およびＮ−Ｓ極構造の２つの円柱磁石２０ａ，２０ｂを含む。例として、１０ｍｍ直径×８ｍｍ高さの円柱磁石である。下側磁石２０ｂは、２つのポールピース１６，１８の間で表面係合接触で保持され、これらは、形状および断面が同一であり、磁石の外側周面と一致するように相応に湾曲した、磁石に面する内面３２を有する。一方、上側磁石２０ａは、ポールピース１６，１８の周囲で面する面３２に向けて、可能な限り最小のギャップを維持する必要があり、これによりポールピース１６，１８内で、それ自体は回転なしで保持された下側磁石２０ｂに対して、摩擦無し（または最小化）の回転を可能にする。磁石２０ａ，２０ｂは、ユニット１４の長手軸を規定するスタック軸Ａに沿って、互いに単に積み重なったもので、上側磁石２０ａは、アクチュエータ機構３０を用いて下側磁石２０ｂに対して回転できるようにしている。
【００６７】
構造に関してより詳細には、こうした磁石ユニット１４の構成要素の可能性ある異なる構成およびその動作原理は、米国特許第６７０７３６０号、米国特許第７０１２４９５号に記載されており、詳細はこれらを参照すべきである。
【００６８】
この目的について、上側および下側磁石２０ａ，２０ｂは、ポールピースハウジング１６，１８内において対面する並置(juxtaposition)で収納され、上側磁石２０ａの回転軸Ａの回りの回転が、下側磁石２０ｂのＮ極領域およびＳ極領域について上側磁石２０ａのＮ極領域の時系列な通過を生じさせることに留意することで充分である。
【００６９】
上側磁石２０ａのＮ極が下側磁石のＳ極とほぼ整列して一致する位置において、その結果、上側磁石２０ａのＳ極が下側磁石のＮ極にほぼ重なった場合、第１および第２の磁石は、内部の活性磁気分流として機能し、その結果、両方の磁石２０ａ，２０ｂでの等しい活性磁気量と、ポールピース１６，１８の総磁束搬送能力が、組み合わせ磁石の磁束出力より高いと仮定すると、ユニットからの外部磁界強度が理想的にはゼロになる。
【００７０】
上側磁石２０ａを回転軸Ａの回りで１８０°回転させると、磁石２０ａ，２０ｂの極対のアライメントが変化し、上側磁石２０ａの個々のＮ極およびＳ極が、下側磁石２０ｂの個々のＮ極およびＳ極とほぼ重なる。このアライメントでは、ユニット装置１４からの外部磁界がかなり強く、装置は、ユニット１４のコンタクト面３４（ポールピース１６，１８の底軸端面によって提供される）において強磁性ワークピースに磁力を作用して、これによりユニット１４をワークピースに強力に固定し、外部磁束経路を作成する。
【００７１】
受動ポールピース１６，１８は、この磁気結合機能を支援する際に重要であり、例えば、純鉄、軟鉄またはマイルドスチールなど、低い磁気抵抗を持つ強磁性材料で製作される。ポールピースによって提供されるユニットハウジング壁の断面積は、図示した実施形態では、不均一であり、ポールピース搭載の永久磁石の外部磁界強度での増加を達成している。ポールピースの外側輪郭、即ち、ポールピース１６，１８の壁厚は、永久磁化した円柱２０ａ，２０ｂの周囲回りの磁界強度の変動を反映し、あるいはその関数である。
【００７２】
本質的には、ポールピースの設計、永久磁石円柱２０ａ，２０ｂの周囲回りの磁界強度Ｈの変動、良好な結果を達成する外部形状を考案する際の磁界の逆二乗則の適用、ポールピースおよび磁石のための特定材料の使用、全体の結合装置１０の意図した応用は、ポールピース１６，１８の変更を必要とし、その最適な形状に影響を及ぼす。より詳細には、上記米国特許を参照。
【００７３】
円柱磁石２０ａ，２０ｂの回りに組み立てられたポールピース１６，１８の外部形状は、外部磁界強度を最大化することを目標とし、不完全な「外部」磁気回路の場合、ワークピース上の正しい位置でユニット１４を保持するのを支援する。ポールピース１６，１８は、軸Ａに沿って可能な限り最短の長さであることが好ましい。ポールは、各ユニット１４の磁気回路の一部を（磁石とともに）形成する。ポールは、高い透磁率材料を使用した場合でも磁気エネルギーの損失をもたらす固有の磁気抵抗(reluctance)を有する。ポールの長さ、および結合ユニット１４の全体の高さ（または長さ）を最小化すると、磁気エネルギーの損失は最小になり、よって外部磁界強度が最大になる。対面するポールピース間の界面を提供する接合エリア３６は、極めて高い磁気抵抗の薄い層が設けられ、これによりポールピース１６，１８の磁気分離を維持し、即ち、短絡を防止している。
【００７４】
最後に、軸端面の表面積（符号３５，３４を参照）は、好ましくは、磁束圧縮機能を提供するように選択される。即ち、ポールピース１６，１８の総断面積（または設置面積）は、円柱の直径×合計高さから導かれる磁石２０ａ，２０ｂの断面積より小さくなるように選択されることになる。これにより、活性材料が供給できる最大磁束密度と比べて、ユニット１４の磁束密度出力を増加させることができる。例えば、良好な強磁性材料は、２テスラ以上の飽和レベルに到達できるため、合計ポール設置面積を減少させることによって、ポールでの磁束密度をこのレベルに増加させることができる。
【００７５】
磁束圧縮は、固定ではなく、活性ソース材料の磁束密度と、ポールピースに向いたその断面積と、受動強磁性（ポール）材料の磁束飽和レベルと、ポールピース材料のＢ−Ｈカーブの非線形に起因した損失ファクタとの乗算から導かれる設計パラメータである。
【００７６】
次に図４と図５を参照して、薄いシート状のワークピース４０に接触して置かれた、個別磁石スイッチングユニット１４をかなり簡略して図示している。ユニット１４は、上側および下側磁石２０ａ，２０ｂ（図３ｂ）のＮ極とＳ極２１，２２（図３ａ）が一致して、外部磁界が存在している活性状態で概略的に図示している。ユニット１４の明るいグレー部分は、磁石がポールピース１６の１つに強制する活性状態のＳ極を示し、暗いグレー部分は、他のポールピース１８へ切り替わったＮ極を示す。
【００７７】
ワークピース４０でのポールピース設置面積は、図５中の符号４２，４３で識別され、即ち、この例では、図３ｂ中の符号３４で識別されるポールピースの下側軸端面が、ユニット１４のワークピース係合エリアを提供するように機能する。そのコンタクト面４２でＮ極ポールピース１８を「出た」磁束は、ワークピース６０の厚さｔを横断する磁束経路を通過して、他のＳ極ポールピース１６のコンタクト面４３に「入り」、これは、ユニット１４内で整列した逆極性の円柱磁石（２０）のＮ極およびＳ極領域の間で、垂直界面エリアを通って延びている磁束ループの中で閉じられる。
【００７８】
ワークピース４０内での１次有効磁束交換エリア４４は、磁束密度飽和が存在する総磁束交換エリアの断面である。ユニット１４の磁界は、設置面積に閉じ込められていないため、総磁束交換エリアは、磁束密度がユニット１４からの距離とともに減少する中央エリア４４の両側に対して横断するように配置される、２次有効磁束交換エリア４６によって延長される。これらの２次有効磁束交換エリア４６は、ワークピースの（磁束）飽和から得られる磁束漏れによって維持され、有効磁束交換エリア４４，４６のサイズは、ワークピースが磁束を吸収できる程度に依存している。高い磁束吸収は、より低い磁束漏れと、２次有効磁束交換エリアの収縮をもたらす。
【００７９】
ワークピースおよびワークピースでの関連した総有効磁束交換エリア（６２，６４）の厚さｔが、個々のポールピース１６，１８の設置面積４２または４３より小さい場合、及び／又は、ワークピース材料の磁束飽和（性質）がポールピースよりも低い磁束密度で飽和が生ずるようなものである場合、磁束交換が制限され、ポールコンタクトエリアでの磁束密度が低下する。
【００８０】
その結果、ユニット１４が、付着したワークピース４０へ作用する「吸引力」の急峻な低下となり、磁束密度と吸引力との間の相互関係に従って、磁気吸引力は、磁束密度の二乗で変化し、ポール面積とはリニアで変化する。
【００８１】
上述のように、ワークピース４０がユニット１４の全体磁束を搬送できない場合、磁束飽和がワークピース４０内で発生し、図４の符号４８で概略的に図示するように、ユニット１４内の２つの磁石２０の重畳した個別磁界によって生成される磁界が、ワークピース４０を超えて延びる（厚さ方向に）。従って、単一のシート材料のワークピース４０に付着する際、ユニット１４が完全に活性状態になり得る利用可能な磁気エネルギーは、部分的に利用されるだけである。概略的に図示した磁界４８は、シート材料の厚さを通って延びて、シート材料４０の下方に配置された他の強磁性ワークピース４１と相互作用可能であることに留意する。
【００８２】
合計厚さｔ２を持つ積層シートである追加のワークピースシート材料４１の厚さおよび、飽和したワークピースシート４０からの距離に依存して、ユニット１４は、上述したように、積層シート４０，４１の合体磁束交換エリアがポールピースコンタクトエリア４２または４３にほぼ等しい合体厚さまで、追加のシート４１を磁気的に持ち上げることが可能になる。
【００８３】
磁界が直近のワークピース４０を飛び出す程度は、当然ながら、個別の磁石結合ユニット１４に存在する活性磁気材料の量に依存する。
【００８４】
本発明の一態様によれば、特定のリフト力または結合力を提供するように定められた、単一または互いに間隔をあけた複数のユニット１４を用いる代わりに、必要な結合力を提供するのに必要な活性磁気量（ポールピース形状化が関与し得る影響を拡大する何れかの力及び／又は磁束移送とは別にして、上記参照）は、複数のより小型のスイッチ可能な磁石ユニット１４に細分化される。例えば、図７ａと図７ｂでの概略図を参照。
【００８５】
図１と図２のように、ユニット１４は、非強磁性材料のより大型ハウジング（不図示）の中に取り付けられ、配置される。重要には、ユニット１４は、後述するような特定タイプのアレイ構成に配置されることになる。図８ａ〜図８ｃと図１０の図面を参照。これは、個別ユニット１４の相互作用を可能にし、改善した性能を達成できる。
【００８６】
個別のユニット１４の何れか任意のアレイ状の全体配置だけでなく、活性化した個別ユニット１４のＮ極とＳ極の相対配置をも記述するのに必要な更なる幾何パラメータを定義するのが適切であろう。このため図５を参照して、個別ユニット１４のいわゆる分極（または極）軸ＰＡを示しており、この軸は、ユニット１４の個別の逆極性円柱磁石２０ａ，２０ｂの個々の界面２４（図３ａと図３ｂを参照）が共通面において重なり合う場合、即ち、ユニット１４が、個別磁石２０ａ，２０ｂの磁化軸ＭＡが同軸に整列する完全に活性化または完全に不活性化の状態である場合に定義される（垂直）界面に対して垂直に延びることによって特徴付けられる。
【００８７】
図５において、結合ユニットは、完全に活性化された状態で図示している。本質的には、分極軸ＰＡは、ユニット１４の完全に活性化状態におけるＮ極からＳ極の配向軸を定義し、簡単な棒磁石のＮ−Ｓ軸として視覚化してもよい。例えば、図６を参照。こうした簡略化（活性化）した磁石類似手法は、更なる説明で用いている。
【００８８】
図７ａと図７ｂを参照して、リニアアレイ状に配置された複数の個別結合ユニット１４を概略的に図示している。ユニット１４は、等しいギャップ（ｇ）で相互に間隔をあけて保持され、個別ユニット１４の分極軸ＰＡは、活性化ユニット１４のＮ極とＳ極が交互の順番で配置されるように、相互に同軸で直列配置される。
【００８９】
図６は、図７ａと図７ｂに具体化した直列交互アレイ構成をかなり簡略化して図示しており（簡単なＮ−Ｓ棒磁石１４’で表す）、ユニット１４’の分極軸ＰＡがアレイの軸ＡＡに対して垂直に延びている他の直列アレイ構成も示している。近接（または隣接）した磁石１４も、交互のＮ−Ｓ極とともにギャップを横断して互いに向き合っていることに留意する。
【００９０】
図７ａと図７ｂに戻って、ワークピース４０内において、各結合ユニット１４に存在する個々の有効磁束交換エリア（図５中の符号４４，４６）とは別に、各ユニット対１４の間に、追加の有効磁束交換エリア（こでは、第３磁束交換エリア５０と称する）が存在している。これは、アレイラインでの個別ユニット１４の比較的接近した空間距離の結果として形成され、個々の隣接ユニット対の磁界の相互作用に起因して存在する。
【００９１】
図７ａの図面において、交互の極配置の５個のユニット１４のは、４つの第３磁束交換エリア５０を追加し、これは各個別ユニット１４の磁界の閉じ込めを支援している。第３磁束交換エリア５０が有する効果の１つは、ユニットアレイ１４が作用するワークピース６０の磁気抵抗によって磁束密度が制限される場合、各ユニット１４のポールコンタクトエリア４２，４３における磁束密度の増加である。こうして、個別ユニット１４の合計と同じ全体活性磁気量を有する単一ユニット１４の使用と比べて、より高い吸引力および改善した磁気効率が達成される。
【００９２】
個別ユニット１４間の間隔（あるいはリニアギャップｇ）は、全体磁界強度についての制御をもたらす。隣接したユニット１４間のより短い距離ｇは、全体磁界強度および全体浸透深さの減少とともに、離れたユニット１４間の磁束交換を強調することになる。ユニット１４間のより広い間隔ｇは、磁界強度の全体増加とワークピースへのより深い磁束浸透とともに、個別ユニット１４の磁気ポール間の磁束交換に重み付けすることになる。
【００９３】
図８ａ〜図８ｃは、図６のリニアアレイと比べて、個別ユニット１４の円形アレイ配置の概略平面（底面または上面）図を示す。図８ａの円形アレイ構成は、図１に示すテスト装置および図２に示す磁気リフト装置１００において具体化される。図２のリフト装置１００において、６個の個別ユニット１４が、ワークピース（不図示）が当接可能な円形面板１３５を有する外側円筒ハウジング部分１２０に、固定かつ除去可能なように取り付けられる。機械アームリンク配置（不図示）を収納したアクチュエータモジュール１３０は、ハウジング部１２０の後方にボルト止めされ、個別ユニット１４のアクチュエータ装置（同様に不図示、例えば、図３ｂ中の符号３０で示す）が、上述したように、個別ユニット１４を共に活性化および不活性化するように動作可能であるような手段を提供する。
【００９４】
図８ａと図８ｂの円形アレイ構成は、本質的には、図６に示した交互極性を持つリニア直列アレイの自由端の閉鎖を表しており、これにより全てのユニット１４が隣接ユニット１４を有する自己完結(self-contained)したアレイ構成を提供し、ユニット対間の相互作用が可能になることに留意する。そのため、開放端部のリニアで矩形または他の行列アレイと比べてより均質な磁力場分布が存在することになり、円形アレイ構成が好ましい。
【００９５】
図８ａに示すアレイにおいて、６個のユニット１４は、半径ｒの架空円および図面紙面に対して垂直に延びる、各ユニット１４の個々の磁石スタック軸Ａが設けられ、各ユニット１４の分極軸ＰＡは、スタック軸Ａと交わる前記架空円ラインのほぼ接線方向に延びており（即ち、前記半径ｒに対してほぼ垂直である）、個々のユニット１４の活性化したＮ極は、隣接ユニット１４の活性化したＳ極と向かい合っており、逆も同様である。このアレイ構成では、個別ユニット１４における６つの１次および２次の磁束交換エリア４４／４６と、隣接ユニット１４間での６つの３次の磁束交換エリア５０とからなる１２個の有効磁束交換エリアが存在する。
【００９６】
図８ａのアレイでは、非隣接のユニット１４のＮ極とＳ極の間に、磁界相互作用が存在する。しかしながら、実際には、これらは僅かでとても弱いため、全体の有効磁束交換エリア４４／４６，５０へは寄与しない。
【００９７】
図８ａ，図８ｂ，図８ｃを参照して判るように、個別ユニット１４の円形アレイ構成は、全体アレイおよび隣接ユニット１４に対して、各ユニット１４の分極軸ＰＡの相対的な向きに依存して、異なる有効磁束交換エリアを作成可能である。いわゆる交互スターアレイ構成は、図８ｂに示しており、図８ａの円形アレイと同じアレイ半径ｒが存在している。しかしながら、このアレイ構成では、個別ユニット１４は、これらの分極軸ＰＡが放射状配置（ハブおよびスポーク）に配置され、各ユニットについて個々の半径で実質上同軸であり、ユニット１４は、活性のＮ極またはＳ極が内側に向いて、他の極は外側に向いている。同時に、隣接ユニット１４は、交互の極が半径方向に内側と外側に向いて配置され、これにより隣接ユニットの活性Ｎ極とＳ極が近接している。
【００９８】
図８ｂは、このアレイ構成において存在する有効磁束交換エリアを概略的に示している。半径方向で内側に配置された３次磁束交換ゾーン５２が、隣接ユニット１４の間の有効磁束交換エリアであり、半径方向で外側に配置された３次磁束交換ゾーン５４と比べて、比較的強い交換を示し、これは、内側に配置された極と比べて、半径方向で外側に配置された隣接ユニットの活性極の距離増加に起因している。
【００９９】
同様に、全体アレイの全く反対側に配置されたユニット１４の逆極性の活性極の相対的な近接に起因して、半径方向に向き合ったユニット間で延びる３つの３次磁束交換ゾーン５６が存在しており、磁束交換ゾーン５６は交差スター状のパターンに配置される。
【０１００】
磁束浸透深さの増加が必要である場合、図８ｂのアレイは、図８ｃに示すアレイ構成に変更してもよい。ユニット１４の同じ配置が存在するが、個別ユニット１４の活性極（極性）は、全ユニット１４が、アレイの半径内側端で同じ極性を有するように配置され、即ち、ユニット１４は、各ユニット１０の同じ極が半径内側に向いて、他の極が半径外側に向くように配置される。
【０１０１】
このアレイ形成では、個別の活性ユニット１４のＮ極とＳ極は、半径ｒで規定される円に沿って「平行化」され、２つの環状でより大きな極ユニットに効率的に併合され、これにより個別ユニットの磁束交換ゾーン４４，４６から形成されるリングバンド形状の同心の有効磁束交換ゾーン５８を規定する。しかしながら、磁界強度は、交換バンドに沿って不均一に分布しているが、個別ユニット１４の個々の極で最大値に到達する。実際、こうしたアレイ構成は、隣接ユニット１４間にある何れかの３次磁束交換エリアを有しておらず、半径内側および半径外側の環状磁石極を持つ共通した磁石カップ設計と同等（原理上）である磁束交換パターンを提供している。
【０１０２】
図９ａ〜図９ｃは、極薄の強磁性シート金属またはマグペーパー(Magpaper)と接触した場合、図８ａ〜図８ｃのアレイの界面に存在するであろう理想的な２−Ｄ（２次元）磁力線パターンをそれぞれ表しており、コンピュータ支援モデルリングを用いて生成している。パターンは、視覚化目的だけのもので、理想的モデルを表現していることに留意する。
【０１０３】
図９ａに示した磁界パターンは、浅く浸透する比較的閉じ込められたＨ磁界であり、こうした円形配置での逆極性を持つ磁石配置は、詳細には後述するように、有効な自己制御のＨ磁界を提供する。これに対して、図９ｂに示す磁界パターンは、これも浅く浸透するが、比較的広く拡がったＨ磁界を提供する。最後に、図９ｃの磁界パターンは、アレイ内の隣接磁石の磁力線の圧縮を超えて、隣接磁石間の磁気相互作用の欠落を明らかに示しており、これにより磁気エネルギーが拡大され、図面紙面に対して垂直なより深い浸透を持つＨ磁界を達成する。
【０１０４】
上記説明から明らかなように、個別磁石ユニット１４の個数とサイズ選択および間隔レイアウトは、磁石アレイを組み込んだ磁石装置、例えば、結合装置、リフトなどの使用の意図したエリア、特に、アレイと接触することになる強磁性体の性質に依存して決定できる。例えば、図１に示した磁気リフトテスト装置は、５個のスイッチ可能な磁石アレイ、型番Ｍ１００８ マグスイッチ(Magswitch)を採用し、それぞれ１ｍｍ間隔を備え、０．８ｍｍ鉄板に対して１４５Ｎの吸引力を作用することができる。この場合、下方に直接接触した２番目のシートへの吸引はほとんど目立たない。
【０１０５】
下記表は、本発明のように、所定の量の磁気活性材料を離散した少量に細分化し、細分化した少量を特定のアレイ構成に配置するという基本的な利点の幾つかを示している。表は、６つのタイプの磁気リフトを用いて実施した持ち上げ実験の結果を要約している。表中の最初の３つは、型式 マグスイッチ Ｍ１００８の６個のスイッチ可能な磁石アレイ（即ち、図２と図３に示すように、１０ｍｍ直径と８ｍｍ高さを有する円柱磁石）を組み込んだ磁気リフトである。一方、表中の次の３つは、型式 Ｍ２０２０，Ｍ３０２０，Ｍ５０２０（即ち、２０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石、３０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石、５０ｍｍ直径×２０ｍｍ高さの磁石）の１個のより大型のスイッチ可能な磁石である。下記表において、「交互スターアレイ」は図８ｂのようなアレイ構成を示し、「合同スターアレイ」は図８ｃのようなアレイ構成を示し、「円形アレイ」は図８ａのようなアレイ構成を示す。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
多数の観測は価値がある。単一のＭ５０２０磁石の最大リフト能力（ピーク吸引力 単位Ｎ）は、アレイの１０倍以上の合計活性磁気材料量を有するにもかかわらず、交互スターアレイ構成のものより約３．５７倍に過ぎない。同じアレイが、１ｍｍ厚さを有する強磁性シートと係合した場合、単一の５０２０磁石のものより６０Ｎだけ低い吸引（単位Ｎ）を有し、交互スターアレイリフトに含まれる活性磁気量の約２倍を有する単一の２０２０磁石のものより６０Ｎ高い。
【０１０８】
単一磁石ユニット３０２０が磁化状態に切り替わって、１ｍｍ厚の金属シートによって搬送可能な磁気飽和レベルに相当する場合、シート金属ワークピースへの磁束経路を実際に閉じ込めて、磁界が飛び出るのを回避し、吸引力は、ピーク吸引力の約１／７であり、完全に活性化した状態（磁界がシート金属の厚さを超えて延びる）と比べて１／２の値より小さいことに留意する。即ち、単一の磁石では、Ｈ磁界がワークピース境界を飛び出るのを回避するように磁化力を低下させると、磁束が制限(bottlenecked)されていれば、極の磁束密度の低下をもたらし、その結果、利用可能な吸引力の低下をもたらす。
【０１０９】
アレイ構成は、隣接するアレイ部材間で追加の磁束経路の存在に起因して、制限された磁束エリアの拡大を提供し、これにより全体の極の磁束密度での増加をもたらし、より高い吸引力が得られる。
【０１１０】
しかしながら、特に興味深いものは、交互スターアレイ構成と円形アレイ構成の両方は、自己制御のＨ磁界と称するものを示し、吸引力は、表中に掲載した他の何れのリフトより高いままになる。
【０１１１】
この現象について、図１０と図１１を参照して説明する。図１０において、理想化した２−Ｄモデル磁石トーラス８０を示し、他では閉じた６極磁石トーラスが、６つの離散した場所８２ａ〜８２ｆで開いており、これにより６個のダイポール磁石８４ａ〜８４ｆを規定し、実際には、活性化した場合、図８ａの円形ダイポールアレイ構成と類似した配置を提供している（但し、ダイポール８４ａ〜８４ｆの少し湾曲した分極軸ＰＡ’を除き、これらはリニアダイポールではない）。
【０１１２】
隣接磁石８４ａ〜８４ｆが「短絡」した（周方向に面する磁石を当接させたり、あるいはポールピースを各ギャップに挿入し、隣接磁石の各Ｎ−Ｓ極対にブリッジを設けることによって）、交互の極性Ｎ−Ｓを備えた「閉じた回路」円形磁石アレイの理想化したＨ磁界パターンは、閉じた回路内で自己完結しており、使用することができず、あるいは外部ワーク回路によってアクセスできない。１つ又はそれ以上の場所（例えば、図１０において識別される６つのギャップ８２ａ〜８２ｆ）においてトーラスの開放は、複数の入り口(portal)を提供し、各入り口は、（トーラス）アレイの活性磁気材料に保存された磁気エネルギーへの「アクセス」を可能にする。
【０１１３】
開いたトーラス８０では、隣接磁石８４の間の各ギャップ８２において、磁束交換ゾーンが隣接磁石８４ａ〜８４ｆの対向Ｎ極とＳ極の間に存在し、これによりギャップ空間に存在する媒体を通る磁束経路を提供し、全体アレイ配置は、磁石８４ａ〜８４ｆおよびギャップ８２ａ〜８２ｆからなる第１の（閉じた）磁気回路を提供することに留意する。
【０１１４】
強磁性物体が、８２ａ〜８２ｆを横断する１つ又はそれ以上の入り口と磁気相互作用すると、物体と、物体が接触し得る隣接磁石８４ａ〜８４ｆのＮ極とＳ極におけるポールピース（不図示）と、物体がブリッジ結合する２つ又はそれ以上の磁石８４ａ〜８４ｆとからなる第２の（閉じた）磁気回路が、第１回路、即ち、アレイ回路より低い磁気抵抗を有する場合、アレイによって提供される「タンク」回路で利用可能な磁束が、物体の中へ迂回または「分岐」することが可能になる。
【０１１５】
第２回路への磁束分岐の割合は、両方の回路の磁気抵抗に依存することになる。換言すると、同じ起磁力に曝された両方の第１および第２磁気回路が同じ透磁率を有する場合、等しい磁束分配が発生する。回路のうちの１つでの回路磁気抵抗の増加は、当該回路から他の回路への磁束シフトをもたらすことになり、逆も同様である。この基本原理は、上述した図８ａと図８ｂの円形アレイ構成および交互スターアレイ構成において具体化されている。
【０１１６】
本発明の磁束分岐機能の態様は、図１１ａと図１１ｂを参照してよく例示できている。これらは、図３ｂに示すタイプの２つのスイッチ可能な永久磁石ユニット２４０，２４２の概略側面図であり、相互に隣りの固定した位置に、図５と図６に示すようなリニアアレイ状に配置され、小さいエアギャップ２４１が、ユニット２４０，２４２の対向する反対のＮ極とＳ極（例えば、ポールピース２４６，２４８）の間にある。こうした理想化した２つの磁石アレイが図８ａと図８ｂの円形アレイ、図１０の開いたトーラスにも存在することは理解されよう。
【０１１７】
図１１ａと図１１ｂにおいて、ライン２４４は、理想化した磁気抵抗無しブリッジ結合を単に示すものであり、エアギャップ２４１を横断して互いに面していないＳ極とＮ極の間に、即ち、ユニット２４０，２４２の他のＮ極とＳ極の間に維持される閉じた（短絡）回路が得られる。こうした配置では１つの入り口だけが存在する。
【０１１８】
まず図１１ａを参照して、ワークピース（例えば、図１１ｂでのシート金属ピース２５０）が無い場合、２つの磁石２４０，２４２の間の磁束交換経路は、エアギャップ２４１を横断して存在する（回路は、符号２４４で示すように、他で閉じている）。所定の磁気力での磁束の大きさは、ここでは主に、磁石２４０，２４２間のエアギャップの幅および断面に依存する。エアの透磁率は磁束密度に対してリニアであるため、この経路部分での全体磁束移送の挙動はリニアである。エアギャップ磁気回路の磁気抵抗は、磁束移送エリアの幾何形状およびギャップ中の材料の透磁率に依存している。これは、エアとは異なる物質でもよく、理想的には極めて低い比透磁率（エアは約１である）を有するべきであり、いずれにしてもワークピースの比透磁率よりかなり低い。
【０１１９】
図１１ｂに示すように、エアより高い透磁率を持つ強磁性ワークピース２５０が、隣接磁石２４０，２４２の対向する極と磁気相互作用した場合、磁石２４０，２４２の対向する極の間で追加の磁束経路が作成され、これはエアギャップ２４１を横断するより低い磁気抵抗を有する。この経路（または回路）を通過する磁束の量は、ワークピース材料の透磁率によって主に支配される（ワークピースが小さな厚さを有する場合）。磁束は、第１（エアギャップ）磁気回路から引き出され、第２（ワークピース）磁気回路へ迂回する。
【０１２０】
ワークピースの透磁率は、ワークピースにおいて磁束飽和に達するまでは、最初は極めて高い（即ち、エアの数千倍高い）。第２回路の透磁率は、ワークピース材料に適用可能な関連した非線形Ｂ−Ｈ磁化曲線のように、飽和に達するまで、徐々に減少することになる（磁束密度が増加する）。そして、第２回路での磁気抵抗がエアギャップ回路と同等かそれより高くなって、エアギャップ回路から「引き出される」追加の磁気エネルギーがなくなる。
【０１２１】
図１１ａと図１１ｂに示すように、無負荷「タンク」回路において、エアギャップを横断する最初の高い値（例えば、０．４８テスラ）を有する磁束は、ワークピースが隣接磁石２４０，２４２の対向したＮ極とＳ極をブリッジ結合すると、分岐するようになる。そして、より低い磁束（例えば、０．１１テスラ）がエアギャップ２４１に残留して、いったんワークピースを横断する迂回回路の飽和が終了する。
【０１２２】
実際には、考慮した上記基準を用いて考案される磁石アレイ構成は、強磁性ワークピースと磁気相互作用すると、自己制御の磁界強度を示す磁石装置を提供する。ワークピースの非線形透磁率は、第１磁気回路内でのアクセス入り口において利用可能な磁化力（磁界強度Ｈ）を制御し、安定化する目的に寄与する。ここで、入り口を通じてアレイから引き出される磁気エネルギーの全体レベルは、隣接磁石間の距離に反比例することに留意する。
【０１２３】
上述した磁石アレイ構成は、上記特許でも記載されているようなスイッチ可能な永久磁石ユニット１４，１４０，２４０を利用しているが、他のダイポール磁石ユニットも採用可能であることは理解されよう。Ｎ−Ｓ磁化軸も必ずしも直線でなくてよく、特に、円形アレイ構成の場合、僅かに湾曲していることがある。
【０１２４】
（スイッチ可能な）磁石ユニット中の活性磁気材料と相互作用するポールピースの特定の幾何形状もまた、活性磁気材料からワークピースへの所望の磁束移送パターンを達成するのに必要に応じて適合させ変更してもよい。
【０１２５】
同様に、磁石アレイが保持されるハウジングの材料および形状は、アレイ構成の正確なレイアウトのとおりに、上述した分野での特定の応用に適合するように選択されることになる。
【０１２６】
同様に、図９ａ、図９ｃ、図１０、図１１は、磁束経路や磁界幾何形状などの理想化し簡略化した２−Ｄモデルを図示しており、これらは３−Ｄ人工物を基礎としており、多くの他の影響および、開いた（または閉じた）磁気回路が、例えば、不完全な磁気経路などの磁界漏れ等に曝される境界条件によって影響を受けることは、理解されよう。
【０１２７】
また、コンピュータモデリングは、図面を作成する際に、幾つかの簡略化と不正確さを導入しており、これらは、一般的原理の説明だけとして見ることになる。
【０１２８】
本発明は、主として、磁気リフトおよび結合装置での特定の応用を見出し得る概念を参照して説明したが、磁石アレイは、磁化可能な（強磁性）ワークピースが、これを保持したり、これを移動して装置に確実に付着させるためのこうした装置に取り付けられ、あるいは逆も同様の他の装置に容易に応用できることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】個別のスイッチ可能な磁石ユニットアレイを組み込んだ、本発明の幾つかの態様を具体化する「概念実証(proof of concept)」として用いられる実験ジグの斜視図である。
【図２】本発明の幾つかの態様に従って製作される磁石リフト装置の試作品(working model)の写真斜視図である。
【図３ａ】図１と図２の装置で採用可能なスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略斜視図である。
【図３ｂ】図１と図２の装置で採用可能な単一の逆極性永久磁石の概略斜視図である。
【図４】本発明の幾つかの態様に基づく幾つかの原理を示す単一のスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略でかなり簡素化した（側面）図である。
【図５】図３の単一のスイッチ可能な永久磁石ユニットの斜視図を示し、ユニットが活性状態で、強磁性材料ワークピースと接触した場合の磁束交換エリアを示す。
【図６】本発明の一態様に係る２つのリニア磁石アレイ構成の概略図である。
【図７ａ】本発明の幾つかの態様を示す、多重のスイッチ可能な永久磁石ユニットのリニアアレイの概略でかなり簡素化した（側面）図である。
【図７ｂ】３個の磁石リニアアレイの概略斜視図を表す。
【図８ａ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図であり、図８ａのアレイは図２のリフト装置に物理的に埋め込まれる。
【図８ｂ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図である。
【図８ｃ】本発明で想定される異なる円形アレイの磁石装置構成の概略底面図である。
【図９ａ】図８ａに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図９ｂ】図８ｂに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図９ｃ】図８ｃに示す円形アレイ構成において検出可能な磁力線の概略２Ｄ（平面）図を表す。
【図１０】不連続磁石トーラスの磁力線モデルの概略平面図であり、磁束分岐および自己制御の磁界強度に関連した本発明の更なる態様を示す。
【図１１ａ】図３ｂのように、リニアアレイに配置され、図８ａと図１０の磁石アレイ構成に組み込み可能である２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略側面図である。
【図１１ｂ】図３ｂのように、リニアアレイに配置され、図８ａと図１０の磁石アレイ構成に組み込み可能である２つのスイッチ可能な永久磁石ユニットの概略側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気エネルギー源から１つ又はそれ以上の強磁性ワークピースへの自己制御した磁束移送のための方法であって、
磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石が、第１の比透磁率を有する媒体中に配置され、
該磁石はアレイ状に配置され、アレイ内の隣接磁石間で所定距離のギャップが維持されており、磁石の磁化軸は、隣接磁石が逆極性で互いに向き合うように配向しており、
こうした配置は、媒体を通る内部磁束経路が隣接磁石の間に存在し、磁束アクセス入り口がこうした隣接磁石の逆極性ポールピースの間で定義される磁気タンク回路を示し、
１つ又はそれ以上の磁束アクセス入り口を、第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触させることによって、磁気タンク回路より低い磁気抵抗を有する少なくとも１つの作動回路が作成され、
ワークピースが磁気飽和に近づいて、作動回路の磁気抵抗がタンク回路の内部磁気抵抗とほぼ等しい場合に、磁気タンク回路から作動回路への有効磁束移送の限界に到達するようにする方法。
【請求項２】
磁石は、ダイポールであり、単一の円形アレイ状に配置され、
各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている請求項１記載の方法。
【請求項３】
特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたスイッチ可能な永久磁石装置が、該アレイ内の磁石として採用されている請求項２記載の方法。
【請求項４】
強磁性体へ磁束移送を行うための磁石装置であって、
複数の磁石を有し、各磁石は磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対を有し、
磁石は、（ａ）第１の比透磁率を有する媒体中に、（ｂ）所定のアレイ構成で、（ｃ）間隔をあけた場所に配置され、（ｄ）所定の向き、好ましくは同一平面内に延びる磁化軸を備え、
該装置は、動作的には第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触するように配置された面を有し、磁石と強磁性体との間に、閉じたまたは負荷ありの磁気回路が作成され、磁石のＮ極とＳ極の間で強磁性体内を通って実質的に閉じ込められた磁束経路を作成するようにした磁石装置。
【請求項５】
磁石が取り付けられた非強磁性キャリアをさらに含む請求項４記載の磁石装置。
【請求項６】
相互の個別磁石の間隔、および各磁石でのＮ極−Ｓ極対の隣接磁石に対する空間配向は、個々のＮ極−Ｓ極対によって提供される磁界に加えて、追加の磁界が隣接磁石の対向極の間に供給されるように選択されている請求項４または５記載の磁石装置。
【請求項７】
媒体は、エア、プラスチック材料、または理想的には低い比透磁率を有する実質的に非強磁性の物質から選択される請求項４、５または６記載の磁石装置。
【請求項８】
該アレイは、１つ又はそれ以上の直線列のダイポール磁石からなり、好ましくは、特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、
磁石の磁化軸は、列内でほぼ同軸、あるいは列の軸に垂直である請求項４〜７のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項９】
磁石は、ダイポール磁石であり、好ましくは、特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、
磁石は、１つ又は複数の同心円アレイ状に配置され、各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている請求項４〜７のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１０】
アレイ内の磁石間のギャップまたは間隔は、固定で等しい請求項４〜９のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１１】
キャリアは、磁石の制限された相互の変位を可能にし、個別磁石の距離をアレイ内で最小値と最大値の間で変化させ、再固定することが可能なように考案されている請求項５〜９のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１２】
アレイ内の隣接磁石の極性が互いに逆であり、Ｎ−Ｓダイポールが他のＮ−Ｓダイポールに続くようになっている請求項４〜１１のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１３】
磁石は、単一の円形アレイ状に配置され、
各磁石の磁気軸は、円の中心から個別磁石へ延びる半径とほぼ同軸に延びており、
磁石は、Ｎ−Ｓダイポールが円時計回りにＳ−Ｎダイポールに続くように交互の構成で配置されている請求項４〜７，９〜１１のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１４】
永久磁石リフト装置であって、動作的には強磁性のシート状ワークピースと係合するように配置された結合面を備えたハウジングと、
ハウジング内に結合面で搭載され、ワークピースをリフト装置に磁気的に取り付けるように考案された複数のスイッチ可能な永久磁石ユニットであって、各ユニットが、スタック軸に沿って積み重ねられ、スタック軸に沿って磁石の対向する軸端面の間に延びる少なくとも１つのＮ−Ｓ活性極対を有するように分極した２つの円柱または円板状の永久磁石を含むようにした永久磁石ユニットと、
両方の永久磁石の周囲回りに配置され、スタック軸に沿って間隔があいた軸端面を有する少なくとも２つの強磁性ポールピースであって、該磁石は、ポールピース内で前記スタック軸に沿って互いに相対移動のために保持されるようにしたポールピースと、
該ユニットを、活性状態と非活性状態との間で切り替えるために、永久磁石のうちの１つの選択的回転のために配置されたアクチュエータ手段であって、活性状態では、両方の磁石の磁極がスタック軸に沿って同じ方向に整列、配向しており、磁石からの磁束がポールピースを通過して、強い外部磁界が存在しており、非活性状態では、磁石の磁束が分流してポールピースおよび磁石自体の内部に閉じ込められ、弱い外部磁界が存在し、または外部磁界が無いようにしたアクチュエータ手段とを有し、
該ユニットは、アレイ構成に配置され、（ａ）磁石の積み重ね対の磁石の１つ及び／又は各ユニットのポールピースは、これらの軸端面がコンタクト面に接近またはそこにあるように配置され、（ｂ）個別ユニットは、互いに所定のギャップを伴って、これらの個別磁石対とともに配置され、ユニットの活性状態において隣接ユニット間での磁束交換が可能になるようにした永久磁石リフト装置。
【請求項１５】
円柱永久磁石は、各磁石のＮ極−Ｓ極が磁石の円形端面の直径だけ離れている、逆に分極したダイポールである請求項１４記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１６】
ポールピースは、磁石のスタック軸に垂直な断面において、磁石の周囲回りの壁厚を、両方の磁石の一方または両方のＮ−Ｓ極の境界に垂直に引いた半径ｒに沿った磁気量分布に関連付ける壁厚を有する請求項１５記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１７】
磁石ユニットは、共通中心回りに円形アレイ状に配置され、
個別ユニットは、個々のＮ−Ｓ極軸とともに配置され、これらの軸が、（ａ）共通中心点に向かって放射状に延びている、あるいは（ｂ）個々の磁石ユニットのスタック軸と交わる円のほぼ接線方向に延びており、
配置は、隣接磁石ユニットが反対の極性で互いに向き合っているようにした請求項１４，１５または１６記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１８】
ワークピースと磁気相互作用をもたらして、結合力を発生する所定の量の活性磁気材料を有するスイッチ可能な永久磁石装置であって、
活性磁気材料の量は、複数の離散した磁石ユニットに細分化され、各磁石ユニットは活性磁化状態と不活性磁化状態との間で切り替え可能であり、
これらのユニットは、所定のアレイ構成で、互いに所定のギャップ距離とともに実質的に非強磁性のハウジング内に搭載され、
活性磁化状態の場合、１次磁束経路を有する１次磁気回路が隣接ユニットのＮ−Ｓ極の間に存在するようにし、
各磁石ユニットは、磁石のＮ−Ｓ極と関連したポールピースを有し、動作的に強磁性ワークピースと相互作用して、ユニットの活性磁気材料とともに閉じた外部の２次磁気回路を作成するように配置され、
２次磁気回路は、ワークピースを通って隣接磁石のＮ−Ｓ極の間に延びる１次磁束経路より低い磁気抵抗の２次磁束経路を有するようにした永久磁石装置。
【請求項１９】
２種類の磁束入り口が存在し、第１種類のものは、個々の磁石のポールピースの間にあって第１（順方向）磁束方向を備え、第２種類のものは、隣接磁石のポールピースの間にあって第１方向とは反対の第２磁束方向を備え、これによりアレイ全体において均一な磁束方向が存在していない請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
磁気エネルギー源から１つ又はそれ以上の強磁性ワークピースへの自己制御した磁束移送のための方法であって、
磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対をそれぞれ有する複数の磁石が、第１の比透磁率を有する媒体中に配置され、
該磁石はアレイ状に配置され、アレイ内の隣接磁石間で所定距離のギャップが維持されており、磁石の磁化軸は、隣接磁石が逆極性で互いに向き合うように配向しており、
こうした配置は、媒体を通る内部磁束経路が隣接磁石の間に存在し、磁束アクセス入り口がこうした隣接磁石の逆極性ポールピースの間で定義される磁気タンク回路を示し、
１つ又はそれ以上の磁束アクセス入り口を、第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触させることによって、磁気タンク回路より低い磁気抵抗を有する少なくとも１つの作動回路が作成され、
ワークピースが磁気飽和に近づいて、作動回路の磁気抵抗がタンク回路の内部磁気抵抗とほぼ等しい場合に、磁気タンク回路から作動回路への有効磁束移送の限界に到達するようにする方法。
【請求項２】
磁石は、ダイポールであり、単一の円形アレイ状に配置され、
各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている請求項１記載の方法。
【請求項３】
特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたスイッチ可能な永久磁石装置が、該アレイ内の磁石として採用されている請求項２記載の方法。
【請求項４】
強磁性体へ磁束移送を行うための磁石装置であって、
複数の磁石を有し、各磁石は磁化軸を定義する少なくとも１つのＮ極−Ｓ極対を有し、
磁石は、（ａ）第１の比透磁率を有する媒体中に、（ｂ）所定のアレイ構成で、（ｃ）間隔をあけた場所に配置され、（ｄ）所定の向き、好ましくは同一平面内に延びる磁化軸を備え、
該装置は、動作的には第１の比透磁率より高い第２の比透磁率を有する強磁性体の表面に近接または接触するように配置された面を有し、磁石と強磁性体との間に、閉じたまたは負荷ありの磁気回路が作成され、磁石のＮ極とＳ極の間で強磁性体内を通って実質的に閉じ込められた磁束経路を作成するようにした磁石装置。
【請求項５】
磁石が取り付けられた非強磁性キャリアをさらに含む請求項４記載の磁石装置。
【請求項６】
相互の個別磁石の間隔、および各磁石でのＮ極−Ｓ極対の隣接磁石に対する空間配向は、個々のＮ極−Ｓ極対によって提供される磁界に加えて、追加の磁界が隣接磁石の対向極の間に供給されるように選択されている請求項４または５記載の磁石装置。
【請求項７】
媒体は、エア、プラスチック材料、または理想的には低い比透磁率を有する実質的に非強磁性の物質から選択される請求項４、５または６記載の磁石装置。
【請求項８】
該アレイは、１つ又はそれ以上の直線列のダイポール磁石からなり、好ましくは、特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、
磁石の磁化軸は、列内でほぼ同軸、あるいは列の軸に垂直である請求項４〜７のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項９】
磁石は、ダイポール磁石であり、好ましくは、特許許可の時点でオーストラリア特許第７５３４９６号または米国特許第７０１２４９５号の請求項に記載されたタイプのものであり、
磁石は、１つ又は複数の同心円アレイ状に配置され、各磁石の磁化軸は、円の中心から個々の磁石へ延びる半径に対してほぼ垂直に、あるいは前記個々に関連した半径とほぼ同軸に延びている請求項４〜７のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１０】
アレイ内の磁石間のギャップまたは間隔は、固定で等しい請求項４〜９のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１１】
キャリアは、磁石の制限された相互の変位を可能にし、個別磁石の距離をアレイ内で最小値と最大値の間で変化させ、再固定することが可能なように考案されている請求項５〜９のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１２】
アレイ内の隣接磁石の極性が互いに逆であり、Ｎ−Ｓダイポールが他のＮ−Ｓダイポールに続くようになっている請求項４〜１１のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１３】
磁石は、単一の円形アレイ状に配置され、
各磁石の磁気軸は、円の中心から個別磁石へ延びる半径とほぼ同軸に延びており、
磁石は、Ｎ−Ｓダイポールが円時計回りにＳ−Ｎダイポールに続くように交互の構成で配置されている請求項４〜７，９〜１１のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項１４】
永久磁石リフト装置であって、動作的には強磁性のシート状ワークピースと係合するように配置された結合面を備えたハウジングと、
ハウジング内に結合面で搭載され、ワークピースをリフト装置に磁気的に取り付けるように考案された複数のスイッチ可能な永久磁石ユニットであって、各ユニットが、スタック軸に沿って積み重ねられ、スタック軸に沿って磁石の対向する軸端面の間に延びる少なくとも１つのＮ−Ｓ活性極対を有するように分極した２つの円柱または円板状の永久磁石を含むようにした永久磁石ユニットと、
両方の永久磁石の周囲回りに配置され、スタック軸に沿って間隔があいた軸端面を有する少なくとも２つの強磁性ポールピースであって、該磁石は、ポールピース内で前記スタック軸に沿って互いに相対移動のために保持されるようにしたポールピースと、
該ユニットを、活性状態と非活性状態との間で切り替えるために、永久磁石のうちの１つの選択的回転のために配置されたアクチュエータ手段であって、活性状態では、両方の磁石の磁極がスタック軸に沿って同じ方向に整列、配向しており、磁石からの磁束がポールピースを通過して、強い外部磁界が存在しており、非活性状態では、磁石の磁束が分流してポールピースおよび磁石自体の内部に閉じ込められ、弱い外部磁界が存在し、または外部磁界が無いようにしたアクチュエータ手段とを有し、
該ユニットは、アレイ構成に配置され、（ａ）磁石の積み重ね対の磁石の１つ及び／又は各ユニットのポールピースは、これらの軸端面がコンタクト面に接近またはそこにあるように配置され、（ｂ）個別ユニットは、互いに所定のギャップを伴って、これらの個別磁石対とともに配置され、ユニットの活性状態において隣接ユニット間での磁束交換が可能になるようにした永久磁石リフト装置。
【請求項１５】
円柱永久磁石は、各磁石のＮ極−Ｓ極が磁石の円形端面の直径だけ離れている、逆に分極したダイポールである請求項１４記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１６】
ポールピースは、磁石のスタック軸に垂直な断面において、磁石の周囲回りの壁厚を、両方の磁石の一方または両方のＮ−Ｓ極の境界に垂直に引いた半径ｒに沿った磁気量分布に関連付ける壁厚を有する請求項１５記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１７】
磁石ユニットは、共通中心回りに円形アレイ状に配置され、
個別ユニットは、個々のＮ−Ｓ極軸とともに配置され、これらの軸が、（ａ）共通中心点に向かって放射状に延びている、あるいは（ｂ）個々の磁石ユニットのスタック軸と交わる円のほぼ接線方向に延びており、
配置は、隣接磁石ユニットが反対の極性で互いに向き合っているようにした請求項１４，１５または１６記載の永久磁石リフト装置。
【請求項１８】
ワークピースと磁気相互作用をもたらして、結合力を発生する所定の量の活性磁気材料を有するスイッチ可能な永久磁石装置であって、
活性磁気材料の量は、複数の離散した磁石ユニットに細分化され、各磁石ユニットは活性磁化状態と不活性磁化状態との間で切り替え可能であり、
これらのユニットは、所定のアレイ構成で、互いに所定のギャップ距離とともに実質的に非強磁性のハウジング内に搭載され、
活性磁化状態の場合、１次磁束経路を有する１次磁気回路が隣接ユニットのＮ−Ｓ極の間に存在するようにし、
各磁石ユニットは、磁石のＮ−Ｓ極と関連したポールピースを有し、動作的に強磁性ワークピースと相互作用して、ユニットの活性磁気材料とともに閉じた外部の２次磁気回路を作成するように配置され、
２次磁気回路は、ワークピースを通って隣接磁石のＮ−Ｓ極の間に延びる１次磁束経路より低い磁気抵抗の２次磁束経路を有するようにした永久磁石装置。
【請求項１９】
２種類の磁束入り口が存在し、第１種類のものは、個々の磁石のポールピースの間にあって第１（順方向）磁束方向を備え、第２種類のものは、隣接磁石のポールピースの間にあって第１方向とは反対の第２磁束方向を備え、これによりアレイ全体において均一な磁束方向が存在していない請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【公表番号】特表２００９−５０９８８６（Ｐ２００９−５０９８８６Ａ）
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３２５３８（Ｐ２００８−５３２５３８）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００６／００１４０７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０３３４３７
【国際公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（５０８０９２５９８）マグスウィッチ・テクノロジー・ワールドワイド・プロプライエタリー・リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｓｗｉｔｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｐｔｙ Ｌｔｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００６／００１４０７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０３３４３７
【国際公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（５０８０９２５９８）マグスウィッチ・テクノロジー・ワールドワイド・プロプライエタリー・リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｓｗｉｔｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｐｔｙ Ｌｔｄ
【Ｆターム（参考）】
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