JP2021531724A - リニア電磁機械 - Google Patents

Abstract

リニア電磁機械は、ステータ、トランスレータ、およびベアリングシステムを含む。ベアリングシステムは、トランスレータが軸方向に往復するとき、ステータに対するトランスレータの横方向変位に対してアライメントを維持する。より具体的には、ベアリングシステムは、ステータとトランスレータの磁気セクションとの間のモータエアギャップを維持する。ステータは、複数の位相を形成する複数のステータ歯および巻線を含む。ステータ歯および巻線は、スパインを有するフープスタックを使用して配置され、ステータボアを形成し、モータエアギャップを画定する。ベアリングシステムは、トランスレータの表面とのベアリングインターフェースを形成するように構成されているベアリングハウジングを含むことができる。ベアリングインターフェースは、接触ベアリング、またはガスベアリングなどの非接触ベアリングを含むことができる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本開示は、リニア電磁機械、より具体的には、トランスレータ、ステータ、およびベアリングを有するリニア電磁機械を対象とする。本出願は、２０１８年７月２４日に提出された米国仮特許出願第６２／７０２，８６０号、および２０１８年７月２５日に提出された米国仮特許出願第６２／７０３，３３８号の利益を主張し、それらの開示は全て、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。

（背景技術）
リニアモータは、可動要素の電気エネルギーと運動エネルギーとの間で変換を行う。リニアモータの設計は、効率的な運転、費用対効果が高い構造、および信頼性を確保しなければならない。ロータリ発電機の効率に合わせるためには、リニア発電機が、安価で軽量な発振器設計に対応し、高効率な材料を採用し、構造最適化を許容し、高銅スロット充填を提供する必要がある。本開示は、４つの要件のすべてに対処している。

いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁機械（ＬＥＭ）を対象とする。ＬＥＭにはステータ、トランスレータ、および２つのベアリングハウジングが含まれる。ステータは、複数の巻線およびステータボアを含む。トランスレータは、ステータと電磁的に相互作用するように構成されており、実質的に軸に沿ってステータボア内で軸方向に移動するように構成されている。トランスレータは、トランスレータベアリング面を含む。２つのベアリングハウジングのうちの第１のベアリングハウジングは、第１の長手方向位置においてステータに結合され、２つのベアリングハウジングのうちの第２のベアリングハウジングは、第２の長手方向位置でステータに結合される。第１のベアリングハウジングおよびトランスレータベアリング面は、第１のベアリングギャップを形成することができ、第２のベアリングハウジングおよびトランスレータベアリング面は、第２のベアリングギャップを形成することができる。例えば、第１および第２のベアリングギャップは、加圧ガスを含有し、ガスベアリングとして機能するように構成されてもよい。さらなる例では、いくつかの実施形態において、ＬＥＭはオイルレス動作のために構成されている。

いくつかの実施形態では、トランスレータは、磁石セクションを含む。例えば、磁石セクションおよびステータボアは、モータエアギャップを形成することができる。いくつかの実施形態では、磁石セクションは、長手方向に積み重ねられた列に配置された複数の磁石を含む。いくつかの実施形態では、長手方向に積み重ねられた列の内部列は、第１の軸方向長さを有する磁石を含む。いくつかのそのような実施形態では、長手方向に積み重ねられた列の末端列は、第１の軸方向長さ未満の第２の軸方向長さを有する磁石を含む。いくつかの実施形態では、トランスレータは、磁石セクションの少なくとも１つの磁石と係合して、少なくとも１つの磁石の軸方向の動きを制約する少なくとも１つの構造特徴を含む。いくつかの実施形態では、複数の磁石は、トランスレータの表面に固着されている。いくつかの実施形態では、トランスレータは、磁石セクションの上に半径方向に位置付けされたラップを含む。例えば、ラップは、磁石の横方向変位を制約する。

いくつかの実施形態では、磁石セクションは、第１の長手方向長さを含み、複数の巻線は、第２の長手方向長さを含む。第２の長手方向長さは、第１の長手方向長さよりも大きい、等しい、または小さい場合がある。いくつかの実施形態では、磁石セクションは、磁極長さを含み、ステータは、スロットピッチを有する複数のスロットおよび歯を含む。いくつかのそのような実施形態では、磁極長さおよびスロットピッチは、実質的に等しくない。

いくつかの実施形態では、複数の巻線は、複数の位相にグループ分けされ、複数の位相の各位相は、複数の巻線の１つ以上の巻線を含む。例えば、いくつかの実施形態では、複数の位相は、３相以上である。さらなる例では、複数の巻線の各巻線は、位相に対応する。

いくつかの実施形態では、磁石セクションは、複数の磁石を含み、ステータは、ステータボアの周囲に方位状に配置された複数のステータ歯を含む。複数のステータ歯は、第１の方位ギャップを有する一対の連続するステータ歯を含む。磁石セクションは、磁石セクションの方位状に連続する磁石の間に第２の方位ギャップを含む。第１の方位ギャップおよび第２の方位ギャップは、方位アライメントを実質的に維持するように構成されている。いくつかの実施形態では、第１の方位ギャップは、方位方向の第２の方位ギャップよりも大きい。いくつかの実施形態では、トランスレータは、方位回転を制約するように構成されている特徴を含む。

いくつかの実施形態では、第１のベアリングハウジングは、少なくとも横方向変位に対する機械的剛性を提供するように構成されている第１の屈曲アセンブリによってステータに結合され、第２のベアリングハウジングは、少なくとも横方向変位に対する機械的剛性を提供するように構成されている第２の屈曲アセンブリによってステータに固定される。

いくつかの実施形態では、本開示は、リニア機械を対象とする。リニア機械は、ステータボアを有するステータと、トランスレータと、表面を含む少なくとも１つのベアリングハウジングと、少なくとも１つのベアリングハウジングをステータに固定するように構成されているアセンブリと、を含む。トランスレータは、ステータに対して直線的に移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、トランスレータは、磁石セクションおよびベアリング面を含む。ステータボアおよび磁石セクションは、モータエアギャップを形成する。ベアリング面および表面は、トランスレータを少なくとも１つのベアリングハウジングに整列させることができるベアリングインターフェースを形成する。アセンブリは、ベアリングハウジングのピッチおよびヨーよりも、横方向変位に対する比較的高い剛性を提供して、モータエアギャップを維持する。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、トランスレータの磁気セクションがステータの端部を越えて、ステータのフープスタックの軸方向長さを越えて、またはその両方を越えて移動することを許容するように、軸方向に位置決めされている。

いくつかの実施形態では、トランスレータは、トランスレータチューブを含み、磁石セクションは、トランスレータチューブに固定され、ベアリング面は、トランスレータチューブの外面を含む。

いくつかの実施形態では、アセンブリは、ステータに強固に固定された少なくとも１つのマウントと、少なくとも１つのマウントおよび少なくとも１つのベアリングハウジングに固定された少なくとも１つの屈曲部と、を含む。少なくとも１つの屈曲部は、ベアリングハウジングのピッチおよびヨーよりも、横方向変位に対する比較的高い剛性を提供する。いくつかの実施形態では、屈曲部の代わりに、またはこれに加えて、例えば、球面ジョイントなどの固定具を使用することができる。

いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、ベアリング面の周囲で少なくとも部分的に方位状に延び、少なくとも１つの屈曲部は、ベアリングハウジングの周囲で少なくとも部分的に方位状に延びる。

いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェースは、ガスベアリングインターフェースであり、リニア機械は、オイルレス動作、またはそうでなければ液体潤滑剤なしで動作するように構成されている。いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェースは、液体または固体インターフェースであり、リニア機械は、オイルレス動作のために構成されている。例えば、加圧ガスは、横方向変位に対する剛性を提供するためにガスベアリングに提供される。

本開示は、１つ以上の様々な実施形態によって、以下の図を参照して詳細に説明される。図面は、例示のみを目的として提供され、典型的または例示的な実施形態を単に示す。これらの図面は、本明細書に開示される概念の理解を容易にするために提供され、これらの概念の幅、範囲、または適用可能性を限定するものと考えるべきではない。これらの図面は、例示を明確にし、容易にするために、必ずしも正確な尺度で作成されているわけではないことに留意されたい。

本開示のいくつかの実施形態による、例示的なリニア電磁機械の断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、冷却を伴う例示的なリニア電磁機械の斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、フープスタックおよびスパインを含む例示的なリニア電磁機械の斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なステータの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なフープの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、複数の積層を含む例示的なステータ歯の軸方向図および斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、一組のステータ歯が配置された例示的なフープの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なコイルの軸方向図および斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なスパインの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なエンドプレートの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート、１つのフープ−コイル、およびスパインを含む例示的なアセンブリの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート、いくつかのフープ−コイル、およびスパインを含む例示的なアセンブリの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート、フープ、およびスパインを含む例示的なアセンブリステータの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的な軸方向積層の側面図、および例示的な一組の軸方向積層スタックの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、リード管理および方位ギャップ、ならびにスパインを有する例示的なフープ−コイルの正面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータの側面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図１６のトランスレータの軸方向端面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータチューブおよびレールの端部の側面断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、磁石セクションを有する例示的なトランスレータの一部分の上面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、磁石を配置するための特徴を有する例示的なトランスレータの一部分の斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、磁石が配置された例示的なトランスレータセクションの一部分の斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的な磁石セクションの一部分の断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、ラップを有する例示的なトランスレータの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なベアリングハウジングの斜視図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、ベアリングハウジング、ベアリングマウント、屈曲部、および屈曲部マウントを含む例示的なアセンブリの一部分の側面図および正面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータおよびステータの切断断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータおよびベアリングハウジングの断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータおよび追加の構成要素の端面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータおよびステータの断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータおよびステータの断面図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なモータエアギャップを含む例示的なＬＥＭのブロック図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、極−ピッチ構成を有する例示的なモータエアギャップのブロック図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なＬＥＭシステムのブロック図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的なシステムの図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的な位相制御システムのブロック図を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、例示的な発電機アセンブリの断面側面図を示す。

本開示は、リニア電気機械、その構成要素、およびリニア電気機械を制御する方法を対象とする。リニア電気機械は、固定構成要素、ステータ、および可動部分、トランスレータを含む。ステータおよびトランスレータは、互いに電磁的に相互作用するように構成されている。例えば、ステータは、１つ以上の位相を含み得、トランスレータは、１つ以上の磁石を含む磁石セクションを含み得る。トランスレータの動きは、位相の巻線における電流の影響を受ける可能性がある。例示すると、位相中の電流は、トランスレータの動きの方向に力を印加することによってトランスレータを移動させるように制御され得るか（例えば、モータとして機能する）、または位相中の電流は、トランスレータの動きの方向とは反対の力を印加することによってトランスレータを減速させるように制御され得る（すなわち、ブレーキをかける）（例えば、発電機として機能する）。代替的に、発電機などのリニア電気システムでは、巻線内で誘導される電流は、電気エネルギーとして抽出され得る。ベアリングシステムは、所望のまたは予測可能な軌道を達成するために、ステータに対するトランスレータ、および可能性のある他の構成要素のアライメントを維持する。例えば、ベアリングシステムは、意図された軌道から離れる方向で、トランスレータの動きを制約し得る。

図１〜図３は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なリニア電磁機械（ＬＥＭ）を示す。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なＬＥＭ１００の断面図を示す。ＬＥＭ１００は、トランスレータ１６０、ステータ１５０、ベアリングハウジング１０２および１０４、ベアリングマウント１０３および１０５、屈曲部１１３および１１５、特徴１２３〜１２６、ならびにベアリングインターフェース１１２および１１４を含む。トランスレータ１６０は、チューブ１６２、およびステータ１５０と電磁的に相互作用するように構成されているセクション１６３を含む。例えば、セクション１６３（「電磁石セクション」または「磁石セクション」とも呼ばれる）は、永久磁石、電磁石、誘導セクション、またはそれらの組み合わせを有する磁石セクションを含み得る。チューブと呼ばれるが、チューブ１６２はいずれかの好適な断面形状を有し得、したがって、ベアリングインターフェース１１２および１１４は対応する形状を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、チューブ１６２は、長方形の断面を有し得、したがって、ベアリングインターフェース１１２および１１４は、環状ではなく平坦であり得る。さらなる例では、いくつかの実施形態では、チューブ１６２は、第１の長手方向距離（すなわち、軸方向距離）についての少なくとも１つの円形の断面と、第２の長手方向距離についての少なくとも１つの長方形の断面と、を有し得、第１および第２の長手方向距離は等しくてもよいか、または異なってもよい。

ステータ１５０およびセクション１６３は、トランスレータ１６０の動きを引き起こすために電磁的に相互作用し、トランスレータ１６０の動きに影響を与え、トランスレータ１６０の運動エネルギー（例えば、トランスレータ１６０の速度に対する質量に基づく）を電気エネルギーに変換し（例えば、ステータ１５０の相の巻線内で、所望であれば、それに結合されたパワーエレクトロニクス）、電気エネルギー（例えば、ステータ１５０の相の巻線内で、所望であれば、それに結合されたパワーエレクトロニクス）をトランスレータ１６０の運動エネルギー、またはそれらの組み合わせに変換する。ステータ１５０（例えば、その積層された鉄歯）とセクション１６３（例えば、その永久磁石）との間のモータギャップ１５１（「モータエアギャップ」と呼ばれる）は、ステータ１５０とトランスレータ１６０との間の電磁相互作用の磁気抵抗に影響を与える。例えば、モータギャップ１５１が小さいほど、ステータ１５０とトランスレータ１６０との間で達成することができるモータ力定数（例えば、より大きな磁束）が大きくなる。しかしながら、モータギャップ１５１がゼロに近い場合（例えば、１つ以上の位置において）、トランスレータ１６０は、摩擦、衝撃、変形、電気ショート、低下した性能、故障、またはそれらのいずれかの組み合わせを引き起こすステータ１５０に接触し得る。したがって、ベアリングを使用して、ステータ１５０およびトランスレータ１６０の横方向アライメントを維持する（例えば、モータギャップ１５１を動作可能な範囲に維持する）。

いくつかの実施形態では、例示されるように、ベアリングハウジング１０２および１０４は、ベアリングマウント１０３および１０５、ならびに屈曲部１１３および１１５によってステータ１５０に固定される。例えば、ベアリングハウジング１０２および１０４をステータ１５０に強固に固定することは、トランスレータ１６０上の横方向（例えば、半径方向）荷重に対抗するのに役立ち得る。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング１０２および１０４の一方または両方は、１つ以上の方向に剛性または適合性を規定した屈曲部１１３および１１５によって、ステータ１５０に結合され得る。いくつかの実施形態では、屈曲部１１３および１１５はステータ１５０に固定されてもよく、ベアリングマウント１０３および１０５は含まれる必要はない。いくつかの実施形態では、屈曲部１１３および１１５は含まれる必要はなく、ベアリングマウント１０３および１０５は、それぞれベアリングハウジング１０２および１０４に固定され得る。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング１０２および１０４の一方または両方は、ステータ１５０に固定される必要はなく、いずれかの他の好適な固定構成要素（例えば、外部フレーム）に固定されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのベアリングハウジング（例えば、ベアリングハウジング１０２またはベアリングハウジング１０４）のみが必要とされる。例示すると、トランスレータを支持するベアリングハウジングのカンチレバー取り付けは、トランスレータに最小限の制約を提供することができ、これにより、ずれに対する許容範囲がより広がる。

いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェース１１２および１１４の一方または両方は、接触ベアリングとして構成されている。いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェース１１２および１１４の一方または両方は、非接触ベアリングとして構成されている。いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェース１１２および１１４の一方または両方は、ガスベアリング（例えば、非接触ベアリングのタイプ）として構成されている。いくつかのそのような実施形態では、ベアリングハウジング１０２および１０４の一方または両方は、それぞれのベアリングガスサプライを受容するためのそれぞれのポートを含み得る特徴１２３〜１２６からベアリングガスを受容するように構成されている。例えば、管状の構造を参照すると、ベアリングハウジング１０２および１０４の各々は、ベアリングインターフェース１１２および１１４内のそれぞれの環状ガスベアリングに整合するように構成されている半径方向内側表面に配置されたベアリング面を含み得る。チューブ１６２は、環状ベアリングインターフェース１１２および１１４に整合するように構成されている円筒状ベアリング面を含んでもよい。動作中、ベアリングインターフェース１１２および１１４は、トランスレータ１６０が軸１９０に沿って低摩擦、またはほぼゼロ摩擦で移動し、軸１９０からの実質的な横方向（例えば、半径方向）の動きを防止することを許容する。例えば、ベアリングインターフェース１１２および１１４は、動作中にステータ１５０（例えば、鉄のステータ歯およびその銅巻線）とセクション１６３との間でモータエアギャップ１５１を維持するように構成され得る。ベアリングインターフェース１１２および１１４、ならびにモータエアギャップ１５１は、それぞれいずれかの好適な厚さを有し得ることを理解されたい。例えば、一般に、厚みは、信頼性の高い動作を確保しながら、可能な限り薄いことが好ましい。いくつかの実施形態では、ベアリングインターフェース１１２および１１４は、厚さ２０〜１５０ミクロンであるように構成されており、モータエアギャップ１５１は、厚さ２０〜４０ｍｍであるように構成されている。

ベアリングインターフェース１１２および１１４がガスベアリングとして構成される例示的な例では、ベアリングガスは、ベアリングハウジング１０２および１０４を実質的に半径方向の内側方向（すなわち、軸１９０に向けられた流線）に出る（例えば、ベアリングインターフェース１１２および１１４においてそれぞれのガスベアリングを形成する）ように構成されている。ベアリングガスは、ベアリングハウジング１０２および１０４の多孔質セクション、ベアリングハウジング１０２および１０４内のダクトおよびオリフィス、またはそれらの組み合わせを通って流れ、それぞれのベアリングインターフェース１１２および１１４に到達し得る。

いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング１０２および１０４は、トランスレータ、ベアリングハウジング、またはその両方への損傷を制限または回避しながら、例えば、トランスレータ１６０との接触を適応させるために、対応するベアリング面において、コーティング、消耗性層、ドライフィルム潤滑剤、アブレイダブル被膜、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６０は、トランスレータ、ベアリングハウジング、またはその両方への損傷を制限または回避しながら、例えば、ベアリングハウジング１０２および１０４との接触を適応させるために、コーティング、消耗性層、ドライフィルム潤滑剤、アブレイダブル被膜、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、トランスレータの周囲に完全かつ連続的に（例えば、３６０°方位方向に）延びている。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、３６０°未満であるトランスレータ周囲の方位範囲について延びる１つ以上のベアリングセグメントを含む。例えば、ベアリングハウジングは、ベアリングセグメントの間に方位ギャップを有する、各々がトランスレータの周囲に約９０度延びる４つのベアリングセグメントを含んでもよい。ベアリングハウジングは、いずれかの好適な数のギャップを有し、いずれかの好適な構成で、トランスレータの周囲に配置されたいずれかの好適な数のベアリングセグメントを含み得る。

いくつかの実施形態では、トランスレータ１６０は、チューブ１６２の軸方向端部に固定された１つ以上のピストンまたはエンドキャップを含んでもよい。例えば、チューブ１６２は、ピストンおよび他の構成要素を結合する剛体として機能して、剛性トランスレータを形成し得る。さらなる例では、ＬＥＭ１００は、１つのピストンが反応セクションに接触するように構成され、他方のピストンがガススプリングに接触するように構成されるリニア発電機の一部（例えば、図３６に例示されるように）として含まれ得る。セクション１６３は、ステータ１５０よりも軸方向に短いものとして図１に例示されているが、本開示のいくつかの実施形態により、セクション１６３は、ステータ１５０よりも軸方向に短い、長い、または同じ長さであってもよい。いくつかの実施形態では、セクション１６３がステータ１５０よりも長いか、短いか、または同じ長さであるかにかかわらず、セクション１６３またはその一部分は、ステータ１５０の外側に軸方向に（例えば、ステータ１５０の端部を越えて軸方向に）位置付けされることが可能であってもよい。

図２は、本開示のいくつかの実施形態による、冷却を伴う例示的なＬＥＭ２００の斜視図を示す。ＬＥＭ２００は、ステータ２５０、トランスレータ２６０、ベアリングアセンブリ２０２および２０４、ならびに冷却システム２７０を含む。トランスレータ２６０は、ベアリングアセンブリ２０２および２０４によって制約されるように、軸２９０に沿って移動するように構成されている。複数の相を含み得るステータ２５０は、永久磁石、電磁石、誘導セクション、またはそれらの組み合わせを含み得るトランスレータ２６０のセクションと電磁的に相互作用するように構成されている。ベアリングアセンブリ２０２および２０４は各々、１つ以上のベアリングハウジング、１つ以上のマウント、１つ以上の屈曲部、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの好適な組み合わせを含んで、トランスレータ１６０と（例えば、ベアリング面として機能し得るその表面２６２と）ベアリングインターフェースを形成することができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＭ２００は、空冷、液体冷却、またはその両方のために構成され得る。冷却システム２７０は、ステータ２５０の構成要素の周囲の冷却流体を誘導するために、プレナム、ジャケット、シュラウド、シールド、ベーン、いずれかの他の好適なハードウェア、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。例えば、ＬＥＭ２００は、空冷のために構成されていてもよく、冷却システム２７０は、ステータ２５０全体を通して冷却空気を受容し、誘導するように構成されている冷却ジャケット、シュラウド、またはその両方を含んでもよい。さらなる例では、ＬＥＭ２００は、液体冷却のために構成されていてもよく、冷却システム２７０は、ステータ２５０を通して冷却流体を受容し、誘導するように構成されている冷却ジャケットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、例示されるように、ステータ２５０は、スパイン２０８およびエンドプレート２１０を含み、これらは、例えば、図４〜図１３に照らしてさらに説明される。例示されるように、ベアリングアセンブリ２０２は、ベアリングハウジング２２５、屈曲部２２１、マウント２２２、および特徴２２０（例えば、ベアリング剛性を調整するための特徴、またはベアリングガスのためのポートを含み得る）を含む。いくつかの実施形態では、タイロッド２５１は、ステータ２５０の構成要素に軸方向の圧縮を提供するために含まれる。例えば、タイロッド２５１は、エンドプレート２１０を通って軸方向に延びる各端部においてセクション（例えば、ねじセクション）を含み得、ワッシャ、ナット、圧着コネクタ、または他の終端部がセクションに固定され、エンドプレート２１０と係合し、圧縮を維持する。

図３は、本開示のいくつかの実施形態による、フープスタック３５１およびスパイン３５２を含む例示的なリニア電磁機械３００の斜視図を示す。フープスタック３５１は、ステータボア（例えば、フープスタック３５１のフープに固定されたステータ歯によって形成される）を形成するために軸３９０に沿って配置された複数のフープ（例えば、参照のために示されたフープ３５３を含む）を含む。例示されるように、フープスタック３５１は、構造的支持のために複数のフープのそれぞれの軸端上に配置されたエンドプレート３５４を含む。スパイン３５３は、フープのアライメントを維持するために、エンドプレート３５４およびフープスタック３５１のフープに結合される。いくつかの実施形態では、１つ以上の任意のタイロッド３５９を含んで、フープスタック３５１に軸圧縮を提供してもよい（例えば、タイロッド３５９は、エンドプレート３５４と係合してもよい）。ベアリングアセンブリ３０２および３０４は、ステータ３５０とトランスレータ３６０との間のアライメント（例えば、モータギャップの横方向アライメント）を維持する。フープ、コイル、ステータ歯、およびそれらのアセンブリのさらなる説明は、例えば、図４〜図１３に照らして説明される。フープスタック３５１のコイルに対応する複数の相リード３７０。

ステータは、１つ以上の位相における電流、１つ以上の位相における起電力、またはその両方に適応して、トランスレータとの電磁的相互作用を提供するように構成されているＬＥＭ構成要素である。電磁相互作用は、（例えば、磁気抵抗に影響を与えるモータエアギャップとの）磁束相互作用、（例えば、電流−力関係に影響を与える力定数との）力相互作用、またはその両方を含む。

図４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なステータ４００の斜視図を示す。ステータ４００は、例示されるように、ステータボアを形成するように配置された複数のステータ歯４０２（例えば、鉄要素、積層スタック、またはその両方）を含む。円形で示されるが、ステータ歯は、モータエアギャップを画定し得るいずれかの好適なコンパウンド表面を画定し得る（例えば、平坦、湾曲、セグメント化、区分、円形、非円形、またはそれ以外）。いくつかの実施形態では、スパイン４５２、エンドプレート４５４、およびタイロッド４５２、またはそれらのいずれかの組み合わせは、ステータ４００のアライメントを維持するための構造的支持を提供する。ステータ４００の複数の巻線からのリード４１３は、パワーエレクトロニクスに向けられか、それ自体のサブセット間で結合されるか（例えば、２つ以上の巻線を直接直列に結合するように、スターニュートラルを形成するために）、またはそれらの組み合わせであってもよい。図４には示されていないが、ステータ４００と電磁的に相互作用するように構成されているトランスレータの横方向変位を制約するために（例えば、ステータ４００とともにモータエアギャップを形成するために）、１つ以上のベアリングハウジングをステータ４００に固定してもよい。いくつかの実施形態では、タイロッド４５１は、ステータ４００の構成要素（例えば、フープ−コイル、ステータ歯４０２、またはその両方）に軸圧縮を提供するために含まれる。

ステータ（例えば、ステータ４００）は、磁束を誘導するための複数の鉄要素を含んでもよい。これらの鉄要素、または「ステータ歯」は、円形パターンで配置された（例えば、図５および図７に例示するようにフープによって配置された）いくつかの積層スタック（例えば、図６に示す）を含んでもよい。積層スタックは各々線形のスタックであり、一緒に円状に配置された場合には、円形のステータボアに近似することができる。より多くのステータ歯を含むことは、（例えば、歯と、磁石セクションを有するトランスレータとの間の）より均一なエアギャップを提供し、より狭いエアギャップを許容し、潜在的により良いモータ性能、またはそれらの組み合わせを許容し得る。ステータ歯の数を減らすことで、部品数および組み立てコストを削減することができる。いくつかの実施形態では、高い信頼性を達成するために、冷却システムは、ステータおよび巻線の冷却を提供し、ステータは、配線し易い相リードのために構成され、ステータは、絶縁材料（例えば、誘電体絶縁、断熱、またはその両方）、またはそれらの組み合わせのための空間を許容するように構成されている。

図５は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なフープ５００の斜視図を示す。フープ５００は、フープ５００の軸５９０の周囲に少なくとも部分的に方位状に配置された一組のステータ歯に適応するように構成されている（例えば、方位方向は軸５９２の周囲にある）。ステータに関して、図５に例示するように、軸５９２は、軸方向（すなわち、長手方向）を表し、軸５９１は、半径方向（すなわち、横方向）を表し、軸５９０は、方位方向を表す。フープ５００は、本体５０１（例えば、主要構造部分または「補強リング」）、１つ以上のスパインに適応するか、またはそうでなければ係合するように構成された任意の凹部５０４、任意のラッキング防止タブ５０２、および任意のドック５０３を含む。例えば、４つの凹部５０４が図５に例示されているが、いずれかの好適な数の凹部が、対応するスパインに適応するために含まれてもよい。いくつかの実施形態では、フープは、凹部を含まず、スパインは、いずれかの追加の特徴の有無にかかわらずフープ５００に接続する。ラッキング防止タブ５０２は、本体５０１から軸方向に延び、ステータ歯の積層の方位方向または横方向変形を防止するように構成されている。ラッキング防止タブ５０２は、いくつかの実施形態では、冷却空気の流れがステータに浸透することを許容するように構成されている（例えば、ラッキング防止タブ５０２を通って巻線およびステータ歯に流れるように）１つ以上の穴または他の特徴を含んでもよい。ドック５０３は、ステータ歯の特徴に適応するか、またはそうでなければ係合して、ステータ歯の位置を維持、ステータにかかる力に反応、またはその両方を行うように構成されている。フープ５００は、形状を形成し、特徴を形成し、特徴を取り付け、またはそれらのいずれかの組み合わせ（例えば、ラッキング防止タブ５０２、凹み５０４、ドック５０３）を行うためのいずれかの好適な加工（例えば、曲げ、破断、プレス／スタンプ、切断、ろう付け、溶接、接着、またはそれ以外の方法）を含む、金属、板金、プラスチック、または他のいずれかのシート材料で構築されてもよい。

図６は、本開示のいくつかの実施形態による、複数の積層を含む例示的なステータ歯６００の軸方向図および斜視図を示す。積層６０１は、ステータ歯が形成される材料の薄板を例示するように示されている。６０１に類似する複数の積層は、それらが同一である必要はないが、ステータ歯６００を形成するために積み重ねられる。例えば、複数の鋼製積層は、金属薄板から（例えば、パンチング、レーザ切断、プラズマ切断、ワイヤＥＤＭ、ウォータージェット切断、またはいずれかの他の切断技法によって）切断され、積層スタック（すなわち、ステータ歯６００）を形成するために互いに固定されてもよい（例えば、固着、インターロック、溶接、クリート、またはいずれかの他の好適な手段）。ステータに関して、図６に例示するように、軸６９２は、軸方向を表し、軸６９１は、半径方向を表し、軸６９０は、方位方向（軸６９２の周囲の方位）を表す。例示されるように、ステータ歯６００は、ステータ歯の軸方向係合のための特徴６５０および６５１を含む。特徴６５０および６５１は、ボス、凹部、溝、スロット、段差、***部分、軸方向に隣接するステータ歯（例えば、隣接するフープに固定されている）と係合するためのいずれかの他の好適な幾何学的特徴、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴６５０および６５１は、フープスタック（例えば、図３のフープスタック３５１）を組み立てるための目印となる特徴を提供するか、フープスタックの整列を補助するか、またはその両方を提供する。

領域６０５は、１つ以上の巻線に適応するように構成された凹部を表す。例えば、特定の軸方向位置のステータ歯の領域６０５に類似する領域は、電子導電性巻線（例えば、コイルの）が巻かれるか、そうでなければ挿入され得る空隙容積を形成するように整列している。いくつかの実施形態では、ステータ歯６００またはその領域６０５は、ステータ歯６００に対して巻線が電気的に短絡するのを防止するために、電気絶縁材料（例えば、ノメックスシーティングなど）で包まれるか、またはそうでなければ覆われる。代替的な実施形態では、導電性巻線は、巻線がステータ歯６００に対して電気的に短絡するのを防止するために、電気絶縁材料（例えば、ノメックステープなど）で包まれるか、またはそうでなければ覆われる。例示されているような切欠きを含む特徴６０３は、ステータ歯６００が（例えば、図７に例示されているような）フープと係合することを許容するように構成されている。例えば、特徴６０３は、図５のフープ５００のドック５０３と係合し得る。ステータ歯先６０４（ステータ歯先とも呼ばれる）は、複数のステータ歯の同様の特徴とともに、ステータボアを画定するために使用される。いくつかの実施形態では、ステータ歯先６０４の形状は、方位方向（例えば、６９０の方向）において平坦であり得る。代替的な実施形態では、ステータ歯先６０４の形状は、望ましいステータボア表面を提供するために必要とされる凸形、凹形、またはいずれかの他の適切な形状を有し得る。正面図の点線の輪郭によって例示されるように、歯先６０４は、より密接に円（例えば、円形のステータボア）に近似するように、湾曲していてもよいし、またはそうでなければ輪郭を形成していてもよい。

例示的な例では、積層６０１は、薄く、低損失で、高透磁率の積層鋼を含んでもよい。さらなる例示的な例では、積層６０１は、最適化されたステータ歯の形状により、モータエアギャップを形成させ、高銅スロット充填（例えば、より多くの巻線、または巻線回数）を提供させることができる。図６に例示するように、ステータ歯６００の積層（例えば、積層６０１）は、軸方向に見たときにステータ歯６００が長方形のプロファイルを有するように、十分に均一な厚さを有する。いくつかの実施形態では、積層６０１の厚さは均一である必要はない。例えば、積層体６０１は、ステータ歯６００が形成されたときに、ステータ歯６００が軸方向に見たときにＶ字状プロファイルを形成するように（例えば、ステータ歯の内面がステータ歯の外側表面積よりも小さい）、歯先６０４において外側半径方向端部（例えば、特徴６０３が位置決めされている場所）よりも小さい厚さを有していてもよい。このＶ字状プロファイルは、一組のステータ歯の外径（例えば、図７のステータ歯のリングによって示されるように）において、隣接するステータ歯の間の方位ギャップを減少させるか、または排除することができ、それにより、ステータ内の鋼材の量を増加させ、これにより、磁束密度を減少させ、効率を向上させることができる。

図７は、本開示のいくつかの実施形態による、一組のステータ歯７０２が配置された例示的なフープ７０１（「フープ−歯アセンブリ」）の斜視図を示す。一組のステータ歯７０２は、特定の軸方向位置または位置範囲において、ステータボア７０３を局所的に画定する。一組のステータ歯の７０２の各歯は、フープ７０１のドック（例えば、そのドック７５３が１つである）と係合する。いくつかの実施形態では、各ドック７５３は、（例えば、ステータ歯７０２の）ステータ歯と係合する特徴７５４（例えば、例示のスロット）と、係合を維持するための特徴７５５（例えば、例示の屈曲部）と、を含む。いくつかの実施形態では、一組のステータ歯７０２は、溶接、ろう付け、接着、圧着、またはそれ以外の方法でフープ７０１に固定されてもよく、特徴７５５は、含まれていてもよいが、含まれる必要はない。特徴７５６（例えば、例示されているように、１つ以上のホールド）は、コイル（またはその巻線）、ステータ歯、フープ、スパイン、タイロッド、またはそれらの組み合わせの冷却に役立つように、冷却空気が流れる経路を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、特徴７５６は、ステータのセクションを２つ以上の冷却ゾーンに分割するために選択的に覆われていてもよい。

いくつかの実施形態では、例示されているように、一組のステータ歯７０２は、トランスレータに回転防止力を提供するように構成されている方位ギャップ７０４を含み、トランスレータの特徴が細長く（例えば、レール）移動することを許容するか、コイルリードが巻線から離れて配線されることを許容するか、またはそれらのいずれかの組み合わせとなるように構成されている。いくつかの実施形態では、リードカバー７０５は、巻線から離れたコイルリードを誘導するか、ステータ歯のアライメントを提供するか、またはその両方のために含まれてもよい。例えば、リードカバー７０５は、コイルリードを巻線から遠ざけるように配線または誘導するための内部通路で構成されていてもよい。追加的に、リードカバー７０５は、一組のステータ歯７０２および補強リング７０１からコイルリードを電気的に絶縁するための誘電体材料（例えば、プラスチック）から構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ステータボア７０３における１つ以上の方位ギャップは、一組のステータ歯の中に含まれ得る。いくつかの実施形態では、ステータボア７０３における実質的に明確な方位ギャップは、一組のステータ歯の中には含まれない。いくつかの実施形態では、ステータボア７０３における１つ以上の方位ギャップが含まれ、回転防止力を提供するように構成されている。特徴７１１（例えば、例示されたような１つ以上の穴）は、タイロッドに適応するか、空気を冷却するための軸方向の冷却経路を提供するか、またはその両方のために含まれてもよい。

例示的な例では、フープは、単一の歯列の円形度を制御するために使用されるプレス加工部品であり得る。フープは、多数の歯列が軸方向に直列に積み重ねられているときに、いずれかの好適な数またはタイプのスパインといずれかの好適な数またはタイプのエンドプレートとともに、ステータボアの真直度を制御する。フープは、ステータボアを確実に画定するか、噛み合うアセンブリを許容するか、またはその両方のために、それらのアライメント位置に積層スタックを固定する、係合する、事前に組み込む、またはそれらのいずれかの組み合わせを行うためのいずれかの好適な特徴を含んでいてもよい。積み重ねられたアセンブリは、モータの効率を改善し、磁石の損失を低減するためにステータの歯先（例えば、図６に示すように）を使用することを許容する一方で、コイルの挿入が容易であり、スロットの充填が良好であり、ステータアセンブリが簡素であることを許容する。いくつかの実施形態では、ステータ歯は、複数の歯列を軸方向に一緒に積み重ねるときに正のアライメントを提供するために積層にプレス加工されたアライメントボスおよびポケットを含む。

いくつかの実施形態では、フープ−歯アセンブリのスタックは、ステータアセンブリの剛性を改善するために圧縮される。いくつかの実施形態では、フープ−歯アセンブリは、圧縮下で組み立てられ、タイロッド、溶接、接着剤、またはそれらの組み合わせによって所定の位置に固定され得る。いくつかのそのような実施形態では、個々の積層スタックまたはステータ歯が、圧縮状態で組み込まれたときに（例えば、ラッキング防止タブの使用を通して）歪んだり、またはラッキングするのを防止するための特徴（例えば、タブ）を含むことが必要であり得る。これらの特徴は、個別の部品であるか、またはフープ設計に組み込むことができる。

いくつかの実施形態では、一組のステータ歯は、（例えば、歯の設計に基づいて）ステータ歯のリングの半径方向外側領域において方位ギャップを含んでもよい。これらのギャップは、半径方向外側の端部においてより大きな厚さを有するステータ歯の積層を含むことによって充填されてもよいし、またはそうでなければ回避されてもよい（例えば、ステータ歯がより小さい半径で方位状に先細になるように）。例えば、軸方向に見ると、ステータ歯は、均一な厚さの代わりに半径方向にＶ字形を有し得る。Ｖ字形の使用は、電磁性能を改善し得るが、ステータを通る冷却流体の流れに対する抵抗を増加させ得る。

図８は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なコイル８００の軸方向図および斜視図を示す。コイル８００は、巻線８０２およびリード８０４を含む。いくつかの実施形態では、例示されるように、コイル８００は、巻線（すなわち、巻線８０２）を形成するために、好適な形状（例えば、例示されるような円形）で巻かれた電子導電性材料の長さを含む。電子導電性材料の残りの部分は、リード（すなわち、リード８０４）を形成する。例えば、リード８０４は、他のリード（例えば、他のコイルの）、パワーエレクトロニクス、電気端子、中性ワイコネクション、いずれかの他の好適な接続、またはそれらのいずれかの組み合わせに結合されてもよい。例示的な例では、コイル８００がフルブリッジによって制御される位相に含まれる場合、両方のリード８０４は、電流制御のためにＨブリッジ回路の好適なノードに結合されてもよい。さらなる例示的な例では、コイル８００がハーフブリッジによって制御される位相に含まれる場合、リード８０４の一方は、電流制御のためにハーフブリッジ回路の好適なノードに結合されてもよく、リード８０４の他方のリードは、中性ワイに接続されてもよい。さらなる例示的な例では、コイル８００が位相に含まれる場合、リード８０４は、他のコイルのリードに結合され得る（例えば、相は２つ以上のコイルを含む）。

いくつかの実施形態では、コイル８００は、銅線、アルミニウム線、いずれかの他の好適な金属線、またはそれらのいずれかの組み合わせから形成されてもよい。例えば、Ｎ個の積層ストランド（例えば、ここでＮは整数である）を有する銅線は、巻線８０２を形成するために（例えば、コイルボア８３０を画定するためにマンドレルまたは他のツールの周囲に）巻き付けられてもよく、巻き付けられていない端部は、（例えば、いずれかの好適な長さの）リード８０４を形成する。いくつかの実施形態では、例示されているように、巻線８０２、リード８０４、またはその両方は、短絡を防止するために、電子絶縁材料（例えば、Ｎｏｍｅｘ、Ｋａｐｔｏｎ、または他の好適な材料（複数可））で包まれてもよい。いくつかの実施形態では、リード８０４は、端部に電気的終端（例えば、圧着コネクタ、はんだ付け端部、または他の好適な構成要素もしくは処理）を含む。いくつかの実施形態では、コイルボア８３０は、ステータボアと同じまたはそれよりも大きい。例えば、コイルボア８３０は、巻線８０２がトランスレータと偶発的に接触するのを防止するために、ステータボアよりも大きくてもよい。さらなる例では、コイルボア８３０は、ステータボアよりも大きくてもよく、ステータ歯の半径方向内側部分は、コイルボア８３０の半径方向内側に配置される。各々コイル８００に類似する複数のコイルは、ステータの位相を構成するステータ（例えば、図４のステータ４００）に含まれ得る。例えば、各位相は、直列に電気的に結合される１つ以上のコイルを含み得る。さらなる例では、各位相は、１つのコイルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、コイルまたはその巻線は、固着可能なワイヤ、固着可能な絶縁体を有するワイヤ、またはその両方を使用して形成され得る。例えば、コイルを形成した後、コイルまたはその巻線部分を加熱（例えば、オーブンで焼いて）して硬化する。コイルは、例えば、円形、正方形、またはいずれかの他の好適な形状などの、いずれかの好適な断面を有するワイヤを含み得る。コイルは、例えば、銅、アルミニウム、またはいずれかの他の好適なワイヤなどの、いずれかの好適な材料のワイヤを含み得る。

図９は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なスパイン９００の斜視図を示す。スパイン９００は、ステータのフープの軸方向のスタックを位置決めしたり、配置したり、維持したり、整列させたり、またはそれ以外の方法で影響を与えるように構成されている。スパイン９００は、ステータの１つ以上のフープに軸方向に広がるように構成されている長さ９０１を含む。スパイン９００は、軸方向の剛性、方位方向の剛性、横方向の剛性（例えば、半径方向）、またはそれらの組み合わせをフープのスタックに提供するように構成され得る。ステータは、いずれかの好適な形状を有する、いずれかの好適な数のスパインを含み得る。例えば、長方形として例示されているが、スパインは、（例えば、方位円弧に従うように）湾曲していてもよく、分割されていてもよく、曲がっていてもよく、平面内の規則的または不規則な形状によって画定されていてもよく、またはいずれかの他の好適な形状であってもよい。いくつかの実施形態では、例示されるように、スパイン９００は、ステータのフープに固定する、またはそうでなければ結合するための特徴９０２を含む。特徴９０２は、例えば、穴、スロット、凹部、ボス、歯、ピン、ねじ部品（例えば、ねじ切り棒）、いずれかの他の好適な特徴、またはフープの配置を位置決めして維持するためのそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。各々がスパイン９００に類似した１つ以上のスパインは、ステータおよびその構成要素のための構造的支持、アライメント、またはその両方を提供するために、ステータ（例えば、図４のステータ４００）に含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、スパイン９００は、単一のフープの長さに広がり、軸方向に他のスパインに取り付けられ、軸方向に積み重ねられたときに、集合的にステータの長さに広がる。いくつかの実施形態では、スパイン９００は、複数のフープの長さに広がり、軸方向に他の類似のスパインに取り付けられ、軸方向に積み重ねられたときに、集合的にステータの長さに広がる。いくつかの実施形態では、スパインは、フープ−歯アセンブリに含まれるステータ歯を整列させることによって、ステータボアを画定するのに役立つ。さらに、スパインは、動作中、ステータ歯、したがって、潜在的にステータボアのねじれ、または他の変位に対して剛性を提供する。

図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なエンドプレート１０００の斜視図を示す。エンドプレート１０００は、フープスタックの軸方向の範囲を画定するように構成されている。例えば、エンドプレート１０００は、フープ５００に類似し得るが、対応するコイルまたはステータ歯がない。さらなる例では、エンドプレート１０００は、対応するコイルまたはステータ歯を含むフープ５００と類似していてもよい。さらなる例では、エンドプレート１０００は、フープ５００に類似する必要はなく、対応するコイル（複数可）またはステータ歯を含んでもよいが、含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００は、フープと同一である（例えば、ステータのいずれかの軸方向端部にある終端フープは、別個の構成要素を必要とせずに、エンドプレートとして機能する）。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００は、１つ以上のスパイン（例えば、図９のスパイン９００に類似している）に固定されてもよいし、またはそうでなければ結合されてもよい。例えば、特徴９０１は、穴、スロット、凹部、ボス、歯、ピン、ねじ部品（例えば、ねじ切り棒）、いずれかの他の好適な特徴、またはそれらのいずれかの組み合わせを含み、１つ以上のスパインと整合し得る。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００は、組み立てられたステータに対する構造的剛性を提供するために、スタックの各フープよりも構造的に剛性が高い。エンドプレート１０００は、ステータボアよりも大きいエンドプレートボア１０３０を含む。エンドプレートボア１０３０は、トランスレータの動きを妨げることなく、トランスレータを軸方向に移動させることを許容する。いくつかの実施形態では、各々エンドプレート１０００に類似する１つまたは２つのエンドプレートは、ステータの長手方向端部に配置されたステータ（例えば、図４のステータ４００）に含まれ得る。例えば、エンドプレートは、ステータの各長手方向端部に含まれてもよい（例えば、２つのエンドプレートが含まれる）。いくつかの実施形態では、ステータの端部をキャップすることに加えて、エンドプレート１０００は、ステータ内の中間位置で使用され、ステータスタックに追加の構造的支持を提供することができる。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００を使用して、ベアリングをステータに直接取り付けることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のエンドプレートは、フープスタック内（例えば、２つのフープ−歯アセンブリの間）に配置されてもよい。エンドプレートは、フープを一緒に保持するのに役立つように構成されているいずれかの好適な設計のものであり得る。スパインは、フープを一緒に保持するのに役立つように構成されているいずれかの好適な設計のものであり得る。いくつかの実施形態では、ステータは、スパイン、エンドプレート、またはその両方を含む必要はない。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００は、スパインと整合し、係合するための特徴１００１を含む。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０００は、タイロッドと整合し、係合するための特徴１００２を含む。

図１１は、本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート１１０１、１つのフープ−歯アセンブリおよび１つのコイル（集合的にフープ−コイルアセンブリ１１０２、または「フープ−コイル」）、ならびにスパイン１１０３および１１０４を含む例示的なアセンブリ１１００の斜視図を示す。スパイン１１０３および１１０４は、ステータの第１の軸方向側を画定するエンドプレート１１０１に結合される。フープ−コイルアセンブリ１１０２は、フープ、一組のステータ歯１１０５、および１つ以上のコイル１１０６を含み、エンドプレート１１０１と軸方向に沿って配置される（例えば、ステータの軸に沿って）。いくつかの実施形態では、アセンブリ１１００は、完成したステータのための第１の構造ブロックである。図１２は、本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート１１０１、いくつかのフープ−コイルアセンブリ１２０２（例えば、フープ−コイルアセンブリ１１０２を含む）、ならびにスパイン１１０３および１１０４を含む例示的なアセンブリ１２００の斜視図を示す。アセンブリ１２００は、部分的に組み立てられたステータである。フープ−コイルアセンブリ１２０２は、ステータの軸に沿って積み重ねられる。いくつかの実施形態では、フープ−コイルアセンブリ１２０２のリード１２１３は、同じ配向に向けられるが、そうする必要はない。いくつかの実施形態では、アセンブリ１２００は、完成したステータ（例えば、図１３のステータ１３００）の必要条件である。図１３は、本開示のいくつかの実施形態による、エンドプレート１１０１および１３０１、フープ−コイル１３０２（例えば、フープ−コイルアセンブリ１２０２を含む）、ならびにスパイン１１０３および１１０４を含む例示的な組み立てられたステータ１３００の斜視図を示す。フープ−コイルアセンブリ１３０２は、ステータ１３００の軸に沿って積み重ねられ、したがって、ステータボアを画定する（例えば、ステータ歯１３０５は、ステータボアを画定する）。例えば、ステータボアは、トランスレータの磁石セクションとともに、モータエアギャップを画定する。いくつかの実施形態では、フープ−コイルアセンブリ１３０２のリード１３１３は、同じ配向に向けられるが、そうする必要はない。いくつかの実施形態では、リード１３１３は、リード１３１３のうちの１つ以上（例えば、位相に対応し得る）の電流を制御するように構成されているパワーエレクトロニクス（例えば、図３３、図３４、および図３６に例示するように）に結合される。いくつかの実施形態では、リード１３１３のうちのいくつかは、パワーエレクトロニクスに結合され、リード１３１３のうちのいくつかは、他のリードに結合される（例えば、直列もしくは並列にコイルを配置するため、または中性ワイもしくは星形ノードを形成するため）。いくつかの実施形態では、フープ−コイルアセンブリ１３０２のうちの１つ以上が、スパイン１１０３および１１０４に（例えば、締結、圧着、連結、押圧、歯−溝インターフェース、ピン留め、またはそれ以外の方法で位置決めされ制約されることによって）固定される。いくつかの実施形態では、スパイン１１０３および１１０４は、（例えば、実質的に真っ直ぐなステータボアを確実にするために）フープ−コイルアセンブリ１３０２の横方向アライメントを提供する。ステータ１３００は、例示されるように４つのスパイン（例えば、スパイン１１０３、１１０４、１３０４、および１３０６）を含むが、ステータは、スパインのいずれかの好適なものを含んでもよい。いくつかの実施形態では、軸方向の長さ、位相の数、またはその両方は、より長いスタックを形成することによって（例えば、より長いまたはより短いスパインを使用する、オフセットスパインを使用する、およびスタック内のより多いまたはより少ないフープ−コイルを使用する）選択されてもよい。いくつかの実施形態では、軸圧縮を提供するために、任意のタイロッド１３５１が含まれてもよい。いくつかの実施形態では、フープ−コイルアセンブリは、隣接するフープ−コイルアセンブリが、ステータ歯が軸方向の圧縮荷重に耐えるように、それぞれのステータ歯のインターフェースにおいて整合または係合するように積み重ねられ、一方で、任意選択的に、フープおよびスパインはアライメントを維持する。

例示的な例では、エンドプレート１１０１および１３０１は、ステータ１３００と電磁的に相互作用するように構成されているトランスレータの横方向（例えば、半径方向）変位を制約するように構成されているベアリングマウント、屈曲部、またはベアリングハウジングと整合するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、エンドプレートに隣接するフープ−コイルアセンブリは、軸方向の外側端部（例えば、フープ−コイルアセンブリとエンドプレートとの間）にコイルを有する必要はない。例えば、スタックの各フープ−コイルアセンブリは、軸方向内側の端部（例えば、エンドプレートから離れて）にのみコイルを含む第１および最後のフープ−コイルを除いて、ステータ歯の各軸方向端部に１つずつある２つのコイルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、スタックの各フープ−コイルアセンブリは、第１および最後のフープ−コイルアセンブリ（例えば、エンドプレートに隣接するフープ−コイルアセンブリ）を含む、ステータ歯の各軸方向端部に１つずつある２つのコイルを含んでもよい。

図１４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な軸方向積層１４００の側面図および例示的な一組の軸方向積層スタック１４５０の斜視図を示す。軸方向積層１４００は、複数のスロット（例えば、スロット１４０２）によって分離された複数の歯（例えば、歯１４０１を含む）を含む。例示されるように、積層スタック１４５０（例えば、積層スタック１４６０を含む）は、ステータボア１４５３を形成するように配置された一組の積層スタック（各スタックは、積層１４００と類似の複数の積層を含む）を含む。積層スタック１４５０の一組のステータ歯は、ステータボア１４５３を画定する。スロット１４５４は、ステータボア１４５３の周囲に少なくとも部分的に方位方向に延び、ステータ歯の軸方向に連続した列の間に配置される。いくつかの実施形態では、ワイヤは、巻線を形成するためにスロット１４５４に巻かれてもよい。いくつかの実施形態では、コイルは、いずれかの好適な方法で配線された位相リードを有するスロット１４５４に設置されてもよい。いくつかの実施形態では、一組の積層スタックの積層スタックは、ステータの長さに等しいか、またはそれよりも短い軸方向の長さを有する。いくつかの実施形態では、積層スタック１４５０は、構造的およびアライメント治具、特徴、構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせを使用して配置される。例えば、積層スタック１４５０は、少なくとも１つのフープ（例えば、図３のフープ３５３に類似）、スパイン（例えば、図３のスパイン３５２）、エンドプレート（例えば、図３のエンドプレート３５４）、タイロッド（例えば、図３のタイロッド３５９）、またはそれらのいずれかの組み合わせを構造的に支持し、整列させることができる。

図１５は、本開示のいくつかの実施形態による、リード管理カバー（例えば、カバー１５０３を使用する）、方位ギャップ１５０４、およびスパイン１５１０〜１５１３を有する例示的なフープ−コイル１５００の正面図を示す。フープ−コイルアセンブリ１５００は、フープ１５０２、一組のステータ歯１５０１、コイル（例えば、巻線１５２０ならびにリード１５２１および１５２２を含む）、ならびにカバー１５０３を含む。いくつかの実施形態では、例示されているように、フープ−コイルアセンブリ１５００を含むステータと電磁的に相互作用するように構成されているトランスレータにクロッキング防止力を作用させるように、一組のステータ歯１５０１の中に方位ギャップ１５０４が含まれている。フープ１５０２は、スパイン１５１０、１５１１、１５１２、および１５１３によって、横方向の動き（例えば、半径方向、方位方向、またはそれ以外）に結合されるか、またはそれ以外の方法で、その動作が制約されている。フープ−コイル１５０２にまたがって軸方向および半径方向に延び得るが、その必要はないカバー１５０３は、リード１５２１および１５２２を、巻線１５２０から保護し、かつパワーエレクトロニクス、他の巻線のリード、中性ワイ／星形ノード、またはいずれかの他の好適な電気端子に誘導するように構成されている。いくつかの実施形態では、カバー１５０３の存在は、一組のステータ歯１５０１の間に第２の方位ギャップを引き起こす。いくつかの実施形態では、方位ギャップ（例えば、方位ギャップ１５０４およびカバー１５０３のための方位ギャップ）は、いずれかの好適な方位位置（例えば、実質的に１８０度離れた位置）に位置決めされてもよく、いずれかの好適なサイズ（例えば、実質的に同じサイズ）を有してもよく、またはその両方であってもよい。いくつかの実施形態では、フープ−コイルアセンブリのステータ歯の間の１つ以上の方位ギャップは、フープ−コイルアセンブリを含むステータと電磁的に相互作用するように構成されているトランスレータにクロッキング防止力を作用させるように構成されてもよい。図７では、例示されているように、方位ギャップ１５０４とカバー１５０３のための方位ギャップとの間の歯に対するステータ歯の間の均一な方位ギャップが示されているが、これは必ずしもそうである必要はない。ステータ歯は、いずれかの好適なサイズを有するいずれかの好適な数の方位ギャップを有するフープ−コイルアセンブリに配置することができる。いくつかの実施形態では、いずれかの好適な数のコイルがフープ−コイル（例えば、１つ以上のコイル）に含まれてもよいが、フープ−コイルアセンブリは、フープごとに（例えば、一組のステータ歯の反対の軸方向側に）２つのコイルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ステータ積層歯ピッチ（ステータスロットピッチとも呼ばれる）は、ステータスタック内のそれらの軸方向位置に基づいて、あるフープ−コイルアセンブリから別のフープ−コイルアセンブリまで変化し得る。いくつかの実施形態では、トランスレータの速度プロファイルがストロークの中間点（例えば、ステータの中心）で最も高い場合、位相周波数およびそれに伴うコア損失を低下させる可能性があるので、ステータの中央のより長いステータスロットピッチが望ましい場合がある。同様に、トランスレータの速度プロファイルがストロークの端部（例えば、ステータの端部）付近で最も低い場合、ステータの端部においてより短いステータスロットピッチが望まれ得るが、それは、位相周波数、または巻回当たりのＥＭＦを増加させ、それによって端部巻線からの作用（すなわち、ある距離にわたる力）がより大きく寄与することを許容するからである。いくつかの実施形態では、ステータの端部セクションにおいて位置決めされたフープ−コイルアセンブリは、ステータの中央セクションのフープ−コイルアセンブリのステータスロットピッチと比較して、より短いステータスロットピッチを含んでもよい。

図１１〜図１３に例示されるように、対応するコイルおよびステータ歯（例えば、図１５の複数のフープ−コイルアセンブリ１５００）を有する複数のフープを軸方向に積み重ねてステータを形成してもよい。例えば、対応するコイルを有する複数のフープは、アライメント、固定、またはその両方のために１つ以上のスパイン（例えば、スパイン１５１０〜１５１３）に沿って積み重ねられ得る。いくつかの実施形態では、コイルを含む巻線の巻数は、各フープ−コイルアセンブリごとに同じである。いくつかの実施形態では、コイルを含む巻線の巻数は、フープ−コイルアセンブリ間で変化し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ステータの端部に向かって位置決めされたフープ−コイルアセンブリは、より少ない巻数のコイルを含み、ステータの中央に向かって位置決めされたフープ−コイルアセンブリは、より多くの巻数のコイルを含むか、またはその両方を含むか、またはその逆であってもよい。

いくつかの実施形態では、ステータは、別個のスパインを含む必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、複数のフープ−コイルを軸方向に積み重ね、任意選択的に中央マンドレルの周囲に整列させ（例えば、磁石セクションとモータエアギャップの代用として）、次いで互いに溶接または固着することができる。さらなる例では、フープ−コイルは、（例えば、スタックを圧縮状態にするためのタイロッドを用いて）軸方向に事前に組み込んでから使用することによって、軸方向に事前に組み込んでからクランプすることによって、またはその両方によって圧縮されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のフープ−コイルが軸方向に積み重ねられ、フープのスタックを通って延びる１つ以上のタイロッドを使用して、軸方向に圧縮されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スパインおよびエンドプレートに加えて、またはその代わりにタイロッドを使用してもよい。いくつかの実施形態では、軸方向に積み重ねられたフープの各々は、スパインと整合し、タイロッドは、フープ−コイルアセンブリの軸方向スタックを軸方向に圧縮させるために使用される。

いくつかの実施形態では、本開示の構成要素は、既存のモータ製造インフラストラクチャ（例えば、プレス、ダイ、コイルマシン、絶縁システム）を活用し、積層シート材料を効率的に使用し、自動組み立ておよび検証方法との互換性を提供し、合理化されたハンドアセンブリを許容し、高出力密度、ならびに低材料および組み立てコストを達成するために十分な冷却オプションを提供するように、（例えば、製造コストを低く抑えるために）構成されている。

例示的な例では、積み重ねられたアセンブリ（すなわち、ステータ）の半径方向外側の周囲に露出したステータ歯（例えば、金属）および巻線（例えば、銅線またはアルミニウム線）は、温度を制御し、（例えば、大きな電流負荷の下で）モータの寿命、モータ効率、モータ電力、またはそれらのいずれかの組み合わせを改善するために、受動的または能動的のいずれかのモータ冷却のためのアクセスを提供する。いくつかの実施形態では、巻線間、ステータ歯間、またはそれらの組み合わせの磁石エアギャップに冷却空気をより効果的に誘導するために、シュラウド（例えば、図４に示される）が設置され得る。

変換アセンブリまたは「トランスレータ」は、電気エネルギーと運動エネルギーの間で変換するためにステータと電磁的に相互作用する。したがって、トランスレータは、電磁力の下で移動し、トランスレータに印加されるすべてのの力の下で移動し、ステータの相で起電力（ｅｍｆ）を発生させ（例えば、ステータによって発生したｅｍｆに逆に反応し）、公称線形移動経路を達成し、動作中に経験される熱的および機械的負荷（例えば、サイクル）に耐えることができる。

図１６は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータ１６００の側面図を示す。図１７は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ１６００の軸方向端面図を示す。図１６の軸方向端面図は、方向１６０１から見たものである。トランスレータ１６００は、チューブ１６１２を含む。トランスレータ１６００は、ステータとの所望の電磁相互作用を可能にするための特徴（例えば、磁石）を含み得る、セクション１６１３を含む。トランスレータ１６００はまた、任意選択的に、位置指示、クロッキング防止ベアリング面、またはその両方を提供するように構成されているレール１６１６を含む。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００はレールを含まず、トランスレータとステータ（例えば、ステータ歯の間に方位ギャップを有するステータ）との間の電磁的相互作用を通じて、方位方向の十分なクロッキング防止剛性が提供される。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００、またはその構成要素は、軸１６９０に関して対称であってもよい（例えば、軸１６９０を中心とした円形の形状、締結具パターン、レールの配置、および回転対称性を有する他の側面を含む）。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００、またはその構成要素は、軸１６９０に関して対称である必要はない。いくつかの実施形態では、セクション１６１３は、チューブ１６１２と実質的に同じ直径を有してもよい。いくつかの実施形態では、セクション１６１３は、チューブ１６１２よりも小さいまたは大きい直径を有することができる。いくつかの実施形態では、セクション１６１３、チューブ１６１２、またはその両方の外形寸法は、軸方向で均一、不均一、またはその両方であってもよい。例えば、チューブ１６１２は、テーパ、段差、またはその両方を含んでもよい。さらなる例では、セクション１６１３は、その軸方向中心において、またはその近傍でより大きな直径を有してもよい。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００は、異なる材料で作製されたいくつかのセクションで構成され得る。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００のセクションの材料組成は、重量、機械的強度、および電気的または熱的特性などの所望の特性に対して最適化されてもよい。

レール１６１６は、例えば、位置指示または割り出しのための特徴を含み得る表面１６４０、クロッキング防止ベアリング面を含み得る表面１６４１、およびクロッキング防止ベアリング面を含み得る表面１６４２を含む。いくつかの実施形態では、トランスレータは、本開示に従って、トランスレータ上でいずれかの好適な方位または軸方向の位置付けを有するレールを含まないか、１つ、２つ、または３つ以上のレールを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、トランスレータは、（例えば、冗長性、正確性、対称性、またはそれらの組み合わせのための）複数の位置指示を提供するための２つ以上のレールを含み得る。いくつかの実施形態では、トランスレータ１６００は、いずれのクロッキング防止レールも含む必要はない。いくつかの実施形態では、トランスレータとステータとの間の磁気相互作用は、方位方向に適切なクロッキング防止剛性を提供し得る。いくつかの実施形態では、クロッキング防止レール１６１６がなくても、例えば、位置割り出し特徴は、トランスレータ１６００に直接取り付けられてもよいし、トランスレータ１６００に直接統合されてもよいし、またはその両方（例えば、チューブ１６１２に直接取り付けられてもよいし、チューブ１６１２に直接統合されてもよいし、またはその両方）であってもよい。いくつかの実施形態では、表面１６４１および１６４２は、対応するクロッキング防止ベアリング（例えば、クロッキング防止ガスベアリングを含み得る）と整合するように構成されている。クロッキング防止ベアリングは、方位方向に剛性を提供し、したがって、トランスレータの方位方向の動きを防止または減少させる。いくつかの実施形態では、表面１６４０は、位置指示または割り出しのための機械加工された特徴、位置指示または割り出しのための磁気テープ、位置指示または割り出しのためのいずれかの他の好適な特徴、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ステータに対するトランスレータの位置を感知することは、外部の位置割り出し特徴の使用に関連して、またはこれを使用しないで、トランスレータの磁気特徴セクション１６１３の１つ以上の列の位置を感知することによって判定されてもよい。例えば、逆起電力（ｅｍｆ）は、ステータおよびトランスレータの相対位置を判定するために、１つ以上の位相巻線において測定されてもよい。さらなる例では、制御信号（例えば、電流を印加するためのパルス幅変調信号）、測定された電流、またはその両方を使用して、ステータおよびトランスレータの相対位置を判定してもよい。

図１８は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なトランスレータチューブ１８１０およびレール１８１２の端部の側面断面図を示す。例えば、レールは、トランスレータの回転の動きを制約するように、および／または位置測定のためにエンコーダテープを取り付けるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、レールは、トランスレータに固定（例えば、ボルト締め、溶接、接着、テープ貼り、またはそれらのいずれかの組み合わせ）される。レール１８１２は、ボルト締め、溶接、接着、テープ貼り、またはそれらのいずれかの組み合わせなどのいずれかの好適な手段を通して、トランスレータチューブ１８１０に固定することができる。いくつかの実施形態では、レール１８１２は、トランスレータチューブのいずれかの好適な位置において、ならびにレールのいずれかの好適な位置においてトランスレータチューブ１８１０に固定され得る。例えば、レール１８１２は、レールの軸方向長さの全体にわたってトランスレータチューブ１８１０に固定される必要はない（例えば、トランスレータチューブに固定されない部分があってもよい）。

図１９は、本開示のいくつかの実施形態による、磁石セクション１９１３を有する例示的なトランスレータ１９００の一部分の側面図を示す。トランスレータ１９００は、チューブ１９１２および磁石セクション１９１３（例えば、図１６のセクション１６１３に類似し得る）を含む。磁石セクションは、ステータの位相と電磁的に相互作用し得るいずれかの好適な特徴を含み得る。例えば、例示されるように、磁石セクションは、（例えば、例示されるように、Ｎ極またはＳ極が外側を向いている）（Ｎ）北および（Ｓ）南の配置の磁石のアレイ、ハルバッハアレイ、いずれかの他の好適な磁気アレイ、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＮおよびＳ磁石列の軸方向の長さは、実質的に同じまたは実質的に異なっていてもよい。例えば、セクション１９１３の軸方向端部に向かっている磁石列は、磁場の発生への寄与が少なくてもよく、セクション１９１３の軸方向中央部に向かっている磁石列よりも軸方向長さが短くてもよい（例えば、図２２に例示されているように）。磁石セクション１９１３は、磁石セクション１９１３を画成する役割を果たし、トランスレータ１９００に作用する力（例えば、軸方向の力）の伝達力に役立つように機能し得る任意の端部特徴１９２０および１９２１を含む。磁石セクション１９１３はまた、同極性に配置された磁石の列を位置決めするように構成されている任意の位置決め特徴１９２２を含む。位置決め特徴１９２２は、磁石を行、列、グリッド、またはいずれかの好適な極ピッチを有すいずれかの他の好適な配置として位置決めするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、対応するステータは、極ピッチから見て好適な軸方向の位相長さを有する、好適な数の位相を含んでもよい。中心軸１９９０を参照のために示す。例えば、磁石セクション１９１３は、対称であってもよいし、対称に近いものであってもよいし、またはそうでなければ、中心軸１９９０に関して対称性を有していてもよい。

図２０は、本開示のいくつかの実施形態による、磁石（図２０には図示せず）を配置するための特徴２００４を有する例示的なトランスレータ２０００の一部分の斜視図を示す。特徴２００４は、セクション２００２の磁石の配置を補助するように構成されている。いくつかの実施形態では、例示されているように、特徴２００４は、組み立て、動作、またはその両方の間に磁石を位置付けするための指標として機能するように構成された、高くなった***部を含む。追加的に、特徴２００４（例えば、***部）は、軸方向の加速度に対する抵抗を提供し、磁石を所定の位置に保持するのに役立ち得る。追加的に、いくつかの実施形態では、磁石をトランスレータに固着するために、好適な接着剤が使用されてもよい。特徴２００４は、等間隔であり得るが、そうである必要はない。例えば、特徴２００４は、軸方向の長さが異なる磁石（例えば、軸方向端部における短い磁石）に適応するために、軸方向に間隔をあけて配置されてもよい。

図２１は、本開示のいくつかの実施形態による、磁石２１０４が配置された例示的なトランスレータセクション２１００の一部分の斜視図を示す。トランスレータセクション２１００は、分かりやすくするために磁石２１０２および２１０３を除去した状態で示されている（例えば、動作可能なトランスレータは、本体２１１０に固定された磁石を含む）。磁石２１０４は、特定の軸方向位置または位置範囲に配置され、本体２１１０の周囲に少なくとも部分的に方位方向に延びる列２１５２と、特定の方位方向位置または位置範囲に配置されて軸方向に延びるスタック２１５１とに配置されている。例えば、列２１５２のうちの列は、本体２１１０の周囲を方位状に延びてもよく、スタック２１５１のうちのスタックは、本体２１１０の軸方向の全長またはほぼ全長に延びてもよい。別の例では、列２１５２のうちの列は、本体２１１０の周囲を方位状に部分的に延びてもよく、スタック２１５１のうちのスタックは、本体２１１０の軸方向の全長またはほぼ全長に延びてもよい。磁石２１０４は、交互の極性配向（例えば、ＮおよびＳ）の列２１５２に配置されていてもよい。いくつかの実施形態では、列のすべての磁石は同じ極性配向を有し、スタックに沿った磁石は交互の極性配向を有する。いくつかの実施形態では、例示されているように、固着材２１０１は、磁石２１０４を本体２１１０に固定するのを補助するように、磁石２１０４の下に放射状に配置されている。本体２１１０は、いずれかの好適な材料で構築されてもよく、１つ以上のトランスレータチューブ（例えば、ベアリング面を有する）と相互作用してトランスレータを形成するように構成されてもよい。例えば、本体２１１０は、金属複合体で構成されてもよく、これにより、トランスレータ内の渦損失を低減することができる。いくつかの実施形態では、トランスレータチューブは非鉄材料で構成され、本体２１１０は磁気回路を完成させるために（例えば、ハルバッハ配置において）鉄材料で構成される。いくつかの実施形態では、本体２１１０は、ベアリング面を含んでもよい（例えば、本体２１１０および磁石２２０４は、追加の構造部品なしにトランスレータを形成してもよい）。いくつかの実施形態では、磁石は、トランスレータまたはそのセクションに圧入される（例えば、半径方向または軸方向に圧入される）。例えば、磁石は、磁石とステータ歯の間に材料（例えば、金属）の層が存在するように、トランスレータまたはそのセクションの内部に配置されてもよい（例えば、軸方向に圧入されているか、または３Ｄプリントされている場合）。

図２２は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な磁石セクション２２００の一部分の断面図を示す。いくつかの実施形態では、トランスレータアセンブリは、磁石２２１０の位置／動きを制約する（例えば、磁石の加速度に抵抗する）１つ以上の端部特徴２２０２を含む。いくつかの実施形態では、トランスレータアセンブリは、磁石２２１１および２２１０の位置／動き（例えば、磁石の加速度に抵抗する）を制約する１つ以上の位置決め特徴２２０４を含む。例示的な例では、図２０の特徴２００４は、端部特徴２２０２、位置決め特徴２２０４、またはその両方を含んでもよい。いくつかの実施形態では、磁石は（例えば、接着剤を使用して）トランスレータチューブに固着される。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリは、図２３に例示されるように、磁石を保護するための材料（例えば、熱膨張に対応した材料）を使用して巻かれる。いくつかの実施形態では、特徴２００４および端部特徴２２０２は、１つ以上のトランスレータチューブ（例えば、図１６のトランスレータチューブ１６１２に類似する）に固定されている本体（例えば、図２１の本体２１１０に類似する）に機械で挿入されるか、または固定される。

図２３は、本開示のいくつかの実施形態による、ラップ２３０１を有する例示的なトランスレータ２３００の斜視図を示す。いくつかの実施形態では、セクション２３０２は、アレイ状に配置された（例えば、トランスレータチューブの周囲または軸方向に沿って部分的にまたは全体的に延びる）磁石を含む。任意のラップ２３０１は、磁石に（例えば、半径方向内側に）圧縮力を加えるため、磁石を摩擦／衝突から保護するため、磁石のいずれかの排出を防止するため（例えば、固着不良の場合）、またはそれらの組み合わせのために含まれている。いくつかの実施形態では、任意のラップ２３０１は、熱膨張に対応し得る。いくつかの実施形態では、ラップ２３０１は、例えば、ケブラー系の材料を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ラップ２３０１は、ケブラー材料のシートをセクション２３０２の周囲に（例えば、スプールに類似した）１つ以上の層で巻き付けることによって適用される。ラップは、例えば図１６のセクション１６１３のようないずれかの好適なセクションに、好適なセクションに沿ったいずれかの好適な軸方向長さで、いずれかの好適な厚さで適用されてもよい。

ステータおよび磁石セクションの設計がモータ効率に影響を与える一方で、ベアリングの設計は、ＬＥＭの機械効率（例えば、運転中のベアリングの摩擦および風損に対して失われる電力量）に影響を与える可能性がある。例えば、合理化された円筒形発振器と適度なピーク表面速度を提供すると、風損失を最小化することができ、したがって、機械損失は、発振器シャフトおよび磁石アレイ（例えば、トランスレータ）を支持するベアリング内の摩擦加熱によって支配される傾向がある。リニア接触ベアリングのタイプのいくつかの例示的な例としては、平面ドライフィルムベアリング、リニアボールベアリング、および油潤滑平面ベアリングが挙げられる。これらの解決策は、典型的に、例えば、連続的な潤滑要件および／または短いメンテナンス間隔、（例えば、過度の摩耗または部品の損傷なしに）高い加速度または速度を処理する能力の欠如、短い交換間隔および部品寿命、高い摩擦損失、またはそれらの組み合わせなどのような、システムに１つ以上の制約を課している。本開示の機械およびシステムは、接触ベアリング、非接触ベアリング、またはその両方を含み得る。

いくつかの実施形態では、本開示は、自動調心静圧気体ベアリング（例えば、本明細書では空気ベアリングまたはガスベアリングと称される）を説明している。ガスベアリングは、高速（例えば、＞２、＞５、＞１０、＞１５ｍ／秒）、高い機械効率（例えば、低い摩擦損失）、長いメンテナンス間隔、および高い耐久性を必要とする用途に有用であり得る。ガスベアリングは、オリフィス、多孔質媒体、いずれかの他の好適な流量制限、またはそれらの組み合わせを用いて、加圧空気または他のガスで小さなギャップ（例えば、ベアリングインターフェースにおけるギャップ）を充満させることによって動作する。トランスレータの表面が固定されたベアリング面に横方向（例えば、半径方向）に近づくにつれて（すなわち、エアギャップが小さくなる）、ベアリングガスの流量制限が厳しくなり、ベアリングギャップ内の圧力が増加する。圧力は、トランスレータ面がベアリングハウジングのベアリング面に接触することを防止するか、またはその事例および重大性を制限するための復元力を提供する。いくつかの実施形態では、本開示のガスベアリングは、適度な量の加圧ガスを消費し、例えば、供給空気がフィルタリングされ、ベアリングの負荷容量を超えない限り、ガスベアリングは、接触ベアリングまたは流体ベアリングに対して摩擦損失を最小化または排除しながら、非常に高い逆転加速であっても、長い動作寿命を有することができる。

図２４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なベアリングハウジング２４００の斜視図を示す。例示されているように、ベアリングハウジング２４００は、円形ベアリング面を有するトランスレータの周囲に方位状に延びるように構成されている。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２４００は、完全なベアリングハウジングを形成するために組み立てられ得る１つ以上の方位方向、半径方向、または軸方向の部分を含んでもよい。例示されるように、ベアリングハウジング２４００は、ガスベアリングに適応するように構成されており、通路２４１０および流量制限２４２０を含む。通路２４１０は、ベアリングハウジング２４００内のベアリングガスの流れを流量制限２４２０に誘導し、分配する。通路２４１０は、例えば、プレナム、経路、マニホールド、フィルタ、削孔、機械凹部、流量制御特徴、センサ用ポート（例えば、ベアリングガスの圧力、流量または温度を感知するための）、ベアリングガスの供給を受容するためのポート、凝縮物（例えば、凝縮水、油、または他の凝縮流体）を除去するためのポート、いずれかの他の好適な特徴、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでよい。流量制限２４２０は、ベアリングボア２４３０においてベアリングガスをベアリングインターフェース（例えば、ベアリングギャップ）に提供するように構成されている。流量制限２４２０は、所望の圧力および流量でベアリングガスをガスベアリングに提供し、これは、トランスレータの軸外の動きに対する横方向の剛性を提供する。流量制限２４２０は、例えば、オリフィス、多孔質セクション、またはその両方、またはいずれかの他の好適な流量制限特徴を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、流量制限２４２０は、ベアリングボア２４３０に沿ったオリフィスのアレイを含む。いくつかの実施形態では、流量制限２４２０は、ベアリングボア２４３０に沿った多孔質材料の厚さを含む。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２４００は、例えば、トランスレータとの接触に適応するために、ベアリングボア２４３０において、コーティング、消耗性層、ドライフィルム潤滑剤、アブレイダブル被膜、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

ベアリングハウジング２４００は、円筒形ベアリングボア２４３０を有するものとして図２４に示されているが、ベアリングハウジングは、ベアリングインターフェースを作成するためのいずれかの好適な表面を含んでもよい。例えば、ベアリングハウジングは、半円形の表面、平坦な表面、非円形の曲面、区分的に平坦もしくは湾曲した表面、いずれかの他の好適な連続した、区分的なもしくは分割した表面、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。例えば、ベアリングハウジングは、それぞれのベアリングインターフェースを形成するために軸方向に分離された２つ以上の円筒状の表面を含み得る。さらなる例では、ＬＥＭは、特定の軸方向領域において、平坦な表面を有し、トランスレータ（例えば、三角形、長方形、または他の多角形の断面を有するトランスレータ）の対応する平坦な表面とそれぞれのベアリングインターフェースを形成する、３つ、４つ、またはそれ以上のベアリングハウジングのセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、通路２４１０または流量制限２４２０を含む必要はない。例えば、ベアリングハウジングは、ベアリングボア２４３０において低摩擦コーティングが適用された接触スライドベアリングとして構成され得る。

図２５は、本開示のいくつかの実施形態による、ベアリングハウジング２５０２、ベアリングマウント２５０３および２５０５、屈曲部２５１３、ならびに屈曲部マウント２５０４および２５０６を含む例示的なアセンブリの一部分の側面図および軸方向図を示す。屈曲部２５１３は、ベアリングマウント２５０３および２５０５に固定され、また、屈曲部マウント２５０４および２５０６にも固定される。屈曲部マウント２５０４および２５０６は、ベアリングハウジング２５０２に固定される。ベアリングマウント２５０３および２５０５は、ステータ、フレームシステム（例えば、フレーム部材または隔壁）、シリンダ、トランスレータに対して実質的に静止しているいずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせに固定されてもよい。例示されているように、屈曲部２５１３は、ベアリングハウジング２５０２の横方向変位（例えば、横方向のアライメントを維持するため）に対して比較的剛性が高く、（例えば、動作中の摂動、僅かなずれ、またはトランスレータチューブの非対称性に適応するために）ベアリングハウジング２５０２のピッチおよびヨーに対して比較的剛性が低い。例えば、図２５のアセンブリは、トランスレータまたは他の構成要素の曲げを引き起こし得る（例えば、熱歪み、力に基づく歪み）場合に、トランスレータが低摩擦動作を継続することを可能にし得る。

整列特徴は、自動調心屈曲部（例えば、環状屈曲部、球面屈曲部）、ジョイント（例えば、球面ジョイント、ハイムジョイント）、またはその両方を含むことができ、これにより、（例えば、ピッチ、ヨー、または他の非方位回転によって）ベアリングハウジングがトランスレータチューブに対して自動調心することが許容され、したがって、ベアリングインターフェースにおける構成要素に必要な公差の精度が低減される。いくつかの実施形態では、自動調心特徴は、ベアリング（例えば、球面ベアリング）に統合されているか、またはその一部である。屈曲部は、クリアランスが狭く、相対的にモーメントを印加することができないため、円筒形ガスベアリングでは特に役立つ。本開示は、ベアリングハウジングが、自動調心マウントを用いて取り付けられることを必要とせず、いずれかの好適なマウントが、ベアリングハウジングを固定構成要素（例えば、ステータ）に結合するために使用され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、屈曲部２５１３は、電磁セクションをステータ内で実質的に中央に維持しながら（例えば、より均一なモータエアギャップ）、（例えば、トランスレータの非対称性または変形に対抗するために）ベアリングハウジング２５０２をトランスレータに対して自動調心させることを許容する。

いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング（例えば、ベアリングハウジング２５０２）は、磁石セクション（例えば、図１６のセクション１６１３）の少なくとも一部分が、ステータ（例えば、図３のステータ３５０）の軸方向長さを越えて、ステータのフープスタック（例えば、図３のフープスタック３５１）の軸方向長さを越えて、またはその両方を越えて、軸方向に移動可能であるように配置されてもよい。例えば、ベアリングハウジングは、磁石セクション（およびその磁石）の少なくとも一部分がステータ（またはその中のフープスタック）と電磁的に相互作用しないように、磁石セクションがステータ（またはその中のフープスタック）を越えて軸方向に移動することを許容するために、ステータから十分な距離でステータ（例えば、ベアリングマウント２５０３および２５０５を用いて）に固定されてもよい。このタイプの構成およびＬＥＭ動作は、効率、電力、コスト、製造、またはメンテナンス目的、またはいずれかの他の好適な目的、またはそれらのいずれかの組み合わせに対して有利であり得る。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、磁石セクション（例えば、図６のセクション１６１３）の少なくとも一部分が、ステータ（例えば、図３のステータ３５０）の軸方向長さを越えて、ステータのフープスタック（例えば、図３のフープスタック３５１）の軸方向長さを越えて、またはその両方を越えて、軸方向に移動できないように配置されてもよい。

図２６は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ２６００およびステータ２６５０の切断断面図を示す。いくつかの実施形態では、ステータ２６５０は、トランスレータ２６００が軸方向に動いている間に（例えば、レール２６１６がベアリングハウジング２６５０と軸方向に一致しているとき）レール２６１６に適応するためのレリーフ２６０４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、トランスレータ２６００とステータ２６５０との間のエアギャップは、レリーフ２６０４で維持される必要はない。いくつかの実施形態では、ステータは、トランスレータが軸方向に動いている間にトランスレータの対応する特徴に適応するための１つ以上のレリーフを含む。例えば、ステータの一部分がトランスレータとのエアギャップを形成するように構成されている一方で（例えば、磁石セクション２６０１との所定の磁気抵抗および寸法公差を有する）、ステータの他の部分は、トランスレータとのエアギャップを必要としない。

図２７は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ２７００およびステータ２７５０の切断断面図を示す。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２７５０は、トランスレータ２７００が軸方向に動いている間に（例えば、レール２７１６がベアリングハウジング２７５０と軸方向に一致しているか、そうでなければ重なっているとき）レール２７１６に適応するための１つ以上のレリーフ２７０４を含んでもよい。図２７に示すように、ベアリングハウジング２７５０とトランスレータ２７００との間に半径方向に配置されたガスベアリングは、１つ以上のレリーフ２７０４内には延びない。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２７５０とトランスレータ２７００との間で半径方向に配置されたガスベアリングは、１つ以上のレリーフ２７０４の中に延びる。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２７５０は、例示されるように、クラムシェル型構造であり、図２７に示されるように、２つの構成要素が互いに嵌合して、完全なベアリングハウジング２７５０を形成する。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジングは、（例えば、図２４に例示されるように）単一の方位方向に連続するハウジングから構築されてもよい。例示を明確にし、容易にするために、本特許出願の図面は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではなく、各特徴の実際の、または相対的な大きさを反映していないことに留意されたい。ベアリングハウジングは、例えば、丸形、長方形、多角形、湾曲形、または単一セグメントまたは２つ以上のセグメントを含むいずれかの他の形状など、いずれかの好適な形状であり得る。本開示では円筒形として示されているが、トランスレータ「チューブ」は、その軸方向長さに沿っていずれかの好適な断面形状または断面形状プロファイルを含み得る。例えば、トランスレータチューブは、ベアリング面である外表面を含んでもよく、ベアリング面は、平坦、円形、湾曲、セグメント化、またはガスベアリングを含有するためにベアリングギャップが形成され得るいずれかの他の好適なプロファイルであってもよい。

図２８は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ２８００および追加の構成要素の端面図を示す。トランスレータ２８００は、トランスレータ２８００のトランスレータチューブに少なくとも部分的に強固に固定されたレール２８１６を含む。ベアリングギャップ２８４５および２８４６は、レール２８１６とベアリングハウジング２８４１および２８４２との間にそれぞれ配置される。ベアリングギャップ２８４５および２８４６は、（例えば、動作中または他のプロセス中に）トランスレータ２８００の方位位置を維持するか、またはそうでなければ制約するために、ガスベアリングとして機能するのに好適な圧力を有するベアリングガスで充填されるように構成される。

ベアリングハウジング２８４１および２８４２は、対応するガスベアリングに整合するように構成されており、ひいては、レール２８１６の対応する表面と整合する。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２８４１および２８４２は、トランスレータ２８００に対して動かない。例えば、ベアリングハウジング２８４１および２８４２は、ステータ、トランスレータの横方向の動きを制約するためのベアリングハウジング、フレームシステム、いずれかの他の好適な固定構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせに、強固または柔軟に取り付けられる（例えば、締結される）、柔軟に取り付けられる（例えば、屈曲部を用いて取り付けられる）、または一体化される（例えば、単一の部品である）ことができる。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング２８４１および２８４２は、トランスレータ２８００の配向に対して（例えば、トランスレータ２８００の方位方向の回転に対して）方位方向の剛性を提供する対応するガスベアリングを発生させるように構成されており、したがって、方位方向のロッキング防止が提供される。例示されているように、供給ライン２８７１および２８７２は、それぞれのベアリングハウジング２８４１および２８４２にベアリングガス（例えば、コンプレッサまたはガススプリングから供給される１ａｔｍを超える加圧ベアリングガス）を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、接触ベアリングは、ガスベアリングの代わりに、またはこれに加えて含まれ得る。例えば、ベアリングハウジング２８４１および２８４２のいずれかまたは全ては、レール２８１６に接触するように構成されているベアリング面を代替的に含んでもよいし、またはそうでなければ、レール２８１６が軸方向にスライドすることを許容しながら、レール２８１６の方位回転を制限するように構成されているベアリング面を含んでもよい。

位置センサ２８４０は、それぞれのレール２８１５および２８１６の相対的または絶対的な位置（例えば、したがって、トランスレータ２８００の他の特徴の位置）を感知するように構成されている。いくつかの実施形態では、トランスレータ２８００は、剛性アセンブリである（例えば、各構成要素は、振動、圧力誘発ひずみ、または他の小さな摂動の他は、実質的に同じ速度で移動する）。いくつかの実施形態では、例えば、位置センサ２８４０は、エンコーダ読み取りヘッド（例えば、磁気または光学エンコーダ読み取りヘッド）を含んでよく、レール２８１６は、対応するエンコーダテープ２８１７（例えば、磁気または光学テープ）を含んでよい。いくつかの実施形態では、位置センサ２８４０は、エンコーダ読み取りヘッド（例えば、磁気または光学エンコーダ読み取りヘッド）を含んでもよく、レール２８１６は、位置を示す１つ以上の割出し特徴を含んでもよい。いくつかの実施形態では、位置センサ２８４０は、トランスレータ２８００に対して動かず、したがって、ステータ、シリンダ、ベアリングハウジング、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせに対するトランスレータの相対的な動きを感知することができる。例えば、位置センサ２８４０は、ステータ、ベアリングハウジング、構造フレームシステム、いずれかの他の好適な固定構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせに強固に取り付けられる（例えば、締結される）、柔軟に取り付けられる（例えば、屈曲部を用いて取り付けられる）、または一体化される（例えば、単一の部品である）ことができる。位置センサ２８４０は、絶対センサ、相対センサ、増分センサ、トランスレータ２８００の位置を測定するためのいずれかの他の好適なセンサタイプ、またはそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。

図２９は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ２９００およびステータ２９７０の断面図を示す。図２９の断面図は軸方向位置において見ており、トランスレータチューブ２９０２、磁石アセンブリ２９０３、およびステータ２９７０を示す。磁石アセンブリ２９０３は、（例えば、圧入、締結、固着、または剛性アセンブリを形成するためのいずれかの他の手法を使用して）トランスレータチューブ２９０２に結合される。ステータ２９７０は、例えば、相巻線およびステータ歯（例えば、鉄または鋼、積層シート）を含み得る。ステータ２９７０は、トランスレータ２９００の磁石アセンブリ２９０３とモータエアギャップ２９７２を形成する（例えば、モータエアギャップ２９７２は、磁気抵抗を変化させることにより、ステータ２９７０とトランスレータ２９００の電磁的相互作用に影響を与える）。いくつかの実施形態では、ステータ２９７０は、ステータ２９７０の軸方向長さまたはその一部分を継続する方位ギャップ２９７１を含んでもよく、トランスレータ２９００の磁石アセンブリ２９０３は、磁石アセンブリ２９０３の軸方向長さまたはその一部分を継続する対応する方位ギャップ２９０１を含んでもよい。ステータ（例えば、ギャップ２９７１）および磁石アセンブリ（例えば、ギャップ２９０１）のギャップは、方位的に整列されていてもよく、動作中、磁石アセンブリ２９０３およびステータ２９７０の方位相対位置（例えば、したがって、トランスレータ２９００およびステータ２９７０の相対位置）を維持するように作用する。ステータ２９７０およびトランスレータ２９００は、トランスレータのクロッキング防止を提供するように構成されている、いずれかの好適な数の対応するギャップを含んでもよい（例えば、トランスレータは、１つ以上のギャップを含んでもよく、ステータは、１つ以上のギャップを含んでもよい）。ステータとトランスレータの対応するギャップが方位方向にずれていると、ギャップを整列させる電磁力が発生させられる。例えば、方位ずれの場合、復元力が発生させられる。いくつかの実施形態では、ステータの１つ以上のギャップは、（例えば、相巻線から離れて配線されるワイヤのための開放経路を提供することによって）配線のため相巻線を通過させることを許容してもよい。図２９にはほぼ等しいと示されているが、ギャップ２９７１とギャップ２９０１は、方位長さが等しい必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、ギャップ２９７１およびギャップ２９０１は、異なる方位長さを有し得、それらの対応する中心線の方位位置が整列し得る。いくつかの実施形態では、ステータとトランスレータとの間のクロッキング防止力は、ステータ積層極歯とトランスレータの磁石セグメントとの間の繰り返しにおける意図的なギャップに起因する、より大きな特質の結果であり得る。意図的なギャップを利用して、ステータ積層極歯間のギャップの幅、トランスレータ極（磁石）間のギャップの幅、および磁石の厚さを変化させることで、力／電力密度や回転防止力の最適化することができる。いくつかの実施形態では、ステータ積層極歯は、いずれかの意図的なクロッキング防止ギャップを含まない。いくつかの実施形態では、ステータとトランスレータとの間のクロッキング防止力は、ステータ積層極歯および磁石アレイのセグメント化に起因する磁場および磁気抵抗プロファイルにおけるより小さい特質の結果であり得る。いくつかの実施形態では、クロッキング防止剛性は、隣接するステータ歯の間の小さな物理的ギャップに各々広がる、小さなクロッキング防止力のすべての合計または蓄積効果によって提供されてもよい。

図３０は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータ３０００およびステータ３０７０の断面図を示す。図３０の断面図は軸方向位置において見ており、トランスレータチューブ３００２、磁石３００３および３０１３、ならびにステータ３０７０を示す。磁石３００３および３０１３は、（例えば、圧入、締結、固着、または剛性アセンブリを形成するためのいずれかの他の手法を使用して）トランスレータチューブ３００２に結合される。ステータ３０７０は、例えば、相巻線（図示せず）ならびにステータ歯３０７５および３０７６を含み得る。ステータ３０７０は、トランスレータ３０００の磁石３００３および３０１３とモータエアギャップ３０７２を形成する（例えば、モータエアギャップ３０７２は、磁気抵抗を変化させることによって、ステータ３０７０およびトランスレータ３０００の電磁相互作用に影響を与える）。いくつかの実施形態では、ステータ３０７０は、ステータ３０７０の軸方向長さまたはその一部分を継続する方位ギャップ３０７１を含んでもよく、トランスレータ３０００は、磁石アレイの軸方向長さまたはその一部分を継続する磁石３００３と磁石３０１３との間の対応する方位ギャップ３００１を含んでもよい。いくつかの実施形態では、方位ギャップ３０７１は、方位ギャップ３００１よりも大きいか、または等しい。例えば、例示されるように、方位ギャップ３０７１は、方位ギャップ３００１よりも大きい。これらの図面は、例示を明確にし、容易にするために、必ずしも正確な尺度で描かれているわけではないことに留意されたい。

図３１は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なモータエアギャップ３１５０を含むＬＥＭのブロック図を示す。ステータ３１０１は、本開示による、ステータ歯３１０３、巻線３１０２、およびいずれかの他の好適な構成要素（図示せず）を含む。トランスレータ３１２０は、（例えば、図３１の極性配向ＮまたはＳを有するものとして示される）磁石のアレイを含む。ステータ歯３１０３およびトランスレータ３１２０は、モータエアギャップ３１５０を形成する。（例えば、ページ内への電流を表す「Ｘ」で例示され、ページ外への電流を表す「Ｏ」で例示されるように）電流が巻線３１０２に印加されると、（例えば、磁束３１０５で例示されるように）磁束が発生する。モータエアギャップ３１５０は、（例えば、磁気回路の磁気抵抗に影響を与えることによって）磁束３１０５に影響を与える。巻線３１０２は、いずれかの好適な配向で巻かれてもよく、いずれかの好適な構成（例えば、いずれかの巻線配向で直列に）で任意選択的に結合され得る。

図３２は、本開示のいくつかの実施形態による、極−ピッチ構成を有する例示的なモータエアギャップ３２５０のブロック図を示す。ステータ３２０１は、スロットピッチ３２１０を含み、トランスレータセクション３２０３は、極ピッチ３２２０を含む。いくつかの実施形態では、スロットピッチ３２１０および極ピッチ３２２０は、ステータ３２０１とトランスレータセクション３２０３との間の電磁的相互作用に影響を与えるように選択され得る。例えば、いくつかの実施形態では、コギング力を低減するために、スロットピッチ３２１０および極ピッチ３２２０が不均等として選択され得る。例示的な例では、極ピッチ３２２０対スロットピッチ３２１０の割合は、およそ１４／１５であり得る。本開示による、ＬＥＭは、いずれかの好適なスロットピッチおよび極ピッチを含んでもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、スロットピッチ３２０１は、ステータスタック内のフープの位置に基づいてフープ間で変化し得る。いくつかの実施形態では、トランスレータの速度プロファイルは、ストロークの中間点で最も高い場合があるので、ステータの中央のより長いスロットピッチは、位相周波数およびそれに伴うコア損失を低下させ、これは周波数の二乗に比例して増加する。同様に、ステータの端部におけるステータスロットピッチを短くすると、トランスレータが低速で移動している場合の位相周波数、または巻回当りのＥＭＦが増加し、端部の巻線からの力／作用の寄与が大きくなることが許容される。したがって、いくつかの実施形態では、ステータの端部セクションにおいて位置決めされたフープは、ステータの中央セクションにおけるフープのステータスロットピッチと比較して、より短いステータスロットピッチを含んでもよい。

図３３は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なＬＥＭシステム３３００のブロック図を示す。例示されるように、ＬＥＭシステム３３００は、制御システム３３１０、パワーエレクトロニクス３３２０、冷却システム３３２１、センサ３３１１、ステータ３３５０、トランスレータ３３６０、ベアリングハウジング３３３０および３３３１、ベアリングガス管理システム３３８０、ならびにベアリングガスサプライ３３９０を含む。ＬＥＭシステム３３００の構成要素は、例示されているように、ギャップインターフェース、信号インターフェース、フローインターフェース、機械的インターフェース、位相リードインターフェース、またはそれらの組み合わせによって結合される。例えば、トランスレータ３３６０は、ギャップインターフェース（例えば、モータ空隙）によってステータ３３５０に、ギャップインターフェース（例えば、ガスベアリングなどのベアリングインターフェース）によってベアリングハウジング３３３０に、およびギャップインターフェース（例えば、ガスベアリングなどのベアリングインターフェース）によってベアリングハウジング３３３１に結合される。

制御システム３３１０は、（例えば、図３４に照らして説明されるように）ステータ３３５０の位相における電流を制御するために、パワーエレクトロニクス３３２０と整合する（例えば、制御信号を提供する、フィードバックを受信する）ように構成されている。パワーエレクトロニクス３３２０は、複数の位相リードによってステータ３３５０に結合されており、これは、導電材料、電気端子および終端、コネクタ、センサ（例えば、電流センサ）、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせの長さを含み得る。制御システム３３１０は、（例えば、巻線、ステータ歯、フープ、またはそれらの組み合わせから熱を除去するために）ステータ３３５０の冷却を制御するために、冷却システム３３２１と整合する（例えば、制御信号を提供する、冷却システム３３２１からフィードバックを受信する）ように構成されている。例えば、冷却システム３３２１は、１つ以上の冷却ジャケット、プレナム、マニホールド、ポンプ、コンプレッサ、フィルタ、センサ、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせを含み得る。さらなる例では、冷却システム３３２１は、リザーバと熱および流体を交換し得る（例えば、環境が冷却空気を提供し、加熱空気を受け入れる）。さらなる例では、制御システム３３１０は、冷却システム３３２１に通信可能に結合され得、制御信号を冷却システム３３２１に提供して、ステータ３３５０の複数の巻線から熱除去を引き起こすように構成されている。制御システム３３１０は、センサ３３１１と整合する（例えば、制御信号を提供する、センサ信号を受信する）ように構成されており、これは、例えば、含み得る、

本開示により、ベアリングハウジング３３３０および３３３１は、いずれかの好適な数およびタイプのベアリングハウジングを含んでもよい。例示されているように、ベアリングハウジング３３３０および３３３１は、（例えば、ベアリングガス管理システム３３８０およびベアリングガスサプライ３３９０を使用して）ガスベアリング用に構成されているが、ＬＥＭシステムは、いずれかの好適なタイプのベアリング（例えば、接触式または非接触式）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサが各ベアリングハウジング３３３０および３３３１に結合され、例えば、ベアリングガス圧力、ベアリングガス温度、ベアリングガス流量、ベアリングハウジング加速度（例えば、加速度計が振動を測定するためにベアリングハウジングに固定されてもよい）、ベアリングハウジング温度、いずれかの他の好適な特性または挙動、またはそれらのいずれかの組み合わせを感知するように構成されている。

ベアリングガス管理システム３３８０は、ベアリングハウジング３３３０および３３３１に提供されるそれぞれのベアリングガスの少なくとも１つの態様を制御するように構成されている。例えば、ベアリングガス管理システム３３８０は、ベアリングハウジング３３３０および３３３１にベアリングガスを提供するために、１つ以上のフィルタ、コンプレッサ、ポンプ、圧力レギュレータ、バルブ、センサ、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせを含み得る。例えば、制御システム３３１０は、ベアリングガスの少なくとも１つの特性を制御するために、ベアリングガス管理システム３３８０と整合する（例えば、制御信号を提供し、フィードバックを受信する）ように構成されている。さらなる例では、制御システム３３１０は、トランスレータ３３６０とベアリングハウジング３３３０および３３３１との間の（例えば、トランスレータ３３６０の横方向変位に対する）ベアリングインターフェースの剛性を制御するために、ベアリングガス管理システム３３８０と整合する（例えば、制御信号を提供する、フィードバックを受信する）ように構成されている。ベアリングガスサプライ３３９０は、ベアリングガス管理システム３３８０にベアリングガスを提供するために、１つ以上のフィルタ、コンプレッサ、ポンプ、圧力レギュレータ、バルブ、センサ、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、ベアリングガス管理システム３３８０およびベアリングガスサプライ３３９０は、単一のシステムとして組み合わされてもよい。いくつかの実施形態では、ベアリングガスサプライ３３９０は含まれる必要はない（例えば、ベアリングガス管理システム３３８０は、大気を取り込んでもよい）。

いくつかの実施形態では、ステータ３３５０は、複数のコイルおよび軸を含み、トランスレータ３３６０は、軸に沿って軸方向に移動するように配置され、ベアリングハウジング３３３０、ベアリングハウジング３３３１、またはその両方は、トランスレータ３３６０の横方向の動きを制約するためにステータ３３５０に結合される。例えば、コイルは、軸（例えば、ステータボアの軸）を画定する複数のステータ歯と相互作用する巻線を含む。いくつかのそのような実施形態では、制御システム３３１０は、トランスレータの軸方向変位を制御し、かつトランスレータの横方向変位を制御するように構成されている。例えば、ベアリングハウジング３３３０、ベアリングハウジング３３３１、またはその両方、およびトランスレータ３３６０は、ベアリングインターフェースを形成し、制御システム３３１０は、トランスレータ３３６０の横方向変位に対するベアリングインターフェースの剛性を制御するように構成されている。例示的な実施例では、ベアリングインターフェースは、（例えば、液体潤滑剤を使用せずに）オイルレス動作のために構成されているガスベアリングインターフェースを含み得る。

いくつかの実施形態では、ベアリングガス管理システム３３８０は、加圧ガスをベアリングインターフェースに提供するように構成されている。いくつかのそのような実施形態では、制御システム３３１０は、ベアリングガス管理システム３３８０に通信可能に結合され、加圧ガスをベアリングインターフェースに提供させるために、制御信号をベアリングガス管理システム３３８０に提供するように構成されている。例えば、制御システム３３１０は、ベアリングガス管理システム３３８０に、加圧ガスの特性を制御させて、トランスレータの横方向変位に対する横方向の剛性を制御させ得る。例示すると、ベアリングガス管理システム３３８０は、バルブを開くことによって、加圧ガスをベアリングギャップに提供し得る。さらに例示すると、ベアリングガス管理システム３３８０は、バルブ、圧力レギュレータ、または両方を制御することによって加圧ガスを提供し得る。

いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス３３２０は、ステータ３３５０の複数の巻線に結合されている。制御システム３３１０は、パワーエレクトロニクス３３２０に通信可能に結合されており、制御信号をパワーエレクトロニクス３３２０に提供して、電流を複数の巻線のうちの少なくとも１つの巻線に流れさせ、トランスレータ３３６０の軸方向変位を制御するように構成されている。

いくつかの実施形態では、ＬＥＭシステム３３００の１つ以上のセンサは、ステータ３３５０に対するトランスレータ３３６０の軸方向位置を感知する位置センサを含む。いくつかのそのような実施形態では、制御システム３３１０は、（例えば、センサ３３１１の）センサに通信可能に結合され、トランスレータ３３６０の軸方向位置に基づいてステータ３３５０の複数の巻線に電流を流させるように構成されている。いくつかの実施形態では、制御システム３３１０は、ステータ３３５０に対するトランスレータ３３６０の軸方向位置を推定し、トランスレータ３３６０の軸方向位置に基づいてステータ３３５０の複数の巻線に電流を流させるように構成されている。

いくつかの実施形態では、トランスレータ３３６０は、（例えば、図１６〜図１８および図２８に例示されるように）レール面を有する少なくとも１つのレールを含む。システム３３００は、ステータ３３５０に結合され、トランスレータ３３６０の方位方向の動きを制約するように構成されている少なくとも１つのクロッキング防止ベアリングハウジング（例えば、ベアリングハウジング３３３２）を任意選択的に含み得、クロッキング防止ベアリングハウジング３３３２およびレール面は、レールインターフェースを形成する。例えば、制御システム３３１０は、レールインターフェースに、トランスレータの方位方向の動きに対する剛性を達成させるように構成されている。

いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング３３３０は、ステータ３３５０の第１の長手方向側面に配置されて、ステータ３３５０の第１の長手方向側面においてトランスレータ３３６０の横方向の動きを制約し、ベアリングハウジング３３３１は、ステータ３３５０の第２の長手方向側面においてトランスレータ３３６０の横方向の動きを制約するようにステータ３３５０の第２の長手方向側面に配置される。

いくつかの実施形態では、制御システム３３１０は、ステータの複数の巻線のうちの少なくとも１つの巻線に電流を流させて、ステータの長手方向軸に沿ってトランスレータに力を印加し、ステータの長手方向軸に沿って移動するように配置されたトランスレータの横方向変位に対して横方向の剛性を制御することによって、ＬＥＭを制御するように構成されている。例えば、トランスレータおよびステータは、モータエアギャップを形成し得、ベアリングによって提供される横方向の剛性は、モータエアギャップを動作可能な範囲に維持することができる。例えば、電流を少なくとも１つの巻線に流させることは、複数の巻線に電気的に結合されたパワーエレクトロニクス３３２０に制御信号を提供することを含み得る。さらなる例では、

いくつかの実施形態では、制御システム３３１０は、故障状態についてベアリングガス、ベアリングハウジング、またはその両方の特性を監視し、故障状態の特定に応じて、トランスレータにブレーキをかけるように構成されている。例えば、制御システム３３１０は、パワーエレクトロニクス３３２０に、トランスレータ３３６０の動きに対抗する力をトランスレータ３３６０に及ぼすステータ３３５０の位相に、電流を印加させることによって、トランスレータにブレーキをかけてもよい（例えば、したがって、トランスレータ３３６０の速度を低下させるか、またはこれを停止させることができる）。例示すると、制御システム３３１０は、ベアリングガスの質量流量、ベアリングガスの圧力、ベアリングガスの温度、ベアリングハウジングの温度、ベアリングハウジングの振動、ベアリングハウジングに対する力の負荷、トランスレータ位置軌道、またはそれらの組み合わせを監視し得る。

図３４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なシステム３４００の図を示す。システム３４００は、ＬＥＭ３４４０、パワーエレクトロニクスシステム３４３０、制御システム３４５０、および補助システム３４７０を含む。システム３４００は、ＬＥＭシステムと呼ばれることがある。図３４に別々に示されているが、ＬＥＭ３４４０およびパワーエレクトロニクスシステム３４３０は、統合されていてもよいし、またはそうでなければ、いずれかの好適な範囲で結合されていてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ＬＥＭ３４４０およびパワーエレクトロニクスシステム３４３０は、（例えば、直接または間接的に）互いに固定され、位相リード３４３５によって結合されてもよい。さらなる例では、いくつかの実施形態において、パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、ＬＥＭ３４４０の一部として統合され得る。さらなる例では、ＬＥＭ３４４０は、複数の位相を有するステータと、パワーエレクトロニクスシステム３４３０によってＤＣバス３４２５に結合される位相リード３４３５を有するトランスレータ（例えば、ならびにシリンダ、ベアリング、配管などの他の好適な構成要素）とを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＥＭ３４４０は、ガス圧および電磁力の複合効果の下で、対応する１つ以上のステータに対して往復する動きを生じ得る１つ以上のトランスレータを含んでもよい。トランスレータは、永久磁石を含んでいてもよいが、その必要はなく、それぞれのステータの位相に逆起電力（ｅｍｆ）を発生させることができる。本明細書で使用され、広く理解されているように、逆ｅｍｆが電圧を指すことを理解されたい。パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、ＬＥＭのステータの位相において電流を制御するように構成されている。例えば、パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、ステータの位相の位相リードをＤＣバス、中性、接地、またはそれらの組み合わせの１つ以上のバスに露出させてもよい。

パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、例えば、スイッチ（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））、ダイオード、電流センサ、電圧センサ、ＰＷＭ信号を管理するための回路、いずれかの他の好適な構成要素、またはそれらのいずれかの好適な組み合わせを含んでもよい。例えば、パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、１つ以上の位相に電流を印加するための１つ以上のＨブリッジ、またはスイッチの他のモータ制御トポロジを含み得る。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、ステータの巻線に結合する位相リード３４３５を用いてＬＥＭ３４４０と整合してもよく、パワーエレクトロニクスシステム３４３０は、ＤＣバス３４２５（例えば、一対のバスであり、一方のバスは他方のバスに対してより高い電圧にある）を用いてグリッド−タイインバータ（図示せず）と整合してもよい。バス３４２２とバス３４２４は一緒に、システム３４００のＤＣバス３４２５を形成する。例えば、バス３４２２は、バス３４２４の０Ｖに対して、公称８００Ｖであってもよい（例えば、バス３２２は「高」であり、バス３２４は「低」である）。バス３４２２およびバス３４２４は、いずれかの好適な、公称電圧（例えば、＞１００ＶＤＣ、＞２００ＶＤＣ、＞４００ＶＤＣ、＞６００ＶＤＣ、＞８００ＶＤＣ以上）であってもよく、これは、本開示にしたがって、平均値に関して時間的に変動し得る。したがって、本明細書で使用される「ＤＣバス」という用語は、瞬間電圧が変動したり、変化したり、ノイズを呈したり、またはそうでなければ非一定であり得るが、おおよそ一定の平均電圧差を有する一対のバスを指すものとする。

図３５は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な位相制御システム３５００のブロック図を示す。位相制御システム３５００は、図３５に例示的に示すように、位相コントローラ３５０２、パワーエレクトロニクス３５０４、および電源３５１４を含む。いくつかの実施形態では、各位相制御システム（例えば、位相制御システム３５００に類似）は、多位相ステータの単相への電流の印加を制御する。さらに、各位相制御システムは、各位相制御システムに分配される電気システム全体の要素（例えば、制御システム３４５０、パワーエレクトロニクスシステム３４３０、および図３４の補助システム３４７０の要素）を含んでもよい。例示的な例では、位相制御システム３５００は、ステータの複数の位相の位相を制御するために、他の位相コントローラ（例えば、他の類似のコントローラ）とともに含まれてもよい。

いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、ステータの１つ以上の位相において電流を制御するように構成されている。いくつかの実施形態では、対応する位相に印加される所望のまたは指令された電流は、位相コントローラ３５０２によって局所的に計算される。いくつかの実施形態では、１つ以上の位相に印加される所望のまたは指令された電流は、中央コントローラから伝えられ、中央コントローラは、（例えば、ステータ、および任意選択的に他のステータの他の位相）位相の各々に印加される電流を判定する。例えば、１つ以上の位相に印加される所望のまたは指令された電流は、測定された磁石またはトランスレータの位置を達成するために、（例えば、各位相によって印加された電磁力から合計された）総合的なＬＥＭの力を達成するために、トランスレータの速度または加速度を達成するために、所望のトランスレータ位置（例えば、頂点位置）を達成するために、またはそれらのいずれかの組み合わせを達成するために判定されてもよい。

いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、対応する位相で磁束を感知するように構成されている。例えば、位相コントローラ３５０２は、位相の磁束を感知し、感知された磁束を制御フィードバックとして使用し得る。いくつかのそのような実施形態では、位相コントローラ３５０２は、電流センサを含む必要はなく、または電流センサから入力を受信するように構成される必要もない。さらに、そのようないくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、性能、要件、コスト、またはそれらの組み合わせが比較的低減された電流センサを含む。

いくつかの実施形態では、各位相に印加される電流、または各位相にわたって印加される電圧は、局所的に（すなわち、位相制御システム３５００の事例によって）いずれかの好適な程度に制御される。いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、位相電流に関するローカル制御ループを実行してもよい。例えば、電流指令は、中央コントローラから位相コントローラ３５０２に通信リンクを介して伝えられてもよい。また、制御機構のいずれかの好適な部分は、本開示に従って分配されてもよい。例えば、位置測定値は、あらゆる位相に分配されてもよく、各位相コントローラ３５０２は、所望の位置および力を判定して電流指令を判定してもよく、この電流指令はパワーエレクトロニクス３５０４によって適用されてもよい。

いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、制御信号をパワーエレクトロニクス３５０４に提供するように構成されている。パワーエレクトロニクス３５０４は、位相の位相リードに電気的に結合し、電流を位相に提供するように構成されている。したがって、パワーエレクトロニクス３５０４は、ＤＣバスおよび位相リードに関連するアンペアおよび電圧に対して構成されている構成要素を含む。例えば、パワーエレクトロニクス３５０４は、図３４のパワーエレクトロニクスシステム３４３０のいずれかの好適な構成要素を含んでもよい。位相コントローラ３５０２は、位相リードおよびパワーエレクトロニクス３５０４によって必要とされるように、そのような大きな電流または電圧を電気的に管理または相互作用するように構成されている必要はない。いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２およびパワーエレクトロニクス３５０４は、位相を制御して電流を印加するように構成されている単一のモジュールに結合または統合されてもよい。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス３５０４は、２つ以上の位相間で共有されてもよい。例えば、パワーエレクトロニクス３５０４は、複数の電源回路を含んでもよく、複数の制御信号を受信するように構成されてもよく、２つ以上の位相に電流を印加するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、中央アルゴリズム推定または測定位置ではなく、ステータに対するトランスレータの位置を推定し得る。したがって、中央アルゴリズムは、いくつかの位相制御システム間に分散され得る。いくつかの実施形態では、複数の位相制御システムのための各位置推定器は、分散位置推定器の一部であり得る。分散位置推定器は、例えば、各対応する位相における位相電圧の感知に基づいて、位置を推定し得る。いくつかのそのような実施形態では、専用位置センサは含まれる必要はなく、したがって位置センサのコストおよび信頼性の懸念を減じることができる。

電源３５１４は、対応する位相に電流を印加する以外に、位相制御システム３５００の構成要素に電力を供給するように構成されている。例えば、電源３５１４は、位相コントローラ３５０２の処理機能のための電力、（例えば、パワーエレクトロニクス３５０４のための）診断、電力を必要とするいずれかの他の適切なプロセス、またはそれらのいずれかの好適な組み合わせを提供し得る。いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、（例えば、電源３５１４と同様の）電源を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、位相制御システム３５００の好適な構成要素は、カップリング３５５０を用いてグリッドに結合され得る。例えば、パワーエレクトロニクス３５０４は、カップリング３５５０に結合され得る。いくつかの実施形態では、カップリング３５５０は、ＡＣ電力を伝送するケーブルまたはバス（例えば、３相４８０ＶＡＣ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カップリング３５５０は、ＤＣ電力を伝送するケーブルまたはバス（例えば、ＤＣバス）を含んでもよく、これは、例えば、位相制御システム３５００とは別個のグリッド−タイインバータを用いてグリッドに結合されてもよい。

いくつかの実施形態では、位相制御システム３５００の好適な構成要素は、位相リード３５５４を用いて、ＬＥＭの１つ以上の位相に結合され得る。例えば、パワーエレクトロニクス３５０４は、位相リード３５５４に結合され得る。いくつかの実施形態では、位相リード３５５４は、位相制御システム３５００に対応する位相ごとに２つの位相リードを含んでもよい（例えば、３つの位相の６つの位相リードは、位相制御システム３５００に対応するか、またはフルブリッジトポロジに対応する）。いくつかの実施形態では、位相リード３５５４は、位相制御システム３５００に対応する位相ごとに１つの位相リードを含んでもよい（例えば、６つのワイ接続位相の６つの位相リードは、位相制御システム８００、またはハーフブリッジトポロジに対応する）。いくつかの実施形態では、位相リードは、星形構成で配線されてもよい。例えば、ワイ型構成の場合、各位相からの１つの位相リードは、中性端子を形成するために結合されてもよく（例えば、正味ゼロの電流入力または出力を有するので、位相電流は合計してゼロにならなければならい）、一方、各位相制御システムは、制御された位相電圧、ひいては電流を、対応する位相の他方のリードに印加してもよい。いくつかのそのような実施形態では、ＤＣバス電圧（例えば、バスと中性電圧との間の差）の一部のみが、各位相にわたって印加可能であってもよい。いくつかの実施形態では、各位相の位相リードは、独立した構成で配線されてもよい。例えば、位相制御システムは、位相ごとにフルＨブリッジを含んでもよく、位相にわたってフルＤＣバス電圧をいずれかの方向に印加することができる（例えば、いずれかの方向に所望の電流が流れるようにする）ことができる。この構成により、各位相で利用可能なより大きな電圧範囲と、他の位相からの制御独立性とが提供される。例えば、共通の中性ワイコネクションなしでは、位相電流の合計がゼロになる必要はない。

いくつかの実施形態では、位相制御システム３５００の好適な構成要素は、通信（ＣＯＭＭ）リンク３５５６に結合され得る。例えば、位相コントローラ３５０２、パワーエレクトロニクス３５０４、電源３５１４、またはそれらの組み合わせは、ＣＯＭＭリンク３５５６に結合され得る。いくつかの実施形態では、ＣＯＭＭリンク３５５６は、例えば、イーサネット（登録商標）ケーブル、シリアルケーブル、いずれかの他の適切な有線リンク、またはそれらのいずれかの組み合わせなどの有線通信リンクを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＣＯＭＭリンク３５５６は、例えば、ＷｉＦｉ送信器／受信器、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送信器／受信器、いずれかの他の好適な無線リンク、またはそれらのいずれかの組み合わせなどの無線通信リンクを含んでもよい。ＣＯＭＭリンク３５５６は、データ、メッセージ、信号、情報、またはそれらの組み合わせの送信を可能にするいずれかの好適な通信リンクを含んでもよい。いくつかの実施形態では、位相制御システム３５００は、通信リンク３５５６を用いて、中央制御システムに結合される。例えば、いくつかの実施形態では、位相コントローラ３５０２は、ＣＯＭＭリンク３５５６を用いて、中央コントローラと通信する。

いくつかの実施形態では、位相制御システム３５００は、ＬＥＭの対応する位相から電力を抽出するように構成され得る。例えば、検出されたシステム障害または通信の損失の場合、位相コントローラ３５０２は、対応する位相において逆ｅｍｆの反対方向において電流を指令することによって、トランスレータの運動エネルギーからエネルギーを抽出しようと試みることができる。

長いステータおよび短い磁石セクションを含むいくつかの実施形態では（例えば、位相は、磁石セクションを越えて空間的に延びる）、いくつかの位相は、磁石の移動の少なくとも一部に対しては使用されていない。例えば、磁石セクションの一部分が位相の下にない（例えば、位相の少なくとも一部と軸方向に重なっていない）場合、位相は、磁石セクションと著しく電磁的に相互作用しない。未使用の位相は、インダクタとして使用されてもよく、位相制御システム３５００は、キャパシタにエネルギーを蓄えるか、または電力変換を実施してＤＣバス電圧、バス電流、バス電力、またはそれらの組み合わせの調整に役立つように構成され得る。したがって、位相制御システム３５００、またはその位相コントローラ３５０２は、ＬＥＭ内の電磁力を励起することに加えて、他の目的に使用され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＥＭ、またはその構成要素は、試験、操作、特徴付け、測定、またはそうでなければ問い合わせされてもよい。例えば、ステータは位相リードによってパワーエレクトロニクスに結合され、電流は位相に印加されて、オーミック抵抗の測定、巻線インダクタンスの測定、巻線間の短絡の試験、ステータの熱応答の試験、パワーエレクトロニクスの試験、制御システムの試験、またはそれらの組み合わせを行うことができる。さらなる例では、ＬＥＭは、位相リードによってパワーエレクトロニクスに結合され、冷却システムに結合され、ベアリングガス管理システムに結合され得る。制御システムは、パワーエレクトロニクスに、位相リードに電流を印加させ（例えば、トランスレータを軸方向に移動し、所望の軌道を達成させ）、冷却システムに、ステータに冷却剤（例えば、冷却空気）を供給させ、ベアリングガスを１つ以上のベアリングハウジングに供給させ、ベアリングガスを１つ以上のクロッキング防止ベアリングハウジングに供給させることができる。

例示的な例では、ＬＥＭは（例えば、図３６に示すように）リニア発電機の一部として含まれ得る。ＬＥＭおよびその構成要素を、例えばリニア発電機または他のシステムに初めに設置することなく試験する能力は、リニア発電機の追加構成要素の複雑さなしに、ＬＥＭのメンテナンス、トラブルシューティング、および特徴付けを容易にすることを許容し得る。例えば、リニアジェネレータは、２つのＬＥＭを含んでもよく、いずれかのＬＥＭをスタンドアロンユニットとして試験できることが有利である。いくつかの実施形態では、外部エネルギー源は、トランスレータの動きを引き起こすための力（例えば、コンプレッサ、電磁源、または他の好適な源を含む）を提供する。いくつかの実施形態では、ＬＥＭは、発電機、ポンプ、コンプレッサ、またはアクチュエータの一部としてのスタンドアロンユニットとして動作され得る。

図３６は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な発電機アセンブリ３６００の断面図を示す。発電機アセンブリ３６００は、対向する自由ピストン発電機として構成されている。発電機アセンブリ３６００は、軸３６０６に沿って移動するように構成されている（例えば、軸３６０６に沿って直線的に平行移動する）トランスレータ３６１０および３６２０を含む。トランスレータ３６１０および３６２０は、シリンダ３６０２、３６０４および３６０５内を移動するように構成されており、それにより、境界作業（例えば、ストロークまたはサイクルなどの好適な範囲にわたって積分∫ＰｄＶを使用して判定される）を実行するための拡張および圧縮容積３６９７、３６９８、および３６９９を形成する。明確にするために、本明細書に記載されたシステムおよびアセンブリの空間的配置は、一般に、軸方向、半径方向、および方位方向を有する円筒座標との関連で参照される。本開示に従って、いずれかの好適な座標系が使用されてもよい（例えば、円筒座標は、いずれかの好適な座標系にマッピングされてもよい）ことを理解されたい。軸３６０６は、軸方向に向けられ、半径方向は、軸３６０６に対して垂直である（例えば、軸３６０６から離れる方向に向けられている）として画定されることに留意されたい。方位方向とは、軸３６０６を中心とした角度方向（例えば、軸３６０６と径方向の両方に直交し、軸３６０６の周囲に向けられる）として画定される。

いくつかの実施形態では、発電機アセンブリ３６００の固定構成要素は、シリンダ３６０２、シリンダ３６０４、シリンダ３６０５、ステータ３６１８、ステータ３６２８、ベアリングハウジング３６１６、ベアリングハウジング３６１７、ベアリングハウジング３６２６、およびベアリングハウジング３６２７を含む。いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング３６１６および３６１７は、ステータ３６１８に結合されている（例えば、直接接続されているか、または、屈曲部、マウント、またはその両方などの中間部材によって結合される）。例えば、ベアリングハウジング３６１６および３６１７は、磁石アセンブリ３６１３とステータ３６１８との間の半径方向のエアギャップを維持するために、ステータ３６１８に整列（例えば、横方向または軸方向に整列）され、固定されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング３６２６および３６２７は、ステータ３６２８に強固に結合されている。さらなる例では、いくつかの実施形態では、ベアリングハウジング３６２６および３６２７は、ステータ３６１８に整列しているが、発電機アセンブリまたはその構成要素の別の部分に固定されている。

トランスレータ３６１０は、チューブ３６１２、ピストン３６１１、ピストン３６１４、および磁石アセンブリ３６１３を含み、これらはすべて、固定構成要素に対して軸３６０６に沿って実質的に剛体として移動するように、実質的に強固に結合されている。トランスレータ３６２０は、チューブ３６２２、ピストン３６２１、ピストン３６２４、および磁石アセンブリ３６２３を含み、これらはすべて、軸３６０６に沿って実質的に剛体として移動するように、実質的に強固に結合されている。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ３６１３および３６２３は、それぞれチューブ３６１２および３６２２の領域であり得る。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ３６１３および３６２３は、それぞれチューブ３６１２および３６２２に固定された別個の構成要素を含んでもよい。反応セクション３６９７は、ピストン３６１１および３６２１、ならびにシリンダ３６０２のボア３６０３に囲まれている。ガススプリング３６９８および３６９９は、それぞれのピストン３６１４および３６２４、ならびにそれぞれのシリンダ３６０４および３６０５に囲まれている。したがって、トランスレータ３６１０および３６２０が軸３６０６に沿って移動すると、反応セクション３６９７、ガススプリング３６９８、およびガススプリング３６９９の体積が膨張し、収縮する。さらに、例えば、それらの体積内の圧力は、体積がそれぞれ増加または減少すると、減少または増加する。ベアリングハウジング３６１６、３６１７、３６２６、３６２７の各々は、それ自体と対応するトランスレータ（例えば、チューブ３６１２および３６２２）との間にガスベアリングを提供するように構成されている。例えば、ベアリングハウジング３６１６、３６１７、３６２６、３６２７の各々は、加圧されたガスを（例えば、フローシステムを用いて）ガスベアリングに向けるように構成されていてもよい。例示的な例では、ベアリングハウジング３６１６、３６１７、３６２６、および３６２７の各々は、ベアリングガスがガスベアリングを通って（例えば、直接、または他のダクティングを用いて）環境に流れるのに十分な圧力を有するように、周囲圧力（例えば、海面で１ａｔｍ）を超える絶対圧力を有する加圧ガスをガスベアリングに向けるように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、ベアリングガスは、環境（例えば、約１ａｔｍ）、呼吸システム内の圧力（例えば、ブースト圧、または１ａｔｍ超またはそれ未満であり得る排気システム内のガス圧）、またはいずれかの他の好適な圧力基準に対して加圧されていてもよい。いくつかの実施形態では、発電機アセンブリ３６００は、トランスレータ３６１０および３６２０に対してガスベアリングを形成するベアリングハウジング３６１６、３６１７、３６２６、および３６２７とともに、オイルレス動作（例えば、潤滑液を使用せずに、または固体対固体接触ベアリングを使用せずに）のために構成されている。シリンダ３６０２は、圧縮セクション３６９７を収容するボア３６０３を含む。シリンダ３６０２は、ボア３６０３をシリンダ３６０２の外側に結合して流体交換を許容する例示的なポート３６１９およびポート３６２９も含む。

ステータ３６１８、磁石アセンブリ３６１３、チューブ３６１２、ならびにベアリングハウジング３６１６および３６１７は、リニア電磁機械（ＬＥＭ）３６５６を形成する。同様に、ステータ３６２８、磁石アセンブリ３６２３、チューブ３６２２、ならびにベアリングハウジング３６２６および３６２８は、ＬＥＭ３６５２を形成する。さらに、ＬＥＭは、任意選択的に、トランスレータに固定された１つ以上のピストンを含み得る。例えば、ＬＥＭは、ステータ３６１８、トランスレータ３６１０、ならびにベアリングハウジング３６１６および３６１７を含むように画定され得る。さらなる例では、ＬＥＭは、ステータ３６２８、トランスレータ３６２０、ならびにベアリングハウジング３６２６および３６２７を含むように画定され得る。ＬＥＭは、固定アセンブリ（例えば、ステータおよびベアリングハウジング）と、軸に沿って移動するように制約される平行移動アセンブリ（例えば、トランスレータ）と、を含み、ステータは、トランスレータに電磁力を印加して、軸に沿った動きを引き起こす、および／またはもたらすことが可能である。ＬＥＭのベアリングハウジングは、ステータに固定され得るが、固定される必要はない。例えば、ベアリングハウジングは、ステータ、構造フレーム、シリンダに、直接または１つ以上の介在する構成要素、またはそれらのいずれかの組み合わせによって結合され得る。ステータ３６１８および３６２８は、複数の位相を形成する、複数の位相巻線を含んでもよい。位相の各々における電流は、トランスレータ３６１０および３６２０の位置、トランスレータ３６１０および３６２０の動き、トランスレータ３６１０および３６２０との作業相互作用、またはそれらのいずれかの組み合わせに影響を与えるように、（例えば、対応するパワーエレクトロニクスおよび処理装置を含み得る）制御システムによって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ３６１３および３６２３は、アレイ（例えば、交互の北および南極）に配置された永久磁石を含む。トランスレータ３６１０および３６２０が実質的に剛性のアセンブリとして移動するので、それぞれの磁石アセンブリ３６１３および３６２３に印加される電磁力は、トランスレータ３６１０および３６２０を加速および減速させる。いくつかの実施形態では、ステータ３６１８および３６２８は、（例えば、空冷システムによる）空冷式、（例えば、液冷システムによる）液冷式、またはその両方であってもよい。いくつかの実施形態では、ステータ３６１８および３６２８は、それぞれのトランスレータ３６１０および３６２０、またはそれらのそれぞれの磁石アセンブリ３６１３および３６２３の周囲に配置されている（例えば、モータエアギャップは、厚さプロファイルを有する弧状である）。例えば、ステータ３６１８および３６２８は、それぞれのトランスレータ３６１０および３６２０の周囲に完全に（例えば、それらの周囲に方位状に３６０度）または部分的に（例えば、位相の巻線間に方位状に配置されたセグメントおよび方位状に配置されたギャップを有する）延びていてもよい。いくつかの実施形態では、ステータ３６１８および３６２８は、それぞれのトランスレータ３６１０および３６２０、またはそれぞれの磁石アセンブリ３６１３および３６２３に沿って軸方向に配置される。例えば、磁石アセンブリ３６１３および３６２３は、平坦な磁石セクションを含んでもよく、ステータ３６１８および３６２８は、磁石セクションに対応する平坦な表面を含んでもよい（例えば、モータエアギャップは、厚さプロファイルを有する平面である）。いくつかの実施形態では、ステータ３６１８および３６２８は、それぞれのトランスレータ３６１０および３６２０、またはそれぞれの磁石アセンブリ３６１３および３６２３に沿って軸方向に延びる。

本開示が本明細書に記載される実施形態に限定されず、いずれかの好適なシステムとの関連で実装され得ることを理解されたい。いくつかの好適な実施形態では、本開示は往復動機関およびコンプレッサに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、自由ピストン機関およびコンプレッサに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復動機関および自由ピストン機関などの燃焼および反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復動コンプレッサおよび自由ピストンコンプレッサなどの非燃焼および非反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ドライバセクション（例えば、ガススプリング）を有するリニア往復動デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、オイルフリー往復動および自由ピストン機関およびコンプレッサに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内燃または外燃または反応を有するオイルフリーピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、圧縮着火（例えば、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）、成層圧縮着火（ＳＣＣＩ）、または他の圧縮着火）、火花点火、またはその両方で動作するオイルフリー自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ガス燃料、液体燃料、またはその両方で動作するオイルフリー自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、リニア自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内燃／反応を有する燃焼機関、または（例えば、熱源または燃焼などの外部反応からの）外部熱付加を有するいずれかのタイプの熱機関であり得る機関に適用可能である。

前述は、本開示の原理を例示するに過ぎず、本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって様々な修正を加えることができる。上記の実施形態は、例示の目的のために提示され、限定されるものではない。本開示はまた、本明細書に明示的に記載されたもの以外の多くの形態をとることができる。したがって、本開示は、明示的に開示された方法、システム、および装置に限定されるものではないが、以下の特許請求の範囲内にある、その変形および修正を含むことが意図されていることが強調される。

Claims (24)

1. リニア電磁機械（ＬＥＭ）であって、
   ステータであって、
   複数の巻線、および
   軸を含むステータボアを含む、ステータと、
   前記ステータと電磁的に相互作用するように構成されており、前記ステータボア内で実質的に前記軸に沿って軸方向に移動するように構成されているトランスレータであって、トランスレータベアリング面を含む、トランスレータと、
   第１の長手方向位置において前記ステータに結合された第１のベアリングハウジングであって、前記第１のベアリングハウジングおよび前記トランスレータベアリング面が、第１の加圧ガスを含む第１のベアリングギャップを形成することができる、第１のベアリングハウジングと、
   第２の長手方向位置において前記ステータに結合された第２のベアリングハウジングであって、前記第２のベアリングハウジングおよび前記トランスレータベアリング面が、第２の加圧ガスを含む第２のベアリングギャップを形成することができる、第２のベアリングハウジングと、を含む、リニア電磁機械（ＬＥＭ）。
2. 前記トランスレータが、磁石セクションを含み、前記磁石セクションおよび前記ステータボアが、モータエアギャップを形成することができる、請求項１に記載のＬＥＭ。
3. 前記磁石セクションが、長手方向に積み重ねられた列に配置された複数の磁石を含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
4. 前記長手方向に積み重ねられた列の内部列が、第１の軸方向長さを有する磁石を含み、前記長手方向に積み重ねられた列の末端列が、前記第１の軸方向長さ未満の第２の軸方向長さを有する磁石を含む、請求項３に記載のＬＥＭ。
5. 前記トランスレータが、前記磁石セクションの少なくとも１つの磁石と係合して、前記少なくとも１つの磁石の軸方向の動きを制約する少なくとも１つの構造特徴をさらに含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
6. 前記磁石セクションが、前記トランスレータの表面に固着された複数の磁石を含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
7. 前記トランスレータが、前記磁石セクションの上に半径方向に位置付けられたラップをさらに含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
8. 前記磁石セクションが、第１の長手方向長さを含み、前記複数の巻線が、前記第１の長手方向長さを超える第２の長手方向長さを含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
9. 前記磁石セクションが、第１の長手方向長さを含み、前記複数の巻線が、前記第１の長手方向長さ以下の第２の長手方向長さを含む、請求項２に記載のＬＥＭ。
10. 前記磁石セクションが、磁極長さを含み、前記ステータが、スロットピッチを有する複数のスロットおよび歯を含み、前記磁極長さおよび前記スロットピッチが実質的に等しくない、請求項２に記載のＬＥＭ。
11. 前記複数の巻線が、複数の位相にグループ分けされ、前記複数の位相の各位相が、前記複数の巻線のうちの１つ以上の巻線を含む、請求項１に記載のＬＥＭ。
12. 前記複数の位相が、３つ以上である、請求項１１に記載のＬＥＭ。
13. 前記複数の巻線の各巻線が、位相に対応する、請求項１に記載のＬＥＭ。
14. 前記ＬＥＭが、オイルレス動作のために構成されている、請求項１に記載のＬＥＭ。
15. 前記磁石セクションが、複数の磁石を含み、
    前記ステータが、
    前記ステータボアの周囲に方位状に配置された複数のステータ歯であって、一対の連続するステータ歯を含む、複数のステータ歯と、
    前記一対の連続するステータ歯の間の第１の方位ギャップと、を含み、
    前記磁石セクションが、前記磁石セクションの方位状に連続した磁石の間に第２の方位ギャップを含み、前記第１の方位ギャップと前記第２の方位ギャップとが、実質的に方位アライメントを維持するように構成されている、請求項２に記載のＬＥＭ。
16. 前記第１の方位ギャップが、方位方向で前記第２の方位ギャップより大きい、請求項１５に記載のＬＥＭ。
17. 前記トランスレータが、方位回転を制約するように構成されている特徴をさらに含む、請求項１に記載のＬＥＭ。
18. 前記第１のベアリングハウジングが、少なくとも横方向変位に対する機械的剛性を提供するように構成されている第１のアセンブリによって前記ステータに結合され、前記第２のベアリングハウジングが、少なくとも横方向変位に対する機械的剛性を提供するように構成されている第２のアセンブリによって前記ステータに固定されている、請求項１に記載のＬＥＭ。
19. リニア機械であって、
    ステータボアを含むステータと、
    前記ステータに対して直線的に移動するように構成されているトランスレータであって、
    磁石セクション、および
    ベアリング面を含む、トランスレータと、
    表面を含む少なくとも１つのベアリングハウジングと、
    前記少なくとも１つのベアリングハウジングを前記ステータに固定するように構成されているアセンブリと、を含み、
    前記ステータボアおよび前記磁石セクションが、モータエアギャップを形成し、
    前記ベアリング面および前記表面が、前記トランスレータを前記少なくとも１つのベアリングハウジングに整列させることができるベアリングインターフェースを形成し、
    前記アセンブリが、前記ベアリングハウジングのピッチおよびヨーよりも、横方向変位に対して比較的高い剛性を提供する、リニア機械。
20. 前記トランスレータが、トランスレータチューブをさらに含み、
    前記ベアリング面が、前記トランスレータチューブの外面を含む、請求項１９に記載のリニア機械。
21. 前記アセンブリが、
    前記ステータに強固に固定された少なくとも１つのマウントと、
    前記少なくとも１つのマウントおよび前記少なくとも１つのベアリングハウジングに固定された少なくとも１つの屈曲部と、を含み、前記少なくとも１つの屈曲部が、前記ベアリングハウジングのピッチおよびヨーよりも、横方向変位に対して前記比較的高い剛性を提供する、請求項１９に記載のリニア機械。
22. 前記ベアリングハウジングが、前記ベアリング面の周囲に少なくとも部分的に方位状に延び、
    前記少なくとも１つの屈曲部が、前記ベアリングハウジングの周囲で少なくとも部分的に方位状に延びる、請求項２１に記載のリニア機械。
23. 前記ベアリングインターフェースが、ガスベアリングインターフェースであり、前記リニア機械が、オイルレス動作のために構成されている、請求項１９に記載のリニア機械。
24. 前記ステータにおいて、軸方向端部を含み、前記少なくとも１つのベアリングハウジングが、前記磁石セクションが前記ステータの前記軸方向端部の少なくとも部分的に外部において軸方向に位置付けされることができるような、長手方向位置に配置される、請求項１９に記載のリニア機械。

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