JP2009522995A - 高速組立アクチュエータ - Google Patents

Abstract

装置及び関連システム若しくは方法は、細長い軸方向に摺動可能なコア部材（すなわち、シャフト）を備えた直線型機械を含む。一実施形態では、シャフトは、１以上の固定巻線を収容する巻線管の内部容積から、シャフトの長さにわたって軸方向に延びるルーメンを通じて、シャフトのいずれかの端部までの流体（例えば、空気）連通をもたらすために、少なくとも１つの径方向開口を含む。固定巻線は、流体が巻線管の複数の径方向開口を通って流れることができるように相隔たる。具体的には、巻線を横切る流体循環は、機械の最大定格電流を増大させるために十分な冷却をもたらすことができる。流体循環は、また、空気圧式処理能力（例えば、真空保持、吹き飛ばし）を提供することができる。代表的な一実施形態では、装置を使用して、高速でチューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータをバッテリケーシングに挿入することができる。

Description

実施形態は、概して製造機器に関し、特定の実施形態は、高速運転用のアクチュエータに関する。

一部の製品は、コンベヤシステムを使用して２つ以上の処理ステーション間で物品を輸送できる組立ライン上で製造される。一部の組立ラインでは、物品は、実質的に停止することなく連続フローで移動する場合がある。他の一部の組立ラインでは、物品の移動は、例えば、特定の処理ステーションで減速又は停止することによって、区分又はインデックス付けされる場合がある。

一部の組立ラインでは、製品を組み立てるために物体に動きが付与されることがある。動きは、様々な目的を果たすように様々な製造プロセスで物体に付与されることができる。動きには、ある処理ステーションから別の処理ステーションなど、ある場所から別の場所へと物体を輸送できるものもある。攪拌（stirring）又はスタンピング（stamping）などの他の動きが、物品を直接処理するために付与される場合もある。

様々な機械、空気圧、及び電気機械デバイスが、望ましくかつ有用な動きを付与するために製造プロセスで使用されてきた。機械デバイスは、カム、ギア、ピニオン、リンク機構、又はプーリなどの要素を使用することによって、力を所望の動きに変換することができる。空気圧デバイスは、弁、ピストン、及び油圧油を使用して、動きを付与することができる。電気機械デバイス（すなわち、モータ）は、一般に、電磁エネルギーを力に変換することによって、動きを付与する。

物体に動きを付与するために、電動モータは、トルク又はスラストを発生させることができる。回転モータは、電気的入力エネルギーをシャフト上の回転トルクに変換することができる。リニアモータは、電気的入力エネルギーを直線力（すなわち、スラスト）に変換することができる。一般に、トルク又はスラストは、モータ電流の関数である。

場合によっては、特定の運転条件下でのモータについて最大定格電流を規定することができる。最大定格電流は、それらの運転条件下でモータによって発生できる最大モータトルク又はスラストを決定することができる。最大定格電流は、例えば、モータの熱的特性に一部基づくことがある。例えば、モータにおける最高安全温度を使用して、モータを過熱することなくモータ巻線に連続的に適用できる最大平均又はｒ．ｍ．ｓ．（２乗平均平方根：root-mean-square）電流などの最大定格電流を決定することができ、最大定格電流を使用して、最大定格トルク又はスラストを決定することができる。

装置及び関連システム又は方法は、細長い軸方向に摺動可能なコア部材（すなわち、シャフト）を備えた直線型機械を含む。一実施形態では、シャフトは、１以上の固定巻線を収容する巻線管の内部容積から、シャフトの長さにわたって軸方向に延びるルーメンを通じて、シャフトのいずれかの端部までの流体（例えば、空気）連通をもたらすために、少なくとも１つの径方向開口を含む。固定巻線は、流体が巻線管の複数の径方向開口を通って流れることができるように相隔たる。具体的には、巻線間を流れるように導かれる流体は、機械の最大定格電流を増大させるために、巻線及び他の構成要素を十分に冷却することができる。流体流れは、また、空気圧式処理能力（例えば、真空保持、吹き飛ばし）を提供することができる。代表的な一実施形態では、装置を使用して、例えば、最高で毎分５００挿入の速度で、チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータをバッテリケーシングに挿入することができる。

システム、及び関連装置、方法、又はコンピュータプログラム製品は、最高で毎分少なくとも５００セットの操作など、高いスループット率で１以上の組立操作セットを実施する能力を提供することができる。具体的には、各組立操作は、組み立てられている物体にサブ操作の複雑な組み合わせを実施することを伴うことがある。一実施形態では、システムは、コアを通って軸方向に延びるルーメンを備えるリニアモータと、操作を実施するためにコアに連結されたエンドエフェクタと、コアを通って流体を循環させる流体流れシステムとを含むことができる。一部の実施形態は、材料をエンドエフェクタに分配するサブシステムを含むことがある。

そのようなシステムは、加工物を操作するためにマンドレルを軸方向に加速させること、加工物を追跡し、加工物を操作するためにマンドレルを位置決めすること、操作されるべき少なくとも１つの物体を保持するためにマンドレルの開口に真空圧力を加えること、及び運動プロフィールの所定の地点で少なくとも１つの物体を解放するために真空を迅速に正圧へと反転させることなど、様々なサブ操作を実施することができる。システムは、例えば、他の操作と協働して材料を分配、形成、及び／又は切断するための、他のサブ操作をさらに実施することができる。

説明に役立つ一実施例では、２つの紙状セパレータを連続フロー製造ライン上でバッテリセルケーシングに迅速に挿入するためのシステムを使用して、バッテリセルを製造することができる。システムの実施形態は、ロボット又はピックアンドプレイス（pick-and-place）のような機器など、他の用途に組み込むことができる。

幾つかの諸実施形態は、１以上の利点を提供することができる。例えば、システムは、１以上のプロセスを実施するように新規又は既存の製造ライン上に容易に適合させて設置することができる。したがって、製造資産をフレキシブルに構成して、コストを節約し、休止時間を短縮することができる。モータの諸実施形態は、インデックス付けされた又は連続フロープロセスで高い生産スループット（例えば、毎分約４００を超える部品、最大で毎分少なくとも約５００の部品）を維持できる運転を提供することができる。諸実施形態は、システムコストを下げることができ、比較的単純なメンテナンスを必要とし、設置コストが低い。諸実施形態は、さらに、ほとんど又は全く製造休止時間なしに設置されることができる。特定の複雑な作業を、高いスループット率で実施することができる。エンドエフェクタは、容易に置き換えられることができ、様々な用途を実行するように構成することができる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに、請求項から明白になるであろう。

説明に役立つ実施形態の詳細な説明

本文書は、持続的な高速運転が可能なリニアアクチュエータを伴うシステム及び方法について記載する。リニアアクチュエータ（以下、「リニアモータ」）の様々な実施形態は、巻線周り及び／又は巻線間の径方向の流体流れを提供する。通電されると、巻線は、軸方向に摺動可能なシャフト上にスラストを発生させることができる。シャフトは、当該シャフトの長さにわたって長手方向に延びるルーメンと、適切に構成された開口とを含む。空気などの伝熱流体は、巻線間を径方向に流れ、シャフトの開口を通り、次いでルーメンを通って軸方向に流れることができる。この流体流れは、モータの内部からかなりの熱を除去することができる。この冷却は、より高い電流を印加できるようにすることができ、次にはそれが、毎分約５００操作など、高いスループット率での運転を実施するために必要なより高い力及び加速を可能にし得る。

本明細書に記載の諸実施形態で例示される構造及び技術を使用して加圧流体流れ源と組み合わされると、冷却を高めることができる。さらに、物体の操作など、高速空気圧操作を、高速直線運動と統合することができる。ゆえに、様々な実施形態は、高速空気圧操作と高速直線作動とを組み合わせることができる。

諸実施形態では、リニアモータ及び関連サブシステムは、最高で毎分少なくとも５００の操作セットなど、高いスループット率で１以上の組立操作セットを実施する能力を提供することができる。具体的には、そのようなモータは、サブ操作の複雑な組み合わせを実施することを伴う組立操作に使用され得る。サブ操作の組み合わせには、例えば、３次元運動プロフィール、及びコアのルーメン内の流体の圧力に応答する空気圧操作を含めることができる。一部の用途では、空気圧機構を使用して、多数の物体を拾い上げて解放するなど、１つを超える物体を操作することができる。

様々な実施形態、態様、特徴、及び実施の理解を助けるために、説明の大部分は、代表的な複雑な製造作業、すなわち、チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ラインにおいてバッテリケーシングに挿入することを対象とする。後述するように、セパレータをバッテリケーシングに挿入する１サイクルは、約１１の別個の一連のサブ操作を伴い得る。

代表的な用途を取り入れる目的で、紙状のセパレータは、通常、アノード（ケーシングの内壁に沿って形成される）をカソード（セパレータによって形成された「ボウル」に注入されるスラリー）から分離させるために、バッテリケーシングに挿入される。ある種類のセパレータシステムは、チューブアンドスクエア（tube-and-square）として知られる。この方法を使用してセパレータをバッテリケーシングに挿入する前に、長方形セパレータが、セパレータボウルの縦の側壁を形成するように略円筒形に丸められ、正方形セパレータが円筒の底部開口部を覆うように置かれる。チューブアンドスクエア（tube-and-square）の正方形セパレータ端部は、「ＡＡ」バッテリセル用のケーシングなどのバッテリケーシング内に挿入される。底部正方形セパレータは、管セパレータの最下端に重なり、それによってカソードとアノードとの間に隙間のない障壁を形成する。他の種類のセパレータシステムは、十字置き（cross-placed）として知られる。十字置き（cross-placed）セパレータは、通常、ボウルの側壁を形成するようにいずれも折られた、直交して置かれた類似サイズの２つの長方形を使用する。

これら２つの方法は、異なる製造及び電気的特徴を有し得る。チューブアンドスクエア（tube-and-square）セパレータシステムは、通常、必要とするセパレータ材料が少ない。セパレータ材料の量の削減は、内部抵抗を低減することができ、また、さらなる活性材料をバッテリに入れられるようにすることができ、それらのことは、より長いバッテリ耐用期間に貢献することができる。ただし、高速製造環境で小さな正方形の紙状セパレータを確実に処理し加工することは、本明細書に記載の諸実施形態によって克服できるいくつかの困難な問題を提起する。

チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ラインでバッテリケーシングに挿入するという代表的な用途の状況で記載するが、この実施例は、理解するのを助けることを意図したものであって、制限を意図したものではない。他の諸実施形態は、例えば、ピックアンドプレイス（pick-and-place）型操作などの異なる操作を実施するように構成されてよい。他の諸実施形態は、バッテリケーシング用の紙セパレータ以外の物品に操作を行うように適合されてよい。例えば、異なるエンドエフェクタが、例えば紙状セパレータ以外のペイロードを操作するために、適用されてよい。そのような代替ペイロードとしては、例えば、ＲＦＩＤ（無線識別）タグ、電子構成要素（例えば、集積回路、表面実装パッケージにおける能動又は受動素子）、小さい物体（例えば、玉軸受）が挙げられる。さらに、諸実施形態は、本明細書で描かれる代表的な諸実施形態で示されるもの以外のコンベヤシステムを使用し得る他の製造用途で実施されてもよい。例えば、諸実施形態は、他のモーションシステムを使用して、処理されるべき物品の動きを誘導又は案内することができる。そのようなモーションシステムは、高速組立システムの諸実施形態によって処理されるべき物体を運ぶために、強制空気、ベルト、重力、手作業による設置、ロボットマニピュレータ、進路、ガイドなどを組み込むことができる。

様々な実施形態の理解を促進するために、以下の説明は、連続フロー組立ラインにおいてチューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータをバッテリケーシングに挿入するためのシステムの代表的な用途の様々な態様を紹介する。代表的なシステムのためのいくつかの主要サブシステムと制御システムとを紹介した後、高速挿入動作をもたらす代表的なリニアアクチュエータサブシステムの設計及び構築について説明する。次に、高速挿入操作の態様を促進する代表的な慣性弁の詳細を提示する。それに続いて、（１）紙セパレータを送り込み、巻き付け、切断するサブシステム、及び（２）リニアアクチュエータを精確に位置決めするサブシステムについて論じる。次に、組立ライン上のフレキシブルな設置について説明し、その後、代表的な１運転サイクルにおける一連のイベントの説明を含め、高速組立システムを操作するための方法について論じる。次いで、高速組立システムに機能性向上をもたらすことのできる追加機構について論じる。

高速組立システム
図１は、正方形及び円筒状（すなわち、管）形状の紙セパレータを上部が開いたバッテリケーシング（図示せず）に挿入するように構成された代表的な高速組立システム１００を示す。システム１００は、バッテリケーシングを挿入アセンブリ１０２の下に位置決めするコンベヤアセンブリ１０１を含む。この実施例では、コンベヤアセンブリ１０１がバッテリケーシングを前進させるときに、挿入アセンブリ１０２は、正方形状の紙セパレータ及び円筒形状の紙セパレータを各バッテリケーシングに挿入する作業を行うことができる。

この実施例のコンベヤアセンブリ１０１は、各リンク１０４の両端にあるリンクピン１０６によって１つに連結されたリンク１０４の鎖を含む。各リンク１０４の中央は、バッテリケーシングなどの物体を受け取るように適合された保持具１０８を含む。リンク１０４は、スプロケット１１０の周りで転回する。スプロケット１１０は、例えば、独立して駆動されても、同期されても、受動的に回転可能であってもよいが、リンクピン１０６に係合するための歯を有する。システム１００は、コンベヤ位置センサ１１２から保持具１０８内のバッテリケーシングの位置に関する情報を受け取ることができ、そのコンベヤ位置センサ１１２は、スプロケット１１０の位置を監視する、エンコーダ、レゾルバ、ホール効果センサ、又は他の位置検出デバイスであってよい。一実施形態では、コンベヤアセンブリ１０１がセパレータ紙挿入のためにバッテリケーシングを前進させる速度は、様々であってよい。その場合、コンベヤ位置センサ１１２は、バッテリケーシングの前進速度に対応するように調整されたサイクル時間を有することのできる、挿入アセンブリ１０２用の制御装置（図示せず）にタイミング及び／又はバッテリケーシング位置情報を提供することができる。この実施例のコンベヤアセンブリ１０１は、スプロケット１１０の周りを回転する鎖を有するが、他の実施は、他の種類のコンベヤシステムを使用してよい。一部の実施は、ケーシングを直線で運んでもよく、又は図１に示されるものとは異なる回転角度を提供してもよい。様々な実施形態では、挿入アセンブリ１０２は、本明細書で別記するように他の種類のコンベヤシステムとともに使用されてよい。

挿入アセンブリ１０２は、次の構成要素サブアセンブリ、すなわち、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０、送り切り（ＦＣ：feed-cut）サブアセンブリ１５０、及びアクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０、を支持する基部プレート１２０を含む。この実施例では、基部プレート１２０は、スプロケットカラム１２２上で支持される。基部プレート１２０は、基部据付け締結具１２４によってスプロケットカラム１２２に取り外し可能に取り付けられる。基部据付け締結具１２４は、例えば、挿入アセンブリ１０２の迅速な設置又はスプロケットカラム１２２からの挿入アセンブリ１０２の迅速な除去を容易にする、ショルダボルトであってよい。様々な実施形態では、挿入アセンブリ１０２は、必ずしもスプロケット上ではなく、コンベヤアセンブリ１０１に隣接して又はコンベヤアセンブリ１０１の上方に据え付けられてよい。

リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、バッテリケーシングがコンベヤアセンブリ１０１によって前進されるときに、セパレータ紙を当該バッテリケーシングに挿入する。紙挿入プロセスの１運転サイクルの間、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、１）垂直方向に向けられた１つのセパレータ紙と、水平方向に向けられた１つのセパレータ紙とを受け取る操作、２）略垂直方向に向けられたセパレータ紙を円筒状マンドレルの周りで円筒形状にする操作、３）セパレータ紙をマンドレルに対して真空保持する操作、４）セパレータ紙をバッテリケーシング上方の位置へと運ぶ操作、５）セパレータ紙をバッテリケーシングに挿入する操作、及び６）セパレータ紙をマンドレルから解放する作業を含めた多数の操作を行う。一部の実施例では、これらの操作は、最高で毎分少なくとも約５００サイクルまで繰り返され得る。

リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、チムニー１３２と、シャフト位置センサ１３４と、圧力管１３６と、排出ポート１３８と、ピンラップモータ１４０と、ラップピン１４２と、シャフト１４４（マンドレルが分解された状態で示される）と、ギアセクタ１４６と、空気軸受１４８とを含む。リニアアクチュエータアセンブリは、シャフト１４４を垂直（すなわち、ｚ軸方向）に加速するためのリニアモータを含む。シャフト位置センサ１３４は、モータ、及び／又はシャフト１４４の動きを制御するための位置フィードバック情報を提供することができる。マンドレルがシャフト１４４に連結されると、リニアモータは、マンドレルに取り付けられた物体を上部が開いたバッテリケーシングに挿入するために、マンドレルを上下に加速することができる。一実施形態では、物体は、加圧流体を処理するように設計されたリニアアクチュエータアセンブリ１３０の操作及び構造によって、取り付けられ、解放され得る。

概要では、リニアアクチュエータアセンブリ１３０の一実施形態は、以下のように加圧流体を処理する。加圧空気などの加圧流体が、圧力管１３６の周りにギアセクタ１４６及び空気軸受１４８によって形成された圧力キャビティに注入される。加圧流体は、圧力管１３６及びシャフト１４４の開口（図１には図示せず）を通って流れ、チムニー１３２を経て排出ポート１３８を通って排出される。シャフト１４４は、最上端から最下端まで軸方向に延びるルーメンを有する、中空の中央部分を有する。シャフト１４４の開口は、流体がシャフト内を流れるときに回転を誘発するために、当該流体に軸方向、接線方向、及び／又は径方向成分を付与することができる。シャフト１４４の最上端を通ってチムニー１３２へと流れる流体流れが遮られないときには、シャフト１４４の最下端に負（真空）の圧力が生じ得る。この真空圧力を使用して、例えば、マンドレルに対してセパレータ紙を操作する（例えば、拾い上げる又は保持する）ことができる。シャフト１４４の最上端を通ってチムニー１３２へと流れる流体流れが急速に遮断される場合、シャフト１４４の最下端の負圧は、急速に正圧へと変化し得る。この急速な圧力反転を使用して、例えば、セパレータ紙をマンドレルから急速に解放する（すなわち、吹き飛ばす）ことができる。

リニアアクチュエータアセンブリ１３０の他の機構は、紙の処理など、他の機能に貢献する。例えば、垂直方向に向けられた適切な長さのセパレータ紙がラップピン１４２とシャフト１４４に取り付けられたマンドレル（図示せず）との間の隙間に分配された後、ピンラップモータ１４０は、ラップピン１４２をマンドレルの周りで移動させて、垂直なセパレータ紙をマンドレルの周りに「巻き付かせ」、それによってバッテリケーシングに挿入するのに好適な円筒形状の管を形成することができる。これらの操作は、ＦＣサブアセンブリ１５０と協働して行われる。

リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の諸実施形態については、図３〜６に即してさらに詳細に説明する。リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の動作は、電気的、機械的、及び空気圧式入力（図示せず）によって、また、送り切り（ＦＣ：feed-cut）サブアセンブリ１５０及びアクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０と協働して、達成されることができる。

ＦＣサブアセンブリ１５０は、ロールストックからセパレータ紙の２つのリボンを送り込むことができ、それらのリボンは、互いに対して略直交する向きにある。例えば、一方のリボンは、略垂直な向きで分配されてよく、他方のリボンは、略水平な向きで分配されてよい。ＦＣサブアセンブリ１５０は、適切な長さの各リボンを分配する機構と、リボンの端部を切断するナイフ機構とを含む。切断片は、バッテリケーシングへの挿入のためにリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０によって操作されてよい。ＦＣサブアセンブリ１５０の諸実施形態については、図７Ａ〜７Ｂに即してさらに詳細に説明する。

アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を位置決めするよう機能する。サイクルの一部分では、アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、バッテリケーシングに挿入されるべきセパレータ紙を受け取るために、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０をＦＣサブアセンブリ１５０の近くに位置決めする。サイクルの別の部分では、アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０が挿入、解放、及び引き抜き操作を実施できるように、当該リニアアクチュエータサブアセンブリをバッテリケーシングの上方に位置決めする。この実施例のシステム１００では、リニアアクチュエータサブアセンブリ１７０は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を、略一定運動型のコンベヤシステム、インデックス前進システム、又は他のコンベヤシステムと動的に整列する能力を提供する。このことは、高いスループット、及び様々なコンベヤシステムとともに動作するフレキシビリティを促進することができる。

アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、アセンブリ位置決めモータ１７２と、モータ駆動シャフト１７４と、ベルト１７６と、スピンドル１７８と、ベルトテンショナ１８０とを含む。これらの構成要素は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を位置決めするための駆動部及びトランスミッションを提供する。トランスミッションは、例えば、スピンドル１７８に連結された平歯車（図示せず）を使用して、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０上のギアセクタ１４６に係合することができる。アセンブリ位置決めモータ１７２は、例えば、位置決め及び／又は速度制御が可能な、ステッピングモータなどのモータであってよい。一部の実施形態では、アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、１以上のギアを含んでよい。アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０の諸実施形態については、図８に即してさらに詳細に説明する。

図２は、高速組立システム１００の様々なサブ構成要素を操作するための、パワー系統及び制御論理を含めた代表的な制御システム２００を示す。制御システム２００は、例えば、加圧空気源及び／又は他のガス状流体の源を提供できる、流体圧力源２０２と協働する。制御システム２００は、また、バッテリケーシングを前進させるために使用できる、コンベヤアセンブリ１０１などの連続フローコンベヤシステム２０４と協働する。

この実施例では、制御システム２００は、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）であっても、又は単一サイクル及び／若しくはプロダクションラン全体にわたって操作を統合し、監督し、かつ／若しくは監視するための他のプロセッサベースのシステムであってもよい、主制御装置２０６を含む。主制御装置２０６は、その一例がセンサ１１２である１以上のコンベヤ位置センサ２０８からコンベヤ位置に関する情報を受け取るように連結される。この情報は、例えば、主制御装置２０６に次のバッテリケーシングの位置を指示することができる。次のバッテリケーシングがコンベヤ２０４上の所定の位置に到達すると、例えば、主制御装置２０６は、セパレータ紙をそのバッテリケーシングに挿入する操作を開始することができる。

この実施例では、主制御装置２０６は、モータ制御装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の分散ネットワークと通信することによって操作を開始することができ、当該モータ制御装置は、それぞれ、主制御装置２０６と協働して、並びに／又は主制御装置２０６の制御及び／若しくは監督下で、特定の機能を制御し監視することができる。主制御装置２０６からのコマンド及び／又は状況情報に応答して、個々のモータ制御装置は、サブアセンブリ１３０、１５０、１７０の働きを制御するための命令を実行することができる。主制御装置は、２地点間（例えば、バックプレーン、デイジーチェーン）、ＲＳ−２３２、ＣＡＮバス、オプティカル（例えば、光ファイバー及び／若しくは赤外線）、トークンリング、イーサネット、無線、又はこれら若しくは他の通信インターフェース、方法、及び／若しくはプロトコルの他の好適な組み合わせを使用して、制御装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０それぞれと通信してよい。

モータ制御装置２１０は、トランスミッションシステム２１４を通じて水平（すなわち、ｘ−ｙ）平面でのリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の位置及び／又は速度を制御する、アクチュエータ位置決めモータ１７２の制御を担う。図１の実施形態では、トランスミッションシステム２１４は、モータ駆動シャフト１７４と、ベルト１７６と、スピンドル１７８と、ベルトテンショナ１８０とを含むことになる。他の実施形態では、アセンブリ位置決めモータは、例えば、ギアセクタ１４６に係合する平歯車を直接的に駆動してもよい。位置情報は、例えば、スピンドル１７８に連結されてよい、アセンブリ位置フィードバックセンサ２１６から受け取られることができる。一つの実施においては、制御装置２１０がリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０をバッテリケーシングと整列して位置決めしようとしているサイクルの少なくとも一部分の間、制御装置２１０は、バッテリケーシングの位置（コンベヤ位置センサ２０８から主制御装置２０６を通じて受け取られる情報に基づく）と、リニアアクチュエータアセンブリ１３０の位置（センサ１３４から受け取られる情報に基づく）とを比較して、エラー信号を決定することができる。

モータ制御装置２２０は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０上のリニアモータシャフト１４４のｚ軸位置の制御を担う。リニアアクチュエータモータ２２２は、セパレータ紙をバッテリケーシングに迅速に挿入するために、略垂直な（すなわち、ｚ軸の）動きで伸展及び格納することができる。例えば、シャフト位置センサ１３４は、シャフト位置情報をリニアアクチュエータモータ制御装置２２０に提供する。制御装置２１０は、位相巻線がどのように駆動（すなわち、通電）されるべきかを決定するためにシャフト位置情報を使用することができ、またさらに、シャフト１４４を制御するための、スラスト、速度、位置、及び／又は他の制御ループで使用されてよい。

モータ制御装置２３０は、好適な長さのセパレータ紙を分配する紙送りモータ２３２の制御を担う。一実施形態では、モータ２３２は、ギアを通じて、かつ／又は直接駆動によって、ＦＣサブアセンブリ１５０内で各紙の表面に係合する１以上のゴム被覆ホイールに連結される。一実施形態では、ギアは、それぞれ略固定された比率の垂直及び水平セパレータ紙を送り込むために使用される。他の実施形態では、モータ制御装置２３０は、適切な長さの垂直及び水平セパレータ紙を送り込むために２つの紙送りモータを別々に駆動する。

モータ制御装置２４０は、円筒管を形成するようにシャフト上のマンドレルの周りに垂直方向を向いた紙を巻き付ける、ピンラップモータ１４０の制御を担う。紙が紙送りモータによって分配される間に、又はそのわずかに後で、制御装置２４０は、例えば約２７０度〜約３４５度など、約１８０度〜最大約３６０度の回転角度にわたって、又はピン１４２が垂直方向を向いた紙の端部の近くで又は当該端部を少し越えて回転するのに十分に、ピン１４２を回転させ始めることができる。一部の実施形態では、マンドレルが紙に真空力を及ぼしている間に紙の端部まで完全に回転する必要がない場合がある。一部の実施形態では、紙が切断されている間に、又はそのわずかに後で、制御装置２４０は、ラップピン１４２がマンドレルの周りに管セパレータ紙の新たに切断された端部を形成するように、ピンラップモータ１４０の回転を逆転させることができる。逆回転は、管類の多数の巻付け層を達成するために、例えば、１．１回転から少なくとも４回転以上までなど、３６０度超過を含め、いかなる実用的な回転角度にわたってピン１４２を回転させてもよい。多数の巻付け層は、ピン１４２の有無に関わらずマンドレル自体が回転して管を形成する他の諸実施形態で達成され得る。

モータ制御装置２５０は、紙送りモータ２３２によって分配されたセパレータ紙の端部を切断するように少なくとも１つのナイフを駆動する、ナイフモータ２５２の制御を担う。一実施形態では、２つのナイフは、例えば、リニア駆動ギア又はベルトであってよい、リニアトランスミッションに取り付けられる。２つのナイフの一方は、水平方向を向いた紙を切断するための円形ナイフであってよく、一方は、垂直方向を向いた紙を切断するための垂直ブレードであってよい。他の実施では、例えば、１つのナイフが両方の紙を切断してよい。ナイフモータ２５２は、紙が分配された後で、かつ／又はピン１４２が紙の十分な部分をマンドレルに固定した後で、切断を開始するように起動されてよい。

位置及び速度誤差を補正する際には、例えば、制御装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のいずれかが、ゼロ位置誤差（挿入操作を実施できる受容可能な許容誤差範囲（tolerance window）内）を達成するのに必要な時間を最小限に抑えるために、制御された補正応答を適用することができる。制御応答は、例えば、最適な解決法に応じて、過減衰（over-damped）、不足減衰（under-damped）、又は臨界減衰（critically-damped）として特徴付けることができる。各制御装置は、最適な制御応答を生み出す際に、例えば、時間の関数としてのバッテリケーシングの推定される速度プロフィール、並びに、対応するモータからの利用可能な電力を考慮に入れてよい。制御装置は、情報がサンプリングされるか、遅延しているか、又は連続的な時間領域にあるかに応じて、デジタル及び／又はアナログ制御技術を適用してよい。

シャフト位置センサ１３４は、例えば、シャフト１４４の軸方向寸法に沿ってリニアエンコードスケールを設けることによって、組み入れることができる。チムニー１３２の外部に据え付けられた光学式エンコーダは、チムニー１３２の壁の開口を通じて反射光を監視することによってシャフトの動きを検出することができる。他の実施例では、１以上のコイル及び／又はアナログホールセンサが、シャフト１４４内の磁場発生装置（すなわち、永久磁石）の行程の長さに沿った位置に配置される。そのようなコイルは、シャフトの動きを示す誘導電圧について監視されることができる。これらの技術及び／又はリミットスイッチ若しくは端子電圧感知などの他の技術は、シャフト１４４の位置及び／又は速度を感知するために、単独で又は組み合わせて使用されてよい。

様々な実施では、モータ１７２、２３２、１４０、及び２５２のいずれも、ＤＣ、ＡＣ、永久磁石、ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）、ステッパ、同期、又は誘導など、任意の好適なモータの種類から選択されてよい。各モータは、直接駆動連結を通じて、又は、ギア、ベルト、カム、及び／若しくは他のトランスミッション機構を通じて間接的に、その対応する負荷を駆動してよい。一部の実施形態は、オープンループ、パラメトリック検出、若しくは他の（例えば、フィードフォワード）技術のいずれかを使用して、センサフィードバックなしに、モータ１７２、２３２、１４０、及び２５２の１つ以上を操作してよく、一部は、リミットスイッチ、ホール効果センサ、レゾルバ、エンコーダ、タコメータ、光学センサ（例えば、バーコード、ビーム遮断）、若しくは他の好適なセンサデバイスを含めた、１以上のフィードバックセンサを組み込んでよい。

主制御装置２０６は、また、加圧流体媒質の使用に関係する制御機能を組み入れてもよい。リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の中空コア内の媒質の流れ制御及び圧力調節が、セパレータ紙及び挿入プロセスの正確かつ／又はより効率的な処理を提供するために必要な場合がある。さらに、フィードバックセンサが、例えば、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の適当な冷却が起こっているかどうかを判定するために、チムニー１３２のところで流体媒質排出物の温度を監視してもよい。次いで、それに応じて流体媒質の流量、スループット率、及び／又は圧力を調節してよい。

図３Ａ〜３Ｂは、代表的な一実施形態における、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の構造詳細を示す。図３Ａは、チムニー１３２、圧力チャンバ１３６、排出ポート１３８、ピンラップモータ１４０、ピン１４２、ギアセクタ１４６、及び図１の磁気空気軸受１４８を示し、圧力入力ポート３０２を紹介する。図３Ｂは、圧力キャビティ３０４、圧力管入力ポート３０６、及び磁石３１０をさらに紹介する。したがって、図３Ａ〜３Ｂは、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０が、少なくとも３つの機能、すなわち、１）加圧流体を処理する機能、２）セパレータ紙を形成する機能、及び３）リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を位置決めする機能にどのように貢献するかを説明するために使用される。

加圧流体媒質処理機能に関して、空気軸受１４８は、流体圧力源２０２などの圧力源から加圧流体を導入できる圧力入力ポート３０２を含む。加圧流体は、圧力入力ポート３０２から圧力管１３６内へと流れ、チムニー１３２を経て排出ポート１３８を通って出ることができる。この実施例では、加圧流体のこの流れは、リニアモータを冷却し、かつ、非常に高いスループットの組立操作を生み出すようにセパレータ紙を操作するような方法で、リニアアクチュエータアセンブリ１３０によって処理される。

紙形成機能に関して、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、ピンラップモータ１４０とラップピン１４２とを含む。ピンラップモータ１４０は、作動すると、ラップピン１４２の周方向運動をもたらすことができる。周方向運動は、セパレータ紙の１つを円筒形のマンドレル（図４Ａ、品目番号４１４参照）の周りに巻き付けることができる。この円筒（すなわち、管）形状では、セパレータ紙は、アノードとカソードとの間にセパレータ障壁の側壁を形成するようにバッテリケーシングに挿入されることができる。一実施形態では、セパレータ紙は、ピンラップモータ１４０によってマンドレルの周りに巻き付けられ、加圧流体媒質の作用によってマンドレルのコア内で誘発される低い圧力（すなわち、真空）によって適所で保持されることができる。

リニアアクチュエータ位置決め機能に関して、ギアセクタ１４６及び空気軸受１４８は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を位置決め、かつ、支持する代表的な機構を形成するように、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の周りで連結される。位置決めは、ギアセクタ１４６がアクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０に係合することによって達成され得る。例えば、ギアセクタ１４６は、トランスミッションシステム２１４内の対応するギアと係合してよい。支持は、基部プレート１２０の底面に対する磁気空気軸受１４８の磁力によって達成されてよい。基部プレート１２０は、磁石を含んでよく、磁気空気軸受１４８は、鋼などの高透磁率材料を含んでよく、逆もまた同様である。

図３Ｂは、紙挿入プロセスを実行するように、かつ、ｘ−ｙ平面の運動に関して非常に低い摩擦でリニアアクチュエータアセンブリ１３０を基部プレート１２０に対して支持するように、加圧流体を処理するための、代表的なリニアアクチュエータアセンブリ１３０を分解図で示す。

図３Ｂは、圧力管１３６の一部分の周りに圧力キャビティ３０４を形成するために、どのように磁気空気軸受１４８とギアセクタ１４６とが封止可能に連結され得るかを示す。圧力管に封止可能に連結されると、圧力キャビティ３０４内の環状容積は、圧力入力ポート３０２を通して導入された加圧流体を受けることができる。この加圧流体は、圧力管入力ポート３０６を通って、かつ／又は磁気空気軸受１４８に設けられた漏れ経路を通って、圧力キャビティ３０４から出ることができる。圧力管入力ポート３０６を通る流体経路については、図４Ａ〜４Ｃに即して詳細に説明する。

圧力キャビティ３０４から磁気空気軸受１４８を通る漏れ経路は、一実施形態では、磁気空気軸受１４８の噛み合う表面と基部プレート１２０との間に流体の薄い層を提供することができる。大きな表面領域接触を低減する又は実質的になくすことによって、磁気空気軸受１４８と基部プレート１２０との間の滑り摩擦を低減することができる。これによって、アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、ｘ−ｙ平面でのリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０のより高い加速及び速度を達成できるようになり、それは、表面材料に関連したメンテナンス及び／又は材料コストを削減し得る。また、低摩擦の特徴によって、システム１００は、より高いスループット率を達成できるようになり得る。

一部の実施形態では、磁気空気軸受１４８は、基部プレート１２０の底面に面する上面上に１以上の磁石３１０を含んでよい。一部の実施形態は、また、基部プレート１２０の対応する湾曲した垂直壁に対する引力を提供するために周方向表面（図示せず）内に１以上の磁石を有してよい。キャビティ３０４からの漏れ経路は、磁石３１０が中に設置されるウエルの１以上まで延びてよい。一実施形態によれば、磁石３１０の少なくともいくつかの近く又は周りに小さな漏れ経路が設けられてよい。一部の実施形態では、漏れ経路は、磁気空気軸受１４８の最上部及び／又は周方向側部に沿ったいくつもの場所に配置されてよい。

説明に役立つ一実施例では、空気軸受１４８は、湾曲した外表面を有してよい。永久磁石３１０は、空気軸受１４８内に一体的に据え付けられ、空気軸受１４８のテフロンコーティングされた外部表面下に埋め込まれてよい。磁石３１０は、空気軸受１４８の湾曲表面に略垂直、かつ／又は空気軸受１４８の上面に略垂直であり得る磁力を提供するように向けられてよい。

一実施形態では、リニアアクチュエータアセンブリ１３０は、永久磁石３１０によって基部プレート１２０に対して磁気的に支持されてよい。この実施例では、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、空気軸受１４８の湾曲表面及び上面が基部プレート１２０上の対応する表面と噛み合うように据え付けられる。磁石３１０は、基部プレート１２０に対する空気軸受１４８の磁気連結をもたらし、それによってｘ−ｙ平面、並びに、ｚ軸で、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を支持する。空気軸受１４８の圧力キャビティ３０４は、圧力キャビティ３０４の直径方向表面を貫いて空気軸受１４８の円筒状表面及び上面へと貫通する、いくつもの開口を含んでよい。空気などの加圧流体媒質が圧力入力ポート３０２に適用される場合、加圧流体は、圧力キャビティ３０４に流れ込み、圧力キャビティ３０４の開口を通って、空気軸受１４８の外部表面へと流れる。流体媒質の圧力は、磁石３１０からの磁力を打ち消す、空気軸受１４８と基部プレート１２０との間の斥力をもたらす。相反する力は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０が支持されるが、漏れている加圧流体の層によって隔てられるように、釣り合わせることができる。その結果、空気軸受１４８と基部プレート１２０との間に低摩擦境界面が得られる。一実施形態では、空気軸受１４８及び／又は基部プレート１２０の諸部分が、低摩擦境界面を作り出すのにさらに役立つように、テフロンなどの低摩擦材料の層でコーティングされてよい。

他の実施形態では、磁気空気軸受１４８内の高透磁率材料を引き付けるために、基部プレート１２０内に磁場が生み出されてよい。そのような実施形態では、磁場は、永久磁石、及び／又は、例えば最小の滑り摩擦をもたらすように制御できる、巻線電流によって生み出されてよい。

次に、圧力管入力ポート３０６を通り抜ける加圧流体の経路について、図４Ａ〜４Ｃに即して詳細に説明する。これらの図は、加圧流体が、排出ポート１３８からシャフト１４４の最下端を貫いて延びる中央のルーメンを通って、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０内を流れることができることを示す。したがって、リニアモータ２２２及びピンラップモータ１４０は、「中空コア」モータと呼ばれることがある。

代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０（ギアセクタ１４６及び磁気空気軸受１４８なし）が、図４Ａに分解断面組立図でより詳細に示されている。リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、シャフト１４４と、チムニー１３２と、圧力管１３６と、ピンラップモータ１４０とを含む。図４Ａは、慣性弁アセンブリ４０１と、マンドレル４１４と、巻線管４２２と、それらの関連構成要素とを紹介する。

慣性弁アセンブリ４０１は、ブレット４０２と、ブレット止め具４０４と、リテーナケージ４０６と、ブレット座部４０８とを含む。リテーナケージ４０６は、ブレット４０２がブレット止め具４０４とブレット座部４０８との間で移動できるようにする。慣性弁アセンブリ４０１については、図６に即してさらに詳細に説明する。

慣性弁アセンブリ４０１は、例えばプレス嵌め又はねじ付き連結具であってよい連結具４１０によって、シャフト１４４に連結される。この実施形態では、シャフト１４４は、中空の中心コアを有するいくつものトロイダル永久磁場発生装置（例えば、永久磁石）を収容する。したがって、シャフト１４４（磁石を含む）は、実質的に中空の中心コアを有し、加圧流体が中空コア内に流れ込めるようにする、中空コア内へと延びる１以上の開口４１２を含む。

シャフト１４４の最下端には、マンドレル４１４が据え付けられる。マンドレル４１４は、シャフト１４４の中空コアと流体連通している中空コアを有する。マンドレル４１４は、加圧流体が中を流れることのできるいくつもの開口を有する。ポートは、マンドレル４１４の先端部で、マンドレル側壁の周りに配置される。一部の実施形態では、マンドレルは、シャフト１４４と単一構造に一体化されてよい。他の実施形態では、マンドレルは、例えばねじ付き連結具などによって、シャフトに取外し可能に取り付けられてよい。一部の用途では、高速で動くマンドレルは、故障して壊れるおそれがある。マンドレルは、加工される材料及び実行される操作の種類に応じて、比較的安価なプラスチック、ステンレス鋼、アルミニウム、又は新材料（exotic materials）から作製されることができる。

シャフト１４４は、チムニークランプ４１６の中央開口部、チムニー１３２、上部ブッシング４２０、下部ブッシング４２１、巻線管４２２、圧力管１３６、及びピンラップモータ１４０に挿通されてよい。チムニー１３２は、ブレット座部４０８を通り抜けた後の加圧流体を排出できるように配置された開口の配列を備える管形要素であってよい。チムニークランプ４１６は、チムニー１３２を圧力管１３６内に維持する。

圧力管１３６は、オープンコアを備えた円筒形の物体であってよい。圧力管１３６の一部分は、図３Ｂに見られるように、圧力管１３６の周りでギアセクタ１４６と磁気空気軸受１４８との封止可能な連結の形成を容易にできる縮小された外径を有する。圧力管１３６の外径縮小部分の圧力管入力ポート３０６は、加圧流体が圧力キャビティ３０４から圧力管１３６内に流れ込むための通路を提供する。

ブッシング４２０、４２１は、巻線管４２２を圧力管１３６内に維持し、シャフト１４４のための、軸方向に摺動可能な低摩擦の軸受表面を提供することができる。

巻線管４２２の外表面と圧力管１３６の内壁との間に径方向に画定でき、またブッシング４２０と４２１との間に軸方向に画定できる加圧された環状容積は、圧力管入力ポート３０６を通じて進入する流体によって加圧することができる。通常の運転条件下では、開口４１２すべてがブッシング４２０と４２１との間のこの加圧された環状容積内で維持される。開口４１２をこの加圧された環状容積内で維持すると、開口４１２を通る流体流れ経路が塞がれない状態で維持することができる。

巻線管４２２は、リニアモータの固定子を形成する一連の巻線を収容する薄い金属（例えば、鋼）管から形成されてよい（図５Ａ参照）。巻線は、シャフト１４４に直線力を付与するためにシャフト１４４内の磁石の磁場と相互作用するように、モータ制御装置２２０によって制御された方式で通電されることができる。巻線は、巻線間に隙間を提供するスペーサによって隔てられて、巻線管４２２全体に配置されてよい。巻線管４２２は、巻線管４２２の周りの加圧された環状容積内の流体が巻線間の隙間を通じて巻線管４２２の内部容積内に流れ込めるようにする、開口の配列を含む。巻線管４２２については、図５Ａに即してさらに詳細に説明する。

この実施形態のピンラップモータ１４０は、ピンラップモータハウジングリテーナ４２４と、回転子４２８と、固定子４３０と、ピンラップモータハウジング４３２とをさらに含む。ラップピン１４２は、回転子４２８に据え付けられる。固定子４３０は、ラップモータハウジング４３２内に据え付けられる。シャフト１４４の最下端は、回転子４２８の中空コアを通って延びており、当該回転子４２８のところでマンドレル４１４に取外し可能に連結されてよい。

連続ルーメンが、シャフト１４４の中空コアを通ってブレット座部４０８からマンドレル４１４まで延びる。一実施形態では、ブレット４０２がブレット座部４０８上にあるときには、ルーメンの上端が塞がれる。シャフト１４４が固定されているときには、加圧流体流れは、ブレット４０２がブレット座部４０８に接触せず、その結果ルーメンの上端を塞がれないままにするように、ブレット４０２の重量を支持するのに十分である可能性がある。しかし、シャフトが上方に加速すると、ブレット４０２の慣性は、ブレット４０２にルーメンの上端を塞がせるのに十分である可能性がある。

それ故に、加圧流体が圧力管入力ポート１３６を通って圧力管１３６に進入する経路は、巻線間のスペーサによって形成された隙間の間で巻線管４２２の穴の配列を通って延び、（１つ又は複数の）開口４１２を通り、シャフト１４４の中央のルーメンに達する。ブレット座部４０８がブレット４０２によって塞がれていない場合、加圧流体は、ブレット座部４０８を通って流れ、チムニー１３２を通って排出されることができる。ただし、ブレット座部４０８がブレット４０２によって塞がれている場合は、加圧流体は、マンドレル４１４の開口を通って流れ出ることがある。

部分的に組み立てられた（ギアセクタ１４６及び磁気空気軸受１４８なしの）リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の断面が、図４Ｂでは格納された状態で、図４Ｃでは伸展された状態で示されている。

図４Ｂでは、慣性弁アセンブリ４０１と、シャフト１４４と、マンドレル４１４とは、以下のように１つに組み立てられて設置されてよい。初めに、それぞれが巻線管４２２の端部を受けるためのリング溝を有するブッシング４２０、４２１が、圧力管１３６内に設置される。次に、慣性弁アセンブリ４０１がチムニー１３２内に入れられる。これらの要素は、次いで圧力管１３６に挿入され、チムニークランプ４１６が、チムニー１３２に被せて置かれ、圧力管１３６に連結される。次いで、回転子４２８が、マンドレル４１４及びシャフト１４４に被せて置かれる。固定子４３０が、ピンラップモータハウジング４３２の内側に置かれ、当該ピンラップモータハウジング４３２は、シャフト１４４上に挿入され、その場所でピンラップモータハウジングリテーナ４２４によってアセンブリの残りの部分に固定されることができる。

組み立てられた後は、ブッシング４２０、４２１は、シャフト１４４との滑り嵌めをもたらして、シャフト１４４が巻線管４２２に対して往復軸方向（例えば、ｚ軸）運動で移動できるようにすることができる。シャフト１４４と巻線管４２２は、巻線管４２２内のコイルに適切に通電することによって作動できるリニアモータを形成することができる。

図４Ｂは、マンドレル４１４が完全に格納された代表的な位置でのリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を示す。図４Ｂは、また、圧力管１３６のコア内に存在する加圧流体媒質がどのように巻線管４２２の開口を通って流れることができるかを示す。この流れは、例えば、巻線電流によって生み出される熱を除去することができる。この冷却は、冷却されていないモータの定格電流を超えてリニアモータを運転できるようにすることができ、そのことは特に、それらの定格が少なくとも１つには熱的特性及び／又は最大許容温度上昇に基づく場合に言える。

一実施形態では、リニアモータは、圧力キャビティ３０４からの加圧流体が圧力管入力ポート３０６を通ってブッシング４２０と４２１との間の環状容積に流れ込むときに、運転中に効果的に冷却することができる。加圧流体は、巻線管４２２の開口を通り、相隔たる巻線間を流れる。そこから、加圧流体は、この実施例では上部ブッシング４２０の近くとすることのできる１以上の開口４１２を通って流れ、シャフト１４４の中央のルーメン内に到達する。

この格納位置では、加圧流体は上方に流れて、ブレット４０２がブレット座部４０８と接触しないように当該ブレット４０２を持ち上げることができる。一実施形態では、上向きの流れは、少なくとも部分的には、１以上の開口４１２の軸方向、径方向、及び接線成分の組み合わせの結果として旋回流となることがある。一部の実施形態では、さらなる結果として、上向きの流れは、また、マンドレル４１４のところに負（すなわち、真空）の圧力を付与することができる。この負圧は、少なくとも、実質的にマンドレル４１４の周りに形成され得るセパレータ紙を円筒状に捕らえておくのに十分であり得る。

図４Ｃは、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を代表的な伸展状態で示す。リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０は、例えば、セパレータ紙挿入運動の最下部の近くで伸展状態であってよい。

この伸展状態では、圧力キャビティ３０４からの加圧流体は、圧力管入力ポート３０６を通ってブッシング４２０と４２１との間の環状容積内に流れ込むことができる。加圧流体は、次いで、巻線管４２２の開口を通って流れ、この実施例では下部ブッシング４２１の近くとすることのできる、１以上の開口４１２を通り、シャフト１４４の中央のルーメンに到達することができる。

この伸展状態が挿入運動の最下部の近くで起こると、ブレット４０２がブレット座部４０８の中央開口を塞いでいるので、加圧流体は、マンドレル４１４に向かって流れる。一実施形態では、シャフト１４４が減速しており（すなわち、上向きの加速を有しており）、その結果ブレット４０２がシャフト１４４よりも速い下向きの速度を有することになるので、ブレット４０２の下向きの慣性は、ブレット座部４０８を通って排出される加圧流体の上向きの力に打ち勝つことができる。これが起こるときには、ブレット４０２は、上向きの空気の流れを一時的に遮断することができる。

この一時的な遮断は、セパレータ紙をバッテリケーシングに挿入する代表的な用途で有利となり得る。ブレット４０２がブレット座部４０８に接触するときには、加圧流体は、上向きの流れから下向きの流れへと急速に逆転し得る。これは、マンドレル４１４のところでの急速な圧力反転を効果的に引き起こして、真空圧力によって保持されていた紙を正圧の突発によって吹き飛ばすことができる。この「吹き飛ばし」効果は、マンドレルからの紙の迅速な分離を容易にして、バッテリケーシングからセパレータ紙を引き出すことなくマンドレルが迅速に引き抜かれるようにすることができる。

ゆえに、慣性弁アセンブリ４０１は、引き抜き時間を短縮し、不適切な引き抜き動作に起因する可能性のある品質の問題を低減することができる。それ故に、高い生産収率及び高いスループットが、慣性弁と組み合わせることなく一定の圧力源によって達成することができる。

巻線管４２２の代表的な一実施形態が、図５Ａに示されている。巻線管４２２は、ニッケル、鉄、コバルト、鋼、又はそれらの合金などの高透磁率材料から形成されてよい、スリーブ５０２を含む。スリーブ５０２は、非導電性スペーサ５０６によって軸方向に隔てられたいくつもの巻線５０４を収容する。スペーサは、各巻線５０４間に隙間５１０を形成する。

この実施形態では、スリーブ５０２は、例えばモータ制御装置２２０に含まれるパワーエレクトロニクス回路であってよい外部駆動回路に巻線のリードを接続するのを容易にするために、スロットを備えて製作される。

スロットに加えて、スリーブ５０２のいくつかの開口は、運転中に加圧流体が巻線間を流れるための経路を提供するために隙間５１０と一致する。

図５Ｂは、代表的な一実施形態によるシャフト１４４の特徴を示す。シャフト１４４の少なくとも一部分は、巻線５０４内の電流と相互作用して、シャフト１４４を加速できる軸方向力（すなわち、軸スラスト）を発生させることができる、磁気構造を収容する管５１２を含む。

管５１２は、例えば、プラスチック、チタン、アルミニウム、又はステンレス鋼など、薄い軽量の非強磁性材料で構築されてよい。管５１２は、軸方向に分極したいくつものトロイダル永久磁石５１４を収容することができる。隣接した永久磁石５１４は、トロイダルスペーサ５１６によって隔てられる。一実施形態では、スペーサ５１６の内径は、磁石５１４とスペーサ５１６が管５１２に組み立てられるときに略均一な内径が結果として得られるように、磁石５１４の内径に略等しいものであってよい。

この実施形態では、隣接した永久磁石５１４の同種の磁極（すなわち、北−北、南−南）が互いに面する。スペーサ５１６は、隣接した永久磁石５１４を引き離し、それによって磁場を形作る。この実施形態では、隣接した同種の極からの磁束線が組み合わされて、各スペーサ５１６から略径方向を向いた磁束成分を生み出すことができる。シャフト１４４が巻線管４２２に挿入されると、これら径方向を向いた磁束線の一部が、巻線管４２２内の巻線５０４のいくつかを通り抜けることがある。巻線管のスリーブ５０２の高い透磁率は、磁石５１４によって生み出される磁束の径方向成分を増進させて形作ることのできる比較的低い磁気抵抗経路を提供することができる。

シャフト１４４にリニアモータとしてスラストを発生させる磁気構造に加えて、シャフト１４４は、また、加圧流体のための流れ経路を提供する。この実施形態では、トロイダルスペーサ５１６の１つは、開口４１２とシャフト１４４の中心コアルーメンとの間の流体連通をもたらす２つのルーメンを含む。一部の実施形態では、スペーサ５１６内のルーメンは、加圧流体がシャフト１４４のコアルーメン内を流れるときに当該加圧流体に回転を付与する傾向にある可能性がある、径方向、接線方向、及び軸方向成分を含んでよい。他の実施形態は、ルーメンを有する１つを超えるスペーサ５１６を含んでよく、並びに／又は各スペーサ５１６が、開口４１２の数に対応するためのいくつものルーメンを含んでもよい。スペーサ５１６の少なくともいくつかにあるルーメンは、加圧流体がシャフト１４４のコアルーメン内を流れるときに当該加圧流体に所望の流れパターンを付与するように設計されてよい。

一実施形態では、磁石５１４及びスペーサ５１６は、それらを管５１２に挿入し、次いで接着剤及び／又はエポキシを使用してそれらを適所に結合させることによって、シャフト１４４へと組み立てられてよい。他の実施形態では、磁石５１４及びスペーサ５１６は、管５１２にプレス嵌めされてよい。一部の実施形態では、スペーサ５１６は、例えば、エポキシを保持するために、外径内に溝を含んでよい。磁石５１４は、隣接した磁石５１４の同種の極が互いに面するような方式で管５１２内に配置されてよい。磁石５１４及びスペーサ５１６が管５１２に挿入された後、一部の実施形態では、管５１２の真直度を高めるために管の外径が旋盤にかけられてよい。

図６は、その一実施形態を図４Ａに即して説明した、慣性弁アセンブリ４０１の斜視図を示す。慣性弁アセンブリ４０１は、ブレット４０２と、ブレット止め具４０４と、リテーナケージ４０６と、ブレット座部４０８とを含む。この実施形態では、ブレット４０６は、テーパ端を備えた円筒形を有し、慣性弁アセンブリ４０１の内側でブレット４０２を維持するリテーナケージ４０６のより明確な説明を提供する。

ブレット座部４０８は、円筒状の開口として配置された中央開口ポートを提供することができる。ブレット座部４０８は、ブレット４０２がブレット座部４０８と接触するときに当該ブレット座部４０８の開口を実質的に塞ぐように、ブレット４０２の形状と共形になる面取り面を含む。

ブレット４０２は、例えば、ブレット座部４０８及び／又はブレット止め具４０４への衝撃に対して減衰応答を起こす材料で構築されてよい。他の実施形態では、ブレット４０２は、衝撃吸収設計を組み入れてよい。

この実施例では、ブレット４０２は、様々な材料で構成される複合構造を有する。ブレット４０２の中央領域は、例えば、ブレット４０２の慣性のかなりの部分に貢献し得る、比較的高い密度を有する材料から構成されてよく、一方、ブレット４０２の端部は、ブレット座部４０８及び／又はブレット止め具４０４の表面に衝突するときの跳ね返りを実質的に低減する又はなくすために、高減衰特性をもつ材料から構成されてよい。

一実施形態では、ブレットは、何らかの材料で部分的に満たされた実質的に中空のウレタン球を有するビーンバッグに似たものであってよい。材料には、例えば、プラスチックや金属の小球を含めることができるが、また、砂、水、油、若しくは他の材料も含めることができる。ウレタン球は、例えば、満杯の約５％〜約３０％、満杯の約２５％〜約５０％、満杯の約５０％〜約７５％、又は満杯の約２／３など、満杯の約５％〜９０％満たされてよい。

図７Ａ、７Ｂは、送り切り（ＦＣ：feed-cut）サブアセンブリ１５０の図を示す。図７Ａは、図４Ｂの線７Ａから、マンドレル４１４を通って得られる断面図である。図７Ｂは、図７Ａの線７Ｂのところで得られる送り切りアセンブリ１５０の正面図である。

図７Ａは、ＦＣサブアセンブリ１５０によって分配された、ある長さの正方形セパレータ紙７０２及びある長さの管セパレータ紙７０４、並びに、ラップピン１４２及びマンドレル４１４を示す。

適切な長さの管セパレータ紙が分配された後、リニアアクチュエータアセンブリ１３０のピンラップモータ１４０が回転して、ラップピン１４２をマンドレル４１４の周囲の経路で前進させることができる。この動きは、管セパレータ紙７０４をマンドレル４１４の周りに巻き付ける。このとき、正方形セパレータ紙７０２及び管セパレータ紙７０４の両方を、前述のように加圧流体の流れの操作によってマンドレル４１４のコア内で誘発される真空力により、マンドレル４１４に対して保持することができる。この段階で、セパレータ紙７０２、７０４が所定の長さに切断されてよい。

ＦＣサブアセンブリ１５０がどのようにセパレート紙を切断できるかを説明するために、図７Ｂは、正方形セパレータ紙７０２と、管セパレータ紙７０４と、プラットフォーム７０６と、正方形セパレータ紙用ナイフ７１０と、管セパレータ紙用ナイフ７１２と、メインブロック７１４と、エンドブロック７１６とを示す。一実施例では、ナイフ７１０、７１２は、メインブロック７１４内に位置するウォームギアを備えるステッピングモータ（図示せず）などのリニアアクチュエータに連結されてよい。ナイフ７１０、７１２は、正方形セパレータ紙７０２及び管セパレータ紙７０４が分配されてマンドレル４１４によって少なくとも部分的に捕らわれた後、セパレータ紙７０２、７０４に向かって前進させることができる。一部の実施形態では、正方形セパレータ用ナイフ７１０は、プラットフォーム７０６の表面に接して切断してよい。この実施例の管セパレータ用ナイフ７１２は、ブロック７１６との単一の干渉点のところで切断する先導底縁部を有する。ナイフ７１２が前進するにつれて、干渉点は、上方に動く。

この実施例では、エンドブロック７１６は、セパレータ紙７０４をブロック７１４と７１６との間の隙間に通過させるためのスペーサ（図示せず）によってメインブロック７１４から相隔たってよい。一実施例では、エンドブロック７１６は、ブロック７１４、７１６のいずれか又は両方で生み出される磁力（例えば、永久磁石又は電磁石）によってメインブロック７１４に対して適所に保持される。一部の実施形態では、エンドブロック７１６は、道具を使用することなく、磁力に打ち勝つための手による少量の圧力によって除去することができる。エンドブロック７１６の除去は、例えば、紙７０２、７０４を送り切りサブアセンブリ１５０に装填するのに、又はナイフモータ２５２を整備する（例えば、清浄化又は潤滑化する）ためのアクセスを提供するのに望ましい場合がある。

一部の実施では、正方形セパレータ紙７０２の分配端を支持するために水平表面が提供される。これは、例えば、真空力によるマンドレルへの迅速かつ繰返し可能な紙７０２の捕捉を有利に促進し得る。図７Ａの実施形態では、紙７０２の捕捉が少なくとも部分的に紙の剛性に頼ることができるように、マンドレルの先端のすぐ下には支持表面が設けられない。この実施形態では、正方形セパレータ紙７０２の縁部は、管セパレータ紙７０４の端部がケーシングに挿入されるときに当該管セパレータ紙７０４の端部の周りに形成されてよい。

正方形セパレータ紙７０２の分配端を支持できる代表的な２つの実施形態が、図７Ｃ〜７Ｄに示されている。

図７Ｃは、スプロケット１２２に据え付けられた代表的なディスク７４０を示す。ディスク７４０は、一部の実施形態ではマンドレルが挿入操作を実施するために下方に伸展するときに正方形セパレータ紙７０２の縁部を形成するようにサイズ設定されてよい、複数の開口７４５を有する。スプロケット１２２の周りでの移動の少なくとも一部分にわたって、チューブアンドスクエア（tube and square）セパレータを受け取るためのセルが、開口７４５の１つと垂直方向に整列して見当合わせされる。一実施形態では、ディスク７４０は、スプロケット１２２とともに回転する。

図７Ｄは、リニアアクチュエータアセンブリ１３０に取り付けられ、リニアアクチュエータアセンブリ１３０とともに往復運動する、代表的なトレイ７５０を示す。トレイ７５０は、一部の実施形態では、マンドレルが挿入操作を実施するために下方に伸展するときに正方形セパレータ紙７０２の縁部を形成するようにサイズ設定されてよい、開口７５５を有する。トレイ７５０は、この実施例ではモータハウジング４３２に堅く取り付けられた、部材７６０によって支持される。

図８は、基部プレート１２０上に据え付けられたアクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０の一実施形態を示す。アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、アセンブリ位置決めモータ１７２と、モータ駆動シャフト１７４と、ベルト１７６と、スピンドル１７８と、ベルトテンショナ１８０とを含む。スピンドル１７８は、ギアセクタ１４６と噛み合う、例えば平歯車又はピニオンギアなどのギア（図示せず）に連結されてよい。この実施例では、ベルト１７６は、モータ駆動シャフト１７４の機械的回転をスピンドル１７８に連結させてトランスミッションシステムを形成しており、その一例がトランスミッションシステム２１４である。他のシステムでは、例えば、直接駆動用途など、代替的なトランスミッションシステムが使用されてよい。

この実施例では、図８は、また、スプロケット１１０の周りを回転方向８０４でコンベヤアセンブリ１０１に沿って移動するバッテリケーシング保持具１０８及びバッテリケーシング８０２を示す。この実施例の実施形態では、ベルト１７６の張力の変動を低減するためにテンショナ１８０が設けられる。この特定の実施例では、モータ１７２、スピンドル１７８、平歯車（図示せず）、及びギアセクタ１４６は、モータ１７２によって、ｘ−ｙ（すなわち、略水平）平面でリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を動かす往復運動をもたらすように駆動されてよい。例えば、サブアセンブリ１７０は、ｘ−ｙ平面内のアーチ形経路に沿ってリニアアクチュエータサブアセンブリ１３０を往復運動させてよい。経路は、バッテリケーシングがコンベヤアセンブリ１０１に沿って前進する平行平面内の進路に実質的に重なってよい。それ故に、前進するバッテリケーシングと連携してリニアアクチュエータアセンブリ１３０をこの経路に沿って動かすことによって、アクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０は、紙セパレータ挿入操作を実施する挿入組立システム１０２を、例えば、連続運動型のコンベヤシステムを含む様々な種類のコンベヤシステムと整列させることができる。

挿入アセンブリ１０２は、フレキシブルな製造に適合されており、様々な用途に様々な構成で適用又は適合されてよい。図９は、挿入組立システム１０２の諸実施形態を上に設置できる、代表的なコンベヤシステム１０１の一部分を示す。コンベヤシステム１０１は、以上で例を論じた、スプロケット１２２とコンベヤ位置センサ１１２とを含む。代表的な挿入組立システム１０２は、既存のラインをほとんど又は全く妨害せずに既存のコンベヤシステム上に設置されるフレキシビリティを有する。一実施例では、挿入組立システム１０２は、プロセスフローラインのいずれの利用可能かつ好適な（すなわち、例えば適切な半径を有する）スプロケット上に設置されてもよいが、テーブルトップ、スタンド、プラットフォーム上に設置されてもよいし、又は天井若しくは支柱などの水平及び／若しくは垂直支持構造から懸吊されてもよい。諸実施形態は、例えば、適切にサイズ設定及び成形された空気軸受セクタ１４８と、基部プレート１２０の下の対応する垂直の噛み合う表面とを設けることによって、広範なスプロケットサイズに対応することができる。挿入組立システム１０２は、独立して、又はバッテリケーシングを前進させるために使用されているコンベヤシステム１０１と実質的に連携して、操作及び／又は制御されてよい。一実施形態では、コンベヤシステム１０１と高速組立システム１００との間の唯一の直接接触面が、コンベヤ位置センサ１１２であってよい。

一部の用途では、１つを超える挿入組立システム１０２が単一のコンベヤアセンブリ１０１上に適用されてよい。これは、例えば、冗長性（redundancy）（すなわち、メンテナンスなどの間のバックアップ）又は平行性（parallelism）をもたらして、スループット率を高めることができる。例えば、２つの挿入組立システム１０２が単一のコンベヤ組立ライン上に設置される場合、挿入操作に関するスループット能力を高めることができる。他の実施例では、同一のコンベヤ組立ライン上の２つの挿入組立機械が、異なる操作を実施するように構成されてよく、操作及び関連する構成は、異なるプロダクションラン、製品、及び技術に適合されてよい。

図１０は、前述のようにセパレータ紙を挿入するように挿入アセンブリ１０２を操作するための代表的な方法１０００を表す。方法１０００は、挿入アセンブリ１０２によって通常実施できる操作を含む。操作は、主制御装置２０６及び／又は制御装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０又はその組み合わせの制御、監督、及び／又は監視下で実施されてよい。操作は、また、アセンブリ１０２によって組み込むことのできる他の処理及び／又は制御要素によって補足又は増強されてよい。操作の一部又はすべては、信号で明白に具体化される命令を実行する１以上のプロセッサによって実施されてよい。処理は、アナログ及び／又はデジタルハードウェア又は技術を、単独で、又は命令を実行する１以上のプロセッサと協働で使用して、実施されてよい。

当該方法は、工程１００５で始まり、このときシステム１０２は、例えば、起動中若しくはリセット中、及び／又は別の方法で挿入操作の準備中であってよい。流体圧力源２０２は、工程１０１０で、例えば、流体圧力源から圧力入力ポート３０２への流体連通をもたらすように制御可能な弁を開放するための操作を実施することによって、起動することができる。マンドレル４１４は、工程１０１５で、図４Ｂに関して記載した格納位置などの位置に格納されることができる。工程１０２０で、アクチュエータ位置決めモータ１７２は、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０をＦＣサブアセンブリ１５０のところに位置決めすることができる。紙送りモータ２３２は、例えば、工程１０２５で、適切な長さの略垂直なセパレータ紙及び略水平なセパレータ紙を分配することができる。ピンラップモータ１４０は、工程１０３０で、ラップピン１４２を回転させて、垂直方向を向いたセパレータ紙をマンドレル４１４の周りに巻き付けることができる。工程１０３５で、ナイフモータ２５２は、セパレータ紙の分配端を切断するようにナイフ７１０、７１２を駆動することができる。この実施例では、ピンラップモータ１４０は、工程１０４０でラップピン１４２をその初期位置に戻し、一部の実施形態では、マンドレル４１４に対して管セパレータ紙の新たに切断された端部を形成するために逆巻き運動を伴ってよい。

この時点で、管セパレータが形成されており、管及び正方形紙セパレータの両方が、ロールストックから切断され、真空圧力によってマンドレルに対して保持されている。管セパレータの重なり合った自由端は、ラップピン１４２によってマンドレル４１４に近接して維持される。このペイロードとともに、マンドレル４１４を、コンベヤアセンブリ１０１上のバッテリケーシングに当該ペイロードを挿入するための位置に置くことができる。

工程１０４５で、制御装置２０６は、セパレータ紙を受け取る次のバッテリケーシングが、追跡を開始するための範囲内にあるかどうかを判定するために、コンベヤ位置センサ２０８を確認することができる。一部の実施例では、制御装置２０６は、リニアアクチュエータ１３０を加速するまで待機することができ、他の実施例では、制御装置２０６は、例えば次のバッテリケーシングを追跡するために必要なエネルギー及び／又は時間を例えば最小限に抑えるために、最適な軌道を決定し、コマンドを送信することができる。

制御装置２０６が、次のバッテリケーシングがその追跡を始めるための範囲内にあると判定すると、工程１０５０でアクチュエータ位置決めサブアセンブリ１７０によってリニアアクチュエータ１３０をｘ−ｙ平面で加速することができる。制御装置２０６は、工程１０５５で、アクチュエータアセンブリ１３０、具体的にはマンドレル４１４が適切にバッテリケーシングと整列しているかどうかを繰り返し確認することができる。十分な整列が達成されると、マンドレル４１４は、図４Ｃに関して記載したように、工程１０６０でリニアモータの作用によって伸展される。工程１０６５で、バッテリケーシング内のマンドレルの位置を、例えばシャフト位置センサ１３４によって監視することができ、マンドレルは、所望の位置に達するまで伸展され続けてよい。

マンドレル４１４がバッテリケーシング内に適正に位置決めされた後、セパレータ紙は、マンドレル４１４から外される。前述した一部の実施形態では、これは、慣性弁４０１内のブレット４０２がブレット座部４０８を塞ぐときに生み出される「吹き飛ばし」効果によって達成され得る。閉塞は、加圧流体の上向きの流れを、マンドレル４１４を通る下向きへと向け直す。これは、マンドレルのところで真空から正圧への急速な圧力変化をもたらす。正圧は、マンドレル４１４からセパレータ紙を解放し、したがって、工程１０７５で、バッテリケーシング内に管及び正方形セパレータ紙を残してマンドレル４１４を格納することができる。マンドレル４１４が格納されているとき、制御装置２０６は、いつマンドレル４１４がバッテリケーシングから離れるほど十分遠くに引き抜かれたかを判定するために、シャフト位置センサ１３４を監視することができる。それが起こるときには、工程１０２０が繰り返され、それには、次の操作を準備するためにマンドレル４１４を送り切りアセンブリ１５０へと戻す必要がある。

ケーシングを伴わない場合など、他の実施形態では、物体が、吹き飛ばされる代わりにマンドレルから落下することがある。落下は、例えば、物体に加わる真空力が実質的に低減されるようにモータを操作することによって、実現し得る。一実施形態では、真空力は、ジェットホール４１２が加圧流体源から実質的に切り離されるときに低減され得る。これは、例えば、ジェットホール４１２が、伸展位置で軸受４２１によって、又は格納位置で軸受４２０によって実質的に覆われるときに、達成され得る。他の実施形態では、シャフトは、ジェットホール４１２が軸受４２０と４２１との間にこないように、当該ジェットホール４１２を動かすように操作される。

図１１Ａ〜１１Ｇは、紙挿入シーケンスで実施され得る一連の操作を含む代表的なサイクルを示す。一実施形態におけるサイクルのタイミングを説明する目的で、これらの各図は、グラフ式時間表示を含む。表示は、およその代表的な時間であり、毎分約５００サイクルの高速組立システム１００についての代表的なスループット率に相当し得る。

図のシーケンスは、マンドレル４１４を使用してバッテリケーシング１１０５内にセパレータをうまく設置した後の代表的な状態を描くことによって、図１１Ａで始まる。シーケンスのこの工程の時間は、ｔ＝０で定義される。マンドレル４１４は、挿入プロセスが完了した直後のバッテリケーシング１１０５から引き出されている状態で示される。マンドレル４１４が格納された直後であるので、当該マンドレル４１４は、バッテリケーシング１１０５と同じ速度で代表的な連続運動コンベヤシステムに沿って進んでいる。次のバッテリケーシング１１１０は、バッテリケーシング１１０５によって取られるのと同一の進路に沿って前進している。正方形セパレータ紙リボン７０２及び管セパレータ紙リボン７０４は、ＦＣサブアセンブリ１５０（図示せず）によって分配されていない。

図１１Ｂは、ｘ−ｙ平面で減速しているマンドレル４１４を示す。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝６ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｃは、ＦＣサブアセンブリ１５０（図示せず）に向かって加速しているマンドレル４１４を示す。バッテリケーシング１１１０は、コンベヤ経路に沿って前進し続けている。この状態は、紙挿入シーケンスのｔ＝約２２ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｄは、マンドレル４１４がＦＣサブアセンブリ１５０に接近するにつれて減速している様子を示す。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝３８ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｅは、セパレータ紙を受け取る準備をしている、ＦＣサブアセンブリ１５０のところの適切な位置のマンドレル４１４を示す。正方形セパレータ紙リボン７０２及び管セパレータ紙リボン７０４は、それぞれの適切な長さに分配されてしまっている。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝５０ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｆは、ラップピン１４２（図示せず）によってマンドレル４１４の周りに巻き付けられている管セパレータ紙７０４を示す。マンドレル４１４のコアは、セパレータ紙７０２、７０４の分配端を引き付けて保持できる真空に引いている可能性がある。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝６２ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｇでは、セパレータ紙７０２、７０４の端部が切断されており、ラップピン１４２（図示せず）は、「逆巻き」を実施するのに十分な追加の回転角度だけその元の位置を過ぎたところまで逆回転されている。逆巻き操作は、マンドレルに対して管セパレータ７０４の切断端を形成する。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝７４ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｈは、次のバッテリケーシング１１１０を追跡するために加速しているマンドレル４１４を示す。マンドレル４１４は、当該マンドレル４１４の端部に正方形セパレータ１１１５を、及び当該マンドレル４１４の周りに周囲方向に形成された管セパレータ１１２０を持つ。正方形１１１５及び管１１２０は、マンドレル４１４のコア内の真空力によってマンドレル４１４に対して保持される。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝８０ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｉは、バッテリケーシング１１１０の上方で実質的に垂直に整列するように位置決めされたマンドレル４１４を示す。この時点で、リニアモータは、マンドレル４１４をバッテリケーシング内に加速させる。マンドレル４１４は、ダウンストロークの最下部に接近するにつれて減速し、それが慣性弁にブレット座部４０８の開口を塞がせ、それが前述のようにマンドレル４１４内の急速な圧力反転を引き起こす。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝１００ミリ秒で起こり得る。

図１１Ｊは、リニアモータの上向きの加速によってバッテリケーシング１１１０から引き抜かれているマンドレル４１４を示す。この状態は、紙挿入シーケンスのおよそｔ＝１２０ミリ秒で起こり得る。一実施例では、加速プロフィールは、シャフトがその最大伸展に達する十分前後に、ブレットが座部４０８に接して維持されるようなものであってよい。したがって、運動プロフィールは、伸展運動の最下部の近くで座部からのブレットの跳ね返りを実質的に低減する又はなくす方法で制御されてよい。紙挿入用途では、例えば、ブレットの跳ね返りを最小限に抑えると、セパレータ紙の不慮の再捕捉を有利に低減する又はなくすことができる。

いくつかの実施形態を記載してきたが、他の実施形態も可能である。例えば、リニアアクチュエータは、モータ（すなわち、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する）として機能してもよいし、発電機（すなわち、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する）として機能してもよい。リニアアクチュエータは、重なり合う及び／又は重なり合わない巻線、極の様々な数及び空隙部を含め、様々な巻線構成を使用してよく、巻線は、様々な位相接続を有してよい。巻線位相は、例えば、ＷＹＥ又はＤＥＬＴＡ構成で接続されてよく、また、ニュートラル接続を使用しても使用しなくてもよい。

リニアモータは、シャフト変位、速度、又は加速に影響を与えることのできるシャフトの機械的出力（例えば、スラスト）を生み出すために、固定子に電気波形を印加する様々な駆動装置を使用して制御されてよい。例えば、Ｎ相を有する固定子を備えたリニアモータの場合、当該リニアモータは、少なくとも２Ｎのスイッチング素子（例えば、トランジスタ及び／又はダイオードの何らかの組み合わせ）を有するＮ相インバータによって駆動されてよい。一部の実施形態は、固定子を励磁させるために協働する多数の駆動装置を使用することができる。駆動装置は、様々な回路トポロジー（例えば、ハーフブリッジ、フルブリッジ、共振又は擬似共振、変圧器結合）、スイッチ遷移技術（例えば、ゼロ電圧スイッチング、ゼロ電流スイッチング、共振又は擬似共振スイッチング）、及びスイッチング変調法（例えば、パルス幅変調、パルス周波数変調、コンスタントオンタイム、位相制御など．．．）を使用することができる。

制御装置のそれぞれは、開ループであっても閉ループであってもよい。閉ループ制御装置は、バングバング（bang-bang）又は他の応答特性を使用して、１以上の電気的パラメータを調節するように構成されてよい。制御装置によって調節できるパラメータとしては、例えば、瞬間ピーク電流、平均電流、出力電圧、平均電圧、出力電力のうちの１つ以上が挙げられる。一部の実施では、駆動装置は、ＤＣ（例えば、ＤＣリンク電圧源、若しくは整流（rectified）及び濾波（filtered）ＡＣ）、又はＡＣ（例えば、５０若しくは６０Ｈｚの略正弦波）波形として特徴付けることのできる様々な入力から操作してよい。駆動装置の一部の実施形態は、力率改善（ＰＦＣ：power factor correction）回路によって発生される実質的にＤＣの入力電圧を受け取ってよい。駆動装置は、例えば、略方形波の波形（実質的に滑らかな出力を生み出すように濾波されてよい）又は略正弦波の電圧など、様々な出力波形を出力してよい。

一部の実施では、駆動装置は、直線状、台形、又は正弦波速度軌道など、予め定められた軌道に従うようにシャフトを動かすように操作されてよい。他の実施形態では、例えば、駆動装置は、予め定められた又は最大の力若しくは加速をシャフトに適用するように操作されてよい。

高速組立システム１００内のアクチュエータによって実施される操作を制御するために、様々な制御アーキテクチャ又は実施が使用されてよい。例えば、モータ制御装置には、シリアル（例えば、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ、Ｉ２Ｃ）、パラレル、又は他のプロトコルドライバを通じて、パーソナルコンピュータ制御アプリケーションによって直接コマンドが送られてよい。モータは、また、別個のアナログ及び／又はデジタル出力カード、並びに、関連増幅器及び／又はパワーエレクトロニクスドライブサブシステムを使用して、ＰＬＣ（プログラマブル論理制御装置：programmable logic controller）によって個々に制御されてよい。タイミングシーケンスは、好適な手続き型（例えば、Fortran）又はオブジェクト指向型（例えば、Ｃ＋＋、Java）言語を使用して、ラダー論理型プログラム、又は他のアセンブル済み・コンパイル済み実行可能命令若しくはモジュールライブラリ内のモジュールとすることのできる、ＰＬＣ制御プログラムによって実施されてよい。さらに、イーサネットなどのマルチドロップネットワーク、又はＰＬＣ製造業者から利用可能な他の独自制御ネットワーク（例えば、デバイスネット（Device Net））を通じた制御が使用されてよい。制御システム２００内の制御装置のうちの１つ以上は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１以上のプロセッサを、実行可能命令源（例えば、記憶素子）、並びに、好適なアナログ、デジタル、及び／又はハイブリッド回路と併せて使用してよい。

一部の実施は、流体圧力源２０２を通る流体流れを誘発するための１以上の供給源及び／又はシンク（sinks）を使用してよい。例えば、真空源は、単独で、又は圧力キャビティ３０４と連通する圧力源２０２などの加圧流体源と併せて、リニアアクチュエータサブアセンブリ１３０の排出ポート１３４に適用されてよい。フィルタ、加熱器、弁、流れ制限デバイス、マニホールド、及び／又は他の制御、分配、若しくは供給要素が、いくつかの実施形態と併せて使用されてよい。

一部の実施形態では、加圧流体は、１以上の流体、すなわち、１以上の温度、分圧、及び／又は化学的濃度（例えば、イオン濃度）の流体の混合物であってよい。加圧流体の流れにおいて使用できる流体の組み合わせの説明に役立つ例としては、周囲及び冷却空気、不活性ガス（例えば、アルゴン、窒素）を含む空気、並びに、清浄化又は潤滑作用のある化学添加剤を含む空気が挙げられる。一実施例では、チムニー１３２を通って排出される流体の温度を測定することができ、例えば、排出温度が予め定められた値から外れる場合、制御システム２００は、排出温度を調節するために予冷された空気（又は他の流体）を混合するように弁を作動させてよい。他の実施例では、必要とされるメンテナンス間の時間を延長するために、又は平均故障間隔を短縮するために、少量の清浄化又は潤滑物質が、低濃度で連続的に、規則的に、又は定期的に添加されてよい。

一部の実施形態では、制御された物質の混合物が、改善された動作をもたらすために、連続的に、又は運転サイクル中の選択された時点で導入されてよい。例えば、マンドレルからのセパレータ紙の解放を容易にするために、又は加工物の内表面をコーティングするために、例えば、添加剤が圧力キャビティ３０４内に注入されてよい。一部の実施形態では、加圧流体の流れの中の有効濃度の添加剤（例えば、触媒及び／又は（１つ又は複数の）反応物質）が、例えば酸化反応などの１以上の化学反応を促進、抑制、又は引き起こしてよい。添加剤は、また、硬化時間（例えば、エポキシの）、静電気の蓄積、表面接着特性、乾燥時間などを制御するために添加されてもよい。

図４Ａの代表的な実施形態に代わる代替形態では、回転子４２８は、シャフト１４４との軸方向に摺動可能な回転自在に連結された（すなわち、スプライン）関係を形成するための機構を組み込んでよい。一部の実施形態では、回転子４２８の回転は、シャフト１４４に対して制御された回転をもたらすことができ、それがラップピン１４２を元の位置に戻して、垂直セパレータ紙をマンドレル４１４の周りの管へと形成することができる。他の用途では、シャフト１４４の軸方向回転をもたらすためのスプライン連結具を使用して、例えば高い速度で、物体を操作し、その向きを定めることができる。このことは、ピックアンドプレイス操作、ロボットマニピュレーション、又は、例えば３次元表面の印刷、塗装、コーティング、若しくはスプレー噴霧を伴うことのあるノズル用途に有益な場合がある。回転は、また、例えば、ねじの取付け、又はポテンショメータ若しくは可変キャパシタンスの設定など、直線的な力を必要とする回転操作を提供することができる。

他の実施形態では、１つを超える加圧環状容積が、シャフト１４４の外表面と圧力管１３６の内壁との間に径方向に画定されてよい。例えば、第２の加圧環状容積が、ブッシング４２０又は４２１の一方と第３のブッシングとの間に軸方向に画定されてよい。この第２の環状容積は、第２の圧力管入力ポートを通じて進入する加圧流体によって加圧されてよい。一部の実施形態では、開口４１２のいくつかは、この第２の加圧環状容積に進入してよい。一部の実施形態では、シャフト１４４内の１以上の開口の第２の組が、第２の加圧環状容積内で維持されてよい。一部の実施では、第２の環状容積は、同一の流体で加圧されてもよいし、異なる温度、圧力（例えば、正圧若しくは負圧）、及び／又は化学的濃度にあってよい異なる流体で加圧されてもよい。他の実施例では、さらなる冷却をもたらすために低温流体が第２の環状チャンバ内に循環されてよく、シャフト１４４への開口は、設けられても設けられなくてもよい。一部の実施形態は、１以上の流体によって加圧されてよい２以上の環状容積を含んでよい。

システム１００は、少なくとも一部は、本発明の諸実施形態と共に使用できるコンピュータシステムとして実装されてよい。

本発明の様々な実施形態は、デジタル電子回路において実施されてもよいし、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実施されてもよい。装置は、プログラマブルプロセッサによって実行するための、情報キャリア内、例えば機械可読ストレージデバイス内又は伝搬信号内で明確に具体化される、コンピュータプログラム製品に組み入れることができ、方法は、入力データを操作し出力を生成することによって本発明の機能を果たすために命令のプログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって実施することができる。本発明は、データ及び命令をデータストレージシステムから受信するため、またデータ及び命令をデータストレージシステムに送信するために連結された少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサ、少なくとも１つの入力装置、及び少なくとも１つの出力装置を含むプログラム可能なシステム上で実行できる１以上のコンピュータプログラムにおいて、有利に実施することができる。コンピュータプログラムは、特定の活動を行なう又は特定の結果をもたらすために、コンピュータの中で、直接又は間接に用い得る一組の命令である。コンピュータプログラムは、コンパイラ型又はインタープリタ型言語を含むプログラミング言語のいかなる形態で書かれることもでき、またそれは、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境において用いるのに好適な他のユニットとしてを含む、いずれの形態にも展開することができる。

命令プログラムの実行のために好適なプロセッサには、一例として、汎用及び特殊用途の両方のマイクロプロセッサ、及び単独プロセッサ又は任意の種類のコンピュータのマルチプロセッサの１つが挙げられる。一般に、プロセッサは、命令及びデータを、読み取り専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又は両方から受け取る。コンピュータの必須要素は、命令を実行するためのプロセッサ、並びに、命令及びデータを記憶するための１以上のメモリである。一般に、コンピュータはまた、データファイルを記憶するために１以上のマスストレージデバイスを含むか、又はそれと通信するために動作可能に連結され、こうしたデバイスには、磁気ディスク、例えば内部ハードディスク及びリムーバブルディスク、光磁気ディスク、並びに、光ディスクが挙げられる。コンピュータプログラムの命令及びデータを明白に具体化するために好適なストレージデバイスには、非揮発性メモリのすべての形態が挙げられ、一例として、半導体メモリ装置、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリ装置；磁気ディスク、例えば内部ハードディスク、及びリムーバブルディスク；光磁気ディスク；並びに、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクが挙げられる。プロセッサ及びメモリは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補足されるか、又はその中に組み込まれることができる。

ユーザーとの対話を提供するために、本発明は、情報をユーザーに表示するためのディスプレイ装置、例えばＣＲＴ（ブラウン管）又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニター、並びに、キーボード及びポインティングデバイス、例えばユーザーが入力をコンピュータに提供できるマウス又はトラックボールを有するコンピュータ上で実施することができる。

本発明は、バックエンドコンポーネント、例えばデータサーバーを含むコンピュータシステム、又はミドルウェアコンポーネント、例えばアプリケーションサーバー若しくはインターネットサーバーを含むコンピュータシステム、又はフロントエンドコンポーネント、例えばグラフィカルユーザーインターフェース若しくはインターネットブラウザを有するクライアントコンピュータを含むコンピュータシステム、又はそれらのいずれかの組み合わせにおいて実施することができる。システムの諸構成要素は、通信ネットワーク上で、パケットベースのメッセージを含む、アナログ又はデジタルデータ通信のいずれかの形態又は媒体によって接続することができる。通信ネットワークの例としては、例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、無線及び／又は光ネットワーク、並びに、インターネットを形成するコンピュータ及びネットワークが挙げられる。

コンピュータシステムは、分散コンピューティングシステムとして実装されてよく、クライアント及びサーバーを含むことができる。クライアント及びサーバーは、一般に、互いから遠隔にあり、通常はネットワークを通じて対話する。クライアントとサーバーの関係は、それぞれのコンピュータ上で稼動し、かつ、クライアント−サーバー関係を互いに有するコンピュータプログラムに基づいて生じる。

本発明のいくつもの実施形態を記載してきた。しかし、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更を行ってもよいことが理解されるであろう。例えば、開示された技術の工程が異なる順序で行なわれる場合、開示されたシステム内の構成要素が異なる手段で組み合わされる場合、又は構成要素が他の構成要素により交換される若しくは補足される場合に、有利な結果が実現され得る。機能及び処理（アルゴリズムを含む）は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実施されてよく、一部の実施形態は、記載されたものと同一ではないモジュール又はハードウェア上で実施されてよい。したがって、その他の実施形態は請求項の範囲内にある。

様々な図面で、類似の参照記号は、類似の要素を示す。

バッテリを製造するために使用できる代表的な組立ライン上のスプロケットのところに設置された代表的な高速組立システムの斜視図。 図１の高速組立システムのための代表的な制御システムのブロック図。 図１の代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリの組立図。 図１の代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリの分解図。 図３Ａ及び３Ｂの代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリの断面図。 図３Ａ及び３Ｂの代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリの断面図。 図３Ａ及び３Ｂの代表的なリニアアクチュエータサブアセンブリの断面図。 図４Ａ〜４Ｃのリニアアクチュエータの巻線管の斜視図。 図４Ａ〜４Ｃのリニアアクチュエータ内の磁場発生装置を含むシャフトの一部分の略図。 図４Ａ〜４Ｃのリニアアクチュエータのための代表的な慣性弁の斜視図。 図４Ｂに示されるように得られる断面から見た、代表的なマンドレル上に巻き付けられる管紙セパレータを示す、代表的な送りサブアセンブリの上面図。 図７Ａに示されるように得られる断面から見た、代表的な紙送り切りサブアセンブリの正面図。 セパレータ紙を支持及び／又は形成するための代表的なトレイ実施形態の斜視図。 セパレータ紙を支持及び／又は形成するための代表的なトレイ実施形態の斜視図。 図１の高速組立システムの代表的な位置決めサブアセンブリを示す平面図。 図１の高速組立システムをそこで代表的な組立ライン上に設置できる、スプロケットの斜視図。 管及び正方形セパレータ紙をバッテリケーシングに挿入するための図１のシステムの操作方法のフローチャートである。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。 チューブアンドスクエア（tube-and-square）紙セパレータを連続フロー組立ライン上でバッテリケーシングに挿入する代表的なサイクル中に図１の高速組立システムによって実施される一連の操作の略図。

Claims (10)

1. シャフト上に軸スラストを発生させるように適合されたリニアモータであって、
   流体圧力源との流体連通をもたらすための開口を備えた圧力管と、
   複数の固定子巻線と、
   圧力管の径方向開口から圧力管外部の外部開口まで中を貫いて延びるルーメンを有するシャフトであって、固定子巻線の励磁に応答して軸スラストを提供するための磁場発生装置を有するシャフトと
   を備え、
   外部開口及び圧力管の開口は、シャフト内のルーメン及び径方向開口を通じて流体連通している
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 固定子巻線は、径方向開口と圧力管の開口との間の流体連通をもたらす、１つ以上の軸方向に分配された空隙部を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 径方向開口は、シャフトに対して接線成分を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 径方向開口は、シャフトに対して軸方向成分をさらに含んでいる
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. ルーメンは、径方向開口から別の外部開口へとさらに延びており、
   ２つの外部開口は、シャフトの両端に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
6. 径方向の流体流れを可能にするように適合されたリニアモータであって、
   中央のルーメンがその長さに沿って延びる巻線管であって、その長さに沿った少なくとも１つの開口を有する巻線管と、
   巻線管ルーメン内で支持される多数の固定巻線であって、それらの間に少なくとも１つの開いた空隙部を備えて配置される固定巻線と、
   中央のルーメンがその長さに沿って延びるシャフト管であって、その長さに沿って少なくとも１つの径方向開口を有し、かつ、巻線管ルーメン内で軸方向に摺動可能であるシャフト管と、
   シャフト管ルーメン内に軸方向に配置された多数の永久磁石及びスペーサであって、当該永久磁石はセパレータによって相隔たり、当該永久磁石及び当該スペーサは、軸方向に延びる中心コアルーメンを形成し、当該中心コアルーメンとシャフト管の前記少なくとも１つの径方向開口との間の流体連通をもたらす流体流れ経路を含む、という永久磁石及びスペーサと
   を備え、
   巻線管の前記少なくとも１つの開口、固定巻線間の開いた空隙部、シャフト管の前記少なくとも１つの径方向開口、並びに、永久磁石及びスペーサによって形成される流体経路は、巻線管の外側の領域からシャフトルーメンへの流体連通をもたらす
   ことを特徴とするリニアモータ。
7. 巻線管の両端でシャフト管の周りに配置された１対のラジアル軸受をさらに含んでいる
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 永久磁石及びセパレータは、固定巻線をつなぐ略径方向を向いた磁束を提供するように配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 永久磁石の１つ以上は、巻線の励磁に応答してシャフト管上に軸スラストを発生させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. 固定巻線は、対応する複数の電気的位相によって通電されるべき複数の位相巻線を含んでいる
    ことを特徴とする請求項６に記載の装置。

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