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CN106660463A - 用于磁性提升运载工具的推进和控制 - Google Patents

用于磁性提升运载工具的推进和控制 Download PDF

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CN106660463A CN201580042688.2A CN201580042688A CN106660463A CN 106660463 A CN106660463 A CN 106660463A CN 201580042688 A CN201580042688 A CN 201580042688A CN 106660463 A CN106660463 A CN 106660463A
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S·莫兰
M·多尔蒂
V·埃斯皮诺萨
R·W·梅尔文
J·贾尼基
D·P·奥林伊克
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Abstract

本发明描述使用磁场诱发涡电流并生成提升的机电系统。说明了可以用于所述系统的磁体配置。所述磁体配置可以用于生成提升和/或推力。提供用于各种磁体配置的提升和推力预测。描述了悬浮发动机布置，其可以利用磁体配置和相关联的引导、导航和控制系统。最后，提出利用本文所述的机电系统的实施例的多种不同应用，例如列车、电梯和打印。

Description

用于磁性提升运载工具的推进和控制
相关申请的交叉参考
本专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年10月21日提交的名称为“悬浮板(Hoverboard)”的第62/066,891号的美国临时专利申请的优先权，所述专利申请出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。本专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年6月11日提交的名称为“具有单边磁通量分布的磁体布置的应用(Applications of Magnet Arrangements having a One-sided Magnetic FluxDistribution)”的第62/011,011号的美国临时专利申请的优先权，所述专利申请出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
本专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求Henderson等人于2014年7月31日提交的名称为“磁性提升运载工具的推进和控制(Propulsion and Control for a MagneticallyLifted Vehicle)”的第62/031,756号的美国临时专利申请的优先权，所述专利申请出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。本申请根据35 U.S.C.§120要求亨德森等人的名称都是“悬浮板(Hoverboard)”并且都在2015年3月4日提交的第14/639,045号和第14/639,047号美国专利申请的部分接续申请优先权，所述专利申请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号美国专利申请各自要求第61/977,045、62/066,891、62/011,011和62/031,756号美国临时申请的优先权，并且各自要求亨德森的2013年10月31日提交的名称为“固定或移动物体的磁悬浮(Magnetic Levitation of aStationary or Moving Object)”的第14/069,359号美国专利申请的优先权并且是其部分接续案，第14/069,359号美国专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求亨德森的2013年3月15日提交的名称为“固定磁悬浮(Stationary Magnetic Levitation)”的第61/799,695号美国临时专利申请的优先权，其中每一份申请的全文以引用的方式并入并且用于所有目的。
技术领域
本发明大体上涉及电磁悬浮系统，并且更具体地说涉及利用电磁悬浮作用的装置。
背景技术
众所周知，两个永久磁体将根据磁体的磁极如何对准而以紧密的距离彼此吸引或排斥。当与重力向量对准时，可使用磁性排斥抵消重力并且提升物体。对于提升物体然后将其从一个位置移动到另一位置的目的，磁性排斥或者不稳定或者太稳定。具体来说，相对磁体可以对准使得物体保持原位但是然后无法容易地移动到另一位置，或者磁体可以对准使得物体可容易移动但是将不会保持原位，但是不能同时实现这两个目的。
另一磁性排斥效应与靠近导电物体生成移动磁场相关联。当靠近导电物体例如金属物体移动永久磁体时，在导电物体中形成涡电流，涡电流生成相对磁场。举例来说，当永久磁体通过铜管下落时，会生成相对磁场，这与通过导管下落的非磁性物体相比明显使磁体减缓。作为另一实例，在一些类型的电动机中，向线圈供应电流，线圈与磁体相互作用以使磁体移动。移动磁体与线圈相互作用以在线圈中诱发涡电流，涡电流对抗被供应到线圈的电流流动。
包括磁性提升的磁力在机械系统中受到关注，用以潜在地使物体相对于彼此朝向和移动，同时限制物体之间的实体接触。一种生成磁性提升的方法包括移动磁场与诱发涡电流之间的电磁相互作用。这种使用涡电流的方法相对未得到发展。鉴于以上内容，需要用于使用涡电流生成磁性提升的新的方法和设备。
发明内容
描述使用磁场在导电衬底中诱发涡电流并生成提升的机电系统。具体来说，描述这样的悬浮发动机，其使磁体配置旋转以在导电衬底中诱发涡电流，其中磁体与诱发的涡电流之间的相互作用用于生成提升力和/或推进力。在一个实施例中，为了生成推进力，提供允许相对于导电衬底取向所述配置磁体的机构。所述机构使得能够控制推进力的方向和量值。
一种运载工具可以包括引导、导航和控制(GNC)系统。所述GNC系统被配置成随时间确定运载工具的朝向、位置和速度。基于这个信息，GNC系统被配置成生成引导方案和实施所述引导方案。引导方案的实施方案可以包括根据时间控制运载工具上的悬浮发动机的朝向。
在一个实施例中，提供具有悬浮能力的运载工具。所述运载工具的特征可以总体上在于包括四个悬浮发动机、一个或多个速度控制器、一个底盘、耦合到四个悬浮发动机中的每一个的四个致动器、GNC系统、惯性测量单元(IMU)和机载电源。所述四个悬浮发动机、所述四个致动器、一个或多个速度控制器、GNC系统、IMU和机载电源可以耦合到底盘并且封围在底盘内。
IMU可以用于确定悬浮发动机的位置和朝向。IMU可以利用加速计和陀螺仪。从加速计和陀螺仪测量到的数据可以发送到GNC系统。
悬浮发动机中的每一个可以具有电动机，其包括绕组、第一组永久磁体和固持第一永久磁体的第一结构。在电机内，向绕组施加电流以使绕组或第一组永久磁体中的一个旋转。绕组或第一组永久磁体的旋转可以生成扭矩，其例如经由旋转轴杆被传递到第二结构。
第二结构被配置成从电动机接收旋转扭矩以使第二结构旋转。第二结构可以固持第二组永久磁体。第二组永久磁体旋转以在衬底中诱发涡电流，使得诱发的涡电流与第二组永久磁体相互作用以生成力，该力使运载工具在衬底上方悬浮和/或沿着衬底从一个位置平移到另一个位置。
一个或多个速度控制器可以耦合到四个悬浮发动机。一个或多个速度控制器可以被配置成控制流动到电机的电流，这能控制电机的旋转速率。在一特定实施例中，可使用四个电子速度控制器，悬浮发动机中的每一个各一个电子速度控制器。
一个或多个致动器可以耦合到悬浮发动机中的每一个。致动器可以被配置成从引导、导航和控制(GNC)系统接收命令，并且响应于所述命令生成力，该力使悬浮发动机相对于底盘旋转。在一个实施例中，悬浮发动机各自围绕单独的旋转轴旋转。悬浮发动机可以各自相对于底盘和彼此独立地可旋转。
GNC系统可以通信地耦合到控制致动器的操作的控制器和惯性测量单元(IMU)。GNC系统可以被配置成从IMU接收传感器数据并且生成引导方案。引导方案可以包括随时间而变的运载工具的朝向和速度。为了实施所述引导方案，GNC系统可以被配置成生成控制命令并且发送控制命令到致动器。
运载工具可以包括机载电源，其向悬浮发动机、致动器和GNC系统供应电流。在一个实施例中，机载电源可以是电池，例如锂聚合物电池。在另一实施例中，可使用燃烧电机使发电机转动，发电机输出电。
GNC系统可以通信地耦合到一个或多个速度控制器，并且配置成与一个或多个速度控制器通信以控制电机中的每一个的旋转速率。电机的旋转速率可以使包括第二组永久磁体的第二结构转动得更快或更慢。第二结构的更快或更慢的旋转速率可以影响从悬浮发动机输出的提升力和推进力的量值。
在具体实施例中，引导方案可以进一步包括随时间而变的悬浮高度，其中GNC系统被配置成控制四个悬浮发动机的倾斜位置或四个悬浮发动机中的每一个的提升输出中的一个或多个，以控制随时间而变的悬浮高度。并且，引导方案可以进一步包括随时间而变的加速度速率，其中GNC系统被配置成控制四个悬浮发动机的倾斜位置中的一个或多个以生成随时间而变的加速度速率。此外，引导方案可以包括随时间而变的运载工具的角度朝向，其中GNC系统被配置成控制四个悬浮发动机中的每一个的倾斜位置或四个悬浮发动机中的每一个的提升输出中的一个或多个，以控制随时间而变的运载工具的角度朝向。
在其它实施例中，GNC系统进一步被配置成控制致动器以在运载工具大概保持在衬底上的第一位置上的同时使运载工具就地旋转。此外，GNC系统可以被配置成使运载工具同时旋转和平移。在一个实施例中，GNC系统可以控制运载工具沿着倾斜的衬底上移或下移，或者在倾斜的衬底上保持其位置。在运载工具悬浮在固定位置中的同时，GNC系统可以被配置成控制致动器以使运载工具在第一线性方向中移动，然后使运载工具在垂直于第一线性方向的第二线性方向中移动，而无需在第二线性方向中移动之前使运载工具旋转。
在其它实施例中，GNC系统可以被配置成经由有线或无线通信接口与移动控制单元通信。举例来说，移动控制单元可以是智能电话。GNC系统可以被配置成从移动控制单元接收方向输入命令，并且作为响应生成控制命令以让致动器中的每一个实施所述方向输入命令。
所述四个悬浮发动机可以各自被配置成围绕轴线旋转，其中围绕轴线的旋转使悬浮发动机相对于运载工具的底盘倾斜。在一个实施例中，第一悬浮发动机的第一旋转轴相对于第二悬浮发动机的第二旋转轴以90度的角度朝向，第一旋转轴相对于第三悬浮发动机的第三旋转轴以90度的角度朝向，第一旋转轴平行于第四悬浮发动机的第四旋转轴，并且其中第二旋转轴平行于第三旋转轴。在另一实施例中，第一悬浮发动机的第一旋转轴相对于第二悬浮发动机的第二旋转轴以一个角度朝向，第一旋转轴相对于第三悬浮发动机的第三旋转轴以一百八十度减所述角度朝向，第一旋转轴平行于第四悬浮发动机的第四旋转轴，并且第二旋转轴平行于第三旋转轴。
悬浮发动机可以各自被配置成围绕其旋转轴旋转通过一个角度范围。在一个实施例中，所述角度范围是至少20度。在一个实施例中，对于所有悬浮发动机可以使用同一个角度范围。在另外其它实施例中，可使用第二组永久磁体的相同磁体配置，包括一定体积的磁体和极性布置图案，在第一、第二、第三和第四悬浮发动机中的每一个上使用所述磁体配置。
在另外的实施例中，可使用第五悬浮发动机和第五致动器，其耦合到底盘并且配置成使第五悬浮发动机相对于底盘旋转。替代地，第五悬浮发动机可以相对于底盘以固定朝向固定。
在一些情况下，第五悬浮发动机可以被配置成比第一悬浮发动机、第二悬浮发动机、第三悬浮发动机或第四悬浮发动机中的任一个输出更多提升。
如上文所述，悬浮发动机可以包括使一个或多个结构旋转的电机。每个结构可以包括磁体配置。磁体配置可以包括一定体积的磁体、磁体体积在结构上的分布和磁体的极性布置图案。
在一个实施例中，可以提供一种悬浮发动机。所述悬浮发动机的特征总体上可以在于包括两组永久磁体。可以在电机中使用第一组永久磁体，并且可以使用第二组磁体在衬底中诱发涡电流。
电动机可以包括绕组、第一组永久磁体和固持第一永久磁体的第一结构。可以向绕组施加电流以使绕组或第一组永久磁体中的一个围绕旋转轴旋转。悬浮发动机可以包括电子速度控制器。电子速度控制器可以耦合到电机以调节电动机接收到的电流量并且控制电机的旋转速率。
第二结构可以被配置成从电动机接收旋转扭矩以使第二结构围绕旋转轴旋转。第二结构可以固持第二组永久磁体，其中第二组永久磁体旋转以在衬底中诱发涡电流，使得诱发的涡电流与第二组永久磁体相互作用以生成提升力。护罩可以封围电机和第二结构的至少一部分。
第二组永久磁体可以具有三个极性区域。第一极性区域可以具有第一极性和离旋转轴有径向距离的第一体积的磁体，其中第一极性方向处于平行于旋转轴的第一方向中。第二极性区域可以具有第二极性和在旋转轴的相反侧上的所述径向距离处的第二体积的磁体，其中第二极性处于平行于旋转轴的第二方向，其具有与第一极性区域相反的极性。第三极性区域可以具有第三体积的磁体，其沿着垂直于旋转轴的线分布于第一极性区域与第二极性区域之间。第三极性区域可以具有第三极性，其也垂直于旋转轴。
在具体实施例中，第二结构可以是圆盘形的。此外，第二结构可以包括面朝衬底的弯曲的底表面。在此实例中，底表面可以是凸面的或凹面的。在另一实施例中，第二结构可以包括面朝衬底的平坦的底表面。
在一特定实施例中，第二结构可以包括面朝衬底的底部平面表面。此外，第一体积的磁体可以包括第一底部平面表面，第二体积的磁体可以包括第二底部平面表面，并且第三体积的磁体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结构中。
在各种实施例中，第三体积可以大于或等于第一体积与第二体积的总和。如上文所述，第一体积的磁体可以包括第一底部平面表面，第二体积的磁体可以包括第二底部平面表面，并且第三体积的磁体可以包括第三底部平面表面。在一特定实施例中，包括第一底部平面表面的面积、第二底部平面表面的面积与第三底部平面表面的面积的总面积与包括第一体积、第二体积和第三体积的磁体的总体积的三分之二幂的比率与可以大于或等于一。在其它实施例中，所述比率可以大于或等于二。
在一些例子中，第一体积的磁体、第二体积的磁体和第三体积的磁体可以各自形成为单个连续磁体。在其它例子中，第一体积的磁体、第二体积的磁体和第三体积的磁体可以各自由多个磁体形成。此外，第三体积的磁体可以经布置以使得靠近旋转轴形成孔口。孔口可以被配置成接收附接到第二结构的一部分的来自电机的旋转部件。
在一个实施例中，第一体积的磁体、第二体积的磁体和第三体积的磁体可以成形为当在结构上靠近彼此放置时形成矩形箱体。在另一实施例中，第一体积的磁体、第二体积的磁体和第三体积的磁体可以成形为当在结构上靠近彼此放置时形成矩形箱体。在又一实施例中，磁导率至少比空气大10倍的材料层固定在电机下方，在第一体积的磁体、第二体积的磁体和第三体积的磁体上方，其中衬底在第一体积、第二体积和第三体积下方。
附图说明
附图是用于说明性目的并且仅仅用于提供本发明的系统和方法的可能结构和处理步骤的实例。这些附图决不限制所属领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以对本发明作出的任何形式和细节上的改变。
图1是骑乘根据所描述的实施例的悬浮板的人的图示。
图2和图3是根据所描述的实施例的响应于在导电板上方旋转的磁体的布置在导电板上生成的涡电流的图示。
图4A是根据所描述的实施例的与旋转磁体的布置相关联的提升和拖拽曲线的曲线图。
图4B是根据所描述的实施例的随着离导电衬底的距离而变的与旋转磁体的布置相关联的提升的曲线图。
图4C是根据所描述的实施例的随着导电衬底的厚度和RPM而变的与旋转磁体的布置相关联的提升曲线的曲线图。
图5A和图5B是示出根据所描述的实施例的悬浮发动机的图。
图6是示出根据所描述的实施例的具有启动辅助的系统的框图。
图7是根据所描述的实施例的包括具有动态位置的磁体的STARM的俯视图。
图8是根据所描述的实施例的具有可移动组件的STARM的图示。
图9是根据所描述的实施例的具有相对于彼此移动的磁体区段的STARM的图示。
图10是根据所描述的实施例的提升对比图9中的磁体区段的偏移角的曲线图。
图11是根据所描述的实施例的具有多相能力的STARM的图示。
图12到图16是根据所描述的实施例的STARM的图示。
图17A到图17C是根据所描述的实施例的悬浮发动机的图示。
图18到图20是根据所描述的实施例的具有可旋转磁体的多个区段的STARM配置的图示。
图21到图24是根据所描述的实施例的轨道配置的图示。
图25A、图25B、图26和图27是根据所描述的实施例的相对于导电衬底倾斜的STARM和生成的相关联的力的图示。
图28是根据所描述的实施例的被配置成倾斜的悬浮发动机的图示。
图29是根据所描述的实施例的被配置成倾斜和旋转的悬浮发动机的图示。
图30A到图30C是根据所描述的实施例的因为悬浮发动机倾斜而产生的力的不平衡的图示。
图31A到图32B是根据所描述的实施例的悬浮发动机的朝向控制机构的图示。
图33A和图33B是根据所描述的实施例的插置于STARM与导电衬底之间的将与STARM相关联的磁场重定向以生成推进力的机构的图示。
图34A和图34B是根据所描述的实施例的邻近于STARM和导电衬底的将与STARM相关联的磁场重定向以生成推进力的机构的图示。
图35是根据所描述的实施例的具有四个可倾斜STARM的磁性提升装置的图示。
图36A到图36C是根据所描述的实施例的具有以各种配置倾斜的四个可倾斜STARM的磁性提升装置的图示。
图37是根据所描述的实施例的具有四个可倾斜STARM和一个固定STARM的磁性提升装置的图示。
图38和图39是根据所描述的实施例的具有四个可倾斜STARM的磁性提升装置的图示。
图40是根据所描述的实施例的具有六个可倾斜STARM的磁性提升装置的图示。
图41是根据所描述的实施例的具有围绕矩形布置的四个可倾斜STARM的磁性提升装置的图示。
图42到图44是根据所描述的实施例的与引导、导航和控制系统相关联的框图和等式的图示。
图45A和图45B是根据所描述的实施例的用于控制转轮的旋转的悬浮发动机的图示。
图46A到图46B是根据所描述的实施例的具有悬浮能力的混合动力运载工具的图示。
图47A到图47B是根据所描述的实施例的包括采用悬浮发动机执行信号隔离的房间的系统的图示。
图48A到图49B是根据所描述的实施例的使用悬浮发动机沿着垂直或水平地朝向的轨道移动有效负载的系统的图示。
图50是根据所描述的实施例的具有被配置成在轨道罩壳内移动的磁性提升装置的系统的图示。
图51A到图54是根据所描述的实施例的具有被配置成沿着轨道移动的悬浮发动机的系统的图示。
图55是根据所描述的实施例的具有被配置成磁性地提升飞机的滑板的系统的图示。
图56是根据所描述的实施例的使用悬浮发动机沿着表面用辊子推进运载工具的系统的图示。
图57是根据所描述的实施例的使用悬浮发动机操控液体的系统的图示。
图58到图60C是根据所描述的实施例的悬浮机车和轨道配置的图示。
图61A到图62B是根据所描述的实施例的采用悬浮运载工具将材料沉积到表面的系统的图示。
图63和图64是根据所描述的实施例的包括布置成圆形图案的立方磁体的STARM的俯视图和透视图。
图65和图66是根据所描述的实施例的布置成圆形图案的磁体配置和磁体极性对准图案的俯视图。
图67到图71是根据所描述的实施例的包括跨越STARM的旋转轴的磁体的磁体配置和相关联的极性对准图案的俯视图。
图72到图74是根据所描述的实施例的包括布置成丛集的磁体的磁体配置和相关联的极性对准图案的俯视图。
图75和图76是根据所描述的实施例的包括布置成线性阵列的磁体的磁体配置和相关联的极性对准图案的俯视图。
图77示出用于图63中所示的磁体配置的预测涡电流图案。
图78示出用于包括布置成跨越STARM的旋转轴延伸的线性阵列的磁体的磁体配置的预测涡电流图案。
图79示出用于图69中所示的磁体配置的预测涡电流图案。
图80示出用于图70中所示的磁体配置的预测涡电流图案。
图81示出用于图76中所示的磁体配置的预测涡电流图案。
图82示出用于图75中所示的磁体配置的预测涡电流图案。
图83和图84是提升对比高度的曲线图，该曲线图比较数值预测数据和实验数据。
图85、图86和图87是用于八种不同磁体配置的提升对比高度的数值预测的曲线图。
图87是用于圆形布置的磁体配置的随着倾斜角而变的提升和推力对比高度的数值预测的曲线图。
图88和图89是用于图69中的磁体配置1290的随着倾斜角而变的升力和推力的数值预测的曲线图。
图90到图104是根据所描述的实施例的利用八立方英寸的磁体的磁体配置和相关联的极性对准图案和涡电流图案的图示。
图105是根据所描述的实施例的用于利用八立方英寸的磁体的各种磁体配置的升力对比高度的数值预测的曲线图。
图106是根据所描述的实施例的使用八边形磁体的磁体配置的图示。
图107和图108是根据所描述的实施例的正方形磁体配置和相关联的极性对准图案的图示。
图109是根据所描述的实施例的磁体配置和布置成形成圆盘的极性对准图案的图示。
图110和图111是根据所描述的实施例的利用梯形磁体的磁体配置和极性对准图案的图示。
图112是根据所描述的实施例的磁体配置和利用三角形磁体的极性对准图案的图示。
图113是根据所描述的实施例的磁体配置和极性对准图案的图示，该极性对准图案利用矩形磁体，其中磁体的一部分以跨越磁体的对角线的极性方向磁化。
图114是根据所描述的实施例的包括四个悬浮发动机的运载工具配置的仰视图。
具体实施方式
现在将参照附图中示出的本发明的几个优选实施例详细地描述本发明。在以下描述中，陈述众多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明。在其它情况下，未详细地描述众所周知的处理步骤和/或结构以免不必要地混淆本发明。
本文所描述的各种实施例分成多个不同部分。在标题为“磁性提升系统概述”的第一部分中，总体上描述诱发涡电流以生成升力的机电系统。该部分中包括图1到图4C。在标题为“包括升力和曳力控制的悬浮发动机配置”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种方法及设备。这个部分包括图5A到图20。在标题为“轨道配置”的第三部分中，描述了轨道的一些特征，该轨道可以包括其中诱发涡电流的导电衬底。这个部分包括图21到图24。
接下来，在标题为“磁性提升和推进”的第四部分中，描述了包括使用悬浮发动机推进运载工具的细节。具体来说，可以相对于衬底改变一个或多个STARM的朝向以生成推进和/或控制力。这个部分包括图24A到图34B。
接下来，在标题为“运载工具配置和导航、引导和控制(NGC)”的第五部分中，描述了悬浮发动机的布置然后是其致动以提供移动。接下来，论述可应用于磁性提升装置的导航、引导和控制(NGC)功能。这个部分包括图35到图44。
在标题为“应用”的第五部分中，描述了利用悬浮发动机的各种应用。举例来说，这个部分包括1)使用悬浮发动机来驱动和控制转轮的应用，2)被配置成悬浮或在转轮上运转的混合动力运载工具，3)提供与外部环境的信号隔离的房间，4)被配置成沿着轨道移动的悬浮发动机，5)飞行器的启动辅助，6)可以用于在船上执行工作的装置，7)列车和轨道配置，以及8)印刷。这个部分包括图45A到图62B。
在标题为“磁体配置和性能比较”的第六部分中，描述了可以用于悬浮发动机的各种磁体配置。对于多种配置生成升力预测并且对实验数据进行比较。这个部分包括图63到图113。
最后，在标题为“飞行数据”的第七部分中，描述了运载工具配置和在飞行过程中测量到的测试数据。在两张表中提出了数据。所述部分包括图113。
磁性提升系统概述
相对于图1到图4C，描述磁性提升系统的一些通用实例和操作原理。具体来说，论述了一种被配置成提升和推进骑乘者的悬浮板系统。悬浮板系统可以包括具有悬浮发动机的悬浮板和衬底，悬浮板在该衬底上面操作。衬底可以包括导电部分，其中诱发涡电流。可使用感应涡电流的装置与诱发的涡电流之间的电磁相互作用来产生电磁提升和各种平移和旋转控制力。
悬浮板是经由移动磁场源(例如永久磁体)与诱发涡电流之间的相互作用生成例如升力的力的机电系统的一个实例。图1是人10骑乘悬浮板12的图示。在一个实施例中，悬浮板包括四个悬浮发动机，例如16。悬浮发动机16产生磁场，该磁场随时间而变化。时变磁场与轨道14中的导电材料相互作用以形成涡电流。涡电流及其相关联的磁场与来自悬浮发动机的磁场相互作用以产生力，例如提升力或推进力。相对于图2和图3描述可以产生的涡电流的实例。相对于图4A到图4C描述与诱发的涡电流相关联的提升和拖拽。下文相对于图63到图117描述磁体配置、涡电流图案、升力预测和实验数据比较的更多细节。
图1中，轨道14由铜形成。具体来说，使用在彼此顶上分层的三个八分之一英寸的铜片。可使用其它导电材料和轨道配置。仅仅出于说明的目的描述由铜片形成的轨道。使用多个分层的薄片可以更容易形成弯曲表面。举例来说，可以形成半管(half-pipe)。图1中，示出了半管的一部分。轨道14可以包括各种倾斜表面和平坦表面，并且仅仅用于说明性目的提供半管的实例。
所使用的导电材料的厚度可以取决于导电材料的材料属性，例如其当前承载能力及期望的磁性提升量。根据例如输出磁场强度、磁场移动速率和悬浮发动机离轨道表面的距离之类的因素，特定的悬浮发动机可以在特定轨道材料中诱发更强或更弱的涡电流。不同的悬浮发动机可以被配置成产生不同的提升量，因此，诱发更强的或更弱的涡电流。
与在材料中诱发的涡电流相关联的电流密度可以在表面处最大，然后可以随着离表面的距离而减小。在一个实施例中，在表面处诱发的电流密度可以大约是每平方厘米一千到一万安培。当导电材料变薄时，它可能达到这样的厚度：悬浮发动机潜在地诱发的电流量大于导电材料能保持的电流量。此时，从悬浮发动机输出的磁性提升量可能相对于导电材料较厚的情况下潜在地产生的提升量降低。相对于图4C更详细论述这个效应。
当材料的厚度增加时，诱发的电流随着离表面的距离增大而变得越来越小。在达到某一厚度之后，另外的材料产生的另外的提升极小。对于用于悬浮板12的悬浮发动机，模拟结果显示，使用1/2英寸的铜相对于使用3/8英寸的铜不会产生更大许多的提升。
对于图1中示出的装置，模拟结果预测，与使用1/2英寸的铜相比，使用仅仅1/8英寸的铜片将明显地降低提升。使用的是为Maxwell等式求解的有限元分析。具体而言是Ansys Maxwell(Ansys,Inc.,Canonsburg,PA)。
在各种实施例中，可使用的铜量随着应用而改变。举例来说，对于被配置成承载玩偶的小比例尺的悬浮板模型，1/8英寸的铜片可能完全够了。作为另一实例，与具有更厚的量的更加导电的材料的轨道相比，具有更薄的量的导电材料的轨道可能得到的提升生成效率不太高。然而，可以用导电材料的成本换取提升生成的效率。
衬底14可以包括被配置成支撑诱发的涡电流的部分。此外，它可以包括用于增加机械支撑或刚度的部分，以提供冷却和/或允许组装轨道部分。举例来说，可以提供被配置成去除热和/或将热移动到特定位置的管道或鳍片。在另一个实例中，可以将衬底14形成为多个拼片，其被配置成彼此介接。在又另一实例中，衬底14的用于支撑诱发的涡电流的部分可能相对较薄，并且可以添加另外的材料以提供结构支撑和刚度。
在各种实施例中，衬底14的用于支撑诱发的涡电流的部分可能相对均质，因为它的属性在深度和不同位置中基本上是均质的。举例来说，例如银、铜或铝之类的实心金属薄片可以被视为在它的深度属性和不同位置上基本上是均质的。作为另一实例，可使用导电复合材料，例如聚合物或复合物，其中材料属性在不同位置中和在深度中平均是相对均质的。
在其它实施例中，衬底14的用于支撑诱发的涡电流的部分可能在深度中不同，但是可以在不同位置中是相对均质的。举例来说，衬底14的支撑涡电流的部分可以由掺杂有另一材料的基底材料形成。掺杂量可以在深度中改变，使得材料属性在深度中改变。
在其它实施例中，衬底14的支撑涡电流的部分可以由不同材料层形成。举例来说，可以在彼此隔绝的例如铜层之类的导电材料层之间使用电绝缘物。在另一个实例中，可使用一层或多层铁磁性材料与一种或多种顺磁材料或反磁性材料。
在又另一实例中，衬底14的支撑涡电流的表面可以包括表面结构，例如升高或凹陷的凹凸痕，它会影响诱发的涡电流或某种其它材料属性。因此，从位置到位置可存在材料属性的略微变化，但是因为在特定区域上得到平均化，所以材料属性可能在不同位置中是相对均质的。
在一个实施例中，人可以通过改变其重量和在悬浮板上的位置来控制悬浮板12。重量变化可以改变悬浮发动机16中的一个或多个相对于轨道14的表面的朝向。朝向可以包括悬浮发动机的每个部分离轨道的距离。每个悬浮发动机(例如16)相对于轨道表面的朝向可以引起平行于该表面的力的产生。
可使用来自悬浮发动机16的净力在特定方向上推进运载工具并且控制它的自旋。此外，个人可能能够弯下身子并且撑走表面14，以在特定方向上推进悬浮板12，或者先推然后跳到悬浮板12上，使其在特定方向上移动。前面并入本文中的名称为“悬浮板(Hoverboard)”的第14/639,045和14/639,047号美国专利申请中描述了悬浮板的额外细节。
接下来，相对于图2和图3描述可以与悬浮发动机一起使用的磁体布置的几个实例。图2和图3是响应于在导电板上方旋转的磁体的布置在导电板上产生的涡电流的图示。导电板是衬底的被配置成支撑诱发的涡电流的部分。使用Ansys Maxwell 3D(Canonsburg，PA)模拟所产生的涡电流和相关联的力。在模拟中的每一个中，磁体布置分别在铜板56和64上方1/2英寸的高度以1500RPM旋转。铜板建模为1/2英寸厚。板子建模成在深度中并且在不同位置中是均质的。板子的宽度和长度选择成使得在STARM靠近板子边缘诱发涡电流时可能发生的边缘效应极小。
磁体是一立方英寸的强度为N50的钕合金磁体，类似磁体可以通过K and Jmagnetics(Pipersville，PA)购买。磁体重量是每个大约3.6盎司。可以利用不同大小、形状和材料的磁体，并且仅仅出于说明的目的提供此实例。
在图2中，布置八个一立方英寸的磁体，例如50，其内边缘离z轴大约两英寸。磁体建模为嵌入在铝框52中。箭头起始处指示磁体的北磁极。其中四个磁体的极性垂直于z轴。开放的圆圈表示磁体的北磁极，带有x的圆圈表示磁体的南磁极。包括四个磁体的极性图案重复两次。
在各种实施例中，图中所示的磁体的极性图案可以重复一次或多次。可使用不同大小和形状的一个或多个磁体形成磁体体积，该磁体体积匹配与极性图案相关联的极性方向。举例来说，总体积为一立方英寸的两个二分之一英寸宽的矩形磁体或者总体积为一立方英寸的两个三角形磁体可以在相同的方向上对准以用某一图案提供极性方向。在极性图案中，极性方向不同于邻近磁体的磁体可以接触邻近磁体或者可以与邻近磁体分开。
对于特定立方尺寸的给定数目的磁体，可以调整磁体面离z轴的距离，使得磁体的边缘接触或者隔开较小的距离。对于使用八个磁体的此实例，将形成八边形形状。相对于图8A和图8B描述以图2中所示的极性图案围绕圆布置二十个一英寸立方体磁体重复五次的配置。这个磁体布置的内边缘离旋转轴大约3.75英寸。
当磁体被带动到一起时，每个磁体产生的提升和拖拽的量值能相对于磁体隔开更远的时候增加。在一个实施例中，可以利用梯形磁体以允许磁体在围绕旋转轴布置时彼此接触。可使用不同的梯形角度适应不同的磁体总数，例如四个磁体(90度)、八个磁体(45度)等。
还可以针对这个目的使用矩形磁体和三角形磁体的组合。举例来说，三角形磁体可以放置在图2中所示的立方体磁体之间。在一个实施例中，四个梯形磁体的群组或矩形磁体和三角形磁体的组合的极性图案可以类似于图2中所示的极性图案。
当八个磁体的布置在铜板上方旋转时，在铜中诱发涡电流。在图2的例子中，模拟结果显示产生了四个圆形涡电流56。四个涡电流的圆圈采用交替的方向，并且大概在循环磁体下面的中心位置。
发生这样的电磁相互作用：其中循环涡电流产生磁场，该磁场排斥磁体布置，从而产生提升力和拖拽力。如上所述，当磁体旋转时，涡电流的中心部分旋转(这个旋转不同于形成每个涡电流的循环电流的旋转)。然而，涡电流不是直接在与z轴对准的四个磁体下方。因此，涡电流可以产生吸引与其相邻的永久磁体的磁极之一的磁场。吸引力可以垂直于提升起作用以产生拖拽，这与磁体的移动对抗。拖拽还可以与扭矩相关联。通过耦合到磁体布置的电机供应的输入扭矩克服拖拽扭矩。
在简单的实例中，在圆形线圈中循环的电流会生成磁场，磁场看起来像条形磁体的磁场，其中朝向(北/南)取决于电流的方向。所产生的磁场的强度取决于圆形线圈的面积和流过线圈的电流量。线圈约束电流可以流动的位置。
在这个实例中，不存在轮廓分明的电路。因此，一个涡电流可以与邻近的涡电流相互作用。相互作用使得涡电流之间的界面处的电流量值增加，从而使得电流量值围绕每个涡电流的圆周变化。此外，电流还随着进入材料内的深度而变化，其中单位面积的最大电流发生在表面，然后随着进入表面内的深度而减小。
此外，不同于具有固定位置的电路，涡电流的中心随着诱发电流的磁体的旋转而旋转。与磁体在导电材料上线性地移动的时候不同，在磁体前面和后面形成分开的涡电流。在这个实例中，四个磁极(北磁极和南磁极垂直于板子表面的磁体)足够靠近，使得形成于一个磁极前面的涡电流与形成于下一个邻近磁极后面的涡电流汇合。因此，所形成的涡电流的数目等于磁极数目，也就是四个。总的来说，对于这种类型的配置观察到所形成的涡电流的数目等于磁体配置中使用的磁极数目。
此外，材料界面可能影响诱发的涡电流，使得所产生的提升和拖拽量在界面附近和界面远处是不一样的。举例来说，在上面诱发涡电流的表面可以具有边缘，支撑所诱发的涡电流的材料在边缘中结束。靠近边界，当STARM趋近边缘时，涡电流往往会压缩，这样会影响所得的提升和拖拽。
在另一个实例中，表面可以具有界面，在界面中导电率有不连续性。举例来说，用于形成表面的两个邻近铜片的边缘可能不接触，可能部分地接触，或者可能彼此导电绝缘。不连续导电率可能会减轻或阻止电流流过界面，这样会影响从诱发的涡电流产生的提升和拖拽。
在一个实施例中，支撑诱发的涡电流的衬底可以由多个薄片形成，这些薄片堆叠成多层，这样的1/8英寸的铜片堆叠在彼此顶部上。不连续部分可以形成于两个邻近薄片汇合的一层中，例如两个薄片之间的较小间隙，其使得从第一薄片流到邻近第二薄片的电流减少。所述间隙可以容许热膨胀并且简化组装过程。为了减轻不连续性的影响，薄片之间的邻近边缘可以在层与层之间错开。因此，特定位置处的不连续性可以发生在一个层中而非其它邻近层中。
在一些情况下，可使用导电膏改善薄片之间的导电率。在另一实施例中，邻近薄片可以焊接在一起。在又一实施例中，可使用柔性接触件(可以先压缩然后膨胀)以允许电流在不同薄片之间流动。
图3中，一立方英寸磁体的三行乘五列阵列(例如60)在铜板上方旋转。阵列也可以在每行中使用单个磁体。磁体建模为被铝框62包围。在这个实例中，磁体被配置成彼此接触。示出了每行五个磁体的磁体图案。在替代实施例中，可使用开放圆圈、左箭头(指向开放圆圈)、带有“x”的圆圈、右箭头(离开带有x的圆圈)和开放圆圈的五个磁体的图案。这与图中所示的左箭头、带有“x”的圆圈、左箭头、开放圆圈和右箭头图案相比较。
对于每一行，磁体图案是相同的，对于每一列，磁体极性是相同的。在各种实施例中，磁体阵列可以包括一行或多行。举例来说，可使用仅仅包括图3中所示的图案中的一行的磁体阵列。
具有一行或多行的多个阵列可以布置在旋转主体上，使得旋转主体得到平衡。举例来说，相同数目的磁体的两个、三个、四个等阵列的磁体阵列可以布置在旋转主体上。在另一实施例中，具有第一数目的磁体的两对或更多对磁体阵列和具有第二数目的磁体的两对或更多对磁体阵列可以彼此相反地布置在旋转主体上。
在图3的例子中，在磁体阵列下面产生两个涡电流66，并且在阵列前面和后面形成两个涡电流70和68。当阵列围绕板子旋转时，这些涡电流随着阵列移动。当阵列在板子64上移动时，涡电流(例如72)自旋离开。涡电流66、68和70产生磁场，磁场可以在阵列上引起磁性提升和拖拽。当这些类型的阵列中的两个阵列放置成彼此接近时，模拟结果显示，从一个阵列诱发的涡电流可以与从另一个阵列诱发的涡电流合并。这种效应随着阵列隔开得更远而减弱。
在图2和图3的实例中，模拟结果显示，图3的配置中每个磁体产生的提升力比图2多。这个结果的一部分是因为图3中的磁体的一部分处在比图2中的磁体更大的半径处。对于恒定的RPM，更大的半径使磁体相对于导电板的速度更大，这样能产生更多的提升。
每个磁体的提升可以是总提升除以立方英寸单位的总磁体体积。对于一立方英寸的磁体，体积是一立方英寸。因此，磁体的总数等于立方英寸单位的体积。因此，上一段中使用每个磁体的提升力。使用总提升除以磁体布置的磁体体积提供了一种比较不同磁体布置的提升效率的方式。然而，如上所述，磁体相对于衬底的速度(随半径和RPM而变)会影响提升，因此在比较磁体配置时可能是一个重要的考虑因素。
在图2和图3中，磁体极性图案中的磁极的一部分对准，使得磁极平行于STARM的旋转轴(图中的标记有“x”或“o”的磁极)。当STARM的底部平行于支撑诱发的涡电流的表面时，磁极的该部分和旋转轴大概垂直于该表面。
在这种配置中，为了与表面相互作用，STARM可以在其侧面上旋转，就像在道路上滚动的轮胎一样，其中旋转轴大致平行于表面。在特定实施例中，可以提供例如致动器之类的机构，它可以在操作期间动态地使磁极(同样，是标记有“x”和“o”的磁体)中的一个或多个旋转。举例来说，图2和图3中所示的磁极可以是可旋转的，使得它们可以从图2和图3中所示的垂直于表面的朝向移动成它们平行于表面的朝向再移动回去。当磁体以此方式转动时，所产生的提升和拖拽量能够减少。在额外实施例中，可以利用固定磁体配置，其中图2和图3中所示的磁极相对于它们在图2和图3中的朝向旋转零度与九十度之间的某个角度。
图4A包括根据所描述的实施例的与旋转磁体的布置相关联的提升曲线106和拖拽曲线108的曲线图100。曲线是力102与旋转速度104的关系。可以经由实验测量和/或模拟测定该曲线。请注意，磁性提升和拖拽不同于可能与悬浮发动机的相关磁体布置的旋转相关联的任何空气动力提升和拖拽。
虽然未图示，但是可以测定和标绘扭矩量。如图2所示，磁体阵列可以径向对称。在一些情况下，例如当径向对称阵列平行于导电衬底时，净拖拽力可以是零。尽管如此，会产生对抗阵列旋转的扭矩。可使用来自电机的旋转输入来克服扭矩。
如图4A中所示，磁性拖拽随着速度的增加而增加，达到峰值，然后开始随速度减小。然而，磁性提升会随速度增加。该速度可以是磁体相对于诱发涡流的表面的速度。当磁体旋转时，这个速度是离旋转轴的距离乘以角速度的乘积。随着离旋转轴的距离在磁体面上变化，速度可以在磁体面上变化。
在图3中所示的磁体配置的各种模拟中，观察到大部分拖拽发生在250RPM与350RPM之间。然而，包括峰值的拖拽量可以取决于例如下面各项的变量：磁体的尺寸和形状、磁体离诱发涡电流的衬底的距离、磁体相对于衬底的速度(它随着衬底的半径和厚度改变)、和磁体的强度。并且，对于多个磁体的布置，它们的磁极的布置和相对于彼此的间隔能够影响所产生的提升和拖拽两方面。因此，仅仅出于说明的目的提供取值范围。
图4B是随着离导电衬底的距离110而变的与旋转磁体布置相关联的力曲线图102。在这个实例中，模拟了类似于图3中展示的磁体配置。该曲线图是基于恒定RPM下的多次模拟。提升看起来随着离表面110的距离的增加而遵照指数衰减曲线。
图4C是随着导电衬底的厚度和RPM而变的与旋转磁体布置相关联的提升曲线的曲线图。在这个实例中，使用了类似于图3中展示的配置。导电衬底是铜，并且模拟结果中，铜的厚度在.05英寸与.5英寸之间改变。
模拟预测出所产生的提升量在达到铜厚度的某一阈值之后开始减小，并且在阈值以上相对恒定。阈值的位置随着RPM而变。它还可以随着磁体配置而变。在一次模拟中，预测到负提升，即，当厚度够薄时产生的吸引力。
包括提升和拖拽控制的悬浮发动机配置
接下来，相对于图5A到图20描述悬浮发动机的细节。具体来说，描述用于生成和控制磁性提升和拖拽的各种方法及设备。在一个实施例中，如图5A中所示，例如122的STARM可以与电机集成以形成悬浮发动机120。电机可以包括定子124和转子126。在操作中，向定子124中的线圈施加DC或AC电流，这使得转子126转动，或者向转子126中的线圈施加DC或AC电流，这使得转子围绕轴线132转动。定子124或转子126中的一个可以包括永久磁体，永久磁体与响应于向线圈施加AC或DC电流而生成的磁场相互作用。
第二组永久磁体或电磁体，例如128a或128b，可以耦合到用于生成磁性提升的电机。第二组磁体不用于使电机转动。如上文所述，当耦合到转子时旋转的第二组磁体可以生成移动磁场，移动磁场在衬底130中诱发涡电流。涡电流可以产生相对磁场，相对磁场产生对悬浮发动机120起作用的提升和拖拽力。
在图5A的实例中，转子126在定子124内部。提升生成磁体的布置被布置在转子126的底部上。在替代实施例中，提升生成磁体可以布置在转子的顶部和底部上。举例来说，这个布置可以允许悬浮发动机120悬浮在两个衬底薄片之间，这些衬底薄片是平坦的或弯曲的。
在图5A中，例如128a和128b的提升生成磁体在定子124的半径内部。在另一实施例中，如图5B中所示，悬浮发动机140包括提升生成磁体，例如146a和146b，其当转子144的一部分在定子142下方延伸时，该提升生成磁体在定子142的大致相同半径处。总的来说，磁体的布置可以位于定子的半径内、在定子的相同半径处、在定子布置的外部或其组合。
在图5A的实例中，与电机的转动相关联的磁场的朝向同与生成磁性提升相关联的磁场的朝向是不同的。具体来说，与定子124和转子126相关联的磁场被配置成总体上指向彼此以生成使转子转动的高效的相互作用。但是，与例如128a和128b的提升生成磁体相关联的磁场将总体上被朝向衬底引导以在衬底130中诱发涡电流。
在具体实施例中，可以提供一个机构，其相对于衬底130改变提升生成磁体的朝向以引入倾斜角。举例来说，定子124、转子126和例如128a和128b的提升磁体可以使用某种类型的致动器作为一个单元围绕轴线135倾斜。提升磁体相对于衬底130的倾斜角的变化可能导致力的不平衡。力的不平衡可以产生推进力，推进力可以用于推进运载工具。举例来说，可使用推进力使运载工具在所希望的方向上沿着衬底130平移。
在另一实施例中，STARM 122和转子126可以被配置成相对于定子124和衬底130倾斜。举例来说，转子126可以围绕旋转轴135倾斜，旋转轴135垂直于图5A中的页面。可能的倾斜量可以取决于定子124与转子126之间的间隙。在又一实施例中，定子124和转子126可以作为一个单元倾斜，并且转子也可以相对于定子改变，这样也使转子相对于衬底的倾斜度改变。
在启动过程中，可以发生最大功率要求，其中需要克服转子的惰性力矩，并且STARM上的拖拽力最高。在具体实施例中，可使用将启动功率要求的一部分传递到另一装置并且因此减少初始功率要求的设备和方法。下文相对于图6、图7和图8描述与减少磁性提升运载工具的启动功率要求相关联的一些实例。
运载工具可以具有机载电源152，例如存储电的电池或燃料。机载电源152可以在运载工具飞行时为运载工具供电。在一个实施例中，运载工具可以包括补充电力接口150。当从其它部分向包括电机154和STARM 156的悬浮发动机供电时，可使用补充电力接口从外部电源提供电力。还可以使用外部电源为例如机载电池的机载源充电。因此，使用外部电源可以允许增加机载电源的寿命。
在启动过程中，可使用外部电源而不是机载电源152。在启动之后，外部电源可以断开并且运载工具可以切换成使用机载电源。因此，可以切换机构，切换机构在两个电源(机载电源和外部电源)之间切换。切换机构可以是手动地操作的开关。在另一实施例中，自动开关可以耦合到控制器。控制器可以包括控制逻辑，其允许控制器检测运载工具是否连接到外部电源并且在机载电源152与外部电源之间切换。控制器还可被配置成将机载电源置于充电模式，例如在使用电池时。
在一个实施例中，外部电源的特性可以与机载电源不同。举例来说，外部电源的电压可以大于机载电源。可以使用更大的电压在启动过程中从电机生成更多扭矩。一旦实现了悬浮条件，扭矩要求就可以降低，并且可使用电压输出低于该机载电源的机载电源。
在另一实施例中，可以利用外部启动电机158。可使用外部启动电机158向STARM156供应扭矩，扭矩使得STARM 156的旋转达到某个初始旋转速度。接着，例如154的内部电机可以接管。在图6的实例中，启动电机158位于衬底130下面，并且包括启动电机接口160，其允许启动电机耦合到STARM 156或悬浮发动机的某个其它部分。当启动电机接口与STARM接合时，来自启动电机的扭矩可以传送到STARM。在启动过程中，扭矩可以通过机载电机154供应到STARM，或者可以不通过机载电机154供应到STARM。当起动机接口脱离时，STARM 156可以从机载电机154接收扭矩。
在一个实施例中，电机154可以在STARM 156被启动电机转动时耦合到STARM 156，使得STARM 156也转动。因此，电机154可以充当发电机为机载电源152充电。在另一实施例中，可使用离合器机构，使得机载电机154在启动过程中从STARM 156脱离。因此，启动电机158可以仅仅向STARM并且不向STARM和电机供应扭矩。在启动之后，可使用离合器机构将STARM 156重新接合到电机154。
起动机接口的其它实例是可能的，并且提供图6中的实例仅仅是为了说明性目的。举例来说，可以使用旋转的转轮，其与STARM的侧面邻接，并且在接触STARM时将角动量传递到STARM。在另一个实例中，STARM 156的侧面可以包括锯齿，锯齿被配置成与旋转齿轮介接，旋转齿轮与STARM 156的侧面上的锯齿啮合。
在一些提升磁体配置中，当磁体更接近旋转轴时，由STARM产生的磁性拖拽量可能更少。磁性拖拽与衬底对于移动磁场的阻力相关联，并且不同于与STARM相关联的惰性力矩或作用于STARM的空气动力拖拽。如上文所述，在达到发生峰值磁性拖拽的旋转速度之后，磁性拖拽可以随着旋转速度的增加而减小。如图7中所示，在一个实施例中，例如170的STARM上的磁体阵列中的例如174的磁体的全部或一部分可以放入狭槽中并且耦合到例如弹簧172的阻力机构。狭槽可以是固持磁体和弹簧的支撑结构178的一部分。当STARM 170旋转起来时，磁体可以在狭槽内远离STARM的中心中的旋转轴176移动。
阻力机构的力曲线可选择成使得根据转子的特定速度曲线克服力曲线。因此，可以根据速度控制磁体离旋转轴的半径。可选择用于阻力机构的不同力曲线以控制半径随时间的变化。峰值拖拽可以受到磁体阵列所在的半径的影响。具体来说，当与磁体位置离轴线更远时相比磁体更接近旋转轴时，磁性拖拽的随着速度而变的量值可以更小。因此，使用这种方法，可有可能减少使STARM转动所必需的峰值扭矩并且影响需要的电机的大小。
拖拽量还受到转子上方的磁体阵列中的磁体高度的影响。如上文所述，一些STARM配置的磁性拖拽可以增加，到达峰值，然后随着旋转速度的增加而减小。在一个实施例中，如图8中所示，可以根据旋转速度控制永久磁体离衬底顶部的距离。
在图8中，STARM 180铰接，使得起初磁体182处在离衬底130的顶部的第一距离。在这个实例中，两个铰接侧面184a和184b通过弹簧186或生成阻力的某种其它类型的机构(例如弹性带)固持在一起。铰接侧面围绕铰链188旋转。当STARM围绕轴线190旋转时旋转速度增加时，铰接侧面184a和184b展开，弹簧伸展，STARM 180上的磁体被带动成更接近衬底。
在具体实施例中，弹簧的力曲线可选择成使得STARM不被带动到其离表面的最小距离，即，当其变平时或者当弹簧不再进一步伸展时，直到STARM的速度在发生最大拖拽的峰值速度以上时。在峰值拖拽速度之后，拖拽可以随着旋转速度的增加而减小。因此，使用这种方法，磁性提升系统的启动能量可以减少，因为通过使STARM上的磁体保持离开衬底的表面而绕过峰值磁性拖拽范围。
在图8的实例中，STARM 180铰接，使得其划分成两个部分。在其它实施例中，STARM可以包括瓣片，例如三个、四个、五个区段等，其随着速度的增加而放低。瓣片不一定必须以相同的速率放低。举例来说，对于具有四个瓣片的STARM，两个相对的瓣片可以随着速度以第一速率放低，而第二两个相对瓣片可以以第二速率放低。可以使用不同的力保持机构(例如具有不同弹簧常量的弹簧)产生不同速率。
在图7中的实例中，使用无源系统，其中STARM 180的部分随着速度的增加而展开，并且随着速度的降低而收回到一起。在其它实施例中，可使用例如一个或多个致动器的有源机构控制STARM离衬底顶部的高度，或者像在图7的实例中一样，控制永久磁体的径向距离。在另外其它实施例中，可使用有源和无源机构的组合，例如弹簧和致动器。
在一个实施例中，可使用致动器控制STARM 180的铰接侧面，如图8中所示。在另一实施例中，STARM 180可以是圆盘形状的，其中圆盘的形状是固定的。可以提供一种机构，其相对于衬底表面仅仅升高和放低STARM或升高和放低STARM和电机。在另一实施例中，可以提供相对于表面(例如起落架系统)升高整个运载工具的机构。在使用铰接STARM的又一实施例中，一个或多个铰链机构可以成形为在STARM的底表面下方延伸以充当起落机构。举例来说，在底表面下方延伸的部分可以具有滚动能力，这允许STARM在启动模式中沿着地面滚动。
相对于图9和图10描述用于控制从悬浮发动机输出的提升和拖拽量的另一种方法和设备。在图9中，提供包括两层的永久磁体的配置。图9中指示磁体极性。在这个实例中，使用相对于图2描述的极性图案。
包括磁体的STARM可以被配置成允许第一层磁体相对于彼此旋转。举例来说，可以通过某种类型的轴承系统将两层与其相关联的支撑结构分开。在这个实例中，底层中的磁体可以放置成最靠近衬底以诱发涡电流。
在第一位置200中，每一层中的磁体的极性对准。在第二位置204中，每一层中的磁体的极性彼此相反。固持磁体的机构可以设计成允许两层在位置200和204之间旋转。示出了中间位置202，其中两层相对于彼此旋转四十五度。
使用Ansys Maxwell执行模拟，其中两层相对于彼此旋转。偏移角指代旋转量，其中零度与位置202相关联，而九十度与位置204相关联。随着偏移角的增加，提升减小。提升的最小值发生在九十度。
因为顶部层诱发的涡电流干扰从底层诱发的涡电流，所以提升减小。提升不会达到零，因为磁体效应随着离衬底的距离而减小。因此，更接近表面的底层的影响大于离表面更远的顶层。在这个实例中，顶部和底部层包括相等质量的磁体。因此，底层的影响更大。
在替代实施例中，每一层中的磁体质量可以改变。举例来说，相对于底层可以将更多的磁体质量放入顶层中。可使用顶层中的更大磁体质量使其离表面偏移的距离大于底层。因此，升力可以驱动成更接近零。
在操作中，在低RPM下，STARM可以在位置204中启动，以便生成最少量的提升和拖拽。接着，一旦达到阈值RPM，则可以将磁体层从位置204移位到位置202。这种方法可以减少这种配置的STARM生成的峰值拖拽量。
在一些实施例中，悬浮发动机可以是多相的。从悬浮发动机产生的提升和拖拽取决于输出磁场的速度。多相的悬浮发动机可被配置成输出在装置的不同区域上以不同速度移动的磁场。因此，在STARM的不同区域中，提升和拖拽特性可以是不同的。
举例来说，如图11中所示，STARM 210在外侧半径212与第一半径214之间的第一区域222中包括永久磁体，例如216a和216b。在第一区域中，磁体和磁场相对于轴线218以第一速率旋转。在第一半径214与旋转轴218之间的第二区域222中，磁场相对于旋转轴218以第二速率旋转。具有不同相位的更多区域是可能的，并且图11中的实例仅示出了两个区域，该实例仅仅是出于说明的目的示出的。
悬浮发动机可以包括用于使每个区域中的磁场以不同速率旋转的不同机构。举例来说，可以提供包括永久磁体和/或电磁体的外部圆盘和包括永久磁体和/或电磁体的内部圆盘，其中悬浮发动机可以被配置成以不同的速率机械地旋转外部圆盘和内部圆盘。圆盘的外部和内部部分必然彼此机械解耦以容许不同旋转速率。
在另一实施例中，圆盘可以是被配置成以单个速率旋转的单个零件。因此，靠近边缘的永久磁体可以用圆盘的旋转速率旋转。然而，在内部区中，例如224的电磁体产生的磁场可以被配置成相对于衬底以不同于圆盘的旋转速率的有效旋转速率旋转。不同旋转速率可以由电磁体接收到的随时间变化的电流产生。因此，相对于衬底226，由电磁体产生的磁场的有效旋转速率可以不同于永久磁体的磁场的旋转速率，其取决于圆盘的旋转速率。举例来说，到电磁体的电流可以在与圆盘的机械旋转相反的方向上循环，使得由电磁体产生的磁场相对于衬底的速度小于永久磁体的磁场相对于衬底的旋转速率。如果到电磁体的电流在与旋转圆盘相同的方向上循环，则来自电磁体的磁场相对于衬底的速度可以大于从永久磁体产生的磁场的速度。
在其它实施例中，圆盘可以根本不旋转。相反，到电磁体的电流可以循环，使得相对于衬底生成磁场速度。当在离旋转轴的不同半径处提供两行或更多行电磁体时，每行可以用不同速率循环以使提升和拖拽特性在区域之间改变。
在一个实施例中，可以改变发送到每个电磁体的电流的量值(电磁体可以是具有多个匝的线圈)，使得圆盘的底表面的一半上的电流大于圆盘的底表面的另一半上的电流(底表面是指面朝衬底的一侧)。具体来说，当电磁体位于圆盘的第一半上时，控制器可以被配置成比其位于圆盘的第二半上时向电磁体施加更多的电流。通过以此方式改变电流，可以形成力的不平衡，其可以用于推进。在特定实施例中，力不平衡可以使圆盘的一侧上的拖拽大于圆盘的另一侧。拖拽不平衡可以引起力的生成，该力可以用于推进并可能控制运载工具的方向。下文描述导航、引导和控制的细节。
在其它实施例中，根据用于制造图11中的STARM的材料而定，可以从在衬底中诱发的磁场在STARM中诱发第三磁场。举例来说，STARM的内部区域可以由非铁磁性材料(例如铜)或铁磁性材料与非铁磁性材料的组合(例如铝和铸铁)或仅仅铁磁性材料(例如铁)构成。内芯中的电磁体可以受到控制以生成移动磁场，移动磁场在衬底中诱发涡电流。在衬底中诱发的涡电流可以诱发涡电流和/或STARM材料中的磁场的对准，其在STARM与衬底之间产生吸引力。可以在单相装置中使用这种方法，并且仅仅是出于说明的目的提供以上实例。
图12示出了可以用于生成磁性提升的STARM设计230的俯视图。当用于悬浮发动机时，STARM设计的底面将面朝衬底。STARM被配置成围绕轴线232旋转。在图12中，示出了四个磁体234a、234b、234c和234d，这些磁体可以是永久磁体或电磁体。所有四个磁体的磁场线可以全部连接在一起。这个图案可以产生STARM的底面上的磁通量分布大于STARM的另一侧面的STARM。
在图12中，磁体234a和234c内部的箭头指向每个磁体的北极。这些磁体中的两个磁体的磁极大概垂直于旋转轴对准，并且这些磁体中的两个磁体的磁极大概平行于旋转轴232对准。磁体234b的极性大概平行于旋转轴对准，并且指向页面中，即，带有“x”的圆是南极。磁体234d指向页面外，即，磁体234d顶部上的开放的圆是北极。磁体方向可以从平行于旋转轴改变成垂直于旋转轴，并且仅仅是出于说明的目的提供图12中的实例。
永久磁体的图案在给定半径可以重复多次。举例来说，可使用八个、十二个、十六个永久磁体的图案。此外，可使用包括四个以上磁体(例如五个、六个、七个等)的单个图案生成单侧磁通量分布。这些图案还可以重复。此外，在多个半径处，可以布置不同磁体图案。举例来说，可以在第一半径布置四个磁体，并且可以在第二半径布置八个磁体。八个磁体可以是四个磁体的图案的两个重复或包括八个磁体的唯一图案。
磁场对准区域可以指STARM上的具有共同磁场对准的区域。每个磁场对准区域可以由一个或多个磁体形成。举例来说，在图12中，与带十字的受到正方形限界的圆相关联的磁场对准区域可以与第一磁场对准区域相关联。第一磁场对准区域可以由在指示方向上对准的单个立方磁体或在指示方向上对准的多个磁体形成。当磁场对准区域中使用多个磁体时，磁体可以接触，或者可以是稍微隔开的部分。
每个磁场对准区域的形状和面积可以在区域之间是不同的，并且面积不必相等。在图12中的实例中，四个立方磁场对准区域由四个立方磁体形成。因此，当从STARM的底部查看时，磁场对准区域看起来是正方形的。在其它实施例中，形状可以是三角形、圆形或一般多边形形状，其中不同磁性对准区域的形状是不同的。举例来说，两个正方形区域和两个圆形区域。
图13中示出具有不同大小的磁场对准区域的STARM 240的实例。第一和第二磁场对准区域由磁体242a和242c形成。磁体242a和242c具有立方体横截面。第三和第四磁场对准区域由磁体242b和242d形成。磁体242b和242d具有弯曲部分和大于磁体242a和242c的横截面积。
返回到图12，总的来说，磁体的形状和重量分布可以选择成使得STARM平衡以用于旋转目的。因此，在图12的实例中，两个相反的磁性对准区域对可具有相同形状和重量分布。然而，在一些实施例中，如果STARM以某种其它方式平衡，则所述两个相反磁体对可以具有不同形状和重量分布。因此，磁体图案不是必须对称。
在图12中，顶部横截面视图是正方形，原因在于立方磁体固定在STARM 230中的方式。在其它实施例中，横截面往页面内改变，并且不需要是恒定的。举例来说，磁体可以是四面体或金字塔形状的，并且横截面可以在旋转轴的方向上往STARM内改变。
磁场线沿着STARM的圆周在离旋转轴的特定径向距离处的对准图案可以用于限定与磁场线的方向性图案相关联的波长。据信，波长可以影响诱发涡电流的强度，因此由诱发涡电流产生的提升和拖拽。通过将磁场区域放置成离旋转轴更近或更远，可以增加或减少波长。
此外，通过如图12中所示重复磁场对准区域的图案，可以影响波长。举例来说，如果磁场对准区域的图案在特定半径围绕圆周重复两次，则半径处的有效波长可以减半。如果磁性对准区域的图案在特定半径围绕圆周重复三次，则有效波长可以减小成三分之一。在各种实施例中，可以改变波长以根据旋转速度调节STARM的提升和拖拽产生能力。
在图14中，示出混合动力STARM 250。混合动力STARM 250包括四个磁性对准区域。永久磁体252a和252c用于生成两个磁场对准区域，并且电磁体252b和252d用于生成两个磁性对准区域。四个磁性对准区域中的每一个方向在图14中指示并且类似于图12。极性图案提供强侧面和弱侧面。强侧面在STARM 250下面。因此，导电衬底将放置于STARM 250下方。
两个电磁体252b和252d耦合到电流源256和控制器254。控制器254可以被配置成控制到每个电磁体的电流的量值和/或到每个电磁体的电流的方向。电流方向影响生成的磁场的后续极性方向。举例来说，通过改变电流方向，STARM 250的具有更强磁场的侧面可以从一侧颠倒成另一侧。通过根据某种图案交替方向，可以改变STARM的哪一侧是强侧的时间量和哪一侧是弱侧的时间量。这个效应可以用于影响STARM 250在衬底中诱发的涡电流的量值，因此改变生成的磁性提升和拖拽量。
作为一实例，在启动时，电流方向可选择成使得STARM 250的强侧远离衬底，这样使拖拽最小化。一旦STARM 250到达特定阈值速度，电流方向就可以颠倒，使得STARM 250的具有强磁场的侧面面朝STARM以开始生成更大的提升和/或更多的拖拽。因为提升和拖拽的量值随着旋转速度而变，所以STARM 250可以受到控制，使得强侧以启动需要的旋转速度面朝衬底。举例来说，STARM 250可以在弱侧面朝衬底的情况下旋转，直到超过峰值拖拽旋转速度为止，然后可以颠倒。
在另一个实例中，电流方向可以在电磁体上反复颠倒，其中颠倒之间的时间间隔得到控制。使用这种方法，STARM的强侧面朝衬底的时间百分比可以逐渐增加。使用这种方法，有可能使STARM以恒定速度旋转，例如电机最高效操作时的速度，然后通过影响最强磁场面朝衬底的时间量来改变由STARM产生的提升和拖拽。
应注意，与STARM得到有源控制以让磁场的强侧面朝衬底相比，电磁体断开可以减少STARM产生的提升和拖拽量。然而，当电磁体断开时生成的提升和拖拽量可以大于STARM得到有源控制使得STARM产生的磁场的强侧背朝衬底的情况。因此，在一些实施例中，电磁体可以断开以减轻所生成的提升和拖拽。这种方法的优点是它不需要动力。然而，所生成的提升和拖拽可以大于电磁体得到有源控制的情况。此外，在STARM操作期间因为某种原因到电磁体的电流丢失的情形中，这个特征可以充当失效保护模式。
在另一实施例中，为了减少拖拽，可使用让永久磁体就地旋转以使磁级指向不同方向的机构。举例来说，在图14中，永久磁体252a和252c中的一个或两个可以耦合到一个机构，该机构可以使磁极从指向垂直于页面旋转成指向与页面相切(还有两者之间的角度)。朝向的变化可以改变所生成的磁性提升和拖拽量。使一个或多个永久磁体在STARM上就地旋转是可以用于控制所生成的磁力的量值的另一机制。
图15示出了电磁STARM 260的一个实施例。在这个实例中，不是使用控制器264旋转STARM 260，而是可以用某种图案使到电磁体的电流循环，以模拟以某个速度旋转的STARM。电流源266可以是电池或发电机。因此，用于转动STARM 260的电机可能不是必需的。当STARM不旋转时，它无须像STARM旋转时的情况下一样是圆形的或者是平衡的。
可以控制电流以断续地转动STARM。由于向上自旋不是必需的，所以STARM可以以期望的提升与拖拽比率起动和工作。举例来说，STARM可以用初始有效旋转速度起动，初始有效旋转速度大于等效旋转STARM的峰值拖拽旋转速度。
此外，由于电磁体可以接通和断开，所以可使用磁体的不同对准图案而非使用永久磁体，并且仅仅出于图示的目的提供以上实例。在各种实施例中，本文所述的任何磁极性图案可以使用永久磁体、电磁体或永久磁体和电磁体的组合来具体实施。此外，电流方向可以改变。因此，图15中所示的磁极性和相关联的磁场线的方向可以随时间改变。
图16示出了能够接通和断开电磁体并且改变电流方向的STARM 270的实例。STARM包括四对电磁体，其中每对包括布置成生成平行于旋转轴的磁场的电流环路和布置成生成垂直于旋转轴275的磁场的电流环路。举例来说，电路276被配置成生成平行于旋转轴的磁极性方向，并且电路278被配置成生成平行于旋转轴的磁极性。控制器272可以耦合到八个电流环路和一个电流源274。
使用控制器272，可以一次在所希望的方向上接通每对中的一个电流环路，以产生图12-图15中所示的磁性对准图案。接着，可以通过适当方向上的电流接通每对(例如276和278)中的适当的电磁体，借此让图案顺时针或逆时针旋转。电磁体接通和断开的速率和图案旋转速率可以模拟具有图12中所示的对准图案的永久磁体的旋转STARM的效应。
在这个实例中，STARM 270是正方形的。由于STARM无须旋转，所以可以利用任何形状，并且仅仅是出于说明的目的利用正方形。在STARM旋转的情况下，它不一定必须是圆形的。举例来说，可使用旋转平衡的非圆形形状。
包括额外电路的其它更复杂的图案是可能的，并且仅仅是出于说明的目的提供此实例。举例来说，电磁体对的图案可以在给定半径处重复，例如四个、八个、十二个等。此外，离中心的不同半径处的图案可以重复。举例来说，在第一半径处，可以放置四对电磁体，并且在第二半径处，可以放置八对电磁体。
在另外其它实施例中，通过磁体线圈朝向表示的磁体极性可以分散到多个线圈环路中，这些线圈环路在相同的方向上对准以提供不同磁场对准区域。举例来说，不是在每个位置上一个线圈环路垂直于页面，一个线圈环路与页面相切，而是可使用一个线圈环路垂直于页面，两个线圈环路与页面相切。在另一个实例中，在每个位置可使用垂直于页面的两个线圈环路和与页面相切的两个线圈环路。此外，环路之间每个线圈环路中的线圈数目和每个线圈环路的直径可能是不同的。不同电路配置是可能的，并且仅仅是出于说明的目的提供线圈环路的实例。
相对于图17A、图17B和图17C描述悬浮发动机的更详细描述。图17A是STARM 400的透视图。STARM 400的直径是10英寸。在各种实施例中，在例如悬浮板的装置上使用的STARM的直径可以在四英寸与十四英寸之间。然而，对于其它装置，可使用直径更大或更小的STARM。
大体而言，STARM的大小将取决于有待容纳的磁体的体积和使用的磁体的布置。如将在下文更详细地描述，不同磁体配置容许并且需要不同的封装方案。所使用的磁体的总体积将取决于有待提升的期望的最大有效负载重量和操作高度。一旦确定了磁体的总体积，就可以用选定配置在一个或多个悬浮发动机之间分布磁体的总体积。基于用于悬浮发动机的磁体体积和选定的磁体配置，即，磁体体积在STARM上的分布和所利用的极性方向，可选择使STARM旋转所需的适当电机，其中电机可以使一个或多个STARM转动。作为一实例，悬浮板上的磁体(可以在一个或多个STARM之间分布)的体积可以在三十立方英寸与八十立方英寸之间。
总的来说，可以在悬浮发动机中利用电机与STARM的各种比率。举例来说，悬浮发动机可以包括使一个STARM转动的一个电机。作为另一实例，悬浮发动机可以包括一个电机，其驱动两个或更多个STARM。在另一个实例中，悬浮发动机可以包括两个电机，其驱动一个STARM。总的来说，一个或多个电机可以与一个或多个STARM配对，其中电机数目可以小于、等于或大于STARM的数目。因此，提供包括一个电机和一个STARM的悬浮发动机的实例仅仅是为了说明目的而不是意在是限制性的。
返回到图17A，STARM包括凸起的外环405。从STARM 400的底部到外环的顶部的距离大约是1.13英寸。这个高度允许容纳一立方英寸的磁体。在一个实施例中，二十个一立方英寸的磁体布置在外环内。为了容纳布置成圆的更多立方磁体(例如再多四个磁体)以提供极性图案的额外重复，可使用更大的外环。使用更少的立方磁体，可以采用更小的半径。不同形状的磁体和不同的极性图案可以容许不同的封装方案。因此，磁体布置成环的此实例仅仅是出于说明的目的提供的并且并不意在是限制性的。
在一个实施例中，包括外环405的STARM 400可以由多个层形成，从上到下分别是402、408、410、412、404和414。层402和414在外环中的磁体的顶部和底部部分上形成盖罩。在一个实施例中，层402和408的厚度大约是.065英寸。在替代实施例中，可以消除层402和408中的一个或两个。在一个实施例中，顶部层和底部层可以由例如铝之类的材料形成。在另一实施例中，顶部层402可以由具有磁特性的材料(例如μ金属、铁或镍)形成。
层408、410、412、404各自包括二十个孔口以容纳二十个磁体。可以使用更多或更少的磁体并且因此使用更多或更少的孔口，此实例仅仅是出于说明性目的提供的。层的总厚度是一英寸，每一层的厚度是.25英寸。在一个实施例中，两层由聚碳酸酯塑料形成，两层由铝形成。聚碳酸酯塑料可以减轻重量。在各种实施例中，每一层的厚度、每一层使用的材料和层的数量可以改变。举例来说，可使用不同金属或不同类型的塑料。作为另一实例，对于每一层可以使用单独一种材料。
当这些层对准时，可以穿过这些层插入一立方英寸的磁体。对于不同形状或不同尺寸的磁体(例如矩形磁体、梯形磁体或1.5立方英寸的磁体)，可使用不同孔口形状或尺寸。在一个实施例中，可使用粘合剂将磁体固定在位，例如强力胶。固定时，磁体的底部大致与层404的底部齐平。当使用STARM设计400的运载工具悬浮时，这个特征可以使磁体的底部与衬底之间的高度最大化。
一层或多层可以包括孔口，例如416，其允许插入紧固件。紧固件可以将这些层固定在一起。在另一实施例中，可使用粘合剂将这些层中的一个或多个固定到彼此。在替代实施例中，层404、408、410和412可以形成为单个部件。
图17B是具有嵌入电机422的STARM 420的侧视图。外环405内示出了两个磁体415的横截面。磁体的顶部与层的408外部顶部齐平，磁体的底部与层404的底部齐平。在各种实施例中，STARM 420可以被配置成接收.5和2.5英寸高度之间的磁体。
在一个实施例中，磁体的顶部可以在408的顶部上方延伸。因此，外环405可以仅仅沿着每个磁体的侧面部分地向上延伸。这个特征可以允许将磁体固定在位，同时还能减轻重量。
在替代实施例中，使用不同磁体配置，磁体可以位于电机下面。此外，电机不一定必须在STARM 420正上方。举例来说，可以使用皮带、齿轮或某种其它扭矩传动机构将电机放置于STARM 420的侧面。此外，在一些实施例中，一个电机可以驱动多个STARM。此外，电机旋转轴和STARM的旋转轴不是必须彼此平行。举例来说，电机旋转接入可以相对于STARM的旋转轴形成角度，例如垂直于旋转轴。接着，可使用皮带和/或齿轮系统转移和改变从电机输出的扭矩的方向。
外环405的内部半径424大于电机422的半径。因此，电机可以插入外环内并且固定到层404，使得电机操作时，STARM 420可以旋转。因此，外环沿着电机的侧面430延伸。以此方式安装电机的优势是，相比于在外环顶部上方的高度安装电机422，悬浮发动机的总高度轮廓可以降低。
在各种实施例中，外环的高度428可以小于电机426的高度，使得外环沿着电机422的侧面430部分地向上延伸。在另一实施例中，外环405的高度428和电机的高度可以大致相等。在又一实施例中，外环的高度428可以大于电机的高度。
可能需要增加高度428以容纳更长的磁体。可以使用更长的磁体以增加磁体(例如415)离衬底的距离更远时产生的磁性提升量。磁体的体积，包括它的高度，能够影响从磁体延伸的特定距离处的磁场强度。
在各种实施例中，可以在更大高度范围上分布磁体与在STARM的底部上的更大面积上分布磁体之间做出折衷。对于给定磁体体积，可以通过使用更高的磁体来减少STARM的底部上的占用面积。减小占用面积可以允许使用更小的半径的STARM。然而，可以增加悬浮发动机的高度。
替代地，磁体体积可以分散在更大面积上，以提供磁体在STARM的底部上的更大的占用面积。更大的占用面积允许减小磁体的最大高度并且可能减小悬浮发动机的最大高度。然而，更大的占用面积可能需要半径更大的STARM。
用于旋转STARM的电机(例如422)可以是电力电机或燃烧电机。总的来说，可使用任何类型的输出合适的扭矩量的电机。电动机需要例如电池或燃料电池之类的电源来供电。燃烧电机需要燃烧以操作电机的燃料。电池类型包括不限于具有例如锂离子、锂聚合物或锌空气系统之类的锂或锌阳极的电池。
电动机可以被配置成输出围绕旋转轴的扭矩。电动机可以包括线材绕组配置和永久磁体配置。通过绕组提供电流以生成随时间而变的磁场。来自绕组的磁场与来自永久磁体的磁场相互作用以生成旋转扭矩。可以利用AC或DC电机，例如感应电机或DC无刷电机。
在各种实施例中，绕组可以被配置成在磁体保持固定时旋转，或者磁体可以被配置成在绕组保持固定时旋转。可以提供例如轴杆之类的界面，其将电机的旋转部分耦合到STARM 400。在图26A中，STARM 400被配置成在406处与电机界面连接。
电机422的非旋转部分可以集成到包围磁体和绕组的电机外壳中。电机外壳可以包括界面，界面使得它能够附接到与装置相关联的一个或多个结构。在另一实施例中，电机的非旋转部分可以包括允许它直接附接到与磁性提升装置相关联的一个或多个结构的接口。
在一特定实施例中，电机422的芯体可以是固定的，其中与电机相关联的磁体和与STARM相关联的磁体都围绕固定芯体旋转。一个非旋转支撑结构可以从芯体延伸，这允许电机和STARM耦合到装置。第二非旋转支撑结构可以从芯体延伸，它向护罩的插置在STARM的底部与支撑诱发的涡电流的衬底之间的部分提供支撑(见图17C)。U.S.14/639,045和14/639,047中描述了可以利用的各种护罩配置，所述专利在上文并入本文中。
电机422中的磁体布置可以包括基本上垂直于电机的旋转轴的磁极(通常被称作同心电动机)，或者可以包括基本上平行于电机的旋转轴的磁极(通常被称作轴向电动机)。在一个实施例中，可使用绕组配置(例如与轴向电机相关联的绕组配置)在衬底中诱发涡电流。在这些实施例中，没有旋转零件并且消除了STARM和与电动机相关联的磁体。作为悬浮发动机的一部分，绕组可以用上述方式相对于装置倾斜以生成控制力。
在又一实施例中，可以去除与电机422相关联的磁体，并且可以设计与STARM中的磁体直接相互作用的电机绕组。举例来说，绕组可以放置在磁体415上方以与磁体上方的磁通量相互作用，或者绕组可以围绕磁体415的外部或围绕磁体415的内部放置。电流施加于绕组以使STARM旋转。如上文所述，STARM的旋转可以使得在衬底的一部分中诱发涡电流。
作为一实例，电机422可以包括被配置成旋转的外环。STARM 400可以安装到电机422的外环而不是从电机的中心延伸的轴杆。这种类型的电机设计可以被称作舷外设计。这个特征可以允许去除层404和412的在外环405的内部半径424内的部分，使得电机的底部更接近外环405的底部。这种方法的一个优势是可以减小STARM 420和电机422的总高度。
在一特定实施例中，电机的外环430和STARM的外环405可以形成为集成单元。举例来说，电机422的外环可以具有从侧面430朝外延伸的层。从侧面430延伸的层可以包括多个孔口，磁体能穿过这些孔口插入。任选地，具有孔口(例如408、410和412)的一层或多层可以放置在磁体上。
总的来说，在悬浮发动机中，与STARM相关联的支撑结构、电机的定子、护罩和壳体可以彼此集成。举例来说，电机和STARM的罩壳可以包括集成护罩。在另一个实例中，形成电机的转子的结构可以与STARM的结构集成。在另一个实例中，形成电机的定子的结构的全部或一部分可以与跟悬浮发动机相关联的壳体和/或护罩集成。
图17C是根据的具有与电机集成的STARM 465的悬浮发动机450的侧视图。悬浮发动机450包括固定芯体456，其具有被配置成与磁体460相互作用以使磁体旋转的绕组。芯体附接到支撑结构464。支撑结构464可以提供用于将悬浮发动机附接到悬浮板的第一界面。此外，支撑结构464可以耦合到包围电机和STARM 465的壳体452。可以使用支撑结构464帮助在STARM 465的底部与壳体452之间维持空隙。
在一个实施例中，可以在支撑结构464的末端提供小隆凸466。小隆凸466可以由金属或带有低摩擦涂层的材料(例如涂布着特氟隆的材料)形成。当悬浮发动机靠近地面时(例如在起飞和登陆期间)，小隆凸可以提供较小的隔开距离。它可以帮助防止STARM 465撞击地面。在特定实施例中，隆凸466可以耦合到悬浮发动机的旋转的部分，或者在操作期间保持静态的部分。
STARM 465包括包围磁体454的结构458。如上文所述，包围磁体460的结构462和包围磁体454的结构458可以形成为单个零件。磁体454和460相对于彼此可以具有不同形状并且具有不同尺寸。
在各种实施例中，可以在支撑结构464与结构458之间提供轴承(未图示)以允许STARM 465围绕固定芯体旋转。作为STARM结构458与支撑结构464之间的轴承的替代或补充，可以在壳体452与结构458之间的一个或多个位置处提供轴承。举例来说，轴承可以放置在STARM 465的底部与壳体452之间，以帮助在壳体452与STARM的底部上的STARM 465之间维持间隔。在另一个实例中，轴承可以放置在STARM的侧面与壳体452的侧面之间，以在壳体452的内侧与STARM的侧面之间维持间隔。
在一个实施例中，悬浮发动机的高度可以小于三英寸。在另一实施例中，悬浮发动机的高度可以小于两英寸。在又一实施例中，悬浮发动机的高度可以小于一英寸。磁体封装在悬浮发动机的顶部高度与底部高度之间。因此，在这些实例中的每一个中，磁体的最大高度将至多与悬浮发动机的高度相同。通常，磁体的最大高度将小于悬浮发动机的高度。
在图18、图19和图20中，示出了替代悬浮发动机设计280。在这个实施例中，四个永久磁体282a、282b、282c和282d每个围绕具有旋转轴的单独的旋转臂旋转，该旋转轴例如是284a和284b，垂直于电机292的旋转轴290。图18和图19中示出了四个磁体中的每个磁体围绕其相应轴线的旋转方向。
具体来说，带有箭头的线指示磁体中的每一个的旋转方向，例如288。在这个实例中，磁体逆时针旋转。带有箭头“x”或空白的圆表示磁体282a、282b、282c和282d的极性方向。磁体朝向成生成如先前描述的单侧磁通量分布。
当磁体一致地旋转时，磁极的朝向改变，使得一侧通量分布表现为在顺时针方向(即，电机旋转方向290)上旋转。电机的方向颠倒将使单侧通量分布在相反方向上移动。磁通量分布随时间的变化可以产生与导电衬底的相互作用以生成磁性提升。此外，如上文所述，电机和旋转磁体可以相对于导电衬底倾斜以生成推进力。
在一个实施例中，磁体经由齿轮系统耦合到电机292，以经由耦合到电机的四个旋转臂将电机的旋转移动传递到四个磁体中的每一者。四个旋转臂可以各自包括一根轴，其以某一方式耦合到支撑结构(未图示)。支撑结构可以包括旋转轴承。
磁体示出为方形的。然而，可使用不同形状的磁体，例如圆柱形磁体。此外，可使用不止四个旋转臂，永久磁体沿着这些旋转臂布置。
每个磁体的长度从旋转臂到旋转臂可能是不同的。此外，每个磁体的形状可以沿着每个旋转臂变化。并且，磁体的惰性力矩可以沿着旋转臂中的每一者变化。举例来说，更大的磁体质量可以集中在沿着旋转臂的不同位置。
在一个实施例中，在维持一侧通量分布的同时，磁体极性可以沿着旋转臂中的每一者变化。举例来说，图18中所示的磁体可以沿着旋转臂中的每一者分成两部分。于是，在每个旋转臂上，两个磁体中的一个磁体可以相对于另一个磁体围绕旋转臂旋转某个量，使得每个旋转臂上的两个磁体中的每一者上的北极和南极不再对准。在操作中，生成一侧通量分布的两个区域，其中磁极表现为旋转。然而，在每个区域中，磁极相对于彼此偏移。偏移量取决于磁体相对于彼此旋转多远。
图20中示出了磁体极性沿着旋转臂变化的配置的实例。在每个旋转臂上示出两个永久磁体，例如298a和298b。在这个实例中，磁体298a具有大于磁体298b的质量并且具有不同的极性方向。电机(未图示)传递扭矩到嵌齿294。嵌齿294在顺时针方向290上转动以使齿轮(例如296)在箭头所示的逆时针方向上转动。
轨道配置
接下来，相对于图21-图24描述轨道配置的几个实例。如上文所述，悬浮发动机在导电衬底中诱发涡电流。导电衬底的材料属性影响生成的涡电流的属性。在以片段形式组装的轨道中利用导电衬底。根据如何组装轨道，导电属性可以在片段之间的界面处变化。导电属性的改变可以影响当悬浮发动机经过界面上时从悬浮发动机输出多少提升和拖拽。在轨道边缘，涡电流还可能受到有限面积的影响，即，涡电流不能延伸超出轨道的边缘。因此，同样，从悬浮发动机输出的提升和拖拽可以随着其趋近和界面连接而变。
相对于图21描述轨道片段界面。在图20中，示出了包括四个片段302a、302b、302c和302d的轨道300。所述片段可以由导电材料(例如(但不限于)铜)形成。
在一个实施例中，轨道片可以简单地被推动到一起并且经由机械系统保持彼此接触。在另一实施例中，这些片可以彼此电绝缘。因此，电流可能不从一个片段流到另一个片段。
在又一实施例中，可在片段之间使用导体，例如金属带。举例来说，柔性导电带306用作两个片段302之间的接触件。导电带306包括隆脊。当两个片段被推动到一起时，导电带306可以变平以增加条带提供的接触面积。
导电带可以结合在框架(未图示)中。框架可以包括互锁片，其允许两个片段机械接合。在另一实施例中，可在界面处使用导电膏304或粘合剂。导电膏可单独使用或结合其它方法(例如导电带306)使用。
在一个实施例中，轨道可以具有孔。在图22中，示出了具有正方形孔的轨道310。可以通过移除材料来形成孔，例如在铜片中冲压孔。在另一个实例中，例如金属带的导电带可以交错以形成轨道310。
并非一直穿过衬底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，可以在层中形成轨道，其中所述层可具有不同的实度。举例来说，轨道的顶层可以由实心薄片形成，而顶层下方的一层或多层可以具有孔口，例如冲压孔或通过使用铁丝网。
具有孔的轨道310可以减小流动穿过轨道的涡电流的能力。在模拟中，预测孔可以改变从悬浮发动机输出的提升和拖拽量。具体来说，相比于具有孔的轨道，在实心轨道上操作的悬浮发动机产生的提升更少，拖拽更多。
形成具有孔的轨道的一个优势可以是需要的导体量的减少。此外，可使用具有孔的轨道带动悬浮运载工具停止。移除的材料量可以从第一位置到第二位置增加。当运载工具从第一位置行进到第二位置时，提升可以减小，并且运载工具的悬浮高度将减小，直到运载工具被带动停止在轨道的顶表面上为止。在另一实施例中，轨道可以从第一位置到第二位置变薄。在这个操纵过程中，悬浮发动机可以在恒定条件下操作，例如在恒定RPM下操作。这种方法可以用作改变悬浮发动机的RPM以带动其停止的替代方案或组合方案。
可能因为导体对于悬浮发动机诱发的电子流的阻力而生成热。在一些实施例中，轨道配置可以包括集成冷却机构。举例来说，如图23中所示，导管324可以在例如混凝土、泥土或砾石的某种介质322中放置于导电衬底320下方。导管可以被配置成承载流体或气体，其带走在导电衬底中生成的热。导管324可以由例如铜的导电材料制成。在此实例中，可以在导管中诱发涡电流，其可能影响作用于运载工具的磁力。在其它实施例中，可使用塑料或某种其它材料形成导管。
作为另一实例，如图24中所示，在导电衬底330下面提供冷却鳍片322。冷却鳍片322可以被配置成从导电衬底带走热。在一个实施例中，热可以辐射到鳍片之间的气隙334中。在一些实施例中，可使用强制空气系统使空气移动通过气隙以冷却鳍片。在另一实施例中，可以在冷却鳍片的间隙之间循环水以从冷却鳍片带走热。冷却鳍片将总体上由导热材料形成，该导热材料可以与用于导电衬底330的材料相同或不同。
磁性提升和推进
接下来，相对于图24A至图34B描述涉及包括一个或多个STARM的运载工具的推进的一些细节。在具体实施例中，可使用一个或多个STARM相对于衬底的朝向生成推进和/或控制力。其它推进机构是可能的，其单独或结合控制STARM朝向以生成推进和定向控制力。因此，提供这些实例仅仅是出于说明的目的并且不打算是限制性的。
在图24A中，在中间位置中示出STARM 330。STARM包括磁体，例如338a和338b。在中间位置中，随时间的平均提升力334在STARM 330的整个底表面上是相等的。此外，作用于STARM 330的净拖拽力332得到平衡(在旋转时，STARM生成磁场，磁场移动通过导电衬底336。因为移动磁场在形成于衬底中的涡电流抵抗这个移动，这可以充当STARM 330上的拖拽力332)。由于提升和拖拽导致的不平衡得到平衡后，STARM 330将在整个导电衬底上基本上保持在位。
可以存在较小的不平衡，这使STARM在一个方向上或另一方向上移动。举例来说，导电衬底336中的材料属性的局部变化可能导致较小的力不平衡。作为另一实例，例如添加或移除载荷引起的STARM 330的动态振动可能导致较小的力不平衡。然而，除非较小的力不平衡在特定方向上偏置，否则STARM将相对保持在相同位置(即，它可以某一方式在特定位置附接移动)。
如果旋转动量不平衡，则STARM可以就地旋转。运载工具可以包括多个STARM，其反方向旋转以平衡旋转力。此外，如下文将更详细描述，可以控制STARM的朝向以围绕运载工具的质量中心生成力矩，这允许控制运载工具的旋转。
图24B示出了倾斜位置中的STARM 330。STARM 330已围绕垂直于STARM 330的旋转轴335的轴线342旋转。当STARM 330倾斜时，在STARM 330的最靠近衬底336的侧面上生成更多拖拽。如下文更详细描述，当磁体被带动成更接近衬底时，拖拽通常增加。STARM的不同侧面上的拖拽不平衡使得大部分在倾斜轴342的方向上生成推力，即进入和离开页面的方向。对于一些磁体和系统配置，提升344可以随着倾斜角而保持相对恒定或甚至增加，即，提升344可以大于提升334。当倾斜角首先增加时，推力的量可以增加。可能的倾斜量可能受到限制以防STARM 330击打衬底336。
图26示出了包括STARM 330和电机352的在倾斜的衬底336上爬升的悬浮发动机的实例。悬浮发动机倾斜以生成推进力331，其使悬浮发动机在方向333上沿着所包括的表面向上移动。在一个实施例中，推进力331的量值可能足以让悬浮发动机在垂直方向上提升有效负载。举例来说，导电衬底336可以垂直地对准，并且悬浮发动机可以被配置成垂直地爬升并沿着壁向上承载其重量和有效负载。
可以使用各种机构使悬浮发动机保持接近垂直表面。举例来说，悬浮可以使用某种类型的轨道相对于垂直表面保持在位。在另一个实例中，可使用将悬浮发动机朝向垂直表面牵拉的机构。如上文所述，悬浮发动机可以被配置成生成吸引力，可使用吸引力在悬浮发动机爬升时将悬浮发动机保持接近垂直表面。在标题为“应用”的部分中描述用于水平运动和垂直爬升的轨道配置的更多细节。
图27示出了在悬浮发动机沿着斜面下降时悬浮发动机制动的实例。在图27中，包括电机352和STARM 330的悬浮发动机在方向337上沿着倾斜衬底向下移动。悬浮发动机输出推进力335，其将悬浮发动机在与移动方向337相反的方向上沿着斜面向上推动。制动力使悬浮发动机沿着倾斜衬底的下降减缓。在一特定实施例中，悬浮发动机可以被配置成输出充分的力以允许其在倾斜表面上保持其位置，即，从悬浮发动机输出的力与重力平衡。总的来说，悬浮发动机可以被配置成在推进移动的方向上或在与制动移动方向相反的方向上输出力。
下文描述经由悬浮发动机的STARM相对于导电衬底的朝向的变化生成推进力的悬浮发动机配置的额外细节。如上所述，致动器可以提供悬浮发动机中的朝向控制。在图28中，作为致动器的一部分的伺服电机345可以被配置成使包括电机352和STARM 330的配置的悬浮发动机围绕轴线355旋转。在这个实施例中，电机352耦合到部件339。部件339耦合到末端上的锚347和伺服电机345。
伺服电机345提供力，该力使电机352和STARM 330作为一个单元倾斜。在一个实施例中，伺服电机345可以被配置成输出扭矩，扭矩使部件339旋转。在另一实施例中，伺服电机可以被配置成输出线性力。可使用线性力推抵耦合到部件339的杠杆臂，杠杆臂将线性力转换成使部件339旋转的扭矩。在一个实施例中，STARM 330和/或电机352可以相对于水平线倾斜正负某个角度，例如正负十度。这种配置根据电机和STARM围绕轴线355旋转的方向而允许在第一方向和与第一方向相反的方向上生成力。
当STARM 330大概平行于支撑结构349时，将水平位置称为零倾斜角。因此，倾斜角可以参照与使用悬浮发动机相关联的装置的参考系。这个参考系考虑了装置相对于衬底336倾斜的情形。因此，STARM 330相对于衬底336的倾斜角是STARM 330相对于装置的倾斜角与装置相对于衬底336的倾斜角的组合。在各种实施例中，磁性提升装置可以具有一个或多个传感器，用于检测下面中的一个或多个：STARM 330(以及悬浮发动机)相对于装置的倾斜角、装置相对于衬底336的倾斜角、以及STARM 330相对于衬底336的倾斜角。
作为一实例，可使用第一传感器检测STARM 330相对于装置的倾斜角，可使用第二传感器检测装置相对于导电衬底336的倾斜角，并且可使用第三传感器检测STARM 330相对于衬底336的倾斜角。在一个实施例中，磁性提升装置可以具有放置在各种位置的传感器，其用于确定从所述位置到导电衬底的距离。使用传感器的已知放置位置和确定的距离，可以估计装置相对于衬底的朝向。作为一实例，传感器可以朝向表面发出电磁或声学信号并且检测反射信号以确定离表面的距离。
在又一实施例中，STARM可以被配置成仅仅在从水平线的一个方向上旋转，例如从零度到二十度。在这种配置中，STARM可以仅仅在一个方向上生成力，其中所生成的力的量可以根据STARM相对于表面倾斜的量而变化。同样，从悬浮发动机输出的推进力将取决于磁体(例如338A和338B)相对于导电衬底336的朝向。因此，为了输出期望的推进力，可以考虑STARM相对于表面的整体朝向，而不是仅考虑STARM相对于其安装到的装置倾斜的程度。在其它实施例中，例如当未预期在操作中装置相对于导电衬底倾斜许多时，控制系统可以忽略这个效应。
在又一实施例中，致动器345可以被配置成围绕轴线355在一个方向上比另一个方向上在更大的角度上旋转STARM。举例来说，致动器345可以被配置成在经过水平线正十五度的最大值与经过水平线负五度的最大值之间旋转STARM。因此，在一个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。
接下来描述具有多种自由度控制的STARM的几个实施例。在图29中，示出了类似于图28的设计。所述设计包括耦合到第一致动器345的STARM 330和电机352。第一致动器345可以受到控制以使电机352和STARM 330围绕第一轴线335通过某个角度旋转。STARM、电机和第一致动器耦合到支撑平台353。支撑平台353可以耦合到磁性提升装置的支撑框架。
提供伺服电机351，其可以使支撑平台353旋转。支撑平台的旋转会改变电机和STARM通过第一致动器围绕第一轴线355旋转的方向。由于使STARM 330倾斜产生的推进力可以基本上与第一轴线355对准，所以在第一轴线355的方向上的变化可以改变推进力的作用方向。因此，支撑平台353可以旋转以改变由包括STARM 330的悬浮发动机产生的力的方向，因此在不同方向上操控包括悬浮发动机的装置。
图30A、图30B和图30C是用于论述与来自用于悬浮发动机的磁体的旋转布置的悬浮和推进效应相关联的更多细节。在图30A中，包括电机352的悬浮发动机耦合到STARM354。STARM 354耦合到电机352并且电机352耦合到可旋转部件358。可旋转部件358耦合到锚356a和356b。可旋转部件358与锚356a和356b的组合可以被配置成约束可旋转部件的旋转范围。举例来说，可以允许可旋转部件358围绕其轴线在某个角度范围364上旋转。
可旋转部件358可以被配置成从某个机构接收和输入扭矩。举例来说，在一个实施例中，可以提供机械连杆，其允许使用者供应力。力可以转换成扭矩，扭矩使得可旋转部件358并且因此使得电机352和STARM 354旋转。
在另一实施例中，可使用致动器供应扭矩以使可旋转部件358旋转。致动器的致动能够使电机352和STARM 354相对于衬底366倾斜。致动器可以包括伺服电机，它从控制器接收控制命令。在一个实施例中，致动器可以包括它自身的控制器，该控制器从单独的处理器接收控制命令，该单独的处理器是控制系统的一部分。
在又一实施例中，悬浮发动机可以被配置成从使用者接收输入力并且可以包括致动器。致动器可以用于改变STARM的位置，例如在使用者使STARM倾斜之后使位置返回到指定位置。在另一种操作模式中，可使用致动器围绕某个倾斜位置提供自动控制，该倾斜位置是由使用者经由输入力起始的。
在又一实施例中，可使用致动器提供自动控制，该自动控制可以用于校正来自使用者的控制输入。举例来说，如果控制系统检测到磁性提升装置由于使用者输入而处于不稳定位置，则控制系统可以控制一个或多个STARM防止这个事件发生。例如悬浮板的磁性提升装置可以包括用于进行这些校正的一个或多个机载传感器。
磁性提升装置还可包括一个或多个用于确定有效负载的重量分布的重量传感器。与装置和有效负载相关联的重量分布可能影响装置响应于命令以经由某种机构(例如可倾斜悬浮发动机)改变装置朝向的响应。举例来说，与有效负载相关联的重量分布可能影响旋转力矩的量值。因此，对重量分布的了解可以用于更精细地调谐用于控制STARM的朝向的命令，例如选择要致动哪个STARM和将其致动的量。
当STARM 354和电机352在旋转时，可旋转部件358的旋转会改变STARM和电机的角动量。其还可以随着磁力随STARM 354中的磁体离衬底366的距离变化而改变作用于STARM354的磁力。因此，使部件358旋转所需的扭矩量可以取决于与STARM 354和电机352相关联的惰性力矩、STARM 354和电机362自旋的速度和STARM 354在衬底366上方的高度。STARM在衬底上方的高度可以取决于1)其旋转速度，这影响生成的提升量，以及2)有效负载重量，以及3)有效负载重量在装置上分布的方式。STARM在衬底上方的高度可能对于STARM的不同部分和不同STARM(当装置包括多个STARM时)是不同的。
在图30A的例子中，STARM 354大致平行于衬底366。磁性拖拽(例如362a和362b)对抗STARM 354的旋转。电机352被配置成在顺时针方向360上旋转。因此，拖拽扭矩处于逆时针方向。向电机352供应动力以克服拖拽扭矩。
当STARM平行于衬底366时，磁性拖拽在STARM 354的所有侧面上平衡。因此，不存在磁性拖拽产生的净平移力。如相对于图25B所述，当STARM 354及其相关联的磁体相对于衬底倾斜时，生成净平移力。
在图30B中，STARM 354处于倾斜位置370。因此，STARM 354的一侧更接近衬底366，而STARM 354的一侧离衬底366更远。随着STARM中的磁体与衬底366之间的距离增加，STARM354中的磁体与衬底之间的磁性相互作用减小(如下面的附图中所示，相互作用的量值随着离衬底的距离非线性地改变)。因此，在倾斜位置370中，STARM 354的一侧上的拖拽力368b增加，STARM 354的相反侧上的拖拽力368a减小，如图30B中所示。拖拽力的不平衡会形成牵引，这样使得大致在旋转部件358的旋转轴的方向上产生平移力。
当STARM 354起初倾斜时，平移力能够产生所指示的方向上的STARM 124的加速度，因此产生所指示的方向上的速度变化。在具体实施例中，在一个或多个STARM被配置成生成平移力的情况下，装置可以被配置成爬升。在另一实施例中，所述装置可被配置成在悬浮的同时在斜坡上保持其位置，使得作用于装置上的重力通过装置及其相关联的悬浮发动机产生的平移力得到平衡。
例如悬浮板的装置的位置维持在倾斜衬底上的配置和操作模式可以用作使用者穿戴虚拟现实头戴耳机的虚拟现实系统的一部分。经由头戴耳机，使用者可能仅仅看到头戴耳机产生的图像，或者可能看到头戴耳机产生的图像结合使用者能看到的局部周围环境。可以使用虚拟现实头戴耳机生成使用者移动通过某种地形(比如雪坡)同时使用者骑乘的悬浮装置在倾斜衬底上从一侧向另一侧移动和前后移动的图像。倾斜衬底可以向使用者提供在倾斜的斜坡上移动的感觉，而虚拟现实图像可以提供与移动相关联的可视影像。可以使用风扇增加额外的移动感觉(例如风打在使用者的皮肤上的感觉)。
装置能具有充分的推进能力以允许它在斜坡上对抗重力保持其位置。举例来说，装置可以从一侧移动到另一侧，同时保持它在斜坡上的位置。此外，装置可能能够在斜坡上朝下移动，然后对抗重力在斜坡上朝上爬升。在一些例子中，可以在装置的朝向保持相对不变的同时进行爬升(即，装置不需要转过来再爬升)。这个操控的实现可以是通过改变悬浮发动机相对于支撑所诱发的涡电流的衬底的朝向。下文将更详细地论述这些控制功能。
返回到图30A和图30B，特定方向上的倾斜量能够影响力不平衡量，并且因此影响加速度量值。因为磁性拖拽随着磁体离衬底的距离而变，所以磁性拖拽在离衬底更近的侧面上增加，在离衬底更远的侧面上减小。当磁力随着磁体离表面的距离非线性地变化时，所产生的平移力的量可以随STARM的倾斜位置非线性地变化。
在STARM 354(或者STARM 354和电机352)已经由部件358在逆时针方向上旋转并且STARM已经开始在第一方向上平移之后，可以提供输入扭矩，该输入扭矩使STARM在顺时针方向上倾斜以减小STARM产生的平移力的量。当STARM在顺时针方向上倾斜超过水平线时，STARM可以产生与第一方向相反的方向上的平移力。与运动方向相反的平移力能够使STARM减速并且使其静止。如果需要的话，可以施加平移力，使得悬浮板停止，然后STARM可以开始在相反方向上平移。
图30C是耦合到处在倾斜位置的倾斜机构的悬浮发动机380的侧视图。悬浮发动机包括电机352和STARM 354，其可以定位在衬底366上面，如图25B和图25C中所示。在一个实施例中，机构可以包括最小倾斜偏移角度384。在这个实例中，最小倾斜偏移角度384在水平线与线382之间。倾斜范围角度386是悬浮发动机可以从最小倾斜偏移角度384开始旋转所通过的角度量。倾斜机构可以包括一个或多个结构，其将倾斜机构的运动局限于所述倾斜角范围。
当最小倾斜偏移角度384是零并且STARM 354平行于衬底366时，STARM 354可能不产生净平移力。STARM耦合到的装置可以倾斜。因此，STARM相对于衬底的角度可以取决于STARM相对于与装置相关联的某个参照系的朝向和装置相对于衬底的朝向，其中这两个朝向都随时间而变。因此，在一些情况下，即使当最小倾斜偏移是零时，也可以产生平移力。当最小倾斜偏移角度大于零时，STARM可以在特定方向上在其最小位置处产生净平移力。当最小倾斜偏移角度小于零时，接着在倾斜角范围期间，力的量值可以达到零并且产生的力的方向也可以改变。
在一些实施例中，一个悬浮发动机产生的净最小力可以用某一方式经由与其它悬浮发动机相关联的平移力平衡。举例来说，如图所示，两个悬浮发动机可以倾斜以在相反方向上产生力以彼此抵消。因此，虽然在最小倾斜偏移角度位置处，单个悬浮发动机的净力可能大于零，但是可以通过另一STARM产生的力平衡这个净力，从而使得作用于所述装置的净力是零。
从倾斜STARM产生的力可以随着悬浮发动机相对于衬底的角度非线性地变化。因此，根据角度变化产生的力的变化可以非线性地变化。通过利用最小倾斜角偏移，悬浮发动机可以被配置成响应于倾斜角在所选的倾斜角范围内的变化而输出更多或更少的力。以此方式，可以调节装置的控制特性。
在一个实施例中，倾斜机构可以包括可调倾斜偏移机构，它允许手动地设置最小倾斜偏移角度。举例来说，可以提供具有隆凸的可旋转部件，其中该隆凸被配置成在其旋转范围的一端撞击螺丝。当螺丝被旋开时，可旋转部件的旋转范围可以减小，最小倾斜偏移角度可以增加，且反之亦然。使用该可调倾斜偏移机构，使用者或操作员可能能够手动地调整装置的操控特性。
接下来，相对于图31A、图31B、图32和图33描述允许操作具有倾斜能力的悬浮发动机并且将其集成到磁性提升装置中的设备和方法的一些细节。此外，描述用于提供使悬浮发动机倾斜的力的一些方法及设备。相对于图34A、图34B、图35A和图35B，描述一些替代方法，其无需使包括STARM的悬浮发动机相对于装置倾斜就可以允许生成推进力。
接下来，描述可以通过多个自由度倾斜的STARM的另一实例。在图31A中，示出了包括耦合到电机352的STARM 354的悬浮发动机。悬浮发动机经由球形接头373耦合到支撑结构371。示出了两个活塞375a和375b，其耦合到悬浮发动机和支撑结构371。可使用活塞375a和375b将悬浮发动机向下推动，并且改变STARM 354相对于衬底366的倾斜角。可使用多个不同活塞使电机在多个不同方向上倾斜。可使用其它类型的致动器，其在悬浮发动机上生成向下力以使STARM 354倾斜，并且仅仅是出于说明的目的使用活塞的实例。
在图31B中，示出第一活塞375A朝下延伸，这使电机352和STARM 355在一侧上朝下倾斜。为了将电机352带回水平位置，第二活塞375b可以朝下延伸，这使第一活塞缩短375a。为了使电机352和STARM 354在相反方向上倾斜，第二活塞375b可以延伸更大的量，这迫使第一活塞缩短375a。在各种实施例中，可使用多对活塞使电机在不同方向上倾斜，并且改变因为STARM倾斜而生成力的方向。活塞可以经由适当的连接机构耦合到电机和/或支撑结构，该连接机构可以具有某个自由旋转度。
在图32A中，杠杆臂502经由球形接头506耦合到电机/STARM。当悬浮时，杠杆臂502从一侧到另一侧的移动能使STARM 510(包括磁体布置512)相对于导电表面倾斜，从而使得包括该悬浮发动机的运载工具向前和向后移动。从一侧到另一侧的倾斜量能影响运载工具在这些方向上移动的速度。从前到后的移动可能使STARM 510倾斜，从而使得运载工具向左或向后移动。拉杆502的左移或右移和前移或后移的组合能使STARM倾斜，从而使得运载工具沿着不同线在各种方向上移动。方向拉杆根据时间的变化能改变根据时间产生的力的方向向量，因此运载工具能沿着大致弯曲的路径移动。
在各种实施例中，可使用机械连杆，其使一个或多个悬浮发动机响应于杠杆臂502的移动而倾斜。举例来说，两个悬浮发动机可以耦合到共用的旋转部件，使得这两个悬浮发动机都响应于施加于旋转部件的扭矩而旋转。此外，可使用数字控制，其中由一个或多个传感器检测杠杆臂502的移动。可以在机载处理器中接收到传感器数据。基于例如杠杆臂502的移动量、移动方向和移动速率之类的因素，和例如运载工具的当前朝向和运动方向之类的其它因素，机载处理器可以产生一个或多个命令。可以经由有线或无线通信将命令发送给一个或多个致动器。致动器可以包括逻辑装置(例如控制器)，其能够实现与机载处理器的通信和对来自机载处理器的命令的解释。
一个或多个致动器可以耦合到单个悬浮发动机或多个不同的悬浮发动机。响应于接收到命令，致动器控制器可以使致动器输出力或扭矩。力或扭矩可以使悬浮发动机以某一方式改变其位置，例如(但不限于)倾斜位置。
在一些实施例中，机载处理器可以发送命令，这些命令使与悬浮发动机相关联的STARM的旋转速率达到特定的RPM值。可以配合致动器命令产生电机命令，电机508可以接收到该电机命令。RPM值能够影响在悬浮发动机的位置已改变之后从悬浮发动机产生的力量。电机508可以包括用于以下操作的一个或多个控制器：1)与机载处理器通信(有线或无线地通信)，2)处理从机载处理器接收的命令，以及3)产生命令以控制与电机相关联的用于实施该命令的机构，例如传递到电机的电力量。
图32B示出了脚踏板552，其可以用于使包括电机562和STARM 564的悬浮发动机倾斜。当一个脚踏板552被朝下按压时，STARM 564可以产生垂直于页面的力，这个力可以使运载工具向前移动。当另一个脚踏板被朝下按压时，STARM 564可以产生能使运载工具向后移动的力。可使用每个踏板的按压量来控制运载工具在特定方向上的速度。当按压第一踏板以使运载工具在一个方向上移动时，从第一踏板上去除压力并且向第二踏板施加压力能充当让运载工具减速的制动器。
提供一种机构，其中每个脚踏板生成复原力。所述机构还能用于影响需要向踏板施加多少力以使踏板移动。此外，该机构能限制踏板能移动多远。在图32B中，该机构表示为弹簧。该机构能产生与脚踏板的位移量有大致线性和/或非线性关系的力。在具体实施例中，还可以配合图32A中所示的杠杆臂使用生成复原力的一个或多个机构。同样，如上文所述，可以使用一个或多个脚踏板作为数字控制系统的一部分。
接下来，相对于图33A、图33B、图34A和图34B描述可以用于生成推进力的悬浮发动机配置的一些替代实施例。具体来说，描述无需使悬浮发动机相对于磁性提升装置和/或导电衬底倾斜就允许生成推进力的设备和方法。可以使用这些实施例代替或结合上述利用STARM的倾斜改变其相对于导电衬底的朝向的方法及设备。
在图33A和图33B中，STARM 602(其可以是悬浮发动机的组件)被配置成在衬底604上方围绕轴线605旋转。STARM 602可以被配置成在顺时针或逆时针方向上旋转。STARM 602包括八个极性区域。在这个实例中，具有正方形横截面的永久磁体(例如磁体608)提供八个极性区域。
在图33A中，组件610定位于STARM 602与衬底604之间。组件610可以由具有高磁导率的材料形成，例如(但不限于)Metglas(Metglas,Inc.Conway,SC)、铁、μ金属、Nanoperm(Magnetic GmbH)、电钢、铁磁体不锈钢、马氏体不锈钢、碳钢和钴。可以提供一种机构，其允许从STARM 602下方的位置滑动到不再在STARM 602与衬底之间的位置。所述机构可以包括致动器，其将组件610从第一位置移动到第二位置。在一个实施例中，组件610可以在方向620上移动。组件610不随STARM旋转。
作为一实例，组件610可以耦合到结构部件。结构部件可以一端附接到组件610，另一端接合轨道。轨道可以允许结构部件和组件610沿着轨道移动以改变组件610相对于STARM的位置。在一个实施例中，结构部件和组件610可以形成为单个零件。
当STARM 602在衬底604上方旋转时，与STARM下面的衬底的没有组件610的区域相比，组件610的插入可以减弱形成于下面的衬底中的涡电流。这种效应产生了拖拽不平衡，这可以使得生成平移力，例如606。
通过覆盖STARM底部上的磁体的更大或更小部分，可以改变生成的力量。在特定实施例中，可以在STARM的相对侧上使用一对组件610。所述对组件可以独立致动和控制以插置于STARM与衬底之间，以改变从悬浮发动机输出的控制力的方向和量值。
如先前描述，使用组件610减少拖拽不同于使STARM倾斜。当STARM倾斜时，所述STARM的一侧上的拖拽相比于其它STARM增加。此外，对于一些磁性配置，还可增加净提升。在图33A的实施例中，一侧上的拖拽减轻。此外，提升也减轻。
在图33B中，圆盘615安装在STARM 602下面。圆盘615不随STARM 602旋转。圆盘615包括具有高磁导率的第一部分616和具有近似于空气磁导率(即，相对磁导率为1)的磁导率的第二部分616。因此，第二部分618对形成于衬底604中的涡电流的影响极少。
当STARM 602在衬底604上方旋转时，第一部分616减弱其下面的涡电流。这种影响形成拖拽不平衡，其引起生成推力。在一个实施例中，圆盘615可以是可旋转的以允许其从第一位置改变成第二位置。作为一实例，圆盘可以包括延伸部，其与例如集成到护罩中的轨道或凹槽之类的轨道界面连接。圆盘和延伸部可以与轨道界面连接，使得可以改变圆盘的位置。
推力方向取决于组件516的位置。因此，圆盘可以主动旋转以改变因为组件616插入于STARM 600与衬底504之间产生的推力方向。在一个实施例中，运载工具可以包括例如致动器的机构，其被配置成响应于来自控制器的命令使圆盘615旋转。控制器可以将致动器控制到不同位置，并且改变生成的推力的方向。可以在控制系统中利用这个机构以将运载工具从一个位置移动到另一个位置。
当STARM 602旋转时，圆盘615始终引起生成推力。为了允许运载工具保持悬浮在特定位置，可以利用抵消这个推力的某个其它力生成机构。举例来说，可以利用两个具有圆盘(例如615)的悬浮发动机。两个悬浮发动机中的圆盘可以旋转，使得推力输出抵消(相反方向)、部分地抵消或彼此对准(同方向)。
在图34A中，示出可以在STARM上使用的磁体配置634。STARM可以是悬浮发动机的组件。因此，磁体配置634可以在衬底630上方旋转以生成提升。在图33A中，磁体配置被材料环(632a和632b)包围，例如上文相对于组件610描述的材料。材料环并不耦合到包括磁体配置634的STARM，使得其不随STARM旋转。因此，它可以独立于STARM移动。
磁体配置634分别具有包括北极和南极两个磁极，然后是两个磁极之间的具有从第一极指向第二极的磁体的区域。磁极之间的区域处在离旋转轴的小于磁极的径向距离处。旋转轴处于磁体配置的中心。
从磁体配置634产生的磁场可能受到其与材料环632a和632b的接近度的影响。具体来说，对于这种磁体配置，预测材料环632a和632b会增强提升。在一个实施例中，区段632a和632b中的一个或两个可以耦合到允许改变区段632a与632b之间的距离的机构。
举例来说，在图34B中，仅仅区段632a被配置成移动成离水平面中的磁体更近或更远。当632a移动离开磁体时，形成拖拽的不平衡。拖拽不平衡可以在一个方向上生成推进力。可以调节区段632a离磁体的距离以改变推进力的量值。
当两个区段632a和632b都被配置成移动时，于是可以在任一方向上生成推进力。此外，通过同时使两个区段632a和632b移动离开磁体配置，可以控制从悬浮发动机产生的提升和拖拽量。举例来说，可以同时使两个区段632a和632b移动离开磁体以降低提升和拖拽，以及朝磁体移动得更近以提高提升和拖拽。当区段632a和632b中的一个或另一个的距离不同时，可以生成推进力。
运载工具配置和导航、引导和控制(NGC)
接下来，相对于图35到图44，描述包括多个悬浮发动机的磁性提升装置的各种配置。具体来说，描述悬浮发动机的布置然后描述其致动以提供移动。接下来，相对于图42、图43和图44论述导航、引导和控制(NGC)功能，其可以应用于磁性提升装置，例如图35至图41中所示的那些磁性提升装置。
图35示出了被配置成在导电衬底722上面操作的运载工具700的俯视图。运载工具700包括四个悬浮发动机702a、702b、702c和702d。每个悬浮发动机包括STARM和电机以及使得能够从每个悬浮发动机输出推进力的机构。在一个实施例中，悬浮发动机702a、702b、702c和702b中的每一个可以经由致动器的控制而围绕轴线(例如724a、724b、724c、724d)倾斜。在具体实施例中，悬浮发动机可以各自被分别致动，从而使得可以针对四个发动机中的每一个分别改变倾斜角随时间而变的方向和量。
在替代实施例中，可以作为一个单元控制两个或更多个悬浮发动机。举例来说，两个或更多个悬浮发动机可以机械耦合到单个致动器。单个致动器可以同时移动两个悬浮发动机。在另一个实例中，两个或更多个悬浮发动机可以数字耦合，使得两个或更多个悬浮发动机始终同时一起移动，即，一个悬浮发动机的移动规定了另一悬浮发动机的某个特定的移动，例如两个悬浮发动机以相同的方式倾斜。当独立控制时，一个悬浮发动机的移动可能影响其它发动机的移动，以便实施GNC功能。然而，第二悬浮发动机可能不是始终响应于第一悬浮发动机的移动而被局限于特定的控制移动，就像当两个悬浮发动机作为一个单元受到数字控制和/或机械控制时的情况一样。
与每个悬浮发动机相关联的致动器可以耦合到一个或多个控制器706和一个IMU708(惯性测量单元)。致动器还可以各自具有单独的控制器，其对来自控制器706的命令做出响应。控制器706还可以耦合到电源720和一个或多个速度控制器718。一个或多个速度控制器718可以是机械速度控制器或电子速度控制器。电源可以是机载的或外部的。悬浮发动机经由壳体和相关联的支撑结构710得到固定。
运载工具的质量中心通过圆705表示。质量中心影响四个悬浮发动机中的每一个致动时生成的力矩。在具体实施例中，运载工具可以包括允许在运行中调节质量中心的机构，例如用于将质量从一个位置移动到另一位置的机构。举例来说，在飞机中，可以将燃料从一个油箱移动到另一个油箱以影响质量中心特性。
IMU 708通过使用一个或多个加速计检测加速度的当前速率并且使用一个或多个陀螺仪检测旋转属性(比如俯仰、滚转和偏航)的变化而工作。它还可包括磁力计以辅助校准朝向的漂移。惯性导航系统可以包括IMU，其具有角加速计和线性加速计(用于位置变化)。一些IMU可以包括陀螺仪元件(用于维持绝对角参考)。
角加速计可以测量运载工具在空间中如何旋转。大体而言，存在用于三个轴线中的每一个的至少一个传感器：俯仰(机鼻向上和向下)、偏航(机鼻向左和向右)和滚转(从驾驶舱顺时针或逆时针)。线性加速计可以测量运载工具的非重力加速度。由于可以在三个轴线中移动(上下、左右、前后)，所以可以存在用于每个轴线的一个线性加速计。
处理器可以持续计算运载工具的当前位置。首先，对于六个自由度(x、y、z和θx、θy和θz)中的每一个，可以将感测到的加速度连同重力估计一起随时间积分，以计算当前速度。接着，可以积分速度以计算当前位置。在GNC系统中可以利用这些数量。
返回到图35，如上文所述，当运载工具平行于衬底722时，通过改变旋转STARM相对于衬底722的倾斜而产生的力的方向主要是沿着倾斜轴。举例来说，悬浮发动机702a的倾斜可以生成主要平行于轴线724a的力。
在如图35中所示倾斜轴彼此成角度地布置的情况下，可以致动STARM的组合以在任何所希望的方向上生成净线性力。此外，可以组合致动STARM以抵消力矩或在需要时诱发特定方向上的期望旋转。此外，可以根据时间致动STARM的不同组合以根据时间在所希望的方向上生成弯曲路径。此外，可以致动STARM的组合，从而使得运载工具沿着线性或弯曲路径移动，并且在沿着所述路径移动的同时围绕轴线旋转。
可单独使用倾斜控制，或者结合每个悬浮发动机的旋转速度控制使用倾斜控制。所生成的平移和提升力可以根据旋转速度和悬浮高度变化。一个悬浮发动机的转速可以相对于其它悬浮发动机改变或结合其它悬浮发动机改变，以改变从一个或多个悬浮发动机输出的提升力和拖拽力的量值。举例来说，可以使用旋转速度控制来抵消力的不平衡，例如因为质量中心移位导致的力不平衡。对于电动机，一个或多个控制器706可以控制速度控制器718以改变悬浮发动机的旋转速度。
在图35的实例中，可以相对于倾斜轴限定角度。举例来说，倾斜轴724a与724b之间的角度大概是90度。倾斜轴724a与724c之间的角度大概是90度，并且倾斜轴724a与倾斜轴724c之间的角度是180度。
在一个实施例中，悬浮发动机的彼此相反的倾斜轴可以彼此平行，即，一百八十度的角度。然而，悬浮发动机的邻近于彼此的倾斜轴之间的角度不是必须相等。具体来说，倾斜轴724a与724b之间的角度可以是第一角度，倾斜轴724a与724c之间的角度可以是一百八十度减去第一角度，其中第一角度在零度与一百八十度之间。举例来说，倾斜轴724a与724b之间的角度可以是10度，并且倾斜轴724a与724c之间的角度可以是一百七十度。总的来说，所有倾斜轴724a、724b、724c和724d之间的角度可以彼此不同。
在图35中，悬浮发动机可以倾斜以产生各种移动，例如向左移动714a、向右移动714b、向前移动714b和向后移动714b。此外，悬浮发动机可以根据时间倾斜以使运载工具700遵循弯曲路径，例如716a和716b。此外，悬浮发动机可以倾斜以使运载工具700就地以顺时针或逆时针旋转712旋转。举例来说，在不旋转的情况下，运载工具可以受到控制而在第一直线中移动第一距离，然后在垂直于第一直线的第二直线中移动第二距离。接着，运载工具700可以就地旋转。
构造了配置类似于运载工具700的运载工具。运载工具是圆柱形的，直径为14.5英寸，高度为2.125英寸。运载工具未负载时重量为12.84磅。执行的测试中，运载工具承载不止二十五磅的有效负载，超出其未负载重量。
使用四个悬浮发动机。每个悬浮发动机包括STARM，其直径是4.25英寸。十六个1/2立方英寸的磁体在每个STARM中布置成圆形图案。所述布置类似于图63中所示的采用二十个磁体的配置。使用N52强度的钕磁体。
每个STARM使用一个电机转动。电机是Himax 6310-0250 outrunner。每个电机的重量是235克。电机的最佳工作范围是20到35安培，最大电流是48安培。电机是圆柱形的，长度为32mm，直径大约为63mm。电机功率大约是600瓦，电机恒定Kv大约是250。
对于每个电机使用电子速度控制器。具体来说，使用Phoenix Edge电子速度控制器(Edge Lite 50,Castle Creations,Inc.Olathe,Kansas)。速度控制器耦合到电池。在这个实施例中，使用两个VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8伏特的锂聚合物电池组(Atomik RC,Rathdrum,ID)。
使用四个Hitec伺服器(HS-645MG Ultra Torque,Hitec RCD USA,Inc.Poway,CA)作为致动器。伺服器发出133oz-in的最大扭矩，并且在4.8与6V之间工作。根据所致动的悬浮发动机的大小，可使用具有不同的扭矩输出能力的不同伺服器，并且仅仅出于说明性目的提供此实例。
此外，对于每个电机示出一个致动器。在替代实施例中，可使用单个致动器使不止一个悬浮发动机倾斜。在另外其它实施例中，可使用多个致动器来改变STARM和/或电机的朝向。在更多实施例中，可使用一个或多个致动器结合从使用者提供的输入力改变STARM和/或电机的朝向。
使用伺服器使电机和STARM一致地倾斜。控制系统被配置成独立地使每个包括电机和STARM的悬浮发动机倾斜。在一特定实施例中，电机和STARM被配置成通过-10到10度的范围倾斜。可使用大于或小于这个区间的范围，并且仅仅是出于说明的目的提供此实例。
在一个实施例中，可以对于每个悬浮发动机实施相同的倾斜范围。在其它实施例中，悬浮发动机之间的倾斜范围可能是不同的。举例来说，第一悬浮发动机可以在-15到-15度的范围之间倾斜，并且第二悬浮发动机可以在-5与10度之间倾斜。
使用具有6050MPU和Atmel 644PA的Hobbyking KK2.1.5多转子LCD飞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。输入电压是4.8-6V。陀螺仪/加速计是6050MPU InvenSense,Inc(San Jose,CA)。其具有相同硅裸片上的MEMS3轴陀螺仪和3轴加速计连同机载数字运动处理器TM(DMPTM)，其能够处理复杂的9轴运动/融合算法。
运载工具能够沿着倾斜表面向上爬升。在平坦轨道上的测试中，测量到5.4ft/sec2的加速度，其大约是17g。加速度取决于输出的推力、运载工具的整体重量、STARM的倾斜角和STARM磁体配置。因此，仅仅是出于说明的目的提供此实例。
在具体实施例中，可以经由移动控制单元控制运载工具。移动控制单元可以经由无线或有线通信链路耦合到运载工具。移动控制单元可以包括一个或多个输入机构，例如控制杆、触摸屏、滑块等。
移动控制可以接收来自输入机构的输入，然后发送例如命令的信息到运载工具。命令可以是向右移动、在某个方向上移动，或者就地旋转。运载工具上的GNC系统可以接收命令、解释命令、然后作为响应生成一个或多个额外命令，其涉及控制致动器和/或悬浮发动机以实施命令。举例来说，可以控制运载工具上的致动器中的一个或多个以实施接收到的移动或旋转命令。
在一个实施例中，移动控制单元可以是智能电话，其具有触摸屏界面。在智能电话上执行的应用程序可以在触摸屏上生成界面，用于输入控制命令。此外，所述应用程序可以被配置成向显示器输出关于运载工具的性能的信息，例如速度、朝向、电机rpm、剩余飞行时间等。智能电话可以被配置成经由例如(但不限于)蓝牙的无线通信接口与运载工具通信。
在另一实施例中，可使用手持式控制单元，例如用于控制四轴飞行器或无线电控制汽车的手持式控制单元。手持式控制单元可以包括多个频道、频道切换器、数字显示器、天线、控制杆、调节件和开/关切换器。一个实例是Spektrum DX6i DSMX 6频道发射器(Horizon Hobby,Inc.,Champaign,Illinois)。接下来，描述使STARM倾斜以控制运载工具的一些细节。
图36A、图36B和图36C展示了致动悬浮发动机的不同组合以产生移动或旋转的一些实例。在图36a中，用阴影表示的两个悬浮发动机702b和702c受到致动以产生净向右力742，其可以将运载工具向右移动742。由两个悬浮发动机中的每一个产生的净力的方向通过邻近的箭头740a和740b示出。悬浮发动机702b生成净力740a，其具有向下和向右的分力。悬浮发动机702c生成净力740b，其向上和向右。
当致动两个悬浮发动机以生成因为在衬底中诱发的涡电流引起的相同量值的力时，向上和向下的平移力抵消。向右分力是加性的，并且产生向右的净平移力。当两个悬浮发动机离运载工具的质量中心距离相等时，从两个悬浮发动机产生的力矩彼此抵消，因而可以维持旋转稳定性。
悬浮发动机即使在相同时，被致动的量也可能不同。举例来说，运载工具700可以倾斜，使得悬浮发动机702b和702c中的一个更接近衬底。悬浮发动机离衬底的距离会因为其倾斜而影响从悬浮发动机输出的力。因此，可能必需用不同的倾斜角度来平衡从每个悬浮发动机输出的力。
此外，当运载工具700负载时，质量中心可以根据有效负载的重量如何分布而改变。因此，质量中心可以从未负载状态改变成负载状态，并且两个悬浮发动机离运载工具的质量中心的距离可能不再相等。在此实例中，当一对悬浮发动机各自生成相同数量的净力时，可能存在净力矩，因为两个悬浮发动机离质量中心的距离不同。因此，可能必须调节所使用的悬浮发动机的组合和每个悬浮发动机的致动量，以考虑到由于有效负载变化或运载工具700相对于其在上面操作的衬底的整体朝向引起的中心质量改变。
质量中心的变化引起的影响的量值将取决于质量中心从负载状态改变成未负载状态的程度。此外，在一些情况下，如果允许有效负载在操作期间移动，或者如果有效负载正在减轻，则质量中心可以在操作期间改变。举例来说，如果在运载工具的操作期间消耗燃料，则由于燃料的消耗，所以运载工具的质量中心可能会改变。作为另一实例，如果一个或多个人骑乘在运载工具上并且可能到处移动，则质量中心可能会改变。因此，在具体实施例中，在操作期间质量中心可能会动态地改变，并且GNC系统可以被配置成在维持旋转和平移控制时考虑到运载工具的质量中心的变化。
在图36B中，使用四个悬浮发动机生成净向右移动。在这个实例中，所有四个悬浮发动机702a、702b、702c和702d受到致动以在向右方向上生成净力746。总的来说，悬浮发动机可以受到致动以生成基本上在向右方向上的净平移力。具体来说，悬浮发动机受到致动以抵消向右方向之外的平移力。此外，悬浮发动机可以受到致动使得作用于运载工具的净力矩是零。如上文所述，为了使运载工具旋转，可以生成净力矩，其使运载工具在顺时针或逆时针方向上旋转。
在图36C中，示出了四个悬浮发动机702a、702b、702c和702d，其用在顺时针方向上引起净力矩的方式受到致动。与四个悬浮发动机相关联的平移力彼此抵消。因此，运载工具可以就地旋转。
在图36a、图36b和图36c的实例中，所有四个悬浮发动机的倾斜轴围绕矩形的边缘朝向。这种配置允许运载工具同样容易地在页面上向上/向下或向左/向右移动。在其它实施例中，悬浮发动机的倾斜轴可以围绕平行四边形的周边定位。因此，悬浮发动机可以更容易在特定方向上生成平移力，例如在页面上向左/向右对比向上/向下。此外，在一些实施例中，如上文所述，可以提供一些机构，其允许在运行中改变倾斜轴的方向(例如，见图29)。因此，有可能在运行中改变悬浮发动机倾斜轴的配置。
在图36A、图36B和图36C的实例中，假设每个悬浮发动机生成的力的向量离运载工具的质量中心的距离相等。在其它实施例中，悬浮发动机离运载工具的质量中心的距离可以是不同的。举例来说，一对两个悬浮发动机可以各自离质量中心第一距离，第二对悬浮发动机可以各自离质量中心第二距离。
此外，即使当悬浮发动机离质量中心的距离相同时，悬浮发动机也可以被配置成输出不同水平的推进力。举例来说，一个悬浮发动机可以使用比另一悬浮发动机更大体积的磁体以输出更多的力。在另一个实例中，两个相同悬浮发动机的旋转速度可以是不同的，这样可以使悬浮发动机输出相对于彼此不同水平的推进力。在一个实施例中，在运载工具上使用的多个悬浮发动机可以是相同的，并且以相似的旋转速度操作，从而使得其各自输出相似数量的力。
总的来说，当使用多个可驱动悬浮发动机时，每个悬浮发动机可以定位在离质量中心不同的距离处，或者悬浮发动机的组合可以定位在离质量中心相同的距离处。此外，每个悬浮发动机的大小、每个悬浮发动机上使用的磁体配置和每个悬浮发动机输出的合力在运载工具上的不同悬浮发动机之间可能是不同的。但是，可选择力生成能力相等的多个悬浮发动机内的悬浮发动机的组合。可以设计GNC系统，其考虑到悬浮发动机在运载工具上的放置位置的差别和悬浮发动机之间不同的力生成能力。此外，GNC系统可以被配置成考虑运载工具的动态负载和动态朝向变化，其影响从每个悬浮发动机输出的力和力矩。
在以上实例中，作为悬浮发动机的一部分的STARM被配置成生成提升力、推进力和旋转力。在其它实施例中，可能需要使悬浮发动机专门化。举例来说，第一悬浮发动机可以被配置成主要生成提升，并且可能不能致动以用于生成推进力。接着，额外悬浮发动机可以被配置成生成提升的某一部分，并且可能能致动以生成推进力和旋转力，其也可以用于控制和引导运载工具。一些磁体配置可能相比提升力更适合于生成推进力。因此，当在运载工具上使用多个悬浮发动机时，悬浮发动机之间可能改变磁体配置。
图37示出了具有五个悬浮发动机的运载工具750的实例。以上文相对于图35所描述的方式配置其中四个悬浮发动机。然而，位于运载工具中心的第五悬浮发动机752被配置成仅仅生成提升，并且是不能致动的，而类似于上文描述的悬浮发动机的四个悬浮发动机可以致动以生成推进力、旋转力和控制力。
在具体实施例中，四个悬浮发动机702a、702b、702c和702d可能不能够单独使运载工具悬浮。举例来说，在一个实施例中，四个STARM可能不能够使未负载运载工具悬浮，并且可能需要从纯提升引擎产生一些提升。在另一实施例中，四个STARM可能能够在运载工具未负载时使运载工具悬浮。然而，如果运载工具承载一定量的有效负载，则可能需要操作纯提升悬浮发动机。
在一个实施例中，当推进悬浮发动机和纯提升悬浮发动机中的STARM平行于表面时，推进悬浮发动机中的磁体的底部表面上方的高度和纯提升悬浮发动机中的磁体的底部表面上方的高度可以彼此偏移。举例来说，推进STARM中的磁体底部的高度可以比提升STARM中的磁体底部的高度离所述表面的距离更远。随着STARM变得更接近表面，使悬浮发动机中的STARM相对于表面倾斜所需的力量可能增加。因为磁力是非线性地生成的，并且随着磁体靠近表面而增加，所以力量增加。因此，通过在操作期间使推进STARM保持比提升STARM离表面更远，有可能利用更少的力使推进STARM倾斜。推进STARM上的磁体体积比提升STARM小的STARM还可以减轻从推进STARM输出的力，因此倾斜需要的力比提升STARM更少。
在一个实施例中，可以提供一种不同于倾斜机构的机构，其可以用于控制悬浮发动机(例如推进STARM)离表面的距离。举例来说，所述机构可以被配置成在垂直方向上移动悬浮发动机使其离表面更近或更远。当运载工具首次启动时，也可以使用这种能力。举例来说，在静止时，运载工具底部可以搁在地面上，并且悬浮发动机可以上拉到运载工具罩壳中。接着，悬浮发动机可以启动。在悬浮发动机到达某一速度之后，悬浮发动机可以相对于运载工具移动，使得悬浮发动机更接近运载工具底部。
由于可能不需要推进悬浮发动机承载整个提升负载，所以在一些实施例中，有可能使用比控制和推进STARM还用于承载整个提升负载的情况更小的推进和控制STARM。使用这种方法的一个优势是，如果控制和推进STARM可以制造成更小(例如半径和惰性力矩更小)，则用于致动STARM的力量可以更小。因此，有可能使用更小、更轻并且更便宜的致动器。
使用专用于提升或控制的悬浮发动机的另一优势是，用于最高效地生成提升的悬浮发动机的操作条件可以不同于用于最高效地生成推进力和控制力的操作条件。因此，当一些悬浮发动机主要仅仅用于提升时，这些悬浮发动机的操作条件可能不同于被配置成生成控制力的悬浮发动机。举例来说，为了生成相对更多的推进力，控制悬浮发动机可以在接近峰值拖拽的旋转速度下操作，即，提升拖拽比率低于更高旋转速度。对比之下，纯提升悬浮发动机可以在更高的旋转速度下操作，以使拖拽最小化并且使提升最大化，因为如上文所述，在峰值拖拽之后，随着旋转速度的增加，悬浮发动机上的拖拽力可以减小，并且提升拖拽比率可以增加。
图38和图39示出了运载工具760和760的两个额外悬浮发动机配置。在图38中，所有四个悬浮发动机的倾斜轴彼此平行地对准。因此，运载工具760被配置成仅仅在向上方向和向下方向上移动。来自STARM的净力是沿着倾斜轴的方向。因此，不可能生成横向力。
悬浮发动机702a、702b、702c和702d围绕质量中心705分布。因此，可使用由悬浮发动机产生的力在顺时针或逆时针方向上生成力矩。可使用这些力矩使运载工具在方向766上旋转。因此，运载工具706可以从一个位置移动到另一个位置并且就地旋转。
相比之下，在图39中，三个悬浮发动机702b、702c、702d取向成其倾斜轴彼此平行，并且第四悬浮发动机702a的倾斜轴垂直于其它三个悬浮发动机。悬浮发动机702a位于离质量中心705一段距离处。因此，可使用悬浮发动机702a生成横向力，其可以在方向768a和768b上操控运载工具770。可使用底部三个悬浮发动机在向上方向714a或向下方向714b上生成推进力。
然而，悬浮发动机702b、702c和702d、倾斜轴和力输出通过质量中心705。因此，在这种配置中，力臂是零。因此，这些悬浮发动机不能够生成力矩。
图40中示出了运载工具780上的另一悬浮发动机配置。在这种配置中，提供两列，每列具有三个悬浮发动机。第一列包括悬浮发动机702a、702c和702e，第二列包括悬浮发动机702b、702d和702f。在每个列中，顶部处的第一悬浮发动机702a和702b的倾斜轴垂直于列中的底部两个悬浮发动机的倾斜轴。在这种配置中，每个列顶部处的悬浮发动机可以在方向714a和714b上提供转向力。每个列中的底部两个悬浮发动机可以在向前方向714b或向后方向714d上生成推进力。
在这种配置中，从悬浮发动机702a和702b输出的力通过质量中心705。因此，可使用这些悬浮发动机围绕质量中心生成力矩。然而，底部两个悬浮发动机离质量中心705有一段距离。因此，可以产生净力矩。力矩可以单独用作转向力或结合悬浮发动机702a和702b提供的转向力。
在图41中，示出了运载工具790的又一悬浮发动机配置。在这个实例中，四个悬浮发动机围绕矩形的边缘布置，其中每个悬浮发动机702a、702b、702c和702d的倾斜轴平行于矩形的邻近边。因此，提供两对悬浮发动机(702a和702c)、(702b和702d)，其中第一对悬浮发动机的倾斜轴垂直于第二对悬浮发动机的倾斜轴。同样，每对中的倾斜轴彼此平行。
在这个实例中，一对悬浮发动机(702b和702d)离运载工具790的质量中心705的距离比另一对悬浮发动机(702a和702c)更近。因此，一对悬浮发动机的力臂不同于另一对悬浮发动机。因此，从两对悬浮发动机产生的力矩范围可以是不同的。在各种实施例中，NGC系统可以被配置成在生成控制力时考虑到运载工具的质量中心相对于悬浮发动机中的每一个的位置。
接下来，描述NGC系统，其可以用于控制悬浮发动机配置以移动磁性提升运载工具。首先，简要论述导航、引导和控制(NGC)功能中的每一个。这些功能可以并入以作为被实施为磁性提升装置上的电路的NGC系统的逻辑。举例来说，NGC系统可以是前面的图中的控制器706的组件。
首先，导航计算你在什么位置，你相对于限定的参考系的朝向是怎样的。举例来说，你在什么位置可以是在车道上的你的汽车里面，你的朝向是汽车的后备箱朝向路缘。在这个实例中，参考系是平地。
第二，引导包括算出要采用的路径。具体来说，引导基于你的位置算出你怎样能到达你想去的地方。引导出现在导航之后，因为如果你不知道你在什么位置，就很难算出走哪条路。引导潜在地具有非常大量的方案。但是，可以施加规则和约束以限制方案大小。
作为一实例，你知道你是在你的车道里，你的背面朝向路缘。你如何到达商店？可以施加你必须遵循预定义的道路系统的规则。这样会限制你的引导选项。你还可加入关于遵守的限速和停车标志的规则。这样会进一步缩小方案空间。你还可设置运载工具限制。举例来说，四汽缸卡罗拉可能没有法拉利那样的加速能力。这个观念可应用于可以具有不同性能特性的不同悬浮发动机配置。
当规则与限制结合时，可以获得限定随时间而变的朝向、速度和加速度的引导方案。在引导空间中，可以存在施加或放松规则以实现期望性能的灵活性。举例来说，根据上面的实例，当出于某种原因试图非常快地到达目的地时，可以选择在某段时间忽略速度限制。
控制让运载工具按照引导方案要求其执行的方式执行。这意味着加速、减速、保持速度等，从而使得运载工具按照期望紧密地遵循引导方案。在当前实例中，驾驶者是控制系统。因此，他或她监视速度和加速度，并且可以进行微小调节以维持期望条件。在以上实例中，NGC系统可以对悬浮发动机的倾斜角度进行调节以维持期望条件。
因此，导航、引导和控制的组合允许磁性提升运载工具以期望方式移动。当的确有干扰进入系统时，可能重要的是要有规律地更新导航、引导和控制方案。以此方式更新的系统可以形成闭环系统。闭环系统可以容许运载工具在GNC下更精确的运动。
在替代实施例中，可使用开环控制器，也被称为非反馈控制器。开环控制器是这样一种控制器：它仅仅使用系统的当前状态及其模型来计算它对系统的输入。开环控制器的一个特性是它不使用反馈来确定它的输出是否已经实现了输入的期望目标。因此，所述系统不观察其正在控制的进程的输出。
对于磁性提升运载工具，GNC可以包括下面各项的组合：1)速度控制，2)导航点管理，3)加速/减速曲线(廓线)，4)速度廓线，5)自由路径，其组合加速/减速廓线和途中速度，和6)导航。导航可以包括利用下面中的一个或多个：a)航位推算、b)室内定位系统、c)回射反射体、d)红外线、e)磁性元件、f)RFID、g)蓝牙、f)超声波和g)GPS。室内定位系统(IPS)是使用无线电波、磁场、声信号或适当传感器收集的其它感觉信息在例如磁性提升运载工具的构造内部定位物体的方案。在导航方案中可使用对不同类型的能量敏感的各种类型的传感器。因此，提供这些实例仅仅是出于说明的目的并且不打算是限制性的。
一种GNC方法可以包括确定加速/减速廓线(曲线、限制等)，其可以包括确定速度加速/减速廓线(曲线等)。接下来，可以创建路线。路线可以转换成表面上的x和y路径点。
在一个实施例中，可以添加沿途点。通常，起点和终点是默认的沿途点。可以限定发生在沿途点上的事项(无、停止、具体速度等)。路段可以由沿途点限定。
接下来，可以限定每个路段的朝向(相对于速度方向、相对于固定点、自旋廓线等)。在限定了路段的情况下，GNC系统可以根据使用者限定的速度/加速度廓线和朝向来沿着每个路段操纵运载工具。最后，可以相对于预先规划的路线以及有规律的导航更新监测运载工具的当前位置(x,y)。随着运载工具移动，可以基于传感器数据比较当前位置和期望位置。接着，系统可以被配置成纠正误差。
在一些实施例中，可以控制运载工具的悬浮高度。因此，系统可以被配置成确定运载工具沿着路段的高度廓线。接着，在沿着路段操纵运载工具时，系统可以接收传感器数据，其用于确定运载工具的高度。系统可以被配置成比较测量到的高度与期望高度，然后纠正误差。
接下来，论述用于控制相对于图42、图43和图44描述的运载工具的GNC系统的实施例。在这个实例中，使用无线控制器控制运载工具。无线控制器可以响应于使用者命令生成输入信号。
比例-积分-微分控制器(PID控制器)是工业控制系统中经常使用的控制环路反馈机构(控制器)。PID控制器可以计算测量到的处理变量与期望设定点之间的差异作为误差值。控制器可以尝试通过使用被控变量调节处理来使误差最小化。
运载工具的平移运动控制可以使用PID控制系统进行横向加速度控制。可以经由无线控制器从使用者接收两个横向加速度输入。这些输入可以馈送到其自身的各个PID控制环路中，如下面在图42中图示的。
在控制环路内部，可以对输入与加速计测量到的加速度输出反馈进行差分运算。所得差异就是误差。误差可以馈送到PID控制器中，PID控制器可以具有三个组件，即比例控制、积分控制和差分控制。
比例元件将误差乘以比例增益Kp。积分元件计算随时间的误差的总和，并且将这个总和乘以积分增益KI。差分控制对电流输入与先前输入进行差分运算，并且将这个差异乘以差分增益KD。接着将所述比例、积分和差分要素求和并且发送到图43的等式810中所示的混合逻辑。
来自混合逻辑的输出被发送到工厂G。从工厂输出所得的平移加速度。通过加速计测量运载工具的平移加速度。这个测量到的加速度反馈回到PID控制环路的开始。
运载工具的自旋控制可以使用PI(比例-积分)控制系统进行偏航速度控制，如图44中的框图中所示。经由RC控制器从使用者接收偏航加速度输入。可以将这个偏航输入与陀螺仪测量到的偏航输出反馈进行差分运算。所得差异就是误差。这个误差可以反馈到PI控制器中，PI控制器具有两个组件，即比例控制和积分控制。比例元件将误差乘以比例增益Kp。
应用
接下来，相对于图45A-图62B描述可以利用悬浮发动机的多个不同应用。具体来说，相对于图45A和图45B，描述使用悬浮发动机来驱动和控制转轮和/或从转轮的旋转中采集能量的应用。相对于图46A到图46B，论述被配置成在转轮上悬浮或行驶的混合动力运载工具。相对于图47A和图47B，描述使用悬浮发动机提供信号隔离的应用。
相对于图48A到图54，描述使用被配置成沿着轨道移动的悬浮发动机的应用。具体来说，论述涉及在垂直方向上移动有效负载的应用。
相对于图55，论述使用悬浮发动机提供飞行器的启动辅助的应用。相对于图56，描述可以用于在船只上执行工作的应用。相对于图57，论述使用悬浮发动机操控液体材料的应用。相对于图58到图60C，描述利用悬浮发动机的列车和轨道配置。最后，相对于图61A到图62B，论述采用磁性提升运载工具沉积材料(例如作为印刷处理的一部分)的应用。
在图45A和图45B中，使用例如854和856的悬浮发动机使转轮850转动。转轮包括内部部分和外部部分864，内部部分包括导电区862。在一个实施例中，转轮850可以在道路上使用，并且外部部分可以由用于机动车轮胎的材料形成。导电区862的形状类似于垫圈。转轮示出为圆形的。然而，其它形状是可能的，并且仅仅出于所说明的目的提供实例。举例来说，可以使用图44和图45中的悬浮发动机使水平地安装的矩形托盘旋转。
转轮850耦合到轮轴860，转轮850围绕轮轴860旋转。转轮可以相对于表面成角度地布置，例如相对于表面垂直地或水平地布置(例如见图46A和图46B)。在一个实施例中，转轮可以垂直地布置，使得它沿着表面滚动。在一特定实施例中，轮轴可以耦合到第二转轮。
悬浮发动机854和866各自包括电机和STARM，例如852和868。STARM 852和868可以包括具有特定极性图案的磁体体积。在一个实施例中，致动器可以被配置成使悬浮发动机854围绕第一轴线856旋转。悬浮发动机854当通过电机提供动力时，可以被配置成围绕第二轴线旋转，第二轴线大概垂直于第一轴线856。
当悬浮发动机854在中间位置中操作使得STARM 852的底部平行于导电区862的顶表面时，悬浮发动机854可能不生成可以使转轮850转动的推进力。当悬浮发动机854通过致动器在第一方向上围绕第一轴线856旋转时，可以生成使转轮850在顺时针方向上旋转的推进力。当悬浮发动机通过致动器在与第一方向相反的方向上围绕轴线856旋转时，可以生成使转轮850在逆时针方向上旋转的力。因此，转轮850可以被配置成在方向858上旋转。
当动力供应到使STARM 852转动的电机时，悬浮发动机852可以生成推进力，推进力使转轮850旋转。在另一实施例中，可以切断到电机的动力。接着，当转轮850转动时，它可以使STARM 852转动，这样使电机转动。电机的旋转可以使得生成动力，例如电力。这个动力可以存储在例如电池或电容器中。随后，可使用存储到电池或电容器的能量驱动悬浮发动机中的电机。
在图45中，示出了悬浮发动机866，其部分地与转轮850的导电衬底862重叠。悬浮发动机866大于854。具体来说，STARM 868的直径大于STARM 852的直径。STARM 868可包括或可不包括比STARM 852大的体积的磁体。
悬浮发动机866在导电区864上的部分重叠形成力不平衡，其可以用于向转轮850传递动力。在这个实例中，悬浮发动机866可能不倾斜以改变所传递的力的方向。具体而言，它可以相对于导电区862固定在某个角度，包括零(水平)。在一个实施例中，从STARM 868的底部到导电区864的顶部的距离可以是固定的。在另一实施例中，可以提供一个机构，其使悬浮发动机和STARM 868的底部移动成离导电区862的顶表面更近或更远。
在图45中，可以改变STARM 868的旋转方向以改变从悬浮发动机输出的力的方向。因此，转轮旋转方向可以改变。在一个实施例中，可以提供一个机构，其允许调节STARM 868与转轮的导电衬底862之间的重叠量。具体来说，所述机构可以被配置成将悬浮发动机移动成离轮轴860更近或离轮轴860更远。这个相互作用可以改变从悬浮发动机传递到转轮的力的量值。
使用这些方法，悬浮发动机可以充当传动装置，它无需接触转轮就能将它的一些旋转能量传递到转轮850。从悬浮发动机854传递到转轮850的扭矩量可以根据悬浮发动机854相对于转轮围绕轴线856倾斜的程度而改变。此外，从悬浮发动机856或866输出的推进力随着其相应STARM的旋转速度而变。因此，STARM的旋转速度本身或者配合悬浮发动机的倾斜可以用于控制多少扭矩被传递到转轮859。
在其它实施例中，悬浮发动机854和866可以受到控制以生成与转轮的旋转方向相反的力，用于使转轮850的旋转减缓。此外，如上文所述，当电机未被提供动力时，作为再生制动的一部分，悬浮发动机中的导电区862与STARM之间的相互作用可以使STARM转动，从而使电机转动。可使用电机的转动生成动力，以便将为电机提供动力的电池再充电，或者可以用于其它目的。通过如上文所述使用致动器改变STARM与转轮之间的角度，可以控制STARM与转轮之间的相互作用的量。
如上文所述，可以调节悬浮发动机相对于转轮850的高度以改变悬浮发动机的STARM与转轮之间的相互作用的量。STARM与导电衬底之间的力随着高度变化。因此，可使用高度控制改变从STARM传递到导电衬底的力的量，或者从导电衬底传递到STARM的力的量。
作为一实例，悬浮发动机可以耦合到致动的杠杆臂，其允许悬浮发动机移动成离转轮的导电衬底更近和更远。可以与倾斜运动分开实施这个运动。悬浮发动机当放置在新高度时也可以倾斜。因此，STARM离导电衬底的距离和STARM相对于导电衬底的角度可以改变。在一个实施例中，可使用第一致动器将STARM移动成离导电衬底更近或更远，并且可使用第二致动器改变STARM相对于导电衬底的倾斜角。第一和第二致动器可以包括控制器，其被配置成与运载工具控制器通信。
在各种实施例中，带有或不带有个人电机的多个STARM可以耦合到转轮。举例来说，各自带有个别电机的四个STARM可以耦合到转轮850，使得STARM中的每一个可以生成用于使转轮转动的力。四个STARM可以使用控制器单独地控制，控制器发送控制信号到四个致动器中的每一个，使得每个STARM施加的扭矩在不同STARM之间是不同的。举例来说，可以通过致动器将四个STARM中的第一个相对于转轮的导电区倾斜成第一角度，并且可以通过致动器将四个STARM中的第二个相对于导电区倾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变STARM中的每一个的旋转速度，以便使生成的扭矩量也改变。
接下来，相对于图46A和图46B描述可以悬浮在表面上方或者沿着表面滚动的混合动力运载工具870。所述运载工具包括多个悬浮发动机，例如875a和875b。举例来说，混合动力运载工具中可以利用两个、三个、四个、五个等悬浮发动机。悬浮发动机各自包括电机和STARM。举例来说，悬浮发动机875a包括电机874a和STARM 876a。而悬浮发动机875b包括电机874b和STARM 876b。
悬浮发动机875a和875b耦合到支撑结构872。支撑结构可以支撑有效负载885。举例来说，在机动车之类的装置中。有效负载885可以是乘客舱和乘客。
提供一些机构，其允许悬浮发动机围绕轴线878旋转880。在一个实施例中，悬浮发动机可以旋转通过90度的角度。在零度，STARM可以大概平行于导电衬底884。在90度，STARM垂直于表面，如图46B中所示。
旋转范围不是必须在0与90之间。举例来说，悬浮发动机可以被配置成在10与30度之间或0与15度之间旋转。此外，旋转范围不是对于一个运载工具上的所有悬浮发动机都必须相同。因此，图46A和46B图中所示的范围仅仅是出于说明的目的。
轮胎878放置在每个STARM 876a和876b的外缘周围。轮胎可以由用于汽车和自行车轮胎中的例如橡胶的材料形成。在操作中，轮胎可以一直或者在一部分时间接触衬底884。因此，由于STARM的磁体与衬底884的相互作用并且由于轮胎与衬底884之间的摩擦，可以生成推进力。此外，可以操作悬浮发动机以生成足够的提升，使得运载工具870开始悬浮，这时轮胎可以不再接触衬底，并且仅通过磁性相互作用或某种其它的推进方式(例如来自螺旋桨或喷射器的推力)就可以生成推进力。
此外，可以在不同类型的表面上利用混合动力运载工具870。举例来说，在图46A中，运载工具被示出是在导电衬底884上。当在导电衬底上时，可以从悬浮发动机产生提升和/或推进。在图46B中，运载工具870在路基884上操作。在导电衬底上时，悬浮发动机中的电机可以使轮胎旋转以生成推进。然而，悬浮发动机将不会因为产生涡电流的磁性相互作用而生成提升。
接下来，相对于图47A和图47B描述提供信号隔离能力的房间。在信号隔离中，可以将在空间中生成的信号(例如振动或电磁信号)与其周围环境隔离。在图47A和图47B中，在周围罩壳902内悬浮的房间904的俯视图和侧视图。例如906和908的磁性提升装置被配置成将房间904升高并且防止房间的侧面冲击周围罩壳902。当房间用作会议空间时。例如914的家具可以放入房间中。
在一个实施例中，悬浮房间与周围罩壳之间的空间可以抽空。作为会议空间，将向房间904提供供气源。为了容许排空，可以提供气锁(例如912)以作为房间的入口。房间还可以电磁隔离，例如裹在法拉弟笼中。
磁悬浮可以将在隔离空间内生成的能量信号解耦以防漏出，并防止能量信号(例如来自空间外部的振动)穿透到隔离空间中。在一个实施例中，这种类型的系统可以用于安全通信。一些通信窃听方法涉及检测人们谈话的时候发生的振动，信号隔离可以防止这些通信渗漏出去并且被检测到。
接下来，相对于图48A和图48B描述可以用于沿着轨道承载有效负载的一些装置配置。所述轨道可以被配置成允许有效负载水平地、垂直地和以水平线与垂直线之间的角度移动。所述轨道可以包括笔直和/或弯曲元件的组合。
在图48A中，示出STARM 928，其中磁体沿着汽缸的侧面布置。磁场向外延伸以与导电衬底924相互作用。导电衬底924是轨道922的一部分，轨道922包括衬底924和支撑结构926。电机930使STARM旋转。来自STARM中的磁体的磁场与衬底924的相互作用可以生成涡电流，其产生在表面的垂直方向以及切线方向上的力。切线力可以防止STARM 928接触衬底。
在这个实例中，磁体的磁极可以大概垂直于形成STARM的汽缸的弯曲部分。这种方法不同于上述实例，其中磁极垂直于汽缸的平坦部分。图46A和图46B中的方法相比于先前描述的方法的缺点是，任何一个时候磁体只有一小部分靠近导电衬底。此外，所述部分受到曲率半径的限制。因此，在下面的附图中论述替代设计，其容许在任何一个时间磁体体积的更大部分放置成更接近导电衬底。
所述一个或多个STARM 928可以机械耦合到彼此和耦合到有效负载。在一些实施例中，所述一个或多个STARM可以生成充分的垂直力以允许有效负载垂直地抬起。在下降过程中，STARM 928可以操作以减缓有效负载的下降。
STARM 928在上面操作的轨道可以位于建筑物内部，例如建筑物内部或结构外部，例如沿着建筑物的外表面。在建筑物内部，STARM可被配置成充当用于承载货物和乘客的电梯。在电梯配置中，使用STARM可以消除对于传统电梯使用的长支撑缆线的需要。
在建筑物外部，STARM可以耦合到轨道。可使用STARM提升设备和/或人以用于进行维护，例如清洗窗户。此外，建筑物外部的STARM可用作紧急降落机构的一部分。举例来说，STARM可以包括挂钩，其可以耦合到人穿戴的安全带上。STARM可以被配置成无源地和/或有源地生成制动力，其允许减缓耦合到STARM的人的降落。无源系统可能不需要耦合到STARM的电机。当有效负载降落时，有源系统可以使用耦合到STARM的电机增加STARM产生的制动力。
在图48A和图48B中，在STARM 928之间示出了拉紧机构。拉紧机构包括支承杆934、拉紧条932和致动器936。致动器936可以被配置成致动拉紧条932以改变STARM 228之间的距离。
由STARM产生的垂直于衬底924的表面的提升力可以使STARM从衬底的表面移开。由于STARM产生的力可以随STARM离衬底924的表面的距离而变，所以当STARM从表面移开时，STARM产生的上升/下降力可以减小。拉紧机构可以生成相反的力，其将STARM保持成接近表面。因此，上升/下降力不会因为STARM产生的垂直于表面的力而减小，否则这个力将使STARM从表面移开。
图49A和图49B示出了磁性提升系统940的实例。可使用磁性提升系统940在水平方向上传送有效负载。轨道948可以水平或倾斜，从而允许在水平方向上传送有效负载并且将有效负载垂直地抬起。在不同实施例中，有效负载可以固定在包括悬浮发动机942a和942b的装置上方，或者可以悬置在所述装置下方。
在图49A和图49B的配置中，轨道948包括狭槽。包括耦合到电机944的STARM 946的第一悬浮发动机942a定位在轨道948上方。包括耦合到电机952的STARM 956的第二悬浮发动机942b悬置在轨道948下面。第一悬浮发动机942a经由部件958耦合到第二悬浮发动机。
在一个实施例中，轨道948可以由连续的导电材料(例如铜板或铝板)形成。在其它实施例中，轨道948可以包括绝缘体，例如夹在两个铝片之间的绝缘体，以形成顶部轨道和下部轨道。在一个实施例中，绝缘体可以是电绝缘体，其防止从STARM 946产生的涡电流与从STARM 956产生的涡电流相互作用。在另一实施例中，轨道的顶部部分和轨道的底部部分可以充分隔开，使得顶部STARM 946对轨道的底部部分的影响极小，并且底部STARM 956对轨道的顶部部分的影响极小。
在一个实施例中，轨道上方的第一悬浮发动机942a被配置成仅仅生成提升，例如使包括两个悬浮发动机942a和942b的承载运载工具和有效负载对抗重力悬浮所需的提升。第二悬浮发动机942b可以被配置成仅仅生成推进力。因此，与第一STARM 946相比，第二STARM 956可以较小并且使用的磁体体积较小。
在替代实施例中，第一和第二STARM可以通过单个电机提供动力，或者可使用单独的电机为STARM中的每一个提供动力。在替代实施例中，可使用可以致动的单个STARM生成提升力和推进力，并且可以不使用第二STARM。
第二悬浮发动机942b可以被配置成围绕轴线960旋转962以改变STARM 946相对于轨道948的底部的朝向。可以从致动器提供用于改变STARM 946的朝向的力。为了容许STARM946的朝向变化，可以在悬浮发动机942b与部件958之间提供具有一个或多个旋转自由度的接点(未图示)。
在操作中，可以操作悬浮发动机942a以生成充分的提升以使承载运载工具和有效负载悬浮。可以操作悬浮发动机942b以生成力，力推动STARM 956离开轨道并且将承载运载工具朝下牵拉。因此，两个STARM 946和956可以垂直地保持在轨道948之间的中心位置。如上文所述，底部悬浮发动机942b可以耦合到致动器，其可以使STARM 956相对于轨道的底部倾斜。底部STARM可以在一个方向上倾斜以使承载运载工具沿着轨道在特定方向(例如964)上加速，使承载运载工具减速，以及带动承载运载工具停止或使其在反方向上移动。
在图50中，能悬浮的承载运载工具974示出为定位于轨道罩壳972内部。轨道罩壳，例如9742，可以包括多个侧面上的导电衬底。在这个实例中，轨道罩壳包括四个侧面上的导电衬底。承载运载工具974包括四行976a、976b、976c和976c中的悬浮发动机。悬浮发动机各自被配置成与罩壳972的四个侧面上的导电衬底相互作用以在罩壳内定位并推进承载运载工具。
罩壳972的横截面978示出为具有笔直边缘的矩形。在各种实施例中，横截面形状可以变化。举例来说，可使用三角形横截面。总的来说，可使用具有“n”条边的多边形，n大于三。在各种实施例中，横截面的一条或多条边可以是弯曲的。在一特定实施例中，可使用圆形或卵形的横截面。横截面不需要保持恒定并且可以沿着轨道罩壳的长度变化。
在一特定实施例中，轨道罩壳的一部分可以完全封围以允许维持大于或小于罩壳周围的环境压力的压力。举例来说，可以在罩壳中维持相对真空。在其它实施例中。罩壳可以仅仅部分地封围承载运载工具974。举例来说，罩壳972的顶部可以敞开以形成凹槽。
悬浮发动机可以与罩壳相互作用的位置的数量可以变化。位置的数量可以根据横截面形状变化。举例来说，对于三角形横截面或凹槽横截面，悬浮发动机之间的相互作用可以发生在轨道的三条边上。作为另一实例，当使用圆形横截面时，可以使用六个导电衬底条带以允许围绕衬底的六个位置处的相互作用。
轨道罩壳的内侧上的相互作用的位置可能不是连续的。举例来说，在图50中，轨道罩壳980包括切口部分980。在切口部分前面和在切口部分后面，轨道罩壳围绕横截面是连续的。切口部分980允许将有效负载放入承载运载工具974的有效负载区段982中或者从有效负载区段982中移除有效负载。
在各种实施例中，承载运载工具可以包括例如耦合到臂的托盘的机构，臂可以延伸和缩回。在另一实施例中，承载运载工具可以包括具有被配置成抓握有效负载的机构的臂。所述机构可以配置成使得其从有效负载区段982延伸和缩回到有效负载区段982中。
在操作中，有效负载可以放置在臂和托盘机构上。当臂延伸时，有效负载可以从有效负载区段延伸，其中可以通过另一装置移除有效负载。此外，空的臂和托盘可以从有效负载区段中延伸通过切口区段980。接着，可以将有效负载放置在臂和托盘上。臂和托盘可以缩回，使得臂、托盘和有效负载进入有效负载区段980。接着，可以将承载运载工具和有效负载移动到轨道罩壳的另一区段。
图51A示出了垂直传送系统1000，其使用两个有槽轨道1008，类似于图49A和图49B中所示的有槽轨道948。四个悬浮发动机1002a、1002b、1002c和1002d定位在两个轨道的任一侧上。四个悬浮发动机经由部件1010机械耦合到彼此并且机械耦合到有效负载1012。四个悬浮发动机在垂直朝向上布置以用于在方向1014上爬升。
轨道1008包括任一侧上的导电区，其可以与悬浮发动机相互作用。在一个实施例中，轨道可以由例如铝形成的导电区形成。悬浮发动机各自包括电机和STARM，例如1004和1006。在这个实例中，悬浮发动机中的每一个被配置成围绕轴线旋转。举例来说，悬浮发动机1002d可以围绕轴线1007在任一方向1005上旋转。在替代实施例中，悬浮发动机中的一个或多个可以安装在固定朝向上，使得其不旋转。
在图51A的配置中，悬浮发动机中的每一个耦合到致动器。致动器可以被配置成使STARM的底部相对于轨道倾斜，从而生成上升力或下降力。可使用上升力升高承载运载工具，包括四个STARM和有效负载1012。
图51B示出了下降模式中的图51A的配置100。在下降时，STARM，例如1006，可以倾斜以有效地生成对抗重力的制动力。因此，有效负载可以以某个期望速度降低。在故障保护模式中，例如当电机中的一个发生故障时，STARM仍然可以在轨道1008的衬底部分中无源地生成涡电流。具体来说，承载运载工具的下降1016可以使STARM在没有来自电机的输入的情况下旋转。STARM的旋转可以生成使运载工具减慢的涡电流。此外，STARM的旋转可以生成动力，其可以用于给电机中的一个或多个或某个其它紧急系统提供动力。当然，例如摩擦制动器的其它制动机构(其可以在紧急情况期间与衬底接合)也可用作故障保护制动模式的一部分。
图52示出替代实施例，其使用实心轨道1024a和1024b而非如图51A和图51B中所示的有槽轨道。在图52中，两个悬浮发动机(每个包括一个STARM和电机)经由结构1010机械耦合到彼此和有效负载1012。STARM中的每一个可以包括一定体积和配置的磁体，这些磁体生成垂直于轨道1024a和1024b的顶表面的力。反作用力可以将承载运载工具在两个轨道之间定位在中心位置。STARM中的每一个可以致动以生成上升力以提升承载运载工具和有效负载，或者使承载运载工具和有效负载在下降时减慢。
在以上实例中，旋转STARM倾斜以在STARM的一半或STARM的另一半上生成力不平衡。根据STARM倾斜的方式，生成沿着倾斜轴起作用的净力。这种方法的一个优势是STARM可以在单个方向上旋转，而由STARM产生的推进力可以在量值和方向上都改变。
图53a和图53b示出轨道传送系统1030，其包括具有STARM 1034a和电机1036a的第一悬浮发动机和具有电机1036b和STARM 1034b的第二悬浮发动机。第一和第二悬浮发动机经由支撑结构1038机械耦合到彼此。
在图53A中，两个STARM定位成邻近于包括两个区段的轨道1032。所述两个区段可以相对于彼此成角度地朝向。在图53A和图53B的实例中，两个轨道区段彼此90度朝向。所述角度仅仅是出于说明的目的，因为这两个部分可以以不同角度(例如45度)朝向。此外，轨道的两个区段示出为以连续方式彼此接合。在其它实施例中，可使用两个分开的轨道区段。
两个轨道区段中的每一个包括一个导电衬底。导电衬底与悬浮发动机中的STARM相互作用。在图53A和图53B中，因为STARM的仅仅一部分定位在轨道1032上，所以形成力不平衡。具体来说，STARM 1034a和1034b中的每一个的一半定位在轨道上。在其它实施例中，STARM的不同部分(高达100％)可以定位在轨道上方，例如1/4、1/3、2/3、3/4等，并且仅仅是出于说明的目的描述1/2的实例。
此外，当利用多个STARM时，STARM中的每一个的定位于轨道上方的部分可以对于不同STARM是不同的。举例来说，STARM 1034a的一半可以定位成面朝轨道1032，而STARM1034b的三分之二可以定位成面朝轨道。此外，可以提供一个机构，其允许调节STARM中的一个或多个相对于轨道的位置。因此，STARM的面朝轨道的部分可以是可调节的。在各种实施例中，可使用所述机构相对于轨道移动STARM、相对于STARM移动轨道或这些移动的组合。
当时第一和第二悬浮发动机中的每一个打开时，STARM可以开始生成磁性拖拽。磁性拖拽仅仅作用于STARM的面朝轨道的部分。因此，形成力不平衡，其可以沿着轨道推进STARM，因此，可以沿着轨道推进被附接到STARM的承载运载工具。一旦生成充分的推进力，STARM就开始在特定方向上移动。推进力的量可以取决于STARM的旋转速率、使用的磁体配置、使用的磁体体积和STARM上的磁体离轨道1032的距离。
生成的力的方向取决于STARM的旋转方向。因此，为了改变力的方向，改变STARM的旋转方向。为了改变力的量值，可以改动STARM的旋转速率。此外，可以提供一个机构，其允许调节STARM离轨道的距离。这种方法不同于上面一种，因为从悬浮发动机输出的推进力的方向可以颠倒，而STARM在单个方向上旋转。此外，可以改变由可倾斜悬浮发动机产生的力的量值，而无需改变STARM的转速。在一些实施例中，STARM的倾斜角和转速两项、单独一项或者彼此结合可以用于改变从悬浮发动机输出的推进力的量值。
图53A和图53B中所示的方法相比于STARM倾斜的方法可以生成更多净推进力。当STARM倾斜时，在STARM的任一侧上生成反作用力。然而，在一侧上比另一侧上生成更多的力以形成净力。通过不在轨道上方放置STARM的一部分，消除STARM的不在轨道上方的部分上的反作用力。因此，可以生成更多的净推进力。
可倾斜STARM允许中间位置，其中STARM的任一侧上生成的力是平衡的，并且未生成推进力。在图53a和图53b的实例中，在不同方向上旋转的两个STARM可以生成反作用力以达到未生成推进力的中间位置。因此，一个STARM充当其它STARM的制动器。在替代实施例中，可使用机械制动器将一个或多个STARM系栓在固定位置，例如可以耦合到轨道的机械制动器。具体来说，如图53a和图53b中所示的推进STARM可以上旋，但是通过机械制动器固持在位。当释放制动器时，包括STARM的承载运载工具可以开始移动。
图54示出了四个悬浮发动机1046a、1046b、1046c和1046d，每个悬浮发动机以图53A和图53B中所示的方式布置，即，其中任何一个时间STARM只有一部分面朝导电衬底。在一个实施例中，轨道可以垂直地布置。然而，轨道还可以水平地布置或以水平与垂直之间的某个角度布置。所述四个悬浮发动机经由支撑结构1044耦合到彼此。四个悬浮发动机布置成生成垂直于两个轨道1042a和1042b的表面的反作用力，这使承载运载工具保持在轨道之间的中心位置。
图55示出了系统1050的实例，其使用磁性提升滑板1052进行启动辅助。飞机，例如1056，在其具有最大有效负载时在起飞时经受最大的翼负载。最大有效负载对于所需的翼区域、相关联的结构要求、跑道长度和发动机大小具有很强的影响。如果与起飞相关联的能量成本可以减少，则有可能在更短的跑道上启动、扩展运载工具的范围、承载更大的有效负载、减小运载工具的翼的大小，并且减少环境噪音，因为能更快地达到更高的海拔高度。
一种减少与起飞相关联的能量成本的方法可以是使用磁性提升滑板1052。可使用磁性提升滑板消除起飞过程中轮胎在跑道上的摩擦。对于现有飞机，例如1056，滑板可以安装在飞机下面。可以激活提升滑板1052以使飞机从地面上起飞。提升滑板在导电衬底1054上操作。
飞机1056可以使用其发动机在跑道上提供动力，无需克服轮胎的滚动摩擦。在图55中，推力输出1060将飞机1056向前1062推进。因此，与提升滑板未在位的情况下相比，飞机可能能够更快地加速，达到更高的起飞速度，并且更快地达到巡航速度和海拔高度。此外，如果期望的话，滑板1052还可以用本文所述的方式生成使飞机加速的力。
接下来，相对于图56描述诱发涡电流以生成吸引效应的运载工具。运载工具1070可以包括吸子机构1076，其将运载工具朝运载工具的表面牵拉。举例来说，可使用永久磁体将运载工具朝向铁磁性表面(例如船壳)牵拉。在另一实施例中，如上文所述，悬浮发动机可以配置和操作，其诱发涡电流以生成吸引力，其将运载工具1070朝向导电表面(例如顺磁表面或铁磁表面)牵拉。
作为一实例，可以使用运载工具在飞机或者具有铝皮的其它类型的运载工具的表面上移动。在又另一实例中，运载工具可在管线内操作，其中悬浮发动机在管线内推进运载工具。管线可以被视为轨道罩壳，如上文相对于图50所述。在另一个实例中，运载工具可在管线外部操作。
运载工具1070可以具有转轮，例如球形辊子1080a和1080b，其允许运载工具沿着表面1074滚动。可使用一个或多个悬浮发动机例如1072a和1072b生成推进力，用于将运载工具从一个位置移动到另一个位置(例如方向1082)。此外，悬浮发动机可以生成某个提升，其可以用于控制输出的净吸引力。此外，如果需要的话，可使用提升在悬浮模式中操作。
运载工具1070可以包括用于检测表面的传感器和用于执行维护和维修的工具。在一个实施例中，运载工具可以是防水的，以允许其在水下工作。在另一实施例中，从悬浮发动机在表面1074中诱发的涡电流可以用于检测表面中的裂纹和其它缺陷。为了使得能够进行这种类型的检测，运载工具可以包括探针，其从运载工具延伸以接触表面1074。该探针可以用于执行两个或更多个点之间的导电率测量。两个测量点之间的导电率的变化可以指示裂痕的存在。
作为一实例，在舰艇上，运载工具1070可以包括用于从船壳上移除藤壶的工具。在另一实施例中，运载工具1070可以包括工具，例如用于修理船壳中的裂痕的焊接工具。在又一实施例中，运载工具可以使用由STARM产生的涡电流检测船壳中的裂痕或缺陷，因为裂痕和缺陷可能干扰穿过船壳的电流。在另一实施例中，运载工具可以包括涂料和用于给表面喷漆的喷嘴。
接下来，相对于图57描述使用悬浮发动机的流体操控的实例。铝是在越来越多的应用中(例如从平板计算机罩壳到飞机)使用的材料。如上文所述，可以在例如铝的非铁磁性材料中诱发涡电流。在以上实施例中，涡电流生成磁场，其可以用于生成提升。在另一实施例中，生成的磁力不是提升运载工具，而是可以用于推动液体。在微重力环境中，磁性提升可用于将悬浮发动机和相关联的运载工具推离表面。
举例来说，如图57中所示，可使用一个或多个悬浮发动机(1096a和1096b)使液体金属(例如液体铝)1093到处移动。悬浮发动机可以用于发出力1098，其推抵液体金属1098，使得液体金属被强迫成与模具1091相关联的复杂的几何形状。这种技术可以允许模制比原本可能的更复杂的形状。
接下来，相对于图58到图60C描述某种列车与轨道配置。在图58中，示出悬浮机车1100和轨道的横截面。悬浮机车用包括垂直部分1108a和1108b以及水平部分1108b的轨道操作。示出三个水平并且垂直地对准的悬浮发动机。可以利用更多悬浮发动机，并且仅仅出于说明性目的提供此实例。
悬浮机车1100利用第一悬浮发动机，其包括第一STARM 1106a和第一电机1104a。第一悬浮发动机定位在轨道的水平部分1108b上方，使得STARM 1106a的底部面朝水平部分1108b的顶部。在这个实例中，第一悬浮发动机被配置成仅仅生成提升并且不生成推进力。在其它实施例中，第一悬浮发动机可以被配置成生成推进力。
包括电机1104b和1104c和STARM 1106b和1106c的两个悬浮发动机示出在机车1102的任一侧上。这些悬浮发动机垂直地安装，其中每个STARM的仅仅一部分定位成邻近于轨道。这两个STARM被配置成生成推进力。两个垂直STARM 1106b和1106c各自包括一个磁体配置，其生成垂直于轨道的邻近垂直部分1108a和1108c的力。可使用垂直力将机车保持在轨道上的中心位置。
在以上实例中，所述两个垂直悬浮发动机邻近于垂直轨道。因此，这两个悬浮发动机不生成抵消重力的提升。然而，两个悬浮发动机在生成在垂直于轨道的方向上将悬浮发动机推离轨道的力的意义上生成提升。在其它实施例中，两个悬浮发动机和/或邻近轨道可以以某一方式成角以生成提升力和推进力。
两个外部悬浮发动机在任何一个时间可以仅仅从STARM的一部分生成提升，因为在特定时间STARM的仅仅一部分在轨道上方。因此，两个外部STARM 1106b和1106c可能相比于完全定位在轨道上方的STARM(例如图58中所示的水平STARM 1106a)生成提升可能没有那么高效。
可串联使用多个外部STARM以生成推进力。此外，可使用具有不同配置的多个水平STARM生成提升。举例来说，在图58中，可以使用反方向旋转并且并列的两个水平地安装的悬浮发动机生成提升，而非所示出的单个悬浮发动机。
在其它实施例中，轨道配置可以沿着其长度在不同位置改变以生成推进力。举例来说，在图59A、图59B和图59C中，示出三个轨道配置1110a、1110b和1110c。在图59A、图59B和图59C中的每一个中，示出了耦合到两个悬浮发动机1114a和1114b的车厢1112的横截面。在一个实施例中，悬浮发动机相对于车架1112安装在固定位置并且不被配置成倾斜。在其它实施例中，悬浮发动机1114a和1114b可以被配置成倾斜。
在加速模式1110a期间，包括部分1116a和1116b的轨道展开，使得两个悬浮发动机1114a和1114b以所示的方式位于轨道上的中心位置，使得悬浮发动机中的STARM的仅仅一部分在轨道上方。当以此方式定位时，生成推进力并且车厢1112可以加速。
在如图59B中所示的巡航环境1110b中，例如在车厢已加速到巡航速度以上之后，轨道1116a和1116b可以合并在一起以形成轨道1118。在这种配置中，悬浮发动机1114a和1114b可以不再在其与轨道的相互作用中生成推进力，但是仍然生成提升，因为不再存在作用于STARM的力不平衡。
在这个实例中，在达到巡航速度之后，可能无需使STARM在悬浮发动机1114a和1114b中旋转。STARM可以停在磁体配置因为轨道与磁体配置之间的线速度而生成提升的位置。接着，运载工具可以在这个位置中巡航。
如果悬浮发动机既旋转又相对于表面平移并且平移速度相对于转速很大，则可以生成推进力。生成推进力是因为，在STARM的一侧上，平移速度增加磁体相对于表面的净相对速度，并且STARM的另一侧上，平移速度从净相对速度减去。因此，相对于STARM的一侧，可以在STARM的另一侧上形成更多提升和拖拽。力不平衡可以生成推进力。对于配置成在表面上自由平移的运载工具(例如上文相对于图35-图40所述)，控制系统可以被配置成致动悬浮发动机以在其平移的同时抵消这些力。
在制动模式1110c中，轨道1120相比于轨道1118变窄。在这种配置中，悬浮发动机1114a在与加速所示相反的方向上生成力。这个力可以用于使车厢1112减慢。在以上实例中，无需改变STARM相对于轨道的旋转方向或角度以生成推进力。在其它实施例中，STARM的旋转控制和/或STARM的倾斜控制可与不同轨道配置结合使用以使得能够推进运载工具。
图60A、图60B和图60C中示出了使用轨道配置生成推进力的另一实例。在加速模式1120a中，轨道1120a和1120b相对于悬浮发动机1114a和1114b中的STARM在第一方向上倾斜，以便使包括车厢1112和悬浮发动机1114a和1114b的运载工具在第一方向上加速。在巡航模式1120a中，轨道1124是水平的，并且悬浮发动机与轨道之间的相互作用不会明显地帮助推进。除非如上文所述，STARM正在旋转，并且STARM的平移速度相对于旋转速率很大。
在制动模式1120c中，轨道1126a和1126b相比于加速模式在相反方向上倾斜。因此，运载工具如果是在与加速模式相关联的方向上移动，则运载工具减缓。同样，在这个实施例中，STARM可以处在固定位置因此不致动。
轨道在一个方向或另一方向上的倾斜根据悬浮发动机中的STARM的旋转方向生成推力或制动。因此，在一些情况下1120a和1120C中的倾斜方向可以颠倒。作为另一实例，轨道组件可以始终在相同的方向上倾斜，但是STARM的自旋方向可以改变以产生制动或加速。
在上文相对于图59A-图60C描述的实例中，轨道配置可以是固定的。因此，举例来说，一旦轨道安装好，就不能改变轨道的倾斜角。在其它实施例中，轨道可以设计成具有可变的表面特性。举例来说，轨道区段可以设计成使得一些部分可以在不同方向上倾斜以沿着相同轨道区段提供加速或制动特性。
在替代实施例中，可以跨越车厢利用多于两个悬浮发动机，例如三个、四个、五个或六个悬浮发动机，或者具有多个STARM的单个悬浮发动机。因此，图59A到图60C中的轨道图案可以在水平方向上重复以利用多个悬浮发动机。此外，图59A和图60C中的轨道图案可以组合。举例来说，当在水平方向上使用四个STARM时，两个轨道部分可以以图59A的方式(加速)与两个外部STARM对准，并且两个轨道部分可以如图60A中所示(加速)与两个内部STARM对准。在另一个实例中，当在水平方向上使用四个STARM时，两个轨道部分可以以图60A中所示的方式(加速)与两个外部STARM对准，并且两个内部STARM可以以图60B中所示的方式(巡航)对准。
接下来，相对于图61A、图61B、图62A和图62B描述可以用于打印或执行其它任务的磁性提升装置。在自由打印系统1140中，磁性提升装置例如1144和1148可以在第一材料1114上悬浮并且将一个或多个第二材料1150沉积在各种位置。第一材料1144可以搁置在导电衬底1142上。装置1144和1148可以包括悬浮发动机，其因为与导电衬底1142的相互作用而生成提升力和推进力。
举例来说，第一材料1144可以是一张纸，一种或多种第二材料1150可以是墨水。在另一个实例中，第一材料1144可以是帆布，一种或多种第二材料1150可以是各种彩色涂料。在又另一实例中，第二材料1150可以是蚀刻剂，并且第一材料1144可以是通过蚀刻剂蚀刻的材料。因此，沉积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时被移除，就像半导体层的形成方式一样。在又另一实例中，第二材料1150可以是聚合物，其结合到第一材料11144和本身以允许沉积多层并形成3D结构，就像3D打印一样。
总的来说，磁性提升装置1146和1148可以被配置成承载和分布固体材料，例如粉末、液体材料、气体或组合。所分布的材料可以与其放置在上面的材料结合和/或与所述材料相互作用。举例来说，可以分布水墨，其既结合到又被吸收到例如纸之类的接收介质中。
当磁性提升装置在导电衬底上操作时，可以生成热。在特定位置以及悬浮发动机的操作条件(例如其旋转速率和离所述表面的距离)上的时间可能影响被传递到表面的热的数量。在一特定实施例中，磁性提升装置可以被配置成通过将其下方的表面加热一段时间而使它已经沉积的材料固化。
在一个实施例中，磁性提升装置可以包括温度传感器，其使得磁性提升装置能够检测其下方的材料的温度。这些温度读数可以用于控制固化处理。举例来说，所述装置可以停留在特定位置上，直到温度测量指示所述表面已达到特定温度为止，这时装置1146和1148可以移动到另一位置。
单个磁性提升装置或多个磁性提升装置可以被配置成在特定位置沉积多层材料。两层可以被配置成以某一方式彼此相互作用。举例来说，两层中的材料可以被配置成混合在一起以产生特定色彩。作为另一实例，两层中的材料可以被配置成例如经由某种类型的化学反应与另一种材料反应。
如图61A中所示，一个或多个磁性提升装置可以被配置成从一个位置平移到另一个位置、就地旋转和/或同时平移并旋转以在各种位置沉积材料。磁性提升装置行进的路径每次使用时可以改变。举例来说，如果磁性提升装置正在纸上的各种位置沉积黑色墨水以形成图片，则磁性提升装置行进的路径可以根据其组合物和需要黑色墨水的位置而对于图片是不同的。所述系统的一个方面可以是一种程序，其基于需要沉积材料的位置确定磁性提升装置的最佳行进路径。这种方法不同于传统的打印系统，其中打印头被限制为一行一行地穿过纸张并沿着每行按需要在各种位置沉积材料。
多个磁性提升装置可以并行地沉积材料，其中每个磁性提升装置可以沉积相同或不同的材料。举例来说，第一与第二磁性提升装置可以被配置成承载黑色涂料，其中第一磁性提升装置从第一角开始，第二磁性提升装置从第二角开始。第一和第二磁性提升装置可以接着在各种位置沉积黑色涂料，使得每个装置生成图像的一部分。
在另一个实例中，第一磁性提升装置可以被配置成沉积第一色彩材料，第二磁性提升装置可以被配置成沉积第二色彩材料，第三磁性提升装置可以被配置成沉积第三色彩材料。可以对于每个磁性提升装置确定开始位置，然后每个装置可以遵循一条路径并且以特定图案沉积材料。所述系统可以被配置成生成三条路径，使得磁性提升装置在其各自遵循其预定路线期间不会彼此碰撞。
不同磁性提升装置可以被配置成在各种规模的接收介质上沉积第一材料。举例来说，第一系统可以被配置成在从书的大小到桌子或会议桌的大小的纸片上打印。在另一个实例中，第二系统可以被配置成打印广告牌大小的图像。因此，磁性提升装置可以根据对于特定应用需要沉积多少材料以及需要覆盖的面积而调整成不同大小。在上面沉积材料的接收媒体可以几乎是包括弯曲和笔直边缘的任何形状。因此，在图61a中，举例来说，示出了矩形接收材料1144和通用多边形沉积材料1150。此外，系统1140可以被配置成考虑到接收介质的不同朝向。因此，可能能够在矩形接收介质上打印，该接收介质在水平表面上放置成任何朝向。
磁性提升装置例如1146和1148可以包括用于确定其位置的机构。举例来说，定位系统可以包括放置在已知位置的无线电发射器和每个磁性提升装置上的无线电接收器。在图61A中，示出了四个无线电发射器1152。磁性提升装置可以从每个发射器接收无线电信号，然后使用三角测量法确定其位置。如先前所描述，这个信息可以用作GNC系统的一部分。
接收从磁性提升装置沉积的材料的接收介质可以相对于无线电发射器定位，使得来自磁性提升装置的材料沉积在期望位置中。使用位置数据，可以对于磁性提升装置生成开始位置和要遵循的路径，其中沿着期望路径在特定时间磁性提升装置的精确位置可能是已知的。
可以利用其它定位机构。举例来说，接收介质可以标记有具有唯一识别符的网格，其中磁性提升装置上的光学传感器被配置成检测唯一识别符。接着，磁性提升装置上的逻辑装置或者与磁性提升装置通信的远程装置可以被配置成基于所检测的数据确定其位置并随时间对磁性提升装置的位置进行校正。
在一个实施例中，定位系统可以是便携式并且能自校准。举例来说，在涉及大面积的应用中，可以放置定位信标，然后系统可以被配置成相对于信标校准其位置。在一个实施例中，传感器可以放置在接收介质上，或者可使用例如相机的传感器来检测接收介质的位置，从而使得可以检验接收介质相对于位置信标或其它定位传感器的位置。
图61B示出了磁性提升装置1148的底面。磁性提升装置1148包括靠近旋转轴1158定位的第一材料发射体1156a和离旋转轴有一段径向距离的第二材料发射体1156b。如果运载工具可以同时平移和旋转，则第一材料发射体1156a可以在第一位置沉积材料，同时运载工具旋转以允许第二材料发射体1156b在第一位置上的中心的弧形中沉积材料。
总的来说，磁性提升装置例如1146a和1146b可以包括：用于生成提升的机构(例如转子和电机)、外部电源或内部电源的电力接口、材料储集器、用于施配材料的机构、用于检测磁性提升装置当前位置的一个或多个传感器、用于经由某种类型的推进系统控制磁性提升装置的平移位置和/或旋转朝向的控制系统、以及推进系统。在一个实施例中，磁性提升装置上的旋转元件可以被配置成以某一方式倾斜以用作推进系统。在一个实施例中，如上所述，磁性提升装置可以具有四个这样的旋转元件。
在图62A中，示出了系统1160，其包括第一材料1168，即，放置在导电衬底1170上的接收介质。在1160中，磁性提升装置1162使用导电衬底1170生成磁性提升。在一个实施例中，导电衬底1170可以是金属桌面，其中第一材料放置在金属桌面上。在另一实施例中，导电衬底1170和第一材料1168无须彼此接触。举例来说，木头表面(例如桌子上的木头表面)可以具有木头表面下面的导电衬底1170。第一材料可以接着放置在木头桌子上，然后磁性提升装置可以悬浮在其上面，并且使用金属衬底在各种位置沉积材料以生成提升。作为一实例，一张纸或者多张纸可以放置在桌子上，然后磁性提升装置可以操作以在纸上打印图像。
在另一实施例中，第一材料1168和衬底1170可以彼此合并。举例来说，第一材料1168可以结合到柔性导电衬底1170。可以生成合并材料的大型薄片，然后布置在水平表面上，以便形成大型横幅。接着，磁性提升装置1162可以操作以在合并上形成图像，例如横幅上的图像。随后可以显示横幅。
可以通过覆盖第一图像而在横幅上绘制新图像，或者可以回收合并材料重复使用。在另一实施例中，可以加热合并材料以在特定位置移除其全部或一部分。因此，可通过移除第一材料1168以暴露下伏衬底1170，借此形成图像。
在一个实施例中，悬浮高度1164可以改变以影响如何从磁性提升装置分散材料。举例来说，如果磁性提升装置被配置成在圆形区域上沉积材料，则悬浮高度可以改变以增加或减小沉积材料的圆的面积。因此，在磁性提升装置1162沿着其路径行进时，悬浮高度1164和圆形面积大小在不同位置上可以是不同的。
在另一个实例中，悬浮高度可以改变以沉积多层以生成3D结构。举例来说，可以生成3D地形图。3D结构的最大高度可以取决于磁性提升装置的最大悬浮高度。
在各种实施例中，接收材料无须是平坦的。举例来说，在系统1180中，如图62B中所示，接收材料1188具有沟槽1186，其中磁性提升装置1182将材料沉积到沟槽中。磁性提升装置经由其与衬底1190的相互作用生成提升。
在一个实施例中，沉积的材料可以具有磁特性，并且磁性提升装置可以包括磁场生成器，例如1184，其被配置成与材料相互作用。磁场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进的元件中，或者与所述元件分开。当分开时，磁场发电机可以是可分开控制的。
使用磁场生成器，可以以某一方式操控所沉积的材料。举例来说，可以使用磁场生成器生成将沉积材料推动到沟槽中的力，如图62B中所示。在另一个实例中，可使用磁场生成器在其飞行的同时更改沉积的材料的方向，以控制其着陆的位置和/或其着陆的形状。
在一个实施例中，沉积材料可以具有铁磁性、反磁性或顺磁性。举例来说，如上文所述，沉积材料可以是墨水。接收介质1188可以是沉积材料能渗透的，或者可以是沉积材料不能渗透的。因此，根据表面对于沉积材料的渗透性，可以使用磁场生成器沿着表面推动材料，或者将材料推动到表面中。举例来说，可使用磁场生成器将墨水推动到纸中，或者沿着表面推动材料，直到材料被限制于特定位置为止。
磁场生成器1184可以位于沉积材料上方，即，因为磁场生成器耦合到悬浮装置1182。然而，磁场生成器还可以位于沉积材料下方，例如安装在桌子下方。在此实例中，可使用磁场生成器操控沉积材料，例如朝向表面牵拉到裂痕或其它特征中，或者沿着表面移动沉积材料。如果导电衬底是铁磁性的，则当暴露于磁性提升装置的磁体时，可以在衬底中生成吸引力。吸引力可以将具有磁特性的沉积材料朝向接收介质的表面牵拉并且牵拉到接收介质的表面中。吸引力还可将磁性提升装置朝向接收介质的表面牵拉，其被涡电流引起的排斥力平衡。
可以提供其它机构，其影响接收介质或沉积于接收介质上的材料。举例来说，可以在磁性提升装置上提供切割机构，例如锋利的刀片、激光切割机或火焰切割机，其切割接收介质和/或任何沉积材料。在另一个实例中，可以提供冷却或加热机构，其冷却或固化放置在接收机构上的材料。举例来说，使用导电衬底中的从磁性提升装置产生的电感加热，有可能固化材料或在衬底上方的两种材料之间形成热激活结合。
切割能力可以用于其它应用。举例来说，可使用磁性提升装置切割用于进行大型航行的材料。在另外其它实例中，可以使用磁性提升装置切割船只上的金属，以便拆卸船只或者维修船只。
磁体配置和性能比较
在这个部分中，相对于图63-图117描述STARM中可以使用的各种磁体配置。在描述磁体配置之前，论述一些术语。通常，通过将磁体放入外部磁场中，形成永久磁体。外部磁场的方向相对于正在被磁化的永久磁体的几何形状处在某种朝向。永久磁体磁化时外部磁场相对于永久磁体的几何形状的方向决定了永久磁体的磁极，其中北极和南极描述磁体的极性方向。
在下面的实例中，STARM将具有旋转轴。第一群组的磁体可以被称作“磁极”。磁极可以具有大概平行于STARM的旋转轴的极性方向。虽然，在一些实施例中，磁体可以固定在STARM中，使得磁体的极性方向与STARM的旋转轴之间存在一个角度。此外，如上文所述，可以提供机构，其允许在STARM上动态地改变永久磁体的朝向。
第二群组的磁体可以被称作“导件”。导件可以固定在STARM中，使得导件的极性方向与旋转轴之间的角度大概是90度。然而，导件磁体与旋转轴之间的角度还可以从90度偏移一定的量。当磁极磁体以交替的极性方向固定在STARM中时，从一个磁极磁体的北极发出的磁场线可以弯过来并进入邻近磁极磁体的南极中，并且从一个磁极磁体的南极发出的磁场线可以弯过来并且进入邻近磁体的北极中。通常，导件磁体可以放置在磁极之间。“导件”磁体可以引导在磁极磁体之间行进的磁场的路径。
磁极磁体与导件磁体的组合可以固定在STARM中以形成极性区域的配置。在STARM上，这种配置可以称为极性布置图案。在下面的一些实例中，STARM的极性布置图案可以由重复的第一极性布置图案形成。举例来说，极性布置图案可以由重复二、三、四、五次等的第一极性布置图案形成。在其它实施例中，STARM的极性布置图案可以由第一极性布置图案和第二极性布置图案形成，其中第一极性布置图案或第二极性布置图案重复一次或多次。
极性布置图案中的极性区域可以具有共同的极性方向。极性区域可以由在与极性区域相关联的共同方向中极化的一个或多个磁体形成。在之后的实例中，描述例如一立方英寸磁体的单个磁体形成极性区域。然而，可使用大小更小的多个磁体形成极性区域。举例来说，一立方英寸的极性区域可以由全部布置成相同方向的八个二分之一立方英寸的磁体或十六个四分之一立方英寸的磁体形成。因此，提供下面的实例仅仅是出于说明的目的并且不打算是限制性的。
使用永久磁体在STARM上生成的整体极性布置图案可以形成具有特定形状和磁场线密度的磁场。磁场本质上是三维的并且可以是非常复杂的。不同位置处的磁场强度可以取决于磁体的体积分布及其相关联的强度。
当电流移动通过导线时生成磁场。举例来说，穿过导线线圈的电流生成磁场，其近似于条形磁体。以此方式构造的磁体通常被称作“电磁体”。在各种实施例中，通过使用导线布置并且使电流穿过导线，可以近似来自永久磁体布置的磁场形状和磁场线密度。因此，仅仅是出于说明的目的提供永久磁体的实例并且并不希望是限制性的。
STARM可以具有顶面和底面。当生成涡电流时，底面可以面朝导电衬底，其中STARM的旋转诱发涡电流。通常，当使用永久磁体时，永久磁体可以具有至少一个平坦表面。举例来说，立方体磁体具有六个平坦表面，而圆柱形磁体具有两个平坦表面，其通过曲面接合。在一些实施例中，STARM上的永久磁体中的每一个上的至少一个平坦表面可以固定在共同平面上。共同平面可以驻留在接近STARM的底面的位置。
在替代实施例中，STARM可以弯曲或成角。举例来说，STARM可以是凸出或凹入形状和/或包括其它弯曲部分。STARM的磁体的底部可以布置成遵循STARM的底表面，其包括弯曲表面。磁体可以具有平坦的底部，例如立方体磁体。然而，在其它实施例中，磁体可以形成为弯曲形状以有助于贴合STARM的弯曲部分。
作为一实例，悬浮发动机可以被配置成在管线或凹槽内操作，其中管线的内表面包括导电衬底。悬浮发动机的STARM可以是碗形的，并且STARM上的磁体的底部可以布置成遵循碗形的外表面。当STARM放置在曲面的旁边时，相比于磁体布置在共同平面中的情况(例如沿着平坦圆盘的底部)，STARM上的更大比例的磁体可以更接近管线的内表面。
接下来描述一些磁体和STARM配置。图63示出了STARM 1200。STARM 1200的外径为10英寸。20个一立方英寸的磁体围绕圆的圆周布置。具体来说，20个一立方英寸的磁体中的每一个的一个内部径向边大概与3.75英寸半径的圆成切线。
内部径向距离提供每个磁体之间的小空隙。磁体之间的空隙随着径向距离的增加而增加。最小内部径向距离允许磁体大概彼此接触。内部径向距离可以增加，对于相同数量的磁体，这使磁体之间的最小空隙增加。
在磁体的外部径向边缘与STARM的外径1202之间提供大约.25英寸厚的结构。在一个实施例中，STARM的中心可以包括多个安装点，例如1204。安装点可以用于将STARM 1200固定到可旋转部件，例如从电机延伸的可旋转部件。
STARM的极性布置图案包括10个磁极磁体和10个导件磁体。极性布置图案由第一极性布置图案形成，例如磁体1206、1208、1210和1212。在这个实例中，第一极性布置图案重复四次。在其它实施例中，第一极性布置图案可以在STARM上使用一次，或者可以重复两次、三次、四次等。此外，可以提供多于一个磁体环，其利用第一极性图案。举例来说，第一极性图案可以在内环中重复两次，然后在外环中重复四次，如图63中所示。
在以上实例中，每个磁极和导件磁体的体积是相同的。在其它实施例中，磁极磁体和导件磁体的体积对于不同磁体可以是不同的，同时仍然维持整体极性布置图案。举例来说，磁极磁体的体积可以是导件磁体的体积的一半。在另一个实例中，磁极磁体的体积可以是导件磁体的体积的两倍。
磁极和导件磁体的形状是立方体，每个磁体的体积是一立方英寸。在其它实施例中，可以保持每个极性区域的体积，但是可使用不同形状。在另外其它实施例中，可以保持极性布置图案，但是可以对于每个极性区域使用不同的体积大小。举例来说，可使用单个立方体磁体(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英寸或更大的边)以提供每个极性区域。
当使用20个更小的立方体磁体时，有可能围绕更小半径的圆布置这些磁体。当使用20个更大的立方体磁体时，需要更大半径的圆。当第一极性布置图案重复更多次并且磁体大小与图63中相同时，需要更大半径的STARM。当第一极性布置图案重复更少次并且磁体大小相同时，可使用更小半径的STARM。然而，磁体还可以围绕相同半径布置但是磁体之间的空隙更大。
在图63中，形成极性布置图案的磁极和导件磁体围绕圆布置。在其它实施例中，磁体可以围绕其它形状布置，例如正方形或椭圆形。相对于下面各图描述使用第一极性布置图案但是围绕不同形状布置磁体的一些实例。
在图63中，20个磁体的底部布置在一个平面中，这个平面靠近STARM 1200的底部。磁体的底部的面积大概是20立方英寸，磁体的体积大概是20立方英寸。在各种实施例中，最靠近STARM 1200的底部的磁体的底部的面积除以体积2/3大于或等于一，即，面积/体积2/3≥1。
对于STARM 1200，面积/体积2/3等于大约2.71。在其它实施例中，这个比率可以大于或等于二。在另外其它实施例中，所述比率可以大于或等于三。在另外的实施例中，这个比率可以大于或等于四。在另外其它实施例中，这个比率可以大于或等于五。
在图64中，示出STARM 1200固定在具有顶部零件1214和底部零件1216的罩壳中。罩壳由多个所述层形成。在这个实例中，使用铝层和聚碳酸酯塑料层，其中层1214和1216由铝形成。其它材料是可能的，并且提供这些材料仅仅是出于说明的目的。
在一个实施例中，STARM 1200的中心区域可以提供足够大的空间，使得电机可以配合在这个区域中。在其它实施例中，电机可以安装在顶面1214上方，使得磁体的顶面在电机下方。在另外其它实施例中，电机可以安装到STARM 1200的侧面，并且可以提供传动机构，例如包括皮带和齿轮的机构，以传递用于转动STARM 1200的扭矩。如果STARM 1200是碗形的，则电机可部分地或全部配合在碗的顶部唇缘下方。
在图64中，实验上建构和测试模型。此外，使用Ansys Maxwell模拟结果。图83中示出实验结果和数值结果的比较。还模拟了多种其它设计。相对于图65-图76描述这些设计。此外，在图85和图86中将数值结果相互比较。最后，数值结果预测从旋转STARM诱发的涡电流图案。图77到图82中示出用于多种不同设计的这些涡电流图案的一些实例。
图65中是图63中的设计1200的变化1230。在1230中，磁体数量是20个，磁体体积是20立方英寸。与设计1200相比，这多个磁体围绕更大的圆布置。具体来说，圆的半径是4.25英寸而不是3.75英寸。增加的圆半径得到邻近磁体之间的更大间隔。在一个实施例中，设计1230配置在外径为十一英寸的STARM中。图86中示出了此设计的提升的数值预测。
图66中示出了设计1200的第二变化1240。在1240中，磁体数量是20个，磁体体积是20立方英寸。然而，使用具有一半高度的磁体。磁体是2英寸乘以1英寸乘以1/2英寸(L x Wx H)。磁体用与图63中所示的相同的开始位置布置。然而，磁体中的每一个径向向外延伸额外一英寸。为了适应磁体的额外径向长度，可以增加STARM的径向距离。图86中示出了此设计的提升的数值预测。
磁体的底面积是40立方英寸。面积除以总体积2/3大约是5.43。在替代实施例中，在维持恒定体积的同时，可以通过降低磁体高度并延伸其径向长度而增加这个比率。举例来说，在图66中，磁体的高度可以降低成1/3英寸，长度可以径向延伸到三英寸。对此设计，磁体的底面积是六十平方英寸并且面积除以总体积2/3大约是8.14。
在1240中，示出每个磁体之间的空隙1242。在一个实施例中，例如三角形磁体1244的磁体可以插入在空隙中。在一个实施例中，空隙磁体的极性可选择成与邻近导件磁体或磁极磁体的极性匹配。举例来说，可以对于所有空隙磁体选择邻近导件磁体的极性，或者可以对于所有空隙磁体选择邻近磁极磁体的极性。在另一实施例中，可以将两个三角形磁体放入空隙中，其中一个磁体的极性与邻近磁极磁体匹配，另一个磁体的极性与邻近导件磁体匹配。在又一实施例中，20个磁体可以具有定制的形状，使得磁体以极小空隙配合在一起。
在图67中，示出具有多个不同极性布置图案的不同磁体布置1250。在1250中，提供20个一立方英寸的磁体，例如1252，其跨越STARM的旋转轴。20个磁体布置成二乘十阵列。磁体布置成诱发两个大涡电流。两个诱发的涡电流总体上朝向旋转轴朝内延伸，旋转轴处于圆的中心。
示出了四个不同的极性布置图案1254、1256、1258和1260，其产生两个涡电流图案。对于所模拟的条件，图案1254生成最多提升。然而，对于其它图案预测相当大的提升。图案1258据预测生成最少量的提升。
在一个实施例中，将铁氧体顶部添加到设计并且模拟铁氧体顶部。总的来说，可以利用具有高磁导率的材料。先前已经描述了这些材料的一些实例。数值模拟预测当将铁氧体顶部加入设计1250时提升增加。
在另一实施例中，可以在旋转轴上方引入间隙。这个间隙可以容许旋转部件附接到STARM。图78中示出了对此设计(中心有间隔)预测的涡电流图案，图85中示出了对此设计的提升的预测。图78中的预测的涡电流图案类似于设计1250的涡电流图案。
在以上实例中，无须采用一立方英寸磁体。举例来说，可使用三个磁体形成极性布置图案1254，其中末端的第一和第二磁体是三英寸乘以两英寸乘以一英寸，并且中心的第三磁体是四英寸乘以两英寸乘以一英寸。当使用较少磁体时，组装过程可以简化。
在图67中，导件磁体到磁极磁体的总体积从三分之一(图案1254和1258)变成1.5(图案1256和1262)。导引磁体与磁极磁体的体积比率可以在这个范围之外改变，以优化对于特定的磁体体积和极性布置图案生成的提升。在这个实例中，磁体底部的面积是20英寸，体积是20英寸。类似于先前相对于图66描述的设计，磁体底部的面积可以增加，同时通过减小磁体高度并使其在更大的面积上扩散而使体积保持不变。
图68中示出了设计1250的替代1280。磁体体积在不同设计之间保持不变。此外，导件磁体与磁极磁体的比率与极性布置图案1254相同，即百分之四十。然而，设计从圆心中的旋转轴延伸的距离减少。
在设计1280中，相比于图67中的设计1250，磁体从旋转轴延伸大约四英寸。此外，每行的磁体数量不再恒定。磁体从中心线延伸的最大距离的减少可以允许在更小半径的STARM上形成设计。数值模拟对于设计1250和1280预测类似数量的提升。
图69中示出了设计1250和1280的又一替代方案，行数减少为五。五行使得磁体能够配合在大概三英寸半径的圆中。20英寸面积的圆的半径为2.52英寸，这是可使用的最小半径。因此，设计1290趋近这个限制，同时采用矩形磁体。
对于设计1290使用极性布置图案1292。使用两个磁极和单个导件磁体极性。导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是1.86。图79中示出了设计1290的涡电流图案的预测，图86中示出了提升的预测。
图70中示出了设计1250、1280和1290的又一替代方案1300。在设计1300中，使用五英寸乘以四英寸阵列的磁体。采用极性布置图案1302。导件磁体体积与提升磁体体积的比率大约是1.5。对于设计1300预测的提升和涡电流图案类似于设计1290。
在图69和图70中，在一个实施例中，可以靠近旋转轴提供磁体配置中的小间隙，以允许旋转部件延伸穿过间隙并附接到STARM的结构。在另一实施例中，可以提供一个结构，其在磁体的顶部和侧面上延伸，并且旋转部件可以固定到这个结构。
在图70中，使用三行导件磁体和两行磁极磁体。在图71中的设计1310中，使用四行导件磁体并且使用两行磁极磁体。磁极磁体行中的磁体的体积不同于导件磁体行中的磁体的体积(四立方英寸相比三立方英寸)。相比于图70中示出的设计1300，额外磁体行的添加并未明显影响对于设计1310的提升预测。
图72中示出另一磁体配置1320。同样，示出20个一立方英寸磁体。磁体布置成四个丛集，1330、1332、1334和1336，每个丛集具有五立方英寸的磁体。每个丛集包括磁极磁体和导件磁体。
作为一实例，丛集1330包括具有三立方英寸磁体的磁极区段1324。磁极区段中的磁体沿着径向行布置。磁极区段1324朝向为指向页面内。两个导件磁体1322a和1322b指向磁极中心。导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是2/3。
丛集1332包括磁极区段1328。磁极区段包括从旋转轴1338沿着径向行对准的三个一立方英寸磁体。磁极区段1328中的磁体极性是从页面出来，即，空心圆表示北极，内部带有“X”的圆表示南极。提供两个导件磁体1326a和1326b。导件磁体的极性是离开磁极区段1328。
丛集1330和1332提供极性布置图案。这个图案用丛集1334和1336重复。在各种实施例中，STARM可以仅仅用丛集1330和1332形成，或者极性布置图案可以重复一次、两次、三次、四次等。图80中呈现了对于设计1320的涡电流的预测，图86中呈现对于所述设计的提升的预测。
在各种实施例中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率可以改变。此外，每个个别丛集可以旋转某个角度。举例来说，磁极区段可以垂直于来自旋转轴1338的径向行对准。此外，每个丛集中的磁体的体积可以改变。并且，磁体离旋转1338的中轴线的径向距离可以改变。
此外，磁极区段例如1324和1328的形状可以改变。举例来说，磁极区段1324和1328可以形成为体积为三立方英寸的单个圆柱形磁体，例如一英寸高的半径大约.98英寸的圆柱体，或者1/2英寸高的半径大约1.38英寸的圆柱体。在设计1320的实例中，每个丛集中的导件磁体沿着行布置。在其它实施例中，导件磁体无须沿着行布置。导件磁体的形状也可以改变。
图73中示出设计1320的变化1340。在1340中，丛集例如1344和1346相比于设计1320旋转90度，使得每个丛集中的磁极区段垂直于来自旋转轴1338的径向行布置。此外，丛集之间的距离(例如丛集1344和1346之间的距离1342a或距离1342b)可以改变。
在图72中的设计1320中，距离是相等的。在这个实例中，距离1342a小于距离1342b。模拟指示将邻近丛集带动到一起可以在丛集产生的涡电流之间产生相互作用。对于所模拟的条件，相比于如图72中所示丛集等距离隔开的时候，这个相互作用得到整体提升的增加。相互作用是非线性的。因此，这个结果可能不是对所有条件都成立。
图74中示出设计1320的另一变化1350。在设计1350中，与设计1320一样，磁极区段从旋转轴沿着径向行布置。然而，导件磁体不再沿着单个行布置。具体来说，导件磁体1352a和1352b布置在磁极区段的末端。模拟预测这个极性布置图案提供大约与设计1320相同的数量的提升。
相对于图74和图75描述又一磁体配置。在这种配置中，磁体形成丛集，并且布置成行，其中丛集的数量可以改变。图75和图76中的设计1360和1370各自包括20立方英寸的磁体。在设计1360中，磁体体积划分成两个矩形丛集1362a和1362b，每个10立方英寸。在设计1370中，磁体体积划分成四个丛集1372a、1372b、1372c和1372d，每个丛集中各具有五立方英寸的磁体。
可以提供20立方英寸的磁体的单个丛集。这个设计可并入在具有单臂的STARM上，或者并入在具有配重以平衡磁体重量的圆形STARM上。总的来说，一个、两个、三个、四个或更多个丛集可以分布在STARM上。
示出了两个极性布置图案1364和1366。这些布置可以在每个丛集上重复。图案1364包括两个磁极区域。图案1366包括三个磁极区域。在图案1364中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是1.5。在图案1366中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率大约是2/3。磁体底面积(20平方英寸)相对于磁体的体积2/3的比率大约是2.71。同样，与其它设计一样，这个比率可以改变。
在各种实施例中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率可以对于图案1364和1366改变。此外，离旋转中轴线的径向距离可以改变。径向距离会影响惰性力矩。此外，磁体相对于衬底的相对速度随着STARM的RPM和径向距离变化。因此，径向距离可选择成获得与电机的RPM输出能力兼容并且与封装限制兼容的期望相对速度。
在图75和图76中，每个丛集中的磁体布置成矩形并且被配置成彼此接触。在各种实施例中，矩形丛集的长度相对于宽度的高宽比可以如图75和图76中所示而改变。此外，可以在极性区域中的磁体之间或在极性布置图案1364和1366中的不同极性区域之间提供间隔。所述间隔可用于允许固定磁体的结构。此外，磁体无须布置成形成矩形。举例来说，通过使磁体相对于彼此移位同时允许每个邻近磁体的一部分接触而将磁体布置成弧形。总的来说，可使用许多不同类型的丛集形状，仅仅是出于说明的目的提供矩形的实例。
接下来，图77到图82中示出不同磁体配置中的一些的一些涡电流图案。附图中，箭头指示导电衬底的表面上的电流方向。通过箭头大小指示电流的相对量值。使用有限元分析为麦克斯韦方程组求解，从而生成涡电流图案。在模拟中为材料及其物理特性建模。
使用Ansys Maxwell执行模拟。模拟使用1/2英寸铜板。离表面的距离是.25英寸。当高度改变时，涡电流图案始终是相似的。然而，随着表面上方的高度减小，涡电流的强度增加。对于模拟所观察到的峰值电流在表面上方.25的高度处在每cm2大约三到八千安培之间改变。电流随着进入铜中的深度而减小。
用于模拟的RPM值是3080RPM，对于图79中示出的结果除外。在图79中，使用6000RPM的值。相对于图85和图86更详细地论述使用不同RPM值的原因。
在图77中，采用相对于图63描述的磁体配置和极性布置图案。极性布置图案包括10个磁极和10个导件磁体。生成10个涡电流，例如1382和1384，以形成涡电流图案1380。
涡电流各自围绕磁极和导件磁体对(例如1386(磁极)和1388(导件))形成。涡电流在交替方向上自旋。电流强度围绕涡电流的圆周变化，其中最强电流发生在涡电流彼此汇合并相互作用的位置。对于每一对，最强电流形成在导件磁体例如1388下面。
模拟指示，在此配置中，磁极生成负提升并且导件磁体提供提升。当来自导件磁体的提升大于来自磁极磁体的牵拉时，生成净提升。不受特定理论限制，据信涡电流相互作用(其经过导件磁体下面)引起的电流强度增强会增强所生成的提升。
图案1380是特定时间的快照。在模拟中，STARM和磁体根据预定的RPM值旋转。因此，涡电流例如1382和1384不是保持固定，而是在磁体根据RPM速率旋转时，跟着磁体旋转。
在图78中，示出了图67中的设计1250的变化1395的涡电流图案。设计1395包括靠近旋转轴1392的小空隙。如上文所述，可使用所述空隙将旋转部件安装到STARM。在这个设计中，STARM结构无须是圆柱形的。举例来说，可以使用箱形设计来承载和固定磁体。因此，相比于圆形磁体配置，对于此配置用于STARM的结构可以减小。
使用极性布置图案1254。极性布置图案包括两个磁极区段。两个磁极区段生成两个大涡电流1394和1396。模拟预测从极性布置图案中的导件磁体生成正提升，并且从磁极磁体生成负提升。图85中示出随着高度而变的对于配置的提升预测。
在图79中，示出图69中的设计1290的涡电流图案1400。模拟预测设计1290产生两个涡电流，1402和1404。来自两个涡电流的电流靠近旋转轴合并，同时经过中心中的三个导件磁体下方。模拟预测从经过这些导件磁体下方的电流生成正提升。同样，模拟预测从磁极磁体区段生成负提升或牵拉。
在图80中，示出图72中的设计1320的涡电流图案1410。模拟预测设计1320产生四个涡电流，例如1412和1414。涡电流围绕每个丛集形成，其围绕磁极区段循环。模拟预测从邻接每个丛集中的磁极区段的导件磁体下方经过的电流生成正提升。同样，模拟预测从每个丛集中的磁极区段生成负提升或牵拉。
在图81和图82中，分别示出图75和图76中的设计1360和1370的涡电流图案1420和1430。模拟预测对于每个丛集例如1422、1424和1426或1432、1434和1436形成三个主涡电流。磁体逆时针旋转，引导涡电流1422和1432比在每个矩形丛集下面形成的两个涡电流弱。
在每个丛集中，最强涡电流在导件磁体下方形成。模拟预测从经过所述导件磁体下方的电流生成正提升。同样，模拟预测从磁极区段生成负提升或牵拉。
所述两个设计1360和1370使用相同体积的磁体。然而，如图86中所示，相比于设计1360，对于使用两个丛集的设计1370预测更大的提升。不受特定理论限制，据信图82中的设计在丛集中的导件磁体的下方强化并集中更多电流，这样能生成更大的提升。
接下来，关于图83和图84，将从图63中的设计的模拟导出的提升预测与实验上测量到的数据比较。接下来，对于图64、图65、图66和图77到图82中示出的设计比较从模拟导出的提升预测。
为了获得实验数据，图63和图64中示出的STARM耦合到Hacker Motor(德国埃尔戈尔丁格)出产的QSL-150DC无刷电机。电机通过电池提供动力。使用的电池是VENOM 50C 4S5000MAH 14.8伏的锂聚合物电池组(Atomik RC,Rathdrum,ID)。围绕电机和电池建构结构。包括电池、电机、STARM和结构的运载工具的重量是18lbs。使用Jeti Spin Pro Opto无刷电子速度控制器(Jeti USA,Palm Bay,FL)控制供应到电机的电流，因此控制其RPM速率。
运载工具在悬浮位置中起动。执行高度、RPM和其它测量。接着添加各种递增量的额外重量。额外重量降低了测试运载工具的悬浮高度。以每个重量递增量执行高度测量。在第一测试中，初始RPM速率在未负载测试运载工具的情况下是3080，然后随着重量的添加而减少。在第二测试中，RPM速率起初在未负载测试运载工具的情况下是1570。下面的表1示出了测试#1和测试#2的实验上测量到的数据。表中包括总运载工具重量，其中包括有效负载。电机的RPM。汲取的安培和电压。这些数量用于生成功率消耗。最后，手动测量运载工具的悬浮高度。示出高度在多个不同高度递增量下保持恒定。恒定高度归因于手动测量的不准确性。
表1：使用图63中的设计1200的实验上测量到的数据
为了获得图63中的STARM设计的模拟的准确性，选择恒定的RPM值，然后改变从磁体底部到1/2英寸铜板的距离。图83示出了三分之一英寸与一又四分之一英寸高度之间的数值模拟与来自一号和二号测试的实验数据的比较。数值模拟是带有指数的曲线拟合。通过虚线和实线表示曲线拟合。
在.25英寸、.5英寸、.75英寸、1英寸和1.25英寸的高度处生成模拟。曲线拟合外插到零英寸和1.5英寸的高度。在图84中，从零到一英寸和二分之一英寸的高度范围示出实验数据和模拟数据。
接下来相对于图85、图86和图87，描述图64、图65、图66和图77-图82中的设计。为了比较设计，考虑磁体底部相对于导电衬底的顶表面的平均速度。在一些设计中，这个值保持恒定。磁体相对于表面的平均速度可以估计为磁体底部到旋转轴的平均距离乘以RPM速率转换成弧度。
因为是在较高的速度下计算平均速度，所以根据磁体相对于表面的速度，提升往往会增加，而拖拽往往会减小。在图85中，从旋转轴到磁体底部的平均距离对于设计1395大约是2.81英寸，对于设计1290大约是1.56英寸，对于设计1200大约是4.25英寸。
所有模拟都是在3080RPM下执行，除了设计1290，其是在6000RPM下执行的。RPM值增加是因为对于这个设计，平均距离低很多，因此当选择3080的RPM时平均速度比其它设计低很多。基于这些RPM值，设计1395的平均速度是75.2英尺/秒，设计1290的平均速度是81.7英尺/秒，设计1200的平均速度是114.2英尺/秒。
对于图86和图87中的设计，离旋转轴的平均距离是4.75英寸，RPM值是3080。因此，对于这五种设计，相对于表面的平均速度是相同的，是127.6英尺/秒。图86和图87示出相同设计。然而，在图87中，高度范围和提升范围变窄，从而使得可以辨别设计之间的差别。
数值结果是在.25英寸、.5英寸、.75英寸、1英寸和1.25英寸下生成的。使用指数方程式曲线拟合一些数值结果。在图85中，预测设计1290会在.75英寸以上生成最多提升。在.25英寸以下，曲线拟合预测设计1200将生成更多提升。设计1290与其它设计相比在更大的高度值下生成更多提升，即使相比于其它设计磁体底部相对于表面的平均速度更低时也是如此。
在图86和图87中，对于五种设计呈现随高度而变的预测提升。具有实线的曲线拟合是用于图75中的设计1360的数据的指数拟合，该设计包括两个线性地布置的磁体丛集，每个丛集10立方英寸的磁体。具有点线的曲线拟合是用于图65中的设计1230的圆形布置的磁体的指数拟合。
图88和图87中的五种设计各自使用相同强度的相同体积的磁体。磁体布置成使得磁体相对于表面的平均速度是相同的。不同磁体布置的提升预测在布置之间是不同的。设计之间的性能在高度之间变化。举例来说，对于设计1360的预测提升在.25英寸和.5英寸下是五种设计中最大的。然而，在1英寸和1.25英寸下，预测设计1320和1240会生成更多提升。
接下来，相对于图88、图89和图90，根据STARM的倾斜角进行提升预测和推力预测。在图88中，对于图63中示出的设计1200示出根据倾斜角对总提升和推力的预测。在图89中，对于图69中的设计1290示出根据倾斜角预测的总提升。
在图90中，示出对于图69中的设计1290的根据倾斜角预测的推力。对于设计1290，推力随着磁体配置相对于表面的旋转而变化。它在最小值与最大值之间振荡。附图中示出每个倾斜角的最大值和最小值。
在图88中，倾斜角在零度与七度之间改变。模拟倾斜轴表面以上一英寸的高度，其中STARM以3080RPM旋转。因此，STARM的一部分到衬底表面的距离大于一，并且STARM的一部分到衬底表面的距离小于一。然而，STARM底部到衬底的平均距离是一英寸。在图89和图90中，倾斜角在零度与七度之间改变。再次模拟旋转轴表面以上一英寸的高度，其中STARM以6000RPM旋转。
在图88和图89中，预测总提升会随着倾斜角增加。对于设计1200的效应比设计1290大。在一些实施例中，STARM可以固定在大于零的角度以利用所生成的更大提升。在所考虑的倾斜角度下，总提升表现为随着角度线性地增加。
在图88和图90中，推力随着倾斜角增加。在所考虑的倾斜角度下，推力随着角度线性地增加。对于图88中的设计1200预测的推力大于图90中的设计1290，即使对于1290预测的总提升大于设计1200也是如此。因此，在一些实施例中，设计1200可选择成用于生成推力，而设计1290可选择成用于生成提升。如上文相对于图37所述，STARM可以专用于生成提升或推力。基于这些模拟，一些设计可能更适合于生成提升力，而其它设计可能更适合于生成推力。
接下来，相对于图91-图105，描述使用8立方英寸磁体的一些磁体配置。图91中示出磁体配置1500。磁体配置包括磁体1502、1504、1506和1508中示出的极性对准图案重复一次。其由8个一立方英寸磁体形成。磁体配置1500包括四个磁极磁体和四个导件磁体。重复的极性对准图案与图63中对于设计1200示出的极性对准图案相同。因此，可以采用相对于图63描述的变化。磁体底面积与总体积2/3的比率是二。
使用磁体配置1500生成模拟。在各种高度处以6000RPM在1/2英寸的铜板上执行模拟。以下图中，示出来自模拟的涡电流图案。利用表面以上.25英寸的高度。
在图92中，示出来自模拟的涡电流图案1510。极性布置图案与图91中相同。预测四个涡电流，例如1520。涡电流各自包括一个导件磁体和一个磁极磁体。举例来说，涡电流1520包括导件磁体1502和磁极磁体1504。最强电流主要形成于导件磁体例如1502和1506下方。
在图93中，磁体极性布置图案与图91中相同。磁体是.5英寸高乘以两英寸长乘以一英寸宽。因此，磁体的底面积是十六。因此，磁体底部的面积与总体积2/3的比率是4。
图94中示出预测涡电流图案1530。图93和图94中的极性布置图案是相同的。预测四个涡电流，例如1532。具有延长磁体的涡电流提供三叶草形状。
在图95中，8立方英寸磁体的配置1540布置成与图91中相同的配置。然而，极性布置图案是不同的。在1540中使用交替的磁极北南分布。因此，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是零。图96中示出涡电流图案1550。预测了8个涡电流例如1552，即，每个磁极磁体一个涡电流。
在图97中，8立方英寸磁体的配置1560布置成使得每个磁体两侧中的每一者的一部分与邻近的磁体接触。磁体1562、1564、1566和1568中示出的极性布置图案提供两个导件磁体1562和1566，其沿着一行对准并且具有指向磁极磁体1564的极性方向。这个图案重复一次。
图98中示出涡电流图案1570。预测四个涡电流，例如1552。每个涡电流包括一个导件磁体和一个磁极磁体对。
在图99中，示出了包括两英寸乘一英寸乘一英寸磁体的四个磁体的阵列的配置1580。磁体阵列跨越旋转轴1588。极性布置图案包括每个末端上的磁极磁体1582和1586。在磁极磁体之间提供导件磁体1584a和1584b。导件磁体极性从磁极磁体1586指向磁极磁体1582。
图100中示出涡电流图案1590。预测两个涡电流，例如1592。两个涡电流彼此相互作用以在阵列中心中的导件磁体下方提供强电流。
图101中示出四个磁体的配置1600。阵列中的磁体是二分之一英寸高乘四英寸长乘一英寸宽。因此，体积与先前设计中一样是8立方英寸。极性布置图案与图99中相同。
图102中示出涡电流图案1610。预测两个主涡电流1612a和1612b。示出可能的二级涡电流1614a和1614b，其与主涡电流在某种程度上合并。同样，在配置1600的中心中的导件磁体下方生成大量电流。
图103中示出配置1620，即布置成圆盘的三个磁体的配置。三个磁体的体积是8立方英寸。中心磁体1626是圆盘形的，并且包括孔口1628。孔口1628可以允许穿过中心磁体安装旋转部件。磁体1622和1624包围圆盘1626以形成环。指派给三个磁体的极性对准图案类似于图99和101中示出的图案。
在替代实施例中，所有磁体可以指派成具有磁体1626的极性的导件磁体。于是，可使用单个圆盘磁体。这个极性对准图案还可以用于图99中的设计1580和图101中的设计1600。仅仅使用导件磁体预测提升。然而，预测的提升小于使用导件磁体与磁极磁体的组合的时候。
在各种实施例中，磁体1622和1624弧形长度可以更小，使得磁体不再形成环。举例来说，磁体1622和1624的弧形长度可以是90度而不是所示出的180度。此外，磁体1622、1624和1626的径向宽度可以制造成更大或更小。在另一实施例中，孔口1628可以制造成更小、更大或被移除。
在图104中，示出了对于所述设计预测的涡电流图案1630。预测两个涡电流1632和1634。两个涡电流相互作用以在圆盘形磁体1626下方生成集中电流区域。针对所考虑的一个条件，对于此设计预测的提升小于对于图99中的设计1580和图101中的设计1600预测的提升。
在图105中，比较对于以下设计的提升预测对比高度：a)图97中的设计1560，b)图91中的设计1520，c)图99中的设计1580，d)图95中的设计1540，e)图101中的设计1600，和f)图93中的设计1530。所述设计全部使用8立方英寸磁体。在6000RPM下在1/2英寸厚的铜板上方.25、.5、.75、1和1.25英寸的高度执行模拟。
对于设计1600和设计1540示出指数曲线拟合。这两个设计提供提升预测的上限和下限。设计1540使用8个布置成圆的磁体，仅仅使用布置成交替的磁极。
接下来，相对于图106到图113论述磁体配置和极性对准图案的一些替代实施例。图106中示出磁体配置1700，其由八角形磁体例如1710形成。磁体中的四个的中心围绕圆1712对准。其余四个磁体配合在这四个磁体之间的空隙中。磁体放置成使得每个磁体的两侧接触两个邻近磁体。极性对准图案包括两个导件磁体和两个磁极磁体。所述图案重复一次并且类似于上述图案。
图107中示出磁体配置1720，其由矩形磁体例如1722形成。磁体布置成形成正方形，中间是空隙。极性对准图案包括两个导件磁体和两个磁极磁体。所述图案重复一次并且类似于上述图案。
图108中示出磁体配置1730，其由矩形磁体例如1732形成。磁体经布置以使得外部周边是正方形。在一个实施例中，采用24个磁体。在另一实施例中，可以移除磁体1734a、1734b、1734c和1734d以在配置内提供更大空间。如上文所述，这个空间可以用于容纳电机。在这个实例中，使用20个磁体。
极性对准图案包括两个导件区域和两个磁极区域。所述图案重复一次并且类似于上述图案。在包括磁体1734a、1734b、1734c和1734d的第一实施例中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是.5。在移除了磁体1734a、1734b、1734c和1734d的第二实施例中，导件磁体体积与磁极磁体体积的比率是2/3。
图109中示出圆盘形的磁体配置1730。圆盘可以由三个磁体1742、1746和1748形成。孔口1748可以设置于磁体1742的中心中，或者磁体1742可以是实心的。作为一实例，高度一英寸的圆盘的体积为20立方英寸并且孔口半径为1/2英寸，外部半径大约2.47英寸。在各种实施例中，总体积、圆盘高度和孔口半径可以改变。
极性对准图案包括两个磁极磁体1744和1746和在所述两个磁极磁体之间的具有单个极性的中心磁体。上文已相对于各种设计描述了这个极性对准图案。导件磁体体积与磁极磁体体积的比率可以改变，并且仅仅是出于说明的目的示出设计1740。
图110中示出磁体配置1750。磁体配置使用梯形磁体例如1752，其配合在一起以形成环。磁体封围在框架1754中，框架1754可以是STARM的结构性组件。极性对准图案包括两个导件磁体区域和两个磁极磁体区域。所述图案重复一次并且类似于各种上述设计。
图111中示出磁体配置1760。配置1760是设计1750的变化形式。具体来说，邻近于四个磁极区域中的每一个添加了四个额外的立方体形磁体，例如1762。这些立方体形磁体减小了导件磁体体积与磁极磁体体积的比率。
图112中使用磁体配置1770，其使用三角形磁体。示出了8个三角形磁体。磁体布置成形成矩形箱体。在一个实施例中，可以对于两个三角形磁体使用立方体磁体。示出每个磁体的极性。图案包括两个磁极区域和两个导件区域。图案重复一次。
图113中示出磁体配置1780。极性布置图案类似于图112中的图案，除了使用矩形磁体。导件磁体例如1784跨越对角线磁化，而不是像先前实例中所示垂直于磁体面。
飞行数据
在这个部分中，提出包括来自两个运载工具的性能的飞行数据。首先提出对运载工具的描述，然后示出测试结果。图114是运载工具1800的仰视图。在图114中，运载工具1800包括四个悬浮发动机1804a、1804b、1804c和1804d。悬浮发动机的大小相等并且使用类似组件，即，类似电机、磁体数量、STARM直径等。运载工具1800的尺寸大约是37.5英寸长乘以4.5英寸高乘以18.5英寸宽。未负载运载工具的重量大约是96.2磅。
每个悬浮发动机包括一个具有电机(未图示)的STARM(例如1825)和发动机护罩1818，护罩1818与STARM 1825之间具有空隙以容许旋转。STARM 1825经由连接件1822连接到电机。图中安装在STARM下方的电机提供输入扭矩，其使STARM旋转。在替代实施例中，单个电机可以被配置成驱动多于一个STARM，例如1825。
STARM例如325的直径是8.5英寸。STARM被配置成接收十六个一立方英寸的磁体。因此，运载工具上的磁体的总体积是64立方英寸。每个STARM上的十六个磁体布置成类似于图63中示出的圆形图案。极性布置图案类似于图63中示出的极性布置图案，除了所述图案包括两个导件磁体并且两个磁极磁体的重复次数减少一次。
使用N50强度的钕磁体。每个磁体的重量大约是3.6盎司(力)。因此，悬浮发动机的总磁体重量大约是3.6磅(力)。
在一个实施例中，电机可以是Hacker Motor(Ergolding，德国)出产的q150DC无刷电机。电机的标称电压是50伏，无负荷电流是2安培。重量大约是1995克。恒定速度是大约52.7/分钟。eta max上的RPM大约是2540。eta max上的扭矩大约是973.3N-cm。eta max上的电流大约是53.76安培。
悬浮发动机各具有护罩，例如1818。护罩1818部分地封围STARM，使得STARM的底部露出。在其它实施例中，护罩可以封围STARM的底部。倾斜机构1812耦合到每个悬浮发动机的护罩1818。倾斜机构1812耦合到枢轴臂1810。悬浮发动机1804a、1804b、1804c和1804d悬置在支撑结构1802下方。枢轴臂例如1810延伸穿过支撑结构中的孔口。
每个悬浮发动机中的电机可以用电池供电。在一个实施例中，使用十六个电池组。电池是VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8伏的锂聚合物电池组(Atomik RC,Rathdrum,ID)。每个电池的重量大约是19.25盎司。电池的尺寸是5.71英寸乘1.77英寸乘1.46英寸。最小电压是12V，最大电压是16.8V。
十六个电池以四个电池的四个群组连线在一起，并且每个电池耦合到电机电子速度控制器(例如1806a和1806b)，其经由连接件1816a和1816b耦合到四个邻近的电池组。在这个实例中，每个群组中的四个电池串联连线以向电子速度控制器提供高达大约60V。连接件1816c和1816d各自连接到四个电池和一个电子速度控制器。两个电子速度控制器堆叠在1806a和1806b后方。因此，使用四个无刷电子速度控制器，每个电机一个无刷电子速度控制器。电子速度控制器是Jeti Spin Pro 300 Opto无刷电子速度控制器(Jeti USA,PalmBay,FL)。
在测试过程中，数据记录器连接到电机中的一个。数据记录器用于记录电机的安培、电压和RPM。数据记录器是elogger v4(Eagle Tree Systems,LLC,Bellevue,WA.)。下面在表2中呈现测试过程中记录的数据。
对于所述测试，零秒时运载工具#1的未负载重量是96.2磅。如上文所述，运载工具包括四个悬浮发动机。电压、安培和RPM是来自悬浮发动机中的一个的测量值。从悬浮发动机中的一个中的STARM上的磁体的底部到铜测试轨道的表面测量高度。铜测试轨道由三个1/8英寸厚的铜片形成。
在第二运载工具(未图示)中，底盘由胶合板形成。运载工具尺寸是46英寸乘15.5英寸乘5英寸。运载工具未负载时重量是77磅。使用具有直径十四英寸的STARM的两个悬浮发动机。悬浮发动机固定在位，并且不提供允许悬浮发动机倾斜的机构。
每个STARM包括32立方英寸磁体，其布置成圆形图案，类似于图63中示出的圆形图案。极性布置图案也类似于图63。然而，相比于图63，包括两个导件磁体和两个磁极磁体的极性布置图案重复的次数更多。
使用两个Hacker电机(每个STARM一个电机)。使用KV为48的no.QST-150-45-6-48Hacker电机模型为每个STARM提供动力。每个hacker电机耦合到STARM中的一个和电子速度控制器。
对此运载工具，使用Jeti Spin Pro 200 Opto无刷电子速度控制器(Jeti USA,Palm Bay,FL)。使用与上文对于第一测试运载工具描述的相同的电池类型。然而，相比于第一测试运载工具，对于第二运载工具仅使用8个电池。电池两个划分成四个的两组，并且串联连线以向每个电机提供大约60伏的标称电压。
执行一项测试，其中允许第二运载工具以未负载的自由飞行状态悬浮，然后将重量板加入运载工具。在测试开始之前给板子称量。在三个-1/8英寸厚的铜片上操作运载工具。
在飞行中使用Eagle系统数据记录器测量电机中的一个的电流、电压和RPM。手动测量磁体底部离铜的距离，被称作悬浮高度。下面的表3中示出飞行测试结果。
表3：运载工具#2的飞行测试数据
本发明的实施例另外涉及计算机可读媒体，其包括用于控制磁性提升系统的可执行程序指令。媒体和程序指令可以是为了本发明的目的专门设计和构造的媒体和程序指令，或者是计算机软件技术领域的技术人员众所周知并且可以获得的任何种类的媒体和程序指令。在由处理器执行时，这些程序指令适合于实施上述任何方法和技术及其组成部分。计算机可读媒体的实例包括(但不限于)例如硬盘之类的磁性媒体、半导体存储器、例如CD-ROM光盘之类的光学媒体；例如光盘之类的磁光媒体；以及专门被配置成存储程序指令的硬件装置，例如只读存储器装置(ROM)、快闪存储器装置、EEPROM、EPROM等和随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包括例如编译程序产生的机器代码和含有计算机可以使用解释器执行的更高级别的代码的文件。
出于解释的目的，前述描述使用特定命名法以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，不需要特定细节以实践本发明。因此，出于说明和描述的目的呈现出对本发明的具体实施例的前述描述。这些描述并不意图为详尽的或将本发明限制于所揭示的精确形式。对本领域的普通技术人员将显而易见的是，鉴于以上教示，许多修改和变化是可能的。
虽然已经关于几个特定实施例描述了实施例，但是存在处于这些通用概念的范围内的更改、置换和等效物。还应注意，有许多实施本发明的实施例的方法和设备的替代方式。因而希望所附权利要求书解释为包括处于所描述的实施例的真正精神和范围内的所有这样的更改、置换和等效物。

Claims (44)

1.一种运载工具，包括：
第一悬浮发动机、第二悬浮发动机、第三悬浮发动机和第四悬浮发动机，所述第一、所述第二、所述第三和所述第四悬浮发动机中的每一个具有，
电动机，其包括绕组、第一组永久磁体和固持所述第一永久磁体的第一结构，其中向所述绕组施加电流以使所述绕组或所述第一组永久磁体中的一个旋转；
第二结构，其被配置成从所述电动机接收旋转扭矩以使所述第二结构旋转，
所述第二结构固持第二组永久磁体，其中所述第二组永久磁体旋转以在衬底中诱发涡电流，使得所述诱发的涡电流和所述第二组永久磁体相互作用以生成力，所述力使所述运载工具悬浮在所述衬底上方和/或沿着所述衬底从一个位置平移到另一个位置；
一个或多个速度控制器，其耦合到所述第一悬浮发动机、所述第二悬浮发动机、所述第三悬浮发动机和所述第四悬浮发动机；
底盘；
第一致动器，其耦合到所述底盘和所述第一悬浮发动机，其中所述第一悬浮发动机可相对于所述底盘旋转，所述第一致动器包括第一控制器，其被配置成从引导、导航和控制(GNC)系统接收第一命令，并且响应于所述第一命令生成第一力，所述第一力使所述第一悬浮发动机相对于所述底盘旋转；
第二致动器，其耦合到所述底盘和所述第二悬浮发动机，其中所述第二悬浮发动机可相对于所述底盘旋转，所述第二致动器包括第二控制器，其被配置成从所述GNC系统接收第二命令，并且响应于所述第二命令生成第二力，所述第二力使所述第二悬浮发动机相对于所述底盘旋转；
第三致动器，其耦合到所述底盘和所述第三悬浮发动机，其中所述第三悬浮发动机可相对于所述底盘旋转，所述第三致动器包括第三控制器，其被配置成从所述GNC系统接收第三命令，并且响应于所述第三命令生成第三力，所述第三力使所述第三悬浮发动机相对于所述底盘旋转；
第四致动器，其耦合到所述底盘和所述第四悬浮发动机，其中所述第四悬浮发动机可相对于所述底盘旋转，所述第四致动器包括第四控制器，其被配置成从所述GNC系统接收第四命令，并且响应于所述第四命令生成第四力，所述第四力使所述第四悬浮发动机相对于所述底盘旋转；
其中所述第一、所述第二、所述第三和所述第四悬浮发动机可各自相对于所述底盘和彼此独立旋转；
所述GNC系统通信地耦合到所述第一控制器、所述第二控制器、所述第三控制器和第四控制器和惯性测量单元(IMU)，所述GNC系统被配置成从所述IMU接收传感器数据，生成引导方案，其包括随时间而变的所述运载工具的朝向和速度，生成控制命令以发送到所述第一、第二、第三和第四致动器以实施所述引导方案；以及
机载电源，其向所述第一悬浮发动机、所述第二悬浮发动机、所述第三悬浮发动机和所述第四悬浮发动机以及所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器和所述第四致动器供应所述电流。
2.根据权利要求1所述的运载工具，其中所述机载电源是一个或多个电池。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的运载工具，其进一步包括一个或多个速度控制器，所述一个或多个速度控制器电安置于所述机载电源与所述第一、所述第二、所述第三和所述第四悬浮发动机之间，其被配置成控制所述电机接收到的所述电流以控制所述电机的旋转速率。
4.根据权利要求3所述的运载工具，其中所述GNC系统通信地耦合到所述一个或多个速度控制器，并且配置成与所述一个或多个速度控制器通信以控制所述电机中的每一个的旋转速率。
5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的运载工具，其进一步包括四个电子速度控制器，每个电子速度控制器电安置于所述悬浮发动机中的一个与所述机载电源之间，每个电子速度控制器被配置成控制所述电机中的一个接收到的所述电流以控制所述电机中的所述一个的旋转速率。
6.根据权利要求1到3或5中任一项所述的运载工具，其中所述引导方案进一步包括随时间而变的悬浮高度，并且其中所述GNC系统进一步被配置成控制所述四个悬浮发动机中的每一个的倾斜位置或所述四个悬浮发动机中的每一个的提升输出中的一个或多个以控制随时间而变的所述悬浮高度。
7.根据权利要求1到3、5或6中任一项所述的运载工具，其中所述引导方案进一步包括随时间而变的加速度速率，并且其中所述GNC系统进一步被配置成控制所述四个悬浮发动机中的每一个的倾斜位置中的一个或多个以生成随时间而变的所述加速度速率。
8.根据权利要求1到3、5到6或7中任一项所述的运载工具，其中GNC系统进一步被配置成控制所述第一、第二、第三和第四致动器以在所述运载工具大概保持在所述衬底上的第一位置上时使所述运载工具就地旋转。
9.根据权利要求1到3、5到7或8中任一项所述的运载工具，其中在所述运载工具悬浮在固定位置中时，所述GNC系统进一步被配置成控制所述第一、第二、第三和第四致动器以使所述运载工具在第一线性方向上移动，然后使所述运载工具在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上移动，而无需使所述运载工具旋转以在所述第二线性方向上移动。
10.根据权利要求1到3、5到8或9中任一项所述的运载工具，其中所述GNC系统被配置成经由有线或无线通信接口与移动控制单元通信。
11.根据权利要求10所述的运载工具，其中所述GNC系统被配置成从所述移动控制单元接收方向输入命令，并且作为响应生成让所述第一、第二、第三和第四致动器中的每一个实施所述方向输入命令的控制命令。
12.根据权利要求1到3、5到9或10中任一项所述的运载工具，其中所述第一悬浮发动机被配置成相对于所述底盘围绕第一旋转轴倾斜，其中所述第二悬浮发动机被配置成相对于所述底盘围绕第二旋转轴倾斜，其中所述第三悬浮发动机被配置成相对于所述底盘围绕第三旋转轴倾斜，并且其中所述第四悬浮发动机被配置成相对于所述底盘围绕第四旋转轴旋转。
13.根据权利要求12所述的运载工具，其中所述第一旋转轴相对于所述第二旋转轴以90度的角度朝向，所述第一旋转轴相对于所述第三旋转轴以90度的角度朝向，其中所述第一旋转轴平行于所述第四旋转轴，并且其中所述第二旋转轴平行于所述第三旋转轴。
14.根据权利要求12所述的运载工具，其中所述第一旋转轴相对于所述第二旋转轴以一个角度朝向，所述第一旋转轴相对于所述第三旋转轴以一百八十度减去所述角度朝向，其中所述第一旋转轴平行于所述第四旋转轴，并且其中所述第二旋转轴平行于所述第三旋转轴。
15.根据权利要求12所述的运载工具，其中有下面中的一项或多项：所述第一悬浮发动机被配置成围绕所述第一旋转轴旋转经过至少20度的角度范围，所述第二悬浮发动机被配置成围绕所述第二旋转轴旋转经过至少20度的角度范围，所述第三悬浮发动机被配置成围绕所述第三旋转轴旋转经过至少20度的角度范围，或者所述第四悬浮发动机被配置成围绕所述第四旋转轴旋转经过至少20度的角度范围。
16.根据权利要求1到3、5到10或12中任一项所述的运载工具，其中在所述第一、第二、第三和第四悬浮发动机中的每一个上使用所述第二组永久磁体的单个磁体配置，其包括一定体积的磁体和极性布置图案。
17.根据权利要求1到3、5到10、12或16中任一项所述的运载工具，其中在所述第一悬浮发动机上使用所述第二组永久磁体的第一磁体配置，其包括第一体积的磁体和第一极性布置图案，并且在所述第二悬浮发动机上使用所述第二组永久磁体的第二磁体配置，其包括第二体积的磁体和第二极性布置图案。
18.根据权利要求1到3、5到10、12、16或17中任一项所述的运载工具，其进一步包括第五悬浮发动机和第五致动器，所述第五致动器耦合到所述底盘并且被配置成使所述第五悬浮发动机相对于所述底盘旋转。
19.根据权利要求1到3、5到10、12、16到17或18中任一项所述的运载工具，其进一步包括第五悬浮发动机，所述第五悬浮发动机相对于所述底盘以固定朝向固定。
20.根据权利要求19所述的运载工具，其中所述第五悬浮发动机被配置成比所述第一悬浮发动机、所述第二悬浮发动机、所述第三悬浮发动机或所述第四悬浮发动机中的任一个输出更多提升。
21.根据权利要求1到3、5到10、12、16到18或19中任一项所述的运载工具，其进一步包括第五致动器，所述第五致动器被配置成使所述第一悬浮发动机和所述第一致动器相对于所述底盘旋转。
22.根据权利要求1到3、5到10、12、16到19或21中任一项所述的运载工具，其中所述衬底是倾斜的。
23.根据权利要求22所述的运载工具，其中所述GNC系统被配置成控制所述第一、第二、第三和第四致动器以将所述运载工具悬浮在倾斜衬底上的固定位置。
24.根据权利要求1到3、5到10、12、16到19、21或22中任一项所述的运载工具，其中所述IMU包括加速计并且被配置成在所述传感器数据中发送加速度数据到所述GNC系统。
25.根据权利要求1到3、5到10、12、16到19、21到22或24中任一项所述的运载工具，其中所述IMU包括陀螺仪并且被配置成在所述传感器数据中发送来自所述陀螺仪的旋转数据到所述GNC系统。
26.根据权利要求1到3、5到10、12、16到19、21到22、24或25中任一项所述的运载工具，其中所述引导方案进一步包括随时间而变的所述运载工具的角度朝向，并且其中所述GNC系统进一步被配置成控制所述四个悬浮发动机中的每一个的倾斜位置或所述四个悬浮发动机中的每一个的提升输出中的一个或多个，以控制随时间而变的所述运载工具的所述角度朝向。
27.根据权利要求1到3、5到10、12、16到19、21到22、24到25或26中任一项所述的运载工具，其中GNC系统进一步被配置成控制所述第一、第二、第三和第四致动器以使所述运载工具沿着所述衬底同时旋转和平移。
28.一种悬浮发动机，包括：
电动机，其包括绕组、第一组永久磁体和固持所述第一永久磁体的第一结构，其中向所述绕组施加电流以使所述绕组或所述第一组永久磁体中的一个围绕旋转轴旋转；
第二结构，其被配置成从所述电动机接收旋转扭矩以使所述第二结构围绕所述旋转轴旋转，
所述第二结构固持第二组永久磁体，其中所述第二组永久磁体旋转以在衬底中诱发涡电流，使得所述诱发的涡电流和所述第二组永久磁体相互作用以生成提升力；
所述第二组永久磁体包括1)第一极性区域，其具有第一极性和离所述旋转轴一段径向距离处的第一体积的磁体，其中所述第一极性处于平行于所述旋转轴的第一方向，2)第二极性区域，其具有第二极性和在所述旋转轴的相反侧上的所述径向距离处的第二体积的磁体，其中所述第二极性处于平行于所述旋转轴的第二方向，具有与所述第一极性区域相反的极性，3)第三极性区域，其具有第三体积的磁体，其沿着垂直于所述旋转轴的线分布在所述第一极性区域与所述第二极性区域之间，具有垂直于所述旋转轴的第三极性。
29.根据权利要求28所述的悬浮发动机，其中所述第二结构是圆盘形的。
30.根据权利要求28到29中任一项所述的悬浮发动机，其进一步包括电子速度控制器，所述电子速度控制器电耦合到所述电机，其被配置成控制所述电机接收到的所述电流的量。
31.根据权利要求28到30中任一项所述的悬浮发动机，其进一步包括护罩，所述护罩封围所述电机和所述第二结构的至少一部分。
32.根据权利要求28到31中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第二结构包括面朝所述衬底的底部平面表面，并且其中所述第一体积的磁体包括第一底部平面表面，所述第二体积的磁体包括第二底部平面表面，并且所述第三体积的磁体包括第三底部平面表面，其中所述第一底部平面表面、所述第二底部平面表面和所述第三底部平面表面大概平行于所述底部平面表面固定在所述第二结构中。
33.根据权利要求28到32中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第三体积大于或等于所述第一体积和所述第二体积的总和。
34.根据权利要求28到33中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第一体积的磁体包括第一底部平面表面，所述第二体积的磁体包括第二底部平面表面，并且所述第三体积的磁体包括第三底部平面表面，其中包括所述第一底部平面表面的面积、所述第二底部平面表面的面积和所述第三底部平面表面的面积的总面积与包括所述第一体积、所述第二体积和所述第三体积的所述磁体的总体积的三分之二幂的比率大于或等于一。
35.根据权利要求34所述的悬浮发动机，其中所述比率大于或等于二。
36.根据权利要求28到34中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第一体积的磁体、所述第二体积的磁体和所述第三体积的磁体各自形成为单个连续磁体。
37.根据权利要求28到34或36中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第一体积的磁体、所述第二体积的磁体和所述第三体积的磁体各自由多个磁体形成。
38.根据权利要求28到34或36到37中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第三体积的磁体经布置以使得靠近所述旋转轴形成孔口，所述孔口被配置成接收附接到所述第二结构的一部分的来自所述电机的旋转部件。
39.根据权利要求28到34或36到38中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第一体积的磁体、所述第二体积的磁体和所述第三体积的磁体成形为当在所述结构上靠着彼此放置时形成矩形箱体。
40.根据权利要求28到34或36到39中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第一体积的磁体、所述第二体积的磁体和所述第三体积的磁体成形为当在所述结构上靠着彼此放置时形成圆柱形圆盘。
41.根据权利要求28到34或36到40中任一项所述的悬浮发动机，磁导率至少比空气大10倍的材料层固定在所述电机下方以及所述第一体积的磁体、所述第二体积的磁体和所述第三体积的磁体上方，其中所述衬底在所述第一体积、所述第二体积和所述第三体积下方。
42.根据权利要求28到34或36到41中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第二结构包括面朝所述衬底的弯曲的底表面。
43.根据权利要求42所述的悬浮发动机，其中所述底表面是凸面或凹面。
44.根据权利要求28到34或36到42中任一项所述的悬浮发动机，其中所述第二结构包括面朝所述衬底的平坦的底表面。
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