CN107437854A

CN107437854A - 多自由度电磁机器

Info

Publication number: CN107437854A
Application number: CN201710378195.7A
Authority: CN
Inventors: P.班德拉; H.罗思; M.A.卡森
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2037-05-25
Also published as: CN107437854B; EP3249794A3; EP3249794B1; JP2017212873A; JP2022048386A; EP3249794A2

Abstract

本发明涉及多自由度电磁机器。一种可以作为马达、发电机、或马达‑发电机操作的多自由度电磁机器包括第一结构和第二结构。第一结构包括第一导体、第二导体和第三导体，其中每一个均遵循不同的轨迹。第一、第二和第三导体一起形成表面的总体形状。第二结构邻近第一结构设置，且包括发射磁场的磁体。磁体使其磁极中的至少一个面朝所述表面。在从至少一个磁极发射的磁场与在电导体中的任一个内的电流相互作用时，洛伦兹力影响在第一结构和第二结构之间的相对运动。

Description

多自由度电磁机器

相关申请的交叉引用

本申请是2015年7月7日提交的、美国专利申请序列号14/792,799的部分连续案（CIP）。

技术领域

本发明总体上涉及电磁机器，且更具体地涉及多自由度电磁机器，诸如马达和/或发电机。

背景技术

通常已知的是，被设计成使物体在多于一个的自由度（DoF）上运动的目前可用的运动控制系统包括用于每个DoF的单独的马达或致动器。更具体地，需要至少两个马达或致动器以实施2个DoF的运动，需要至少三个马达或致动器以实施3个DoF的运动，以及等等。因此，涉及不止一个DoF的机械装置趋于有些大且笨重，并且因此效率低。

尽管电子器件和传感器技术近年来已经变得显著地更小，但是机械运动技术还没有跟上。这就是为什么运动系统（诸如摇摄（pan）/倾斜机械装置）通常不会在较小的平台上使用，诸如迷你UAV或微型UAV（无人机）以及微型卫星。依赖于多DoF运动控制的机器人系统必须完全忍受当前运动叠加（motion-on-motion）系统的固有低效率。

对于上面所描述的问题的一种解决方案公开在名称为“球形指向致动器（GlobalPointing Actuator）”的美国专利号7,675,208中。在其中公开的致动器包括带有“纬度线圈”和“经度线圈”缠绕在其上的球形定子。然而，该致动器也展现出某些缺点。例如，经度线圈在物理上难以缠绕。这是因为缠绕物不平行且在球形定子的两极处会聚，或者“聚成一团”。这增加总成本和大小，并且降低线圈效率。另一个缺点是需要单独的定心转矩（例如，弹簧或磁性掣子）以实施电枢的开环位置控制。

因此，存在对于多自由度机电机器的需求，该多自由度机电机器与已知的装置相比相对更小、没那么笨重且更有效和/或不包括难以缠绕的线圈和/或不依赖于单独的定心转矩来实施开环位置控制。本发明解决了至少这些需求。

发明内容

提供本发明内容来以简化的形式描述在具体实施方式中进一步描述的选择理念。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。

在实施例中，可以作为马达、发电机、或马达-发电机操作的多自由度电磁机器包括第一结构和第二结构。第一结构包括第一导体、第二导体和第三导体。第一导体遵循第一总体轨迹（general trajectory），第二导体遵循不同于第一总体轨迹的第二总体轨迹，并且第三导体遵循不同于第一和第二总体轨迹的第三总体轨迹。第一、第二和第三导体一起形成表面的总体形状（general shape）。第二结构邻近第一结构设置，且包括发射磁场的磁体。磁体使其磁极中的至少一个面朝所述表面。在从至少一个磁极发射的磁场与电导体中的任一个内的电流相互作用时，洛伦兹力影响在第一结构和第二结构之间的相对运动。

另外，结合附图和前述背景，多自由度机电机器的其他期望特征和特性将从随后的详细描述和所附权利要求中变得明显。

附图说明

此后将结合下述附图描述本发明，其中，相同的数字表示相同的元件，并且其中：

图1描绘多自由度球形致动器的一个示例实施例的平面视图；

图2描绘多自由度球形致动器的一部分的简化横截面视图；

图3描绘多自由度球形致动器的一部分的简化横截面视图，其说明转矩是如何产生的；

图4A-4C描绘带有处于不同的电枢位置的电枢的多自由度球形致动器；

图5描绘多自由度球形致动器可以作为马达被操作的方式；

图6-8描绘带有旋转的且置于各种电枢位置中的电枢的多自由度球形致动器；

图9描绘多自由度致动控制系统的功能框图；

图10描绘带有安装在球形定子内的电子器件的多自由度球形致动器的平面视图；

图11和图12分别描绘以装有万向接头的方式或未装有万向接头的方式安装的多自由度球形致动器；

图13A和图13B描绘多自由度球形致动器的另一个实施例；

图14描绘多自由度电磁机器的另一个实施例的一部分的简化表示；

图15-17描绘了可以被用于实施图14的机器的表面类型的一些非限制性示例；

图18描绘多自由度控制系统的功能框图；

图19-22描绘了本文中所述的机器的实施例，其根据第一实施例被配置成产生振动触觉反馈；

图23描绘了本文中所述的机器的实施例，其根据第二实施例被配置成产生振动触觉反馈；

图24和图25描绘了本文中所述的机器的实施例，其用于实施协作传感器网络的不同实施例；

图26描绘了在汽车传动系中实施的本文中所述的机器的实施例；

图27描绘了本文中所述的机器的实施例，其被配置成实施汽车转向功能；

图28描绘了本文中所述的机器的实施例，其被配置成实施汽车制动功能；

图29描绘了本文中所述的机器的实施例，其直接安装到车辆轮子；

图30和图31描绘了本文中所述的机器的实施例，其被配置成实施双轴驱动；

图32和图33描绘了本文中所述的机器的实施例，其被配置成实施变量动量控制力矩陀螺仪；

图34描绘了被配置为平面音圈的机器的一个实施例的示例；

图35描绘了用于非球形形状机器的一个有用环境的实施例；

图36-38描绘了本文中所述的机器的部分的替代布置和配置；及

图39描绘了带有正交布置的导体组设置在其上的球形结构的实施例的透视图。

具体实施方式

下述详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。当在本文中使用时，词语“示例性的”意味着“用作示例、实例或例证”。因此，本文中描述为“示例性的”任何实施例均不必然被解释为比其他实施例优选或有利。在本文中所描述的全部实施例都是示例性实施例，其被提供以使得本领域技术人员能够做出或使用本发明，并且不限制由权利要求所限定的本发明的范围。此外，不存在受前述技术领域、背景技术、发明内容或下述详细描述中所呈现的任何明示或暗示的理论约束的意图。

就这个方面，要指出的是在本文中公开的多自由度球形致动器，为了便于解释和说明大体被描述为作为马达操作。然而，本领域的普通技术人员将理解的是，所公开的致动器还可以通过利用外部力使电枢运动并在导体中诱发电流来作为发电机操作、或作为传感器（例如，根据所产生的反电动势的速率传感器）、或许多其他装置操作。还应当指出，尽管图2-5将一些导体描绘为是弯曲的，但是这样做仅仅是为了表达三维（3D）球形形状。此外应当指出，在下面的描述中，第一和第二结构可以在一些实施例中分别是在下文中描述的定子和电枢。然而，并非总是这样。例如，在一些实施例中，第一和第二结构可以分别是电枢和定子。此外，作为轨迹的有用示例在描述一些实施例时使用的术语线圈和缠绕物通常在球形布置中使用。

首先参考图1，描绘了多自由度球形致动器100的一个实施例的平面视图，并且其包括球形定子102、电枢104以及多个磁体106。球形定子102，如该术语所暗示的，是球形形状的，并且因此具有三个垂直设置的对称轴线108：第一对称轴线108-1、第二对称轴线108-2和第三对称轴线108-3。球形定子102优选地包括导磁材料，诸如铁或铁合金，并且优选地被实施为中空球体。优选地，球形定子102经由，例如，安装结构112，固定安装至另一个未描绘的结构。该未描绘的结构可以是，例如，墙壁、天花板、船舶或航空器舱壁、或者船舶或航空器机身，仅举几个例子。

电枢104与球形定子102间隔分开，并且环绕该球形定子102的至少一部分。包括内表面114和外表面116的电枢104被安装成使得它能相对于球形定子102运动。优选地，电枢104被安装成使得它能相对于球形定子102围绕两个或三个对称轴线108运动。因此，可以安装在电枢104的外表面116上的装置115（诸如传感器、激光器、或其他适合的装置）可以运动至期望的位置。该运动如何实现将在下面进一步描述。类似于球形定子102，电枢104也优选地包括导磁材料，诸如例如，铁或铁合金。

磁体106（在图1中仅一个可见）被联接至电枢104的内表面116，并且从该内表面116向内延伸，并且磁体106与球形定子102间隔分开。在所描绘的实施例中，如在图2中更清楚地示出，球形致动器100包括多个磁体106。在所描绘的实施例中，球形致动器100包括成对的磁体：第一磁体106-1和第二磁体106-2。然而，将理解的是，在其他实施例中可以使用多于或少于两个的磁体106。此外将理解的是，磁体106可以具有各种形状和尺寸，且可以用各种方式安置。例如，在所描绘的实施例中，磁体106通常是弧形形状的，但是在其他实施例中，磁体106可以是半球形形状的，或者如果需要或期望的话，可以是许多其他形状中的任一种。此外将理解的是，可以改变磁体106的弧长，并且磁体106可以是永磁体，或者如果需要或期望的话，可以是电磁体。此外，虽然面朝定子102的磁体106的部分优选地为了效率类似于电枢102成形，但是这些部分不需要这样成形。在图36中描绘的实施例中，例如，一个或多个磁体106可以设置在或安装在导磁结构（例如，电枢104）上，其优选地（但是不必然）至少部分类似于定子102成形。并且，如图37和图38描绘的，一个或多个磁体106可以被形成为电枢104的一部分的部分（图37），或者单独地形成但是由电枢104的至少一部分环绕（图38）。要指出的是，在图37和图38中的虚线表示示例性磁通路径。另外指出，在图38中描绘的实施例可以可选地包括孔或狭槽3802（以幻影描绘），以迫使磁通在所描绘的路径中。这些孔或狭槽3802可以可选地利用合适的材料（诸如环氧树脂）填充。

然而，不论形状和尺寸，磁体106均优选地被布置成使得第一磁体106-1相对于球形定子102的极性与第二磁体106-2的极性相对。例如，在图2中描绘的实施例中，第一磁体106-1的北极（N）被设置成更靠近球形定子102，然而，第二磁体106-2的南极（S）被设置成更靠近球形定子102。

如图2中还描绘，球形定子102具有缠绕在其上的多个线圈202。在所描绘的实施例中，这些包括第一线圈202-1、第二线圈202-2和第三线圈202-3。然而，将理解的是，在一些实施例中球形致动器102可以被实施为仅带有两个线圈而不是三个线圈。第一线圈202-1围绕第一对称轴线108-1缠绕在球形定子102上，第二线圈202-2围绕第二对称轴线108-2缠绕在球形定子102上，并且第三线圈202-2（当被包括时）围绕第三对称轴线202-3缠绕在球形定子102上。应指出的是，球具有无限数量的对称轴线。因此，第一、第二和第三对称轴线108-1、108-2、108-3能够是这些对称轴线的任一个，只要全部三个对称轴线彼此垂直。

在进一步继续之前，要指出的是线圈202可以用线手动地缠绕而成，或者可以使用已知的印刷方法印刷至柔性或球形的表面上。而且，每条线圈202均可以具有不同的特性。例如，线圈202可以就大小、匝数和电阻方面彼此不同，且还可加工或形成为实心件，仅列举几个特性。这样做允许技术人员相对容易且独立地调整每个轴线以具有不同的性能特性，如果需要或期望的话。

磁体106和线圈202的配置使得磁通204在一侧从第一磁体106-1行进至球形定子102中，并且在另一侧退出至第二磁体106-2。磁通204还行进通过在球形定子102的两侧上的线圈202，并且导磁电枢104提供用于磁通204的返回路径。如可以理解的，当电流供应至线圈202中的一个或多个时，在通电线圈（一个或复数个）202和磁体106之间产生洛伦兹力，其进而产生围绕一个或多个对称轴线108的转矩。所产生的转矩的方向，如还可以理解的，基于在线圈（一个或复数个）202中的电流流动的方向。

现在参考图3，现在将描述当线圈202中的一个通电时产生的转矩的示例。为了清晰，且便于说明，仅描绘单个线圈（例如，第一线圈202-1）。如图3所描绘的，当第一线圈202-1被供应所描绘方向的电流时，围绕第三对称轴线108-3沿顺时针方向（如从图3的视角观察）产生转矩。将理解的是，颠倒电流方向将产生在相对（即，逆时针）方向上的转矩。此外将理解的是，转矩的大小可以通过改变供应至线圈（一个或复数个）202的电流的大小被改变。

因为在该示例中，球形定子被固定地安装，所以所产生的转矩将引起电枢104相对于球形定子102运动至电枢位置。因此可以通过控制线圈202中的电流的大小和方向来控制电枢位置。电枢104，并且因此传感器装置115，能够相对于球形定子102运动至并且被保持在期望的电枢位置中。这个性能在图4A-4C中示出。在图4A中，所有的线圈202都用相同大小和方向的电流通电。在图4B中，第一线圈202-1和第三线圈202-3用相同大小和方向的电流通电，并且第二线圈202不通电。在图4C中，第一线圈202-1用第一大小和第一方向的电流通电，第二线圈202不通电，并且第三线圈202-3用第二大小和第二方向的电流通电，其中，第二大小是第一大小的二倍，并且第二方向与第一方向相对。

还能够（或代替地）使电枢104围绕对称轴线108中的一个连续地转动。该性能在图5中示出。在所描绘的示例中，通过用第一交变电流502对第一线圈202-1通电，并且用第二交变电流504对第二线圈202-2通电，电枢104围绕第三对称轴线108-3连续地转动，其中，第一和第二交变电流502、504在幅值上相等并且相位相差90度。将理解的是，分别通过以类似的方式可控地对第二和第三线圈202-2、202-3，或第一和第三线圈202-1、202-3通电，能够使电枢104围绕第一或第二对称轴线108-1、108-2连续地转动。而且，虽然在本文中描绘并描述了相对简单的正弦两相换向技术，但是还可以使用各种其他类型的两相换向技术，诸如块换向。

球形致动器100还被配置成使得电枢104能够围绕对称轴线108中的一个连续地转动，并且同时围绕其他对称轴线108中的一个或全部两个倾斜至电枢位置。这个性能在图6-8中示出。尤其，在图6-8中的每一个中，第一和第二线圈202-1、202-2被通电，如上面所描述的，以引起电枢104围绕第三对称轴线108-3连续地转动。然而，在图6中，第三线圈202-3用与第二交变电流504同相位的第三交变电流602通电。因此，电枢104围绕第一对称轴线108-1转动至电枢位置。在图7中，第三线圈202-3用与第一交变电流502同相位的第三交变电流702通电。因此，电枢104在第一方向上围绕第二对称轴线108-2转动至电枢位置。并且在图8中，第三线圈202-3用与第二交变电流504异相的第三交变电流802通电。因此，电枢104在第二方向上围绕第二对称轴线108-2转动至电枢位置。如可以理解的，电枢104的倾斜角度经由第三交变电流602、702、802的大小来控制，并且倾斜轴线经由第三交变电流602、702、802的相对相位来控制。

现在参考图9，描绘了包括图1的多自由度球形致动器100的多自由度致动控制系统900的功能框图。如图9所描绘的，系统900包括控制器902，其被联接至第一、第二和第三线圈108中的每一个。控制器902被配置成控制在线圈108中的每一个中的电流大小和方向，以由此控制电枢位置，并且因此控制传感器装置115（如果包括的话）的位置。控制器902可以被配置成使用开环控制或闭环控制来实施这个功能。开环控制提供相对更低的成本、更低的复杂性、相对简单的DC操作以及相对更低的大小和重量。闭环控制提供更高的准确度和精度、更高的带宽以及自主控制。可在控制器902中实施各种控制技术。适合的控制技术中的一些非限制性示例包括PWM控制和反电动势控制。

如果控制器902实施闭环控制，那么控制系统900额外地包括一个或多个位置传感器904。位置传感器904的数量和类型可以改变。例如，系统900可以包括一个或多个传感器904以沿着每个对称轴线独立地感测电枢位置。这样的传感器可以使用光学传感器、追踪球、转动传感器，或类似物来实施。在其他实施例中，传感器904可以使用光学掩模来实施，该光学掩模被施加至球形定子102的表面，然后其能够通过安装在电枢104的内表面114上的光学传感器读取。

将理解的是，使用许多技术的任一种，数据和功率可以被传输至线圈108和位置传感器（一个或复数个）904（如果包括的话）以及从线圈108和位置传感器（一个或复数个）904传输。例如，可以经由柔性导体，或经由微型滑环无线地传输数据；以及可以经由柔性导体、经由微型滑环传输功率，或经由电池提供功率。

因为，如上面所指出的，球形定子102优选地是中空球体，所以包括控制系统900的各种电子器件1002可以被安装在球形定子102内，如图10中所描绘的。而且，多自由度球形致动器100可以以装有万向接头或未装有万向接头的配置实施，取决于电枢104的自由转动轴线的期望数量。在装有万向接头的配置中，其实施例在图11中描绘，电枢104具有两个自由转动轴线，因为第三个是固定的。在未装有万向接头的配置中，其实施例在图12中描绘，该电枢能围绕全部三个对称轴线自由转动。

多自由度球形致动器100还可以被配置成在不施加功率的情况下提供保持转矩，类似于步进马达。在图13A和图13B中描绘了被配置成实施该步进马达功能的多自由度球形致动器100的一个示例实施例的简化横截面视图。如在其中所描绘的，多自由度球形致动器100被配置成极其类似于先前所描述的实施例，并且因此包括球形定子102、电枢104、多个磁体106以及多个线圈202。然而，一个区别在于球形定子102包括多个间隔分开的突出部1302（例如，1302-1、1302-2、1302-3、……、1302-N）。该突出部的数量和间隔可以改变并且，如图13A所描绘的，至少部分地确定球形致动器100的分辨率。应该指出的是，在图13A中，球形定子102和电枢104是未对准的。相对地，在图13B中球形定子102和电枢104是对准的，并且该位置可以在不施加功率的情况下被保持。尽管该描述涉及在没有外部制动器或离合器的情况下提供保持转矩，但是将理解，可使用制动器或离合器。一些非限制性示例包括各种机械制动器（例如，摩擦制动器、气动制动器、诸如外部发电机的机械负载的施加）和各种电气制动器（例如，涡流制动器、再生制动器、变阻或动态制动器、堵塞或反向电流制动器）。

多自由度球形致动器100的热管理可以使用各种技术实施。一些非限制性技术包括按需要确定球形定子102的厚度的大小以将热量从线圈202传导至装置安装结构；在中空球形定子102的内侧放置风扇以从一极吸入空气并从另一极排出；提供有效的对流冷却，或将致动器100包围在填充有导热流体的密封透明壳中。

本文中所公开的多自由度球形致动器100比已知的装置相对更小、不那么笨重并且更高效。其不包括难以缠绕的纵向线圈，并且其不依赖于单独的定心转矩来实施电枢104的开环位置控制。其能够用在各种装置和系统中以实施多个致动器部件的功能。例如，当在用于卫星姿态控制的控制力矩陀螺（CMG）中使用时，该球形致动器100能够实施两个旋转马达和四个转矩马达的功能。当在用于直升机的转子斜盘（swashplate）控制系统中使用时，该球形致动器100能够实施一个旋转马达和三个线性致动器的功能。

除上述以外，在本文中公开的多自由度球形致动器100可以用在各种技术装置和环境中。例如，其可以被联接至智能手机或其他图像捕获装置以捕获全景照片。其可以用在各种车辆中（例如，汽车、船只、航天器、导弹以及航空器）以提供，例如，传感器定位、自适应头灯、卫星天线定位、声纳/激光雷达/雷达方向控制，仅举几例。其可用于定位太阳能电池、望远镜以及家庭安全摄像机。其可以用在各种玩具和游戏平台中。其可以用在机器人、消费者装置（例如，洗衣机、烘干机、洗碗机），以及车辆变速器系统（例如，无级变速器（CVT））中。

所描述的实施例至此涉及具有正交地设置在球形定子上的导体（参见图39）和多个磁体的机电装置。然而将理解，本文中所述的技术理念可以延伸超出这些描述的实施例。尤其，该技术理念可以在大量电磁机器中实现（例如，马达、发电机和/或马达-发电机），导体（一个或复数个）可以设置在各种非球形形状中，或者设置在各种非球形形状结构上，且还可实施为具有单个磁体。现在将描述这样的额外实施例。

现在参考图14，多自由度电磁机器1400的另一实施例的一部分的简化表示被描绘且包括第一结构1402和第二结构1404。第一结构1402包括第一导体1406、第二导体1408和第三导体1410。将理解，第一、第二和第三导体1406、1408、1410各自由许多类型和形状的导电材料中的任一种形成，且可以使用这些导电材料中的一种或多种实施。第一、第二和第三导体1406、1408、1410各自可以使用单个、分立的毗连导体实施、或使用多个导体实施，且可以例如使用增材技术（例如，打印导体）或消减技术（例如，PWB蚀刻）形成，且可以是导线、带、或片材，仅举几个非限制性示例。

无论所使用的材料的数量、配置、实施方式或类型如何，第一、第二和第三导体1406、1408、1410被设置成使得各自遵循不同的总体轨迹。尤其，可以看到第一导体1406遵循第一总体轨迹，第二导体1408遵循不同于第一总体轨迹的第二总体轨迹，和第三导体1410遵循不同于第一和第二总体轨迹的第三总体轨迹。在所描绘的实施例中，轨迹不彼此正交，而是替代地相对于彼此以任意角度设置。然而将理解，在一些实施例中，两个或所有三个轨迹都可以相对于彼此以相等的或不相等的角度设置，且两个或所有三个轨迹都可以正交。如在本文中使用的，术语“轨迹（一个或复数个）”意思是由导体在预定长度上绘出的几何路径，其设计为有助于洛伦兹力。例如，在一些实施例中，可以存在一些导电长度，其可以遵循轨迹至例如电源。然而，这些长度并不有助于洛伦兹力，且很可能不有助于表面的总体形状。

这些轨迹使得第一、第二和第三导体1406、1408、1410一起形成表面的总体形状。表面能够通过简单地覆在导体上（并紧固它们，例如经由粘合剂）形成，或者可以通过交织两个或更多导体形成。在交织的情况下，可能需要考虑波纹对总体效率的影响的注意，因为在线上所产生的洛伦兹力是在磁场和电流路径之间的角度的函数。因此，如果磁场和电流不彼此正交，则力减少。

表面的类型和形状可以改变，且可以是闭合表面、敞开表面、闭合和敞开表面的组合、平面表面、非平面表面、或平面和非平面表面的组合。例如，表面可以是球形、半球形、环形、筒形、立方形、扁平的、半管形、或其各种组合，仅举几个例子。为了完整，在图15-17中描绘了这些表面类型中的一些的一些非限制性示例。在图16和图17中描绘的表面类型示出了不同表面类型的组合的示例。尤其，这些描绘了在相对半球上具有不同半径的不同球形部分，且球形部分可以被截断。

要指出的是，该非球形形状，诸如上文中提到的和在图15-17中描绘的那些，可以有利地在各种环境中使用，包括例如，包裹移动器和娱乐设施，仅举几个非限制性示例。在包裹移动器的情况下，两个传导轨迹能够将包裹从点A移动至点B，其中，第三传导轨迹能够用于使包裹移动器围绕轴线转动。娱乐设施的示例将是平底雪橇/大雪撬/无舵雪橇运行。此处再次两个传导轨迹能够用于将骑手从点A移动至B，其中，第三传导轨迹能够用于围绕轴线旋转骑手。又另一示例在图35中描绘且在下文中进一步描述。

返回图14，要指出的是在一些实施例中第一结构1402仅包括第一、第二和第三导体1406、1408、1410。然而在其他实施例中，第一结构1402还包括第一主体1412。第一主体1412，在被包括时，优选地由导磁材料形成且具有外表面。如众所周知的，这样的材料用于有效地引导磁通通过磁回路，且将磁通导引至期望的点/地点。许多合适的材料是已知的，且包括例如磁钢、铁和铁合金（例如，硅铁、铁-钴、钒）。第一主体1412的外表面的至少一部分优选地具有表面的总体形状，且第一、第二和第三导体1406、1408、1410至少邻近于第一结构1412的外表面1414的至少该部分设置。

第二结构1404邻近于第一结构1402设置，且包括发射磁场的磁体1412。磁体1412被设置成使得其磁极中的至少一个面朝表面。在一些实施例中，磁体1412被设置成使得面朝表面的磁极从其间隔开预定间隙。间隙，在被包括时，优选地足够小以最小化损失，这通过减小磁阻增大了磁效率。通过放宽机械公差，相对更大的间隙可以允许更有成本效益的设计。在其他实施例中，磁体1412被设置成使得磁极接触该表面。在该例子中，如在本领域中公知的，接触表面的材料选择在考虑磨损和摩擦损失的情况下选择。将理解，磁体1412可以不同地配置和实施。例如，其可以是永磁体或电磁体。如果其是永磁体，则其可以实施为Halbach阵列。合适的永磁体的来源的一些非限制性示例包括Electron EnergyCorporation（宾夕法尼亚州的兰迪斯维尔市）、Arnold Magnetic Technologies（纽约州的罗契斯特市）、Dexter Magnetic Technologies（伊利诺伊州的埃尔克格罗夫村）和DuraMagnetics（俄亥俄州的西尔瓦尼亚市）。此外，与在图1-13B中描绘和上文中描述的实施例一样，在图14中描绘的机器1400可以实施为具有多个磁体1412（例如，两个或更多）。

无论所使用的磁体的数量和类型如何，机器被配置成使得在从磁体1412发射的磁场与导体1406、1408、1410中的任一个内的电流相互作用时，洛伦兹力影响在第一结构1402和第二结构1404之间的相对运动。如还可理解的，相对运动的方向（在图14中使用箭头描绘）至少基于在导体1406、1408、1410内的电流流动的大小和方向。如将在下文中进一步描述的，其还可以额外地基于频率。

在第一结构1402和第二结构1404之间的相对运动使装置1400可符合具有联接到其的一个或多个装置1416。尤其，可以期望使一个或多个装置联接到第二结构1404，类似于在图1中描绘的装置115，其联接到电枢104。尽管分别在图1和图14中描绘了单个装置115和1416，但是将理解装置115、1416的数量和类型可以改变。例如，装置115、1416可包括下述中的一个或多个：换能器、电子电路、储存元件、陀螺质量（gyroscopic mass）、电磁反射器、电磁吸收装置、透镜、气体或流体喷嘴、工作器械、机器人操纵装置、用于运输有生命或无生命对象的载体、和马达，仅举几个非限制性示例。

类似于先前描述的和如在图9中描绘的实施例，在图14中描绘的电磁机器1400还可在控制系统1600（诸如在图18中描绘的那个）中实施。与在图9中描绘的系统一样，在图18中描绘的系统1600包括控制器1602，其联接到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个。控制器1602被配置成控制在导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以由此控制在第一结构1402和第二结构1404之间的相对运动，且因此控制装置1416（如果被包括的话）的相对位置。与先前描述的控制器902一样，在图18中描绘的控制器1602可被配置成使用开环控制或闭环控制实施该功能。开环控制提供相对更低的成本、更低的复杂性、相对简单的DC操作以及相对更低的大小和重量。闭环控制提供更高的准确度和精度，更高的带宽以及自主控制。可在控制器1602中实施各种控制技术。适合的控制技术中的一些非限制性示例包括PWM控制和反电动势控制。

在图14中描绘的机器1400以及在图1-13中描绘的和先前描述的机器100可以被配置且被控制以实施许多和改变的功能。现在将描述这些功能中的一些。然而，在这样做之前，要指出的是，为了易于描述和描绘，所述功能中的每一个均将针对类似在图1-13中描绘的那些配置的电磁机器描述。也就是说，第一结构1402是大体球形形状的，且第二结构1404环绕、或至少部分环绕第一结构的一部分。

待描述的第一功能是触觉反馈功能。尤其且现在参考图19，可以看到在用于实施该功能的一个实施例中，一个或多个失衡质量1702（在所描绘的实施例中是两个）联接到第二结构1404，且控制器1602被配置成独立地控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以及供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流的频率，以控制第二结构1404的运动。更具体地，控制器1602控制供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流大小、方向和频率，以引起第二结构1402围绕第一轴线1704转动和相对于参考平面1706选择性倾斜。第二结构1404相对于参考平面1706的倾斜改变了失衡半径（R_IMBALANCE），其是第二结构1404围绕第一轴线1704的转动半径。这继而改变触觉反馈的幅值。

为了更清楚地说明这一点，对于第二结构1404围绕第一轴线1704的给定转动速度，在如在图20中描绘的，第二结构1404正交于参考平面1706时，触觉反馈的幅值是零，且因此失衡半径失衡半径（R_IMBALANCE）是零。相反，且再次对于第二结构1404围绕第一轴线1704的给定转动速度，在如在图21中描绘的，第二结构1404与参考平面1706对准时，触觉反馈的幅值最大，且因此失衡半径失衡半径（R_IMBALANCE）最大。如可理解的和如图22描绘的，对于第二结构1404围绕第一轴线1704的给定转动速度，触觉反馈的幅值可以通过将第二结构1404倾斜至在正交和对准位置之间的位置而在零和最大之间改变。应指出的是，对于第一轴线1704的给定位置，触觉反馈的幅值还能通过改变第二结构1404围绕第一轴线1704的转动速度而改变。

在另一实施例中，其在图23中描绘，机器1400能够被控制以沿着两个轴线产生独立的振动触觉反馈。为了这样做，控制器1602独立地控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以及供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流的频率，以引起第二结构1404相对于第一结构1402围绕正交设置的第一和第二轴线2102、2104同时振荡。与在图19-22中描绘的实施例一样，一个或多个失衡质量1702联接到第二结构1404。

在图24和图25中描绘的其他实施例中，多个机器1400（例如，1400-1、1400-2、...、1400-N）被采用以实施协作传感器网络2200。网络2200包括多个传感器系统2202（例如，2202-1、2202-2、…、2202-N），每个均安装在多个机器1400（例如，1400-1、1400-2、...、1400-N）中的不同一个上。每个传感器系统2202均包括传感器2204、发射机2206和接收器2208。在图24中描绘的实施例中，每个传感器系统2202中的发射机2206各自联接到第一结构1402或第二结构1404，且可与其一起运动，同时每个传感器系统2202的接收器2208保持静止。在图25中描绘的实施例中，每个传感器系统2202的发射机2206和接收器2208都联接到第一结构1402或第二结构1404，且可与其一起运动。

在所描绘的实施例中，在传感器系统2202之间的通信链路经由窄波束无线传输实现，其从一个传感器系统2202的发射机2206引导至另一传感器系统2202的单个接收器2208。在一个传感器系统2202（例如，第一传感器系统2202-1）想要与传感器网络2202中的另一传感器系统2202（例如，第二传感器系统2202-2）通信时，在其上安装有第一传感器系统2202-1的机器1400-1被控制以使第一传感器系统2202-1运动，以便朝第二传感器系统2202-2引导通信链路传输（Tx）。

在图24中描绘的实施例中，因为每个传感器系统2202中的接收器2208保持静止，所以每个接收器2208优选地使用广域接收器实施，广域接收器能够从多个方向接收传输。此外，每个接收器2208对准至另一传感器系统2202中的单个发射机2206。与每个机器1400关联的控制器1602被配置成独立地控制至少在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以由此使关联发射机2206指向期望的方向。例如，在图24中，传感器系统2202-1的机器1400-1被控制以使其关联发射机2206指向与传感器系统2202-N关联的接收器2208，并且传感器系统2202-N的机器1400-N被控制以使其关联发射机2206指向与传感器系统2202-2关联的接收器2208。

在图25中描绘的实施例中，不需要使用广域接收器2208，虽然其可以被使用。不管如何，与每个机器1400关联的控制器1602均被配置成独立地控制至少在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以由此使关联发射机2206和接收器2208指向期望的方向。例如，在图25中，传感器系统2202-1的机器1400-1被控制以使其关联发射机2206指向与传感器系统2202-2关联的接收器2208，且传感器系统2202-2的机器1400-2被控制以使其关联接收器2208指向与传感器系统2202-1关联的发射机2206，以便接收从传感器系统2202-1传输的数据。

本文中所述的协作传感器网络2200的安全相对已知的网络提供显著的改进和优势。尤其，通信链路的窄波束宽度能够仅通过物理上位于传输传感器系统和接收传感器系统之间的视线中的装置中断。通信链路仅存在于实际上彼此通信的网络传感器系统之间。因此，承载网络数据的物理路径从网络的一个部分动态地改变至另一部分，且希望拦截信号的人从不知道该通信链路在哪里。如果传感器系统在其接收的信号中检测到中断，则其能够引导其自己的传输朝着相对传感器系统，且命令其停止传输或重新引导其传输至不同的传感器系统。

在本文中描绘并描述的机器100、1400还可在各种车辆，诸如汽车中实施。尤其，机器100、1400可以在汽车传动系、悬架系统、防打滑/防滑、转向连杆（例如，齿条和小齿轮）和制动系统中实施。首先参考图26，描绘了一个实施例，其中，机器100、1400在汽车传动系2400中实施。在所描绘的实施例中，其中出于清楚的目的仅描绘了单个轮子，传动系包括机器1400、轴2402和轮子安装的轮胎2404。在该实施例中，轴2402联接到机器1400的第二结构1404，且在关联控制器1602命令第二结构1404以期望的转动速度转动时被驱动。联接到轮子安装的轮胎2404的轴2402继而引起轮子安装的轮胎2404以期望速度转动。

如图26还描绘的，与机器1400关联的控制器1602还能命令第二结构1404倾斜，以由此控制悬架系统，如通过箭头2406指示的。防打滑/防滑功能能够通过包括传感器2408实施，传感器2408被配置成感测轮子安装的轮胎2404何时打滑。作为响应，关联控制器1602命令第二结构1404倾斜，以由此朝路面更多地“推动”轮子安装的轮胎2404。

参考图27，描绘了转向功能。在所描绘的实施例中，每个轮子安装的轮胎2404均通过与机器1400关联命令第二结构1404的控制器1602独立地转向，且因此控制轴2402和轮子安装的轮胎2404根据指示转动。如可以理解的，独立的轮子转向消除了对于差速器的需要，且还能最小化车辆转弯半径。这种方法可例如便于平行泊车和其他狭窄空间泊车机动，以及在拥堵交通中从车道中移出以使急救车辆通过。

现在转向图28，现在将描述制动功能。一般的制动功能，包括防抱死制动功能，能够通过控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向实施。紧急制动功能还能通过例如与两个前部机器1400中的每一个关联的控制器1602命令轮子安装的轮胎2404朝内转动或“犁雪”实施。通过使轮子安装的轮胎2404“犁雪”，在轮子安装的轮胎2404和地面之间产生更多摩擦。

在继续向前之前，要指出的是，上述功能中的每一个还可通过将机器1400直接安装在轮胎安装在其上的轮子内部实施。在图29中描绘的该配置因此消除了对于轴2402的需要。

现在参考图30和图31，可以看到还可使用本文中所述的机器100、1400来实施双轴驱动组件2800。在所描绘的实施例中，第二结构1402经由输入轴2802联接至小齿轮2804。小齿轮2804经由连杆2805联接至内轴2806。如在图31中更清楚地描绘的，小齿轮2804额外啮合在外轴2808的内表面上形成的环形齿轮2902。

机器1400用于控制内轴2806和外轴2808两者的转动速度和方向。尤其，控制器1602被配置成独立地控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以及供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流的频率，以控制小齿轮2804的转动速度和方向，而这因为小齿轮2804与环形齿轮2902啮合，继而控制外轴2808的转动速度和方向。控制器1602被额外配置成独立地控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，以及供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流的频率，以控制小齿轮2804的轨道2904（参见图31）的速度和方向。由于小齿轮2804还经由连杆2805联接至内轴2806，所以内轴2806的速度和方向还独立于外轴2808的速度和方向被控制。

如先前在描述图1中描绘的实施例时指出的，机器100可以用于实施变量动量控制力矩陀螺仪（CMG）。然而，应当指出，在图14中描绘的机器1400还可用于实施变量动量CMG。如大体已知的，CMG用于控制航天器（诸如卫星）的姿态。目前已知的CMG通常包括旋转马达、转矩马达和动量轮子（或者飞轮）。旋转马达使轮子围绕其中心轴线以一定速度转动，并且转矩马达使轮子围绕正交轴线转动通过有限角度。这两种运动围绕第三正交轴线产生陀螺转矩，其与轮子的旋转速度和倾斜角度成比例。通常旋转马达相对小，因为仅需要小转矩来维持旋转速度（一旦其已经达到该速度），且因为转矩马达必须使旋转马达连同轮子一起运动。

CMG的基本限制是在CMG系统的动量包络内“奇点”的存在。这些奇点是由于动量矢量的对准导致的特定位置，在这些位置处，CMG系统不能产生任何动量。如可以理解的，避免这些位置以防止卫星变得有效地卡在位置中。缓和该问题的一个方式是将CMG安装在双轴线万向接头中，且添加第二转矩马达。该第二马达能够然后调整动量矢量的幅值以避免奇点。然而，这显然为系统添加了非期望的大小、重量和复杂度，尤其由于第二转矩马达必须抵抗由第一转矩马达产生的陀螺转矩工作。另一方法是在轮子倾斜时改变轮子的旋转速度，从而导致所谓的“可变-速度CMG”。然而在实践中这很少实施，因为其在旋转轴线上要求高得多的转矩，这导致更大的旋转马达、更大的转矩马达和总体上更大的大小和重量。

如在图32中描绘的，通过使用本文中所述的机器100、1440，CMG 3000使用在轮子3002的中心中的单个2-轴线机器100、1400操作和控制，而不是通过分离的旋转马达和转矩马达操作和控制。机器100、1400，且更具体地第二结构1404，联接到轮子3002。第二结构1404被配置成相对于第一结构1404以转动速度围绕第一轴线3004转动，且相对于第一结构1402围绕正交于第一轴线3004的第二轴线3006转动至转动位置。

如先前描述的（参见图6-8和关联描述），与机器1400关联的控制器1602被配置成独立地控制在第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个中的电流大小和方向，及供应到第一、第二和第三导体1406、1408、1410中的每一个的电流的频率，以由此控制第二结构的转动速度和转动位置。这以两种方式避免了动量奇点。在图32中最清楚地描绘的第一方式是通过改变在旋转命令和倾斜命令之间的相对相位来改变轮子3002的倾斜轴线3006，这修改了动量矢量3008。这类似于上文中描述的已知的2-轴线万向接头解决方案，但是没有额外马达。

在图33中最清楚地描绘的第二方式是通过改变轮子3002的旋转速度，这也修改动量矢量3008。这也类似于上文中描述的已知的2-轴线万向接头解决方案，但是没有大小或重量的任何增加。由于旋转和倾斜运动二者都通过静止导体1406、1408、1410驱动，所以用于产生旋转的导体1406、1408、1410能够根据需要独立于用于产生倾斜的导体1406、1408、1410确定大小。

还可使用本文中所述的机器1400来实施平面音圈。在图34中描绘且将描述平面音圈的一个实施例的示例。然而，在这样做之前，要指出的是，本文中所述的方法能够扩展至非平面应用。所描绘的机器1400包括第一结构1402、第二结构1404和三组导体1406、1408和1410。在所描绘的实施例中，第一结构1402包括合适的导磁材料，诸如先前提及的那些，且导体1406、1408、1410优选地正交地设置在其上。如图34还描绘，第一结构1402可以设置在安装结构3402上。

至少在所描绘的实施例中，第二结构1404包括联接到磁体安装结构3406的一个或多个磁体3404（仅一个被描绘）。磁体3404可以为先前提及的永磁体或电磁体中的任一个或多个。

优选地，机器1400联接到控制器1602（未在图34中描绘），控制器1602被配置成单独控制供应到在导体组1406、1408、1410中的每一个导体的电流，以便在导体组中的某些导体可以不具有电流流动，同时其他导体可以具有沿相对方向的电流流动。例如，在图34中描绘的时间的瞬间，在第一组1406中的一些导体不具有电流流动（使用“0”指示），一些具有正电流流动（使用“+”指示），同时其他具有负电流流动（使用“-”指示）。负电流补偿磁场3408的方向改变，但是可不在一些实施例中使用，以最小化与控制器1602中的驱动电子器件关联的任何复杂度。

先前指出，诸如在图15-17中描绘的那些和刚刚描述的那个（图34）的一些非球形形状可以在各种环境（诸如包裹移动器和娱乐设施）中使用。一个非限制性环境在图35中描绘，其中，第一结构1402的表面结构是非平面的。在所描绘的实施例中，第一和第二导体1406、1408正交于彼此设置。所描绘的机器1400额外包括多组第三导体1410（例如，1410-1、1410-2、1410-3），其中，每一组均包括大体平行的邻近导体。尽管所描绘的实施例包括三组第三导体1410，但是将理解，机器1400可实施为具有比该数量更多或更少的导体。此外，在每组第三导体1410中的导体数量可以改变。例如，在所描绘的实施例中，一组1410-1包括两个导体，另一组1410-2包括三个，且另一组1410-3包括四个。

关于在图35中描绘的机器1400，在第一和第二导体1406、1408中的电流可以被控制以使第二结构在通过每组第三导体1410限定的区域内和/或区域之间运动。应指出的是，出于清楚的目的，仅示出导体的一部分。例如，通过控制在所述组的第三导体1410中的电流，第二结构1404能够被保持在通过该组第三导体1410限定的区域内–实际上，电子围栏、保持笔（holding pen）、或力场。作为非限制性示例，假定最初所有导体1406、1408、1410都具有零电流。包括一个或多个磁体的第二结构1404通过重力定位在总体系统内的最低高度处，该一个或多个磁体具有面朝通过第一和第二导体1406和1408形成的表面的极。接下来，对第一和第二导体1406和1408通电，且如图所示将第二结构1404推动到第三导体1410-1的左下部分中。接下来，在1410-1内引入电流，使得力总是推动抵靠第二结构1404，使得其保持在通过第三导体1410-1限定的环路内。这时候，在第一和第二导体1406、1408中的电流能够设置为零，且第二结构1404将保持“被困”在1410-1内。在某未来时间点，在期望将第二结构1404运动至导体环路1410-3内时，对第一和第二导体1406、1408通电，且电流在极性方面颤动以保持第二结构1404大体就位。接下来，将1410-1中的电流设置为零，且然后在第一和第二导体1406、1408中的电流用于将第二结构1404运动至1410-3的中心（如通过虚线和其箭头的方向所示）。与之前类似，一旦第二结构1404在1410-3内，电流应用到1410-3以充当电围栏，且然后将在第一和第二导体1406和1408内的电流再次设置至零。该示例性过程能够如通过其他虚线所示的继续，以使1404从一地运动到另一地。

本领域技术人员将理解的是，结合本文中所公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路以及算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或二者的组合。上面根据功能性和/或逻辑块部件（或模块）以及各种处理步骤描述了一些实施例和实施方式。然而，应该理解的是，这样的块部件（或模块）可以通过被配置成执行所指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件实现。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，在上面已经大体上根据它们的功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能是否被实施为硬件或软件取决于特定应用以及施加在整个系统上的设计约束。对于每一个特定应用，熟练的技术人员均可以以变化的方式实施所描述的功能，但是这样的实施决定不应该被解释为引起脱离本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表，或类似物，其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将理解的是，在本文中所描述的实施例仅是示例性实施方式。

结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用下述实施或执行：通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑装置、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或被设计成执行本文中所描述的功能的其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实施为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP芯结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

在本文件中，可以单独地使用相关的术语，诸如第一和第二及类似，以将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不必然要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或次序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的许多序数只是表示多个中不同的单个，并且不暗示任何的次序或顺序，除非由权利要求语言具体地限定。在任一权利要求中文本的顺序不暗示过程步骤必须根据这样的顺序以时间或逻辑次序执行，除非其通过权利要求的语言具体地限定。过程步骤可以以任何次序互换而不脱离本发明的范围，只要这样的互换不与权利要求语言矛盾并且在逻辑上不是荒谬的。

另外，取决于上下文，在描述不同元件之间的关系时使用的诸如“连接”或“联接至”的词语不暗示在这些元件之间必须发生直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个额外的元件物理地、电子地、逻辑地、或以任何其他方式连接至彼此。

尽管在本发明的上述详细描述中已经呈现至少一个示例性实施例，但是应该理解的是还存在大量的变型。还应该理解的是，该示例性实施例或各示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，上述详细描述将为本领域技术人员提供实施本发明的示例性实施例的方便指南。要理解的是在不脱离如在所附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例中所描述的元件的功能和布置做出各种改变。

Claims

1. 一种多自由度电磁机器，其可以作为马达、发电机、或马达-发电机操作，所述机器包括：

第一结构，其包括第一导体、第二导体和第三导体，所述第一导体遵循第一总体轨迹，所述第二导体遵循不同于所述第一总体轨迹的第二总体轨迹，所述第三导体遵循不同于所述第一和第二总体轨迹的第三总体轨迹，所述第一、第二和第三导体一起形成表面的总体形状；和

第二结构，其邻近于所述第一结构设置且包括发射磁场的磁体，所述磁体使其磁极中的至少一个面朝所述表面，

其中，在从所述至少一个磁极发射的所述磁场与所述电导体中的任一个内的电流相互作用时，洛伦兹力影响在所述第一结构和所述第二结构之间的相对运动。

2. 根据权利要求1所述的机器，其中：

所述第一、第二和第三导体中的一个或多个包括多个导电段；并且

所述导电段中的每一个均包括预定长度的导体。

3.根据权利要求1所述的机器，其中，所述第一、第二和第三导体中的一个或多个包括毗连导体。

4. 根据权利要求1所述的机器，其中：

所述第一结构还包括由导磁材料形成且具有外表面的第一主体，所述外表面的至少一部分具有所述表面的所述总体形状；并且

所述第一、第二和第三导体至少邻近所述第一结构的所述外表面的至少所述部分设置。

5.根据权利要求1所述的机器，其中，所述表面是闭合表面、敞开表面、闭合和敞开表面的组合、平面表面、非平面表面、或平面和非平面表面的组合中的一种。

6.根据权利要求1所述的机器，其中，所述第一、第二和第三总体轨迹使得所述第一、第二和第三导体相对于彼此以预定角度定向。

7.根据权利要求1所述的机器，其中，面朝所述表面的所述磁极与所述第一结构间隔分开预定间隙。

8.根据权利要求1所述的机器，其中，所述磁体从由永磁体和电磁体组成的组中选择。

9.根据权利要求1所述的机器，其还包括：联接到所述第二结构的装置。

10.根据权利要求9所述的机器，其中，所述装置从由下述组成的组中选择：换能器、电子电路、储存元件、陀螺质量、电磁反射器、电磁吸收装置、透镜、气体或流体喷嘴、工作器械、机器人操纵装置、用于运输有生命或无生命对象的载体、及马达。

11.根据权利要求1所述的机器，其还包括：

控制器，其联接到所述第一、第二和第三导体，且配置成单独控制在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的电流大小和方向，以由此控制在所述第一结构和所述第二结构之间的所述相对运动。

12.根据权利要求11所述的机器，其还包括：

联接到所述第二结构的失衡质量，

其中，所述控制器被配置成独立地控制（i）在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的所述电流大小和方向及（ii）供应到所述第一、第二和第三导体中的每一个的所述电流的频率，以控制所述第二结构的运动。

13. 根据权利要求11所述的机器，其还包括：

联接到所述第一结构或所述第二结构中的一个的发射机；和

联接到所述第一结构或所述第二结构中的一个的接收器，

其中，所述控制器被配置成（i）独立地控制在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的至少所述电流大小和方向，以由此使所述发射机指向第一方向，及（ii）独立地控制在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的至少所述电流大小和方向，以由此使所述接收器指向第二方向。

14.根据权利要求11所述的机器，其还包括：

轮子，其被配置成具有安装在其上的车辆轮胎，所述轮子联接到所述第二结构，

其中，所述控制器被配置成独立地控制在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的至少所述电流大小和方向，以由此使所述轮子沿期望方向运动。

15.根据权利要求11所述的机器，其还包括：

联接到所述第二结构的小齿轮；

联接到所述小齿轮的内轴；和

外轴，其具有内表面且环绕所述内轴的至少一部分，所述外轴具有在所述内表面的至少一部分上形成的环形齿轮，所述环形齿轮啮合所述小齿轮，

其中，所述控制器被配置成独立地控制（i）在所述第一、第二和第三导体中的每一个中的所述电流大小和方向，及（ii）供应到所述第一、第二和第三导体中的每一个的所述电流的频率，以由此控制：

（i）所述小齿轮的转动速度，由此控制所述外轴的转动速度和方向，及

（ii）所述小齿轮相对于所述环形齿轮的速度和轨道的方向，由此控制所述内轴的转动速度和方向。