JP2013530675A - 周期性相関磁性アクチュエータシステムとその使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、相関磁石アクチュエータと、前記アクチュエータを組み込んだデバイスと、それらの使用方法とを含む。アクチュエータは、分離可能な及び反対の様式で用意されている一対のコンプリメンタリ相関永久磁石対を含む磁性ドライブを利用する。それぞれの相関磁石対の引力又は斥力は、主要な引き合う又は反発する回転調整の回転オフのわずかな程度のみの後において顕著に低下し、磁石を相関調整と非相関調整との間において２元的に操作できる。磁石対の周期的な連結及び分離から生じる線形動作は、回転（トルク）出力仕事を生み出すように、支持する伝達構造に伝えられ得る。この出力仕事は、発生器又はポンプのような二次的利用要素、又はそれらの操作のための回転仕事出力に依存した他のデバイスを駆動させるように、利用され得る。

Description

本出願は、２０１０年７月８日に提出された米国仮特許出願第６１／３６２,５８５号の利益を主張する。

本発明は、電磁気モーターに関する。詳細には、本発明は、永久磁性アクチュエータとその使用方法に関する。更に詳細には、本発明は、永久磁力を有益な回転仕事出力に転化する（または変換する、転換する、translate）相関磁性ドライブのバイナリ（または２元、binary）空間操作に関する。

電磁気モーターは、工業用ファン、送風機及びポンプ、工作機械、家庭用具、電動工具及びディスクドライブと同じくらい多様な用途に見出されている。ほとんどの電磁気モーターは、電気エネルギーを機械エネルギー（トルク）に転化することによって回転（トルク）仕事を生み出す。従来の電磁気モーターは、磁場（または磁界、magnetic field）内で電流を流す導体は、その場に対して垂直に移動する傾向があるという原理において作動する；モーターのアーマチュア（または電機子、armature）又は回転部分によって開発される電磁気トルクは、定常場における磁気フラックスに及びアーマチュア電流に比例する。しかしながら、機械的エネルギーを生み出すように永久磁石の場に蓄えられている永久磁気エネルギーの使用は捕らえどころがない。永久磁性（または磁石、磁気、magnetic）エネルギーの利用は、事前に引きつけられている磁石対を分離する（負のシステム仕事負担）のに必要な仕事が、磁石対の元の動的引きつけ（dynamic attraction）の間に生み出される仕事（正のシステム仕事）よりも常に大きい点で制限される。要求される負の仕事と、もたらされる正の仕事との間の正味の差（net difference）は、正味の負の値をもたらし、従って、正の正味の仕事出力を生み出すことができないために不適切であるこのような形態（またはトポロジー、topology）を与える。従って、有益な機械的仕事を生み出すように、正味の正の仕事の値をもたらすように、永久磁気エネルギーを強めることができるデバイス及びシステムのための技術における要求がある。

本発明は、相関磁性（または）磁性ドライブを含むアクチュエータ、前記アクチュエータを組み込んだデバイス、及びそれらの使用方法に関する。アクチュエータの相関磁性ドライブは、分離可能な及び対向した方向に用意されているコンプリメンタリ相関磁石対を含む。相関磁石は、それぞれ、基板上にコード化される複数磁場源のコンプリメンタリ・パターンを含む。パターン又はコードは、一対のコンプリメンタリ相関磁石対の間の１以上の主要な引き付け（相関）及び反発（非相関）磁性状態を規定する。従来の永久磁石と比べて、充分に引きつけられる相関磁石対を非相関にするのに必要なトルクは、充分に引きつけられた好都合な磁石対を分離するのに必要な磁力よりも充分に低い。本発明のアクチュエータは、磁性ドライブの線形運動を生じさせるように、これらの引き付け状態と反発状態との間の相関磁石対の方向（または配向）を操作するように回転動作を利用する。この線形動作は、１以上の磁性ドライブを、様々な形態配置において搬送（または伝達、conveyance）構造に接続することによって回転仕事出力に転化され得る。次いで、回転仕事出力は、例えば、ポンプ若しくは発生器、又はその操作のための回転仕事に依存する任意の他のデバイスのような二次利用デバイスによって用いることができる。

１つの例示的な実施形態において、相関磁性ドライブは、コンプリメンタリ磁石列−対を含む。それぞれの列は、単一の相関磁石又は一連の相関磁石を含む。相関磁石は、一体であってよく、又はその複数幾何学的バリアントであってよい。幾何学的バリアントは、限定されるものではないが、層を成す又は層状のバリアントを含んでよい。１つの例示的な実施形態において、磁石はネオジム磁石である。それぞれの列は、分離ハウジング又は保持器構造内に格納されてよく、それぞれの列を任意の支持伝達構造に別々に接続できる。１つの例示的な実施形態において、第１列は、伝達構造に静的に接続されているが、第２列は、伝達構造に動的に接続されており、相関磁石の回転を可能にする。別の例示的な実施形態において、両方の列が、伝達構造に動的に接続されており、両方の相関磁石の回転を可能にしている。更なる別の例示的な実施形態において、両方の列は、伝達構造に、層を成して接続されており、伝達構造は、相関磁石対を相関にする及び非相関にするのに要求される必要回転動作を提供する。保持構造は、列と、接続された伝達構造との間の回転動作を容易にするように回転フランジを更に含んでよい。１つの例示的な実施形態において、保持構造は、仕事出力ドライバ又は仕事出力伝達要素と結合するための嵌合スプライン軸片を更に含んでよい。１つの例示的な実施形態において、列対のそれぞれの磁石は、直接的な内及び内側の磁石接触を防止するように、磁石の表面の頂及び底に適用される薄い誘電膜コーティングを有してよい。別の例示的な実施形態において、除去可能な接着ガスケットは、磁石列対の１又は両方の相関磁石の仕事表面に適用されてよい。更なる別の例示的な実施形態において、保持構造は、圧縮リングと結合するための外側スレッドを含んでよい。

１つの例示的な実施形態において、相関磁石のコーディングは、バイナリ空間操作が、ただ１つの空間配向における強い又はピークの相互結合力をもたらすように構成されている。別の例示的な実施形態において、相関磁石のコーディングは、バイナリ空間操作が、１つよりも多い空間配向における強い又はピークの相互結合力を生み出すように構成されている。更なる別の例示的な実施形態において、列の相関作動磁石コーディングは、強い又はピークの相互力を結合及び分離するのに必要なバイナリ空間の操作力を最小限にするように更に構成されている。別の例示的な実施形態において、バイナリ空間操作が、列の強い又はピークの相互力を作動する、伝達（転化）する、結合する、分離するのに必要な距離、従って、必要な時間を最小限にするように、相関作動磁石コーディングが構成されている。

本発明の伝達構造は、固定フレーム要素、可変フレーム要素、及び共通出力軸を含んでよい。固定フレーム要素は、アクチュエータの支持構造を規定する一組の水平及び垂直部材を含んでよい。固定フレーム要素は、固定フレーム要素の長さに亘って内側に延在している一対の固定接続ロッドを更に含んでよい。可変フレーム要素は、固定フレーム要素に可変フレーム要素を接続するために、一連の水平又は垂直部材及びメカニズムを含んでよい。１つの例示的な実施形態において、水平又は垂直な可変フレーム要素部材が、固定フレーム要素の接続ロッドに移動可能に接続されている一対のサドル軸に接続されている。共通出力軸は、可変フレーム要素に接続されてよい。所定の例示的な実施形態において、可変フレーム要素は、共通出力軸の考慮された部分である。１つの例示的な実施形態では、相関磁性ドライブの第１列は、固定フレーム要素に取り付けられており、及び第２列は、可変フレーム要素に接続されている。別の例示的な実施形態において、相関磁性ドライブの第１列と第２列は、可変フレーム要素に取り付けられている。更なる別の例示的な実施形態において、相関磁性ドライブの第１列と第２列は、固定フレーム要素に取り付けられている。

本発明のアクチュエータは、１以上の非相関ドライブを更に含んでよい。非相関ドライブは、相関磁石対を非相関にするように機能する。非相関ドライブは、電気的、空気圧式、水圧式、又は動力学的ドライバ、又はそれらの組み合わせであってよい。１つの例示的な実施形態において、非相関ドライブはソレノイドを含む。１つの例示的な実施形態において、非相関ドライブは、直線的な力を回転動作に転化するように機能する。別の例示的な実施形態において、非相関ドライブは、傾斜平面トランスレータを含む。傾斜平面トランスレータ（IPT）は、可変ギア要素と静的ギア要素を含んでよい。２つのギアが共に移動（または転化、伝達、translate）される際に、IPTは、初期の直線的な力を次の回転力（トルク）に転化する。１つの例示的な実施形態において、IPTの可変ギアは、磁性ドライブの列に接続されており、静的ギアは、固定フレーム要素に接続されている。

本発明のアクチュエータは、ドライブ管理システムを更に含んでよい。ドライブ管理システムは、それらの連結する方向と、分離する方向との間で列を回転させることから、１つ又は両方の列、及び所定の実施形態において、非相関ドライブを固定することまで機能し、相関磁性ドライブ機能の制御された開始と停止を可能にする。開始及び停止回転機能を制御する任意の適切なメカニズムを利用してよい。１つの例示的な実施形態において、ドライブ管理システムは、開始／停止メカニズム及び戻りバネを含む。

本発明のアクチュエータは、初期作動ドライブと、必要に応じて１以上の連続作動ドライバとを更に含んでよい。初期作動ドライブは、アクチュエータシステムの受動システム回転を開始し、及び１以上の相関磁性ドライブのバイナリ操作を開始するように利用される。連続作動ドライバは、アクチュエータシステム動的要素と相関磁石列との時限の（timed）動作と相対的な方向とを継続するように用いられる仕事を提供する。初期及び連続作動ドライバは、電気的、空気圧式、水圧式、又は動力学的ドライバ、又はそれらの組み合わせであってよい。

本発明のアクチュエータシステムは、アクチュエータと、任意の二次利用デバイスとの間の利用負荷単離（utilization load isolation）を提供するように、運動エネルギー貯蔵（KES）フライホイール、又はバッファシステムを更に用いてよい。KESバッファシステムは、KESフライホイールと、一連のトランスミッション・ギアと、遷移フライホイールと、共通出力軸に取り付けられており初期作動ドライバと２以上のアクチュエータとKESフライホイールと二次利用デバイスとの間の回転力の伝達及び単離を制御するように構成されているクラッチと、を更に含む。１つの例示的な実施形態において、KESバッファシステムは、動力学的バリアント初期作動ドライバと連動して使用される。別の例示的な実施形態において、空中浮上する軸磁気ベアリングメカニズムが、KESフライホイールに更に連結してよい。１つの例示的な実施形態において、空中浮上する軸磁気ベアリングメカニズムはハルバッハ配列である。別の例示的な実施形態において、アクチュエータシステムは、共通出力軸に連結されている永久磁石オルタネーターを更に含む。更なる別の例示的な実施形態において、アクチュエータシステムは、ファラデーケージに更に包囲されている。

本発明のアクチュエータは、多くの異なる形態で、用意されてよい。単一の相関磁性ドライブと、付随の伝達構造は、単一列アクチュエータを規定する。単一列アクチュエータは、複数列アクチュエータを形成するように一体に結合されてよい。複数列アクチュエータは、複数列アクチュエータの配列を形成するように、直列に又は平行に用意されてよい。複数のアクチュエータは、限定されるものではないが、V−ドライブ、半径方向、線形的、反対のピストン、W−ドライブ及びX−ドライブのような多数の付加的な形態で用意されてよい。別の態様では、本発明は、本発明のアクチュエータを組み込んだデバイスに関する。

本発明は、添付図面を参照して記載される。図において、同様の参照番号は、必然的に同じではないが、同様の要素を示す。追加的に、参照番号の最左の桁は、参照番号が最初に表す図を特定する。

図１は、例示的な相関磁石コーディング・パターンを示す。 図２は、相関磁性ドライブにつき磁力を変えるように用いてよいバリアント相関磁石列形態がどのようなものかを示す概略図である。 図３は、本発明の例示的な相関磁性ドライブの４つの別々の及び周期的操作モードを示す概略図である。 図４は、例示的な相関磁性ドライブ操作モードの工程にわたって、引力と線形動作との間の関係を実演する概略図である。 図５は、本発明の相関磁性ドライブの２つの相関磁石の間で規定されているキー磁場効果ゾーンを特定する表である。 図６は、例示的な傾斜平面トランスレータを示す概略図である。 図７は、本発明の例示的な単一列アクチュエータを示す概略図である。 図８ａは、例示的な相関磁性ドライブの一般的な概観を提供する。図８ａ−ｃは、例示的な相関磁性ドライブを示す一連の概略図である。 図８ｂは、圧縮リングに適合できるように列ハウジング上の外側スレッドを使用することを示す。図８ａ−ｃは、例示的な相関磁性ドライブを示す一連の概略図である。 図８ｃは、単一列の複数磁石の間の誘電薄膜の例示的な位置を示す。図８ａ−ｃは、例示的な相関磁性ドライブを示す一連の概略図である。 図９ａは、例示的な非相関ドライブの主要な要素を提供する。図９ａ−ｃは、例示的な非相関ドライブの様々な要素を示す一連の概略である。 図９ｂは、IPTの可変ギアにおける下側ガイド・キーの位置付けを示す。図９ａ−ｃは、例示的な非相関ドライブの様々な要素を示す一連の概略である。 図９ｃは、非相関ドライブの例示的な再相関遅延メカニズムの更に詳細な図を提供する。図９ａ−ｃは、例示的な非相関ドライブの様々な要素を示す一連の概略である。 図１０は、再相関遅延メカニズムを有するIPT可変ギアの相互作用を規定する動作状況の概略を示す表を提供する。 図１１ａは、ドライブ管理システムの主要な要素と、相関磁性ドライブと非相関ドライブとの第１列に対するそれらの位置との概観を示す。図１１ａ−ｃは、例示的なドライブ管理システムの要素の一連の概略図である。 図１１ｂは、ドライブ管理システムの例示的な非相関開始−停止システムの様々な要素の更に詳細な図を提供する代替図を含む。図１１ａ−ｃは、例示的なドライブ管理システムの要素の一連の概略図である。 図１１ｃは、ドライブ管理システムの例示的な非相関開始−停止システムの様々な要素の更に詳細な図を提供する代替図を含む。図１１ａ−ｃは、例示的なドライブ管理システムの要素の一連の概略図である。 図１２は、アクチュエータの様々な要素が互いに相互作用する順序を示すようにラベルが貼られた本発明の例示的な単一列アクチュエータの概略図である。 図１３は、アクチュエータの様々な要素が互いに相互作用する順序を示すようにラベルが張られた本発明の例示的な複数列アクチュエータの概略図である。 図１４は、別の例示的な複数列アクチュエータの要素相互作用の代替の順番を概略的に示す 図１５は、本発明の例示的な運動エネルギー貯蔵バッファシステムの概略である。 図１６ａは、図１５のKESバッファシステムの様々な動作群及び要素相互作用を規定する一対の表である。 図１６ｂは、図１５のKESバッファシステムの様々な動作群及び要素相互作用を規定する一対の表である。 図１７は、ハルバッハ配列、永久磁石オルタネータ−発生器、ファラデーケージを組み込んだ例示的なKESバッファシステムバリアントの概略図である。 図１８ａは、図１７のKESバッファシステムバリアントの様々な動作群と要素相互作用を規定する一対の表である。 図１８ｂは、図１７のKESバッファシステムバリアントの様々な動作群と要素相互作用を規定する一対の表である。 図１９は、本発明のアクチュエータが用意できる様々な形態を示す概略である。

本発明は、相関磁石アクチュエータ、前記アクチュエータを組み込んだデバイス、及びそれらの使用方法を含む。

アクチュエータは、分離可能な及び反対の様式で用意されている一対のコンプリメンタリ相関永久磁石対を含む磁性ドライブを利用する。

それぞれの相関磁石対の引力又は斥力は、主要な引き合う又は反発する回転調整の回転オフのわずかな程度のみの後において顕著に低下し、磁石を相関調整と非相関調整との間において２元的に（binarily）操作できる。

磁石対の周期的な連結及び分離から生じる線形動作は、回転（トルク）出力仕事を生み出すように、支持する伝達構造に伝えられ得る。

この出力仕事は、発生器又はポンプのような二次的利用要素、又はそれらの操作のための回転仕事出力に依存した他のデバイスを駆動させるように、利用（harness）され得る。
相関磁石

本明細書において使用されるような「相関永久磁石（correlated permanent magnet）」は、単一の基板上において複数磁石磁気源を有する磁石構造のことを言い、それぞれの磁場源の位置及び極性は、所望のパターン又はコードに応じて基板上に用意される。

固体基板上に磁場源を用意する方法は、米国特許第７，８００、４７１号に更に記載されており、参照によって本明細書に組み込まれる。

例示的な相関磁石は、プリントされたCoded Magnets（登録商標）を含む。

パターン又はコードは、一対の相関磁石の間の１以上の主要な引き付け及び／又は反発及び／又は場の打ち消し方向（即ち、磁気的状態）を規定する。

２つのコンプリメンタリ相関磁気構造は、それらのコンプリメンタリ磁場源対が整列するときに、ピークの引力を達成できる。

任意の他の転化調整又は回転調整のために、２つのコンプリメンタリ相関作動磁石の間の力は、ピーク力よりも実質的に小さい。

上述したように、２つの相関磁石列の間の空間関係は、列の磁力の意図的に時間が決められた連結（相関）及び分離（非相関）をもたらすように、回転又は線形動作の適用によって位置的に変わってよい。

それぞれの相関作動磁石対の引力又は斥力は、主要な引力又は斥力の回転調整の回転オフのわずかな程度の後に、顕著に低下する。

相対的な全体トルクは、主要な引き付け又は反発位置から磁石を離すように、１つの相関磁石を他に対して回転するように適用される必要がある力を決定する。

非相関にするのに必要な相対的なトルクは、相関作動磁石列の全体の磁気的引力又は斥力よりも顕著に低くてよい。

相関作動磁石列を非相関にするのに必要な全体のトルクによって分割されるような相関作動磁石列の全体の磁気の引力又は斥力は、「磁気のレバレッジ」と定義される。

全体の非相関トルクに対する相関作動磁石列の全体の磁気的引力又は斥力の比は、本明細書において磁気レバレッジ比率（MLR）と定義される。

例えば、相関作動磁石列の全体の磁気的引力又は斥力が１８ポンドであり、及び相関作動磁石列を非相関にするのに必要な全体のトルクが１インチポンドである場合に、ＭＬＲは１８である。

非相関作動列の全体の磁気的引力又は斥力が４２．１０ポンドであり、相関作動磁石列を非相関にするのに必要な全体のトルクが１．３０６２５インチポンドである場合に、MLRは３２．２２９６６である。

任意の適切な磁性材料は、本発明と関連して用いられてよい。

特定の磁性材料の使用は、磁性材料の磁気ダイポールの動的耐久性によって制限される。

用いられる磁性材料の寸法は、スカラーであり、及び広い範囲において変わることができ、本明細書に記載されるそれらのような適切な相関と非相関メカニズムを製造する能力によってのみ制限される。磁性材料の選択に影響を与える要因は、増加した固有の飽和保持力、増加した温度安定性、動的操作の間の増加した安定性、及び最大エネルギー積を示す材料の選択を含んでよい。本明細書に用いられるような「増加した固有の飽和保持力」は、非磁性化に対する材料の抵抗のことを言い、及び飽和まで磁化した後に、ゼロまで材料の固有磁束密度を減少させる非磁化力に等しい。１つの例示的な実施形態において、磁性材料はネオジム磁石である。

相関磁石における広範囲のコードディング・パターンが、本発明とともに用いられてよい。例示的なコードディング・パターンが図１に示される。コーディング・パターンを選択する場合に、以下の性能特性が考慮されるべきである；非相関点において最低残留分離力を生み出すパターン、磁石のための所望の追加的な力及び距離効果をもたらすパターン、非相関位置に達するのに必要な回転の最低程度をもたらすパターン、及び非相関を成立するように最低回転解放トルクを提供するパターン。
相関磁性ドライブ

相関磁性ドライブが、列−対を含む。列−対は、角度がついた、水平な、又は垂直な配列で用意されてよい。それぞれの列は、単一の相関永久磁石又は一連の相関永久磁石を含んでよい。それぞれの磁石は、一体の磁石、又はそれらの複数幾何学的バリアントであってよい。本明細書に用いられるような「一体的な（Monolithic）」は、それらの複数幾何学的バリアントとは対照的に、単一の磁石体積のことを言う（層状又は層を成した磁石形態を含んでよい）。図２に示すように、磁性ドライブごとの磁力は、それぞれの列の全体の磁気的容量を変えることによって修正できる。それぞれの列は、分離ハウジング、又はリテイナー内にあり、それは、それぞれの列を、支持する線形力及び回転力の伝達構造に別々に接続することができる。相関磁性ドライブ及び任意の支持伝達構造は、本発明の単一列アクチュエータを形成する。複数の単一列アクチュエータは、複数列のアクチュエータを形成するように一体に連結されてよい。複数列のアクチュエータは、複数列のアクチュエータの配列を形成するように、直列に又は平行に、更に接続されてよい。複数アクチュエータは、制限されるものではないが、Vードライブ、放射線、線形的、反対のピストン、Wードライブ、及びX−ドライブを含む多くの追加的な形態で、用意されてもよい。例示的なアクチュエータシステム形態が図１９に示される。また、本発明のアクチュエータを組み込んだデバイスが本発明に含まれる。

本発明のアクチュエータは、磁性ドライブの相関磁石列−対を、それぞれの４つの周期操作サイクルモードを通じて、別々に及び直接的に機械的に搬送（伝達）する。相互に連結された伝達構造は、４つの周期的作動循環モードの実現を可能にし、該モードは、連続的な様式で、一連の別々の移動距離及び力方向から成る。

図３及び４を参照して、第１モードは、従来の充分に分離された磁性ドライブ列−対の一体の転化を含む。初期転化力は、初期作動ドライバから駆動されてよい。初期作動ドライバは、電気的、空気圧力式、水圧式、動力学的、又はそれらの組み合わせであってよい。第１モード位置付け動作は、第２モードの動的引き付けで終わる（culminate in）。第２モードは、その列−対の２つの磁場領域が、動的係合をもたらすのに充分近接して位置している場合に起こる列−対の一体的な強力転化である。第２モード（即ち、動力行程）は、動的な磁気的引き付けから生じ、第３モードの列−対非相関で終わる（culminate in）。第３モードは、２つの列磁石のうちの１つの次の線形転化及び次の回転である（即ち、磁石１は、磁石２に関して「X」°回転する。第３モード転化は、所定の実施形態において、線形的に一体に駆動した場合に非相関回転を生じさせる２つの傾斜平面トランスレータ・ギアの強制的な係合（１つは固定され、１つは回転する）から生じてよい。第３モード転化力は、第２モードで起こる動力行程移動の最終部分から生じる。第３モード非相関的分離は、磁石列−対を含む２つの相関磁石の間の磁気的引力の２元操作（停止）であり、及び第４モードの事前に充分に引きつけられた磁石列−対から分離した転化で終わる。第４モード位置付け動作は、特定の列分離において終わる。そのようにして分離されると、列−対は、第１モードを再開始するように位置付けられる。

所定の例示的な実施形態において、アクチュエータ構造要素の動的位置付け及び相関磁石列の回転操作は、連続した作動ドライバによって継続される。連続する作動ドライバによってもたらされる仕事は、アクチュエータシステム動的要素と相関磁石列との時限動作及び相対的な方向を継続するように利用される。連続する作動ドライバは、電気的、空気圧式、水圧式、動力学的、又はそれらの組み合わせであってよい。

本発明に用いられる磁石列の特性、幾何学的設計及び必要な移動距離は、相関磁石場影響ゾーン限界（DT−X）を決定することによって計算されてよい。図５に示すように、DT−Xは、２つの要素；無場影響ゾーン（NFEZ）と、上側場影響ゾーン及び下側場影響ゾーン（それぞれ、UFEZ及びLFEZ）とを含む。ＭＦＥＺは、列−対の係合のために必要な距離を規定している。ＵＦＥＺとＬＦＥＺは、列−対の係合から得られる動力行程を規定している。ＤＴ−Ｘと、その要素ＵＦＥＺ、ＬＦＥＺ及びＮＦＥＺと、を決定するための目的は、収容するアクチュエータの機械的構造の正確な設計を正確に求めるように、制限、従って、力及び距離の伝達の測定基準を確立する。以下は、場ゾーン効果のゾーン限界を決定するための例示的なフレームワークを提供する。まず、物理的測定によって、UFEZとLFEZの磁場力制限を決定し、そして、列−対のためのNFEZの距離境界を確立する。次に、測定によって、列対から利用可能な全ての動的投げ距離（ＴＤＴＤ＝ＵＦＥＺ＋ＬＦＥＺ）を測定する。従って、列−対磁石の間の全ての磁気非係合を確実にするように、NFEZの磁気移動と最小距離とであるのに必要なTDTD係合の最小距離を決定する及び組み合わせる。従って、列−対の相関調整と非相関調整との間の回転の適切な度合いを確実にするように非相関メカニズムを設定する場合に、及び互いに向かって及び離れて列−対の移動の充分なレベルを確実にするように、支持機械的リンケージを設計する場合に、組み合わせた距離が利用できる。
支持伝達構造

支持伝達構造は、相関磁石対の動的相互作用によって生み出される磁力を捕まえ、及びそれを使用可能な線形及び回転仕事出力に転化する。支持伝達構造は、固定フレーム要素と、可変フレーム要素と、共通出力軸とを含んでよい。固定フレーム要素は、可変フレーム要素のための静的接続点を提供する。例示的な固定フレーム要素は、要求された（enjoin）水平及び垂直平面を含む。所定の例示的な実施形態において、固定フレーム要素は、一対の接続するガイドロッド、又は固定フレームの長さにわたって内側に及び平行に延在しているガイドロッドを更に含んでよい。可変フレーム要素は、アクチュエータの操作の間に、磁力の動的伝達を提供する。所定の例示的な実施形態において、可変フレーム要素は、共通出力軸の部分を形成するように考慮されてよい。共通出力軸は、磁性ドライブからの磁力を、及び所定の実施形態において、共通仕事出力として反対のアクチュエータ伝達からの磁力を伝達するように機能する。１つの例示的な実施形態において、可変フレーム要素は、一対の固定接続ロッドに取り付けられており、及びそれに沿って移動可能なサドル軸によって固定フレーム要素に接続されている。所定の例示的な実施形態において、第１列の磁性ドライブは、固定フレーム要素に取り付けられており、及び第２列は、可変フレーム要素に取り付けられている。

運動エネルギー事象を開始した後に起こった動的システム操作の継続時間を最適化するように、伝達構造は、内側要素摩擦と、最小要素重量を最小にするように設計されるべきである。支持伝達アクチュエータ要素は、好ましくは、完全な非磁気的反応組成物、例えば、機械加工されている、射出成形されている又は鋳造されているセラミックス、合成物、設計されているプラスティックス、又は１．００１より小さい透磁率を有する合金から構成されている。アクチュエータ要素の結合は、機械的エンジョインメント、射出成形、超音波溶接、振動溶接、スピン溶接、又はエンジョインメントの他の実質的比較可能方法により達成できる。移動部分の間の摩擦を最小化するように、様々なスラスト、ライナー及びラジアル・ベアリングを用いてよい。適切なベアリングは、受動相関磁気ベアリング、ステンレス鋼ESAベアリング、チタン合金ベアリング、全てのセラミックベアリング（酸化物ベースベアリング）、及び設計されたプラスティック・ベアリングを含む。例示的な設計されたプラステック・ベアリングは、限定されるものではないが、ポリオキシメチレン、アセタール、デルリン（登録商標）（POM）又は他の類似の準結晶設計ポリマーを、ポリエチレン（PR)、ポリプロピレン（PP）、polyamidenylon（PA）、及びポリテトラフルオロエチレン（PFTE）に限定されずに含む。
非相関ドライブ

本発明のアクチュエータは、非相関ドライブを更に利用してよい。非相関ドライブは、列を、そのピークの又は強い引きつけ調整から離すように、必要なトルクを提供することによって相関磁石対を非相関にするように機能する。従って、非相関ドライブは、列を分離させるように、必要な回転トルクを適用できる、任意の電気的、空気圧式、水圧式、又は動力学的ドライブ、又はそれらの組み合わせであり得る。

所定の例示的な実施形態において、非相関ドライブは、磁石対の周期的な連結及び分離を達成するように、傾斜平面トランスレータ（ＩＰＴ）、又は類似のメカニズムを利用できる。IPTは、２つの傾斜平面ギアを含んでよく、１つが固定され（静的−上側）、及び１つが回転（可変−下側）される。例示的なIPTが図６に示される。下側IPTは、磁性ドライブの１つの列に、及び上側IPTをアクチュエータの固定要素に接続してよい。所定の例示的な実施形態において、IPTギアは、２つの向かい合った相関磁石列の連結によってもたらされる線形動作が下側IPTギアの上側IPTギアとの係合をもたらすように構成されている。２つの傾斜平面間の線形的な力の相互作用は、両方の傾斜ギア表面の形状によって、特定数の度の下側IPTの回転をもたらす。得られる回転力は、下側IPTによって、磁性ドライブの連結列に転化され、磁性ドライブの回転分離をもたらす。このように連結されている列の連結及び／又は分離は、次に、本発明のアクチュエータが、磁気的にレバレッジした力を列から列に伝達するのを可能にする。次いで、全ての列の係合は、本発明の複数レベルのアクチュエータが、仕事出力に対する全ての列の全体の磁気的斥力又は引力の出力に、全体的に影響を与えるのを可能にする。

例示的な非相関ドライブは、嵌合スプライン軸片、IPT及び再相関遅延メカニズム（RDM）を含んでよく、下側IPTギアは、嵌合スプライン軸片の頂部分に連結されており、上側IPTギアは、RDMに取り付けられている。嵌合スプライン軸片の下側部分が、磁性ドライブの第１列に連結されている。嵌合スプライン片は、例えば回転フランジなどによって、嵌合スプライン片の回転自由を維持するように、アクチュエータ伝達構造の可変要素に更に接続されてよい。非相関ドライブは、まず、伸縮自在の拡張によって、磁性ドライブの動力行程のリーチを線形的に伝達する又は該リーチに延在するように、及び磁性ドライブを分離するように、第１列の相関磁石に、次のIPT回転を伝達するように、機能する。所定の例示的な実施形態において、下側IPTギアは、RDMの内側表面上で規定されている一連のキー溝と相互作用するように設計されているその外側周囲上におけるガイドキーを含んでよい。RDMは、磁性ドライブの再相関を遅延させるように機能し、従って、特定時間にわたって磁性ドライブの正確な残留分離力を確保する。所定の実施形態において、早期再相関は、遅延しない場合に、磁性ドライブの全体の引き付け動力行程に対する有害な反対力をもたらし得る。

別の例示的な実施形態において、IPTは、多数の磁性ドライブを一体に直接連結するように用いられる。例えば、それぞれの相関磁性ドライブの第１列は、アクチュエータフレームの固定要素に連結されており、及び第２列は、アクチュエータフレームの可変要素に連結されている。固定傾斜ギアは、第２列に連結されており、及び可変ギアは、結合磁性ドライブの第１列に連結されている。第１列の連結は、IPTギアの係合をもたらす。得られるIPT回転は、結合列に伝達され、連結及び／又は分離をもたらす。
ドライブ管理システム

本発明のアクチュエータは、ドライブ管理システムを更に含んでよい。ドライブ管理システムは、それらの相関及び非相関位置の間の１以上の列の回転を行う及び防ぐことによって、磁性ドライブ機能の制御された開始及び停止を可能にする。回転機能を制御するための任意の適切な開始／停止メカニズムが利用されてよい。例示的なドライブ管理システムは、非相関開始−停止（DSS）メカニズム及び非相関戻りバネを含む。DSSは、相関位置に対する磁性ドライブの回転戻りを制限する又は可能にすることによってアクチュエータのための開始及び停止機能をもたらす。非相関戻りバネは、それらの操作ドライブに繰り返し適用される戻りバネのトルクによって、磁性ドライブ及び非相関ドライブ戻り回転を生じさせることができる。
運動エネルギー貯蔵バッファシステム

本発明のアクチュエータは、運動エネルギー貯蔵（KES)フライホイール、又はバッファシステムを更に含む。KESバッファは、垂直な又は水平な方向のデバイスであり、該デバイスの目的は、全てのアクチュエータシステム繰り返しのために、利用負荷単離（即ち、バッファリング）をもたらすことであり、及びアクチュエータ自体による動的作動において、初期作動ドライブによって初期に導入される運動エネルギーを、次の解放のために蓄えることである。KESバッファシステムは、アクチュエータと二次利用デバイスの間の共通出力軸に沿って取り付けられてよい。アクチュエータ要素の物理及び割合は、二次利用デバイスの負荷プロファイルの物理的操作要件によって決定される。二次利用デバイスの定常状態負荷操作要件を効果的に修正（点検）するように、アクチュエータシステムの共通出力のために、アクチュエータシステム要素の物理は、二次利用デバイスの「「最も悪いケースの利用負荷シナリオ」に基づいている。アクチュエータシステム寸法プロセスの主なゴールは、全ての一体化要素が、要求される比率にかかわらず、規定されている負荷プロファイルにおける二次利用デバイスの定常状態操作を効果的に容易にすることを確実にすることである。所定の例示的な実施形態において、KESフライホイールの運動貯蔵容量が、意図的にオーバーサイズにされ、事前に特定されている定常様態負荷サービス変化（即ち、＋／−１％）に従って所定の二次利用デバイスの「最悪の場合の負荷シナリオ」を修正する。別の例示的な実施形態において、アクチュエータシステムの共通仕事出力は、また、アクチュエータシステムが、引き出される利用仕事量を越える速度でKESフライホイールに仕事を導入するように意図的にオーバーサイズされる。必要とされる、余分を提供する量は、事前に特定された定常状態負荷サービス変化（即ち、＋／−１％）の範囲内において所定の二次利用デバイスの定常状態操作を確実にするのに必要な入力仕事速度によって決定される。エネルギーが、利用の間に運動貯蔵システムから抽出される場合に、フライホイールの回転速度は、エネルギー保存の原理の結果として減少する；動的ドライブ段階の間に、システムに利用余分仕事を追加し、フライホイールの設計速度のメンテナンスを対応してもたらす。「利用余分仕事」は、本明細書において、要求される利用負の仕事量を超えて提供される動的ドライブ入力正の仕事量として規定される。

所定の例示的な実施形態において、浮遊している軸方向の磁気ベアリングメカニズムは、KESフライホイールに更に連結されてよい。KESフライホイールに取り付けられ得る例示的な浮遊する軸磁気ベアリングメカニズムは、ハルバッハ配列である。ハルバッハ配列は、受動的に接触であってよく、又は動作的に制御された自由相関又は非相関磁気ベアリングシステムであってよく、該システムは、２つの平面的ハルバッハ軸配列及び／又は半径方向に安定化する受動的永久磁石ベアリングと連動して用いられる電動コイルから成る。軸安定化のために、静的状態又は低速の機械的タッチベアリングが提供できる。回転設計速度が達成される場合に、フライホイール浮遊が達成される。設計速度に達する際に、フライホイールが、慣性のその主軸のまわりにスピンする。１つの実施形態において、ベアリングシステムは、全体的に受動的であり、電子及び能動フィードバックを用いない。他の実施形態において、ベアリングシステムは、電子及び能動フィードバック安定化修正を利用する。

所定の他の例示的な実施形態において、本明細書のアクチュエータは、共通出力軸に据え付けられている永久磁石オルタネータ又は発生器（PMA−G）を更に含んでよく、その目的は、自己発生電力の適切レベルによって、アクチュエータ及び／又は利用システムサポートに提供することである。ＰＭＡ−Ｇのバリアントは、限定されるものではないが、ＡＣ又はＤＣ電力出力、システム要素制御、利用システム制御−コミュニケーション、パイロット励起又は他の機能を提供できる。

図を参照して、同様の参照番号が、図における同様の要素（必然的に同じではない）を示し、例示的な実施形態が詳細に記載される。

図７は、単一列アクチュエータ７００の例示的な実施形態を示す。アクチュエータは、相関磁石列７１０ａと第２相関磁石列７１０ｂとを含む。第１相関磁石列７１０ａは、固定フレーム水平部材７１５ｃに接続されている。一組の接続するロッド７２０は、固定フレームの内側に取り付けられている。第２相関磁石列７１０ｂは、可変フレーム水平要素７２５に接続されている。第２可変フレーム水平要素７２５ｂは、回転フランジによって非相関ドライブ７４５に接続する。水平可変フレーム要素７２５は、一対のサドル軸７３０によって接続ロッド７２０に接続する。水平可変フレーム部材７２５とサドル軸７３０は、共通出力軸要素７３５に更に接続されているアクチュエータの可変フレーム要素を形成する。ドライブ管理システム７４０は、磁性ドライブの第１列７１０ａの頂に据え付けられており、磁性ドライブ７１０ａと非相関ドライブ７４５との両方と相互作用する。推進ベアリング７５０は、第１相関磁石列７１０ａと、固定フレーム水平部材７１５ｃとの間に、及び非相関ドライブ７４５の回転フランジと第２可変フレーム水平部材７２５ｂとの間に用いられてよい。リニア・ベアリング７５５は、サドル軸を有する可変水平部材７２５ａ、７２５ｂと接続ロッド７２０との結合に用いられてよい。ラジアル・ベアリング７６０は、上側列ハウジング７１０ａとドライブ管理システム７３０との間に用いられてよい。

図８ａ、８ｂ及び８ｃは、本発明の例示的な磁性ドライブの更に詳細な図を提供する。ドライブは、第１磁石列８１０と第２磁石列８２０とを含み、それぞれの列は、単一のコンプリメンタリ一体化相関磁石、又はそれらの複数幾何学的バリアント、又は動的磁力を提供する一連のコンプリメンタリ相関磁石を含み、及び相関及び非相関は、互いに空間的に移動した場合に機能する。任意の誘電薄膜８３０は、内及び内側磁石接触からの磁石を分離するように、それぞれの磁石の上側及び下側表面に適用されてよい。嵌め合った磁石群に対する誘電薄膜８３０の例示的な位置付けが図８Ｃに示される。磁石列は、対応するハウジング８４０又は保持器カップに置かれている。ハウジング８４０は、動的操作の間に磁石列を強固に保持する保持要素として機能する。ハウジングは、磁石列を保持するのに充分な制限的形状であるべき内側空間を含む。図８ｂに示すように、ハウジング８４０は、カップの周囲のまわりに垂直に切断された切り込みを有するねじ式外側半径８９０を更に含んでよい。切り込み切断の目的は、ねじ式適用又は圧縮保持リング８８０によってカップの周囲の圧縮可能な内側動作をもたらすことである。図８ａに戻って、ハウジングは、回転トランスレーション（または伝達、移動、tranlation）・フランジ８５０を更に含み、該フランジ８５０は、スラスト・ベアリング７５０上に乗ることによってハウジングの回転を可能にする。上側ハウジング８４０ａは、図９を参照して以下に更に詳細に記載される非相関ドライブの対応する嵌合スプライン軸片を収容するための嵌合スプライン軸片８６０を更に含む。所定の例示的な実施形態において、嵌合スプライン軸片８６０は、非相関ドライブの対応する嵌合スプライン軸片における一組の外側キーに結合するための一組の内側溝を含む。磁性ドライブは、第１磁石列８１０の外側周囲と、誘電薄膜８３０の内側周囲とのまわりに適用されている取り外し可能な接着ガスケット８７０を必要に応じて更に含む。取り外し可能な接着ガスケット８７０は、アクチュエータの動的操作の間の第１磁石列８１０の更なる圧縮と接着とを提供する。

アクチュエータの臨界（または重大な、critical）誤差は、動的操作の間に実現されるそれぞれの列−対（磁石−１面：第１列、及び磁石−２面：第２列）における磁石の２つの列仕事面の相対的な近接である。２つの列磁石が、動的操作の間で一体に引きつけられている場合に、２つの列磁石は、可能な限り近い互いに相対的な近接を達成する必要がある。一致した磁石保持器カップのネジ式抑止と、圧縮リングとの適合は、２つの列磁石仕事面の相対的な近接が可能な限り近づくのを可能にし、及び一致した場合に、列磁石を操作中に所定位置に強固に保持するように、外側直径のネジ式ハウジング抑止に対する充分な圧縮半径方向力をもたらす。ねじ式内側直径を有する圧縮リングが、列磁石の周囲のまわりに等しく圧縮力を与えるように、抑止を強制する同様のネジ式保持器上にスレッドされる場合に、圧縮半径方向力の行使が生じ、従って、列磁石を強固に保持する。圧縮リングとカップ保持器とによって与えられる機械的な磁石保持力に加えて、任意の除去可能な接着ガスケットは、不必要な位置的安定性を提供するように、第１又は両方の列磁石の周囲のまわりに据え付けられてよい。位置的安定性の重要性は、磁石列要素の間の正確なマクセル調整に直接関する。

図９ｃは、例示的な非相関ドライブの更なる詳細な図を提供する。非相関ドライブは、嵌合スプライン軸片９１０、IPT９２０、及び再相関遅延メカニズム（RDM）９３０を含む。嵌合スプライン軸片９１０は、９１０ａ−ｄで示される４つの機械加工領域によって更に規定されてよい。嵌合スプライン片は、スプライン軸９１０ａを含み、該スプライン軸９１０ａは、非相関ドライブを磁性ドライブのネスティング軸片８６０に相互接続するように機能し、及び２つの間の線形及び回転力動作を転化する。嵌合スプライン片は、一組の外側スプライン軸キー９１０ｂを更に含んでよく、該キー９１０ｂは、非相関ドライブから磁性ドライブにIPT回転を伝達することによって、回転を連結する（相関−非相関）ように機能し、及び保持−戻り力を可能にし、更に詳細に以下に記載される例示的なドライブ管理システムからの制御を開始−停止させる。嵌合スプライン軸片は、回転トランスレーション・フランジ９１０ｃを更に含んでよく、スラスト・ベアリング７５０上に乗ることによって非相関と磁性ドライブ回転を可能にする。嵌合スプライン軸片は、保持凹部９１０ｄを更に含んでよく、該凹部９１０ｄは、下側IＰＴギア要素のための一体化された及び構造的な安定化据え付け位置を提供する。

図６に示すように、IPTは、下側可変IPTギア要素と下側静的IPTギア要素とを含んでよい。本願の例示的な実施形態において、下側IPTギア要素９２０ａは、保持凹部９１０ｄによって、嵌合スプライン軸片９１０ａに連結される。上側IPTギア要素９２０ｂは、RDM９３０に取り付けられており、該RDMは、アクチュエータの固定要素に取り付けられている。所定の例示的な実施形態において、下側IPTギアは、図９ｂに示すように、IPTガイドキー９２０ｃを更に含んでよい。

図９ｃは、例示的なRDM９３０の更なる詳細な図を提供する。RDMは、アクチュエータの固定要素に取り付けられているハウジング９３０ａを含む。ハウジングは、図９ｃのパネル２に示すように、一組のキー溝通路９３０ｂを規定するように機械加工され、バネ入口９３０ｃを含む。

RDM動作を含む４つの機能状態がある。動作状態の概観は、図１０に提供される。第１状態（非相関）において、磁気的に引き付ける列の動力行程が、下側可変IPTを上側静的IPTに入れ、従って、その列の回転及び非相関をもたらす。第１状態の間に、RDMチャンバーは、可変IPTキーの回転を制限しない。第２状態（非相関にされた格納）において、第１状態の成立は、可変IPTを、非相関の位置に移動させる。IPTガイドキーが、IPT非相関動作によって回転する場合に、IPTガイドキーは、回転の間に横方向に移動して、バネ負荷ゲートキー９３０ｃに衝撃を与え、従って押し下げる。IPTガイドキーは、非相関格納キー溝内に戻る可能性なしに、バネ入口を通過し、従って、閉じ込められる。IPTキーが、第２状態キー溝の戻り制限を開始させる場合に、IPTキーは、第３状態（非相関）回転が起こる下側回転チャンバーに続いていく。可変IPTキーが第３状態回転チャンバーに入る場合に、非制限IPT戻り回転が起こり、従って、戻り回転が、その列の非相関をもたらす。第３状態の間に、RDSチャンバーは、可変IPTキーの回転を制限しない。第３状態の再相関位置に到達する際に、IPTキーは、第４状態キー溝上に垂直に搬送（前進）される。第４状態動作の間に、ＲＤＭキー溝が、可変ＩＰＴキーを第１状態に向かって移動（転化）する。

図１１ａ−ｃは、本発明の例示的なドライブ管理システム（DMS）を示す。DMSは、非相関開始−停止メカニズム（DSS）１１１０と、非相関戻りバネ１１２０とを含んでよい。DSSシステムは、相関位置に対する磁性ドライブの回転戻りを制限する又は可能にすることによってアクチュエータのための開始及び停止機能を管理する。DSSシステムは、磁性ドライブの上側列ハウジングの嵌合スプライン軸片８５０の周囲のまわりにおいて長手方向に形成されている一連の機械加工表面から成る。図１１ｂに示すように、機械加工表面は、一体化保持キー１１１０ａ、キー溝ショルダー１１１０ｂ、キー溝１１１０ｃ、及びキー溝ショルダー１１１０ｂ内に配置した意図的に置かれたキー溝切り込み１１１０ｄから成る。キー溝切り込みの目的は、相互要素調整の実現の際のバネ負荷停止ブロックキー１１１０e又は一連の停止ブロックキーの更なる前方向の移動を制限することである。

一体化保持キー１１１０ａは、スプライン軸片８６０上に機械加工されてよい。スプライン軸片は、ドライブ要素を接続し、回転力−動作システム制御を転化し、及び他のDMS要素の取り付け界面点をもたらす。キー溝ショルダー１１１０ｂは、嵌合スプライン軸片８６０の周囲の周りに長手方向に形成されているスタンドオフ表面である。停止ブロックキー１１１０e解放時に、キーは、キー溝ショルダー１１１０ｂの表面上に乗る。キー溝ショルダー１１１０ｂは、停止ブロックが乗る表面をもたらす。乗る表面ショルダーは、非相関開始−停止ケーブル１１１０ｆの相互操作によって、二次的タイミング解放メカニズムとして用いられる。初期制御ケーブル解放の際に、停止ブロックキー１１１０eは、キー溝ショルダー１１１０ｂに沿って乗るように、バネ張力によって押し込まれる。嵌合スプライン軸片８６０の周囲のまわりの特定の長手方向の距離を横切る際に、停止ブロックキー１１１０eが、停止ブロックキー溝タイミング切り込み１１１０ｄを有する調整位置に到達し、タイミング切り込みに入るように、バネ張力によって押し込まれ、従って、更なる回転往復運動戻りが起こるのを妨げ、従って、アクチュエータの動的操作を停止させる。

停止ブロックタイミング切り込み１１１０ｄは、嵌合スプライン軸片８６０の周囲のまわりに置かれている他の一体のキー溝ショルダーにおいて機械加工開口である。停止ブロックキー１１１０eの相互ラッチ解放の際に、停止ブロックは、バネ張力によって部分的に前方向に推進される。そのバネ張力によって、停止ブロック１１１０eは、キー溝ショルダー１１１０ｂの外側（切り込みのない）部分を押し付ける。従って、キー溝ショルダーは、停止ブロックが、タイミング切り込み１１１０ｄと一直線になって入るまで、非相関キーの更なる前方向の動作を制限する。タイミング切り込み開口１１１０ｄとの整列を実現する際に、事前に適用されているバネの張力が、タイミング切り込み開口を通過する整列された停止ブロックの搬送を続ける。このような調整に達する際に、停止ブロックは、キー溝移動切り込み１１１０ｄに入る充分な搬送を実現させる。得られるキー溝障害によって、停止ブロック１１１０eは衝撃が与えられ、及び従って、回転する嵌合スプライン軸片８６０の相関戻りバネ動作を抑制する。

P２の維持される（保持される）位置は、図１１ｂに示され、アクチュエータ列のための非相関状態である。非相関開始−停止ケーブルの相互ラッチ解放が、ラッチした（格納した）位置に再び引かれるまで、位置P2、及び従ってその列の非相関状態が維持される。従って、その相互ラッチ（格納）によって、システムは、抑制されず、相関戻り及び更なる動的操作を実現できる。

それらの操作ドライブに対する相互制御によって繰り返し適用される又は遅れる戻りバネの一定ねじりによって、非相関戻りバネ１１２０は、磁性ドライブ７１０と非相関ドライブ７４５の戻り回転を機械的に生じさせる。相互制御は、非相関開始−停止ケーブル１１１０ｆによって成立する。バネは、磁性ドライブハウジング８４０と、嵌め合ったスプライン軸片８６０との両方に静的に結合されている非磁性反応の巻きねじりバネであってよい。ＤＳＳ１１１０によって制限されない場合に、磁性ドライブを相関位置に対して再設定するのに充分な回転バネトルクを提供するように設計されてよい。非相関戻りバネの伝達状態は：状態−１、動的往復運動する（相関−非相関）：繰り返しの半径圧縮−解放；及び状態−２、機械的に保有する（非相関）：半径方向に圧縮される。状態−１において、非相関戻りバネ１１２０は、格納した停止ブロックキーによって妨げられず、従って、該キーは、スプライン軸繰り返し回転往復運動を抑制せず、従って、非相関戻りバネ１１２０によって戻りを繰り返す。状態−１は、相関方向と非相関方向との間で往復運動させるように、回転往復運動戻りを生じさせ、従って、アクチュエータの動的操作を可能にする。状態−２において、第１磁石列は、空間において、及び従って、磁気的に非相関方向に保持するように維持される（M-l w.r.t. M-2）。状態−２は、非相関を維持し、従ってアクチュエータの更なる動的操作を中断するように、回転往復運動戻りが生じるのを機械的に妨げる。

図７に示すような単一列アクチュエータの操作は、図１２を参照して更に記載される。初期作動デバイスは、受動システム回転を開始させ、そして、タイミング制御解放によって動的磁気引き付けを生じさせる。相関磁石列（Ａ）は、その近接によって磁性ドライブの回転相関磁石列（Ｂ）に連結され、及び回転相関磁石をその対応固定相関磁石と連結及び分離するように、磁気的引力によって、回転相関磁石を持ち上げることができ、及び回転できる。（Ａ）と（Ｂ）の相関は、特定距離に亘って引き付けをもたらす。特定距離は、相関磁石の方向及びコーディング設計によって決定される。従って、ＩＰＴの可変傾斜ギア（Ｃ）は、上側線形方向に移動され、（Ａ）の動作及び／又はＩＰＴの固定傾斜ギア（Ｄ）による傾斜平面上に対する力の行使によって決定される。従って、固定傾斜ギア（Ｄ）は、傾斜平面に対する力によって、可変傾斜ギア（Ｃ）の回転をもたらす。（Ｃ）の回転は、特定数の角度において列の相関磁石（Ｂ）を回転させ、及びその回転は、非相関ドライブ（Ｅ）の相互連結及び回転伝達に起因して起こり、それは、その対応固定磁石と連結又は分離する。従って、対応固定磁石は、仕事出力を支持構造とロッドと相互接続共通出力要素とに伝達する。図１３は、例示的な複数列アクチュエータを示す。アクチュエータの線形伝達が、共通接続ロッドに接続する列と磁性ドライブとの連結によって線形移動の隣接列に連結できることを除いて、複数列アクチュエータの操作は、単一列アクチュエータと同じそれを進行する。

それぞれが列である複数列アクチュエータの例示的な実施形態の操作は、直接連結され、及びＩＰＴは図１４に示される。初期作動デバイス（Ａ）は、第１列の回転相関磁石（Ｂ）に連結され、及び回転相関磁石を対応固定相関磁石（Ｃ）と連結及び分離するように、回転相関磁石を回転できる（向きを変える）。（Ｂ）と（Ｃ）との相関は、特定距離にわたって（Ｃ）の線形的引き付け又は反発をもたらす。特定距離は、回転相関磁石の方向及びコーディングによって決定される。従って、第１ＩＰＴの可変傾斜ギア（Ｅ）は、線形方向に移動し、（Ｃ）の動作によって決定され、固定傾斜ギア（Ｄ）を係合する。従って、固定傾斜ギア（Ｄ）は、結合傾斜平面上に対する力によって可変傾斜ギア（Ｅ）の回転をもたらす。（Ｅ）の回転は、隣の列の相関磁石（Ｆ）を特定度において回転させ、そして、特定度において次の列の（Ｆ）を連結又は分離させ、そして、その対応する固定磁石と（Ｆ）を連結又は分離する。そして、対応する固定磁石は、第２ＩＰＴによって仕事出力を次の列に順番に伝達し、及び／又は仕事出力を共通出力軸に伝達する。初期作動デバイスは、受動システム回転を開始し、そして、タイミング制御解放によって、動的磁気引き付けをもたらす。相関磁石（Ａ）は、その近接によって、それぞれの列における回転相関磁石（Ｂ）に連結され、磁気的引力によって、回転相関磁石を持ち上げ及び回転することができ、回転相関磁石をその対応固定相関磁石と連結及び分離する。（Ａ）と（Ｂ）の相関は、特定距離にわたって引き付けをもたらす。特定距離は、相関磁石の方向とコーディング設計によって決定される。

図１５は、例示的な運動エネルギーシステム（ＫＥＳ）バッファ実施形態を示す。説明のみの目的のため、例示的な実施形態は、Ｖ−ドライブアクチュエータシステム運動バリアントに関連して示される。本発明のKESバッファシステムは、本発明の２以上のアクチュエータと、異なる初期作動ドライバとを含む他の形態のバリアントとともに用いられてよい。KESバッファシステムは、相互チャージ界面１５１０、運動システム開始バネ１５１５、共通システム開始ドライブ軸１５２０、運動開始−アクチュエータ開始トランスミッション１５２５、KESバッファ・フライホイール１５３０、アクチュエータ開始ドライブ軸１５３５、アクチュエータ開始トランスミッション１５４０、作動クランク・ドライブ軸１５４５、一対の相関磁石アクチュエータ１５５０、遷移フライホイール１５５５、作動単離クラッチ１５６０、KESバッファ単離クラッチ１５６５、共通出力ドライブ軸１５７０、及び利用システム接続１５７５を含む。

相互チャージ界面トランスミッション１５１０は、包囲されている機械的に利点を有するトランスミッション・ギアの群であってよく、その目的は、相互巻き動作によって、運動エネルギーを運動システム開始バネ１５１５の要素に導入することである。相互巻き動作は、キー、ハンドクラック、又は運動エネルギー導入の他の手段によって導入される。

運動システム開始バネ１５１５は、運動エネルギー貯蔵バネに同心円状に巻かれてよく、その目的は、相互チャージ界面トランスミッション１５１０の要素によって導入される運動エネルギーを次の解放のために、蓄えることである。蓄えられる運動エネルギーは、KESバッファ・フライホイール１５３０と、相関磁石アクチュエータ１５５０とのための一時的な初期作動ドライブを供給する。

共通システム開始ドライブ軸１５２０は、相互連結ドライブ軸を含んでよく、該軸は、運動システム開始バネ１５１５と、運動開始−アクチュエータ開始トランスミッション１５２０との間の共通システム開始（初期作動ドライブ）伝達を提供する。

運動開始−アクチュエータ開始トランスミッション１５２５は、包囲されている機械的に利点を有するトランスミッション・ギアの群であってよく、その目的は、共通システム開始（初期作動ドライブ）運動エネルギーをKESバッファ・フライホイール１５３０の要素と相関磁石アクチュエータ１５５０とに導入することである。

KESバッファ・フライホイール１５３０は、垂直又は水平な方向の運動エネルギー貯蔵デバイスを含んでよく、その目的は、全ての作動システム反復のために利用負荷単離（バッファリング）を提供し、及び次の解放のために、初期作動ドライブ段階の操作の間において運動システム開始バネ１５１５によって、及び継続する動的ドライブ段階の操作の間において、相関磁石アクチュエータ１０５０によって初めに導入される運動（回転）エネルギーを蓄えることである。

アクチュエータ開始ドライブ軸１５３５は、運動開始−アクチュエータ開始トランスミッション１５２０とアクチュエータ開始トランスミッション１５４０との間の共通システム開始（初期作動ドライブ）伝達を提供する相互接続ドライブ軸を含んでよい。

アクチュエータ開始トランスミッション１５４０は、包囲されており機械的に利点を有するトランスミッション・ギアの群を含んでよく、その目的は、共通システム開始（初期作動ドライブ）運動エネルギーを相関磁石アクチュエータ１５５０に導入することである。

作動クランク・ドライブ軸１５４５は、共通システム開始（初期作動ドライブ）と、共通システム・ラン（作動ドライブを継続させる）と、相関磁石アクチュエータとモード４−１遷移フライホイール１５５５とアクチュエータ開始トランスミッション１５４０と作動単離クラッチ１５６０との間の動的出力搬送と、を提供する相互接続ドライブ軸を含んでよい。

モード４−１遷移フライホイール１５５５は、作動クランク・ドライブ軸１５４５上に据え付けられているフライホイールを含んでよく、その目的は、モード４（リセット）とモード１（接近）のアクチュエータ操作循環モードの間の中間伝達継続をもたらすことであり、モード４は、事前に充分に引き付けられた磁石列から分離した伝達である。V−ドライブ形態バリアントの場合において、モード４の伝達力は、反対のアクチュエータから生じる。モード４位置付け動作は、特定の列分離で終わる。そのようにして分離すると、列は、モード１接近のために位置付けられ、それは、事前に充分に分離された磁石列の一体の伝達である。

作動単離クラッチ１５６０は、機械的に遠心力を利用した磁性又は他のクラッチデバイスを含んでよく、その目的は、コンフリクト−フリー動的作動が上記要素の間で適切であるまで、KESバッファ・フライホイール１５３０からの相関磁石アクチュエータ１５５０を単離することである。

KESバッファ単離クラッチ１５６５は、機械的に遠心性を利用した磁性又は他のクラッチデバイスを含んでよく、その目的は、コンフリクト−フリー動的動作が上記要素の間で適切であるまで、共通出力軸１５７０からKESバッファ・フライホイール１５３０を単離することである。

共通出力軸１５７０は、KESバッファ単離クラッチ１５６５と二次利用システムとの間で動的出力搬送を提供する中間接続ドライブ軸を含んでよい。

要素動作の連続的な記載は、４つの動作群に分けられ得る。動作群による要素動作の例示的な詳細連続的記載は図１６ａと１６ｂに示される。

図１７は、ハルバッハ配列１７１０と永久磁石オルタネータ−発生器１７２０とを更に組み込んだＫＥＳバッファシステムの代替的な実施形態を示す。所定の例示的な実施形態において、システムは、ファラデーケージ１７３０内に更に包囲されてよい。ハルバッハ配列１７１０は、受動的又は能動的接触フリー相関又は非相関磁性ベアリングシステムを含んでよく、該システムは、ＫＥＳバッファ・フライホイール１５３０と連動して据え付けられており、及び２つの平面のハルバッハ軸配列及び／又は半径方向に安定化した受動的永久磁石ベアリングに連動して利用される電動コイルから成る。軸安定化のため、静的状態又は低速機械的タッチベアリングが提供される。回転設計速度が達成される場合に、フライホイール浮遊が達成される。設計速度に達する際に、フライホイールは、慣性のその主軸のまわりで自由にスピンする。１つの実施形態において、ベアリングシステムは、全体的に受動的であり、電子及び能動フィードバックを利用しない。他の実施形態において、ベアリングシステムは、電子及び能動フィードバック安定修正を利用する。永久磁石オルタネータ−発生器１７２０は、共通出力軸１５７０に据え付けられている永久磁石オルタネータ又は発生器（ＰＭＡ−Ｇ）を含んでよく、適切レベルの自己発生電力によって主要な発動力及び／又は利用システムサポートを提供する。ＰＭＡ−Ｇのバリアントは、限定されるものではないが、ＡＣ又はＤＣ電力出力、システム要素制御、利用システム制御−コミュニケーション、パイロット励起又は他の機能を提供できる。

ハルバッハ配列ＰＭＡ−Ｇバリアントにおける要素動作の連続的記載は、４つの主要な動作群に分割され得る。要素動作の詳細な例示的連続記載は図１８ａ及び１８ｂに提供される。
バリアント形態

本明細書に記載される一般アクチュエータシステム設計は、多くの二次利用システムとともに使用するように即座に適合可能である。表１は、様々なアクチュエータシステム形態繰り返しの概観、及び様々なアクチュエータシステム要素を操作することによって得られる、影響を受けた測定基準を提供する。

本発明の特定の実施形態が、詳細に上記に記載されるけれども、記載は、単に説明の目的である。上述した例示的な実施形態の開示された態様の様々な修正及びそれに対応する均等要素が、以下の特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び範囲から逸脱せずに当業者によってなされ、その範囲は、最も広い解釈に一致することであり、このような改良及び均等構造を包含する。

Claims (41)

1. 相関磁性ドライブを含むアクチュエータ。
2. 相関磁性ドライブが、上側磁石列と下側磁石列とを含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. それぞれの列が、単一の相関磁石若しくは一連の相関磁石、又はそれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 上側磁石列と下側磁石列とを含む１以上の磁石が、一体であり、若しくは複数幾何学的相関磁石であり、又はそれらの組み合わせである、請求項２に記載の磁性ドライブ。
5. 上側磁石保持器が、上側磁石保持器カップの上側部分の外側周囲を規定している回転トランスレーション・フランジと、上側磁石保持器カップの中央から垂直に延在している入力スプライン片とを含む、請求項１に記載の磁性ドライブ。
6. １以上の磁石が、ネオジム磁石である、請求項１に記載の磁性ドライブ。
7. それぞれの磁石が、磁石の頂表面及び底表面上において誘電薄膜でコーティングされている、請求項２に記載の磁性ドライブ。
8. 上側磁石列及び下側磁石列上へのそれぞれの挿入のために上側及び下側ねじ式圧縮リングを更に含む、請求項２に記載の磁性ドライブ。
9. 上側磁石列の周囲のまわりに適用される除去可能な接着ガスケットを更に含む、請求項８に記載の磁性ドライブ。
10. 相関磁性ドライブと、支持伝達構造と、非相関ドライブと、共通出力軸とを含むアクチュエータ。
11. 支持伝達構造が、固定フレーム要素と、可変フレーム要素と、共通出力軸とを含む、請求項１０に記載のアクチュエータ。
12. 固定フレーム要素が、固定フレーム要素の長さに亘って内側に延在している一対の固定接続ロッドを含む、請求項１１に記載のアクチュエータ。
13. 可変フレーム要素が、一対のサドル軸に取り付けられている一対の水平可変フレーム部材を含み、サドル軸が、固定接続ロッドに接続されている、請求項１２に記載のアクチュエータ。
14. 磁性ドライブが、分離可能な頂部分及び底部分を含み、頂部分が、上側磁石保持器に格納されている頂相関磁石列を含み、底部分が、下側磁石保持器に格納されている下側磁石列を含む、請求項１０に記載のアクチュエータ。
15. 非相関ドライブが、固定フレーム要素の頂部分に及び磁性ドライブの頂部分に取り付けられ、並びに可変フレーム要素に、更に移動可能に取り付けられており、磁性ドライブの頂部分が、固定フレーム要素に更に取り付けられており、磁性ドライブの下側部分が、可変フレーム要素に取り付けられており、及び出力軸が、可変フレーム要素に連結されている、請求項１５に記載のアクチュエータ。
16. 非相関ドライブが、嵌合スプライン軸片と、傾斜平面トランスレータと、非相関遅延メカニズムとを含む、請求項１０に記載のアクチュエータ。
17. 嵌合スプライン片が、第１直径の上側軸部分と、第２直径の下側部分とを含み、上側部分と下側部分とが、回転フランジによって分離されており、下側部分が、上側部分上における一組の外側キーと結合する一組の内側溝を有する、請求項１６に記載のアクチュエータ。
18. 傾斜平面トランスレータが、分離可能な固定上側ギア及び可変下側ギアを含み、固定上側ギアが、非相関遅延メカニズムの頂部分に取り付けられており、可変ギアが、嵌合スプライン片の頂部分に取り付けられている、請求項１６に記載のアクチュエータ。
19. 下側可変ギアが、外側ガイドキーを更に含む、請求項１８に記載のアクチュエータ。
20. 非相関遅延メカニズムが、非相関後退キー溝と、相関前進キー溝と、バネ入口とを規定するハウジングを含む、請求項１６に記載のアクチュエータ。
21. ドライブ管理システムを更に含む、請求項１６に記載のアクチュエータ。
22. ドライブ管理システムが、非相関開始／停止メカニズムと、嵌合スプライン片の底部分に取り付けられている戻りバネとを含む、請求項２１に記載のアクチュエータ。
23. 初期作動デバイスを更に含む、請求項１０に記載のアクチュエータ。
24. 初期作動デバイスが、電気的、空気圧式、水圧式、動力学的デバイス、又はそれらの組み合わせである、請求項２３に記載のアクチュエータ。
25. 初期作動デバイスが、チャージされた機械的主要バネである、請求項２３に記載のアクチュエータ。
26. 請求項１０に記載のアクチュエータを含むデバイス。
27. 請求項１０に記載の２以上のアクチュエータを含むデバイス。
28. ２以上のアクチュエータが、直列に又は平行な配置で用意されている、請求項２７に記載のデバイス。
29. ２以上のアクチュエータが、多列配置で用意されている、請求項２７に記載のデバイス。
30. ２以上のアクチュエータが、V−ドライブ、半径方向、線形的、反対のピストン、W−ドライブ、又はX−ドライブの形態で用意されている、請求項２７に記載のデバイス。
31. １以上のアクチュエータが、運動エネルギーバッファシステムを含む共通出力ドライブ軸（CODS）に取り付けられている、請求項２６又は２７に記載のデバイス。
32. 運動エネルギーバッファシステムが、トランスミッション・フライホイール、アクチュエータ開始トランスミッション、初期作動開始トランスミッション、作動単離クラッチ、運動エネルギー貯蔵（KES）バッファ・フライホイール、及びKESバッファ単離クラッチを含む、請求項３１に記載のデバイス。
33. アクチュエータ開始トランスミッション及び初期作動開始トランスミッションが、分離アクチュエータ開始ドライブ軸によって更に互いに直接接続されており、及び初期作動開始トランスミッションが、共通システム開始ドライブ軸によって初期作動デバイスに接続されている、請求項３２に記載のデバイス。
34. 遷移フライホールが、CODSの１つの末端に取り付けられており、アクチュエータ開始トランスミッションが、遷移フライホイールに隣接したCODSに取り付けられており、２以上のアクチュエータが、アクチュエータ開始トランスミッションに隣接したCODSに取り付けられており、作動単離クラッチが、アクチュエータに隣接したCODSに取り付けられており、KESバッファ・フライホイールが、作動単離クラッチに隣接したCODSに取り付けられており、初期作動開始トランスミッションが、KESバッファ・フライホイールに隣接したCODSに取り付けられており、及びKESバッファ単離クラッチが、初期作動開始トランスミッションに隣接したCODSに取り付けられている、請求項３２に記載のデバイス。
35. 初期作動デバイスが、動力学的システム開始バネに取り付けられている相互チャージ界面を含む、請求項３３に記載のデバイス。
36. KESバッファ・フライホイールに据え付けられているハルバッハ配列と、KESバッファ・フライホイールに隣接したCODSに据え付けられている永久磁石オルタネータとを更に含む、請求項３１に記載のデバイス。
37. デバイスが、ファラデーケージ内に包囲されている、請求項３４に記載のデバイス。
38. ２以上の相関磁性ドライブと、可変フレームと、固定フレームと、初期作動デバイスと、を含む複数列アクチュエータ。
39. 相関磁性ドライブが、分離可能な上側部分と底部分とを含み、上側部分が、固定フレームに接続されており、下側部分が、可変フレームに接続されている、請求項３８に記載のアクチュエータ。
40. 第１相関磁性ドライブの上側部分が、初期作動デバイスに取り付けられており、固定フレームの水平部材と、第１相関磁性ドライブの底部分とが、可変フレームの水平部材に取り付けられており、それぞれの付加的隣接磁性ドライブのそれぞれの頂部分と底部分とが、可変フレームの隣接水平部材に取り付けられている、請求項３９に記載のアクチュエータ。
41. 傾斜平面トランスレータの静的ギアが、１つの隣接磁性ドライブの底部分と、次の隣接磁性ドライブの頂部分との間の固定フレームの水平部材に取り付けられており、傾斜平面トランスレータの対応する可変ギアが、隣の隣接磁性ドライブの上側部分に取り付けられている、請求項４０に記載のアクチュエータ。

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