CN102387973B - 改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一些方案提供由短块线性同步电机(LSM)驱动的运输系统。使用短块可使各运载工具在精密控制下运动，即使这些运载工具彼此靠得很近。这种设计能让运载工具在越过急弯及越过交汇和岔道换向时被推动和导引。可利用无芯LSM来产生无吸力的推力，从而可具有比较高牵引的运载工具悬浮，例如在光滑表面上滑动的运载工具。本发明的另一些方案提供换向部件，它可选择性地相对于轨道运动，以改变横向于运载工具运动方向、作用于该运载工具上的磁力。

Description

改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统
交叉引用和相关应用
本申请是2009年1月23日提交的申请号为12/359,022的美国专利申请  “由短块线性同步电机驱动的运输系统”的部分继续申请并要求其权益，同时也要求于2009年6月5日申请的申请号为61/184,570的美国临时专利申请“由短块线性同步电机驱动的改进运输系统”的权益。这些申请的内容被引用结合到本文。
技术领域
本发明涉及运输系统，尤其是例如具有短块线性同步电机的、基于导轨的运输系统。本发明的应用包括，但不限于，生产线应用、实验室应用、和要求复杂的轨道，急转弯，交汇和岔道换向以及/或者翻转的操作等的其它应用。
背景技术
有许多可以使物体在轨道上运动的运输系统类型。其实例包括：由旋转或线性电机推动的轮悬挂式运载工具，由线性电机或线缆推动的磁悬浮或空气垫悬浮式运载工具，由空气压力推动以在管内运动的运载工具，由轴承支承或引导的运载工具，以及在传送带上运动的运载工具。现有运输系统具有很多实际应用，但也有许多可进行重大改进的地方，例如，在比较小而靠得很近的物体在复杂导轨上的精确运动方面。
小尺寸和中等尺寸物体往往在传送带上运输，因为这样就不需要轮子和其它机构来悬挂，引导和推动这些物体。带运输系统相对便宜，但它们缺乏经常需要的精密控制，而且因为有许多运动部件需要大量的维修。低成本运输的途径包括在管内运动的由空气推动的运载工具，和利用重力使物体沿斜面向下运动，但这些方法的控制精度更差。
利用线性同步电机(LSM)推进的众多优点是广为人知而且在其它的专利(包括，但不限于，美国专利7,458,454，7,448,327，6,983,701，6,917,136，6,781,524，6,578,495，6,499,701，6,101,952，和6,011,508，它们受让给本申请的受让人且被引用到这里作参考)中有所说明，但在很多情况下，尤其是当移动靠得很近的小间隔物体时，LSM可能更昂贵，而且生产率比一些竞争的推进系统要低。
发明内容
基于以上原因，本发明的目的是提供改进的运输系统、装置和方法。
本发明的相关目标是，提供能发挥LSM技术优势的这类系统、装置和方法。
本发明的另一个相关目标是，提供用来运输小型物体和/或中等尺寸物体的这类系统、装置和方法。
本发明的另一个相关目标是，提供用来运输靠得很近的物体的这类系统、装置和方法。
本发明还有一个目标是，提供用于生产线、实验室、和其它要求复杂的轨道、急转弯、交汇和岔道换向以及/或者翻转的操作等方面的这类系统、装置和方法。以上是本发明要达到的一些目标，本发明以几种方案提供以线性同步电机(LSM)为基础的运输系统，此系统包括多个无芯推进线圈，这些线圈沿一个区域排列，在此区域内布置在轨道上的一个或多个运载工具要被推进；以及电子功率和控制电路，该电子功率和控制电路独立地激励这些推进线圈以沿轨道推进这些运载工具。按照发明的这些方案，每个运载工具包含磁通源，例如一个或多个哈尔巴赫(Halbach)阵列或别的磁体阵列。
按照上述方案的各种系统具有其优点，尤其是在于在轨道上的运载工具可以按被控制的方式彼此独立运动(或者被推动)--例如没有相撞或失控的危险-尽管它们与轨道上的其它运载工具很接近。
本发明的相关方案提供如上所述的一些运输系统，其中运载工具是沿轨道作滑行运动。在这些方案中，运载工具与轨道具有很低的摩擦系数，比方说，摩擦系数小于0.2。
按照本发明的相关形式，此轨道可包含引导结构-例如导轨-它有利于保持运载工具在轨道上(或换句话说，防止运载工具脱离轨道。)
在本发明各相关方案中，上述类型运输系统的轨道是由多个连接(比方说，互锁的)模块组合而成。推进线圈可以安装在这些模块上，尤其是，按照本发明的某些方案，安装在组成该模块的印刷电路板上。线圈被安置在模块内，以便很接近从其上通过的运载工具的磁体阵列(或其它磁通源)。
在还有一些相关方案中，本发明提供如上所述的运输系统，其中这些模块包含一些功率控制器，它们构成电子功率和控制电路部分，并选择性地与例如相应模块的一个或多个推进线圈电连接。也可以提供微处理器和/或开关，以在功率控制电路和推进线圈之间建立电连接。
本发明另一种方案提供上述运输系统，其中轨道包含交汇和/或岔道区域，每一个区域可包含机械和/或磁作动换向部件，用来改变通过的运载工具的路径。这些组成轨道的交汇和岔道区域、以及直线区域可包括一个或多个上述连接模块。
本发明还有一些相关方案提供上述运输系统，其中至少一个岔道区域包含多个无芯推进线圈，它们沿这样的区域间隔开，即在该区域中所通过的运载工具的路径是变化--就是说，沿拐角，曲线和/或分岔间隔开--以将运载工具推过该岔道区域。按照本发明一些相关的方案，交汇区域可类似地装备多个这类线圈。
本发明另一种方案提供例如上述的运输系统，它包括位于邻近轨道的岔道(或换向)区域的换向部件，而且该换向部件可选择性地相对于轨道运动，以改变作用在运载工具上的、横向于沿轨道运动的运载工具运动方向的磁力。
按照本发明一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向部件具有(i)第一配置，它与运载工具从岔道或换向区域的入口路径至该区域的第一出口路径的运动有关，以及(ii)第二配置，它与运载工具从入口路径至该区域第二出口路径的运动有关。
按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向部件包含铁磁材料，它例如可在致动器的控制下，通过枢转、平移、和弯曲中的至少一种手段而运动。
按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向区域可包含另一个可移动的换向部件，它邻近于换向或岔道区域布置，例如和上述换向部件相对，而且可选择性地与之协同运动，以改变作用在运载工具上的、横向于沿轨道运动的运载工具运动方向的磁力。
按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向区域可包含另一个换向部件，它是固定而不可动的。此固定部件对通过的运载工具施以磁吸力，它足以使该运载工具偏向出口中的一个，例如，当该换向部件所处的位置不能使运载工具通向另一个出口时。
本发明另一些方案提供轨道、轨道模块、和在上面使用的运载工具，其结构和/或操作如上所述。本发明还有一些方案提供运输系统、轨道、轨道模块、和在上面使用的相应运载工具的操作方法。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1是本发明的系统，包括直轨道和多个运载工具，它们在轨道上相隔很近地由LSM推动，而同时又在低摩擦系数轨道表面滑行且由轨道侧面的导轨引导。
图2表示按本发明一个实施例的用来支持在图1轨道上运动的物体的运载工具细节。
图3表示在按本发明一个实施例的系统中运载工具的引导结构和磁体阵列。
图4与图3相似，但磁体是Halbach阵列。
图5与图3相似，但使用单个磁体来推进。
图6表示按本发明一个实施例的轨道，包括印刷电路板，在该印刷电路板上面安装了推进线圈，后者与轨道表面贴近而且与线路板上的功率控制电路相连接。
图7表示按本发明一个实施例的系统中，当运载工具通过时线圈内电流的典型波形。
图8表示按照本发明一个实施例的系统中运载工具通过90度水平急弯。
图9表示按照本发明一个实施例的系统中运载工具通过180度垂向急弯。
图10表示按照本发明一个实施例的系统中的右岔道，其中运载工具的方向由小鳍状板的位置00决定。
图11表示可用于按照本发明一个实施例的系统中的转盘，它可代替曲线实现岔道和交汇操作。
图12表示一些推进线圈，它们对在按照本发明的系统的右岔道模块上运动的运载工具提供持续的力。
图13表示按照本发明一个实施例的系统中的垂向过渡段。
图14表示按照本发明的系统的一个例子。
图15-16表示按照本发明一个实施例的系统中的轨道和运载工具。
图17表示按照本发明一个实施例的系统中轨道直线段的透视图。
图18表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的透视图。
图19A-19D表示按照本发明一个实施例的系统中轨道各段的另一些结构。
图20A-20B表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的顶视图。
图21表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的剖开透视图。
具体实施方式
引言
这里描述的是以LSM为基础的运输系统，它可让运载工具在轨道上运动，此轨道可能很复杂而且可能包含水平和垂向急转弯，交汇和岔道换向，以及翻转的操作。应用实例包括：使正在装配线上灌装和加盖中的瓶子运动，使用于分析的实验室玻瓶运动，使电子设备沿着生产线运动以让机器人可插入元件，分拣来自多个来源且必须分送到适当的位置的物体。在某些情况下可以使用轮子，轴承或其它滚动元件来帮助悬浮和引导，但本发明也可用于没有轮子(或其它滚动元件)且在轨道行驶表面上滑行的运载工具。当将要移动的物体不是太大时，没有轮子的运载工具可能很小且便宜。对于较重型的运载工具，同样的短块结构适合于轮子-或者轴承-为基础的悬挂和引导。
这样建成的运输系统将提供经济上有竞争力的、利用LSM推进来推动和控制在轨道上靠得很近的小型和中型运载工具。
本文所述的系统的其他方案有用作运输系统路轨(或“轨道”)构件的LSM电机模块。选择标准路轨构件模块按即插即用方式装配在一起，几乎可以形成变化无穷的设计方案。众电机模块(或简单些，“电机群”)不仅可以包含推进和智能路径选定元件，而且还含有可用来快速装配以及路轨配置的引导和结构支持件。此系统非常适合于要求清洁地工作和/或能冲洗的环境(非限制性例子)。它还可支持“轨迹跟踪”要求，因为每一个运载工具可以在整个系统中被独特地识别和不断地跟踪。
具有滑行运动能达到的摩擦系数的悬浮系统很适合用于吸引力可以忽略的LSM。在所举的实施例中，这是通过使用无芯电机来实现的，其中推进线圈例如被安装在贴近运载工具的磁体处。
下面各段落将说明本发明各实施例的部件和工作。应该指出，本设计可以有很多变化方案，而且这些变化方案是在本发明预料之内的，不过本说明书展示的是，如何利用可以合理成本制造的简单系统实现上述和其它的目标。
轨道
图1表示轨道的直线段，上面各运载工具13靠得很近地移动。轨道的结构可由其侧面上的导轨12提供一个或多个维度上的引导。对于不带轮子的运载工具，它们在轨道行驶表面上滑行，同时采用专门的材料(下面讨论)来最小化摩擦。轨道外壳11包含全部电子器件，包括位置传感装置，推进线圈，功率电子元件，以及微处理器。
这些图中所示的结构所依据的运载工具大约是50mm宽和50至60mm长。对于较大的物体，轨道和运载工具的尺寸可以按比例放大，尽管轨道模型是根据多个不同的比例因子建造。
运载工具
图2和3表示可用作所建议的运输系统一部分的运载工具21。它比较小，大约50mm见方和20mm高，同时具有带行驶(或“滑行”)表面的元件32(此处它们位于运载工具21的下表面上)，这些元件在轨道的行驶(或“滑行”)表面上滑行。运载工具顶部的孔22用来安装用于要被移动物体的支持机构。
该运载工具具有与弯曲轨道侧面匹配的曲形侧面23，以便能作短半径的水平转弯。运载工具由轨道引导，而且当运输物体时可在正常的直立位置运动，同时当不携带物体时在翻转的位置运动。它还可以越过垂向转弯。在运载工具各个角上的销24，31与岔道和模块内的机构相互配合，以控制运动的方向。
图3是运载工具下表面的视图，同时显示了永磁体33，34，它们被安装在运载工具底部附近，并提供用于LSM推进的装置。
图4表示图3的变型，其中磁体结构用的是Halbach阵列44，以在给定重量下产生更大的力。图5为单个磁体的结构51，它适合于要求较小的力的应用。
较大的物体可以在此同样的轨道上运动，这通过使用象常规LSM设计的双负重轮结构设计那样就行(例如，可参见2008年12月2日授权的题为“使用基于单通道的致动器的三维运动”的美国专利7,458,454，和2007年3月1日公开的题为“轨道作动式运载工具磁换向”的美国专利申请书2007/0044676，两者都被引用到这里作参考)，或者通过增加轨道和运载工具的尺寸来实现。
低摩擦滑动表面
为了降低所需推进力和摩擦发热，所示实施例的运载工具和轨道被设计成使摩擦系数cf尽可能小，摩擦系数为使运载工具运动所需的推进力与在轨道上的运载工具的重力之比。有时利用轮子作为减少这个力的方法，不过本发明可以使用无轮的运载工具。图6显示具有低摩擦行驶(或“滑行”)表面63的轨道，它贴近推进线圈64地支持运载工具。
用于无轮系统的低摩擦例子包括在特氟龙上滑行的特氟龙和在不锈钢上滑行的特氟龙。如果表面用薄膜润滑，则可以得到较低的摩擦，但在许多应用中这是不允许的，因此设计上都假定不带润滑。我们还希望表面具有好的耐磨性，所以例如可以在轨道上使用不锈钢而在运载工具上使用特氟龙，以期在钢上的磨损可以忽略，而运载工具最终可能需要更换其滑行表面，这比更换轨道要便宜。图3中的滑块32显示怎样安装低摩擦元件的例子。如果预期它们将会在运载工具到达其寿命终点之前就被磨损掉的话，它们可以被设计成可更改换的。
对于某些结构cf可低至0.1，但较现实的值是0.15至0.2之间。因为这是一个比较高的值，最好不要让推进力在运载工具上产生很大的向下力。使用铁磁材料的典型LSM将施加4至6倍于推进力的吸力，而且运载工具在这么大吸力下可能无法运动，或者如果其确实在运动的话，将有很大的热量和功率消耗-在这种情况下，可结合有轮子，轴承或其它滚动元件以使运载工具悬挂。
磁体阵列
有很多可以使用的磁体阵列，其中之一示于图3。在这种结构中有一块中间磁体33(在其下表面有南极)，同时其两端有两个半磁体34(在其下表面有北极)。磁体一般使用NdFeB以获得高磁场，但也可以使用其它的材料，例如陶瓷(当要求成本或外部场必须很低时)或者钐钴磁铁(当工作温度很高时)。
一个设计考虑是相邻运载工具磁体之间的相互作用。铁磁件35可基本上防止相邻运载工具磁场的相互干扰。
图4显示出Halbach阵列，它可用于需要较大的力的场合，而且所增加的成本可以接受。使用这种结构时磁场从一块磁体到下一块磁体是旋转的，结果可产生比图3中磁体结构更高的推进力。铁磁屏蔽43使得各相邻运载工具磁场之间的相互作用最小化。
图5表示单个磁体，在它的端部用铁磁材料提供回路以便将全部磁通用上。这样产生的力可能不那么大，但比多磁体结构更便宜。
线性电机推进
图6显示安装在贴近轨道行驶表面63的线圈64。在这些线圈内的电流通过功率电子元件和微处理器独立地控制，所以每个运载工具即使它与相邻运载工具相互接触也可以被单独控制。
所举实施例的特征是没有铁磁材料，这在LSM内是普遍使用的以期获得更高的效率。虽然没有铁磁材料我们达不到那么高的力，但可以将吸力限到推进力的很小一部分，因此即使摩擦系数在0.2量级或更高时，仍可有很强的加速和制动力使运载工具运动。
在使用以轮子为基础的运载工具中摩擦力可以足够小，以致可在定子内使用某些铁磁材料而获得更高的推进力。
控制微处理器的软件可能与用于具有几个线圈长的块体的LSM设计结构的控制软件相似。但是，这儿位置传感元件相处得足够近，即使运载工具间相互接触，位置传感元件仍可以识别单个运载工具。这样的传感系统有利于在轨道上相互独立地控制运载工具的运动。此前的局部转向的LSM示例已经显示，这个软件不要求什么特别的特性。
安装在印刷电路板上的线圈和控制电路
所示实施例可以独立地控制每个线圈而没有与传统设计相关的花费。参照图6，在所示的实施例中线圈62被直接安装在印刷电路板(PCB)64上。此板支撑线圈并提供线圈和控制电流的功率电子模块之间的连接。一般每个线圈与用来控制每个线圈中电流的大小和方向的MOSFET或IGBT器件的“H桥”的输出相连接。这些元件都被安装在同一块PCB上。该PCB还包含一些霍尔效应器件，利用它们来感应运载工具产生的磁场并让微处理器产生所需的力。图7显示随着运载工具被线圈移动，用于推动运载工具的推进线圈中电流的典型波形图。通过适当地选择波形，几个推进线圈可以协同工作以在运载工具上产生不变的力，而线圈中的功率消耗最小。用于制动时该电流的方向相反。
通过把线圈直接安装在印刷电路板上并使用集成功率控制器，可以降低线圈和电子器件的成本。一个微处理器可以控制多个H桥，若线圈的间距为16mm左右，每米电机可以有一打以上的微处理器，同时这些电机控制器的工作必须用较高水平的“节点”控制器来协调。利用现代半导体技术，对于低至中功率水平，这些元件可以全部被安装在处于电机外壳内的仅仅一或两块PCB上。
轨道模块
轨道是用模块建成的，一如模型火车是用很多模块搭成的。图6，8-11和13分别表示直段，90度水平转弯，180度垂向曲线，右岔道换向，转盘，和垂直过渡段的例子。这些元件可以按各种不同的方式相互连接，以满足多种不同应用的需求。
图9中的180度的垂向曲线段主要是用作把空的运载工具送回到起始点的一种机构，同时越过这条曲线段的运载工具可以不用LSM而用别的手段控制和推进。例如，向下的运载工具可以由重力推进，而向上的运载工具可以通过与机械机构的相互作用推进，同时在两种情况下在曲线过渡过程中控制可以不精确。最好是一旦运载工具越过这条曲线段就恢复精确的控制。在某些情况下，垂向曲线段具有大得多的曲率半径，例如用作水平轨道和倾斜轨道之间过渡的曲线。(例如，参见图13)。在这种情况下，LSM推进可用于垂向曲线段并因此在通过此曲线段时保持精确的控制。
图10表示右岔道部件，它使用小的机械或磁鳍状板101，将运动的运载工具引导向直行或者向右岔道。此鳍状板由线性或旋转致动器控制，后者与运载工具上的销102相互作用将运载工具导向正确的方向。同样的装置可用来将两股运载工具流交汇起来。该鳍状板小而轻，因而可以在远不到一秒钟内从一个位置运动至另一个位置，所以生产率很高，同时相邻的运载工具能独立地换向。可以把左岔道部件做成右岔道部件的镜像。
图11表示可代替鳍状板的转盘111。在转盘上的导轨112和推进线圈(未示出)引导和推进该运载工具。图11中的转盘可以90度为增量旋转，但别的设计可以支持其它各种不同角度的运动。转盘由于质量的增加可能比鳍状板要慢一些，但是对某些应用而言比较便宜而且更多功能，因为它可以用来代替曲线并使运载工具反向和在多个轨道间转换。
图13示出垂向过渡段130。在所举实施例中，这包括凹形过渡部分132，直线段134和凸形过渡部分136，它们如图所示相互连接。图中所示的过渡段与垂直轴线成10度角，然而在别的实施例中此角度可以更大或更小。虽然这里所示的垂直过渡角度是通过过渡部分132，136建立的，但在别的实施例中该过渡可以由其它部分界定(例如，被结合到岔道段，直线段，等等中。)
换向功能也可以由作用于运载工具上的磁力提供。例如，可以控制在轨道上或附近的线圈以产生横向力而执行换向功能。这种换向方法在美国专利申请书US 2007/0044676“由轨道执行的运载工具磁换向”中有所说明，其内容被引用到这里作参考。
图12表示轨道岔道模块的剖视图，显示用来在两条路径的任意一条上推动运载工具的推进线圈。这种通过岔道或交汇的连续推进对于在所有时间提供精确的位置控制来说是关键的。
对于封装有线性电机和轨道模块的其它模块元件技术的进一步了解，可参考题为“模块化的线性电机轨道及其制造方法”的美国专利6,578,495，它已被转让给本申请的受让人并被引用到这里作参考。
应用实例
有许多可能的应用，但图14的简单安排显示轨道模块可怎样相互连接。运载工具环绕主环路运动，但需要时可通过支路运动。典型的应用所用的轨道模块要比这个简单例子多得多。
附加实施例
如图1-14所示，在某些实施例中轨道的行驶或滑行表面包含紧邻推进线圈的轨道上表面，例如上述图6所示的表面63和线圈64。在其它实施例中，该行驶或滑行表面可以是轨道的另一个朝上(或接触运载工具)的表面--例如，轨道的导轨，突出部，凹陷部，凸缘的表面。此表面可能紧邻线圈64或相对于其偏移。
这正如图15所示，从线圈偏移一个距离(Δ)的表面63A，提供支撑运载工具13的低摩擦行驶(或“滑行”)表面。图中已显示了这两个表面63A，但其它实施例可能包含与其它别的表面(例如图6中的表面63)相结合(或不结合)的更多或更少数目的此类表面。这在例如图16中已经显示。在图15和16的实施例中，轨道的行驶表面63A形成导轨12的一部分，虽然在其它实施例中这些可能包含分开的轨道结构(或者其它结构)。
同样，也如图1-14所示，在某些实施例中运载工具13的行驶或滑行表面可能由运载工具的滑动件32或其它元件提供，例如图3所示和上述的那些。在另一些实施例中，这类行驶或“滑行”表面可以是运载工具的面朝下(或接触轨道)的表面--例如，运载工具的导轨，突出部，凹陷部，凸缘的表面。这也在例如图15中显示出来了，其中表面32A提供低摩擦行驶(或“滑行”)表面，它们在轨道的行驶(或“滑行”)表面(此处为表面63A)上滑动。
在如图15所示的那些实施例，以及本发明其它一些实施例中，滑行表面32A，63A等是按一定尺寸制造的，或者如上所述是设计成使摩擦系数cf最小，同时为运载工具13提供在预期工作条件下的适当支撑。
对图15-16所示的实施例的进一步了解可以参考图17，该图是这些实施例的轨道的直线段的透视图。图18是这些实施例的轨道的右岔道段的透视图；图19A-19D是这些实施例的轨道的直线段，左岔道段，垂向转弯，和曲线段的透视图。
至于图18及提供交汇或岔道功能的其它各段，导轨12的行驶表面可以如图所示加宽和/或变窄，以便提供更好的引导或导引作用。
从上述讨论和各图所示很清楚，换向功能可以通过转盘以及使用机械鳍状板或磁换向部件来实现，后者处于轨道的交汇或岔道区域或其附近。利用后者的轨道结构在图20A和20B及21中画得更详细，而且下面将会讨论。虽然在这些图中只显示了岔道段，但我们知道，这里显示的鳍状板和换向装置也可用于其它的轨道模块和/或结构。
参看图20A和20B，图中显示按照本发明一个实施例的轨道的岔道或换向区域。包含上述类型的一个或多个模块(尽管结如这里所讨论地构造和操作)的所示的岔道区域200包括入口路径250和两个或更多个出口路径(这里所示是出口260L和260R)。换向部件(例如鳍状板201)处于沿轨道区域200的横向(或外面)部分270，且实际上可如图所示地处于轨道的横向(侧面)导轨部分270内。在其他的实施例中，此换向部件201可能处于轨道的中央部分275，例如在它上面运动的运载工具行驶中心线280上或附近等。无论如何，此鳍状板201(或其它换向部件)最好是处在沿轨道上各出口相互分岔(例如该岔道的分岔点或岔口)的位置处或附近。
换向元件201包含适于在该元件201和通过的运载工具(也即在元件201附近-例如在岔道的分岔点附近--的轨道上运动的运载工具)之间产生磁吸力的铁磁材料，从而例如在沿着轨道运载工具的运动方向的横向上选择性地改变通过的运载工具的路线。在所示实施例中，这样的吸力具体是在元件201和位于此运载工具上的永磁体之间产生的，虽然在别的实施例中，吸力可能是对运载工具上其它磁性元件产生的。所示换向部件(这儿是鳍状板)被做成大家认可的平直线元件，虽然在其它实施例中可能做成别的形状。
参见图20A和20B，致动器300被连接(例如，通过杆301或其它机构)到换向部件201，以便
*将换向部件置于第一位置内(而且，更一般而言，是置于第一配置内)，于是此换向部件施加更大的横向磁吸力在所通过的运载工具上，从而使它通过出口之一从岔道区域200出来，
*将换向部件置于第二位置内(而且，更一般而言，是置于第二配置内)，于是此换向部件施加更小的横向磁吸力在所通过的运载工具上，从而使它通过出口中的另一个从岔道区域200出来，
*使换向部件201在第一位置和第二位置(或配置)之间运动。
该致动器可包含伺服机构，螺线管，杠杆，弹簧，马达，或业内熟知的适于安置或移动换向部件的其它类型机构(或其组合)。该致动器可在微处理器或其它业内熟知的常规类型控制装置(未示出)的控制下运行，以让通过的运载工具通过岔道区域。
参见图20A，图中致动器300将鳍状板201置于第一配置内-此时是在固定端201A(例如，在销或其它枢转元件)上枢转，使得自由端201B旋转进入第一旋转位置-以使运载工具通向(这儿用箭头220表示)出口260R。参见图20B，致动器300将鳍状板201置于第二配置内-此时是在固定端201(例如，在销子或其它枢转元件)上枢转，使得自由端201B旋转进入第二旋转位置-以使运载工具通向(这儿用箭头221表示)出口260L。
如这些图中所示，所示实施例的第一和第二配置代表鳍状板201的不同旋转位置，它们使自由端201B更靠近(在图20A的情况下)和更远离(在图20B的情况下)所通过的运载工具，从而对该运载工具施以不同的吸力。在其它实施例中，可以使用别的结构来作为替代或附加。例如，可以把鳍状板201的自由端和固定端反过来(例如，从图所示情况反过来)。再举一个例子，可以将致动器与鳍状板(或其它换向部件)连接起来，使得整个元件201(而不只是自由端)布置成在离第一配置下离运载工具更近而在第二配置下离运载工具更远。还有一个例子，鳍状板或其它元件可以是柔性的，同时致动器布置成可以使它弯曲，使它的各部分在第一配置下更靠近运载工具，同时在第二配置下更弯离运载工具。在本文的教导下，本领域技术人员将会明白这些或其他的替代方案。
虽然在各图中仅显示并讨论了单个可动的换向部件201，但应指出，也可以提供另外的此类元件，例如这可以是像元件201那样的可动换向部件，但它是沿着与元件201相对的轨道区域200横向部分(沿轨道在岔道的分岔点或岔口的地方或其附近)，同时与图示元件201协同运动，以方便规划所通过的运载工具通向第一和第二出口。
按照另一种方式，该另一个元件可以是非活动(或者固定)元件-例如永久磁体或其它铁磁材料-它作用于所通过运载工具上的磁吸力足以把它偏向出口之一，从而当换向部件201未被致动器300有效规划通向另一个出口的路径时，保证运载工具通向那个出口。此固定元件可沿与如图所示换向部件201相对的固定区域200横向部分或者其它位置放置(例如，轨道的中央部分)。如同活动元件201一样，此非活动元件置于沿轨道岔道的分岔点或岔口处或其附近的位置，而且可以做成平板形或直线形，或者别的形状。
我们可参考图21以进一步了解以上所讨论的换向实施例，该图是与图18所示类似的轨道右岔道段200切下来的透视图。导轨部分12和表面63A未被显示在图21中，以便能看见上面讨论过的类型的鳍状板201和固定板式非活动元件202。如图所示，该鳍状板201被置于导轨12相对部分之间的间隙210内。
我们可通过以下的说明进一步了解上面所讨论的实施例：
*图示岔道区域200的工作取决于运载工具上的永久磁体和轨道侧面上的铁磁板之间的吸力。运载工具上的磁体主要是用来在运载工具下面产生用于推进的磁场，但是在运载工具侧面上有足够强的磁场以产生足够的力来控制运载工具的方向。如果需要的话，可以加上附加的磁体，这完全是为了方便换向。
*如上面讨论过的，图21显示在岔道200直侧上的小固定板202及在分岔侧上的活动板201。如果希望运载工具直行，可把活动板201置于离轨道边缘几毫米处，使得没有很大的力将运载工具拉入岔道。在此情况下，直侧上的板202保证运载工具直行。如果希望让运载工具入岔道，那么可将活动板201置于贴近轨道边缘，同时由于此活动板201大于固定板202，有一个净力把运载工具拉入岔道路径。随着运载工具开始入岔道，力差增加而且变得足够大，以抵消转弯的运载工具的离心力。
*有几种方法可以控制活动板201。例如，可以把它连到枢轴上并用旋转电机驱动，或者利用磁力使它横向运动。
*在某些实施例中，换向功能是由施加在轨道上行进的运载工具上的磁力提供的。此磁力可用来控制运载工具在轨道岔道区域或交汇区域处的方向。例如，可以把一个或多个换向部件(如鳍状板)置于轨道上。此一个或多个换向部件可做成这样，使当该一个或多个换向部件中至少一个被作动(如运动)时，该一个或多个换向部件中的至少一个与运载工具上的磁通源的磁通量改变。例如，该换向部件可通过枢转，平移，弯曲或其任意组合而运动。
*在运载工具上的磁通源可包括永磁体或电磁体。这个用来换向的磁通源也可用于提供LSM推进的手段。但是，此运载工具也可包含附加的且独立的永磁体或电磁体，它们被做成能提供与用于推进的任何磁通源分开的磁通源。
上面讨论的是利用在轨道交汇或岔道区域处或其附近起作用的磁换向部件的岔道区域。我们将会了解，所举的实施例仅仅是提供这样一些区域的运输系统和模块的一个例子。因此，举例来说，虽然这里所指的可动和固定换向部件是在其附近轨道上与运载工具形成磁吸力，但在别的实施例中，这些换向部件中的一个或多个可以是依靠磁斥力而不是吸力。同时，尽管所举岔道区域具有直的分岔出口，但其它实施例的岔道区域可以是不同的结构。例如，此岔道区域可以是Y形的。此外，它可以具有(替代或附加)附加的出口。
上面叙述的是满足前面的目标的系统，装置和方法等。我们将会了解，这里所举的实施例和讨论仅仅是本发明的一些例子，而且在别的实施例中，包括对这些例子的各种变动，都属于本发明的范畴。因此，作为不受限制的例子，例如，除了无轮结构，带轮的，及上面讨论过的其它滚轮型结构之外，本发明可以利用由空气垫和流体垫提供悬浮的实施例来实施。

Claims (53)

1.一种运输系统，包括：
A.轨道，包含沿一个区域放置的多个推进线圈，运载工具要在此区域内被推动；
B.多个处在轨道上的运载工具，每个运载工具包含磁通源；
C.电子功率和控制电路，它独立地激励众推进线圈，以沿轨道彼此独立地推动所述多个运载工具；和
D.一个或多个传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；
E.其中所述被推动的运载工具中的一个或多个沿所述轨道滑动。
2.如权利要求1的运输系统，包括在轨道和一个或多个所述运载工具中任何一个中的引导机构，用以防止该一个或多个运载工具脱出该轨道。
3.如权利要求2的运输系统，其中所述引导机构包括安置在轨道上的一个或多个导轨。
4.如权利要求1的运输系统，其中至少一个所述运载工具的磁通源包含一个或多个磁体。
5.如权利要求4的运输系统，其中所述多个线圈被安置在轨道内，以贴近所通过的运载工具的所述一个或几个磁体。
6.如权利要求4的运输系统，其中所述一个或多个磁体包括哈尔巴赫磁体阵列。
7.如权利要求1的运输系统，其中所述推进线圈被置于一个或多个印刷电路板上。
8.如权利要求1的运输系统，其中所述轨道包含耦接的模块。
9.如权利要求8的运输系统，其中所述模块中的一个或多个包含上面安装了推进线圈的一个或多个印刷电路板。
10.如权利要求9的运输系统，其中所述模块中的一个或多个包括一个或多个功率控制器，形成电子功率和控制电路的一部分，而且被选择性地电连接到一个或多个推进线圈。
11.如权利要求10的运输系统，其中所述一个或多个功率控制器被选择性地电连接到相关模块的推进线圈，以对它进行独立控制。
12.如权利要求11的运输系统，其中所述模块中的一个或多个包含一个或多个微处理器和一个或多个开关，所述一个或多个开关提供所述功率控制电路和所述推进线圈之间的电连接。
13.如权利要求1的运输系统，其中，所述一个或多个传感器靠得足够近，从而能识别各独立的运载工具。
14.如权利要求13的运输系统，其中，所述一个或多个传感器靠得足够近，从而即使运载工具间靠得很近仍能识别各独立的运载工具。
15.如权利要求1的运输系统，一个或多个所述推进线圈是无芯的。
16.一种运输系统，包括：
A.轨道，包含多个推进线圈；
B.多个处在轨道上的运载工具，所述多个运载工具中的一个或多个中的每一个包含磁通源；
C.激励推进线圈的控制电路，以沿着该轨道彼此独立地推动所述多个运载工具；
D.传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；以及
E.其中所述推进线圈的一个或多个被安装在印刷电路板上，且所述被推动的运载工具中的一个或多个沿所述轨道滑动。
17.如权利要求16的运输系统，其中轨道包含多个耦接的模块。
18.如权利要求17的运输系统，其中所述模块中的一个或多个包含上面安装了推进线圈的一个或多个印刷电路板。
19.如权利要求18的运输系统，其中所述模块中的一个或多个包括一个或多个功率控制器，所述一个或多个功率控制器选择性地被电连接到此模块上的推进线圈。
20.如权利要求19的运输系统，其中所述功率控制器选择性地被电连接到相关模块的所述一个或多个推进线圈，以对该一个或多个推进线圈进行独立控制。
21.如权利要求20的运输系统，其中一个或多个功率控制器中的每一个包含微处理器。
22.如权利要求16的运输系统，其中，所述传感器靠得足够近，从而能识别各独立的运载工具。
23.如权利要求22的运输系统，其中，所述传感器靠得足够近，从而即使运载工具间靠得很近仍能识别各独立的运载工具。
24.一种运输系统，包括：
A.轨道，它引导多个运载工具，同时包含交汇区域和岔道区域中的至少一个；
B.布置在该轨道上的多个运载工具，每个运载工具包含磁通源；
C.电子功率和控制电路，它激励多个推进线圈，以便沿轨道相互独立地推动该多个运载工具；以及
D.一个或多个传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置
E.其中所述被推动的运载工具中的一个或多个沿所述轨道滑动。
25.如权利要求24的运输系统，其中轨道除了包括交汇区域和岔道区域的至少一个以外，还包括直线区域。
26.如权利要求25的运输系统，其中交汇区域和岔道区域的任何一个包含机械作动换向器，用来改变从它上面通过的运载工具的路径。
27.如权利要求25的运输系统，其中交汇区域和岔道区域的任何一个包含磁作动换向器，用来改变从它上面通过的运载工具的路径。
28.如权利要求24的运输系统，其中，所述一个或多个传感器靠得足够近，从而能识别各独立的运载工具。
29.如权利要求28的运输系统，其中，所述一个或多个传感器靠得足够近，从而即使运载工具间靠得很近仍能识别各独立的运载工具。
30.如权利要求24的运输系统，其中沿所述轨道滑动的一个或多个运载工具与轨道之间具有低摩擦系数。
31.如权利要求30的运输系统，其中该摩擦系数低于0.2。
32.如权利要求24的运输系统，其中该交汇区域和岔道区域的至少一个包括多个无芯推进线圈，它们沿着一个区域安置，在此区域内通过的运载工具的路径被改变。
33.如权利要求24的运输系统，其中该交汇区域和岔道区域的至少一个包括多个无芯推进线圈，它们分别沿着角落，曲线和/或界定交汇或岔道区域的分岔安置，以推动运载工具从中通过。
34.一种运输系统，包括：
轨道，包括用来引导运载工具的一个或多个导轨；
多个运载工具，每个运载工具带有与用作引导的轨道导轨相互作用的机构并包含可用于推进的一个或多个磁体阵列；
多个线圈，它们被安装成紧靠通过的运载工具的磁体，并可被独立地激励以对该运载工具的磁体作用力，从而彼此独立地推动所述运载工具；
将线圈连到电子功率控制电路的功能装置，包括开关器件和一个或多个微处理器；
一个或多个位置传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；
微处理器，其依照命令控制线圈电流，并与运载工具的运动同步；
能量源，它为运载工具的推进提供功率；以及
其中所述被推动的运载工具中的一个或多个沿所述轨道滑动，且推进线圈被安装在一个或多个印刷电路板上。
35.一种运输系统，包括：
轨道，包括用来至少在两个维度引导运载工具的一个或多个导轨；
多个运载工具，具有与用作引导的轨道导轨相互作用的机构，并且每个运载工具包含可用于推进的一个或多个磁体阵列；
在每个所述运载工具下侧的表面，它允许各自的运载工具以低的摩擦系数在轨道上面的表面上被滑动式地推进；
多个线圈，它们被安装成紧靠通过运载工具的磁体，并可被独立地激励以对该运载工具的磁体作用力，从而彼此独立地推动所述运载工具；
将线圈连到电子功率控制电路的功能装置，包括开关器件和一个或多个微处理器；
位置传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；
一个或多个微处理器，其依照命令控制线圈电流，并与运载工具的运动同步；以及
能量源，它为运载工具的推进提供功率。
36.一种运输系统，包括：
轨道，包括用来至少在两个维度上引导运载工具的一个或多个导轨；
多个运载工具，至少一个所述运载工具呈大约50mm正方形，所述多个运载工具具有与用作引导的轨道导轨相互作用的机构，并且每个运载工具包含可用于推进的一个或多个磁体阵列；
在每个所述运载工具下侧的表面，它允许各自的运载工具以低于0.2的摩擦系数在轨道上面的表面上被滑动式地推进；
多个线圈，它们被安装成距通过的运载工具磁体几个毫米的范围内，并可被独立地激励以在该运载工具磁体上产生力，所述力推动所述运载工具彼此独立地运动，其中利用至少三个线圈在单个运载工具上产生推进力；
将线圈连到电子功率控制电路的功能装置，包括开关器件和一个或多个微处理器；
位置传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；
一个或多个微处理器，其依照命令控制线圈电流，并与运载工具的运动同步；以及
能量源，它为运载工具的推进提供功率。
37.一种用于运输系统中的轨道模块，包括：
A.沿一个区域安放的一个或多个无芯推进线圈，在此区域内包含磁通源的多个运载工具将被推动；
B.电子功率和控制电路，它独立于(a)该轨道模块和(b)包含轨道模块的轨道的任何一个内的一个或多个其它推进线圈地激励所述一个或多个推进线圈，以彼此独立地控制通过该轨道模块的多个运载工具的运动；
C.一个或多个位置传感器，用来监测沿轨道滑动的运载工具的位置；
D.推进线圈被安装在一个或多个印刷电路板上。
38.如权利要求37的轨道模块，其特征是，该轨道模块适合于所述一个或多个运载工具在它上面滑动。
39.如权利要求37的轨道模块，其特征是，还包括防止运载工具脱离轨道运动的引导机构。
40.如权利要求39的轨道模块，其中引导机构包括一个或多个导轨。
41.如权利要求40的轨道模块，其中所述一个或多个推进线圈被安放成紧靠该一个或多个磁体，这些磁体限定通过该模块的所述多个运载工具上的磁通源。
42.如权利要求37的轨道模块，其特征是，该轨道模块布置成与一个或多个这类模块互锁连接。
43.如权利要求37的轨道模块，其特征是，还包括一个或多个功率控制器，该一个或多个功率控制器形成电子功率和控制电路的一部分且选择性地与一个或多个推进线圈电连接。
44.如权利要求43的轨道模块，其中所述一个或多个功率控制器选择性地与相关模块的推进线圈电连接，以对该推进线圈进行独立控制。
45.如权利要求37的轨道模块，其特征是，还包括一个或多个位置传感器，以监测在它们上面运动的运载工具的位置。
46.一种轨道模块，其限定出用于运输系统中的交汇和岔道的任意一个，此轨道模块改变在其上运动的运载工具的路径，该轨道模块包括：
A.沿一个区域安放的一个或多个推进线圈，在此区域内多个运载工具将被推动，每个所述运载工具包含一个或多个磁通源；
B.电子功率和控制电路，它独立于(a)该轨道模块和(b)包含该轨道模块的轨道的任何一个内的一个或多个其它推进线圈而激励所述一个或多个推进线圈，以彼此独立地推动通过该轨道模块的多个运载工具；
C.一个或多个位置传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；以及
D.其中一个或多个所述运载工具中的任一个滑动布置在导轨上，且所述推进线圈被安装在一个或多个印刷电路板上。
47.如权利要求46的轨道模块，其特征是，包括改变通过其上的运载工具的路径的机械作动换向器。
48.如权利要求46的轨道模块，其特征是，包含改变通过其上的运载工具的路径的磁作动换向器。
49.如权利要求46的轨道模块，其特征是，包括沿一个区域安放的多个无芯推进线圈，在此区域内通过的运载工具的路径被改变。
50.如权利要求46的轨道模块，其特征是，包含分别沿角落、曲线和/或限定交汇或岔道的分岔布置的无芯推进线圈，以推动运载工具从中通过。
51.一种用于运输系统的轨道，它包含一个或多个可连接的模块，每个模块包括：
A.沿一个区域安放的一个或多个无芯推进线圈，在此区域内多个运载工具将被推动，每个所述运载工具包含一个或多个磁通源；
B.电子功率和控制电路，它独立于(a)该轨道模块和(b)包含该轨道模块的轨道的任何一个内的一个或多个其它推进线圈而激励所述一个或多个推进线圈，以彼此独立地推动通过该轨道模块的多个运载工具；
C.一个或多个位置传感器，用来监测沿轨道滑动的运载工具的位置。
52.一种用于运输系统的运载工具，它包括磁通源并适合于沿轨道被推进，该轨道包括：
A.沿一个区域安放的一个或多个无芯推进线圈，在此区域内多个运载工具将被滑动式地推动，每个所述运载工具包含一个或多个磁通源；
B.电子功率和控制电路，它独立于一个或多个其它推进线圈而激励所述一个或多个推进线圈，以独立于轨道上其他运载工具地推动运载工具；以及
C.一个或多个位置传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具和其他运载工具的位置。
53.一种运输系统，包括：
A.轨道，包含沿一个区域安放在印刷电路板上的多个推进线圈，在此区域内一个或多个运载工具要被滑动式地推动；
B.处在轨道上的多个运载工具，每个运载工具包含磁通源；
C.电子功率和控制电路，它独立地激励推进线圈，以便沿轨道彼此独立地推动所述多个运载工具；
D.一个或多个传感器，用来监测在轨道上运动的运载工具的位置；
E.微处理器，其耦接至电子功率和控制电路并耦接至推进线圈，并在所述电子功率和控制电路与推进线圈之间提供电连接。
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