(57)【要約】  空気に対して高い透磁率を有する材料を含む磁心と、磁心上に連続的に配置されたコイルのアレイであって、各コイルが磁心の長手軸に巻回されているコイルのアレイと、コイルのアレイに沿って可動に取り付けられた磁石アセンブリと、を備え、磁石アセンブリが、コイルのアレイに面するコイル側、及びコイルのアレイから反対方向に向いた反対側を有し、且つ、コイルのアレイに沿って長手軸に対して平行な方向に連続的に配置された永久磁石のアレイを含み、複数の磁石の磁気モーメントが、磁石アセンブリのコイル側に生成される磁場を強めるとともに磁石アセンブリの反対側に生成される磁場を弱めるように選択及び配置される、電磁アクチュエータ。
2016515799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を有する磁心であって、空気に対して高い透磁率を有する材料を含む磁心と、
前記磁心上に連続的に配置されたコイルのアレイであって、コイルのアレイの各コイルが前記磁心の前記長手軸に巻回されている、コイルのアレイと、
前記コイルのアレイに沿って可動に取り付けられた磁石アセンブリと、を備え、前記磁石アセンブリが、前記コイルのアレイに面したコイル側、及び前記コイルのアレイから反対方向に向いた反対側を有し、前記磁石アセンブリが、前記コイルのアレイに沿って前記長手軸に対して平行な方向に連続的に配置された永久磁石のアレイを含み、各永久磁石が、特定の方向の磁場を特徴とし、複数の磁石の前記磁場が、前記磁石アセンブリの前記コイル側に生成される磁場を強めるとともに前記磁石アセンブリの前記反対側に生成される磁場を弱めるように選択及び配置される、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
コイルのアレイが、コイルの直線アレイである、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
永久磁石のアレイが、１つの磁気回路のみを形成する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
磁石のアレイが、２つの磁気回路を形成する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
２つの磁気回路が、互いの鏡である、請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
磁石アセンブリが、複数の永久磁石のアレイを含み、第１の永久磁石のアレイが、前記複数の永久磁石のアレイのうちの１つであり、前記複数の永久磁石のアレイが、コイルのアレイの周りに配置されて、前記コイルのアレイをそのそれぞれが取り囲む複数の磁石リングを形成する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
永久磁石のアレイが、永久輪形磁石のアレイであり、各永久輪形磁石がコイルアレイを取り囲む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
磁心が、長手軸に沿って分割される、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
コイルのアレイ内のコイルのそれぞれが、個別に制御可能である、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
コイルのアレイを取り囲むスリーブをさらに備え、磁石アセンブリが前記スリーブ上に重なる、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
スリーブが円筒状である、請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
スリーブが、コイルアレイから離間された内壁を有し、前記コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長する冷却液流れチャネルを形成する、請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長するチャネルが、全体的に環状のチャネルである、請求項１２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
コイルのアレイ内の全てのコイルが、長手軸に沿って幅Ｄを有し、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石もまた、前記長手軸に沿ってＤと等しい幅を有する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
コイルのアレイ内の全てのコイルが、長手軸に沿って幅Ｄを有し、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石が、前記長手軸に沿って１．５Ｄに等しい幅を有する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
磁心が、鉄及び／又は鋼鉄を含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１７】
コイルのアレイ内のコイルが、円筒状である、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１８】
磁心が、少なくともコイルのアレイの一方の端部から少なくとも前記コイルのアレイの他方の端部まで伸長する前記磁心内部の中空領域を有して円筒状である、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１９】
磁石のアレイが、＋Ｔ、＋Ｌ、及び−Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された３つの磁石を順番に含み、
＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、
−Ｔは、前記長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、
＋Ｌは、前記長手軸に対して平行に配向される磁場を示す、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２０】
磁石のアレイが、＋Ｔ、＋Ｌ、−Ｔ、−Ｔ、−Ｌ、及び＋Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された６つの磁石を順番に含み、
＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、
−Ｔは、前記長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、
＋Ｌは、前記長手軸に対して平行に配向される磁場を示し、
−Ｌは、前記長手軸に対して平行であって＋Ｌとは反対の方向に配向される磁場を示す、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２１】
磁心が、前記磁心の長さを伸長し動作中にそれを通して冷却液が圧送される、中空の内部領域を画定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２２】
スリーブの一方の端部にマニホルドをさらに備え、前記マニホルドが、冷却液入口を有し、且つ、前記入口を通って届く冷却液をコイルアセンブリ内に運搬するための経路を提供する、請求項２１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２３】
マニホルドが、冷却液出口も有し、且つ、前記冷却液がコイルアセンブリを通して循環した後で前記冷却液を前記コイルアセンブリから前記出口の外に運搬するための別の経路を提供する、請求項２２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２４】
マニホルドとスリーブとの間に流れ分配板をさらに備え、前記流れ分配板が、前記マニホルドからコイルアレイを取り囲む環状流れチャネルへ冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する、請求項２２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２５】
マニホルドとは反対側のスリーブのもう一方の端部に流れ方向転換板をさらに備え、前記流れ方向転換板が、磁心領域と環状流れチャネルとの間で冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する、請求項２２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２６】
磁心が、コイルのアレイ内のコイルに電気的に接続する電線を保持するための１又は２以上の通路を含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２７】
磁心が、コイルのアレイの長さに沿ってそれぞれが伸長する２つのセグメントを含み、前記２つのセグメントが、前記コイルのアレイ内の前記コイルに電力を送達するための導電線として機能する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれている、「Linear Actuators for Use in Robotic Devices」と題し２０１３年４月１８日に出願した仮出願第６１／８１３，４６１号の米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は一般に、リニアアクチュエータに関し、より具体的には永久磁石リニアチューブ型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００３】
電磁リニアモータは、リニアアクチュエータとも呼ばれ、典型的には電気エネルギーを直線運動に変換するデバイスである。一般的なリニアモータのタイプは少なくとも２つある。一方のタイプは、最初に回転運動を生じさせ、次いでその回転運動を直線運動に変換することにより、直線運動を生じさせる。他方のタイプは、最初に回転運動を生じさせることなしに、直接に直線運動を生じさせる。この第２のタイプのリニアモータは、機能的にロータリモータに似ている。これらはどちらも、磁場構成要素を有する。ロータリモータの場合、磁場構成要素は、典型的には回転子及び固定子を含み、円形構成に配置される。リニアモータの場合、磁場構成要素は、機能的には回転子及び固定子の円形磁場構成要素に相当するが、直線に配置される。そのため、例えば、ロータリモータが同じ磁極面の周りで回転してその磁極面を再使用することになるのに対して、リニアモータの磁場構成要素は、アクチュエータの長さにわたって物理的に繰り返されうる。さらに、リニア機械の構造は、多くの場合、ロータリモータの構造に比べてより単純でありうる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、一態様において、本発明は、長手軸を有し且つ空気に対して高い透磁率を有する材料で作られた磁心と、磁心上に連続的に配置されたコイルのアレイであって、各コイルが磁心の長手軸に巻回されているコイルのアレイと、コイルのアレイに沿って可動に取り付けられた磁石アセンブリとを備え、磁石アセンブリが、コイルのアレイに面したコイル側、及びコイルのアレイから反対方向に向いた反対側を有し、磁石アセンブリが、コイルのアレイに沿って長手軸に対して平行な方向に連続的に配置された永久磁石のアレイを含み、各永久磁石が、特定方向の磁場を特徴とし、複数の磁石の磁場が、磁石アセンブリのコイル側に生成される磁場を強めるとともに磁石アセンブリの反対側に生成される磁場を弱めるように選択及び配置される電磁アクチュエータに関する。
【０００５】
いくつかの実施形態は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含む。コイルのアレイは、コイルの直線アレイである。永久磁石のアレイは、１つの磁気回路だけを形成するか、隣接する磁気回路が互いの鏡である複数の磁気回路を形成する。磁石アセンブリは、複数の磁石リングを形成するようにコイルのアレイの周りに配置された複数の永久磁石のアレイを含み、磁石リングのそれぞれが、コイルのアレイを取り囲む。或いは、永久磁石のアレイは、それぞれがコイルアレイを取り囲む永久輪形磁石のアレイである。磁心は、長手軸に沿って区切られる。コイルのアレイ内のコイルは、全て個別に制御可能である。電磁アクチュエータはまた、コイルのアレイを取り囲むスリーブを含み、磁石アセンブリは、スリーブ上に重なる。スリーブは、円筒状とされる。スリーブは、コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長する冷却液流れチャネルを形成するように、コイルアレイから離間された内壁を有する。コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長するチャネルは、全体的に環状のチャネルである。コイルのアレイ内の全てのコイルは、長手軸に沿って幅Ｄを有し、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石もまた、長手軸に沿ってＤと等しい幅を有する。或いは、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石は、長手軸に沿って１．５Ｄに等しい幅を有する。磁心は、鉄及び／又は鋼鉄で作られる。コイルのアレイ内のコイルは、円筒状とされる。磁心は、少なくともコイルのアレイの一方の端部から少なくともコイルのアレイの他方の端部まで延伸する磁心内部の中空領域を有して、円筒状とされる。磁石のアレイは、＋Ｔ、＋Ｌ、及び−Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された３つの磁石を連続的に含み、ここで、＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、−Ｔは、長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、＋Ｌは、長手軸に対して平行に配向される磁場を示す。或いは、磁石のアレイは、＋Ｔ、＋Ｌ、−Ｔ、−Ｔ、−Ｌ、及び＋Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された、６つの磁石を連続的に含み、ここで、＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、−Ｔは、長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、＋Ｌは、長手軸に対して平行に配向される磁場を示し、−Ｌは、長手軸に対して平行であって＋Ｌとは反対の方向に配向される磁場を示す。
【０００６】
他の実施形態は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含む。磁心は、磁心の長さを伸長し動作中にそれを通して冷却液が圧送される、中空の内部領域を画定する。電磁アクチュエータは、スリーブの一方の端部にマニホルドをさらに含み、マニホルドは、冷却液入口を有し、且つ、入口を通って届く冷却液をコイルアセンブリ内に運搬するための経路を提供する。マニホルドはまた、冷却液出口を有し、且つ、冷却液がコイルアセンブリを通して循環した後で冷却液をコイルアセンブリから出口の外に運搬するための別の経路を提供する。電磁アクチュエータはまた、マニホルドとスリーブとの間に流れ分配板を含み、流れ分配板は、マニホルドからコイルアレイを取り囲む環状流れチャネルへ冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する。電磁アクチュエータは、マニホルドとは反対側のスリーブのもう一方の端部に、流れ方向転換板をさらに含む。流れ方向転換板は、磁心領域と環状流れチャネルとの間で冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する。磁心は、コイルのアレイ内のコイルに電気的に接続する電線を保持するための１又は２以上の通路を含む。磁心は、コイルのアレイの長さに沿ってそれぞれが延伸する２つのセグメントを含み、２つのセグメントは、コイルのアレイ内のコイルに電力を送達するための導電線として機能する。
【０００７】
本発明の１又は２以上の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明に提示される。本発明の他の特徴、目的、及び利点が、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ−Ｆ】単一磁気回路及び外側軟質磁気シースを有するリニアチューブ型アクチュエータの様々な部品を示す図である。
【図２Ａ−Ｅ】二重磁気回路を有するリニアチューブ型アクチュエータの様々な部品を示す図である。
【図３】リニアチューブ型アクチュエータに使用される輪形磁石の別の構成方法を示す図である。
【図４】リニアチューブ型アクチュエータの別の実施形態の斜視図である。
【図５】図４のリニアチューブ型アクチュエータの断面図である。
【図６Ａ−Ｄ】図４のリニアチューブ型アクチュエータのためのコイルの詳細を示す図である。図６Ａは、コイルの斜視図である。図６Ｂ〜Ｃは、各側からのコイルの図である。図６Ｄは、側壁２２２ａを取り除いたコイルの図である。
【図７】図４のリニアチューブ型アクチュエータの電気的接続部及び冷却液接続部が配置された端部の拡大断面図である。
【図８Ａ−Ｂ】図４のリニアチューブ型アクチュエータのための流れ分配板の、正面及び背面からの斜視図である。
【図９】図４のリニアチューブ型アクチュエータのための流れ方向転換板の斜視図である。
【図１０Ａ−Ｂ】図４のリニアチューブ型アクチュエータのための冷却液マニホルドの、正面及び背面からの斜視図である。
【図１１Ａ−Ｂ】図４のリニアチューブ型アクチュエータのための磁石アレイアセンブリの図である。
【図１２Ａ−Ｂ】磁石アレイアセンブリがコイルアレイ内に位置する、リニアチューブ型アクチュエータの別の実施形態を示す図である。
【図１３Ａ−Ｂ】磁石アレイアセンブリがコイルアレイ内にもコイルアレイの外側にも位置する、リニアチューブ型アクチュエータの別の実施形態を示す図である。
【図１４】円筒状磁心によって形成された中空磁心領域の中に、駆動されるコイルに近接して駆動回路が配置された、一実施形態を示す図である。
【図１５】６セグメントの磁心を有するリニアチューブ型アクチュエータを示す図である。
【図１６】アクチュエータ制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
各図面中の同様の構成要素及び特徴は同じ番号によって識別されることに留意されたい。
【００１０】
図１Ａ〜Ｂは、本明細書で説明される本発明の少なくともいくつかの態様を具体化するリニアアクチュエータの１つの形式を示す。図１Ｃ〜Ｆは、リニアアクチュエータの構造をより明らかに見せるために、様々な組立段階でのリニアアクチュエータを示す。図１Ａを参照すると、リニアアクチュエータは、例えば空気と比べて比較的に透磁率が高く、また、保磁度が低い、鉄、又は鋼鉄、又はミューメタルなどの軟質強磁性材料で作られた２つのセグメント１０を有する分割磁心を含む。２つの磁心セグメントは、並置したときに磁心の長手軸に沿って延伸する中空の中心磁心領域１１を含む円筒を形成する、円筒の半体である。絶縁スペーサ（図示せず）が２つの半体を分離してもよい。このようにして磁心を半体に分割することにより、さもなければコイル巻線の接線に流れる渦電流が回避される。これにより、うず損失は、そうしなかった場合よりも大幅に減少される。また、分割磁心を使用することにより、磁心がコイルのための給電線として機能することが許容される。さらに、後でより詳細に説明するように、磁心内部の中空領域はまた、動作中にコイルを冷却するためにそれを通して冷却液を循環させることができる経路を提供する。
【００１１】
図１Ｄを参照すると、磁心上には、互いに隣接して配置されて直線コイルアレイを形成する、同一のコイル１２の積み重ねが組み付けられる。これらは、接触するか又はわずかな距離だけ離されて互いに並ぶという点で、隣接する。説明される実施形態では、コイルは全て、磁心に対して同じ配向を有する。すなわち、コイルは全て、磁心に対して同じ方向に巻回される。ただし、この通りでなくてもよい。巻回方向は、設計要件に応じて交互になるか又は何らかの他の順序で配置されてもよい。
【００１２】
図１Ｅを参照すると、直線コイルアレイ上には、磁石アレイを形成する輪形磁石１６（すなわち、輪状の磁石）の積み重ねが配置される。説明される実施形態では、この磁石アレイは、隣接して配置された３つの輪形磁石１６の積み重ねで構成され、各輪形磁石は、コイルアレイ上に同軸に配置されてコイルアレイを取り囲む。この磁石アレイは、機械的に互いに保持されて磁石アセンブリを形成し、この磁石アセンブリは、下層のコイルに印加される電流により磁石アレイに与えられる力に応答して、コイルアレイ（及び磁心）の長さに沿って前後に動くことができる。つまり、磁石アレイは、コイルアレイに関して可動に取り付けられる。可動に取り付けられるということは、コイルアレイ及び磁心が保持固定されている場合には磁石アレイがコイルアレイ及び磁心に沿って移動することができるという場合、並びに、磁石アレイが保持固定されている場合にはコイルアレイが磁石アレイに対して移動することができるという場合を含むように意図されている。
【００１３】
輪形磁石１６は、永久磁石、例えばネオジミウム−鉄−ボロン磁石などの希土類磁石であるが、ハルバッハアレイ（Halbach array）によって得られるものに類似した結果を得るために、図１Ｂに示されるように配置されたそれらの極性を有する。より具体的には、３つの輪形磁石は、アレイの一方の側（すなわち、コイル内）の磁場を強めると同時にアレイの他方の側の磁場を弱めるように配置される。最上部の輪形磁石における磁場は、半径方向内方に配向され、中間の輪形磁石における磁場は、コイルアレイの軸に対して平行に上方に配向され、最下部の輪形磁石における磁場は、半径方向外方に配向される。３つの輪形磁石は、磁石アレイの外側の磁場を弱める（例えば、部分的に相殺する）と同時に磁石アレイの内側の磁場を強めるように機能する、単一磁気回路を形成する。これは、磁石の構成が１つのループを形成する磁場を生じさせるので、単一磁気回路である。
【００１４】
磁石アセンブリの内側のコイル１２に電流が印加されると、コイル内の円周方向電流と半径方向に配向された磁場との相互作用が、コイルアレイの長手軸に対して平行な力ベクトル（ローレンツ力）を生じさせる。これは、電流の極性及び磁場の方向に応じて、磁石アセンブリをアセンブリの長手軸に沿って一方の方向又は他方の方向に移動させる。
【００１５】
説明される実施形態では、各コイルの幅（すなわち、アクチュエータの動作の直線軸に沿った一方の側から他方の側までの寸法）は、同じ軸に沿ったアレイ内の輪形磁石の幅に等しい。言い換えれば、コイル及び磁石は、等しい周期を有する。したがって、１つの輪形磁石が隣接するコイルと位置合わせされると、他の全ての輪形磁石もまた、対応する隣接するコイルと位置合わせされる。しかし、これは必要条件ではない。コイルは、輪形磁石の幅とは異なる幅を有することができる。例えば、磁石アセンブリの動きを制御するためにコイルを駆動させることに関して言えば、コイルの幅の１．５倍の磁石リングの幅を選択する（すなわち、その２つの磁石リングがコイルアレイ内の３つのコイルにまたがる）ことが有利になりうることが分かっている。
【００１６】
図１Ｆを参照すると、空気に対する高い透磁率及び低い保磁度を有する強磁性材料で作られたシース又はスリーブ１８が、輪形磁石の積み重ねを取り囲む。このシースは、アレイの外側の磁場のための帰路を提供し、それにより磁石アセンブリの外側に延伸しうるいかなる磁場をもさらに弱める働きをする。しかしアクチュエータはシースが存在しなくとも移動可能であるという点でシースは任意のものであることが、理解されるべきである。
【００１７】
図２Ａ〜Ｅは、その磁石アセンブリが６つの輪形磁石によって形成された２つの磁気回路、すなわち２つの磁場ループを有すること以外は図１Ａ〜Ｅに示された実施形態に似ている一実施形態を示す。第１の磁気回路は、上部の３つの輪形磁石によって形成され、第２の磁気回路は、下部の３つの輪形磁石によって形成される。下部回路における磁石極性の配置は、上部回路における磁石極性の配置の鏡像（すなわち、コイルアレイの軸に対して垂直な平面に関する鏡像）であることに注意されたい。この構成においては、磁気モーメントは、アクチュエータの中央において２つのリングの幅にわたって半径方向に同じ方向に配向されることに注意されたい。これは、コイル電流に対して垂直な半径方向に配向された磁場が生ぜられるコイルアレイの連続領域を増大させる。
【００１８】
磁石リングの代替的な製造方法が、図３に示される。示されるように、磁性材料の固体リングである代わりに、各リングは、同じように磁化された永久磁石のアレイで構成される。図示された例では、同じように磁化された１２個の永久磁石立方体１７が存在し、これらが１つのリングを構成する。立方体磁石１７は、フレーム（図示せず）内に堅固に保持される。所与のリング内の磁石の磁場は全て、同一の円筒状縦座標方向に配向される。そのため、１つのリングにおいては、磁場は半径方向内方に向き、別のリングにおいては、磁場は半径方向外方に向き、さらに別のリングにおいては、磁場は磁心の長手軸に対して平行な方向に向く。
【００１９】
向上した性能若しくは組立ての容易さを得るために、個々の磁石に対して他の形状及び／又は相対的サイズを使用できることが、理解されるべきである。例えば、限定されることなしに、磁石は、台形状を有するか、又は環状リングのセグメントとなることができる。
【００２０】
次に、今しがた説明した特徴の多くを利用するリニアアクチュエータの別の実施形態のより詳細な例を提示する。
【００２１】
図４及び５を参照すると、リニアアクチュエータ２００が、円筒状のコイルアレイアセンブリ２０２を含み、コイルアレイアセンブリ２０２は、炭素繊維チューブ２１０内に一連のコイル２０６を含む。一連のコイル２０６の両側には、チューブの残りの部分を埋める、剛体材料、例えばDelrin（登録商標）（E.I. du Pont de Nemours and Company社の製品）で作られたスペーサ２０８のセットが存在する。円筒状の磁石アレイアセンブリ２０４が、炭素繊維チューブ２１０と、チューブ内に存在する一連のコイル２０６とを取り囲む。説明される実施形態では、一方の端には９個のスペーサ２０８が存在し、中間には個別に制御可能な１８個のコイル２０６が存在し、もう一方の端には９個のスペーサ２０８が存在する。適切な駆動シグナルがコイル２０６に印加されると、磁石アレイアセンブリ２０４は、炭素繊維チューブ２１０に沿って前後に移動されうる。
【００２２】
図６Ａ〜Ｄを参照すると、各コイル２０６は、円形で平坦な２つの側壁２２２ａと２２２ｂとの間に挟まれた円筒状の磁心セグメント２２０の２つの半体に巻回される。この構成は、コイル線２２４が巻き付けられるスプールを形成する。各円形の側壁２２２ａ及び２２２ｂは、その周辺部の周りに均等に離間された６つの突出部２２３ａ及び２２３ｂをそれぞれ有する。コイル２０６が炭素繊維チューブ２１０の内側に挿入されると、これらの突出部２２３ａ及び２２３ｂは、チューブの内壁に接触して、チューブ内でコイルを中心に置く。これらの突出部は、チューブ内でコイルを安定させる働きをするだけでなく、コイルを炭素繊維チューブの内壁から分離させ、また、それを通してシステムを冷却するために冷却液を流すことができる（以下でさらに説明される）、環状領域２１３（図７参照）を画定する。
【００２３】
一方の側壁２２２ａは、組み立てられた円形の磁心セグメントの内径と等しい直径を有してその中心に形成された穴２２６ａを備える。もう一方の側壁２２２ｂは、円形の磁心セグメントの内径よりは大きいが磁心セグメントの外径よりは小さい半径を有してその中心に形成された穴２２６ｂを備える。側壁２２２ｂが取り付けられる磁心セグメントの側面は、穴２２６ｂの内側半径よりもわずかに小さい内側半径を有する平坦で隆起した円形領域２２８を含み、したがって側壁２２６ｂは、隆起した領域２２８に嵌合し、且つ、隆起した領域２２８によって位置合わせされる。
【００２４】
一方の側からもう一方の側へスプールを貫通して形成された、均等に離間された穴の２つの円形アレイが存在する。側壁２２２ａ、磁心セグメント２２０、及び側壁２２２ｂを貫通する、外側の穴の円形アレイ２３０が存在する。側壁２２２ａ及び磁心セグメント２２０を貫通する、内側の穴の円形アレイ２３２も存在する。内側の穴の円形アレイは、アレイの中心線が、隆起した領域の直径未満の直径を有するが、図６Ｃ及びＤに示されるように、もう一方の側壁２２２ｂを貫通しない。説明される実施形態では、各アレイ２３０及び２３２内には１８個（すなわち、アレイ内のコイルの数に等しい数）の穴が存在する。間もなく説明するように、これらの２つの穴のアレイは、コイルを外部回路に電気的に接続する電線を通すために使用される。
【００２５】
側壁２２２ａはまた、側壁の外周のより近くに配置された、６つの位置合わせポスト２２７のリングを含む。側壁２２２ｂは、位置合わせポスト２２７のリングと同じ半径の位置に、均等に離間された１８個の穴２３４のリングを含む。３つの穴のアレイ２３０、２３２、及び２３４の各穴もまた角度的に位置合わせされること、すなわち、各アレイ内の１つの穴は、単一の半径方向ベクトルに沿って他の２つの穴のアレイのそれぞれからの穴と共線であることに留意されたい。コイルアレイを形成するようにコイルが積み重ねられると、１つのコイルの側壁２２２ａが、隣接するコイルの側壁２２２ｂに接触し、また、側壁２２２ａ上の位置合わせポストが、側壁２２２ｂ上の位置合わせ穴の中に位置し、したがって、２つのコイルが互いに対して回転することが防止され、また、１つのコイル内の種々のアレイ内の全ての穴が、隣接するコイル内の対応する穴のアレイと一致することが保証される。
【００２６】
側壁２２２ａには、それぞれが半径方向反対側に位置し且つそれぞれが下層の磁心セグメント２２０のうちの異なるセグメント２２０を露呈する位置に、２つの開口部２３６ａ及び２３６ｂが存在する。開口部２３６ａでは、外側の穴のアレイ内の隣接した穴の背後に配置された電線ソケット２３８ａ（図６Ｃではかろうじて見られる）が存在し、開口部２３６ｂでは、内側の穴のアレイ２３２内の隣接した穴の背後に配置された別の電線ソケット２３８ｂ（図６Ｄではより明瞭に見られる）が存在する。電線ソケット２３８ａは、磁心に巻き付けられるコイルの内側電線に（例えば、穴２３６ａを通してハンダを適用することにより）電気的に接続され、電線ソケット２３８ｂは、そのコイルの外側電線に（例えば、穴２３６ｂを通してハンダを適用することにより）電気的に接続される。側壁２２２ａには半径方向スロット２３９も形成され、この半径方向スロット２３９は、外側コイル線を穴２３６ａに送り戻すことを可能にし、外側コイル線は穴２３６ａにおいて、対応する電線ソケット２３８ａにハンダ付けされうる。
【００２７】
コイルがチューブ内に積み重ねられるときに、その積み重ねにおける各コイルは、次のコイルに対して、＋３６０／１８度だけ（例えば、共通の方向（例えば、時計方向）における全回転の１／１８回転される。各コイルの側壁上の位置合わせポストは、各コイルを貫通する穴が、積み重ね内の他の全てのコイルの対応する穴と位置合わせされ、それにより、分割された磁心の長さに沿って一方の端からもう一方の端まで延伸する２つの通路のアレイが形成されることを確実にする。一方の通路のアレイ（外側の通路のアレイと呼ばれる）は、外側の穴のアレイ２３０に対応し、第２の通路のアレイ（内側の通路のアレイと呼ばれる）は、内側の穴のアレイ２３２に対応する。積み重ね内の各コイルの隣のコイルに対する回転により、電線ソケット２３８が、各通路をその通路の長さに沿ったいくつかの位置において塞ぐことになる。閉塞が生じるコイルは、通路によって異なる。したがって、外側の通路のアレイを参照すると、各コイル２０６の電線ソケット２３８は、１８個の通路のうちの異なる１つを通してアクセス可能であることが容易に理解されるべきであり、また、内側の通路のアレイの場合も同様である。電気的に露出した端部を有する絶縁電線が、その電線の露出した端部がその通路のための電線ソケット内に位置するまでその通路を通過することにより、電線ソケット２３８に対する電気的接続が形成される。したがって、外側の通路を通して、各コイルの一方の端部に対して電気的接続が形成され、また、内側の通路を通して、各コイルの他方の端部に対して電気的接続が形成される。
【００２８】
コイルアレイアセンブリのどちらかの端に位置するスペーサは、コイルの形状と同じように成形される。つまり、それぞれのスペーサは、その軸に沿って磁心の内径に等しい直径を有する穴を有して円筒状とされる。電線が通過する必要がある、端部に位置するスペーサの全ては、コイル内の２つの穴のアレイ２３０及び２３２に対応する２つの穴のアレイも含む。各スペーサはまた、電線が通過することができる通路を形成するように穴のアレイが互いに整列することを保証する、位置合わせ特徴を含む。当然ながら、コイルアレイアセンブリ２０２の他方の端に位置するスペーサは、電線がそれらのスペーサを通過しないので、穴を有する必要はない。
【００２９】
各スペーサの外周部の周りには、長手方向に配置されたリブ又は突出部のアレイ（図示せず）が離間されて位置する。これらのリブ又は突出部は、コイル側壁２２２ａ並びに２２２ｂの周囲の突出部２２３ａ及び２２３ｂにそれぞれ対応し、同様の機能を果たす。つまり、スペーサ上のリブ又は突出部は、コイル側壁の周囲上の突出部のように、スペーサ２０８の外周部により一方の側が境界され、炭素繊維チューブ２１０の内壁により他方の側が境界された、環状の冷却液流れ領域２１３を構築する。
【００３０】
説明されている実施形態においては、図１の実施形態におけるように、一連のコイルによって形成された領域の内部に沿って延伸する軟質磁性材料の磁心が存在することに留意されたい。しかし、先の実施形態とは異なり、この磁心は、コイルアレイの一方の端から他方の端まで連続する２つの固体半体で構成されるのではなく、各コイル内の個々の磁心セグメントで構成される。さらに、各コイルセグメントは、隣接する磁心セグメントから電気的に絶縁され、且つ、そのコイル内のコイル巻線に電気的に接続される。このセグメント化された構成は、先に例示された手法と比較して、製造が容易であるという利点をもたらす。各コイルを固体の連続磁心上に滑らせるのではなく、磁心は、単純にコイルを積み重ね、整列した穴に沿って電線を挿入し、その後アレイ内の個々のコイルに対する電気的接続を形成することによって、形成される。
【００３１】
図４及び５に戻り参照すると、炭素繊維チューブ２１０の各端部は、冷却液システムの一部を形成する板によって覆われる。入力側端部には流れ分配板２５０があり、この流れ分配板２５０を通して、炭素繊維チューブ２１０の内表面に沿って延在する環状領域２１３内に冷却液が導入され、また、この流れ分配板２５０から、コイルアレイアセンブリ２０２の内部を通して循環した後の冷却液が流出する。チューブの他方の端部には、冷却液の流れを炭素繊維チューブ２１０の内壁に近い外側環状領域から磁心領域の長さに沿って延伸した中央通路に向け直す流れ方向転換板２７０があり、中央通路において、冷却液は他方の端部へ逆流して、コイルアレイアセンブリ２０２から出る。
【００３２】
図８Ａ及びＢを参照すると、流れ分配板２５０は、チューブ２１０に嵌合する円筒状に延伸した部分２６９を有し、ここで、延伸した部分２６９を取り囲む対応する溝２５７内に保持されたいくつかのＯリングにより、延伸した部分とチューブ２１０の内壁との間にシールが形成される。板２５０はまた、チューブ２１０に接して流れ分配板２５０がチューブ２１０に押し込まれうる範囲を制限する、フランジ部分２５９を有する。
【００３３】
図９を参照すると、流れ方向転換板２７０は、チューブ２１０の内径にわずかに満たない直径を有して円筒状とされ、それにより、流れ方向転換板２７０がチューブ２１０に完全に滑り込むことが可能となり、ここで、流れ方向転換板２７０を取り囲む対応する溝２７７内に保持されたＯリングにより、板２７０とチューブの内壁との間にシールが形成される。流れ分配板２５０の中心を貫く穴２８１と、流れ方向転換板２７０の中心を貫く対応する穴２８３とが存在する。ねじ付き端部を有するロッド２８５が、２つの端板２５０及び２７０のそれぞれの穴２８１及び２８３にねじ付き端部を貫通させて、一方の端から他方の端までコイルアレイアセンブリ２０２の中心を通過する。ロッド２８５のねじ付き端部上のナットが、アセンブリ全体をまとめて保持して、２つの端板２５０と２７０との間のスペーサ及びコイルの積み重ねを圧縮する。
【００３４】
最後のスペーサに接触する流れ方向転換板２７０の側には、半径方向に配置された６つのチャネル２９１を形成する、パイの形状の６つの隆起した島部分２９０が存在する。これらの６つのチャネル２９１は、コイルアレイ２１２を取り囲む環状領域を介して到着する冷却液がコイルアレイアセンブリ２０２内の中央通路へと下方に流れることができる経路を提供し、冷却液は中央通路を通って流れ分配板２５０に逆流する。
【００３５】
流れ分配板２５０は、それを通して冷却液がコイルアレイアセンブリ２０２に流入される、冷却液ポート２５１を有し、流れ分配板２５０はまた、冷却液がコイルアレイアセンブリ２０２を通して循環した後でそこから流れ出る、円形の通路のアレイ２５２を有する。流れ分配板２５０はさらに、２つの円形の穴のアレイ２５５及び２５６を含み、それらを通して電線が磁心に入り、コイルに接続する。図に示すように、アレイ内の各コイルにつき１つの穴で、各円形アレイ内に１８個の穴が存在する。
【００３６】
図８Ｂを参照すると、流れ分配板２５０の内側では、ポート２５１が、延伸した部分２６９の内側エッジを取り囲む環状領域２５７へのアクセスを提供する。この環状領域２５７は、炭素繊維チューブ２１０の内側とコイル２０６及びスペーサ２０８の積み重ねの外周部との間に形成された環状チャネル２１３に位置合わせされる（図７参照）。板２５０の内側には、通路２５２から中心の中空領域２５８へと半径方向内方に延伸するチャネルのアレイ２５３も存在する。中空領域２５８は、コイルアレイアセンブリ２０２の長さに沿って延伸する磁心領域と整列する。チャネルのアレイ２５８は、磁心領域内の冷却液が通路２５２に流れてコイルアレイアセンブリ２０２から出るための経路を提供する。
【００３７】
図７、１０Ａ、及び１０Ｂを参照すると、流れ分配板２５０に接触し、且つ、冷却液の入来流れを冷却液ポート２５１（図８Ａ及びＢ参照）に接続するように、また、通路２５２のアレイからの冷却液の流出を外部の圧送／冷却システム（図示せず）に接続するように機能する、マニホルド２８０が存在する。マニホルド２８０は、供給ライン２２１（図４参照）が連結される取入れポート２８２と、吐出しライン２２３が連結される出力ポート２８４とを含む。取入れポート２８２は、分配板２５０内の冷却液ポート２５１と整列してそれに連結される。マニホルド２８０はまた、内部チャンバ２８６を含み、この内部チャンバ２８６は、出力ポート２８４が連結され、また、通路のアレイ２５２と整列する。冷却液は、供給ライン２２１から取入れポート２８２を通って冷却液ポート２５１に入り、コイルアレイアセンブリ２０２に流れ込む。アレイを通して循環した後、冷却液は、通路のアレイ２５２を通ってチャンバ２８６に入り出力ポート２８４を出て吐出しライン２２３に流れることにより、コイルアレイアセンブリ２０２から出る。
【００３８】
図７を参照すると、マニホルドはまた、コイルアレイ内のそれぞれのコイルにつき２本のピンの、３６本のピン２８９を有する電線コネクタインタフェース２８７が嵌合される開口部を含む。整列した通路２３０及び２３２（図６Ａ参照）に沿って延伸してコイルに接続する電線３０１は、これらのピン２８９に接続される。図７では、図を視覚的に分かりにくくするのを避けるために、電線３０１のうちの１本のみが示されている。しかし、完全に組み立てられたデバイスにおいては、流れ分配板２５０から出てきて電線コネクタインタフェース２８７内の３６本のピンに接続する３６本の電線からなる束が存在することが、理解されるべきである。電線コネクタインタフェース２８７は、全てのピンの周りに水密シールを提供し、また、電線コネクタインタフェース２８７自体が、マニホルドアセンブリもまた水密になることを保証するシーラント（例えば、ガスケット又はＯリング）を用いてマニホルド内に固定されることに、留意されたい。
【００３９】
２５０と２８０との間の領域（図７）内の電線３０１は、可撓性であって、２８７／９の内部のピンと、通路２３０及び２３２を押し通されてきた個々の剛性電線との間の接続を作る。接続部位の直径を変更するために、２５０と２８０との間の可撓性が重要とされる。電線が全チャネル長さにわたって容易に押し通されうることを確実とするために、２３０及び２３２を通して剛性が重要とされる。説明される実施形態での相互接続は、剛性電線から可撓性電線への圧入接続によって形成され、また、可撓性電線からピンへの接続は、ハンダ付けされる。
【００４０】
磁石アレイアセンブリ２０４及び磁石リング１０２の構造が、磁石アセンブリの磁石リングのうちの１つの断面を提示する図１１Ａ〜Ｂに示されている。各リングは、アルミニウム製の環状型１３８で構成され、環状型１３８は、磁石１４０を受容するために環状型１３８の周りに１２個のスロットを画定する、半径方向内方に向けられた１２個の拡張部１３９を有する。環状型１３８は、内部円筒状スリーブ１４４を取り囲む。立方体形状の永久磁石１４０が、スロットのそれぞれの中に配置されて、環状リング１３８と内部スリーブ１４４との間の空間に１２個の磁石１４０の円形アレイを形成する。任意の特定の磁石リングにおいて、磁石の全てが、同じ円筒状縦座標方向に配向されたそれぞれの磁場を有し、すなわち、磁場は全て、同じ半径方向に又は同じ長手方向にある。
【００４１】
それぞれの磁石１４０を含む６つの環状型１３８の積み重ねが、内部スリーブ１４４上に組み付けられ、６つの層内の磁石は、ハルバッハアレイ（Halbach array）によって得られる結果と同様の結果を得るために、すなわち、一方の側で磁場を強めると同時に他方の側で磁場を弱めるために、適切な方向に配向される。磁石のアレイを含む６つの環状型の全体構成は、２つのアルミニウム製端板１６０間に配置され、端板１６０は、環状型１３８上の整列した拡張部１３９内の穴１６２を貫通するボルト（図示せず）によって一緒に保持される。磁石アレイアセンブリの各端部には、各端板１６０上に取り付けられ、穴１６２を貫通するボルト（図示せず）によって所定の位置に保持された、ブッシュ１７０が存在する。ブッシュ１７０は、ポリマー材料、例えばDelrin（登録商標）で作られるが、磁石リング１０２の外径に等しい外径と、スリーブ１４４の内径よりも小さいが炭素繊維チューブ２１０（図５参照）の外径よりもわずかに大きい内径とを有する。したがって、磁石アレイアセンブリ２０４がチューブ２１０上に組み付けられると、ブッシュ１７０は、チューブ２１０上の磁石アレイアセンブリ２０４を支持し、且つ、磁石アレイアセンブリ２０４がコイルに印加された駆動シグナルに応答してチューブに沿って前後に摺動することを可能にする。
【００４２】
説明される実施形態では、動作中の磁石アレイアセンブリ２０４の位置を判定するために外部制御回路を使用する直線位置センサ３００（例えば、リニアポテンショメータ又はリニアエンコーダ）が存在する。位置情報により、磁石アセンブリを次の所望位置に移動させるためにはどのコイルを活性化させるべきかを制御装置が判定することが可能になる。また、リニアアクチュエータの両端には、アクチュエータを支持し且つアクチュエータを別の構造物に取り付けるための、支持ブロック３１２及び３１４が存在する（図４参照）。
【００４３】
図１２Ａ〜Ｂは、コイルアレイのコイルが磁石アレイの磁石リングを取り囲み且つその外側に位置する、別の実施形態を示す。磁心は、輪形磁石３０のアレイで構成され、そのアレイの高さは、このアクチュエータからの所望される動きの範囲によって決定される。アレイ内の輪形磁石は、アレイの外側の磁場が強められるとともに磁心の内側の磁場が弱められる（又は相殺される）ように配置された、それぞれの磁極を有する。同一の個別的なコイル３２の積み重ねで構成されたコイルアレイアセンブリが、磁心を取り囲む。そして、軟質磁性材料のシース３４が、コイルアレイを取り囲む。この場合、コイルアレイは、コイルに印加される適切な駆動電流に応答して、固定磁石アレイに沿って前後に移動することができる。或いは、コイルアレイが動かないように保持され、磁石アレイが前後に移動してもよい。
【００４４】
図１３Ａ〜Ｂは、２つの磁石アレイ間にコイルアレイが存在し、コイルアレイが磁石アレイのうちの一方を取り囲み、第２の磁石アレイがコイルアレイ及び第１の磁石アレイを取り囲んでいる、一実施形態を示す。磁心は、輪形磁石４０の第１のアレイで構成され、そのアレイの高さは、このアクチュエータからの所望される動きの範囲によって決定される。同一の個別的なコイル４２の積み重ねで構成されたコイルアレイアセンブリが、磁心を取り囲む。そして、そのアレイの高さが輪形磁石の第１のアレイの高さに等しい輪形磁石４４の第２のアレイが、コイルアレイを取り囲む。両アレイ内の輪形磁石は、先に説明された修正ハルバッハアレイに類似した構成で配置される。より具体的には、内側のアレイ内の輪形磁石は、アレイの外側の磁場が強められるとともに磁心の内側の磁場が弱められるように配置された、それぞれの磁極を有する。外側のアレイ内の輪形磁石は、アレイの内側の磁場が強められ、アレイの外側の磁場が弱められるように配置された、それぞれの磁極を有する。図２Ａ〜Ｅの実施形態の場合のように、コイルアレイは、コイルに印加される適切な駆動電流に応答して、固定磁石アレイに沿って前後に移動することができる。或いは、コイルアレイが動かないように保持され、磁石アレイが前後に移動してもよい。
【００４５】
上述のリニアアクチュエータは、磁石アセンブリによって生じさせられる磁束通路内の１又は２以上のコイルに電流が印加されたときに生じさせられるローレンツ力によって作動される。一般に、磁石アセンブリの運動軸に沿って生じさせられる力に寄与する磁束のベクトル成分は、ローレンツ力の法則に従って、動作の軸及び電流の方向の両方に対して直角である。この電流は、コイルに取り付けられた電子駆動回路によって生じさせられる。
【００４６】
リニアアクチュエータの磁石アセンブリの位置を効率的に制御するためには、リニアアクチュエータ内の各コイルに流れる電流を別々に制御して、高い磁束密度と一致するコイルには高い電流を送り、低い磁束密度と一致するコイルには低い電流を送ることが必要である。制限の中で、浪費される単位電力当たりの最大量の力を生じさせるためには、最大の磁束密度と一致するコイルアレイ内の単一のコイル又は複数のコイルのみを作動させることにより、特定のリニアアクチュエータの幾何学的形状の最大効率が得られるはずである。しかし、複数のコイルを一度に作動させる他の実際的な理由が存在する。磁石アセンブリの位置が変化するときには、システムにおける電気損失の上昇を誘発しうる駆動シグナルの急な変化を避けるために、１つのコイルへの電流を徐々に増大させると同時に第２のコイルに印加される電流を徐々に減少させることが有用である。さらに、駆動電子装置の動作電圧の許容限界内に留まるために、また、単一のコイルにおける許容発熱量の許容限界内に留まるために、単一のコイルに印加されうる電圧の上限が存在する。これらの動作制約が与えられるとはいえ、動作の効率は、理論上の最大値からは多少低下する場合があり、リニアアクチュエータからのより高い全力出力は、磁石アセンブリの磁束通路内の複数のコイルに電流を印加することによって得られうる。
【００４７】
図１６を参照すると、リニアアクチュエータにおいてコイル１２のアセンブリ内の各コイルを流れる電流全体の制御を得るために、各コイル１２が、少なくとも電力増幅器及び電流測定センサを含む、測定電子装置と駆動電子装置の個々のセット（例えば、ドライバ回路４００）に接続される。さらに、電子装置は、１又は２以上の電圧測定センサ及び温度測定センサへの接続を含みうる。各電力増幅器は、定電力源４０２からの入力を受け取り、また、変調シグナル入力が存在する場合には、コイルに変調電力出力を印加し、変調シグナル入力は、変調電力出力の波形を制御する。変調シグナル入力は、中央制御装置４０４のマイクロプロセッサで実行している制御アルゴリズムによって制御される、デジタルシグナル又はアナログシグナルのどちらかである。
【００４８】
制御アルゴリズムは、リニアアクチュエータの現在の慣性パラメータ、リニアアクチュエータの目標慣性パラメータ、コイル内の電流、コイルを渡る電圧、コイル又は周囲環境の温度、磁石アセンブリの質量、及びリニアアクチュエータ又はその周辺環境の他の物理的パラメータのうちの１又は２以上に応じて、各コイルが受け取ることになる電流の量を決定する。リニアアクチュエータの慣性パラメータは、磁石アセンブリの位置、速度、及び加速度を含む。リニアアクチュエータ制御アルゴリズムは、測定電子装置から測定値を取得して駆動電子装置に変調制御シグナルを送る計算電子装置上で実施される。
【００４９】
計算電子装置の物理的な位置の決定には、複数の選択肢が利用できる。説明される実施形態では、駆動電子装置及び測定電子装置のそれぞれのセット間の通信を送受信するために、集中型の計算電子装置のセットが使用されうる。或いは、測定電子装置及び制御電子装置の各セットが、１又は２以上の他の計算電子装置のセットと通信する別個の計算電子装置のセットに接続されうる。又は、中央の計算電子装置のセットが、測定電子装置及び制御電子装置のセットにそれぞれが接続された１又は２以上の他の計算電子装置のセットと通信しうる。この態様では、制御アルゴリズムは、集中型又は分散型の制御アーキテクチャ内に実装されうる。さらに、計算電子装置間の通信は、直接の電気相互接続、光ファイバ相互接続、又は無線通信を含む、多数の使用可能な機構のうちの１又は２以上によって実行されうる。
【００５０】
次に図１４を参照すると、組み立てられた磁心セグメント１０によって形成された中空磁心領域はまた、各駆動回路がその駆動回路が駆動するコイルの近く又は内部に配置されうるように、コイルのための個々の駆動回路を保持するための空間を提供する。図１４は、中空磁心領域１１内で回路基板４８上にあり且つそれが駆動するコイルに近接した駆動回路４６を含む、部分的に組み立てられたコイル２０６のアレイを示す。２つのセグメントの間に挟まれた回路基板を示すために、磁心セグメント１０のうちの一方は取り除かれている。各ドライバ回路に対して、回路基板４８は、隣接するコイルからの２本の電線が内部にハンダ付けされる、金属インサートの形態をした２つの接点５０を含む。駆動回路を動作させそれぞれのコイルに所望の電流波形を印加するための制御バス５２が、回路基板４８の長さに沿って走る。各駆動回路４６は、この制御バスに接続される。また、制御バス５２は、アクチュエータの外部にある制御装置（図示せず）に接続する。当然ながら、制御機能は、回路基板上に位置し且つ個々のコイルに隣接して配置された回路の間で、部分的に又は全面的に分散されてもよい。この実施形態では、磁心セグメント１０は、導電性材料で作られて、駆動装置及びバスに電気的に接続されるコイルのための電力バスとして機能する。
【００５１】
コイルの積み重ねの中に駆動回路４６を配置する代替的な手法は、図６Ｂに示されるようにコイル２０６の側壁２２２ｂ上にその回路を作ることである。基本的に、各コイルは、その側壁のうちの一方（又は両方）上に駆動回路を有することができ、次いでこの回路は、中心において、電力バスと、中央磁心を通って延在する制御バスとに、例えばＰＣＢ又は電線を介して接続されうる。
【００５２】
図１５に示された実施形態では、磁心は、互いに電気的に絶縁された６つの導電性セグメント１２０で構成される。これらは、コイルにＡＣ電力を供給するための３相電気バスを形成する。駆動回路（図示せず）は、アクチュエータの外側に配置され、駆動シグナルは、コイルが電気的に接続される６つのセグメントを介してコイルに送られる。各バスセグメントの対は、コイルアレイ内の３つごとに１つの要素に対応するコイルの群に接続される。例えば、１つのセグメントの対は、第１のコイル、第４のコイル、及び第７のコイル、等に接続される。第２のセグメントの対は、第２のコイル、第５のコイル、及び第８のコイル、等に接続される。
【００５３】
上述の実施形態では、小さい方のアレイ、例えば図１の場合における磁石アレイ、又は図１３の場合におけるコイルアレイが可動要素であることが暗に含まれていた。しかし、この通りでなくてもよい。その逆も正しいとされうる。すなわち、小さい方のアレイが固定保持され、大きい方のアレイが駆動電流に応答して移動してもよい。又は、使用されるリンク機構に応じて、両方のアレイが、アクチュエータが取り付けられるアセンブリに対して移動してもよい。
【００５４】
本明細書において例示されたデバイスは、全てリニアチューブ型アクチュエータであるが、原理は、直線形でないデバイス、及び円筒状でないデバイスにも同じように容易に適用することができる。例えば、コイルのアレイは、円の弧又は円の完全な円周でありうる湾曲した経路に沿って位置してもよい。その場合、コイルのアレイは、アクチュエータが接続される回転軸の運動を制御するロータリエンジンの一部分を形成しうる。一般に、コイルのアレイが従う湾曲した経路は、直線形又は円形である必要はなく、はるかに複雑な形状をとることができる。
【００５５】
さらに、コイルは、上述されたように断面が円形である必要はない。コイルは、小数の例を挙げれば矩形、楕円形、又は長円形などの、他の断面形状を有することができる。また、磁石は、必ずしもコイルアセンブリを取り囲む必要はない。磁石は、コイルアレイの矩形断面の向かい合った側面上に、他の２つの向かい合った側面上には磁石を含まずに配置されてもよい。又は、磁石は、コイルアレイの１つの側面上のみにあってもよいが、そのような構成は、はるかに効率が落ちるであろう。
【００５６】
他の実施形態が、以下の特許請求の範囲に記載の範囲に含まれる。例えば、入力マニホルドとは反対側のチューブの端部に、出力マニホルドが配置されうる。その場合、冷却液は、チューブの一方の端部に流入して他方の端部から流出することになる。
【図１】
2016515799.tif 000003
【図２】
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【図３−４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８−９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２−１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月20日(2016.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を有する磁心であって、空気に対して高い透磁率を有する材料を含む磁心と、
前記磁心上に連続的に配置されたコイルのアレイであって、コイルのアレイの各コイルが前記磁心の前記長手軸に巻回されている、コイルのアレイと、
前記コイルのアレイに沿って可動に取り付けられた磁石アセンブリと、を備え、前記磁石アセンブリが、前記コイルのアレイに面したコイル側、及び前記コイルのアレイから反対方向に向いた反対側を有し、前記磁石アセンブリが、前記コイルのアレイに沿って前記長手軸に対して平行な方向に連続的に配置された永久磁石のアレイを含み、各永久磁石が、特定の方向の磁場を特徴とし、複数の磁石の前記磁場が、前記磁石アセンブリの前記コイル側に生成される磁場を強めるとともに前記磁石アセンブリの前記反対側に生成される磁場を弱めるように選択及び配置される、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
コイルのアレイが、コイルの直線アレイである、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
永久磁石のアレイが、１つの磁気回路のみを形成する、請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
永久磁石のアレイが、２つの磁気回路を形成する、請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
２つの磁気回路が、互いの鏡である、請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
磁石アセンブリが、複数の永久磁石のアレイを含み、第１の永久磁石のアレイが、前記複数の永久磁石のアレイのうちの１つであり、前記複数の永久磁石のアレイが、コイルのアレイの周りに配置されて、前記コイルのアレイをそのそれぞれが取り囲む複数の磁石リングを形成する、請求項１〜５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
永久磁石のアレイが、永久輪形磁石のアレイであり、各永久輪形磁石がコイルアレイを取り囲む、請求項１〜６のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
磁心が、長手軸に沿って分割される、請求項１〜７のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
コイルのアレイ内のコイルのそれぞれが、個別に制御可能である、請求項１〜８のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
コイルのアレイを取り囲むスリーブをさらに備え、磁石アセンブリが前記スリーブ上に重なる、請求項１〜９のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
スリーブが円筒状である、請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
スリーブが、コイルアレイから離間された内壁を有し、前記コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長する冷却液流れチャネルを形成する、請求項１０又は１１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
コイルアレイを取り囲み且つその長さを伸長するチャネルが、全体的に環状のチャネルである、請求項１２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
コイルのアレイ内の全てのコイルが、長手軸に沿って幅Ｄを有し、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石もまた、前記長手軸に沿ってＤと等しい幅を有する、請求項１〜１３のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
コイルのアレイ内の全てのコイルが、長手軸に沿って幅Ｄを有し、永久磁石の直線アレイ内の全ての磁石が、前記長手軸に沿って１．５Ｄに等しい幅を有する、請求項１〜１３のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
磁心が、鉄及び／又は鋼鉄を含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１７】
コイルのアレイ内のコイルが、円筒状である、請求項１〜１６のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１８】
磁心が、少なくともコイルのアレイの一方の端部から少なくとも前記コイルのアレイの他方の端部まで伸長する前記磁心内部の中空領域を有して円筒状である、請求項１〜１７のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１９】
永久磁石のアレイが、＋Ｔ、＋Ｌ、及び−Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された３つの磁石を順番に含み、
＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、
−Ｔは、前記長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、
＋Ｌは、前記長手軸に対して平行に配向される磁場を示す、請求項１〜１８のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２０】
永久磁石のアレイが、＋Ｔ、＋Ｌ、−Ｔ、−Ｔ、−Ｌ、及び＋Ｔを得るように３つの磁石の磁場の方向が選択並びに配置された６つの磁石を順番に含み、
＋Ｔは、長手軸に対して直角に配向される磁場を示し、
−Ｔは、前記長手軸に対して直角であって＋Ｔとは反対の方向に配向される磁場を示し、
＋Ｌは、前記長手軸に対して平行に配向される磁場を示し、
−Ｌは、前記長手軸に対して平行であって＋Ｌとは反対の方向に配向される磁場を示す、請求項１〜１８のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２１】
磁心が、前記磁心の長さを伸長し動作中にそれを通して冷却液が圧送される、中空の内部領域を画定する、請求項１〜２０のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２２】
スリーブの一方の端部にマニホルドをさらに備え、前記マニホルドが、冷却液入口を有し、且つ、前記入口を通って届く冷却液をコイルアセンブリ内に運搬するための経路を提供する、請求項２１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２３】
マニホルドが、冷却液出口も有し、且つ、前記冷却液がコイルアセンブリを通して循環した後で前記冷却液を前記コイルアセンブリから前記出口の外に運搬するための別の経路を提供する、請求項２２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２４】
マニホルドとスリーブとの間に流れ分配板をさらに備え、前記流れ分配板が、前記マニホルドからコイルアレイを取り囲む環状流れチャネルへ冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する、請求項２２又は２３に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２５】
マニホルドとは反対側のスリーブのもう一方の端部に流れ方向転換板をさらに備え、前記流れ方向転換板が、磁心領域と環状流れチャネルとの間で冷却液を運搬するための１又は２以上のチャネルを画定する、請求項２２〜２４のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２６】
磁心が、コイルのアレイ内のコイルに電気的に接続する電線を保持するための１又は２以上の通路を含む、請求項１〜２５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２７】
磁心が、コイルのアレイの長さに沿ってそれぞれが伸長する２つのセグメントを含み、前記２つのセグメントが、前記コイルのアレイ内の前記コイルに電力を送達するための導電線として機能する、請求項１〜２５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２８】
磁心の中空領域内にコイルに近接して配置された複数の駆動回路をさらに備える、請求項１８に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２９】
複数の駆動回路の各駆動回路が、コイルのアレイのうちの対応する異なるコイルを駆動するためにそのコイル内に配置され且つ構成される、請求項２８に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３０】
磁心が、導電性材料で作られた２つの長手方向のセグメントを含み、前記２つのセグメントが、複数の駆動回路のための電力バスとして機能する、請求項２９に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３１】
中空領域に沿って伸長し複数の駆動回路が接続される制御バスをさらに備え、前記制御バスが、前記複数の駆動回路を制御するための制御サインを送達する、請求項３０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３２】
磁心が、複数のセグメントを含み、コイルのアレイの各コイルが、前記複数のセグメントのうちの異なるセグメントに巻回されて、複数の個別のコイルアセンブリを形成する、請求項１〜３１のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３３】
複数のコイルアセンブリの各コイルアセンブリが、２つの側壁を含み、そのコイルアセンブリのための前記コイルが前記２つの側壁間に挟まれる、請求項３２に記載の電磁アクチュエータ。
【国際調査報告】
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