本專利申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年10月21日提交的名稱為“懸浮板(Hoverboard)”的第62/066,891號(hào)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。本專利申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年6月11日提交的名稱為“具有單邊磁通量分布的磁體布置的應(yīng)用(Applications of Magnet Arrangements having a One-sided Magnetic Flux Distribution)”的第62/011,011號(hào)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。

本專利申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年7月31日提交的名稱為“磁性提升運(yùn)載工具的推進(jìn)和控制(Propulsion and Control for a Magnetically Lifted Vehicle)”的第62/031,756號(hào)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§120要求亨德森等人的名稱都是“懸浮板(Hoverboard)”并且都在2015年3月4日提交的第14/639,045號(hào)和第14/639,047號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的部分接續(xù)申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)都出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。第14/639,045和14/639,047號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)各自要求第61/977,045、62/066,891、62/011,011和62/031,756號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并且各自要求亨德森的2013年10月31日提交的名稱為“固定或移動(dòng)物體的磁懸浮(Magnetic Levitation of a Stationary or Moving Object)”的第14/069,359號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)并且是其部分接續(xù)案，第14/069,359號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求亨德森的2013年3月15日提交的名稱為“固定磁懸浮(Stationary Magnetic Levitation)”的第61/799,695號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其中每一份申請(qǐng)的全文以引用的方式并入并且用于所有目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及電磁懸浮系統(tǒng)，并且更具體地說涉及利用電磁懸浮作用的裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，兩個(gè)永久磁體將根據(jù)磁體的磁極如何對(duì)準(zhǔn)而以緊密的距離彼此吸引或排斥。當(dāng)與重力向量對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可使用磁性排斥抵消重力并且提升物體。對(duì)于提升物體然后將其從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置的目的，磁性排斥或者不穩(wěn)定或者太穩(wěn)定。具體來說，相對(duì)磁體可以對(duì)準(zhǔn)使得物體保持原位但是然后無法容易地移動(dòng)到另一位置，或者磁體可以對(duì)準(zhǔn)使得物體可容易移動(dòng)但是將不會(huì)保持原位，但是不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目的。

另一磁性排斥效應(yīng)與靠近導(dǎo)電物體生成移動(dòng)磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)靠近導(dǎo)電物體例如金屬物體移動(dòng)永久磁體時(shí)，在導(dǎo)電物體中形成渦電流，渦電流生成相對(duì)磁場(chǎng)。舉例來說，當(dāng)永久磁體通過銅管下落時(shí)，會(huì)生成相對(duì)磁場(chǎng)，這與通過導(dǎo)管下落的非磁性物體相比明顯使磁體減緩。作為另一實(shí)例，在一些類型的電動(dòng)機(jī)中，向線圈供應(yīng)電流，線圈與磁體相互作用以使磁體移動(dòng)。移動(dòng)磁體與線圈相互作用以在線圈中誘發(fā)渦電流，渦電流對(duì)抗被供應(yīng)到線圈的電流流動(dòng)。

包括磁性提升的磁力在機(jī)械系統(tǒng)中受到關(guān)注，用以潛在地使物體相對(duì)于彼此朝向和移動(dòng)，同時(shí)限制物體之間的實(shí)體接觸。一種生成磁性提升的方法包括移動(dòng)磁場(chǎng)與誘發(fā)渦電流之間的電磁相互作用。這種使用渦電流的方法相對(duì)未得到發(fā)展。鑒于以上內(nèi)容，需要用于使用渦電流生成磁性提升的新的方法和設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述使用磁場(chǎng)在導(dǎo)電襯底中誘發(fā)渦電流并生成提升的機(jī)電系統(tǒng)。具體來說，描述這樣的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，其使磁體配置旋轉(zhuǎn)以在導(dǎo)電襯底中誘發(fā)渦電流，其中磁體與誘發(fā)的渦電流之間的相互作用用于生成提升力和/或推進(jìn)力。在一個(gè)實(shí)施例中，為了生成推進(jìn)力，提供允許相對(duì)于導(dǎo)電襯底取向所述配置磁體的機(jī)構(gòu)。所述機(jī)構(gòu)使得能夠控制推進(jìn)力的方向和量值。

一種運(yùn)載工具可以包括引導(dǎo)、導(dǎo)航和控制(GNC)系統(tǒng)。所述GNC系統(tǒng)被配置成隨時(shí)間確定運(yùn)載工具的朝向、位置和速度?；谶@個(gè)信息，GNC系統(tǒng)被配置成生成引導(dǎo)方案和實(shí)施所述引導(dǎo)方案。引導(dǎo)方案的實(shí)施方案可以包括根據(jù)時(shí)間控制運(yùn)載工具上的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的朝向。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供具有懸浮能力的運(yùn)載工具。所述運(yùn)載工具的特征可以總體上在于包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)、一個(gè)或多個(gè)速度控制器、一個(gè)底盤、耦合到四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)的四個(gè)致動(dòng)器、GNC系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元(IMU)和機(jī)載電源。所述四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)、所述四個(gè)致動(dòng)器、一個(gè)或多個(gè)速度控制器、GNC系統(tǒng)、IMU和機(jī)載電源可以耦合到底盤并且封圍在底盤內(nèi)。

IMU可以用于確定懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的位置和朝向。IMU可以利用加速計(jì)和陀螺儀。從加速計(jì)和陀螺儀測(cè)量到的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到GNC系統(tǒng)。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)可以具有電動(dòng)機(jī)，其包括繞組、第一組永久磁體和固持第一永久磁體的第一結(jié)構(gòu)。在電機(jī)內(nèi)，向繞組施加電流以使繞組或第一組永久磁體中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)。繞組或第一組永久磁體的旋轉(zhuǎn)可以生成扭矩，其例如經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸桿被傳遞到第二結(jié)構(gòu)。

第二結(jié)構(gòu)被配置成從電動(dòng)機(jī)接收旋轉(zhuǎn)扭矩以使第二結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。第二結(jié)構(gòu)可以固持第二組永久磁體。第二組永久磁體旋轉(zhuǎn)以在襯底中誘發(fā)渦電流，使得誘發(fā)的渦電流與第二組永久磁體相互作用以生成力，該力使運(yùn)載工具在襯底上方懸浮和/或沿著襯底從一個(gè)位置平移到另一個(gè)位置。

一個(gè)或多個(gè)速度控制器可以耦合到四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。一個(gè)或多個(gè)速度控制器可以被配置成控制流動(dòng)到電機(jī)的電流，這能控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率。在一特定實(shí)施例中，可使用四個(gè)電子速度控制器，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)各一個(gè)電子速度控制器。

一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可以耦合到懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)。致動(dòng)器可以被配置成從引導(dǎo)、導(dǎo)航和控制(GNC)系統(tǒng)接收命令，并且響應(yīng)于所述命令生成力，該力使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于底盤旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各自圍繞單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自相對(duì)于底盤和彼此獨(dú)立地可旋轉(zhuǎn)。

GNC系統(tǒng)可以通信地耦合到控制致動(dòng)器的操作的控制器和慣性測(cè)量單元(IMU)。GNC系統(tǒng)可以被配置成從IMU接收傳感器數(shù)據(jù)并且生成引導(dǎo)方案。引導(dǎo)方案可以包括隨時(shí)間而變的運(yùn)載工具的朝向和速度。為了實(shí)施所述引導(dǎo)方案，GNC系統(tǒng)可以被配置成生成控制命令并且發(fā)送控制命令到致動(dòng)器。

運(yùn)載工具可以包括機(jī)載電源，其向懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)、致動(dòng)器和GNC系統(tǒng)供應(yīng)電流。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)載電源可以是電池，例如鋰聚合物電池。在另一實(shí)施例中，可使用燃燒電機(jī)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)輸出電。

GNC系統(tǒng)可以通信地耦合到一個(gè)或多個(gè)速度控制器，并且配置成與一個(gè)或多個(gè)速度控制器通信以控制電機(jī)中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)速率。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率可以使包括第二組永久磁體的第二結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)得更快或更慢。第二結(jié)構(gòu)的更快或更慢的旋轉(zhuǎn)速率可以影響從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的提升力和推進(jìn)力的量值。

在具體實(shí)施例中，引導(dǎo)方案可以進(jìn)一步包括隨時(shí)間而變的懸浮高度，其中GNC系統(tǒng)被配置成控制四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜位置或四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)的提升輸出中的一個(gè)或多個(gè)，以控制隨時(shí)間而變的懸浮高度。并且，引導(dǎo)方案可以進(jìn)一步包括隨時(shí)間而變的加速度速率，其中GNC系統(tǒng)被配置成控制四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜位置中的一個(gè)或多個(gè)以生成隨時(shí)間而變的加速度速率。此外，引導(dǎo)方案可以包括隨時(shí)間而變的運(yùn)載工具的角度朝向，其中GNC系統(tǒng)被配置成控制四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)的傾斜位置或四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)的提升輸出中的一個(gè)或多個(gè)，以控制隨時(shí)間而變的運(yùn)載工具的角度朝向。

在其它實(shí)施例中，GNC系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成控制致動(dòng)器以在運(yùn)載工具大概保持在襯底上的第一位置上的同時(shí)使運(yùn)載工具就地旋轉(zhuǎn)。此外，GNC系統(tǒng)可以被配置成使運(yùn)載工具同時(shí)旋轉(zhuǎn)和平移。在一個(gè)實(shí)施例中，GNC系統(tǒng)可以控制運(yùn)載工具沿著傾斜的襯底上移或下移，或者在傾斜的襯底上保持其位置。在運(yùn)載工具懸浮在固定位置中的同時(shí)，GNC系統(tǒng)可以被配置成控制致動(dòng)器以使運(yùn)載工具在第一線性方向中移動(dòng)，然后使運(yùn)載工具在垂直于第一線性方向的第二線性方向中移動(dòng)，而無需在第二線性方向中移動(dòng)之前使運(yùn)載工具旋轉(zhuǎn)。

在其它實(shí)施例中，GNC系統(tǒng)可以被配置成經(jīng)由有線或無線通信接口與移動(dòng)控制單元通信。舉例來說，移動(dòng)控制單元可以是智能電話。GNC系統(tǒng)可以被配置成從移動(dòng)控制單元接收方向輸入命令，并且作為響應(yīng)生成控制命令以讓致動(dòng)器中的每一個(gè)實(shí)施所述方向輸入命令。

所述四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自被配置成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，其中圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于運(yùn)載工具的底盤傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第二旋轉(zhuǎn)軸以90度的角度朝向，第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第三懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第三旋轉(zhuǎn)軸以90度的角度朝向，第一旋轉(zhuǎn)軸平行于第四懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第四旋轉(zhuǎn)軸，并且其中第二旋轉(zhuǎn)軸平行于第三旋轉(zhuǎn)軸。在另一實(shí)施例中，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第二旋轉(zhuǎn)軸以一個(gè)角度朝向，第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第三懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第三旋轉(zhuǎn)軸以一百八十度減所述角度朝向，第一旋轉(zhuǎn)軸平行于第四懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的第四旋轉(zhuǎn)軸，并且第二旋轉(zhuǎn)軸平行于第三旋轉(zhuǎn)軸。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自被配置成圍繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)通過一個(gè)角度范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，所述角度范圍是至少20度。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于所有懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用同一個(gè)角度范圍。在另外其它實(shí)施例中，可使用第二組永久磁體的相同磁體配置，包括一定體積的磁體和極性布置圖案，在第一、第二、第三和第四懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)上使用所述磁體配置。

在另外的實(shí)施例中，可使用第五懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和第五致動(dòng)器，其耦合到底盤并且配置成使第五懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于底盤旋轉(zhuǎn)。替代地，第五懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以相對(duì)于底盤以固定朝向固定。

在一些情況下，第五懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成比第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)、第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)、第三懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)或第四懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的任一個(gè)輸出更多提升。

如上文所述，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括使一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。每個(gè)結(jié)構(gòu)可以包括磁體配置。磁體配置可以包括一定體積的磁體、磁體體積在結(jié)構(gòu)上的分布和磁體的極性布置圖案。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以提供一種懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。所述懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的特征總體上可以在于包括兩組永久磁體?？梢栽陔姍C(jī)中使用第一組永久磁體，并且可以使用第二組磁體在襯底中誘發(fā)渦電流。

電動(dòng)機(jī)可以包括繞組、第一組永久磁體和固持第一永久磁體的第一結(jié)構(gòu)?？梢韵蚶@組施加電流以使繞組或第一組永久磁體中的一個(gè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括電子速度控制器。電子速度控制器可以耦合到電機(jī)以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)接收到的電流量并且控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率。

第二結(jié)構(gòu)可以被配置成從電動(dòng)機(jī)接收旋轉(zhuǎn)扭矩以使第二結(jié)構(gòu)圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。第二結(jié)構(gòu)可以固持第二組永久磁體，其中第二組永久磁體旋轉(zhuǎn)以在襯底中誘發(fā)渦電流，使得誘發(fā)的渦電流與第二組永久磁體相互作用以生成提升力。護(hù)罩可以封圍電機(jī)和第二結(jié)構(gòu)的至少一部分。

第二組永久磁體可以具有三個(gè)極性區(qū)域。第一極性區(qū)域可以具有第一極性和離旋轉(zhuǎn)軸有徑向距離的第一體積的磁體，其中第一極性方向處于平行于旋轉(zhuǎn)軸的第一方向中。第二極性區(qū)域可以具有第二極性和在旋轉(zhuǎn)軸的相反側(cè)上的所述徑向距離處的第二體積的磁體，其中第二極性處于平行于旋轉(zhuǎn)軸的第二方向，其具有與第一極性區(qū)域相反的極性。第三極性區(qū)域可以具有第三體積的磁體，其沿著垂直于旋轉(zhuǎn)軸的線分布于第一極性區(qū)域與第二極性區(qū)域之間。第三極性區(qū)域可以具有第三極性，其也垂直于旋轉(zhuǎn)軸。

在具體實(shí)施例中，第二結(jié)構(gòu)可以是圓盤形的。此外，第二結(jié)構(gòu)可以包括面朝襯底的彎曲的底表面。在此實(shí)例中，底表面可以是凸面的或凹面的。在另一實(shí)施例中，第二結(jié)構(gòu)可以包括面朝襯底的平坦的底表面。

在一特定實(shí)施例中，第二結(jié)構(gòu)可以包括面朝襯底的底部平面表面。此外，第一體積的磁體可以包括第一底部平面表面，第二體積的磁體可以包括第二底部平面表面，并且第三體積的磁體可以包括第三底部平面表面。第一底部平面表面、第二底部平面表面和第三底部平面表面可以固定在大概平行于底部平面表面的第二結(jié)構(gòu)中。

在各種實(shí)施例中，第三體積可以大于或等于第一體積與第二體積的總和。如上文所述，第一體積的磁體可以包括第一底部平面表面，第二體積的磁體可以包括第二底部平面表面，并且第三體積的磁體可以包括第三底部平面表面。在一特定實(shí)施例中，包括第一底部平面表面的面積、第二底部平面表面的面積與第三底部平面表面的面積的總面積與包括第一體積、第二體積和第三體積的磁體的總體積的三分之二冪的比率與可以大于或等于一。在其它實(shí)施例中，所述比率可以大于或等于二。

在一些例子中，第一體積的磁體、第二體積的磁體和第三體積的磁體可以各自形成為單個(gè)連續(xù)磁體。在其它例子中，第一體積的磁體、第二體積的磁體和第三體積的磁體可以各自由多個(gè)磁體形成。此外，第三體積的磁體可以經(jīng)布置以使得靠近旋轉(zhuǎn)軸形成孔口。孔口可以被配置成接收附接到第二結(jié)構(gòu)的一部分的來自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一體積的磁體、第二體積的磁體和第三體積的磁體可以成形為當(dāng)在結(jié)構(gòu)上靠近彼此放置時(shí)形成矩形箱體。在另一實(shí)施例中，第一體積的磁體、第二體積的磁體和第三體積的磁體可以成形為當(dāng)在結(jié)構(gòu)上靠近彼此放置時(shí)形成矩形箱體。在又一實(shí)施例中，磁導(dǎo)率至少比空氣大10倍的材料層固定在電機(jī)下方，在第一體積的磁體、第二體積的磁體和第三體積的磁體上方，其中襯底在第一體積、第二體積和第三體積下方。

附圖說明

附圖是用于說明性目的并且僅僅用于提供本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的可能結(jié)構(gòu)和處理步驟的實(shí)例。這些附圖決不限制所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以對(duì)本發(fā)明作出的任何形式和細(xì)節(jié)上的改變。

圖1是騎乘根據(jù)所描述的實(shí)施例的懸浮板的人的圖示。

圖2和圖3是根據(jù)所描述的實(shí)施例的響應(yīng)于在導(dǎo)電板上方旋轉(zhuǎn)的磁體的布置在導(dǎo)電板上生成的渦電流的圖示。

圖4A是根據(jù)所描述的實(shí)施例的與旋轉(zhuǎn)磁體的布置相關(guān)聯(lián)的提升和拖拽曲線的曲線圖。

圖4B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的隨著離導(dǎo)電襯底的距離而變的與旋轉(zhuǎn)磁體的布置相關(guān)聯(lián)的提升的曲線圖。

圖4C是根據(jù)所描述的實(shí)施例的隨著導(dǎo)電襯底的厚度和RPM而變的與旋轉(zhuǎn)磁體的布置相關(guān)聯(lián)的提升曲線的曲線圖。

圖5A和圖5B是示出根據(jù)所描述的實(shí)施例的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的圖。

圖6是示出根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有啟動(dòng)輔助的系統(tǒng)的框圖。

圖7是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括具有動(dòng)態(tài)位置的磁體的STARM的俯視圖。

圖8是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有可移動(dòng)組件的STARM的圖示。

圖9是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有相對(duì)于彼此移動(dòng)的磁體區(qū)段的STARM的圖示。

圖10是根據(jù)所描述的實(shí)施例的提升對(duì)比圖9中的磁體區(qū)段的偏移角的曲線圖。

圖11是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有多相能力的STARM的圖示。

圖12到圖16是根據(jù)所描述的實(shí)施例的STARM的圖示。

圖17A到圖17C是根據(jù)所描述的實(shí)施例的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的圖示。

圖18到圖20是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有可旋轉(zhuǎn)磁體的多個(gè)區(qū)段的STARM配置的圖示。

圖21到圖24是根據(jù)所描述的實(shí)施例的軌道配置的圖示。

圖25A、圖25B、圖26和圖27是根據(jù)所描述的實(shí)施例的相對(duì)于導(dǎo)電襯底傾斜的STARM和生成的相關(guān)聯(lián)的力的圖示。

圖28是根據(jù)所描述的實(shí)施例的被配置成傾斜的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的圖示。

圖29是根據(jù)所描述的實(shí)施例的被配置成傾斜和旋轉(zhuǎn)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的圖示。

圖30A到圖30C是根據(jù)所描述的實(shí)施例的因?yàn)閼腋“l(fā)動(dòng)機(jī)傾斜而產(chǎn)生的力的不平衡的圖示。

圖31A到圖32B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的朝向控制機(jī)構(gòu)的圖示。

圖33A和圖33B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的插置于STARM與導(dǎo)電襯底之間的將與STARM相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)重定向以生成推進(jìn)力的機(jī)構(gòu)的圖示。

圖34A和圖34B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的鄰近于STARM和導(dǎo)電襯底的將與STARM相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)重定向以生成推進(jìn)力的機(jī)構(gòu)的圖示。

圖35是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有四個(gè)可傾斜STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖36A到圖36C是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有以各種配置傾斜的四個(gè)可傾斜STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖37是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有四個(gè)可傾斜STARM和一個(gè)固定STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖38和圖39是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有四個(gè)可傾斜STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖40是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有六個(gè)可傾斜STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖41是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有圍繞矩形布置的四個(gè)可傾斜STARM的磁性提升裝置的圖示。

圖42到圖44是根據(jù)所描述的實(shí)施例的與引導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的框圖和等式的圖示。

圖45A和圖45B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的用于控制轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的圖示。

圖46A到圖46B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有懸浮能力的混合動(dòng)力運(yùn)載工具的圖示。

圖47A到圖47B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括采用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行信號(hào)隔離的房間的系統(tǒng)的圖示。

圖48A到圖49B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)沿著垂直或水平地朝向的軌道移動(dòng)有效負(fù)載的系統(tǒng)的圖示。

圖50是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有被配置成在軌道罩殼內(nèi)移動(dòng)的磁性提升裝置的系統(tǒng)的圖示。

圖51A到圖54是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有被配置成沿著軌道移動(dòng)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的圖示。

圖55是根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有被配置成磁性地提升飛機(jī)的滑板的系統(tǒng)的圖示。

圖56是根據(jù)所描述的實(shí)施例的使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)沿著表面用輥?zhàn)油七M(jìn)運(yùn)載工具的系統(tǒng)的圖示。

圖57是根據(jù)所描述的實(shí)施例的使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)操控液體的系統(tǒng)的圖示。

圖58到圖60C是根據(jù)所描述的實(shí)施例的懸浮機(jī)車和軌道配置的圖示。

圖61A到圖62B是根據(jù)所描述的實(shí)施例的采用懸浮運(yùn)載工具將材料沉積到表面的系統(tǒng)的圖示。

圖63和圖64是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括布置成圓形圖案的立方磁體的STARM的俯視圖和透視圖。

圖65和圖66是根據(jù)所描述的實(shí)施例的布置成圓形圖案的磁體配置和磁體極性對(duì)準(zhǔn)圖案的俯視圖。

圖67到圖71是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括跨越STARM的旋轉(zhuǎn)軸的磁體的磁體配置和相關(guān)聯(lián)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的俯視圖。

圖72到圖74是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括布置成叢集的磁體的磁體配置和相關(guān)聯(lián)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的俯視圖。

圖75和圖76是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括布置成線性陣列的磁體的磁體配置和相關(guān)聯(lián)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的俯視圖。

圖77示出用于圖63中所示的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖78示出用于包括布置成跨越STARM的旋轉(zhuǎn)軸延伸的線性陣列的磁體的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖79示出用于圖69中所示的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖80示出用于圖70中所示的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖81示出用于圖76中所示的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖82示出用于圖75中所示的磁體配置的預(yù)測(cè)渦電流圖案。

圖83和圖84是提升對(duì)比高度的曲線圖，該曲線圖比較數(shù)值預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖85、圖86和圖87是用于八種不同磁體配置的提升對(duì)比高度的數(shù)值預(yù)測(cè)的曲線圖。

圖87是用于圓形布置的磁體配置的隨著傾斜角而變的提升和推力對(duì)比高度的數(shù)值預(yù)測(cè)的曲線圖。

圖88和圖89是用于圖69中的磁體配置1290的隨著傾斜角而變的升力和推力的數(shù)值預(yù)測(cè)的曲線圖。

圖90到圖104是根據(jù)所描述的實(shí)施例的利用八立方英寸的磁體的磁體配置和相關(guān)聯(lián)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案和渦電流圖案的圖示。

圖105是根據(jù)所描述的實(shí)施例的用于利用八立方英寸的磁體的各種磁體配置的升力對(duì)比高度的數(shù)值預(yù)測(cè)的曲線圖。

圖106是根據(jù)所描述的實(shí)施例的使用八邊形磁體的磁體配置的圖示。

圖107和圖108是根據(jù)所描述的實(shí)施例的正方形磁體配置和相關(guān)聯(lián)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的圖示。

圖109是根據(jù)所描述的實(shí)施例的磁體配置和布置成形成圓盤的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的圖示。

圖110和圖111是根據(jù)所描述的實(shí)施例的利用梯形磁體的磁體配置和極性對(duì)準(zhǔn)圖案的圖示。

圖112是根據(jù)所描述的實(shí)施例的磁體配置和利用三角形磁體的極性對(duì)準(zhǔn)圖案的圖示。

圖113是根據(jù)所描述的實(shí)施例的磁體配置和極性對(duì)準(zhǔn)圖案的圖示，該極性對(duì)準(zhǔn)圖案利用矩形磁體，其中磁體的一部分以跨越磁體的對(duì)角線的極性方向磁化。

圖114是根據(jù)所描述的實(shí)施例的包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)載工具配置的仰視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖中示出的本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明。在以下描述中，陳述眾多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，未詳細(xì)地描述眾所周知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)以免不必要地混淆本發(fā)明。

本文所描述的各種實(shí)施例分成多個(gè)不同部分。在標(biāo)題為“磁性提升系統(tǒng)概述”的第一部分中，總體上描述誘發(fā)渦電流以生成升力的機(jī)電系統(tǒng)。該部分中包括圖1到圖4C。在標(biāo)題為“包括升力和曳力控制的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置”的第二部分中，描述了用于生成和控制磁性升力和曳力的各種方法及設(shè)備。這個(gè)部分包括圖5A到圖20。在標(biāo)題為“軌道配置”的第三部分中，描述了軌道的一些特征，該軌道可以包括其中誘發(fā)渦電流的導(dǎo)電襯底。這個(gè)部分包括圖21到圖24。

接下來，在標(biāo)題為“磁性提升和推進(jìn)”的第四部分中，描述了包括使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)運(yùn)載工具的細(xì)節(jié)。具體來說，可以相對(duì)于襯底改變一個(gè)或多個(gè)STARM的朝向以生成推進(jìn)和/或控制力。這個(gè)部分包括圖24A到圖34B。

接下來，在標(biāo)題為“運(yùn)載工具配置和導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制(NGC)”的第五部分中，描述了懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的布置然后是其致動(dòng)以提供移動(dòng)。接下來，論述可應(yīng)用于磁性提升裝置的導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制(NGC)功能。這個(gè)部分包括圖35到圖44。

在標(biāo)題為“應(yīng)用”的第五部分中，描述了利用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的各種應(yīng)用。舉例來說，這個(gè)部分包括1)使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用，2)被配置成懸浮或在轉(zhuǎn)輪上運(yùn)轉(zhuǎn)的混合動(dòng)力運(yùn)載工具，3)提供與外部環(huán)境的信號(hào)隔離的房間，4)被配置成沿著軌道移動(dòng)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，5)飛行器的啟動(dòng)輔助，6)可以用于在船上執(zhí)行工作的裝置，7)列車和軌道配置，以及8)印刷。這個(gè)部分包括圖45A到圖62B。

在標(biāo)題為“磁體配置和性能比較”的第六部分中，描述了可以用于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的各種磁體配置。對(duì)于多種配置生成升力預(yù)測(cè)并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這個(gè)部分包括圖63到圖113。

最后，在標(biāo)題為“飛行數(shù)據(jù)”的第七部分中，描述了運(yùn)載工具配置和在飛行過程中測(cè)量到的測(cè)試數(shù)據(jù)。在兩張表中提出了數(shù)據(jù)。所述部分包括圖113。

磁性提升系統(tǒng)概述

相對(duì)于圖1到圖4C，描述磁性提升系統(tǒng)的一些通用實(shí)例和操作原理。具體來說，論述了一種被配置成提升和推進(jìn)騎乘者的懸浮板系統(tǒng)。懸浮板系統(tǒng)可以包括具有懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的懸浮板和襯底，懸浮板在該襯底上面操作。襯底可以包括導(dǎo)電部分，其中誘發(fā)渦電流?？墒褂酶袘?yīng)渦電流的裝置與誘發(fā)的渦電流之間的電磁相互作用來產(chǎn)生電磁提升和各種平移和旋轉(zhuǎn)控制力。

懸浮板是經(jīng)由移動(dòng)磁場(chǎng)源(例如永久磁體)與誘發(fā)渦電流之間的相互作用生成例如升力的力的機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖1是人10騎乘懸浮板12的圖示。在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮板包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，例如16。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)16產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨時(shí)間而變化。時(shí)變磁場(chǎng)與軌道14中的導(dǎo)電材料相互作用以形成渦電流。渦電流及其相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)與來自懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)相互作用以產(chǎn)生力，例如提升力或推進(jìn)力。相對(duì)于圖2和圖3描述可以產(chǎn)生的渦電流的實(shí)例。相對(duì)于圖4A到圖4C描述與誘發(fā)的渦電流相關(guān)聯(lián)的提升和拖拽。下文相對(duì)于圖63到圖117描述磁體配置、渦電流圖案、升力預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較的更多細(xì)節(jié)。

圖1中，軌道14由銅形成。具體來說，使用在彼此頂上分層的三個(gè)八分之一英寸的銅片?？墒褂闷渌鼘?dǎo)電材料和軌道配置。僅僅出于說明的目的描述由銅片形成的軌道。使用多個(gè)分層的薄片可以更容易形成彎曲表面。舉例來說，可以形成半管(half-pipe)。圖1中，示出了半管的一部分。軌道14可以包括各種傾斜表面和平坦表面，并且僅僅用于說明性目的提供半管的實(shí)例。

所使用的導(dǎo)電材料的厚度可以取決于導(dǎo)電材料的材料屬性，例如其當(dāng)前承載能力及期望的磁性提升量。根據(jù)例如輸出磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)移動(dòng)速率和懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離軌道表面的距離之類的因素，特定的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在特定軌道材料中誘發(fā)更強(qiáng)或更弱的渦電流。不同的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成產(chǎn)生不同的提升量，因此，誘發(fā)更強(qiáng)的或更弱的渦電流。

與在材料中誘發(fā)的渦電流相關(guān)聯(lián)的電流密度可以在表面處最大，然后可以隨著離表面的距離而減小。在一個(gè)實(shí)施例中，在表面處誘發(fā)的電流密度可以大約是每平方厘米一千到一萬安培。當(dāng)導(dǎo)電材料變薄時(shí)，它可能達(dá)到這樣的厚度：懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)潛在地誘發(fā)的電流量大于導(dǎo)電材料能保持的電流量。此時(shí)，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的磁性提升量可能相對(duì)于導(dǎo)電材料較厚的情況下潛在地產(chǎn)生的提升量降低。相對(duì)于圖4C更詳細(xì)論述這個(gè)效應(yīng)。

當(dāng)材料的厚度增加時(shí)，誘發(fā)的電流隨著離表面的距離增大而變得越來越小。在達(dá)到某一厚度之后，另外的材料產(chǎn)生的另外的提升極小。對(duì)于用于懸浮板12的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，模擬結(jié)果顯示，使用1/2英寸的銅相對(duì)于使用3/8英寸的銅不會(huì)產(chǎn)生更大許多的提升。

對(duì)于圖1中示出的裝置，模擬結(jié)果預(yù)測(cè)，與使用1/2英寸的銅相比，使用僅僅1/8英寸的銅片將明顯地降低提升。使用的是為Maxwell等式求解的有限元分析。具體而言是Ansys Maxwell(Ansys,Inc.,Canonsburg,PA)。

在各種實(shí)施例中，可使用的銅量隨著應(yīng)用而改變。舉例來說，對(duì)于被配置成承載玩偶的小比例尺的懸浮板模型，1/8英寸的銅片可能完全夠了。作為另一實(shí)例，與具有更厚的量的更加導(dǎo)電的材料的軌道相比，具有更薄的量的導(dǎo)電材料的軌道可能得到的提升生成效率不太高。然而，可以用導(dǎo)電材料的成本換取提升生成的效率。

襯底14可以包括被配置成支撐誘發(fā)的渦電流的部分。此外，它可以包括用于增加機(jī)械支撐或剛度的部分，以提供冷卻和/或允許組裝軌道部分。舉例來說，可以提供被配置成去除熱和/或?qū)嵋苿?dòng)到特定位置的管道或鰭片。在另一個(gè)實(shí)例中，可以將襯底14形成為多個(gè)拼片，其被配置成彼此介接。在又另一實(shí)例中，襯底14的用于支撐誘發(fā)的渦電流的部分可能相對(duì)較薄，并且可以添加另外的材料以提供結(jié)構(gòu)支撐和剛度。

在各種實(shí)施例中，襯底14的用于支撐誘發(fā)的渦電流的部分可能相對(duì)均質(zhì)，因?yàn)樗膶傩栽谏疃群筒煌恢弥谢旧鲜蔷|(zhì)的。舉例來說，例如銀、銅或鋁之類的實(shí)心金屬薄片可以被視為在它的深度屬性和不同位置上基本上是均質(zhì)的。作為另一實(shí)例，可使用導(dǎo)電復(fù)合材料，例如聚合物或復(fù)合物，其中材料屬性在不同位置中和在深度中平均是相對(duì)均質(zhì)的。

在其它實(shí)施例中，襯底14的用于支撐誘發(fā)的渦電流的部分可能在深度中不同，但是可以在不同位置中是相對(duì)均質(zhì)的。舉例來說，襯底14的支撐渦電流的部分可以由摻雜有另一材料的基底材料形成。摻雜量可以在深度中改變，使得材料屬性在深度中改變。

在其它實(shí)施例中，襯底14的支撐渦電流的部分可以由不同材料層形成。舉例來說，可以在彼此隔絕的例如銅層之類的導(dǎo)電材料層之間使用電絕緣物。在另一個(gè)實(shí)例中，可使用一層或多層鐵磁性材料與一種或多種順磁材料或反磁性材料。

在又另一實(shí)例中，襯底14的支撐渦電流的表面可以包括表面結(jié)構(gòu)，例如升高或凹陷的凹凸痕，它會(huì)影響誘發(fā)的渦電流或某種其它材料屬性。因此，從位置到位置可存在材料屬性的略微變化，但是因?yàn)樵谔囟▍^(qū)域上得到平均化，所以材料屬性可能在不同位置中是相對(duì)均質(zhì)的。

在一個(gè)實(shí)施例中，人可以通過改變其重量和在懸浮板上的位置來控制懸浮板12。重量變化可以改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)16中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于軌道14的表面的朝向。朝向可以包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)部分離軌道的距離。每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(例如16)相對(duì)于軌道表面的朝向可以引起平行于該表面的力的產(chǎn)生。

可使用來自懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)16的凈力在特定方向上推進(jìn)運(yùn)載工具并且控制它的自旋。此外，個(gè)人可能能夠彎下身子并且撐走表面14，以在特定方向上推進(jìn)懸浮板12，或者先推然后跳到懸浮板12上，使其在特定方向上移動(dòng)。前面并入本文中的名稱為“懸浮板(Hoverboard)”的第14/639,045和14/639,047號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中描述了懸浮板的額外細(xì)節(jié)。

接下來，相對(duì)于圖2和圖3描述可以與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的磁體布置的幾個(gè)實(shí)例。圖2和圖3是響應(yīng)于在導(dǎo)電板上方旋轉(zhuǎn)的磁體的布置在導(dǎo)電板上產(chǎn)生的渦電流的圖示。導(dǎo)電板是襯底的被配置成支撐誘發(fā)的渦電流的部分。使用Ansys Maxwell 3D(Canonsburg，PA)模擬所產(chǎn)生的渦電流和相關(guān)聯(lián)的力。在模擬中的每一個(gè)中，磁體布置分別在銅板56和64上方1/2英寸的高度以1500RPM旋轉(zhuǎn)。銅板建模為1/2英寸厚。板子建模成在深度中并且在不同位置中是均質(zhì)的。板子的寬度和長(zhǎng)度選擇成使得在STARM靠近板子邊緣誘發(fā)渦電流時(shí)可能發(fā)生的邊緣效應(yīng)極小。

磁體是一立方英寸的強(qiáng)度為N50的釹合金磁體，類似磁體可以通過K and J magnetics(Pipersville，PA)購(gòu)買。磁體重量是每個(gè)大約3.6盎司?？梢岳貌煌笮?、形狀和材料的磁體，并且僅僅出于說明的目的提供此實(shí)例。

在圖2中，布置八個(gè)一立方英寸的磁體，例如50，其內(nèi)邊緣離z軸大約兩英寸。磁體建模為嵌入在鋁框52中。箭頭起始處指示磁體的北磁極。其中四個(gè)磁體的極性垂直于z軸。開放的圓圈表示磁體的北磁極，帶有x的圓圈表示磁體的南磁極。包括四個(gè)磁體的極性圖案重復(fù)兩次。

在各種實(shí)施例中，圖中所示的磁體的極性圖案可以重復(fù)一次或多次?？墒褂貌煌笮『托螤畹囊粋€(gè)或多個(gè)磁體形成磁體體積，該磁體體積匹配與極性圖案相關(guān)聯(lián)的極性方向。舉例來說，總體積為一立方英寸的兩個(gè)二分之一英寸寬的矩形磁體或者總體積為一立方英寸的兩個(gè)三角形磁體可以在相同的方向上對(duì)準(zhǔn)以用某一圖案提供極性方向。在極性圖案中，極性方向不同于鄰近磁體的磁體可以接觸鄰近磁體或者可以與鄰近磁體分開。

對(duì)于特定立方尺寸的給定數(shù)目的磁體，可以調(diào)整磁體面離z軸的距離，使得磁體的邊緣接觸或者隔開較小的距離。對(duì)于使用八個(gè)磁體的此實(shí)例，將形成八邊形形狀。相對(duì)于圖8A和圖8B描述以圖2中所示的極性圖案圍繞圓布置二十個(gè)一英寸立方體磁體重復(fù)五次的配置。這個(gè)磁體布置的內(nèi)邊緣離旋轉(zhuǎn)軸大約3.75英寸。

當(dāng)磁體被帶動(dòng)到一起時(shí)，每個(gè)磁體產(chǎn)生的提升和拖拽的量值能相對(duì)于磁體隔開更遠(yuǎn)的時(shí)候增加。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用梯形磁體以允許磁體在圍繞旋轉(zhuǎn)軸布置時(shí)彼此接觸?？墒褂貌煌奶菪谓嵌冗m應(yīng)不同的磁體總數(shù)，例如四個(gè)磁體(90度)、八個(gè)磁體(45度)等。

還可以針對(duì)這個(gè)目的使用矩形磁體和三角形磁體的組合。舉例來說，三角形磁體可以放置在圖2中所示的立方體磁體之間。在一個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)梯形磁體的群組或矩形磁體和三角形磁體的組合的極性圖案可以類似于圖2中所示的極性圖案。

當(dāng)八個(gè)磁體的布置在銅板上方旋轉(zhuǎn)時(shí)，在銅中誘發(fā)渦電流。在圖2的例子中，模擬結(jié)果顯示產(chǎn)生了四個(gè)圓形渦電流56。四個(gè)渦電流的圓圈采用交替的方向，并且大概在循環(huán)磁體下面的中心位置。

發(fā)生這樣的電磁相互作用：其中循環(huán)渦電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)排斥磁體布置，從而產(chǎn)生提升力和拖拽力。如上所述，當(dāng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦電流的中心部分旋轉(zhuǎn)(這個(gè)旋轉(zhuǎn)不同于形成每個(gè)渦電流的循環(huán)電流的旋轉(zhuǎn))。然而，渦電流不是直接在與z軸對(duì)準(zhǔn)的四個(gè)磁體下方。因此，渦電流可以產(chǎn)生吸引與其相鄰的永久磁體的磁極之一的磁場(chǎng)。吸引力可以垂直于提升起作用以產(chǎn)生拖拽，這與磁體的移動(dòng)對(duì)抗。拖拽還可以與扭矩相關(guān)聯(lián)。通過耦合到磁體布置的電機(jī)供應(yīng)的輸入扭矩克服拖拽扭矩。

在簡(jiǎn)單的實(shí)例中，在圓形線圈中循環(huán)的電流會(huì)生成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)看起來像條形磁體的磁場(chǎng)，其中朝向(北/南)取決于電流的方向。所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度取決于圓形線圈的面積和流過線圈的電流量。線圈約束電流可以流動(dòng)的位置。

在這個(gè)實(shí)例中，不存在輪廓分明的電路。因此，一個(gè)渦電流可以與鄰近的渦電流相互作用。相互作用使得渦電流之間的界面處的電流量值增加，從而使得電流量值圍繞每個(gè)渦電流的圓周變化。此外，電流還隨著進(jìn)入材料內(nèi)的深度而變化，其中單位面積的最大電流發(fā)生在表面，然后隨著進(jìn)入表面內(nèi)的深度而減小。

此外，不同于具有固定位置的電路，渦電流的中心隨著誘發(fā)電流的磁體的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。與磁體在導(dǎo)電材料上線性地移動(dòng)的時(shí)候不同，在磁體前面和后面形成分開的渦電流。在這個(gè)實(shí)例中，四個(gè)磁極(北磁極和南磁極垂直于板子表面的磁體)足夠靠近，使得形成于一個(gè)磁極前面的渦電流與形成于下一個(gè)鄰近磁極后面的渦電流匯合。因此，所形成的渦電流的數(shù)目等于磁極數(shù)目，也就是四個(gè)?？偟膩碚f，對(duì)于這種類型的配置觀察到所形成的渦電流的數(shù)目等于磁體配置中使用的磁極數(shù)目。

此外，材料界面可能影響誘發(fā)的渦電流，使得所產(chǎn)生的提升和拖拽量在界面附近和界面遠(yuǎn)處是不一樣的。舉例來說，在上面誘發(fā)渦電流的表面可以具有邊緣，支撐所誘發(fā)的渦電流的材料在邊緣中結(jié)束。靠近邊界，當(dāng)STARM趨近邊緣時(shí)，渦電流往往會(huì)壓縮，這樣會(huì)影響所得的提升和拖拽。

在另一個(gè)實(shí)例中，表面可以具有界面，在界面中導(dǎo)電率有不連續(xù)性。舉例來說，用于形成表面的兩個(gè)鄰近銅片的邊緣可能不接觸，可能部分地接觸，或者可能彼此導(dǎo)電絕緣。不連續(xù)導(dǎo)電率可能會(huì)減輕或阻止電流流過界面，這樣會(huì)影響從誘發(fā)的渦電流產(chǎn)生的提升和拖拽。

在一個(gè)實(shí)施例中，支撐誘發(fā)的渦電流的襯底可以由多個(gè)薄片形成，這些薄片堆疊成多層，這樣的1/8英寸的銅片堆疊在彼此頂部上。不連續(xù)部分可以形成于兩個(gè)鄰近薄片匯合的一層中，例如兩個(gè)薄片之間的較小間隙，其使得從第一薄片流到鄰近第二薄片的電流減少。所述間隙可以容許熱膨脹并且簡(jiǎn)化組裝過程。為了減輕不連續(xù)性的影響，薄片之間的鄰近邊緣可以在層與層之間錯(cuò)開。因此，特定位置處的不連續(xù)性可以發(fā)生在一個(gè)層中而非其它鄰近層中。

在一些情況下，可使用導(dǎo)電膏改善薄片之間的導(dǎo)電率。在另一實(shí)施例中，鄰近薄片可以焊接在一起。在又一實(shí)施例中，可使用柔性接觸件(可以先壓縮然后膨脹)以允許電流在不同薄片之間流動(dòng)。

圖3中，一立方英寸磁體的三行乘五列陣列(例如60)在銅板上方旋轉(zhuǎn)。陣列也可以在每行中使用單個(gè)磁體。磁體建模為被鋁框62包圍。在這個(gè)實(shí)例中，磁體被配置成彼此接觸。示出了每行五個(gè)磁體的磁體圖案。在替代實(shí)施例中，可使用開放圓圈、左箭頭(指向開放圓圈)、帶有“x”的圓圈、右箭頭(離開帶有x的圓圈)和開放圓圈的五個(gè)磁體的圖案。這與圖中所示的左箭頭、帶有“x”的圓圈、左箭頭、開放圓圈和右箭頭圖案相比較。

對(duì)于每一行，磁體圖案是相同的，對(duì)于每一列，磁體極性是相同的。在各種實(shí)施例中，磁體陣列可以包括一行或多行。舉例來說，可使用僅僅包括圖3中所示的圖案中的一行的磁體陣列。

具有一行或多行的多個(gè)陣列可以布置在旋轉(zhuǎn)主體上，使得旋轉(zhuǎn)主體得到平衡。舉例來說，相同數(shù)目的磁體的兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)等陣列的磁體陣列可以布置在旋轉(zhuǎn)主體上。在另一實(shí)施例中，具有第一數(shù)目的磁體的兩對(duì)或更多對(duì)磁體陣列和具有第二數(shù)目的磁體的兩對(duì)或更多對(duì)磁體陣列可以彼此相反地布置在旋轉(zhuǎn)主體上。

在圖3的例子中，在磁體陣列下面產(chǎn)生兩個(gè)渦電流66，并且在陣列前面和后面形成兩個(gè)渦電流70和68。當(dāng)陣列圍繞板子旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些渦電流隨著陣列移動(dòng)。當(dāng)陣列在板子64上移動(dòng)時(shí)，渦電流(例如72)自旋離開。渦電流66、68和70產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)可以在陣列上引起磁性提升和拖拽。當(dāng)這些類型的陣列中的兩個(gè)陣列放置成彼此接近時(shí)，模擬結(jié)果顯示，從一個(gè)陣列誘發(fā)的渦電流可以與從另一個(gè)陣列誘發(fā)的渦電流合并。這種效應(yīng)隨著陣列隔開得更遠(yuǎn)而減弱。

在圖2和圖3的實(shí)例中，模擬結(jié)果顯示，圖3的配置中每個(gè)磁體產(chǎn)生的提升力比圖2多。這個(gè)結(jié)果的一部分是因?yàn)閳D3中的磁體的一部分處在比圖2中的磁體更大的半徑處。對(duì)于恒定的RPM，更大的半徑使磁體相對(duì)于導(dǎo)電板的速度更大，這樣能產(chǎn)生更多的提升。

每個(gè)磁體的提升可以是總提升除以立方英寸單位的總磁體體積。對(duì)于一立方英寸的磁體，體積是一立方英寸。因此，磁體的總數(shù)等于立方英寸單位的體積。因此，上一段中使用每個(gè)磁體的提升力。使用總提升除以磁體布置的磁體體積提供了一種比較不同磁體布置的提升效率的方式。然而，如上所述，磁體相對(duì)于襯底的速度(隨半徑和RPM而變)會(huì)影響提升，因此在比較磁體配置時(shí)可能是一個(gè)重要的考慮因素。

在圖2和圖3中，磁體極性圖案中的磁極的一部分對(duì)準(zhǔn)，使得磁極平行于STARM的旋轉(zhuǎn)軸(圖中的標(biāo)記有“x”或“o”的磁極)。當(dāng)STARM的底部平行于支撐誘發(fā)的渦電流的表面時(shí)，磁極的該部分和旋轉(zhuǎn)軸大概垂直于該表面。

在這種配置中，為了與表面相互作用，STARM可以在其側(cè)面上旋轉(zhuǎn)，就像在道路上滾動(dòng)的輪胎一樣，其中旋轉(zhuǎn)軸大致平行于表面。在特定實(shí)施例中，可以提供例如致動(dòng)器之類的機(jī)構(gòu)，它可以在操作期間動(dòng)態(tài)地使磁極(同樣，是標(biāo)記有“x”和“o”的磁體)中的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)。舉例來說，圖2和圖3中所示的磁極可以是可旋轉(zhuǎn)的，使得它們可以從圖2和圖3中所示的垂直于表面的朝向移動(dòng)成它們平行于表面的朝向再移動(dòng)回去。當(dāng)磁體以此方式轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的提升和拖拽量能夠減少。在額外實(shí)施例中，可以利用固定磁體配置，其中圖2和圖3中所示的磁極相對(duì)于它們?cè)趫D2和圖3中的朝向旋轉(zhuǎn)零度與九十度之間的某個(gè)角度。

圖4A包括根據(jù)所描述的實(shí)施例的與旋轉(zhuǎn)磁體的布置相關(guān)聯(lián)的提升曲線106和拖拽曲線108的曲線圖100。曲線是力102與旋轉(zhuǎn)速度104的關(guān)系。可以經(jīng)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量和/或模擬測(cè)定該曲線。請(qǐng)注意，磁性提升和拖拽不同于可能與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)磁體布置的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的任何空氣動(dòng)力提升和拖拽。

雖然未圖示，但是可以測(cè)定和標(biāo)繪扭矩量。如圖2所示，磁體陣列可以徑向?qū)ΨQ。在一些情況下，例如當(dāng)徑向?qū)ΨQ陣列平行于導(dǎo)電襯底時(shí)，凈拖拽力可以是零。盡管如此，會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗陣列旋轉(zhuǎn)的扭矩?？墒褂脕碜噪姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)輸入來克服扭矩。

如圖4A中所示，磁性拖拽隨著速度的增加而增加，達(dá)到峰值，然后開始隨速度減小。然而，磁性提升會(huì)隨速度增加。該速度可以是磁體相對(duì)于誘發(fā)渦流的表面的速度。當(dāng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)速度是離旋轉(zhuǎn)軸的距離乘以角速度的乘積。隨著離旋轉(zhuǎn)軸的距離在磁體面上變化，速度可以在磁體面上變化。

在圖3中所示的磁體配置的各種模擬中，觀察到大部分拖拽發(fā)生在250RPM與350RPM之間。然而，包括峰值的拖拽量可以取決于例如下面各項(xiàng)的變量：磁體的尺寸和形狀、磁體離誘發(fā)渦電流的襯底的距離、磁體相對(duì)于襯底的速度(它隨著襯底的半徑和厚度改變)、和磁體的強(qiáng)度。并且，對(duì)于多個(gè)磁體的布置，它們的磁極的布置和相對(duì)于彼此的間隔能夠影響所產(chǎn)生的提升和拖拽兩方面。因此，僅僅出于說明的目的提供取值范圍。

圖4B是隨著離導(dǎo)電襯底的距離110而變的與旋轉(zhuǎn)磁體布置相關(guān)聯(lián)的力曲線圖102。在這個(gè)實(shí)例中，模擬了類似于圖3中展示的磁體配置。該曲線圖是基于恒定RPM下的多次模擬。提升看起來隨著離表面110的距離的增加而遵照指數(shù)衰減曲線。

圖4C是隨著導(dǎo)電襯底的厚度和RPM而變的與旋轉(zhuǎn)磁體布置相關(guān)聯(lián)的提升曲線的曲線圖。在這個(gè)實(shí)例中，使用了類似于圖3中展示的配置。導(dǎo)電襯底是銅，并且模擬結(jié)果中，銅的厚度在.05英寸與.5英寸之間改變。

模擬預(yù)測(cè)出所產(chǎn)生的提升量在達(dá)到銅厚度的某一閾值之后開始減小，并且在閾值以上相對(duì)恒定。閾值的位置隨著RPM而變。它還可以隨著磁體配置而變。在一次模擬中，預(yù)測(cè)到負(fù)提升，即，當(dāng)厚度夠薄時(shí)產(chǎn)生的吸引力。

包括提升和拖拽控制的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置

接下來，相對(duì)于圖5A到圖20描述懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)。具體來說，描述用于生成和控制磁性提升和拖拽的各種方法及設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖5A中所示，例如122的STARM可以與電機(jī)集成以形成懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)120。電機(jī)可以包括定子124和轉(zhuǎn)子126。在操作中，向定子124中的線圈施加DC或AC電流，這使得轉(zhuǎn)子126轉(zhuǎn)動(dòng)，或者向轉(zhuǎn)子126中的線圈施加DC或AC電流，這使得轉(zhuǎn)子圍繞軸線132轉(zhuǎn)動(dòng)。定子124或轉(zhuǎn)子126中的一個(gè)可以包括永久磁體，永久磁體與響應(yīng)于向線圈施加AC或DC電流而生成的磁場(chǎng)相互作用。

第二組永久磁體或電磁體，例如128a或128b，可以耦合到用于生成磁性提升的電機(jī)。第二組磁體不用于使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。如上文所述，當(dāng)耦合到轉(zhuǎn)子時(shí)旋轉(zhuǎn)的第二組磁體可以生成移動(dòng)磁場(chǎng)，移動(dòng)磁場(chǎng)在襯底130中誘發(fā)渦電流。渦電流可以產(chǎn)生相對(duì)磁場(chǎng)，相對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)120起作用的提升和拖拽力。

在圖5A的實(shí)例中，轉(zhuǎn)子126在定子124內(nèi)部。提升生成磁體的布置被布置在轉(zhuǎn)子126的底部上。在替代實(shí)施例中，提升生成磁體可以布置在轉(zhuǎn)子的頂部和底部上。舉例來說，這個(gè)布置可以允許懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)120懸浮在兩個(gè)襯底薄片之間，這些襯底薄片是平坦的或彎曲的。

在圖5A中，例如128a和128b的提升生成磁體在定子124的半徑內(nèi)部。在另一實(shí)施例中，如圖5B中所示，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)140包括提升生成磁體，例如146a和146b，其當(dāng)轉(zhuǎn)子144的一部分在定子142下方延伸時(shí)，該提升生成磁體在定子142的大致相同半徑處。總的來說，磁體的布置可以位于定子的半徑內(nèi)、在定子的相同半徑處、在定子布置的外部或其組合。

在圖5A的實(shí)例中，與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的朝向同與生成磁性提升相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的朝向是不同的。具體來說，與定子124和轉(zhuǎn)子126相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)被配置成總體上指向彼此以生成使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的高效的相互作用。但是，與例如128a和128b的提升生成磁體相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)將總體上被朝向襯底引導(dǎo)以在襯底130中誘發(fā)渦電流。

在具體實(shí)施例中，可以提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于襯底130改變提升生成磁體的朝向以引入傾斜角。舉例來說，定子124、轉(zhuǎn)子126和例如128a和128b的提升磁體可以使用某種類型的致動(dòng)器作為一個(gè)單元圍繞軸線135傾斜。提升磁體相對(duì)于襯底130的傾斜角的變化可能導(dǎo)致力的不平衡。力的不平衡可以產(chǎn)生推進(jìn)力，推進(jìn)力可以用于推進(jìn)運(yùn)載工具。舉例來說，可使用推進(jìn)力使運(yùn)載工具在所希望的方向上沿著襯底130平移。

在另一實(shí)施例中，STARM 122和轉(zhuǎn)子126可以被配置成相對(duì)于定子124和襯底130傾斜。舉例來說，轉(zhuǎn)子126可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸135傾斜，旋轉(zhuǎn)軸135垂直于圖5A中的頁面?？赡艿膬A斜量可以取決于定子124與轉(zhuǎn)子126之間的間隙。在又一實(shí)施例中，定子124和轉(zhuǎn)子126可以作為一個(gè)單元傾斜，并且轉(zhuǎn)子也可以相對(duì)于定子改變，這樣也使轉(zhuǎn)子相對(duì)于襯底的傾斜度改變。

在啟動(dòng)過程中，可以發(fā)生最大功率要求，其中需要克服轉(zhuǎn)子的惰性力矩，并且STARM上的拖拽力最高。在具體實(shí)施例中，可使用將啟動(dòng)功率要求的一部分傳遞到另一裝置并且因此減少初始功率要求的設(shè)備和方法。下文相對(duì)于圖6、圖7和圖8描述與減少磁性提升運(yùn)載工具的啟動(dòng)功率要求相關(guān)聯(lián)的一些實(shí)例。

運(yùn)載工具可以具有機(jī)載電源152，例如存儲(chǔ)電的電池或燃料。機(jī)載電源152可以在運(yùn)載工具飛行時(shí)為運(yùn)載工具供電。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以包括補(bǔ)充電力接口150。當(dāng)從其它部分向包括電機(jī)154和STARM 156的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)供電時(shí)，可使用補(bǔ)充電力接口從外部電源提供電力。還可以使用外部電源為例如機(jī)載電池的機(jī)載源充電。因此，使用外部電源可以允許增加機(jī)載電源的壽命。

在啟動(dòng)過程中，可使用外部電源而不是機(jī)載電源152。在啟動(dòng)之后，外部電源可以斷開并且運(yùn)載工具可以切換成使用機(jī)載電源。因此，可以切換機(jī)構(gòu)，切換機(jī)構(gòu)在兩個(gè)電源(機(jī)載電源和外部電源)之間切換。切換機(jī)構(gòu)可以是手動(dòng)地操作的開關(guān)。在另一實(shí)施例中，自動(dòng)開關(guān)可以耦合到控制器。控制器可以包括控制邏輯，其允許控制器檢測(cè)運(yùn)載工具是否連接到外部電源并且在機(jī)載電源152與外部電源之間切換。控制器還可被配置成將機(jī)載電源置于充電模式，例如在使用電池時(shí)。

在一個(gè)實(shí)施例中，外部電源的特性可以與機(jī)載電源不同。舉例來說，外部電源的電壓可以大于機(jī)載電源。可以使用更大的電壓在啟動(dòng)過程中從電機(jī)生成更多扭矩。一旦實(shí)現(xiàn)了懸浮條件，扭矩要求就可以降低，并且可使用電壓輸出低于該機(jī)載電源的機(jī)載電源。

在另一實(shí)施例中，可以利用外部啟動(dòng)電機(jī)158?？墒褂猛獠繂?dòng)電機(jī)158向STARM 156供應(yīng)扭矩，扭矩使得STARM 156的旋轉(zhuǎn)達(dá)到某個(gè)初始旋轉(zhuǎn)速度。接著，例如154的內(nèi)部電機(jī)可以接管。在圖6的實(shí)例中，啟動(dòng)電機(jī)158位于襯底130下面，并且包括啟動(dòng)電機(jī)接口160，其允許啟動(dòng)電機(jī)耦合到STARM 156或懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)其它部分。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)接口與STARM接合時(shí)，來自啟動(dòng)電機(jī)的扭矩可以傳送到STARM。在啟動(dòng)過程中，扭矩可以通過機(jī)載電機(jī)154供應(yīng)到STARM，或者可以不通過機(jī)載電機(jī)154供應(yīng)到STARM。當(dāng)起動(dòng)機(jī)接口脫離時(shí)，STARM 156可以從機(jī)載電機(jī)154接收扭矩。

在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)154可以在STARM 156被啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)耦合到STARM 156，使得STARM 156也轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，電機(jī)154可以充當(dāng)發(fā)電機(jī)為機(jī)載電源152充電。在另一實(shí)施例中，可使用離合器機(jī)構(gòu)，使得機(jī)載電機(jī)154在啟動(dòng)過程中從STARM 156脫離。因此，啟動(dòng)電機(jī)158可以僅僅向STARM并且不向STARM和電機(jī)供應(yīng)扭矩。在啟動(dòng)之后，可使用離合器機(jī)構(gòu)將STARM 156重新接合到電機(jī)154。

起動(dòng)機(jī)接口的其它實(shí)例是可能的，并且提供圖6中的實(shí)例僅僅是為了說明性目的。舉例來說，可以使用旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪，其與STARM的側(cè)面鄰接，并且在接觸STARM時(shí)將角動(dòng)量傳遞到STARM。在另一個(gè)實(shí)例中，STARM 156的側(cè)面可以包括鋸齒，鋸齒被配置成與旋轉(zhuǎn)齒輪介接，旋轉(zhuǎn)齒輪與STARM 156的側(cè)面上的鋸齒嚙合。

在一些提升磁體配置中，當(dāng)磁體更接近旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，由STARM產(chǎn)生的磁性拖拽量可能更少。磁性拖拽與襯底對(duì)于移動(dòng)磁場(chǎng)的阻力相關(guān)聯(lián)，并且不同于與STARM相關(guān)聯(lián)的惰性力矩或作用于STARM的空氣動(dòng)力拖拽。如上文所述，在達(dá)到發(fā)生峰值磁性拖拽的旋轉(zhuǎn)速度之后，磁性拖拽可以隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。如圖7中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，例如170的STARM上的磁體陣列中的例如174的磁體的全部或一部分可以放入狹槽中并且耦合到例如彈簧172的阻力機(jī)構(gòu)。狹槽可以是固持磁體和彈簧的支撐結(jié)構(gòu)178的一部分。當(dāng)STARM 170旋轉(zhuǎn)起來時(shí)，磁體可以在狹槽內(nèi)遠(yuǎn)離STARM的中心中的旋轉(zhuǎn)軸176移動(dòng)。

阻力機(jī)構(gòu)的力曲線可選擇成使得根據(jù)轉(zhuǎn)子的特定速度曲線克服力曲線。因此，可以根據(jù)速度控制磁體離旋轉(zhuǎn)軸的半徑。可選擇用于阻力機(jī)構(gòu)的不同力曲線以控制半徑隨時(shí)間的變化。峰值拖拽可以受到磁體陣列所在的半徑的影響。具體來說，當(dāng)與磁體位置離軸線更遠(yuǎn)時(shí)相比磁體更接近旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，磁性拖拽的隨著速度而變的量值可以更小。因此，使用這種方法，可有可能減少使STARM轉(zhuǎn)動(dòng)所必需的峰值扭矩并且影響需要的電機(jī)的大小。

拖拽量還受到轉(zhuǎn)子上方的磁體陣列中的磁體高度的影響。如上文所述，一些STARM配置的磁性拖拽可以增加，到達(dá)峰值，然后隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖8中所示，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度控制永久磁體離襯底頂部的距離。

在圖8中，STARM 180鉸接，使得起初磁體182處在離襯底130的頂部的第一距離。在這個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)鉸接側(cè)面184a和184b通過彈簧186或生成阻力的某種其它類型的機(jī)構(gòu)(例如彈性帶)固持在一起。鉸接側(cè)面圍繞鉸鏈188旋轉(zhuǎn)。當(dāng)STARM圍繞軸線190旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)，鉸接側(cè)面184a和184b展開，彈簧伸展，STARM 180上的磁體被帶動(dòng)成更接近襯底。

在具體實(shí)施例中，彈簧的力曲線可選擇成使得STARM不被帶動(dòng)到其離表面的最小距離，即，當(dāng)其變平時(shí)或者當(dāng)彈簧不再進(jìn)一步伸展時(shí)，直到STARM的速度在發(fā)生最大拖拽的峰值速度以上時(shí)。在峰值拖拽速度之后，拖拽可以隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。因此，使用這種方法，磁性提升系統(tǒng)的啟動(dòng)能量可以減少，因?yàn)橥ㄟ^使STARM上的磁體保持離開襯底的表面而繞過峰值磁性拖拽范圍。

在圖8的實(shí)例中，STARM 180鉸接，使得其劃分成兩個(gè)部分。在其它實(shí)施例中，STARM可以包括瓣片，例如三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)區(qū)段等，其隨著速度的增加而放低。瓣片不一定必須以相同的速率放低。舉例來說，對(duì)于具有四個(gè)瓣片的STARM，兩個(gè)相對(duì)的瓣片可以隨著速度以第一速率放低，而第二兩個(gè)相對(duì)瓣片可以以第二速率放低?？梢允褂貌煌牧Ρ３謾C(jī)構(gòu)(例如具有不同彈簧常量的彈簧)產(chǎn)生不同速率。

在圖7中的實(shí)例中，使用無源系統(tǒng)，其中STARM 180的部分隨著速度的增加而展開，并且隨著速度的降低而收回到一起。在其它實(shí)施例中，可使用例如一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的有源機(jī)構(gòu)控制STARM離襯底頂部的高度，或者像在圖7的實(shí)例中一樣，控制永久磁體的徑向距離。在另外其它實(shí)施例中，可使用有源和無源機(jī)構(gòu)的組合，例如彈簧和致動(dòng)器。

在一個(gè)實(shí)施例中，可使用致動(dòng)器控制STARM 180的鉸接側(cè)面，如圖8中所示。在另一實(shí)施例中，STARM 180可以是圓盤形狀的，其中圓盤的形狀是固定的?？梢蕴峁┮环N機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于襯底表面僅僅升高和放低STARM或升高和放低STARM和電機(jī)。在另一實(shí)施例中，可以提供相對(duì)于表面(例如起落架系統(tǒng))升高整個(gè)運(yùn)載工具的機(jī)構(gòu)。在使用鉸接STARM的又一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)鉸鏈機(jī)構(gòu)可以成形為在STARM的底表面下方延伸以充當(dāng)起落機(jī)構(gòu)。舉例來說，在底表面下方延伸的部分可以具有滾動(dòng)能力，這允許STARM在啟動(dòng)模式中沿著地面滾動(dòng)。

相對(duì)于圖9和圖10描述用于控制從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的提升和拖拽量的另一種方法和設(shè)備。在圖9中，提供包括兩層的永久磁體的配置。圖9中指示磁體極性。在這個(gè)實(shí)例中，使用相對(duì)于圖2描述的極性圖案。

包括磁體的STARM可以被配置成允許第一層磁體相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。舉例來說，可以通過某種類型的軸承系統(tǒng)將兩層與其相關(guān)聯(lián)的支撐結(jié)構(gòu)分開。在這個(gè)實(shí)例中，底層中的磁體可以放置成最靠近襯底以誘發(fā)渦電流。

在第一位置200中，每一層中的磁體的極性對(duì)準(zhǔn)。在第二位置204中，每一層中的磁體的極性彼此相反。固持磁體的機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成允許兩層在位置200和204之間旋轉(zhuǎn)。示出了中間位置202，其中兩層相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)四十五度。

使用Ansys Maxwell執(zhí)行模擬，其中兩層相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。偏移角指代旋轉(zhuǎn)量，其中零度與位置202相關(guān)聯(lián)，而九十度與位置204相關(guān)聯(lián)。隨著偏移角的增加，提升減小。提升的最小值發(fā)生在九十度。

因?yàn)轫敳繉诱T發(fā)的渦電流干擾從底層誘發(fā)的渦電流，所以提升減小。提升不會(huì)達(dá)到零，因?yàn)榇朋w效應(yīng)隨著離襯底的距離而減小。因此，更接近表面的底層的影響大于離表面更遠(yuǎn)的頂層。在這個(gè)實(shí)例中，頂部和底部層包括相等質(zhì)量的磁體。因此，底層的影響更大。

在替代實(shí)施例中，每一層中的磁體質(zhì)量可以改變。舉例來說，相對(duì)于底層可以將更多的磁體質(zhì)量放入頂層中?？墒褂庙攲又械母蟠朋w質(zhì)量使其離表面偏移的距離大于底層。因此，升力可以驅(qū)動(dòng)成更接近零。

在操作中，在低RPM下，STARM可以在位置204中啟動(dòng)，以便生成最少量的提升和拖拽。接著，一旦達(dá)到閾值RPM，則可以將磁體層從位置204移位到位置202。這種方法可以減少這種配置的STARM生成的峰值拖拽量。

在一些實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以是多相的。從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的提升和拖拽取決于輸出磁場(chǎng)的速度。多相的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可被配置成輸出在裝置的不同區(qū)域上以不同速度移動(dòng)的磁場(chǎng)。因此，在STARM的不同區(qū)域中，提升和拖拽特性可以是不同的。

舉例來說，如圖11中所示，STARM 210在外側(cè)半徑212與第一半徑214之間的第一區(qū)域222中包括永久磁體，例如216a和216b。在第一區(qū)域中，磁體和磁場(chǎng)相對(duì)于軸線218以第一速率旋轉(zhuǎn)。在第一半徑214與旋轉(zhuǎn)軸218之間的第二區(qū)域222中，磁場(chǎng)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸218以第二速率旋轉(zhuǎn)。具有不同相位的更多區(qū)域是可能的，并且圖11中的實(shí)例僅示出了兩個(gè)區(qū)域，該實(shí)例僅僅是出于說明的目的示出的。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括用于使每個(gè)區(qū)域中的磁場(chǎng)以不同速率旋轉(zhuǎn)的不同機(jī)構(gòu)。舉例來說，可以提供包括永久磁體和/或電磁體的外部圓盤和包括永久磁體和/或電磁體的內(nèi)部圓盤，其中懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成以不同的速率機(jī)械地旋轉(zhuǎn)外部圓盤和內(nèi)部圓盤。圓盤的外部和內(nèi)部部分必然彼此機(jī)械解耦以容許不同旋轉(zhuǎn)速率。

在另一實(shí)施例中，圓盤可以是被配置成以單個(gè)速率旋轉(zhuǎn)的單個(gè)零件。因此，靠近邊緣的永久磁體可以用圓盤的旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)。然而，在內(nèi)部區(qū)中，例如224的電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以被配置成相對(duì)于襯底以不同于圓盤的旋轉(zhuǎn)速率的有效旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)。不同旋轉(zhuǎn)速率可以由電磁體接收到的隨時(shí)間變化的電流產(chǎn)生。因此，相對(duì)于襯底226，由電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的有效旋轉(zhuǎn)速率可以不同于永久磁體的磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速率，其取決于圓盤的旋轉(zhuǎn)速率。舉例來說，到電磁體的電流可以在與圓盤的機(jī)械旋轉(zhuǎn)相反的方向上循環(huán)，使得由電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)于襯底的速度小于永久磁體的磁場(chǎng)相對(duì)于襯底的旋轉(zhuǎn)速率。如果到電磁體的電流在與旋轉(zhuǎn)圓盤相同的方向上循環(huán)，則來自電磁體的磁場(chǎng)相對(duì)于襯底的速度可以大于從永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的速度。

在其它實(shí)施例中，圓盤可以根本不旋轉(zhuǎn)。相反，到電磁體的電流可以循環(huán)，使得相對(duì)于襯底生成磁場(chǎng)速度。當(dāng)在離旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處提供兩行或更多行電磁體時(shí)，每行可以用不同速率循環(huán)以使提升和拖拽特性在區(qū)域之間改變。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以改變發(fā)送到每個(gè)電磁體的電流的量值(電磁體可以是具有多個(gè)匝的線圈)，使得圓盤的底表面的一半上的電流大于圓盤的底表面的另一半上的電流(底表面是指面朝襯底的一側(cè))。具體來說，當(dāng)電磁體位于圓盤的第一半上時(shí)，控制器可以被配置成比其位于圓盤的第二半上時(shí)向電磁體施加更多的電流。通過以此方式改變電流，可以形成力的不平衡，其可以用于推進(jìn)。在特定實(shí)施例中，力不平衡可以使圓盤的一側(cè)上的拖拽大于圓盤的另一側(cè)。拖拽不平衡可以引起力的生成，該力可以用于推進(jìn)并可能控制運(yùn)載工具的方向。下文描述導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制的細(xì)節(jié)。

在其它實(shí)施例中，根據(jù)用于制造圖11中的STARM的材料而定，可以從在襯底中誘發(fā)的磁場(chǎng)在STARM中誘發(fā)第三磁場(chǎng)。舉例來說，STARM的內(nèi)部區(qū)域可以由非鐵磁性材料(例如銅)或鐵磁性材料與非鐵磁性材料的組合(例如鋁和鑄鐵)或僅僅鐵磁性材料(例如鐵)構(gòu)成。內(nèi)芯中的電磁體可以受到控制以生成移動(dòng)磁場(chǎng)，移動(dòng)磁場(chǎng)在襯底中誘發(fā)渦電流。在襯底中誘發(fā)的渦電流可以誘發(fā)渦電流和/或STARM材料中的磁場(chǎng)的對(duì)準(zhǔn)，其在STARM與襯底之間產(chǎn)生吸引力。可以在單相裝置中使用這種方法，并且僅僅是出于說明的目的提供以上實(shí)例。

圖12示出了可以用于生成磁性提升的STARM設(shè)計(jì)230的俯視圖。當(dāng)用于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，STARM設(shè)計(jì)的底面將面朝襯底。STARM被配置成圍繞軸線232旋轉(zhuǎn)。在圖12中，示出了四個(gè)磁體234a、234b、234c和234d，這些磁體可以是永久磁體或電磁體。所有四個(gè)磁體的磁場(chǎng)線可以全部連接在一起。這個(gè)圖案可以產(chǎn)生STARM的底面上的磁通量分布大于STARM的另一側(cè)面的STARM。

在圖12中，磁體234a和234c內(nèi)部的箭頭指向每個(gè)磁體的北極。這些磁體中的兩個(gè)磁體的磁極大概垂直于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)準(zhǔn)，并且這些磁體中的兩個(gè)磁體的磁極大概平行于旋轉(zhuǎn)軸232對(duì)準(zhǔn)。磁體234b的極性大概平行于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)準(zhǔn)，并且指向頁面中，即，帶有“x”的圓是南極。磁體234d指向頁面外，即，磁體234d頂部上的開放的圓是北極。磁體方向可以從平行于旋轉(zhuǎn)軸改變成垂直于旋轉(zhuǎn)軸，并且僅僅是出于說明的目的提供圖12中的實(shí)例。

永久磁體的圖案在給定半徑可以重復(fù)多次。舉例來說，可使用八個(gè)、十二個(gè)、十六個(gè)永久磁體的圖案。此外，可使用包括四個(gè)以上磁體(例如五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)等)的單個(gè)圖案生成單側(cè)磁通量分布。這些圖案還可以重復(fù)。此外，在多個(gè)半徑處，可以布置不同磁體圖案。舉例來說，可以在第一半徑布置四個(gè)磁體，并且可以在第二半徑布置八個(gè)磁體。八個(gè)磁體可以是四個(gè)磁體的圖案的兩個(gè)重復(fù)或包括八個(gè)磁體的唯一圖案。

磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域可以指STARM上的具有共同磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域。每個(gè)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域可以由一個(gè)或多個(gè)磁體形成。舉例來說，在圖12中，與帶十字的受到正方形限界的圓相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域可以與第一磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。第一磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域可以由在指示方向上對(duì)準(zhǔn)的單個(gè)立方磁體或在指示方向上對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)磁體形成。當(dāng)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域中使用多個(gè)磁體時(shí)，磁體可以接觸，或者可以是稍微隔開的部分。

每個(gè)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的形狀和面積可以在區(qū)域之間是不同的，并且面積不必相等。在圖12中的實(shí)例中，四個(gè)立方磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域由四個(gè)立方磁體形成。因此，當(dāng)從STARM的底部查看時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域看起來是正方形的。在其它實(shí)施例中，形狀可以是三角形、圓形或一般多邊形形狀，其中不同磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的形狀是不同的。舉例來說，兩個(gè)正方形區(qū)域和兩個(gè)圓形區(qū)域。

圖13中示出具有不同大小的磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的STARM 240的實(shí)例。第一和第二磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域由磁體242a和242c形成。磁體242a和242c具有立方體橫截面。第三和第四磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域由磁體242b和242d形成。磁體242b和242d具有彎曲部分和大于磁體242a和242c的橫截面積。

返回到圖12，總的來說，磁體的形狀和重量分布可以選擇成使得STARM平衡以用于旋轉(zhuǎn)目的。因此，在圖12的實(shí)例中，兩個(gè)相反的磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域?qū)删哂邢嗤螤詈椭亓糠植肌Ｈ欢?，在一些?shí)施例中，如果STARM以某種其它方式平衡，則所述兩個(gè)相反磁體對(duì)可以具有不同形狀和重量分布。因此，磁體圖案不是必須對(duì)稱。

在圖12中，頂部橫截面視圖是正方形，原因在于立方磁體固定在STARM 230中的方式。在其它實(shí)施例中，橫截面往頁面內(nèi)改變，并且不需要是恒定的。舉例來說，磁體可以是四面體或金字塔形狀的，并且橫截面可以在旋轉(zhuǎn)軸的方向上往STARM內(nèi)改變。

磁場(chǎng)線沿著STARM的圓周在離旋轉(zhuǎn)軸的特定徑向距離處的對(duì)準(zhǔn)圖案可以用于限定與磁場(chǎng)線的方向性圖案相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)。據(jù)信，波長(zhǎng)可以影響誘發(fā)渦電流的強(qiáng)度，因此由誘發(fā)渦電流產(chǎn)生的提升和拖拽。通過將磁場(chǎng)區(qū)域放置成離旋轉(zhuǎn)軸更近或更遠(yuǎn)，可以增加或減少波長(zhǎng)。

此外，通過如圖12中所示重復(fù)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的圖案，可以影響波長(zhǎng)。舉例來說，如果磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的圖案在特定半徑圍繞圓周重復(fù)兩次，則半徑處的有效波長(zhǎng)可以減半。如果磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域的圖案在特定半徑圍繞圓周重復(fù)三次，則有效波長(zhǎng)可以減小成三分之一。在各種實(shí)施例中，可以改變波長(zhǎng)以根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)STARM的提升和拖拽產(chǎn)生能力。

在圖14中，示出混合動(dòng)力STARM 250。混合動(dòng)力STARM 250包括四個(gè)磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域。永久磁體252a和252c用于生成兩個(gè)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域，并且電磁體252b和252d用于生成兩個(gè)磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域。四個(gè)磁性對(duì)準(zhǔn)區(qū)域中的每一個(gè)方向在圖14中指示并且類似于圖12。極性圖案提供強(qiáng)側(cè)面和弱側(cè)面。強(qiáng)側(cè)面在STARM 250下面。因此，導(dǎo)電襯底將放置于STARM 250下方。

兩個(gè)電磁體252b和252d耦合到電流源256和控制器254?？刂破?54可以被配置成控制到每個(gè)電磁體的電流的量值和/或到每個(gè)電磁體的電流的方向。電流方向影響生成的磁場(chǎng)的后續(xù)極性方向。舉例來說，通過改變電流方向，STARM 250的具有更強(qiáng)磁場(chǎng)的側(cè)面可以從一側(cè)顛倒成另一側(cè)。通過根據(jù)某種圖案交替方向，可以改變STARM的哪一側(cè)是強(qiáng)側(cè)的時(shí)間量和哪一側(cè)是弱側(cè)的時(shí)間量。這個(gè)效應(yīng)可以用于影響STARM 250在襯底中誘發(fā)的渦電流的量值，因此改變生成的磁性提升和拖拽量。

作為一實(shí)例，在啟動(dòng)時(shí)，電流方向可選擇成使得STARM 250的強(qiáng)側(cè)遠(yuǎn)離襯底，這樣使拖拽最小化。一旦STARM 250到達(dá)特定閾值速度，電流方向就可以顛倒，使得STARM 250的具有強(qiáng)磁場(chǎng)的側(cè)面面朝STARM以開始生成更大的提升和/或更多的拖拽。因?yàn)樘嵘屯献У牧恐惦S著旋轉(zhuǎn)速度而變，所以STARM 250可以受到控制，使得強(qiáng)側(cè)以啟動(dòng)需要的旋轉(zhuǎn)速度面朝襯底。舉例來說，STARM 250可以在弱側(cè)面朝襯底的情況下旋轉(zhuǎn)，直到超過峰值拖拽旋轉(zhuǎn)速度為止，然后可以顛倒。

在另一個(gè)實(shí)例中，電流方向可以在電磁體上反復(fù)顛倒，其中顛倒之間的時(shí)間間隔得到控制。使用這種方法，STARM的強(qiáng)側(cè)面朝襯底的時(shí)間百分比可以逐漸增加。使用這種方法，有可能使STARM以恒定速度旋轉(zhuǎn)，例如電機(jī)最高效操作時(shí)的速度，然后通過影響最強(qiáng)磁場(chǎng)面朝襯底的時(shí)間量來改變由STARM產(chǎn)生的提升和拖拽。

應(yīng)注意，與STARM得到有源控制以讓磁場(chǎng)的強(qiáng)側(cè)面朝襯底相比，電磁體斷開可以減少STARM產(chǎn)生的提升和拖拽量。然而，當(dāng)電磁體斷開時(shí)生成的提升和拖拽量可以大于STARM得到有源控制使得STARM產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)側(cè)背朝襯底的情況。因此，在一些實(shí)施例中，電磁體可以斷開以減輕所生成的提升和拖拽。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是它不需要?jiǎng)恿?。然而，所生成的提升和拖拽可以大于電磁體得到有源控制的情況。此外，在STARM操作期間因?yàn)槟撤N原因到電磁體的電流丟失的情形中，這個(gè)特征可以充當(dāng)失效保護(hù)模式。

在另一實(shí)施例中，為了減少拖拽，可使用讓永久磁體就地旋轉(zhuǎn)以使磁級(jí)指向不同方向的機(jī)構(gòu)。舉例來說，在圖14中，永久磁體252a和252c中的一個(gè)或兩個(gè)可以耦合到一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以使磁極從指向垂直于頁面旋轉(zhuǎn)成指向與頁面相切(還有兩者之間的角度)。朝向的變化可以改變所生成的磁性提升和拖拽量。使一個(gè)或多個(gè)永久磁體在STARM上就地旋轉(zhuǎn)是可以用于控制所生成的磁力的量值的另一機(jī)制。

圖15示出了電磁STARM 260的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)例中，不是使用控制器264旋轉(zhuǎn)STARM 260，而是可以用某種圖案使到電磁體的電流循環(huán)，以模擬以某個(gè)速度旋轉(zhuǎn)的STARM。電流源266可以是電池或發(fā)電機(jī)。因此，用于轉(zhuǎn)動(dòng)STARM 260的電機(jī)可能不是必需的。當(dāng)STARM不旋轉(zhuǎn)時(shí)，它無須像STARM旋轉(zhuǎn)時(shí)的情況下一樣是圓形的或者是平衡的。

可以控制電流以斷續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)STARM。由于向上自旋不是必需的，所以STARM可以以期望的提升與拖拽比率起動(dòng)和工作。舉例來說，STARM可以用初始有效旋轉(zhuǎn)速度起動(dòng)，初始有效旋轉(zhuǎn)速度大于等效旋轉(zhuǎn)STARM的峰值拖拽旋轉(zhuǎn)速度。

此外，由于電磁體可以接通和斷開，所以可使用磁體的不同對(duì)準(zhǔn)圖案而非使用永久磁體，并且僅僅出于圖示的目的提供以上實(shí)例。在各種實(shí)施例中，本文所述的任何磁極性圖案可以使用永久磁體、電磁體或永久磁體和電磁體的組合來具體實(shí)施。此外，電流方向可以改變。因此，圖15中所示的磁極性和相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)線的方向可以隨時(shí)間改變。

圖16示出了能夠接通和斷開電磁體并且改變電流方向的STARM 270的實(shí)例。STARM包括四對(duì)電磁體，其中每對(duì)包括布置成生成平行于旋轉(zhuǎn)軸的磁場(chǎng)的電流環(huán)路和布置成生成垂直于旋轉(zhuǎn)軸275的磁場(chǎng)的電流環(huán)路。舉例來說，電路276被配置成生成平行于旋轉(zhuǎn)軸的磁極性方向，并且電路278被配置成生成平行于旋轉(zhuǎn)軸的磁極性?？刂破?72可以耦合到八個(gè)電流環(huán)路和一個(gè)電流源274。

使用控制器272，可以一次在所希望的方向上接通每對(duì)中的一個(gè)電流環(huán)路，以產(chǎn)生圖12-圖15中所示的磁性對(duì)準(zhǔn)圖案。接著，可以通過適當(dāng)方向上的電流接通每對(duì)(例如276和278)中的適當(dāng)?shù)碾姶朋w，借此讓圖案順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。電磁體接通和斷開的速率和圖案旋轉(zhuǎn)速率可以模擬具有圖12中所示的對(duì)準(zhǔn)圖案的永久磁體的旋轉(zhuǎn)STARM的效應(yīng)。

在這個(gè)實(shí)例中，STARM 270是正方形的。由于STARM無須旋轉(zhuǎn)，所以可以利用任何形狀，并且僅僅是出于說明的目的利用正方形。在STARM旋轉(zhuǎn)的情況下，它不一定必須是圓形的。舉例來說，可使用旋轉(zhuǎn)平衡的非圓形形狀。

包括額外電路的其它更復(fù)雜的圖案是可能的，并且僅僅是出于說明的目的提供此實(shí)例。舉例來說，電磁體對(duì)的圖案可以在給定半徑處重復(fù)，例如四個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)等。此外，離中心的不同半徑處的圖案可以重復(fù)。舉例來說，在第一半徑處，可以放置四對(duì)電磁體，并且在第二半徑處，可以放置八對(duì)電磁體。

在另外其它實(shí)施例中，通過磁體線圈朝向表示的磁體極性可以分散到多個(gè)線圈環(huán)路中，這些線圈環(huán)路在相同的方向上對(duì)準(zhǔn)以提供不同磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域。舉例來說，不是在每個(gè)位置上一個(gè)線圈環(huán)路垂直于頁面，一個(gè)線圈環(huán)路與頁面相切，而是可使用一個(gè)線圈環(huán)路垂直于頁面，兩個(gè)線圈環(huán)路與頁面相切。在另一個(gè)實(shí)例中，在每個(gè)位置可使用垂直于頁面的兩個(gè)線圈環(huán)路和與頁面相切的兩個(gè)線圈環(huán)路。此外，環(huán)路之間每個(gè)線圈環(huán)路中的線圈數(shù)目和每個(gè)線圈環(huán)路的直徑可能是不同的。不同電路配置是可能的，并且僅僅是出于說明的目的提供線圈環(huán)路的實(shí)例。

相對(duì)于圖17A、圖17B和圖17C描述懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的更詳細(xì)描述。圖17A是STARM 400的透視圖。STARM 400的直徑是10英寸。在各種實(shí)施例中，在例如懸浮板的裝置上使用的STARM的直徑可以在四英寸與十四英寸之間。然而，對(duì)于其它裝置，可使用直徑更大或更小的STARM。

大體而言，STARM的大小將取決于有待容納的磁體的體積和使用的磁體的布置。如將在下文更詳細(xì)地描述，不同磁體配置容許并且需要不同的封裝方案。所使用的磁體的總體積將取決于有待提升的期望的最大有效負(fù)載重量和操作高度。一旦確定了磁體的總體積，就可以用選定配置在一個(gè)或多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間分布磁體的總體積。基于用于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的磁體體積和選定的磁體配置，即，磁體體積在STARM上的分布和所利用的極性方向，可選擇使STARM旋轉(zhuǎn)所需的適當(dāng)電機(jī)，其中電機(jī)可以使一個(gè)或多個(gè)STARM轉(zhuǎn)動(dòng)。作為一實(shí)例，懸浮板上的磁體(可以在一個(gè)或多個(gè)STARM之間分布)的體積可以在三十立方英寸與八十立方英寸之間。

總的來說，可以在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中利用電機(jī)與STARM的各種比率。舉例來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括使一個(gè)STARM轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)電機(jī)。作為另一實(shí)例，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括一個(gè)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或更多個(gè)STARM。在另一個(gè)實(shí)例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括兩個(gè)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)一個(gè)STARM?？偟膩碚f，一個(gè)或多個(gè)電機(jī)可以與一個(gè)或多個(gè)STARM配對(duì)，其中電機(jī)數(shù)目可以小于、等于或大于STARM的數(shù)目。因此，提供包括一個(gè)電機(jī)和一個(gè)STARM的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)例僅僅是為了說明目的而不是意在是限制性的。

返回到圖17A，STARM包括凸起的外環(huán)405。從STARM 400的底部到外環(huán)的頂部的距離大約是1.13英寸。這個(gè)高度允許容納一立方英寸的磁體。在一個(gè)實(shí)施例中，二十個(gè)一立方英寸的磁體布置在外環(huán)內(nèi)。為了容納布置成圓的更多立方磁體(例如再多四個(gè)磁體)以提供極性圖案的額外重復(fù)，可使用更大的外環(huán)。使用更少的立方磁體，可以采用更小的半徑。不同形狀的磁體和不同的極性圖案可以容許不同的封裝方案。因此，磁體布置成環(huán)的此實(shí)例僅僅是出于說明的目的提供的并且并不意在是限制性的。

在一個(gè)實(shí)施例中，包括外環(huán)405的STARM 400可以由多個(gè)層形成，從上到下分別是402、408、410、412、404和414。層402和414在外環(huán)中的磁體的頂部和底部部分上形成蓋罩。在一個(gè)實(shí)施例中，層402和408的厚度大約是.065英寸。在替代實(shí)施例中，可以消除層402和408中的一個(gè)或兩個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部層和底部層可以由例如鋁之類的材料形成。在另一實(shí)施例中，頂部層402可以由具有磁特性的材料(例如μ金屬、鐵或鎳)形成。

層408、410、412、404各自包括二十個(gè)孔口以容納二十個(gè)磁體。可以使用更多或更少的磁體并且因此使用更多或更少的孔口，此實(shí)例僅僅是出于說明性目的提供的。層的總厚度是一英寸，每一層的厚度是.25英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，兩層由聚碳酸酯塑料形成，兩層由鋁形成。聚碳酸酯塑料可以減輕重量。在各種實(shí)施例中，每一層的厚度、每一層使用的材料和層的數(shù)量可以改變。舉例來說，可使用不同金屬或不同類型的塑料。作為另一實(shí)例，對(duì)于每一層可以使用單獨(dú)一種材料。

當(dāng)這些層對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可以穿過這些層插入一立方英寸的磁體。對(duì)于不同形狀或不同尺寸的磁體(例如矩形磁體、梯形磁體或1.5立方英寸的磁體)，可使用不同孔口形狀或尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用粘合劑將磁體固定在位，例如強(qiáng)力膠。固定時(shí)，磁體的底部大致與層404的底部齊平。當(dāng)使用STARM設(shè)計(jì)400的運(yùn)載工具懸浮時(shí)，這個(gè)特征可以使磁體的底部與襯底之間的高度最大化。

一層或多層可以包括孔口，例如416，其允許插入緊固件。緊固件可以將這些層固定在一起。在另一實(shí)施例中，可使用粘合劑將這些層中的一個(gè)或多個(gè)固定到彼此。在替代實(shí)施例中，層404、408、410和412可以形成為單個(gè)部件。

圖17B是具有嵌入電機(jī)422的STARM 420的側(cè)視圖。外環(huán)405內(nèi)示出了兩個(gè)磁體415的橫截面。磁體的頂部與層的408外部頂部齊平，磁體的底部與層404的底部齊平。在各種實(shí)施例中，STARM 420可以被配置成接收.5和2.5英寸高度之間的磁體。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁體的頂部可以在408的頂部上方延伸。因此，外環(huán)405可以僅僅沿著每個(gè)磁體的側(cè)面部分地向上延伸。這個(gè)特征可以允許將磁體固定在位，同時(shí)還能減輕重量。

在替代實(shí)施例中，使用不同磁體配置，磁體可以位于電機(jī)下面。此外，電機(jī)不一定必須在STARM 420正上方。舉例來說，可以使用皮帶、齒輪或某種其它扭矩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)放置于STARM 420的側(cè)面。此外，在一些實(shí)施例中，一個(gè)電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)STARM。此外，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸和STARM的旋轉(zhuǎn)軸不是必須彼此平行。舉例來說，電機(jī)旋轉(zhuǎn)接入可以相對(duì)于STARM的旋轉(zhuǎn)軸形成角度，例如垂直于旋轉(zhuǎn)軸。接著，可使用皮帶和/或齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)移和改變從電機(jī)輸出的扭矩的方向。

外環(huán)405的內(nèi)部半徑424大于電機(jī)422的半徑。因此，電機(jī)可以插入外環(huán)內(nèi)并且固定到層404，使得電機(jī)操作時(shí)，STARM 420可以旋轉(zhuǎn)。因此，外環(huán)沿著電機(jī)的側(cè)面430延伸。以此方式安裝電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是，相比于在外環(huán)頂部上方的高度安裝電機(jī)422，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度輪廓可以降低。

在各種實(shí)施例中，外環(huán)的高度428可以小于電機(jī)426的高度，使得外環(huán)沿著電機(jī)422的側(cè)面430部分地向上延伸。在另一實(shí)施例中，外環(huán)405的高度428和電機(jī)的高度可以大致相等。在又一實(shí)施例中，外環(huán)的高度428可以大于電機(jī)的高度。

可能需要增加高度428以容納更長(zhǎng)的磁體?？梢允褂酶L(zhǎng)的磁體以增加磁體(例如415)離襯底的距離更遠(yuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁性提升量。磁體的體積，包括它的高度，能夠影響從磁體延伸的特定距離處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

在各種實(shí)施例中，可以在更大高度范圍上分布磁體與在STARM的底部上的更大面積上分布磁體之間做出折衷。對(duì)于給定磁體體積，可以通過使用更高的磁體來減少STARM的底部上的占用面積。減小占用面積可以允許使用更小的半徑的STARM。然而，可以增加懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度。

替代地，磁體體積可以分散在更大面積上，以提供磁體在STARM的底部上的更大的占用面積。更大的占用面積允許減小磁體的最大高度并且可能減小懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大高度。然而，更大的占用面積可能需要半徑更大的STARM。

用于旋轉(zhuǎn)STARM的電機(jī)(例如422)可以是電力電機(jī)或燃燒電機(jī)。總的來說，可使用任何類型的輸出合適的扭矩量的電機(jī)。電動(dòng)機(jī)需要例如電池或燃料電池之類的電源來供電。燃燒電機(jī)需要燃燒以操作電機(jī)的燃料。電池類型包括不限于具有例如鋰離子、鋰聚合物或鋅空氣系統(tǒng)之類的鋰或鋅陽極的電池。

電動(dòng)機(jī)可以被配置成輸出圍繞旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。電動(dòng)機(jī)可以包括線材繞組配置和永久磁體配置。通過繞組提供電流以生成隨時(shí)間而變的磁場(chǎng)。來自繞組的磁場(chǎng)與來自永久磁體的磁場(chǎng)相互作用以生成旋轉(zhuǎn)扭矩。可以利用AC或DC電機(jī)，例如感應(yīng)電機(jī)或DC無刷電機(jī)。

在各種實(shí)施例中，繞組可以被配置成在磁體保持固定時(shí)旋轉(zhuǎn)，或者磁體可以被配置成在繞組保持固定時(shí)旋轉(zhuǎn)?？梢蕴峁├巛S桿之類的界面，其將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分耦合到STARM 400。在圖26A中，STARM 400被配置成在406處與電機(jī)界面連接。

電機(jī)422的非旋轉(zhuǎn)部分可以集成到包圍磁體和繞組的電機(jī)外殼中。電機(jī)外殼可以包括界面，界面使得它能夠附接到與裝置相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，電機(jī)的非旋轉(zhuǎn)部分可以包括允許它直接附接到與磁性提升裝置相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)的接口。

在一特定實(shí)施例中，電機(jī)422的芯體可以是固定的，其中與電機(jī)相關(guān)聯(lián)的磁體和與STARM相關(guān)聯(lián)的磁體都圍繞固定芯體旋轉(zhuǎn)。一個(gè)非旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)可以從芯體延伸，這允許電機(jī)和STARM耦合到裝置。第二非旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)可以從芯體延伸，它向護(hù)罩的插置在STARM的底部與支撐誘發(fā)的渦電流的襯底之間的部分提供支撐(見圖17C)。U.S.14/639,045和14/639,047中描述了可以利用的各種護(hù)罩配置，所述專利在上文并入本文中。

電機(jī)422中的磁體布置可以包括基本上垂直于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的磁極(通常被稱作同心電動(dòng)機(jī))，或者可以包括基本上平行于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的磁極(通常被稱作軸向電動(dòng)機(jī))。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用繞組配置(例如與軸向電機(jī)相關(guān)聯(lián)的繞組配置)在襯底中誘發(fā)渦電流。在這些實(shí)施例中，沒有旋轉(zhuǎn)零件并且消除了STARM和與電動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的磁體。作為懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，繞組可以用上述方式相對(duì)于裝置傾斜以生成控制力。

在又一實(shí)施例中，可以去除與電機(jī)422相關(guān)聯(lián)的磁體，并且可以設(shè)計(jì)與STARM中的磁體直接相互作用的電機(jī)繞組。舉例來說，繞組可以放置在磁體415上方以與磁體上方的磁通量相互作用，或者繞組可以圍繞磁體415的外部或圍繞磁體415的內(nèi)部放置。電流施加于繞組以使STARM旋轉(zhuǎn)。如上文所述，STARM的旋轉(zhuǎn)可以使得在襯底的一部分中誘發(fā)渦電流。

作為一實(shí)例，電機(jī)422可以包括被配置成旋轉(zhuǎn)的外環(huán)。STARM 400可以安裝到電機(jī)422的外環(huán)而不是從電機(jī)的中心延伸的軸桿。這種類型的電機(jī)設(shè)計(jì)可以被稱作舷外設(shè)計(jì)。這個(gè)特征可以允許去除層404和412的在外環(huán)405的內(nèi)部半徑424內(nèi)的部分，使得電機(jī)的底部更接近外環(huán)405的底部。這種方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以減小STARM 420和電機(jī)422的總高度。

在一特定實(shí)施例中，電機(jī)的外環(huán)430和STARM的外環(huán)405可以形成為集成單元。舉例來說，電機(jī)422的外環(huán)可以具有從側(cè)面430朝外延伸的層。從側(cè)面430延伸的層可以包括多個(gè)孔口，磁體能穿過這些孔口插入。任選地，具有孔口(例如408、410和412)的一層或多層可以放置在磁體上。

總的來說，在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中，與STARM相關(guān)聯(lián)的支撐結(jié)構(gòu)、電機(jī)的定子、護(hù)罩和殼體可以彼此集成。舉例來說，電機(jī)和STARM的罩殼可以包括集成護(hù)罩。在另一個(gè)實(shí)例中，形成電機(jī)的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可以與STARM的結(jié)構(gòu)集成。在另一個(gè)實(shí)例中，形成電機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)的全部或一部分可以與跟懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的殼體和/或護(hù)罩集成。

圖17C是根據(jù)的具有與電機(jī)集成的STARM 465的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)450的側(cè)視圖。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)450包括固定芯體456，其具有被配置成與磁體460相互作用以使磁體旋轉(zhuǎn)的繞組。芯體附接到支撐結(jié)構(gòu)464。支撐結(jié)構(gòu)464可以提供用于將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)附接到懸浮板的第一界面。此外，支撐結(jié)構(gòu)464可以耦合到包圍電機(jī)和STARM 465的殼體452?？梢允褂弥谓Y(jié)構(gòu)464幫助在STARM 465的底部與殼體452之間維持空隙。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以在支撐結(jié)構(gòu)464的末端提供小隆凸466。小隆凸466可以由金屬或帶有低摩擦涂層的材料(例如涂布著特氟隆的材料)形成。當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)靠近地面時(shí)(例如在起飛和登陸期間)，小隆凸可以提供較小的隔開距離。它可以幫助防止STARM 465撞擊地面。在特定實(shí)施例中，隆凸466可以耦合到懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的部分，或者在操作期間保持靜態(tài)的部分。

STARM 465包括包圍磁體454的結(jié)構(gòu)458。如上文所述，包圍磁體460的結(jié)構(gòu)462和包圍磁體454的結(jié)構(gòu)458可以形成為單個(gè)零件。磁體454和460相對(duì)于彼此可以具有不同形狀并且具有不同尺寸。

在各種實(shí)施例中，可以在支撐結(jié)構(gòu)464與結(jié)構(gòu)458之間提供軸承(未圖示)以允許STARM 465圍繞固定芯體旋轉(zhuǎn)。作為STARM結(jié)構(gòu)458與支撐結(jié)構(gòu)464之間的軸承的替代或補(bǔ)充，可以在殼體452與結(jié)構(gòu)458之間的一個(gè)或多個(gè)位置處提供軸承。舉例來說，軸承可以放置在STARM 465的底部與殼體452之間，以幫助在殼體452與STARM的底部上的STARM 465之間維持間隔。在另一個(gè)實(shí)例中，軸承可以放置在STARM的側(cè)面與殼體452的側(cè)面之間，以在殼體452的內(nèi)側(cè)與STARM的側(cè)面之間維持間隔。

在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度可以小于三英寸。在另一實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度可以小于兩英寸。在又一實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度可以小于一英寸。磁體封裝在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部高度與底部高度之間。因此，在這些實(shí)例中的每一個(gè)中，磁體的最大高度將至多與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度相同。通常，磁體的最大高度將小于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的高度。

在圖18、圖19和圖20中，示出了替代懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)280。在這個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)永久磁體282a、282b、282c和282d每個(gè)圍繞具有旋轉(zhuǎn)軸的單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸例如是284a和284b，垂直于電機(jī)292的旋轉(zhuǎn)軸290。圖18和圖19中示出了四個(gè)磁體中的每個(gè)磁體圍繞其相應(yīng)軸線的旋轉(zhuǎn)方向。

具體來說，帶有箭頭的線指示磁體中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)方向，例如288。在這個(gè)實(shí)例中，磁體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。帶有箭頭“x”或空白的圓表示磁體282a、282b、282c和282d的極性方向。磁體朝向成生成如先前描述的單側(cè)磁通量分布。

當(dāng)磁體一致地旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁極的朝向改變，使得一側(cè)通量分布表現(xiàn)為在順時(shí)針方向(即，電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向290)上旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的方向顛倒將使單側(cè)通量分布在相反方向上移動(dòng)。磁通量分布隨時(shí)間的變化可以產(chǎn)生與導(dǎo)電襯底的相互作用以生成磁性提升。此外，如上文所述，電機(jī)和旋轉(zhuǎn)磁體可以相對(duì)于導(dǎo)電襯底傾斜以生成推進(jìn)力。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁體經(jīng)由齒輪系統(tǒng)耦合到電機(jī)292，以經(jīng)由耦合到電機(jī)的四個(gè)旋轉(zhuǎn)臂將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳遞到四個(gè)磁體中的每一者。四個(gè)旋轉(zhuǎn)臂可以各自包括一根軸，其以某一方式耦合到支撐結(jié)構(gòu)(未圖示)。支撐結(jié)構(gòu)可以包括旋轉(zhuǎn)軸承。

磁體示出為方形的。然而，可使用不同形狀的磁體，例如圓柱形磁體。此外，可使用不止四個(gè)旋轉(zhuǎn)臂，永久磁體沿著這些旋轉(zhuǎn)臂布置。

每個(gè)磁體的長(zhǎng)度從旋轉(zhuǎn)臂到旋轉(zhuǎn)臂可能是不同的。此外，每個(gè)磁體的形狀可以沿著每個(gè)旋轉(zhuǎn)臂變化。并且，磁體的惰性力矩可以沿著旋轉(zhuǎn)臂中的每一者變化。舉例來說，更大的磁體質(zhì)量可以集中在沿著旋轉(zhuǎn)臂的不同位置。

在一個(gè)實(shí)施例中，在維持一側(cè)通量分布的同時(shí)，磁體極性可以沿著旋轉(zhuǎn)臂中的每一者變化。舉例來說，圖18中所示的磁體可以沿著旋轉(zhuǎn)臂中的每一者分成兩部分。于是，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)臂上，兩個(gè)磁體中的一個(gè)磁體可以相對(duì)于另一個(gè)磁體圍繞旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)某個(gè)量，使得每個(gè)旋轉(zhuǎn)臂上的兩個(gè)磁體中的每一者上的北極和南極不再對(duì)準(zhǔn)。在操作中，生成一側(cè)通量分布的兩個(gè)區(qū)域，其中磁極表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)。然而，在每個(gè)區(qū)域中，磁極相對(duì)于彼此偏移。偏移量取決于磁體相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)多遠(yuǎn)。

圖20中示出了磁體極性沿著旋轉(zhuǎn)臂變化的配置的實(shí)例。在每個(gè)旋轉(zhuǎn)臂上示出兩個(gè)永久磁體，例如298a和298b。在這個(gè)實(shí)例中，磁體298a具有大于磁體298b的質(zhì)量并且具有不同的極性方向。電機(jī)(未圖示)傳遞扭矩到嵌齒294。嵌齒294在順時(shí)針方向290上轉(zhuǎn)動(dòng)以使齒輪(例如296)在箭頭所示的逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。

軌道配置

接下來，相對(duì)于圖21-圖24描述軌道配置的幾個(gè)實(shí)例。如上文所述，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在導(dǎo)電襯底中誘發(fā)渦電流。導(dǎo)電襯底的材料屬性影響生成的渦電流的屬性。在以片段形式組裝的軌道中利用導(dǎo)電襯底。根據(jù)如何組裝軌道，導(dǎo)電屬性可以在片段之間的界面處變化。導(dǎo)電屬性的改變可以影響當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過界面上時(shí)從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出多少提升和拖拽。在軌道邊緣，渦電流還可能受到有限面積的影響，即，渦電流不能延伸超出軌道的邊緣。因此，同樣，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的提升和拖拽可以隨著其趨近和界面連接而變。

相對(duì)于圖21描述軌道片段界面。在圖20中，示出了包括四個(gè)片段302a、302b、302c和302d的軌道300。所述片段可以由導(dǎo)電材料(例如(但不限于)銅)形成。

在一個(gè)實(shí)施例中，軌道片可以簡(jiǎn)單地被推動(dòng)到一起并且經(jīng)由機(jī)械系統(tǒng)保持彼此接觸。在另一實(shí)施例中，這些片可以彼此電絕緣。因此，電流可能不從一個(gè)片段流到另一個(gè)片段。

在又一實(shí)施例中，可在片段之間使用導(dǎo)體，例如金屬帶。舉例來說，柔性導(dǎo)電帶306用作兩個(gè)片段302之間的接觸件。導(dǎo)電帶306包括隆脊。當(dāng)兩個(gè)片段被推動(dòng)到一起時(shí)，導(dǎo)電帶306可以變平以增加條帶提供的接觸面積。

導(dǎo)電帶可以結(jié)合在框架(未圖示)中?？蚣芸梢园ɑユi片，其允許兩個(gè)片段機(jī)械接合。在另一實(shí)施例中，可在界面處使用導(dǎo)電膏304或粘合劑。導(dǎo)電膏可單獨(dú)使用或結(jié)合其它方法(例如導(dǎo)電帶306)使用。

在一個(gè)實(shí)施例中，軌道可以具有孔。在圖22中，示出了具有正方形孔的軌道310?？梢酝ㄟ^移除材料來形成孔，例如在銅片中沖壓孔。在另一個(gè)實(shí)例中，例如金屬帶的導(dǎo)電帶可以交錯(cuò)以形成軌道310。

并非一直穿過襯底314的孔，而是可以移除材料的一部分以便形成正方形凹部。此外，可以在層中形成軌道，其中所述層可具有不同的實(shí)度。舉例來說，軌道的頂層可以由實(shí)心薄片形成，而頂層下方的一層或多層可以具有孔口，例如沖壓孔或通過使用鐵絲網(wǎng)。

具有孔的軌道310可以減小流動(dòng)穿過軌道的渦電流的能力。在模擬中，預(yù)測(cè)孔可以改變從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的提升和拖拽量。具體來說，相比于具有孔的軌道，在實(shí)心軌道上操作的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的提升更少，拖拽更多。

形成具有孔的軌道的一個(gè)優(yōu)勢(shì)可以是需要的導(dǎo)體量的減少。此外，可使用具有孔的軌道帶動(dòng)懸浮運(yùn)載工具停止。移除的材料量可以從第一位置到第二位置增加。當(dāng)運(yùn)載工具從第一位置行進(jìn)到第二位置時(shí)，提升可以減小，并且運(yùn)載工具的懸浮高度將減小，直到運(yùn)載工具被帶動(dòng)停止在軌道的頂表面上為止。在另一實(shí)施例中，軌道可以從第一位置到第二位置變薄。在這個(gè)操縱過程中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在恒定條件下操作，例如在恒定RPM下操作。這種方法可以用作改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的RPM以帶動(dòng)其停止的替代方案或組合方案。

可能因?yàn)閷?dǎo)體對(duì)于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)誘發(fā)的電子流的阻力而生成熱。在一些實(shí)施例中，軌道配置可以包括集成冷卻機(jī)構(gòu)。舉例來說，如圖23中所示，導(dǎo)管324可以在例如混凝土、泥土或礫石的某種介質(zhì)322中放置于導(dǎo)電襯底320下方。導(dǎo)管可以被配置成承載流體或氣體，其帶走在導(dǎo)電襯底中生成的熱。導(dǎo)管324可以由例如銅的導(dǎo)電材料制成。在此實(shí)例中，可以在導(dǎo)管中誘發(fā)渦電流，其可能影響作用于運(yùn)載工具的磁力。在其它實(shí)施例中，可使用塑料或某種其它材料形成導(dǎo)管。

作為另一實(shí)例，如圖24中所示，在導(dǎo)電襯底330下面提供冷卻鰭片322。冷卻鰭片322可以被配置成從導(dǎo)電襯底帶走熱。在一個(gè)實(shí)施例中，熱可以輻射到鰭片之間的氣隙334中。在一些實(shí)施例中，可使用強(qiáng)制空氣系統(tǒng)使空氣移動(dòng)通過氣隙以冷卻鰭片。在另一實(shí)施例中，可以在冷卻鰭片的間隙之間循環(huán)水以從冷卻鰭片帶走熱。冷卻鰭片將總體上由導(dǎo)熱材料形成，該導(dǎo)熱材料可以與用于導(dǎo)電襯底330的材料相同或不同。

磁性提升和推進(jìn)

接下來，相對(duì)于圖24A至圖34B描述涉及包括一個(gè)或多個(gè)STARM的運(yùn)載工具的推進(jìn)的一些細(xì)節(jié)。在具體實(shí)施例中，可使用一個(gè)或多個(gè)STARM相對(duì)于襯底的朝向生成推進(jìn)和/或控制力。其它推進(jìn)機(jī)構(gòu)是可能的，其單獨(dú)或結(jié)合控制STARM朝向以生成推進(jìn)和定向控制力。因此，提供這些實(shí)例僅僅是出于說明的目的并且不打算是限制性的。

在圖24A中，在中間位置中示出STARM 330。STARM包括磁體，例如338a和338b。在中間位置中，隨時(shí)間的平均提升力334在STARM 330的整個(gè)底表面上是相等的。此外，作用于STARM 330的凈拖拽力332得到平衡(在旋轉(zhuǎn)時(shí)，STARM生成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)移動(dòng)通過導(dǎo)電襯底336。因?yàn)橐苿?dòng)磁場(chǎng)在形成于襯底中的渦電流抵抗這個(gè)移動(dòng)，這可以充當(dāng)STARM 330上的拖拽力332)。由于提升和拖拽導(dǎo)致的不平衡得到平衡后，STARM 330將在整個(gè)導(dǎo)電襯底上基本上保持在位。

可以存在較小的不平衡，這使STARM在一個(gè)方向上或另一方向上移動(dòng)。舉例來說，導(dǎo)電襯底336中的材料屬性的局部變化可能導(dǎo)致較小的力不平衡。作為另一實(shí)例，例如添加或移除載荷引起的STARM 330的動(dòng)態(tài)振動(dòng)可能導(dǎo)致較小的力不平衡。然而，除非較小的力不平衡在特定方向上偏置，否則STARM將相對(duì)保持在相同位置(即，它可以某一方式在特定位置附接移動(dòng))。

如果旋轉(zhuǎn)動(dòng)量不平衡，則STARM可以就地旋轉(zhuǎn)。運(yùn)載工具可以包括多個(gè)STARM，其反方向旋轉(zhuǎn)以平衡旋轉(zhuǎn)力。此外，如下文將更詳細(xì)描述，可以控制STARM的朝向以圍繞運(yùn)載工具的質(zhì)量中心生成力矩，這允許控制運(yùn)載工具的旋轉(zhuǎn)。

圖24B示出了傾斜位置中的STARM 330。STARM 330已圍繞垂直于STARM 330的旋轉(zhuǎn)軸335的軸線342旋轉(zhuǎn)。當(dāng)STARM 330傾斜時(shí)，在STARM 330的最靠近襯底336的側(cè)面上生成更多拖拽。如下文更詳細(xì)描述，當(dāng)磁體被帶動(dòng)成更接近襯底時(shí)，拖拽通常增加。STARM的不同側(cè)面上的拖拽不平衡使得大部分在傾斜軸342的方向上生成推力，即進(jìn)入和離開頁面的方向。對(duì)于一些磁體和系統(tǒng)配置，提升344可以隨著傾斜角而保持相對(duì)恒定或甚至增加，即，提升344可以大于提升334。當(dāng)傾斜角首先增加時(shí)，推力的量可以增加?？赡艿膬A斜量可能受到限制以防STARM 330擊打襯底336。

圖26示出了包括STARM 330和電機(jī)352的在傾斜的襯底336上爬升的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)例。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜以生成推進(jìn)力331，其使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在方向333上沿著所包括的表面向上移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，推進(jìn)力331的量值可能足以讓懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在垂直方向上提升有效負(fù)載。舉例來說，導(dǎo)電襯底336可以垂直地對(duì)準(zhǔn)，并且懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成垂直地爬升并沿著壁向上承載其重量和有效負(fù)載。

可以使用各種機(jī)構(gòu)使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)保持接近垂直表面。舉例來說，懸浮可以使用某種類型的軌道相對(duì)于垂直表面保持在位。在另一個(gè)實(shí)例中，可使用將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)朝向垂直表面牽拉的機(jī)構(gòu)。如上文所述，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成生成吸引力，可使用吸引力在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)爬升時(shí)將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)保持接近垂直表面。在標(biāo)題為“應(yīng)用”的部分中描述用于水平運(yùn)動(dòng)和垂直爬升的軌道配置的更多細(xì)節(jié)。

圖27示出了在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)沿著斜面下降時(shí)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的實(shí)例。在圖27中，包括電機(jī)352和STARM 330的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在方向337上沿著傾斜襯底向下移動(dòng)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出推進(jìn)力335，其將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在與移動(dòng)方向337相反的方向上沿著斜面向上推動(dòng)。制動(dòng)力使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)沿著傾斜襯底的下降減緩。在一特定實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成輸出充分的力以允許其在傾斜表面上保持其位置，即，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力與重力平衡?？偟膩碚f，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成在推進(jìn)移動(dòng)的方向上或在與制動(dòng)移動(dòng)方向相反的方向上輸出力。

下文描述經(jīng)由懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的STARM相對(duì)于導(dǎo)電襯底的朝向的變化生成推進(jìn)力的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置的額外細(xì)節(jié)。如上所述，致動(dòng)器可以提供懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的朝向控制。在圖28中，作為致動(dòng)器的一部分的伺服電機(jī)345可以被配置成使包括電機(jī)352和STARM 330的配置的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞軸線355旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)352耦合到部件339。部件339耦合到末端上的錨347和伺服電機(jī)345。

伺服電機(jī)345提供力，該力使電機(jī)352和STARM 330作為一個(gè)單元傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中，伺服電機(jī)345可以被配置成輸出扭矩，扭矩使部件339旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施例中，伺服電機(jī)可以被配置成輸出線性力?？墒褂镁€性力推抵耦合到部件339的杠桿臂，杠桿臂將線性力轉(zhuǎn)換成使部件339旋轉(zhuǎn)的扭矩。在一個(gè)實(shí)施例中，STARM 330和/或電機(jī)352可以相對(duì)于水平線傾斜正負(fù)某個(gè)角度，例如正負(fù)十度。這種配置根據(jù)電機(jī)和STARM圍繞軸線355旋轉(zhuǎn)的方向而允許在第一方向和與第一方向相反的方向上生成力。

當(dāng)STARM 330大概平行于支撐結(jié)構(gòu)349時(shí)，將水平位置稱為零傾斜角。因此，傾斜角可以參照與使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的裝置的參考系。這個(gè)參考系考慮了裝置相對(duì)于襯底336傾斜的情形。因此，STARM 330相對(duì)于襯底336的傾斜角是STARM 330相對(duì)于裝置的傾斜角與裝置相對(duì)于襯底336的傾斜角的組合。在各種實(shí)施例中，磁性提升裝置可以具有一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于檢測(cè)下面中的一個(gè)或多個(gè)：STARM 330(以及懸浮發(fā)動(dòng)機(jī))相對(duì)于裝置的傾斜角、裝置相對(duì)于襯底336的傾斜角、以及STARM 330相對(duì)于襯底336的傾斜角。

作為一實(shí)例，可使用第一傳感器檢測(cè)STARM 330相對(duì)于裝置的傾斜角，可使用第二傳感器檢測(cè)裝置相對(duì)于導(dǎo)電襯底336的傾斜角，并且可使用第三傳感器檢測(cè)STARM 330相對(duì)于襯底336的傾斜角。在一個(gè)實(shí)施例中，磁性提升裝置可以具有放置在各種位置的傳感器，其用于確定從所述位置到導(dǎo)電襯底的距離。使用傳感器的已知放置位置和確定的距離，可以估計(jì)裝置相對(duì)于襯底的朝向。作為一實(shí)例，傳感器可以朝向表面發(fā)出電磁或聲學(xué)信號(hào)并且檢測(cè)反射信號(hào)以確定離表面的距離。

在又一實(shí)施例中，STARM可以被配置成僅僅在從水平線的一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，例如從零度到二十度。在這種配置中，STARM可以僅僅在一個(gè)方向上生成力，其中所生成的力的量可以根據(jù)STARM相對(duì)于表面傾斜的量而變化。同樣，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的推進(jìn)力將取決于磁體(例如338A和338B)相對(duì)于導(dǎo)電襯底336的朝向。因此，為了輸出期望的推進(jìn)力，可以考慮STARM相對(duì)于表面的整體朝向，而不是僅考慮STARM相對(duì)于其安裝到的裝置傾斜的程度。在其它實(shí)施例中，例如當(dāng)未預(yù)期在操作中裝置相對(duì)于導(dǎo)電襯底傾斜許多時(shí)，控制系統(tǒng)可以忽略這個(gè)效應(yīng)。

在又一實(shí)施例中，致動(dòng)器345可以被配置成圍繞軸線355在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向上在更大的角度上旋轉(zhuǎn)STARM。舉例來說，致動(dòng)器345可以被配置成在經(jīng)過水平線正十五度的最大值與經(jīng)過水平線負(fù)五度的最大值之間旋轉(zhuǎn)STARM。因此，在一個(gè)方向上可以生成的最大力量可以大于在相反方向上可以生成的最大力量。

接下來描述具有多種自由度控制的STARM的幾個(gè)實(shí)施例。在圖29中，示出了類似于圖28的設(shè)計(jì)。所述設(shè)計(jì)包括耦合到第一致動(dòng)器345的STARM 330和電機(jī)352。第一致動(dòng)器345可以受到控制以使電機(jī)352和STARM 330圍繞第一軸線335通過某個(gè)角度旋轉(zhuǎn)。STARM、電機(jī)和第一致動(dòng)器耦合到支撐平臺(tái)353。支撐平臺(tái)353可以耦合到磁性提升裝置的支撐框架。

提供伺服電機(jī)351，其可以使支撐平臺(tái)353旋轉(zhuǎn)。支撐平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變電機(jī)和STARM通過第一致動(dòng)器圍繞第一軸線355旋轉(zhuǎn)的方向。由于使STARM 330傾斜產(chǎn)生的推進(jìn)力可以基本上與第一軸線355對(duì)準(zhǔn)，所以在第一軸線355的方向上的變化可以改變推進(jìn)力的作用方向。因此，支撐平臺(tái)353可以旋轉(zhuǎn)以改變由包括STARM 330的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力的方向，因此在不同方向上操控包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置。

圖30A、圖30B和圖30C是用于論述與來自用于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的磁體的旋轉(zhuǎn)布置的懸浮和推進(jìn)效應(yīng)相關(guān)聯(lián)的更多細(xì)節(jié)。在圖30A中，包括電機(jī)352的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)耦合到STARM 354。STARM 354耦合到電機(jī)352并且電機(jī)352耦合到可旋轉(zhuǎn)部件358。可旋轉(zhuǎn)部件358耦合到錨356a和356b?？尚D(zhuǎn)部件358與錨356a和356b的組合可以被配置成約束可旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)范圍。舉例來說，可以允許可旋轉(zhuǎn)部件358圍繞其軸線在某個(gè)角度范圍364上旋轉(zhuǎn)。

可旋轉(zhuǎn)部件358可以被配置成從某個(gè)機(jī)構(gòu)接收和輸入扭矩。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，可以提供機(jī)械連桿，其允許使用者供應(yīng)力。力可以轉(zhuǎn)換成扭矩，扭矩使得可旋轉(zhuǎn)部件358并且因此使得電機(jī)352和STARM 354旋轉(zhuǎn)。

在另一實(shí)施例中，可使用致動(dòng)器供應(yīng)扭矩以使可旋轉(zhuǎn)部件358旋轉(zhuǎn)。致動(dòng)器的致動(dòng)能夠使電機(jī)352和STARM 354相對(duì)于襯底366傾斜。致動(dòng)器可以包括伺服電機(jī)，它從控制器接收控制命令。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器可以包括它自身的控制器，該控制器從單獨(dú)的處理器接收控制命令，該單獨(dú)的處理器是控制系統(tǒng)的一部分。

在又一實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成從使用者接收輸入力并且可以包括致動(dòng)器。致動(dòng)器可以用于改變STARM的位置，例如在使用者使STARM傾斜之后使位置返回到指定位置。在另一種操作模式中，可使用致動(dòng)器圍繞某個(gè)傾斜位置提供自動(dòng)控制，該傾斜位置是由使用者經(jīng)由輸入力起始的。

在又一實(shí)施例中，可使用致動(dòng)器提供自動(dòng)控制，該自動(dòng)控制可以用于校正來自使用者的控制輸入。舉例來說，如果控制系統(tǒng)檢測(cè)到磁性提升裝置由于使用者輸入而處于不穩(wěn)定位置，則控制系統(tǒng)可以控制一個(gè)或多個(gè)STARM防止這個(gè)事件發(fā)生。例如懸浮板的磁性提升裝置可以包括用于進(jìn)行這些校正的一個(gè)或多個(gè)機(jī)載傳感器。

磁性提升裝置還可包括一個(gè)或多個(gè)用于確定有效負(fù)載的重量分布的重量傳感器。與裝置和有效負(fù)載相關(guān)聯(lián)的重量分布可能影響裝置響應(yīng)于命令以經(jīng)由某種機(jī)構(gòu)(例如可傾斜懸浮發(fā)動(dòng)機(jī))改變裝置朝向的響應(yīng)。舉例來說，與有效負(fù)載相關(guān)聯(lián)的重量分布可能影響旋轉(zhuǎn)力矩的量值。因此，對(duì)重量分布的了解可以用于更精細(xì)地調(diào)諧用于控制STARM的朝向的命令，例如選擇要致動(dòng)哪個(gè)STARM和將其致動(dòng)的量。

當(dāng)STARM 354和電機(jī)352在旋轉(zhuǎn)時(shí)，可旋轉(zhuǎn)部件358的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變STARM和電機(jī)的角動(dòng)量。其還可以隨著磁力隨STARM 354中的磁體離襯底366的距離變化而改變作用于STARM 354的磁力。因此，使部件358旋轉(zhuǎn)所需的扭矩量可以取決于與STARM 354和電機(jī)352相關(guān)聯(lián)的惰性力矩、STARM 354和電機(jī)362自旋的速度和STARM 354在襯底366上方的高度。STARM在襯底上方的高度可以取決于1)其旋轉(zhuǎn)速度，這影響生成的提升量，以及2)有效負(fù)載重量，以及3)有效負(fù)載重量在裝置上分布的方式。STARM在襯底上方的高度可能對(duì)于STARM的不同部分和不同STARM(當(dāng)裝置包括多個(gè)STARM時(shí))是不同的。

在圖30A的例子中，STARM 354大致平行于襯底366。磁性拖拽(例如362a和362b)對(duì)抗STARM 354的旋轉(zhuǎn)。電機(jī)352被配置成在順時(shí)針方向360上旋轉(zhuǎn)。因此，拖拽扭矩處于逆時(shí)針方向。向電機(jī)352供應(yīng)動(dòng)力以克服拖拽扭矩。

當(dāng)STARM平行于襯底366時(shí)，磁性拖拽在STARM 354的所有側(cè)面上平衡。因此，不存在磁性拖拽產(chǎn)生的凈平移力。如相對(duì)于圖25B所述，當(dāng)STARM 354及其相關(guān)聯(lián)的磁體相對(duì)于襯底傾斜時(shí)，生成凈平移力。

在圖30B中，STARM 354處于傾斜位置370。因此，STARM 354的一側(cè)更接近襯底366，而STARM 354的一側(cè)離襯底366更遠(yuǎn)。隨著STARM中的磁體與襯底366之間的距離增加，STARM 354中的磁體與襯底之間的磁性相互作用減小(如下面的附圖中所示，相互作用的量值隨著離襯底的距離非線性地改變)。因此，在傾斜位置370中，STARM 354的一側(cè)上的拖拽力368b增加，STARM 354的相反側(cè)上的拖拽力368a減小，如圖30B中所示。拖拽力的不平衡會(huì)形成牽引，這樣使得大致在旋轉(zhuǎn)部件358的旋轉(zhuǎn)軸的方向上產(chǎn)生平移力。

當(dāng)STARM 354起初傾斜時(shí)，平移力能夠產(chǎn)生所指示的方向上的STARM 124的加速度，因此產(chǎn)生所指示的方向上的速度變化。在具體實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)STARM被配置成生成平移力的情況下，裝置可以被配置成爬升。在另一實(shí)施例中，所述裝置可被配置成在懸浮的同時(shí)在斜坡上保持其位置，使得作用于裝置上的重力通過裝置及其相關(guān)聯(lián)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的平移力得到平衡。

例如懸浮板的裝置的位置維持在傾斜襯底上的配置和操作模式可以用作使用者穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴耳機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一部分。經(jīng)由頭戴耳機(jī)，使用者可能僅僅看到頭戴耳機(jī)產(chǎn)生的圖像，或者可能看到頭戴耳機(jī)產(chǎn)生的圖像結(jié)合使用者能看到的局部周圍環(huán)境?？梢允褂锰摂M現(xiàn)實(shí)頭戴耳機(jī)生成使用者移動(dòng)通過某種地形(比如雪坡)同時(shí)使用者騎乘的懸浮裝置在傾斜襯底上從一側(cè)向另一側(cè)移動(dòng)和前后移動(dòng)的圖像。傾斜襯底可以向使用者提供在傾斜的斜坡上移動(dòng)的感覺，而虛擬現(xiàn)實(shí)圖像可以提供與移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的可視影像?？梢允褂蔑L(fēng)扇增加額外的移動(dòng)感覺(例如風(fēng)打在使用者的皮膚上的感覺)。

裝置能具有充分的推進(jìn)能力以允許它在斜坡上對(duì)抗重力保持其位置。舉例來說，裝置可以從一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，同時(shí)保持它在斜坡上的位置。此外，裝置可能能夠在斜坡上朝下移動(dòng)，然后對(duì)抗重力在斜坡上朝上爬升。在一些例子中，可以在裝置的朝向保持相對(duì)不變的同時(shí)進(jìn)行爬升(即，裝置不需要轉(zhuǎn)過來再爬升)。這個(gè)操控的實(shí)現(xiàn)可以是通過改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于支撐所誘發(fā)的渦電流的襯底的朝向。下文將更詳細(xì)地論述這些控制功能。

返回到圖30A和圖30B，特定方向上的傾斜量能夠影響力不平衡量，并且因此影響加速度量值。因?yàn)榇判酝献щS著磁體離襯底的距離而變，所以磁性拖拽在離襯底更近的側(cè)面上增加，在離襯底更遠(yuǎn)的側(cè)面上減小。當(dāng)磁力隨著磁體離表面的距離非線性地變化時(shí)，所產(chǎn)生的平移力的量可以隨STARM的傾斜位置非線性地變化。

在STARM 354(或者STARM 354和電機(jī)352)已經(jīng)由部件358在逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)并且STARM已經(jīng)開始在第一方向上平移之后，可以提供輸入扭矩，該輸入扭矩使STARM在順時(shí)針方向上傾斜以減小STARM產(chǎn)生的平移力的量。當(dāng)STARM在順時(shí)針方向上傾斜超過水平線時(shí)，STARM可以產(chǎn)生與第一方向相反的方向上的平移力。與運(yùn)動(dòng)方向相反的平移力能夠使STARM減速并且使其靜止。如果需要的話，可以施加平移力，使得懸浮板停止，然后STARM可以開始在相反方向上平移。

圖30C是耦合到處在傾斜位置的傾斜機(jī)構(gòu)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)380的側(cè)視圖。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)包括電機(jī)352和STARM 354，其可以定位在襯底366上面，如圖25B和圖25C中所示。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)構(gòu)可以包括最小傾斜偏移角度384。在這個(gè)實(shí)例中，最小傾斜偏移角度384在水平線與線382之間。傾斜范圍角度386是懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以從最小傾斜偏移角度384開始旋轉(zhuǎn)所通過的角度量。傾斜機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)，其將傾斜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)局限于所述傾斜角范圍。

當(dāng)最小傾斜偏移角度384是零并且STARM 354平行于襯底366時(shí)，STARM 354可能不產(chǎn)生凈平移力。STARM耦合到的裝置可以傾斜。因此，STARM相對(duì)于襯底的角度可以取決于STARM相對(duì)于與裝置相關(guān)聯(lián)的某個(gè)參照系的朝向和裝置相對(duì)于襯底的朝向，其中這兩個(gè)朝向都隨時(shí)間而變。因此，在一些情況下，即使當(dāng)最小傾斜偏移是零時(shí)，也可以產(chǎn)生平移力。當(dāng)最小傾斜偏移角度大于零時(shí)，STARM可以在特定方向上在其最小位置處產(chǎn)生凈平移力。當(dāng)最小傾斜偏移角度小于零時(shí)，接著在傾斜角范圍期間，力的量值可以達(dá)到零并且產(chǎn)生的力的方向也可以改變。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的凈最小力可以用某一方式經(jīng)由與其它懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的平移力平衡。舉例來說，如圖所示，兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以傾斜以在相反方向上產(chǎn)生力以彼此抵消。因此，雖然在最小傾斜偏移角度位置處，單個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的凈力可能大于零，但是可以通過另一STARM產(chǎn)生的力平衡這個(gè)凈力，從而使得作用于所述裝置的凈力是零。

從傾斜STARM產(chǎn)生的力可以隨著懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于襯底的角度非線性地變化。因此，根據(jù)角度變化產(chǎn)生的力的變化可以非線性地變化。通過利用最小傾斜角偏移，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成響應(yīng)于傾斜角在所選的傾斜角范圍內(nèi)的變化而輸出更多或更少的力。以此方式，可以調(diào)節(jié)裝置的控制特性。

在一個(gè)實(shí)施例中，傾斜機(jī)構(gòu)可以包括可調(diào)傾斜偏移機(jī)構(gòu)，它允許手動(dòng)地設(shè)置最小傾斜偏移角度。舉例來說，可以提供具有隆凸的可旋轉(zhuǎn)部件，其中該隆凸被配置成在其旋轉(zhuǎn)范圍的一端撞擊螺絲。當(dāng)螺絲被旋開時(shí)，可旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)范圍可以減小，最小傾斜偏移角度可以增加，且反之亦然。使用該可調(diào)傾斜偏移機(jī)構(gòu)，使用者或操作員可能能夠手動(dòng)地調(diào)整裝置的操控特性。

接下來，相對(duì)于圖31A、圖31B、圖32和圖33描述允許操作具有傾斜能力的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)并且將其集成到磁性提升裝置中的設(shè)備和方法的一些細(xì)節(jié)。此外，描述用于提供使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜的力的一些方法及設(shè)備。相對(duì)于圖34A、圖34B、圖35A和圖35B，描述一些替代方法，其無需使包括STARM的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于裝置傾斜就可以允許生成推進(jìn)力。

接下來，描述可以通過多個(gè)自由度傾斜的STARM的另一實(shí)例。在圖31A中，示出了包括耦合到電機(jī)352的STARM 354的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由球形接頭373耦合到支撐結(jié)構(gòu)371。示出了兩個(gè)活塞375a和375b，其耦合到懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和支撐結(jié)構(gòu)371。可使用活塞375a和375b將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)向下推動(dòng)，并且改變STARM 354相對(duì)于襯底366的傾斜角?？墒褂枚鄠€(gè)不同活塞使電機(jī)在多個(gè)不同方向上傾斜?？墒褂闷渌愋偷闹聞?dòng)器，其在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)上生成向下力以使STARM 354傾斜，并且僅僅是出于說明的目的使用活塞的實(shí)例。

在圖31B中，示出第一活塞375A朝下延伸，這使電機(jī)352和STARM 355在一側(cè)上朝下傾斜。為了將電機(jī)352帶回水平位置，第二活塞375b可以朝下延伸，這使第一活塞縮短375a。為了使電機(jī)352和STARM 354在相反方向上傾斜，第二活塞375b可以延伸更大的量，這迫使第一活塞縮短375a。在各種實(shí)施例中，可使用多對(duì)活塞使電機(jī)在不同方向上傾斜，并且改變因?yàn)镾TARM傾斜而生成力的方向?；钊梢越?jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接機(jī)構(gòu)耦合到電機(jī)和/或支撐結(jié)構(gòu)，該連接機(jī)構(gòu)可以具有某個(gè)自由旋轉(zhuǎn)度。

在圖32A中，杠桿臂502經(jīng)由球形接頭506耦合到電機(jī)/STARM。當(dāng)懸浮時(shí)，杠桿臂502從一側(cè)到另一側(cè)的移動(dòng)能使STARM 510(包括磁體布置512)相對(duì)于導(dǎo)電表面傾斜，從而使得包括該懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)載工具向前和向后移動(dòng)。從一側(cè)到另一側(cè)的傾斜量能影響運(yùn)載工具在這些方向上移動(dòng)的速度。從前到后的移動(dòng)可能使STARM 510傾斜，從而使得運(yùn)載工具向左或向后移動(dòng)。拉桿502的左移或右移和前移或后移的組合能使STARM傾斜，從而使得運(yùn)載工具沿著不同線在各種方向上移動(dòng)。方向拉桿根據(jù)時(shí)間的變化能改變根據(jù)時(shí)間產(chǎn)生的力的方向向量，因此運(yùn)載工具能沿著大致彎曲的路徑移動(dòng)。

在各種實(shí)施例中，可使用機(jī)械連桿，其使一個(gè)或多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)于杠桿臂502的移動(dòng)而傾斜。舉例來說，兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以耦合到共用的旋轉(zhuǎn)部件，使得這兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)都響應(yīng)于施加于旋轉(zhuǎn)部件的扭矩而旋轉(zhuǎn)。此外，可使用數(shù)字控制，其中由一個(gè)或多個(gè)傳感器檢測(cè)杠桿臂502的移動(dòng)?？梢栽跈C(jī)載處理器中接收到傳感器數(shù)據(jù)?；诶绺軛U臂502的移動(dòng)量、移動(dòng)方向和移動(dòng)速率之類的因素，和例如運(yùn)載工具的當(dāng)前朝向和運(yùn)動(dòng)方向之類的其它因素，機(jī)載處理器可以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)命令。可以經(jīng)由有線或無線通信將命令發(fā)送給一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器。致動(dòng)器可以包括邏輯裝置(例如控制器)，其能夠?qū)崿F(xiàn)與機(jī)載處理器的通信和對(duì)來自機(jī)載處理器的命令的解釋。

一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可以耦合到單個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)或多個(gè)不同的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。響應(yīng)于接收到命令，致動(dòng)器控制器可以使致動(dòng)器輸出力或扭矩。力或扭矩可以使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以某一方式改變其位置，例如(但不限于)傾斜位置。

在一些實(shí)施例中，機(jī)載處理器可以發(fā)送命令，這些命令使與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的STARM的旋轉(zhuǎn)速率達(dá)到特定的RPM值?？梢耘浜现聞?dòng)器命令產(chǎn)生電機(jī)命令，電機(jī)508可以接收到該電機(jī)命令。RPM值能夠影響在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的位置已改變之后從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力量。電機(jī)508可以包括用于以下操作的一個(gè)或多個(gè)控制器：1)與機(jī)載處理器通信(有線或無線地通信)，2)處理從機(jī)載處理器接收的命令，以及3)產(chǎn)生命令以控制與電機(jī)相關(guān)聯(lián)的用于實(shí)施該命令的機(jī)構(gòu)，例如傳遞到電機(jī)的電力量。

圖32B示出了腳踏板552，其可以用于使包括電機(jī)562和STARM 564的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜。當(dāng)一個(gè)腳踏板552被朝下按壓時(shí)，STARM 564可以產(chǎn)生垂直于頁面的力，這個(gè)力可以使運(yùn)載工具向前移動(dòng)。當(dāng)另一個(gè)腳踏板被朝下按壓時(shí)，STARM 564可以產(chǎn)生能使運(yùn)載工具向后移動(dòng)的力?？墒褂妹總€(gè)踏板的按壓量來控制運(yùn)載工具在特定方向上的速度。當(dāng)按壓第一踏板以使運(yùn)載工具在一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)，從第一踏板上去除壓力并且向第二踏板施加壓力能充當(dāng)讓運(yùn)載工具減速的制動(dòng)器。

提供一種機(jī)構(gòu)，其中每個(gè)腳踏板生成復(fù)原力。所述機(jī)構(gòu)還能用于影響需要向踏板施加多少力以使踏板移動(dòng)。此外，該機(jī)構(gòu)能限制踏板能移動(dòng)多遠(yuǎn)。在圖32B中，該機(jī)構(gòu)表示為彈簧。該機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生與腳踏板的位移量有大致線性和/或非線性關(guān)系的力。在具體實(shí)施例中，還可以配合圖32A中所示的杠桿臂使用生成復(fù)原力的一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)。同樣，如上文所述，可以使用一個(gè)或多個(gè)腳踏板作為數(shù)字控制系統(tǒng)的一部分。

接下來，相對(duì)于圖33A、圖33B、圖34A和圖34B描述可以用于生成推進(jìn)力的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置的一些替代實(shí)施例。具體來說，描述無需使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于磁性提升裝置和/或?qū)щ娨r底傾斜就允許生成推進(jìn)力的設(shè)備和方法?？梢允褂眠@些實(shí)施例代替或結(jié)合上述利用STARM的傾斜改變其相對(duì)于導(dǎo)電襯底的朝向的方法及設(shè)備。

在圖33A和圖33B中，STARM 602(其可以是懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的組件)被配置成在襯底604上方圍繞軸線605旋轉(zhuǎn)。STARM 602可以被配置成在順時(shí)針或逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)。STARM 602包括八個(gè)極性區(qū)域。在這個(gè)實(shí)例中，具有正方形橫截面的永久磁體(例如磁體608)提供八個(gè)極性區(qū)域。

在圖33A中，組件610定位于STARM 602與襯底604之間。組件610可以由具有高磁導(dǎo)率的材料形成，例如(但不限于)Metglas(Metglas,Inc.Conway,SC)、鐵、μ金屬、Nanoperm(Magnetic GmbH)、電鋼、鐵磁體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、碳鋼和鈷?？梢蕴峁┮环N機(jī)構(gòu)，其允許從STARM 602下方的位置滑動(dòng)到不再在STARM 602與襯底之間的位置。所述機(jī)構(gòu)可以包括致動(dòng)器，其將組件610從第一位置移動(dòng)到第二位置。在一個(gè)實(shí)施例中，組件610可以在方向620上移動(dòng)。組件610不隨STARM旋轉(zhuǎn)。

作為一實(shí)例，組件610可以耦合到結(jié)構(gòu)部件。結(jié)構(gòu)部件可以一端附接到組件610，另一端接合軌道。軌道可以允許結(jié)構(gòu)部件和組件610沿著軌道移動(dòng)以改變組件610相對(duì)于STARM的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)部件和組件610可以形成為單個(gè)零件。

當(dāng)STARM 602在襯底604上方旋轉(zhuǎn)時(shí)，與STARM下面的襯底的沒有組件610的區(qū)域相比，組件610的插入可以減弱形成于下面的襯底中的渦電流。這種效應(yīng)產(chǎn)生了拖拽不平衡，這可以使得生成平移力，例如606。

通過覆蓋STARM底部上的磁體的更大或更小部分，可以改變生成的力量。在特定實(shí)施例中，可以在STARM的相對(duì)側(cè)上使用一對(duì)組件610。所述對(duì)組件可以獨(dú)立致動(dòng)和控制以插置于STARM與襯底之間，以改變從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的控制力的方向和量值。

如先前描述，使用組件610減少拖拽不同于使STARM傾斜。當(dāng)STARM傾斜時(shí)，所述STARM的一側(cè)上的拖拽相比于其它STARM增加。此外，對(duì)于一些磁性配置，還可增加凈提升。在圖33A的實(shí)施例中，一側(cè)上的拖拽減輕。此外，提升也減輕。

在圖33B中，圓盤615安裝在STARM 602下面。圓盤615不隨STARM 602旋轉(zhuǎn)。圓盤615包括具有高磁導(dǎo)率的第一部分616和具有近似于空氣磁導(dǎo)率(即，相對(duì)磁導(dǎo)率為1)的磁導(dǎo)率的第二部分616。因此，第二部分618對(duì)形成于襯底604中的渦電流的影響極少。

當(dāng)STARM 602在襯底604上方旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一部分616減弱其下面的渦電流。這種影響形成拖拽不平衡，其引起生成推力。在一個(gè)實(shí)施例中，圓盤615可以是可旋轉(zhuǎn)的以允許其從第一位置改變成第二位置。作為一實(shí)例，圓盤可以包括延伸部，其與例如集成到護(hù)罩中的軌道或凹槽之類的軌道界面連接。圓盤和延伸部可以與軌道界面連接，使得可以改變圓盤的位置。

推力方向取決于組件516的位置。因此，圓盤可以主動(dòng)旋轉(zhuǎn)以改變因?yàn)榻M件616插入于STARM 600與襯底504之間產(chǎn)生的推力方向。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以包括例如致動(dòng)器的機(jī)構(gòu)，其被配置成響應(yīng)于來自控制器的命令使圓盤615旋轉(zhuǎn)?？刂破骺梢詫⒅聞?dòng)器控制到不同位置，并且改變生成的推力的方向?？梢栽诳刂葡到y(tǒng)中利用這個(gè)機(jī)構(gòu)以將運(yùn)載工具從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。

當(dāng)STARM 602旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤615始終引起生成推力。為了允許運(yùn)載工具保持懸浮在特定位置，可以利用抵消這個(gè)推力的某個(gè)其它力生成機(jī)構(gòu)。舉例來說，可以利用兩個(gè)具有圓盤(例如615)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的圓盤可以旋轉(zhuǎn)，使得推力輸出抵消(相反方向)、部分地抵消或彼此對(duì)準(zhǔn)(同方向)。

在圖34A中，示出可以在STARM上使用的磁體配置634。STARM可以是懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的組件。因此，磁體配置634可以在襯底630上方旋轉(zhuǎn)以生成提升。在圖33A中，磁體配置被材料環(huán)(632a和632b)包圍，例如上文相對(duì)于組件610描述的材料。材料環(huán)并不耦合到包括磁體配置634的STARM，使得其不隨STARM旋轉(zhuǎn)。因此，它可以獨(dú)立于STARM移動(dòng)。

磁體配置634分別具有包括北極和南極兩個(gè)磁極，然后是兩個(gè)磁極之間的具有從第一極指向第二極的磁體的區(qū)域。磁極之間的區(qū)域處在離旋轉(zhuǎn)軸的小于磁極的徑向距離處。旋轉(zhuǎn)軸處于磁體配置的中心。

從磁體配置634產(chǎn)生的磁場(chǎng)可能受到其與材料環(huán)632a和632b的接近度的影響。具體來說，對(duì)于這種磁體配置，預(yù)測(cè)材料環(huán)632a和632b會(huì)增強(qiáng)提升。在一個(gè)實(shí)施例中，區(qū)段632a和632b中的一個(gè)或兩個(gè)可以耦合到允許改變區(qū)段632a與632b之間的距離的機(jī)構(gòu)。

舉例來說，在圖34B中，僅僅區(qū)段632a被配置成移動(dòng)成離水平面中的磁體更近或更遠(yuǎn)。當(dāng)632a移動(dòng)離開磁體時(shí)，形成拖拽的不平衡。拖拽不平衡可以在一個(gè)方向上生成推進(jìn)力?？梢哉{(diào)節(jié)區(qū)段632a離磁體的距離以改變推進(jìn)力的量值。

當(dāng)兩個(gè)區(qū)段632a和632b都被配置成移動(dòng)時(shí)，于是可以在任一方向上生成推進(jìn)力。此外，通過同時(shí)使兩個(gè)區(qū)段632a和632b移動(dòng)離開磁體配置，可以控制從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的提升和拖拽量。舉例來說，可以同時(shí)使兩個(gè)區(qū)段632a和632b移動(dòng)離開磁體以降低提升和拖拽，以及朝磁體移動(dòng)得更近以提高提升和拖拽。當(dāng)區(qū)段632a和632b中的一個(gè)或另一個(gè)的距離不同時(shí)，可以生成推進(jìn)力。

運(yùn)載工具配置和導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制(NGC)

接下來，相對(duì)于圖35到圖44，描述包括多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的磁性提升裝置的各種配置。具體來說，描述懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的布置然后描述其致動(dòng)以提供移動(dòng)。接下來，相對(duì)于圖42、圖43和圖44論述導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制(NGC)功能，其可以應(yīng)用于磁性提升裝置，例如圖35至圖41中所示的那些磁性提升裝置。

圖35示出了被配置成在導(dǎo)電襯底722上面操作的運(yùn)載工具700的俯視圖。運(yùn)載工具700包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d。每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)包括STARM和電機(jī)以及使得能夠從每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出推進(jìn)力的機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702b中的每一個(gè)可以經(jīng)由致動(dòng)器的控制而圍繞軸線(例如724a、724b、724c、724d)傾斜。在具體實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自被分別致動(dòng)，從而使得可以針對(duì)四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)分別改變傾斜角隨時(shí)間而變的方向和量。

在替代實(shí)施例中，可以作為一個(gè)單元控制兩個(gè)或更多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。舉例來說，兩個(gè)或更多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以機(jī)械耦合到單個(gè)致動(dòng)器。單個(gè)致動(dòng)器可以同時(shí)移動(dòng)兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。在另一個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)或更多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以數(shù)字耦合，使得兩個(gè)或更多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)始終同時(shí)一起移動(dòng)，即，一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)規(guī)定了另一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)特定的移動(dòng)，例如兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以相同的方式傾斜。當(dāng)獨(dú)立控制時(shí)，一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)可能影響其它發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)，以便實(shí)施GNC功能。然而，第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可能不是始終響應(yīng)于第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)而被局限于特定的控制移動(dòng)，就像當(dāng)兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)單元受到數(shù)字控制和/或機(jī)械控制時(shí)的情況一樣。

與每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器可以耦合到一個(gè)或多個(gè)控制器706和一個(gè)IMU 708(慣性測(cè)量單元)。致動(dòng)器還可以各自具有單獨(dú)的控制器，其對(duì)來自控制器706的命令做出響應(yīng)?？刂破?06還可以耦合到電源720和一個(gè)或多個(gè)速度控制器718。一個(gè)或多個(gè)速度控制器718可以是機(jī)械速度控制器或電子速度控制器。電源可以是機(jī)載的或外部的。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由殼體和相關(guān)聯(lián)的支撐結(jié)構(gòu)710得到固定。

運(yùn)載工具的質(zhì)量中心通過圓705表示。質(zhì)量中心影響四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)致動(dòng)時(shí)生成的力矩。在具體實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以包括允許在運(yùn)行中調(diào)節(jié)質(zhì)量中心的機(jī)構(gòu)，例如用于將質(zhì)量從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置的機(jī)構(gòu)。舉例來說，在飛機(jī)中，可以將燃料從一個(gè)油箱移動(dòng)到另一個(gè)油箱以影響質(zhì)量中心特性。

IMU 708通過使用一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)檢測(cè)加速度的當(dāng)前速率并且使用一個(gè)或多個(gè)陀螺儀檢測(cè)旋轉(zhuǎn)屬性(比如俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航)的變化而工作。它還可包括磁力計(jì)以輔助校準(zhǔn)朝向的漂移。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以包括IMU，其具有角加速計(jì)和線性加速計(jì)(用于位置變化)。一些IMU可以包括陀螺儀元件(用于維持絕對(duì)角參考)。

角加速計(jì)可以測(cè)量運(yùn)載工具在空間中如何旋轉(zhuǎn)。大體而言，存在用于三個(gè)軸線中的每一個(gè)的至少一個(gè)傳感器：俯仰(機(jī)鼻向上和向下)、偏航(機(jī)鼻向左和向右)和滾轉(zhuǎn)(從駕駛艙順時(shí)針或逆時(shí)針)。線性加速計(jì)可以測(cè)量運(yùn)載工具的非重力加速度。由于可以在三個(gè)軸線中移動(dòng)(上下、左右、前后)，所以可以存在用于每個(gè)軸線的一個(gè)線性加速計(jì)。

處理器可以持續(xù)計(jì)算運(yùn)載工具的當(dāng)前位置。首先，對(duì)于六個(gè)自由度(x、y、z和θx、θy和θz)中的每一個(gè)，可以將感測(cè)到的加速度連同重力估計(jì)一起隨時(shí)間積分，以計(jì)算當(dāng)前速度。接著，可以積分速度以計(jì)算當(dāng)前位置。在GNC系統(tǒng)中可以利用這些數(shù)量。

返回到圖35，如上文所述，當(dāng)運(yùn)載工具平行于襯底722時(shí)，通過改變旋轉(zhuǎn)STARM相對(duì)于襯底722的傾斜而產(chǎn)生的力的方向主要是沿著傾斜軸。舉例來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a的傾斜可以生成主要平行于軸線724a的力。

在如圖35中所示傾斜軸彼此成角度地布置的情況下，可以致動(dòng)STARM的組合以在任何所希望的方向上生成凈線性力。此外，可以組合致動(dòng)STARM以抵消力矩或在需要時(shí)誘發(fā)特定方向上的期望旋轉(zhuǎn)。此外，可以根據(jù)時(shí)間致動(dòng)STARM的不同組合以根據(jù)時(shí)間在所希望的方向上生成彎曲路徑。此外，可以致動(dòng)STARM的組合，從而使得運(yùn)載工具沿著線性或彎曲路徑移動(dòng)，并且在沿著所述路徑移動(dòng)的同時(shí)圍繞軸線旋轉(zhuǎn)。

可單獨(dú)使用傾斜控制，或者結(jié)合每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制使用傾斜控制。所生成的平移和提升力可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和懸浮高度變化。一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以相對(duì)于其它懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)改變或結(jié)合其它懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)改變，以改變從一個(gè)或多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的提升力和拖拽力的量值。舉例來說，可以使用旋轉(zhuǎn)速度控制來抵消力的不平衡，例如因?yàn)橘|(zhì)量中心移位導(dǎo)致的力不平衡。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，一個(gè)或多個(gè)控制器706可以控制速度控制器718以改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

在圖35的實(shí)例中，可以相對(duì)于傾斜軸限定角度。舉例來說，傾斜軸724a與724b之間的角度大概是90度。傾斜軸724a與724c之間的角度大概是90度，并且傾斜軸724a與傾斜軸724c之間的角度是180度。

在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的彼此相反的傾斜軸可以彼此平行，即，一百八十度的角度。然而，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的鄰近于彼此的傾斜軸之間的角度不是必須相等。具體來說，傾斜軸724a與724b之間的角度可以是第一角度，傾斜軸724a與724c之間的角度可以是一百八十度減去第一角度，其中第一角度在零度與一百八十度之間。舉例來說，傾斜軸724a與724b之間的角度可以是10度，并且傾斜軸724a與724c之間的角度可以是一百七十度?？偟膩碚f，所有傾斜軸724a、724b、724c和724d之間的角度可以彼此不同。

在圖35中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以傾斜以產(chǎn)生各種移動(dòng)，例如向左移動(dòng)714a、向右移動(dòng)714b、向前移動(dòng)714b和向后移動(dòng)714b。此外，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)時(shí)間傾斜以使運(yùn)載工具700遵循彎曲路徑，例如716a和716b。此外，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以傾斜以使運(yùn)載工具700就地以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)712旋轉(zhuǎn)。舉例來說，在不旋轉(zhuǎn)的情況下，運(yùn)載工具可以受到控制而在第一直線中移動(dòng)第一距離，然后在垂直于第一直線的第二直線中移動(dòng)第二距離。接著，運(yùn)載工具700可以就地旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)造了配置類似于運(yùn)載工具700的運(yùn)載工具。運(yùn)載工具是圓柱形的，直徑為14.5英寸，高度為2.125英寸。運(yùn)載工具未負(fù)載時(shí)重量為12.84磅。執(zhí)行的測(cè)試中，運(yùn)載工具承載不止二十五磅的有效負(fù)載，超出其未負(fù)載重量。

使用四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)包括STARM，其直徑是4.25英寸。十六個(gè)1/2立方英寸的磁體在每個(gè)STARM中布置成圓形圖案。所述布置類似于圖63中所示的采用二十個(gè)磁體的配置。使用N52強(qiáng)度的釹磁體。

每個(gè)STARM使用一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)是Himax 6310-0250 outrunner。每個(gè)電機(jī)的重量是235克。電機(jī)的最佳工作范圍是20到35安培，最大電流是48安培。電機(jī)是圓柱形的，長(zhǎng)度為32mm，直徑大約為63mm。電機(jī)功率大約是600瓦，電機(jī)恒定K_v大約是250。

對(duì)于每個(gè)電機(jī)使用電子速度控制器。具體來說，使用Phoenix Edge電子速度控制器(Edge Lite 50,Castle Creations,Inc.Olathe,Kansas)。速度控制器耦合到電池。在這個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8伏特的鋰聚合物電池組(Atomik RC,Rathdrum,ID)。

使用四個(gè)Hitec伺服器(HS-645MG Ultra Torque,Hitec RCD USA,Inc.Poway,CA)作為致動(dòng)器。伺服器發(fā)出133oz-in的最大扭矩，并且在4.8與6V之間工作。根據(jù)所致動(dòng)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的大小，可使用具有不同的扭矩輸出能力的不同伺服器，并且僅僅出于說明性目的提供此實(shí)例。

此外，對(duì)于每個(gè)電機(jī)示出一個(gè)致動(dòng)器。在替代實(shí)施例中，可使用單個(gè)致動(dòng)器使不止一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜。在另外其它實(shí)施例中，可使用多個(gè)致動(dòng)器來改變STARM和/或電機(jī)的朝向。在更多實(shí)施例中，可使用一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器結(jié)合從使用者提供的輸入力改變STARM和/或電機(jī)的朝向。

使用伺服器使電機(jī)和STARM一致地傾斜?？刂葡到y(tǒng)被配置成獨(dú)立地使每個(gè)包括電機(jī)和STARM的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜。在一特定實(shí)施例中，電機(jī)和STARM被配置成通過-10到10度的范圍傾斜。可使用大于或小于這個(gè)區(qū)間的范圍，并且僅僅是出于說明的目的提供此實(shí)例。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)于每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施相同的傾斜范圍。在其它實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間的傾斜范圍可能是不同的。舉例來說，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在-15到-15度的范圍之間傾斜，并且第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在-5與10度之間傾斜。

使用具有6050MPU和Atmel 644PA的Hobbyking KK2.1.5多轉(zhuǎn)子LCD飛行控制板以用于控制目的。所述板子是50mm x50mm x12mm，并且重量是21克。輸入電壓是4.8-6V。陀螺儀/加速計(jì)是6050MPU InvenSense,Inc(San Jose,CA)。其具有相同硅裸片上的MEMS3軸陀螺儀和3軸加速計(jì)連同機(jī)載數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器^TM(DMP^TM)，其能夠處理復(fù)雜的9軸運(yùn)動(dòng)/融合算法。

運(yùn)載工具能夠沿著傾斜表面向上爬升。在平坦軌道上的測(cè)試中，測(cè)量到5.4ft/sec²的加速度，其大約是17g。加速度取決于輸出的推力、運(yùn)載工具的整體重量、STARM的傾斜角和STARM磁體配置。因此，僅僅是出于說明的目的提供此實(shí)例。

在具體實(shí)施例中，可以經(jīng)由移動(dòng)控制單元控制運(yùn)載工具。移動(dòng)控制單元可以經(jīng)由無線或有線通信鏈路耦合到運(yùn)載工具。移動(dòng)控制單元可以包括一個(gè)或多個(gè)輸入機(jī)構(gòu)，例如控制桿、觸摸屏、滑塊等。

移動(dòng)控制可以接收來自輸入機(jī)構(gòu)的輸入，然后發(fā)送例如命令的信息到運(yùn)載工具。命令可以是向右移動(dòng)、在某個(gè)方向上移動(dòng)，或者就地旋轉(zhuǎn)。運(yùn)載工具上的GNC系統(tǒng)可以接收命令、解釋命令、然后作為響應(yīng)生成一個(gè)或多個(gè)額外命令，其涉及控制致動(dòng)器和/或懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以實(shí)施命令。舉例來說，可以控制運(yùn)載工具上的致動(dòng)器中的一個(gè)或多個(gè)以實(shí)施接收到的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)命令。

在一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)控制單元可以是智能電話，其具有觸摸屏界面。在智能電話上執(zhí)行的應(yīng)用程序可以在觸摸屏上生成界面，用于輸入控制命令。此外，所述應(yīng)用程序可以被配置成向顯示器輸出關(guān)于運(yùn)載工具的性能的信息，例如速度、朝向、電機(jī)rpm、剩余飛行時(shí)間等。智能電話可以被配置成經(jīng)由例如(但不限于)藍(lán)牙的無線通信接口與運(yùn)載工具通信。

在另一實(shí)施例中，可使用手持式控制單元，例如用于控制四軸飛行器或無線電控制汽車的手持式控制單元。手持式控制單元可以包括多個(gè)頻道、頻道切換器、數(shù)字顯示器、天線、控制桿、調(diào)節(jié)件和開/關(guān)切換器。一個(gè)實(shí)例是Spektrum DX6i DSMX 6頻道發(fā)射器(Horizon Hobby,Inc.,Champaign,Illinois)。接下來，描述使STARM傾斜以控制運(yùn)載工具的一些細(xì)節(jié)。

圖36A、圖36B和圖36C展示了致動(dòng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的不同組合以產(chǎn)生移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的一些實(shí)例。在圖36a中，用陰影表示的兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b和702c受到致動(dòng)以產(chǎn)生凈向右力742，其可以將運(yùn)載工具向右移動(dòng)742。由兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)產(chǎn)生的凈力的方向通過鄰近的箭頭740a和740b示出。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b生成凈力740a，其具有向下和向右的分力。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702c生成凈力740b，其向上和向右。

當(dāng)致動(dòng)兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以生成因?yàn)樵谝r底中誘發(fā)的渦電流引起的相同量值的力時(shí)，向上和向下的平移力抵消。向右分力是加性的，并且產(chǎn)生向右的凈平移力。當(dāng)兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離運(yùn)載工具的質(zhì)量中心距離相等時(shí)，從兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩彼此抵消，因而可以維持旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)即使在相同時(shí)，被致動(dòng)的量也可能不同。舉例來說，運(yùn)載工具700可以傾斜，使得懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b和702c中的一個(gè)更接近襯底。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離襯底的距離會(huì)因?yàn)槠鋬A斜而影響從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力。因此，可能必需用不同的傾斜角度來平衡從每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力。

此外，當(dāng)運(yùn)載工具700負(fù)載時(shí)，質(zhì)量中心可以根據(jù)有效負(fù)載的重量如何分布而改變。因此，質(zhì)量中心可以從未負(fù)載狀態(tài)改變成負(fù)載狀態(tài)，并且兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離運(yùn)載工具的質(zhì)量中心的距離可能不再相等。在此實(shí)例中，當(dāng)一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各自生成相同數(shù)量的凈力時(shí)，可能存在凈力矩，因?yàn)閮蓚€(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離質(zhì)量中心的距離不同。因此，可能必須調(diào)節(jié)所使用的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的組合和每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)量，以考慮到由于有效負(fù)載變化或運(yùn)載工具700相對(duì)于其在上面操作的襯底的整體朝向引起的中心質(zhì)量改變。

質(zhì)量中心的變化引起的影響的量值將取決于質(zhì)量中心從負(fù)載狀態(tài)改變成未負(fù)載狀態(tài)的程度。此外，在一些情況下，如果允許有效負(fù)載在操作期間移動(dòng)，或者如果有效負(fù)載正在減輕，則質(zhì)量中心可以在操作期間改變。舉例來說，如果在運(yùn)載工具的操作期間消耗燃料，則由于燃料的消耗，所以運(yùn)載工具的質(zhì)量中心可能會(huì)改變。作為另一實(shí)例，如果一個(gè)或多個(gè)人騎乘在運(yùn)載工具上并且可能到處移動(dòng)，則質(zhì)量中心可能會(huì)改變。因此，在具體實(shí)施例中，在操作期間質(zhì)量中心可能會(huì)動(dòng)態(tài)地改變，并且GNC系統(tǒng)可以被配置成在維持旋轉(zhuǎn)和平移控制時(shí)考慮到運(yùn)載工具的質(zhì)量中心的變化。

在圖36B中，使用四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)生成凈向右移動(dòng)。在這個(gè)實(shí)例中，所有四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d受到致動(dòng)以在向右方向上生成凈力746?？偟膩碚f，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以受到致動(dòng)以生成基本上在向右方向上的凈平移力。具體來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)受到致動(dòng)以抵消向右方向之外的平移力。此外，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以受到致動(dòng)使得作用于運(yùn)載工具的凈力矩是零。如上文所述，為了使運(yùn)載工具旋轉(zhuǎn)，可以生成凈力矩，其使運(yùn)載工具在順時(shí)針或逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)。

在圖36C中，示出了四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d，其用在順時(shí)針方向上引起凈力矩的方式受到致動(dòng)。與四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的平移力彼此抵消。因此，運(yùn)載工具可以就地旋轉(zhuǎn)。

在圖36a、圖36b和圖36c的實(shí)例中，所有四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸圍繞矩形的邊緣朝向。這種配置允許運(yùn)載工具同樣容易地在頁面上向上/向下或向左/向右移動(dòng)。在其它實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸可以圍繞平行四邊形的周邊定位。因此，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以更容易在特定方向上生成平移力，例如在頁面上向左/向右對(duì)比向上/向下。此外，在一些實(shí)施例中，如上文所述，可以提供一些機(jī)構(gòu)，其允許在運(yùn)行中改變傾斜軸的方向(例如，見圖29)。因此，有可能在運(yùn)行中改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜軸的配置。

在圖36A、圖36B和圖36C的實(shí)例中，假設(shè)每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)生成的力的向量離運(yùn)載工具的質(zhì)量中心的距離相等。在其它實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離運(yùn)載工具的質(zhì)量中心的距離可以是不同的。舉例來說，一對(duì)兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自離質(zhì)量中心第一距離，第二對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以各自離質(zhì)量中心第二距離。

此外，即使當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離質(zhì)量中心的距離相同時(shí)，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)也可以被配置成輸出不同水平的推進(jìn)力。舉例來說，一個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用比另一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)更大體積的磁體以輸出更多的力。在另一個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)相同懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度可以是不同的，這樣可以使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相對(duì)于彼此不同水平的推進(jìn)力。在一個(gè)實(shí)施例中，在運(yùn)載工具上使用的多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以是相同的，并且以相似的旋轉(zhuǎn)速度操作，從而使得其各自輸出相似數(shù)量的力。

總的來說，當(dāng)使用多個(gè)可驅(qū)動(dòng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以定位在離質(zhì)量中心不同的距離處，或者懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的組合可以定位在離質(zhì)量中心相同的距離處。此外，每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的大小、每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的磁體配置和每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的合力在運(yùn)載工具上的不同懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間可能是不同的。但是，可選擇力生成能力相等的多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的組合。可以設(shè)計(jì)GNC系統(tǒng)，其考慮到懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)載工具上的放置位置的差別和懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間不同的力生成能力。此外，GNC系統(tǒng)可以被配置成考慮運(yùn)載工具的動(dòng)態(tài)負(fù)載和動(dòng)態(tài)朝向變化，其影響從每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力和力矩。

在以上實(shí)例中，作為懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的STARM被配置成生成提升力、推進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力。在其它實(shí)施例中，可能需要使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)專門化。舉例來說，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成主要生成提升，并且可能不能致動(dòng)以用于生成推進(jìn)力。接著，額外懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成生成提升的某一部分，并且可能能致動(dòng)以生成推進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力，其也可以用于控制和引導(dǎo)運(yùn)載工具。一些磁體配置可能相比提升力更適合于生成推進(jìn)力。因此，當(dāng)在運(yùn)載工具上使用多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間可能改變磁體配置。

圖37示出了具有五個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)載工具750的實(shí)例。以上文相對(duì)于圖35所描述的方式配置其中四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，位于運(yùn)載工具中心的第五懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)752被配置成僅僅生成提升，并且是不能致動(dòng)的，而類似于上文描述的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以致動(dòng)以生成推進(jìn)力、旋轉(zhuǎn)力和控制力。

在具體實(shí)施例中，四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d可能不能夠單獨(dú)使運(yùn)載工具懸浮。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)STARM可能不能夠使未負(fù)載運(yùn)載工具懸浮，并且可能需要從純提升引擎產(chǎn)生一些提升。在另一實(shí)施例中，四個(gè)STARM可能能夠在運(yùn)載工具未負(fù)載時(shí)使運(yùn)載工具懸浮。然而，如果運(yùn)載工具承載一定量的有效負(fù)載，則可能需要操作純提升懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)推進(jìn)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和純提升懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的STARM平行于表面時(shí)，推進(jìn)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的磁體的底部表面上方的高度和純提升懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的磁體的底部表面上方的高度可以彼此偏移。舉例來說，推進(jìn)STARM中的磁體底部的高度可以比提升STARM中的磁體底部的高度離所述表面的距離更遠(yuǎn)。隨著STARM變得更接近表面，使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的STARM相對(duì)于表面傾斜所需的力量可能增加。因?yàn)榇帕κ欠蔷€性地生成的，并且隨著磁體靠近表面而增加，所以力量增加。因此，通過在操作期間使推進(jìn)STARM保持比提升STARM離表面更遠(yuǎn)，有可能利用更少的力使推進(jìn)STARM傾斜。推進(jìn)STARM上的磁體體積比提升STARM小的STARM還可以減輕從推進(jìn)STARM輸出的力，因此傾斜需要的力比提升STARM更少。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以提供一種不同于傾斜機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，其可以用于控制懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(例如推進(jìn)STARM)離表面的距離。舉例來說，所述機(jī)構(gòu)可以被配置成在垂直方向上移動(dòng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)使其離表面更近或更遠(yuǎn)。當(dāng)運(yùn)載工具首次啟動(dòng)時(shí)，也可以使用這種能力。舉例來說，在靜止時(shí)，運(yùn)載工具底部可以擱在地面上，并且懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以上拉到運(yùn)載工具罩殼中。接著，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以啟動(dòng)。在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)某一速度之后，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以相對(duì)于運(yùn)載工具移動(dòng)，使得懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)更接近運(yùn)載工具底部。

由于可能不需要推進(jìn)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)承載整個(gè)提升負(fù)載，所以在一些實(shí)施例中，有可能使用比控制和推進(jìn)STARM還用于承載整個(gè)提升負(fù)載的情況更小的推進(jìn)和控制STARM。使用這種方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，如果控制和推進(jìn)STARM可以制造成更小(例如半徑和惰性力矩更小)，則用于致動(dòng)STARM的力量可以更小。因此，有可能使用更小、更輕并且更便宜的致動(dòng)器。

使用專用于提升或控制的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的另一優(yōu)勢(shì)是，用于最高效地生成提升的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的操作條件可以不同于用于最高效地生成推進(jìn)力和控制力的操作條件。因此，當(dāng)一些懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)主要僅僅用于提升時(shí)，這些懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的操作條件可能不同于被配置成生成控制力的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。舉例來說，為了生成相對(duì)更多的推進(jìn)力，控制懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在接近峰值拖拽的旋轉(zhuǎn)速度下操作，即，提升拖拽比率低于更高旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)比之下，純提升懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在更高的旋轉(zhuǎn)速度下操作，以使拖拽最小化并且使提升最大化，因?yàn)槿缟衔乃觯诜逯低献е?，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)上的拖拽力可以減小，并且提升拖拽比率可以增加。

圖38和圖39示出了運(yùn)載工具760和760的兩個(gè)額外懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置。在圖38中，所有四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸彼此平行地對(duì)準(zhǔn)。因此，運(yùn)載工具760被配置成僅僅在向上方向和向下方向上移動(dòng)。來自STARM的凈力是沿著傾斜軸的方向。因此，不可能生成橫向力。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d圍繞質(zhì)量中心705分布。因此，可使用由懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力在順時(shí)針或逆時(shí)針方向上生成力矩?？墒褂眠@些力矩使運(yùn)載工具在方向766上旋轉(zhuǎn)。因此，運(yùn)載工具706可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置并且就地旋轉(zhuǎn)。

相比之下，在圖39中，三個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b、702c、702d取向成其傾斜軸彼此平行，并且第四懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a的傾斜軸垂直于其它三個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a位于離質(zhì)量中心705一段距離處。因此，可使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a生成橫向力，其可以在方向768a和768b上操控運(yùn)載工具770?？墒褂玫撞咳齻€(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在向上方向714a或向下方向714b上生成推進(jìn)力。

然而，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b、702c和702d、傾斜軸和力輸出通過質(zhì)量中心705。因此，在這種配置中，力臂是零。因此，這些懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)不能夠生成力矩。

圖40中示出了運(yùn)載工具780上的另一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置。在這種配置中，提供兩列，每列具有三個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。第一列包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702c和702e，第二列包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702b、702d和702f。在每個(gè)列中，頂部處的第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a和702b的傾斜軸垂直于列中的底部?jī)蓚€(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸。在這種配置中，每個(gè)列頂部處的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在方向714a和714b上提供轉(zhuǎn)向力。每個(gè)列中的底部?jī)蓚€(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以在向前方向714b或向后方向714d上生成推進(jìn)力。

在這種配置中，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a和702b輸出的力通過質(zhì)量中心705。因此，可使用這些懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞質(zhì)量中心生成力矩。然而，底部?jī)蓚€(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)離質(zhì)量中心705有一段距離。因此，可以產(chǎn)生凈力矩。力矩可以單獨(dú)用作轉(zhuǎn)向力或結(jié)合懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a和702b提供的轉(zhuǎn)向力。

在圖41中，示出了運(yùn)載工具790的又一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置。在這個(gè)實(shí)例中，四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞矩形的邊緣布置，其中每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)702a、702b、702c和702d的傾斜軸平行于矩形的鄰近邊。因此，提供兩對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(702a和702c)、(702b和702d)，其中第一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸垂直于第二對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜軸。同樣，每對(duì)中的傾斜軸彼此平行。

在這個(gè)實(shí)例中，一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(702b和702d)離運(yùn)載工具790的質(zhì)量中心705的距離比另一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(702a和702c)更近。因此，一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的力臂不同于另一對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，從兩對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩范圍可以是不同的。在各種實(shí)施例中，NGC系統(tǒng)可以被配置成在生成控制力時(shí)考慮到運(yùn)載工具的質(zhì)量中心相對(duì)于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)的位置。

接下來，描述NGC系統(tǒng)，其可以用于控制懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置以移動(dòng)磁性提升運(yùn)載工具。首先，簡(jiǎn)要論述導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制(NGC)功能中的每一個(gè)。這些功能可以并入以作為被實(shí)施為磁性提升裝置上的電路的NGC系統(tǒng)的邏輯。舉例來說，NGC系統(tǒng)可以是前面的圖中的控制器706的組件。

首先，導(dǎo)航計(jì)算你在什么位置，你相對(duì)于限定的參考系的朝向是怎樣的。舉例來說，你在什么位置可以是在車道上的你的汽車?yán)锩?，你的朝向是汽車的后備箱朝向路緣。在這個(gè)實(shí)例中，參考系是平地。

第二，引導(dǎo)包括算出要采用的路徑。具體來說，引導(dǎo)基于你的位置算出你怎樣能到達(dá)你想去的地方。引導(dǎo)出現(xiàn)在導(dǎo)航之后，因?yàn)槿绻悴恢滥阍谑裁次恢?，就很難算出走哪條路。引導(dǎo)潛在地具有非常大量的方案。但是，可以施加規(guī)則和約束以限制方案大小。

作為一實(shí)例，你知道你是在你的車道里，你的背面朝向路緣。你如何到達(dá)商店？可以施加你必須遵循預(yù)定義的道路系統(tǒng)的規(guī)則。這樣會(huì)限制你的引導(dǎo)選項(xiàng)。你還可加入關(guān)于遵守的限速和停車標(biāo)志的規(guī)則。這樣會(huì)進(jìn)一步縮小方案空間。你還可設(shè)置運(yùn)載工具限制。舉例來說，四汽缸卡羅拉可能沒有法拉利那樣的加速能力。這個(gè)觀念可應(yīng)用于可以具有不同性能特性的不同懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)配置。

當(dāng)規(guī)則與限制結(jié)合時(shí)，可以獲得限定隨時(shí)間而變的朝向、速度和加速度的引導(dǎo)方案。在引導(dǎo)空間中，可以存在施加或放松規(guī)則以實(shí)現(xiàn)期望性能的靈活性。舉例來說，根據(jù)上面的實(shí)例，當(dāng)出于某種原因試圖非?？斓氐竭_(dá)目的地時(shí)，可以選擇在某段時(shí)間忽略速度限制。

控制讓運(yùn)載工具按照引導(dǎo)方案要求其執(zhí)行的方式執(zhí)行。這意味著加速、減速、保持速度等，從而使得運(yùn)載工具按照期望緊密地遵循引導(dǎo)方案。在當(dāng)前實(shí)例中，駕駛者是控制系統(tǒng)。因此，他或她監(jiān)視速度和加速度，并且可以進(jìn)行微小調(diào)節(jié)以維持期望條件。在以上實(shí)例中，NGC系統(tǒng)可以對(duì)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜角度進(jìn)行調(diào)節(jié)以維持期望條件。

因此，導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制的組合允許磁性提升運(yùn)載工具以期望方式移動(dòng)。當(dāng)?shù)拇_有干擾進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，可能重要的是要有規(guī)律地更新導(dǎo)航、引導(dǎo)和控制方案。以此方式更新的系統(tǒng)可以形成閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)可以容許運(yùn)載工具在GNC下更精確的運(yùn)動(dòng)。

在替代實(shí)施例中，可使用開環(huán)控制器，也被稱為非反饋控制器。開環(huán)控制器是這樣一種控制器：它僅僅使用系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)及其模型來計(jì)算它對(duì)系統(tǒng)的輸入。開環(huán)控制器的一個(gè)特性是它不使用反饋來確定它的輸出是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了輸入的期望目標(biāo)。因此，所述系統(tǒng)不觀察其正在控制的進(jìn)程的輸出。

對(duì)于磁性提升運(yùn)載工具，GNC可以包括下面各項(xiàng)的組合：1)速度控制，2)導(dǎo)航點(diǎn)管理，3)加速/減速曲線(廓線)，4)速度廓線，5)自由路徑，其組合加速/減速廓線和途中速度，和6)導(dǎo)航。導(dǎo)航可以包括利用下面中的一個(gè)或多個(gè)：a)航位推算、b)室內(nèi)定位系統(tǒng)、c)回射反射體、d)紅外線、e)磁性元件、f)RFID、g)藍(lán)牙、f)超聲波和g)GPS。室內(nèi)定位系統(tǒng)(IPS)是使用無線電波、磁場(chǎng)、聲信號(hào)或適當(dāng)傳感器收集的其它感覺信息在例如磁性提升運(yùn)載工具的構(gòu)造內(nèi)部定位物體的方案。在導(dǎo)航方案中可使用對(duì)不同類型的能量敏感的各種類型的傳感器。因此，提供這些實(shí)例僅僅是出于說明的目的并且不打算是限制性的。

一種GNC方法可以包括確定加速/減速廓線(曲線、限制等)，其可以包括確定速度加速/減速廓線(曲線等)。接下來，可以創(chuàng)建路線。路線可以轉(zhuǎn)換成表面上的x和y路徑點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以添加沿途點(diǎn)。通常，起點(diǎn)和終點(diǎn)是默認(rèn)的沿途點(diǎn)。可以限定發(fā)生在沿途點(diǎn)上的事項(xiàng)(無、停止、具體速度等)。路段可以由沿途點(diǎn)限定。

接下來，可以限定每個(gè)路段的朝向(相對(duì)于速度方向、相對(duì)于固定點(diǎn)、自旋廓線等)。在限定了路段的情況下，GNC系統(tǒng)可以根據(jù)使用者限定的速度/加速度廓線和朝向來沿著每個(gè)路段操縱運(yùn)載工具。最后，可以相對(duì)于預(yù)先規(guī)劃的路線以及有規(guī)律的導(dǎo)航更新監(jiān)測(cè)運(yùn)載工具的當(dāng)前位置(x,y)。隨著運(yùn)載工具移動(dòng)，可以基于傳感器數(shù)據(jù)比較當(dāng)前位置和期望位置。接著，系統(tǒng)可以被配置成糾正誤差。

在一些實(shí)施例中，可以控制運(yùn)載工具的懸浮高度。因此，系統(tǒng)可以被配置成確定運(yùn)載工具沿著路段的高度廓線。接著，在沿著路段操縱運(yùn)載工具時(shí)，系統(tǒng)可以接收傳感器數(shù)據(jù)，其用于確定運(yùn)載工具的高度。系統(tǒng)可以被配置成比較測(cè)量到的高度與期望高度，然后糾正誤差。

接下來，論述用于控制相對(duì)于圖42、圖43和圖44描述的運(yùn)載工具的GNC系統(tǒng)的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)例中，使用無線控制器控制運(yùn)載工具。無線控制器可以響應(yīng)于使用者命令生成輸入信號(hào)。

比例-積分-微分控制器(PID控制器)是工業(yè)控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的控制環(huán)路反饋機(jī)構(gòu)(控制器)。PID控制器可以計(jì)算測(cè)量到的處理變量與期望設(shè)定點(diǎn)之間的差異作為誤差值?？刂破骺梢試L試通過使用被控變量調(diào)節(jié)處理來使誤差最小化。

運(yùn)載工具的平移運(yùn)動(dòng)控制可以使用PID控制系統(tǒng)進(jìn)行橫向加速度控制?？梢越?jīng)由無線控制器從使用者接收兩個(gè)橫向加速度輸入。這些輸入可以饋送到其自身的各個(gè)PID控制環(huán)路中，如下面在圖42中圖示的。

在控制環(huán)路內(nèi)部，可以對(duì)輸入與加速計(jì)測(cè)量到的加速度輸出反饋進(jìn)行差分運(yùn)算。所得差異就是誤差。誤差可以饋送到PID控制器中，PID控制器可以具有三個(gè)組件，即比例控制、積分控制和差分控制。

比例元件將誤差乘以比例增益K_p。積分元件計(jì)算隨時(shí)間的誤差的總和，并且將這個(gè)總和乘以積分增益K_I。差分控制對(duì)電流輸入與先前輸入進(jìn)行差分運(yùn)算，并且將這個(gè)差異乘以差分增益K_D。接著將所述比例、積分和差分要素求和并且發(fā)送到圖43的等式810中所示的混合邏輯。

來自混合邏輯的輸出被發(fā)送到工廠G。從工廠輸出所得的平移加速度。通過加速計(jì)測(cè)量運(yùn)載工具的平移加速度。這個(gè)測(cè)量到的加速度反饋回到PID控制環(huán)路的開始。

運(yùn)載工具的自旋控制可以使用PI(比例-積分)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏航速度控制，如圖44中的框圖中所示。經(jīng)由RC控制器從使用者接收偏航加速度輸入?？梢詫⑦@個(gè)偏航輸入與陀螺儀測(cè)量到的偏航輸出反饋進(jìn)行差分運(yùn)算。所得差異就是誤差。這個(gè)誤差可以反饋到PI控制器中，PI控制器具有兩個(gè)組件，即比例控制和積分控制。比例元件將誤差乘以比例增益K_p。

應(yīng)用

接下來，相對(duì)于圖45A-圖62B描述可以利用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)不同應(yīng)用。具體來說，相對(duì)于圖45A和圖45B，描述使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)和控制轉(zhuǎn)輪和/或從轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)中采集能量的應(yīng)用。相對(duì)于圖46A到圖46B，論述被配置成在轉(zhuǎn)輪上懸浮或行駛的混合動(dòng)力運(yùn)載工具。相對(duì)于圖47A和圖47B，描述使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)提供信號(hào)隔離的應(yīng)用。

相對(duì)于圖48A到圖54，描述使用被配置成沿著軌道移動(dòng)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。具體來說，論述涉及在垂直方向上移動(dòng)有效負(fù)載的應(yīng)用。

相對(duì)于圖55，論述使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)提供飛行器的啟動(dòng)輔助的應(yīng)用。相對(duì)于圖56，描述可以用于在船只上執(zhí)行工作的應(yīng)用。相對(duì)于圖57，論述使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)操控液體材料的應(yīng)用。相對(duì)于圖58到圖60C，描述利用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的列車和軌道配置。最后，相對(duì)于圖61A到圖62B，論述采用磁性提升運(yùn)載工具沉積材料(例如作為印刷處理的一部分)的應(yīng)用。

在圖45A和圖45B中，使用例如854和856的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)使轉(zhuǎn)輪850轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)輪包括內(nèi)部部分和外部部分864，內(nèi)部部分包括導(dǎo)電區(qū)862。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)輪850可以在道路上使用，并且外部部分可以由用于機(jī)動(dòng)車輪胎的材料形成。導(dǎo)電區(qū)862的形狀類似于墊圈。轉(zhuǎn)輪示出為圓形的。然而，其它形狀是可能的，并且僅僅出于所說明的目的提供實(shí)例。舉例來說，可以使用圖44和圖45中的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)使水平地安裝的矩形托盤旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)輪850耦合到輪軸860，轉(zhuǎn)輪850圍繞輪軸860旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪可以相對(duì)于表面成角度地布置，例如相對(duì)于表面垂直地或水平地布置(例如見圖46A和圖46B)。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)輪可以垂直地布置，使得它沿著表面滾動(dòng)。在一特定實(shí)施例中，輪軸可以耦合到第二轉(zhuǎn)輪。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854和866各自包括電機(jī)和STARM，例如852和868。STARM 852和868可以包括具有特定極性圖案的磁體體積。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器可以被配置成使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854圍繞第一軸線856旋轉(zhuǎn)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854當(dāng)通過電機(jī)提供動(dòng)力時(shí)，可以被配置成圍繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，第二軸線大概垂直于第一軸線856。

當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854在中間位置中操作使得STARM 852的底部平行于導(dǎo)電區(qū)862的頂表面時(shí)，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854可能不生成可以使轉(zhuǎn)輪850轉(zhuǎn)動(dòng)的推進(jìn)力。當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854通過致動(dòng)器在第一方向上圍繞第一軸線856旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以生成使轉(zhuǎn)輪850在順時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)力。當(dāng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)通過致動(dòng)器在與第一方向相反的方向上圍繞軸線856旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以生成使轉(zhuǎn)輪850在逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)的力。因此，轉(zhuǎn)輪850可以被配置成在方向858上旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)動(dòng)力供應(yīng)到使STARM 852轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)時(shí)，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)852可以生成推進(jìn)力，推進(jìn)力使轉(zhuǎn)輪850旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施例中，可以切斷到電機(jī)的動(dòng)力。接著，當(dāng)轉(zhuǎn)輪850轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它可以使STARM 852轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以使得生成動(dòng)力，例如電力。這個(gè)動(dòng)力可以存儲(chǔ)在例如電池或電容器中。隨后，可使用存儲(chǔ)到電池或電容器的能量驅(qū)動(dòng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的電機(jī)。

在圖45中，示出了懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)866，其部分地與轉(zhuǎn)輪850的導(dǎo)電襯底862重疊。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)866大于854。具體來說，STARM 868的直徑大于STARM 852的直徑。STARM 868可包括或可不包括比STARM 852大的體積的磁體。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)866在導(dǎo)電區(qū)864上的部分重疊形成力不平衡，其可以用于向轉(zhuǎn)輪850傳遞動(dòng)力。在這個(gè)實(shí)例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)866可能不傾斜以改變所傳遞的力的方向。具體而言，它可以相對(duì)于導(dǎo)電區(qū)862固定在某個(gè)角度，包括零(水平)。在一個(gè)實(shí)施例中，從STARM 868的底部到導(dǎo)電區(qū)864的頂部的距離可以是固定的。在另一實(shí)施例中，可以提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，其使懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和STARM 868的底部移動(dòng)成離導(dǎo)電區(qū)862的頂表面更近或更遠(yuǎn)。

在圖45中，可以改變STARM 868的旋轉(zhuǎn)方向以改變從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力的方向。因此，轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)方向可以改變。在一個(gè)實(shí)施例中，可以提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，其允許調(diào)節(jié)STARM 868與轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)電襯底862之間的重疊量。具體來說，所述機(jī)構(gòu)可以被配置成將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)成離輪軸860更近或離輪軸860更遠(yuǎn)。這個(gè)相互作用可以改變從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到轉(zhuǎn)輪的力的量值。

使用這些方法，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以充當(dāng)傳動(dòng)裝置，它無需接觸轉(zhuǎn)輪就能將它的一些旋轉(zhuǎn)能量傳遞到轉(zhuǎn)輪850。從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854傳遞到轉(zhuǎn)輪850的扭矩量可以根據(jù)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854相對(duì)于轉(zhuǎn)輪圍繞軸線856傾斜的程度而改變。此外，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)856或866輸出的推進(jìn)力隨著其相應(yīng)STARM的旋轉(zhuǎn)速度而變。因此，STARM的旋轉(zhuǎn)速度本身或者配合懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的傾斜可以用于控制多少扭矩被傳遞到轉(zhuǎn)輪859。

在其它實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)854和866可以受到控制以生成與轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的力，用于使轉(zhuǎn)輪850的旋轉(zhuǎn)減緩。此外，如上文所述，當(dāng)電機(jī)未被提供動(dòng)力時(shí)，作為再生制動(dòng)的一部分，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的導(dǎo)電區(qū)862與STARM之間的相互作用可以使STARM轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。可使用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)生成動(dòng)力，以便將為電機(jī)提供動(dòng)力的電池再充電，或者可以用于其它目的。通過如上文所述使用致動(dòng)器改變STARM與轉(zhuǎn)輪之間的角度，可以控制STARM與轉(zhuǎn)輪之間的相互作用的量。

如上文所述，可以調(diào)節(jié)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于轉(zhuǎn)輪850的高度以改變懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的STARM與轉(zhuǎn)輪之間的相互作用的量。STARM與導(dǎo)電襯底之間的力隨著高度變化。因此，可使用高度控制改變從STARM傳遞到導(dǎo)電襯底的力的量，或者從導(dǎo)電襯底傳遞到STARM的力的量。

作為一實(shí)例，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以耦合到致動(dòng)的杠桿臂，其允許懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)成離轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)電襯底更近和更遠(yuǎn)?？梢耘c傾斜運(yùn)動(dòng)分開實(shí)施這個(gè)運(yùn)動(dòng)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)放置在新高度時(shí)也可以傾斜。因此，STARM離導(dǎo)電襯底的距離和STARM相對(duì)于導(dǎo)電襯底的角度可以改變。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用第一致動(dòng)器將STARM移動(dòng)成離導(dǎo)電襯底更近或更遠(yuǎn)，并且可使用第二致動(dòng)器改變STARM相對(duì)于導(dǎo)電襯底的傾斜角。第一和第二致動(dòng)器可以包括控制器，其被配置成與運(yùn)載工具控制器通信。

在各種實(shí)施例中，帶有或不帶有個(gè)人電機(jī)的多個(gè)STARM可以耦合到轉(zhuǎn)輪。舉例來說，各自帶有個(gè)別電機(jī)的四個(gè)STARM可以耦合到轉(zhuǎn)輪850，使得STARM中的每一個(gè)可以生成用于使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力。四個(gè)STARM可以使用控制器單獨(dú)地控制，控制器發(fā)送控制信號(hào)到四個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)，使得每個(gè)STARM施加的扭矩在不同STARM之間是不同的。舉例來說，可以通過致動(dòng)器將四個(gè)STARM中的第一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)電區(qū)傾斜成第一角度，并且可以通過致動(dòng)器將四個(gè)STARM中的第二個(gè)相對(duì)于導(dǎo)電區(qū)傾斜成不同于第一角度的第二角度。此外，如上文所述，可以被配置成控制的控制器可以改變STARM中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)速度，以便使生成的扭矩量也改變。

接下來，相對(duì)于圖46A和圖46B描述可以懸浮在表面上方或者沿著表面滾動(dòng)的混合動(dòng)力運(yùn)載工具870。所述運(yùn)載工具包括多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，例如875a和875b。舉例來說，混合動(dòng)力運(yùn)載工具中可以利用兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)等懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各自包括電機(jī)和STARM。舉例來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)875a包括電機(jī)874a和STARM 876a。而懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)875b包括電機(jī)874b和STARM 876b。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)875a和875b耦合到支撐結(jié)構(gòu)872。支撐結(jié)構(gòu)可以支撐有效負(fù)載885。舉例來說，在機(jī)動(dòng)車之類的裝置中。有效負(fù)載885可以是乘客艙和乘客。

提供一些機(jī)構(gòu)，其允許懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞軸線878旋轉(zhuǎn)880。在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以旋轉(zhuǎn)通過90度的角度。在零度，STARM可以大概平行于導(dǎo)電襯底884。在90度，STARM垂直于表面，如圖46B中所示。

旋轉(zhuǎn)范圍不是必須在0與90之間。舉例來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成在10與30度之間或0與15度之間旋轉(zhuǎn)。此外，旋轉(zhuǎn)范圍不是對(duì)于一個(gè)運(yùn)載工具上的所有懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)都必須相同。因此，圖46A和46B圖中所示的范圍僅僅是出于說明的目的。

輪胎878放置在每個(gè)STARM 876a和876b的外緣周圍。輪胎可以由用于汽車和自行車輪胎中的例如橡膠的材料形成。在操作中，輪胎可以一直或者在一部分時(shí)間接觸襯底884。因此，由于STARM的磁體與襯底884的相互作用并且由于輪胎與襯底884之間的摩擦，可以生成推進(jìn)力。此外，可以操作懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以生成足夠的提升，使得運(yùn)載工具870開始懸浮，這時(shí)輪胎可以不再接觸襯底，并且僅通過磁性相互作用或某種其它的推進(jìn)方式(例如來自螺旋槳或噴射器的推力)就可以生成推進(jìn)力。

此外，可以在不同類型的表面上利用混合動(dòng)力運(yùn)載工具870。舉例來說，在圖46A中，運(yùn)載工具被示出是在導(dǎo)電襯底884上。當(dāng)在導(dǎo)電襯底上時(shí)，可以從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生提升和/或推進(jìn)。在圖46B中，運(yùn)載工具870在路基884上操作。在導(dǎo)電襯底上時(shí)，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的電機(jī)可以使輪胎旋轉(zhuǎn)以生成推進(jìn)。然而，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)將不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生渦電流的磁性相互作用而生成提升。

接下來，相對(duì)于圖47A和圖47B描述提供信號(hào)隔離能力的房間。在信號(hào)隔離中，可以將在空間中生成的信號(hào)(例如振動(dòng)或電磁信號(hào))與其周圍環(huán)境隔離。在圖47A和圖47B中，在周圍罩殼902內(nèi)懸浮的房間904的俯視圖和側(cè)視圖。例如906和908的磁性提升裝置被配置成將房間904升高并且防止房間的側(cè)面沖擊周圍罩殼902。當(dāng)房間用作會(huì)議空間時(shí)。例如914的家具可以放入房間中。

在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮房間與周圍罩殼之間的空間可以抽空。作為會(huì)議空間，將向房間904提供供氣源。為了容許排空，可以提供氣鎖(例如912)以作為房間的入口。房間還可以電磁隔離，例如裹在法拉弟籠中。

磁懸浮可以將在隔離空間內(nèi)生成的能量信號(hào)解耦以防漏出，并防止能量信號(hào)(例如來自空間外部的振動(dòng))穿透到隔離空間中。在一個(gè)實(shí)施例中，這種類型的系統(tǒng)可以用于安全通信。一些通信竊聽方法涉及檢測(cè)人們談話的時(shí)候發(fā)生的振動(dòng)，信號(hào)隔離可以防止這些通信滲漏出去并且被檢測(cè)到。

接下來，相對(duì)于圖48A和圖48B描述可以用于沿著軌道承載有效負(fù)載的一些裝置配置。所述軌道可以被配置成允許有效負(fù)載水平地、垂直地和以水平線與垂直線之間的角度移動(dòng)。所述軌道可以包括筆直和/或彎曲元件的組合。

在圖48A中，示出STARM 928，其中磁體沿著汽缸的側(cè)面布置。磁場(chǎng)向外延伸以與導(dǎo)電襯底924相互作用。導(dǎo)電襯底924是軌道922的一部分，軌道922包括襯底924和支撐結(jié)構(gòu)926。電機(jī)930使STARM旋轉(zhuǎn)。來自STARM中的磁體的磁場(chǎng)與襯底924的相互作用可以生成渦電流，其產(chǎn)生在表面的垂直方向以及切線方向上的力。切線力可以防止STARM 928接觸襯底。

在這個(gè)實(shí)例中，磁體的磁極可以大概垂直于形成STARM的汽缸的彎曲部分。這種方法不同于上述實(shí)例，其中磁極垂直于汽缸的平坦部分。圖46A和圖46B中的方法相比于先前描述的方法的缺點(diǎn)是，任何一個(gè)時(shí)候磁體只有一小部分靠近導(dǎo)電襯底。此外，所述部分受到曲率半徑的限制。因此，在下面的附圖中論述替代設(shè)計(jì)，其容許在任何一個(gè)時(shí)間磁體體積的更大部分放置成更接近導(dǎo)電襯底。

所述一個(gè)或多個(gè)STARM 928可以機(jī)械耦合到彼此和耦合到有效負(fù)載。在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)STARM可以生成充分的垂直力以允許有效負(fù)載垂直地抬起。在下降過程中，STARM 928可以操作以減緩有效負(fù)載的下降。

STARM 928在上面操作的軌道可以位于建筑物內(nèi)部，例如建筑物內(nèi)部或結(jié)構(gòu)外部，例如沿著建筑物的外表面。在建筑物內(nèi)部，STARM可被配置成充當(dāng)用于承載貨物和乘客的電梯。在電梯配置中，使用STARM可以消除對(duì)于傳統(tǒng)電梯使用的長(zhǎng)支撐纜線的需要。

在建筑物外部，STARM可以耦合到軌道?？墒褂肧TARM提升設(shè)備和/或人以用于進(jìn)行維護(hù)，例如清洗窗戶。此外，建筑物外部的STARM可用作緊急降落機(jī)構(gòu)的一部分。舉例來說，STARM可以包括掛鉤，其可以耦合到人穿戴的安全帶上。STARM可以被配置成無源地和/或有源地生成制動(dòng)力，其允許減緩耦合到STARM的人的降落。無源系統(tǒng)可能不需要耦合到STARM的電機(jī)。當(dāng)有效負(fù)載降落時(shí)，有源系統(tǒng)可以使用耦合到STARM的電機(jī)增加STARM產(chǎn)生的制動(dòng)力。

在圖48A和圖48B中，在STARM 928之間示出了拉緊機(jī)構(gòu)。拉緊機(jī)構(gòu)包括支承桿934、拉緊條932和致動(dòng)器936。致動(dòng)器936可以被配置成致動(dòng)拉緊條932以改變STARM 228之間的距離。

由STARM產(chǎn)生的垂直于襯底924的表面的提升力可以使STARM從襯底的表面移開。由于STARM產(chǎn)生的力可以隨STARM離襯底924的表面的距離而變，所以當(dāng)STARM從表面移開時(shí)，STARM產(chǎn)生的上升/下降力可以減小。拉緊機(jī)構(gòu)可以生成相反的力，其將STARM保持成接近表面。因此，上升/下降力不會(huì)因?yàn)镾TARM產(chǎn)生的垂直于表面的力而減小，否則這個(gè)力將使STARM從表面移開。

圖49A和圖49B示出了磁性提升系統(tǒng)940的實(shí)例?？墒褂么判蕴嵘到y(tǒng)940在水平方向上傳送有效負(fù)載。軌道948可以水平或傾斜，從而允許在水平方向上傳送有效負(fù)載并且將有效負(fù)載垂直地抬起。在不同實(shí)施例中，有效負(fù)載可以固定在包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a和942b的裝置上方，或者可以懸置在所述裝置下方。

在圖49A和圖49B的配置中，軌道948包括狹槽。包括耦合到電機(jī)944的STARM 946的第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a定位在軌道948上方。包括耦合到電機(jī)952的STARM 956的第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942b懸置在軌道948下面。第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a經(jīng)由部件958耦合到第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。

在一個(gè)實(shí)施例中，軌道948可以由連續(xù)的導(dǎo)電材料(例如銅板或鋁板)形成。在其它實(shí)施例中，軌道948可以包括絕緣體，例如夾在兩個(gè)鋁片之間的絕緣體，以形成頂部軌道和下部軌道。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣體可以是電絕緣體，其防止從STARM 946產(chǎn)生的渦電流與從STARM 956產(chǎn)生的渦電流相互作用。在另一實(shí)施例中，軌道的頂部部分和軌道的底部部分可以充分隔開，使得頂部STARM 946對(duì)軌道的底部部分的影響極小，并且底部STARM 956對(duì)軌道的頂部部分的影響極小。

在一個(gè)實(shí)施例中，軌道上方的第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a被配置成僅僅生成提升，例如使包括兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a和942b的承載運(yùn)載工具和有效負(fù)載對(duì)抗重力懸浮所需的提升。第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942b可以被配置成僅僅生成推進(jìn)力。因此，與第一STARM 946相比，第二STARM 956可以較小并且使用的磁體體積較小。

在替代實(shí)施例中，第一和第二STARM可以通過單個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，或者可使用單獨(dú)的電機(jī)為STARM中的每一個(gè)提供動(dòng)力。在替代實(shí)施例中，可使用可以致動(dòng)的單個(gè)STARM生成提升力和推進(jìn)力，并且可以不使用第二STARM。

第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942b可以被配置成圍繞軸線960旋轉(zhuǎn)962以改變STARM 946相對(duì)于軌道948的底部的朝向。可以從致動(dòng)器提供用于改變STARM 946的朝向的力。為了容許STARM 946的朝向變化，可以在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942b與部件958之間提供具有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的接點(diǎn)(未圖示)。

在操作中，可以操作懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942a以生成充分的提升以使承載運(yùn)載工具和有效負(fù)載懸浮?？梢圆僮鲬腋“l(fā)動(dòng)機(jī)942b以生成力，力推動(dòng)STARM 956離開軌道并且將承載運(yùn)載工具朝下牽拉。因此，兩個(gè)STARM 946和956可以垂直地保持在軌道948之間的中心位置。如上文所述，底部懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)942b可以耦合到致動(dòng)器，其可以使STARM 956相對(duì)于軌道的底部?jī)A斜。底部STARM可以在一個(gè)方向上傾斜以使承載運(yùn)載工具沿著軌道在特定方向(例如964)上加速，使承載運(yùn)載工具減速，以及帶動(dòng)承載運(yùn)載工具停止或使其在反方向上移動(dòng)。

在圖50中，能懸浮的承載運(yùn)載工具974示出為定位于軌道罩殼972內(nèi)部。軌道罩殼，例如9742，可以包括多個(gè)側(cè)面上的導(dǎo)電襯底。在這個(gè)實(shí)例中，軌道罩殼包括四個(gè)側(cè)面上的導(dǎo)電襯底。承載運(yùn)載工具974包括四行976a、976b、976c和976c中的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各自被配置成與罩殼972的四個(gè)側(cè)面上的導(dǎo)電襯底相互作用以在罩殼內(nèi)定位并推進(jìn)承載運(yùn)載工具。

罩殼972的橫截面978示出為具有筆直邊緣的矩形。在各種實(shí)施例中，橫截面形狀可以變化。舉例來說，可使用三角形橫截面?？偟膩碚f，可使用具有“n”條邊的多邊形，n大于三。在各種實(shí)施例中，橫截面的一條或多條邊可以是彎曲的。在一特定實(shí)施例中，可使用圓形或卵形的橫截面。橫截面不需要保持恒定并且可以沿著軌道罩殼的長(zhǎng)度變化。

在一特定實(shí)施例中，軌道罩殼的一部分可以完全封圍以允許維持大于或小于罩殼周圍的環(huán)境壓力的壓力。舉例來說，可以在罩殼中維持相對(duì)真空。在其它實(shí)施例中。罩殼可以僅僅部分地封圍承載運(yùn)載工具974。舉例來說，罩殼972的頂部可以敞開以形成凹槽。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以與罩殼相互作用的位置的數(shù)量可以變化。位置的數(shù)量可以根據(jù)橫截面形狀變化。舉例來說，對(duì)于三角形橫截面或凹槽橫截面，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)之間的相互作用可以發(fā)生在軌道的三條邊上。作為另一實(shí)例，當(dāng)使用圓形橫截面時(shí)，可以使用六個(gè)導(dǎo)電襯底條帶以允許圍繞襯底的六個(gè)位置處的相互作用。

軌道罩殼的內(nèi)側(cè)上的相互作用的位置可能不是連續(xù)的。舉例來說，在圖50中，軌道罩殼980包括切口部分980。在切口部分前面和在切口部分后面，軌道罩殼圍繞橫截面是連續(xù)的。切口部分980允許將有效負(fù)載放入承載運(yùn)載工具974的有效負(fù)載區(qū)段982中或者從有效負(fù)載區(qū)段982中移除有效負(fù)載。

在各種實(shí)施例中，承載運(yùn)載工具可以包括例如耦合到臂的托盤的機(jī)構(gòu)，臂可以延伸和縮回。在另一實(shí)施例中，承載運(yùn)載工具可以包括具有被配置成抓握有效負(fù)載的機(jī)構(gòu)的臂。所述機(jī)構(gòu)可以配置成使得其從有效負(fù)載區(qū)段982延伸和縮回到有效負(fù)載區(qū)段982中。

在操作中，有效負(fù)載可以放置在臂和托盤機(jī)構(gòu)上。當(dāng)臂延伸時(shí)，有效負(fù)載可以從有效負(fù)載區(qū)段延伸，其中可以通過另一裝置移除有效負(fù)載。此外，空的臂和托盤可以從有效負(fù)載區(qū)段中延伸通過切口區(qū)段980。接著，可以將有效負(fù)載放置在臂和托盤上。臂和托盤可以縮回，使得臂、托盤和有效負(fù)載進(jìn)入有效負(fù)載區(qū)段980。接著，可以將承載運(yùn)載工具和有效負(fù)載移動(dòng)到軌道罩殼的另一區(qū)段。

圖51A示出了垂直傳送系統(tǒng)1000，其使用兩個(gè)有槽軌道1008，類似于圖49A和圖49B中所示的有槽軌道948。四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1002a、1002b、1002c和1002d定位在兩個(gè)軌道的任一側(cè)上。四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由部件1010機(jī)械耦合到彼此并且機(jī)械耦合到有效負(fù)載1012。四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在垂直朝向上布置以用于在方向1014上爬升。

軌道1008包括任一側(cè)上的導(dǎo)電區(qū)，其可以與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相互作用。在一個(gè)實(shí)施例中，軌道可以由例如鋁形成的導(dǎo)電區(qū)形成。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各自包括電機(jī)和STARM，例如1004和1006。在這個(gè)實(shí)例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)被配置成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)。舉例來說，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1002d可以圍繞軸線1007在任一方向1005上旋轉(zhuǎn)。在替代實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)可以安裝在固定朝向上，使得其不旋轉(zhuǎn)。

在圖51A的配置中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)耦合到致動(dòng)器。致動(dòng)器可以被配置成使STARM的底部相對(duì)于軌道傾斜，從而生成上升力或下降力?？墒褂蒙仙ι叱休d運(yùn)載工具，包括四個(gè)STARM和有效負(fù)載1012。

圖51B示出了下降模式中的圖51A的配置100。在下降時(shí)，STARM，例如1006，可以傾斜以有效地生成對(duì)抗重力的制動(dòng)力。因此，有效負(fù)載可以以某個(gè)期望速度降低。在故障保護(hù)模式中，例如當(dāng)電機(jī)中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，STARM仍然可以在軌道1008的襯底部分中無源地生成渦電流。具體來說，承載運(yùn)載工具的下降1016可以使STARM在沒有來自電機(jī)的輸入的情況下旋轉(zhuǎn)。STARM的旋轉(zhuǎn)可以生成使運(yùn)載工具減慢的渦電流。此外，STARM的旋轉(zhuǎn)可以生成動(dòng)力，其可以用于給電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)或某個(gè)其它緊急系統(tǒng)提供動(dòng)力。當(dāng)然，例如摩擦制動(dòng)器的其它制動(dòng)機(jī)構(gòu)(其可以在緊急情況期間與襯底接合)也可用作故障保護(hù)制動(dòng)模式的一部分。

圖52示出替代實(shí)施例，其使用實(shí)心軌道1024a和1024b而非如圖51A和圖51B中所示的有槽軌道。在圖52中，兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(每個(gè)包括一個(gè)STARM和電機(jī))經(jīng)由結(jié)構(gòu)1010機(jī)械耦合到彼此和有效負(fù)載1012。STARM中的每一個(gè)可以包括一定體積和配置的磁體，這些磁體生成垂直于軌道1024a和1024b的頂表面的力。反作用力可以將承載運(yùn)載工具在兩個(gè)軌道之間定位在中心位置。STARM中的每一個(gè)可以致動(dòng)以生成上升力以提升承載運(yùn)載工具和有效負(fù)載，或者使承載運(yùn)載工具和有效負(fù)載在下降時(shí)減慢。

在以上實(shí)例中，旋轉(zhuǎn)STARM傾斜以在STARM的一半或STARM的另一半上生成力不平衡。根據(jù)STARM傾斜的方式，生成沿著傾斜軸起作用的凈力。這種方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是STARM可以在單個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，而由STARM產(chǎn)生的推進(jìn)力可以在量值和方向上都改變。

圖53a和圖53b示出軌道傳送系統(tǒng)1030，其包括具有STARM 1034a和電機(jī)1036a的第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和具有電機(jī)1036b和STARM 1034b的第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。第一和第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由支撐結(jié)構(gòu)1038機(jī)械耦合到彼此。

在圖53A中，兩個(gè)STARM定位成鄰近于包括兩個(gè)區(qū)段的軌道1032。所述兩個(gè)區(qū)段可以相對(duì)于彼此成角度地朝向。在圖53A和圖53B的實(shí)例中，兩個(gè)軌道區(qū)段彼此90度朝向。所述角度僅僅是出于說明的目的，因?yàn)檫@兩個(gè)部分可以以不同角度(例如45度)朝向。此外，軌道的兩個(gè)區(qū)段示出為以連續(xù)方式彼此接合。在其它實(shí)施例中，可使用兩個(gè)分開的軌道區(qū)段。

兩個(gè)軌道區(qū)段中的每一個(gè)包括一個(gè)導(dǎo)電襯底。導(dǎo)電襯底與懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的STARM相互作用。在圖53A和圖53B中，因?yàn)镾TARM的僅僅一部分定位在軌道1032上，所以形成力不平衡。具體來說，STARM 1034a和1034b中的每一個(gè)的一半定位在軌道上。在其它實(shí)施例中，STARM的不同部分(高達(dá)100％)可以定位在軌道上方，例如1/4、1/3、2/3、3/4等，并且僅僅是出于說明的目的描述1/2的實(shí)例。

此外，當(dāng)利用多個(gè)STARM時(shí)，STARM中的每一個(gè)的定位于軌道上方的部分可以對(duì)于不同STARM是不同的。舉例來說，STARM 1034a的一半可以定位成面朝軌道1032，而STARM 1034b的三分之二可以定位成面朝軌道。此外，可以提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，其允許調(diào)節(jié)STARM中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于軌道的位置。因此，STARM的面朝軌道的部分可以是可調(diào)節(jié)的。在各種實(shí)施例中，可使用所述機(jī)構(gòu)相對(duì)于軌道移動(dòng)STARM、相對(duì)于STARM移動(dòng)軌道或這些移動(dòng)的組合。

當(dāng)時(shí)第一和第二懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)打開時(shí)，STARM可以開始生成磁性拖拽。磁性拖拽僅僅作用于STARM的面朝軌道的部分。因此，形成力不平衡，其可以沿著軌道推進(jìn)STARM，因此，可以沿著軌道推進(jìn)被附接到STARM的承載運(yùn)載工具。一旦生成充分的推進(jìn)力，STARM就開始在特定方向上移動(dòng)。推進(jìn)力的量可以取決于STARM的旋轉(zhuǎn)速率、使用的磁體配置、使用的磁體體積和STARM上的磁體離軌道1032的距離。

生成的力的方向取決于STARM的旋轉(zhuǎn)方向。因此，為了改變力的方向，改變STARM的旋轉(zhuǎn)方向。為了改變力的量值，可以改動(dòng)STARM的旋轉(zhuǎn)速率。此外，可以提供一個(gè)機(jī)構(gòu)，其允許調(diào)節(jié)STARM離軌道的距離。這種方法不同于上面一種，因?yàn)閺膽腋“l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的推進(jìn)力的方向可以顛倒，而STARM在單個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。此外，可以改變由可傾斜懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力的量值，而無需改變STARM的轉(zhuǎn)速。在一些實(shí)施例中，STARM的傾斜角和轉(zhuǎn)速兩項(xiàng)、單獨(dú)一項(xiàng)或者彼此結(jié)合可以用于改變從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的推進(jìn)力的量值。

圖53A和圖53B中所示的方法相比于STARM傾斜的方法可以生成更多凈推進(jìn)力。當(dāng)STARM傾斜時(shí)，在STARM的任一側(cè)上生成反作用力。然而，在一側(cè)上比另一側(cè)上生成更多的力以形成凈力。通過不在軌道上方放置STARM的一部分，消除STARM的不在軌道上方的部分上的反作用力。因此，可以生成更多的凈推進(jìn)力。

可傾斜STARM允許中間位置，其中STARM的任一側(cè)上生成的力是平衡的，并且未生成推進(jìn)力。在圖53a和圖53b的實(shí)例中，在不同方向上旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)STARM可以生成反作用力以達(dá)到未生成推進(jìn)力的中間位置。因此，一個(gè)STARM充當(dāng)其它STARM的制動(dòng)器。在替代實(shí)施例中，可使用機(jī)械制動(dòng)器將一個(gè)或多個(gè)STARM系栓在固定位置，例如可以耦合到軌道的機(jī)械制動(dòng)器。具體來說，如圖53a和圖53b中所示的推進(jìn)STARM可以上旋，但是通過機(jī)械制動(dòng)器固持在位。當(dāng)釋放制動(dòng)器時(shí)，包括STARM的承載運(yùn)載工具可以開始移動(dòng)。

圖54示出了四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1046a、1046b、1046c和1046d，每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以圖53A和圖53B中所示的方式布置，即，其中任何一個(gè)時(shí)間STARM只有一部分面朝導(dǎo)電襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，軌道可以垂直地布置。然而，軌道還可以水平地布置或以水平與垂直之間的某個(gè)角度布置。所述四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由支撐結(jié)構(gòu)1044耦合到彼此。四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)布置成生成垂直于兩個(gè)軌道1042a和1042b的表面的反作用力，這使承載運(yùn)載工具保持在軌道之間的中心位置。

圖55示出了系統(tǒng)1050的實(shí)例，其使用磁性提升滑板1052進(jìn)行啟動(dòng)輔助。飛機(jī)，例如1056，在其具有最大有效負(fù)載時(shí)在起飛時(shí)經(jīng)受最大的翼負(fù)載。最大有效負(fù)載對(duì)于所需的翼區(qū)域、相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)要求、跑道長(zhǎng)度和發(fā)動(dòng)機(jī)大小具有很強(qiáng)的影響。如果與起飛相關(guān)聯(lián)的能量成本可以減少，則有可能在更短的跑道上啟動(dòng)、擴(kuò)展運(yùn)載工具的范圍、承載更大的有效負(fù)載、減小運(yùn)載工具的翼的大小，并且減少環(huán)境噪音，因?yàn)槟芨斓剡_(dá)到更高的海拔高度。

一種減少與起飛相關(guān)聯(lián)的能量成本的方法可以是使用磁性提升滑板1052?？墒褂么判蕴嵘逑痫w過程中輪胎在跑道上的摩擦。對(duì)于現(xiàn)有飛機(jī)，例如1056，滑板可以安裝在飛機(jī)下面。可以激活提升滑板1052以使飛機(jī)從地面上起飛。提升滑板在導(dǎo)電襯底1054上操作。

飛機(jī)1056可以使用其發(fā)動(dòng)機(jī)在跑道上提供動(dòng)力，無需克服輪胎的滾動(dòng)摩擦。在圖55中，推力輸出1060將飛機(jī)1056向前1062推進(jìn)。因此，與提升滑板未在位的情況下相比，飛機(jī)可能能夠更快地加速，達(dá)到更高的起飛速度，并且更快地達(dá)到巡航速度和海拔高度。此外，如果期望的話，滑板1052還可以用本文所述的方式生成使飛機(jī)加速的力。

接下來，相對(duì)于圖56描述誘發(fā)渦電流以生成吸引效應(yīng)的運(yùn)載工具。運(yùn)載工具1070可以包括吸子機(jī)構(gòu)1076，其將運(yùn)載工具朝運(yùn)載工具的表面牽拉。舉例來說，可使用永久磁體將運(yùn)載工具朝向鐵磁性表面(例如船殼)牽拉。在另一實(shí)施例中，如上文所述，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以配置和操作，其誘發(fā)渦電流以生成吸引力，其將運(yùn)載工具1070朝向?qū)щ姳砻?例如順磁表面或鐵磁表面)牽拉。

作為一實(shí)例，可以使用運(yùn)載工具在飛機(jī)或者具有鋁皮的其它類型的運(yùn)載工具的表面上移動(dòng)。在又另一實(shí)例中，運(yùn)載工具可在管線內(nèi)操作，其中懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在管線內(nèi)推進(jìn)運(yùn)載工具。管線可以被視為軌道罩殼，如上文相對(duì)于圖50所述。在另一個(gè)實(shí)例中，運(yùn)載工具可在管線外部操作。

運(yùn)載工具1070可以具有轉(zhuǎn)輪，例如球形輥?zhàn)?080a和1080b，其允許運(yùn)載工具沿著表面1074滾動(dòng)。可使用一個(gè)或多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)例如1072a和1072b生成推進(jìn)力，用于將運(yùn)載工具從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置(例如方向1082)。此外，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以生成某個(gè)提升，其可以用于控制輸出的凈吸引力。此外，如果需要的話，可使用提升在懸浮模式中操作。

運(yùn)載工具1070可以包括用于檢測(cè)表面的傳感器和用于執(zhí)行維護(hù)和維修的工具。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以是防水的，以允許其在水下工作。在另一實(shí)施例中，從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在表面1074中誘發(fā)的渦電流可以用于檢測(cè)表面中的裂紋和其它缺陷。為了使得能夠進(jìn)行這種類型的檢測(cè)，運(yùn)載工具可以包括探針，其從運(yùn)載工具延伸以接觸表面1074。該探針可以用于執(zhí)行兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)之間的導(dǎo)電率測(cè)量。兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的導(dǎo)電率的變化可以指示裂痕的存在。

作為一實(shí)例，在艦艇上，運(yùn)載工具1070可以包括用于從船殼上移除藤壺的工具。在另一實(shí)施例中，運(yùn)載工具1070可以包括工具，例如用于修理船殼中的裂痕的焊接工具。在又一實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以使用由STARM產(chǎn)生的渦電流檢測(cè)船殼中的裂痕或缺陷，因?yàn)榱押酆腿毕菘赡芨蓴_穿過船殼的電流。在另一實(shí)施例中，運(yùn)載工具可以包括涂料和用于給表面噴漆的噴嘴。

接下來，相對(duì)于圖57描述使用懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的流體操控的實(shí)例。鋁是在越來越多的應(yīng)用中(例如從平板計(jì)算機(jī)罩殼到飛機(jī))使用的材料。如上文所述，可以在例如鋁的非鐵磁性材料中誘發(fā)渦電流。在以上實(shí)施例中，渦電流生成磁場(chǎng)，其可以用于生成提升。在另一實(shí)施例中，生成的磁力不是提升運(yùn)載工具，而是可以用于推動(dòng)液體。在微重力環(huán)境中，磁性提升可用于將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和相關(guān)聯(lián)的運(yùn)載工具推離表面。

舉例來說，如圖57中所示，可使用一個(gè)或多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)(1096a和1096b)使液體金屬(例如液體鋁)1093到處移動(dòng)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于發(fā)出力1098，其推抵液體金屬1098，使得液體金屬被強(qiáng)迫成與模具1091相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜的幾何形狀。這種技術(shù)可以允許模制比原本可能的更復(fù)雜的形狀。

接下來，相對(duì)于圖58到圖60C描述某種列車與軌道配置。在圖58中，示出懸浮機(jī)車1100和軌道的橫截面。懸浮機(jī)車用包括垂直部分1108a和1108b以及水平部分1108b的軌道操作。示出三個(gè)水平并且垂直地對(duì)準(zhǔn)的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢岳酶鄳腋“l(fā)動(dòng)機(jī)，并且僅僅出于說明性目的提供此實(shí)例。

懸浮機(jī)車1100利用第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括第一STARM 1106a和第一電機(jī)1104a。第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)定位在軌道的水平部分1108b上方，使得STARM 1106a的底部面朝水平部分1108b的頂部。在這個(gè)實(shí)例中，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)被配置成僅僅生成提升并且不生成推進(jìn)力。在其它實(shí)施例中，第一懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成生成推進(jìn)力。

包括電機(jī)1104b和1104c和STARM 1106b和1106c的兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)示出在機(jī)車1102的任一側(cè)上。這些懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)垂直地安裝，其中每個(gè)STARM的僅僅一部分定位成鄰近于軌道。這兩個(gè)STARM被配置成生成推進(jìn)力。兩個(gè)垂直STARM 1106b和1106c各自包括一個(gè)磁體配置，其生成垂直于軌道的鄰近垂直部分1108a和1108c的力?？墒褂么怪绷C(jī)車保持在軌道上的中心位置。

在以上實(shí)例中，所述兩個(gè)垂直懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)鄰近于垂直軌道。因此，這兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)不生成抵消重力的提升。然而，兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在生成在垂直于軌道的方向上將懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)推離軌道的力的意義上生成提升。在其它實(shí)施例中，兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)和/或鄰近軌道可以以某一方式成角以生成提升力和推進(jìn)力。

兩個(gè)外部懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)在任何一個(gè)時(shí)間可以僅僅從STARM的一部分生成提升，因?yàn)樵谔囟〞r(shí)間STARM的僅僅一部分在軌道上方。因此，兩個(gè)外部STARM 1106b和1106c可能相比于完全定位在軌道上方的STARM(例如圖58中所示的水平STARM 1106a)生成提升可能沒有那么高效。

可串聯(lián)使用多個(gè)外部STARM以生成推進(jìn)力。此外，可使用具有不同配置的多個(gè)水平STARM生成提升。舉例來說，在圖58中，可以使用反方向旋轉(zhuǎn)并且并列的兩個(gè)水平地安裝的懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)生成提升，而非所示出的單個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。

在其它實(shí)施例中，軌道配置可以沿著其長(zhǎng)度在不同位置改變以生成推進(jìn)力。舉例來說，在圖59A、圖59B和圖59C中，示出三個(gè)軌道配置1110a、1110b和1110c。在圖59A、圖59B和圖59C中的每一個(gè)中，示出了耦合到兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b的車廂1112的橫截面。在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于車架1112安裝在固定位置并且不被配置成傾斜。在其它實(shí)施例中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b可以被配置成傾斜。

在加速模式1110a期間，包括部分1116a和1116b的軌道展開，使得兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b以所示的方式位于軌道上的中心位置，使得懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的STARM的僅僅一部分在軌道上方。當(dāng)以此方式定位時(shí)，生成推進(jìn)力并且車廂1112可以加速。

在如圖59B中所示的巡航環(huán)境1110b中，例如在車廂已加速到巡航速度以上之后，軌道1116a和1116b可以合并在一起以形成軌道1118。在這種配置中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b可以不再在其與軌道的相互作用中生成推進(jìn)力，但是仍然生成提升，因?yàn)椴辉俅嬖谧饔糜赟TARM的力不平衡。

在這個(gè)實(shí)例中，在達(dá)到巡航速度之后，可能無需使STARM在懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b中旋轉(zhuǎn)。STARM可以停在磁體配置因?yàn)檐壍琅c磁體配置之間的線速度而生成提升的位置。接著，運(yùn)載工具可以在這個(gè)位置中巡航。

如果懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)既旋轉(zhuǎn)又相對(duì)于表面平移并且平移速度相對(duì)于轉(zhuǎn)速很大，則可以生成推進(jìn)力。生成推進(jìn)力是因?yàn)?，在STARM的一側(cè)上，平移速度增加磁體相對(duì)于表面的凈相對(duì)速度，并且STARM的另一側(cè)上，平移速度從凈相對(duì)速度減去。因此，相對(duì)于STARM的一側(cè)，可以在STARM的另一側(cè)上形成更多提升和拖拽。力不平衡可以生成推進(jìn)力。對(duì)于配置成在表面上自由平移的運(yùn)載工具(例如上文相對(duì)于圖35-圖40所述)，控制系統(tǒng)可以被配置成致動(dòng)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)以在其平移的同時(shí)抵消這些力。

在制動(dòng)模式1110c中，軌道1120相比于軌道1118變窄。在這種配置中，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a在與加速所示相反的方向上生成力。這個(gè)力可以用于使車廂1112減慢。在以上實(shí)例中，無需改變STARM相對(duì)于軌道的旋轉(zhuǎn)方向或角度以生成推進(jìn)力。在其它實(shí)施例中，STARM的旋轉(zhuǎn)控制和/或STARM的傾斜控制可與不同軌道配置結(jié)合使用以使得能夠推進(jìn)運(yùn)載工具。

圖60A、圖60B和圖60C中示出了使用軌道配置生成推進(jìn)力的另一實(shí)例。在加速模式1120a中，軌道1120a和1120b相對(duì)于懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b中的STARM在第一方向上傾斜，以便使包括車廂1112和懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1114a和1114b的運(yùn)載工具在第一方向上加速。在巡航模式1120a中，軌道1124是水平的，并且懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)與軌道之間的相互作用不會(huì)明顯地幫助推進(jìn)。除非如上文所述，STARM正在旋轉(zhuǎn)，并且STARM的平移速度相對(duì)于旋轉(zhuǎn)速率很大。

在制動(dòng)模式1120c中，軌道1126a和1126b相比于加速模式在相反方向上傾斜。因此，運(yùn)載工具如果是在與加速模式相關(guān)聯(lián)的方向上移動(dòng)，則運(yùn)載工具減緩。同樣，在這個(gè)實(shí)施例中，STARM可以處在固定位置因此不致動(dòng)。

軌道在一個(gè)方向或另一方向上的傾斜根據(jù)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的STARM的旋轉(zhuǎn)方向生成推力或制動(dòng)。因此，在一些情況下1120a和1120C中的傾斜方向可以顛倒。作為另一實(shí)例，軌道組件可以始終在相同的方向上傾斜，但是STARM的自旋方向可以改變以產(chǎn)生制動(dòng)或加速。

在上文相對(duì)于圖59A-圖60C描述的實(shí)例中，軌道配置可以是固定的。因此，舉例來說，一旦軌道安裝好，就不能改變軌道的傾斜角。在其它實(shí)施例中，軌道可以設(shè)計(jì)成具有可變的表面特性。舉例來說，軌道區(qū)段可以設(shè)計(jì)成使得一些部分可以在不同方向上傾斜以沿著相同軌道區(qū)段提供加速或制動(dòng)特性。

在替代實(shí)施例中，可以跨越車廂利用多于兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，例如三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，或者具有多個(gè)STARM的單個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，圖59A到圖60C中的軌道圖案可以在水平方向上重復(fù)以利用多個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，圖59A和圖60C中的軌道圖案可以組合。舉例來說，當(dāng)在水平方向上使用四個(gè)STARM時(shí)，兩個(gè)軌道部分可以以圖59A的方式(加速)與兩個(gè)外部STARM對(duì)準(zhǔn)，并且兩個(gè)軌道部分可以如圖60A中所示(加速)與兩個(gè)內(nèi)部STARM對(duì)準(zhǔn)。在另一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)在水平方向上使用四個(gè)STARM時(shí)，兩個(gè)軌道部分可以以圖60A中所示的方式(加速)與兩個(gè)外部STARM對(duì)準(zhǔn)，并且兩個(gè)內(nèi)部STARM可以以圖60B中所示的方式(巡航)對(duì)準(zhǔn)。

接下來，相對(duì)于圖61A、圖61B、圖62A和圖62B描述可以用于打印或執(zhí)行其它任務(wù)的磁性提升裝置。在自由打印系統(tǒng)1140中，磁性提升裝置例如1144和1148可以在第一材料1114上懸浮并且將一個(gè)或多個(gè)第二材料1150沉積在各種位置。第一材料1144可以擱置在導(dǎo)電襯底1142上。裝置1144和1148可以包括懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)，其因?yàn)榕c導(dǎo)電襯底1142的相互作用而生成提升力和推進(jìn)力。

舉例來說，第一材料1144可以是一張紙，一種或多種第二材料1150可以是墨水。在另一個(gè)實(shí)例中，第一材料1144可以是帆布，一種或多種第二材料1150可以是各種彩色涂料。在又另一實(shí)例中，第二材料1150可以是蝕刻劑，并且第一材料1144可以是通過蝕刻劑蝕刻的材料。因此，沉積第二材料的位置可以使第二材料和第一材料在暴露于另一材料時(shí)被移除，就像半導(dǎo)體層的形成方式一樣。在又另一實(shí)例中，第二材料1150可以是聚合物，其結(jié)合到第一材料11144和本身以允許沉積多層并形成3D結(jié)構(gòu)，就像3D打印一樣。

總的來說，磁性提升裝置1146和1148可以被配置成承載和分布固體材料，例如粉末、液體材料、氣體或組合。所分布的材料可以與其放置在上面的材料結(jié)合和/或與所述材料相互作用。舉例來說，可以分布水墨，其既結(jié)合到又被吸收到例如紙之類的接收介質(zhì)中。

當(dāng)磁性提升裝置在導(dǎo)電襯底上操作時(shí)，可以生成熱。在特定位置以及懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的操作條件(例如其旋轉(zhuǎn)速率和離所述表面的距離)上的時(shí)間可能影響被傳遞到表面的熱的數(shù)量。在一特定實(shí)施例中，磁性提升裝置可以被配置成通過將其下方的表面加熱一段時(shí)間而使它已經(jīng)沉積的材料固化。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁性提升裝置可以包括溫度傳感器，其使得磁性提升裝置能夠檢測(cè)其下方的材料的溫度。這些溫度讀數(shù)可以用于控制固化處理。舉例來說，所述裝置可以停留在特定位置上，直到溫度測(cè)量指示所述表面已達(dá)到特定溫度為止，這時(shí)裝置1146和1148可以移動(dòng)到另一位置。

單個(gè)磁性提升裝置或多個(gè)磁性提升裝置可以被配置成在特定位置沉積多層材料。兩層可以被配置成以某一方式彼此相互作用。舉例來說，兩層中的材料可以被配置成混合在一起以產(chǎn)生特定色彩。作為另一實(shí)例，兩層中的材料可以被配置成例如經(jīng)由某種類型的化學(xué)反應(yīng)與另一種材料反應(yīng)。

如圖61A中所示，一個(gè)或多個(gè)磁性提升裝置可以被配置成從一個(gè)位置平移到另一個(gè)位置、就地旋轉(zhuǎn)和/或同時(shí)平移并旋轉(zhuǎn)以在各種位置沉積材料。磁性提升裝置行進(jìn)的路徑每次使用時(shí)可以改變。舉例來說，如果磁性提升裝置正在紙上的各種位置沉積黑色墨水以形成圖片，則磁性提升裝置行進(jìn)的路徑可以根據(jù)其組合物和需要黑色墨水的位置而對(duì)于圖片是不同的。所述系統(tǒng)的一個(gè)方面可以是一種程序，其基于需要沉積材料的位置確定磁性提升裝置的最佳行進(jìn)路徑。這種方法不同于傳統(tǒng)的打印系統(tǒng)，其中打印頭被限制為一行一行地穿過紙張并沿著每行按需要在各種位置沉積材料。

多個(gè)磁性提升裝置可以并行地沉積材料，其中每個(gè)磁性提升裝置可以沉積相同或不同的材料。舉例來說，第一與第二磁性提升裝置可以被配置成承載黑色涂料，其中第一磁性提升裝置從第一角開始，第二磁性提升裝置從第二角開始。第一和第二磁性提升裝置可以接著在各種位置沉積黑色涂料，使得每個(gè)裝置生成圖像的一部分。

在另一個(gè)實(shí)例中，第一磁性提升裝置可以被配置成沉積第一色彩材料，第二磁性提升裝置可以被配置成沉積第二色彩材料，第三磁性提升裝置可以被配置成沉積第三色彩材料?？梢詫?duì)于每個(gè)磁性提升裝置確定開始位置，然后每個(gè)裝置可以遵循一條路徑并且以特定圖案沉積材料。所述系統(tǒng)可以被配置成生成三條路徑，使得磁性提升裝置在其各自遵循其預(yù)定路線期間不會(huì)彼此碰撞。

不同磁性提升裝置可以被配置成在各種規(guī)模的接收介質(zhì)上沉積第一材料。舉例來說，第一系統(tǒng)可以被配置成在從書的大小到桌子或會(huì)議桌的大小的紙片上打印。在另一個(gè)實(shí)例中，第二系統(tǒng)可以被配置成打印廣告牌大小的圖像。因此，磁性提升裝置可以根據(jù)對(duì)于特定應(yīng)用需要沉積多少材料以及需要覆蓋的面積而調(diào)整成不同大小。在上面沉積材料的接收媒體可以幾乎是包括彎曲和筆直邊緣的任何形狀。因此，在圖61a中，舉例來說，示出了矩形接收材料1144和通用多邊形沉積材料1150。此外，系統(tǒng)1140可以被配置成考慮到接收介質(zhì)的不同朝向。因此，可能能夠在矩形接收介質(zhì)上打印，該接收介質(zhì)在水平表面上放置成任何朝向。

磁性提升裝置例如1146和1148可以包括用于確定其位置的機(jī)構(gòu)。舉例來說，定位系統(tǒng)可以包括放置在已知位置的無線電發(fā)射器和每個(gè)磁性提升裝置上的無線電接收器。在圖61A中，示出了四個(gè)無線電發(fā)射器1152。磁性提升裝置可以從每個(gè)發(fā)射器接收無線電信號(hào)，然后使用三角測(cè)量法確定其位置。如先前所描述，這個(gè)信息可以用作GNC系統(tǒng)的一部分。

接收從磁性提升裝置沉積的材料的接收介質(zhì)可以相對(duì)于無線電發(fā)射器定位，使得來自磁性提升裝置的材料沉積在期望位置中。使用位置數(shù)據(jù)，可以對(duì)于磁性提升裝置生成開始位置和要遵循的路徑，其中沿著期望路徑在特定時(shí)間磁性提升裝置的精確位置可能是已知的。

可以利用其它定位機(jī)構(gòu)。舉例來說，接收介質(zhì)可以標(biāo)記有具有唯一識(shí)別符的網(wǎng)格，其中磁性提升裝置上的光學(xué)傳感器被配置成檢測(cè)唯一識(shí)別符。接著，磁性提升裝置上的邏輯裝置或者與磁性提升裝置通信的遠(yuǎn)程裝置可以被配置成基于所檢測(cè)的數(shù)據(jù)確定其位置并隨時(shí)間對(duì)磁性提升裝置的位置進(jìn)行校正。

在一個(gè)實(shí)施例中，定位系統(tǒng)可以是便攜式并且能自校準(zhǔn)。舉例來說，在涉及大面積的應(yīng)用中，可以放置定位信標(biāo)，然后系統(tǒng)可以被配置成相對(duì)于信標(biāo)校準(zhǔn)其位置。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器可以放置在接收介質(zhì)上，或者可使用例如相機(jī)的傳感器來檢測(cè)接收介質(zhì)的位置，從而使得可以檢驗(yàn)接收介質(zhì)相對(duì)于位置信標(biāo)或其它定位傳感器的位置。

圖61B示出了磁性提升裝置1148的底面。磁性提升裝置1148包括靠近旋轉(zhuǎn)軸1158定位的第一材料發(fā)射體1156a和離旋轉(zhuǎn)軸有一段徑向距離的第二材料發(fā)射體1156b。如果運(yùn)載工具可以同時(shí)平移和旋轉(zhuǎn)，則第一材料發(fā)射體1156a可以在第一位置沉積材料，同時(shí)運(yùn)載工具旋轉(zhuǎn)以允許第二材料發(fā)射體1156b在第一位置上的中心的弧形中沉積材料。

總的來說，磁性提升裝置例如1146a和1146b可以包括：用于生成提升的機(jī)構(gòu)(例如轉(zhuǎn)子和電機(jī))、外部電源或內(nèi)部電源的電力接口、材料儲(chǔ)集器、用于施配材料的機(jī)構(gòu)、用于檢測(cè)磁性提升裝置當(dāng)前位置的一個(gè)或多個(gè)傳感器、用于經(jīng)由某種類型的推進(jìn)系統(tǒng)控制磁性提升裝置的平移位置和/或旋轉(zhuǎn)朝向的控制系統(tǒng)、以及推進(jìn)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，磁性提升裝置上的旋轉(zhuǎn)元件可以被配置成以某一方式傾斜以用作推進(jìn)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，如上所述，磁性提升裝置可以具有四個(gè)這樣的旋轉(zhuǎn)元件。

在圖62A中，示出了系統(tǒng)1160，其包括第一材料1168，即，放置在導(dǎo)電襯底1170上的接收介質(zhì)。在1160中，磁性提升裝置1162使用導(dǎo)電襯底1170生成磁性提升。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電襯底1170可以是金屬桌面，其中第一材料放置在金屬桌面上。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)電襯底1170和第一材料1168無須彼此接觸。舉例來說，木頭表面(例如桌子上的木頭表面)可以具有木頭表面下面的導(dǎo)電襯底1170。第一材料可以接著放置在木頭桌子上，然后磁性提升裝置可以懸浮在其上面，并且使用金屬襯底在各種位置沉積材料以生成提升。作為一實(shí)例，一張紙或者多張紙可以放置在桌子上，然后磁性提升裝置可以操作以在紙上打印圖像。

在另一實(shí)施例中，第一材料1168和襯底1170可以彼此合并。舉例來說，第一材料1168可以結(jié)合到柔性導(dǎo)電襯底1170。可以生成合并材料的大型薄片，然后布置在水平表面上，以便形成大型橫幅。接著，磁性提升裝置1162可以操作以在合并上形成圖像，例如橫幅上的圖像。隨后可以顯示橫幅。

可以通過覆蓋第一圖像而在橫幅上繪制新圖像，或者可以回收合并材料重復(fù)使用。在另一實(shí)施例中，可以加熱合并材料以在特定位置移除其全部或一部分。因此，可通過移除第一材料1168以暴露下伏襯底1170，借此形成圖像。

在一個(gè)實(shí)施例中，懸浮高度1164可以改變以影響如何從磁性提升裝置分散材料。舉例來說，如果磁性提升裝置被配置成在圓形區(qū)域上沉積材料，則懸浮高度可以改變以增加或減小沉積材料的圓的面積。因此，在磁性提升裝置1162沿著其路徑行進(jìn)時(shí)，懸浮高度1164和圓形面積大小在不同位置上可以是不同的。

在另一個(gè)實(shí)例中，懸浮高度可以改變以沉積多層以生成3D結(jié)構(gòu)。舉例來說，可以生成3D地形圖。3D結(jié)構(gòu)的最大高度可以取決于磁性提升裝置的最大懸浮高度。

在各種實(shí)施例中，接收材料無須是平坦的。舉例來說，在系統(tǒng)1180中，如圖62B中所示，接收材料1188具有溝槽1186，其中磁性提升裝置1182將材料沉積到溝槽中。磁性提升裝置經(jīng)由其與襯底1190的相互作用生成提升。

在一個(gè)實(shí)施例中，沉積的材料可以具有磁特性，并且磁性提升裝置可以包括磁場(chǎng)生成器，例如1184，其被配置成與材料相互作用。磁場(chǎng)生成器可以是可控制的，并且可以集成到用于生成磁性提升或推進(jìn)的元件中，或者與所述元件分開。當(dāng)分開時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)可以是可分開控制的。

使用磁場(chǎng)生成器，可以以某一方式操控所沉積的材料。舉例來說，可以使用磁場(chǎng)生成器生成將沉積材料推動(dòng)到溝槽中的力，如圖62B中所示。在另一個(gè)實(shí)例中，可使用磁場(chǎng)生成器在其飛行的同時(shí)更改沉積的材料的方向，以控制其著陸的位置和/或其著陸的形狀。

在一個(gè)實(shí)施例中，沉積材料可以具有鐵磁性、反磁性或順磁性。舉例來說，如上文所述，沉積材料可以是墨水。接收介質(zhì)1188可以是沉積材料能滲透的，或者可以是沉積材料不能滲透的。因此，根據(jù)表面對(duì)于沉積材料的滲透性，可以使用磁場(chǎng)生成器沿著表面推動(dòng)材料，或者將材料推動(dòng)到表面中。舉例來說，可使用磁場(chǎng)生成器將墨水推動(dòng)到紙中，或者沿著表面推動(dòng)材料，直到材料被限制于特定位置為止。

磁場(chǎng)生成器1184可以位于沉積材料上方，即，因?yàn)榇艌?chǎng)生成器耦合到懸浮裝置1182。然而，磁場(chǎng)生成器還可以位于沉積材料下方，例如安裝在桌子下方。在此實(shí)例中，可使用磁場(chǎng)生成器操控沉積材料，例如朝向表面牽拉到裂痕或其它特征中，或者沿著表面移動(dòng)沉積材料。如果導(dǎo)電襯底是鐵磁性的，則當(dāng)暴露于磁性提升裝置的磁體時(shí)，可以在襯底中生成吸引力。吸引力可以將具有磁特性的沉積材料朝向接收介質(zhì)的表面牽拉并且牽拉到接收介質(zhì)的表面中。吸引力還可將磁性提升裝置朝向接收介質(zhì)的表面牽拉，其被渦電流引起的排斥力平衡。

可以提供其它機(jī)構(gòu)，其影響接收介質(zhì)或沉積于接收介質(zhì)上的材料。舉例來說，可以在磁性提升裝置上提供切割機(jī)構(gòu)，例如鋒利的刀片、激光切割機(jī)或火焰切割機(jī)，其切割接收介質(zhì)和/或任何沉積材料。在另一個(gè)實(shí)例中，可以提供冷卻或加熱機(jī)構(gòu)，其冷卻或固化放置在接收機(jī)構(gòu)上的材料。舉例來說，使用導(dǎo)電襯底中的從磁性提升裝置產(chǎn)生的電感加熱，有可能固化材料或在襯底上方的兩種材料之間形成熱激活結(jié)合。

切割能力可以用于其它應(yīng)用。舉例來說，可使用磁性提升裝置切割用于進(jìn)行大型航行的材料。在另外其它實(shí)例中，可以使用磁性提升裝置切割船只上的金屬，以便拆卸船只或者維修船只。

磁體配置和性能比較

在這個(gè)部分中，相對(duì)于圖63-圖117描述STARM中可以使用的各種磁體配置。在描述磁體配置之前，論述一些術(shù)語。通常，通過將磁體放入外部磁場(chǎng)中，形成永久磁體。外部磁場(chǎng)的方向相對(duì)于正在被磁化的永久磁體的幾何形狀處在某種朝向。永久磁體磁化時(shí)外部磁場(chǎng)相對(duì)于永久磁體的幾何形狀的方向決定了永久磁體的磁極，其中北極和南極描述磁體的極性方向。

在下面的實(shí)例中，STARM將具有旋轉(zhuǎn)軸。第一群組的磁體可以被稱作“磁極”。磁極可以具有大概平行于STARM的旋轉(zhuǎn)軸的極性方向。雖然，在一些實(shí)施例中，磁體可以固定在STARM中，使得磁體的極性方向與STARM的旋轉(zhuǎn)軸之間存在一個(gè)角度。此外，如上文所述，可以提供機(jī)構(gòu)，其允許在STARM上動(dòng)態(tài)地改變永久磁體的朝向。

第二群組的磁體可以被稱作“導(dǎo)件”。導(dǎo)件可以固定在STARM中，使得導(dǎo)件的極性方向與旋轉(zhuǎn)軸之間的角度大概是90度。然而，導(dǎo)件磁體與旋轉(zhuǎn)軸之間的角度還可以從90度偏移一定的量。當(dāng)磁極磁體以交替的極性方向固定在STARM中時(shí)，從一個(gè)磁極磁體的北極發(fā)出的磁場(chǎng)線可以彎過來并進(jìn)入鄰近磁極磁體的南極中，并且從一個(gè)磁極磁體的南極發(fā)出的磁場(chǎng)線可以彎過來并且進(jìn)入鄰近磁體的北極中。通常，導(dǎo)件磁體可以放置在磁極之間?！皩?dǎo)件”磁體可以引導(dǎo)在磁極磁體之間行進(jìn)的磁場(chǎng)的路徑。

磁極磁體與導(dǎo)件磁體的組合可以固定在STARM中以形成極性區(qū)域的配置。在STARM上，這種配置可以稱為極性布置圖案。在下面的一些實(shí)例中，STARM的極性布置圖案可以由重復(fù)的第一極性布置圖案形成。舉例來說，極性布置圖案可以由重復(fù)二、三、四、五次等的第一極性布置圖案形成。在其它實(shí)施例中，STARM的極性布置圖案可以由第一極性布置圖案和第二極性布置圖案形成，其中第一極性布置圖案或第二極性布置圖案重復(fù)一次或多次。

極性布置圖案中的極性區(qū)域可以具有共同的極性方向。極性區(qū)域可以由在與極性區(qū)域相關(guān)聯(lián)的共同方向中極化的一個(gè)或多個(gè)磁體形成。在之后的實(shí)例中，描述例如一立方英寸磁體的單個(gè)磁體形成極性區(qū)域。然而，可使用大小更小的多個(gè)磁體形成極性區(qū)域。舉例來說，一立方英寸的極性區(qū)域可以由全部布置成相同方向的八個(gè)二分之一立方英寸的磁體或十六個(gè)四分之一立方英寸的磁體形成。因此，提供下面的實(shí)例僅僅是出于說明的目的并且不打算是限制性的。

使用永久磁體在STARM上生成的整體極性布置圖案可以形成具有特定形狀和磁場(chǎng)線密度的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)本質(zhì)上是三維的并且可以是非常復(fù)雜的。不同位置處的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以取決于磁體的體積分布及其相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度。

當(dāng)電流移動(dòng)通過導(dǎo)線時(shí)生成磁場(chǎng)。舉例來說，穿過導(dǎo)線線圈的電流生成磁場(chǎng)，其近似于條形磁體。以此方式構(gòu)造的磁體通常被稱作“電磁體”。在各種實(shí)施例中，通過使用導(dǎo)線布置并且使電流穿過導(dǎo)線，可以近似來自永久磁體布置的磁場(chǎng)形狀和磁場(chǎng)線密度。因此，僅僅是出于說明的目的提供永久磁體的實(shí)例并且并不希望是限制性的。

STARM可以具有頂面和底面。當(dāng)生成渦電流時(shí)，底面可以面朝導(dǎo)電襯底，其中STARM的旋轉(zhuǎn)誘發(fā)渦電流。通常，當(dāng)使用永久磁體時(shí)，永久磁體可以具有至少一個(gè)平坦表面。舉例來說，立方體磁體具有六個(gè)平坦表面，而圓柱形磁體具有兩個(gè)平坦表面，其通過曲面接合。在一些實(shí)施例中，STARM上的永久磁體中的每一個(gè)上的至少一個(gè)平坦表面可以固定在共同平面上。共同平面可以駐留在接近STARM的底面的位置。

在替代實(shí)施例中，STARM可以彎曲或成角。舉例來說，STARM可以是凸出或凹入形狀和/或包括其它彎曲部分。STARM的磁體的底部可以布置成遵循STARM的底表面，其包括彎曲表面。磁體可以具有平坦的底部，例如立方體磁體。然而，在其它實(shí)施例中，磁體可以形成為彎曲形狀以有助于貼合STARM的彎曲部分。

作為一實(shí)例，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)可以被配置成在管線或凹槽內(nèi)操作，其中管線的內(nèi)表面包括導(dǎo)電襯底。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的STARM可以是碗形的，并且STARM上的磁體的底部可以布置成遵循碗形的外表面。當(dāng)STARM放置在曲面的旁邊時(shí)，相比于磁體布置在共同平面中的情況(例如沿著平坦圓盤的底部)，STARM上的更大比例的磁體可以更接近管線的內(nèi)表面。

接下來描述一些磁體和STARM配置。圖63示出了STARM 1200。STARM 1200的外徑為10英寸。20個(gè)一立方英寸的磁體圍繞圓的圓周布置。具體來說，20個(gè)一立方英寸的磁體中的每一個(gè)的一個(gè)內(nèi)部徑向邊大概與3.75英寸半徑的圓成切線。

內(nèi)部徑向距離提供每個(gè)磁體之間的小空隙。磁體之間的空隙隨著徑向距離的增加而增加。最小內(nèi)部徑向距離允許磁體大概彼此接觸。內(nèi)部徑向距離可以增加，對(duì)于相同數(shù)量的磁體，這使磁體之間的最小空隙增加。

在磁體的外部徑向邊緣與STARM的外徑1202之間提供大約.25英寸厚的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，STARM的中心可以包括多個(gè)安裝點(diǎn)，例如1204。安裝點(diǎn)可以用于將STARM 1200固定到可旋轉(zhuǎn)部件，例如從電機(jī)延伸的可旋轉(zhuǎn)部件。

STARM的極性布置圖案包括10個(gè)磁極磁體和10個(gè)導(dǎo)件磁體。極性布置圖案由第一極性布置圖案形成，例如磁體1206、1208、1210和1212。在這個(gè)實(shí)例中，第一極性布置圖案重復(fù)四次。在其它實(shí)施例中，第一極性布置圖案可以在STARM上使用一次，或者可以重復(fù)兩次、三次、四次等。此外，可以提供多于一個(gè)磁體環(huán)，其利用第一極性圖案。舉例來說，第一極性圖案可以在內(nèi)環(huán)中重復(fù)兩次，然后在外環(huán)中重復(fù)四次，如圖63中所示。

在以上實(shí)例中，每個(gè)磁極和導(dǎo)件磁體的體積是相同的。在其它實(shí)施例中，磁極磁體和導(dǎo)件磁體的體積對(duì)于不同磁體可以是不同的，同時(shí)仍然維持整體極性布置圖案。舉例來說，磁極磁體的體積可以是導(dǎo)件磁體的體積的一半。在另一個(gè)實(shí)例中，磁極磁體的體積可以是導(dǎo)件磁體的體積的兩倍。

磁極和導(dǎo)件磁體的形狀是立方體，每個(gè)磁體的體積是一立方英寸。在其它實(shí)施例中，可以保持每個(gè)極性區(qū)域的體積，但是可使用不同形狀。在另外其它實(shí)施例中，可以保持極性布置圖案，但是可以對(duì)于每個(gè)極性區(qū)域使用不同的體積大小。舉例來說，可使用單個(gè)立方體磁體(具有.125英寸、.25英寸、.5英寸、.75英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸或更大的邊)以提供每個(gè)極性區(qū)域。

當(dāng)使用20個(gè)更小的立方體磁體時(shí)，有可能圍繞更小半徑的圓布置這些磁體。當(dāng)使用20個(gè)更大的立方體磁體時(shí)，需要更大半徑的圓。當(dāng)?shù)谝粯O性布置圖案重復(fù)更多次并且磁體大小與圖63中相同時(shí)，需要更大半徑的STARM。當(dāng)?shù)谝粯O性布置圖案重復(fù)更少次并且磁體大小相同時(shí)，可使用更小半徑的STARM。然而，磁體還可以圍繞相同半徑布置但是磁體之間的空隙更大。

在圖63中，形成極性布置圖案的磁極和導(dǎo)件磁體圍繞圓布置。在其它實(shí)施例中，磁體可以圍繞其它形狀布置，例如正方形或橢圓形。相對(duì)于下面各圖描述使用第一極性布置圖案但是圍繞不同形狀布置磁體的一些實(shí)例。

在圖63中，20個(gè)磁體的底部布置在一個(gè)平面中，這個(gè)平面靠近STARM 1200的底部。磁體的底部的面積大概是20立方英寸，磁體的體積大概是20立方英寸。在各種實(shí)施例中，最靠近STARM 1200的底部的磁體的底部的面積除以體積^2/3大于或等于一，即，面積/體積^2/3≥1。

對(duì)于STARM 1200，面積/體積^2/3等于大約2.71。在其它實(shí)施例中，這個(gè)比率可以大于或等于二。在另外其它實(shí)施例中，所述比率可以大于或等于三。在另外的實(shí)施例中，這個(gè)比率可以大于或等于四。在另外其它實(shí)施例中，這個(gè)比率可以大于或等于五。

在圖64中，示出STARM 1200固定在具有頂部零件1214和底部零件1216的罩殼中。罩殼由多個(gè)所述層形成。在這個(gè)實(shí)例中，使用鋁層和聚碳酸酯塑料層，其中層1214和1216由鋁形成。其它材料是可能的，并且提供這些材料僅僅是出于說明的目的。

在一個(gè)實(shí)施例中，STARM 1200的中心區(qū)域可以提供足夠大的空間，使得電機(jī)可以配合在這個(gè)區(qū)域中。在其它實(shí)施例中，電機(jī)可以安裝在頂面1214上方，使得磁體的頂面在電機(jī)下方。在另外其它實(shí)施例中，電機(jī)可以安裝到STARM 1200的側(cè)面，并且可以提供傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如包括皮帶和齒輪的機(jī)構(gòu)，以傳遞用于轉(zhuǎn)動(dòng)STARM 1200的扭矩。如果STARM 1200是碗形的，則電機(jī)可部分地或全部配合在碗的頂部唇緣下方。

在圖64中，實(shí)驗(yàn)上建構(gòu)和測(cè)試模型。此外，使用Ansys Maxwell模擬結(jié)果。圖83中示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果的比較。還模擬了多種其它設(shè)計(jì)。相對(duì)于圖65-圖76描述這些設(shè)計(jì)。此外，在圖85和圖86中將數(shù)值結(jié)果相互比較。最后，數(shù)值結(jié)果預(yù)測(cè)從旋轉(zhuǎn)STARM誘發(fā)的渦電流圖案。圖77到圖82中示出用于多種不同設(shè)計(jì)的這些渦電流圖案的一些實(shí)例。

圖65中是圖63中的設(shè)計(jì)1200的變化1230。在1230中，磁體數(shù)量是20個(gè)，磁體體積是20立方英寸。與設(shè)計(jì)1200相比，這多個(gè)磁體圍繞更大的圓布置。具體來說，圓的半徑是4.25英寸而不是3.75英寸。增加的圓半徑得到鄰近磁體之間的更大間隔。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)1230配置在外徑為十一英寸的STARM中。圖86中示出了此設(shè)計(jì)的提升的數(shù)值預(yù)測(cè)。

圖66中示出了設(shè)計(jì)1200的第二變化1240。在1240中，磁體數(shù)量是20個(gè)，磁體體積是20立方英寸。然而，使用具有一半高度的磁體。磁體是2英寸乘以1英寸乘以1/2英寸(L x W x H)。磁體用與圖63中所示的相同的開始位置布置。然而，磁體中的每一個(gè)徑向向外延伸額外一英寸。為了適應(yīng)磁體的額外徑向長(zhǎng)度，可以增加STARM的徑向距離。圖86中示出了此設(shè)計(jì)的提升的數(shù)值預(yù)測(cè)。

磁體的底面積是40立方英寸。面積除以總體積^2/3大約是5.43。在替代實(shí)施例中，在維持恒定體積的同時(shí)，可以通過降低磁體高度并延伸其徑向長(zhǎng)度而增加這個(gè)比率。舉例來說，在圖66中，磁體的高度可以降低成1/3英寸，長(zhǎng)度可以徑向延伸到三英寸。對(duì)此設(shè)計(jì)，磁體的底面積是六十平方英寸并且面積除以總體積^2/3大約是8.14。

在1240中，示出每個(gè)磁體之間的空隙1242。在一個(gè)實(shí)施例中，例如三角形磁體1244的磁體可以插入在空隙中。在一個(gè)實(shí)施例中，空隙磁體的極性可選擇成與鄰近導(dǎo)件磁體或磁極磁體的極性匹配。舉例來說，可以對(duì)于所有空隙磁體選擇鄰近導(dǎo)件磁體的極性，或者可以對(duì)于所有空隙磁體選擇鄰近磁極磁體的極性。在另一實(shí)施例中，可以將兩個(gè)三角形磁體放入空隙中，其中一個(gè)磁體的極性與鄰近磁極磁體匹配，另一個(gè)磁體的極性與鄰近導(dǎo)件磁體匹配。在又一實(shí)施例中，20個(gè)磁體可以具有定制的形狀，使得磁體以極小空隙配合在一起。

在圖67中，示出具有多個(gè)不同極性布置圖案的不同磁體布置1250。在1250中，提供20個(gè)一立方英寸的磁體，例如1252，其跨越STARM的旋轉(zhuǎn)軸。20個(gè)磁體布置成二乘十陣列。磁體布置成誘發(fā)兩個(gè)大渦電流。兩個(gè)誘發(fā)的渦電流總體上朝向旋轉(zhuǎn)軸朝內(nèi)延伸，旋轉(zhuǎn)軸處于圓的中心。

示出了四個(gè)不同的極性布置圖案1254、1256、1258和1260，其產(chǎn)生兩個(gè)渦電流圖案。對(duì)于所模擬的條件，圖案1254生成最多提升。然而，對(duì)于其它圖案預(yù)測(cè)相當(dāng)大的提升。圖案1258據(jù)預(yù)測(cè)生成最少量的提升。

在一個(gè)實(shí)施例中，將鐵氧體頂部添加到設(shè)計(jì)并且模擬鐵氧體頂部?？偟膩碚f，可以利用具有高磁導(dǎo)率的材料。先前已經(jīng)描述了這些材料的一些實(shí)例。數(shù)值模擬預(yù)測(cè)當(dāng)將鐵氧體頂部加入設(shè)計(jì)1250時(shí)提升增加。

在另一實(shí)施例中，可以在旋轉(zhuǎn)軸上方引入間隙。這個(gè)間隙可以容許旋轉(zhuǎn)部件附接到STARM。圖78中示出了對(duì)此設(shè)計(jì)(中心有間隔)預(yù)測(cè)的渦電流圖案，圖85中示出了對(duì)此設(shè)計(jì)的提升的預(yù)測(cè)。圖78中的預(yù)測(cè)的渦電流圖案類似于設(shè)計(jì)1250的渦電流圖案。

在以上實(shí)例中，無須采用一立方英寸磁體。舉例來說，可使用三個(gè)磁體形成極性布置圖案1254，其中末端的第一和第二磁體是三英寸乘以兩英寸乘以一英寸，并且中心的第三磁體是四英寸乘以兩英寸乘以一英寸。當(dāng)使用較少磁體時(shí)，組裝過程可以簡(jiǎn)化。

在圖67中，導(dǎo)件磁體到磁極磁體的總體積從三分之一(圖案1254和1258)變成1.5(圖案1256和1262)。導(dǎo)引磁體與磁極磁體的體積比率可以在這個(gè)范圍之外改變，以優(yōu)化對(duì)于特定的磁體體積和極性布置圖案生成的提升。在這個(gè)實(shí)例中，磁體底部的面積是20英寸，體積是20英寸。類似于先前相對(duì)于圖66描述的設(shè)計(jì)，磁體底部的面積可以增加，同時(shí)通過減小磁體高度并使其在更大的面積上擴(kuò)散而使體積保持不變。

圖68中示出了設(shè)計(jì)1250的替代1280。磁體體積在不同設(shè)計(jì)之間保持不變。此外，導(dǎo)件磁體與磁極磁體的比率與極性布置圖案1254相同，即百分之四十。然而，設(shè)計(jì)從圓心中的旋轉(zhuǎn)軸延伸的距離減少。

在設(shè)計(jì)1280中，相比于圖67中的設(shè)計(jì)1250，磁體從旋轉(zhuǎn)軸延伸大約四英寸。此外，每行的磁體數(shù)量不再恒定。磁體從中心線延伸的最大距離的減少可以允許在更小半徑的STARM上形成設(shè)計(jì)。數(shù)值模擬對(duì)于設(shè)計(jì)1250和1280預(yù)測(cè)類似數(shù)量的提升。

圖69中示出了設(shè)計(jì)1250和1280的又一替代方案，行數(shù)減少為五。五行使得磁體能夠配合在大概三英寸半徑的圓中。20英寸面積的圓的半徑為2.52英寸，這是可使用的最小半徑。因此，設(shè)計(jì)1290趨近這個(gè)限制，同時(shí)采用矩形磁體。

對(duì)于設(shè)計(jì)1290使用極性布置圖案1292。使用兩個(gè)磁極和單個(gè)導(dǎo)件磁體極性。導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是1.86。圖79中示出了設(shè)計(jì)1290的渦電流圖案的預(yù)測(cè)，圖86中示出了提升的預(yù)測(cè)。

圖70中示出了設(shè)計(jì)1250、1280和1290的又一替代方案1300。在設(shè)計(jì)1300中，使用五英寸乘以四英寸陣列的磁體。采用極性布置圖案1302。導(dǎo)件磁體體積與提升磁體體積的比率大約是1.5。對(duì)于設(shè)計(jì)1300預(yù)測(cè)的提升和渦電流圖案類似于設(shè)計(jì)1290。

在圖69和圖70中，在一個(gè)實(shí)施例中，可以靠近旋轉(zhuǎn)軸提供磁體配置中的小間隙，以允許旋轉(zhuǎn)部件延伸穿過間隙并附接到STARM的結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，可以提供一個(gè)結(jié)構(gòu)，其在磁體的頂部和側(cè)面上延伸，并且旋轉(zhuǎn)部件可以固定到這個(gè)結(jié)構(gòu)。

在圖70中，使用三行導(dǎo)件磁體和兩行磁極磁體。在圖71中的設(shè)計(jì)1310中，使用四行導(dǎo)件磁體并且使用兩行磁極磁體。磁極磁體行中的磁體的體積不同于導(dǎo)件磁體行中的磁體的體積(四立方英寸相比三立方英寸)。相比于圖70中示出的設(shè)計(jì)1300，額外磁體行的添加并未明顯影響對(duì)于設(shè)計(jì)1310的提升預(yù)測(cè)。

圖72中示出另一磁體配置1320。同樣，示出20個(gè)一立方英寸磁體。磁體布置成四個(gè)叢集，1330、1332、1334和1336，每個(gè)叢集具有五立方英寸的磁體。每個(gè)叢集包括磁極磁體和導(dǎo)件磁體。

作為一實(shí)例，叢集1330包括具有三立方英寸磁體的磁極區(qū)段1324。磁極區(qū)段中的磁體沿著徑向行布置。磁極區(qū)段1324朝向?yàn)橹赶蝽撁鎯?nèi)。兩個(gè)導(dǎo)件磁體1322a和1322b指向磁極中心。導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是2/3。

叢集1332包括磁極區(qū)段1328。磁極區(qū)段包括從旋轉(zhuǎn)軸1338沿著徑向行對(duì)準(zhǔn)的三個(gè)一立方英寸磁體。磁極區(qū)段1328中的磁體極性是從頁面出來，即，空心圓表示北極，內(nèi)部帶有“X”的圓表示南極。提供兩個(gè)導(dǎo)件磁體1326a和1326b。導(dǎo)件磁體的極性是離開磁極區(qū)段1328。

叢集1330和1332提供極性布置圖案。這個(gè)圖案用叢集1334和1336重復(fù)。在各種實(shí)施例中，STARM可以僅僅用叢集1330和1332形成，或者極性布置圖案可以重復(fù)一次、兩次、三次、四次等。圖80中呈現(xiàn)了對(duì)于設(shè)計(jì)1320的渦電流的預(yù)測(cè)，圖86中呈現(xiàn)對(duì)于所述設(shè)計(jì)的提升的預(yù)測(cè)。

在各種實(shí)施例中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率可以改變。此外，每個(gè)個(gè)別叢集可以旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度。舉例來說，磁極區(qū)段可以垂直于來自旋轉(zhuǎn)軸1338的徑向行對(duì)準(zhǔn)。此外，每個(gè)叢集中的磁體的體積可以改變。并且，磁體離旋轉(zhuǎn)1338的中軸線的徑向距離可以改變。

此外，磁極區(qū)段例如1324和1328的形狀可以改變。舉例來說，磁極區(qū)段1324和1328可以形成為體積為三立方英寸的單個(gè)圓柱形磁體，例如一英寸高的半徑大約.98英寸的圓柱體，或者1/2英寸高的半徑大約1.38英寸的圓柱體。在設(shè)計(jì)1320的實(shí)例中，每個(gè)叢集中的導(dǎo)件磁體沿著行布置。在其它實(shí)施例中，導(dǎo)件磁體無須沿著行布置。導(dǎo)件磁體的形狀也可以改變。

圖73中示出設(shè)計(jì)1320的變化1340。在1340中，叢集例如1344和1346相比于設(shè)計(jì)1320旋轉(zhuǎn)90度，使得每個(gè)叢集中的磁極區(qū)段垂直于來自旋轉(zhuǎn)軸1338的徑向行布置。此外，叢集之間的距離(例如叢集1344和1346之間的距離1342a或距離1342b)可以改變。

在圖72中的設(shè)計(jì)1320中，距離是相等的。在這個(gè)實(shí)例中，距離1342a小于距離1342b。模擬指示將鄰近叢集帶動(dòng)到一起可以在叢集產(chǎn)生的渦電流之間產(chǎn)生相互作用。對(duì)于所模擬的條件，相比于如圖72中所示叢集等距離隔開的時(shí)候，這個(gè)相互作用得到整體提升的增加。相互作用是非線性的。因此，這個(gè)結(jié)果可能不是對(duì)所有條件都成立。

圖74中示出設(shè)計(jì)1320的另一變化1350。在設(shè)計(jì)1350中，與設(shè)計(jì)1320一樣，磁極區(qū)段從旋轉(zhuǎn)軸沿著徑向行布置。然而，導(dǎo)件磁體不再沿著單個(gè)行布置。具體來說，導(dǎo)件磁體1352a和1352b布置在磁極區(qū)段的末端。模擬預(yù)測(cè)這個(gè)極性布置圖案提供大約與設(shè)計(jì)1320相同的數(shù)量的提升。

相對(duì)于圖74和圖75描述又一磁體配置。在這種配置中，磁體形成叢集，并且布置成行，其中叢集的數(shù)量可以改變。圖75和圖76中的設(shè)計(jì)1360和1370各自包括20立方英寸的磁體。在設(shè)計(jì)1360中，磁體體積劃分成兩個(gè)矩形叢集1362a和1362b，每個(gè)10立方英寸。在設(shè)計(jì)1370中，磁體體積劃分成四個(gè)叢集1372a、1372b、1372c和1372d，每個(gè)叢集中各具有五立方英寸的磁體。

可以提供20立方英寸的磁體的單個(gè)叢集。這個(gè)設(shè)計(jì)可并入在具有單臂的STARM上，或者并入在具有配重以平衡磁體重量的圓形STARM上?？偟膩碚f，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)叢集可以分布在STARM上。

示出了兩個(gè)極性布置圖案1364和1366。這些布置可以在每個(gè)叢集上重復(fù)。圖案1364包括兩個(gè)磁極區(qū)域。圖案1366包括三個(gè)磁極區(qū)域。在圖案1364中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是1.5。在圖案1366中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率大約是2/3。磁體底面積(20平方英寸)相對(duì)于磁體的體積^2/3的比率大約是2.71。同樣，與其它設(shè)計(jì)一樣，這個(gè)比率可以改變。

在各種實(shí)施例中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率可以對(duì)于圖案1364和1366改變。此外，離旋轉(zhuǎn)中軸線的徑向距離可以改變。徑向距離會(huì)影響惰性力矩。此外，磁體相對(duì)于襯底的相對(duì)速度隨著STARM的RPM和徑向距離變化。因此，徑向距離可選擇成獲得與電機(jī)的RPM輸出能力兼容并且與封裝限制兼容的期望相對(duì)速度。

在圖75和圖76中，每個(gè)叢集中的磁體布置成矩形并且被配置成彼此接觸。在各種實(shí)施例中，矩形叢集的長(zhǎng)度相對(duì)于寬度的高寬比可以如圖75和圖76中所示而改變。此外，可以在極性區(qū)域中的磁體之間或在極性布置圖案1364和1366中的不同極性區(qū)域之間提供間隔。所述間隔可用于允許固定磁體的結(jié)構(gòu)。此外，磁體無須布置成形成矩形。舉例來說，通過使磁體相對(duì)于彼此移位同時(shí)允許每個(gè)鄰近磁體的一部分接觸而將磁體布置成弧形?？偟膩碚f，可使用許多不同類型的叢集形狀，僅僅是出于說明的目的提供矩形的實(shí)例。

接下來，圖77到圖82中示出不同磁體配置中的一些的一些渦電流圖案。附圖中，箭頭指示導(dǎo)電襯底的表面上的電流方向。通過箭頭大小指示電流的相對(duì)量值。使用有限元分析為麥克斯韋方程組求解，從而生成渦電流圖案。在模擬中為材料及其物理特性建模。

使用Ansys Maxwell執(zhí)行模擬。模擬使用1/2英寸銅板。離表面的距離是.25英寸。當(dāng)高度改變時(shí)，渦電流圖案始終是相似的。然而，隨著表面上方的高度減小，渦電流的強(qiáng)度增加。對(duì)于模擬所觀察到的峰值電流在表面上方.25的高度處在每cm²大約三到八千安培之間改變。電流隨著進(jìn)入銅中的深度而減小。

用于模擬的RPM值是3080RPM，對(duì)于圖79中示出的結(jié)果除外。在圖79中，使用6000RPM的值。相對(duì)于圖85和圖86更詳細(xì)地論述使用不同RPM值的原因。

在圖77中，采用相對(duì)于圖63描述的磁體配置和極性布置圖案。極性布置圖案包括10個(gè)磁極和10個(gè)導(dǎo)件磁體。生成10個(gè)渦電流，例如1382和1384，以形成渦電流圖案1380。

渦電流各自圍繞磁極和導(dǎo)件磁體對(duì)(例如1386(磁極)和1388(導(dǎo)件))形成。渦電流在交替方向上自旋。電流強(qiáng)度圍繞渦電流的圓周變化，其中最強(qiáng)電流發(fā)生在渦電流彼此匯合并相互作用的位置。對(duì)于每一對(duì)，最強(qiáng)電流形成在導(dǎo)件磁體例如1388下面。

模擬指示，在此配置中，磁極生成負(fù)提升并且導(dǎo)件磁體提供提升。當(dāng)來自導(dǎo)件磁體的提升大于來自磁極磁體的牽拉時(shí)，生成凈提升。不受特定理論限制，據(jù)信渦電流相互作用(其經(jīng)過導(dǎo)件磁體下面)引起的電流強(qiáng)度增強(qiáng)會(huì)增強(qiáng)所生成的提升。

圖案1380是特定時(shí)間的快照。在模擬中，STARM和磁體根據(jù)預(yù)定的RPM值旋轉(zhuǎn)。因此，渦電流例如1382和1384不是保持固定，而是在磁體根據(jù)RPM速率旋轉(zhuǎn)時(shí)，跟著磁體旋轉(zhuǎn)。

在圖78中，示出了圖67中的設(shè)計(jì)1250的變化1395的渦電流圖案。設(shè)計(jì)1395包括靠近旋轉(zhuǎn)軸1392的小空隙。如上文所述，可使用所述空隙將旋轉(zhuǎn)部件安裝到STARM。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，STARM結(jié)構(gòu)無須是圓柱形的。舉例來說，可以使用箱形設(shè)計(jì)來承載和固定磁體。因此，相比于圓形磁體配置，對(duì)于此配置用于STARM的結(jié)構(gòu)可以減小。

使用極性布置圖案1254。極性布置圖案包括兩個(gè)磁極區(qū)段。兩個(gè)磁極區(qū)段生成兩個(gè)大渦電流1394和1396。模擬預(yù)測(cè)從極性布置圖案中的導(dǎo)件磁體生成正提升，并且從磁極磁體生成負(fù)提升。圖85中示出隨著高度而變的對(duì)于配置的提升預(yù)測(cè)。

在圖79中，示出圖69中的設(shè)計(jì)1290的渦電流圖案1400。模擬預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)1290產(chǎn)生兩個(gè)渦電流，1402和1404。來自兩個(gè)渦電流的電流靠近旋轉(zhuǎn)軸合并，同時(shí)經(jīng)過中心中的三個(gè)導(dǎo)件磁體下方。模擬預(yù)測(cè)從經(jīng)過這些導(dǎo)件磁體下方的電流生成正提升。同樣，模擬預(yù)測(cè)從磁極磁體區(qū)段生成負(fù)提升或牽拉。

在圖80中，示出圖72中的設(shè)計(jì)1320的渦電流圖案1410。模擬預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)1320產(chǎn)生四個(gè)渦電流，例如1412和1414。渦電流圍繞每個(gè)叢集形成，其圍繞磁極區(qū)段循環(huán)。模擬預(yù)測(cè)從鄰接每個(gè)叢集中的磁極區(qū)段的導(dǎo)件磁體下方經(jīng)過的電流生成正提升。同樣，模擬預(yù)測(cè)從每個(gè)叢集中的磁極區(qū)段生成負(fù)提升或牽拉。

在圖81和圖82中，分別示出圖75和圖76中的設(shè)計(jì)1360和1370的渦電流圖案1420和1430。模擬預(yù)測(cè)對(duì)于每個(gè)叢集例如1422、1424和1426或1432、1434和1436形成三個(gè)主渦電流。磁體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)渦電流1422和1432比在每個(gè)矩形叢集下面形成的兩個(gè)渦電流弱。

在每個(gè)叢集中，最強(qiáng)渦電流在導(dǎo)件磁體下方形成。模擬預(yù)測(cè)從經(jīng)過所述導(dǎo)件磁體下方的電流生成正提升。同樣，模擬預(yù)測(cè)從磁極區(qū)段生成負(fù)提升或牽拉。

所述兩個(gè)設(shè)計(jì)1360和1370使用相同體積的磁體。然而，如圖86中所示，相比于設(shè)計(jì)1360，對(duì)于使用兩個(gè)叢集的設(shè)計(jì)1370預(yù)測(cè)更大的提升。不受特定理論限制，據(jù)信圖82中的設(shè)計(jì)在叢集中的導(dǎo)件磁體的下方強(qiáng)化并集中更多電流，這樣能生成更大的提升。

接下來，關(guān)于圖83和圖84，將從圖63中的設(shè)計(jì)的模擬導(dǎo)出的提升預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)上測(cè)量到的數(shù)據(jù)比較。接下來，對(duì)于圖64、圖65、圖66和圖77到圖82中示出的設(shè)計(jì)比較從模擬導(dǎo)出的提升預(yù)測(cè)。

為了獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖63和圖64中示出的STARM耦合到Hacker Motor(德國(guó)埃爾戈?duì)柖「?出產(chǎn)的QSL-150DC無刷電機(jī)。電機(jī)通過電池提供動(dòng)力。使用的電池是VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8伏的鋰聚合物電池組(Atomik RC,Rathdrum,ID)。圍繞電機(jī)和電池建構(gòu)結(jié)構(gòu)。包括電池、電機(jī)、STARM和結(jié)構(gòu)的運(yùn)載工具的重量是18lbs。使用Jeti Spin Pro Opto無刷電子速度控制器(Jeti USA,Palm Bay,FL)控制供應(yīng)到電機(jī)的電流，因此控制其RPM速率。

運(yùn)載工具在懸浮位置中起動(dòng)。執(zhí)行高度、RPM和其它測(cè)量。接著添加各種遞增量的額外重量。額外重量降低了測(cè)試運(yùn)載工具的懸浮高度。以每個(gè)重量遞增量執(zhí)行高度測(cè)量。在第一測(cè)試中，初始RPM速率在未負(fù)載測(cè)試運(yùn)載工具的情況下是3080，然后隨著重量的添加而減少。在第二測(cè)試中，RPM速率起初在未負(fù)載測(cè)試運(yùn)載工具的情況下是1570。下面的表1示出了測(cè)試#1和測(cè)試#2的實(shí)驗(yàn)上測(cè)量到的數(shù)據(jù)。表中包括總運(yùn)載工具重量，其中包括有效負(fù)載。電機(jī)的RPM。汲取的安培和電壓。這些數(shù)量用于生成功率消耗。最后，手動(dòng)測(cè)量運(yùn)載工具的懸浮高度。示出高度在多個(gè)不同高度遞增量下保持恒定。恒定高度歸因于手動(dòng)測(cè)量的不準(zhǔn)確性。

表1：使用圖63中的設(shè)計(jì)1200的實(shí)驗(yàn)上測(cè)量到的數(shù)據(jù)

為了獲得圖63中的STARM設(shè)計(jì)的模擬的準(zhǔn)確性，選擇恒定的RPM值，然后改變從磁體底部到1/2英寸銅板的距離。圖83示出了三分之一英寸與一又四分之一英寸高度之間的數(shù)值模擬與來自一號(hào)和二號(hào)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較。數(shù)值模擬是帶有指數(shù)的曲線擬合。通過虛線和實(shí)線表示曲線擬合。

在.25英寸、.5英寸、.75英寸、1英寸和1.25英寸的高度處生成模擬。曲線擬合外插到零英寸和1.5英寸的高度。在圖84中，從零到一英寸和二分之一英寸的高度范圍示出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)。

接下來相對(duì)于圖85、圖86和圖87，描述圖64、圖65、圖66和圖77-圖82中的設(shè)計(jì)。為了比較設(shè)計(jì)，考慮磁體底部相對(duì)于導(dǎo)電襯底的頂表面的平均速度。在一些設(shè)計(jì)中，這個(gè)值保持恒定。磁體相對(duì)于表面的平均速度可以估計(jì)為磁體底部到旋轉(zhuǎn)軸的平均距離乘以RPM速率轉(zhuǎn)換成弧度。

因?yàn)槭窃谳^高的速度下計(jì)算平均速度，所以根據(jù)磁體相對(duì)于表面的速度，提升往往會(huì)增加，而拖拽往往會(huì)減小。在圖85中，從旋轉(zhuǎn)軸到磁體底部的平均距離對(duì)于設(shè)計(jì)1395大約是2.81英寸，對(duì)于設(shè)計(jì)1290大約是1.56英寸，對(duì)于設(shè)計(jì)1200大約是4.25英寸。

所有模擬都是在3080RPM下執(zhí)行，除了設(shè)計(jì)1290，其是在6000RPM下執(zhí)行的。RPM值增加是因?yàn)閷?duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，平均距離低很多，因此當(dāng)選擇3080的RPM時(shí)平均速度比其它設(shè)計(jì)低很多?；谶@些RPM值，設(shè)計(jì)1395的平均速度是75.2英尺/秒，設(shè)計(jì)1290的平均速度是81.7英尺/秒，設(shè)計(jì)1200的平均速度是114.2英尺/秒。

對(duì)于圖86和圖87中的設(shè)計(jì)，離旋轉(zhuǎn)軸的平均距離是4.75英寸，RPM值是3080。因此，對(duì)于這五種設(shè)計(jì)，相對(duì)于表面的平均速度是相同的，是127.6英尺/秒。圖86和圖87示出相同設(shè)計(jì)。然而，在圖87中，高度范圍和提升范圍變窄，從而使得可以辨別設(shè)計(jì)之間的差別。

數(shù)值結(jié)果是在.25英寸、.5英寸、.75英寸、1英寸和1.25英寸下生成的。使用指數(shù)方程式曲線擬合一些數(shù)值結(jié)果。在圖85中，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)1290會(huì)在.75英寸以上生成最多提升。在.25英寸以下，曲線擬合預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)1200將生成更多提升。設(shè)計(jì)1290與其它設(shè)計(jì)相比在更大的高度值下生成更多提升，即使相比于其它設(shè)計(jì)磁體底部相對(duì)于表面的平均速度更低時(shí)也是如此。

在圖86和圖87中，對(duì)于五種設(shè)計(jì)呈現(xiàn)隨高度而變的預(yù)測(cè)提升。具有實(shí)線的曲線擬合是用于圖75中的設(shè)計(jì)1360的數(shù)據(jù)的指數(shù)擬合，該設(shè)計(jì)包括兩個(gè)線性地布置的磁體叢集，每個(gè)叢集10立方英寸的磁體。具有點(diǎn)線的曲線擬合是用于圖65中的設(shè)計(jì)1230的圓形布置的磁體的指數(shù)擬合。

圖88和圖87中的五種設(shè)計(jì)各自使用相同強(qiáng)度的相同體積的磁體。磁體布置成使得磁體相對(duì)于表面的平均速度是相同的。不同磁體布置的提升預(yù)測(cè)在布置之間是不同的。設(shè)計(jì)之間的性能在高度之間變化。舉例來說，對(duì)于設(shè)計(jì)1360的預(yù)測(cè)提升在.25英寸和.5英寸下是五種設(shè)計(jì)中最大的。然而，在1英寸和1.25英寸下，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)1320和1240會(huì)生成更多提升。

接下來，相對(duì)于圖88、圖89和圖90，根據(jù)STARM的傾斜角進(jìn)行提升預(yù)測(cè)和推力預(yù)測(cè)。在圖88中，對(duì)于圖63中示出的設(shè)計(jì)1200示出根據(jù)傾斜角對(duì)總提升和推力的預(yù)測(cè)。在圖89中，對(duì)于圖69中的設(shè)計(jì)1290示出根據(jù)傾斜角預(yù)測(cè)的總提升。

在圖90中，示出對(duì)于圖69中的設(shè)計(jì)1290的根據(jù)傾斜角預(yù)測(cè)的推力。對(duì)于設(shè)計(jì)1290，推力隨著磁體配置相對(duì)于表面的旋轉(zhuǎn)而變化。它在最小值與最大值之間振蕩。附圖中示出每個(gè)傾斜角的最大值和最小值。

在圖88中，傾斜角在零度與七度之間改變。模擬傾斜軸表面以上一英寸的高度，其中STARM以3080RPM旋轉(zhuǎn)。因此，STARM的一部分到襯底表面的距離大于一，并且STARM的一部分到襯底表面的距離小于一。然而，STARM底部到襯底的平均距離是一英寸。在圖89和圖90中，傾斜角在零度與七度之間改變。再次模擬旋轉(zhuǎn)軸表面以上一英寸的高度，其中STARM以6000RPM旋轉(zhuǎn)。

在圖88和圖89中，預(yù)測(cè)總提升會(huì)隨著傾斜角增加。對(duì)于設(shè)計(jì)1200的效應(yīng)比設(shè)計(jì)1290大。在一些實(shí)施例中，STARM可以固定在大于零的角度以利用所生成的更大提升。在所考慮的傾斜角度下，總提升表現(xiàn)為隨著角度線性地增加。

在圖88和圖90中，推力隨著傾斜角增加。在所考慮的傾斜角度下，推力隨著角度線性地增加。對(duì)于圖88中的設(shè)計(jì)1200預(yù)測(cè)的推力大于圖90中的設(shè)計(jì)1290，即使對(duì)于1290預(yù)測(cè)的總提升大于設(shè)計(jì)1200也是如此。因此，在一些實(shí)施例中，設(shè)計(jì)1200可選擇成用于生成推力，而設(shè)計(jì)1290可選擇成用于生成提升。如上文相對(duì)于圖37所述，STARM可以專用于生成提升或推力?；谶@些模擬，一些設(shè)計(jì)可能更適合于生成提升力，而其它設(shè)計(jì)可能更適合于生成推力。

接下來，相對(duì)于圖91-圖105，描述使用8立方英寸磁體的一些磁體配置。圖91中示出磁體配置1500。磁體配置包括磁體1502、1504、1506和1508中示出的極性對(duì)準(zhǔn)圖案重復(fù)一次。其由8個(gè)一立方英寸磁體形成。磁體配置1500包括四個(gè)磁極磁體和四個(gè)導(dǎo)件磁體。重復(fù)的極性對(duì)準(zhǔn)圖案與圖63中對(duì)于設(shè)計(jì)1200示出的極性對(duì)準(zhǔn)圖案相同。因此，可以采用相對(duì)于圖63描述的變化。磁體底面積與總體積^2/3的比率是二。

使用磁體配置1500生成模擬。在各種高度處以6000RPM在1/2英寸的銅板上執(zhí)行模擬。以下圖中，示出來自模擬的渦電流圖案。利用表面以上.25英寸的高度。

在圖92中，示出來自模擬的渦電流圖案1510。極性布置圖案與圖91中相同。預(yù)測(cè)四個(gè)渦電流，例如1520。渦電流各自包括一個(gè)導(dǎo)件磁體和一個(gè)磁極磁體。舉例來說，渦電流1520包括導(dǎo)件磁體1502和磁極磁體1504。最強(qiáng)電流主要形成于導(dǎo)件磁體例如1502和1506下方。

在圖93中，磁體極性布置圖案與圖91中相同。磁體是.5英寸高乘以兩英寸長(zhǎng)乘以一英寸寬。因此，磁體的底面積是十六。因此，磁體底部的面積與總體積^2/3的比率是4。

圖94中示出預(yù)測(cè)渦電流圖案1530。圖93和圖94中的極性布置圖案是相同的。預(yù)測(cè)四個(gè)渦電流，例如1532。具有延長(zhǎng)磁體的渦電流提供三葉草形狀。

在圖95中，8立方英寸磁體的配置1540布置成與圖91中相同的配置。然而，極性布置圖案是不同的。在1540中使用交替的磁極北南分布。因此，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是零。圖96中示出渦電流圖案1550。預(yù)測(cè)了8個(gè)渦電流例如1552，即，每個(gè)磁極磁體一個(gè)渦電流。

在圖97中，8立方英寸磁體的配置1560布置成使得每個(gè)磁體兩側(cè)中的每一者的一部分與鄰近的磁體接觸。磁體1562、1564、1566和1568中示出的極性布置圖案提供兩個(gè)導(dǎo)件磁體1562和1566，其沿著一行對(duì)準(zhǔn)并且具有指向磁極磁體1564的極性方向。這個(gè)圖案重復(fù)一次。

圖98中示出渦電流圖案1570。預(yù)測(cè)四個(gè)渦電流，例如1552。每個(gè)渦電流包括一個(gè)導(dǎo)件磁體和一個(gè)磁極磁體對(duì)。

在圖99中，示出了包括兩英寸乘一英寸乘一英寸磁體的四個(gè)磁體的陣列的配置1580。磁體陣列跨越旋轉(zhuǎn)軸1588。極性布置圖案包括每個(gè)末端上的磁極磁體1582和1586。在磁極磁體之間提供導(dǎo)件磁體1584a和1584b。導(dǎo)件磁體極性從磁極磁體1586指向磁極磁體1582。

圖100中示出渦電流圖案1590。預(yù)測(cè)兩個(gè)渦電流，例如1592。兩個(gè)渦電流彼此相互作用以在陣列中心中的導(dǎo)件磁體下方提供強(qiáng)電流。

圖101中示出四個(gè)磁體的配置1600。陣列中的磁體是二分之一英寸高乘四英寸長(zhǎng)乘一英寸寬。因此，體積與先前設(shè)計(jì)中一樣是8立方英寸。極性布置圖案與圖99中相同。

圖102中示出渦電流圖案1610。預(yù)測(cè)兩個(gè)主渦電流1612a和1612b。示出可能的二級(jí)渦電流1614a和1614b，其與主渦電流在某種程度上合并。同樣，在配置1600的中心中的導(dǎo)件磁體下方生成大量電流。

圖103中示出配置1620，即布置成圓盤的三個(gè)磁體的配置。三個(gè)磁體的體積是8立方英寸。中心磁體1626是圓盤形的，并且包括孔口1628。孔口1628可以允許穿過中心磁體安裝旋轉(zhuǎn)部件。磁體1622和1624包圍圓盤1626以形成環(huán)。指派給三個(gè)磁體的極性對(duì)準(zhǔn)圖案類似于圖99和101中示出的圖案。

在替代實(shí)施例中，所有磁體可以指派成具有磁體1626的極性的導(dǎo)件磁體。于是，可使用單個(gè)圓盤磁體。這個(gè)極性對(duì)準(zhǔn)圖案還可以用于圖99中的設(shè)計(jì)1580和圖101中的設(shè)計(jì)1600。僅僅使用導(dǎo)件磁體預(yù)測(cè)提升。然而，預(yù)測(cè)的提升小于使用導(dǎo)件磁體與磁極磁體的組合的時(shí)候。

在各種實(shí)施例中，磁體1622和1624弧形長(zhǎng)度可以更小，使得磁體不再形成環(huán)。舉例來說，磁體1622和1624的弧形長(zhǎng)度可以是90度而不是所示出的180度。此外，磁體1622、1624和1626的徑向?qū)挾瓤梢灾圃斐筛蠡蚋　Ｔ诹硪粚?shí)施例中，孔口1628可以制造成更小、更大或被移除。

在圖104中，示出了對(duì)于所述設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的渦電流圖案1630。預(yù)測(cè)兩個(gè)渦電流1632和1634。兩個(gè)渦電流相互作用以在圓盤形磁體1626下方生成集中電流區(qū)域。針對(duì)所考慮的一個(gè)條件，對(duì)于此設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的提升小于對(duì)于圖99中的設(shè)計(jì)1580和圖101中的設(shè)計(jì)1600預(yù)測(cè)的提升。

在圖105中，比較對(duì)于以下設(shè)計(jì)的提升預(yù)測(cè)對(duì)比高度：a)圖97中的設(shè)計(jì)1560，b)圖91中的設(shè)計(jì)1520，c)圖99中的設(shè)計(jì)1580，d)圖95中的設(shè)計(jì)1540，e)圖101中的設(shè)計(jì)1600，和f)圖93中的設(shè)計(jì)1530。所述設(shè)計(jì)全部使用8立方英寸磁體。在6000RPM下在1/2英寸厚的銅板上方.25、.5、.75、1和1.25英寸的高度執(zhí)行模擬。

對(duì)于設(shè)計(jì)1600和設(shè)計(jì)1540示出指數(shù)曲線擬合。這兩個(gè)設(shè)計(jì)提供提升預(yù)測(cè)的上限和下限。設(shè)計(jì)1540使用8個(gè)布置成圓的磁體，僅僅使用布置成交替的磁極。

接下來，相對(duì)于圖106到圖113論述磁體配置和極性對(duì)準(zhǔn)圖案的一些替代實(shí)施例。圖106中示出磁體配置1700，其由八角形磁體例如1710形成。磁體中的四個(gè)的中心圍繞圓1712對(duì)準(zhǔn)。其余四個(gè)磁體配合在這四個(gè)磁體之間的空隙中。磁體放置成使得每個(gè)磁體的兩側(cè)接觸兩個(gè)鄰近磁體。極性對(duì)準(zhǔn)圖案包括兩個(gè)導(dǎo)件磁體和兩個(gè)磁極磁體。所述圖案重復(fù)一次并且類似于上述圖案。

圖107中示出磁體配置1720，其由矩形磁體例如1722形成。磁體布置成形成正方形，中間是空隙。極性對(duì)準(zhǔn)圖案包括兩個(gè)導(dǎo)件磁體和兩個(gè)磁極磁體。所述圖案重復(fù)一次并且類似于上述圖案。

圖108中示出磁體配置1730，其由矩形磁體例如1732形成。磁體經(jīng)布置以使得外部周邊是正方形。在一個(gè)實(shí)施例中，采用24個(gè)磁體。在另一實(shí)施例中，可以移除磁體1734a、1734b、1734c和1734d以在配置內(nèi)提供更大空間。如上文所述，這個(gè)空間可以用于容納電機(jī)。在這個(gè)實(shí)例中，使用20個(gè)磁體。

極性對(duì)準(zhǔn)圖案包括兩個(gè)導(dǎo)件區(qū)域和兩個(gè)磁極區(qū)域。所述圖案重復(fù)一次并且類似于上述圖案。在包括磁體1734a、1734b、1734c和1734d的第一實(shí)施例中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是.5。在移除了磁體1734a、1734b、1734c和1734d的第二實(shí)施例中，導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率是2/3。

圖109中示出圓盤形的磁體配置1730。圓盤可以由三個(gè)磁體1742、1746和1748形成?？卓?748可以設(shè)置于磁體1742的中心中，或者磁體1742可以是實(shí)心的。作為一實(shí)例，高度一英寸的圓盤的體積為20立方英寸并且孔口半徑為1/2英寸，外部半徑大約2.47英寸。在各種實(shí)施例中，總體積、圓盤高度和孔口半徑可以改變。

極性對(duì)準(zhǔn)圖案包括兩個(gè)磁極磁體1744和1746和在所述兩個(gè)磁極磁體之間的具有單個(gè)極性的中心磁體。上文已相對(duì)于各種設(shè)計(jì)描述了這個(gè)極性對(duì)準(zhǔn)圖案。導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率可以改變，并且僅僅是出于說明的目的示出設(shè)計(jì)1740。

圖110中示出磁體配置1750。磁體配置使用梯形磁體例如1752，其配合在一起以形成環(huán)。磁體封圍在框架1754中，框架1754可以是STARM的結(jié)構(gòu)性組件。極性對(duì)準(zhǔn)圖案包括兩個(gè)導(dǎo)件磁體區(qū)域和兩個(gè)磁極磁體區(qū)域。所述圖案重復(fù)一次并且類似于各種上述設(shè)計(jì)。

圖111中示出磁體配置1760。配置1760是設(shè)計(jì)1750的變化形式。具體來說，鄰近于四個(gè)磁極區(qū)域中的每一個(gè)添加了四個(gè)額外的立方體形磁體，例如1762。這些立方體形磁體減小了導(dǎo)件磁體體積與磁極磁體體積的比率。

圖112中使用磁體配置1770，其使用三角形磁體。示出了8個(gè)三角形磁體。磁體布置成形成矩形箱體。在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)于兩個(gè)三角形磁體使用立方體磁體。示出每個(gè)磁體的極性。圖案包括兩個(gè)磁極區(qū)域和兩個(gè)導(dǎo)件區(qū)域。圖案重復(fù)一次。

圖113中示出磁體配置1780。極性布置圖案類似于圖112中的圖案，除了使用矩形磁體。導(dǎo)件磁體例如1784跨越對(duì)角線磁化，而不是像先前實(shí)例中所示垂直于磁體面。

飛行數(shù)據(jù)

在這個(gè)部分中，提出包括來自兩個(gè)運(yùn)載工具的性能的飛行數(shù)據(jù)。首先提出對(duì)運(yùn)載工具的描述，然后示出測(cè)試結(jié)果。圖114是運(yùn)載工具1800的仰視圖。在圖114中，運(yùn)載工具1800包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1804a、1804b、1804c和1804d。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的大小相等并且使用類似組件，即，類似電機(jī)、磁體數(shù)量、STARM直徑等。運(yùn)載工具1800的尺寸大約是37.5英寸長(zhǎng)乘以4.5英寸高乘以18.5英寸寬。未負(fù)載運(yùn)載工具的重量大約是96.2磅。

每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)具有電機(jī)(未圖示)的STARM(例如1825)和發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩1818，護(hù)罩1818與STARM 1825之間具有空隙以容許旋轉(zhuǎn)。STARM 1825經(jīng)由連接件1822連接到電機(jī)。圖中安裝在STARM下方的電機(jī)提供輸入扭矩，其使STARM旋轉(zhuǎn)。在替代實(shí)施例中，單個(gè)電機(jī)可以被配置成驅(qū)動(dòng)多于一個(gè)STARM，例如1825。

STARM例如325的直徑是8.5英寸。STARM被配置成接收十六個(gè)一立方英寸的磁體。因此，運(yùn)載工具上的磁體的總體積是64立方英寸。每個(gè)STARM上的十六個(gè)磁體布置成類似于圖63中示出的圓形圖案。極性布置圖案類似于圖63中示出的極性布置圖案，除了所述圖案包括兩個(gè)導(dǎo)件磁體并且兩個(gè)磁極磁體的重復(fù)次數(shù)減少一次。

使用N50強(qiáng)度的釹磁體。每個(gè)磁體的重量大約是3.6盎司(力)。因此，懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的總磁體重量大約是3.6磅(力)。

在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)可以是Hacker Motor(Ergolding，德國(guó))出產(chǎn)的q150DC無刷電機(jī)。電機(jī)的標(biāo)稱電壓是50伏，無負(fù)荷電流是2安培。重量大約是1995克。恒定速度是大約52.7/分鐘。eta max上的RPM大約是2540。eta max上的扭矩大約是973.3N-cm。eta max上的電流大約是53.76安培。

懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)各具有護(hù)罩，例如1818。護(hù)罩1818部分地封圍STARM，使得STARM的底部露出。在其它實(shí)施例中，護(hù)罩可以封圍STARM的底部。傾斜機(jī)構(gòu)1812耦合到每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)的護(hù)罩1818。傾斜機(jī)構(gòu)1812耦合到樞軸臂1810。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)1804a、1804b、1804c和1804d懸置在支撐結(jié)構(gòu)1802下方。樞軸臂例如1810延伸穿過支撐結(jié)構(gòu)中的孔口。

每個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的電機(jī)可以用電池供電。在一個(gè)實(shí)施例中，使用十六個(gè)電池組。電池是VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8伏的鋰聚合物電池組(Atomik RC,Rathdrum,ID)。每個(gè)電池的重量大約是19.25盎司。電池的尺寸是5.71英寸乘1.77英寸乘1.46英寸。最小電壓是12V，最大電壓是16.8V。

十六個(gè)電池以四個(gè)電池的四個(gè)群組連線在一起，并且每個(gè)電池耦合到電機(jī)電子速度控制器(例如1806a和1806b)，其經(jīng)由連接件1816a和1816b耦合到四個(gè)鄰近的電池組。在這個(gè)實(shí)例中，每個(gè)群組中的四個(gè)電池串聯(lián)連線以向電子速度控制器提供高達(dá)大約60V。連接件1816c和1816d各自連接到四個(gè)電池和一個(gè)電子速度控制器。兩個(gè)電子速度控制器堆疊在1806a和1806b后方。因此，使用四個(gè)無刷電子速度控制器，每個(gè)電機(jī)一個(gè)無刷電子速度控制器。電子速度控制器是Jeti Spin Pro 300 Opto無刷電子速度控制器(Jeti USA,Palm Bay,FL)。

在測(cè)試過程中，數(shù)據(jù)記錄器連接到電機(jī)中的一個(gè)。數(shù)據(jù)記錄器用于記錄電機(jī)的安培、電壓和RPM。數(shù)據(jù)記錄器是elogger v4(Eagle Tree Systems,LLC,Bellevue,WA.)。下面在表2中呈現(xiàn)測(cè)試過程中記錄的數(shù)據(jù)。

對(duì)于所述測(cè)試，零秒時(shí)運(yùn)載工具#1的未負(fù)載重量是96.2磅。如上文所述，運(yùn)載工具包括四個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。電壓、安培和RPM是來自懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)的測(cè)量值。從懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)中的STARM上的磁體的底部到銅測(cè)試軌道的表面測(cè)量高度。銅測(cè)試軌道由三個(gè)1/8英寸厚的銅片形成。

在第二運(yùn)載工具(未圖示)中，底盤由膠合板形成。運(yùn)載工具尺寸是46英寸乘15.5英寸乘5英寸。運(yùn)載工具未負(fù)載時(shí)重量是77磅。使用具有直徑十四英寸的STARM的兩個(gè)懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)。懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)固定在位，并且不提供允許懸浮發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜的機(jī)構(gòu)。

每個(gè)STARM包括32立方英寸磁體，其布置成圓形圖案，類似于圖63中示出的圓形圖案。極性布置圖案也類似于圖63。然而，相比于圖63，包括兩個(gè)導(dǎo)件磁體和兩個(gè)磁極磁體的極性布置圖案重復(fù)的次數(shù)更多。

使用兩個(gè)Hacker電機(jī)(每個(gè)STARM一個(gè)電機(jī))。使用K_V為48的no.QST-150-45-6-48 Hacker電機(jī)模型為每個(gè)STARM提供動(dòng)力。每個(gè)hacker電機(jī)耦合到STARM中的一個(gè)和電子速度控制器。

對(duì)此運(yùn)載工具，使用Jeti Spin Pro 200 Opto無刷電子速度控制器(Jeti USA,Palm Bay,FL)。使用與上文對(duì)于第一測(cè)試運(yùn)載工具描述的相同的電池類型。然而，相比于第一測(cè)試運(yùn)載工具，對(duì)于第二運(yùn)載工具僅使用8個(gè)電池。電池兩個(gè)劃分成四個(gè)的兩組，并且串聯(lián)連線以向每個(gè)電機(jī)提供大約60伏的標(biāo)稱電壓。

執(zhí)行一項(xiàng)測(cè)試，其中允許第二運(yùn)載工具以未負(fù)載的自由飛行狀態(tài)懸浮，然后將重量板加入運(yùn)載工具。在測(cè)試開始之前給板子稱量。在三個(gè)-1/8英寸厚的銅片上操作運(yùn)載工具。

在飛行中使用Eagle系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄器測(cè)量電機(jī)中的一個(gè)的電流、電壓和RPM。手動(dòng)測(cè)量磁體底部離銅的距離，被稱作懸浮高度。下面的表3中示出飛行測(cè)試結(jié)果。

表3：運(yùn)載工具#2的飛行測(cè)試數(shù)據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施例另外涉及計(jì)算機(jī)可讀媒體，其包括用于控制磁性提升系統(tǒng)的可執(zhí)行程序指令。媒體和程序指令可以是為了本發(fā)明的目的專門設(shè)計(jì)和構(gòu)造的媒體和程序指令，或者是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知并且可以獲得的任何種類的媒體和程序指令。在由處理器執(zhí)行時(shí)，這些程序指令適合于實(shí)施上述任何方法和技術(shù)及其組成部分。計(jì)算機(jī)可讀媒體的實(shí)例包括(但不限于)例如硬盤之類的磁性媒體、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、例如CD-ROM光盤之類的光學(xué)媒體；例如光盤之類的磁光媒體；以及專門被配置成存儲(chǔ)程序指令的硬件裝置，例如只讀存儲(chǔ)器裝置(ROM)、快閃存儲(chǔ)器裝置、EEPROM、EPROM等和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。程序指令的實(shí)例包括例如編譯程序產(chǎn)生的機(jī)器代碼和含有計(jì)算機(jī)可以使用解釋器執(zhí)行的更高級(jí)別的代碼的文件。

出于解釋的目的，前述描述使用特定命名法以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，不需要特定細(xì)節(jié)以實(shí)踐本發(fā)明。因此，出于說明和描述的目的呈現(xiàn)出對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的前述描述。這些描述并不意圖為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的是，鑒于以上教示，許多修改和變化是可能的。

雖然已經(jīng)關(guān)于幾個(gè)特定實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是存在處于這些通用概念的范圍內(nèi)的更改、置換和等效物。還應(yīng)注意，有許多實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的方法和設(shè)備的替代方式。因而希望所附權(quán)利要求書解釋為包括處于所描述的實(shí)施例的真正精神和范圍內(nèi)的所有這樣的更改、置換和等效物。