CN113169654A - 线性电磁机 - Google Patents

Abstract

一种线性电磁机，包括定子、平移器和轴承系统。当平移器轴向往复运动时，轴承系统保持对准以抵抗平移器相对于定子的侧向位移。更特别地，轴承系统在定子和平移器的磁体部段之间保持电机气隙。定子包括形成多个相的多个定子齿和绕组。定子齿和绕组使用带有脊骨的箍堆叠布置以形成定子孔并限定电机气隙。轴承系统可以包括轴承壳体，该轴承壳体被构造成形成与平移器的表面对接的轴承界面。轴承界面可以包括接触式轴承或非接触式轴承，例如气体轴承。在相中控制电流以在平移器的电能和动能之间转换。

Description

线性电磁机

相关申请的交叉引用

本公开涉及线性电磁机，更尤其是涉及具有平移器、定子和轴承的线性电磁机。本申请要求2018年7月24日提交的美国临时专利申请号62/702,860和2018年7月25日提交的美国临时专利申请号62/703,338的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

线性电机在电能和移动元件的动能之间转换。线性电机的设计必须确保高效运行、成本效益的构造以及可靠性。为了匹配旋转发电机的效率，线性发电机必须能够与便宜且轻量化的振荡器设计兼容，采用高效材料，允许几何结构优化，以及提供高的铜狭槽填充。本公开解决了全部四个要求。

发明内容

在一些实施例中，本公开涉及一种线性电磁机(LEM)。LEM包括定子、平移器和两个轴承壳体。定子包括多个绕组和定子孔。平移器被构造成与定子电磁地相互作用并且布置成在定子孔内基本上沿轴线轴向移动。平移器包括平移器轴承表面。两个轴承壳体中的第一轴承壳体在第一纵向位置处联接至定子，两个轴承壳体中的第二轴承壳体在第二纵向位置处联接至定子。第一轴承壳体和平移器轴承表面能够形成第一轴承间隙，第二轴承壳体和平移器轴承表面能够形成第二轴承间隙。例如，第一轴承间隙和第二轴承间隙可以被构造成包含加压气体，并且用作气体轴承。在另外的示例中，在一些实施例中，LEM被构造成用于无油操作。

在一些实施例中，平移器包括磁体部段。例如，磁体部段和定子孔能够形成电机气隙。在一些实施例中，磁体部段包括以纵向堆叠排布置的多个磁体。在一些实施例中，纵向堆叠排的内部排包括具有第一轴向长度的磁体。在一些这样的实施例中，纵向堆叠排中的终端排包括具有第二轴向长度的磁体，第二轴向长度小于第一轴向长度。在一些实施例中，平移器包括至少一个结构特征，该结构特征与磁体部段的至少一个磁体接合以约束该至少一个磁体的轴向运动。在一些实施例中，多个磁体结合到平移器的表面。在一些实施例中，平移器包括在径向上位于磁体部段上的包裹物。例如，包裹物约束磁体的侧向位移。

在一些实施例中，磁体部段包括第一纵向长度，并且多个绕组包括第二纵向长度。第二纵向长度可以大于、等于或小于第一纵向长度。在一些实施例中，磁体部段包括磁极长度，定子包括具有狭槽节距的多个狭槽和齿。在一些这样的实施例中，磁极长度和狭槽节距基本上不相等。

在一些实施例中，多个绕组被分组为多个相，并且多个相中的每个相包括多个绕组中的一个或多个绕组。例如，在一些实施例中，多个相等于或大于三个相。在另外的示例中，多个绕组中的每个绕组对应于一个相。

在一些实施例中，磁体部段包括多个磁体，定子包括围绕定子孔沿方位角布置的多个定子齿。多个定子齿包括具有第一方位角间隙的一对连续定子齿。磁体部段包括在磁体部段的方位角连续的磁体之间的第二方位角间隙。第一方位角间隙和第二方位角间隙被构造成基本上保持方位角对准。在一些实施例中，第一方位角间隙在方位角方向上大于第二方位角间隙。在一些实施例中，平移器包括被构造成约束方位角旋转的特征。

在一些实施例中，第一轴承壳体通过第一挠曲组件联接至定子，该第一挠曲组件被构造成至少对侧向位移提供机械刚度，第二轴承壳体通过第二挠曲组件附着(affix)至定子，该第二挠曲组件被构造成至少对侧向位移提供机械刚度。

在一些实施例中，本公开涉及一种线性机。该线性机包括具有定子孔的定子、平移器、包括表面的至少一个轴承壳体以及被构造成将至少一个轴承壳体附着至定子的组件。平移器被构造成相对于定子线性移动。在一些实施例中，平移器包括磁体部段和轴承表面。定子孔和磁体部段形成电机气隙。轴承表面和该表面形成轴承界面，该轴承界面能够使平移器与至少一个轴承壳体对准。为保持电机气隙，与对轴承壳体的俯仰和横摇相比，该组件对侧向位移提供相对更大的刚度。在一些实施例中，轴承壳体被轴向定位以便允许平移器的磁体部段行进超过定子的端部、超过定子的箍堆叠(hoop stack)的轴向长度、或超过定子的端部和定子的箍堆叠的轴向长度两者。

在一些实施例中，平移器包括平移器管，磁体部段附着至平移器管，轴承表面包括平移器管的外表面。

在一些实施例中，该组件包括刚性地附着至定子的至少一个安装件以及附着至所述至少一个安装件和所述至少一个轴承壳体的至少一个挠曲件。与对轴承壳体的俯仰和横摇相比，所述至少一个挠曲件对侧向位移提供相对更大的刚度。在一些实施例中，代替挠曲件或除了挠曲件之外，还可以使用诸如球形接头之类的固定装置。

在一些实施例中，轴承壳体至少部分地围绕轴承表面沿方位角延伸，所述至少一个挠曲件至少部分地围绕轴承壳体沿方位角延伸。

在一些实施例中，轴承界面是气体轴承界面，线性机被构造成用于无油操作，或者在没有液体润滑剂的情况下以其他方式操作。在一些实施例中，轴承界面是液体或固体界面，线性机被构造成用于无油操作。例如，将加压气体提供给气体轴承以提供抵抗侧向位移的刚度。

附图说明

根据一个或多个各种实施例，参考以下附图详细描述了本公开。提供附图仅出于说明目的，并且仅描绘了典型或示例性实施例。提供这些附图以促进对本文公开的构思的理解，并且不应视为对这些构思的广度、范围或适用性的限制。应当注意，为了清楚和易于说明，这些附图不一定按比例绘制。

图1示出了根据本公开的一些实施例的说明性线性电磁机的横截面图；

图2示出了根据本公开的一些实施例的带冷却的说明性线性电磁机的透视图；

图3示出了根据本公开的一些实施例的包括箍堆叠和脊骨的说明性线性电磁机的透视图；

图4示出了根据本公开的一些实施例的说明性定子的透视图；

图5示出了根据本公开的一些实施例的说明性箍的透视图；

图6示出了根据本公开的一些实施例的说明性定子齿的轴向视图和透视图，该定子齿包括多个叠片；

图7示出了根据本公开的一些实施例的示例性箍的透视图，该箍布置有一组定子齿；

图8示出了根据本公开的一些实施例的说明性线圈的轴向视图和透视图；

图9示出了根据本公开的一些实施例的说明性脊骨的透视图；

图10示出了根据本公开的一些实施例的示例性端板的透视图；

图11示出了根据本公开的一些实施例的包括端板、一个箍线圈和脊骨的说明性组件的透视图；

图12示出了根据本公开的一些实施例的包括端板、一些箍线圈和脊骨的说明性组件的透视图；

图13示出了根据本公开的一些实施例的说明性组件定子的透视图，该组件定子包括端板、箍和脊骨；

图14示出了根据本公开的一些实施例的示例性轴向叠片堆叠的侧视图和一组说明性轴向叠片堆叠的透视图；

图15示出了根据本公开的一些实施例的带有引线管理和方位角间隙的说明性箍线圈以及脊骨的侧视图；

图16示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器的侧视图；

图17示出了根据本公开的一些实施例的图16的平移器的轴向端视图；

图18示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器管和轨道的端部的横截面侧视图；

图19示出了根据本公开的一些实施例的具有磁体部段的说明性平移器的一部分的俯视图；

图20示出了根据本公开的一些实施例的具有用于布置磁体的特征的说明性平移器的一部分的透视图；

图21示出了根据本公开的一些实施例的布置有磁体的说明性平移器部段的一部分的透视图；

图22示出了根据本公开的一些实施例的说明性磁体部段的一部分的横截面图；

图23示出了根据本公开的一些实施例的具有包裹物的说明性平移器的透视图；

图24示出了根据本公开的一些实施例的示例性轴承壳体的透视图；

图25示出了根据本公开的一些实施例的包括轴承壳体、轴承安装件、挠曲件和挠曲件安装件的说明性组件的一部分的侧视图和正视图；

图26示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器和定子的剖切横截面图；

图27示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器和轴承壳体的横截面图；

图28示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器和附加部件的端视图；

图29示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器和定子的横截面图；

图30示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器和定子的横截面图；

图31示出了根据本公开的一些实施例的示例性LEM的框图，该LEM包括示例性电机气隙；

图32示出了根据本公开的一些实施例的具有磁极距构造的说明性电机气隙的框图；

图33示出了根据本公开的一些实施例的说明性LEM系统的框图；

图34示出了根据本公开的一些实施例的说明性系统的图；

图35示出了根据本公开的一些实施例的说明性相控制系统的框图；和

图36示出了根据本公开的一些实施例的说明性发电机组件的横截面侧视图。

具体实施方式

本公开涉及线性电机、其部件以及控制线性电机的方法。线性电机包括固定部件即定子和可动部分即平移器。定子和平移器被构造成彼此电磁地相互作用。例如，定子可以包括一个或多个相，平移器可以包括具有一个或多个磁体的磁体部段。平移器的运动可能会受到相的绕组中的电流的影响。为了说明，可以控制相中的电流以通过在平移器的运动方向上施加力(例如，充当电动机)来移动平移器，或者可以控制相中的电流以通过施加与平移器的运动方向相反的力(例如，充当发电机)来使平移器减速(即，制动)。可替代地，在诸如发电机的线性电气系统中，绕组中感应的电流可以被提取为电能。轴承系统保持平移器相对于定子以及可能的其他部件对准，以实现期望或可预测的轨迹。例如，轴承系统可以约束平移器在远离预期轨迹的方向上的运动。

图1-3示出了根据本公开的一些实施例的说明性线性电磁机(LEM)。

图1示出了根据本公开的一些实施例的说明性LEM 100的横截面图。LEM 100包括平移器160、定子150、轴承壳体102和104、轴承安装件103和105、挠曲件113和115、特征部123-126以及轴承界面112和114。平移器160包括被构造成与定子150电磁地相互作用的部段163和管162。例如，部段163(也称为“电磁部段”或“磁体部段”)可以包括磁体部段，所述磁体部段具有永磁体、电磁体、感应部分或其组合。尽管被称为管，但是管162可以具有任何合适的横截面形状，并且相应地轴承界面112和114可以具有对应的形状。例如，在一些实施例中，管162可以具有矩形横截面，并且相应地，轴承界面112和114可以是平坦的而不是环形的。在另外的示例中，在一些实施例中，管162可以具有第一纵向距离(即，轴向距离)的至少一个圆形横截面和第二纵向距离的至少一个矩形横截面，其中第一和第二纵向距离可以相等或不同。

定子150和部段163电磁地相互作用以引起平移器160的运动、影响平移器160的运动、将平移器160的动能(例如，基于平移器160的速度质量)转换为电能(例如，定子150的相的绕组中以及如果需要，联接至绕组的电力电子器件中的电能)、将电能(例如，定子150的相的绕组中以及如果需要，联接至绕组的电力电子器件中的电能)转换成平移器160的动能、或它们的组合。定子150(例如，定子的层叠铁齿)和部段163(例如，其永磁体)之间的电机间隙151(称为“电机气隙”)影响定子150和平移器160之间的电磁相互作用的磁阻。例如，电机间隙151越小，定子150和平移器160之间能够实现的电机力常数越大(例如，更大的磁通量)。但是，如果电机间隙151接近零(例如，在一个或多个位置处)，平移器160可能会接触定子150，从而引起摩擦、冲击、变形、电短路、降低性能、故障、或其任何组合。因此，轴承用于保持定子150和平移器160的侧向对准(例如，将电机间隙151维持在可操作范围内)。

在一些实施例中，如图所示，轴承壳体102和104通过轴承安装件103和105以及挠曲件113和115附着至定子150。例如，通过将轴承壳体102和104刚性地附着至定子150可以帮助抵消施加在平移器160上的侧向(例如，径向)负荷。在一些实施例中，轴承壳体102和104中的一个或两个可以通过挠曲件113和115联接至定子150，从而在一个或多个方向上规定刚度或顺应性。在一些实施例中，挠曲件113和115可以附着至定子150，并且不需要包括轴承壳体103和105。在一些实施例中，不需要包括挠曲件113和115，轴承壳体103和105可以分别附着至轴承壳体102和104。在一些实施例中，轴承壳体102和104中的一个或两个不需要附着至定子150，而是可以附着至任何其他合适的固定部件(例如，外部框架)。在一些实施例中，仅需要一个轴承壳体(例如，轴承壳体102或轴承壳体104)。为了说明，用以支撑平移器的轴承壳体的悬臂式安装可以在平移器上提供最小的约束，这为不对准提供了更大的容许误差。

在一些实施例中，一个或两个轴承界面112和114被构造成接触式轴承。在一些实施例中，一个或两个轴承界面112和114被构造成非接触式轴承。在一些实施例中，一个或两个轴承界面112和114被构造成气体轴承(例如，一种非接触式轴承)。在一些这样的实施例中，一个或两个轴承壳体102和104被构造成从特征部123-126接收轴承气体，所述特征部123-126可以包括用于接收相应轴承气体供应的相应端口。例如，参考管状几何形状，轴承壳体102和104中的每个可以包括布置在径向向内表面处的轴承表面，所述轴承表面被构造成与轴承界面112和114中的相应环形气体轴承对接。管162可以包括圆柱形轴承表面，该圆柱形轴承表面被构造成与环形轴承界面112和114对接。在操作期间，轴承界面112和114允许平移器160以低摩擦或接近零的摩擦沿着轴线190移动，并防止偏离轴线190的明显侧向(例如，径向)运动。例如，轴承界面112和114可以被构造成在操作期间保持定子150(例如，定子铁齿及其铜绕组)和部段163之间的电机气隙151。将理解的是，轴承界面112和114以及电机气隙151可以分别具有任何合适的厚度。例如，一般而言，在确保可靠操作的同时，厚度优选尽可能地薄。在一些实施例中，轴承界面112和114被构造成为20-150微米厚，并且电机气隙151被构造成为20-40mm厚。

在其中轴承界面112和114被构造成气体轴承的说明性示例中，轴承气体被构造成沿着基本上径向向内方向(即，指向轴线190的流线)离开轴承壳体102和104(例如，以在轴承界面112和114中形成相应的气体轴承)。轴承气体可以流动通过轴承壳体102和104的多孔部分、轴承壳体102和104内的管道和孔口、或它们的组合，以到达相应的轴承界面112和114。

在一些实施例中，轴承壳体102和104可以在对应的轴承表面处包括涂层、可消耗层、干膜润滑剂、耐磨涂层或其组合，以适应例如与平移器160的接触，同时限制或避免对平移器、轴承壳体或两者造成损坏。在一些实施例中，平移器160可以包括涂层、可消耗层、干膜润滑剂、耐磨涂层或其组合，以适应例如与轴承壳体102和104的接触，同时限制或避免对平移器、轴承壳体或两者造成损坏。在一些实施例中，轴承壳体围绕平移器完全地且连续地(例如，沿方位角360°)延伸。在一些实施例中，轴承壳体包括一个或多个轴承段，这些轴承段围绕平移器延伸小于360°的方位角范围。例如，轴承壳体可以包括四个轴承段，每个轴承段围绕平移器延伸约九十度，其中在轴承段之间具有方位角间隙。轴承壳体可以包括具有任何适合数量的间隙并以任何适合配置围绕平移器布置的任何适合数量的轴承段。

在一些实施例中，平移器160可以包括附着至管162的轴向端部的一个或多个活塞或端盖。例如，管162可以用作联接活塞和其他部件以形成刚性平移器的刚性本体。在另外的示例中，LEM 100可以作为线性发电器的一部分(例如，如图36所示)而被包括，其中一个活塞被构造成接触反应部段，而另一个活塞被构造成接触气体弹簧。尽管在图1中示出了部段163在轴向上短于定子150，但是根据本公开的一些实施例，部段163在轴向上可以比定子150短、比定子150长、或与定子150一样长。在一些实施例中，无论部段163是比定子150长、短、还是一样长，部段163或其部分都能够轴向定位在定子150的外部(例如，轴向超过定子150的端部)。

图2示出了根据本公开的一些实施例的带冷却的说明性LEM 200的透视图。LEM200包括定子250、平移器260、轴承组件202和204以及冷却系统270。平移器260被构造成沿着轴线290移动，这受轴承组件202和204的约束。可以包括多个相的定子250被构造成与平移器260的部段电磁地相互作用，该部段可以包括永磁体、电磁体、感应部分或其组合。轴承组件202和204均可以包括一个或多个轴承壳体、一个或多个安装件、一个或多个挠曲件、任何其他合适的部件、或其任何合适的组合，以与平移器160(例如，其表面262可以用作轴承表面)形成轴承界面。在一些实施例中，LEM 200可以被构造成用于空气冷却、液体冷却、或两者。冷却系统270可以包括增压室、护套、护罩、防护罩、叶片、任何其他合适的硬件或它们的任何组合，以将冷却流体引导到定子250的部件周围。例如，LEM 200可以被构造成用于空气冷却，冷却系统270可以包括冷却套、护罩或两者，所述冷却套、护罩或两者被构造成在整个定子250中接收和引导冷却空气。在另外的示例中，LEM 200可以被构造成用于液体冷却，冷却系统270可以包括冷却套，该冷却套被构造成接收和引导冷却流体通过定子250。在一些实施例中，如图所示，定子250包括脊骨208和端板210，它们将在图4-13的上下文中进一步描述。如图所示，轴承组件202包括轴承壳体225、挠曲件221、安装件222和特征部220(例如，其可以包括用于调整轴承刚度的特征部或用于轴承气体的端口)。在一些实施例中，包括系杆251，以向定子250的部件提供轴向压缩。例如，系杆251可以包括在每个端部处的轴向延伸穿过端板210的部段(例如，螺纹部段)，垫圈、螺母、压接连接器或其他终端件附着至这些部段以接合端板210并保持压缩。

图3示出了根据本公开的一些实施例的包括箍堆叠351和脊骨352的说明性线性电磁机300的透视图。箍堆叠351包括沿轴线390布置的多个箍(例如，包括示出的箍353，供参考)，以形成定子孔(例如，由附着至箍堆叠351的箍的定子齿形成)。如图所示，箍堆叠351包括端板354，该端板布置在多个箍的相应轴向端部上以用于结构支撑。脊骨353联接至端板354和箍堆叠351的箍，以保持箍的对准。在一些实施例中，可以包括一个或多个可选的系杆359，用以向箍堆叠351提供轴向压缩(例如，系杆359可以与端板354接合)。轴承组件302和304保持定子350与平移器360之间的对准(例如，电机间隙的侧向对准)。例如，在图4-13的上下文中进一步描述了箍、线圈、定子齿及其组件。多个相引线370对应于箍堆叠351的线圈。

定子是LEM部件，其被构造成容纳一个或多个相中的电流、一个或多个相中的电动势或两者，以提供与平移器的电磁相互作用。电磁相互作用包括磁通相互作用(例如，具有影响磁阻的电机气隙)、力相互作用(例如，具有影响电流-力关系的力常数)、或两者。

图4示出了根据本公开的一些实施例的说明性定子400的透视图。定子400包括多个定子齿402(例如，铁元件、叠片堆叠或两者)，其被布置为形成定子孔，如图所示。虽然显示为圆形，但是定子齿可以限定可界定电机气隙的任何合适的复合表面(例如，平坦、弯曲、分段、分片、圆形、非圆形或其他)。在一些实施例中，脊骨452、端板454和系杆452或它们的任何组合提供结构支撑以保持定子400的对准。来自定子400的多个绕组的引线413可以被引导至电力电子器件、可以在它们的子集之间被联接(例如，形成星形中性，直接串联地联接两个或多个绕组)、或其组合。尽管在图4中未示出，但是一个或多个轴承壳体可以附着至定子400，以便约束平移器的侧向位移，该平移器被构造成与定子400电磁地相互作用(例如，与定子400形成电机气隙)。在一些实施例中，包括系杆451，以向定子400的部件(例如，箍线圈、定子齿402或两者)提供轴向压缩。

定子(例如，定子400)可以包括用于引导磁通量的多个铁元件。这些铁元件或“定子齿”可以包括以圆形图案(例如，如图5和图7所示，由箍布置)布置的一定数量的叠片堆叠(例如，如图6所示)。叠片堆叠均是线性堆叠，当以圆形布置时，该线性堆叠可以一起近似于圆形的定子孔。包含更多的定子齿可以提供更均匀的气隙(例如，在齿和具有磁体部段的平移器之间)、允许更紧密的气隙、潜在地允许更好的电机性能、或其组合。包含更少的定子齿可以减少零件数量和组装成本。在一些实施例中，为了获得高可靠性，冷却系统提供定子和绕组冷却、定子被构造成用于易于布线相引线、定子被构造成实现用于绝缘材料(例如，介电绝缘、隔热层、或两者)的空间、或其组合。

图5示出了根据本公开的一些实施例的说明性箍500的透视图。箍500被构造成容纳一组定子齿，该组定子齿至少部分地围绕箍500的轴线590(例如，方位角方向是围绕轴线592)沿方位角布置。关于定子供参考的是，如图5所示，轴线592代表轴向方向(即，纵向)，轴线591代表径向方向(即，侧向)，轴线590代表方位角方向。箍500包括本体501(例如，主结构部分或“加强环”)、被构造成容纳或以其他方式接合一个或多个脊骨的可选的凹部504、可选的防变形接片502和可选的对接部503。例如，在图5中示出了四个凹部504，不过可以包括任何合适数量的凹部以容纳对应的脊骨。在一些实施例中，箍不包括凹部，并且脊骨在具有或不具有任何附加特征的情况下连接至箍500。防变形接片502从本体501轴向延伸，并且被构造成防止定子齿的叠片的沿方位角或侧向变形。在一些实施例中，防变形接片502可以包括一个或多个孔或其他特征部，所述孔或其他特征部被构造成允许冷却空气流渗透定子(例如，流动通过防变形接片502到达绕组和定子齿)。对接部503被构造成容纳或以其他方式接合定子齿的特征部以保持定子齿的位置、对定子上的力产生反作用、或两者。箍500可以由金属、金属片材、塑料或任何其他片材构成，包括任何合适的处理(例如，弯曲、折断、压制/冲压、切割、钎焊、焊接、粘附或其他)以形成形状、形成特征部、附接特征部或其任何组合(例如，防变形接片502、凹部504、对接部503)。

图6示出了根据本公开的一些实施例的说明性定子齿600的轴向视图和透视图，该定子齿600包括多个叠片。所示叠片601示出了材料薄片，定子齿由该材料薄片形成。类似于601的多个叠片(尽管它们不必相同)堆叠以形成定子齿600。例如，可以从金属片材上切割出多个钢叠片(例如，通过冲压、激光切割、等离子切割、线切割、喷水切割或任何其他切割技术)，然后附着至彼此(例如，粘结、互锁、焊接、栓接或任何其他合适的手段)以形成叠片堆叠(即定子齿600)。关于定子供参考的是，如图6所示，轴线692代表轴向方向，轴线691代表径向方向，轴线690代表方位角方向(例如，围绕轴线692的方位角)。如图所示，定子齿600包括用于轴向啮合定子齿的特征部650和651。特征部650和651可以包括凸台、凹部、凹槽、狭槽、台阶、凸起部分、用于接合轴向相邻的定子齿(例如，附着至相邻的箍)的任何其他合适的几何特征部、或其任何组合。在一些实施例中，特征部650和651提供用于组装箍堆叠(例如，图3中的箍堆叠351)的标引特征部、帮助箍堆叠的对准、或两者。

区域605代表被构造成容纳一个或多个绕组的凹部。例如，在特定轴向位置处的与定子齿的区域605类似的区域对准以形成空隙体积，在该空隙体积中可以缠绕或以其他方式插入导电绕组(例如，线圈的导电绕组)。在一些实施例中，定子齿600或其区域605被包裹或以其他方式被覆盖有电绝缘材料(例如，Nomex片材)以防止绕组与定子齿600电短路。在替代实施例中，导电绕组被包裹或以其他方式被覆盖有电绝缘材料(例如，Nomex带)以防止绕组与定子齿600电短路。特征部603(包括所示的凹口)被构造成允许定子齿600与箍接合(例如，如图7所示)。例如，特征部603可以与图5的箍500的对接部503接合。定子齿末端604(也称为定子齿尖端)用于与多个定子齿的类似特征部一起限定定子孔。在一些实施例中，定子齿末端604的形状可以在方位角方向上(例如，在690方向上)是平坦的。在替代实施例中，定子齿末端604的形状可以具有凸形、凹形或提供期望的定子孔表面所需的任何其他合适的形状。如正视图中虚线轮廓所示，定子齿末端604可以是弯曲的或以其他方式成轮廓以更接近圆形(例如，圆形定子孔)。

在一说明性示例中，叠片601可以包括薄的、低损耗的、高磁导率的钢叠片。在另外的说明性示例中，叠片601可以使定子齿形状最优化以形成电机气隙并提供高的铜狭槽填充(例如，更多的绕组或绕组匝数)。如图6所示，定子齿600的叠片(例如，叠片601)具有足够均匀的厚度，使得当沿轴向方向观察时，定子齿600具有矩形轮廓。在一些实施例中，叠片601的厚度不必是均匀的。例如，叠片601在定子齿末端604处的厚度可以比在外径向端部(例如，特征部603所在的位置)处的厚度小，使得在形成定子齿600时，当沿着轴向方向观察时，定子齿600形成V状轮廓(例如，定子齿的内表面小于定子齿的外表面区域)。该V状轮廓可以减小或消除一组定子齿的外径处的相邻定子齿之间的方位角间隙(例如，如图7中的定子齿环所示)，从而增加定子的钢材料量，这可以降低磁通密度并提高效率。

图7示出了根据本公开的一些实施例的说明性箍701的透视图，该箍布置有一组定子齿702(“箍齿组件”)。该组定子齿702在特定轴向位置或位置范围处局部地限定定子孔703。该组定子齿702中的每个齿与箍701的对接部接合(例如，对接部753是其中之一)。在一些实施例中，每个对接部753包括与定子齿(例如，定子齿702中的定子齿)接合的特征部754(例如，所示的狭槽)和用于保持接合的特征部755(例如，所示的挠曲件)。在一些实施例中，该组定子齿702可以被焊接、钎焊、胶粘、压接或以其他方式附着至箍701，特征部755可以但非必须被包括在内。特征部756(例如，所示的一个或多个保持件)被构造成提供用于冷却空气流动的路径，以帮助冷却线圈(或其绕组)、定子齿、箍、脊骨、系杆或其组合。在一些实施例中，特征部756可以被选择性地覆盖以将定子的部段划分成两个或更多个冷却区。

在一些实施例中，如图所示，该组定子齿702包括方位角间隙704，该方位角间隙被构造成在平移器上提供防旋转力、被构造成允许平移器的特征部移动得较细微(例如，轨道)、允许线圈引线远离绕组布线、或其任何组合。在一些实施例中，可以包括引线盖705，用以引导线圈引线远离绕组、提供定子齿的对准、或两者。例如，引线盖705可以包括内部通道，以使线圈引线远离绕组布线或引导。另外，引线盖705可以由介电材料(例如，塑料)构成，以使线圈引线与该组定子齿702和加强环701电绝缘。在一些实施例中，定子孔703处的一个或多个方位角间隙可以包括在该组定子齿间。在一些实施例中，在该组定子齿间不包括在定子孔703处的基本上明显的方位角间隙。在一些实施例中，包括定子孔703处的一个或多个方位角间隙并且其被构造成提供抗旋转力。可以包括特征部711(例如，所示的一个或多个孔)，用以容纳系杆、提供用于冷却空气的轴向冷却路径、或两者。

在一说明性示例中，箍可以是冲压件，该冲压件用于控制单个齿阵列的圆度。当许多齿阵列被轴向串联地堆叠时，箍与任何合适数量或类型的脊骨以及任何合适数量或类型的端板一起控制定子孔的平直度。箍可以包括任何合适的特征部以将叠片堆叠附着、接合、预加载或其任何组合到这些特征部的对准位置上，以可靠地限定定子孔、允许卡扣组装在一起、或两者。所堆叠的组件允许使用定子齿末端(例如，如图6所示)以提高电机效率并减少磁损耗，同时仍允许线圈容易插入、良好的狭槽填充和简单的定子组装。在一些实施例中，定子齿包括对准凸台和凹穴，所述对准凸台和凹穴在叠片中冲压而成，以在将多个齿阵列轴向堆叠在一起时提供形对准(positive alignment)。

在一些实施例中，将箍齿组件的堆叠进行压缩以提高定子组件的刚度。在一些实施例中，箍齿组件可以在压缩下组装并通过系杆、焊缝、胶水或其组合固定就位。在一些这样的实施例中，包括特征部(例如，接片)来防止各个独立叠片堆叠或定子齿在被压缩加载时屈曲或变形(例如，通过使用防变形接片)。这些特征部可以是单独分离的部件，或者也可以集成到箍设计中。

在一些实施例中，一组定子齿可以在定子齿环的径向外部区域处包括方位角间隙(例如，基于齿设计)。可以通过在径向外端部处包括较大厚度的定子齿叠片(例如，因此定子齿以较小的半径沿方位角渐缩)来填充或以其他方式消除这些间隙。例如，当在轴向上观察时，定子齿可以在径向方向上具有V形形状，而不是均匀的厚度。使用V形形状可以改善电磁性能，但是可能增加冷却流体流动通过定子的阻力。

图8示出了根据本公开的一些实施例的说明性线圈800的轴向视图和透视图。线圈800包括绕组802和引线804。在一些实施例中，如图所示，线圈800包括一段以适当形状(例如，所示的圆形)包裹的导电材料，以形成绕组(即，绕组802)。导电材料的其余部分形成引线(即，引线804)。例如，引线804可以联接至其他引线(例如，其他线圈的引线)、电力电子器件、电端子、中性Y型连接件、任何其他合适的连接件或其任何组合。在一说明性示例中，当线圈800被包括在由全桥控制的相中时，两个引线804可以联接至H桥电路的合适的节点以用于电流控制。在另外的说明性示例中，当线圈800被包括在由半桥控制的相中时，引线804中的一个可以联接至半桥电路的合适的节点以用于电流控制，引线804中的另一个可以连接到中性Y型连接件。在另外的说明性示例中，当线圈800被包括在一个相中时，两个引线804可以联接至其他线圈的引线(例如，该相包括一个以上的线圈)。

在一些实施例中，线圈800可以由铜线、铝线、任何其他合适的金属线或其任何组合形成。例如，具有N个层叠绞合线(例如，其中N是整数)的铜线可以缠绕(例如，围绕芯轴或其他工具以限定线圈孔830)以形成绕组802，未缠绕的端部形成引线804(例如，具有任何合适的长度的引线)。在一些实施例中，如图所示，绕组802、引线804或两者可以用电绝缘材料包裹以防止短路(例如，诸如Nomex、Kapton或其他合适的一种或多种材料)。在一些实施例中，引线804在端部处包括电终端件(例如，压接的连接器、软焊的端部或其他合适的部件或处理)。在一些实施例中，线圈孔830与定子孔相同或大于定子孔。例如，线圈孔830可以大于定子孔，以防止绕组802与平移器偶然接触。在另外的示例中，线圈孔830可以大于定子孔，定子齿的径向内部部分布置在线圈孔830的径向内侧。多个线圈(每个线圈类似于线圈800)可以被包括在定子中(例如，图4的定子400)，从而构成定子的相。例如，每个相可以包括一个或多个串联电联接的线圈。在另外的示例中，每个相可以包括一个线圈。在一些实施例中，可以使用可结合的线、具有可结合的绝缘的线、或两者来形成线圈或其绕组。例如，形成线圈，然后将线圈或其绕组部分加热(例如，在烤箱中烘烤)以固定。线圈可以包括具有任何合适的横截面的线，例如圆形、正方形或任何其他合适的形状。线圈可以包括任何适当材料(例如，铜、铝)的线或任何其他合适的线。

图9示出了根据本公开的一些实施例的说明性脊骨900的透视图。脊骨900被构造成定位、布置、保持、对准或以其他方式影响定子的箍的轴向堆叠。脊骨900包括长度901，该长度被构造成轴向骑跨定子的一个或多个箍。脊骨900可以被构造成为箍的堆叠提供轴向刚度、方位角刚度、侧向刚度(例如，径向)或其组合。定子可以包括具有任何合适形状的任何合适数量的脊骨。例如，尽管图示为矩形，但是脊骨可以是弯曲的(例如，遵循沿方位角的弧)、分段的、弯折的、由平面中的规则或不规则形状限定的、或任何其他合适的形状。在一些实施例中，如图所示，脊骨900包括用于附着或以其他方式联接至定子的箍的特征部902。特征部902可以包括例如孔、狭槽、凹部、凸台、齿、销、螺纹紧固件(例如，螺纹螺柱)、任何其他合适的特征部、或其任何组合，以定位和保持箍的布置。定子(例如，图4的定子400)中可以包括一个或多个均与脊骨900类似的脊骨，以便为定子及其部件提供结构支撑、对准、或两者。在一些实施例中，脊骨900骑跨单个箍的长度并且沿轴向方向附接至其他脊骨，使得当轴向堆叠时，脊骨共同骑跨定子的长度。在一些实施例中，脊骨900骑跨多个箍的长度并且在轴向方向上附接到其他类似的脊骨，使得当轴向堆叠时，脊骨共同骑跨定子的长度。在一些实施例中，脊骨通过对准包括在箍齿组件中的定子齿来帮助限定定子孔。此外，在操作期间，脊骨提供抵抗定子齿的扭曲或其他位移的刚度，并因此潜在抵抗定子孔的扭曲或其他位移。

图10示出了根据本公开的一些实施例的说明性端板1000的透视图。端板1000被构造成限定箍堆叠的轴向范围。例如，端板1000可以类似于箍500，但是没有对应的线圈或定子齿。在另外的示例中，端板1000可以类似于包括对应的线圈或定子齿的箍500。在另外的示例中，端板1000不必类似于箍500，并且可以但不必包括对应的线圈(或多个线圈)或定子齿。在一些实施例中，端板1000与箍相同(例如，在定子的任一轴向端部处的端子箍用作端板，无需单独的部件)。在一些实施例中，端板1000可以附着至或以其他方式联接至一个或多个脊骨(例如，类似于图9的脊骨900)。例如，特征部901可以包括孔、狭槽、凹部、凸台、齿、销、螺纹紧固件(例如，螺纹螺柱)、任何其他合适的特征部或其任何组合，以与一个或多个脊骨对接。在一些实施例中，端板1000在结构上比堆叠的每个箍更硬，以便为组装的定子提供结构刚度。端板1000包括端板孔1030，该端板孔大于定子孔。端板孔1030允许平移器轴向移动，不妨碍平移器的运动。在一些实施例中，一个或两个端板(每个都类似于端板1000)可以被包括在定子(例如，图4的定子400)中，所述端板布置在定子的纵向端部处。例如，可以在定子的每个纵向端部处包括端板(例如，包括两个端板)。在一些实施例中，除了将定子的端部盖住之外，可以在定子内的中间位置中使用端板1000，以便为定子堆叠提供附加的结构支撑。在一些实施例中，端板1000可以用于将轴承直接附接到定子。在一些实施例中，一个或多个端板可以布置在箍堆叠内(例如，在两个箍齿组件之间)。端板可以具有被构造成帮助将箍保持在一起的任何合适的设计。脊骨可以具有被构造成帮助将箍保持在一起的任何合适的设计。在一些实施例中，定子不必包括脊骨、端板或两者。在一些实施例中，端板1000包括用于与脊骨对接并接合脊骨的特征部1001。在一些实施例中，端板1000包括用于与系杆相对接并接合系杆的特征部1002。

图11示出了根据本公开的一些实施例的说明性组件1100的透视图，该组件1100包括端板1101、一个箍齿组件和一个线圈(统称为箍线圈组件1102或“箍线圈”)、以及脊骨1103和1104。脊骨1103和1104联接至端板1101，该端板1101限定了定子的第一轴向侧。箍线圈组件1102包括箍、一组定子齿1105和一个或多个线圈1106并且布置成与端板1101轴向成一直线(例如，沿定子的轴线)。在一些实施例中，组件1100是用于完整的定子的第一构造块。图12示出了根据本公开的一些实施例的说明性组件1200的透视图，该组件1200包括端板1101、多个箍线圈组件1202(例如，包括箍线圈组件1102)以及脊骨1103和1104。组件1200是部分组装的定子。箍线圈组件1202沿着定子的轴线堆叠。在一些实施例中，箍线圈组件1202的引线1213被定向为相同的取向，不过它们不必如此。在一些实施例中，组件1200是用于完整的定子(例如，图13的定子1300)的先决条件。图13示出了根据本公开的一些实施例的说明性组装好的定子1300的透视图，该组装好的定子1300包括端板1101和1301、箍线圈1302(例如，包括箍线圈组件1202)以及脊骨1103和1104。箍线圈组件1302沿着定子1300的轴线堆叠，从而限定定子孔(例如，定子齿1305限定定子孔)。例如，定子孔与平移器的磁体部段一起限定了电机气隙。在一些实施例中，箍线圈组件1302的引线1313被定向为相同的取向，不过它们不必如此。在一些实施例中，引线1313联接至电力电子器件(例如，如图33、34和36所示)，该电力电子器件被构造成控制引线1313中的一个或多个(例如，可以对应于相)中的电流。在一些实施例中，引线1313中的一些联接至电力电子器件，并且引线1313中的一些联接至其他引线(例如，以串联或并联方式布置线圈，或者形成中性Y型或星型节点)。在一些实施例中，箍线圈组件1302中的一个或多个附着至脊骨1103和1104(例如，通过紧固、压接、互锁、压紧、齿槽对接、销接、或以其他方式定位和约束)。在一些实施例中，脊骨1103和1104为箍线圈组件1302提供侧向对准(例如，以确保定子孔基本平直)。定子1300包括如图所示的四个脊骨(例如，脊骨1103、1104、1304和1306)，但是定子也可以包括任何合适的脊骨。在一些实施例中，可以通过形成更长的堆叠(例如，在堆叠中使用更长或更短的脊骨，使用偏置脊骨，以及更多或更少的箍线圈)来选择轴向长度、相数或两者。在一些实施例中，可以包括可选的系杆1351，以提供轴向压缩。在一些实施例中，箍线圈组件被堆叠成使得相邻的箍线圈组件在其各自的定子齿界面处对接或接合，以便定子齿支承轴向方向上的任何压缩负荷，同时可选地箍和脊骨保持对准。

在一说明性示例中，端板1101和1301可以被构造成与轴承安装件、挠曲件或轴承壳体对接，该轴承安装件、挠曲件或轴承壳体被构造成约束被构造成与定子1300电磁地相互作用的平移器的侧向(例如，径向)位移。在一些实施例中，邻近端板的箍线圈组件不需要在轴向外端部处(例如，在箍线圈组件和端板之间)具有线圈。例如，，堆叠的每个箍线圈组件可以包括两个线圈，定子齿的每个轴向端上有一个线圈，不同之处在于，第一个箍线圈和最后一个箍线圈(例如，远离端板)仅在轴向内侧端部上包括线圈。在一些实施例中，堆叠的每个箍线圈组件可以包括两个线圈，定子齿的每个轴向端部上有一个线圈，包括第一个箍线圈组件和最后一个箍线圈组件(例如，邻近端板的箍线圈组件)。

图14示出了根据本公开的一些实施例的说明性轴向叠片1400的侧视图和一组说明性轴向叠片堆叠1450的透视图。轴向叠片1400包括由多个狭槽(例如，狭槽1402)分开的多个齿(例如，包括齿1401)。如图所示，叠片堆叠1450(例如，包括叠片堆叠1460)包括布置成形成定子孔1453的一组叠片堆叠(每个堆叠包括与叠片1400类似的多个叠片)。叠片堆叠1450的该组定子齿限定了定子孔1453。狭槽1454至少部分地围绕定子孔1453沿方位角延伸，所述定子孔布置在定子齿的轴向连续排之间。在一些实施例中，导线可以缠绕在狭槽1454中以形成绕组。在一些实施例中，可以将线圈安装在狭槽1454中，其中相引线以任何合适的方式布线。在一些实施例中，该组叠片堆叠中的叠片堆叠的轴向长度等于或小于定子的长度。在一些实施例中，使用结构和对准固定装置、特征部、部件或其中的任何组合来布置叠片堆叠1450。例如，叠片堆叠1450可以通过至少一个箍(例如，类似于图3中的箍353)、脊骨(例如，图3中的脊骨352)、端板(例如，图3中的端板354)、系杆(例如，图3中的系杆359)或其任何组合在结构上被支撑和对准。

图15示出了根据本公开的一些实施例的具有引线管理盖(例如，使用盖1503)、方位角间隙1504和脊骨1510-1513的说明性箍线圈1500。箍线圈组件1500包括箍1502、一组定子齿1501、线圈(例如，包括绕组1520以及引线1521和1522)和盖1503。在一些实施例中，如图所示，方位角间隙1504被包括在该组定子齿1501间，以影响平移器上的防同步(anti-clocking)力，该平移器被构造成与包括箍线圈组件1500的定子电磁地相互作用。箍1502联接至脊骨1510、1511、1512或者以其他方式通过脊骨1510、1511、1512和1513被约束侧向运动(例如，沿径向、沿方位角或其他方式)。盖1503可以但不必在轴向和径向上延伸整个箍线圈1502，所述盖被构造成保护和引导引线1521和1522远离绕组1520到达电力电子器件、其他绕组的引线、中性Y型/星型节点、或任何其他合适的电端子。在一些实施例中，盖1503的存在引起该组定子齿1501间的第二方位角间隙。在一些实施例中，方位角间隙(例如，方位角间隙1504和盖1503的方位角间隙)可以位于任何合适的方位角位置处(例如，基本上相隔180度)、可以具有任何合适的尺寸(例如，基本上相同的尺寸)、或两者。在一些实施例中，箍线圈组件的定子齿之间的一个或多个方位角间隙可以被构造成影响被构造成与包括箍线圈组件的定子电磁地相互作用的平移器上的防同步力。如图所示，图7示出了对于方位角间隙1504和用于盖1503的方位角间隙之间的齿而言的定子齿之间的均匀方位角间隙，但是并非必须如此。在箍线圈组件中，定子齿可以以具有任何合适尺寸的任何合适数量的方位角间隙布置。在一些实施例中，箍线圈组件可以包括每个箍两个线圈(例如，在该组定子齿的相对轴向两侧上)，不过也可以在箍线圈中包括任何合适数量的线圈(例如，一个或多个线圈)。在一些实施例中，定子叠片齿距(也称为定子狭槽节距)可以随着箍线圈组件的不同而变化，这基于箍线圈组件在定子堆叠内的轴向位置。在一些实施例中，如果平移器的速度曲线在行程的中点处(例如，定子的中心)最高，则可能需要在定子的中间设置较长的定子狭槽节距，这是因为这能够降低相频率和随之而来的铁芯损耗。类似地，如果平移器的速度曲线在行程的止点(例如，定子的端部)附近最低，则可能需要在定子的端部处设置较短的定子狭槽节距，这是因为这能够增加相频率或每匝EMF，从而允许从端部绕组贡献更大的功(即，一定距离上的力)。在一些实施例中，与位于定子的中心部分中的箍线圈组件的定子狭槽节距相比，位于定子的端部部分处的箍线圈组件可以包括更短的定子狭槽节距。

如图11-13所示，具有对应线圈和定子齿的多个箍(例如，图15的多个箍线圈组件1500)可以轴向堆叠以形成定子。例如，具有对应线圈的多个箍可以沿着一个或多个脊骨(例如，脊骨1510-1513)堆叠，以便对准、固定或两者。在一些实施例中，对于每个箍线圈组件，包括线圈的绕组的匝数是相同的。在一些实施例中，包括线圈的绕组的匝数可以随着箍线圈组件的不同而变化。例如，在一些实施例中，朝向定子的端部定位的箍线圈组件可以包括具有较少的绕组匝数的线圈，朝向定子的中心定位的箍线圈组件可以包括具有较多的绕组匝数的线圈，或者朝向定子的端部定位的箍线圈组件可以包括具有较少的绕组匝数的线圈并且朝向定子的中心定位的箍线圈组件可以包括具有较多的绕组匝数的线圈；或者反之亦然。

在一些实施例中，定子不必包括单独的脊骨。例如，在一些实施例中，可以将多个箍线圈轴向堆叠在一起，可选地围绕中心芯轴(例如，作为磁体部段加上电机气隙的代替物)对准，然后焊接或结合到彼此。在另外的示例中，可以通过轴向预加载(例如，用系杆将堆叠置于压缩下)然后焊接、或者轴向预加载随后夹紧、或者两者，将箍线圈至于压缩下。在一些实施例中，多个箍线圈可以轴向地堆叠在一起，并且使用一个或多个延伸穿过箍的堆叠的系杆轴向地置于压缩下。例如，在一些实施例中，除了脊骨和端板之外或代替脊骨和端板，可以使用系杆。在一些实施例中，每个轴向堆叠的箍都与脊骨相对接，并且系杆用于将箍线圈组件的轴向堆叠置于轴向压缩下。

在一些实施例中，本公开的部件被构造成(例如，为了保持较低的制造成本)利用现有的电机制造基础设施(例如，压力机、模具、线圈机、绝缘系统)，有效地利用层叠片材，提供与自动化组装和验证方法的兼容性，允许流水化的手工组装，并提供足够的冷却选项，以便实现高的功率密度和低的材料和组装成本。

在一说明性示例中，围绕堆叠组件(即，定子)的径向外部的裸露定子齿(例如，金属)和绕组(例如，铜线或铝线)为无源或有源电机冷却提供了通路，以便控制温度并改善电机寿命(例如，在大电流负载下)、电机效率、电机功率或其任何组合。在一些实施例中，可以安装护罩(例如，如图4所示)，以便更有效地将冷却空气引导到绕组之间、定子齿之间或其组合的磁气隙中。

平移组件或“平移器”与定子电磁地相互作用以在电能和动能之间转换。因此，平移器能够在电磁力的作用下移动，在施加于平移器的任何力的作用下移动，在定子的各相中产生电动势(emf)(例如，以及反过来对定子产生的电动势起反作用)，实现标称线性运动路径，以及承受操作(例如，循环)期间承受的热负荷和机械负荷。

图16示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器1600的侧视图。图17示出了根据本公开的一些实施例的平移器1600的轴向端视图。图16的轴向端视图是从方向1601进行的。平移器1600包括管1612。平移器1600包括部段1613，该部段可以包括用于实现与定子的期望的电磁相互作用的特征部(例如，磁体)。平移器1600还可选地包括轨道1616，该轨道被构造成提供位置索引、防同步轴承表面、或两者。在一些实施例中，平移器1600不包括轨道，而是通过平移器和定子(例如，在定子齿之间具有方位角间隙的定子)之间的电磁相互作用在方位角方向上提供足够的防同步刚度。在一些实施例中，平移器1600或其部件可以关于轴线1690对称(例如，包括以轴线1690为中心的圆形形状、紧固件图案、轨道的布置以及具有旋转对称性的其他方面)。在一些实施例中，平移器1600或其部件不必关于轴线1690对称。在一些实施例中，部段1613可以具有与管1612基本上相同的直径。在一些实施例中，部段1613可以具有小于或大于管1612的直径。在一些实施例中，部段1613、管1612或两者的外部尺寸在轴向方向上可以是均匀的、不均匀的、或两者。例如，管1612可以包括渐缩部、台阶、或两者。在另外的示例中，部段1613可以在其轴向中心处或附近具有较大的直径。在一些实施例中，平移器1600可以包括由不同材料制成的几个部段。在一些实施例中，可以针对所需的特性(例如，重量、机械强度以及电或热特性)优化平移器1600的部段的材料组成。

轨道1616例如包括：表面1640，该表面可以包括用于位置指示或标引的特征部；表面1641，该表面可以包括防同步轴承表面；表面1642，该表面1642可以包括防同步轴承表面。在一些实施例中，根据本公开，平移器可以包括零个、一个、两个或多于两个的轨道，所述轨道在平移器上具有任何合适的方位角或轴向位置。例如，在一些实施例中，平移器可以包括多于一个的轨道以提供多个位置指示(例如，用于冗余、准确性、对称性或其组合)。在一些实施例中，平移器1600不必包括任何防同步轨道。在一些实施例中，平移器与定子之间的磁性相互作用可以在方位角方向上提供足够的防同步刚度。在一些实施例中，在没有防同步轨道1616的情况下，例如，位置标引特征可以直接附接至平移器1600、直接集成在平移器1600中、或两者(例如，直接附接至管1612、直接集成在管1612中、或两者)。在一些实施例中，表面1641和1642被构造成与对应的防同步轴承(例如，其可以包括防同步气体轴承)相对接。防同步轴承可以在方位角方向上提供刚度，从而防止或减小平移器的沿方位角运动。在一些实施例中，表面1640可以包括用于位置指示或标引的加工特征部、用于位置指示或标引的磁带、用于位置指示或标引的任何其他合适的特征部或其任何组合。在一些实施例中，感测平移器相对于定子的位置可以通过感测平移器的一排或多排磁性特征部段1613的位置来确定，可以结合或不结合外部位置标引特征部的使用。例如，可以在一个或多个相绕组中测量反电动势(emf)来确定定子和平移器的相对位置。在另外的示例中，控制信号(例如，用于施加电流的脉冲宽度调制信号)、测得的电流或两者都可以用来确定定子和平移器的相对位置。

图18示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器管1810的端部和轨道1812的横截面侧视图。例如，轨道可以被构造成约束平移器的旋转运动和/或安装编码器带以用于位置测量。在一些实施例中，轨道被附着(例如，螺栓连接、焊接、胶粘、捆绑或其任何组合)至平移器。轨道1812可以通过任何合适的手段附着至平移器管1810，例如，螺栓连接、焊接、胶粘、捆绑或其任何组合。在一些实施例中，轨道1812可以在平移器管的任何合适的位置和在轨道的任何合适的位置处附着至平移器管1810。例如，轨道1812不必在轨道的整个轴向长度上都附着至平移器管1810(例如，可以存在轨道的不附着至平移器管的部分)。

图19示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器1900的具有磁体部段1913的部分的侧视图。平移器1900包括管1912和磁体部段1913(例如，其可以类似于图16的部段1613)。磁体部段可以包括可以与定子的相电磁地相互作用的任何合适的特征部。例如，如图所示，磁体部段可以包括北(N)和南(S)布置的磁体的阵列(例如，所示的N或S极面向外)、Halbach阵列、任何其他合适的磁性阵列或它们的任何组合。在一些实施例中，N和S磁体排的轴向长度可以基本上相同或基本上不同。例如，与朝向部段1913的轴向中心的磁体排相比，朝向部段1913的轴向端部的磁体排可以对磁场的生成贡献较小，并且在轴向长度上可以更短(例如，如图22所示)。磁体部段1913包括可选的端部特征部1920和1921，其用于勾划磁体部段1913的轮廓，并且可以起到帮助传递施加在平移器1900上的力(例如，轴向力)的作用。磁体部段1913还包括可选的定位特征部1922，其被构造成定位同样极性布置的磁体的排。定位特征部1922可以被构造成将磁体定位为排、列、网格或具有任何合适的磁极距的任何其他合适的布置。在一些实施例中，对应的定子可以包括适当数量的相，基于磁极距，所述相具有适当的轴向相长度。示出了中心轴线1990供参考。例如，磁体部段1913可以是对称的、接近对称的、或者以其他方式具有关于中心轴线1990的对称性。

图20示出了根据本公开的一些实施例的具有用于布置磁体(图20中未示出)的特征部2004的说明性平移器2000的一部分的透视图。特征部2004被构造成帮助布置部段2002的磁体。在一些实施例中，如图所示，特征部2004包括凸起的隆起，其被构造成在组装、操作或两者期间用作用于定位磁体的索引。另外，特征部2004(例如，隆起)可以提供抵抗轴向加速度的阻力，并帮助将磁体保持就位。另外，在一些实施例中，可以使用合适的粘合剂将磁体结合到平移器。特征部2004可以是但不必均匀地间隔开。例如，特征部2004可以在轴向上间隔开以容纳具有变化的轴向长度的磁体(例如，在轴向端部处的较短磁体)。

图21示出了根据本公开的一些实施例的布置有磁体2104的说明性平移器部段2100的一部分的透视图。示出了平移器部段2100，其中，为清楚起见，移除了磁体2102和2103(例如，可操作的平移器包括附着至本体2110的磁体)。磁体2104被布置成排2152，该排2152布置在特定的轴向位置或位置范围并且至少部分地围绕本体2110沿方位角延伸，并且磁体2104布置成堆叠2151，该堆叠2151布置在特定的方位角位置或位置范围并且沿轴向延伸。例如，排2152中的排可以围绕本体2110沿方位角延伸，而堆叠2151中的堆叠可以沿本体2110的整个或几乎全轴向长度延伸。磁体2104可以布置在交替极性取向(例如，N和S)的排2152中。在一些实施例中，一排中的所有磁体具有相同的极性取向，而沿着一个堆叠的磁体具有交替的极性取向。在一些实施例中，如图所示，在磁体2104的径向下方布置有结合部2101，以帮助将磁体2104附着至本体2110。本体2110可以由任何合适的材料制成并且可以被构造成与一个或多个平移器管(例如，具有轴承表面)相对接，以形成平移器。例如，本体2110可以由金属复合物构成，金属复合物可以减少平移器中的涡流损失。在一些实施例中，平移器管由非铁材料构成，而本体2110由铁材料构成，以便使磁路完整(例如，以Hallbach布置)。在一些实施例中，本体2110可以包括轴承表面(例如，本体2110和磁体2204可以在没有附加的结构部件的情况下形成平移器)。在一些实施例中，磁体被压配合到平移器或其部段中(例如，径向或轴向压紧)。例如，磁体可以布置在平移器或其部段的内部(例如，如果轴向压配或3D打印)，使得在磁体和定子齿之间存在一层材料(例如，金属)。

图22示出了根据本公开的一些实施例的说明性磁体部段2200的一部分的横截面图。在一些实施例中，平移器组件包括一个或多个端部特征2202部，用以约束磁体2210的位置/运动(例如，抵抗磁体的加速)。在一些实施例中，平移器组件包括一个或多个定位特征部2204，用以约束磁体2211和2210的位置/运动(例如，抵抗磁体的加速)。在一说明性示例中，图20的特征部2004可以包括端部特征部2202、定位特征部2204或两者。在一些实施例中，磁体被结合到平移器管(例如，使用粘合剂)。在一些实施例中，如图23所示，使用材料(例如，顺应热膨胀的材料)包裹磁体组件以保护磁体。在一些实施例中，特征部2004和端部特征部2202被加工到一本体(例如，类似于图21的本体2110)或附着至该本体，该本体附着至一个或多个平移器管(例如，类似于图16中的平移器管1612)。

图23示出了根据本公开的一些实施例的具有包裹物2301的说明性平移器2300的透视图。在一些实施例中，部段2302包括以阵列布置(例如，部分或完全地围绕平移器管延伸或沿平移器管轴向延伸)的磁体。包括可选的包裹物2301，以对磁体施加压缩力(例如，沿径向向内方向)、保护磁体免于摩擦/碰撞、防止任何磁体弹出(例如，在结合失效的情况下)、或其组合。在一些实施例中，可选的包裹物2301可以顺应热膨胀。在一些实施例中，包裹物2301可以包括例如基于凯夫拉尔(Kevlar)的材料。例如，在一些实施例中，通过将凯夫拉尔材料片材以一层或多层绕部段2302包裹(例如，类似于卷轴)来施加包裹物2301。可以将包裹物施加于任何合适的部段，例如，图16的部段1613，其具有沿着合适的部段的任何合适的轴向长度并且具有任何合适的厚度。

虽然定子和磁体部段的设计影响电机效率，但是轴承设计会影响LEM的机械效率(例如，在运行期间由于轴承摩擦和风阻而损失的功率量)。例如，如果提供流线形的圆柱状振荡器并具有适中的峰值表面速度，则可以将风阻损耗降至最低，因此机械损耗往往由支撑振荡器轴和磁体阵列(例如，平移器)的轴承中的摩擦发热主导。线性接触式轴承类型的一些说明性示例包括平面干膜轴承、线性球轴承和油润滑平面轴承。这些解决方案典型地对系统施加一个或多个约束，例如连续润滑要求和/或短的维护间隔、无法处理高加速度或高速度(例如，没有过度磨损或部件损坏)、短的更换间隔和零件寿命、高摩擦损失、或它们的组合。本公开的机器和系统可以包括接触式轴承、非接触式轴承或两者。

在一些实施例中，本公开描述了自对准的空气静力轴承(例如，在本文中称为空气轴承或气体轴承)。气体轴承可以用于要求高速度(例如，>2m/s，>5m/s，>10m/s，>15m/s)、高机械效率(例如，低摩擦损失)、长的维护间隔和高耐用性的应用。气体轴承通过经由孔口、多孔介质、任何其他合适的限流件或其组合将压缩空气或其他气体充注小间隙(例如，轴承界面处的间隙)来工作。随着平移器的表面侧向(例如，径向)移动靠近固定的轴承表面(即，气隙减小)，轴承气流限制收紧，并且轴承间隙中的压力增加。压力提供恢复力以防止或限制平移器表面接触轴承壳体的轴承表面的情况和严重性。在一些实施例中，本公开的气体轴承消耗适量的压缩气体，并且例如只要进给的空气经过过滤并且轴承不超过其负载能力，气体轴承即使在非常高的反向加速度下也可以具有长的工作寿命，同时最小化或消除与接触式轴承或流体动力轴承相关的摩擦损失。

图24示出了根据本公开的一些实施例的说明性轴承壳体2400的透视图。如图所示，轴承壳体2400被构造成围绕具有圆形轴承表面的平移器沿方位角延伸。在一些实施例中，轴承壳体2400可以包括一个或多个方位角件、径向件或轴向件，其可以被组装以形成完整的轴承壳体。如图所示，轴承壳体2400被构造成容纳气体轴承并且包括通道2410和限流件2420。通道2410将轴承壳体2400内的轴承气体流引导和分布给限流件2420。通道2410可以包括例如增压室、流道、歧管、过滤器、钻孔、机器凹部、流量控制特征部、用于传感器(例如，用以感测轴承气体压力、流量或温度)的端口、用于接收轴承气体供应的端口、用于去除冷凝物的端口(例如，冷凝水、油或其他冷凝流体)、任何其他合适的特征部、或其任何组合。限流件2420被构造成在轴承孔2430处向轴承界面(例如，轴承间隙)提供轴承气体。限流件2420以期望的压力和流速向气体轴承提供轴承气体，该气体轴承针对平移器的轴偏离运动提供侧向刚度。限流件2420可以包括例如孔口、多孔部段、或两者、或任何其他合适的限流特征部。例如，在一些实施例中，限流件2420包括沿轴承孔2430的孔口阵列。在一些实施例中，限流件2420包括沿轴承孔2430的一定厚度的多孔材料。在一些实施例中，轴承壳体2400可以包括在轴承孔2430处的涂层、可消耗层、干膜润滑剂、耐磨涂层或其组合，以适应平移器，例如，与平移器接触。

尽管在图24中示出了轴承壳体2400具有圆柱形轴承孔2430，但是轴承壳体可以包括用于形成轴承界面的任何合适的表面。例如，轴承壳体可以包括半圆形表面、平坦表面、非圆形弯曲表面、分片的平坦或弯曲表面、任何其他合适的连续、分片或分段的表面、或其任何组合。例如，轴承壳体可以包括多于一个的轴向分开的圆柱形表面，用于形成相应的轴承界面。在另外的示例中，LEM可以在特定的轴向区域处包括一组三个、四个或更多个轴承壳体，这些轴承壳体具有平坦的表面并与平移器(例如，具有三角形、矩形或其他多边形横截面的平移器)的对应平坦表面一起形成相应的轴承界面。在一些实施例中，轴承壳体不必包括通道2410或限流件2420。例如，轴承壳体可以被构造为接触式滑动轴承，其中在轴承孔2430处施加低摩擦涂层。

图25示出了根据本公开的一些实施例的说明性组件的一部分的侧视图和轴向视图，该组件包括轴承壳体2502、轴承安装件2503和2505、挠曲件2513、以及挠曲件安装件2504和2506。挠曲件2513附着至轴承安装件2503和2505，并且也附着至挠曲件安装件2504和2506。挠曲件安装件2504和2506附着至轴承壳体2502。轴承安装件2503和2505可以附着至定子、框架系统(例如，框架构件或隔板)、缸体、相对于平移器而言基本上固定的任何其他合适的部件、或其任何组合。如图所示，挠曲件2513对于轴承壳体2502的侧向位移相对较硬(例如，以保持侧向对准)，并且对于轴承壳体2502的俯仰和横摇相对硬度较少(例如，以适应操作期间的扰动、较小的未对准或平移器管的不对称性)。例如，图25的组件可以在发生可能引起平移器或其他部件弯曲的情况下(例如，热扭曲、基于力的扭曲)允许平移器继续低摩擦操作。

对准特征部可以包括自对准挠曲件(例如，环形挠曲件、球形挠曲件)、接头(例如，球形接头、海姆接头)、或两者，其允许轴承壳体与平移器管自对准(例如，通过俯仰、横摇或其他非方位角旋转)，从而降低轴承界面处的部件所需的容许误差精度。在一些实施例中，自对准特征部被集成到轴承中或者是轴承的一部分(例如，球形轴承)。挠曲件对于圆柱形气体轴承特别有帮助，这是因为它们的空隙小且相对不能施加力矩。将理解的是，本公开不要求通过自对准安装件来安装轴承壳体，可以使用任何合适的安装件来将轴承壳体联接至固定部件(例如，定子)。在一些实施例中，挠曲件2513允许轴承壳体2502与平移器自对准(例如，以抵消平移器的不对称性或变形)，同时保持电磁部段基本上在定子中居中(例如，更均匀的电机气隙)。

在一些实施例中，轴承壳体(例如，轴承壳体2502)可以布置成使得磁体部段(例如，图16的部段1613)的至少一部分可以轴向行进超过定子的轴向长度(例如，图3的定子350)、超过定子的箍堆叠的轴向长度(例如，图3的箍堆叠351)、或者两者。例如，轴承壳体可以附着至定子(例如，通过轴承安装件2503和2505)并距定子一足够的距离，以允许磁体部段轴向行进超过定子(或其中的箍堆叠)，使得磁体部段(及其磁体)的至少一部分不与定子(或其中的箍堆叠)电磁地相互作用。这种类型的构造和LEM操作对于效率、功率、成本、制造或维护目的或任何其他合适的目的或其任何组合而言可能是有利的。在一些实施例中，轴承壳体可以布置成使得磁体部段(例如，图6的部段1613)的至少一部分可以轴向行进不超过定子的轴向长度(例如，图3的定子350)的轴向长度、不超过定子的箍堆叠的轴向长度(例如，图3的箍堆叠351)、或者两者。

图26示出了根据本公开的一些实施例的平移器2600和定子2650的剖切横截面图。在一些实施例中，定子2650可以包括突出部2604，用以在平移器2600轴向运动期间(例如，当轨道2616与轴承壳体2650轴向重合时)容纳轨道2616。在一些实施例中，平移器2600和定子2650之间的气隙不必保持在突出部2604中。在一些实施例中，定子包括一个或多个突出部，用以在平移器轴向运动期间容纳平移器的对应特征部。例如，虽然定子的一部分被构造成与平移器一起形成气隙(例如，与磁体部段2601具有预定磁阻和尺寸容许误差)，但是定子的其他部分不必与平移器形成气隙。

图27示出了根据本公开的一些实施例的平移器2700和轴承壳体2750的横截面图。在一些实施例中，轴承壳体2750可以包括一个或多个突出部2704，用以在平移器2700轴向运动期间(例如，当轨道2716与轴承壳体2750轴向重合或以其他方式重叠时)容纳轨道2716。如图27所示，径向布置在轴承壳体2750和平移器2700之间的气体轴承不延伸到一个或多个突出部2704中。而在一些实施例中，径向布置在轴承壳体2750和平移器2700之间的气体轴承延伸到一个或多个突出部2704中。在一些实施例中，轴承壳体2750具有蛤壳型构造，如图所示，其中两个部件配合在一起以形成完整的轴承壳体2750，如图27所示。在一些实施例中，轴承壳体可以由单个沿方位角连续的壳体构成(例如，如图24所示)。应当注意，为了清楚和易于说明，本专利申请的附图不一定按比例绘制并且不反映每个特征的实际或相对尺寸。轴承壳体可以是任何合适的形状，例如圆形、矩形、多边形、弯曲、或者包括单个段或多于一个的段的任何其他形状。尽管在本公开中示出为圆柱形的，但平移器“管”可以包括任何合适的横截面形状或沿其轴向长度的横截面形状轮廓。例如，平移器管可以包括作为轴承表面的外表面，并且该轴承表面可以是平坦的、圆形的、弯曲的、分段的、或任何其他合适的轮廓，在该处，可以形成轴承间隙以包含气体轴承。

图28示出了根据本公开的一些实施例的平移器2800和附加部件的端视图。平移器2800包括轨道2816，其至少部分地刚性附着至平移器2800的平移器管。轴承间隙2845和2846分别布置在轨道2816与轴承壳体2841和2842之间。轴承间隙2845和2846被构造成填充有轴承气体，该轴承气体具有适于用作气体轴承以保持或以其他方式约束平移器2800的方位角位置的压力(例如，在操作或其他过程期间)。

轴承壳体2841和2842被构造成与对应的气体轴承对接，所述气体轴承又与轨道2816的对应表面对接。在一些实施例中，轴承壳体2841和2842相对于平移器2800是固定的。例如，轴承壳体2841和2842可以刚性地或柔性地安装至(例如，紧固至)、柔性地安装至(例如，通过挠曲件安装至)、或集成至(例如，与后者成单一件)定子、用于约束平移器的侧向运动的轴承壳体、框架系统、任何其他合适的固定部件或其任何组合。在一些实施例中，轴承壳体2841和2842被构造成产生对应的气体轴承，该气体轴承为平移器2800的取向提供方位角刚度(例如，抵抗平移器2800的方位角旋转，从而提供方位角防同步)。如图所示，供给管线2871和2872被构造成向相应的轴承壳体2841和2842提供轴承气体(例如，从压缩机或气体弹簧以大于1个大气压供应的加压轴承气体)。在一些实施例中，代替气体轴承或除了气体轴承之外，可以包括接触式轴承。例如，轴承壳体2841和2842中的任何一个或全部可以替代地包括轴承表面，该轴承表面被构造成接触轨道2816，或者以其他方式限制轨道2816的方位角旋转，同时允许轨道2816在轴向方向上滑动。

位置传感器2840被构造成感测相应轨道2815和2816的相对或绝对位置(例如，并且因此感测平移器2800的其他特征部的位置)。在一些实施例中，平移器2800是刚性组件(例如，除了振动、压力引起的应变或其他小的扰动之外，每个部件以基本上相同的速度移动)。在一些实施例中，例如，位置传感器2840可以包括编码器读取头(例如，磁性或光学编码器读取头)，并且轨道2816包括对应的编码器带2817(例如，磁性或光学带)。在一些实施例中，位置传感器2840可以包括编码器读取头(例如，磁性或光学编码器读取头)，并且轨道2816包括一个或多个用以指示位置的标引特征部。在一些实施例中，位置传感器2840相对于平移器2800是固定的，并且因此能够感测平移器相对于定子、缸体、轴承壳体、任何其他合适的部件或其任何组合的相对运动。例如，位置传感器2840可以刚性地安装至(例如，紧固至)、柔性地安装至(例如，通过挠曲件安装至)、或集成至(例如，与后者成单一件)定子、轴承壳体、结构框架系统、任何其他合适的固定部件或其任何组合。位置传感器2840可以包括绝对传感器、相对传感器、增量传感器、用于测量平移器2800的位置的任何其他合适的传感器类型或其任何组合。

图29示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器2900和定子2970的横截面图。图29的横截面图是在轴向位置处截取的，其示出了平移器管2902、磁体组件2903和定子2970。磁体组件2903联接至平移器管2902(例如，使用压配合、紧固、结合或任何其他技术以形成刚性组件)。定子2970可以包括例如相绕组和定子齿(例如，铁或钢的层叠片材)。定子2970与平移器2900的磁体组件2903形成电机气隙2972(例如，电机气隙2972通过改变磁阻来影响定子2970和平移器2900的电磁相互作用)。在一些实施例中，定子2970可以包括延续定子2970或其一部分的轴向长度的方位角间隙2971，平移器2900的磁体组件2903可以包括延续磁体组件2903或其一部分的轴向长度的对应的方位角间隙2901。定子中的间隙(例如，间隙2971)和磁体组件中的间隙(例如，间隙2901)可以沿方位角对准，并且在操作期间起作用以保持磁性组件2903和定子2970的相对方位角位置(例如，并且因而保持平移器2900和定子2970的相对位置)。定子2970和平移器2900可以包括任何适合数量的对应间隙(例如，平移器可以包括一个或多个间隙，并且定子可以包括一个或多个间隙)，这些间隙被构造成提供平移器的防同步。当定子和平移器的对应间隙沿方位角未对准时，产生电磁力，导致间隙对准。例如，在出现沿方位角未对准的情况时，产生恢复力。在一些实施例中，定子中的一个或多个间隙可以允许供相绕组通过以便布线(例如，通过提供用于使待布线的线远离相绕组的开放路径)。尽管在图29中示出近似相等，但是间隙2971和间隙2901的方位角长度不必相等。例如，在一些实施例中，间隙2971和间隙2901可以具有不同的方位角长度，并且它们对应的中心线方位角位置可以对准。在一些实施例中，定子和平移器之间的防同步力可能是由于在定子叠片极齿和平移器的磁体部段的重复中的有意间隙而导致凸显性较大的结果。通过改变定子叠片极齿之间的间隙宽度、平移器磁极(磁体)之间的间隙宽度以及磁体的厚度，可以利用这些有意间隙来优化力/功率密度和防旋转力。在一些实施例中，定子叠片极齿不包括任何有意防同步间隙。在一些实施例中，定子和平移器之间的防同步力可能是由于定子叠片极齿和磁体阵列的分段而导致磁场和磁阻曲线中的凸显性较小的结果。在一些实施例中，可以通过所有小的防同步力的总和或累积效应来提供防同步刚度，每个小的防同步力骑跨相邻的定子齿之间的小的物理间隙。

图30示出了根据本公开的一些实施例的说明性平移器3000和定子3070的横截面图。图30的横截面图是在轴向位置处截取的，其示出了平移器管3002、磁体3003和3013以及定子3070。磁体3003和3013联接至平移器管3002(例如，使用压配合、紧固、结合或任何其他技术以形成刚性组件)。定子3070可以包括例如相绕组(未示出)以及定子齿3075和3076。定子3070与平移器3000的磁体3003和3013一起形成电机气隙3072(例如，电机气隙3072通过改变磁阻影响定子3070和平移器3030的电磁相互作用)。在一些实施例中，定子3070可以包括延续定子3070或其一部分的轴向长度的方位角间隙3071，并且平移器3000可以包括在磁体3003和3013之间的延续磁体阵列或其一部分的轴向长度的对应的方位角间隙3001。在一些实施例中，方位角间隙3071大于或等于方位角间隙3001。例如，如图所示，方位角间隙3071大于方位角间隙3001。应当注意，为了清楚和易于说明，这些附图不必按比例绘制。

图31示出了根据本公开的一些实施例的LEM的框图，其包括说明性电机气隙3150。定子3101包括根据本公开的定子齿3103、绕组3102和任何其他合适的部件(未示出)。平移器3120包括磁体阵列(例如，在图31中示出为具有极性取向N或S)。定子齿3103和平移器3120形成电机气隙3150。当电流施加到绕组3102时(例如，如“X”和“O”所示，“X”代表进入页面的电流，“O”代表离开页面的电流)，产生磁通量(例如，如磁通3105所示)。电机气隙3150影响磁通量3105(例如，通过影响磁路的磁阻)。绕组3102可以以任何合适的取向缠绕，并且可选地以任何合适的构造联接(例如，以任一绕组取向串联)。

图32示出了根据本公开的一些实施例的具有磁极距构造的说明性电机气隙3250的框图。定子3201包括狭槽节距3210，平移器部段3203包括磁极距3220。在一些实施例中，可以选择狭槽节距3210和磁极距3220以影响定子3201和平移器区段3203之间的电磁相互作用。例如，在一些实施例中，狭槽节距3210和磁极距3220可以选择为不相等，以减小齿槽力。在一说明性示例中，磁极距3220与狭槽节距3210的比率可以为约14/15。将理解的是，根据本公开，LEM可以包括任何合适的狭槽节距和磁极距。在一些实施例中，狭槽节距3201可以基于箍在定子堆叠内的位置而在箍之间改变。在一些实施例中，由于平移器的速度分布可能在行程的中点处最高，因此定子中间的较长的狭槽节距将降低相频率和随之而来的铁芯损耗，该铁芯损耗与频率平方成比例地增加。类似地，定子端部处的较短的定子狭槽节距将增大相频率或每转EMF，在此情况下，平移器以较低的速度移动，从而允许从端部绕组贡献更大的力/功。因此，在一些实施例中，与定子的中心部分中的箍的定子狭槽节距相比，位于定子的端部部分处的箍可以包括较短的定子狭槽节距。

图33示出了根据本公开的一些实施例的说明性LEM系统3300的框图。如图所示，LEM系统3300包括控制系统3310、电力电子器件3320、冷却系统3321、传感器3311、定子3350、平移器3360、轴承壳体3330和3331、轴承气体管理系统3380、以及轴承气体供应3390。LEM系统3300的各部件通过间隙界面、信号界面、流界面、机械界面、相引线界面或其组合而联接。例如，平移器3360通过间隙界面(例如，电机气隙)联接至定子3350，通过间隙界面(例如，诸如气体轴承的轴承界面)联接至轴承壳体3330，并且通过间隙界面联接至轴承壳体3331(例如，诸如气体轴承的轴承界面)。

控制系统3310被构造成与电力电子器件3320对接(例如，向电力电子器件提供控制信号、从电力电子器件接收反馈)以控制定子3350的相中的电流(例如，如在图34的上下文中所描述的)。电力电子器件3320通过多个相引线联接至定子3350，该相引线可以包括一定长度的导电材料、电端子和终端件、连接器、传感器(例如，电流传感器)、任何其他合适的部件或其任何组合。控制系统3310被构造成与冷却系统3321对接(例如，向冷却系统提供控制信号、从冷却系统接收反馈)，以控制定子3350的冷却(例如，从绕组、定子齿、箍或其组合移除热量)。例如，冷却系统3321可以包括一个或多个冷却套、增压室、歧管、泵、压缩机、过滤器、传感器、任何其他合适的部件或其任何组合。在另外的示例中，冷却系统3321可以与储器交换热量和流体(例如，环境提供冷却空气并接受加热的空气)。在另外的示例中，控制系统3310可以通信地联接至冷却系统3321，并且被构造成向冷却系统3321提供控制信号以致使从定子3350的多个绕组中移除热量。控制系统3310被构造成与传感器3311对接(例如，将控制信号提供给传感器、从传感器接收传感器信号)，该传感器可以包括例如，

根据本公开，轴承壳体3330和3331可以包括任何合适数量和类型的轴承壳体。如图所示，轴承壳体3330和3331被构造成用于气体轴承(例如，使用轴承气体管理系统3380和轴承气体供应3390)，不过LEM系统可以包括任何合适类型的轴承(例如，接触式或非接触式轴承)。在一些实施例中，一个或多个传感器联接至每个轴承壳体3330和3331，其被构造成例如感测轴承气体压力、轴承气体温度、轴承气体流速、轴承壳体加速度(例如，加速度计可以附着至轴承壳体以测量振动)、轴承壳体温度、任何其他合适的特性或行为、或其任何组合。

轴承气体管理系统3380被构造成控制提供给轴承壳体3330和3331的相应轴承气体的至少一个方面。例如，轴承气体管理系统3380可以包括一个或多个过滤器、压缩机、泵、压力调节器、阀、传感器、任何其他合适的部件或其任何组合，以便向轴承壳体3330和3331提供轴承气体。例如，控制系统3310被构造成与轴承气体管理系统3380对接(例如，向轴承气体管理系统提供控制信号、从轴承气体管理系统接收反馈)，以便控制轴承气体的至少一种特性。在另外的示例中，控制系统3310被构造成与轴承气体管理系统3380对接(例如，向轴承气体管理系统提供控制信号、从轴承气体管理系统接收反馈)，以便控制平移器3360与轴承壳体3330和3331之间的轴承界面的刚度(例如，对于平移器3360的侧向位移)。轴承气体供应3390可以包括一个或多个过滤器、压缩机、泵、压力调节器、阀、传感器、任何其他合适的部件或其任何组合，以便向轴承气体管理系统3380提供轴承气体。在一些实施例中，轴承气体管理系统3380和轴承气体供应3390可以组合为单个系统。在一些实施例中，不必包括轴承气体供应3390(例如，轴承气体管理系统3380可以吸入大气)。

在一些实施例中，定子3350包括多个线圈和轴线，平移器3360布置成沿该轴线轴向移动，并且轴承壳体3330、轴承壳体3331或两者联接至定子3350以约束平移器3360的侧向运动。例如，线圈包括绕组，该绕组与限定轴线(例如，定子孔的轴线)的多个定子齿对接。在一些这样的实施例中，控制系统3310被构造成控制平移器的轴向位移以及控制平移器的侧向位移。例如，轴承壳体3330、轴承壳体3331或两者与平移器3360形成轴承界面，控制系统3310被构造成控制轴承界面的刚度以抵抗平移器3360的侧向位移。在一说明性示例中，轴承界面可以包括构造成用于无油操作(例如，不使用液体润滑剂)的气体轴承界面。

在一些实施例中，轴承气体管理系统3380被构造成向轴承界面提供加压气体。在一些这样的实施例中，控制系统3310通信地联接至轴承气体管理系统3380，并且被构造成向轴承气体管理系统3380提供控制信号以致使加压气体被提供给轴承界面。例如，控制系统3310可以致使轴承气体管理系统3380控制加压气体的特性，以控制对于平移器的侧向位移的侧向刚度。为了说明，轴承气体管理系统3380可以通过打开阀将加压气体提供给轴承间隙。为了进一步说明，轴承气体管理系统3380可以通过控制阀、压力调节器或两者来提供加压气体。

在一些实施例中，电力电子器件3320联接至定子3350的多个绕组。控制系统3310通信地联接至电力电子器件3320，并且被构造成向电力电子器件3320提供控制信号以使电流在多个绕组中的至少一个绕组中流动，从而控制平移器3360的轴向位移。

在一些实施例中，LEM系统3300的一个或多个传感器包括位置传感器，该位置传感器感测平移器3360相对于定子3350的轴向位置。在一些这样的实施例中，控制系统3310通信地联接至传感器(例如，传感器3311)，并且被构造成基于平移器3360的轴向位置而使电流在定子3350的多个绕组中流动。在一些实施例中，控制系统3310被构造成估算平移器3360相对于定子3350的轴向位置并且基于平移器3360的轴向位置使电流在定子3350的多个绕组中流动。

在一些实施例中，平移器3360包括至少一个具有轨道表面的轨道(例如，如图16-18和图28所示)。系统3300可以可选地包括至少一个防同步轴承壳体(例如，轴承壳体3332)，该防同步轴承壳体联接至定子3350并且被构造成约束平移器3360的方位角运动，其中，防同步轴承壳体3332和轨道表面形成轨道界面。例如，控制系统3310被构造成使轨道界面获得抵抗平移器的方位角运动的刚度。

在一些实施例中，轴承壳体3330布置在定子3350的第一纵向侧上，以约束平移器3360在定子3350的第一纵向侧的侧向运动，轴承壳体3331布置在定子3350的第二纵向侧上，以约束平移器3360在定子3350的第二纵向侧的侧向运动。

在一些实施例中，控制系统3310被构造成通过使电流在定子的多个绕组中的至少一个绕组中流动以沿着定子的纵向轴线在平移器上施加力以及控制对于平移器的侧向位移的侧向刚度来控制LEM，所述平移器布置成沿定子的纵向轴线移动。例如，平移器和定子可以形成电机气隙，由轴承提供的侧向刚度能够将电机气隙保持在可操作范围内。例如，使电流在至少一个绕组中流动可以包括向电联接至多个绕组的电力电子器件3320提供控制信号。在另外的示例中，

在一些实施例中，控制系统3310被构造成监测轴承气体、轴承壳体或两者的特性以用于故障状态，并且响应于对故障状况的识别而制动平移器。例如，控制系统3310可以通过使电力电子器件3320向定子3350的相施加电流来制动变换器，该电流在平移器3360上施加抵抗平移器3360的运动的力(例如，因此减小平移器3360的速度，或者甚至使其停止)。为了说明，控制系统3310可以监测轴承气体的质量流速、轴承气体的压力、轴承气体的温度、轴承壳体的温度、轴承壳体的振动、轴承壳体上的力负荷、平移器位置轨迹、或其组合。

图34示出了根据本公开的一些实施例的说明性系统3400的图。系统3400包括LEM3440、电力电子器件系统3430、控制系统3450和辅助系统3470。系统3400可以被称为LEM系统。将理解的是，尽管在图34中分别示出，但是LEM 3440和电力电子器件系统3430也可以被集成或以其他方式组合至任何合适的程度。例如，在一些实施例中，LEM 3440和电力电子器件系统3430可以附着至彼此(例如，直接地或间接地)并且通过相引线3435相联接。在另外的示例中，在一些实施例中，电力电子器件系统3430可以集成为LEM 3440的一部分。在另外的示例中，LEM 3440可以包括具有多个相的定子和平移器(例如，以及其他合适的部件，例如缸体、轴承、管道等)，并带有相引线3435，其中相引线3435通过电力电子器件系统3430联接至DC总线3425。

在一些实施例中，LEM 3440可以包括一个或多个平移器，所述平移器可以在气压和电磁力的组合作用下相对于对应的一个或多个定子进行往复运动。平移器可以但不必包括永磁体，该永磁体可以在相应定子的相中产生反电动势(emf)。将理解的是，如本文所使用以及如广泛理解的那样，反电动势是指电压。电力电子器件系统3430被构造成控制LEM的定子的相中的电流。例如，电力电子器件系统3430可以将定子的相的相引线暴露于DC总线、中性线、接地线或其组合中的一个或多个总线。

电力电子器件系统3430可以包括例如开关(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))、二极管、电流传感器、电压传感器、用于管理PWM信号的电路、任何其他合适的部件、或其任何合适的组合。例如，电力电子系统3430可以包括一个或多个H桥，或者用于将电流施加到一个或多个相的开关的其他电机控制拓扑。在一些实施例中，电力电子系统3430可以经由联接至定子的绕组的相引线3435与LEM 3440对接，电力电子器件系统3430可以经由DC总线3425(例如，一对总线，一个总线相对于另一个总线具有更高的电压)与并网逆变器(未示出)对接。总线3422和总线3424一起形成系统3400中的DC总线3425。例如，相对于总线3424的0V，总线3422可以为标称800V(例如，总线322为“高”，而总线324为“低”)。根据本公开，总线3422和总线3424可以处于任何合适的标称电压(例如，>100VDC，>200VDC，>400VDC，>600VDC，超过800VDC)，其可以随时间在平均值附近波动。因此，本文中使用的术语“DC总线”应指一对具有大致固定的平均电压差的总线，不过瞬时电压可能会波动、变化、展示出噪声或以其他方式非恒定。

图35示出了根据本公开的一些实施例的说明性相控制系统3500的框图。如图35说明性地所示，相控制系统3500包括：相控制器3502、电力电子器件3504和电源3514。在一些实施例中，每个相控制系统(例如，类似于相控制系统3500)控制电流施加到多相定子的单个相。此外，每个相控制系统可以包括分布给每个相控制系统的总电气系统的元件(例如，图34的控制系统3450、电力电子器件系统3430和辅助系统3470的元件)。在一说明性示例中，可以包括相控制系统3500以及其他相控制器(例如，其他类似的控制器)，以控制定子的多个相。

在一些实施例中，相控制器3502被构造成控制定子的一个或多个相中的电流。在一些实施例中，由相控制器3502本地计算要施加到对应相的期望或命令电流。在一些实施例中，从中央控制器传送要施加到一个或多个相的期望或命令电流，该中央控制器确定要施加到每个相(例如，该定子的相以及可选地其他定子的其他相)的电流。例如，可以确定要施加到一个或多个相的期望或命令电流，以实现测得的磁体或平移器位置、实现总LEM力(例如，由各相施加的电磁力累加)、实现平移器速度或加速度、实现期望的平移器位置(例如，顶点位置)、或其任何组合。

在一些实施例中，相控制器3502被构造成感测对应相中的磁通量。例如，相控制器3502可以感测相的磁通量，并且使用所感测到的磁通量作为控制反馈。在一些这样的实施例中，相控制器3502不必包括电流传感器或不必被构造成接收来自电流传感器的输入。此外，在一些这样的实施例中，相控制器3502包括具有相对降低的性能、要求、成本或其组合的电流传感器。

在一些实施例中，施加到每个相的电流或施加在每个相上的电压被本地控制(即，通过相控制系统3500的情况)至任何合适的程度。在一些实施例中，相控制器3502可以对相电流执行本地控制回路。例如，电流命令可以通过通信链路从中央控制器传送到相控制器3502。根据本公开，控制机构的任何合适部分也可以是分布式的。例如，位置测量可以被分布到每个相，并且每个相控制器3502可以确定期望的位置和力以确定电流命令，该电流命令可以由电力电子器件3504施加。

在一些实施例中，相控制器3502被构造成向电力电子器件3504提供控制信号。电力电子器件3504被构造成电联接至相的相引线，并向该相提供电流。因此，电力电子器件3504包括被构造用于与DC总线和相引线有关的安培和电压的部件。例如，电力电子器件3504可以包括图34的电力电子器件系统3430的任何合适的部件。相控制器3502不必被构造成电管理相引线和电力电子器件3504所需的这样大的电流或电压或者与这样大的电流或电压交互。在一些实施例中，可以将相控制器3502和电力电子器件3504组合或集成为单个模块，所述单个模块被构造成控制电流以及向相施加电流。在一些实施例中，电力电子器件3504可以在多于一个的相之间共享。例如，电力电子器件3504可以包括多个电力电路，所述电力电路被构造成接收多个控制信号以及被构造成将电流施加到多于一个的相。

在一些实施例中，每个相控制系统可以估算平移器相对于定子的位置，而不是中央算法估计或测量位置。因此，中央算法可以分布在几个相控制系统中。在一些实施例中，用于多相控制系统的每个位置估算器可以是分布式位置估算器的一部分。分布式位置估算器可以基于例如每个对应相中的相电压的感测来估算位置。在一些这样的实施例中，不必包括专用位置传感器，从而节省位置传感器的成本和可靠性问题。

电源3514被构造成除了向对应的相施加电流之外，还向相控制系统3500的部件供电。例如，电源3514可以提供功率用于相控制器3502的处理功能、诊断(例如，用于电力电子器件3504)、需要电力的任何其他合适的过程、或其任何合适的组合。在一些实施例中，每个相控制系统可以包括电源(例如，类似于电源3514)。

在一些实施例中，相控制系统3500的合适的部件可以通过联接器3550联接至电网。例如，电力电子器件3504可以联接至联接器3550。在一些实施例中，联接器3550可以包括传输AC电力的电缆或总线(例如，三相480VAC)。在一些实施例中，联接器3550可以包括传输DC电力的电缆或总线(例如，DC总线)，其可以例如经由与相控制系统3500分开的并网逆变器联接至电网。

在一些实施例中，相控制系统3500的合适的部件可以经由相引线3554联接至LEM的一个或多个相。例如，电力电子器件3504可以被联接至相引线3554。在一些实施例中，相引线3554可以包括对应于相控制系统3500的每相两个相引线(例如，三个相六个相引线对应于相控制系统3500或全桥拓扑)。在一些实施例中，相引线3554可以包括与相控制系统3500相对应的每相一个相引线(例如，六个Y型连接相六个相引线对应于相控制系统800或半桥拓扑)。在一些实施例中，相引线可以以星型构造布线。例如，对于Y型构造，来自每个相的一个相引线可以联接在一起以形成中性(例如，具有净零电流输入或输出，因此相电流必须总和为零)，而每个相控制系统将受控相电压并因此将电流施加给对应相的另一引线。在一些这样的实施例中，仅DC总线电压中的一部分(例如，总线和中性电压之间的差)可用于施加在每个相上。在一些实施例中，每个相的相引线可以以独立的构造布线。例如，相控制系统可以包括每相一个全H桥，并且可以在任一方向上在该相上能够施加全DC总线电压(例如，使期望电流在任一方向上流动)。这种构造提供了每个相可用的较大的电压范围以及独立于其他相的控制独立性。例如，在没有公共中性Y型连接的情况下，相电流不必总和为零。

在一些实施例中，可以将相控制系统3500的合适的部件联接至通信(COMM)链路3556。例如，可以将相控制器3502、电力电子器件3504、电源3514或其组合联接至COMM链路3556。在一些实施例中，COMM链路3556可以包括有线通信链路，例如，以太网电缆、串行电路、任何其他合适的有线链路或其任何组合。在一些实施例中，COMM链路3556可以包括无线通信链路，例如，WiFi发射器/接收器、蓝牙发射器/接收器、任何其他合适的无线链路或其任何组合。COMM链路3556可以包括使得能够传输数据、消息、信号、信息或其组合的任何合适的通信链路。在一些实施例中，相控制系统3500通过通信链路3556联接至中央控制系统。例如，在一些实施例中，相控制器3502通过COMM链路3556与中央控制器通信。

在一些实施例中，相控制系统3500可以被构造成从LEM的对应相提取功率。例如，在检测到系统故障或通信丢失的情况下，相控制器3502可以尝试通过在对应的相中在反电动势的相反方向上命令电流而从平移器的动能中提取能量。

在一些包括长的定子和短的磁体部段(例如，相在空间上延伸超过磁体部段)的实施例中，对于磁体行进的至少一部分，未使用一些相。例如，当磁体部段的一部分不位于一个相下方时(例如，不与该相的至少一部分轴向重叠)，该相将不会以明显的方式与磁体部段电磁地相互作用。未使用的相可以用作电感器，并且相控制系统3500可以被构造成将能量存储在电容器中或执行功率转换以帮助调节DC总线电压、总线电流、总线功率或其组合。因此，除了激发LEM中的电磁力之外，相控制系统3500或其相控制器3502还可以用于其他目的。

在一些实施例中，可以测试、操作、表征、测量或以其他方式询问LEM或其部件。例如，定子可以通过相引线联接至电力电子器件，并且电流可以施加到相以测量欧姆电阻、测量绕组电感、测试绕组之间的短路、测试定子的热响应、测试电力电子器件、测试控制系统或其组合。在另外的示例中，LEM可以通过相引线联接至电力电子器件，联接至冷却系统，并且联接至轴承气体管理系统。控制系统可以使电力电子器件向相引线施加电流(例如，使平移器轴向移动并实现期望的轨迹)，使冷却系统向定子提供冷却剂(例如，冷却空气)，使轴承气体提供给一个或多个轴承壳体，以及使轴承气体提供给一个或多个防同步轴承壳体。

在一说明性示例中，可以包括LEM作为线性发电机的一部分(例如，如图36所示)。无需先安装在例如线性发电机或其他系统中即可测试LEM及其部件的能力可以允许更易于LEM的维护、故障排除和表征，没有线性发电机的额外部件的复杂性。例如，线性发电机可以包括两个LEM，并且有利的是能够将任一LEM作为独立单元进行测试。在一些实施例中，外部能量源提供力来引起平移器运动(例如，包括压缩机、电磁源或其他合适的源)。在一些实施例中，LEM可以作为发电机、泵、压缩机或致动器的一部分的独立单元来操作。

图36示出了根据本公开的一些实施例的说明性发电机组件3600的横截面图。发电机组件3600被构造成对置式自由活塞发电机。发电机组件3600包括平移器3610和3620，所述平移器3610和3620被构造成沿着轴线3606移动(例如，沿着轴线3606线性平移)。平移器3610和3620被构造成在缸体3602、3604和3605内移动，从而形成膨胀和压缩容积3697、3698和3699，以便执行边界做功(例如，使用在诸如行程或周期之类的适当范围内的积分∫PdV确定)。为了清楚起见，本文描述的系统和组件的空间布置一般将在具有轴向、径向和方位角方向的圆柱坐标的背景中提及。将理解的是，根据本公开，可以使用任何合适的坐标系(例如，圆柱坐标可以被映射到任何合适的坐标系)。注意，轴线3606指向轴向方向，径向方向被定义为垂直于轴线3606(例如，指向远离轴线3606)。方位角方向定义为围绕轴线3606的角度方向(例如，正交于轴线3606和径向方向，并且围绕轴线3606指向)。

在一些实施例中，发电机组件3600的固定部件包括缸体3602、缸体3604、缸体3605、定子3618、定子3628、轴承壳体3616、轴承壳体3617、轴承壳体3626和轴承壳体3627。在一些实施例中，轴承壳体3616和3617联接至定子3618(例如，直接连接或通过诸如挠曲件、安装件或两者的中间部件联接)。例如，轴承壳体3616和3617可与定子3618对准(例如，侧向或轴向对准)并附着至定子3618，以保持磁体组件3613和定子3618之间的径向气隙。类似地，在一些实施例中，轴承壳体3626和3627刚性地联接至定子3628。在另外的示例中，在一些实施例中，轴承壳体3626和3627与定子3618对准，但是附着至发电机组件或其部件的另一部分。

平移器3610包括管3612、活塞3611、活塞3614和磁体组件3613，它们全部基本上刚性地联接以沿着轴线3606作为基本上刚性的主体相对于固定部件移动。平移器3620包括管3622、活塞3621、活塞3624和磁体组件3623，它们全部基本上刚性地联接以沿着轴线3606作为基本上刚性的主体移动。在一些实施例中，磁体组件3613和3623可以分别是管3612和3622的一区域。在一些实施例中，磁体组件3613和3623可以包括分别附着至管3612和3622的单独的部件。反作用部段3697由活塞3611、3621以及缸体3602的孔3603界定。气体弹簧3698和3699由相应的活塞3614和3624以及相应的缸体3604和3605界定。因此，当平移器3610和3620沿着轴线3606移动时，反作用部段3697、气体弹簧3698和气体弹簧3699的容积膨胀和收缩。此外，例如，随着容积的增大或减小，这些容积内的压力相应地减小或增大。轴承壳体3616、3617、3626和3627中的每个被构造成在其自身和对应的平移器(例如，管3612和3622)之间提供气体轴承。例如，轴承壳体3616、3617、3626和3627中的每个可以被构造成将加压气体引导至气体轴承(例如，经由流动系统)。在一说明性示例中，轴承壳体3616、3617、3626和3627中的每个可以被构造成将绝对压力大于环境压力(例如，海平面处的1个大气压)的加压气体引导到气体轴承，使得轴承气体具有足够的压力流动通经气体轴承并进入环境(例如，直接或经由其他管道)。在一些实施例中，轴承气体可以相对于环境(例如，约1个大气压)、呼吸系统中的压力(例如，增压压力、或排气系统中的气体压力(可以大于或小于1个大气压))、或任何其他合适的压力基准加压。在一些实施例中，发电机组件3600被构造成用于无油操作(例如，不使用润滑液体或不使用固体-固体接触式轴承)，其中轴承壳体3616、3617、3626和3627形成抵靠平移器3610和3620的气体轴承。缸体3602包括孔3603，该孔3603容纳压缩部段3697。缸体3602还包括说明性端口3619和端口3629，所述端口3619和端口3629将孔3603联接至缸体3602的外部以允许流体交换。

定子3618、磁体组件3613、管3612以及轴承壳体3616和3617形成线性电磁机(LEM)3656。类似地，定子3628、磁体组件3623、管3622以及轴承壳体3626和3628形成LEM 3652。此外，LEM可以可选地包括一个或多个附着至平移器的活塞。例如，LEM可以被限定为包括定子3618、平移器3610以及轴承壳体3616和3617。在另外的示例中，LEM可以被限定为包括定子3628、平移器3620以及轴承壳体3626和3627。LEM包括固定组件(例如，定子和轴承壳体)和平移组件(例如，平移器)，该平移组件被约束为沿轴线移动，其中，定子能够在平移器上施加电磁力以引起和/或产生沿轴线得运动。LEM的轴承壳体可以但不必附着至定子。例如，轴承壳体可以直接地或通过一个或多个中间部件联接至定子、结构框架、缸体或其任何组合。定子3618和3628可以包括形成多个相的多个相绕组。每个相中的电流可以由控制系统(例如，其可以包括对应的电力电子器件和处理设备)控制，以影响平移器3610和3620的位置、平移器3610和3620的运动、与平移器3610和3620的功交互、或其任何组合。在一些实施例中，磁体组件3613和3623包括布置成阵列(例如，具有交替的南极和北极)的永磁体。因为平移器3610和3620作为基本上刚性的组件移动，所以施加到相应磁体组件3613和3623的电磁力使平移器3610和3620加速和减速。在一些实施例中，定子3618和3628可以被空气冷却(例如，通过空气冷却系统)、液体冷却(例如，通过液体冷却系统)或两者。在一些实施例中，定子3618和3628围绕相应的平移器3610和3620或其相应的磁体组件3613和3623布置(例如，电机气隙是弓形的，具有厚度轮廓)。例如，定子3618和3628可以完全围绕(例如，沿方位角360度)或部分围绕(例如，在相的绕组之间具有沿方位角布置的段和沿方位角布置的间隙)相应的平移器3610和3620延伸。在一些实施例中，定子3618和3628沿相应的平移器3610和3620或其相应的磁体组件3613和3623轴向布置。例如，磁体组件3613和3623可以包括平坦的磁体部段，定子3618和3628可以包括与磁体部段相对应的平坦表面(例如，电机气隙是平面的，具有厚度轮廓)。在一些实施例中，定子3618和3628沿着相应的平移器3610和3620或其相应的磁体组件3613和3623轴向延伸。

将理解的是，本公开不限于本文描述的实施例，并且可以在任何合适的系统的背景中实施。在一些合适的实施例中，本公开适用于往复式发动机和压缩机。在一些实施例中，本公开适用于自由活塞式发动机和压缩机。在一些实施例中，本公开适用于燃烧装置和反应装置，诸如往复式发动机和自由活塞式发动机。在一些实施例中，本公开适用于非燃烧装置和非反应装置，例如往复式压缩机和自由活塞式压缩机。在一些实施例中，本公开适用于带有驱动器部段的线性往复式装置(例如，气体弹簧)。在一些实施例中，本公开适用于无油往复式和自由活塞式发动机和压缩机。在一些实施例中，本公开适用于具有内部或外部燃烧或反应的无油自由活塞式发动机。在一些实施例中，本公开适用于利用压缩点火(例如，均质充气压缩点火(HCCI)、分层充气压缩点火(SCCI)或其他压缩点火)、火花点火或两者操作的无油自由活塞式发动机。在一些实施例中，本公开适用于利用气态燃料、液态燃料或两者操作的无油自由活塞式发动机。在一些实施例中，本公开适用于线性自由活塞式发动机。在一些实施例中，本公开适用于发动机，该发动机可以是具有内部燃烧/反应的燃烧发动机或者是具有外部热量添加(例如，来自热源或诸如燃烧的外部反应)的任何类型的热力发动机。

前文仅仅是对本公开原理的说明，本领域技术人员可以做出各种修改而不偏离本公开的范围。呈现上述实施例是出于说明而非限制的目的。本公开还可以采用不同于本文所明确描述的那些形式的许多形式。因此，要强调的是，本公开不限制于明确公开的方法、系统和设备，而是旨在包括它们的变型和修改，这些变型和修改在下面的权利要求的精神之内。

Claims (24)

1.一种线性电磁机(LEM)，所述线性电磁机包括：

定子，所述定子包括：

多个绕组，以及

定子孔，所述定子孔包括轴线；

平移器，所述平移器被构造成与所述定子电磁地相互作用并且布置成在所述定子孔内基本上沿着所述轴线轴向移动，所述平移器包括平移器轴承表面；

第一轴承壳体，所述第一轴承壳体在第一纵向位置处联接至所述定子，其中，所述第一轴承壳体和所述平移器轴承表面能够形成第一轴承间隙，所述第一轴承间隙包括第一加压气体；和

第二轴承壳体，所述第二轴承壳体在第二纵向位置处联接至所述定子，其中，所述第二轴承壳体和所述平移器轴承表面能够形成第二轴承间隙，所述第二轴承间隙包括第二加压气体。

2.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述平移器包括磁体部段，并且所述磁体部段和所述定子孔能够形成电机气隙。

3.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述磁体部段包括以纵向堆叠排布置的多个磁体。

4.根据权利要求3所述的线性电磁机，其中，所述纵向堆叠排中的内部排包括具有第一轴向长度的磁体，并且所述纵向堆叠排中的终端排包括具有第二轴向长度的磁体，所述第二轴向长度小于所述第一轴向长度。

5.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述平移器还包括至少一个结构特征，所述至少一个结构特征与所述磁体部段的至少一个磁体接合以约束所述至少一个磁体的轴向运动。

6.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述磁体部段包括粘结到所述平移器的表面上的多个磁体。

7.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述平移器还包括在径向上位于所述磁体部段上的包裹物。

8.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述磁体部段包括第一纵向长度，并且所述多个绕组包括第二纵向长度，所述第二纵向长度大于所述第一纵向长度。

9.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述磁体部段包括第一纵向长度，并且所述多个绕组包括第二纵向长度，所述第二纵向长度小于或等于所述第一纵向长度。

10.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中，所述磁体部段包括磁极长度，所述定子包括多个狭槽和齿，所述多个狭槽和齿具有狭槽节距，并且所述磁极长度和所述狭槽节距基本上不相等。

11.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述多个绕组被分组为多个相，并且所述多个相中的每个相包括所述多个绕组中的一个或多个绕组。

12.根据权利要求11所述的线性电磁机，其中，所述多个相等于或大于三个。

13.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述多个绕组中的每个绕组对应于一个相。

14.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述线性电磁机被构造成用于无油操作。

15.根据权利要求2所述的线性电磁机，其中：

所述磁体部段包括多个磁体；

所述定子包括：

多个定子齿，所述多个定子齿沿方位角围绕所述定子孔布置，所述多个定子齿包括一对连续的定子齿，以及

所述一对连续的定子齿之间的第一方位角间隙；并且

所述磁体部段包括位于所述磁体部段的方位角连续的磁体之间的第二方位角间隙，其中所述第一方位角间隙和所述第二方位角间隙被构造成基本上保持方位角对准。

16.根据权利要求15所述的线性电磁机，其中，在方位角方向上，所述第一方位角间隙大于所述第二方位角间隙。

17.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述平移器还包括被构造成约束方位角旋转的特征。

18.根据权利要求1所述的线性电磁机，其中，所述第一轴承壳体通过第一组件联接至所述定子，所述第一组件被构造成至少对侧向位移提供机械刚度，并且所述第二轴承壳体通过第二组件固定至所述定子，所述第二组件被构造成至少对侧向位移提供机械刚度。

19.一种线性机，所述线性机包括：

定子，所述定子包括定子孔；

平移器，所述平移器被构造成相对于所述定子线性移动，所述平移器包括：

磁体部段，以及

轴承表面；

至少一个轴承壳体，所述至少一个轴承壳体包括表面；和

被构造成将所述至少一个轴承壳体附着至所述定子的组件，其中：

所述定子孔和所述磁体部段形成电机气隙，

所述轴承表面和所述表面形成轴承界面，所述轴承界面能够使所述平移器与所述至少一个轴承壳体对准，并且

与对所述轴承壳体的俯仰和横摇相比，所述组件对所述轴承壳体的侧向位移提供相对更大的刚度。

20.根据权利要求19所述的线性机，其中：

所述平移器还包括平移器管；并且

所述轴承表面包括所述平移器管的外表面。

21.根据权利要求19所述的线性机，其中，所述组件包括：

至少一个安装件，所述安装件刚性地附着至所述定子；和

至少一个挠曲件，所述挠曲件附着至所述至少一个安装件和所述至少一个轴承壳体，其中与对所述轴承壳体的俯仰和横摇相比，所述至少一个挠曲件对所述轴承壳体的侧向位移提供相对更大的刚度。

22.根据权利要求21所述的线性机，其中：

所述轴承壳体至少部分地围绕所述轴承表面沿方位角延伸；并且

所述至少一个挠曲件至少部分地围绕所述轴承壳体沿方位角延伸。

23.根据权利要求19所述的线性机，其中，所述轴承界面是气体轴承界面，并且所述线性机被构造成用于无油操作。

24.根据权利要求19所述的线性机，其中，在所述定子中包括轴向端部，所述至少一个轴承壳体布置在一纵向位置处，使得所述磁体部段能够至少部分地在所述定子的所述轴向端部的外部轴向地定位。

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