KR102571971B1 - 선형 전기 기계 - Google Patents

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에드워드 헤인즈
새뮤얼 커크렐
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리버튼 에프피이 엘티디
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Abstract

선형 전기 기계(LEM)은 하우징에 장착되고, 상기 하우징과 작업 실린더를 형성하는 고정자, 상기 작업 실린더 내에 있고, 그 사이에 원통형 고정자 보어 공동(bore cavity)을 형성하는 중심 코어, 상기 작업 실린더 내에서 상기 중심 코어에 대해 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 고정자 보어 공동 내로 연장되며, 변환기와 상기 고정자 사이에 외부 자기 회로 에어갭을 형성하는 중공 변환기, 상기 고정자 보어 공동 내에서 상기 변환기의 동축 위치를 제공하는 상기 중심 코어와 상기 변환기 사이의 적어도 하나의 굴곡부 또는 베어링, 상기 중심 코어는 상기 고정자와 관련하여 축 방향으로 고정되는 것을 포함한다.

Description

선형 전기 기계
본 발명은 선형 전기 기계에 관한 것이다.
선형 전기 기계는 연소기에 압력이 작용하여 유용한 전력 출력을 생성하는 자유 피스톤 엔진 선형 발전기로서의 사용, 고압 가스가 변환기에 작용하여 유용한 전력 출력을 생성하는 가스 팽창기로서 사용, 전기 입력이 가스를 가압하기 위해 변환기에서 이동을 유도하는 가스 압축기로서 사용, 변환기의 움직임이 작업 챔버 내에서 유압 유체의 변위를 야기하는 유압 시스템에서 사용되며, 전기 입력이 변환기에서 움직임을 유도하여 원하는 작동 효과를 생성하는 엑추에이터로의 사용을 포함하며, 이에 제한되지 않는 다양한 응용에 사용될 수 있다.
이러한 엑추에이터는 변위 및 진동 테스트 시스템, 제조 작업 및 로봇공학에 사용될 수 있다. 변위 및 진동 테스트 시스템 분야에서, 엑추에이터는 테스트 대상에 주기적 힘 또는 모션 프로파일을 적용하기 위해 사용될 수 있다. 테스트 대상은 재료 샘플, 개별 구성 요소, 구성 요소의 서브 시스템 어셈블리 또는 완전한 제품 일 수 있다. 이러한 시험의 목적은 가해진 힘 또는 변위 기능에 대한 시험 대상의 내구성을 결정하기 위한 것일 수 있다. 대안적으로, 시험은 적용된 힘 또는 변위 기능에 대한 시험 대상의 반응을 특성화하려고 시도할 수 있다.
자동차 산업은 서브-어셈블리 테스트 및 완전한 제품 테스트를 위해 이러한 테스트 엑추에이터를 널리 사용한다. 테스트 엑추에이터는 전형적으로 하나 이상의 휠 또는 서스펜션 부품과 같은 차량 또는 차량의 일부를 지지하도록 배열된다.
특히, 차량 테스트 애플리케이션에서, 본 발명은 차량의 각 코너가 전형적으로 별도의 엑추에이터에 지지되는 도로 시뮬레이터 차량 테스트 시스템의 일부로서 이용될 수 있다. 지지체는 차량의 바퀴에 직접 제공되거나 서스펜션 부품, 스터브 액슬 또는 지지 암(arms)과 같은 다른 구성 요소에 제공될 수 있다. 특정 상황에서 엑추에이터를 차량 본체에 적용할 수 있다. 엑추에이터의 움직임은 다양한 노면과 다른 지형에서 차량의 움직임을 시뮬레이션 할 수 있다. 따라서 테스트 환경은 서로 다른 주행 속도와 노면 조건을 나타내는 힘 또는 변위 입력 기능이 차량에 적용될 수 있는 제어된 환경이다. 예로서, 고주파 변위의 진폭을 변화시킴으로써, 더 거칠거나 매끄러운 노면이 시뮬레이션 될 수 있다. 대안으로, 도로의 구덩이 구멍 및 기타 더 큰 특징을 시뮬레이션하기 위해 극한 하중을 적용할 수 있다. 이러한 테스트는 주행 소음을 줄이고 의도된 범위의 주행 조건에 대해 차량 서스펜션 부품이 충분히 유능하고 내구성이 있는지 확인하기 위해 차량 개발에 사용될 수 있다.
대표적인 주행 속도에서 도로 하중을 특성화하는 고주파 변위를 시뮬레이션하기 위해 서보 유압(servo-hydraulic) 시스템이 일반적으로 자동차 테스트 시스템의 기초로 사용된다. 이 시스템에서 서보 유압(servo-hydraulic) 파워 팩은 고압 유압 유체를 생성 한 다음 하나 이상의 서보 밸브를 사용하여 유압 엑추에이터에 공급된다. 이들 시스템은 다수의 잘 알려진 단점이 있다.
첫째, 유압 오일 및 서보-유압 파워 팩 구성 요소의 관성은 발생 가능한 도로 부하 기능의 실제 반도를 약 150Hz로 제한한다. 이는 20mm 이하의 크기로 특징지어지는 노면 거칠기를 정확하게 나타내는 데 필요한 성능 수준보다 훨씬 낮으며, 또한 바람직하지 않은 실내 소음을 발생시키는 차량 구조에서 공진을 유발하는 것으로 알려진 입력 진동 주파수에도 미치지 못한다.
둘째, 서보-유압 시스템은 테스트 시설 내에서 값 비싼 전용 인프라를 필요로 하며, 이는 부피가 매우 크지만 시스템 내에서 오일 이동의 관성을 제한하기 위해 유압 엑추에이터에 상대적으로 가깝게 위치해야 한다.
셋째, 서보-유압 시스템은 전력을 많이 소비하므로 자동차 개발 및 제조의 탄소 배출량에 영향을 미치며 작동 비용이 많이 든다.
넷째, 서보-유압 시스템은 소음이 심할 수 있으며, 테스트 대상의 응답과 엑추에이터 시스템 자체의 관련 소움으로 인해 발생하는 소음과 구별하기가 어렵다.
이러한 결점의 결과로 특정 자동차 테스트 어플리케이션 및 기타 테스트 엑추에이터 어플리케이션을 위한 서보 유압 시스템 대신 선형 전자기 엑추에이터가 채택되고 있다. 선형 전자기 엑추에이터는 반응성이 높고, 작고, 조작 및 유지 보수가 쉽고, 효율적이며 소음이 적다는 장점이 있다.
몇몇 이러한 시스템에서, 스프링 및/또는 공압 실린더는 종래 기술에서의 엑추에이터가 전기 기계 변환기를 통해 또는 시험 대상으로 정적 하중을 가할 수 있도록 제공된다. 이러한 배치는 시험 대상 중량의 균형을 맞추고 및/또는 시험 시작 전에 시험 대상이 정확한 위치에 있도록 하기 위해 엑추에이터의 고정력 성분이 조정될 수 있게 한다.
US7401520은 복수의 장치를 포함하는 차량을 테스트하기 위한 완전한 시스템을 개시하며, 복수의 장치 각각은 차량의 휠의 적어도 일부를 지지하기 위한 프레임 및 프레임 내에 적어도 부분적으로 포함된 이동 가능한 자석을 가지며 사용되는 차량 휠에 실질적으로 제어된 수직 힘을 부여하는 선형 전자기 액츄에이터를 포함한다. 각각의 장치는 복수의 지지된 차량 휠 및 복수의 에어 스프링(때때로 에어백이라고도 함) 또는 대안적으로 기계적 스프링(코일을 포함하는 그룹으로부터)에 대응하는 제어 된 실질적인 수직 힘을 독립적으로 부여하도록 배열된다. 지지된 차량의 레벨링을 제공하기 위해 스프링, 비틀림 스프링 및 판 스프링이 제공된다.
이러한 시스템은 많은 단점이 있다.
첫째, 에어백 또는 기계식 스프링과 휠 플레이트 또는 전기 기계 이동기 사이의 하중을 견디는 기계적 연결에 대한 요구 사항은 운동 어셈블리(moving assembly)에 관성 질량을 추가한다. 이 추가 관성은 엑추에이터가 주어진 변위에 대해 달성할 수 있는 피크 주파수를 줄인다.
둘째, 에어백 또는 기계적 스프링과 같은 순응 부재를 사용하면 테스트 엑추에이터 시스템에서 바람직하지 않은 공명이 발생하여 시험 대상에 적용되는 입력 기능의 무결성이 손상될 가능성이 있다.
셋째, US7401520에 의해 개시된 배열은 각각의 엑추에이터 테스트 프레임 내에서 개별 스프링 및 전기 기계 어셈블리를 결합할 필요가 있기 때문에 불필요한 구조의 복잡성을 요구하여 전체 장치의 비용 및 크기를 증가시킨다.
US8844345는 제어된 방식으로 자동차와 같은 테스트 대상물에 모션을 부여하는 장치를 개시하고 있다. 베이스는 그 위에 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 선형 전자기 모터를 장착하고, 제 1 단부는 베이스에 연결된다. 공압 실린더 및 피스톤 조합은 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 제 1 단부는 베이스에 연결되어 공압 실린더 및 피스톤 조합은 일반적으로 선형 전자기 모터와 평행하다. 선형 전자기 모터, 공압 실린더 및 피스톤 조합의 제 2 단부는 테스트 대상을 위한 마운트에 추가로 부착되는 가동 부재에 공통으로 연결된다. 선형 전자기 모터, 공압 실린더 및 피스톤 조합을 위한 제어 시스템은 공압 실린더 및 피스톤 조합을 구동하여 시험 물체 및 선형 전자기 모터의 실질적인 정적 하중을 지원하여 시험 물체에 제어된 운동을 부여한다.
이러한 시스템은 US7401520과 관련하여 이전에 설명된 것과 유사한 많은 단점이 있다.
첫째, 개별 공압 실린더 및 피스톤 조합, 하중 지지 가동 부재 및 시험 대상용 장착에 대한 요구사항은 이동 어셈블리에 상당한 관성 질량을 추가한다. 이 추가 관성은 엑추에이터가 주어진 변위에 대해 달성할 수 있는 피크 주파수를 줄인다.
둘째, 에어백 또는 기계식 스프링 대신 공압 실린더와 피스톤 조합을 사용하면 공압 실린더와 피스톤 사이의 슬라이딩 밀봉으로 인해 마찰이 발생한다. 이 마찰은 시험 대상에 가해지는 총 힘(net force)에 영향을 미치며, 또한 엑추에이터의 마모 및 수명 감소를 초래할 수 있다.
셋째, US8844345에 의해 개시된 배치는 전기 기계, 공압 실린더, 가동 부재 및 각 엑추에이터 테스트 프레임 내에서 테스트 대상에 대한 마운트를 결합할 필요가 있기 때문에 전반적인 장치의 비용가 크기가 증가하기 때문에 불필요한 구조의 복잡성을 필요로 한다.
선형 전기 기계는 하나 이상의 코일에서 전류를 유도하는 변환기의 운동을 야기하는 작업 챔버를 포함할 수 있거나, 하나 이상의 코일에 전류를 발생시키는 변환기의 움직임이 작업 챔버의 부피를 변화시킬 수 있다. 그러한 시스템의 예로는 연소 압력이 변환기에 작용하여 유용한 전력 출력을 내는 자유 피스톤 엔진 선형 발생기로 사용, 고압 가스가 변환기에 작용하여 유용한 전력 출력을 내는 가스 팽창기로 사용, 전기 입력이 움직임을 유도하는 가스 압축기로 사용, 가스를 가압하기 위한 변환기에서, 변환기의 움직임이 작동 챔버 내에서 유압 오일의 변위에 의해 발생하거나 발생되는 유압 시스템에서 사용된다.
엑추에이터로서 선형 전기 기계를 사용하는 것과 관련하여 전술한 많은 문제점이 또한 작업 챔버 내에 포함된 유체에 작용하는 모터 또는 발전기와 같은 장치를 사용할 때 존재하므로, 유사한 이점이 달성된다. 특히, 자유 피스톤 엔진 선형 발생기는 효율적이고 저 배출 연소에 바람직한 일정한 압축 및 팽창비를 달성하기 위해 피스톤의 운동을 효과적으로 제어해야 한다. 피스톤 운동 제어의 과제는 자유 피스톤 엔진 포맷이 성공적으로 개발되고 상용화되기 전에 해결되어야 하는 주요 과제로서 종래 기술에서 널리 인식되고 있다. 자유 피스톤 엔진에 전형적으로 사용되는 선형 전기 기계는 전기 기계에 의해 적용될 수 있는 힘에 비해 높은 피스톤 질량을 갖는 이들 기계로 인해 원하는 수준의 운동 제어를 거의 달성할 수 없다. 이 메트릭(metric) 또는 때때로 '특정 힘'이라고도 하는 왕복(이동 질량 단위당 힘)은 자유 피스톤 엔진 모션 제어의 가장 중요한 결정 요소이다.
자유 피스톤 가스 팽창기 (예를 들어 랭킨 사이클 폐열 회수 시스템 또는 냉동 사이클 내), 피스톤 운동이 스트로크 끝에서 달성되는 압력 또는 변위량을 결정하는 자유 피스톤 가스 압축기 및 자유 피스톤 펌프를 포함하는 작업 챔버 내에 포함된 유체에 작용하는 모터 또는 발전기로 선형 전기 기계를 사용하는 다른 응용 분야에서도 우수한 피스톤 운동 제어 성능이 필수적이다. 따라서 피스톤의 스트로크 위치 끝에서 제어되지 않은 변화는 장치의 기능에 직접적인 영향을 미친다.
본 발명은 상기 식별된 하나 이상의 문제를 해결하는 것을 목표로 한다.
본 발명에 따르면, 선형 전기 기계(LEM)은 하우징에 장착되고, 상기 하우징과 작업 실린더를 형성하는 고정자, 상기 작업 실린더 내에 있고, 그 사이에 원통형 고정자 보어 공동(bore cavity)을 형성하는 중심 코어, 상기 작업 실린더 내에서 상기 중심 코어에 대해 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 고정자 보어 공동 내로 연장되며, 변환기와 상기 고정자 사이에 외부 자기 회로 에어갭을 형성하는 중공 변환기, 상기 고정자 보어 공동 내에서 상기 변환기의 동축 위치를 제공하는 상기 중심 코어와 상기 변환기 사이의 적어도 하나의 굴곡부 또는 베어링, 상기 중심 코어는 상기 고정자와 관련하여 축 방향으로 고정되는 것을 포함한다.
베어링 또는 굴곡부는 유체 베어링, 가스 베어링일 수 있고, 전형적으로 작업 실린더가 가스를 포함하는 사용에 적합할 수 있다. 대안적으로, 유체 베어링은 유체 역학적 베어링 또는 유압 베어링일 수 있으며, 이는 전형적으로 작업 실린더가 액체를 포함하는 용도에 적합할 수 있다. 명세서에서 유체 베어링의 사용을 언급하는 경우, 이것은 가스 베어링, 유체 역학적 베어링 및 유압 베어링을 의미한다. 유체 베어링은 변환기와 중심 코어의 동축 위치에 제공할 수 있다.
이러한 배치로 인해, 특히 중심 코어와 변환기 사이의 유체 베어링에 의해, 고정자 아래의 외부 유체 베어링과 결합된 상태를 유지하기 위해 고정자의 하단을 넘어 추가 변환기 길이가 필요하지 않으며, 이에 의해 변환기의 질량은 동일한 전자기력에 대해 실질적으로 감소된다. 또한 유체 베어링은 변환기와 중심 코어의 동축 (및 동심) 위치를 제공할 뿐만 아니라 선형 전기 기계 고정자에 의해 발생되는 모든 측면 하중에 대항하는 반대힘(force to oppose)을 제공한다. 중심 코어 상 및 전기 기계 고정자의 상단 및 하단에 유체 베어링을 제공함으로써 고정자와 유체 베어링 사이의 측면 하중 전달 경로의 길이가 줄어든다. 변환기에 의해 베어링 위치로의 측면 하중 전달은 베어링 사이에서 빔 벤딩(beam bending) 또는 단일 베어링의 어느 한쪽으로의 캔틸레버 벤딩(cantilever bending)을 초래할 수 있다. 이러한 벤딩은 번환기와 중심 코어 사이에 동심이 아닌 위치와 연장(extension)에 의해 고정자와 사이의 비 동심 (non-concentric)위치를 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 배열은 전기 기계 고정자 측 부하의 작용 하에 변환기 벤딩을 제한하기에 충분한 변환기 강성을 제공하기 위한 추가적인 변환기 질량에 대한 요구를 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 대안적인 배치보다 이동 질량 단위 당 더 큰 전기 기계력으로 선형 전기 기계 고정자와 변환기 사이의 동축 (및 동심) 관계를 유지할 수 있다.
유체 베어링 중 적어도 하나는 바람직하게는 중심 코어에 장착되고 중공 변환기의 내부의 일부에 형성된 베어링 표면 상에서 작동된다. 유체 베어링은 전형적으로 공급부로부터 베어링 갭으로의 가스 또는 액체 베어링 유체의 흐름을 제공하는 별도의 구성 요소이다. 변환기가 아닌 고정된 중심 코어에 유체 베어링을 배치하면 구성 요소의 추가 질량이 변환기의 이동 질량에 기여하지 않는다. 베어링 저널 표면은 중공 변환기의 구조 상에 형성될 수 있으며, 변환기에 별도의 구성 요소를 추가 할 필요가 없다. 따라서 이러한 배치는 유체 베어링 기능을 통합하여 전기 기계 고정자에 의해 생성된 측면 하중을 중심 코어로 전달하는 동시에 변환기의 이동 질량을 최소로 유지한다.
적어도 하나의 유체 베어링은 바람직하게는 변환기와 고정자의 동축(및 동심) 위치와 그 사이의 외부 자기 회로 에어갭을 형성한다. 따라서 이러한 배치는 저 마찰 유체 베어링 기능을 통합하여 변환기의 이동 질량을 최소로 유지하면서 중심 코어 및 자기 회로 에어갭에 대해 변환기를 정확하게 위치시킬 수 있게 한다.
래비린스 씰(labyrinth seal)이 사용될 수 있으며, 여기서 유체의 흐름 및 작업 챔버와 유체 베어링 사이의 압력 차이는 변환기에 일련의 환형 채널의 제공에 의해 제어된다. 래비린스 씰 은 비접촉 씰로 피스톤 익스팬더 및 컴프레서 응용 분야에서 일반적으로 사용된다. 본 발명에서 래비린스 씰의 적용은 접촉 씰과 관련될 마찰을 제거하고, 또한 유체 베어링과 작업 챔버 사이의 별도의 유체 압력 완화 특징에 대한 요구를 제거한다.
LEM은 변환기에 힘을 가하기 위해 작업 실린더 내에 적어도 하나의 작업 챔버 및/또는 프리로드 챔버를 더 포함할 수 있다. 작업 챔버 및/또는 프리로드 챔버는 바람직하게는 고정자 보어 및 베어링 갭과 동축이다. 이러한 구성으로 인해, 본 발명은 LEM의 구성 내에서 작업 및/또는 프리로드 챔버의 밀접한 통합을 허용하고 기계의 전체 크기를 감소시키는 것을 돕는다. 프리로드 챔버는 고압으로 공급되고 변환기에 총 힘(net force)을 가하는 유체를 포함한다. 엑추에이터 구성에서, 시험 대상 무게의 균형을 맞추고 그리고/또는 시험 시작 전에 시험 대상이 올바른 위치에 있는지 확인하는 데 도움이 된다. 이러한 밀접한 통합은 또한 작동 질량 및/또는 프리로드 챔버와 변환기 사이에 부하 경로를 제공하여 이동 질량이 감소되도록 별도의 기계적 요소가 필요하지 않다.
프리로드 챔버를 형성하기 위해 단단한 벽 요소를 사용하여 에어백 또는 기계식 스프링에 사용되는 재료와 같은 적합한 재료를 사용을 피할 수 있다. 이는 시험 대상에게 적용되는 입력 기능에 영향을 줄 수 있는 엑추에이터 시스템 공진의 영향을 줄인다. 이러한 배열은 또한 특히 폭이 작은 크기의 엑추에이터 또는 LEM을 제공한다.
적어도 하나의 유체 베어링의 제공은 변환기와 고정자 사이에 매우 낮은 마찰면을 제공한다. 이러한 배열은 슬라이딩 접촉 베어링에서 일반적으로 발견되는 것보다 낮은 기계적 마찰 및 마모를 제공하며 롤링(rolling) 요소 베어링의 왕복 질량 손실 없는 이점을 제공한다. 따라서 이 배열은 시스템의 낮은 관성으로 인해 더 높은 주파수 작동을 허용한다. 또한, 유체 베어링은 접촉 씰과 관련된 마찰 없이 임의의 작업 챔버에서 압력을 유지하기 위해 효과적인 비접촉 압력 씰의 일부를 형성할 수 있다.
본 발명은 자기 회로 에어갭에 관한 것이다. 본 발명의 목적상 이 용어는 공기의 상대적 투과성에 가까운 간격을 의미한다. 갭은 공기 또는 다른 유체를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이 용도는 전기 기계 분야에서 잘 알려져있다.
하나 이상의 베어링 저널은 변환기의 내부 및 외부 표면 중 하나 또는 둘 모두에 제공될 수 있다. 프리로드 챔버는 스프링과 같이 작용하여, 챔버가 비제로 스프링 속도(non-zero spring rate)를 가지므로, 변환기가 움직일 때 프리로드가 변한다. 대안적인 배열에서, 챔버는 제로 스프링 속도를 갖도록 배열될 수 있다. 프리로드 챔버에는 챔버 내의 압력을 조절하기 위한 적어도 하나의 도관이 제공될 수 있다. 이러한 도관은 프리로드 챔버 내의 압력이 일정한 값으로 조절될 수 있게 하여, 제로 스프링 속도 배열을 제공한다.
전기 기계는 자석이 이동 가능한 변환기에 고정되는 이동 자석 유형일 수 있다. 움직이는 자석 유형 기계는 다른 전기 기계 유형보다 이동 질량 단위당 높은 전기 기계력을 제공한다. 일 실시예는 일반적으로 슬롯 머신(slotted machine)으로 알려진 서브-타입의 이동 자석 기계를 사용하는데, 여기서 플럭스 회로는 자기 투과성 재료에 의해 운반되고 이 자속은 이 재료 내의 슬롯으로 설정된 구리 코일에 흐르는 전류에 의해 절단된다.
다른 유형의 이동 자석 기계는 일반적으로 슬롯이 없는 기계로 알려져 있으며, 이는 슬롯 기계 유형보다 높은 피크 힘과 낮은 코깅력(cogging force)을 제공하지만 효율은 낮다. 대안적인 실시예는 플럭스 스위칭 및 스위치드 릴렉턴스 기계를 포함하는 다른 확립된 선형 전기 기계 유형을 사용할 수 있다. 이러한 각 기계 유형에는 변환기에 자석이 포함되어 있지 않으므로 변환기가 자성 물질의 열화 및 결과적으로 전기 기계의 성능 저하 위험 없이 내연 및 랭킨 사이클 열 회수 응용 분야와 관련된 더 높은 온도에서 작동할 수 있다.
단부 벽의 가동부의 이동은 LEM의 폭을 최소화하는 것을 돕는 고정자 보어와 동축 인 것이 바람직하다. 자기 회로 에어갭은 바람직하게는 원통형이다.
엑추에이터의 경우, 시험 대상 장착 지점은 바람직하게는 상단부에서 변환기에 고정되는 것이 바람직하다. 시험 대상 장착 지점 대신 또는 앵커 포인트가 제공될 수 있다. 앵커 포인트는 외부 요소가 고정, 결합 또는 다른 방식으로 연결될 수 있는 위치인 반면, 시험 대상 장착 지점은 시험 대상에게 힘을 전달하기 위해 특별히 제공된 일종의 앵커 포인트이다.
유체 베어링은 바람직하게는 변환기의 내부 표면에서 유체 베어링 저널에 작용한다. 대안적으로 또는 추가로, 유체 베어링은 변환기의 외부 표면에서 유체 베어링 저널에 작용한다.
LEM은 전형적으로 위치 또는 속도 중 하나 이상을 감지하는 변환기에 연결된 인코더를 더 포함할 수 있다. 인코더는 하나 이상의 광학, 자기 또는 기계적 센서를 사용할 수 있다. 인코더는 변환기의 위치 및/또는 속도를 결정함으로써 엑추에이터를 제어하는 것을 돕는다.
적어도 하나의 베어링 갭은 변환기 주위에 배열된 복수의 축 방향 연장 아치형 단면 채널을 포함할 수 있다. 베어링 갭은 원통형이거나 둘 이상의 아치형 섹션을 포함할 수 있다.
LEM은 하나 이상의 냉각 채널을 포함하는 하우징 본체를 포함할 수 있다. 이러한 냉각 특징들은 고정자에 흐르는 전류에 의해 발생된 열을 제거함으로써 높은 전기 기계력이 변환기에 가해질 수 있게 한다.
본 발명의 일예가 하기 첨부된 도면을 참조하여 설명된다:
도 1은 단면 평면 AA를 나타내는 엑추에이터로 구성된 선형 전기 기계(LEM)이다.
도2는 도1의 중간 스트로크의 LEM을 통한 축 방향 단면 AA 이다.
도3은 단면 평면 BB 및 CC를 도시한 대안적인 LEM의 외부도이다.
도4는 중심 코어 alac 내부 유체 베어링을 도시한 도3의 LEM을 통한 축 방향 단면 BB이다.
도 5는 내부 및 외부 유체 베어링을 도시한 수직 단면 BB이다.
도 6은 스트로크 상단 또는 '상사점 (top dead center)' 위치를 나타내는 수직 단면 BB이다.
도 7은 스트로크 하단 또는 '하사 점'위치를 나타내는 수직 단면 BB이다.
도 8은 자기 회로 에어갭 및 베어링 저널 세부 사항을 도시하는 수직 단면 AA의 확대도이다.
도 9는 동심 자기 회로 에어갭 및 베어링 갭을 나타내는 축 방향 단면 CC이다.
도 10은 내부 유체 베어링의 대안적인 배열을 도시한 축 방향 단면 CC이다.
도 11은 중심 코어 및 내부 고정자를 갖는 대안을 도시하는 단면 BB이다.
도 12는 비대칭 오프셋 프리로드 챔버를 갖는 다른 대안적인 구성을 도시한 축 방향 단면 BB이다.
도 13은 중심 코어, 내부 및 외부 유체 베어링 및 변환기 유체 베어링에 대한 추가 대안을 나타내는 수직 단면 BB이다.
도 14는 래비린스 씰(labyrinth seal)의 실시 예를 상세하게 도시한 수직 단면 BB의 확대도 이다.
도 15는 중심 코어가 변환기를 통과하는 대안적인 구성을 도시한 축 방향 단면.
도 16은 굴곡부의 사용을 나타내는 확대된 축 방향 단면 (BB)이다.
도 1은 추가의 단면도를 위해 변환기(이후에 도시 됨)가 이동하고 다양한 평면의 위치를 따라 이동 축 (20)을 갖는 엑추에이터(10)로서 작동하는 제 1 LEM의 외부도이다.
도 2는 하우징 본체(11)를 갖는 엑추에이터(10)를 도시한다. 하우징 본체(11)는 전형적으로 원통형 벽(12) 및 중공 내부를 형성하는 단부 벽(12)에 의해 형성된다. 내부는 고정자(14), 전형적으로 관형 선형 전기 기계 고정자를 보유하며, 고정자의 한 단부(16)로부터 다른 단부(17)까지 축 방향으로 연장되는 원통형 보어(15)를 갖는다. 따라서, 하우징 본체 및 고정자는 작업 실린더(53)를 형성한다. 중심 코어 (34)는 작업 실린더 내에서 고정자(14)에 대해 적어도 축 방향으로 고정되며, 이러한 배열에서 중심 코어 고정 포인트(40)에서 단부 벽(13)에 고정된다. 중심 코어 (34)의 상단부는 중공 변환기(18)에 의해 둘러싸여 있어 변환기는 중심 코어(34) 위로 그리고 외부로 미끄러진다.
중심 코어(34)와 고정자는 그 사이에 고정자 보어 공동(51)을 형성한다. 고정자 보어 공동은 변환기(18)가 고정자(14)에 대해 축 방향으로 이동 가능한 원통형 환형 공간이다. 변환기와 고정자 사이에는 외부 자기 회로 에어갭(21)(도9 참조)이 존재한다. 이 예시적인 실시예에서, 하우징 및 고정자는 견고하게 유지되고 변환기(18)는 고정자(14)내에서 중심 코어 위로 이동한다.
하나의 긴 내부 유체 베어링(35)이 중심 코어에 장착되고, 이 예에서 하우징 본체(11)에는 외부 유체 베어링이 제공되지 않는다. 유체 베어링은 고정자(14)와 실질적으로 동일한 길이이므로 전기 기계에 의해 발생된 임의의 측면 하중은 동일한 축 위치에서 유체 베어링에 의해 가해지는 반대 힘에 의해 일치된다.
다른 예에서, 베어링은 도 16에 도시된 하나 이상의 굴곡부(52)로 대체되거나 보완 될 수 있다. 이는 특히 변환기의 움직임이 작고 일반적으로 2mm 미만인 응용 분야에 적합하다. 이러한 적용은 차량 서스펜션 시스템에서와 같이 짧은 동력 입력을 적용하여 주행 역학을 제어하는 시스템을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 특히, 일반적으로 제한된 헤드룸이 주어지면, 서스펜션 시스템, 특히 차량 내부에 장착된 서스펜션 시스템에 댐핑력(damping force)을 가하는 임의의 시스템이다. 굴곡부는 플레이트 스프링(plate spring), 리프 스프링(leaf spring), 다이어프램(diaphragm) 또는 중심 코어와 변환기 사이의 다른 탄성 또는 가요성 요소의 형태를 취할 수 있고, 축 방향 구멍 또는 갭을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다. 굴곡부의 다른 예는 US 5522214 도시되어있다. 다른 한 예에서, 굴곡부 또는 유체 베어링은 변환기의 반경 방향 운동을 제한하고 고정자 보어 공동 내에서 변환기의 동축 위치를 제공한다.
챔버 하우징(28)은 프리로드 챔버(29)를 형성한다. 이 예에서, 챔버 하우징은 하우징 본체 내에 있고 단부 벽(13)에 의해 유지된다. 그러나, 챔버 하우징은 단부 벽을 형성 할 수 있고 반드시 하우징 본체 (11) 내에 있을 필요는 없다. 프리로드 챔버 내로의 개구(30)는 변환기의 단부(19a)에 의해 폐쇄된다. 이러한 방식으로, 변환기의 슬라이딩 이동은 프리로드 챔버의 부피를 변경시킨다. 프리로드 챔버에는 또한 가압 유체가 공급되어 변환기에 필요한 힘을 제공할 수 있는 적어도 하나의 도관(47a)이 제공된다. 챔버(29)는 전형적으로 고압으로 공급되는 가스(액체가 가능하지만)이고 유체를 시험 대상 중량의 균형을 맞추기 위해 및/ 또는 시험 시작 전에 시험 대상이 올바른 위치에 있는지 확인하기 위해 변환기(18)에 총 힘(net force)을 가한다. 대안적으로 또는 추가적으로 등가 프리로드 챔버 기능은 중심 코어(34)의 상단부와 변환기 (18) 사이에 형성된 챔버(50)에 의해 수행될 수 있다.
원통형 고정자 보어(15) 내에서 변환기(18)의 슬라이딩 운동은 프리로드 챔버(29)의 부피를 변화시키므로 실린더 내에서 피스톤이 움직이는 것과 동일한 효과를 생성한다. 프리로드 챔버(29) 내의 작동 유체는 바람직하게 압축성 가스이지만, 이 유체는 또한 변환기(18)의 운동에 의해 도관(47a)을 통해 변위될 수 있는 유압 유체와 같은 비압축성 액체 일 수 있다. 이 배열은 변환기 움직임 및 관련 가스 부피 변화가 레저넌스(resonance) 또는 댐핑(damping)과 같은 원치 않는 시스템 동작을 야기할 수 있는 컴플라이언스 요소의 변화하는 형상에 의해 수용되는 에어백 유형 프리로드 시스템과 비교할 때 시험 대상 입력 신호 품질을 향상시킨다.
상기 임의의 예에서, 프리로드 챔버는 원통형 벽이거나 아닌 측벽(29a)에 의해 형성되고, 제 1 단부 벽(29b)은 전형적으로 단부 벽(13) 또는 하우징(12)의 내부 표면에 의해 형성되고 챔버(29)는 일반적으로 환형이다. 따라서, 챔버(29)는 측벽(29a), 변환기(18) 및 중심 코어(34)의 외부 표면에 의해 고정된다. 프리로드 챔버는 완전히 폐쇄된 부피가 아닐 수 있으며, 도관(47a)에 추가하여, 변환기 (18), 중심 코어(34) 및 챔버 하우징(28) 사이에 다른 작은 갭이 존재할 수 있다. 프리로드 챔버 부피의 형성을 위해, 이러한 갭은 표면(29a, 29b 및 19a)의 필수 부분으로 간주된다. 이러한 간극을 통해 프리로드 챔버로부터 가압 유체의 상당한 누출을 방지하기 위해 하나 이상의 씰, 예를 들어 중합체 가스 씰 또는 임의의 다른 예가 제공될 수 있다.
프리로드 챔버(29)의 부피는 변환기의 이동에 의해 변화된다. 제1 단부 벽(29b)은 또한 변환기와 함께 프리로드 챔버의 부피를 변화시킬 수 있는 가동 요소를 포함 할 수 있다. 이러한 구성은 보다 복잡한 제어가 필요하기 때문에 바람직하지 않다. 대안적으로 또는 추가적으로, 추가의 벽 요소가 제2단부 벽의 가동 부분으로서 작용하도록 변환기(18) 상에 장착될 수 있다. 이러한 방식으로, 변환기 자체는 프리로드 챔버의 일부를 형성하는 것이 아니라, 변환기와 함께 이동 가능한 추가 요소를 형성할 수 있다. 프리로드 챔버는 축(20)을 따라 균일한 단면을 가질 수 있다.
변환기(18)의 상단부(19b)는 엑추에이터(10)의 상단부 밖으로 연장되며 앵커 포인트(33)가 제공된다. 앵커 포인트는 시험 대상에게 사용될 수 있다. 앵커 포인트는 평평한 판 또는 시험 대상이 그 자체의 무게, 예를 들면 타이어 위에 놓여진 차량으로서, 각각의 타이어는 시험 엑추에이터와 접촉하여 위치된다. 대안적으로, 앵커 포인트는 시험 대상 또는 입력이 적용되는 외부 시스템의 일부에 변환기를 단단히 고정하기 위한 하나 이상의 고정 수단을 포함할 수 있다. 이것은 변환기의 단부를 통해 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 인코더 본체(32)는 중심 코어 상에 위치되고 중공 변환기(18)의 상단부의 내부에 장착된 인코더 스케일(31)이 엑추에이터 내에 유지되게 한다. 이 실시예에서 인코더는 위치 인코더이고 인코더 스케일은 샤프트(shaft)이나 인코더 스케일은 평평한 표면 일 수 있으며 인코더 유형은 스피드/벨로시티(speed/velocity) 인코더 일 수도 있다. 인코더 본체(32)는 중심 코어(34)의 상단 내에 위치하지만 적절한 위치에 위치될 수 있고 엑추에이터가 제어될 수 있도록 변환기의 위치 및/또는 스피드/벨로시티(speed/velocity)에 관한 정보를 제공한다.
도 3은 선형 전기 기계 (LEM)(60)의 외부도이며, 이는 변환기(후술되는)가 이동하는 모션 축(20) 및 추가 단면도를 위한 평면(BB 및 CC)의 위치를 갖는 발전기로서 작동 될 수 있다. 이하 도면들에서, 동일한 요소들에 대해 도 1 및 2에서와 동일한 참조 번호들이 사용된다.
도 4는 LEM(60)의 단면도를 도시한다. LEM(60)은 상단에 작업 챔버(42)를 추가, 즉 프리로드 챔버(29)에 대향하는 단부, 시험 대상의 장착 지점(33) 및 작업 챔버(42)로의 유체 연통을 허용하는 도관(47b)의 추가를 제외하고는 엑추에이터(10)와 동일하다. 작업 챔버는 내연 기관의 연소실, 고압 가스 또는 2상 혼합물을 팽창시켜 전력을 발생시키는 팽창 챔버, 전력을 사용하여 가스 또느 2상 혼합물을 가압하기 위한 압축 챔버, 또는 유압 유체 또는 다른 액체를 수용하고 대체하기 위한 유압 챔버일 수 있다. 작업 챔버는 변환기(18)에 작용하여 움직임을 발생시키고, 고정자(14)의 코일에서 전류를 유도할 수 있다.
이후 도면은 모두 LEM(60)을 도시하지만, 작업 챔버에 특유한 것 이외의 개시된 임의의 특징은 도 1 및 2의 엑추에이터에 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 유체 베어링 구성은 LEM(60)에서와 같이 쉽게 엑추에이터(10)에 이용된다.
프리로드 챔버(29)는 제어력을 변환기(18)에 적용하기 위해 제공되며, 작업 챔버 내의 작동 유체에 의해 변환기에 가해질 수 있는 임의의 힘에 대향하거나 균형을 맞추는 역할을 한다. 프리로드 챔버(29)의 이 기능은 변환기의 다운워드 스트로크(downward stroke)가 '상사점 위치(top dead centre position)'로부터 멀어지는 동안 발전기로서 역할을 할 때 전기 기계에 의해 회수되지 않은 변환기 에너지를 저장한다. (즉, 작업 챔버(42)내에서의 이동의 최상의 범위). 변환기가 하사점 위치(bottom dead centre position)에 도달한 후, 이 에너지를 변환기(18)로 리턴시키며, 프리로드 챔버가 하사점으로부터 멀어지면서 업워드 스트로크(upward stroke) 하는 동안 변환기에 힘을 가한 결과, 선형 전기 기계가 상사점을 향해 역행하는 리턴 스트로크에서 발전기 역할을 계속하도록 허용한다. 프리로드 챔버(29) 내의 유체의 압력은 프리로드 챔버 도관(47a)에 의해 제어될 수 있고, 프리로드 챔버의 부피가 변환기(18)의 움직임에 따라 변함으로써 프리로드 작동 유체가 프리로드 챔버로 또는 프리로드 챔버로부터 변할 수 있게 한다. 프리로드 챔버(29)는 작업 챔버(42)에 사용된 것과 동일한 유체(예를 들어, 랭킨 사이클 가스 팽창기 적용의 경우 랭킨 사이클 유체)로 채워질 수 있다. 다른 프리로드 챔버(29)는 가스, 액체 또는 2 상 혼합물 일 수 있는 적용 요건에 따라 따라 선택된 다른 유체로 채워질 수 있다. 프리로드 챔버 유체로 가스가 사용되는 경우 프리로드 챔버는 바운스 챔버로 작동 할 수 있으며, 프리로드 챔버 부피가 감소함에 따라 작동 유체 가스의 압력이 상승하는 경우, 그림 7에 도시된 '하사점' 변환기 위치 또는 그 주변에 최대 프리로드 챔버 힘이 발생한다. 프리로드 챔버의 바운스 챔버 기능은 변환기가 스트로크 하단에서 방향을 멈춤 및 변경하는 데 걸리는 시간을 줄이는 역할을 하며, 이에 의해 자유 피스톤 엔진, 가스 팽창기 또는 작업 챔버 및 프리로드 챔버를 이용하는 다른 장치의 작동 주파수 및 전력 밀도를 증가시킨다.
도 5는 내부 유체 베어링(35a) 및 외부 유체 베어링(22a)에 제공되는 다른 베어링 구성을 도시한다. 필요 시 다수의 외부 또는 내부 유체 베어링이 제공될 수 있다.
도6 및 도 7은 도6의 스트로크 상단 또는 '상사점' 위치 사이의 유체 베어링 구성과 무관하게 도 7의 스트로크 하단 또는 '하사점' 위치 사이의 중공 변환기(18)의 움직임을 도시한다. 도 6의 스트로크 상단에서, 변환기(18)의 하단은 고정자(14)의 하단에 실질적으로 접하며 이 위치에서 프리로드 챔버(29)의 부피는 최대이고 작업 챔버(24)의 부피는 최소이다. 이러한 배치 및 내부 유체 베어링(35)의 결과로서 고정자(17)의 하단부 아래에 요구되는 외부 유체 베어링과 결합된 상태를 유지하기 위해 고정자(17)의 하단을 넘는 추가적인 변환기 길이가 필요하지 않으며, 및 변환기(18)의 질량은 동일 전자기력에 대해 실질적으로 감소된다. 도7의 스트로크 하단에서, 변환기(18)의 상단은 실제로 상단이 더 돌출될 수도 있고, 심지어는 유체 베어링(22a)의 상단의 레벨과 수평이 될 수도 있다.
내부 베어링 갭(37) 및 자기 회로 에어갭(21)의 상세한 사항은 도 8 및 9에 도시되어 있다. 도 8은 또한 변환기 상의 외부 저널(23)의 위치를 도시한다. 이것은 임의의 외부 유체 베어링(22a)이 작용하는 표면이다. 내부 저널 표면(36)이 또한 도시되어 있으며 임의의 내부 유체 베어링(35)이 작용하는 표면이다. 저널 표면은 일반적으로 변환기의 적절한 위치에 가공되므로 이를 위해 변환기에 추가 요소를 연결할 필요가 없으며, 해당 유체 베어링을 사용하지 않는 한 일반적으로 제공되지 않는다.
변환기는 유체 베어링(35)의 외부 표면과 변환기의 내부 표면상의 하나 이상의 저널(36) 사이의 내부 베어링 갭(37)을 형성하는 유체 베어링(35)에 의해 동축 위치에 고정된다. 또한 하나 이상의 외부 유체 베어링(22a)이 제공되는 경우, 임의의 외부 유체 베어링(22a)의 내부 표면, 변환기의 외부 표면 및 자기 회로 에어갭(21) 사이의 베어링 갭은 연속적일 수 있다. 베어링 갭과 자기 회로 에어갭의 상대적인 크기는 변환기, 고정자 및 유체 베어링의 크기에 따라 다르다. 베어링 갭은 전형적으로 자기 회로 에어갭보다 작기 때문에 자기 회로 에어갭 유체 베어링의 높은 반경 방향 강성에 의해 자기 회로 에어갭 두께는 보다 효과적으로 제어된다.
유체 베어링(내부 또는 외부)은 일반적으로 가스 또는 다른 유체가 압력하에 공급되어 베어링 갭에서 하중지지 기능을 제공하는 다공성 구조를 갖는 환형 요소이나, 유체 베어링 중 어느 하나는 도 10에 도시된 바와 같은 형태를 취할 수 있으며, 유체 베어링은 베어링의 저널 표면 주위(외부 베어링) 또는 내부(내부 베어링) 주위에 이격된 복수의 유체 베어링 슈(44)로 형성된다. 2 개의 베어링 슈(44)가 도시되어 있지만, 3 또는 4 개의 베어링 슈가 가능하며, 실제로 엑추에이터의 크기 및 베어링 슈가 지탱하는 하중에 따라 더 많은 수가 가능할 수 있다.
베어링 슈는 바람직하게는 변환기에 균일한 하중을 제공하고 고정자에 대한 변환기의 동축 위치를 유지하도록 동일하게 이격되어 있다. 유체 베어링은 탄소와 같은 일반적으로 다공성 물질로 형성될 수 있다. 대안적으로, 유체 베어링 다공도는 하나 이상의 솔리드 베어링 또는 베어링 슈 구성요소 내에서 가공된 여러 개의 개별 구멍을 통해 제공될 수 있다.
도 11은 내부 유체 베어링(외부 유체 베어링의 유무에 관계없이)이 2 이상의 유체 베어링에 의해 형성될 수 있음을 도시한다. 이 예에서, 내부 유체 베어링은 상부의 내부 유체 베어링(35a) 및 하부의 내부 유체 베어링(35b)으로 대체되고, 외부 유체 베어링(22a)도 고정자의 상단에 도시되어 있다.
내부 유체 베어링의 분할은 중심 코어(34)에 장착된 내부 고정자(38)를 포함하여 변환기 이동 질량 단위당 더 큰 전기 기계력을 제공함으로써 축 공간을 활용할 수 있게 한다. 이는 작업 챔버에서 작동하는 엑추에이터 또는 LEM 장치의 동적 성능을 크게 향상시킨다. 내부 고정자(38)는 다른 많은 배치, 예를 들어 상부의 내부 유체 베어링 및 하부의 외부 유체 베어링(또는 그 반대로)과 함께 사용될 수 있으며, 도 11에 도시된 특정 배치로 제한되지 않는다.
도 12는 프리로드 챔버(29)가 균일한 형상일 필요는 없으며, 프리로드 챔버 자체가 나머지 엑추에이터와 동축일 필요도 없음을 도시한다. 프리로드 챔버(29)에 대한 비대칭 오프셋은 이전 도면의 모든 배치에서 이용될 수 있고 프리로드 챔버는 불균일 한 단면 및/또는 비 원통형 측벽을 가질 수 있다.
도 13은 추가적인 내부 유체 베어링(25)이 변환기(18) 자체에 제공되는 다른 구성을 도시한다. 변환기 베어링(25)은 변환기에 장착되고 변환기와 함께 움직일 수 있다. 베어링 저널 표면(48)이 작업 챔버(42)의 내부 표면상에 형성되고, 저널 표면(48)과 변환기 베어링(25) 사이에 베어링 갭이 형성된다.
도 14는 유체 흐름, 작업 챔버(42) 및 유체 베어링(35) 사이의 압력차가 변환기 내에 일련의 환형 채널(46a)의 제공에 의해 제어되는 래비린스 씰(labyrinth seal)(46)을 도시하며, 래비린스 씰은 비접촉 씰로 피스톤 익스팬더(piston expande) 및 압축기 분야에서 일반적으로 사용된다.
도 15는 중심 코어(34)가 변환기(18)를 통해 완전히 연장되어 변환기가 중공 튜브이며, 양쪽 끝이 닫히지 않는 추가 변형 예를 도시한다. 중심 코어는 LEM 내에서 반경 방향 위치 및 축 방향을 유지하기 위해 하우징의 양단에서 고정 포인트(40)에 의해 고정된다. 변환기는 사용 중 중심 코어를 위아래로 슬라이드 한다. 이러한 배열은 중심 코어에 대해 보다 확실한 고정을 제공하여, 변환기(19)와 고정자(14) 사이에 비동심성을 야기할 수 있는 중심코어의 켄틸레버 벤딩(cantilever bending) 정도를 감소시킨다. 이러한 배열은 작업 챔버(42)과 프리로드 챔버 (29)의 크기와 단면적이 동일하도록 하여 프리로드 챔버(29)가 제 2 작업 챔버로서 기능을 할 수 있게 한다. 또한, 이러한 구성은 피스톤에 작용하는 작업 챔버(42)의 면적을 감소시키므로, 고압 작업 유체 적용에 유리하다. 이러한 적용에서, 변환기의 단부에서 작업 챔버 압력에 의해 가해진 힘은 선형 전기 기계 및 프리로드 챔버의 용량을 초과하여 단일의 스트로크 동안 작업 챔버에 적용된 작업을 흡수할 수 있다. 이 변형에서 이전의 베어링 배열 중 임의의 것이 사용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 하우징에 장착되는 고정자(14), 상기 하우징과 고정자는 작업 실린더(53)를 형성함;
    상기 작업 실린더(53) 내에 있는 중심 코어(34), 그들 사이에 원통형 고정자 보어 공동(bore cavity)(51)이 형성됨;
    상기 작업 실린더(53) 내에서 상기 중심 코어(34)에 대해서 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 고정자 보어 공동(51) 내로 연장되는 중공 변환기(18), 상기 변환기(18)와 상기 고정자(14) 사이에 외부 자기 회로 에어갭(21)이 형성됨;
    상기 고정자 보어 공동(51) 내에서 상기 변환기(18)의 동축 위치를 제공하는 상기 중심 코어(34)와 상기 변환기(18) 사이의 적어도 하나의 굴곡부(52) 또는 베어링;을 포함하고,
    상기 중심 코어(34)는 상기 고정자(14)와 관련하여 축 방향으로 고정되고,
    상기 변환기(18)에 힘을 가하기 위해 상기 작업 실린더(53) 내에 적어도 하나의 작업 챔버(42)를 더 포함하는
    선형 전기 기계(LEM)(60).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부 또는 베어링은 유체 베어링(35)인
    선형 전기 기계(60).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 베어링(35)은 상기 변환기(18) 및 상기 중심 코어(34)의 동축 위치를 제공하는
    선형 전기 기계(60).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유체 베어링(35) 중 적어도 하나는 상기 중심 코어(34)에 장착되고 상기 중공 변환기의 내부의 일부에 형성된 베어링 표면 상에서 작동되는
    선형 전기 기계(60).
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유체 베어링(35)은 상기 변환기(18)와 상기 고정자(14)의 동축 위치 및 그들 사이의 상기 외부 자기 회로 에어갭(21)을 형성하는
    선형 전기 기계(60).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작업 챔버(42)는 고정자 보어 및 베어링 갭과 동축인
    선형 전기 기계(60).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 작업 챔버(42) 내에서 상기 변환기(18) 및 상기 실린더 사이의 래비린스 씰(labyrinth seal)(46)을 더 포함하는
    선형 전기 기계(60).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작업 챔버(42) 중 적어도 하나는 연소 챔버인
    선형 전기 기계(60).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 작업 챔버(42) 중 적어도 하나는 프리로드(preload) 챔버인
    선형 전기 기계(60).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중심 코어(34)는 하나 이상의 고정자 요소를 포함하는
    선형 전기 기계(60).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변환기(18)와 상기 중심 코어(34) 상의 적어도 하나의 고정자 요소 사이에 내부 자기 회로 에어갭을 더 포함하는
    선형 전기 기계(60).
  12. 제1항에 있어서,
    상기 변환기(18)에 장착되고 상기 하우징의 내벽 상의 베어링 표면 상에서 작동되는 유체 베어링(35)을 더 포함하는
    선형 전기 기계(60).
  13. 제1항에 있어서,
    상기 LEM은 이동 자석형 기계, 슬롯이 없는 고정자형 기계, 플럭스 스위칭형 기계, 또는 스위치드 릴렉턴스(switched reluctance)형 기계 중 하나인
    선형 전기 기계(60).


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