(57)【要約】  ステータアセンブリと、軸を有するコイルを含むアクチュエータとを含む電気装置であって、上述のステータアセンブリは、線形軸に沿って配置されるステータコアを含み、このステータコアは、それぞれが磁気モーメントによって特性化される複数の磁石で構成され、この複数の磁石は、複数の磁石の磁気モーメントが線形軸に対して平行に共線状に整列されて、線形軸に沿ってスタック状に配置され、この複数の磁石は、間隙によって分離され、スタック状に互いに隣接するように位置付けされ、その磁気モーメントが互いに反対である第１の磁石および第２の磁石を含み、上述のアクチュエータは、アクチュエータのコイルが線形軸を取り巻き、コイルの軸を線形軸に平行にして、ステータコア上に配置される、電気装置。
2014518505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータアセンブリと、
軸を有するコイルを含むアクチュエータと、を備える電気装置であって、
前記ステータアセンブリは、
線形軸に沿って配置されるステータコアを備え、前記ステータコアはそれぞれが磁気モーメントにより特性化された複数の磁石を備え、前記複数の磁石は、前記複数の磁石の前記磁石モーメントが前記線形軸と平行に共線状に整列されるようにして、前記線形軸に沿ってスタックとして配置され、前記複数の磁石は、互いに隣接して前記スタック内に位置付けされて間隙によって分離された第１の磁石および第２の磁石を含み、前記第１および第２の磁石は互いに反するそれぞれの磁気モーメントを有し、前記アクチュエータは、前記アクチュエータの前記コイルが前記線形軸を取り巻き、前記コイルの前記軸を前記線形軸に平行にして、前記ステータコア上に配置される、電気装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記第１および第２の磁石間の前記間隙に隣接する前記ステータコア上に位置付けされる、請求項１に記載の電気装置。
【請求項３】
第１の壁および第２の壁を有する外側躯体構造をさらに備え、前記ステータコアおよび前記アクチュエータは前記外側躯体構造内にあり、前記外側躯体構造は、前記外側躯体構造の前記第１および第２の側壁の少なくとも１つの少なくとも一部を形成する第２の複数の磁石を備える、請求項１に記載の電気装置。
【請求項４】
前記第２の複数の磁石の前記磁石は、磁気モーメントによってそれぞれ特性化され、前記第２の複数の磁石の前記磁気モーメントは、前記ステータコアの前記線形軸に対して実質的に直角に配向される、請求項３に記載の電気装置。
【請求項５】
前記外側躯体構造は、空気のものより大幅に高い透磁率を有する材料で作られる筐体を備え、前記筐体は第１の壁および第２の壁を有し、前記第２の複数の磁石は前記筐体の前記第１および第２の壁の少なくとも１つの上にある、請求項３に記載の電気装置。
【請求項６】
前記筐体は鋼鉄を含む、請求項５に記載の電気装置。
【請求項７】
前記筐体の前記第２の壁は前記筐体の前記第１の壁の反対側である、請求項５に記載の電気装置。
【請求項８】
前記第２の複数の磁石は、前記筐体の前記第１および第２の壁の両方の上にある、請求項７に記載の電気装置。
【請求項９】
前記筐体は頂部壁および底部壁をさらに備え、前記頂部壁は前記第１の側壁の頂部端と前記第２の側壁の頂部端との間を架橋し、前記底部壁は前記第１の側壁の底部端と前記第２の側壁の底部端との間を架橋する、請求項５に記載の電気装置。
【請求項１０】
前記筐体の前記第１、第２、頂部、および底部壁は、空気よりも大幅に大きい透磁率を有する材料で作られる、請求項９に記載の電気装置。
【請求項１１】
前記筐体の前記第１、第２、頂部、および底部壁は鋼鉄で作られる、請求項９に記載の電気装置。
【請求項１２】
前記複数の磁石の前記磁気モーメントは、前述の前記第１の間隙および前記複数の磁石の近隣磁石間の第２の間隙において前記線形軸に沿って方向を逆にする、請求項１に記載の電気装置。
【請求項１３】
第２のコイルを含む第２のアクチュエータをさらに備え、前記第２のアクチュエータは、前記２のアクチュエータの前記第２のコイルが前記線形軸を取り巻き、前記コイルの前記軸を前記線形軸に平行にして、前記ステータコア上に配置される、請求項１２に記載の電気装置。
【請求項１４】
前述の前記第１のアクチュエータは、前記第１および第２の磁石間の前述の前記第１の間隙に隣接する前記ステータコア上に位置付けされ、前記第２のアクチュエータは前記第２の間隙に隣接する前記ステータコア上に位置付けされる、請求項１３に記載の電気装置。
【請求項１５】
前記ステータコア内の前記複数の磁石は希土類磁石である、請求項１に記載の電気装置。
【請求項１６】
前記ステータコア内の前記複数の磁石はネオジウム鉄ボロン磁石である、請求項１５に記載の電気装置。
【請求項１７】
前記第１および第２のコイルは同一方向で前記ステータコアの周囲に巻き付けられる、請求項１３に記載の電気装置。
【請求項１８】
回転可能なカムを含むカムアセンブリと、
前記カムと整合する複数のカムフォロワと、をさらに備え、
前記第１および第２のアクチュエータのそれぞれが前記複数のカムフォロワと連結され、前記カムフォロワは、前記電気装置の動作中に前記カム上に乗るように物理的に配置され、前記第１および第２のアクチュエータの直線運動を前記カムの回転に変換する、請求項１３に記載の電気装置。
【請求項１９】
ステータアセンブリと、
第１のコイルを含む第１のアクチュエータと、
第２のコイルを含む第２のアクチュエータと、
回転可能なカムを含むカムアセンブリと、
前記カムと整合する複数のカムフォロワと、を備える電気装置であって、
前記ステータアセンブリは、
線形軸に沿って配置されるステータコアを備え、前記ステータコアはそれぞれが磁気モーメントによって特性化される複数の磁石を備え、前記複数の磁石は、前記複数の磁石の前記磁気モーメントが前記線形軸に対して平行に共線状に整列されて、前記線形軸に沿ってスタック状に配置され、前記複数の磁石の前記磁気モーメントは、前記ステータコア内の第１の間隙および前記ステータコア内の第２の間隙において前記線形軸に沿って方向を逆にし、前記第１のアクチュエータは、前記アクチュエータの前記第１のコイルが前記線形軸を取り巻き、前記第１のコイルの前記軸を前記線形軸に平行にして、前記第１の間隙に隣接する前記ステータコア上に配置され、前記第２のアクチュエータは、前記アクチュエータの前記第２のコイルが前記線形軸を取り巻き、前記第２のコイルの前記軸を前記線形軸に平行にして、前記第２の間隙に隣接する前記ステータコア上に配置され、
前記第１および第２のアクチュエータのそれぞれは前期複数のカムフォロワに連結され、前記カムフォロワは前記電気装置の動作中に前記カム上に乗るように物理的に配置され、前記第１および第２のアクチュエータの直線運動は前記カムの回転に変換される、電気装置。
【請求項２０】
前記ステータアセンブリは、
空気よりも大幅に高い透磁率を有し、第１の側壁および前記第１の側壁と反対側の第２の側壁を有する材料で作られる筐体であって、前記ステータコアは前記第１および第２のアクチュエータと共に前記第１および第２の側壁間の前記筐体内にマウントされる、筐体と、
前記筐体の前記第１および第２の側壁上に配置される第２の複数の磁石であって、前記第２の複数の磁石の前記磁石はそれぞれ磁気モーメントによって特性化され、前記磁石は、前記第２の複数の磁石の前記磁気モーメントは前記ステータコアの前記線形軸に対して直角に向けられて、前記筐体の前記第１および第２の側壁上に配置される、第２の複数の磁石と、
をさらに備える、請求項１９に記載の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年７月１日に出願された米国実用特許出願第１３／１７５，２４０号に対する優先権を主張し、その内容は参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般的にＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジン／発電機ならびにそのような装置において使用される磁気ステータアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
１９００年以前、Ｈｅｎｒｙ  ＦｏｒｄとＴｈｏｍａ  Ｅｄｉｓｏｎは電気自動車を導入するために共に働いた。しかしガソリンを動力とするエンジンがやがて電気モータを圧倒し、このエンジンが巨大な自動車産業のベースとなった。バッテリを動力とする車と比べ、ガソリン燃料はより安価で、流通がより容易で、より多くのキログラム当たりのエネルギー含量をもち、そして多量に供給が得られるようになった。しかし電気自動車は忘れられなかった。二十世紀を通して、電気車両を導入するために断続的な試みがあった。これらは、特にエネルギー不足が予測された期間中および高い燃料価格が迫っている期間に生じた傾向があり、代替品の探索が行われた時期であった。最近まではこれらの努力のどれもが存続能力のある商業車両を生産しなかった。しかしながら今日では、電気車両に対する関心は前例のない復活を経験し、疑いもなく地球温暖化に関する最近の懸念や、ガソリンの高価格に関する不安によるものである。今では大小数百の企業が電気車両の設計および製造を行っており、そのうちの幾つかはすでに商業的大衆市場への道を切り開いている。
【０００４】
現在のエンジン設計の多くが、回転型電気モータに基づいており、それらの中には少なくとも３つの一般的型があり、それらはＤＣモータ、同期ＡＣモータ、およびインダクションモータである。ＤＣモータはステータの中に固定された永久磁石を含み、ロータの上にはコイル状の回転する電磁石を含む。電流は、コミュテーションリングを通してロータ上の電磁石に提供され、永久磁石によって作られる磁場はコイルを流れる電流と相互作用を行い、ロータ上にトルクを生む。ＡＣインダクションモータは典型的には固定電磁ステータと回転する電磁ロータを含む。ステータによって生じる、回転する磁場パターンは、ロータ上の電磁コイル内に電流を誘導する。ロータコイル内の誘導された電流は、順繰りに、ステータの回転する場と相互作用し、ロータの回転運動を引き起こす。対照的にＡＣ同期モータは、永久磁石ロータとステータ上に巻かれるコイル形式の電磁石を有する。回転磁場は時間が変わる駆動電流でステータコイルを駆動することによって生成される。ステータによって生じる回転磁場は、場が回転している割合でロータを引き起こす。
【０００５】
最近出現した設計は、Ｌｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータモータまたはリニアモータに基づいている。モータのロータシャフトを通してトルクを直接的に生じる前述の他のモータと異なり、リニアモータはアクチュエータコイルの直線的な前後運動を生じる。この直線前後運動は次にカムとの相互作用を通して回転運動に変換される。１つのそのような設計の詳細は、２００９年１１月９日に出願された米国特許出願第１２／５９０，４９５号において提示されており、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００６】
本出願は、その様なリニアモータにおけるステータアセンブリに関する改良された設計を説明する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、一般的に１つの態様において、ステータアセンブリと、軸を有するコイルを含むアクチュエータとを含む電気装置を特徴とする。ステータアセンブリは線形軸に沿ってスタック状に配置された複数の磁石を含むステータコアを含み、磁石のそれぞれは磁気モーメントによって特性化され、スタック状の複数の磁石は線形軸に対して平行に共線状に整列されたそれらの磁気モーメントを有し、複数の磁石は間隙によって分離されてスタック状に互いに隣接して位置付けられた第１の磁石と第２の磁石を含み、それらの磁気モーメントは互いに反対であり、アクチュエータは、コイル軸は線形軸と平行してアクチュエータのコイルが線形軸を取り巻いて、ステータコアの上に配置される。
【０００８】
他の実施形態は以下の特徴の１つまたは複数を含み得る。アクチュエータは第１および第２の磁石間の間隙に隣接して、ステータコア上に位置付けられる。電気装置は第１の壁および第２の壁を有する外側躯体構造をも含み、ステータコアとアクチュエータはその外側躯体構造内にあり、外側躯体構造は、外側躯体構造の第１および第２の側壁の少なくとも１つの少なくとも一部を形成する第２の複数の磁石を含む。第２の複数の磁石の磁石はそれぞれ磁気モーメントによって特性化され、第２の複数の磁石の磁気モーメントは、ステータコアの線形軸に対して実質的に直角に向けられている。外側躯体構造は空気の透磁率より大幅に高い透磁率を有する材料から作られる筐体を含み、その筐体は第１の壁と第２の壁を有し、第２の複数の磁石は筐体の第１および第２の壁の少なくとも１つの上にある。筐体は鋼鉄で作られる。筐体の第２の壁は筐体の第１の壁の反対側にある。第２の複数の磁石は、筐体の第１および第２の両方の壁の上にある。筐体は頂部壁と底部壁をさらに含み、頂部壁は第１の側壁の頂部端と第２の側壁の頂部端間を架橋し、底部壁は第１の側壁の底部端と第２の側壁の底部端間を架橋する。
【０００９】
さらに他の実施形態も以下の特徴の１つまたは複数を含み得る。ステータコア内の複数の磁石の磁気モーメントは、複数の磁石の近隣磁石間の第１の前述間隙と第２の間隙において線形軸に沿って方向を逆にする。電気装置は、第２のコイルを含んでステータコア上に配置された第２のアクチュエータをも含み、そのアクチュエータのコイルは線形軸を取り巻き、そのコイルの軸は線形軸に平行である。第１の前述のアクチュエータは第１および第２の磁石間の第１の前述の間隙に隣接してステータコア上に位置付けされ、第２のアクチュエータは第２の間隙に隣接してステータコア上に位置付けされる。ステータコア内の複数の磁石は希土類磁石で、例えばネオジウム鉄ボロン磁石である。第１および第２のコイルは、ステータコアの周囲に同一方向に巻き付けられる。
【００１０】
さらに、他の実施形態も以下の特徴の１つまたは複数を含み得る。電気装置は回転可能なカムを含むカムアセンブリと、カムと整合する複数のカムフォロワをさらに含み、第１および第２のアクチュエータのそれぞれが複数のカムフォロワと連結され、カムフォロワは電気装置の動作中にカム上に乗るように物理的に配置されて、第１および第２のアクチュエータの直線上運動をカムの回転に変換する。
【００１１】
一般的に、別の態様においては、本発明は、ステータアセンブリ、第１のコイルを含む第１のアクチュエータ、第２のコイルを含む第２のアクチュエータ、回転可能なカムを含むカムアセンブリ、カムと整合する複数のカムフォロワを含む電気装置を特徴とする。ステータアセンブリは線形軸に沿って配置されるステータコアを含み、そのステータコアは磁気モーメントによってそれぞれが特徴化される複数の磁石を含み、複数の磁石は、その複数の磁石の磁気モーメントは線形軸に対して平行に共線状に整列された状態で、線形軸に沿ってスタック状に配置され、複数の磁石の磁気モーメントはステータコア内の第１の間隙とステータコア内の第２の間隙において線形軸に沿って方向を逆にし、第１のアクチュエータは、そのアクチュエータの第１のコイルが線形軸を取り巻き、そしてその第１のコイルの軸が線形軸に対して平行にした状態で、第１の間隙に隣接してステータコア上に配置され、第２のアクチュエータは、そのアクチュエータの第２のコイルが線形軸を取り巻き、その第２のコイルの軸を線形軸に対して平行にした状態で、第２の間隙に隣接してステータコア上に配置され、第１および第２のアクチュエータのそれぞれは複数のカムフォロワに連結され、前述のカムフォロワは電気装置の動作中にカム上に乗るように物理的に配置されて、第１および第２のアクチュエータの直線運動をカムの回転に変換する。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、付随する図面および以下の記述で明記される。他の特徴、目的、および本発明の利点は、説明および図面から、また請求項から明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】車輪内の回転装置を示す。
【図１Ｂ】車輪内の回転装置を示す。
【図１Ｃ】磁気ステータアセンブリを示す。
【図２】図１Ａの回転装置の描写の断面を示す。
【図３Ａ】動作中の回転装置の構成要素を図説する。
【図３Ｂ】動作中の回転装置の構成要素を図説する。
【図３Ｃ−Ｄ】動作中の回転装置の構成要素を図説する。カムの別の可能な形態を示す。
【図４Ａ】追加カムおよび磁気ステータ構成要素を備える回転装置例を示す。
【図４Ｂ】追加カムおよび磁気ステータ構成要素を備える回転装置例を示す。
【図５Ａ】回転装置の磁気ステータアセンブリに取り付けられたマウントを示す。
【図５Ｂ】車両のシャーシに取り付けられた回転装置の断面の描写である。
【図６Ａ】電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。
【図６Ｂ】電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。
【図７Ａ】電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。
【図７Ｂ】電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。
【図７Ｃ】電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。
【図８】コイルアセンブリを示す。
【図９Ａ】動作のさまざまなステージにおけるリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンを示す。
【図９Ｂ】動作のさまざまなステージにおけるリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンを示す。
【図９Ｃ】動作のさまざまなステージにおけるリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンを示す。
【図１０Ａ】図９Ａ〜Ｃのエンジンの筐体部分の２つの図を提示する。
【図１０Ｂ】図９Ａ〜Ｃのエンジンの筐体部分の２つの図を提示する。
【図１１Ａ】図９Ａ〜ＣのＬｏｒｅｎｔｚフォースエンジン内の磁石の筐体および配置の２つの 図を提示する。
【図１１Ｂ】図９Ａ〜ＣのＬｏｒｅｎｔｚフォースエンジン内の磁石の筐体および配置の２つの 図を提示する。
【図１２】図９Ａ〜ＣのリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジン内の磁石の配置を示す。
【図１３】冷却液分配水路を露出しているリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンの断面図である。
【図１４】アラインメントロッドを露出しているリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書に記載されている実施形態は、米国特許出願第１２／５９０，４９５号で記載されているリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジン内の磁気ステータの設計に関する改良で、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。新しい磁気ステータの詳細を記述する前に、従前の設計の顕著な特徴およびその適用に関する記述を最初に提示し、背景を提供する。
リニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータモータ
【００１５】
リニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジンは、図１Ａに解説されているように、車両の車輪の内側にマウントされる回転装置１００である。回転装置１００は、電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂと対面する磁気ステータアセンブリ１２０ならびに直線−回転コンバータ（例えば、楕円形カム）１０５を含む。回転装置１００は車両のシャーシに取り付けられ、例えば、車輪の遠方側のポイント（表示されていない）である。回転装置１００は、車輪の内側を示すために取り除かれているが、例えば、円形サポートプレートを使用してカム１０５を介して取り付けられる。そのようなプレートは、ボルト等の固定具を使用して車輪のリムおよびカム１０５の両方に取り付けられる。車輪とカムは、ベアリング１５０の周りのハブ１４５ に対して相対的にプレートが回転するのをサポートする。
【００１６】
図１Ｂ は、タイヤおよび幾つかの他の構成要素を取り除いた、車輪１４０の側面からの回転装置１００を示す。回転装置１００のコアは、カム１０５、２つの相対する電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂと磁気ステータアセンブリ１２０を含む。 電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂは、磁気ステータアセンブリ１２０に対して往復するように配置されたコイル１１５ａと１１５ｂをそれぞれ格納する。一方の電磁アクチュエータ１１０ａがそのコイル１１５ａを取り囲む筐体１５５ａを有して示され、他方の電磁アクチュエータ１１０ｂは、そのコイル１１５ｂを示すためにその筐体が取り除かれて示されている。
【００１７】
図１Ｂに描かれている磁気ステータアセンブリ１２０は垂直に向けられ、複数の磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂを含み、そのそれぞれが複数の個々の永久磁石を含む。電流が電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂのコイル１１５ａ、１１５ｂに与えられると（例えば、交流が）、アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂは、結果としての電磁力（すなわち、Ｌｏｒｅｎｔｚフォース）のおかげで、磁気ステータアセンブリ１２０に沿って垂直に動かされる。よく知られていることだが、電流を運ぶコイルが磁場内に置かれると、その電流の各ムービングチャージはＬｏｒｅｎｔｚフォースとして知られるものを受け、一緒にコイル上に合力を作り出す。
【００１８】
回転装置１００は、ベアリングサポート構造１６５に連結される複数のシャフト１３０ａ、１３０ｂをも含む。電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂは、例えば、リニアベアリングを使用してシャフトに沿ってスライドする。各電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに取り付けられるのは一対のフォロワ１３５ａ〜ｄであり、これらはカム１０５と整合してその直線運動をカムの回転運動に変換する。摩擦を削減するためにフォロワ１３５ａ〜ｄは自由に回転し、動作サイクル中にカム１０５の表面を回転する。フォロワ１３５ａ〜ｄは、例えば、アクチュエータの筐体を介して電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに取り付けられる。電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂが往復運動を行うと、カム１０５上のフォロワ１３５ａ〜ｄによって発揮される力はカム１０５を回転運動に駆動する。
【００１９】
図１Ｃは、２つの磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂと共に磁気ステータアセンブリ１２０を図解している。磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂはそれぞれ複数の磁石を含む。例えば、磁気ステータ１２５ａは８つの磁石１６０ａ〜ｈを１つの端面部分に含む。すべての磁石１６０は、マウントされている表面に対して直角に向けられたその磁気モーメントを同一方向に有する。
【００２０】
図２Ａ〜Ｃは、断面図を通して、どのように回転装置が動作するかを示している。図２Ａの回転装置は、車両の車輪１４０内にあり、２つの磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂを有する磁気ステータアセンブリ１２０と連結されたハブ（またはマウント）１４５を含む。さらに示されているのが、２つの電磁アクチュエータ（コイルを含む）１１０ａ、１１０ｂで、これらはシャフト１３０ａ、１３０ｂ（破線で示されている）に沿って磁気ステータアセンブリ１２０に対して往復運動をする。シャフト１３０ａ、１３０ｂはベアリングサポート構造１６５に連結され、装置の構成要素を垂直な整列に維持し、そして車輪１４０が回転装置から落下するのを防ぐ。車輪１４０に連結されたカムプレート１７０は、ベアリング１５０を通して、ベアリングサポート１６５に回転可能に連結される。カムプレート１７０に固定されているものはプレート１７０を駆動するために使用されるカム１０５で、したがって車輪１４０は回転運動となる。カム１０５は、電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに連結され、カム１０５と整合するフォロワ１３５ａ〜ｄを使用して、電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂの往復運動によって駆動される。装置例にさらに含まれているものは、ダンパ１７５ａで、ベアリングサポート１６５とマウント１４５に連結している。ダンパ１７５ａはマウント１４５を地面より上に吊るし、ダンパの抵抗量によって、ベアリングサポート１６５とマウント１４５の間の幾らかの動きを許し得る。例えば、ダンパが空気ダンパである場合には、許される動きはダンパのチャンバ内のガス圧が高ければ、低い空気圧の場合より少ない。
【００２１】
図２Ｂは、ダンパ１７５ａがなかった場合、電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂおよび磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂによって引き起こされる電磁力が、マウント１４５を地面より上に吊るすことを説明している。しかしながらもしも電流が電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂから取り除かれた場合は、関連する電磁力も取り除かれ、図２Ｃで図解されているように、マウント１４５は磁気ステータアセンブリ１２０および車両シャーシと共に地面に向かって落下するであろう。
【００２２】
図３Ａ〜Ｃは、動作中の回転装置１００の構成要素を図解しており、回転装置の電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂ（関連するコイル１１５ａ、１１５ｂおよびフォロワ１３５ａ〜ｄと共に）、ならびに磁気ステータアセンブリ１２０（関連する磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂ）に対して動くカム１０５を含んでいる。フォロワがそれによってコイルに取り付けられる筐体はこれらの図には示されていない。図３Ａ〜Ｃにより説明されているように、対面するコイル１１５ａ、１１５ｂの往復運動は、カム１０５を駆動して回転させ、次にこれはカム１０５に取り付けられた車輪の回転を引き起こす。コイル１１５ａ、１１５ｂは 図３Ａにおいて、およそ互いに最も離れている状態として示されている。図３Ｂは、コイル１１５ａ、１１５ｂが互いに近づくにつれ、コイル１１５ａ、１１５ｂはカム１０５を駆動して時計回りに回転させ、それによって取り付けられたいかなる車輪も時計方向に回転させている。この装置例では、カム１０５上に発揮される力は、外側フォロワ１３５ａ、１３５ｃにより引き起こされ、カム１０５上に圧迫する。図３Ｃは、コイル１１５ａ、１１５ｂは互いにさらに近寄り、カム１０５のさらなる時計方向運動を引き起こしていることを示す。
【００２３】
この場合、コイル１１５ａ、１１５ｂが互いに最も接近する距離に到達し、カム１０５が９０度回転した後、コイル１１５ａ、１１５ｂは互いに遠ざかり始め、カム１０５を駆動して時計方向の回転を継続させる。コイル１１５ａ、１１５ｂが互いに離れるにつれ、内部フォロワ１３５ｂ、１３５ｄはカム１０５を外方向に押して、カム１０５上に力を発揮する。
【００２４】
カム１０５は図中では楕円形として示されているが、例えば図２Ｄで図解されているように、偶数の耳たぶ形状を有する形等のより複雑な形を有してもよい。 各耳たぶ形状の側面は、例えば、正弦波、アルキメデススパイラルの一部、または何らかの他の曲線の形状をもつ形でもよい。耳たぶ形状の数は、コイルがカムをフルサイクル回転させるために幾つのサイクルを完了しなければならないかを決定する。２つの耳たぶ形状をもつカムはコイルの２サイクルでフルサイクル回転する。４つの耳たぶ形状をもつカムは、コイルの４サイクルでフルサイクル回転する。さらに、カム内のより多くの耳たぶ形状は、より高いトルクを生じる。
【００２５】
幾つかの装置においては、コイル１１５ａ、１１５ｂによって生じた熱は、例えば、水やミネラルオイル、あるいは液体冷却剤としてよく機能することが知られている別の材料、等の液体冷却剤を、コイル１１５ａ、１１５ｂにスプレーすることによって消散される。図解されている例では、このことは、磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂの磁石内の水路１４６を通して、また水路１４６を通過するときに液体をコイル１１５ａ、１１５ｂ上にスプレーすることによって達成される。液体冷却剤は、磁気ステータアセンブリ１２０内の通路を通って水路１４６に輸送される。スプレー済み液体は、その後再使用するために収集、あるいは清掃される、あるいは代替的に、水の場合には回転装置から水蒸気として放出が許されてもよい。
【００２６】
図４Ａは図３Ａ〜Ｃの装置に類似する回転装置を図解しているが、磁気ステータアセンブリ１２０の他方側に追加カム１０６を備えている。第２のカム１０６は、例えば別の円形プレートを使用して車輪の他方側に取り付けられる。コイル１１５ａ、１１５ｂの往復運動は、第２のカム１０６も回転駆動するように働く。またこの例では、磁気ステータアセンブリ１２０は陶磁性材料による長く伸びた箱型コアを有し、磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂが各端面に備えられている。その事例では、各磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂは、磁気ステータアセンブリ１２０の全４面上に磁石を含む。その装置内に、磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂがその上に添付される箱型コアは、磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂの磁場のための復路として働く。また 図３Ａに示されているように、電磁アクチュエータのコイル１１５ａ、１１５ｂは長方形の断面を有し、磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂを取り囲むように配置される。この配置は、コイル１１５ａ、１１５ｂと磁気ステータ１２５ａ、１２５ｂの間の電磁力の効率的利用を許す。
【００２７】
図４Ｂは図４Ａの回転装置を図解するが、追加磁石３２５ａ、３２５ｂがコイル１１５ａ、１１５ｂの外側に配置されている。この装置では、磁気ステータアセンブリ１２０の各端面は、追加の４つの磁石アレイを含み、長方形断面のコイル３１５ａ、３１５ｂの各側面に１つである。追加磁石３２５ａ、３２５ｂはより多くの電磁力の生成を可能とする。図４Ｂにさらに示されているものは、追加磁石３２５ａ、３２５ｂのための追加磁気復路３２０である。
【００２８】
図５Ａはマウント１４５を図解しており、磁石および復路を含む磁気ステータアセンブリ１２０がこれに取り付けられている。マウントは、例えば、車輪のシャーシ（示されていない）の一部であるか、あるいはさらにそれに取り付けられている。具体的には、マウント１４５は外部および内部ハブプレート４４５ａ、４４５ｂを含み、それらのうちの後者は車両のシャーシにボルト止めされる。電流の、コイル１１５ａ、１１５ｂへの送達は、マウント１４５からコイル１１５ａ、１１５ｂに伸びる電導性ワイヤ（ 図５Ａには示されていない）を通して達成される。このワイヤは、コイルが磁気ステータアセンブリ１２０に沿って往復運動するときでも、電流がコイル１１５ａ、１１５ｂに送達されるのを許す。ワイヤは回路を介して電気パワーソース（図５Ａには示されていない）に電気的に接続され、これが制御された電流をコイル１１５ａ、１１５ｂに送達する。
【００２９】
図５Ｂは、車両４０５のシャーシに取り付けられた回転装置の断面を図解している。図４Ｂは図２Ａ〜Ｃで示されたものと類似するが、明瞭性のために幾つかの構成要素は取り除かれている。図は、車両４０５のシャーシに連結されたマウント１４５および磁気ステータアセンブリ１２０を示している。さらに示されているのがカム１０５、カムプレート１７０、車輪１４０、ベアリング１５０、および電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂである。マウント１４５に連結されているのは電気ユニット４１０で、これは駆動電流を一対のワイヤ４１５ａ、４１５ｂを通して電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに送達するために使用される。マウント１４５にさらに連結されているものは、装置を駆動するためにパワーを蓄積するためのバッテリ４２０である。電気ユニット４１０とバッテリ４２０はマウント１４５に連結されて示されているが、電気ユニット４１０、バッテリ４２０、あるいはその両方を、代わりにサポート構造１６５（図２Ａ参照）に連結してもよい。
【００３０】
電気ユニット４１０は、車両４０５のシャーシ上のコントローラ４３０によって、またコントローラ４３０と電気ユニット４１０の間を伸びる光ファイバーケーブル４３５を通して、制御される。回転装置は、電気ユニット４１０とバッテリ４２０を接続する双方向パワーライン４４０をも含む。モータとして動作中は、パワーはバッテリ４２０から電気ユニット４１０に、そして電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに流れる。発電機として動作中は、パワーは電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂから電気ユニット４１０に、そしてバッテリ４２０に流れる。車両はまた、外部パワーソース（示されていない）を使用してバッテリ４２０を充電するための、チャージャ４２５も含み、これはハイブリッド車両の場合の電気コンセントまたはガソリンエンジン等である。そのような充電中、パワーは外部パワーソースからチャージャ４２５、そしてバッテリ４２０に、ライン４２７、電気ユニット４１０、および双方向パワーライン４４０を通して流れる。このようにして、バッテリ４２０は外部パワーソースによって、あるいは発電機として働く回転装置によって充電可能である。
【００３１】
電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに対する電気の送達を通し、電気ユニット４１０はコイルの往復運動を制御する。例えば、急いでいるときは、電気ユニット４１０はコイルの一定往復運動を制御する。車両実施形態では、コントローラ４３０は車両のドライバ（示されていない）によって操作され、そしてドライバによるアクションに応答して、コントローラ４３０はコマンドを電気ユニット４１０に送り、回転装置は、例えば、加速、減速、あるいは方向変更を生じさせる。さらに、電気ユニット４１０は駆動電流を電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂに提供し、そのコイルを同一方向で駆動するように構成可能であり、それによって車輪１４０の垂直並進運動を生じさせる。回転装置によって引き起こされる車輪１４０のいかなる並進運動も、電気ユニット４１０によって感知可能である。幾つかの構成では、電気ユニット４１０は、電磁アクチュエータ１１０ａ、１１０ｂを電気発電機およびダンパとして働かせてエネルギーを車両の並進運動から吸収するように構成される。このエネルギーはバッテリ４２０に転送されて貯蔵可能である。
【００３２】
図６Ａ〜Ｂは電磁アクチュエータの１つのコイルの構造を図解する。１つの連続する材料から作られるのではなく、コイルは互いにスタックされて電気的に順番に連結された複数の平らなコイルセグメントを含む。図６Ａは、１つのコイル１４００に組み合わされた４つのコイルセグメントを図解する。電磁アクチュエータ内のコイル全体は、多数のそのようなコイルを含んでもよい。図６Ｂは図１４Ａのコイルの分解図１４０５を示している。コイル例の各セグメント１４１０ａ〜ｄは平らでＵ字型の、例えば、スタンピングまたはエッチングで形成される金属片である。セグメント１４１０ａ〜ｄは、これらはすべて同一であるが、図６Ｂに示される構成で組み立てられ、コイル全体を形成する。
【００３３】
各セグメントは、コイルセグメントのスタック中の、追従するコイルセグメントに対して２７０度（回転方向によっては９０度）回転される。これにより、スタック内の上部コイルセグメント１４１０ｂの開始端１４２５を、スタック内のすぐ下のコイルセグメント１４１０ａの終端１４２０に揃える。例えば４つのＵ字型のコイルセグメント１４１０ａ〜ｄを含むコイルは、３回巻き付けられて開始と同じ相対位置（例えば、終端１４１５および１４５０）において終了する。
【００３４】
その様な電気コイルの製造は、複数のフラットコイルセグメントを組み立てること、各コイルセグメントが追従するコイルセグメントに対して回転されるようにして複数のコイルセグメントを互いにスタックすること、およびコイルセグメントを互いに固定して電気コイルを形成すること、を含む。
【００３５】
電流がコイルセグメント間でショートすることを防ぐため、１つのセグメントを次のセグメントに繋ぐ表面を除き、各セグメントは電気的絶縁層材料でコーティングされる。代替的に、セグメントをコーティングする代わりに、電気的絶縁材料の層を各コイルセグメント間に挿入可能である。コイルセグメント１４１０ａ〜ｄが図１４Ａに図解される形式で組み立てられたとき、ボルト等の固定具がポイント１４１５、１４２０、１４２５、１４３０、１４３５、１４４０、１４４５、および１４５０において示される開口部を通して挿入される。固定具による機械的および電気的接続を事前処理することに加えて、または代替的に、はんだ付けまたは溶接によってセグメント１４１０ａ〜ｄを接合することも可能である。
【００３６】
図７Ａ〜Ｃは電磁アクチュエータの別のコイル構成の構造を図解している。図７Ａはコイル２０００全体を示し、これは複数のより小さいコイルセクションで構成し得る。図７Ｂは組み合わされて１つのコイルセクション２００５となる４つのコイルセグメントを図解している。多数のその様なセグメントを結合して、図７Ａのより大きなコイル２０００を形成し得る。図７Ｃに示されているように、これはコイル２００５の分解図２０１０であるが、コイル例の各セグメント２０１５、２０２０、２０２５、２０３０は、例えば、スタンピングまたはエッチングにより形成される平らなメタル片である。セグメント２０１５、２０２０、２０２５、２０３０は図７Ｃで示されるように組み立てられて、コイル全体を形成する。組み立てられると、電流２０７５はコイルを流れ、例えば、開始点２０３５から終点２０７０まで、また１つのセグメントから次へと、互いに重なる終端において連結されるところへ流れる。
【００３７】
図８は図７のコイル設計を使用したコイルアセンブリを示す。これは互いの上にスタックされた複数のコイルセグメントで構成されるコイル２１００を含み、エンドプレート２１０２は、積み重ねの各端において非電導性ポリカーボネート材で作られている。この配置は４つのボルト２１０６で互いに保持され、各コーナーに１つずつ、エンドプレートおよびコイルセグメント内の穴を通過している。ターミナル２１０８および２１１０は、コイルスタックの終端に対して電気的接続を提供する。
改良された磁気ステータ設計
【００３８】
以下に詳細に記述される、改良された磁気ステータアセンブリ設計は、直前に説明した磁気ステータアセンブリを採用しているエンジンと比較して、エンジンの性能を大幅に強化する少なくとも２つの特徴を含む。第１に、これは永久磁石のスタックで構築されたコアを含み、それらの極はアクチュエータの運動方向に平行に向けられている。第２に、これは、ステータ要素配置の周囲に閉路を形成する透磁性材料で作られる筐体を含み、そしてステータ要素によって生じる磁場のための復路を効果的に含み、また提供する。
【００３９】
図９Ａを参照すると、改良されたステータ設計によるリニアＬｏｒｅｎｔｚ型アクチュエータエンジン６００はステータコア６０２を含み、２つのアクチュエータアセンブリ６０４ａおよび６０４ｂがステータコア６０２上にマウントされている。各アクチュエータアセンブリ６０４ａおよび６０４ｂは、それぞれコイル６０６ａおよび６０６ｂを含み、これはステータコア６０２を取り巻き、コイルの軸はステータコア６０３の軸６０８と整列されている。
【００４０】
ステータコア６０２は線形トラックを画定し、その上を、アクチュエータアセンブリ内のコイルに対して送達される駆動電流に応えて、アクチュエータアセンブリ６０４ａおよび６０４ｂが前後に動く。ステータコア６０２は永久磁石６１０（１）〜（１３）のスタックで、それらの磁気モーメントは共線状に配置され、またステータコア６０２の軸６０８に対して平行に整列される。ステータコア６０２は比較的高い透磁率の金属で作られる筐体６１２内に保持される。以下の説明でより明白になるであろうが、筐体６１２は永久磁石の磁場のためのクローズド復路を提供する。
【００４１】
さらに図１０Ａ〜Ｂを参照すると、筐体６１２は互いに組み付けられた多数の構成要素を含む。これには左側壁６１４ａ、右側壁６１４ｂ、頂部プレート６１４ｃ、および底部プレート６１４ｄが含まれる。頂部および底部プレート６１４ｃおよび６１４ｄは、鋼鉄製ボルト６１５で側壁内にボルト止めされる。
【００４２】
左および右側壁６１４ａおよび６１４ｂのそれぞれは、アラインメントリッジ６１６を含む。４つのアラインメントリッジの各セットの間に、メタルセパレータ６２０によって分離された２つの磁石６１８が存在する。磁石は磁気吸引力によって側壁に対して強固に保持され、他の保持手段を必要としない。磁石６１８のそれぞれは、磁気モーメントがステータコア６０２の軸に対して直角に側壁上に配置され、電流の流れるコイルを動かすための最も効果的な場を提供する。各セパレータ６２０は複数のオリフィス６２２を含み、これを通して冷却剤は動作中に筐体内に注入されて巻き線を冷やす。（オリフィス６２２は図１１Ｂ内でより明確に見られる。）筐体６１２内の水路は、セパレータ６２０内の通路と整列され、それらが一緒になって、コイルへのスプレーのために冷却剤がオリフィス６２２に供給されるときに通る道を提供する。冷却剤は、側壁の１つの側面内の開口６２４を通して、筐体内の水路に供給される。（水路は以下により詳細に解説される。）
【００４３】
さらに図１２を参照すると、ステータコア６０２はスタックされた１３の磁石で構成され、セパレータ６２６は上から４番目と５番目の磁石の間にあり、別のセパレータ６２６は上から９番目と１０番目の磁石の間にある。セパレータはコアを３つのセクションに分割する：上部セクション、中部セクション、および下部セクションである。エンジン６００が組み立てられると、セパレータ６２６は、筐体側壁６１４ａと６１４ｂ上の磁石６１８間にあるセパレータ６２０と整列される。筐体側壁上のセパレータと同様に、これらのセパレータもオリフィス６２８を有し、それを通って冷却剤が動作中に筐体内部に注入される。２つのオリフィス６２８が各セパレータ６２６の４面のそれぞれの上にある。側壁上のセパレータ内およびステータコア内のオリフィスのアレイにより、エンジンの動作中にコイル６０６ａおよび６０６ｂの内側および外側面に冷却剤がスプレーされる。
【００４４】
記述されている実施形態においては、磁石６１０および６１８はネオジウム鉄ボロン磁石（ＮｄＦｅＢ）で、これは一般的に使用される希土類磁石であり、現在商業的に入手可能な最も強い永久磁石の１つである。筐体６１２は１０１８、１０１０、または１００５等の低カーボンスチールで作られており、これは約５３０を超える相対的透磁率（ゼロ磁場）を有する。説明されているエンジンのサイズに関するいくらかの見通しによれば、永久磁石は長さ約５０ミリメートルで厚さは１０ミリメートルである。磁石６１８とステータコア６０２の間、磁石６１０（４）と６１０（５）の間、また磁石６１０（９）と６１０（１０）の間の間隔は、すべて約１２ミリメートルである。アクチュエータアセンブリのストロークは約５０ミリメートルである。
【００４５】
磁石の配置が図１２に示されており、他のすべての構成要素は説明目的のために取り除かれている。筐体の上半分内の４つのステータ磁石６１８は、ステータコア６０２の軸６０８に向かって直角に向けられた磁気モーメントを有する（すなわち、磁石の北極はステータコア６０２に面する）。筐体の下半分上の４つの磁石は、ステータコア６０２の軸６０８に対して直角に、またそれから離れるようにむけられた磁気モーメントを有する。反対に、ステータコア６０２内の磁石６１０は、その磁気モーメントがステータコア６０２の軸６０８に対して平行に向けられて配置される。それらが向けられる方向は、ステータコア６０２の異なるセクションにおいて異なっている。上部セクションは４つの磁石を、一方を他方の上にスタックして有し、北極はすべてステータコアの軸に沿って上に向けられている。下部セクションは一方が他方の上にスタックされた４つの磁石を有し、北極もまたすべてステータコアの軸に沿って上に向けられている。ステータコア６０２の中部セクションは、一方が他方の上に配置された５つの磁石を有し、北極はすべてステータコアの軸に沿って、すなわち、下部セクション（および上部セクション）の磁石と反対に、下に向けられている。
【００４６】
磁石のこの配置は、３つの磁気回路を生じる。上部磁気回路は筐体上に上の２つの磁石とステータコアの上部セクション内の４つの磁石を含む。下部磁気回路は、筐体上の下の２つの磁石とステータコアの下部セクション内の４つの磁石とを含む。そして中部磁気回路は、筐体上の４つ中部磁石とステータコア内の５つの磁石を含む。筐体の上の部分は上部回路内の磁場のための復路を形成し、筐体の中部セクションは中部セクション内の磁場のための磁気復路を形成する。そして筐体の下の部分は、下部磁気回路内の磁場のための復路を形成する。ステータコアの端部から筐体側壁に添付された磁石へ連続的に伸びる筐体を有することの価値は容易に評価され得る。このようにして高い透磁率を有する復路を提供することは、筐体上にマウントされた磁石とステータコア間の間隙内の場を強化する。磁気モーメントが反対の近隣の磁石は、磁場を間隙の近くに集中するように強いる。したがって、この特定設計では、コイルから見ての最も強力な磁場は、セパレータによって形成される間隙の近くに位置する傾向があり、これは、説明されている実施形態においては、コイル動作範囲の中点でもある。
【００４７】
電流の流れるコイルに対して力がどのように作用するかを見るために、上部コイルを考慮することとし、そしてそれが運ぶ電流は、図１２の慣習によって示されているように、コイルを移動すると想定する。すなわち、ステータコアの左側においては、電流は図の面に対して垂直に外出し、このことは、右側においては、電流は図の面に対して、垂直に入っていくことを意味する。間隙内の磁場の向きはステータコアに向かっているので、それが電流を運ぶコイル巻き線上に生み出す力はステータコアと平行であり、上向きである。磁場の方向は反対方向（すなわち、ステータコアから遠ざかる）であり、そしてコイル巻き線内の電流は出ていくのではなく図の面に入っていくステータコアの他方の面では、コイル巻き線上に生み出された力もステータコアに平行で、上向きである。したがって、前述の駆動電流で、コイルはステータコアの長さに沿って上向きに押される。
【００４８】
前述のものとは反対方向の場を経験する下部コイルについては、電流が前述のものと同じ方向に流れる場合、コイル巻き線に生み出される力もステータコアに対して平行であるが、方向は下向きであることは容易に理解可能である。したがって、電流が前述のコイルを流れる場合、２つのアクチュエータアセンブリは互いに離される方向に押される。
【００４９】
両方のコイルの電流を逆にすることは、前述のものとは反対方向の力を生じる。そしてこれらの状況の下では、アクチュエータアセンブリは互いの方向に強いられる。コイルに適用される電流を適切にコントロールすることにより、アクチュエータを互いの方向に、そして次に互いに離れる方向に、すなわち振動するように、動かすことが可能である。アクチュエータアセンブリに取り付けられるカムフォロワ、およびカムフォロワが乗り上げるカムは、この前後方向の振動を回転運動に変換する。
【００５０】
２つのコイル６０６ａおよび６０６ｂが動作の完全サイクルを通して動くときの様々な位置は、図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃに図解されている。図９Ｂは動作サイクルの中点を示す。この点において、各コイル６０６ａおよび６０６ｂの中部はステータコア６０２の半分において、セパレータ６２６と整列される（見えない）。前述のカムフォロワは、カムの最も急こう配な部分に位置決めされる。図９Ａは、コイル６０６ａおよび６０６ｂが互いに最も接近する、サイクルの底部を示す。これはコイルの互い方向の動きが停止した点で、駆動電流を提供するコントローラの制御の下で、それらが互いに遠ざかる方向の動きを開始しようとしている。図９Ｃは、コイル６０６ａおよび６０６ｂが互いに最も離れた状態の、サイクルの頂部を示す。これは、コイルの互い方向の動きが停止した点であり、駆動電流を提供するコントローラの制御の下に、それらが互い方向の動きを開始しようとしている。
【００５１】
筐体に適用される、競合する設計目標が存在することに注目されたい。筐体内に過度の材料を有することを避けることは好ましく、さもないとエンジンの重量増加およびサイズ拡大という結果を生む。そしてまた、復路内の透磁性材料（すなわち、鋼鉄と磁石の組み合わせ）は飽和されることは望ましく、その結果コイルは、いかなる磁場も存在しない場合には、筐体材料自体のそれと比較して低い効果的透磁性に遭遇する。したがって、コイルはより低い効果的インダクタンスを有し、それによって相当する駆動電流を生むために必要な電圧は低い。しかしながら、磁場を含み、そして筐体外部の磁場のフリンジングを最小化するため、十分な透磁性をもつ材料も望ましい。
【００５２】
記述された実施形態においては、磁気復路の一部ではない材料を取り除いて、またフラックスがより低い筐体の厚さをテーパ形状にして、これらの競合する目標が追求された。例えば、図１０Ａ〜Ｂに注目すると、筐体の側壁の厚さは、磁石の背部の側壁の領域（参照番号６５２によって示される領域を参照）においてテーパ形状となっている。さらに、エンドプレートは角が丸められており、その領域内のフラックスはその領域にわたってほぼ一定の断面積に遭遇することにも注目されたい。各コーナーの設計では、その一部は筐体内に磁場がとるナチュラルパスによって導かれ、そして磁場のプライマリパスの外側となる傾向のある材料が取り除かれた。薄く作られた側壁の部分の強度を補強するため、側壁の外部長さに沿って終了するリブ６５０（またはＩビーム構造）が使用された。
【００５３】
復路内の筐体材料を飽和させることにより、コイルから見ての回路の効果的透磁性は空気のそれと非常に近いことが判定された。その結果、コイルのインダクタンスはずっと低く、そしてコイルを駆動するために必要な電流はそれに応じて少ない。言い換えれば、より低い電流を使用して同じトルクが達成可能であり、これによって駆動回路に対する要求は低くなり、コイルを組み立てるための銅以外の材料（例えばアルミニウム）の使用を可能とする。代替的には、筐体材料が磁場によって飽和されることを確実なものとすることにより、所与の駆動電流に関して発生可能なトルクは高くなる。図９の実施形態に関しては、図４の実施形態と比較して、統合された場の強度と力は、約３〜４倍大きい。さらに、両方向において達成可能な力は、より妥当なものであり、これは、コイルによって生み出される磁場は、コイル電流から見た場合、純磁場に対して衝撃が少ない（すなわち、バックＥＭＦが少ない）からである。
【００５４】
図１３は筐体の断面図を示しており、側壁の内側にマウントされた磁石間のセパレータ内のオリフィスに冷却剤を供給するために使用される側壁内の内部水路が露出されている。冷却剤を導入するための入力ポート６５６は側壁の１つの側面に提供されている。これらのポート６５６は、エンドプレート６１４ｃおよび６１４ｄ内に形成された相当する水路まで、側壁内で伸びる水路６５８ａおよび６５８ｂに接続される。エンドプレート内の水路はエンドプレートを横切って延び、他の側壁６１４ｂ内で、セパレータ６２０が位置決めされるレベルまで延びる該当水路６６２ａおよび６６２ｂと接続する。セパレータ６２０の位置において、側壁内に穴があり、これは水路６６２ａおよび６６２ｂをセパレータ６２０内のプレナムに接続し、そしてここから冷却剤がオリフィスに送達されてコイルにスプレーされる。
【００５５】
図１４は２つのアラインメントロッド６６４の１つを露出するステータアセンブリの断面図を示し、このロッドはステータコア磁石を互いに整列させるのに役立ち、磁石のスタック全体を保持し、そして冷却剤をステータコア６０２内のセパレータ６２６に送達する。各ロッド６６４はロッド内まで延びる水路６７０を含み、ボルト６６８を受け取るために、水路の上部内に内部スレッドを有する。各ロッド６６４は、ステータコア内の各磁石内の該当する穴を通過する。ステータコアを構成する磁石のスタックの各端には、ボルト６６８によってロッド上に保持されたエンドキャップ６６６が存在する。エンドキャップはロッド上で磁石を互いに保持する働きをし、またロッド内の水路６７０ に冷却剤をポンプで送るための通路を提供する。各水路６７０はロッド内に十分に延び、セパレータ６２６のレベルに至る。各水路６７０の下部端近くのロッド内には、冷却剤がセパレータ６２６内の小型のプレナム室に流れ込むことを可能とする穴が存在し、そしてこの穴はオリフィスに接続し、冷却剤がそこを通ってコイルに向かって注入される。
【００５６】
前述の原理に従って設計される装置は、エンジン、発電機、あるいはエンジンと発電機の組み合わせが可能である。
【００５７】
他の実施形態は以下の請求項の範囲内にある。例えば、前述の鋼鉄と磁石の組み合わせによらずに、永久磁石の筐体全体を構築することも可能である。そのような１つの実施形態では、円筒（すなわち、円形断面を有する）または長方形の断面を有する導管の形で形成された２つの中空磁石で作られてもよい。いずれの場合でも、一方の磁気構造が他方の上に位置付けられ、両方ともコアと外接し、その磁気モーメントは互いに反対方向を向く。磁気モーメントはコア軸に対して平行に向け得る（すなわち、北極は容器構造の上端に、そして南極は容器底部端に、反対の端）あるいはその軸に対して放射方向に向け得る。全体構造において、物理的により難題ではあるが、コア磁石によって生成される磁場が通過しなければならない復路内に鋼鉄または他の非磁性材料を有しない、という利点をもたせる。
【図１Ａ】
2014518505.tif 000003
【図１Ｂ】
2014518505.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ−Ｄ】
2014518505.tif 000009
【図４Ａ】
2014518505.tif 000010
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2014518505.tif 000017
【図７Ｃ】
2014518505.tif 000018
【図８】
2014518505.tif 000019
【図９Ａ】
2014518505.tif 000020
【図９Ｂ】
2014518505.tif 000021
【図９Ｃ】
2014518505.tif 000022
【図１０Ａ】
2014518505.tif 000023
【図１０Ｂ】
2014518505.tif 000024
【図１１Ａ】
2014518505.tif 000025
【図１１Ｂ】
2014518505.tif 000026
【図１２】
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【図１３】
2014518505.tif 000028
【図１４】
2014518505.tif 000029
【国際調査報告】
2014518505.tif 000030