本申请要求于2015年9月21日提交的美国临时申请No.62/221,257和于2016年2月10日提交的美国临时申请No.62/293,595的权益和优先权，这些申请的全部内容通过参引并入本文。
背景技术：
本发明总体上涉及工具领域。本发明具体地涉及比如水准仪、气泡式水准仪(a spirit level)、方坯状鱼雷式水准仪(billet torpedo type level)、块状鱼雷式水准仪(block torpedo type level)之类的工具，其中一个或更多个磁性部件构造成将水准仪耦合至磁性结构或磁性工件。水准仪如气泡式水准仪用于确定结构、表面或工件的水平度。在使用中，水准仪放置在待测量的表面上或与待测量的表面接触，并且使用者观察管内的气泡相对于指示结构、表面或工件的水平度的标记的位置。
技术实现要素：
本公开的一个实施方式涉及一种工具、特别是水准仪，该工具包括磁耦合元件，该磁耦合元件定位成引导磁耦合场穿过或超出工具的表面。在各种实施方式中，工具是水准仪并且该表面是水准仪的构造成接合工件的表面的平坦的基部表面。
在各种实施方式中，水准仪包括由第一金属材料形成的水准仪本体，并且磁耦合元件是磁路，该磁路包括定位成与至少一个金属结构相邻的磁体，所述至少一个金属结构由第二金属材料形成，该第二金属材料与第一金属材料不同。在各种实施方式中，磁路的磁体位于一对金属结构之间，并且磁路耦合至水准仪本体。在一些这种实施方式中，金属结构中的每个金属结构均包括面向外的表面和面向内的表面，该面向外的表面接合水准仪本体的内部表面，该面向内的表面接合磁体的外表面。在一些这种实施方式中，水准仪本体与金属结构的表面之间的接合形成将磁路保持在水准仪本体内的压配合。在一些这种实施方式中，水准仪本体和金属结构的形成压配合的表面的至少部分为竖向表面。
在各种实施方式中，磁体的高度比所述至少一个金属结构的高度小，使得磁体在水准仪本体内低于所述至少一个金属结构而成凹入的。在各种实施方式中，所述至少一个金属结构由钢形成，并且磁体是稀土磁体。
在各种实施方式中，磁体的外表面和所述至少一个金属结构的外表面成形为彼此接合且互锁。在各种实施方式中，磁体的外侧向表面是非竖向表面，并且所述至少一个金属结构的外侧向表面是非竖向表面，磁体的外侧向表面与所述至少一个金属结构的外侧向表面彼此接合。在各种实施方式中，磁体的外侧向表面是成角度的表面，并且磁体包括上表面。在这种实施方式中，磁体的成角度的表面的最大宽度比上表面的最大宽度大。
在各种实施方式中，水准仪包括沿着平坦的基部表面或相对于平坦的基部表面间隔开的多于一个的分开的磁路。在各种实施方式中，磁路是长形的，使得磁路延伸了水准仪的纵向长度的至少30％。在各种实施方式中，水准仪可以包括形成在本体中的长形凹槽或通道，并且磁路位于长形凹槽或通道中。在各种实施方式中，磁体具有与平坦的基部表面大致平行的南北轴线。在一些这种实施方式中，磁体的南北轴线与水准仪本体的纵向轴线大致平行，并且在其他实施方式中，磁体的南北轴线与水准仪本体的宽度轴线大致平行。
本公开的另一实施方式涉及一种水准仪。水准仪包括水准仪本体，该水准仪本体由第一金属材料形成，并且水准仪本体限定有构造成接合工件基部表面。水准仪包括：至少一个水准仪管，所述至少一个水准仪管位于水准仪本体内；以及位于水准仪本体中的腔，该腔沿着基部表面限定开口。水准仪包括磁路，该磁路在腔内耦合至水准仪本体。磁路包括一对金属结构，所述一对金属结构由第二金属材料形成。第二金属材料是铁磁性材料并且与第一金属材料不同。磁路包括永磁体，该永磁体位于所述一对金属结构的相对的内表面之间。
本公开的另一实施方式涉及一种水准测量装置，该水准测量装置构造成测量工件的水平度。水准测量装置包括水准仪本体，该水准仪本体具有平坦的基部表面并且限定纵向轴线。水准测量装置包括位于水准仪本体内的至少一个水准仪管。水准测量装置包括磁耦合元件，磁耦合元件由水准仪本体支承成使得由磁耦合元件产生的磁场从基部表面向外延伸，并且磁耦合元件具有南北轴线。磁耦合元件相对于水准仪本体定位成使得南北轴线定位成与平坦的基部表面大致平行并且与纵向轴线大致垂直。
本公开的另一实施方式涉及一种工具，该工具包括工具本体，该工具本体由第一材料形成并且具有第一表面。该工具包括磁耦合元件，该磁耦合元件由工具本体支承成使得由磁耦合元件产生的磁场从第一表面向外延伸。磁耦合元件包括永磁体和至少部分地围绕永磁体的金属套管结构。金属套管结构由下述磁性材料形成：该磁性材料与第一材料不同并且该磁性材料的磁阻比第一材料的磁阻小。
将在随后的详细描述中对另外的特征和优点进行阐述，并且另外的特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员而言根据描述将是显而易见的或者将通过实践如书面描述、本文的权利要求以及附图中所描述的实施方式而被认识到。应当理解的是，前面的总体描述和下面的详细描述两者均是示例性的。
包括附图以提供进一步的理解，并且附图被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了一个或更多个实施方式并且与说明书一起用于说明各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的水准仪的立体图。
图2是根据示例性实施方式的图1的水准仪的示意性截面图。
图3是示出了根据示例性实施方式的磁路的磁场的示意性截面图。
图4是根据示例性实施方式的图1的水准仪的侧视图。
图5是根据示例性实施方式的图1的水准仪的俯视图。
图6是根据示例性实施方式的磁路套管的侧视图。
图7是根据示例性实施方式的磁路套管的俯视图。
图8是根据另一示例性实施方式的水准仪的立体图。
图9是根据另一示例性实施方式的水准仪的立体图。
图10是根据另一示例性实施方式的水准仪的立体图。
图11是根据另一示例性实施方式的磁路的示意图。
图12是根据另一示例性实施方式的水准仪的立体图。
图13是示出了根据另一示例性实施方式的磁路的磁场的示意截面图。
图14是根据另一示例性实施方式的水准仪的侧视图。
图15是根据另一示例性实施方式的磁路的立体图。
图16是根据示例性实施方式的图15的磁路的磁体的侧视图。
图17是根据示例性实施方式的图15的磁路的金属套管的侧视图。
图18是根据示例性实施方式的水准仪的包括用于接纳磁路的凹部的部分的立体图。
图19是根据示例性实施方式的图18的水准仪凹部的侧视截面图。
图20是根据示例性实施方式的安装在图18的凹部中的图15的磁路的立体图。
图21示出了根据示例性实施方式将图15的磁路插入到图18的凹部中。
图22是根据另一示例性实施方式的磁路的立体图。
图23是根据示例性实施方式的位于水准仪本体内的图22的水准仪的磁路的详细视图。
图24是根据示例性实施方式的图23中示出的磁路的详细截面图。
具体实施方式
总体上参照附图，示出了水准仪的各种实施方式。通常，本文所论述的水准仪包括水准仪基部和一个或更多个水准仪管。如通常将理解的，水准仪的基部被放置在工件(例如，结构、表面等)上，以便水准仪的使用者测量结构的表面的水平度。本文所论述的水准仪的实施方式包括沿着基部定位的一个或更多个磁耦合元件，所述一个或更多个磁耦合元件便于借助于磁吸引而将水准仪附接至磁性(例如，铁磁性)工件。在本文所论述的各种实施方式中，水准仪包括磁耦合布置，该磁耦合布置增大了由磁耦合元件产生的磁耦合力。例如，在一些实施方式中，磁耦合元件的磁体的南北轴线相对于水准仪的基部表面和/或磁性工件对准(例如，与工件表面和/或水准仪的基部平行)以增大磁耦合力的水平。
此外，在具体实施方式中，磁耦合元件中的一个或更多个磁耦合元件形成为磁路，在该磁路中永磁体位于由具有低磁阻的材料形成的部件(例如，钢套管或铁套管)之间或者由具有低磁阻的材料形成的部件(例如，钢套管或铁套管)包围。如将理解的，磁路的低磁阻材料用于将由永磁体产生的磁场朝向工件聚集/引导，并且由此增大了由永磁体产生的磁耦合力的大小。申请人认为，通过使用本文所论述的磁路和/或永磁体的取向，增大了由具有特定尺寸和材料的永磁体产生的磁耦合力的大小。
此外，申请人已发现一些永磁材料(例如，稀土磁材料)倾向于易碎，从而导致在某些组装过程期间破裂、破碎等。在至少一些实施方式中，本文所论述的磁路布置通过提供在组装期间与可能接触的永磁体间隔开的一个或更多个接合表面而便于将磁路组装到水准仪本体中。在这些实施方式中，在使磁路坐置在水准仪本体内时，将磁路按压到水准仪本体中所需的力可以由接合表面施加，使得可以避免在坐置期间与永磁体的直接接触。在具体实施方式中，接合表面可以是磁路的金属套管中的一个金属套管的表面。由此，在一些实施方式中，本文所论述的磁路布置限制了在组装期间与永磁部件直接接触的需要，这进而限制了损坏永磁体的风险。
参照图1，示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪10的水准测量装置。通常，水准仪10包括本体12，本体12包括基部表面14和相反的表面16。如下面将更详细地说明的，基部表面14是平的、平坦的表面，该表面接合要使用水准仪10来测量的工件的表面。在至少一些实施方式中，本体12由挤压金属材料(例如，挤压铝)形成。在一些具体实施方式中，基部表面14被机加工成在挤压之后具有平的、齐平的或平坦的表面，并且在一些实施方式中，该被机加工的表面可以被阳极氧化。
水准仪10包括穿过本体12形成的多个通孔。如图1中所示，水准仪10包括扩大的开口18、第一管接纳开口20和第二管接纳开口22。水准仪10包括定位成与基部表面14相邻的凹部24。如将理解的，开口20和22以及凹部24接纳三个标准的水准仪管(例如，气泡管)，所述三个标准的水准仪管以相对于基部表面14适当的取向来保持，以便管指示工件的对应表面的水平度。在各种实施方式中，扩大的开口18接纳较大的水准仪管。在其他实施方式中，扩大的开口18可以提供手持部。如图1中所示，水准仪10的本体12总体上限定了纵向轴线26、宽度轴线28和高度轴线30。开口18、20和22各自限定了在水准仪10的左侧与右侧之间延伸的轴线，使得开口18、20和22与纵向轴线26大致垂直。在示出的具体实施方式中，水准仪10是方坯状鱼雷水准仪。
水准仪10包括示出为磁路32、34和36的一个或更多个磁耦合元件。通常，磁路32、34和36产生磁耦合力，该磁耦合力允许水准仪10附接至磁性工件的表面并且在磁性工件的表面保持就位。在图1中示出的实施方式中，水准仪10包括沿着基部表面14间隔开的三个分开的磁路。在其他实施方式中，水准仪10可以包括其他数目的磁路(例如，1、2、4、5、6等)。此外，在示出的实施方式中，磁路32、34和36中的每个磁路均具有彼此相同的结构，但在其他实施方式中，一个或更多个磁路的结构可以与其他磁路的结构不同。
参照图1和图2，这里参考中央磁路34对磁路32、34和36的细节进行说明，应当理解的是，其他磁路32和36以与中央磁路34大致相同的方式形成并且以与中央磁路34相同的方式构造。中央磁路34包括位于永磁体44的任一侧的示出为左套管40和右套管42的一对金属结构、柱、块或套管。
参照图2和图3中，在操作中，包括磁路32、34和36的水准仪10可以借助于由磁体44产生的磁场耦合至或被吸引至磁性工件46(例如，管道)。图3是示出了根据示例性实施方式的磁路、比如磁路34的操作的示意图。在各种实施方式中，由于套管40和42由低磁阻材料(例如，钢)形成，因此套管40和42用于将由磁体44产生的磁场引导/聚集到工件46中，如图3中所示的。通过将低磁阻材料形成的套管40和42放置成与磁体44紧邻或接触，磁体44的磁场被导引穿过套管40和42以使得在特定的磁体尺寸、重量、材料类型等的情况下增大了由磁体44产生的磁耦合力。这由图3中示出的增加的磁通量线的密度来表示。
此外，通过利用本文所论述的磁路布置，形成用以获得一定水平的磁耦合力(例如，大于8磅、大于等于10磅等)的磁体44所需的磁性材料的量相对于不利用套管40和42的磁体布置可以减小。如将理解的，套管40和42的厚度被选择成足够小而使得套管不达到饱和，而是如图3中所示地引导磁场。在特定实施方式中，套管40和42的厚度和/或形状被选择成使得在磁体具有特定的尺寸、形状、材料类型等的情况下增加了从磁路发出远离基部表面14的磁通量的密度(这增大了在基部表面14处的磁耦合力)。在一些这种实施方式中，套管40和42的厚度和/或形状实现了期望的磁特性，同时还减少了形成套管40和42所需的钢材料的量或者使形成套管40和42所需的钢材料的量最小化。
此外，申请人已发现，与至少一些其他南北轴线的对准相比而言，磁耦合力可以通过使磁体44的南北轴线相对于基部表面14、工件46和/或水准仪10的宽度轴线28定位而被控制、选择、增大等。例如，如图2和图3中所示，在各种实施方式中，磁体44的南北轴线与基部表面14大致平行(例如，正或负10度内的平行)，并且在具体实施方式中，磁体44的南北轴线与基部表面14大致平行(例如，正或负10度内的平行)并且还与水准仪10的纵向轴线26垂直。在其他实施方式中，磁路34可以定位成使得磁体44的南北轴线与基部表面14平行并且还与水准仪10的纵向轴线26平行。在具体实施方式中，磁体44的南北轴线与基部表面14在正或负1度内平行。
在其他实施方式中，磁体44的南北轴线不与基部表面14和/或工件46垂直。在各种实施方式中，在图2和图3中示出的平面图中，磁体44的南北轴线与宽度轴线28之间的夹角大于等于0度且小于等于45度，具体地大于等于0度且小于等于30度，并且更具体地大于等于0度且小于等于10度。
在具体实施方式中，申请人已发现，本文所论述的与套管布置结合的南北轴线的定位提供了对工件46而言改进的磁耦合(至少与一些其他磁体布置相比)。在具体实施方式中，磁体44的南北轴线与套管40和42的竖向轴线大致垂直。在这种实施方式中，该布置增大了磁体44的磁场的被允许与套管40和42相互作用的部分，这进而提高了套管引导/聚集磁场的能力。
不希望受特定理论约束，申请人认为本文所论述的磁路布置的功能可以进行如下理解。高磁阻材料可以被认为是“较低磁性的”材料，比如塑料、铝或空气。在高磁阻材料中，磁能被贮存。低磁阻材料是较高磁性的材料，像金属、比如钢。此外，磁体的通量路径通常从磁体的北极流至磁体的南极。如图3中所示，通量路径从磁体44的北极穿过套管40进入到工件46中，返回到套管42中，并且进入磁体44的南极中。在该布置中，在从磁体进入到工件中的通量路径上很少有或没有高磁阻材料(例如，塑料、铝或空气)，并且因而磁体44的全部或基本上全部的磁场可用于与工件的耦合，而不是贮存在高磁阻材料内。
参照图2，在各种实施方式中，水准仪本体12构造成接纳并保持水准仪10的磁路。例如，套管40和42以及磁体44位于形成在本体12中的腔或凹部48内。在该布置中，套管40和42的下表面以及磁体44的下表面坐置在凹部48的面向上的下表面上。此外，套管40的左侧表面抵接并接触凹部48的面向内的左表面，并且套管40的右侧表面抵接并接触磁体44的面向外的左表面。类似地，在磁路34的相反侧，套管42的右侧表面抵接并接触凹部48的面向内的右表面，并且套管42的左侧表面抵接并接触磁体44的面向外的右表面。在一些实施方式中，本体12由与套管40和42的金属材料(例如，钢)不同的金属(例如，铝)形成，本体12的金属材料以及套管40和42的金属材料均与磁体44(例如，稀土磁体)的材料不同。在这种实施方式中，上面论述的接合面中的每个接合面均表示不同材料类型之间的接合面。
在一些实施方式中，水准仪10的磁路压配合到水准仪本体12内的对应的接纳腔(例如，凹部48)中。在这种实施方式中，套管40和42的外表面与凹部48的内表面之间的摩擦力用于使磁路34保持在凹部48中。在一些这种实施方式中，在凹部48内不包括用以使磁路34保持就位的粘合材料或胶合材料。在一些其他实施方式中，粘合材料位于凹部48内以使磁路34保持就位。
参照图2，水准仪10的磁路、比如磁路34还构造成便于磁路34在凹部48内的安装，同时在安装期间保护磁体44免受损坏。在这种实施方式中，磁体44定尺寸成使得磁体44低于套管40和42的在竖向方向上的最外表面而呈凹入的。在该实施方式中，偏移距离设于磁体44的最上表面与套管40和42的最上表面之间。在各种实施方式中，偏移距离在0英寸与0.5英寸之间，并且在另外的实施方式中，偏移距离在0英寸与1英寸之间。在至少一些实施方式中，在将磁路34压配合到凹部48中的步骤期间，偏移距离允许指向下的竖向力施加至套管40和42的上表面。该布置限制或消除了在磁路34被按压到水准仪10中时与磁体44的接触。在特定实施方式中，磁体44由倾向于易碎的稀土磁性材料形成，而该偏移允许磁路34的压配合，同时在压配合期间保护磁体44免受否则由于力的施加而可能发生的损坏。
如图2中所示，套管40和42还低于相邻凹部48的基部表面14而呈凹入的，从而在套管40和42的最上表面与工件46的相对表面之间形成气隙G。在各种实施方式中，套管40和42的相对尺寸以及凹部48的相对尺寸被选择成使得气隙G的高度相对较小，以提高/增大由磁路34产生的耦合力的大小。在各种实施方式中，气隙G的高度小于0.01英寸。在一些实施方式中，套管40和42的相对尺寸以及凹部48的相对尺寸被选择成使得气隙G的高度大于等于零且小于等于0.01英寸，并且在具体实施方式中，气隙G为零，使得套管40和42的上表面与基部表面14共面。此外，如图2中所示，磁路34未被覆盖(例如，被水准仪本体12的一部分覆盖)，使得磁路34的最外表面(示出为在图2的取向上的上表面)限定了水准仪10的最外表面的在凹部48的位置处的部分。
在各种实施方式中，套管40和42、磁体44和凹部48可以根据需要以各种方式成形及定尺寸以获得各种磁场特性以及/或者适应各种水准仪的设计。参照图4至图7，示出了凹部48的各种尺寸和套管40的各种尺寸，应当理解的是，水准仪10的其他凹部与凹部48相同，并且套管42与套管40相同。
如图4中所示，凹部48具有高度H1、长度L1和宽度W1。在各种实施方式中，H1在0.1英寸与0.4英寸之间，具体地在0.2英寸与0.3英寸之间，并且更具体地为约0.26英寸(例如，0.26英寸加或减0.005英寸)。在各种实施方式中，L1在0.2英寸与0.6英寸之间，具体地在0.3英寸与0.4英寸之间，并且更具体地为约0.38英寸(例如，0.38英寸加或减0.001英寸)。在各种实施方式中，W1在0.2英寸与0.7英寸之间，具体地在0.4英寸与0.5英寸之间，并且更具体地为约0.43英寸(例如，0.43英寸加或减0.005英寸)。在具体实施方式中，凹部48的体积在0.01英寸3与0.1英寸3之间，具体地在0.035英寸3与0.05英寸3之间，并且更具体地在0.04英寸3与0.045英寸3之间。在具体实施方式中，凹部48的体积为约0.0425英寸3。申请人认为，如本文所描述的凹部提供了下述功能的组合：该功能的组合包括足以容纳磁体44以及套管40和42的尺寸，同时还提供了用以在水准仪本体12内提供压配合摩擦的充足的本体支承。
参照图6和图7，示出了根据示例性实施方式的套管40的详细视图。图6示出了侧面正视图，并且在该实施方式中，套管40具有高度H2和长度L2，并且如图7中所示的，套管40具有宽度W2。在各种实施方式中，H2在0.1英寸与0.4英寸之间，具体地在0.2英寸与0.3英寸之间，并且更具体地为约0.25英寸(例如，0.25英寸加或减0.005英寸)。在具体实施方式中，H2比H1小，使得套管略微低于基部表面14而呈凹入的，从而在套管40和42与工件46之间形成气隙G(在图2中示出)。在具体实施方式中，H2比H1小0.005英寸到0.02英寸。在各种实施方式中，L2在0.2英寸与0.6英寸之间，具体地在0.3英寸与0.4英寸之间，并且更具体地为约0.385英寸(例如，0.385英寸加或减0.001英寸)。在具体实施方式中，L2比L1略大，使得在套管与对应的凹部的内表面之间形成压配合。通常，W2被选择成使得两个套管(例如，套管40和42)和磁体44在凹部48内沿宽度方向配装。
通常，磁体44定尺寸并成形成在凹部48内配装在套管40与42之间。通常，磁体44的尺寸、体积、重量等被选择成使得磁路34提供期望水平的磁耦合力。在各种实施方式中，如图1和图2中最佳地示出的，磁体44具有高度H3、宽度W3和长度L3。在各种实施方式中，H3在0.1英寸与0.4英寸之间，具体地在0.2英寸与0.3英寸之间，并且更具体地为约0.25英寸(例如，0.25英寸加或减0.001英寸)。如上所述，在具体实施方式中，H3比H2小，使得磁体44低于相邻的套管40和42而呈凹入的，并且在具体实施方式中，H3与H2之间的差在0.001英寸与0.01英寸之间。在各种实施方式中，L3在0.2英寸与0.6英寸之间，具体地在0.3英寸与0.4英寸之间，并且更具体地为约0.38英寸(例如，0.38英寸加或减0.001英寸)。在具体实施方式中，L3比L1和L2两者略小，使得在压配合时磁体44的前竖向表面和后竖向表面不与凹部48的竖向表面接合，并且在具体实施方式中，L3与L2之间的差小于0.005英寸。
在各种实施方式中，W1在0.05英寸与0.2英寸之间，具体地在0.1英寸与0.2英寸之间，并且更具体地为约0.13英寸(例如，0.13英寸加或减0.005英寸)。如将理解的，为了在凹部48内沿宽度方向形成压配合，磁体44的宽度W3与两个套管40和42的宽度之和(两个W2)的总和比凹部48的宽度W1略大。
如上所述，在各种实施方式中，磁体44定尺寸成使得每个磁路产生足以将水准仪10的相邻部分固定至磁性工件的磁耦合力。此外，由水准仪10的所有磁路产生的总的磁耦合力足以在相对于工件的竖向取向上(见图2和3)和/或在相对于工件的水平位置上由磁性工件固定并牢固地支承水准仪10。在各种实施方式中，每个磁体44的体积均在0.005英寸3与0.3英寸3之间，具体地在0.01英寸3与0.02英寸3之间，并且更具体地在0.01英寸3与0.015英寸3之间。在具体实施方式中，磁体44的体积为约0.01235英寸3。
在具体实施方式中，每个磁路的套管40和42的布置允许每个磁路在磁性工件与基部表面14接触的情况下测量时产生至少8磅的磁耦合力，并且更具体地产生大于等于10磅的磁耦合力。在各种实施方式中，具有本文所论述的尺寸和/或重量的磁体44在磁路外产生具有以下特性中的一个或更多个特性的磁场。申请人认为，本文所论述的磁路布置尽管在每个磁路中利用的磁性材料的量相对较低但仍产生了这种高水平的磁耦合力。
如将理解的，对于特定的水准仪设计而言，总耦合力由磁路的数目确定，每个磁路均具有如本文所论述的耦合力。因而，在各种实施方式中，组合的磁路32、34和36产生大于24磅的耦合力，并且具体地产生大于等于30磅的耦合力。
在各种实施方式中，套管40和42以及磁体44可以由任何适合的材料制成，以形成如本文论述的磁路。通常，套管40和42可以是任何铁磁性材料，比如铁、镍、钴及其合金。在具体实施方式中，套管40和42由钢材料制成。通常，磁体44可以是任何永磁性材料，并且在具体实施方式中，磁体44可以是稀土磁体，比如钕磁体或钐-钴磁体。在其他实施方式中，磁体44可以由诸如铁素体陶瓷材料或铝镍钴(alnico)合金材料之类的非稀土磁性材料形成。
参照图8至图14，示出了利用如本文所论述的一个或更多个磁耦合元件的水准仪的另外的实施方式。图8示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪60的水准测量装置。如图8中所示，水准仪60与水准仪10除了如本文所论述的之外大致类似。水准仪60包括定位成与基部表面14相邻的纵向凹槽62，并且凹槽62便于将水准仪60耦合至长形的工件，比如管道、导管等。凹槽62大致延伸了水准仪60的整体长度，并且将基部表面14分成左部段64和右部段66。与水准仪10类似，水准仪60包括三个分开的磁路32、34和36。然而，如图8中所示，磁路32、34和36位于凹槽62内，使得磁体44位于凹槽62的底表面68处或位于凹槽62的底表面68的下方，并且套管包括成角度的表面70，成角度的表面70大致依循凹槽62的成角度的侧壁72的斜度。
图9示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪80的水准测量装置。如图9中所示，水准仪80与水准仪10除了如本文所论述的之外大致类似。水准仪80包括示出为磁路82的较大的或长形的磁耦合元件。磁路82在基部表面14上具有比磁路32、34或36大的占用区域。在该实施方式中，磁路82包括定位在磁体88的任一侧的第一金属套管84和第二金属套管86。在各种实施方式中，套管84、86的长度和/或宽度以及磁体88的长度和/或宽度比上面所论述的关于磁路32、34或36的长度和/或宽度大，并且在示出的具体实施方式中，水准仪80仅包括单个长形的独立的磁路82。如图9中所示，套管84和86的长形形状以及磁体88的长形形状使得各个部件的纵向轴线彼此平行、与基部表面14的平面平行、并且与水准仪80的纵向轴线平行。
图10和图11示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪100的水准测量装置。如图10中所示，水准仪100与水准仪10除了如本文所论述的之外大致类似。水准仪100包括定位成沿着基部表面14延伸的示出为长形磁路102的长形的磁耦合元件。在各种实施方式中，长形磁路102沿与水准仪100的纵向轴线26大致平行的方向延伸。在各种实施方式中，长形磁路102延伸了水准仪100的长度的至少30％，并且更具体地延伸了水准仪100的长度的至少50％。
长形磁路102包括长形的左套管104、长形的右套管106以及位于套管104与106之间的一个或更多个磁体108。通常，磁路102以与上面所论述的磁路34类似的方式操作，并且具体地，套管104和106由用于聚集/引导由磁体108产生的磁场的低磁阻材料形成。如图11中所示，在示例性实施方式中，磁体108是位于套管104与106之间的以端部对端部的方式布置的分开的磁体(例如，具有约1英寸的长度)。如图10中所示，磁路102可以包括形成套管104的一对分开的金属部段和形成套管106的第二对分开的金属部段，其中，每对金属部段中的一个部段位于管凹部24之前，并且其中，每对金属部段中的一个部段位于管凹部24之后。
此外，如图11中所示，在各种实施方式中，磁体108布置成使得至少一个磁体108的南北轴线沿与磁路102的至少一个另一磁体108的南北轴线相同的方向定向，并且在具体实施方式中，磁体108布置成使得每个磁体108的南北轴线沿与磁路102的所有其他磁体108的南北轴线相同的方向定向。此外，磁体108定位成使得磁体108的南北轴线与纵向轴线26大致垂直(例如，在正或负10％内垂直)。此外，在各种实施方式中，磁体108定位成使得磁体108的南北轴线与基部表面14和/或由基部表面14接合的工件表面大致平行(例如，在正或负10％内平行)，并且在具体实施方式中，磁体108定位成使得磁体108的南北轴线与基部表面14和/或由基部表面14接合的工件表面在正或负1％内平行。
图12和图13示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪120的水准测量装置。如图12中所示，水准仪120与水准仪100除了如本文所论述的之外大致类似。水准仪120包括纵向通道122，纵向通道122限定在水准仪本体的材料内并且定位成与基部表面14相邻。通道122延伸了水准仪120的大致整体长度并且将基部表面14分成左部段124和右部段126，并且通道122成形成接纳长形磁路130，长形磁路130除了如本文所论述的之外与长形磁路102类似。
如图12中所示，长形磁路130于通道122内定位成使得磁体138位于通道122的底表面128的顶部上，并且套管134和136包括成角度的表面140，该成角度的表面140朝向基部表面14向外且向上成角度。在特定实施方式中，磁体138的上表面形成延伸了水准仪120的大致整体长度的连续或大致连续的表面(例如，除了在磁体片的端部对端部的接合面处具有微小间隙之外的连续)。在该布置中，磁体138以及套管134和136的成角度的表面140形成大致V形形状的凹槽142，凹槽142便于将水准仪120耦合至长形工件，比如管道、导管等。在其他实施方式中，凹槽142可以是根据需要用于特定应用的任何其他形状。例如，凹槽可以是具有弯曲下表面的U形形状，或者可以是具有带垂直侧壁的平的下表面的正方形形状或矩形形状。
参照图13，示出了根据示例性实施方式的由套管134和136引起的磁场的引导/聚集。在该实施方式中，套管134和136各自分别包括最外表面144和146，并且在各种实施方式中，表面144和146是直接接合或接触工件46的平坦的、平的接触表面。在各种实施方式中，表面144和146的宽度尺寸(图13中的水平尺寸)定尺寸成产生磁体138的磁场的期望水平的聚集/引导。在具体实施方式中，套管134和136的在与磁体138相邻的下部位置处的宽度比在表面144和146处的宽度大，并且在特定实施方式中，成角度的表面140从套管134和136的较宽的下部位置至套管134和136的较窄的外表面向上且向外成角度。
图14示出了根据示例性实施方式的示出为水准仪160的水准测量装置。如图14中所示，水准仪160与水准仪10除了如本文所论述的之外大致类似。水准仪160是块状鱼雷式水准仪，并且在各种实施方式中，水准仪160可以由压铸金属、比如铝形成。水准仪160可以包括本文所论述的包括任何磁路实施方式在内的任何实施方式的任何特征。
参照图15，示出了根据示例性实施方式的磁路170。磁路170与磁路34除了如本文所论述的之外大致相同，并且磁路170可以用于在本文所论述的各种工具和水准仪中的任何工具和水准仪中提供磁耦合功能。
磁路170包括位于永磁体176的任一侧的示出为左套管172和右套管174的一对金属结构、柱、块或套管。通常，套管172和174以及/或者磁体176成形、设计或构造成将磁路170保持在一起以及/或者便于将磁路170安装到水准仪本体的凹部、比如上面论述的凹部48中。更具体地，磁路170的部件包括便于磁路170的部件之间的互锁或摩擦接合的配合接合表面。这种接合/互锁可以便于操作磁路170并且将磁路170安装到水准仪本体中的凹部中，并且还可以便于将磁路170保持在水准仪本体中。
通常，磁体176与套管172和174之间的互锁接合由磁体176的至少一部分提供，所述至少一部分定尺寸成使得该至少一部分被接纳在套管172和174内或与套管172和174接合，使得磁体176与套管172和174之间的在箭头178的方向上(在至少一些实施方式中，该方向是当磁路170安装在水准仪本体中时与基部表面14垂直的方向)的相对运动被阻止。磁体176与套管172和174之间在箭头178的方向上的相对运动的阻力用于在安装之后将磁体176保持在水准仪本体的凹部内。在特定实施方式中，磁体176的在相反的上表面与下表面之间的位置处的至少一个尺寸、比如宽度尺寸或长度尺寸比磁体176的在磁体的上表面和/或下表面处的对应的尺寸、比如宽度尺寸或长度尺寸大。这种结构允许套管、比如套管172和174具有对应的配合形状或凹部，所述配合形状或凹部接纳或接合磁体176的较大尺寸部分，使得磁路170一旦被组装就保持在一起。
如图15至图17中所示，互锁布置由具有外侧向表面180和182的磁体176提供，所述外侧向表面180和182具有渐缩形状，所述渐缩形状与套管内表面184和186的对应且相对的渐缩形状互锁。如图15和图16中所示，外侧向表面180和182各自包括沿朝向上表面188的方向向内(远离套管172和174)成角度的至少一个部段(示出为上部段)和沿朝向下表面190的方向向内(远离套管172和174)成角度的第二部段(示出为下部段)。如图16中所示，该渐缩形状致使磁体176的在表面188处和在表面190处的宽度W4比磁体176的在中央处的宽度W5小。
侧向表面180和182的渐缩形状被套管内表面184和186的渐缩形状反映。如图15和图17中所示，内表面184和186相对于套管上表面192和套管下表面194呈V形。内表面184和186各自包括沿朝向磁体176的上表面188的方向向内(远离套管172和174)成角度的至少一个部段(示出为上部段)和沿朝向磁体176的下表面190的方向向内(远离套管172和174)成角度的第二部段(示出为下部段)。如图17中所示，该渐缩形状致使套管172和174的在表面192处和在表面194处的宽度W6比套管172和174的在中央处的宽度W7大。当组装时，磁体176的最大宽度部分W5与套管172和174的最小宽度部分W7对准成使得套管172和174的表面184和186沿着磁体176的表面180和182延伸并且接触磁体176的表面180和182。
如图16中所示，外侧向表面180和182相对于上表面188的平面或下表面190的平面形成角度A。在各种实施方式中，角度A大于10度且小于90度，具体地在30度与85度之间，并且更具体地在70度与80度之间。在具体实施方式中，角度A为75度加或减0.5度。如图17中所示，套管内表面184和186相对于上表面192的平面或下表面194的平面形成角度B。在示出的实施方式中，角度A和角度B是互补的角度，使得角度A和B的总和为180度，并且在一些这种实施方式中，为了具有成角度的互锁形状，角度A或B均不等于90度。在各种实施方式中，角度B小于170度且大于90度，具体地在150度与95度之间，并且更具体地在110度与100度之间。在具体实施方式中，角度B为105度加或减0.5度。
如图16中所示，磁体176的极定向成使得磁南极位于任一侧向表面180或182处，并且磁北极位于另一侧向表面180或182处。在这种布置中，磁极之间的轴线在侧向表面180与182之间延伸，并且在具体实施方式中，磁极之间的轴线与表面188和/或190平行。在这种布置中，当组装到磁路170中时，磁北极和磁南极定位成与套管172和174相邻，并且该布置致使磁体176的磁场如上面所论述的和图3中所示的那样聚集。
因而，在图15至图17中示出的布置中，磁体176具有大致六边形形状，并且套管172和174具有V形形状的表面184和186，V形形状的表面184和186接合磁体176的相对的侧向表面。然而，在其他实施方式中，磁体176以及套管172和174可以具有如本文所论述的形成接合的各种其他形状，所述接合限制或防止相对运动。例如，磁体176可以具有梯形形状，使得侧向表面朝向上表面188渐缩，并且使得磁体176在下表面190处具有最大宽度。在其他实施方式中，外侧向表面180和182可以具有分别与套管172和174的内侧向表面184和186上的配合特征接合的突部、柱、脊部等。
返回参照图15，更详细地示出了磁路170的尺寸设计。磁路170相对于水准仪本体的凹部、比如凹部48定尺寸成提供过盈配合，从而将磁路170保持在水准仪本体中。磁路170具有高度H4、长度L4和宽度W8。在各种实施方式中，H4在0.2英寸与0.3英寸之间，并且具体地为约0.250英寸。在各种实施方式中，L4在0.25英寸与0.35英寸之间，并且具体地为约0.300英寸。在各种实施方式中，W8在0.4英寸与0.5英寸之间，并且具体地为约0.45英寸。
与上面所论述的实施方式类似，磁体176定尺寸成使得磁体上表面188略微低于套管上表面192而呈凹入的。为了提供磁体176的该凹部，磁体176的高度H5比套管172或174的高度H6小。在各种实施方式中，H5为6.28mm加或减0.05mm，并且H6为6.35mm加或减0.02mm。在具体实施方式中，磁体176是包含镍镀层的钕磁体。在具体实施方式中，该镀层的厚度在17微米与20微米之间。在具体实施方式中，磁体176具有30N的最小拉脱力、3.0Kgs至3.2Kgs的剩余通量密度(Bs)、7.4g/cm3至7.5g/cm3的密度、44HRC至49HRC的硬度(洛氏硬度)、0.05mm的最小半径、80℃的最大工作温度、最小310℃的居里温度、大于12KOe的矫顽力(Hci)以及40MGOEe至42MGOEe的最大能量积(BH)。
在具体实施方式中，套管172和174由硬度(例如，洛氏硬度)比磁体176的硬度大的材料(例如，钢)形成。在这种实施方式中，在将磁路170安装到水准仪本体中的凹部中时，套管172和174的较高硬度提供了供推动设备以施加力(比如图21中示出的力214)的硬的坚固的部件。因而，在该布置中，在安装期间，安装力施加至套管172和174，而不是直接施加至磁体176。在特定实施方式中，套管172和174的硬度(洛氏硬度)为50HRF至100HRF并且具体地为80HRF。
参照图18至图21，水准仪本体、比如水准仪本体12成形成包括凹部、比如凹部48，该凹部包括便于将磁路170安装及保持在水准仪本体中的一个或更多个结构。如图19中所示，凹部48包括上部段200，上部段200相对于磁路170定尺寸成使得于间隙部段内在水准仪本体12的内表面202与磁路170的外表面之间形成小空隙或间隙。凹部48还包括下部段204，下部段204相对于磁路170定尺寸成使得于过盈部段内在内表面202与磁路170的外侧向表面之间形成过盈配合。通常，下部段204的至少一个尺寸、示出为L5比磁路170的至少一个尺寸小，使得与磁路170形成过盈配合。在示出的实施方式中，表面202在间隙部段200内具有恒定的直径并且在过盈部段204内具有恒定的直径。在该实施方式中，阶梯部或肩部216位于间隙部段200与过盈部段204之间。在其他实施方式中，表面202可以包括至少一个渐缩部段，使得尺寸L5沿着凹部48的高度逐渐减小。
特别地如图20中所示，在将磁路170安装到凹部48中之后，在套管172和174与内表面202的部段之间在过盈部段204内形成过盈配合部段206。特别地，在该实施方式中，套管172和174的L4比凹部48的L5大使得形成过盈配合。在特定实施方式中，L4比L5大0.01mm到0.05mm，使得形成适当的过盈配合。
此外，如图20中最佳地示出的，磁体176具有示出为L6的长度——L6比L4和L5两者都小——使得在磁体176与凹部48的内表面202之间形成间隙部段208。该尺寸设计允许磁路170借助于与凹部48的过盈配合而被保持(至少被部分地保持)，同时限制或防止磁体176的外表面与凹部48的内表面202之间的接触，这进而限制或防止磁体176在插入到凹部48中期间受到损坏。
返回参照图19，凹部48包括下凹部或袋部210。袋部210位于凹部48的与基部表面14相对的下端部处。袋部210由内表面202的下述部段限定：该部段具有比L6小的示出为L7的尺寸并且具有比间隙部段200和/或过盈部段204的高度小的高度。在各种实施方式中，袋部210的高度小于凹部48的高度的30％，具体地小于凹部48的高度的20％，更具体地小于凹部48的高度的10％，并且甚至更具体地小于凹部48的高度的5％。在特定实施方式中，袋部210接纳结合剂、比如环氧树脂，该结合剂结合至套管172和174的下表面以及/或者结合磁体176的下表面，以帮助将磁路保持在凹部48内。因而，在这种实施方式中，使用过盈配合和环氧树脂两者来将磁路170保持在水准仪本体12内。在另一实施方式中，使用环氧树脂并且不使用过盈配合来将磁路170保持在水准仪本体12内。在另一实施方式中，使用过盈配合并且不使用环氧树脂来将磁路170保持在水准仪本体12内。
参照图21，示出了根据示例性实施方式的将磁路170插入到凹部48中。在使用环氧树脂的实施方式中，环氧树脂材料212位于凹部210中。然后，示出为箭头214的力施加至套管172和174，以将磁路170推到凹部48中。以这种方式，在不需要将插入力直接施加到磁体176上的情况下将磁路170安装到凹部48中。当磁路170移动到凹部48中时，形成过盈配合，并且磁路170的下表面与环氧树脂212接触。然后环氧树脂212固化，从而结合至限定凹部48的内表面202和磁路170的一个或更多个表面。
图22示出了根据另一示例性实施方式的示出为水准仪220的水准测量装置。如图22中所示，除了所论述的差异或在附图中示出的差异之外，水准仪220与上面论述的水准仪、比如水准仪10和60大致类似。水准仪220包括定位成与基部表面14相邻的纵向凹槽62，并且如上面所论述的，凹槽62便于将水准仪220耦合至长形工件，比如管道、导管等。水准仪220包括位于凹槽62内的两个分开的磁路222和224。与水准仪60的磁路类似，磁路222的外表面和磁路224的外表面通常成形成依循凹槽62的轮廓，这便于与长形工件的接合。
在图22中示出的具体实施方式中，水准仪220包括水平水准仪管226、竖向水准仪管228和旋转水准仪管230。通常，旋转水准仪管230安装成使得水准仪管230如水准仪220的使用者期望的那样能够以相对于基部表面14的多个不同角度定位。水准仪220包括止动部或锁232、比如摩擦锁，所述止动部或锁232与旋转水准仪管230接合以将旋转水准仪管230保持或固定在由使用者选择的期望位置。
磁路222和224在凹槽62内沿着基部表面14定位，以便于水准仪220耦合至工件。具体地，在示出的实施方式中，磁路222位于水平水准仪管226的至少一部分的下方(例如，沿着与基部表面14垂直的轴线位于水平水准仪管226的至少一部分的下方)，并且磁路224沿着基部表面14定位且至少部分地位于旋转水准仪管230与水准仪的包括锁232的端部234之间。
参照图23和图24，更详细地示出了磁路222。应当理解的是，尽管图23和图24具体地示出了磁路222，但在至少一些实施方式中磁路222与224两者具有相同的构型。然而在其他实施方式中，磁路222或224中的一者形成为如图23和图24中所示出的那样，并且剩余的磁路构造为本文所论述的其他磁路设计中的一者。
如图23和图24中所示，磁路222包括位于永磁体244的任一侧的示出为左套管240和右套管242的一对金属结构、柱、块或套管。在该布置中，磁路222安装在形成于水准仪220的本体中的凹部246内，并且在具体实施方式中，粘合材料、比如环氧树脂将磁路222的部件结合到凹部246中。在示出的实施方式中，套管240和242以及磁体244的组合宽度W9比磁路222的长度L8小，从而形成图23和图24中示出的长形磁路的形状。在具体实施方式中，L8至少为W9的两倍，这在两个磁路的情况下为水准仪220提供了足以从工件支承水准仪220的大的总的磁路尺寸或总的磁耦合力。如图23中所示，套管240和242的长形形状以及磁体244的长形形状使得各个部件的纵向轴线彼此平行、与基部表面14的平面平行、并且与水准仪220的纵向轴线平行。
除了磁路222的长形形状之外，磁体244相对于套管240和242定尺寸成提供将水准仪220牢固地附接至磁性工件的一定水平的磁场集中和耦合力。如图24中所示，磁体244的宽度W10比套管240和242的宽度W11小。在具体实施方式中，W10小于W11的75％，申请人已发现，这导致了属于磁路尺寸的下述磁体尺寸：该磁体尺寸提供了期望水平的磁场集中(这进而提供了期望水平的磁耦合)，同时还保持了在基部表面14上的相对较小的占用区域。
如图24中最佳地示出的，套管240和242相对于凹部246且相对于磁体244成形成提供如本文所论述的各种磁耦合、磁体保护以及组装优点。套管240和242各自包括成角度的表面250，该成角度的表面250朝向磁体244向内以与通道62的表面的角度匹配的角度成角度。在各种实施方式中，成角度的表面250以相对于基部表面14的角度成角度B定位。在各种实施方式中，角度B在0度与90度之间，具体地在10度与80度之间，并且更具体地在20度与60度之间。磁体244的高度为使得磁体低于位于成角度的表面250与套管240和242的内竖向表面之间的拐角部252的下方一小段距离而呈凹入的。如上面所论述的，该凹部在水准仪组装期间以及在水准仪使用期间通过限制磁体244与工件之间的直接接触——该直接接触可能使磁体244破裂、碎裂或以其他方式损坏——来保护磁体244。成角度的表面250从大致平的水平表面254向内成角度。水平表面254与基部表面14大致平行并且水平表面254略微低于基部表面14的外侧的、相邻的部段而呈凹入的。在使用水准仪220来测量平的表面(即，未被接纳在通道62中的工件的表面)的使用中，该布置允许基部表面14接触平的工件表面，同时限制与套管240和242的直接接触。
应当理解的是，尽管本文的公开主要涉及使用磁耦合元件的水准测量工具，但是本文所论述的磁耦合元件的实施方式可以被结合到可能受益于磁耦合的多种多样的工具中。在各种实施方式中，本文论述的磁路可以用在螺丝刀及其他手用工具、量角器、组合角尺、磁性清洁工具、刮扫件(sweep)、棒状件等中。
应当理解的是，附图详细地图示了示例性实施方式，并且应当理解的是，本申请不限于在说明书中阐述的或者在附图中图示的细节或方法。还应当理解的是，术语仅是为了描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。
鉴于本说明书，本发明的各个方面的另外的改型和替代的实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本说明书应被解释为仅是说明性的。在各种示例性实施方式中示出的构型和布置仅是说明性的。尽管在本公开中已详细描述了仅一些实施方式，但是在实质上不背离本文所述的主题的新颖教示和优点的情况下可以有许多改型(例如，在各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等方面的变型)。示出为一体地形成的一些元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且分开的元件的性质或数目或者位置可以改变或变化。任何过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或次序可以根据替代实施方式而变化或重新排序。在不背离本发明的范围的情况下，还可以在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略。除非另有明确说明，否则决不意在将本文阐述的任何方法解释为要求该方法的步骤以特定的顺序执行。因此，在方法权利要求实际上没有叙述方法权利要求的步骤要遵循的顺序或者在权利要求或说明书中没有另外明确说明这些步骤将受限于具体顺序的情况下，决不意在推测任何特定的顺序。此外，如本文所使用的，冠词“一”意在包括一个或多于一个的部件或元件，并且不意在解释为表示仅一个。
出于本公开的目的，术语“耦合”表示两个部件直接或间接地彼此接合。这种接合在性质上可以是固定的或者在性质上可以是可移动的。这种接合可以通过两个构件和任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体来实现，或者通过两个构件和任何另外的构件彼此附接来实现。这种接合在性质上可以是永久的或者替代性地在性质上可以是可移除的或可释放的。本发明的各种实施方式涉及任何特征的任何组合，并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这些组合。上面论述的任何示例性实施方式的任何特征、元件或部件可以单独利用或者可以与上面所论述的任何其他实施方式的任何特征、元件或部件组合使用。
在各种示例性实施方式中，如附图中所示的包括角度、长度和半径在内的相对尺寸按比例绘制。附图的实际测量结果将公开各种示例性实施方式的相对尺寸、角度和比例。各种示例性实施方式扩展到以可以从附图确定的绝对尺寸和相对尺寸、角度和比例为基础的各种范围。各种示例性实施方式包括可以从附图确定的一个或更多个相对尺寸或角度的任意组合。此外，在该说明书中没有明确陈述的实际尺寸可以通过将附图中测量的尺寸的比例与该说明书中陈述的明确尺寸结合使用来确定。此外，在各种实施方式中，本公开扩展到以本文公开的任何绝对尺寸或相对尺寸或者能够从附图中确定的任何绝对尺寸或相对尺寸为基础的各种范围(例如，加或减30％、20％或10％)。