KR20160145663A - 자기 위치 결합 및 밸브 기구 - Google Patents

Abstract

코일들의 어레이(array of coils) - 상기 코일들의 어레이의 각각의 코일이 유체를 포함하기 위해 코어 영역 둘레에 감김-; 상기 코일들의 어레이의 외부에 장착되고 상기 코일들의 어레이 위로 움직일 수 있는 외부 자석 조립체; 및 상기 코일들의 어레이의 코일들이 감긴 상기 코어 영역 내부에 장착된 내부 자석 조립체 - 상기 내부 자석 조립체는 상기 코일들의 어레이 내의 코일들에 인가된 구동 신호들에 응하여 상기 외부와 내부 자석 조립체들이 상기 코일들의 어레이를 따라 함께 움직이도록 상기 외부 자석 조립체에 맞추어 정렬되고 자기적으로 결합됨 - 를 포함하는 장치.

Description

자기 위치 결합 및 밸브 기구{MAGNETIC POSITION COUPLING AND VALVE MECHANISM}

본 출원은 그 전체 내용이 본 출원에서 참조로 원용되는 “자기 위치 결합 및 밸브 장치(Magnetic Position Coupling and Valve Mechanism)”라는 명칭의 2014년 4월 16일에 출원된 가출원 번호 61/980,191에 대해 35 U.S.C. 119(e)하의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 전자기 액추에이터(electromagnetic actuators)에 관한 것이고, 더 구체적으로는 영구 자석 액추에이터, 예를 들어, 리니어 액추에이터(linear actuators)에 관한 것이다.

일반적으로, 리니어 액추에이터는 직선 운동을 생성하도록 사용된다. 리니어 액추에이터의 한 부류(class)는 자기 리니어 액추에이터 또는 리니어 모터(linear motor)이고, 그 일 예가 본원에서 참조로 원용되는 더 먼저 출원된 미국 특허 공보 2014/0312716에서 설명된다. 그것의 가장 기본적인 형태로, 본원에서 설명되는 리니어 액추에이터는 자기 투과성 물질의 코어 둘레에 감긴 코일들의 선형 어레이(linear array)와 코일들의 어레이를 둘러싸는 액추에이터 조립체(actuator assembly)를 포함한다. 영구 자석 물질로 만들어진 링 자석들의 스택(stack)을 포함하는 액추에이터 조립체는 코일들에 인가되는 신호들의 제어하에 코일들의 어레이의 길이를 따라 전후로 이동하도록 배열된다. 적절한 구동 신호를 어레이 내의 코일들에 인가하여, 코일들의 선형 어레이와 액추에이터 조립체가 가하는 힘을 따라 액추에이터 조립체의 위치와 이동이 제어될 수 있다.

리니어 액추에이터는 수많은 산업 및 소비자 제품 응용들을 가진다. 하나의 대중적 사용은 관절 팔(jointed arm)이나 매니퓰레이터(manipulator)의 이동을 제어하도록 기능할 수 있는 로봇 시스템이다. 리니어 액추에이터는 초기 위치로부터 또 다른 고정 위치로 물체를 이동시키도록 하고 고정된 위치에서 물체를 잡고 있도록 관절 팔을 작동시킬 수 있다. 그러나 일반적으로 고정된 위치에서 물체를 잡고 있는 것은 물체의 중력에 저항할 수 있도록 리니어 액추에이터에 지속적인 전력 공급을 필요로 한다. 전력이 중단되면, 리니어 액추에이터는 이완되고 중력이 객체를 끌어 내린다. 결과적으로, 배터리의 경우와 같이 전원이 제한되는 때, 고정된 위치에서 물체를 잡고 있어야 하는 것은 배터리로부터 전력을 소모시킨다.

따라서, 다른 것들 중에서 고정된 위치에 액추에이터 조립체를 유지하고 전원 소모를 제거하거나 적어도 감소시키는 데 사용될 수 있는 기구(mechanism)를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 고정된 위치에 액추에이터 조립체를 유지하고 전원 소모를 제거하거나 적어도 감소시키는 데 사용될 수 있는 기구(mechanism)를 포함하는 리니어 액추에이터를 제공하는 것이다.

일반적으로, 본 출원은 고정된 위치에서 리니어 액추에이터 내 액추에이터 조립체의 “잠금(locking)”에 대한 대안적이고 신규한 접근법을 설명한다.

다음 특징들 중 하나 이상을 포함하는 자기적으로 결합된 셔틀(shuttle)과 밸브 기구들이 설명된다.

1. 단일 동작 축을 따라 두 개의 함께 배치된 자석 조립체의 위치를 결합하기 위한 위치 결합 기구(position coupling mechanism), 여기서 두 조립체 사이의 자기력은 어느 하나의 자석 조립체 중 하나의 위치가 변화된 때 두 조립체의 상대적 위치가 일정하게 유지되도록 한다.

2. 액추에이터의 환경적으로 밀봉된 벽을 가로질러 리니어 액추에이터 외부 소스로부터 액추에이터 내부 컴포넌트들(components)로 힘을 전달하는 단일 위치 결합 기구의 응용

3. 리니어 액추에이터 내부의 두 자석 조립체의 상대적 위치를 제어하는 두 개 이상의 위치 결합 기구들의 응용, 그에 의해 리니어 액추에이터 내부의 기계 밸브 또는 스위치 기구를 열거나 닫는다.

4. 두 위치 결합 기구들이 특정 상대적 위치를 유지하도록 하는 기계 스프링 리턴 기구(mechanical spring return mechanism)의 포함.

일반적으로, 일 측면에서, 본 발명은 코일들의 어레이(array of coils) - 상기 코일들의 어레이의 각각의 코일이 유체를 포함하기 위해 코어 영역 둘레에 감김-; 상기 코일들의 어레이의 외부에 장착되고 상기 코일들의 어레이 위에서 움직일 수 있는 외부 자석 조립체; 및 상기 코일들의 어레이의 상기 코일들이 감긴 상기 코어 영역 내부에 장착된 내부 자석 조립체 - 상기 내부 자석 조립체는 상기 코일들의 어레이 내의 코일들에 인가된 구동 신호들에 응하여 상기 외부와 내부 자석 조립체들이 상기 코일들의 어레이를 따라 함께 이동하도록 상기 외부 자석 조립체에 맞추어 정렬되고 자기적으로 결합됨 - 를 포함하는 장치를 특징으로 삼는다.

바람직한 실시 예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 장치는 상기 코어 영역과 상기 코일들의 어레이의 코일들이 감기는 둘레를 정의하는 도관을 포함한다. 상기 도관은 유체 불투과성 벽(fluid impermeable wall)을 구축하는 실린더이다. 상기 장치는 또한 상기 도관을 통한 유체의 흐름을 차단하거나 차단 해제하기 위한 상기 내부 자석 조립체 내의 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들에 의해 자기적으로 제어됨 - 를 더 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 도관의 한쪽 끝과 또 다른 쪽 끝을 연결하는 폐루프 유체 경로를 정의하는 외부 유체 회로; 및 상기 도관의 외부 및 상기 외부 유체 회로 내에 위치된 전자적으로 동작하는 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 외부 유체 회로 내의 유체의 흐름을 차단하나 차단 해제 하도록 동작 가능함 - 를 포함할 수 있다. 상기 장치는 또한 상기 도관을 통한 유체 흐름을 차단하거나 차단 해제하기 위한 상기 내부 자석 조립체 내의 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호에 의해 자기적으로 제어됨 - 를 포함할 수 있다.

바람직한 실시 예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 외부 자석 조립체는 외부 링 자석들의 어레이 - 상기 외부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 코일들의 어레이를 둘러쌈 - 를 포함한다. 상기 외부 링 자석들의 어레이의 링 자석들은 외부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 외부 링 자석들의 제2 서브 어레이 - 상기 외부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들은 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들의 제어 하에 상기 코일들의 어레이를 따라 별도로 이동할 수 있음 - 를 형성하도록 그룹으로 나눠진다. 상기 내부 자석 조립체는 상기 외부 링 자석들의 어레이에 맞추어 정렬되는 내부 링 자석들의 어레이를 포함한다. 상기 내부 링 자석들의 어레이의 링 자석들은 내부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 내부 링 자석들의 제2 서브 어레이 - 상기 내부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들은 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들의 제어 하에 상기 코어 영역 내에서 별도로 이동할 수 있음 - 를 형성하도록 그룹으로 나눠진다.

상기 외부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 상기 내부 링 자석들의 제1 서브 어레이는 자기적으로 결합되고 함께 이동하고 상기 외부 링 자석들의 제2 서브 어레이와 상기 내부 링 자석들의 제2 서브 어레이는 자기적으로 결합되고 함께 이동한다. 상기 내부 자석 조립체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 그리고 서로에 대해 상기 내부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들의 이동에 의해 동작되는 밸브 기구를 더 포함한다. 상기 링 자석의 외부 어레이 내의 상기 링 자석들은 상기 링 자석들의 외부 어레이의 방사상으로 외부의 필드(field)에 대해 상기 코일들의 어레이의 코일들 내에 상기 자석들의 외부 어레이에 의해 생성되는 자기장을 강화하도록 선택되고 배열된 자기장을 가진다. 상기 링 자석들의 내부 어레이 내의 상기 링 자석들은 상기 링 자석들의 내부 어레이의 방사상으로 내부의 필드에 대해 상기 코일들의 어레이의 코일들 내에 상기 자석들의 내부 어레이에 의해 생성되는 자기장을 강화하도록 선택되고 배열된 자기장을 가진다. 상기 장치는 또한 상기 도관 내에 셔틀 - 상기 셔틀은 상기 내부 자석 조립체를 포함하고, 상기 셔틀은 유체가 상기 셔틀의 한쪽에서 상기 셔틀의 또 다른 쪽으로 상기 도관을 통과할 수 없도록 상기 도관을 차단함 - 을 포함한다. 상기 장치는 상기 외부 자석 조립체를 포함하는 액추에이터 조립체를 포함하고 상기 코일들의 배열의 상기 코일들에 인가된 신호들에 응하여 또 다른 요소를 기계적으로 가동하기 위한 것이다.

일반적으로, 또 다른 측면에서, 본 발명은 유체 불투과성 벽을 가지는 실린더; 코일들의 어레이(array of coils) - 상기 코일들의 어레이의 각각의 코일은 상기 실린더 둘레에 감김 -; 및 외부 링 자석들의 어레이와 내부 링 자석들의 어레이를 포함하는 액추에이터 조립체 - 상기 외부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 코일들의 어레이를 둘러싸고 상기 내부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 실린더 내에 위치되며, 상기 내부 링 자석들의 어레이는 상기 외부와 내부 링 자석들의 어레이들이 상기 코일들의 어레이 내의 상기 코일들에 인가된 구동 신호들에 응하여 상기 코일들의 어레이를 따라 함께 이동하도록 상기 외부 링 자석들의 어레이와 자기적으로 결합됨 - 를 포함하는 리니어 액추에이터를 특징으로 삼는다.

본 발명의 하나 이상의 실시 예들의 세부 사항은 첨부 도면들과 이하의 설명에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 장점들은 상세한 설명과 도면들로부터, 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.

본 발명은 고정된 위치에 액추에이터 조립체를 유지하고 전원 소모를 제거하거나 적어도 감소시키는 데 사용될 수 있는 기구(mechanism)를 포함하는 리니어 액추에이터를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 액추에이터 조립체의 확대 단면도와 종래 리니어 액추에이터의 3D 뷰(view)를 도시한다.
도 2a 및 2b는 액추에이터 조립체 내의 위치 결합 기구의 확대 단면도와 본 발명을 구현하는 리니어 액추에이터의 3D 보기(3D view)를 도시한다.
도 3a 및 3b는 위치 결합 기구의 두 구성들 - (1)자석 조립체들 사이에 0 변위를 가지는 것(도 2a)과 (2) 자석 조립체들 사이에 양의 변위를 가지는 것(도 2b) - 을 도시한다.
도 4는 액추에이터의 코어를 통해 지나는 유체 회로(fluidic circuit)에 연결된 리니어 액추에이터의 개략도를 도시한다.
도 5는 액추에이터의 코어를 통해 지나는 유체 회로에 연결된 리니어 액추에이터의 또 다른 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 6a와 6b는 개방 그리고 폐쇄(오른쪽) 상태의 개략적으로 도시된 밸브 기구를 도시한다.
도 7a-c는 도 6에서 도시된 내부 자석 조립체 또는 셔틀 내에 있는 밸브 기구의 단면도들이다. 도 7a는 개방 상태의 밸브 기구를 도시하고, 도 7b는 개방 밸브 기구를 통해 유체 흐름 경로를 도시하며, 도 7c는 폐쇄 상태의 밸브 장치를 도시한다.
도 8은 내부 및 외부 밸브 기구들 모두와 외부 유체 펌프를 사용하는 리니어 액추에이터 시스템의 개략도이다.
도 9는 펌프로서 동작하는 리니어 액추에이터 시스템의 개략도이다.
도면에서 유사한 구성요소들과 특징들은 동일 번호들에 의해 식별될 수 있다.

본원에서 설명된 실시 예들은 하나 이상의 내부 셔틀 요소들을 포함하도록 수정된 리니어 액추에이터들이다. 기본적인 수정되지 않은 리니어 액추에이터는 이전에 언급된 미국 특허 공보 2014/0312716에서 설명된다. 도 1a와 1b를 참조하면, 리니어 액추에이터는 연성 강자성 물질(soft ferromagnetic material) - 예를 들어, 공기에 비해 상대적으로 높은 투자율(magnetic permeability), 및 철 또는 강철 또는 뮤 합금(mu-metal) 같은 낮은 보자력(coercivity) - 로 만들어진 두 개의 세그먼트를 가지는 분할 코어(spilt core)(10)를 포함한다. 두 개의 코어 세그먼트들은 나란히 두었을 때 코어의 세로축을 따라 연장되는 중공 중앙 코어 영역(a hollow central core region)(11)으로 실린더를 형성하는 실린더의 절반들이다.

선형 코일 어레이를 형성하도록 서로 인접하여 배열된 동일한 코일들(12)의 스택(stack)이 코어(10) 위에 조립된다. 그것들은 접촉하거나 작은 거리만큼 분리되어 서로 바로 옆에 있다는 점에서 인접한다. 이 예에서, 코일들 모두는 코어에 관해 동일한 방향을 가진다. 즉, 코어에 대해 동일 방향으로 감긴다. 그러나 이러한 경우일 필요는 없다. 감긴 방향은 설계 요구에 따라 교대하거나(alternate) 어떤 다른 순서로 배열될 수 있다.

자석 어레이를 형성하는 링 자석들(즉, 링 모양 자석들)(16)의 스택을 포함하는 액추에이터 조립체(14)가 선형 코일 상에 배열된다. 설명된 실시 예에서, 이러한 자석 어레이는 6개의 인접하여 배열된 링 자석들(16)의 스택으로 구성된다. 각각의 링 자석(16)은 코일 어레이의 동축상에 배열되고 코일 어레이를 둘러싼다. 자석 어레이는 액추에이터 조립체(14)내에 기계적으로 함께 유지되고, 하부 코일들에 인가되는 전류에 의해 자석 어레이에 부과되는 힘들에 응답하여 코일 어레이(및 코어)의 길이를 따라 전후로 이동할 수 있다. 즉, 그것은 코일 어레이에 대해 움직일 수 있게 장착되고, 움직일 수 있게 장착된 곳은 어레이와 코어가 고정되어 유지된다면 자석 어레이가 코일 어레이와 코어를 따라 움직일 수 있는 경우, 그리고 자석 어레이가 고정되어 유지된다면 된다면 코일 어레이가 자석 어레이에 대해 움직일 수 있는 경우를 포함해야(cover) 한다.

영구 자석인 링 자석들(16), 예를 들어, 네오디뮴-철-붕소 자석들(neodymium-iron-boron magnets) 같은 희토류 자석들(rare earth magnets)은 할바흐 어레이(Halbach array)에 의해 달성되는 것들에 유사한 결과들을 달성하기 위해 도 1b에서 표시된 바와 같이 배열된 극성들을 가진다. 더 구체적으로는, 여섯 개의 링 자석들(16)이 자석 어레이의 타측에 필드(field)를 감소시키는 한편, 자석 어레이(즉, 코일 내)의 일측에 자기장을 증가시키도록 배열된다. 여섯 개의 링 자석들은 두 개의 자기 회로, 즉 두 개의 자기장 루프, 를 형성하도록 배열된다. 도 1b에서, 상부 세 개의 링 자석들은 제1 자기 회로를 형성하고 하부 세 개의 링 자석들은 제2 자기 회로를 형성한다.

제1 자기 회로에서, 최상부의 링 자석의 자기장은 방사상으로 내측으로 배향되고, 중간 링 자석의 자기장은 위쪽으로 코일 어레이의 축에 평행하게 배향되고, 그리고 최하부 링 자석의 자기장은 방사상으로 외측으로 배향된다. 자석들의 배열이 하나의 루프를 형성하는 자기장을 생성하기 때문에 단일 자기 회로이다. 세 개의 링 자석들의 극성은 자석 어레이의 내부에, 즉 코일 권선(windings of the coils)의 근처에 필드를 강화시키는 한편 자석 어레이 외부의 필드를 감소시키기 위하여 (예를 들어, 부분적으로 상쇄시키기 위하여) 배열된다.

하부 회로의 자석 극성들의 배열은 상부 회로의 자석 극성들의 배열의 미러 이미지(mirror image)(즉, 코일 어레이의 축에 수직인 평면에 대해 미러 이미지)이다. 이 여섯 자석 구성에서, 자기 모멘트가 액추에이터 조립체의 중심에서 두 개의 링 폭에 걸쳐 동일한 방향으로 방사상으로 배향된다. 이는 코일 전류에 수직인 방사상으로 배향된 자기장이 생성되는 코일 어레이의 연속적인 영역을 증가시킨다.

물론, 리니어 액추에이터는 단일 자기 회로 또는 둘 이상의 자기 회로들을 이용하여 구성될 수 있다.

전류가 액추에이터 조립체(14)에 의해 둘러싸인 코일 어레이의 영역에 위치한 코일(12)에 인가될 때, 코일 내 둘레 전류(circumferential current)와 자석들의 어레이(16)에 의해 생성된 방사상으로 향해진 자기장의 상호 작용은 코일 어레이의 세로축에 평행한 힘 벡터(로렌츠 힘)를 생성한다. 전류의 극성과 자기장의 방향에 따라, 이것은 자석 어레이가 한 방향 또는 다른 방향 중 어느 하나로 조립체의 세로축을 따라 이동하게 할 것이다. 그리고 (이 실시 예 및 본원에 기술된 다른 실시 예들에서) 자석 조립체(또는 액추에이터)의 기계적 이동은 로봇 구성요소(robotic element) 같은 또 다른 디바이스를 구동하거나 제어하는데 사용될 수 있다.

위치 결합 기구를 포함하는 수정된 리니어 액추에이터가 도 2a와 2b에 도시된다. 상기 설명된 기본 리니어 액추에이터처럼, 그것은 코일들을 둘러싸는 외부 자석 조립체(24)와 코일들의 선행 어레이(20)를 포함한다. 외부 자석 조립체(24)는 코일 어레이(20)의 길이를 따라 서로 옆에 배열되고 코일 어레이(20)의 외부를 둘러싸는 여섯 개의 링 자석들(26)의 어레이를 포함한다. 그러나 기본 리니어 액추에이터의 앞서 설명된 디자인과 달리, 이 리니어 액추에이터는 자기 투과성 코어(magnetically permeable core)를 가지지 않는다. 대신에, 코일들의 외부를 둘러싸고 있는 링 자석들의 제1 어레이(26)에 맞추어 정렬되고 자기적으로 결합된 링 자석들의 제2 어레이(32)로 만들어진 내부 자석 어레이(또는 셔틀)(30)가 있는 내부에 환경적으로 밀봉된 실린더(28)를 포함한다. 위치 결합 기구는 리니어 액추에이터의 운동 축을 따라 두 개의 자석 조립체들(24 및 30)을 공동 위치시켜 생성된다.

각각의 자석 조립체(24 및 30) 내의 링 자석들은 예를 들어 할바흐 또는 수정된 할바흐 어레이의 이용을 통해 달성될 수 있는 바와 같이 초점을 맞춘 자속이 우선적으로 단일 면을 따라 조립체로부터 나와 조립체로 돌아가도록 하게 하는 패턴으로 자화된다. 더욱이, 내부 자석 조립체(30) 내의 자석들은 액추에이터 조립체의 선형 운동축을 따라 외부 자석 조립체(24)에 아주 근접하여 위치된 때 최소 자기 저항을 달성하는 패턴으로 자화된다. 결과적으로, 외부 및 내부 자석 조립체들(24 및 30)이 서로 가장 근접하고 서로에 맞추어 정렬된 때 시스템의 총 자기 에너지가 최소화된다.

설명된 실시 예에서, 이것은 도 2b에 표시된 바와 같이 두 개의 자석 조립체들(24 및 30) 내의 자석들의 극성을 배열하여 달성된다. 외부 자석 조립체(24)는 두 개의 자기 회로들 - 상부 세 개의 링 자석들(26)에 의해 형성되는 제1 자기 회로와 하부 세 개의 링 자석들(26)에 의해 형성되는 제2 자기 회로-을 형성하기 위해 앞서 설명된 방식으로 배열된다. 제1 자기 회로에서, 최상부의 링 자석의 자기장은 방사상으로 내측으로 배향되고, 중간 링 자석의 자기장은 위쪽으로 코일 어레이의 축에 평행하게 배향되고, 그리고 최하부 링 자석의 자기장은 방사상으로 외측으로 배향된다. 제2 자기 회로에서, 링 자석들의 자석 극성의 배열은 상부 회로의 자석 극성들의 배열의 미러 이미지(즉, 코일 어레이의 축에 수직인 평면에 대해 미러 이미지)이다. 즉, 최상부 링 자석의 자기장은 방사상으로 외측으로 배향되고, 중간 링 자석의 자기장은 아래쪽으로 코일 어레이의 축에 평행하게 배향되고, 그리고 최하부 링 자석의 자기장은 방사상으로 내측으로 배향된다.

내부 자석 조립체(30)의 경우에, 각각의 자기 회로는 조립체(30)의 외부와 둘러싼 코일들의 영역의 자기장을 강화하고 코어의 축 영역의 자기장을 감소시키도록 배열되는 링 자석들(32)을 가진다. 내부 자석 조립체(30)는 또한 두 개의 자기 회로들 - 상부 세 개의 링 자석들에 의해 형성되는 제1 자기 회로와 하부 세 개의 링 자석들에 의해 형성되는 제2 자기 회로 - 을 형성하도록 배열되는 여섯 개의 링 자석들(32)을 포함한다. 제1 자기 회로에서, 최상부 링 자석의 자기장은 방사상으로 내측으로 배향되고, 중간 자석의 자기장은 아래쪽으로 코일 어레이의 축에 평행하게 배향되고, 그리고 최하부 링 자석의 자기장은 방사상으로 외측으로 배향된다. 제2 자기 회로에서, 링 자석들의 자석 극성의 배열은 상부 회로의 자석 극성의 배열의 미러 이미지이다. 즉, 최상부 링 자석의 자기장은 방사상으로 외측으로 배향되고, 중간 링 자석의 자기장은 위쪽으로 코일 어레이의 축에 평행하게 배향되고, 그리고 최하부 링 자석의 자기장은 방사상으로 내측으로 배향된다.

내부 자석 조립체(30)의 링 자석들, 외부 자석 조립체(24)의 링 자석들, 및 코일 어레이(20)의 코일들(22) 모두 코일 어레이(20)의 축을 따라 측정되는 것과 동일한 높이 또는 두께를 가진다. 따라서, 어느 한 자석 조립체의 하나의 링 자석이 인접한 코일에 맞추어 정렬된 때, 그 어레이의 나머지 링 자석들 모두가 또한 대응하는 인접한 코일들에 맞추어 정렬된다. 그러나 이것은 필요조건이 아니다. 코일들은 링 자석들의 것과는 다른 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 코일의 폭의 1.5 배의 자석 링 폭의 선택(즉, 두 개의 자석 링들이 코일 어레이의 세 개의 코일들에 걸침)은 자석 조립체의 이동을 제어하도록 코일들을 구동하는 것에 관해 이점을 가질 수 있다.

언급한 바와 같이, 시스템의 총 자기 에너지는 두 개의 자석 조립체들이 서로에 맞추어 정렬된 채로 두 개의 자석 조립체의 평형 상대적 위치(equilibrium relative position)에 대응하는 아주 근접 위치에 있을 때 최소화된다. 이런 이유로, 하나의 자석 조립체에 인가되는 힘은 제2 자석 조립체로 가역적으로 전달될 것이다. 또한, 하나의 자석 조립체가 다른 자석 조립체에 대하여 평형 상대적 위치로부터 강제로 옮겨진다면, 평형 상대적 위치로 복귀하도록 그것을 구동하는 복원력을 경험할 것이다. 이동(displacement) 및 그에 따른 복원력은 위치 결합 기구의 두 개의 구성 - (1) 두 개의 자석 조립체들(24 및 30) 사이에 0 변위 (displacement)를 가지는 것(도 3a)과 (2) 두 개의 자석 조립체들(24 및 30) 사이에 양의 변위를 가지는 것(도 3b) - 을 보여주는 도 3a와 3b에 도시된다. 둘 모두의 경우에, 자속은 두 개의 자석 조립체들(24 및 30) 사이의 최소 자기 저항(reluctance)의 경로를 따르도록 개략적으로 도시된다(화살표를 가지는 점선 경로 참조). 양의 변위의 경우(도 3b)에, 자기장의 경로 길이가 시스템의 총 자기 에너지와 저항의 증가에 비례하여 증가된다. 그 결과, 음의 방향의 복원력이 내부 자기 조립체에 의해 발생되어 두 개의 자석 조립체들을 평형 상대적 위치로 복귀하도록 만든다.

변위의 제한된 범위 내에서, 복원력은 평형 상대적 위치로부터의 변위가 또한 증가됨에 따라 단조 증가할 것이다. 이러한 방식으로, 하나의 자석 조립체로부터 다른 조립체로의 힘의 전달이 평형 상대적 위치에 두 개의 자석 조립체들을 함께 결합하는 자기 스프링 요소에 의해 발생하는 것으로 설명될 수 있고, 그에 따라 위치 결합 기구를 형성한다.

위치 결합 기구는 외부 자석 조립체(24)와 내부 자석 조립체(30) 사이에 힘을 전달하는데 사용될 수 있다. 또한, 내부 자석 조립체(30)는 리니어 액추에이터의 길이를 따라 앞뒤로 이동하도록 구동될 수 있고, 외부 자석 조립체(24)의 위치를 따른다. 내부 자석 조립체(30)의 이러한 운동은 외부 자석 조립체(24)상의 외부 힘에 의해 유도되든지 액추에이터 코일들(22)에 의해 인가되는 힘에 의해 유도되든지 리니어 액추에이터 내부의 다른 기계적 구성요소들로 차례로 전달될 수 있다.

도 4는 이러한 힘이 리니어 액추에이터(100)내에 포함된 유체로 전달되고 외부 유체 회로(110)로 전달되는 실시 예를 도시한다. 리니어 액추에이터(100)는 밀봉된 튜브(28) 내에 셔틀을 형성하는 내부 자석 조립체에 기계적으로 결합된 외부 자석 조립체로 구성되는 이동 액추에이터 조립체(114)를 가진다(예를 들어, 도 2b 참조). 이 경우에, 셔틀은 리니어 액추에이터를 통과하는 유체의 어떠한 흐름도 차단한다. 또한, 밀봉된 회로인 외부 유체 회로(110)는 리니어 액추에이터(100)의 환경적으로 밀봉된 튜브의 한쪽 단에서 환경적으로 밀봉된 튜브의 다른 쪽 단으로 연장되고 시스템 내의 유체에 대한 흐름 경로를 확립한다. 외부 유체 회로(11)와 밀봉된 튜브(28) 사이의 연결들은 유체 기밀 연결들(fluid tight connections)이다. 외부 유체 회로(110)는 또한 유체 흐름 경로와 나란히 리니어 액추에이터(100) 외부에 있는 외부 밸브 기구(120)를 포함한다.

외부 밸브(120)가 개방되는 때, 유체가 유체 회로(110)를 통해 자유롭게 전후로 흐를 수 있고, 자석 조립체(114)가 효율적으로 유체를 유체 회로(110) 내에서 전후로 실어 나른다(민다). 외부 밸브(120)가 폐쇄되는 때, 유체는 외부 유체 회로(110)를 통과하여 흐르는 것이 막아지고, 유체 회로(110)의 유체는 액추에이터 조립체(114) 내의 셔틀에 의해 인가된 임의의 힘에 대항한다. 위치 결합 기구에 의해, 이러한 대항력은 외부 자석 조립체에 효과적인 자기 스프링 요소를 통해 내부 자석 어레이에서 외부 자석 어레이로 전달될 것이고, 자석 조립체(114)에 인가된 임의의 외부 힘들 또한, 대항되어, 정적 유체 회로 자체의 강성(stiffness)과 연속하여 자기 스프링에 내재된 유효 강성에 직면한다. 이러한 방식으로, 외부 유체 회로(110)의 밸브(120)의 폐쇄는 자석 조립체(114)의 외부 운동에 대항하는 정적 힘을 야기시킬 것이다. 이 밸브가 "정상적으로 닫힌" 상태이면, 리니어 액추에이터가 0 전력 소모의 상태일 동안 이 대항력이 인가될 것이다. 다시 말해서, 외부 밸브(120)가 폐쇄되는 때, 유체는 유체 회로에서 순환할 수 없고 코일들에 대한 전원이 차단된 경우에도 내부 자기 어레이에 의해 액추에이터 조립체는 고정된 위치에 남아있을 것이고, 외부 자기 어레이 상에 생성되는 자력에 의해 거기에 유지된다. 달리 말하면, 액추에이터 조립체를 고정된 위치에 유지하기 위해 어떠한 힘도 코일들에 공급될 필요가 없을 것이다.

물론 이 "잠금 기구(locking mechanism)"의 효과는 셔틀 조립체와 튜브(28)의 내벽 사이에 형성된 실(seal)의 품질에 의존한다. 유체가 상기 튜브의 내벽을 따라 셔틀 조립체를 지나 새어 나올 수 있다면, 셔틀 조립체는 어떤 외부 힘이 액추에이터 조립체에 인가되든 그에 응하여 서서히 이동할 것이다. 실이 좋을수록, 셔틀 조립체가 그 잠금 위치를 더 잘 유지하고 느린 이동을 방지할 것이다.

도 5는 도 4에 도시된 것과 다른 방법을 도시한다. 시스템은 코일들(22)의 선형 어레이를 따라 전후로 이동하는 액추에이터 조립체(152)를 가지는 리니어 액추에이터(150)를 포함한다. 액추에이터 조립체(152)의 내부에, 액추에이터 조립체(152)내의 기계적으로 결합된 셔틀 조립체에 통합된 내부 밸브 기구(156)가 있다(세부 사항들은 하기에 제공됨). 양단에서, 리니어 액추에이터(150)는 두 개의 밀봉된 유체 저장소(158 및 160)에 결합된다. 유체는 리니어 액추에이터(150)의 코어 영역과 두 개의 저장소(158 및 160)를 완전히 채운다.

내부 밸브 기구(156)가 폐쇄되는 때, 유체가 셔틀 조립체를 통과해 흐르는 것이 막아진다. 그 경우에, 셔틀 조립체와 액추에이터 조립체(152)의 운동이 셔틀을 통과하지 못하도록 차단되는 시스템의 유체에 의해 생성되는 저항에 의해 금지되거나 막아진다. 그러나 내부 밸브 기구가 개방되고 유체가 셔틀을 통해 흐를 수 있는 때, 액추에이터 조립체(152)는 코일 어레이를 따라 어느 한 방향으로 이동하는 것이 자유롭다. 즉, 내부 밸브 기구를 가지는 이러한 어레이는 외부 밸브 기구를 가지는 도 4에 도시된 폐 루프 시스템에 의해 제공되는 것과 유사한 기능을 제공한다.

내부 밸브 기구를 구현하는 예시적 실시 예에 대해 더 상세히 설명한다. 자기 결합 기구를 통해 내부 자석 조립체에 외부 자석 조립체의 상대적 위치를 결합하는 능력이 주어지면, 내부 자석 조립체의 절대적 위치가 제어될 수 있다. 그 개념을 확장하면, 여러 위치 결합 기구들이 여러 내부 자석 서브 어레이들(sub-arrays)의 상대적 위치를 제어하는 데 사용될 수 있다. 그리고 이 개념을 이용하여, 두 개의 내부 자석 서브 어레이들의 상대적 위치의 변화에 응하여 밸브가 개방되거나 폐쇄되는, 리니어 액추에이터 내부에 위치한 기계적 스위치 또는 유체 밸브 기구가 생성될 수 있다. 이 기구는 도 6a와 6b에서 개략적으로 도시된다.

알 수 있는 바와 같이, 외부와 내부 자석 조립체들(200 및 210) 각각은 각각 두 개의 자석 서브 어레이들로 구성된다. 외부 자석 조립체(200)는 세 개의 링 자석들로 구성된 제1 자석 서브 어레이(202a)와 세 개의 링 자석들로 구성된 제2 자석 서브 어레이(202b)를 포함한다. 유사하게, 내부 셔틀 조립체를 구성하는 내부 자석 조립체(210)는 세 개의 링 자석들로 구성된 제1 자석 서브 어레이(212a)와 또한 세 개의 자석 서브 어레이(212b)로 구성된 제2 자석 서브 어레이를 포함한다. 본질적으로, 도 2b와 연결되어 설명되는 실시 예 내에서 여섯 개의 링 자석 어레이들 각각은 두 개의 세 개의 링 자석 서브 어레이들을 형성하기 위해 반으로 분할되어 있다. 외부 자석 조립체(200)의 각각의 자석 서브 어레이(202a 및 202b)는 다른 자석 서브 어레이와 관계없이 이동될 수 있고 내부 자석 조립체의 각각의 자석 서브 어레이(212a 및 212b)는 외부 자석 조립체의 자석 서브 어레이들 중 대응하는 것과 자기적으로 결합된다. 외부 자석 조립체(200)의 두 개의 자석 서브 어레이들(202a 및 202b)(그리고 자기적으로 결합된 내부 자석 서브 어레이들(212a 및 212b))은 그 자석 서브 어레이들에 인접한 코일들(22)에 적절한 제어 신호들을 인가하여 분리될 수 있고 함께 소집될 수 있다.

내부 자석 조립체를 포함하는 내부 셔틀 조립체 내에, 제1 자기 서브 어레이(212a)에 결합된 밸브 기구의 일부분과 제2 자기 서브 어레이(212b)에 결합된 밸브 기구의 다른 부분을 가지는 밸브 기구(220)가 있다. 두 개의 자석 서브 어레이들(212a 및 212b)이 코일들(22)에 인가된 신호들의 제어 하에 분리되는 때, 밸브 기구(220)가 개방되고 내부 회로 내의 유체가 개방 밸브를 통해 셔틀을 통과하여 흐를 수 있다(도 6a 참조). 반대로, 두 개의 자석 서브 어레이들(212a 및 212b)이 자석 서브 어레이들이 서로 인접하도록 코일들(22)에 인가된 신호들의 제어 하에 함께 강제될 때, 밸브 기구(220)는 폐쇄되고 내부 회로 내의 유체가 셔틀을 통과하여 흐르는 것을 방지한다(도 6b 참조).

선택적으로, 기계 스프링 리턴 기구(mechanical spring return mechanism)(230)는 시스템이 0 전력 소모의 상태에 있을 때 외부 힘의 반대를 지원하면서 정상적으로 폐쇄된 상태로 복귀하도록 밸브 기구(220)에 힘을 가하는 것이 포함될 수 있다. 자기 결합 기구로 인해, 이 기계 스프링 리턴 기구(230)는 리니어 액추에이터의 밀봉된 벽(28)의 외부에 위치될 수 있고 외부 자석 조립체(200)의 두 개의 자석 서브 어레이들(202a 및 202b) 사이에 부착될 수 있다.

도 7a 내지 7c에서, 단면도들은 더 상세히 설명된 실시 예의 밸브 기구(220)를 도시한다. 그것은 상부 밸브 세그먼트(222a)와 별도의 하부 밸브 세그먼트(222b)를 포함한다. 상부 밸브 세그먼트(222a)는 상부의 내부 자석 조립체(212a)의 채널(channel) 내에 장착되고 하부 밸브 세그먼트(222b)는 하부의 내부 자석 조립체(212b)의 채널 내에 장착된다. 상부 밸브 세그먼트(222a)는 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 통과하고 채널들이 차단되지 않을 때 유체가 흐를 수 있는 통로들을 생성하는 두 개의 흐름 채널(225)을 가진다. 하부 밸브 세그먼트는 또한, 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 통과하고 채널들이 차단되지 않을 때 유체가 흐를 수 있는 또 다른 통로를 생성하는 단일 흐름 채널(226)을 포함한다.

밸브 기구를 통과하는 유체의 흐름을 막기 위해, 하부 밸브 세그먼트(222b)는 챔버(chamber)(224b)를 포함하고 상부 밸브 세그먼트(222a)는 챔버(224b)의 형상을 따르는 형상을 가지는 플런저(plunger)(224a)를 포함한다. 도 7b에서 점선으로 도시된 바와 같이 두 개의 밸브 세그먼트들(222a 및 222b)이 분리되는 때(즉, 밸브 기구가 개방되는 때), 밸브 기구의 한쪽에서 유체가 흐름 채널들(225)을 통해 분리된 세그먼트들 사이에 형성된 공동으로 그리고 그런 다음 다른 흐름 채널(226)을 통해 그 공동으로부터 밸브 기구의 다른 쪽으로 흐를 수 있다. 두 개의 밸브 세그먼트들이 함께 소집되는 때(즉, 밸브 기구가 폐쇄되는 때), 플런저(224a)가 챔버(224b)로 삽입되고 하부 밸브 세그먼트(222b)의 흐름 채널(226)을 차단하여, 밸브 기구를 통한 유체 흐름을 방지한다(도 7c 참조).

물론, 내부 자석 조립체를 통과하는 유체 흐름을 제어하는 역할을 할 수 있는 밸브 기구를 구현하는 많은 다른 방법들이 있다. 방금 설명된 실시 예는 단지 하나의 예이다.

도 4와 5에서 도시된 두 개의 실시 예들로 일반적으로 돌아가면, 두 유체 결합 방법들 사이에 어떤 중요한 차이점이 있다는 것에 주목해야 한다. 그것들은 액추에이터가 움직일 때 점성 감쇠(viscous damping)와 유체의 질량에 관련된다. 첫 번째 경우(도 4)에, 외부 밸브(120)가 개방되고 액추에이터(114)가 외부 회로(110)를 통해 유체를 전후로 실어 나를 때, 회로의 유체의 전체 질량이 이동할 것이고 회로의 내벽들에 대해 항력(drag force)을 겪을 것이다. 두 번째 경우(도 5)에, 내부 밸브 기구가 개방될 때, 내부 자석 조립체(210)는 외부 회로를 통한 유체 흐름을 강제하지 않고 자유롭게 움직이고, 단지 겪게 되는 점성 항력만 내부 밸브 기구(220)를 통한 강제 유체 흐름과 관련된다. 그러므로 시스템의 점성 손실들을 방지하고 관성을 감소시키기 위해 내부 밸브 기구의 사용을 통해 내부 자석 조립체를 움직이는 것이 바람직할 수 있다.

도 4와 5에서 도시된 두 방법들을 결합하면, 폐 루프 유체 흐름 경로에서 외부에 배치되는 유체 펌프(180)와 함께 내부와 외부 밸브 기구들(156 및 120) 모두가 포함되는 제3 실시 예가 생성될 수 있다(도 8). 내부 자석 조립체의 운동은 밸브들(156 및 120)을 폐쇄하고 유체 펌프(180)를 OFF하여 저지될 수 있다. 내부 밸브 기구(156)를 개방하여, 이전에 설명된 기구와 유사한 방식으로 내부 자석 조립체의 운동이 허용된다. 내부 밸브 기구(156)와 외부 밸브 기구(120) 모두가 개방되고 유체 펌프(180)가 흐를 때, (운동 자체와 연관된 상대적으로 낮은 감쇠 및 관성으로) 내부 자석 조립체의 운동이 허용되고 유체가 리니어 액추에이터의 내부 영역을 통해 능동적으로 흐르게 되는 추가적인 이점이 실현된다. 이 경우에, 내부 자석 조립체가 리니어 액추에이터 코일들의 영향하에 이동되고 제어되는 동안 유체는 리니어 액추에이터를 냉각시키는 데 사용될 수 있다.

도 9를 참조하면, 셔틀 내의 내부 밸브 기구(156)를 이용하는 실시 예는 또한 펌프로서 사용될 수 있다. 셔틀이 한 방향으로(예를 들어, 도 8의 위쪽 방향으로) 이동될 때 내부 밸브(156)가 개방 위치로 배치되고 셔틀이 다른 방향으로(즉, 도 8의 아래쪽 방향으로) 이동될 때 내부 밸브(156)가 폐쇄 위치로 배치된다. 이러한 방식으로, 회로(110)에 있는 유체가 시계 방향으로 루프 둘레에서 이동될 수 있다. 유체가 액추에이터 조립체를 냉각시키는 역할을 하는 냉각제인 경우, 펌핑 동작(pumping action)이 유체 흐름 경로에 있는 외부 열 교환기(도시되지 않음)로 냉각제를 순환시키는 데 사용될 수 있다.

다른 실시 예들이 다음 청구범위 내에 있다. 예를 들어, 링 자석들은 고체 링들로 제조될 수 있거나 링을 형성하도록 더 작은 자석들의 어레이를 배치하여 제조될 수 있다. 또한, 밀봉된 튜브는 상술한 바와 같이 코일들이 감겨지거나 배열된 유체 불투과성 물질(fluid impermeable material)(예를 들어, 플라스틱)으로 구성되는 별개의 실린더일 수 있다. 또한, 그 모양이 원형일 필요는 없고 오히려 다른 형상, 예를 들어, 직사각형 또는 타원형을 가지는 도관일 수 있다. 또한, 별도의 물품이 아닐 수 있고 오히려 정렬된 내부 코어들이 유체 기밀 도관을 형성하도록 코일들을 함께 접합하거나 붙여 형성되는 환경적으로 유체 기밀형 벽(fluid-tight wall)일 수 있다.

Claims (17)

1. 코일들의 어레이(array of coils) - 상기 코일들의 어레이의 각각의 코일이 유체를 포함하기 위해 코어 영역 둘레에 감김-;
   상기 코일들의 어레이의 외부에 장착되고 상기 코일들의 어레이 위에서 움직일 수 있는 외부 자석 조립체; 및
   상기 코일들의 어레이의 코일들이 감긴 상기 코어 영역 내부에 장착된 내부 자석 조립체 - 상기 내부 자석 조립체는 상기 코일들의 어레이 내의 상기 코일들에 인가된 구동 신호들에 응하여 상기 외부와 내부 자석 조립체들이 상기 코일들의 어레이를 따라 함께 이동하도록 상기 외부 자석 조립체에 맞추어 정렬되고 자기적으로 결합됨 - 를 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어 영역과 상기 코일들의 어레이의 코일들이 감기는 둘레를 정의하는 도관을 더 포함하는 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 도관은 유체 불투과성 벽(fluid impermeable wall)을 구축하는 실린더인 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 도관을 통한 유체의 흐름을 차단하거나 차단 해제하기 위한 상기 내부 자석 조립체 내의 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들에 의해 자기적으로 제어됨 - 를 더 포함하는 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 도관의 한쪽 끝과 또 다른 쪽 끝을 연결하는 폐루프 유체 경로를 정의하는 외부 유체 회로; 및
   상기 도관의 외부 및 상기 외부 유체 회로 내에 위치된 전자적으로 동작하는 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 외부 유체 회로 내의 유체의 흐름을 차단하나 차단 해제 하도록 동작가능함 - 를 더 포함하는 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 도관을 통한 유체 흐름을 차단하거나 차단 해제하기 위한 상기 내부 자석 조립체 내의 밸브 기구 - 상기 밸브 기구는 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호에 의해 자기적으로 제어됨 - 를 더 포함하는 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 외부 자석 조립체는 외부 링 자석들의 어레이 - 상기 외부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 코일들의 어레이를 둘러쌈 - 를 포함하는 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 외부 링 자석들의 어레이의 링 자석들은 외부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 외부 링 자석들의 제2 서브 어레이 - 상기 외부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들은 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들의 제어 하에 상기 코일들의 어레이를 따라 별도로 이동할 수 있음 - 를 형성하도록 그룹으로 나눠지는 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 내부 자석 조립체는 상기 외부 링 자석들의 어레이에 맞추어 정렬되는 내부 링 자석들의 어레이를 포함하는 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 링 자석들의 어레이의 링 자석들은 내부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 내부 링 자석들의 제2 서브 어레이 - 상기 내부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들은 상기 코일들의 어레이의 코일들에 인가된 신호들의 제어 하에 상기 코어 영역 내에서 별도로 이동할 수 있음 - 를 형성하도록 그룹으로 나눠지는 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 링 자석들의 제1 서브 어레이와 상기 내부 링 자석들의 제1 서브 어레이는 자기적으로 결합되고 함께 이동하고 상기 외부 링 자석들의 제2 서브 어레이와 상기 내부 링 자석들의 제2 서브 어레이는 자기적으로 결합되고 함께 이동하는 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 자석 조립체를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 그리고 서로에 대해 상기 내부 링 자석들의 제1과 제2 서브 어레이들의 이동에 의해 동작되는 밸브 기구를 더 포함하는 장치.
13. 제7항에 있어서,
    상기 링 자석의 외부 어레이 내의 상기 링 자석들은 상기 링 자석들의 외부 어레이의 방사상으로 외부의 필드(field)에 대해 상기 코일들의 어레이의 코일들 내에서 상기 자석들의 외부 어레이에 의해 생성되는 자기장을 강화하도록 선택되고 배열된 자기장을 가지는 장치.
14. 제9항에 있어서,
    상기 링 자석들의 외부 어레이 내의 상기 링 자석들은 상기 링 자석들의 외부 어레이의 방사상으로 외부의 필드에 대해 상기 코일들의 어레이의 코일들 내에 상기 자석들의 외부 어레이에 의해 생성되는 자기장을 강화하도록 선택되고 배열된 자기장을 가지고 상기 링 자석들의 내부 어레이 내의 상기 링 자석들은 상기 링 자석들의 내부 어레이의 방사상으로 내부의 필드에 대해 상기 코일들의 어레이의 코일들 내에 상기 자석들의 내부 어레이에 의해 생성되는 자기장을 강화하도록 선택되고 배열된 자기장을 가지는 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 도관 내에 셔틀 - 상기 셔틀은 상기 내부 자석 조립체를 포함하고, 상기 셔틀은 유체가 상기 셔틀의 한쪽에서 상기 셔틀의 또 다른 쪽으로 상기 도관을 통과할 수 없도록 상기 도관을 차단함 - 을 더 포함하는 장치.
16. 제1항에 있어서,
    액추에이터 조립체 - 상기 액추에이터 조립체는 상기 외부 자석 조립체를 포함하고 상기 코일들의 배열의 상기 코일들에 인가된 신호들에 응하여 또 다른 요소를 기계적으로 가동하기 위한 것임 - 를 더 포함하는 장치.
17. 유체 불투과성 벽을 가지는 실린더;
    코일들의 어레이(array of coils) - 상기 코일들의 어레이의 각각의 코일은 상기 실린더 둘레에 감김 - ; 및
    외부 링 자석들의 어레이와 내부 링 자석들의 어레이를 포함하는 액추에이터 조립체 - 상기 외부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 코일들의 어레이를 둘러싸고 상기 내부 링 자석들의 어레이의 각각의 링 자석은 상기 실린더 내에 위치되며, 상기 내부 링 자석들의 어레이는 상기 외부와 내부 링 자석들의 어레이들이 상기 코일들의 어레이 내의 상기 코일들에 인가된 구동 신호들에 응하여 상기 코일들의 어레이를 따라 함께 이동하도록 상기 외부 링 자석들의 어레이와 자기적으로 결합됨 - 를 포함하는 리니어 액추에이터.

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