使用偏移磁阵列进行磁悬浮和移动的设备和应用的改进 背景技术 [0001] 利用磁排斥力提升和运输物体的现有系统的例子包括磁悬浮列车、平面移动器(planar mover)和Hendo悬浮滑板(Hoverboard)。所有这些系统都需要在系统中使用电磁体，并且每个系统都有其缺点：磁悬浮列车需要巨大的动力，平面移动器只能移动质量小的物体，而Hendo悬浮滑板会产生大量的热量。 [0002] 现有的跑步机和移动人行道使用皮带，而不是磁体。 发明内容 [0003] 发明人的临时专利申请63/199,269和PCT专利申请PCT/US21/45457描述了一种可以用于悬浮和移动物体的永磁体系统，以及各种配置和应用。 [0004] 该系统使用一个较大的永磁体阵列作为基部，在其最简单的形式下，通过两个磁体阵列之间的排斥力，使附接到物体底部的较小的永磁体阵列悬浮。悬浮物体的稳定性可以通过使用沿基部磁体路径的轨道实现。 [0005] 通过向基部磁体添加致动器，并且使用致动器以允许小阵列在基部阵列磁体的其余部分上方竖直地偏移，可以实现更大的提升力、多功能性、横向推进和稳定性。发明人推测，每个较小偏移阵列的净排斥力/提升力被最大化，因为提升悬浮的磁体阵列将其脱离周围的基部阵列磁体的吸引力范围之外。除了提供提升之外，在相对于悬浮阵列磁体的特定位置处的基部磁体的致动可以在任何横向方向上推动悬浮物体，和/或向悬浮物体提供扭矩，使其移动、停止、加速、减速、转动、倾斜和旋转。被致动的基部磁体还可以引起小的调节以实现悬浮物体的稳定性。悬浮磁体的致动可以类似地引起悬浮、横向推进、旋转和稳定性。 [0006] 可以增加电磁体与永磁体一起工作或替代永磁体。 [0007] 每个阵列中的磁体之间的横向间距量影响系统的净提升力。在一些实施例中，磁体的悬浮阵列的间距可以在工作之间调整，也可以在飞行中调整。例如，当悬浮阵列的形状是空的正方形或其他空的形状时，磁体可以简单地从悬浮物体的中心移开以增加间距，并且靠近中心则减小间距。在一些实施例中，基部阵列磁体的间距将匹配悬浮阵列磁体的间距。在其它实施例中，间距将不相同。 [0008] 虽然基部阵列的几何形状通常是规则的矩形网格，但是悬浮阵列的几何形状可以是不同的，诸如具有间隙的棋盘或X形或正方形的周界。当悬浮阵列的磁体被致动时，悬浮阵列的几何形状可以容易地改变，而只降低几何形状中所需要的磁体。悬浮阵列的磁体也可以在工作之间或在飞行中横向移动。 [0009] 磁体的基部布置可以是平坦的、水平的和平面的，或者其可以是倾斜的和平面的，或者其可以具有地形特征，诸如山丘、碗状、山脊和山谷。 [0010] 一种运输型系统具有大的被致动磁体的基部阵列，例如覆盖车间地板，并且可能包括在基部磁体上方的假地板(false floor)。每个集装箱或货物物品在其底部具有悬浮的磁体阵列，其在假地板上方通过来自下方的被致动的基部磁体的排斥力而被提升并且有时被推进和操纵。 [0011] 与其在车间地板上附接许多致动的磁体，不如在假地板下移动一队移动甲板，每个甲板上面都有一个基部磁体阵列。甲板移动到适当的点以接收集装箱，将其自身设置在适当的位置，并且致动其磁体以将集装箱运输越过甲板并在甲板上方。另一甲板将其自身设置在相邻点中，以在集装箱行进离开第一甲板的边缘时接纳集装箱。该过程以多个甲板继续进行，直到集装箱到达其目的地。 [0012] 跑步机类型的系统比运输系统小，并且通常将包括行走区域以及返回区域，在行走区域中，人在悬浮平台上踩踏，在返回区域中，悬浮平台在不在行走区域中时行进。在被致动基部磁体和悬浮平台之间通常存在第一假地板，以防止用户踩踏在基部致动磁体上。 在返回区域中的悬浮平台上方通常还有第二假地板，以防止用户踩踏上或被正在移动到新位置的悬浮平台撞上，准备重新进入行走区域。 [0013] 在跑步机系统中，用户实际上不去任何地方；与房间的参照系相比，用户大致停留在一个位置。每个悬浮平台与用户正在进行的步伐方向相反地运动，因此用户基本上没有净位移。跑步机系统可以是水平的，或者它可以是永久倾斜的。它也能够在水平配置和倾斜配置之间变化。 [0014] 这种类型的跑步机系统可以是全向的，允许用户向前、向后以及向任一侧迈步。它也可以只使用一个悬浮平台而不是许多悬浮平台，从而创造一个平衡板型系统，其中用户倾斜和冲浪而不是踩踏。 [0015] 移动人行道类型的系统具有与跑步机类似的配置，只是行走区域更长，并且系统期望多个用户同时在行走区域中踩踏，并且用户在一个方向上连续地被运输。一种配置包括悬浮平台，其始终覆盖整个行走区域，与用户一起向前移动，且每一平台在假地板下从行走区域的末端经由返回区域循环回到起点处。在该示例中，用户可以保持静止，或者向前或甚至向后行走。另一种配置包括悬浮平台的子集，其沿行走区域的路径与每个用户保持在一起，当用户向前行走时，各个平台围绕用户从后到前循环。另一种配置包括悬浮平台的子集，其沿行走区域的路径与每个用户保持在一起。在该系统中，用户不向前或向后行走，同时允许悬浮板将用户从开始运输到结束。 附图说明 [0016] 图1是致动磁体床的等距视图，其中示出的致动磁体的2x2子阵列偏移在床的其余部分上方。 [0017] 图2是图1所示的相同的致动磁铁床的等距视图，其中致动磁体的3×3子阵列除去中心磁体示出为偏移在床的其余部分上方，悬浮在一个平台上，该平台具有附接到其底部的匹配的磁体阵列。 [0018] 图3是从图2的侧面观察的剖视图，示出了具有一些被致动的磁体床，以及具有附接在其下方的磁体的悬浮平台。 [0019] 图4是类似于图2和图3的系统的侧面剖视图，其中增加了用于悬浮平台上的悬浮磁体的致动器。 [0020] 图5是从永久固定磁体床的侧面观察的剖视图，其中悬浮平台具有附接在其下方的致动磁体。 [0021] 图6示出了磁体布置的几个例子，这些磁体可以很好地作为悬浮阵列使用，并且可以附接到悬浮物体的底部。 [0022] 图7是具有变化斜度的致动磁体床的侧面剖视图。每个被致动磁体的致动方向垂直于磁体位置处的基部阵列的切平面。 [0023] 图8是从具有变化斜度的致动磁体床的侧面剖视图。每个被致动磁体的致动方向在基部阵列中的每个位置处都平行于重力。 [0024] 图9示出了被线圈围绕的被致动磁体的侧视图，其中磁体处于两个位置：实线磁体在线圈内处于其基部位置，虚线磁体示出为处于其在线圈上方偏移的完全延伸位置。 [0025] 图10示出了运输系统，其中下面的被致动的磁体从磁体床升起，以在货物集装箱在平面上的任何方向移动时支撑和稳定货物集装箱。假地板位于所述磁体床和所述货物集装箱之间。 [0026] 图11是从图10的侧面剖视图，示出了具有一些被致动磁体的磁体床、假地板，以及在货物集装箱和假地板之间具有气隙的悬浮货物集装箱。 [0027] 图12是从与图10和图11类似的系统的侧面剖视图，其中增加了轮子以支撑货物集装箱。 [0028] 图13是由多个可移动甲板组成的运输系统的等距视图，每个可移动甲板覆盖有致动磁体阵列，所述致动磁体可像图1、图2和图3中所示的运输系统那样使货物漂浮，或在如图10、图11和图12中所示的假地板下方。 [0029] 图14是被配置成与类似于图13中所示的那些可移动平台一起使用的格栅假地板的等距剖面图。从假地板和下面的甲板切出一部分，以示出升高到假地板的栅格孔中的一些致动磁体，以及保持在假地板的底部下方的其它致动磁体。 [0030] 图15是跑步机的等距视图，示出了在行走区域中的悬浮平台上行走的人，并且跑步机的其余部分被上部假地板覆盖。 [0031] 图16是图15所示的跑步机的等距视图，其中，上部和下部的假地板都被移除，露出致动磁体床以及在返回区域中行进的悬浮平台。 [0032] 图17是图15和图16所示的跑步机的侧剖面图，示出了带有一些被致动以便提升悬浮平台的磁体床；覆盖所述磁体床的下部假地板；行走区设有若干悬浮平台，返回区域设有两个悬浮平台，上部假地板覆盖返回区，以及行走者。 [0033] 图18是图15、图16和图17所示的跑步机的侧剖面图，并带有额外的斜面。 [0034] 图19是由被致动磁体从下方支撑的平衡板的等距视图。存在有附接到平衡板底部的悬浮磁体，但未示出。 [0035] 图20示出了具有许多悬浮平台的移动人行道，所述悬浮平台随用户向前行进。当每个平台到达行走区域的末端时，它然后在第一个被覆盖的返回路径下循环往复，回到人行道的起点，覆盖物未示出。 [0036] 图21示出了一种替代的移动人行道配置，其中每个用户具有他们自己的悬浮平台子集。每个用户的平台子集随着用户向前移动，并且必要时，新平台从返回区域移动到用户前面的行走区域。当用户及其平台到达行走区域的末端时，用户离开行走区域，并且平台经由返回路径循环回到行走区域的起点处。 [0037] 图22示出了图21的移动人行道配置，其中平台移动到不同位置。 [0038] 图23示出了图21和图22的移动人行道配置，其中平台移动到不同位置。 具体实施方式 [0039] 本公开中描述的系统克服了三个问题中的每一个，以实现能够在具有高达几英尺或更大的横向尺寸的悬浮平台上支承高达几百磅或更大的重量的悬浮系统。 [0040] 问题1：恩肖定理(Earnshaw’s Theorem) [0041] 在1842年，英国数学家塞缪尔·恩肖提出了一种数学证明，表明仅通过电荷的静电相互作用，不可能使处于平衡状态的点电荷集合稳定地悬浮起来。这意味着悬浮应用中的磁体的任何配置必须被动态控制。在许多应用中，这种动态控制是利用电磁体(例如悬浮的球体)实现的。例如，永磁体可以悬浮在与反馈伺服机构相连的电磁线圈阵列上。反馈使得电磁体中的电流被动态地调节，以确保永磁体保持在稳定的静止位置。由于该方法使用主动反馈，所以它并不违反恩肖定理。 [0042] 然而，这种布置不能很好地适用于在给定功率要求的情况下使重几百磅的物体悬浮。我们估计，这种系统需要大于10kW的功率，以支撑一平方英尺重300磅的区域。为了克服这种功率要求，本发明使用永磁体提供悬浮力。为了使悬浮稳定，在竖直方向上动态地控制磁体。作为仅使用永磁体的动态控制悬浮的示例，布置两个相同尺寸的磁体，使得一个磁体固定，而另一个磁体以一定距离悬浮在其上方。只要两个磁体的相同磁极彼此面对，则南极面对南极或北极面对北极将没有区别。四个较小的磁体被附接到悬浮磁体的每个侧面上的线性伺服机构。当伺服机构上下移动时，它产生水平排斥磁体的水平力。通过将伺服机构连接到位置感测反馈系统，悬浮磁体被保持在稳定位置。由于悬浮力由永磁体提供，因此与使用电磁体提供悬浮力的系统相比，该系统使用较少的功率。所消耗的唯一功率是提供主动反馈。 [0043] 问题2：缩放性差 [0044] 对于给定的磁体尺寸，在悬浮应用中可以支撑多少重量是有限的。通常，为了悬浮更多的重量，需要更多的磁性材料。然而，对于给定的磁体厚度，由于磁体在横向尺寸上被制造得更大，所以每单位面积的悬浮力不与表面积成比例。为了证明这种没有缩放比例，我们模拟了两个N52钕磁体，每个0.25英寸厚并且被悬浮间隙分开。我们改变了悬浮间隙和磁体的横向尺寸，同时保持厚度固定。结果表明，每单位面积的力随着磁体宽度的增加而减小。 [0045] 对于必须在大平台(横向尺寸为英尺)上悬浮大量重量(数百磅)的应用，这种没有缩放比例是个问题。如果实心磁板由较小的子磁体阵列代替，且在每个子磁体之间具有间隔，则提升力显著增加。当比较1平方英尺的实心板N52钕磁体与1英尺×1英尺的0.25英寸厚的N52钕磁体阵列(磁体之间的间距为1/8英寸)所能悬浮的重量时，在0.5厘米的悬浮间隙下，该阵列的提升力比实心板的提升力大50％。在本公开中，我们在悬浮方案中利用间隔开的磁体阵列来增加悬浮力。 [0046] 问题3：小磁体在大磁体上方 [0047] 试图在大得多的阵列上悬浮相对小的磁体阵列看起来是合理的和实用的。然而，我们发现，在恒定尺寸的磁性平台上的悬浮力随着磁体的基部阵列的尺寸的增加而减小。 我们的模拟和测试一致地表明，随着磁体的基部阵列的横向尺寸增加，施加到固定尺寸的悬浮磁体阵列的每单位面积的悬浮力减小。 [0048] 我们模拟和实验从主基部阵列提升和偏移直接在悬浮磁体阵列下方的磁体子阵列。我们发现，随着偏移距离(保持在基部水平的基部磁体和已经偏移并被提升起的基部磁体之间的垂直距离)的增加，悬浮力也会增加至一定程度。 [0049] 我们模拟并测试了三种情况：1)无偏移‑基部阵列是10×10的磁体阵列，并且基部阵列中的所有磁体在同一平面中；2)有偏移‑基部阵列是10×10的磁体阵列，但是直接位于悬浮磁体下方的2×2组磁体在10×10平面的其余部分上方竖直偏移4cm；3)小的基部阵列‑磁体的基部阵列具有与2×2磁体悬浮阵列相同的尺寸和间隔。 [0050] 测试数据密切跟踪我们计算的模拟。我们发现，当小的2×2阵列悬浮在较大的10×10阵列(无偏移组)上时，与悬浮阵列和基部阵列尺寸相同(小基部阵列组)的情况相比，提供相对小的悬浮力。然而，当直接在悬浮阵列下方的较大的10×10阵列中的磁体子组在 10×10阵列的其余部分的上方垂直偏移4cm(具有偏移组)时，悬浮力恢复到小基部阵列组的水平。 [0051] 为了提供背景情况，在无偏移测试中，下部10×10阵列根本不能提升或悬浮重约6磅的悬浮阵列结构。偏移和小基部阵列测试都能够悬浮超过20磅。使用偏移磁体子阵列增加来自大的基部阵列的悬浮力的这个概念是本发明的核心。 [0052] 我们相信这种现象是由于悬浮阵列磁体和那些不是直接在悬浮阵列磁体下面的基部磁体之间的吸引力造成的。我们观察到当偏移子阵列足够远离任何其它基部磁体时，将达到给定偏移子阵列的最大提升力。我们已经发现，当使用1/4英寸到2英寸厚的磁体时，当偏移磁体子阵列在基部阵列的其余部分之上升高4cm时，偏移磁体子阵列达到其提供给悬浮阵列的最大提升力。我们发现，对于这些磁体厚度，并且对于0.25cm的目标悬浮间隙(偏移子阵列磁体和悬浮阵列中的磁体之间的间隙)，为了使偏移子阵列向悬浮阵列提供其最大提升力的至少50％，偏移应当至少为0.25cm，这与0.25cm的悬浮间隙一起在悬浮阵列和未悬浮的基部磁体之间产生0.5cm的目标间隙，从而充分地逃脱与基部磁体的吸引相互作用，以允许提升力为其最大值的50％。 [0053] 我们接下来描述货物(这里的货物是指Merriam Webster定义的被拿起并携带、传送或运输的东西的重量或数量)的运输系统的简化的无偏移实施例，其克服了恩肖定理、缩放性差和小磁体在大磁体上方的问题。2×2磁体阵列悬浮在固定永磁体的长链上。这种配置在仅需要一个维度上的横向运动的应用中是有用的。模拟表明，类似于小阵列在大正方形阵列上的情况，每单位面积的力随着基部阵列变大(在这种情况下更长)而减小。然而，与基部阵列在长度和宽度上都增长的情况相比，在一个维度上长度增加的下降不太严重。 [0054] 该无偏移实施例包括布置成水平路径的长窄永磁体阵列，例如2个磁体横向并且 100个磁体长，其全部附接到地板。基部阵列中的所有磁体具有相同的尺寸(例如，1平方英寸和1/4英寸厚)和强度(例如，N52钕)。每个磁体的顶部和底部表面是正方形的，并且每个磁体的高度小。每个磁体与其最近的相邻磁体间隔1/8或1/4英寸。基部路径阵列中的每个磁体具有指向相同方向的极性。实际轨道在基部路径的两侧平行于基部路径，与基部路径的中心等距(假设货物的重心在货物的实际中心)。轨道的高度和轨道之间的距离根据沿着路径移动的预期货物的尺寸和形状选择。轨道的目的是防止货物和货物集装箱在任一侧从路径上滑脱。轨道是物理约束，其有助于克服恩肖定理中描述的不稳定性。 [0055] 在这个最简单的无偏移实施例中，运输系统仅使用一种尺寸的货物或货物集装箱。货物集装箱具有附接在货物集装箱底部的磁体阵列，其中其所有磁体具有指向下的极性，该极性与基部阵列磁体指向上的极性相同，使得上部悬浮阵列排斥下部路径阵列。为了平衡和稳定，悬浮阵列位于货物集装箱底部的中心。 [0056] 当货物集装箱放置在路径阵列上方时，货物集装箱由于悬浮路径磁体阵列和基部路径磁体阵列之间的排斥而悬浮。轨道防止货物集装箱从一侧移动到另一侧，使得悬浮阵列总是精确地位于基部路径阵列的某个部分的上方。用户在基部路径阵列上行走时可以从后面推动货物集装箱，或者从前面拉动货物集装箱，使得货物集装箱容易地沿着轨道之间的路径移动。 [0057] 这种最简单的无偏移实施例利用了窄基部阵列增大的悬浮力，与不受任何维度限制的大基部阵列相反，窄基部阵列在一个水平维度上受到限制。如我们的研究中所示，相对于悬浮阵列具有较大宽度和长度的下部平面阵列不提供太多的整体悬浮力(如果有的话)。 模拟表明这是由于每个悬浮磁体和基部阵列中的相邻磁体之间的吸引力。下部磁体和直接位于其上方的悬浮磁体之间的相互作用是完全排斥的。然而，当悬浮磁体从下部磁体横向位移其宽度的82％和100％之间时，相互作用变为吸引(该过渡的精确量取决于每个磁体的厚度)。 [0058] 如果我们考虑在下部磁体的二维阵列上的单个悬浮磁体，我们可以使用单个磁体模拟以预测悬浮磁体上的净力。考虑到在悬浮磁体下方并且最靠近悬浮磁体的3×3平面阵列的下部磁体，一个基部阵列磁体是强排斥的，而在悬浮磁体下面和周围的8个最近的相邻磁体是吸引的。相反，线性阵列具有较少的有吸引力的最近邻。例如，在1个磁体宽的基部阵列上的单个悬浮磁体在基部阵列中仅具有两个吸引性的最近邻。 [0059] 如货物运输的无偏移实施例中那样，限制基部阵列的一个维度允许基部路径阵列表现出每单位面积相当大的悬浮力，尽管它仍具有比一系列小的致动偏移子阵列在上部悬浮阵列上表现出的更小的每单位面积悬浮力。 [0060] 货物集装箱(具有或不具有货物)也可以在没有人为干预的情况下经过基部路径。 任何沿着从起点到目的地的路径推进悬浮货物集装箱的装置都被结合作为本发明的一部分，包括机械的(诸如单个或多个轮子，或与基部阵列顶面或轨道持续或临时接触的臂)，诸如利用船载风扇的强制空气，压缩空气或加压气体排放，将力施加到船载帆的大气气流，或推动或拉动悬浮货物的小机器人“拖船”。这些“拖船”机器人也可在一侧或多侧上附接到货物集装箱，以提供除了赋予运动的力之外的稳定力。 [0061] 悬浮阵列和基部阵列中的单个磁体可以具有与简单的无偏移实施例中描述的尺寸或形状不同的尺寸或形状，例如每个单个磁体的面向顶部或面向底部的侧面的形状可以是正方形或矩形(如在矩形棱柱中)、或圆形(如在圆柱中)、或一些其它形状。每个单独的磁体可以是球体。磁体可以以规则的图案布置，该图案与所描述的正方形、矩形或线性阵列不完全相同。悬浮阵列中的磁体可以与基部阵列中的磁体在尺寸或强度上完全相同或不同，并且磁体之间可以具有或不具有相同的横向间隔。在这种情况下，可以计算任何特定磁体尺寸的力曲线，并将其用于预测所述力，并找到提供最大悬浮的最佳布置。货物集装箱的尺寸和形状可以变化，只要其横向运动被限制在轨道之间，并且其载荷可以被分布成使得其在由施加到附接于货物集装箱的底部的磁性阵列的排斥磁力支撑的同时适当地平衡。 [0062] 通过在路径中的磁体(3，4)上增加独立地升高和降低磁体(3，4)线性致动器(在图 1，图2和图3中示出为1和2)，无偏移实施例可以显著地更强大，并且能够提升更重的负载。 当用户沿着路径推动负载时，在附接到货物集装箱的底部的悬浮阵列下方、来自基部路径的致动磁体上升以支撑负载。线性致动器被动态地调整，使得来自基部路径的磁体的子集被升高或偏移足够的高度，从而令升高的偏移阵列(5)和悬浮阵列两者都避开床(6)中的磁体的剩余部分的吸引力。可以基于用户输入、路径上的传感器、货物集装箱上的传感器、视频监控、路径和货物集装箱之间的通信以及其他方法中的一种或多种，控制下面的磁体上的线性致动器。在该实施方式中，可以在被致动磁体(4)的最高预期位置的正上方安装非磁性地板(即假地板)，以防止用户直接踩踏在移动的磁体和传感器上，并且损坏它们或绊倒。 可以开发防止用户(或其他机器或物体)直接踩踏在路径中的磁体上或与其接触的其他方法。 [0063] 当使用假地板(如图10、图11和图12中的附图标记7所示)时，来自偏移子阵列(如图1中的附图标记5所示)的悬浮力可以用于提升悬浮物体(如图2和图3中的附图标记8以及图10、11和图12中的附图标记9所示)，其提升程度刚好足以使其能够容易地滑过假地板或在假地板上滚动。在地板(7)和悬浮物体(9)之间的低摩擦界面被示出，诸如光滑的地板，或球轴承或附接在悬浮物体下面的冰刀，或如图12所示脚轮或轮子(10)。除了在悬浮物体(9)和地板(7)之间存在空气间隙的实际悬浮之外，这种摩擦的减少可以为某些可能不需要实际浮动的悬浮物的应用提供足够的价值。对于一些应用，低摩擦界面和从偏移子阵列施加到物体上的悬浮阵列的水平力的组合，足以使物体在地板上移动。在这种情况下，稳定性由地板提供，使得可以保留动力用于推动、重定向和操纵物体。 [0064] 尽管有多种线性致动器，但通常类型可分为四类：机电、液压、气动和压电。虽然这些类别中的每一类的致动器都具有益处，但是线性致动器的选择必须由包括但不限于运动范围、速度、精度、强度、尺寸、自包含、维护水平和成本效率的属性确定。致动器必须具有足够大的运动范围，以便对于特定应用将必要的力和扭矩施加在悬浮阵列上。例如，在提升力是关键的应用中，我们发现4cm是良好的最小位移。在速度更关键的不同应用中，较小的致动范围可能是理想的。我们已经发现，在示例性配置中，0.25cm的致动提升允许偏移阵列在 0.25cm的悬浮间隙处向悬浮阵列提供其最大排斥提升力的50％。因此，对于许多应用，致动器的合理的最小运动范围是0.25cm。致动速度必须足够高以能够调制实时主动反馈。致动器的调整必须具有沿着致动范围的连续精度。致动器必须足够小以满足应用的尺寸限制，并且是独立的(self‑contained)以保持致动机构的简单性。另外，要考虑维护水平和成本效率。我们已经发现，微机电线性致动器最好地满足上述约束。对于跑步的跑步机应用，我们期望在300ms时间跨度内致动距离为4cm(需要13cm/s的速度)。 [0065] 用于将磁体移动到偏移位置的致动器可以采取多种形式，包括图1‑5中所示的(附图标记为1和2)以伸缩的方式移动。致动器的其它实施例包括但不限于螺旋轨道，其中以一种方式扭转致动器导致磁体上升，而以另一种方式扭转致动器导致磁体下降；以及具有水平轴的旋转盘或圆柱体和安装在所述曲面上的磁体，使得当所述圆柱体将所述磁体旋转到最高点时所述磁体处于偏移位置。 [0066] 偏移磁体的提升可以以任何数量的方式实现，并且使用线性致动器的描述不意味着将本发明限制为仅使用线性致动器提升偏移磁体。作为其它例子，偏移磁体可以由电磁体提升，电磁体构造成在磁体的基部阵列下方存在电磁体阵列。为了隔离电磁体对基部阵列磁体的影响，与其说电磁体直接作用在基部阵列磁体上以将其升高到偏移位置，不如说它作用在第二磁体上，该第二磁体附接到基部阵列磁体上并且定位在电磁体与基部阵列磁体之间。基部阵列内的每个磁体都附接到位于磁体和下部电磁体之间的另一个磁体，从而形成2‑磁体竖直系统。当电磁体接通时，其在致动运动中向上排斥2‑磁体系统。凸起的2‑磁体系统成为偏移阵列的一部分，并且例如通过机械齿轮被锁定在适当位置。然后，机械齿轮用于根据需要动态地调整偏移磁体的竖直高度。类似的方法可以通过推/拉螺线管系统实现，使得基部阵列磁体可以定位在每个螺线管的顶部，并且当螺线管被激活时，基部阵列磁体移动到偏移阵列中。更一般地，只要偏移磁体被升高，偏移磁体可以通过任何方式被提升，并且然后可以在基部阵列上方的偏移高度上被动态地调整，以使得能够控制和移动悬浮阵列。 [0067] 线性致动器需要动力向上移动。当致动器必须提升额外的重量时，需要更多的动力。然而，一旦致动器到达给定位置，它就可以无限期地停留在该位置而不需要任何更多的动力。一组被提升的磁体可以在负载上连续地提供排斥磁力，而根本不使用任何动力。与必须连续使用动力以产生任何磁场的用于提升的电磁体相比，该特征产生巨大的差异。 [0068] 动力比较：我们可以将基于偏移永磁体的致动系统和传统的基于电磁的系统的悬浮所需的动力进行比较的两种情况是：静态负载和动态负载。在静态负载的情况下，基于偏移永磁体的致动系统(忽略主动反馈所需的动力)不需要动力。相反，基于电磁的系统要求电力被恒定地供应到线圈，以便产生磁场悬浮静态负载。 [0069] 我们已经描述了四个概念： [0070] 1)在主动反馈方案中动态地调整磁体的竖直位置(例如，利用线性致动器)，以克服恩肖定理而实现稳定的磁悬浮。 [0071] 2)使用相对薄的磁体阵列(磁体之间具有间隔)，以便与实心磁板相比增加悬浮力。 [0072] 3)小磁体阵列在大磁体阵列上的悬浮，其中大阵列中的一些磁体竖直偏移。 [0073] 4)通过动态地将磁体子集单独地升高和降低到一系列偏移阵列中，能够使悬浮阵列横向移动通过大的基部阵列。 [0074] 在已经描述的无偏移路径实施例中，通过在路径的两侧使用轨道提供了负载的稳定性。轨道和路径限制了负载能够开始和结束的位置，而不可调整的轨道限制了能够运输的货物的尺寸和形状。增加系统的通用性的一种方式是使用相同的想法，即，升高小的偏移阵列，但是具有较大的平面下部磁体床覆盖仓库地板的占地面积的较大部分，例如，其中基部阵列的长度和宽度不受限制。轨道将不与这种实施方式兼容(除了可能在边缘上之外)，以绝对确保负载不会从边缘掉落。 [0075] 我们将这些元件组合起来以实现如图1、图2和图3所示的系统概念。这些图示出了连接到竖直地上下移动的线性致动器(1、2)的永磁体(3、4)的床(6)。在致动磁体(3，4)的床(6)上方是另一个较小的磁体(12)的磁悬浮阵列(11)，其附接到悬浮物体或平台(8)(如图2和图3所示，而不是图1所示)。通过在尺寸与悬浮阵列(11)相似的子阵列(5)中选择性地上下移动致动磁体(3，4)，偏移子阵列(5)尽可能多地保持在悬浮阵列(11)的正下方，并且这种致动可以用于稳定悬浮以及横向移动悬浮阵列(11)和物体/平台(8，9)。 [0076] 在示例性实施例中，所使用的所有磁体都是l×l英寸的正方形、1/4英寸厚的N52钕磁体，间隔1/4英寸。该床由这些磁体的10×10方阵组成，每个磁体连接到竖直致动器，该竖直致动器可以将每个单独的磁体提升到最低阵列的平面上方4cm，并且每个磁体以N极向上取向。悬浮阵列由永久地附着到平台或物体的这些磁体(12)的2×2方阵组成，其中所有磁体以N极向下朝向最下面的阵列取向。 [0077] 在该实施例的演示中，由永久磁铁产生的排斥力将20‑25磅的重量提升了1cm，而将5磅的重量提升了近3cm。 [0078] 该示例性实施例的许多变型将提供足够的悬浮以提升人。每个悬浮阵列或排列的磁体可以是矩形或正方形图案、或六边形图案、或同心圆的片段图案、或磁体可以规则间隔的其它规则图案。该阵列可以充满磁体，或者可以去除一些中心或内部磁体。 [0079] 我们通过实验和模拟发现，不需要填充偏移和悬浮阵列；相反，磁体可以从悬浮阵列的中心区域去除，并且对于偏移阵列不被提升。如图2和图6所示的中心去除型配置提供了与使用完全填充型配置时相当的提升力，可能至少部分是因为悬浮阵列具有更少的磁体并因此具有更少的质量。这种阵列配置开辟了系统在悬浮阵列中使用比全阵列更少的磁体的可能性，具有更低的成本和更轻的重量，同时具有几乎相同量的提升力。 [0080] 理想地，悬浮阵列中的磁体将被分开，使得磁体之间存在一定量的空间。磁体之间的间隙量影响系统可以悬浮的最大重量，并且我们的模拟建议当磁体之间的间隔小于磁体宽度时，实现每单位面积的最大悬浮重量。最简单的实施例包括正方形磁体的正方形矩阵，其中在每个磁体和其相邻磁体之间存在小的空间。可替代地，正方形磁体的角可接触另一正方形磁体的角或边，因为这种配置在每一磁体周围留下大量空间。类似地，圆柱形和球形磁体可以彼此接触，因为即使是最紧密堆积的圆形配置也仅在每个圆周上的几个点处彼此接触，并且在每个单独的磁体周围保留足够的空的空间。以六边形阵列配置的六边形磁体可能堆积得太紧，因此像正方形矩阵一样，在每个磁体和其相邻磁体之间的每一侧需要小的空间，没有磁体彼此接触以实现最大悬浮力。悬浮阵列中的磁体可以彼此远离。 [0081] 床中的致动磁体可以非常靠近在一起，只要它们不干扰彼此的致动。然而，类似于悬浮磁体，在平台磁体的密度和可以悬浮的重量之间存在折衷。在受致动磁体之间可以增加更多的空间，以最大悬浮重量能力为代价降低整个系统的成本。 [0082] 在另一个实施例中，多个2×2阵列(方阵)的磁体被安装到非磁性平台的底部。2× 2阵列彼此不相邻，因此作为示例，所安装的2×2阵列中的每一个被一个阵列的宽度分开。 该平台具有安装到其上的多个2×2阵列，现在位于磁体的基部阵列上。在2×2阵列位于平台上的每个点处，磁体从基部阵列升高，使得在每个2×2阵列下方存在偏移阵列，其中每个偏移阵列有助于施加到平台的悬浮力。我们已经发现，阵列之间的这个间隔量足够远以避免不期望的相互作用，并且提供足够的空间以允许用于每个悬浮阵列的横向控制技术。 [0083] 最小或最佳偏移间隙是磁体(3，4)的基部阵列(6)与已经升高到基部阵列上方的磁体(1，2)的偏移子阵列(5)之间的竖直距离，该最小或最佳偏移间隙将变化以使得在偏移子阵列与悬浮阵列(11)之间产生足够的、期望的或最佳的排斥力。悬浮阵列需要最小距离以避开较大基部阵列中的磁体的吸引影响。该最小距离的变化将取决于每个阵列中的磁体的尺寸和强度；所需的提升力；期望的悬浮间隙；偏移和悬浮阵列的大小以及其它因素。然而，我们发现，无论大小和形状如何，基部阵列和偏移子阵列之间都需要最小0.25cm的偏移，偏移子阵列和悬浮阵列之间需要0.25cm的悬浮间隙，以将基部阵列对悬浮阵列的吸引力降低50％。 [0084] 期望的悬浮间隙，即磁体(3，4)的偏移子阵列(5)和磁体(12)的悬浮阵列(11)之间的垂直距离，将基于应用的细节和期望提升的量而变化。记住，当悬浮间隙减小时，排斥/提升力增加。这可能是有用的，例如，当物体落在悬浮平台上时，物体冲击的更大的力推动悬浮平台更靠近偏移阵列，减小悬浮间隙，但同时提升力增加，因此偏移子阵列和悬浮阵列不太可能碰撞。如果该技术的应用包括偏移子阵列和悬浮阵列之间的物理屏障，则将需要最小的悬浮间隙。 [0085] 我们研究了磁体厚度对作为悬浮间隙的函数的可悬浮重量的影响，并且发现，提升(下部)磁体和悬浮(上部)磁体的厚度增加一倍，大致使悬浮力增加一倍，而仅使其中之一的磁体厚度增加一倍，则导致悬浮力增加大约50％。这允许在给定应用中在悬浮力与系统尺寸和重量之间进行权衡。这也允许提升相同量重量的更大悬浮间隙。 [0086] 最佳阵列设计、最小化系统成本和悬浮平台重量将取决于多个应用设计目标和目的。优化的变量可以包括如前所述的偏移间隙和悬浮间隙，以及每个阵列中使用的磁体的厚度、尺寸和形状、阵列的尺寸、每个阵列中的磁体之间的间隔、全阵列对从阵列中心去除的磁体对其它优化形状(图6中所示的示例)，以及悬浮阵列在应用中的放置。 [0087] 横向运动：为了使静止的负载悬浮，在悬浮阵列下方附接到负载底部的磁体组(5)必须被提升到磁体的下部床(6)的其余部分上方足够高的高度，以便悬浮阵列(11)避开最低的、大的磁体床的干扰和吸引力。在使用1/4英寸厚和1平方英寸的N52磁体的示例性实施例中，发现4cm的竖直偏移悬浮间隙足以实现最大的升力。如果负载移动，则来自下部床的被致动磁体必须使其自身升高，以便产生尽可能精确地位于负载的阵列下方的适当尺寸的偏移子阵列。已经被提升起但不再精确地位于负载的悬浮阵列下方的致动磁体必须下降回到下部床平面。随着悬浮平台(8)继续移动，下部床阵列的不同部分被升起和降下，使得偏移子阵列总是直接(尽可能多)在悬浮阵列下方。 [0088] 除了提供悬浮所需的力之外，升高和降低磁体床的不同部分的能力还提供了产生引起这些横向运动所需的水平力的装置。通过在悬浮阵列的边缘附近升高和降低磁体，产生水平力。考虑悬浮在另一个2×2阵列上的2×2磁体阵列。另一组两个磁体在下部磁体阵列的边缘附近偏移。当另外的两个偏移磁体变高时，在悬浮磁体上产生水平力，这将导致悬浮磁体横向移动离开。通过调整附加的两个磁体的高度，可以调整悬浮阵列上的水平力。由于除了空气阻力之外没有要克服的摩擦力，所以不需要很大的力移动悬浮阵列。在另一个实施例中，磁体在悬浮阵列的边缘附近从悬浮阵列平台本身下降和上升。类似于从基部阵列的边缘附近升高和降低磁体，上部磁体和下部磁体之间的相互作用产生水平力，该水平力可以引起悬浮阵列的横向运动。 [0089] 在另一示例中，为了使负载向右移动，位于负载的当前位置左侧的一个或多个被致动磁体，和/或当前支撑负载的最左侧被致动磁体向上移动一小段距离。这个力与重力相结合且没有摩擦力，有效地提供向右的推动。使负载向右移动的另一种方法涉及使恰好位于负载的当前位置右侧的一个或多个被致动磁体和/或当前支撑负载的最右侧的被致动磁体向下移动一小段距离。作用在负载上的力的这种变化与重力结合，且没有摩擦力，从而使得将负载拖到右边。可以使用这两种方法，或者仅使用一种。同时，或者在轻推和/或拖拉之后的一秒，负载右侧的被致动磁体必须升高以支撑移动负载。 [0090] 通过动态地调整偏移阵列中和周围的致动磁体，系统可以用足够的水平力轻推悬浮阵列，以使悬浮阵列移动、加速、减速、旋转、改变方向和停止。当执行这些功能时，下部磁体另外提供悬浮力。这些力的组合可以导致悬浮阵列倾斜。致动磁体的基部阵列还可以用于提供自适应控制，通过增加和减小它们的高度，帮助稳定悬浮阵列，从而保持悬浮平台稳定。 [0091] 每个偏移磁体都会对上方的悬浮磁体产生显著的竖直和水平力，确切的力取决于悬浮磁体相对于下部偏移磁体的位置。通过计算和绘制力曲线，我们可以执行受约束的优化，以确定悬浮负载并提供期望的水平力所需的致动器位移。 [0092] 当小的悬浮阵列在基部阵列上移动时，一组致动提供恒定的悬浮力。另一组致动既用来悬浮负载，又用来施加固定的水平力以移动小的悬浮阵列越过下部的大阵列。致动还可以使用主动反馈来稳定悬浮。在主动反馈方案中，一个或多个位置传感器用于确定悬浮平台是否偏离期望位置。然后调整致动以提供水平力，使平台左右移动以保持期望的位置。还可以调节整致动以提供转矩，旋转平台以保持期望的取向。 [0093] 可以增加电磁体以提供附加的稳定性控制和运动控制。这些电磁体可以散置在基部阵列的永磁体之间或结合到基部阵列的永磁体中，并且以不同的电流强度随意地接通和关断。图7示出了围绕致动的永磁体(3，4)的电磁线圈(13)，并且其可以增强、减弱、微调或代替耦合的致动永磁体的磁场。这种类型的被致动的永磁体/电磁体可以代替如图1‑5和图 7‑8所示的任何或所有被致动磁体。 [0094] 电磁体可以代替基部阵列上的所有或一些永磁体。这些电磁体不会上下移动；相反，它们将接通和断开，每个提供与一个偏移永磁体类似的磁力量。每个电磁体也可以在较低的电流强度下被接通，以模拟部分升高的偏移永磁体，或者在较高的电流强度下被接通，以提供更多的磁力。 [0095] 传感器可以用于有效地执行反馈稳定性控制。不同类型的传感器(诸如光学、霍尔效应、超声波、电容和电感传感器)可以用于确定悬浮阵列是否处于期望的位置，以及是否稳定。例如，每个被致动的磁体上的传感器可以确定悬浮阵列是否离开适当的距离。在另一个例子中，传感器可以被部署在悬浮阵列上(无论它是在阵列的边缘还是在阵列的中间)，以感测悬浮阵列是否在偏移阵列上方居中。深度传感器、麦克风和诸如可见光及IR相机的光学传感器可位于系统上或系统外的任何地方。 [0096] 一个或多个旋转陀螺仪可以用于增加悬浮物体的稳定性，就像它可以用来减少船的摇摆一样。陀螺仪以一定的取向附着到悬浮物体上，使得其角动量将抑制在预期方向上的任何滚动运动。悬浮物体上的传感器可以感测任何滚动的方向，并且陀螺仪可以被适应性地控制，并且在与所感测的悬浮物体的滚动运动相反的方向上倾斜，从而施加校正滚动的力。被称为控制力矩陀螺仪、反作用轮或力矩轮的装置可提供这种能力。该技术对于非静态负载尤其有价值，其中负载的位置和质心可能随时间而偏移。 [0097] 在一些实施例中，不需要偏移阵列提供稳定性或提供许多或任何悬浮力。例如，悬浮物体可以在光滑的地板上滑动，或者具有附着到悬浮物体下侧的轮子或脚轮或滚珠轴承。悬浮物体可以安装在轨道或拉链线上。对于这些中的每一个，只需要致动的磁体偏移阵列推进、转向和停止悬浮物体。 [0098] 一种用于工厂和仓库运输系统的悬浮系统，其基于偏移磁性阵列：利用悬浮平台系统，以及如前所述的移动悬浮平台的装置作为基础，图10和图11在基部磁性阵列(6)上增加了一个“假地板”(7)，以及一个或多个偏移的磁体子阵列。在假地板(7)上方是一个或多个悬浮的磁性平台/物体/货物(9)，其具有附接在其下方的悬浮的磁体阵列(未示出)，其被悬浮并且由假地板(7)下方的偏移子阵列适应性地控制。在工厂设置中，通过偏移磁体子阵列适应性地控制和移动悬浮货物(9)，从而允许将放置在悬浮磁性平台上的材料从工厂内的一个位置运输到另一个位置。而且，悬浮的磁体阵列可以被构建到用于将材料从一个位置运输到下一个位置的结构中(诸如悬浮的存储箱)，或者悬浮的磁性平台可以被构建到从一个位置移动到下一个位置的机器中(诸如工具箱或风扇)。 [0099] 用户或一些其它外力可将负载推过地板并推到地板上方，从而悬浮在被致动的磁床上方。下方的致动磁体(3，4)升高，以在货物(9)上的悬浮阵列下面产生小的动态偏移子阵列，如图1、图2、图3、图10、图11和图12所示。然而，没有物理限制，悬浮阵列的位置固有地不稳定(参见恩肖定理的讨论)。如在我们的美国专利申请62/706,355(这里通过引用而被结合)中所讨论的，传感器可以被用于感测上悬浮阵列相对于偏移子阵列和整个下部床的位置，以及感测悬浮阵列的速度、加速度和旋转。响应于该信息，使用自适应反馈过程，偏移子阵列中和周围的磁体上升和下降以提供将悬浮阵列轻推和拖动到尽可能精确地在偏移子阵列上方的位置的力，从而保持其稳定。 [0100] 一旦货物(9)被运输到其期望的位置，偏移子阵列(5)仅需要降低到基部面，货物就不再是悬浮的，而是搁置在假地板(20)上。尽管上面描述为假地板，但是地板本身可以是适当耐用的并且结构上合理，以允许正常的行走交通和机械化工厂设备在其上行进。 [0101] 在偏移子阵列中和周围的磁体可以用更大的力推动货物下方的悬浮阵列，而不是需要外力推动和引导悬浮货物，从而使悬浮阵列和附接的货物移动、加速、减速、改变方向、旋转和停止。当执行这些功能时，偏移子阵列磁体附加地同时提供悬浮力和稳定悬浮阵列。 用于稳定的来自相同传感器的信息也可以用于通知和指示被致动的磁体如何移动，以便引起悬浮阵列和附接的货物集装箱的加速和减速。如果用户不需要与货物一起行走，则可以不需要假地板覆盖磁体的下部床。 [0102] 可以想象该运输系统的许多变化，诸如从具有预设轨道和目的地到具有根据需要产生、使用和中断的临时传送带或列车的系统，到允许单个漂浮物体在系统内的任何地方行进的系统。具有围绕其周边的悬浮磁体阵列的机器人真空吸尘器可以清洁地板而不接触或最低限度地接触地板，并且它可以以比具有轮子的机器人真空吸尘器更高的精度移动。 更一般地，任何机器人系统可以与悬浮磁性平台集成，从而成为悬浮物体，并且消除对用于运输的轮子的需要。 [0103] 这些系统可以被缩放以在许多环境中工作，如在工作台面上，移动或悬浮在适当位置的家用用品或电子器具以辅助日常活动，诸如烹饪，其中书或电子设备中的食谱可以被悬浮并在工作台面上移动而不变脏。它可以在医院中使用，以便通常在有轮机器和床上的人改为在悬浮机器上被运送穿过医院，以便他们在从一个位置行进到下一个位置时不接触地面和传播污染物。患者在他们的床上的移动将是快速、不费力、平稳和安静的。医生和护士可以乘坐医院周围的悬浮平台(具有类似于今天的Segway的功能)上，类似地避免接触地板。该系统可用于制造或仓库环境中，以将机器人系统从一个任务运输到下一个任务。 [0104] 在大型悬浮阵列中实现横向力的另一种方法是去除靠近阵列中心的一些磁体。如前所述，这种情况下的悬浮力不会严重降低。我们可以在该悬浮阵列的暴露的内边缘附近使用偏移磁体产生水平力，而不是在阵列的外边缘附近使用偏移磁体产生水平力，或者除了在阵列的外边缘附近使用偏移磁体产生水平力之外。当磁体靠近悬浮阵列的内边缘时，就会产生一个相当大的水平力。 [0105] 基部阵列的形状和尺寸可以几乎无限地变化。它可以是窄的和非常长的，或者它可以是大的圆形、矩形或之字形轨道。偏移阵列和悬浮阵列的形状和尺寸也可以在形状和尺寸上变化。 [0106] 基部阵列不需要是完全平面的；磁体的基部布置可以是平坦的、水平的和平面的，或者它可以是倾斜的和平面的，或者它可以具有地形特征，诸如山丘、碗状、山脊和山谷，如图6所示。位于倾斜区域上的被致动磁体可以在垂直于该点处的切面的方向上被致动，或者在平行于重力的z方向上被致动，或者在一些其它方向上被致动。每个磁体的磁化方向可以与其致动方向相同，或者可以不同；它可以垂直于切面，或者在z方向上，或者在一些其它方向上。 [0107] 发明人已经执行并继续执行模拟以确定当基部阵列倾斜时的最佳致动方向，以及在倾斜情况下基部和悬浮磁体的最佳磁化方向。偏移阵列和悬浮阵列相对于基部阵列或者相对于彼此可能不是完全平面的。 [0108] 如图13和图14所示，可移动的甲板消除永久固定或永久附接到特定位置的下磁床的需要；相反，下面的致动磁体的基部阵列附接到一个或多个可移动甲板(14)，所述甲板(14)能够沿着地面行进，形成用于货物的固定路径，即，当货物在甲板(14)的顶部上时是固定的。甲板可以在轮子(15)上移动或通过一些其它装置移动。两个或多个甲板串联地并且也可能是并联地一起工作(作为示例，对于具有四个或多个可移动甲板的情况，两个甲板并排地位于货物下方)以在货物集装箱移动时在下方并支撑货物集装箱。每个甲板具有覆盖其顶面的一组致动磁体(3，4)。在货物集装箱移动到甲板上之前，甲板必须牢固地且不可移动地设置在地面上，例如通过将其轮子锁定就位，延伸稳定器以提升其轮子，或者通过升高轮子或降低甲板使得甲板的框架接触轮子周围的地板。甲板还使其自身尽可能地水平。当被致动的偏移磁性阵列使它们自己从甲板上升和下降以使货物集装箱悬浮和稳定时，用户引导和推动货物集装箱越过不可移动的水平甲板。附加甲板移动到邻近第一甲板的位置，并且在货物集装箱在其顶部移动之前将其自身固定。在货物集装箱以及如果货物由用户引导的用户离开第一甲板之后，第一甲板复位其自身，使得甲板能够移动到货物集装箱的计划路径中的下一地点。两个或多个独立的有轮甲板连续地一起工作，以使货物集装箱沿其预期路径悬浮。 [0109] 假地板(7)可放置在移动甲板(14)操作的区域上方，使得推动悬浮货物的用户具有在上面行走的表面。假地板需要支柱(16)或其它加强结构支撑在假地板上施加力的交通，并且它还必须相对较薄以允许基部磁体足够接近悬浮磁体，使得磁场可以通过地板相互作用。如图10、图11和图12所示的基部阵列中的致动磁体固定、附接到地面的系统中，假地板可具有任意形状和位置的所需数量的支承件，以给予其强度。然而，当大的移动甲板在地板下方移动时，它们必须避开支柱并安装在支柱之间。 [0110] 如果薄的平假地板不能为期望在其上搁置或移动的重量提供足够的支撑，那么可以使用带有移动甲板的假地板的替代形式，如图14中所示。注意，彼此排斥的磁体应该非常接近，地板可以具有结合到其中的较厚的强梁(17)的格栅，该格栅具有与甲板顶部上的致动磁体(1，2)的图案和形状匹配的规则的孔或开口，使得甲板可以在格栅地板下方使其自身对齐，并且致动磁体可以沿着格栅中的开口向上延伸，移动靠近货物底部上的磁体。与大的薄假地板一样，甲板需要绕地板支柱(16)转向。 [0111] 移动甲板也可以在没有较大假地板的情况下在地板的顶部或地面上操作。在这种情况下，活动甲板的顶部中集成有假地板，允许推动货物的用户在已经牢固地固定的活动甲板上行走，而不在下面的致动磁体的基部阵列上踩踏。 [0112] 可移动甲板顶部的致动磁体的基部阵列还可以使货物集装箱在可移动甲板的表面上漂浮、稳定和加速/减速，从而消除对用户或外力推动或引导货物的需要。一系列的两个或多个甲板一起工作以形成路径，并沿着该路径磁性地支撑货物集装箱。在用户没有在移动平台上行走的情况下，假地板可能不是必需的。 [0113] 在可移动甲板的另一实施例中，每一较低的可移动甲板可使用底层的电磁体床而非轮子移动。在该实施例中，底层的电磁体将通过打开每个磁体以模拟凸起的磁体以模拟小的偏移阵列；关闭以模拟降下的磁体；较高的功率，以模拟偏移磁体向上移动并向上轻推物体；并且降低功率以模拟偏移磁体向下移动并且在该位置处使物体向下倾斜。在其底面上，可移动甲板将具有永磁体阵列，下面的电磁体床作用在该永磁体阵列上以使可移动甲板悬浮和重新定位。每个卸载的可移动甲板的质量比要移动的货物的质量小得多。电磁体使用大量但可管理的电，使空甲板漂浮、稳定和移动。当甲板作为路径的一部分到达其目的地时，下面的电磁体逐渐关闭以将甲板设置在地面上。当甲板被设置且不可移动时，其准备好致动其自身的被致动永磁体，以悬浮开始行进穿过所设置甲板的重负载。 [0114] 与现有的电磁推进器的集成：可移动甲板可以与电磁推进器集成，或位于电磁推进器的顶部，诸如由Planar Motor或Beckhoff制造的电磁推进器。这些推进器系统承受低负载能力和高能量需求。通过将我们的可移动甲板系统与这些平面推进器系统集成，我们赋予这些系统重负载能力，以及通过我们的致动磁体系统能够提升数百甚至数千磅的重量。类似于先前描述的甲板实施例，结合有致动磁体的下床的可移动甲板通过下面的平面电机系统从一个位置运输到下一个位置，并且一个接一个地放下以运输悬浮的货物集装箱越过可移动甲板表面。 [0115] 在所有的货物运输实施例中，货物集装箱可以是平台、桶、箱、板条箱、床、椅子或其它可以承载负载或人或动物的物体。货物集装箱可由本身可直接悬浮的待移动物品代替，只要一个或多个磁性阵列可牢固地附连或结合到物品的底部，且物品可根据其重心而平衡。在路径实施例中，负载的移动可以通过轨道来处理，并且通过稳定被致动磁体的运动来处理。 [0116] 基部阵列中的磁体尺寸可以变化，并且附着到悬浮货物集装箱的磁体可以与基部阵列中的磁体具有相同的尺寸、形状、类型和强度，也可以不同。 [0117] 在我们早期的研究中，我们发现当从悬浮阵列的磁体下方的基部阵列升高/偏移磁体时，悬浮阵列上的悬浮力增加。我们随后观察到，当来自基部阵列的磁体在基部阵列内的非偏移磁体床上方偏置时，悬浮阵列磁体也进一步远离基部阵列内的非偏移磁体床移动。悬浮阵列磁体从基部阵列内的所有相邻非偏移磁体的这种移位是重要的，因为它将悬浮阵列(部分地或全部地)移出来自这些相邻基部阵列磁体的吸引力的范围。在悬浮阵列下方升起的磁体的排斥力继续作用在悬浮阵列上，而与排斥力竞争的相邻床磁体的吸引力现在显著减小。结果是增加了每单位面积的悬浮力。此外，通过观察悬浮磁体之间的间隔的调整会减小相邻磁体吸引力，我们现在可以更好地描述潜在的最佳悬浮阵列几何形状。 [0118] 用于磁体的悬浮阵列的最佳配置可以通过优化悬浮阵列和下部偏移阵列之间的每单位面积的悬浮力确定。由于我们通过模拟已经表明，当1英寸×1英寸的基部阵列的磁体移动了大约105％(或者被磁体宽度5％的横向间隙分开)时，相邻的移动磁体和悬浮磁体之间的吸引力最大，我们知道在悬浮阵列中的每个磁体和基部阵列中的偏移磁体之间需要适当的间隔，以在悬浮磁体上产生每单位面积的最佳力，从而产生悬浮平台的最佳力。将间隔结合到悬浮阵列设计中的示例性设计包括周界、X形状、棋盘和小正方形图案，如图6所示。为了用这些设计提升和移动悬浮阵列，基部阵列内的致动偏移磁体将最佳地反映悬浮阵列设计，其中附加的策略性定位的偏移磁体产生移动所需的水平力。 [0119] 对于悬浮阵列和基部阵列，将阵列中的磁体分开的间隔不需要相同，也不需要是均匀的。悬浮阵列中的磁体间隔可以例如大于下部平台阵列中的磁体间距，并且可以针对不同的应用进行优化。发明人已经执行并继续执行模拟以确定基部磁体和悬浮磁体的最佳横向间隔和配置，其根据磁体的尺寸和强度以及要提升和运输的质量、期望或需要的速度和反应时间以及其他变量而变化。例如，在一个应用中，磁体间隔可以被优化以产生最大提升力，而不同的阵列间隔可以产生最大水平力。 [0120] 此外，下部偏移阵列和/或悬浮阵列都可以包括允许动态控制横向磁体间隔的功能，使得磁体间隔可以作为时间的函数或根据要执行的任务而改变。悬浮阵列还可以包括用于改变其几何形状的功能。 [0121] 在另一实施例中，基部磁体和悬浮磁体都被致动。在悬浮物体上使用致动磁体增加了悬浮物体的质量，并且需要电源，这增加了复杂性和成本。然而，当悬浮磁体被致动时，则基部磁体可以被进一步分开放置，并且在一些实施例中，基部磁体间隔大于致动悬浮磁体间隔，从而减少了基部阵列中所需的磁体数量，并且因此降低了总成本。另外，对于一些应用，将可以消除对基部磁体的致动和对基部磁体的供电，从而导致成本的显著降低。 [0122] 致动的悬浮磁体可以用于提供悬浮力、适应性稳定性和横向运动，使用与针对基部致动磁体所描述的相同的概念。在优选实施例中，基部磁体致动将用于提供悬浮力和横向运动，并且悬浮磁体致动将提供适应性稳定性。 [0123] 通过悬浮磁体的竖直致动以产生偏移子阵列，或者通过悬浮磁体的横向调整，或者通过其它方法，可以改变作用于基部阵列上的悬浮阵列磁体的几何形状。 [0124] 在另一实施例中，悬浮磁体被致动，而基部磁体未被致动。根据关于产生所需排斥力所需的磁体阵列间隔和偏移磁体距离而提出的原理，悬浮阵列内的致动磁体被致动以产生偏移子阵列，该偏移子阵列近似地反映基部阵列内的非致动永磁体的布置。动态地调整悬浮阵列中的致动磁体的位置提供悬浮力，并且悬浮磁体的适应性重新定位为悬浮物体提供稳定性。 [0125] 悬浮物体的水平运动可以通过各种装置实现，包括在悬浮物体的边缘上驱动磁体，使得在边缘上的致动磁体是这样倾斜或定位的，即当被致动时，被致动磁体的磁化矢量在与期望行进方向相反的方向上包含基本上非零分量，从而与来自基部阵列的一个或多个磁体的磁化矢量的分量产生强排斥力，其在期望方向上推动悬浮物体。为了实现连续运动，被致动的边缘磁体将被重复地缩回，然后被致动，以向悬浮物体施加连续的排斥力。 [0126] 任何推动现在悬浮的物体的装置都作为本发明的一部分。产生包含被致动的永磁体的漂浮物体的水平运动的附加装置包括但不限于：(1)通过致动悬浮阵列中的磁体，在所需方向上推动悬浮物体，与基部阵列中的磁体重复产生排斥力的任何装置，(2)使用集成到或附接到悬浮物体上的机电系统，诸如轮子或机械臂或腿，其与基部阵列的顶面、基部阵列上方的假地板或轨道持续或暂时接触，从而推动悬浮物体，(3)诸如利用船载风扇的迫使空气，压缩空气或加压气体排放，或将力施加到船载帆的大气气流，或(4)通过独立驱动和控制的系统(诸如“拖船”机器人、人或机器)，在所需方向上推动或拉动悬浮物体。 [0127] 上述货物运输实施例被假定为用于将负载从一个地方移动到另一个地方的目的，并且它们都用于该目的——达到目的地。然而，有时旅程是重要的，如在游乐园骑乘中。本文描述的悬浮系统可用于产生具有虚拟现实特征的乘坐，沿路径运输乘客，提供迪士尼世界游乐园游客熟悉的加速和减速、颠簸、自旋和其他触觉和本体感受效果。 [0128] 与从点A行进到点B相反，下一组实施例的目的是支持并使人感觉像他们正在空间中运动，而实际上他们保持在一个地点，类似于跑步机。 [0129] 在图15、图16和图17所示的跑步机实施例中，阵列形式的被致动磁体(3)的下部床搁置在能够支撑人的重量的下部假地板(20)下方。有一个悬浮平台(21)暴露在其中的中心“行走区域”部分，和一个在行走区域外的“返回区域”，能够支撑人的重量的上部假地板(22)覆盖不在行走区域中的任何悬浮平台(23)。在中心行走区域，多个小平台(21)悬浮在下部假地板(20)上方，每个小平台(21)在下侧具有磁体阵列(12)，成矩形网格覆盖整个行走区域，悬浮平台之间的空间非常小。如上所述，每个平台通过从下部磁床凸起的小偏移磁体阵列(4)而悬浮和稳定。用户用第一只脚踩踏在任何一个悬浮平台或其组合上，并开始行走，用第一只脚向后推。作为响应，平台的整个矩形网格向后移动，来自返回区域的附加平台在前侧与网格接合，使得整个行走区域保持被覆盖。用户用第二只脚踩踏到平台的矩形网格中的第二个单个或组合的悬浮平台上。悬浮平台然后在行走者的身体下向后滑动的这个过程被重复，并且在行走者的预定方向的相反方向上移动的悬浮平台流被放置在行走者的前面，呈现直线行走的模拟体验。每个平台适应性地且动态地支撑每个脚撞击的重量，以使倾斜和弹跳最小化。假设用户移动他们的腿以向前运动行走，行走区域中的所有平台以与用户的脚相同的速度向后移动。当脚抬离悬浮平台向前迈步时，此时无负荷的悬浮平台继续向后朝向行走区域的后部，由下面的偏移磁体阵列支撑，并且当它们到达行走区域的后边缘时，通过在上部假地板下面通向行走区域旁边的返回路径的槽被运送到设备的返回区域。当悬浮平台在上部活地板下行进时，悬浮平台被隐藏，并且被携带到设备的前部，在那里悬浮平台从另一个槽露出以在行走区域上方连接格栅，准备再次支撑脚部。多个悬浮平台以这种方式围绕所述回路行进，使得悬浮平台总是准备就绪就位以支撑用户的下一个脚步。 [0130] 当行走者(跑步者)改变他们的行走速度时，行走者下方的悬浮平台中的每一个的速度被适应性地控制以响应于速度的这种改变。该系统允许悬浮平台的速度的瞬时变化，非常接近地模拟自然行走或跑步的开始和停止运动。 [0131] 我们将传统的跑步机系统与我们的悬浮系统进行比较。在传统的跑步机中，旋转电机和滑轮用于绕着连续的环路移动柔性跑步表面。电机、皮带轮等都具有显著的质量和惯性，其直接与跑步表面的运动相关联。为了改变跑步表面的方向，驱动系统的旋转必须改变旋转方向。然而，系统的惯性减慢了系统的响应时间，使得难以经历方向上的快速改变。 相反，悬浮系统将控制系统的运动与推进器的运动解耦。控制系统由垂直于移动表面移动的小的致动磁体组成。小质量允许驱动力的快速变化，并且驱动系统的惯性与推进器表面正交，因此推进器的惯性不会减慢致动器的响应时间。 [0132] 行走区域中的悬浮平台的速度和方向可以利用用户输入控制，如在普通锻炼跑步机中的那样：更高和更低的速度，以及向前或向后。平台也可以从行走平台的一端到另一端连续地倾斜，以模仿上山或下山行走。为了使平台连续地倾斜通过假地板行走区域，行走区域前面的基部阵列致动磁体将延伸得更高(更接近假地板)，并且致动磁体的延伸高度将逐渐降低，模拟期望施加在悬浮平台上的倾斜。 [0133] 为了避免悬浮平台之间的间隙，在运动被限制为仅向前和向后运动的实施例中，非磁性材料可以用于连接悬浮平台内的每个永磁体，并且将悬浮平台与其他悬浮磁性平台互连，提供坚固的屏障，从而防止行走者穿过磁性平台之间的间隙踩踏，并且冲击假地板。 [0134] 在产生斜坡的替代方法中，整个基部阵列及其假地板也可以如图18所示倾斜，也提供了山的模拟效果。在产生斜坡的任一方法中，如果行走者停止，则偏移阵列将向悬浮平台施加水平力，从而保持平台(和行走者)的位置。如前所述，通过改变适当的偏移磁体的高度，该水平力被施加在平台上。 [0135] 每个平台可以具有模仿不同运动表面的覆盖物(永久的或可替换的)，例如木质篮球场、或草地、或合成草皮、或聚氨酯或橡胶跑道。 [0136] 如果允许平台进入和离开行走区域的槽仅定位在前侧和后侧，则跑步机实施例将仅允许向前和向后移动。 [0137] 需要传感器来对下面的偏移磁体阵列进行反馈调整，以稳定悬浮平台，保持它们平衡，并处理每一脚冲击的附加力。 [0138] 一种可能的稳定方案包括反馈回路，该反馈回路感测悬浮平台的角度和竖直位移的变化，并使致动器响应以抵消这些变化。由于需要以小于毫米的精度感测位移，因此存在各种可行的传感器，包括光学、电容、电感、霍尔效应和超声传感器。我们预先计算了提供恢复力所需的致动器位移。一旦悬浮平台的运动被传感器检测到，致动器被激活以提供恢复力。 [0139] 如图15和图16所示，跑步机还可以被构造成在中心具有一个行走区域，并且在行走区域的所有侧面上具有360°覆盖的返回路径。这个跑步机实施例可以被限制为向前和向后，或者它可以是一个全向跑步机，允许平台网格在水平面中的任何方向上移动，并且在所有侧面上包括槽，在那里平台可以适当地离开或进入行走区域，以模拟360°的运动自由度。 [0140] 当运动可以在悬浮平台平面上的任何方向上运动时，为了消除或最小化间隙，悬浮平台可以是多种形状，其最小化相邻平台之间的间隙，诸如正方形、三角形或六边形。 [0141] 可替代地，悬浮磁性平台组件(由悬浮磁性平台和非磁性材料组成，它们将悬浮平台内的每个永久磁体互连和结合)可以构造成大于控制悬浮磁性平台组件的偏移阵列。通过将偏移阵列定位在稍微不同的高度(并且不是全部在同一平面中)，一个悬浮平台组件的顶部将与其它悬浮平台组件的顶部重叠，消除了悬浮平台组件和地板之间的任何潜在间隙。此外，因为悬浮平台组件大于偏移阵列，这允许在偏移阵列之间需要所需的间隔，以最大化每个偏移阵列的提升力，从而实现期望的悬浮提升力。 [0142] 前述跑步机实施例允许预先计划的运动以预设速度向前或向后。为了适应用户的计划外移动，例如为了更平滑的跑步体验或虚拟现实应用，使用更多的感测和人工智能。在这些实施例中，通过使用行走器上的嵌入在平台中的传感器、基部阵列中的传感器或诸如相机的外部传感器，系统通过计算例如用户的步幅长度和速率、位置和撞击时间，以检测行走器在期望速度上的瞬时变化，并且调整下面的平台的速度以模拟行走器的预期步速。 [0143] 当两个排斥磁体之间的间隔减小时，磁力增加1/r3，其中r是磁体‑磁体间隔。这种缩放方式有助于减轻脚撞击可能导致悬浮磁体撞击假地板的问题。当两个磁体彼此接近并且悬浮间隙缩小时，悬浮力急剧增加，这将有助于防止悬浮阵列应用中的碰撞。这些力是用 1/4英寸厚的磁体计算的。在基部阵列、悬浮阵列或两者上使用较厚的磁体将进一步增加在小悬浮间隙处的悬浮力。 [0144] 在动态情况下，诸如跑步机应用中，基于偏移永磁体的致动系统必须通过竖直移动基部阵列中的磁体来响应悬浮负载的变化，以抵消悬浮阵列上的重量变化。我们通过比较单个线圈上的单个悬浮永磁体与永磁体上的单个悬浮永磁体，计算动态功率的差异。对于这种分析，我们没有考虑主动反馈所需的功率，或者线性致动器中的低效率。因此，该分析提供了每个系统中所需功率的下限。 [0145] 对于电磁线圈，功率从P＝i2R获得，其中i是线圈电流，R是线圈电阻。对于永磁体，通过首先计算来自 的能量计算功率，其中F是竖直力，dz是当致动器响应于 竖直负载而移动时的竖直距离的增量，并且Tmax是冲击的总时间(一步300ms)。平均功率则是P＝E/Tmax。 [0146] 注意，被致动磁体仅需要超过冲击曲线一半的功率。对于2lb的动态负载，平衡被致动磁体的冲击曲线的峰值功率是几瓦(平均功率＜1W)，而在电磁情况下所需的峰值功率约为1kW(平均功率约500W)。该分析表明电磁悬浮配置需要致动永磁体配置功率的大约500倍(或更大)。我们可以将这些单个致动器值外推到更大的阵列。这里总结了对于不同动态负载的两个系统的平均功率的比较： [0147] [0148] 电磁线圈系统将需要每平方英尺数十千瓦的功率以悬浮100磅或更多磅，而永磁体系统需要小于100W。永磁体系统可以合理地倾斜上升以提升和运输数百或数千磅的重量。 [0149] 该磁体床可以跟踪和预测用户的脚将落在哪里。这可以利用磁体床中的传感器、平台中的传感器、床和平台之间的视频监视和通信实现，如在运输实施中那样。此外，用户穿的运动跟踪服或鞋，通过使用诸如美国专利申请No.14/550,894中描述的技术，可以传送信息，该信息可以用于计算平台和下面的偏移阵列应该在哪里和何时，以及它们应该如何运动以便总是接触、支撑和平稳地承载用户的脚。 [0150] 床内的被致动的永磁体可以与电磁体组合，电磁体是缠绕在每个磁体(3，4)周围的线圈(13)，如图9所示。电磁体可以提供水平力以移动未加载的悬浮平台，或者微调悬浮磁体上的力以用于主动反馈控制。在这种情况下，下面的永磁体通过从基部位置移动到延伸位置提供主悬浮力，而电磁体可以提供用于运动的水平力和用于平台稳定性的自适应反馈力。例如，床中的每个单独的致动器(1，2)和磁体(3，4)可以由电磁线圈(13)围绕。上述悬浮磁体上的任何磁力是由于偏置磁体和电磁线圈产生的力的总和。来自电磁线圈的力将根据线圈中电流的方向而增加或减去由于偏移磁体而产生的力。 [0151] 电磁体允许精细地调节悬浮磁体在悬浮阵列中的位置，从而可以在不使用机械致动器而改变基部阵列永磁体的位置的情况下实现小的、快速的位置改变。在需要快速动态调整悬浮力的情况下，诸如在高速自适应反馈情况下，偏移子阵列磁体提供主要悬浮力，而变化的电磁力提供必要的微调竖直、水平和扭力调整，并且它们还可以提供水平力以将运动赋予悬浮平台。 [0152] 如图19所示，在单独的平台上支撑用户的脚的替代方案是提供一个平台，该平台结合了悬浮的磁体阵列，供用户站立在上面，就像滑板、Wii平衡板、冲浪板、滑雪板或Segway。用户在板(24)上保持平衡，并且可以转移他们的重量，甚至在板悬浮时在板上迈出小步。下面的偏移磁性阵列移动以稳定板，并且还可以移动板以模拟如在虚拟现实乘坐中的移动，从而允许用户体验转弯、碰撞、旋转力、运动和加速度。在这种实施方式中，多个悬浮平台将不是必需的。 [0153] 在另一个实施例中，不是使用悬浮平台模拟行走或跑步运动，而是悬浮平台可以构成移动行走系统，如图20‑23所示。移动行走系统包括致动偏移磁体的床(未示出)、多个悬浮平台(30、31、32)，每个悬浮平台具有附接在其下的一个或多个永磁体阵列(未示出)、用于悬浮平台的返回路径(示出了标记平台(31)的区域)，该悬浮平台可以位于假地板下方(通过用虚线示出返回路径中的平台而暗示，并且因此被隐藏)，以及用于行走者的入口点(33)和出口点(34)，行走区域(示出了标记平台(30)的区域)位于该入口点(33)和出口点(34)之间。 [0154] 行走区域中的悬浮平台(30)以相同的速度一起向前运动，直到到达行走道的出口点(34)，在该点处，它们被重新引导到返回路径区域(其中示出了标记平台(31)的区域)中，并且循环回到移动行走道的起点(进入点(33))。每个悬浮平台由致动偏移磁体支撑，以提供所需的悬浮和稳定性控制力。 [0155] 与图15、图16和图17中所示的原始跑步机应用类似，移动行走道的另一实施例具有用于每个行走者的一组悬浮平台，其由行走者站立或行走的行走区域中的若干平台(30)和返回区域(其中示出了标记平台(31)和(32)的区域)中的隐藏在假地板下的若干更多平台(32，33)组成。当行走者静止不动时，平台的每个子集与行走者一起沿着行走道向前移动。如果行走者向前行走，同时被移动的悬浮平台向前携带，那么额外的隐藏平台(32)必须循环到行走区域以便行走者踏上，如图21和22所示，同时行走区域中的平台循环到行走区域之外，并最终在行走者前面四处循环。在每个行走者到达出口(34)之后，它们的平台组(31)在返回区域循环回到行走道的开始处，以用于下一个用户，如图23所示。