JP7796258B2 - 永久電磁石アレイ - Google Patents

Description

本出願は、２０１９年５月１７日に出願された「永久電磁石」と題された米国特許仮出願６２／８４９，２０４（整理番号ＡＳＰ００１１ＰＶ）からの優先権を主張し、これはあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、永久電磁石に関連する装置及び方法を対象としている。特に、本出願は、プログラム可能な永久電磁石アレイを用いて鉄対象物を引き付けるための装置及び方法に向けられている。

磁石は、磁場を生成する材料又は物体である。この磁場は目に見えないが、磁石の最も顕著な特性、つまり鉄などの他の強磁性体を引っ張る力を担う。永久磁石は、磁化されて独自の持続磁場を生成する、磁気的に硬い材料でできた物体である。磁化できる材料は、磁石に強く引き付けられる材料でもあり、強磁性と呼ばれる。これらには、鉄、ニッケル、コバルトの元素、希土類金属のいくつかの合金、及びロードストーンなどのいくつかの天然ミネラルが含まれる。強磁性体は、一般に磁性があると見なされるほど強く磁石に引き付けられる唯一の材料であるが、他のすべての物質は、いくつかの他のタイプの磁性の１つによって磁場に対して弱く反応する。

強磁性体は、磁化できるが磁化されたままになる傾向がない焼きなまし鉄のような磁気的に「柔らかい」材料と、磁化されたままになる傾向がある磁気的に「硬い」材料に分けることができる。永久磁石は、アルニコ、アルミニウム、ニッケル、コバルト合金、ネオジムと他の希土類材料の合金、フェライトなどの「硬い」強磁性材料から作られており、それらは、製造中に強い磁場で特別な処理を受けて、内部の微結晶構造を整列させ、消磁を非常に困難にする。飽和した磁石を消磁するには、特定の磁場を印加する必要がある。この閾値は、それぞれの材料の保磁力に依存する。「硬い」材料は保磁力が高く、「柔らかい」材料は保磁力が低くなる。磁石の全体的な強度は、そのＢＨ製品によって測定される。材料の局所的な磁化の強さは、その磁化性によって測定される。

電磁石は、電流が流れると磁石として機能し、電流が止まると磁石ではなくなるワイヤのコイルでできている。コイルは軟鋼などの「柔らかい」強磁性体のコアの周りに巻かれていることが多く、それによって、コイルが生成する磁場を著しく高める。

本出願は、先行技術の不利な点を解決することを目的としている。本出願の実施例によれば、永久電磁石アレイを提供することができる。永久電磁石アレイは、平行に配置された共通の長さの複数の永久電磁石と、複数の永久電磁石の第１の端部に結合された平面磁極片とを含む。各永久電磁石は、第１の端部と第１の端部の反対側の第２の端部とを含む。

本出願の別の実施例によれば、永久電磁石アレイを提供することができる。永久電磁石アレイは、複数の磁極片と、共通の長さの複数の永久電磁石とを含む。各永久電磁石は、第１及び第２の端部を含み、永久電磁石は、一対の磁極片の間に端から端まで直線的に配置され、一対の磁極片に結合されている。

本出願のさらに別の実施例によれば、装置が提供され得る。この装置は、電流パルスを提供するように構成された電気永久コイル、エネルギー貯蔵装置、電気永久コイル及びエネルギー貯蔵装置に結合されたＨブリッジ駆動回路、及びスイッチング要素に結合された制御回路のうちの１つ又は複数を含む。Ｈブリッジドライバ回路は、エネルギー貯蔵装置から電流パルスを受信し、電気永久コイルに対して第１の方向又は第１の方向とは反対の第２の方向に電流パルスを選択的に駆動するように構成された絶縁ゲートサイリスタを含むスイッチング素子を含む。制御回路は、第１及び第２の方向を選択するように構成される。各スイッチング素子のゲート駆動電圧は、制御回路とスイッチング素子の間で光学的に絶縁されている。

従来技術による硬質磁気コアを示す図である。 従来技術による通電コイル巻線を示す図である。 従来技術によるコイルを通る単一極性電流パルスによって充電された永久電磁石を示す図である。 従来技術によるコイルを通る交流パルスによって消磁された永久電磁石を示す図である。 従来技術によるコイル内の電流によって中和された磁束を示す図である。 従来技術による正味磁束の減少を示す図である。 本出願の実施例に従って消磁された永久電磁石を示す図である。 従来技術による単純な電磁石を示す図である。 従来技術による単純な通電電磁石を示す図である。 従来技術によるゼロ電流のバイアスされた電磁石を示す図である。 従来技術による磁束がキャンセルされたバイアスされた電磁石を示す図である。 従来技術による位置合わせされた極を有する硬磁石及び半硬磁石を示す図である。 従来技術による反対の極を有する硬磁石及び半硬磁石を示す図である。 従来技術による電流パルスによって充電された永久電磁石を示す図である。 従来技術による交互のパルスによって消磁された永久電磁石を示す図である。 本出願の実施例による、短距離引力のために極性が交互になっている並んだ永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力のために極性が一致する、並んだ永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、消磁された並んだ永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による短距離引力の磁束図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力のための磁束図である。 本出願の実施例による、短距離引力のためのエンド・オン・エンド永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力のためのエンド・オン・エンドの永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、消磁されたエンド・オン・エンド永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による短距離引力の磁束図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力のための磁束図である。 本出願の実施例による電流パルス・ドライバのブロック図である。 本出願の実施例による電流パルス・ドライバ充電段階を示すブロック図である。 本出願の実施例による、コイルを介して順方向に永久電磁石アレイのコンデンサを放電することを示すブロック図である。 本出願の実施例による、コイルを介して逆方向に永久電磁石アレイのコンデンサを放電することを示すブロック図である。 本出願の実施例による、複数のコイルを備えた永久電磁石アレイ電流パルス・ドライバの第１のブロック図である。 本出願の実施例による、複数のコイルを備えた永久電磁石アレイ電流パルス・ドライバの第２のブロック図である。 本出願の実施例による、繰り返される電流パルスを使用する磁化図である。 本出願の実施例による、交互の単一電流パルスを使用する消磁図である。 本出願の実施例による例示的な磁化タイミングを示す図である。 本出願の実施例による、硬磁性材料及び半硬磁性材料の両方を示す磁化図である。 本出願の実施例による軟磁性材料の磁化図である。 本出願の実施例による、蛇行層状コイルを備えた永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による均一な蛇行コイル層の詳細を示す図である。 本出願の実施例による奇数の蛇行コイル層の詳細を示す図である。 本出願の実施例によるスパイラル・コイル層相互接続の詳細を示す図である。 本出願の実施例によるスパイラル・コイル層の詳細を示す図である。 本出願の実施例による、高力及び短距離引力のための永久電磁石アレイの上面図を示す図である。 本出願の実施例による、より低い力及びより長距離の引力のための永久電磁石アレイの上面図を示す図である。 本出願の実施例による、消磁された永久電磁石アレイの上面図を示す図である。 本出願の実施例による、短距離引力のために分極されたエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、エンド・オン・エンドの永久電磁石アレイ及び磁束線の側面図を示す図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力のために分極されたエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイを示す図である。 本出願の実施例による、より長距離の引力及び磁束線用にプログラムされたエンド・オン・エンドの永久電磁石アレイの側面図を示す図である。 本出願の実施例による第１のコイル磁化プロセスを示すフローチャートである。 本出願の実施例による第２のコイル磁化プロセスを示すフローチャートである。 本出願の実施例によるコイル消磁プロセスを示すフローチャートである。 本出願の実施例による、サイド・バイ・サイド・アレイ用の磁力計の設置の側面図を示す図である。 本出願の実施例による磁力計の設置の底面図を示す図である。 本出願の実施例による、エンド・ツー・エンド・アレイ用の厚さモード磁束センサの側面図を示す図である。

本出願の永久電磁石アレイは、以下に詳細に説明されており、３つの別個の状態で使用することができる。

消磁－永久電磁石を消磁することにより、永久電磁石アレイをオフにすることができる。その結果、磁極がまったくなくなる。北も南もないし、引力や反発力もまったくない。

短距離、高グリップ力－この構成では、すべての磁束力線が、対象物の強磁性体を通り、反対の極性の隣接する極まで、短く集中した経路をたどる。磁束のほとんどすべてが対象物材料を通すため、グリップ力を最大化できる。

より長距離、より低いグリップ力－同様の極のアレイ（例えば、北－北－北など）は、磁力線がたどる集中的な「短絡」を作成しないため、従来の棒磁石と同様に、外に出て周りに長い経路を取る。力線は領域に集中していないため、長距離で対象物を流れることができる磁束の量は、全磁束の一部であるが、短距離構成よりもはるかに遠くまで到達する可能性があるため、遠距離で対象物に影響を及ぼし始める。

短距離と長距離の引力モードを切り替えることができる永久電磁石が必要である。さらに、永久電磁石アレイは、以下に説明するように、現在の最先端技術に比べて多くの利点を有する。

第一に、２つ以上の永久電磁石を、１つの磁極片と磁石の組み合わせの体積で組み合わせることができる。この２倍の磁束密度の利点は、永久電磁石アレイのサイズが大きくなっても維持される。永久電磁石アレイは、単独の永久電磁石に比べて、体積及び重量単位当たり増大された総引力をもたらす。分極された永久電磁石と鉄表面との間の引力は、磁石と鉄表面を共に引き付けるように作用する。

第二に、永久電磁石アレイは、アレイ内の１つ又は複数の永久電磁石の極性を変えることによって、短距離引力のために最適化されることと遠距離引力のために最適化されることとの間でシフトするように電気的に切り替えられ得る。永久電磁石の分極は、Ｎ極とＳ極によって定義され、磁束はＳ極からＮ極に進む。

第三に、永久電磁石アレイは、総引力を直線的に増加させることができる任意のスケールで製造することができる。

第四に、開示された永久電磁石アレイが一次元又は二次元で拡張するときでさえ、アレイアセンブリは、引力の方向に追加の厚さを必要としない。したがって、３次元で同時にスケーリングする必要がある次の図２Ａから２Ｇに示すような劣った方法よりも、重量とサイズを節約できる。

第五に、永久電磁石アレイは、個々の永久電磁石と同じ有益な特性を引き続き示す。ａ）２つの磁気構成のいずれかで分極することができ、ｂ）それらは完全に消磁され、引き付けられた鉄の塊が永久電磁石アレイから分離して自由に動くことができ、ｃ）永久電磁石の分極状態は、最初の分極パルス又は消磁パルスを超えて追加の電流を必要とせずに維持することができる。

その他の利点と差別化は、次の図と付随する説明に示される。

ここで図１Ａを参照すると、従来技術による硬質磁気コア１００を示す図が示されている。図１Ａは、アルニコを含む磁気的に硬い材料と、ネオジム又はサマリウムコバルトを含む希土類の組み合わせから作製された円筒形の磁石コア１０４の斜視図を示している。磁石は、磁気電荷で分極された磁気的に硬い磁石コアある。磁石コア１０８は、必ずしも円筒形である必要はないが、本出願における一貫性のために、一般に、円筒形コアとして示されている。例えば、磁気コア１０４はまた、多くの可能なプリズム形状であり得る。磁石コア１０４は、図６Ｄに示されるような磁気特性を有する。

磁化された磁石コア１０４は、Ｎ極１１６及びＳ極１２０を有し、関連する磁場を有する。磁場は、磁力線とも呼ばれる磁束線１０８を使用して視覚化することができる。磁束線１０８は磁束の経路を示す。磁束は、表面を通過する磁束又は磁力線１０８の正味の数である。つまり、一方向に通過する数から反対方向に通過する数を引いた数である。関連する図では、明確にするために、各磁場に対して１つの磁束線１０８のみが示されている。任意の数の磁束線１０８が実際に存在する可能性があり、単一の磁束線１０８が任意の数の磁束線１０８を表すことができることを理解されたい。

磁化された磁石コア１０４に関連するすべての磁束線１０８（磁束線１０８を持たない消磁された磁石コア１０４と比較して）は、共通の磁束方向１１２を有する。磁石コア１０４自体において、磁束方向１１２は、Ｓ極１２０からＮ極１１６に進む。磁石コア１０４から離れて、同じ磁束線１０８は、同じ磁束線１０８の磁束方向１１２が一貫しているように反対方向に進む（すなわち、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に示されている）。

ここで図１Ｂを参照すると、従来技術による、通電されたコイル巻線１３０を示す図が示されている。図１Ｂは、ワイヤ（例えば、銅線）から形成されるか、部分的な磁気ループから形成されるか（図７Ａ～７Ｃ）、又は積み重ねられた回路基板上の導電性トレース又は相互接続されたトレースを有する層から形成される（図７Ｄ及び図７Ｅ）電気コイル１３４を示す。コイル１３４は、矢印１３８の方向に電流を流すプロセスでさらに示されている。当業者に知られている右手の法則によれば、図示の電流は、図示の方向１１２に磁束力線１０８を生成する。さらなる図では、矢印がコイル１３４に流れる電流の方向を示す場合、図に示されていない場合でも、コイル１３４のもう一方のリードから出る等しい電流があることを理解する必要がある。

ここで図１Ｃを参照すると、従来技術に従って、コイル１４０を通る単極性電流パルスによって充電される永久電磁石を示す図が示されている。図１Ｃは、強力な放電パルス１４４及び結果として生じる磁気コア１０４の磁気分極によってエネルギーを与えられる電気コイル１４４に挿入された磁気的に硬いコア１０４を示している。さらに、結果として生じる分極線及び磁束線１０８は、電気パルス１４４が完了した後も残る。その結果、帯電した永久電磁石１４０が生じる。

ここで図１Ｄを参照すると、従来技術に従って、コイル１５０を通る交流パルスによって消磁された永久電磁石を示す図が示されている。図１Ｄは、消磁交流パルス列１５４を受け取り、それによってコア１０４の磁気極性を消磁し、有用な磁束線をもたらさない永久電磁石を示している。

ここで図１Ｅを参照すると、従来技術に従って、コイル１６０内の電流によって中和された磁束を示す図が示されている。図１Ｅは、永久磁石の極性に正反対であるが、磁石の極性を反転させるのに十分な強度ではないコイル誘導磁束を生成する連続電流１６４を運ぶコイル１３４の内部に配置された永久磁石コア１０４を示している。結果として生じる永久磁石１６０は、電流がゼロのときに鉄材料を引き付けるであろう。ただし、図ＩＦに示すように、磁石の磁場を打ち消すために連続電流１６４を印加する必要がある。最終的には、鉄の物体を放出するのに十分なゼロに近づくまで、組み合わせの正味の磁束を減らす。

ここで図１Ｆを参照すると、従来技術による正味磁束１７０の減少を示す図が示されている。図１Ｆは、磁石とコイルの組み合わせ１６０の正味の磁束１７４がゼロになるまでコイル電流１７８を増加させることによって、永久磁石１６０の磁束１７４がどのように徐々に中和され得るかを示している。

ここで図１Ｇを参照すると、本出願の実施例による、１８０消磁された永久電磁石を示す図が示されている。図１Ｇは、消磁された１８０状態の磁石コア１０４及びコイル１３４を示している。したがって、磁石及びコイルは、磁場１８４を有さず、磁束線１０８は示されていない。この状態では、消磁された永久電磁石１８０－は他の物体に磁力を加えない。

ここで図２Ａを参照すると、従来技術による単純な電磁石２００を示す図が示されている。図２Ａ～図２Ｈは、鉄の物体を引き付ける目的で実際に使用される従来技術の永久電磁石構成を示している。しかしながら、これらの構成はすべて、本明細書に開示される実施例よりも性能が劣っている。図２Ａは、一端がコイル１３４に挿入された磁気的に柔らかいヨーク２０８を示している。この構成は、一般的な電磁石を含む。示されるように、電流が流れない場合、この電磁石は磁束を生成せず、それにより、鉄塊又は強磁性表面２０４への引力なしで示される。鉄塊又は強磁性表面２０４は、磁石に引き付けられる鉄合金から作られる。

ここで図２Ｂを参照すると、従来技術による単純な通電電磁石２２０を示す図が示されている。図２Ｂは、磁気的に柔らかいヨーク２０８及び強磁性表面２０４を通過する電流１６４を示しており、これは、磁束線１０８が交差しなければならない２つの空隙２２４（明確にするために１つが示されている）を減少させる方向に引き付けられる。磁気引力の強さは、空隙が減少するにつれて増加し、電磁石２２０が強磁性表面２０４と直接接触しているときに最大になる。製品及び産業で使用されている間、電磁石２２０は、強磁性表面２０４へのその磁気的引力を維持するために、絶えず流れる電流１６４で電力を供給され続けなければならない。

ここで図２Ｃを参照すると、従来技術による、ゼロ電流２３０のバイアスされた電磁石を示す図が示されている。図２Ｃは、軟鉄製の磁極片２３４と対にされた磁気的に帯電した永久電磁石２３０を示している。電流がゼロ２３８であっても、強磁性表面２０４は引き付けられる。磁極片又はヨークは、図６Ｅを参照して図解及び説明した磁気特性を有する磁気的に柔らかい鉄材料であり、１つ又は複数の永久電磁石の極に取り付けられて、磁束が磁気回路を流れるための低磁気抵抗経路を提供する。

ここで図２Ｄを参照すると、従来技術に従って、磁束がキャンセルされた２４０のバイアスされた電磁石を示す図が示されている。図２Ｄは、永久磁石とは反対の磁束方向を生成する方向にコイル電流２４４が流れる永久電磁石２４０を示している。図１Ｆに示されている特定のレベルの電流２４４では、コイル１３４の反対の磁束が磁石の磁束を中和し、その結果、磁気の引力がなくなる。

ここで図２Ｅを参照すると、従来技術による、整列された極２５０を有する硬磁石及び半硬磁石を示す図が示されている。図２Ｅは、両端２３４Ａ、２３４Ｂで磁極片によって取り付けられた２つの異なる材料形式の磁石を必要とする永久電磁石構成２５０を示している。コイル１３４の内側にはアルニコ磁石２５４Ａがあり、アルニコ磁石２５４Ａは、左側の２５４Ｂのネオジム合金磁石よりも磁気的に硬くなく、希土類構造である可能性がある。２種類の磁石の磁気特性を図６Ｄに示す。図２Ｅに示される方向１４４に電流のパルスが発生すると、両方の磁石２５４Ａ、２５４Ｂは一致する極性を採用し、強磁性表面２０４を通過する結合された磁束はそれに対応して強い。

ここで図２Ｆを参照すると、従来技術に従って、反対側の２６０に極を有する硬磁石及び半硬磁石を示す図が示されている。図２Ｆは、図２Ｅに示されているのと同じ永久電磁石アセンブリを示しているが、電流パルス１４４が反対方向に開始されている。これにより、永久電磁石の極性が反転し、左側の磁気的に硬いネオジム磁石２５４Ｂからの磁束が効果的に短絡される。空隙２２４を横切る磁束が残っていないので、強磁性表面２０４との引力はない。

ここで図２Ｇを参照すると、従来技術に従って、電流パルス２７０によって充電された永久電磁石を示す図が示されている。図２Ｇは、強磁性表面２０４を引き付けるように示されている、磁気的に帯電した永久電磁石及び磁極片２３４を示している。これは、図３から始まる出願人の進歩性の直前に存在する最先端技術と見なされる。

ここで図２Ｈを参照すると、従来技術に従って、交互のパルス２８０によって消磁された永久電磁石を示す図が示されている。図２Ｈは、図２Ｇに示されるのと同じアセンブリを示しているが、電気永久コイル１３４に交互の消磁パルス１５４が適用されており、したがって、強磁性表面２０４への引力を排除している。図２Ｇ及び２Ｈの不利な点は、磁束を強磁性表面２０４に効率的に伝達し、強磁性表面２０４を通過させるために、長い磁極片２３４を有する必要があることである。長い磁極片２３４を有することの不利な点は、磁束に対するその抵抗がわずかにあり、反対側の永久電磁石の極への磁束の漏れが大きくなり、その結果、強磁性表面２０４を通って移動する磁束のレベルが低くなり、そしてそれにより、表面２０４への磁気引力がより低いレベルになることである。長い磁極片２３４は、要するに、磁気引力の強さを不利に減少させ、永久電磁石設計の重量を増加させる。

ここで図３Ａを参照すると、本出願の実施例による、短距離引力３００のために極性が交互になっている並んだ永久電磁石アレイを示す図が示されている。図３Ａ～図３Ｅは、本出願の好ましい実施例の一形態を示している。図３Ａは、共通の磁極片２３４を介して２部材の永久電磁石アレイ３００に結合された２つの並んだ永久電磁石１４０Ａ、１４０Ｂを示している。図２Ｇと比較して、２つの永久電磁石１４０Ａ、１４０Ｂが使用されるので、磁束線の密度及び強磁性表面２０４への引力は、図２Ｇの磁石よりも約２倍大きい。この交互の磁極構成は、短距離の引力に最適化されている。すべての永久電磁石アレイにおける磁石コアから磁極片２３４への取り付けは、磁気引力、はんだ接着、及び接着剤接着の組み合わせた又は別個の取り付け機構によって達成することができる。

各永久電磁石は、磁気的に硬い材料部分と、硬質材料部分の周りにらせん状に巻きつけられた導電体とを含む。導電体は、ワイヤの１つと複数の積み重ねられた層とを含む。各層は、各硬質材料部分の周りで絶縁体フィルムに接合された導電性トレースの複数の平面完全ループの１つと、各硬質材料部分の周りで絶縁体フィルムに接合された導電性トレースの複数の平面及び蛇行半ループとを含む。

ここで図３Ｂを参照すると、図は、本出願の実施例による、より長距離の引力３２０のために極性が一致する、並んだ永久電磁石アレイを示している。図３Ｂは、図３Ａと同じ並んだ永久電磁石を示しているが、ここで、永久電磁石１４０Ａ、１４０Ｂは、示されている電流パルス１４４Ａ、１４４Ｂによって同じＳＮ方向に分極されている。この磁気構成では、永久電磁石アレイからの磁束線がさらに広がり、図３Ａに示す交互極性の永久電磁石アレイ３００構成よりも長距離で優れた引力性能を提供する。対照的に、短距離では、アレイが図３Ｂのように偏光している場合、磁束線は、短距離磁束と引力を低減する永久電磁石１４０Ａ、１４０Ｂの本体の周りのより大きな総空隙２４４を通過する必要があるため、図３Ａの構成よりも引力が低くなる。したがって、短距離と長距離の引力モードを切り替えることができる永久電磁石が必要である。

ここで図３Ｃを参照すると、本出願の実施例による、消磁された並んだ永久電磁石アレイ３４０を示す図が示されている。図３Ｃは、消磁電流１５４Ａ、１５４Ｂを交互にすることによって消磁され、それによって、強磁性表面２０４と係合し、それによって強磁性表面２０４を引き付けない磁束線を持たない永久電磁石アレイ３４０をレンダリングする両方の永久電磁石１４０Ａ、１４０Ｂを示す。

ここで図３Ｄを参照すると、本出願の実施例による、短距離引力３５０の磁束図が示されている。図３Ｄは、短距離、高力の引力に最適化されたＮ極１１６とＳ極１２０を交互に有する１次元の４つの永久電磁石アレイを示している。

短距離引力は、本明細書では、接触から最大分離距離までの空隙２２４の距離で発生するものとして定義される。交互に分極された磁石の公称引力距離Ｄ_２３５８は、磁石の中心間の距離であるＤ_１３５４に等しくなる。短距離引力の最大分離距離は、距離Ｄ_２３５８である。ここで、Ｄ_２３５８は、永久電磁石の１４０中心軸間の距離Ｄ_１３５４以下である。一実施例では、短距離引力は、接触から約０．４センチメートルまでであり得る。図示の構成では、永久電磁石アレイ３５０は、強磁性表面２０４に対して短距離の引力３０４を発揮する。短距離物体引力構成を達成するために、各永久電磁石１４０は、最も近い隣接する永久電磁石１４０に対して反対に帯電している。このことは、例示的な永久電磁石アレイの２×４磁石構成について図７Ｆにも示されている。第１列の第１、第３、第５等の磁石コア１０４ごと、及び第２列の第２、第４、第６等ごとの磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＮ極１１６で充電される。第１列の第２、第４、第６等の磁石１０４ごと、及び第２列の第１、第３、第５等ごとの磁石コア１０４は、強磁性表面２０４に面するＳ極１２０で充電される。磁石コア１０４の極性のこの交互のパターンは、対応して短い戻り経路を伴うが、最大数の磁束線１０８を提供し、したがって、強磁性表面２０４への引力範囲を制限する。磁束方向１１２は、Ｓ極１２０からＮ極１１６までであり、隣接する磁石コア１０４は反対に分極されているので、磁束戻り経路は非常に短い。

ここで図３Ｅを参照すると、本出願の実施例による、より長距離の引力３６０の磁束図が示されている。図３Ｅは、１次元の４つの永久電磁石アレイを示しており、並んだ各永久電磁石１４０は同じ分極方向を有し、より長距離の引力のために最適化されたアレイを形成している。

より長距離の引力は、本明細書では、一般に、短距離引力距離から最大分離距離までとして定義される。長い引力範囲構成の公称引力距離Ｄ_２３６８は、永久電磁石アレイ３６０を横切る寸法に等しいＤ_３３６４である。より長距離の引力のための最大分離距離は、距離Ｄ_２３６８であり、Ｄ_２３６８は、永久電磁石アレイ３６０を横切る寸法に等しい距離Ｄ_３３６４以下である。一実施例では、より長距離の引力は、約０．４センチメートルから約４センチメートルまでであり得る。図示の構成では、永久電磁石アレイ３６０は、強磁性表面２０４に対してより長距離の引力３０８を発揮する。より長距離の物体引力構成を達成するために、各磁石１０４は、すぐ隣接する磁石１０４に同一に帯電している。これは、例示的な２×４永久電磁石アレイ３００構成についても図７Ｇに示されている。第１列及び第２列のすべての磁石コア１０４は、強磁性表面２０４に面するＮ極１１６で充電されている。磁石コア１０４の電荷のこの同一のパターンは、複数の磁石コア１０４からの最長の磁束線１０８を提供し、それに対応して長い戻り経路を有する。磁束方向１１２は、Ｓ極１２０からＮ極１１６までであり、隣接する磁石コア１０４は同じように分極されているので、磁束戻り経路は、図３Ａ及び図３Ｄの短距離引力構成の場合よりも長い。

ここで図４Ａを参照すると、本出願の実施例による、短距離引力４００のためのエンド・オン・エンドの永久電磁石アレイを示す図が示されている。図４Ａ～図４Ｅは、本出願の好ましい実施例の別の形態を示している。２つ以上の永久電磁石１４０は、永久電磁石１４０を散在させ、また各アレイの端部を覆う磁極片２３４で端から端まで取り付けられている。

図４Ａは、エンド・オン・エンドの永久電磁石アレイを示している。示されているように磁石の極性が交互になっているため、永久電磁石アレイ４００は、短距離での高い引力に対して最適化されている。

ここで図４Ｂを参照すると、本出願の実施例による、より長距離の引力４２０のためのエンド・オン・エンドの永久電磁石アレイを示す図が示されている。図４Ｂは、図４Ａに示したものと同じエンド・オン・エンドの配置であるが、永久電磁石の極性は同じ方向に整列している。この配置では、永久電磁石アレイのより長い磁束経路長が、より長距離の引力のために最適化される。

ここで図４Ｃを参照すると、本出願の実施例による、消磁されたエンド・オン・エンドの永久電磁石アレイ４４０を示す図が示されている。図４Ｃは、強磁性表面２０４に引力がない、消磁状態の永久電磁石のエンド・オン・エンドの配置である。

ここで図４Ｄを参照すると、本出願の実施例による、短距離引力４５０の磁束図が示されている。図４Ｄは、短距離引力３０４のために最適化された、Ｎ極とＳ極が交互になっている４部材の永久電磁石アレイを示している。図４Ｄに示される実施例は、図３Ａ及び図３Ｄに示される実施例と同じ最適化された短距離引力の目標を有するが、異なる永久電磁石１４０及び磁極片２３４構成でこれを達成する。

ここで図４Ｅを参照すると、本出願の実施例による、より長距離の引力４６０の磁束図が示されている。図４Ｅは、示されているように、直列の磁石極性が積み重ねられた４部材の永久電磁石アレイを示している。この配置は、より長距離の引力３０８用に最適化されている。

ここで図５Ａを参照すると、本出願の実施例による、電流パルス・ドライバ５００のブロック図が示されている。図５Ａは、コマンドに応じて、電流パルスが永久電磁石のコイル５２４を介して前方又は後方に送られるＨブリッジ電流パルス・ドライバ回路を示している。半導体スイッチのＨブリッジ構成は、開いているスイッチ又は閉じているスイッチを選択することにより、負荷を介していずれかの方向に電流を流すための好ましい構成である。永久電磁石１４０は、磁気コア１０４及びコイル１３４を含むことが理解されるが、磁場及び極性ではなく、電流パルス生成回路をよりよく説明するために、磁石コア１０４は明確にするために示されていない。

電流パルス・ドライバ５００は、充電器５０８、エネルギー貯蔵装置（コンデンサ５１２として示される）、制御回路５１６、及び１つ又は複数のスイッチ（サイリスタＨブリッジ５０４として示される）を含み得る。より多くのサイリスタＨブリッジ５０４は、より多くのコイル５２４を含み得る（各コイル５２４は、１つの永久電磁石１４０に関連付けられ得る）。他の実施例では、サイリスタＨブリッジ５０４を使用することはできず、代わりに、ハードウェアスイッチ又はアクチュエータ、ＭＯＳＦＥＴ、又はＩＧＢＴを使用して、スイッチング機能を提供することができる。図５Ａ～図５Ｆには１つのコイル５２４のみが示されているが、本出願の永久電磁石アレイは、少なくとも２つの永久電磁石、したがって少なくとも２つのコイル５２４を必要とすることを理解されたい。単一のコイル５２４は、図５Ａ～図５Ｄの充電及び放電の目的に必要な構成要素を明確にするために簡単に示され、図５Ｅ及び図５Ｆは、永久電磁石アレイのより正確な図を表す。

充電器５０８は、制御回路５１６からの充電器有効化／無効化信号５４４によって指示されるように、コンデンサ５１２を充電するように機能する電源であり得る。好ましい実施例では、充電器５０８は、昇降圧電源などのスイッチングＤＣ電源であり得る。他の実施例では、充電器５０８は、線形電源又は異なる形式のスイッチング電源を含む、異なる形態の電源であり得る。

コンデンサ５１２は、充電器５０８によって所定の電圧まで充電され得る。複数のスイッチ又はサイリスタＨブリッジ５０４を介して放電される方法は、各永久電磁石１４０の極性（又は、図３Ｃ及び図４Ｃに示されるように、消磁された永久電磁石１４０の場合は極性の欠如）を決定し得る。好ましい実施例では、コンデンサ５１２は、５０ｕＦのコンデンサであり得る。各サイリスタＨブリッジ５０４は、１つのコイル５２４／（及び磁石コア１０４）及び４つのスイッチ５２８、５３２、５３６、５４０を含み得る。電流がコイル５２４を通って流れるかどうか、及び電流の進行方向を制御するために、スイッチは対で開閉され、これは永久電磁石１４０の極性に影響を与える。スイッチ５２８／５４０は同時に開閉でき、スイッチ５３２／５３６は同時に開閉できる。スイッチの動作は、図５Ｂ～図５Ｆに関してより詳細に説明されている。

制御回路５１６は、コマンド５２０を受け取り、それに応答して、充電器の有効化／無効化５４４を充電器５０８に制御し、制御５４８をスイッチ５２８、５３２、５３６、５４０のそれぞれに切り替える。コマンド５２０は、コンピュータ、コンピュータアプリケーション、コンピュータに関連付けられ、ユーザによって選択されたグラフィカル・ユーザ・アプリケーション（ＧＵＩ）からのコマンド、又はユーザによってアクティブ化されたコントロールから出力されるハードウェアスイッチであり得る。コマンド５２０は、短距離引力を有効にすること、長距離引力を有効にすること、及び永久電磁石１４０を消磁することを含む、電流パルス・ドライバ５００によって取られるいくつかのアクションを指定することができる。充電器５０８がコンデンサ５１２を充電すべき電圧レベルの指定、特定のサイリスタＨブリッジ５０４の動作の指定、又は特定のスイッチ５２８、５３２、５３６、５４０の開位置又は閉位置の指定を含むがこれらに限定されない他のコマンド５２０を利用することができる。制御回路５１６は、プロセッサ／メモリ、マイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジック、ステートマシン、純粋なハードウェア、又はハードウェア／ソフトウェア／アプリケーションの任意の組み合わせを含む任意の形態の既知の制御機能として実装することができる。

別の言い方をすれば、Ｈブリッジ電流パルス・ドライバは、電流パルスを提供するように構成された電気永久コイル、エネルギー貯蔵装置、電気永久コイルとエネルギー貯蔵装置に結合されたＨブリッジ駆動回路、及び、スイッチング素子に結合された制御回路、を含み得る。Ｈブリッジドライバ回路は、エネルギー貯蔵装置から電流パルスを受信し、電気永久コイルに対して第１の方向又は第１の方向とは反対の第２の方向に電流パルスを選択的に駆動するように構成された絶縁ゲートサイリスタを含むスイッチング素子を含む。制御回路は、第１及び第２の方向を選択するように構成される。各スイッチング素子のゲート駆動電圧は、制御回路とスイッチング素子の間で光学的に絶縁されている。

ここで図５Ｂを参照すると、本出願の実施例による、永久電磁石５５０の電流パルス・ドライバ充電段階を示すブロック図が示されている。図５Ｂは、蓄電コンデンサ５１２の充電段階におけるＨブリッジ電流パルス駆動回路を示している。

充電段階５５０は、電流パルス・ドライバ５００の動作モードを（例えば、短距離引力から長距離引力へ、又は長距離引力から短距離引力へ）変更することに関連して、又は、消磁プロセスに必要な多くの充電ステップ（図１０）の１つとして使用することができる。

充電段階５５０の場合、制御回路５１６は、新しい動作モードを指定するコマンド５２０、又は充電コンデンサコマンド５５４を受信する。一実施例では、充電コンデンサコマンド５５４は、コンデンサ５１２を充電するための電圧レベルを指定することができる。次に、制御回路５１６は充電器５５６を有効にし、充電器５０８はコンデンサ５５８を充電する。一実施例では、充電器有効信号５５６は、コンデンサ５５８を所望の電圧に充電するために、制御回路５１６によって計時され得る。別の実施例では、充電器５０８は、任意の持続時間の充電器有効５５６表示を受信することに応答して、コンデンサ５５８を充電して、所望の電圧まで充電することができる。この段階では、すべてのサイリスタＨブリッジ５０４のすべてのスイッチ５２８、５３２、５３６、５４０は、閉じたスイッチがコンデンサ５１２の充電を妨げる可能性があるため、開いた状態にある。

ここで図５Ｃを参照すると、本出願の実施例による、コイル５６０を通して永久電磁石のコンデンサを順方向に放電することを示すブロック図が示されている。図５Ｃは、コイルの５２４の順方向にスイッチ１及びスイッチ４を介して電流パルスを放電するエネルギー貯蔵コンデンサ５１２を示している。図５Ｃ及び図５Ｄの放電段階は、永久電磁石アレイ３００を短距離引力、長距離引力、又は消磁のためにプログラムするために、永久電磁石１４０が実際に分極される段階を示している。図５Ｃに示されている段階は、図５Ｂに示されている段階の後に実行される。

永久電磁石アレイに磁気状態をプログラムするための放電シーケンスには、次の重要な特性がある。記載された値の大きさは、設計固有の条件及び構成要素の選択に応じて変化することは、当業者には容易に明らかであるはずである。
・コンデンサの個々の放電は非常に高速なプロセスである（２５マイクロ秒から１００マイクロ秒の放電時間）
・コンデンサは非常に高い電流（２５０アンペア以上）で放電する
・非常に高い電圧（２５０ボルト以上）からコンデンサを放電する

永久電磁石アレイ３００は、１つ又は複数のサイリスタＨブリッジ５０４を利用して、電流の方向を制御して、永久電磁石１４０を所与の状態にプログラムすることができる。どのスイッチ５２８、５３２、５３６、及び５４０が開いているか、どのスイッチが閉じているかに応じて、電流は、永久電磁石コイル巻線５２４を通って２つの方向のうちの１つに流れ、したがって、対応する永久電磁石１４０（明確にするために示されていない）を２つの磁気状態（Ｎ－Ｓ又はＳ－Ｎ）のうちの１つにプログラムする。サイリスタ５０４は、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴと比較して、それらの非常に高い電力及びエネルギー処理特性のために選択され得る。サイリスタ５０４が点火／トリガされると、流れがほぼゼロに低下するまで電流が流れ続けることを可能にし、これは、永久電磁石１４０を再プログラムするための任意の所与のコマンドに対してコンデンサ５１２全体が放電しなければならないことを意味する。ＭＯＳＦＥＴは大量の電力を処理できないため、タスクを実行するためにさらに多くのＭＯＳＦＥＴが必要になる可能性がある。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴは、サイリスタ５０４よりも有利に効率的であり、より制御可能である（例えば、コンデンサ５１２の放電は、微細な電流制御を提供するために変調され得る）。これは、単一の磁気状態を所与の永久電磁石１４０にプログラムすることだけを試みている永久電磁石アレイ３００引力装置にとって大きな利点ではないが、永久電磁石アレイ技術が、単位電力あたりの高トルクに最適化され、適度な回転速度又は線形速度で動作するが、ゼロ速度トルクを維持するために常に通電する必要がない何らかの形の電気モータに組み込まれている場合、理論的にはより有用である可能性がある。

制御回路５１６は、コイルコマンド５６２を介してイネーブル順方向電流を受け取る。一実施例では、コマンド５６２は、スイッチ５２８、５３２、５３６、５４０のどれを開閉するかを指定することができる。別の実施例では、制御回路５１６は、コイルコマンド５６２を介してイネーブル順方向電流を受信した後、スイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を決定することができる。コイルコマンド５６２を介してイネーブル順方向電流を受信することに応答して、制御回路５１６は、最初に、充電器５０８に充電器無効５６６を提供し、これにより、充電器５０８がコンデンサ５１２を充電し続けるのを停止する。一実施例では、充電器無効５６６は、充電器５０８が、おそらく１つ又は複数の電池を含む入力ＡＣ又はＤＣ電源（図示せず）から切り離される結果となる。

コンデンサ５１２の充電を無効にした後、制御回路５１６は、サイリスタＨブリッジ５０４に、スイッチＳＩ及びＳ４ ５６４を閉じるように（そして、スイッチＳ２ ５３２及びＳ３ ５３６を開いたままにするように）指示する。同じスイッチのアクティブ化／非アクティブ化が、永久電磁石アレイ３００に存在し得る任意の他のサイリスタＨブリッジ５０４に提供される。Ｓ１ ５２８及びＳ４ ５４０を閉じると、コンデンサ５１２は、両方のスイッチＳ１ ５２８、Ｓ４ ５４０を介して放電し、コイル５２４を通る順方向電流及び対応する永久電磁石１４０の磁化の変化がもたらされる。

ここで図５Ｄを参照すると、本出願の実施例による、コイル５７０を介して逆方向に永久電磁石のコンデンサを放電することを示すブロック図が示されている。図５Ｄは、コイルの５２４の逆方向にスイッチ２及びスイッチ３を介して電流パルス５７８を放電するエネルギー貯蔵コンデンサ５１２を示している。図５Ｃ及び５Ｄの放電段階は、永久電磁石アレイ３００を近距離引力、長距離引力、又は消磁のためにプログラムするために、永久電磁石１４０が実際に分極される段階を提供する。図５Ｄに示される段階は、図５Ｂに示される段階（充電コンデンサ５１２）の後に実行される。

制御回路５１６は、コイルコマンド５７２を介してイネーブル逆電流を受け取る。一実施例では、コマンド５７２は、スイッチ５２８、５３２、５３６、５４０のどれを開閉するかを指定する。別の実施例では、制御回路５１６は、コイルコマンド５７２を介してイネーブル逆電流を受信した後、スイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を決定する。コイルコマンド５７２を介してイネーブル順方向電流を受信することに応答して、制御回路５１６は、最初に、充電器５０８に充電器無効５７６を提供し、これは、充電器５０８がコンデンサ５１２を充電し続けるのを停止する。一実施例では、充電器無効５７６は、充電器５０８が、おそらく１つ又は複数の電池を含む入力ＡＣ又はＤＣ電源（図示せず）から切り離される結果となる。

コンデンサ５１２の充電を無効にした後、制御回路５１６は、サイリスタＨブリッジ５０４に、スイッチＳ２及びＳ３ ５７４を閉じるように（そして、スイッチＳ１ ５２８及びＳ４ ５４０を開いたままにするように）指示する。同じスイッチのアクティブ化／非アクティブ化が、電流パルス・ドライバ５００に存在し得る任意の他のサイリスタＨブリッジ５０４に提供される。Ｓ２及びＳ３を閉じると、コンデンサ５１２は、両方のスイッチＳ２ ５３２、Ｓ３ ５３６を介して放電し、コイル５２４を通る逆電流及び対応する永久電磁石１４０の磁化の変化をもたらす。

ここで図５Ｅを参照すると、本出願の実施例による、複数のコイル５８０を備えた永久電磁石電流パルス・ドライバの第１のブロック図が示されている。複数のサイリスタＨブリッジ５０４が存在し、本明細書では、サイリスタＨブリッジＡ ５０４ＡからサイリスタＨブリッジＮ ５０４Ｎまでとして識別される。各サイリスタＨブリッジ５０４は、スイッチＳ１ ５２８、Ｓ２ ５３２、Ｓ３ ５３６、及びＳ４ ５４０を含む。サイリスタＨブリッジＡ５０４Ａには、スイッチＳ１Ａ ５２８Ａ、Ｓ２Ａ ５３２Ａ、Ｓ３Ａ ５３６Ａ、及びＳ４Ａ ５４０Ａが含まれている。サイリスタＨブリッジＮ５０４Ｎには、スイッチＳ１Ｎ ５２８Ｎ、Ｓ２Ｎ ５３２Ｎ、Ｓ３Ｎ ５３６Ｎ、及びＳ４Ｎ５４０Ｎが含まれている。任意の数のサイリスタＨブリッジ５０４が電流パルス・ドライバ５００、５８０に存在し得、別個のスイッチ制御５４８が各サイリスタＨブリッジ５０４に提供され得る。制御回路５１６は、スイッチ制御Ａ ５４８ＡをサイリスタＨブリッジＡ ５０４Ａに提供し、スイッチ制御Ｎ ５４８ＮをサイリスタＨブリッジＮ ５０４Ｎに提供する。

複数のサイリスタＨブリッジ５０４が電流パルス・ドライバ５８０のために存在するが、スイッチ制御５４８は、動作モードに応じて異なる場合がある。短距離引力構成の場合、一部のコイル５２４は、順方向電流を使用してＮ極１１６を一方向にプログラムし得、他のコイル５２４は、逆電流を使用してＮ極１１６を反対方向にプログラムし得る。より長距離の引力構成の場合、すべてのコイル５２４は、順方向電流を使用して、Ｎ極１１６を同じ方向にプログラムすることができる。

ここで図５Ｆを参照すると、本出願の実施例による、複数のコイル５８４を備えた永久電磁石電流パルス・ドライバの第２のブロック図が示されている。図５Ｆは、複数の永久電磁石コイル５２４が、電気的直列又は電気的並列構成のいずれかで、又は個別に、コイル５２４に向けられた電流パルスを有することができるＨブリッジ回路を示す。

図５Ｆは、複数のサイリスタＨブリッジが存在する好ましい実施例を示しているが、完全なサイリスタＨブリッジ５０４のみが必要とされる。追加の１／２サイリスタＨブリッジ５８６は、追加のコイル５２４ごとに提供され得る。わかりやすくするために、コイル５２４Ｎとスイッチ５３２Ｎ及び５４０Ｎが含まれる最後の（Ｎ番目の）１／２サイリスタＨブリッジ５８６のみを示している。任意の数の１／２サイリスタＨブリッジ５８６が電流パルス・ドライバ５８４に存在することができ、個別のスイッチ制御５４８が各サイリスタＨブリッジ５０４又は１／２サイリスタＨブリッジ５８６に提供されることができる。制御回路５１６は、スイッチ制御Ａ ５４８ＡをサイリスタＨブリッジＡ ５０４Ａに提供し、スイッチ制御Ｎ ５４８Ｎを１／２サイリスタＨブリッジＮ ５８６に提供する。図５Ｆに示される実施例は、１／２サイリスタＨブリッジ５８６のためのスイッチ５２８及び５３６を必要とせず、これは、必要とされるスイッチの数を大幅に減らす。

永久電磁石アレイは、複数の永久電磁石に電流パルスを供給して永久電磁石を分極するように構成されたエネルギー貯蔵装置と、エネルギー貯蔵装置に結合され、永久電磁石に対して第１の方向及び第１の方向と反対の第２の方向のうちの一方に電流パルスを選択的にルーティングするように構成されたＨブリッジコイル駆動回路とを含む。永久電磁石の極性は、第１の方向と第２の方向とによって決まる。一実施例では、Ｈブリッジコイル駆動回路は、受信された電流パルスによって、各永久電磁石を最も近い隣接する永久電磁石とは反対の方向に分極するように構成される。別の実施例では、Ｈブリッジコイル駆動回路は、受信された電流パルスによる最も近い隣接する永久電磁石と同じ方向に各永久電磁石を分極するように構成される。さらに別の実施例では、Ｈブリッジコイル駆動回路は、各永久電磁石を脱分極するように構成され、それに応じて、複数の永久電磁石は、鉄表面に引力を提供しないように構成される。

ここで図６Ａを参照すると、本出願の実施例による、繰り返し電流パルス６００を使用する磁化図が示されている。本出願は、単一の電流パルス１４４のみが永久電磁石１４０を磁化するために使用される実施例を含むが、実際には、３つ又は４つの単一極性電流パルス１４４が、通常、アレイ内の永久電磁石１４０を完全に分極するために使用される。図６Ａは、共通の磁化方向６０６又は６０８を使用して、４つの電流パルス１４４が順番に使用される実施例を示している。磁化方向Ａ６０６は、コイル５２４に対して正の方向６１０にコイル電流を生成する。これらの場合、４つのパルスすべてが一定期間６０４にわたって磁化方向Ａ６０６に印加される。これらの電流６０２パルスのそれぞれは、レベル６１２に充電され、次いで、スイッチングネットワーク及びコイル５２４を介してコンデンサ５１２から放電６１６される。電流パルス１４４の間にコンデンサ充電期間６１４が存在する。

ここで図６Ｂを参照すると、本出願の実施例による、交流単一電流パルス６２０を使用する消磁図が示されている。永久電磁石１４０を消磁するために、減少する交流パルス１４４を使用して、アレイ内の永久電磁石１４０を完全に脱分極する。脱分極とは、永久電磁石に交流電流を印加して、その磁気極性を低減又は排除することを意味する。取り付けられた鉄の塊又は強磁性表面２０４が解放されるように永久電磁石１４０を十分に脱分極するためのパルスの数は、典型的には、極性が減少する１０から４０の交互パルス１４４である。

図示の実例では、第１の電流６０２パルスが、消磁方向Ａ ６２４で永久電磁石１４０に印加され、１つ又は複数のコイル５２４に正の方向６１０でコイル電流を生成する。次に、第２の電流６０２パルスが消磁方向Ｂ６２８で永久電磁石１４０に印加され、負の方向６３０で１つ又は複数のコイル５２４にコイル電流を生成する。通常、この第２の電流パルス１４４は、同じ（負ではあるが）電流６０２の値を使用して印加される。次に、第１の電流パルス１４４よりも低い電流６０２の値の第３の電流パルスが、消磁方向Ａ６２５で永久電磁石１４０に印加され、１つ又は複数のコイル５２４に正の方向６１０でコイル電流を生成する。次に、第２の電流パルス１４４よりも低い電流６０２の値の第４の電流パルスが、消磁方向Ｂ６２８で永久電磁石１４０に印加され、１つ又は複数のコイル５２４に負の方向６３０のコイル電流を生成する。交互パルスのこのシーケンスは、コイル５２４が消磁されるまで、電流６０２レベルを減少させ続ける。

ここで図６Ｃを参照すると、本出願の実施例による、例示的な磁化タイミング６４０を示す図が示されている。好ましい実施例では、各電流パルス１４４は、持続時間が約５０μｓのパルス幅６４２を有し得、パルス６４４の間は約５０ミリ秒である。電流パルス１４４の振幅が減少するにつれて（図６Ｂによる消磁）、いくつかの実施例では、コンデンサ５１２を充電するために使用されるパルス６４４間の時間がそれに応じて減少する可能性がある。特定のパルス６４２及びパルス６４４間のタイミングは、設計に非常に依存し、回路値の関数である可能性があり、図６Ｃに示されているものとは異なる可能性があることを理解されたい。

ここで図６Ｄを参照すると、本出願の実施例による、硬磁性材料及び半硬磁性材料６５０の両方を示す磁化図が示されている。ネオジム（ＮｄＦｅＢ）のような磁気的に硬い材料は、ＡｌＮｉＣｏ（アルミニウム／ニッケル／コバルト）のようなわずかに硬くない材料と比較される。図６Ｄで、縦軸はテスラ単位の磁束密度、横軸はアンペア／メートル単位の磁場強度である。硬磁性材料は、ＡｌＮｉＣｏ（アルミニウム／ニッケル／コバルト）やネオジム（ＮｄＦｅＢ）などの材料であり、磁気コア１０４材料の製造に使用される。要素がすでに低磁気抵抗回路と物理的に密接に接触している短距離引力モードなどの低磁気抵抗適用では、ＡｌＮｉＣｏとＮｄＦｅＢのグリップ力にごくわずかな違いがあるはずである。より長距離の引力の場合、ネオジム磁石のエネルギー密度が有利になる可能性がある。

どちらの場合も、永久電磁石コイル１３４、５２４を介して電流パルス１４４によって供給される印加磁気強度が正の方向に増加すると、保持磁束密度６５４は正の方向に増加し、電流が低下しても減少しない。逆方向電流パルス１４４からの印加磁場が十分に負になり、磁気コアの保持された磁場を負に反転させ、再び外部磁場が再び十分に正にパルスされるまで負のままであるまで、上記は残る。当業者が理解するように、永久電磁石コイル１３４、５２４に大電流パルス１４４を与えて永久電磁石１４０の分極を正又は負に反転させることに加えて、交流パルス１４４を減少させる列を適用すると、永久電磁石の磁束がゼロに減少する。

ここで図６Ｅを参照すると、本出願の実施例による軟磁性材料６７０の磁化図が示されている。軟磁性材料には、鉄、コバルト、ニッケル、及びヒペルコ、パーマロイ、電磁鋼、アモルファス金属合金材料などの合金が含まれる場合がある。本明細書に記載されるように、軟磁性材料を使用して、磁極片２３４を製造する。図６Ｅは、磁気的に柔らかいヨーク２０８を特徴とする図２Ｂに示されるような包囲コイルを通って移動する電流から得られる外部から印加される磁場強度６５８の関数としての磁気的に柔らかい材料の磁束密度６５４を示す。磁気的に柔らかい材料は、磁化を保持せず、したがって、アレイ内の永久電磁石１４０からの磁束を効率的に空隙２２４に、そして強磁性表面２０４を通して伝導することができるので、永久電磁石アレイに使用されるすべての磁極片２３４に使用される。

ここで図７Ａを参照すると、本出願の実施例による、永久電磁石アレイ７００を示す図が示されている。図７Ａは、絶縁体フィルム層７２０上の層状蛇行導体トレース７１６から形成された巻線を備えた３４部材の永久電磁石アレイの分解図７００を示している。蛇行巻線の配置は、短距離の引力に使用される並んだ永久電磁石アレイで磁化の交互の極性パターンのみを生成するように設計されている。巻線の設計は、優れた短距離引力の目的を果たす。蛇行パターンの巻線は、導体のパッキング密度が丸線巻線で達成できるよりも高いため、アレイに並外れた磁束強度をもたらす。

蛇行巻線は、絶縁膜層７２０上にある偶数７０４及び奇数７０８のパターン化された導体経路７１６を交互に配置することから製造することができる。使用実例では、電流は、端子２ ７３２Ｂから最上層７３６のトップパッドを通って偶数層７０４に内向きに流れることができ、次いで、偶数層の蛇行道を移動し、次いで、奇数層７０８の上部端子にはんだ付けされた下部端子から出る。奇数７０８及び偶数７０４層の対及び相互接続７２８は、それらのはんだパッドが一緒に接続された状態で積み重ねられ続け、ある層から次の層への連続電流回路を形成する。最後に、層７０４、７０８のスタック７２４を通過した後、反対側の端子１ ７３２Ａが取り付けられている最下層７４０に到達する。最下層７４０は、端子１ ７３２Ａにルーティングされる。層７２４のスタック内の各層７０４、７０８は、通過する磁石コア１０４のそれぞれのための穴７１２を含む。

絶縁フィルム７２０は、コイル層間７２４間の短絡を防ぐために提供される。これは、ポリアミドなどの銅メッキ薄膜プラスチックの導電性トレース７１６をエッチングして、所望の巻線パターンで銅コイル層を残し、ポリアミド絶縁フィルム７２０に密接に接合させる、可撓性プリント回路製造を使用して達成することができる。他の実施例では、他のＰＣＢ絶縁材料及び導体も可能である。開示された実施例の意図から逸脱することなく、他の形態の製造マットを使用する。一実施例では、磁石コア１０４は、幅約３．２ｍｍ×長さ６．４ｍｍであり得る。ただし、最終的な要件に基づいて、任意の実用的なサイズと形状を使用できる。

ここで図７Ｂを参照すると、本出願の実施例による、均一な蛇行コイル層の詳細７０４を示す図が示されている。図７Ｂは、コイル回路層の偶数層７０４上の導体配線トレース７１６及び絶縁体７２０の詳細を示している。電流トレースは、上部のはんだパッド７５０Ａから始まり、下部のはんだパッド７５４Ａに到達するまで、それぞれが半分回転するように、連続する各磁気コア１０４の周りを曲がりくねっている。この電流は、アレイ内の各交流磁石コア１０４の周りを時計回り及び反時計回りに流れる。したがって、導通すると、電流パルス１４４は、続いて、交互の極性シーケンスで各磁気コア１０４を磁化する。蛇行回路の層を通って移動する電流は、各磁気コア１０４に磁束の連続する半回転７５８を順番に追加する。例えば、時計回りに流れる電流は、偶数層７０４上の磁石コア１０４の１つの周りを半回転し、続いて、前の層からの同じ方向の半回転の下で、時計回りの半回転方向に同じ電流を流す次の奇数層７０８の蛇行経路に流れる。

ここで図７Ｃを参照すると、本出願の実施例による、奇数の蛇行コイル層の詳細７０８を示す図が示されている。図７Ｃは、コイル回路層の奇数層７０８上の導体配線トレース７１６及び絶縁体７２０の詳細を示している。奇数層７０８の特徴及び動作は、図７Ｂの偶数コイル層７０４に関して説明した通りであるが、代わりに、下部はんだパッド７５４Ｂ及び上部はんだパッド７５０Ｂを含む。

ここで図７Ｄを参照すると、本出願の実施例による、スパイラル・コイル層相互接続の詳細７６０を示す図が示されている。図７Ｄは、ある層から次の層に電気的に接続された円形コイルリンクの層を示しており、円形リンク及び接続が一緒になって、磁気コア１０４の上下にらせん状電流経路７６８を形成する。実際には、スパイラル・コイル７６４を作成したのと同じプリント回路技術を使用して、特定のコイルを直列又は並列に接続して、一度に一緒に動作させることができる。例えば、コイル１、２、３、及び４が直列又は並列に接続され、電流１４４でパルスされる場合、それらは磁気コア１、２、３、及び４に１つの極性を生成する可能性がある。同様に、コイル５、６、７、及び８が電気的に直列又は並列に接続され、電流１４４でパルスされる場合、それらは磁気コア５、６、７、及び８に共通の極性を採用することもできる。

実際には、コア１、２、３、及び４がコア５、６、７、及び８と反対に磁気分極されている場合、結果として得られる永久電磁石アレイは短距離引力モードにプログラムされる。このモードを図７Ｆに示す。さらに、コア１、２、３、及び４がコア５、６、７、及び８と同じように磁気分極されている場合、永久電磁石アレイはより長距離の引力モードにプログラムされる。このモードを図７Ｇに示す。

したがって、らせん巻き法７６８は、１つの永久電磁石アレイを、短距離引力又は長距離引力のいずれかのためにプログラムすることを可能にする。最後に、交流パルス１４４の減少するチェーンを各直列又は並列に接続されたコイル（図６Ｂ）に導入すると、アレイが消磁され、引力が生じなくなる。このモードを図７Ｈに示す。

ここで図７Ｅを参照すると、本出願の実施例による、スパイラル・コイル層の詳細７７０を示す図が示されている。図７Ｅは、端子１ ７３２Ａ及び端子２ ７３２Ｂを備えた相互接続されたスパイラル・コイルを提供するために、エッチングされた導体層が別の導体層の上で相互接続されたものであることを示している。

ここで図７Ｆを参照すると、本出願の実施例による、高力及び短距離引力７８０のための永久電磁石アレイの上面図を示す図が示されている。図７Ｆは、永久電磁石アレイ７８４の上面図を示している。それぞれ４つの磁石コア１０４の２つの列を備えた２Ｘ４の例示的な構成が示されている。高力／短距離引力構成は、反対に分極された永久電磁石１４０を利用して、短い磁束戻り経路を容易にする。第１又は最上列において、第１及び第３の磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＮ極１１６を有し、第２及び第４の磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＳ極１２０を有する。第２又は最下列において、第２及び第４の磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＮ極１１６を有し、第１及び第３の磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＳ極１２０を有する。

ここで図７Ｇを参照すると、本出願の実施例による、より低い力及びより長距離の引力７８６のための永久電磁石アレイの上面図を示す図が示されている。図７Ｇは、永久電磁石アレイ７８８の上面図を示している。それぞれ４つの磁石コア１０４の２つの列を備えた２Ｘ４の例示的な構成が示されている。より低い力／より長距離の引力構成は、同じように分極された永久電磁石１４０を利用して、長い磁束戻り経路を容易にする。両方の列において、すべての磁石コア１０４は、鉄対象物表面２０４に面するＮ極１１６を有する。

ここで図７Ｈを参照すると、本出願の実施例による、消磁された永久電磁石アレイ７９０の上面図を示す図が示されている。それぞれ４つの磁石コア１０４の２つの列を備えた２×４の例示的な構成が示されている。図７Ｆ及び７Ｇに示される構成とは異なり、図１Ｃのすべての磁石コア１０４は、消磁７９４され、極性配向を有さない（すなわち、Ｎ極１１６又はＳ極１２０を有さない）。

ここで図８Ａを参照すると、本出願の実施例による、短距離引力８００のために分極されたエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイの上面図を示す図が示されている。

図８Ａは、８部材のエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイの上面図である。示されているアレイは、示されている南北交互のパターンで分極されており、短距離引力に対してこの構成を最適化する。この実例では、１つの永久電磁石の長さの極性変化間の距離に名目上等しい短距離。

エンド・オン・エンド構成は、さまざまな方法で実装できることに注意されたい。これは、図４Ａ／４Ｂに示すように、直線又は部分的／完全に湾曲したアレイとして、又は図８Ａに示すように近接構成として実装できる。閉じた構成は、線形又は湾曲したアレイのように開始点又は終了点が定義されている必要はなく、幾何学的形状又は非幾何学的形状として実装できる。図８Ａは、一対の永久電磁石１４０の間に磁極片２３４を備えた「正方形」の実施例を示している。

ここで図８Ｂを参照すると、本出願の実施例による、エンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイ及び磁束線８１０の側面図を示す図が示されている。図８Ｂは、図８Ａの永久電磁石アレイ８００の側面図を表す。側面からは、９つの磁極片２３４のうち３つだけが見え、磁極片２３４Ａ、２３４Ｂ、及び２３４Ｃとして識別され、２つの永久電磁石１４０は、永久電磁石１４０Ａ及び永久電磁石１４０Ｂとして識別される。各永久電磁石１４０は、それ自身の磁束方向１１２を有し、Ｓ極１２０からＮ極１１６に進む。

ここで図８Ｃを参照すると、本出願の実施例による、より長距離の引力８２０のために分極されたエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイの上面図を示す図が示されている。図８Ｃは、４つの永久電磁石１４０の２つのストリングがそれぞれ左から右に同じ方向に分極されている、エンド・オン・エンドの永久電磁石アレイ８２０を示している。したがって、右端の磁極片２３４は、アレイの最もＮ側のＮ極１１６であり、左端の磁極片２３４は、アレイの最もＳ側のＳ極１２０である。図８Ｃは、図８Ｄの対応するエッジビューを提供するために、４５度に傾斜している。

ここで図８Ｄを参照すると、本出願の実施例による、より長距離の引力及び磁束線８３０用にプログラムされたエンド・オン・エンドの２次元永久電磁石アレイの側面図を示す図が示されている。図８Ｄは、図８Ｃのエッジビューを示し、この構成を長距離引力に最適化する長い磁束線を示している。名目上、エンド・オン・エンドのマ磁石アレイのＮ極１１６とＳ極１２０の間の距離で定義される長距離。

実際には、永久電磁石コイルの半分は、直列又は並列の１つのグループとして電気的に接続され、残りの半分は、直列又は並列に別々に接続される。したがって、各グループは、図５Ａ～図５Ｆに関して示され説明されているような電子装置である、それ自体の専用のＨブリッジドライバを有することができる。Ｈブリッジドライバは、図６Ａ～図６Ｃを参照して示し及び説明されているような、磁化及び消磁の電流パルスを供給する。この場合、巻線の２つのグループが反対方向に分極されていると、アレイは短距離の引力に最適化される。２つのグループが同じ方向に分極されると、アレイは長距離の引力に最適化される。エッジビュー８３０では、５つの磁極片２３４、磁極片２３４Ａ、２３４Ｂ、及び２３４Ｃが見える。磁極片２３４の各対の間に、４つの永久電磁石１４０が見える。

ここで図９Ａを参照すると、本出願の実施例による、第１のコイル磁化プロセス９００を示すフローチャートが示されている。第１の実施例は、単一の充電サイクルで永久電磁石アレイを磁化し、図５Ａ～図５Ｆに示される充電パルス状態を参照する。一実施例では、永久電磁石アレイは、平行に配置された共通の長さの複数の永久電磁石と、複数の永久電磁石の第１の端部に結合された平面磁極片とを含む。各永久電磁石は、第１の端部と第１の端部の反対側の第２の端部とを含む。第２の実施例では、永久電磁石アレイは、複数の磁極片と、共通の長さの複数の永久電磁石とを含む。各永久電磁石は、第１及び第２の端部を含み、永久電磁石は、一対の磁極片の間に端から端まで直線的に配置され、一対の磁極片に結合されている。フローはブロック９０４から始まる。

ブロック９０４では、すべての永久電磁石１４０は既存の状態にある。既存の状態は、高力／短い引力状態、より低い力／より長い引力状態、又は消磁状態を含み得る。フローはブロック９０８に進む。

ブロック９０８で、制御回路５１６は、（異なる）所望の磁気状態を生成するためのコマンド５２０を受け取る。フローはブロック９１２に進む。

ブロック９１２で、制御回路５１６は、コマンド５２０からのすべてのコイル５２４及び永久電磁石１４０に必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を定義する。フローは、ブロック９１６に進む。

ブロック９１６で、制御回路５１６は、充電器５０８がコンデンサ５１２を充電することを可能にする。フローは、ブロック９２０に進む。

ブロック９２０で、充電器５０８はコンデンサ５１２を充電する。フローは決定ブロック９２４に進む。

決定ブロック９２４で、制御回路５１６は、コンデンサ５１２が完全に充電されているかどうかを決定する。コンデンサ５１２が完全に充電されている場合、フローはブロック９２８に進む。コンデンサ５１２が完全に充電されていない場合、フローは代わりにブロック９２０に進み、コンデンサ５１２を充電し続ける。

ブロック９２８で、コンデンサ５１２が充電され、制御回路５１６が充電器５０８を無効にする。フローはブロック９３２に進む。

ブロック９３２で、制御回路５１６は、スイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を、ブロック９１２で定義された必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に設定する。フローは、ブロック９３６に進む。

ブロック９３６で、コンデンサ５１２は、必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に対応する閉じたスイッチを通して放電する。フローは、ブロック９４０に進む。

ブロック９４０で、永久電磁石アレイは、所望の磁気状態を生成する。フローはブロック９４０で終了する。

ここで図９Ｂを参照すると、本出願の実施例による、第２のコイル磁化プロセス９５０を示すフローチャートが示されている。第２の実施例は、一連の充電サイクルで永久電磁石アレイを磁化する。図９Ｂは、必要な磁気状態が生成されるまで発生する磁化電流パルス１４４への蓄積コンデンサ５１２の繰り返しの放電を通して、永久電磁石アレイの磁化を最適化するためのプロセスを示す。この状態は、図６Ａに示される４つの電流パルス１４４のような特定の数の磁化パルスが使用されるときである可能性がある。そうでなければ、電流パルス１４４は、図１１Ａ及び図１１Ｃに示されるようなユニットからの磁束センサ出力を使用することによって測定されるように、必要な電界強度が達成されるまで継続され得る。フローはブロック９５４から始まる。

ブロック９５４では、すべての永久電磁石１４０は既存の状態にある。既存の状態は、高力／短距離引力状態、低力／長距離引力状態、又は消磁状態を含み得る。フローはブロック９５８に進む。

ブロック９５８で、制御回路５１６は、（異なる）所望の磁気状態を生成するためのコマンド５２０を受け取る。フローはブロック９６２に進む。

ブロック９６２で、制御回路５１６は、コマンド５２０からのすべてのコイル５２４に必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を定義する。フローは、ブロック９６６に進む。

ブロック９６６で、制御回路５１６は、充電器５０８がコンデンサ５１２を充電することを可能にする。フローは、ブロック９７０に進む。

ブロック９７０で、充電器５０８はコンデンサ５１２を充電する。図５Ｂ～図５Ｃ又は５Ｂ～図５Ｄによる連続する各充電サイクルは、コンデンサ５１２を連続的に高いレベルに充電する。永久電磁石１４０が完全に磁化されるまで、充電シーケンスが繰り返される。一実施例では、永久電磁石１４０は、永久電磁石１４０が所定のレベルよりも大きい引力を有する場合に、完全に磁化され得る。フローは決定ブロック９７４に進む。

決定ブロック９７４で、制御回路５１６は、コンデンサ５１２が完全に充電されているかどうかを決定する。コンデンサ５１２が完全に充電されている場合、フローはブロック９７８に進む。コンデンサ５１２が完全に充電されていない場合、フローは代わりにブロック９７０に進み、コンデンサ５１２を充電し続ける。

ブロック９７８で、コンデンサ５１２が充電され、制御回路５１６が充電器５０８を無効にする。フローはブロック９８２に進む。

ブロック９８２で、制御回路５１６は、スイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を、ブロック９６２で定義された必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に設定する。フローは、ブロック９８６に進む。

ブロック９８６で、コンデンサ５１２は、必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に対応する閉じたスイッチを通して放電する。フローは、決定ブロック９９０に進む。

決定ブロック９９０で、制御回路５１６は、より多くのコンデンサ５１２の放電サイクルが必要かどうかを決定する。永久電磁石１４０がまだ完全に磁化されていない場合、又は所定の数の磁化サイクル（ブロック９６６～９８６）がまだ完了していない場合、より多くの放電サイクルが必要とされる。より多くの放電サイクルが必要な場合、フローはブロック９６６に進み、コンデンサ５１２を再び充電する。それ以上の放電サイクルが必要ない場合、フローは代わりにブロック９９４に進む。

ブロック９９４で、永久電磁石アレイは、所望の磁気状態を生成する。フローはブロック９９４で終了する。

ここで図１０を参照すると、本出願の実施例による、コイル消磁プロセス１０００を示すフローチャートが示されている。消磁プロセスは、連続的に減少する充電サイクルのシーケンスで永久電磁石アレイを非アクティブ化する。図１０は、永久電磁石アレイを消磁するプロセスを示している。必要な放電サイクルの数は、１０又は２０などの数であり得るか、又は、図１１Ａ又は図１１Ｃからの磁力計の読み取り値が十分に低い値に減少するためにどのくらい多くの電流パルス１４４が必要かに基づくことができる。フローはブロック１００４から始まる。

ブロック１００４で、すべての永久電磁石コイル５２４は既存の状態にある。既存の状態は、高力／短距離引力状態又は低力／長距離引力状態を含み得る。フローはブロック１００８に進む。

ブロック１００８で、制御回路５１６は、永久電磁石１４０を消磁するためのコマンド５２０を受け取る。フローは、ブロック１０１２に進む。

ブロック１０１２で、制御回路５１６は、コマンド５２０から、すべてのコイル５２４について必要なコンデンサ５１２電圧及びスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を取得する。フローは、ブロック１０１６に進む。

ブロック１０１６で、制御回路５１６は、充電器５０８がコンデンサ５１２を充電することを可能にする。フローは、ブロック１０２０に進む。

ブロック１０２０で、充電器５０８はコンデンサ５１２を充電する。図６Ｂによると、充電器５０８は、コンデンサ５１２を連続的に低い電圧に充電する。永久電磁石１４０が消磁されるまで、充電シーケンスが繰り返される。一実施例では、永久電磁石アレイが正味ゼロの引力を有する場合、永久電磁石アレイは消磁され得る。別の実施例では、永久電磁石アレイが所定のレベルの引力よりも低い場合、永久電磁石アレイを消磁することができる。フローは決定ブロック１０２４に進む。

決定ブロック１０２４で、制御回路５１６は、コンデンサ５１２が所望の電圧に到達したかどうかを決定する。消磁動作の場合、コンデンサ５１２は、各ステップで完全に充電されるのではなく、各充電動作又は他のすべての充電動作でより低い電圧に連続的に充電される。コンデンサ５１２が所望の電圧に達した場合、フローはブロック１０２８に進む。コンデンサ５１２が所望の電圧に達していない場合、フローは代わりにブロック１０２０に進み、コンデンサ５１２を充電し続ける。

ブロック１０２８で、コンデンサ５１２は所望の電圧に充電され、制御回路５１６は充電器５０８を無効にする。フローはブロック１０３２に進む。

ブロック１０３２で、制御回路５１６は、スイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０を、ブロック１０１２で定義された必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に設定する。フローは、ブロック１０３６に進む。

ブロック１０３６で、コンデンサ５１２は、必要なスイッチ状態５２８、５３２、５３６、５４０に対応する閉じたスイッチを通して放電する。フローは、決定ブロック１０４０に進む。

決定ブロック１０４０で、制御回路５１６は、より多くの放電サイクルが必要かどうかを決定する。永久電磁石１４０がまだ消磁されていない場合、又は所定の数の消磁サイクル（ブロック１０１６－１０３６）がまだ完了していない場合、より多くの放電サイクルが必要とされる。それ以上の放電サイクルが必要な場合、フローはブロック１０１６に進み、コンデンサ５１２を再び充電する。それ以上の放電サイクルが必要ない場合、フローは代わりにブロック１０４４に進む。

ブロック１０４４で、永久電磁石アレイが消磁され、消磁プロセスが完了する。フローはブロック１０４４で終了する。

ここで図１１Ａを参照すると、本出願の実施例による、磁力計設置１１００の側面図を示す図が示されている。磁力計は、多くの場合、センサ（磁力計）１１０４を通って流れる磁束を測定するホール効果センサに基づいている。それは、平面磁極片２３４の裏側に取り付けられ、永久電磁石アレイの１つ又は複数の永久電磁石１４０と位置合わせされている。

図１１Ａは、並んだ永久電磁石アレイ用の磁力計の設置を示している。この構成では、アレイの個々の永久電磁石１４０を出入りする磁束の一部は、例えば、個々の永久電磁石１４０から磁力計ヨーク１１０４を通って磁極片２３４に戻る磁束の一部を伝導するなど、磁極片２３４の機械加工された円形溝又は磁束迂回スロット１１１２によって迂回される。永久電磁石１４０の１つを通過する磁束の量を知ることにより、アレイ全体が強磁性表面２０４からほぼ同じ距離にあるときに、アレイ全体を通過する磁束を推定することができる。

センサ１１０４を通って流れる磁束を測定することによって、プロセッサ又は制御回路５１６は、異なる機能を最適化することができる。

１．通電及び放電－永久電磁石の状態を知ることによって、そして磁束を測定することによって、制御回路５１６は、状態変化コマンド５２０を達成するためにコンデンサ５１２に適切な充電電圧を選択することができる。これにより、消磁サイクルを実行するときに、所望の状態のオーバーシュート又はアンダーシュートを防ぐのを助けることができる。センサ１１０４からの信号は、制御回路５１６に供給されるアナログ電圧出力、無線信号、光信号などであり得る。

２．対象物感知－鉄対象物表面２０４と強く密接に接触している活性化された永久電磁石１４０は、回路の磁気抵抗が低いため、高い総磁束を有する可能性がある。鉄対象物２０４が良好に接触していないか、又は完全に存在しない場合、磁束は、磁気回路を完成させるために、高磁気抵抗の空気又は真空ギャップを介して戦わなければならず、総磁束を大幅に低下させる。したがって、永久電磁石１４０が作動し、測定された磁束が予想よりもはるかに低い場合、それは、強磁性表面２０４との良好な接触がないことの指標である可能性がある。これは、接触が良好でない可能性があることを視覚的に確認する人間のオペレータがいない可能性がある自動化されたプロセスに特に役立つ。

一実施例では、永久電磁石アレイは、複数の永久電磁石の反対側の磁極片の背面にある溝、囲まれた領域内で背面に取り付けられた磁束センサ、並びに、磁極片の反対側の磁束センサ及び溝の外側の磁極片に取り付けられた鉄製のキャップを含み得る。溝は、１つ又は複数の永久電磁石に対応する領域を囲む。１つ又は複数の永久電磁石を通って流れる磁束の一部は、磁束センサを通って流れ、それに応答して、磁束センサは、永久電磁石アレイと鉄表面との間の距離を反映する近接表示を提供するように構成される。

別の実施例では、永久電磁石アレイは、永久電磁石の端部と磁極片との間に取り付けられた磁束センサを含むことができる。磁束センサは、永久電磁石アレイと鉄表面との間の距離を反映する近接表示を提供するように構成されている。

ここで図１１Ｂを参照すると、本出願の実施例による、磁力計設置１１２０の底面図を示す図が示されている。図１１Ｂは、磁石１１２、磁力計１１０４、及び磁束迂回スロット１１１２の間の位置関係を示している。

図１１Ｂは、永久電磁石コア、磁力計１１０４、及び磁束迂回スロット１１１２の同軸位置決めを示す、磁力計１１０４の取り付けの底面図を示している。リターン・パス・ヨークはこの図には示されていないが、迂回スロット１１１２の直径に重なっている。

ここで図１１Ｃを参照すると、本出願の実施例による、エンド・オン・エンドアレイ１１３０の厚さモード磁束センサの側面図を示す図が示されている。図１１Ｃは、厚さモード磁束センサ１１０４を取り付けて、エンド・オン・エンド磁気アレイの１つのアームを通って流れる磁束を測定する方法を示している。磁束センサ１１０４は、（例えば）ホール効果又は磁束ゲート効果に基づいて、センサを通って移動する磁束に比例する電圧信号を出力する電子デバイスである。厚さモード磁束センサは、厚みを通過する磁束を測定する磁束センサである。永久電磁石アレイが鉄表面２０４に実質的に平行である場合、１つの磁束センサ１１０４の出力は、アレイ全体の磁束強度及び引力を示し得る。磁束は、永久電磁石アレイ、磁極片２３４、空隙２２４、強磁性表面２０４、及び厚さモード磁束センサ１１０４を通って移動し、磁気回路を形成する。

実際には、永久電磁石アレイを備えた磁束センサ１１０４の使用により、ユーザは、アレイが表面に磁気的に取り付けられているか（センサ１１０４を通る高磁束）、又は、鉄表面２０４に引き付けられるが接続されていないか（中程度の磁束）、又は鉄表面２０４から遠く離れているか（低磁束）どうかを決定することができる。

最後に、当業者は、本出願の同じ目的を実行するための他の構造を設計又は修正するための基礎として、添付の特許請求の範囲によって定義される出願の精神及び範囲から逸脱することなく、開示された概念及び特定の実施例を容易に使用できることを理解すべきである。

本明細書の図に一般的に説明及び図示されているように、本出願の構成要素は、多種多様な異なる構成で配置及び設計され得ることが容易に理解されよう。したがって、実施形態の詳細な説明は、特許請求されるような出願の範囲を限定することを意図するものではなく、単に、出願の選択された例示的な実施例を代表するものである。

当業者は、上記のような適用が、異なる順序のステップで、及び／又は具体的に開示されているものとは異なる構成のハードウェア要素で実施され得ることを容易に理解するであろう。したがって、出願はこれらの好ましい実施例に基づいて説明されてきたが、出願の精神及び範囲内にとどまりながら、特定の修正、変形、及び代替の構造が明らかであることは当業者には明らかであろう。したがって、出願の範囲と範囲を決定するために、本特許請求の範囲を参照する必要がある。

本出願の好ましい実施例が説明されてきたが、説明された実施例は例示にすぎず、同等物及び変更（例えば、プロトコル、ハードウェアデバイス、ソフトウェアプラットフォームなど）の全範囲を考慮した場合、出願の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるべきであることが理解されるべきである。

Claims (4)

1. 永久電磁石のアレイであって、各々の永久電磁石が磁気的硬質材料から共通の長さを有するように構成され、各々の永久電磁石が、第１の端部と、前記第１の端部の反対側にある第２の端部とを含む、永久電磁石のアレイと、
   前記複数の永久電磁石の前記第１の端部に結合された平面状の磁極片と、
   複数の第１の蛇行コイル層であって、各々の第１の蛇行コイル層が複数の第１の穴を含み、各々の第１の穴が前記永久電磁石の１つを受容するように使用可能であり、各々の第１の蛇行層が、前記永久電磁石のそれぞれの周りに１つの半回転コイルを提供して前記永久電磁石の前記半回転コイルの周りに電流を伝導するように使用可能な導電性トレースをさらに含む、複数の第１の蛇行コイル層と、
   複数の第２の蛇行コイル層であって、各々の第２の蛇行コイル層は複数の第２の穴を含み、各々の第２の穴が前記第１の蛇行コイル層の前記第１の穴の１つに対応する前記永久電磁石の１つを受容するように使用可能であり、各々の第２の蛇行層が、前記永久電磁石のそれぞれの周りに１つの半回転コイルを提供して前記永久電磁石の前記半回転コイルの周りに電流を伝導するように使用可能な導電性トレースをさらに含む、複数の第２の蛇行コイル層と、を備え、
   前記複数の第１の蛇行コイル層は、前記複数の第２の蛇行コイル層と相互積層されて電気的に結合されて、前記第１の蛇行コイル層の前記半回転コイル及び前記第２の蛇行コイル層の前記半回転コイルによって前記永久電磁石の周りに全回転コイルを提供する、永久電磁石システム。
2. 前記第１の蛇行コイル層及び前記第２の蛇行コイル層の前記導電性トレースのそれぞれは、絶縁フィルムに接合されている、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記磁気的硬質材料部分が、アルニコ、ネオジム、又はサマリウムコバルトのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１に記載のシステム。
4. 前記平面状の磁極片が、ヒペルコ、パーマロイ、電磁鋼、又はアモルファス金属合金材料のうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１に記載のシステム。