具有磁性弹簧的能量变换机构制造技术

本发明专利技术提供一种应用了具有负的衰减特性的磁性弹簧的能量取出机构，通过有效利用磁场位能，提供价廉且结构简单的加压机构及激振器等。解决方法为，使至少两个永久磁铁２、４在相斥磁极相对的状态下分离配置，通过改变其相对面积来显示负的衰减特性，或组成静磁能变化的磁性弹簧。此外，其构成能通过向对置的永久磁铁２、４之一输入，而从另一永久磁铁输出能量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有多个永久磁铁的磁性弹簧，更具体地，涉及一种能量取出机构，该机构采用利用多个永久磁铁的斥力的具有负的衰减特性的磁性弹簧。在上下机架之间插入材料进行加压成形加工的压力机之类的加压机构，早已存在有利用水压或液压的、利用机械性机构的或同时使用两种机构的等各种机构。此外，为了检测某种结构体的振动特性而使用的、人为地产生振动的激振器，有电动式的、不平衡质量式及凸轮式的。但是，上述的加压机构及激振器均结构复杂、重量重且价格高，所以，希望能有重量轻价廉的加压机构及激振器。鉴于上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种利用具有负的衰减特性的磁性弹簧的能量取出机构，通过有效利用磁场的位能，制成价廉且结构简单的加压机构及激振器等。为了达到上述目的，本专利技术技术方案1所述的专利技术是一种能量取出机构，其特征在于，该能量取出机构通过至少使两个永久磁铁以相斥磁极相对的状态相互分离，并使上述至少两个永久磁铁的相对面积发生变化，来表示出负的衰减特性，或者，该能量取出机构为，组成静磁能变化的磁性弹簧，并通过向上述至少两个永久磁铁之一进行输入，而从另一永久磁铁输出能量。本专利技术技术方案2所述的能量取出机构，其特征在于，使上述一个永久磁铁旋转，使上述另一永久磁铁滑动。本专利技术技术方案3所述的能量取出机构，其特征在于，对上述一个永久磁铁加负荷使其增加位能，同时，在与上述另一永久磁铁的平衡点处，以小的输入使上述一个永久磁铁振动，从而使上述另一个永久磁铁根据欲使其返回位能极小的位置的力、变换能量及惯性矩作连续旋转。图1所示为在本专利技术的磁性弹簧中，两永久磁铁的输入侧和输出侧的平衡位置的模式图。图2所示为图1所示磁性弹簧的基本特性曲线图，给出了所施加负荷与永久磁铁离开平衡位置的位移量的关系。图3所示为实际测出的负荷与位移量的关系的曲线图。图4所示为假定在永久磁铁端面上磁荷均匀分布的加载模型中的输入输出考虑方法的模式图，其中(a)为吸引，(b)为相斥，(c)为与(b)不同部位的相斥。图5是使相同磁极相对的永久磁铁中的一个相对另一个移动(改变相对面积)时的模式图。图6是根据图5计算出的X轴和Z轴方向负荷相对X轴移动量的曲线图。图7所示为使图5中的永久磁铁保持一定分离距离的状态下，使其中一个相对另一个从完全错开状态移动至完全重叠状态，再从该状态移动至完全错开状态时的位移量与负荷关系的曲线图。图8是使相同磁极相对的永久磁铁中的一个相对另一个旋转(改变相对面积)时的模式图。图9所示为根据图8使永久磁铁旋转时与相对面积对应的最大负荷的图表。图10所示为采用钕系磁铁作为永久磁铁时磁铁间距离与负荷关系的曲线图。图11是通过改变永久磁铁的相对面积来改变几何学尺寸的旋转机构的立体图。图12是图11所示旋转机构的机械模型。图13所示为图11所示旋转机构中的输入转矩与输出功关系的曲线图。图14所示为图11所示旋转机构中的输入功与输出功关系的曲线图。图15所示为图11所示旋转机构中的输入负荷与输出负荷关系的图表。图16是将图11所示结构更具体化的旋转机构的立体图。图17是通过使永久磁铁的相对面积发生变化来改变几何学尺寸的往复机构的立体图。图18是通过使永久磁铁旋转来取出旋转能的能量取出机构的立体图。图19所示为在图11所示旋转机构中的滑动永久磁铁周围配置线圈时的电磁感应特性的图表。图20是将图18所示构成更具体化的能量取出机构的立体图。图21是图20所示能量取出机构主要部分剖视图。图22是在图20所示能量取出机构安装驱动源时的主视图。图23是设于图20所示能量取出机构的永久磁铁的立体图。图24所示为在图20所示能量取出机构中，设于下方的永久磁铁与惯性轮的位置关系的俯视图。图25所示为在图20所示能量取出机构中，相对两个永久磁铁位置关系的俯视图。图26是图20所示能量取出机构的变形例的主视图。图27是说明磁性弹簧特性用的基本模型图。图28所示为本专利技术磁性弹簧结构中的弹簧常数及系数相对时间变化的曲线图。以下，参照附图说明本专利技术的实施形态。如果是具有相互分离且同极相对的至少两个永久磁铁的磁性弹簧结构体，相互分离的永久磁铁相互不接触，故若忽略结构体本身的摩擦损失等，则其静态特性为非线性，与输入时(往)在同一直线上被输出(返)，并利用非接触副特有的自由度和悬浮控制系统，以小的输入使静态磁场(磁铁的配置)变化，从而容易产生负的衰减。本专利技术是着眼于该事实而完成的，利用运动行程内机构或外力，使两个永久磁铁间的几何学尺寸在输入侧(往)和输出侧(返)发生变化，在该运动系统内变换成斥力，从而使两个永久磁铁离开平衡位置的输出侧的斥力大于输入侧的斥力。以下说明其基本原理。图1是示出位于输入侧和输出侧的两个永久磁铁2、4的平衡位置的模式图，图2示出了磁性弹簧结构体的基本特性，即，示出了对其中一个永久磁铁施加的负荷与两个永久磁铁离开平衡位置的位移量之间的关系。如图1所示，若设永久磁铁4相对永久磁铁2的输入侧平衡位置及弹簧常数分别为x0、k1，输出侧平衡位置及弹簧常数分别为x1、k2，则在x0～x1之间进行面积变换，在各平衡位置存在如下的关系-k1/x0+mg＝0-k2/x1+mg＝0k2＞k1因此，其静态特性如图2所示表示出负的衰减特性，位置x1和位置x0处的位能之差可以认为是激振的位能。另外，当制成图1所示的模型并改变施加负荷的时间，对负荷与位移量的关系进行实际检测，获得如图3所示的曲线图。这可以解释为，一旦两个永久磁铁2、4靠近最接近位置，即有很大的斥力起作用，而若离开平衡位置的位移量发生微小的变化，就会因磁性弹簧的阻尼效应而发生摩擦损失，因此而出现衰减项。在图3中，(a)是施加一定负荷时的曲线，并按(a)、(b)、(c)的次序，使施加负荷的时间变短。即，由于负荷的施加方式不同，静态特性也不同，施加负荷的时间越长，冲量越大。此外，稀土类磁铁磁化的强度不依赖于磁场。即，内部磁矩不容易受到磁场的影响，所以在消磁曲线上，磁化强度几乎不发生变化，基本保持其饱和磁化强度的值。因此，稀土类磁铁可以考虑使用假定端面上磁荷均匀分布的加载模型进行输入输出。图4示出了该想法，磁铁定义为最小单位磁铁的集合，并将各单位磁铁间的力的关系分为三类进行计算而得出。(a)吸引(r、m均相同，故用一个定义两种类型)f(1)＝(m2/r2)dx1dy1dx2dy2fx(1)＝f(1)cosθfz(1)＝f(1)sinθ(b)相斥fx(2)＝f(2)cosθfz(2)＝f(2)sinθ(c)相斥fx(3)＝f(3)cosθfz(3)＝f(3)sinθ因此，-fx＝2fx(1)-fx(2)-fx(3)-fz＝2fz(1)-fz(2)-fz(3)因为在此，库仑定律可如下表示F＝k(q1q2/r2) q＝MS其中，r距离，q1、q2磁荷，M(m)磁化强度，S面积对上述-fx和-fz在磁铁的尺寸范围内进行积分，可求出力。将此如图5所示，使对置的磁铁从各磁隙完全重叠的状态(x轴移动量＝0mm)移动至完全错开的状态(x轴移动量＝50mm)，示出这样移动后计算结果的是图6。只是，虽然定义为“内部磁矩一定”，但当磁隙小时，磁铁周边会产生散乱，故进行了修正。上述计算结果与实际测定值也基本一致，x方向负荷是使从图2的点a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有磁性弹簧的能量取出机构，其特征在于，该能量取出机构通过至少使两个永久磁铁以相斥磁极相对的状态相互分离配置，并使上述至少两个永久磁铁的相对面积发生变化来表示出负的衰减特性，或者，该能量取出机构为，组成静磁能变化的磁性弹簧，并通过向上述至少两个永久磁铁之一进行输入，而从另一永久磁铁输出能量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤田悦则，榎芳美，中平宏，川崎诚司，
申请(专利权)人：株式会社三角工具加工，
类型：发明
国别省市：JP[日本]