(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁アクチュエータによって電磁力を生成することに関する。【解決手段】システム１０は、本体から半径方向にオフセットされ、回転軸３０の周りに回転するため本体を支持するように構成される電磁アクチュエータを含む。電磁アクチュエータは、半径方向磁気制御回路１２３を画定するため、半径方向アクチュエータターゲット１１８に磁気結合され、半径方向アクチュエータターゲット１１８と協働する半径方向極組立体４２と、第１の軸方向磁気制御回路を画定するため、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２に磁気結合され、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２と協働する第１の軸方向極組立体３８と、第２の軸方向磁気制御回路を画定するため、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４に磁気結合され、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４と協働する第２の軸方向極組立体４０とを含む。【選択図】図１
2015220982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム（１０）であって、
回転軸（３０）を有する本体と、
前記本体に沿う第１の軸方向位置で本体に結合された第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）と、
前記本体に沿う第２の軸方向位置で本体に結合された第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）と、
前記第１の軸方向位置と前記第２の軸方向位置との間で、前記本体に沿う第３の軸方向位置で前記本体に結合された半径方向アクチュエータターゲット（１１８）とを備え、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）、前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）、及び前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）は互いに磁気結合され、
前記本体から半径方向にオフセットされ、前記回転軸（３０）の周りに回転するため前記本体を支持するように構成される電磁アクチュエータ（１２）とを備え、前記電磁アクチュエータ（１２）は、
第１の軸方向極組立体（３８）であって、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）に隣接して配設され、前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）との間の少なくとも１つの軸方向ギャップ（１０２、１０４、１１２、１１４）を横切って磁束を伝えるように構成される、第１の軸方向極組立体（３８）と、
第２の軸方向極組立体（４０）であって、前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）に隣接して配設され、前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）との間の少なくとも１つの軸方向ギャップ（１０２、１０４、１１２、１１４）を横切って磁束を伝えるように構成される、第２の軸方向極組立体（４０）と、
前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記第２の軸方向極組立体（４０）との間でかつ前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）に隣接して配設された半径方向極組立体（４２）とを備え、半径方向極組立体（４２）は、前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）並びに前記第１及び前記第２の軸方向極組立体（３８，４０）に磁束を伝えるように構成され、前記第１及び前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９２，９４）、前記第１及び前記第２の軸方向極組立体（３８，４０）、前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）、並びに前記半径方向極組立体（４２）は磁気バイアス回路（１２４）を画定する、システム。
【請求項２】
前記第１の軸方向極組立体（３８）は、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）に磁気結合され、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）と協働して、第１の軸方向磁気制御回路（１０６）を画定し、前記第２の軸方向極組立体（４０）は、前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）に磁気結合され、第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）と協働して、第２の軸方向磁気制御回路（１１６）を画定し、前記半径方向極組立体（４２）は、前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）に磁気結合し、前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）と協働して、半径方向磁気制御回路（１２３）を画定する、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記第１の軸方向磁気制御回路（１０６）及び前記半径方向極組合体（４２）は、磁気結合され協働して、第１の結合式磁気回路（１２６）を画定する、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第２の軸方向磁気制御回路（１１６）及び前記半径方向極組合体（４２）は、磁気結合され協働して、第２の結合式磁気回路（１２８）を画定する、請求項３記載のシステム
（１０）。
【請求項５】
前記第１の結合式磁気回路（１２６）は、前記半径方向極組合体（４２）と前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）との間で第１の半径方向に第１の結合式磁束を生成するように構成され、前記第２の結合式磁気回路（１２８）は、前記半径方向極組合体（４２）と前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）との間で前記第１の半径方向と逆の第２の半径方向に第２の結合式磁束を生成するように構成される、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の結合式磁束は互いに相殺する、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記電磁アクチュエータ（１２）は、前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）との間に配設された第１の軸方向制御コイルを備え、前記電磁アクチュエータ（１２）は、前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）との間に配設された第２の軸方向制御コイルを備え、前記第１及び前記第２の軸方向制御コイルは、前記第１及び前記第２の軸方向磁気制御回路（１１６）内で磁束をそれぞれ生成するように構成される、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記電磁アクチュエータ（１２）は、前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第１の永久磁石（７２）を備え、前記第１の永久磁石（７２）は、前記磁気バイアス回路（１２４）内でバイアス磁束（１４０）を生成し、前記磁気バイアス回路（１２４）に磁束を提供するように構成される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記電磁アクチュエータ（１２）は、前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第２の永久磁石（８２）を備え、前記第２の永久磁石（８２）は、前記磁気バイアス回路（１２４）内でバイアス磁束（１４０）を生成し、前記磁気バイアス回路（１２４）に磁束を提供するように構成される、請求項８記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）は、端に向く第１の表面及び端に向く第２の表面を備え、前記第１の軸方向極組立体（３８）は、前記端に向く第１の表面に隣接する第１の軸方向極及び端に向く第２の表面に前記隣接する第２の軸方向極を備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）は、端に向く第３の表面及び端に向く第４の表面を備え、前記第２の軸方向極組立体（４０）は、前記端に向く第３の表面に隣接する第３の軸方向極及び前記端に向く第４の表面に隣接する第４の軸方向極を備える、請求項１０記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
電磁アクチュエータ（１２）、前記本体、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）、前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）、及び前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）を有する電気機械を備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
システム（１０）であって、
回転軸（３０）を有する本体から半径方向にオフセットされ、回転軸（３０）の周りに回転するため前記本体を支持するように構成される電磁アクチュエータ（１２）を備え、
前記電磁アクチュエータ（１２）は、
第１の軸方向極組立体（３８）であって、前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記本体に結合された第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）との間の少なくとも１つの軸方向ギャップ（１０２、１０４、１１２、１１４）を横切って磁束を伝えるように構成される、第１の軸方向極組立体（３８）と、
第２の軸方向極組立体（４０）であって、前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記本体に結合された第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）との間の少なくとも１つの軸方向ギャップ（１０２、１０４、１１２、１１４）を横切って磁束を伝えるように構成される、第２の軸方向極組立体（４０）と、
前記第１の軸方向極組立体（３８）と第２の軸方向極組立体（４０）との間に配設された半径方向極組立体（４２）であって、前記本体に結合された半径方向アクチュエータターゲット（１１８）並びに前記第１及び前記第２の軸方向極組立体（３８，４０）に磁束を伝えるように構成され、前記第１及び前記第２の軸方向組立体並びに前記半径方向極組立体（４２）は磁気バイアス回路（１２４）の一部分を画定する、半径方向極組立体（４２）と、
前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第１の永久磁石（７２）であって、前記磁気バイアス回路（１２４）内でバイアス磁束（１４０）を生成し、前記磁気バイアス回路（１２４）に磁束を提供するように構成される、第１の永久磁石（７２）と、
前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第２の永久磁石（８２）であって、前記磁気バイアス回路（１２４）内でバイアス磁束（１４０）を生成し、前記磁気バイアス回路（１２４）に磁束を提供するように構成される、第２の永久磁石（８２）とを備える、システム（１０）。
【請求項１４】
前記第１の軸方向極組立体（３８）は、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）に磁気結合され、前記第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）と協働して、第１の軸方向磁気制御回路（１０６）を画定するように構成され、前記第２の軸方向極組立体（４０）は、前記第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）に磁気結合され、前記第２の軸方向アクチュエータターゲットと協働して、第２の軸方向磁気制御回路（１１６）を画定するように構成される、請求項１３記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
前記電磁アクチュエータ（１２）は、前記第１の軸方向極組立体（３８）によって部分的に囲まれる第１の軸方向制御コイル及び前記ｚ第２の軸方向極組立体（４０）によって部分的に囲まれる第２の軸方向制御コイルを備え、第１及び第２の軸方向制御コイルは、前記第１及び前記第２の軸方向磁気制御回路（１１６）内で磁束をそれぞれ生成するように構成される、請求項１４記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
前記第１の軸方向制御コイル及び前記第２の軸方向制御コイルは、同じ軸方向制御電流（１４６、１４８）を生成するように構成される、請求項１５記載のシステム（１０）。
【請求項１７】
前記半径方向極組立体（４２）は、複数の積層式半径方向極を備える、請求項１３記載のシステム（１０）。
【請求項１８】
システム（１０）であって、
回転軸（３０）を有する本体と、
前記本体から半径方向にオフセットされ、前記回転軸（３０）の周りに回転するため前記本体を支持するように構成される電磁アクチュエータ（１２）とを備え、前記電磁アクチュエータ（１２）は、
半径方向磁気制御回路（１２３）を画定するため、前記本体上の半径方向アクチュエータターゲット（１１８）に磁気結合され、半径方向アクチュエータターゲット（１１８
）と協働する半径方向極組立体（４２）と、
第１の軸方向磁気制御回路（１０６）を画定するため、前記本体上の第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）に磁気結合され、第１の軸方向アクチュエータターゲット（９２）と協働する第１の軸方向極組立体（３８）と、
第２の軸方向磁気制御回路（１１６）を画定するため、前記本体上の第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）に磁気結合され、第２の軸方向アクチュエータターゲット（９４）と協働する第２の軸方向極組立体（４０）とを備え、
前記半径方向極組立体（４２）、前記第１の軸方向極組立体（３８）、及び前記第２の軸方向極組立体（４０）の構造的配置構成は、前記半径方向極組立体（４２）を通る半径方向中央平面の周りに対称であり、前記半径方向中央平面は、前記本体の回転軸（３０）に関して直交する、システム（１０）。
【請求項１９】
前記第１の軸方向磁気制御回路（１０６）及び前記半径方向極組合体（４２）は、磁気結合され協働して、第１の結合式磁気回路（１２６）を画定し、第２の軸方向磁気制御回路（１１６）及び半径方向極組合体（４２）は、磁気結合され協働して、第２の結合式磁気回路（１２８）を画定し、第１の結合式磁気回路（１２６）は、前記半径方向極組合体（４２）と前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）との間で第１の半径方向に第１の結合式磁束を生成するように構成され、前記第２の結合式磁気回路（１２８）は、前記半径方向極組合体（４２）と前記半径方向アクチュエータターゲット（１１８）との間で前記第１の半径方向と逆の第２の半径方向に第２の結合式磁束を生成するように構成され、第１及び第２の結合式磁束は互いに相殺する、請求項１８記載のシステム（１０）。
【請求項２０】
電磁アクチュエータ（１２）は、前記第１の軸方向極組立体（３８）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第１の永久磁石（７２）及び前記第２の軸方向極組立体（４０）と前記半径方向極組立体（４２）との間に配設された第２の永久磁石（８２）を備える、請求項１８記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、電磁力を生成することに関し、より具体的には、電磁アクチュエータによって電磁力を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械類又は機器は、運転中に支持を必要とするコンポーネント（例えば、回転又は移動コンポーネント）を含むことが多い。この支持は、軸受又は同様のデバイスによって設けられ得る。或る用途では、軸受は、移動コンポーネントを支持するため直接接触を利用する。他の用途では、接触がほとんど無いか又は全く無い状態で移動コンポーネント用の支持を提供することが望ましい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８６３３６２５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
或る実施形態は、最初に特許請求された本発明と範囲が一致する或る実施形態が以下で要約される。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を制限することを意図されるのではなく、むしろこれらの実施形態は、単に本発明の考えられる形態の簡潔な要約を提供することを意図される。実際には、本発明は、以下に記載する実施形態と同様か又は異なる場合がある種々の形態を包含し得る。
【０００５】
第１の実施形態によれば、システムは、回転軸を有する本体を含む。システムはまた、本体に沿う第１の軸方向位置で本体に結合された第１の軸方向アクチュエータターゲットと、本体に沿う第２の軸方向位置で本体に結合された第２の軸方向アクチュエータターゲットとを含む。システムは、更に、第１の軸方向位置と第２の軸方向位置との間で、本体に沿う第３の軸方向位置で本体に結合された半径方向アクチュエータターゲットを含み、第１の軸方向アクチュエータターゲット、第２の軸方向アクチュエータターゲット、及び半径方向アクチュエータターゲットは互いに磁気結合される。システムは、なお更に、本体から半径方向にオフセットされ、回転軸の周りに回転するため本体を支持するように構成される電磁アクチュエータを含む。電磁アクチュエータは、第１の軸方向極組立体であって、第１の軸方向アクチュエータターゲットに隣接して配設され、第１の軸方向極組立体と第１の軸方向アクチュエータターゲットとの間の少なくとも１つの軸方向ギャップを横切って磁束を伝えるように構成される第１の軸方向極組立体を含む。電磁アクチュエータはまた、第２の軸方向極組立体であって、第２の軸方向アクチュエータターゲットに隣接して配設され、第２の軸方向極組立体と第２の軸方向アクチュエータターゲットとの間の少なくとも１つの軸方向ギャップを横切って磁束を伝えるように構成される、第２の軸方向極組立体を含む。電磁アクチュエータは、更に、第１の軸方向極組立体と第２の軸方向極組立体との間でかつ半径方向アクチュエータターゲットに隣接して配設された半径方向極組立体を含む。半径方向極組立体は、半径方向アクチュエータターゲット並びに第１及び第２の軸方向極組立体にて磁束を伝えるように構成される。第１及び第２の軸方向アクチュエータターゲット、第１及び第２の軸方向極組立体、半径方向アクチュエータターゲット、並びに半径方向極組立体は磁気バイアス回路を画定する。
【０００６】
第２の実施形態によれば、システムは、回転軸を有する本体から半径方向にオフセットされ、回転軸の周りに回転するため本体を支持するように構成される電磁アクチュエータを含む。電磁アクチュエータは、第１の軸方向極組立体であって、第１の軸方向極組立体
と本体に結合された第１の軸方向アクチュエータターゲットとの間の少なくとも１つの軸方向ギャップを横切って磁束を伝えるように構成される、第１の軸方向極組立体を含む。電磁アクチュエータはまた、第２の軸方向極組立体であって、第２の軸方向極組立体と本体に結合された第２のアクチュエータターゲットとの間の少なくとも１つの軸方向ギャップを横切って磁束を伝えるように構成される、第２の軸方向極組立体を含む。電磁アクチュエータは、更に、第１の軸方向極組立体と第２の軸方向極組立体との間に配設された半径方向極組立体であって、本体に結合された半径方向アクチュエータ並びに第１及び第２の軸方向極組立体に磁束を伝えるように構成される、半径方向極組立体を含む。第１及び第２の軸方向組立体並びに半径方向極組立体は磁気バイアス回路の一部分を画定する。電磁アクチュエータは、なお更に、第１の軸方向極組立体と半径方向極組立体との間に配設された第１の永久磁石であって、磁気バイアス回路内でバイアス磁束を生成し、磁気バイアス回路に磁束を提供するように構成される、第１の永久磁石を含む。電磁アクチュエータは、なお更に、第２の軸方向極組立体と半径方向極組立体との間に配設された第２の永久磁石であって、磁気バイアス回路内でバイアス磁束を生成し、磁気バイアス回路に磁束を提供するように構成される、第２の永久磁石を含む。
【０００７】
第３の実施形態によれば、システムは、回転軸を有する本体を含む。システムはまた、本体から半径方向にオフセットされ、回転軸の周りに回転するため本体を支持するように構成される電磁アクチュエータを含む。電磁アクチュエータは、半径方向磁気制御回路を画定するため、半径方向アクチュエータターゲットに磁気結合され、半径方向アクチュエータターゲットと協働する半径方向極組立体と、第１の軸方向磁気制御回路を画定するため、第１の軸方向アクチュエータターゲットに磁気結合され、第１の軸方向アクチュエータターゲットと協働する第１の軸方向極組立体と、第２の軸方向磁気制御回路を画定するため、第２の軸方向アクチュエータターゲットに磁気結合され、第２の軸方向アクチュエータターゲットと協働する第２の軸方向極組立体とを含む。半径方向極組立体並びに第１及び第２の軸方向極組立体の構造的配置構成は、半径方向極組立体を通る半径方向中央平面の周りに対称であり、中央平面は、本体の回転軸に関して直交する。
【０００８】
本発明のこれらのまた他の特徴、態様、及び利点は、添付図面であって、図面全体を通して同じ記号が同じ部品を示す、添付図面を参照して以下の詳細な説明が読まれるときによりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】対称構造を有する電磁アクチュエータを有する電気機械システムの或る実施形態の部分側断面図である。
【図２】図１の電磁アクチュエータの或る実施形態及び本体の一部分の側断面図である。
【図３】図１のライン３−３に沿って切取った、図１の電磁アクチュエータの或る実施形態及び本体の一部分の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ又は複数の固有の実施形態が以下で述べられる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとして、実際の実装態様の全ての特徴が本明細書で述べられない場合がある。任意のこうした実際の実装態様の開発時に、任意のエンジニアリング及び設計プロジェクトの場合と同様に、多数の実装態様固有の意思決定が、実装態様ごとに変動する場合があるシステム関連制約及びビジネス関連制約の順守等、開発者固有の目標を達成するため行われなければならないことが認識されるべきである。更に、こうした開発努力が、複雑でかつ時間がかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとって、設計、作製、及び製造の日常の仕事であることが認識されるべきである。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「或る（ａ）」、「或る（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」は、要素のうちの１つ又は複数が存在することを意味することを意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることを意図され、挙げた要素以外の更なる要素が存在する場合があることを意味する。
【００１２】
本開示は、（例えば、平衡式磁束プロファイルを有する能動型磁気軸受（ＡＭＢ：Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂｅａｒｉｎｇ）の一部として）電磁アクチュエータを利用するためのシステム及び方法を対象とする。例えば、電磁アクチュエータは、（例えば、鏡像化構造を有する）対称並置永久磁石（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）（ＰＭ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）バイアス式同極電磁アクチュエータであり得る。或る実施形態では、電磁アクチュエータは、対称並置電磁（ＥＭ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）バイアス式電磁アクチュエータであり得る。電磁アクチュエータが利用されて、接触が最小であるか又は全く無い状態で移動物体（例えば、ロータ）を支持する制御された電磁力を加え、それにより、半径方向と軸方向の両方において摩擦無しの又はほぼ摩擦無しの本体の移動を提供し得る。そのため、電磁アクチュエータは、半径方向及び軸方向の別々のターゲットに半径方向／軸方向組合せ電磁アクチュエータを通して半径方向及び軸方向の電磁力を生成し得る。
【００１３】
特に、本開示の実施形態は、回転軸を有する本体と、本体に沿う第１及び第２の軸方向位置で本体にそれぞれ結合された第１及び第２の軸方向アクチュエータターゲットと、第１の軸方向位置と第２の軸方向位置との間で、本体に沿う第３の軸方向位置で本体に結合された半径方向アクチュエータターゲットとを含む。軸方向アクチュエータターゲット及び半径方向アクチュエータターゲットは互いに磁気結合される。本体から半径方向にオフセットした（例えば、本体から離れて存在する）電磁アクチュエータは、回転軸の周りで回転するため、本体を支持するように構成される。電磁アクチュエータは、それぞれ第１及び第２の軸方向アクチュエータターゲットに隣接して配設された第１及び第２の軸方向極組立体を含んで、それぞれの軸方向ギャップ（例えば、軸方向空気ギャップ）を横切って磁束を伝える。電磁アクチュエータはまた、第１の軸方向極組立体と第２の軸方向極組立体との間でかつ半径方向アクチュエータターゲットに隣接して配設された半径方向極組立体を含む。半径方向極組立体は、半径方向アクチュエータターゲット及び軸方向極組立体の両方に磁束を伝える。軸方向アクチュエータターゲット、軸方向極組立体、半径方向アクチュエータターゲット、及び半径方向極組立体は磁気バイアス回路を画定する。或る実施形態では、第１の永久磁石は、第１の軸方向極組立体と半径方向極組立体との間に配設され、第２の永久磁石は、第２の軸方向極組立体と半径方向極組立体との間に配設される。或る実施形態では、軸方向極組立体は、それらのそれぞれの軸方向アクチュエータターゲットと共に、それぞれの軸方向磁気制御回路を画定し、一方、半径方向極組立体及び半径方向アクチュエータターゲットは半径方向磁気制御回路を画定する。それぞれの軸方向磁気制御回路は、半径方向極組立体に結合され、半径方向極組立体と協働して、それぞれの結合式磁気回路を画定し得る。結合式磁気回路はそれぞれ、それぞれの結合式磁束（例えば、軸方向結合磁束）を生成することができ、それぞれの結合式磁束（例えば、同じ振幅であるが逆位相を有する）は、半径方向極組立体と半径方向アクチュエータターゲットとの間で逆の半径方向にある。これらの結合式磁束は、互いに相殺して、平衡式磁束プロファイルを生成し得る。結果として、結合式磁束は、半径方向制御力に影響を及ぼさない。そのため、軸方向及び半径方向の制御力は、相互結合しない。加えて、この平衡式磁束プロファイルは、補償コイルを必要とせず、したがって、較正プロセスを簡略化し、電磁アクチュエータに必要とされるコンポーネントを減少させる。同様に、開示される電磁アクチュエータは、より頑健であり（例えば、経時的な性能劣化を最小にし）、軸方向力能力及び負荷能力を増加させ得る。
【００１４】
ここで図面に移り、図１を参照すると、対称構造を有する電磁アクチュエータ１２を有する電気機械システム１０（例えば、回転電気機械）の或る実施形態の部分側断面図が示される。以下の議論において、電気機械システム１０及び／又は電磁アクチュエータ１２の長手軸又は方向１４、半径軸又は方向１６、及び／又は円周軸又は方向１８に対して参照が行われ得る。電磁アクチュエータ１２は、回転機械（例えば、電気機械システム１０）の本体２０（例えば、ロータ）を支持するＡＭＢシステムの一部として利用され得る。例えば、電磁アクチュエータ１２は、内燃機関（例えば、往復内燃機関、ガスタービン等）、蒸気タービン、ポンプ、ターボチャージャ、圧縮機、電気モータ、発電機、又は任意の他のタイプの回転機械において及び／又はそれと共に利用され得る。或る実施形態では、電気機械システム１０は、インペラ２４（例えば、液体及び／又は気体インペラ）を駆動する電気モータ２２を含む。代替的に、電気モータ２２はタービン（例えば、タービン段のタービンブレード）を駆動し得る。示すように、電気機械システム１０は、ロータ２０、ステータ２６、ロータ２０に結合されたシャフト２８（例えば、モータシャフト）、及び、シャフト２８上に搭載されたかつ／又はシャフト２８に結合されたインペラ２４を含む。或る実施形態では、流体（例えば、気体及び／又は液体）の流れが、インペラ２４（又は、タービン）を駆動し、ロータ２０を、シャフト２８を介して回転軸３０の周りで円周方向１８に回転させる。幾つかの実施形態では、モータ２２は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、したがって、発電機２２として機能する。或る実施形態では、ロータ２０は、１つ又は複数のＡＭＢによる機械的接触無しで、半径方向１６でかつ軸方向１４に支持され得る。示すように、前部ＡＭＢ３２は、ロータ２０の前端３４の軸方向と半径方向の両方の懸垂を提供する。電気機械１０は、ＡＭＢ３２が利用されないときにロータ２０を支持する１つ又は複数のバックアップ軸受３６を含む。特に、ロータ２０は、ＡＭＢ３２が利用されないとき、バックアップ軸受３６上に載る。バックアップ軸受３６は、ロータ２０に対して軸方向と半径方向の両方の支持を提供する。或る実施形態では、バックアップ軸受３６の内径と、軸受３６にインタフフェースするロータ２０部分の外径との間の半径方向間隙は、ロータ２０が、ＡＭＢ３２がアクティブ化されるときに軸受３６に接触することなく半径方向１６に位置決めされることを可能にする。加えて、バックアップ軸受３６と軸受３６にインタフフェースするロータ２０部分との間の軸方向間隙は、ロータ２０が、ＡＭＢ３２がアクティブ化されるときに軸受３６に接触することなく軸方向１４に位置決めされることを可能にする。
【００１５】
前部ＡＭＢ３２は電磁アクチュエータ１２を含む。電磁アクチュエータ１２は、半径方向及び軸方向組合せ電磁アクチュエータであり、半径方向及び軸方向の電磁力を生成して、ロータ２０が回転軸３０の周りで回転するときに（例えば、接触が最小であるか又は全く無い状態で）ロータ２０を支持する。電磁アクチュエータ１２は、（例えば、回転軸３０に直交する半径方向極組立体４２の半径方向中央平面を基準にする）鏡像化又は対称構造を含み、以下でより詳細に述べるように平衡式磁束プロファイルを可能にする。電磁アクチュエータ１２は、同極性（すなわち、半径方向負荷が無い場合、磁気極性は、指定された軸方向位置においてロータ２０の周りで円周方向１８に同じままである）である。電磁アクチュエータ１２は、以下でより詳細に述べるようにＰＭバイアス式であり得る。或る実施形態では、電磁アクチュエータ１２は（例えば永久磁石の代わりにコイルを使用して）ＥＭバイアス式であり得る。
【００１６】
示すように、電磁アクチュエータ１２は、第１の軸方向極組立体３８、第２の軸方向極組立体４０、及び半径方向極組立体４２を含む。第１の軸方向極組立体３８は、第１の軸方向極４３、第２の軸方向極４４、軸方向後方鉄４６、及びロータ２０の周りで円周方向１８に配設された（しかし、ロータ２０から半径方向１６にオフセットした）軸方向制御コイル４７を含む。或る実施形態では、軸方向極４３、４４及び軸方向後方鉄４６は、環状構造（例えば、環状プレート）を含み得る。軸方向後方鉄４６は、軸方向極４３と４４
との間で（例えば、軸方向１４に）軸方向極４３、４４に磁気結合して配設される。特に、軸方向後方鉄４６の側面４８、５０は、それぞれ第１の軸方向極４３の側面５２及び第２の軸方向極４４の側面５４に直接インタフェースする。軸方向制御コイル４７は、軸方向後方鉄４６内に同心に配設され、軸方向後方鉄４６及び軸方向極４３、４４によって部分的に囲まれるか又はそれらの中に閉囲される。軸方向極４３、４４及び軸方向後方鉄４６は、軟磁性材料（例えば、炭素鋼及び／又は他の軟磁性材料）を含み得る、又は、それからなり得る。
【００１７】
或る実施形態では、第２の軸方向極組立体４０は第１の軸方向極組立体３８と構造的に同一である。第２の軸方向極組立体４０は、第１の軸方向極５６、第２の軸方向極５８、軸方向後方鉄６０、及びロータ２０の周りで円周方向１８に配設された（しかし、ロータ２０から半径方向１６にオフセットした）軸方向制御コイル６２を含む。或る実施形態では、軸方向極５６、５８及び軸方向後方鉄６０は、環状構造（例えば、環状プレート）を含み得る。軸方向後方鉄６０は、軸方向極５６と５８との間で（例えば、軸方向１４に）軸方向極５６、５８に磁気結合して配設される。特に、軸方向後方鉄６０の側面６４、６６は、それぞれ第１の軸方向極５６の側面６８及び第２の軸方向極５８の側面７０に直接インタフェースする。軸方向制御コイル６２は、軸方向後方鉄６０内に同心に配設され、軸方向後方鉄６０及び軸方向極５６、５８によって部分的に囲まれるか又はそれらの中に閉囲される。或る実施形態では、軸方向コイル４７、６２は、同じ数のコイルを含む。軸方向極５６、５８及び軸方向後方鉄６０は、軟磁性材料（例えば、炭素鋼及び／又は他の軟磁性材料）を含み得る、又は、それからなり得る。
【００１８】
半径方向極組立体４２は、軸方向極組立体３８と４０との間に（例えば、軸方向１４に）配設される。半径方向極組立体４２は、複数の半径方向制御コイルを含み得る（図３参照）。半径方向極組立体４２は、軟磁性材料（例えば、炭素鋼及び／又は他の軟磁性材料）を含み得る、又は、それからなり得る。或る実施形態では、半径方向極組立体４２は、軸方向１４に積重ねられかつ互いから電気絶縁された、透磁性でかつ導電性の薄片（例えば、鋼及び／又は透磁性でかつ導電性の他の薄片）から組立てられ得る。電気絶縁は、半径方向極組立体４２の励磁中に渦電流を減少させ得る。
【００１９】
先に述べたように、電磁アクチュエータ１２はＰＭバイアス式である。電磁アクチュエータ１２は、第１の軸方向極組立体３８と半径方向極組立体４２との間に配設され、組立体３８、４２に結合する第１の永久磁石７２を含む。特に、永久磁石７２の側面７４（例えば、北極側）及び側面７６（例えば、南極側）は、それぞれ軸方向極４４の側面７８及び半径方向極組立体４２の側面８０にインタフェースする。電磁アクチュエータ１２はまた、第２の軸方向極組立体４０と半径方向極組立体４２との間に配設され、組立体４０、４２に結合する第２の永久磁石８２を含む。特に、永久磁石８２の側面８４（例えば、北極側）及び側面８６（例えば、南極側）は、それぞれ軸方向極５６の側面８８及び半径方向極組立体４２の側面９０にインタフェースする。以下でより詳細に述べるように、永久磁石７２、８２はそれぞれ、半径方向極組立体４２内で結合する前に、それぞれ第１及び第２の軸方向極組立体３８、４０に伝えるバイアス磁束を生成する。軸方向極組立体３８、４０、半径方向極組立体４２、及び永久磁石７２、８２の配置構成は、対称又は鏡像化構造を有する電磁アクチュエータ１２を提供する。例えば、半径方向極組立体４２の半径方向１６の中心線に関して、電磁アクチュエータ１２は、中心線の両側で構造的に同一である。以下でより詳細に論じるように、電磁アクチュエータ１２の対称構造は、平衡式磁束プロファイルを可能にする。或る実施形態では、電磁アクチュエータ１２はＥＭバイアス式である。ＥＭバイアス式電磁アクチュエータは、バイアス磁束を提供するため、永久磁石７２、８２の代わりにコイルを利用する。
【００２０】
電磁アクチュエータ１２は、運転中であるとき、ロータ２０上に配設されるかつ／又は
ロータ２０と一体のアクチュエータターゲットに磁束を伝える。第１の軸方向アクチュエータターゲット９２は、ロータ２０に沿って（例えば、ロータ２０の前端３４に隣接する）第１の軸方向位置に配設され、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４は、ロータ２０に沿って（例えば、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２の軸方向位置を基準にしてロータ２０の前端３４に対してより近位の）第２の軸方向位置に配設される。第１及び第２の軸方向アクチュエータターゲット９２、９４は、ロータ２０と一体であり得る。例えば、第１の軸方向アクチュエータターゲットはロータ２０と一体として示される。代替的に、第１及び第２のアクチュエータターゲット９２、９４は、ロータ２０上に配設され得る（例えば、示すように、第２のアクチュエータターゲット９４は、ロータ２０上に配設される）。例えば、第１及び第２のアクチュエータターゲット９２、９４は、（例えば、ターゲット９２、９４をロータ２０上に締りばめするか又はねじ込むことによって）ロータ２０に締結され得る。或る実施形態では、第１及び第２のアクチュエータターゲット９２、９４は、形状が環状（例えば、環状カラー）であり得る。第１及び第２のアクチュエータターゲット９２、９４は共に、ロータ２０の周りに円周方向にかつ（例えば、長手方向軸３０を基準に）ロータ２０の表面１００から半径方向１６に離れて延在する。示されるように、アクチュエータターゲット９２、９４は中実片である。或る実施形態では、アクチュエータターゲット９２、９４は、（例えば、渦電流を減少させるため）軸方向１４に積重ねられかつ互いから電気絶縁された、透磁性でかつ導電性の薄片（例えば、鋼及び／又は透磁性でかつ導電性の他の薄片）から組立てられ得る。
【００２１】
第１の軸方向極組立体３８は、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２に隣接して配設される。第１の軸方向極組立体３８は、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２を部分的に囲むか又は閉囲する。第１の軸方向アクチュエータターゲット９２は、端に向く表面９６、９８を含み、端に向く表面９６、９８は、それぞれ、第１の軸方向極組立体３８の第１の軸方向極４３の側面５２及び第２の軸方向極４４の側面５４にインタフェースする。特に、ターゲット９２の端に向く表面９６及び軸方向極４３の側面５２は両者の間に軸方向ギャップ１０２（例えば、軸方向空気ギャップ）を含む。ターゲット９２の端に向く表面９８及び軸方向極４３の側面５４は両者の間に軸方向ギャップ１０４（例えば、軸方向空気ギャップ）を含む。第１の軸方向極組立体３８は、組立体３８と第１の軸方向アクチュエータターゲット９２との間のギャップ１０２、１０４を横切って磁束を伝える。第１の軸方向極組立体３８は、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２に磁気結合し、それと協働して、第１の軸方向磁気制御回路１０６（図２参照）を画定し、第１の軸方向磁気制御回路１０６は、ロータ２０の軸方向移動を制御する軸方向電磁力を生成する。
【００２２】
第２の軸方向極組立体４０は、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４に隣接して配設される。軸方向極組立体４０は、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４を部分的に囲むか又は閉囲する。第２の軸方向アクチュエータターゲット９４は、端に向く表面１０８、１１０を含み、端に向く表面１０８、１１０は、それぞれ、第２の軸方向極組立体４０の第１の軸方向極５６の側面６８及び第２の軸方向極５８の側面７０にインタフェースする。特に、ターゲット９４の端に向く表面１０８及び軸方向極５６の側面６８は両者の間に軸方向ギャップ１１２（例えば、軸方向空気ギャップ）を含む。ターゲット９４の端に向く表面１１０及び軸方向極５８の側面７０は両者の間に軸方向ギャップ１１４（例えば、軸方向空気ギャップ）を含む。第２の軸方向極組立体４０は、組立体４０と第２の軸方向アクチュエータターゲット９４との間のギャップ１１２、１１４を横切って磁束を伝える。第２の軸方向極組立体４０は、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４に磁気結合し、それと協働して、ロータ２０の軸方向移動を制御する軸方向電磁力を同様に生成する第２の軸方向磁気制御回路１１６（図２参照）を画定する。
【００２３】
半径方向アクチュエータターゲット１１８は、第１の軸方向アクチュエータターゲット
９２の第１の軸方向位置と第２の軸方向アクチュエータターゲット９４の第２の軸方向位置との間でロータ２０に沿って第３の軸方向位置に配設される。半径方向アクチュエータターゲット１１８は、軟磁性材料（例えば、炭素鋼及び／又は他の軟磁性材料）を含み得る、又は、それからなり得る。或る実施形態では、半径方向アクチュエータターゲット１１８は、（例えば、渦電流を減少させるため）軸方向１４に積重ねられかつ互いから電気絶縁された、透磁性でかつ導電性の薄片（例えば、鋼及び／又は透磁性でかつ導電性の他の薄片）から組立てられ得る。或る実施形態では、半径方向アクチュエータターゲットは環状円柱形状を含む。半径方向極組立体４２は、半径方向アクチュエータターゲット１１８の側部表面１２０に隣接して配設される。半径方向極組立体４２及び半径方向アクチュエータターゲット１１８の側部表面は、両者の間に半径方向ギャップ１２２（例えば、半径方向空気ギャップ）を含む。半径方向極組立体４２はまた、第１及び第２の軸方向極組立体３８、４０に磁束を伝える。半径方向極組立体４２は磁束を組立体４２と半径方向アクチュエータターゲット１１８の間のギャップ１２２を横切って伝える。半径方向極組立体４２は、半径方向アクチュエータターゲット１１８に磁気結合し、半径方向アクチュエータターゲット１１８と協働して、ロータ２０の半径方向移動を制御する半径方向電磁力を生成する半径方向磁気制御回路１２３を画定する。
【００２４】
第１の軸方向アクチュエータターゲット９２、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４、及び半径方向アクチュエータターゲット１１８は、以下でより詳細に述べるように、互いに並びにロータ２０に磁気結合する。加えて、第１及び第２のアクチュエータターゲット９２、９４、第１及び第２の軸方向極組立体３８、４０、半径方向アクチュエータターゲット１１８、及び半径方向極組立体４２は、以下でより詳細に述べるように、磁気バイアス回路１２４（図２参照）を画定する。更に、第１の軸方向磁気制御回路１０６は、半径方向極組立体４２に磁気結合し、半径方向極組立体４２と協働して、第１の結合式磁気回路１２６（図２参照）を画定する。電磁アクチュエータ１２の運転中に、第１の結合式磁気回路１２６は、第１の結合式磁束（例えば、軸方向結合磁束）を生成する。第２の軸方向磁気制御回路１１６は、半径方向極組立体４２に磁気結合し、半径方向極組立体４２と協働して、第２の結合式磁気回路１２８（図２参照）を画定する。電磁アクチュエータ１２の運転中に、第２の結合式磁気回路１２８は、第２の結合式磁束（例えば、軸方向結合磁束）を生成する。構造的に、軸方向極組立体３８、４０は、同様又は同一である（例えば、軸方向制御コイル４７、６２は、同じ巻数を含む）。そのため、同じ電流がそれぞれの軸方向制御コイル４７、６２に印加されて、ロータ２０を同じ方向に（例えば、軸方向１４に）移動させる場合、結合式磁束は、以下でより詳細に述べるように、同じ振幅を有するが逆方向を有することになる。例えば、第１の結合式磁束は、半径方向極組立体４２と半径方向アクチュエータターゲット１１８との間で一方の方向に半径方向１６に生成されることができ、一方、第２の結合式磁束は、組立体４２とターゲット１１８との間で逆の方向に半径方向１６に生成されることができる。そのため、結合式磁束は、互いに相殺され、運転中の電磁アクチュエータ１２について平衡式磁束プロファイルをもたらす。結合式磁束の相殺は、軸方向制御力と半径方向制御力（並びに制御回路１０６、１１６、１２３）が相互結合しないようにする。平衡式磁束プロファイルは、電磁アクチュエータ１２が補償コイルを必要としないことを意味し、したがって、較正プロセスを簡略化し、電磁アクチュエータ１２に必要とされるコンポーネントを減少させる。また、電磁アクチュエータ１２は、より頑健であり（例えば、経時的な性能劣化を最小にし）、軸方向力能力及び負荷能力を増加させ得る。
【００２５】
電気機械１０は、軸方向極組立体３８、４０及び半径方向極組立体４２の対応する制御コイルに提供される制御電流を生成するコントローラ又は制御エレクトロニクス１３０を含む。制御電流は、制御コイルを励磁し、ロータ２０を移動させることになる電磁力の生成をもたらす。制御式電磁力は、接触が最小か又は全く無い状態で移動ロータ２０を支持して、軸方向１４と半径方向１６の両方の方向へのロータ２０の摩擦が無いか又はほぼ摩
擦が無い移動を提供する。制御コイルは、異なる軸に対応し、励磁されると、それぞれの軸に沿ってロータ２０を移動させる電磁力を生成することになる。例えば、軸方向制御コイル４７、６２は、励磁されると、ロータ２０を軸方向１４に移動させることになり、一方、半径方向制御コイル（図３参照）は、励磁されると、ロータ２０を半径方向１６に（例えば、図２のページの中に、ページから離れて、ページの上部に向かって、ページの下部に向かって）移動させることになる。或る実施形態では、制御エレクトロニクス１３０は、制御エレクトロニクス１３０によって生成される制御電圧を、制御コイルに提供されるそれぞれの制御電流に変換する１つ又は複数の電力増幅器を含み得る。軸方向制御コイル４７、６２が同じであるため、或る実施形態では、単一電力増幅器が、両方のコイル４７、６２のために使用され得る。或る実施形態では、（例えば、軸方向極組立体３８、４０に関する軸方向ギャップが変動する場合）異なる電力増幅器が、コイル４７、６２のために使用され得る。
【００２６】
電気機械１０はまた、制御エレクトロニクス１３０と通信状態のセンサを含む。例えば、半径方向位置センサ１３２及び軸方向位置センサ１３４等の非接触位置センサが利用されて、空間内でのロータ２０（例えば、ロータ２０の前端３４）の半径方向位置及び軸方向位置をそれぞれ確定する。センサ１３２、１３４は、ロータ２０の前端３４に隣接して示されるが、ロータ２０を基準にして異なる位置（例えば、軸方向位置）に配設され得る。例えば、半径方向位置センサ１３２は、半径方向極組立体４２の両側８０、９０に配設され得る。或る実施形態では、センサ１３２、１３４は、ロータ２０の位置を示すセンサ電圧を制御エレクトロニクス１３０に提供し、そのセンサ電圧は、制御エレクトロニクス１３０によって使用されて、電磁アクチュエータ１２によってロータ２０に印加される電磁力を調整し、それにより、ロータの位置を制御し得る。或る実施形態では、制御エレクトロニクス１３０は、処理回路要素（例えば、プロセッサ１３６）及び／又はメモリ回路要素（例えば、メモリ１３８）を含み得る。プロセッサ１３６は、電磁アクチュエータ１２の運転及びロータ２０の位置決めを制御する命令を実行し得る。これらの命令は、メモリ１３８等の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、光ディスク、固体デバイス、チップ、ファームウェア）に記憶されるプログラム又はコードに符号化され得る。或る実施形態では、メモリ１３８は、ロータ２０の（例えば、軸方向にまた半径方向に）特定の位置を示す基準電圧を記憶し得る。或る実施形態では、プロセッサ１３６は、センサ１３２、１３４から受信されるセンサ電圧と基準電圧を比較して、制御コイルに印加される制御電流、したがって、必要とされる場合、ロータ２０の位置を調整し得る。或る実施形態では、センサ１３２、１３４に加えて又はそれらの代替として、アクチュエータコイル（例えば、軸方向及び半径方向制御コイル）が検知コイルとして利用され得る。
【００２７】
図２は、図１の電磁アクチュエータ１２及び本体２０（例えば、ロータ）の一部分の側断面図である。電磁アクチュエータ１２及びそのターゲット９２、９４、１１８は、上述されたようなものである。第１の永久磁石７２は、第１の軸方向極組立体３８内で２つの部分１４０Ａ、１４０Ｂに分割されるバイアス磁束１４０を生成する。特に、部分１４０Ａは、軸方向極４４に沿って軸方向極４３に、軸方向後方鉄４６を介して、次に、軸方向極４３から（例えば、軸方向１４に）軸方向ギャップ１０２を横切って第１の軸方向アクチュエータターゲット９２に向けられる。部分１４０Ｂは、軸方向極４４に沿って、次に、（例えば、軸方向１４に）軸方向ギャップ１０４を横切って第１の軸方向アクチュエータターゲット９２に向けられる。バイアス磁束１４０の２つの部分１４０Ａ、１４０Ｂは、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２内で再び合流し、半径方向アクチュエータターゲット１１８に向かって軸方向１４に軟磁性体２０内に向けられる。また、第２の永久磁石８２は、第２の軸方向極組立体４０内で２つの部分１４２Ａ、１４２Ｂに分割されるバイアス磁束１４２を生成する。特に、部分１４２Ａは、軸方向極５６に沿って軸方向極５８に、軸方向後方鉄６０を介して、次に、軸方向極５８から（例えば、軸方向１４に）軸方向ギャップ１１４を横切って第２の軸方向アクチュエータターゲット９４に向けら
れる。部分１４２Ｂは、軸方向極５６に沿って、次に、（例えば、軸方向１４に）軸方向ギャップ１１２を横切って第２の軸方向アクチュエータターゲット９４に向けられる。バイアス磁束１４２の２つの部分１４２Ａ、１４２Ｂは、第２の軸方向アクチュエータターゲット９４内で再び合流し、半径方向アクチュエータターゲット１１８に向かって軸方向１４に軟磁性体２０内に向けられる。バイアス磁束１４０、１４２は、半径方向アクチュエータターゲット１１８内で合流して、結合式バイアス磁束１４４を形成し、結合式バイアス磁束１４４は、半径方向ギャップ１２２を横切って（例えば、半径方向１６に）半径方向極組立体４２へ向けられて、永久磁石７２、８２によって生成されるバイアス磁束１４０、１４２によって形成されるバイアス磁束ループを閉じる。バイアス磁束ループは、磁気バイアス回路１２４を画定する。
【００２８】
軸方向力１４５（例えば、軸方向電磁力）ＦAXは、軸３０の周りで円周方向１８にコイル４７、６２を通して流れるそれぞれの軸方向制御電流１４６、１４８によって軸方向制御コイル４７、６２を励磁することによって生成される。特に、軸方向制御電流１４６は、軸方向制御磁束１５０（点線として示す）を生成し、軸方向制御磁束１５０は、軸方向極４３、４４、軸方向後方鉄４６、軸方向ギャップ１０２、１０４、及び軸方向アクチュエータターゲット９２を通って伝搬して、軸方向磁気制御回路１０６を画定する。軸方向制御電流１４８は、軸方向制御磁束１５２（点線として示す）を生成し、軸方向制御磁束１５２は、軸方向極５６、５８、軸方向後方鉄６０、軸方向ギャップ１１２、１１４、及び第２の軸方向アクチュエータターゲット９４を通って伝搬して、軸方向磁気制御回路１１６を画定する。軸方向制御磁束１５０、１５２の大きさ及び方向は、電流１４６、１４８を変更することによって変更され得る。或る実施形態では、軸方向制御磁束１５０、１５２がゼロに等しく、軸方向ギャップ１０２、１０４が等しいか又はほぼ等しく、軸方向ギャップ１１２、１１４が等しいか又はほぼ等しい場合、軸方向ギャップ１０２、１０４内のバイアス磁束１４０は等しいか又はほぼ等しく、軸方向ギャップ１１２、１１４内のバイアス磁束１４２は等しいか又はほぼ等しく、軸方向アクチュエータターゲット９２、９４のそれぞれに作用する正味の軸方向電磁力は、ゼロ又はほぼゼロの正味値であり得る。或る実施形態では、軸方向制御磁束１５０、１５２は、ゼロでない場合、それぞれの軸方向ギャップ１０２、１１２内のバイアス磁束１４０Ａ、１４２Ｂにそれぞれ加算されるが、それぞれの軸方向ギャップ１０４、１１４内のバイアス磁束１４０Ｂ、１４２Ａからそれぞれ減算される。第１の軸方向アクチュエータターゲット９２の端に向く表面９６、９８に作用する磁束密度の差及び第２の軸方向アクチュエータターゲット９４の端に向く表面１０８、１１０に作用する磁束密度の差は、（例えば、軸方向極４３、５６に向かう）示す方向に軸方向軸１４に沿って軸方向力１４５、ＦAXをもたらす。コイル４７、６２内の軸方向制御電流１４６、１４８の方向を逆にすることは、（例えば、軸方向極４３、５６に向かう）軸方向力１４５、ＦAXの方向を逆にする。軸方向アクチュエータターゲット９２、９４が本体２０と一体であるかつ／又はそれにしっかり固定されるため、ターゲット９２、９４に加えられる力は、本体２０に直接伝達される。
【００２９】
示すように、第１の軸方向極組立体３８（軸方向磁気制御回路１０６を含む）及び半径方向極組立体４２は、軸方向制御磁束１５０（すなわち、軸方向磁気制御回路１０６）に入る軸方向結合磁束１５４（破線で示す）によって結合される。軸方向結合磁束１５４は、第１の軸方向アクチュエータターゲット９２から軸方向１４に半径方向アクチュエータターゲット１１８に向かい、半径方向ギャップ１２２を横切って半径方向１６に（例えば、軸３０から離れて）半径方向極組立体４２に至り、次に、軸方向１４に永久磁石７２を横切って軸方向極組立体３８及び軸方向磁気制御回路１０６に向けられて、結合式磁気回路１２６を画定する。また第２の軸方向極組立体４０（軸方向磁気制御回路１１６を含む）及び半径方向極組立体４２は、軸方向制御磁束１５２（すなわち、軸方向磁気制御回路１１６）に入る軸方向結合磁束１５６（破線で示す）によって結合される。軸方向結合磁束１５６は、第２の軸方向極組立体４０から永久磁石８２を介して半径方向極組立体４２
に至り、半径方向極組立体４２に沿って半径方向１６に（例えば、軸３０に向かい）、半径方向ギャップ１２２を横切って半径方向アクチュエータターゲット１１８に至り、半径方向アクチュエータターゲット１１８から軸方向１４に第２のアクチュエータターゲット９４に向かい、次に、軸方向磁気制御回路１１６内に向けられて、結合式磁気回路１２８を画定する。軸方向結合磁束１５４、１５６が、半径方向極組立体４２に沿って同じ振幅を持って（例えば、それぞれの軸方向制御コイル４７、６２内に同じ巻数を仮定する）逆の半径方向に流れる（例えば、異なる位相である）ため、軸方向結合磁束は、相殺し、軸方向制御力と半径方向制御力との間に相互結合が起こらない。平衡式磁束プロファイルは、電磁アクチュエータ１２が補償コイルを必要としないことを意味し、したがって、較正プロセスを簡略化し、電磁アクチュエータ１２に必要とされるコンポーネントを減少させる。また、電磁アクチュエータ１２は、より頑健であり（例えば、経時的な性能劣化を最小にし）、軸方向力能力（例えば、最大シャフト径制限が与えられる場合）及び負荷能力を増加させ得る。
【００３０】
上述したように、半径方向極組立体４２は、複数の半径方向制御コイルを含む。図３は、図１のライン３−３に沿って切取った、図１の電磁アクチュエータ及び本体２０の軸方向断面図である。半径方向極組立体４２は、複数の半径方向制御極１５８を含む。半径方向中央平面に関複数の又は全ての方向に半径方向力を生成するため、半径方向極組立体４２は、少なくとも３つの半径方向制御極１５８を含み得る。示すように、半径方向極組立体４２は４つの半径方向制御極１５８Ａ〜１５８Ｄを含む。半径方向力１５９（例えば、半径方向電磁力）、ＦRは、半径方向制御極１５８を励磁することによって生成される。
半径方向制御巻線又はコイル１６０は、極１５８間に配設されるスロット１６２内で極１５８に巻付く。示すように、制御巻線１６０Ａ〜１６０Ｄはそれぞれ、極１５８Ａ〜１５８Ｄに巻付けられる。永久磁石７２、８２によって生成される結合式バイアス磁束１４４は、半径方向１６に半径方向空気ギャップ１２２Ａ〜１２２Ｄを通り、半径方向制御極１５８Ａ〜１５８Ｄ内に流れる。半径方向アクチュエータターゲット１１８が電磁アクチュエータ１２に対して中心位置にあり、巻線１６０Ａ〜１６０Ｄ内に電流（例えば、半径方向制御電流）が流れない場合、それぞれの巻線１６０Ａ〜１６０Ｄに関連する各極１５８Ａ〜１５８Ｄについてのバイアス磁束密度は、システムが対称であるため、同じか又は同様である。結果として、正味の半径方向力１５９、ＦRは、ゼロであるか又はほぼゼロで
あり得る。半径方向制御コイル１６０Ａ〜１６０Ｄを励磁することは、磁束分布を変更し、非ゼロ半径方向力１５９の生成をもたらす。例えば、それぞれ半径方向制御電流１６４Ａ、１６４Ｃによって制御コイル１６０Ａ、１６０Ｃを励磁することは、半径方向制御磁束１６６を生成する。制御磁束１６６は、極１５８Ａの下の空気ギャップ１２２Ａ内のバイアス磁束１４４に加算され、極１５８Ｃの下の空気ギャップ１２２Ｃ内のバイアス磁束１４４から減算される。下部１７０と対照的に半径方向アクチュエータターゲット１１８の上部１６８において磁束密度が高いため、ターゲットに作用する半径方向力１５９は、上方の方向１７２に向けられる。同様に、半径方向制御電流１６４Ｂ、１６４Ｄによって制御コイル１６０Ｂ、１６０Ｄを励磁することによって、半径方向力が方向１７４に生成され得る。コイル１６０Ａ、１６０Ｃ内の半径方向制御電流１６４Ａ、１６４Ｃの方向を逆にすることは、半径方向力を方向１７６に生成する。また、コイル１６０Ｂ、１６０Ｄ内の半径方向制御電流１６４Ｂ、１６４Ｄの方向を逆にすることは、半径方向力を方向１７８に生成する。上述したように、磁気アクチュエータ１２の平衡式磁束プロファイル（特に、軸方向結合磁束１５４、１５６の相殺）によって、半径方向制御力と軸方向制御力は相互結合しない。換言すれば、軸方向結合磁束１５４、１５６は、本体２０の移動を制御するため半径方向力を生成する、半径方向アクチュエータターゲット１１８上の側部表面１２０に作用するいかなる磁束密度の差にも全く寄与しない。
【００３１】
開示される実施形態の技術的効果は、平衡式磁束プロファイルを有する電磁アクチュエータ１２を利用するためのシステム及び方法を提供することを含む。特に、実施形態は、
対称構造を有する電磁アクチュエータ１２を含む。特に、軸方向極組立体３８、４０は、半径方向極組立体４２に対して対称である。結果として、運転中、軸方向結合磁束１５４、１５６は互いに相殺する。そのため、半径方向制御力と軸方向制御力との間に相互結合が起こらない。平衡式磁束プロファイルは、電磁アクチュエータ１２が補償コイルを必要としないことを意味し、したがって、較正プロセスを簡略化し、電磁アクチュエータ１２に必要とされるコンポーネントを減少させる。また、電磁アクチュエータ１２は、より頑健であり（例えば、経時的な性能劣化を最小にし）、軸方向力能力及び負荷能力を増加させ得る。
【００３２】
この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイス又はシステムを作り使用すること、及び、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を当業者が実践することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の逐語的言語と非実質的相違を有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電気機械システム
１２  電磁アクチュエータ
１４  長手軸又は方向
１６  半径方向軸又は方向
１８  円周軸又は方向
２０  ロータ
２２  電気モータ
２４  インペラ
２６  ステータ
２８  シャフト
３０  回転軸
３２  前部ＡＭＢ
３４  前端
３６  バックアップ軸受
３８  第１の軸方向極組立体
４０  第２の軸方向極組立体
４２  半径方向極組立体
４３  第１の軸方向極
４４  第２の軸方向極
４６  軸方向後方鉄
４７  軸方向制御コイル
４８、５０  軸方向後方鉄の側面
５２  第１の軸方向極４３の側面
５４  第２の軸方向極４４の側面
５６  第１の軸方向極
５８  第２の軸方向極
６０  軸方向後方鉄
６４、６６  軸方向後方鉄６０の側面
６８  第１の軸方向極５６の側面
７０  第２の軸方向極５８の側面
７２  第１の永久磁石
７４  永久磁石７２の側面（例えば、北極側）
７６  永久磁石７２の側面（例えば、南極側）
７８  軸方向極４４の側面
８０  半径方向極組立体４２の側面
８２  第２の永久磁石
８４  永久磁石８２の側面（例えば、北極側）
８６  永久磁石８２の側面（例えば、南極側）
８８  軸方向極５６の側面
９０  半径方向極組立体４２の側面
９２  第１の軸方向アクチュエータターゲット
９４  第２の軸方向アクチュエータターゲット
９６、９８  第１の軸方向アクチュエータターゲット９２の端に向く表面
１０２、１０４、１１２、１１４  軸方向ギャップ
１０６  第１の軸方向磁気制御回路
１０８、１１０  第２の軸方向アクチュエータターゲット９４の端に向く表面
１１６  第２の軸方向磁気制御回路
１１８  半径方向アクチュエータターゲット
１２０  半径方向アクチュエータターゲット１１８の側部表面
１２２  半径方向ギャップ
１２３  半径方向磁気制御回路
１２４  磁気バイアス回路
１２６  第１の結合式磁気回路
１２８  第２の結合式磁気回路
１３０  コントローラ又は制御エレクトロニクス
１３２  半径方向位置センサ
１３４  軸方向位置センサ
１３６  プロセッサ
１３８  メモリ
１４０  バイアス磁束
１４０Ａ、１４０Ｂ  バイアス磁束１４０の２つの部分
１４２  バイアス磁束
１４２Ａ、１４２Ｂ  バイアス磁束１４２の２つの部分
１４５  軸方向力ＦAX
１４６、１４８  軸方向制御電流
１５０、１５２  軸方向制御磁束
１５４、１５６  軸方向結合磁束
１５８、１５８Ａ〜１５８Ｄ  半径方向制御極
１５９  半径方向力ＦR
１６０、１６０Ａ〜１６０Ｄ  半径方向制御巻線又はコイル
１６２  スロット
１６４Ａ〜１６４Ｄ  半径方向制御電流
１６６  半径方向制御磁束
１６８  半径方向アクチュエータターゲット１１８の上部
１７０  半径方向アクチュエータターゲット１１８の下部
１７２、１７４、１７６、１７８  方向
【図１】
2015220982.tif 000003
【図２】
2015220982.tif 000004
【図３】
2015220982.tif 000005
【外国語明細書】
2015220982000001.pdf