KR20170031689A - 자기 부양 이동수단을 위한 추진 및 제어 - Google Patents

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디. 그레고리 헨더슨
샤우나 모란
미첼 도허티
빅터 에스피노자
로버트 윌리엄 멜빈
제임스 쟈니키
데이비드 피. 올리닉
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아르스 팍스 랩스, 인크.
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Abstract

와전류를 유도하고 리프트를 발생하기 위해 자기장을 사용하는 전기 기계 시스템이 기술된다. 시스템에 채용될 수 있는 자석 구성이 예시된다. 자석 구성은 리프트 및/또는 스러스트를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 자석 구성에 대한 리프트 및 스러스트 예측이 제공된다. 자석 구성, 연관된 안내, 내비게이션 및 제어 시스템을 채용할 수 있는 호버 엔진의 배열이 설명된다. 마지막으로, 본원에 기술된 전기 기계 시스템의 실시예를 이용하는 열차, 엘리베이터 및 인쇄와 같은 다수의 상이한 응용이 제시된다.

Description

자기적으로 리프트된 비히클에 대한 추진 및 제어{PROPULSION AND CONTROL FOR A MAGNETICALLY LIFTED VEHICLE}
이 특허 출원은 전체를 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함되는, Henderson 등의 "Hoverboard" 명칭으로 2014년 10월 21일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/066,891호에 대해 35 U.S.C.§119(e) 하에 우선권을 주장한다. 이 특허 출원은 전체를 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함되는, Henderson 등의 "Applications of Magnet Arrangements having a One-sided Magnetic Flux Distribution" 명칭으로 2014년 6월 11일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/011,011호에 대해 35 U.S.C.§119(e) 하에 우선권을 주장한다. 이 특허 출원은 전체를 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함되는, Henderson 등의 "Propulsion and Control for a Magnetically Lifted Vehicle" 명칭으로 2014년 7월 31일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/031,756호에 대해 35 U.S.C.§119(e) 하에 우선권을 주장한다. 이 특허 출원은 전체를 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함되는, Henderson 등의 각각 "Hoverboard" 명칭으로 각각 2015년 3월 4일에 출원된 미국 특허 출원 제14/639,045호 및 제14/639,047호에 대해 35 U.S.C.§119(e) 하에 우선권을 주장하며 이들의 부분계속출원이다. 미국 특허 출원 제14/639,045호 및 제14/639,047호 각각은 미국 가 출원 제61/977,045, 62/066,891, 62/011,011 및 62/031,756호에 대한 우선권을 주장하며, 각각은 2013년 3월 15일에 출원된 Henderson의 "Stationary Magnetic Levitation" 명칭의 미국 가 출원출원 제61/799,695호에 대한 우선권을 35 U.S.C.§119(e) 하에서 주장하는, 2013년 10월 31일에 출원된 Henderson의 "Magnetic Levitation of a Stationary or Moving Object" 명칭의 미국 특허 출원 제14/069,359호에 대한 우선권을 주장하여 이의 부분계속출원이며, 이들 각각은 그 전체가 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함된다.
이 발명은 일반적으로 전자기 공중부양 시스템에 관한 것으로, 특히 전자기 공중부양을 채용하는 디바이스에 관한 것이다.
자석의 극이 어떻게 정렬되는지에 따라 두 개의 영구 자석이 가까운 거리에서 서로 끌어당기거나 반발할 것이라는 것은 잘 알려져 있다. 중력 벡터와 정렬되었을 때, 중력에 대항하고 물체를 리프트하기 위해 자기 반발력이 사용될 수 있다. 물체를 리프트하고 이어 이를 한 위치에서 다른 위치로 이동시키는 목적에 있어서 자기 반발력은 불안정하거나 너무 안정하다. 특히, 둘 다는 아니지만, 서로 대향하는 자석들은 물체가 제자리에 그대로 있고 이어 다른 위치로 쉽게 이동될 수 없도록 정렬될 수 있거나, 또는 자석은 물체가 쉽게 이동할 수 있고 제자리에 그대로 있지 않게 되도록 정렬될 수 있다.
또 다른 자기 반발 효과는 도전성 물체 근처에 이동하는 자기장을 발생시키는 것과 관련이 있다. 영구 자석이 금속 물체와 같은 도전성 물체 근처에서 이동될 때, 도전성 물체에 와전류가 형성되어, 반대되는 자기장을 발생한다. 예를 들어, 영구 자석이 구리 파이프를 통해 낙하될 때, 반대되는 자기장이 발생되어 파이프를 통해 낙하되는 비-자기 물체에 비해 자석을 상당히 느려지게 한다. 다른 예로서, 일부 유형의 전기 모터에서, 전류는 자석과 상호작용하여 자석을 이동시키는 코일에 공급된다. 이동하는 자석은 코일과 상호작용하여 코일에 공급되는 전류의 흐름에 반대하는 와전류를 코일에 유도한다.
자기 리프트를 포함한 자기력은 물체 간의 물리적 접촉을 제한하면서 잠재적으로 물체의 방위를 정하고 서로에 대해 이동시키는 기계 시스템에서 중요하다. 자기 리프트를 발생하는 한 가지 방법은 움직이는 자기장과 유도된 와전류 간에 전자기 상호작용을 수반한다. 와전류를 사용하는 이러한 접근법은 상대적으로 미개발되어 있다. 전술한 바에 비추어, 와전류를 사용하여 자기 리프트를 발생하는 새로운 방법 및 장치가 필요하다.
도전성 기판에 와전류를 유도하고 리프트를 발생하기 위해 자기장을 이용하는 전기 기계 시스템이 설명된다. 특히, 도전성 기판에 와전류를 유도하도록 자석의 구성을 회전시키는 호버 엔진이 설명되며, 자석과 유도된 와전류 간에 상호작용은 리프트 힘 및/또는 추진력을 발생하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 추진력을 발생하기 위해, 도전성 기판에 대한 자석의 구성의 방위를 허용하는 메커니즘이 제공된다. 메커니즘은 추진력의 방향 및 크기를 제어할 수 있게 한다.
비히클은 안내, 내비게이션 및 제어(GNC) 시스템을 포함할 수 있다. GNC 시스템은 시간의 함수로서 비히클의 방위, 위치 및 속력을 결정하게 구성된다. 이 정보에 기초하여, GNC 시스템은, 안내 솔루션을 발생하고 안내 솔루션을 구현하게 구성된다. 안내 솔루션의 구현은 비히클 상에 호버 엔진의 방위를 시간의 함수로서 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 호버 능력을 가진 비히클이 제공된다. 비히클은 일반적으로 4개의 호버 엔진, 하나 이상의 속도 제어기, 섀시, 4개의 호버 엔진 각각에 결합된 4개의 액추에이터, GNC 시스템, 관성 측정 유닛(IMU) 및 온-보드 전원을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다. 4개의 호버 엔진, 4개의 액추에이터, 하나 이상의 속도 제어기, GNC 시스템, IMU 및 온-보드 전원은 섀시에 결합되고 섀시 내에 에워싸여질 수 있다.
IMU는 호버 엔진의 위치 및 방위를 결정하기 위해 사용될 수 있다. IMU는 가속도계 및 자이로스코프를 이용할 수 있다. 가속도계 및 자이로스코프로부터 측정된 데이터는 GNC 시스템에 전송될 수 있다.
각각의 호버 엔진은 권선, 제1 세트의 영구 자석, 및 제1 영구 자석을 유지하는 제1 구조를 포함하는 전기 모터를 가질 수 있다. 모터 내에서, 권선에 전류가인가되어 권선 또는 제1 세트의 영구 자석이 회전하게 된다. 권선 또는 제1 세트의 영구 자석의 회전은 이를테면 회전 샤프트를 통해 제2 구조에 전달되는 토크를 발생할 수 있다.
제2 구조는 제2 구조를 회전시키기 위해 전기 모터로부터 회전 토크를 수신하게 구성된다. 제2 구조는 제2 세트의 영구 자석을 유지할 수 있다. 제2 세트의 영구 자석은 유도된 와전류 및 제2 세트의 영구 자석이 상호작용하여 비히클이 기판 위에서 호버하고 및/또는 기판을 따라 위치 간에 병진하게 하는 힘을 발생하게, 기판에 와전류를 유도하도록 회전된다.
하나 이상의 속도 제어기가 4개의 호버 엔진에 결합될 수 있다. 하나 이상의 속도 제어기는 모터로 흐르는 전류를 제어하게 구성되어, 모터의 회전 레이트를 제어한다. 특정 실시예에서, 각각의 호버 엔진에 대해 하나씩으로 4개의 전자 속도 제어기가 사용될 수 있다.
하나 이상의 액추에이터가 각각의 호버 엔진에 결합될 수 있다. 액추에이터는 안내, 내비게이션 및 제어(GNC) 시스템으로부터 명령을 수신하고, 명령에 응답하여 호버 엔진이 섀시에 대해 회전하도록 하는 힘을 발생하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 호버 엔진은 각각 별도의 회전축에 관하여 회전된다. 호버 엔진은 섀시 및 서로에 대해 각각 독립적으로 회전할 수 있다.
GNC 시스템은 액추에이터의 동작을 제어하는 제어기, 및 관성 측정 디바이스(IMU)에 통신가능하게 결합될 수 있다. GNC 시스템은 IMU로부터 센서 데이터를 수신하고 안내 솔루션을 발생하게 구성될 수 있다. 안내 솔루션은 시간의 함수로서 비히클의 방위 및 속력을 포함할 수 있다. 안내 솔루션을 구현하기 위해, GNC 시스템은 제어 명령을 발생하고 제어 명령을 액추에이터에 전송하게 구성될 수 있다.
비히클은 호버 엔진, 액추에이터 및 GNC 시스템에 전류를 공급하는 온-보드 전원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 온-보드 전원은 리튬 폴리머 배터리와 같은 배터리일 수 있다. 다른 실시예에서, 전기를 출력하는 발전기를 회전시키기 위해 연소 모터가 사용될 수 있다.
GNC 시스템은 하나 이상의 속도 제어기에 통신가능하게 결합될 수 있고, 하나 이상의 속도 제어기와 통신하여 각각의 모터의 회전 레이트를 제어하게 구성될 수 있다. 모터의 회전 레이트는 제2 세트의 영구 자석을 포함하는 제2 구조가 더 빠르게 또는 더 느리게 회전하게 할 수 있다. 제2 구조의 보다 빠르거나 느린 회전 레이트는 호버 엔진에서 출력되는 리프트 및 추진력의 크기에 영향을 미칠 수 있다.
특정 실시예에서, 안내 솔루션은 시간의 함수로서 호버 높이를 더 포함할 수 있는데, GNC 시스템은 시간의 함수로서 호버 높이를 제어하기 위해 4개의 호버 엔진의 틸트 위치 또는 4개의 호버 엔진 각각의 리프트 출력 중, 하나 이상을 제어하게 구성된다. 또한, 안내 솔루션은 시간의 함수로서 가속도 레이트를 더 포함할 수 있는데, GNC 시스템은 시간의 함수로서 가속도 레이트를 발생하기 위해 4개의 호버 엔진의 틸트 위치 중 하나 이상을 제어하게 구성된다. 또한, 안내 솔루션은 시간의 함수로서 비히클의 각도 방위를 포함할 수 있는데, GNC 시스템은 시간의 함수로서 비히클의 각도 방위를 제어하기 위해 4개의 호버 엔진 각각의 틸트 위치 또는 4개의 호버 엔진 각각의 리프트 출력 중 하나 이상을 제어하게 구성된다.
다른 실시예에서, GNC 시스템은 비히클이 기판 상의 대략 제1 위치 상에 머무르는 동안 제위치에서 비히클을 회전시키도록 액추에이터를 제어하게 더욱 구성된다. 또한, GNC 시스템은 비히클을 동시에 회전 및 병진하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, GNC 시스템은 비히클을 경사진 기판을 위 또는 아래로 이동시키거나 경사진 기판 상에 위치를 유지하도록 제어할 수 있다. 비히클이 정지 위치에서 호버하고 있는 동안, GNC 시스템은 비히클을 제1 선형 방향으로 이동시키고, 이어 제2 선형 방향으로 이동하기 전에 비히클을 회전시키지 않고 제1 선형 방향에 수직한 제2 선형 방향으로 비히클을 이동시키도록 액추에이터를 제어하게 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, GNC 시스템은 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 모바일 제어 유닛과 통신하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 모바일 제어 유닛은 스마트폰이일 수 있다. GNC 시스템은 모바일 제어 유닛으로부터 방향 입력 명령을 수신하고 이에 응답하여 방향성 입력 명령에 구현하기 위해 액추에이터 각각에 대해 제어 명령을 발생하게 구성될 수 있다.
4개의 호버 엔진은 각각 축 주위로 회전학 구성될 수 있는데, 축에 관한 회전은 호버 엔진이 비히클의 섀시에 대해 틸트하게 한다. 일 실시예에서, 제1 호버 엔진의 제1 회전축은 제2 호버 엔진의 제2 회전축에 대해 90도 각도 방위로 놓이고, 제1 회전축은 제3 호버 엔진의 제3 회전축에 대하여 90도의 각도 방위로 놓이고, 제1 회전축은 제4 호버 엔진의 제4 회전축에 평행하고, 제2 회전축은 제3 회전에 평행하다. 다른 실시예에서, 제1 호버 엔진의 제1 회전축은 제2 호버 엔진의 제2 회전축에 대해 각도의 방위로 놓이고, 제1 회전축은 제3 호버 엔진의 제3 회전축에 대해 180도 마이너스 상기 각도의 방위로 놓이고, 제1 회전축은 제4 호버 엔진의 제4 회전축에 평행하고, 제2 회전축은 제3 회전축에 평행하다.
호버 엔진은 각각 이의 회전축에 관하여 각도 범위를 통해 회전하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각도 범위는 적어도 20도이다. 일 실시예에서, 동일한 각도 범위가 모든 호버 엔진에 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 호버 엔진 각각에 사용되는, 자석의 볼륨 및 극성 배열 패턴을 포함하는, 제2 세트의 영구 자석들의 동일한 자석 구성이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 섀시에 결합되고 섀시에 대해 제5 호버 엔진을 회전시키도록 구성된 제5 호버 엔진 및 제5 액추에이터가 사용될 수 있다. 대안적으로, 제5 호버 엔진은 섀시에 대해 고정된 방위로 고정될 수 있다. 일부 예에서, 제5 호버 엔진은 제1 호버 엔진, 제2 호버 엔진, 제3 호버 엔진 또는 제4 호버 엔진 중 어느 하나보다 더 많은 리프트를 출력하게 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 호버 엔진은 하나 이상의 구조를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다. 각각의 구조는 자석의 구성을 포함할 수 있다. 자석의 구성은 자석의 볼륨, 구조 상에 자석의 볼륨의 분포, 및 자석의 극성 배열 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 호버 엔진이 제공될 수 있다. 호버 엔진은 일반적으로 두 세트의 영구 자석을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다. 제1 세트의 영구 자석은 모터 내에 사용될 수 있고, 제2 세트의 자석은 기판 내에 와전류를 유도하기 위해 사용될 수 있다.
전기 모터는 권선, 제1 세트의 영구 자석, 및 제1 영구 자석을 유지하는 제1 구조를 포함할 수 있다. 전류는 권선에 인가되어 권선 또는 제1 세트의 영구 자석이 회전축에 관하여 회전하게 할 수 있다. 호버 엔진은 전자 속도 제어기를 포함할 수 있다. 전자 속도 제어기는 모터에 결합되어 전기 모터에 의해 수신되는 전류의 양을 조절하여 모터의 회전 레이트를 제어할 수 있다.
제2 구조는 전기 모터로부터 회전 토크를 수신하여 제2 구조를 회전축에 관하여 회전시키도록 구성될 수 있다. 제2 구조는 제2 세트의 영구 자석을 유지할 수 있고, 제2 세트의 영구 자석은 기판에 와전류를 유도하여 유도된 와전류 및 제2 세트의 영구 자석이 상호작용하여 리프트 힘을 발생하게 회전된다. 슈라우드는 모터 및 제2 구조의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다.
제2 세트의 영구 자석은 3개의 극성 영역을 가질 수 있다. 제1 극성 영역은 제1 극성 및 회전축으로부터 반경방향 거리에 있는 제1 볼륨의 자석을 가질 수 있고, 제1 극성 방향은 회전축에 평행한 제1 방향에 있다. 제2 극성 영역은 제2 극성 및 회전축의 반대되는 측 상에 반경방향 거리에 있는 제2 볼륨의 자석을 가질 수 있고, 제2 극성은 제1 극성 영역의 반대되는 극성을 갖고 회전축에 평행한 제2 방향에 있다. 제3 극성 영역은 제1 극성 영역과 제2 극성 영역 간에 회전축에 수직인 선을 따라 분포된 제3 볼륨의 자석을 가질 수 있다. 제3 극성 영역은 또한 회전축에 수직인 제3 극성을 가질 수 있다.
특정 실시예에서, 제2 구조는 디스크 형상일 수 있다. 또한, 제2 구조는 만곡된 기판에 면하는 하부 표면을 포함할 수 있다. 이 경우, 하부 표면은 볼록하거나 오목할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 구조는 평탄한 기판에 면하는 하부 표면을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 제2 구조는 기판에 면하는 평탄 하부 표면을 포함할 수 있다. 또한, 제1 볼륨의 자석은 제1 평탄 하부 표면을 포함할 수 있고, 제2 볼륨의 자석은 제2 평탄 하부 표면을 포함할 수 있고, 제3 볼륨의 자석은 제3 평탄 하부 표면을 포함할 수 있다. 제1 평탄 하부 표면, 제2 평탄 하부 표면 및 제3 평탄 하부 표면은 평탄 하부 표면에 대략 평행하게 제2 구조 내에 고정될 수 있다.
여러 실시예에서, 제3 볼륨은 제1 볼륨과 제2 볼륨의 합보다 크거나 같을 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 볼륨의 자석은 제1 평탄 하부 표면을 포함할 수 있고, 제2 볼륨의 자석은 제2 평탄 하부 표면을 포함할 수 있고, 제3 볼륨의 자석은 제3 평탄 하부 표면을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 평탄 하부 표면의 면적, 제2 평탄 하부 표면의 면적 및 제3 평탄 하부 표면의 면적을 포함하는 총 면적 대 제1 볼륨, 제2 볼륨 및 제3 볼륨을 포함한 자석의 총 볼륨에 대한 비는 2/3의 파워에서, 1보다 크거나 같을 수 있다. 다른 실시예에서, 비는 2보다 크거나 같을 수 있다.
일부 예에서, 제1 볼륨의 자석, 제2 볼륨의 자석, 제3 볼륨의 자석은 각각 단일의 인접한 자석으로서 형성될 수 있다. 다른 예들에서, 제1 볼륨의 자석, 제2 볼륨의 자석 및 제3 볼륨의 자석은 각각 복수의 자석으로부터 형성될 수 있다. 또한, 제3 볼륨의 자석은 애퍼처가 회전축 근처에 형성되도록 배열될 수 있다. 애퍼처는 제2 구조의 일부분에 부착되는 모터로부터 회전가능 부재를 수용하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 볼륨의 자석, 제2 볼륨의 자석 및 제3 볼륨의 자석은 구조 상에 서로 인접하게 배치될 때 직사각형 박스를 형성하는 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 볼륨의 자석, 제2 볼륨의 자석 및 제3 볼륨의 자석은 구조 상에 서로 인접하여 배치될 때 직사각형 박스를 형성하는 형상일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 공기보다 적어도 10배 큰 자기 투자율을 갖는 물질층이 모터 밑에 그리고 제1 볼륨의 자석, 제2 볼륨의 자석 및 제3 볼륨의 자석 위에 고정되고 기판은 제1 볼륨, 제2 볼륨 및 제3 볼륨 밑에 있다.
포함된 도면은 예시적인 목적을 위한 것이며 개시된 발명의 시스템 및 방법에 대한 가능한 구조 및 프로세스 단계의 예를 제공하기 위해서만 사용된다. 이들 도면은 본 발명의 정신및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 본 발명에 대해 행해질 수 있는 형태 및 세부 사항의 어떠한 변경을 어떠한 식으로든 제한하지 않는다.
도 1은 설명된 실시예에 따라 호버보드를 타는 사람의 예시도이다.
도 2 및 도 3은 설명된 실시예에 따라 플레이트 위에서 회전된 자석의 배열에 응답하여 도전성 플레이트 상에 발생된 와전류의 예시도이다.
도 4a는 설명된 실시예에 따라 회전하는 자석의 배열과 관련된 리프트 및 드래그 곡선의 플롯이다.
도 4b는 설명된 실시예에 따라 도전성 기판으로부터의 거리의 함수로서 회전하는 자석의 배열과 관련된 리프트의 플롯이다.
도 4c는 설명된 실시예에 따라 도전성 기판의 두께 및 RPM의 함수로서 회전하는 자석의 배열과 관련된 리프트 곡선의 플롯이다.
도 5a 및 도 5b는 설명된 실시예에 따라 호버 엔진을 도시한 것이다.
도 6은 설명된 실시예에 따라 시작 어시스트를 갖는 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 7은 설명된 실시예에 따라 동적 위치를 갖는 자석을 포함하는 STARM의 평면도이다.
도 8은 설명된 실시예에 따라 이동가능 구성성분을 갖는 STARM의 예시도이다.
도 9는 설명된 실시예에 따라 서로에 대해 이동하는 자석 섹션을 갖는 STARM의 예시도이다.
도 10은 설명된 실시예에 따라 도 9의 자석 섹션의 리프트 대 오프셋 각도의 플롯이다.
도 11은 설명된 실시예에 따라 다중-페이즈 능력을 갖는 STARM의 예시도이다.
도 12 내지 도 16은 설명된 실시예에 따른 STARM의 예시도이다.
도 17a 내지 도 17c는 설명된 실시예에 따른 호버 엔진의 예시도이다.
도 18 내지 도 20은 설명된 실시예를 갖는 회전가능한 자석의 다중 섹션을 갖는 STARM 구성의 예시도이다.
도 21 내지 24는 설명된 실시예에 따른 트랙 구성의 예시도이다.
도 25a, 도 25b, 도 26 및 도 27은 설명된 실시예에 따라 도전성 기판에 대해 틸트된 STARM 및 발생된 연관된 힘의 예시도이다.
도 28은 설명된 실시예들에 따라 틸트하게 구성된 호버 엔진의 예시도이다.
도 29는 설명된 실시예에 따라 틸트 및 회전하게 구성된 호버 엔진의 예시도이다.
도 30a 내지 도 30c는 설명된 실시예에 따라 호버 엔진을 틸트하여 비롯된 힘 불균형의 예시도이다.
도 31a 내지 도 32b는 설명된 실시예에 따른 호버 엔진에 대한 방위 제어 메커니즘의 예시도이다.
도 33a 및 도 33b는 설명된 실시예에 따라 추진력을 발생하기 위해 STARM과 관련된 자기장을 재지향하하는 STARM과 도전성 기판 사이에 개재된 메커니즘의 예시도이다.
도 34a 및 도 34b는 설명된 실시예에 따라 추진력을 발생하기 위해, STARM과 관련된 자기장을 재지향하는, STARM 및 도전성 기판에 인접한 메커니즘의 예시도이다.
도 35는 설명된 실시예에 따른 4개의 틸트가능한 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 36a 내지 도 36c는 설명된 실시예에 따라 다양한 구성으로 틸트된 4개의 틸트가능한 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 37은 설명된 실시예에 따른 4개의 틸트가능한 STARM 및 하나의 고정된 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 38 및 도 39는 설명된 실시예에 따른 4개의 틸트가능한 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 40은 설명된 실시예에 따른 6개의 틸트가능한 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 41은 설명된 실시예에 따라 직사각형 주위에 배열된 4개의 틸트가능한 STARM을 갖는 자기적으로 리프트된 디바이스의 예시도이다.
도 42 내지 도 44는 설명된 실시예에 따른 안내, 내비게이션 및 제어 시스템과 관련된 블록도 및 방정식을 도시한 것이다.
도 45a 및 도 45b는 설명된 실시예에 따라 휠의 회전을 제어하기 위해 사용되는 호버 엔진의 예시도이다.
도 46a 내지 도 46b는 설명된 실시예에 따라 호버 능력을 갖는 하이브리드 비히클의 예시도이다.
도 47a 내지 도 47b는 설명된 실시예에 따라 신호 격리를 수행하기 위해 호버 엔진을 사용하는, 룸을 포함하는 시스템의 예시도이다.
도 48a 내지 도 49b는 설명된 실시예에 따라 수직 또는 수평 방위로 놓인 트랙을 따라 페이로드를 이동시키기 위해 호버 엔진을 사용하는 시스템의 예시도이다.
도 50은 설명된 실시예에 따라 트랙 엔클로저 내에서 이동하게 구성된 자기적으로 리프트된 디바이스를 갖는 시스템의 예시도이다.
도 51a 내지 도 54는 설명된 실시예에 따라 트랙을 따라 이동하게 구성된 호버 엔진을 갖는 시스템의 예시도이다.
도 55는 설명된 실시예에 따라 비행기를 자기적으로 리프트하게 구성된 슬레드를 갖는 시스템의 예시도이다.
도 56은 설명된 실시예에 따라 표면을 따라 롤러로 비히클을 추진시키기 위해 호버 엔진을 사용하는 시스템의 예시도이다.
도 57은 설명된 실시예에 따라 액체를 조작하기 위해 호버 엔진을 사용하는 시스템의 예시도이다.
도 58 내지 도 60c는 설명된 실시예에 따라 호버 기관차 및 트랙 구성의 예시도이다.
도 61a 내지 도 62b는 설명된 실시예에 따라 물질을 표면에 피착시키기 위해 호버 비히클을 사용하는 시스템의 예시도이다.
도 63 및 도 64는 설명된 실시예에 따라 원형 패턴으로 배열된 입방 자석을 포함하는 STARM의 평면도 사시도이다.
도 65 및 도 66은 설명된 실시예에 따라 원형 패턴으로 배열된 자석의 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 평면도이다.
도 67 내지 도 71은 설명된 실시예에 따라 STARM의 회전축에 걸쳐 있는 자석을 포함하는 자석 구성 및 관련된 극성 정렬 패턴의 평면도이다.
도 72 내지 도 74는 설명된 실시예에 따라 클러스터로 배열된 자석을 포함하는 자석 구성 및 관련된 극성 정렬 패턴의 평면도이다.
도 75 및 도 76은 설명된 실시예에 따라 선형 어레이로 배열된 자석을 포함하는 자석 구성 및 관련된 극성 정렬 패턴의 평면도이다.
도 77은 도 63에 도시된 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 78은 STARM의 회전축에 걸쳐 확장되는 선형 어레이로 배열된 자석을 포함하는 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 79는 도 69에 도시된 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 80은 도 70에 도시된 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 81은 도 76에 도시된 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 82는 도 75에 도시된 자석 구성에 대해 예측된 와전류 패턴을 도시한다.
도 83 및 도 84는 수치적으로 예측된 데이터와 실험 데이터를 비교하는 리프트 대 높이의 플롯이다.
도 85, 도 86 및 도 87은 8개의 상이한 자석 구성에 대한 리프트 대 높이의 수치적 예측의 플롯이다.
도 87은 원형으로 배열된 자석 구성에 대한 틸트각의 함수로서 높이에 대한 리프트 및 스러스트의 수치적 예측의 플롯이다.
도 88 및 도 89는 도 69의 자석 구성(1290)에 대한 틸트각의 함수로서 리프트 및 추력의 수치적 예측의 플롯이다.
도 90 내지 도 104는 전술한 실시예에 따라 8 입방 인치의 자석 및 관련된 극성 정렬 패턴 및 와전류 패턴을 이용하는 자석 구성의 예시도이다.
도 105는 설명된 실시예에 따라 8 입방 인치의 자석을 이용하는 다양한 자석 구성에 대한 리프트 대 높이의 수치적 예측의 플롯이다.
도 106은 설명된 실시예에 따라 8각형 형상의 자석을 사용하는 자석 구성의 예시도이다.
도 107 및 도 108은 설명된 실시예에 따른 정사각형 자석 구성 및 관련된 극성 정렬 패턴의 예시도이다.
도 109는 설명된 실시예에 따라 디스크를 형성하도록 배열된 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 예시도이다.
도 110 및 도 111은 설명된 실시예에 따라 사다리꼴 형상의 자석을 이용하는, 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 예시도이다.
도 112는 설명된 실시예에 따라 삼각형 형상의 자석을 이용하는 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 예시도이다.
도 113은 전술된 실시예에 따라 자석의 일부가 자석의 대각선에 걸친 극성 방향으로 자화되는 직사각형 형상의 자석을 이용하는 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 예시도이다.
도 114는 설명된 실시예에 따라 4개의 호버 엔진을 포함하는 비히클 구성의 저면도이다.
본 발명은 이제 첨부 도면들에 예시되는 바와 같이 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 다음 설명에서, 다수의 특정한 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 당업자에게, 본 발명이 이러한 특정한 세부사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것이 분명할 것이다. 다른 예에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
본원에 설명된 여러 실시예는 다수의 상이한 단락으로 그룹화된다. "자기 리프트 시스템 개요" 제목의 제1 단락에서는 와전류를 유도하여 리프트를 발생시키는 전기 기계 시스템이 일반적으로 설명된다. 도 1 내지 도 4c가 이 단락에 포함된다. "리프트 및 드래그 제어를 포함하는 호버 엔진 구성"이라는 제목의 제2 단락에서는 자기 리프트 및 드래그를 발생 및 제어하기 위한 다양한 방법 및 장치에 대해 설명한다. 이 단락은 도 5a-도 20을 포함한다. "트랙 구성"이라는 제목의 제3 단락에서는 와전류가 유도되는 도전성 기판을 포함할 수 있는 트랙의 일부 특징에 대해 설명한다. 이 단락은 도 21-도24를 포함한다.
다음에, "자기 리프트 및 추진" 제목의 제4 단락에서, 호버 엔진을 사용하는 비히클의 추진과 관련된 세부 사항을 설명한다. 특히, 추진력 및/또는 제어 힘을 발생하기 위해 기판에 대해 하나 이상의 STARM의 방위가 변경될 수 있다. 이 단락은 도 24a-도 34b를 포함한다.
다음, "비히클 구성 및 내비게이션, 안내 및 제어(NGC)" 제목의 제5 단락에서, 호버 엔진의 배열 그리고 움직임을 제공하기 위한 이들의 작동이 기술된다. 다음에, 자기적으로 리프트된 디바이스에 적용될 수 있는, 내비게이션, 안내 및 제어(NGC) 기능이 논의된다. 이 단락은 도 35 내지 도 44를 포함한다.
"응용" 제목의 제5 단락에서, 호버 엔진을 이용하는 다양한 응용이 설명된다. 예를 들어, 이 단락은 1) 휠를 구동하고 제어하기 위해 호버 엔진이 사용되는 응용, 2) 휠을 호버하거나 휠 상에 탑승하게 구성되는 하이브리드 비히클, 3) 외부 환경으로부터 신호 격리를 제공하는 룸, 4 ) 트랙을 따라 이동하게 구성된 호버 엔진, 5) 비행기를 위한 런치 어시스트 지원, 6) 선박에서 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있는 디바이스, 7) 열차 및 트랙 구성, 및 8) 인쇄를 포함한다. 이 단락은 도 45a 내지 도 62b를 포함한다.
"자석 구성 및 수행 비교" 제목의 제6 단락에서, 호버 엔진에 사용할 수 있는 다양한 자석 구성에 대해 설명한다. 리프트 예측은 다수의 구성에 대해 발생되고, 실험 데이터와 비교된다.이 단락은 도 63-도 113을 포함한다.
마지막으로, "비행 데이터"라는 제목의 제7 단락에서, 비행 동안 측정된 2개의 비히클 구성 및 테스트 데이터가 설명된다. 데이터는 두 테이블에 제시된다. 이 단락은 도 113을 포함한다.
자기 리프트 시스템 개요
도 1 내지 도 4c에 관련하여, 자기 리프트 시스템의 일부 일반적인 예 및 동작 원리가 기술된다. 특히, 라이더를 리프트하고 추진하도록 구성된 호버보드 시스템이 논의된다. 호버보드 시스템은 호버 엔진을 가진 호버보드 및 호버보드가 동작하는 기판을 포함할 수 있다. 기판은 와전류가 유도되는 도전성 부분을 포함할 수 있다. 와전류를 유도하는 디바이스와 유도된 와전류 간에 전자기 상호작용은 전자기 리프트와 다양한 병진 및 회전 제어 힘을 발생하기 위해 사용될 수 있다.
호버보드는 이동하는 자기장 소스(예를 들어, 영구 자석)와 유도된 와전류 간에 상호작용을 통해 리프트와 같은 힘을 발생시키는 전기기계 시스템의 일 예이다. 도 1은 사람(10)이 호버보드(12)를 타는 것을 도시한 것이다. 일 실시예에서, 호버보드는 16과 같은 4개의 호버 엔진을 포함한다. 호버 엔진(16)은 시간의 함수로서 변화하는 자기장을 발생한다. 시변 자기장은 트랙(14) 내 도전성 물질과 상호작용하여 와전류를 형성한다. 와전류 및 이들의 연관된 자기장 및 호버 엔진으로부터의 자기장은 리프트 힘 혹은 추진력과 같은 힘을 발생하게 상호작용한다. 발생될 수 있는 와전류의 예가 도 2 및 도 3에 관련하여 기술된다. 유도된 와전류에 연관된 리프트 및 드래그가 도 4a 내지 도 4c에 관련하여 기술된다. 자석 구성, 와전류 패턴, 리프트 예측 및 실험 데이터와의 비교에 대한 보다 상세한 내용은 도 63 내지 도 117과 관련하여 이하 설명된다.
도 1에서, 트랙(14)은 구리로 형성된다. 특히, 서로의 위로 층을 이루는 3개의 1/8 인치 구리 시트가 사용된다. 이외 다른 도전성 물질 및 트랙 구성이 사용될 수 있다. 따라서, 구리 시트로 형성된 트랙은 단지 예시의 목적으로 설명된다. 만곡된 표면은 다수의 얇은 층상 시트를 사용하여 더 쉽게 형성될 수 있다. 예를 들면, 하프-파이프가 형성될 수 있다. 도 1에서, 하프-파이프의 일부가 도시되었다. 트랙(14)은 다양한 경사진 및 평탄한 표면을 포함할 수 있고, 하프-파이프의 예는 단지 예시 목적으로 제공된다.
사용되는 도전성 물질의 두께는 도전성 물질의 물질 특성, 이를테면 자신의 전류 수송 용량 및 요망되는 자기적 리프트 량에 의존할 수 있다. 출력 자기장의 강도, 자기장의 움직임 레이트 및 트랙의 표면으로부터 호버 엔진의 거리와 같은 인자에 의존하여, 특정 호버 엔진은 특정 트랙 물질 내에 강한 혹은 약한 와전류를 유도할 수 있다. 상이한 량의 리프트를 발생하고 이에 따라, 강한 혹은 약한 와전류를 유도하게 상이한 호버 엔진들이 구성될 수 있다.
물질 내 유도되는 와전류에 연관된 전류 밀도는 표면에서 최대일 수 있고 따라서 표면으로부터 거리에 따라 감소할 수 있다. 일 실시예에서, 표면에 유도되는 전류 밀도는 제곱 센티미터당 천 내지 만 암페어 정도일 수 있다. 도전성 물질이 얇아짐에 따라, 이것은 호버 엔진에 의해 잠재적으로 유도되는 전류량이 도전성 물질이 유지할 수 있는 것보다 많아지게 되는 두께에 도달할 수 있다. 이 시점에서, 호버 엔진으로부터 자기적 리프트 출력의 량은 도전성 물질이 두꺼웠다면 잠재적으로 발생되었을 수도 있었을 리프트의 량에 비해 떨어질 수 있다. 이 효과는 도 4c에 관련하여 더 상세히 논의된다.
물질의 두께가 증가함에 따라, 유도되는 전류는 표면으로부터 거리 증가에 따라 점점 더 작아지게 된다. 어떤 두께에 도달된 후에, 추가적 물질은 추가적으로 아주 적은 리프트가 생기게 한다. 호버보드(12)를 위해 사용되는 호버 엔진에 대해서, 시뮬레이션은 ½ 인치의 구리를 사용하는 것이 3/8 인치의 구리를 사용하는 것에 비해 훨씬 더 많은 리프트가 생기게 하진 않을 것임을 나타내었다.
도 1에 도시된 디바이스에 대해서, 시뮬레이션은 1/8 인치 시트 구리를 사용하는 것이 반 인치 구리를 사용하는 것에 비해 리프트를 현저하게 낮출 것으로 예측하였다. 맥스웰 방정식을 풀기 위해 유한 요소 해석이 사용되었다. 특히, Ansys Maxwell(Ansys, Inc., Canonsburg, PA).
여러 실시예에서, 사용될 수 있는 구리 량은 응용에 따라 달라졌다. 예를 들어, 인형을 운반하게 구성된 소규모 모델의 호버보드에 있어서, 1/8 인치 시트 구리는 충분함 이상일 수 있다. 또 다른 예로서, 얇은 량의 도전성 물질을 가진 트랙은 더 많은 도전성 물질의 더 두꺼운 량을 가진 트랙에 비해 덜 효율적인 리프트 발생에 이르게 할 수 있다. 그러나, 도전성 물질의 비용은 리프트 발생의 효율에 반하여 서로 교환될 수 있다.
기판(14)은 유도되는 와전류를 지원하게 구성되는 부분을 포함할 수 있다. 또한, 이것은 기계적 지지 혹은 강성을 추가하거나, 냉각을 제공하거나 및/또는 트랙 부분들이 조립될 수 있게 하기 위해 사용되는 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열을 제거 및/또는 특정 위치로 이동하게 구성되는 파이프 혹은 핀(fin)이 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(14)은 서로 인터페이스하게 구성되는 복수의 타일로서 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 유도되는 와전류를 지원하기 위해 사용되는 기판(14)의 부분은 비교적 얇을 수 있고, 구조적 지지 및 강성을 제공하기 위해 추가의 물질이 추가될 수도 있다.
여러 실시예에서, 유도되는 와전류를 지원하기 위해 사용되는 기판(14)의 부분은 이의 특성이 깊이에서 그리고 위치간에 실질적으로 균질인 점에서 비교적 균질일 수 있다. 예를 들어, 은, 구리 혹은 알루미늄과 같은 금속 고체 시트는 이의 깊이 특성에서 그리고 위치간에 실질적으로 균질한 것으로 간주될 수 있다. 또 다른 예로서, 물질 특성이 평균으로 위치간에 그리고 깊이에서 비교적 균질한 경우 폴리머 혹은 복합물과 같은 도전성 복합 물질이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 유도되는 와전류를 지원하기 위해 사용되는 기판(14)의 부분은 깊이에서 다를 수 있지만 그러나 위치간에 비교적 균질할 수 있다. 예를 들어, 와전류를 지원하는 기판(14)의 부분은 또 다른 물질로 도핑되는 베이스 물질로 형성될 수 있다. 도핑량은 물질 특성이 깊이에서 다르도록 깊이에서 다를 수 있다.
다른 실시예에서, 와전류를 지원하는 기판(14)의 부분은 서로 상이한 물질들의 층들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로로부터 절연되는 구리의 층들과 같은 도전성 물질의 층들 사이에 전기적 절연체가 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 하나 이상의 박스성 물질 혹은 반자성 물질과 함께 강자성 물질의 하나 이상의 층이 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 와전류를 지원하는 기판(14)의 표면은 유도되는 와전류 혹은 이외 어떤 다른 물질 특성에 영향을 미치는 융기된 혹은 함몰된 딤플과 같은 표면 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 위치간에 물질 특성에 약간 변동이 있을 수 있지만 그러나 특정 영역에 대해 평균으로 물질 특성은 위치간에 비교적 균질할 수 있다.
일 실시예에서, 사람은 이들의 무게 및 이들의 위치를 호버보드 상에서 옮김으로써 호버보드(12)를 제어할 수 있다. 무게 옮김은 트랙(14)의 표면에 관하여 호버 엔진(16) 중 하나 이상의 방위를 변화시킬 수 있다. 방위는 트랙으로부터 호버 엔진의 각 부품의 거리를 포함할 수 있다. 트랙의 표면에 관하여 16과 같은 각 호버 엔진의 방위는 표면에 평행한 힘이 발생되는 결과를 갖게할 수 있다.
호버 엔진(16)으로부터 순 힘은 비히클(vehicle)을 특정 방향으로 추진하고 이의 스핀을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 개인은 호버보드(12)를 특정 방향으로 추진하거나 혹은 밀어 특정 방향으로 이동되게 하기 위해서 호버보드(12)에 뛰어 오르기 위해 숙이고 표면(14)에서 저어 나갈 수 있다. 호버보드의 추가 세부 사항은 본원에 앞에서 포함된 "호버보드(Hoverboard)" 명칭의 미국 특허 출원 제14/639,045호 및 제14/639,047호에 기술되어 있다.
다음에, 호버 엔진에 사용될 수 있는 자석 배열의 몇몇 예가 도 2 및 도 3에 관련하여 기술된다. 도 2 및 도 3은 플레이트 위에서 회전되는 자석의 배열에 응하여 도전성 플레이트 상에 발생되는 와전류를 도시한 것이다. 도전성 플레이트는 유도되는 와전류를 지원하게 구성되는 기판의 부분이다. 와전류 및 발생되는 연관된 힘은 Ansys Maxwell 3D(Canonsburg, PA)을 사용하여 시뮬레이트되었다. 시뮬레이션 각각에서, 자석의 배열은 각각 구리 플레이트(56, 64) 위에 ½인치 높이에서 1500 RPM으로 회전된다. 구리 플레이트는 ½ 인치 두께로서 모델링된다. 플레이트는 깊이 및 위치 간에 균질한 것으로서 모델링된다. 플레이트의 폭 및 길이는 STARM이 플레이트의 에지 근처에서 와전류를 유도할 때 일어날 수 있는 에지 효과가 최소가 되게 선택된다.
자석은 강도 N50의 1 인치 입방 네오디뮴 합금 자석이며, 서로 유사한 자석들이 K 및 J 자기(Pipersville, PA)을 통해 구입될 수 있다. 자석은 각각 약 3.6 온스 무게이다. 서로 상이한 크기, 형상 및 물질의 자석들이 이용될 수 있고 이 예는 단지 예시 목적으로 제공된다.
도 2에서, 50과 같은 8개의 1 인치 입방 자석은 z 축으로부터 약 2 인치 안쪽 에지를 갖고 배열된다. 자석은 알루미늄 프레임(52) 내에 내장된 것으로서 모델링된다. 화살표 머리는 자석의 북극을 나타낸다. 자석 중 4개의 극성은 z 축에 수직한다. 개방된 원은 자석의 북극을 나타내며, x를 가진 원은 자석의 남극을 나타낸다. 4개의 자석을 수반하는 극성 패턴은 2번 반복된다.
여러 실시예에서, 도면에 도시된 자석의 극성 패턴은 1회 이상 반복될 수 있다. 극성 패턴에 연관된 극성 방향에 매칭되는 자석들의 볼륨을 형성하기 위해 서로 상이한 크기 및 형상의 하나 이상의 자석들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 입방 인치의 총 볼륨을 가진 2개의 1/2 인치 폭의 직사각형 자석 혹은 1 입방 인치의 총 볼륨을 가진 2개의 삼각형 자석은 극성 패턴에서 극성 방향을 제공하기 위해 동일 방향으로 정렬될 수 있다. 극성 패턴에서, 이웃한 자석과는 상이한 극성 방향을 가진 자석들은 이웃 자석을 터치할 수 있고 혹은 이웃 자석으로부터 분리될 수도 있다.
특정한 입방 크기의 주어진 수의 자석에 대해서, 자석의 면(face)의 z 축으로부터 거리는 자석의 에지가 터치하고 있게 혹은 작은 거리로 이격되게 조절될 수 있다. 8개의 자석을 사용하는 이 예로는 8각형 형상이 형성될 것이다. 극성 패턴을 갖고 원 둘레에 배열된 20 개의 1 인치 입방 자석의 구성이 이하 기술된다. 자석들의 이 배열의 안쪽 에지는 회전축으로부터 약 3.75 인치이다.
자석들이 모아졌을 때, 자석당 발생되는 리프트 및 드래그의 크기는 자석들이 더 이격되어 있을 때에 비해 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 회전축 주위에 배열될 때 자석들이 서로 터치할 수 있게 하기 위해서 사다리꼴 형상의 자석이 이용될 수 있다. 4개의 자석(90도), 8개의 자석(45도), 등과 같이 상이한 총 자석의 수를 수용하기 위해 상이한 사다리꼴 각도가 사용될 수 있다.
직사각형 및 삼각형 형상의 자석의 조합 또한 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 삼각형 자석이 도 2에 도시된 입방 자석들 사이에 놓여질 수 있다. 일 실시예에서, 4개 사다리꼴 자석의 그룹들 혹은 직사각형 및 삼각형 자석들의 조합에 대한 극성 패턴은 도 2에 도시된 것과 유사할 수 있다.
8개의 자석의 배열이 구리 플레이트 위에서 회전될 때, 와전류가 구리 내에 유도된다. 도 2의 예에서, 시뮬레이션은 4개의 원형 와전류(56)가 발생됨을 나타낸다. 4개의 와전류는 교번하는 방향들로 순환하며 순환하는 자석 밑에 대략 중심에 놓여진다.
전자기 상호작용은 순환하는 와전류가 리프트 힘 및 드래그 힘이 발생되게 자석의 배열을 밀어내는 자기장을 발생하는 곳에서 일어난다. 와전류는 자석이 회전할 때 회전한다. 상술한 바와 같이, 와전류의 중심 위치는 자석이 회전함에 따라 회전한다(이 회전은 각각의 와전류를 형성하는 순환 전류의 회전과는 상이하다). 그러나, 와전류는 z 축에 정렬된 4개의 자석 바로 밑에 있지 않다. 이에 따라, 와전류는 이웃한 영구 자석의 극 중 하나를 끌어당기는 자기장을 발생할 수 있다. 인력은 자석의 움직임에 반대되는 드래그를 생성하게 리프트에 수직하여 작용할 수 있다. 드래그는 또한 토크와 연관될 수 있다. 드래그 토크는 자석의 배열에 결합된 모터에 의해 공급되는 입력된 토크에 의해 극복된다.
간단한 예에서, 원형 코일 내에서 순환하는 전류는 방위(북/남)이 전류의 방향에 의존하는 막대 자석의 자기장처럼 보이는 자기장을 생성한다. 생성되는 자기장의 강도는 원형 코일의 면적과 코일을 통해 흐르는 전류의 양에 따라 달라진다. 코일은 전류가 흐를 수 있는 위치들을 제약한다.
이 예에서, 잘 정의된 서킷(circuit)은 없다. 이에 따라, 한 와전류는 이웃 와전류와 상호작용할 수 있다. 상호작용은 전류의 크기가 각 와전류의 원주 둘레에서 가변하게 와전류 간 인터페이스에서 전류의 크기가 증가하게 한다. 또한, 전류는 물질 내 깊이에서 가변하는데 영역당 가장 큰 전류는 표면에서 일어나고 이어 표면에서 깊이에서 감소한다.
또한, 고정된 위치를 가진 서킷과는 달리, 와전류의 중심은 전류를 유도하는 자석이 회전할 때 회전한다. 자석이 도전성 물질 위에서 선형으로 이동될 때와는 달리, 별도의 와전류가 자석 앞 및 뒤에 형성된다. 이 예에서, 4개의 극(플레이트의 표면에 수직하게 북극 및 남극을 가진 자석)은 한 극 앞에 형성되는 와전류가 다음 이웃한 극 뒤에 형성되는 와전류와 합체하게 할만큼 충분히 가깝다. 이에 따라, 형성되는 와전류의 수는 4개인 극의 수와 같다. 일반적으로, 이 유형의 구성에 있어서는 형성된 와전류의 수가 자석 구성에서 사용된 극의 수와 같았음이 관찰되었다.
또한, 물질 인터페이스는 발생되는 리프트 및 드래그 량이 인터페이스에서 떨어진 것과는 반대로 인터페이스 가까이에서 상이하게 되게, 유도된 와전류에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 와전류가 유도되는 표면은 유도된 와전류를 지원하는 물질이 끝나는 에지를 가질 수 있다. 경계 가까이에서, STARM이 에지에 접근할 때, 와전류는 압축되는 경향이 있어 결과적인 리프트 및 드래그에 영향을 미친다.
또 다른 예에서, 표면은 도전율에 불연속이 존재하는 인터페이스를 가질 수 있다. 예를 들어, 표면을 형성하기 위해 사용되는 2개의 이웃한 구리 시트의 에지는 터치하지 않을 수 있고, 부분적으로 터치하거나 혹은 서로로부터 도전적으로 절연될 수 있다. 불연속한 도전율은 인터페이스를 가로질러 전류가 흐르는 것을 줄이거나 방지할 수 있어, 유도되는 와전류로부터 발생되는 리프트 및 드래그에 영향을 미친다.
일 실시예에서, 유도되는 와전류를 지원하는 기판은 1/8 인치 구리 시트가 서로의 위로 스택된 것과 같이 층들로 스택되는 다수의 시트로부터 형성될 수 있다. 불연속은 제1 시트에서 이웃한 제2 시트로 흐르는 전류를 감소시키는 2개의 시트 간 작은 갭과 같은, 2개의 이웃한 시트들이 만나는 한 층 내에 형성될 수 있다. 갭은 열팽창을 감안할 수 있고 조립 프로세스를 단순화할 수 있다. 불연속의 영향을 줄이기 위해서, 시트들 간 이웃한 에지들은 층간에 엇갈릴 수 있다. 이에 따라, 특정 위치에서 불연속은 한 층 내에서 일어날 수 있고 다른 이웃한 층들에선 아닐 수 있다.
일부 경우에, 시트들 간에 도전율을 개선하기 위해 도전성 페이스트가 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이웃한 시트들은 함께 솔더링될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 서로 상이한 시트들 간에 전류가 흐를 수 있게 하기 위해서, 압축된 후 팽창될 수 있는 유연한 콘택이 사용될 수 있다.
도 3에서, 60과 같이 1 인치 입방 자석의 3행 × 5열 어레이가 구리 플레이트 위에서 회전된다. 어레이는 각 행에 단일 자석을 사용할 수도 있다. 자석은 알루미늄 프레임(62)에 의해 둘러싸인 것으로 모델링된다. 이 예에서 자석은 서로 터치하게 구성된다. 5개 자석의 각 행에 대한 자석 패턴이 도시되었다. 대안적 실시예에서, 개방 원, 좌측 화살표(개방 원을 가리키는), "x"를 가진 원, 우측 화살표(x를 가진 원에서 멀어져 가리키는) 및 개방 원의 5개의 자석 패턴이 사용될 수 있다. 이것은 도면에 도시된 좌측 화살표, "x"를 가진 원, 좌측 화살표, 개방 원 및 우측 화살표 패턴과 비교된다.
자석 패턴은 각 행에 대해 동일하고 자석 극성은 각 열에 대해 동일하다. 여러 실시예에서, 자석 어레이는 하나 이상의 행을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 단지 한 행의 패턴을 포함하는 자석 어레이가 사용될 수 있다.
하나 이상의 행을 가진 다수의 어레이는 회전체가 균형되게 회전체 상에 배열될 수 있다. 예를 들어, 동일 수의 자석의 2, 3, 4 등의 어레이의 자석 어레이는 회전체 상에 배열될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 수의 자석을 가진 2 이상의 쌍의 자석 어레이 및 제2 수의 자석을 가진 2 이상의 쌍의 자석 어레이는 회전체 상에 서로 대향하여 배열될 수 있다.
도 3의 예에서, 자석 어레이 밑에서 2개의 와전류(66)가 발생되고, 2개의 와전류(70, 68)가 어레이 앞쪽 및 뒤쪽에 형성된다. 이들 와전류는 어레이가 플레이트 주위에서 회전할 때 어레이와 함께 이동한다. 어레이가 플레이트(64) 위에서 이동될 때, 72와 같은 와전류가 파생(spin off)된다. 와전류(66, 68, 70)는 어레이 상에 자기적 리프트 및 드래그를 야기할 수 있는 자기장을 발생한다. 이들 유형의 어레이 중 두 개가 서로 가깝게 놓여지게 되었을 때, 시뮬레이션은 한 어레이로부터 유도된 와전류가 다른 어레이로부터 유도된 와전류와 합체할 수도 있을 것임을 나타내었다. 이 효과는 어레이가 더욱 이격되었을 때는 사라졌다.
도 2 및 도 3의 예에서, 시뮬레이션은 도 2에 비해 도 3의 구성에서 자석당 더 많은 리프트 힘이 발생되었음을 나타내었다. 이 결과의 일부는 도 3에서 자석의 부분이 도 2에 자석보다 더 큰 반경에 있다는 사실에 기인한다. 일정한 RPM에 대해, 더 큰 반경은 도전성 플레이트에 관하여 자석의 더 큰 속도를 초래하여 더 많은 리프트가 생기게할 수 있다.
자석당 리프트는 총 자석 볼륨 입방 인치로 나눈 총 리프트일 수 있다. 1 인치 입방 자석에 있어서, 볼륨은 1 입방 인치이다. 이에 따라, 자석들의 총 수는 입방 인치 볼륨과 동일하다. 따라서, 앞에 단락에서 자석당 리프트 힘의 사용. 자석 배열의 자석 볼륨으로 나눈 총 리프트의 사용은 서로 상이한 자석 배열의 리프트 효율을 비교하는 한 수단을 제공한다. 그러나, 위에 언급된 바와 같이, 반경 및 RPM의 함수인, 기판에 관한 자석의 속도는 리프트에 영향을 미치며, 따라서 자석 구성들을 비교할 때 고려하는 것이 중요할 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 자석 극성 패턴에서 자석 극의 부분은 극이 STARM(도면에서 "x" 혹은 "o"로 표기된 극)의 회전축에 평행하게 되게 정렬된다. STARM의 하부가 유도된 와전류를 지원하는 표면에 평행할 때, 자석 극의 부분 및 회전축은 표면에 대략 수직이다.
이 구성에서, 표면과 상호작용하기 위해, 회전축이 대략 표면에 평행한 것인 도로를 주행하는 타이어처럼, STARM은 이의 측 상에서 회전될 수 있다. 특정 실시예에서, 동작 동안에 자석 극(다시, "x" 혹은 "o"으로 표기된 자석) 중 하나 이상을 동적으로 회전시킬 수 있는 액추에이터와 같은 메커니즘이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 자석 극은 이들이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 표면에 수직한 방위에서 이들이 표면에 평행한 방위로 이동되고 다시 되돌아갈 수 있게 회전가능할 수 있다. 자석이 이 방식으로 턴될 때, 발생되는 리프트 및 드래그 량은 감소될 수 있다. 추가의 실시예에서, 도 2 및 도 3에 도시된 자석 극이 도 2 및 도 3에서 이들의 방위에 관하여 제로 내지 90도 사이의 어떤 각도 만큼 회전되는 고정된 자석 구성이 이용될 수 있다.
도 4a는 기술된 실시예에 따라 회전하는 자석의 배열에 연관된 리프트 곡선(106) 및 드래그 곡선(108)의 플롯(100)을 포함한다. 곡선은 힘(102) 대 회전 속력(104)이다. 곡선은 실험 측정 및/또는 시뮬레이션을 통해 결정될 수 있다. 자기적 리프트 및 드래그는 호버 엔진에 연관된 자석 배열의 회전에 연관될 수 있는 임의의 공기역학적 리프트 및 드래그와는 분리되는 것에 유의한다.
도시되진 않았지만, 토크량이 결정되고 플롯될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자석들의 어레이는 반경방향으로 대칭일 수 있다. 반경방향으로 대칭인 어레이가 도전성 기판에 평행할 때와 같은 일부 경우에, 순 드래그 힘은 제로일 수 있다. 그럼에도불구하고, 어레이의 회전을 대항하는 토크가 발생된다. 토크를 극복하기 위해 모터로부터 회전 입력이 사용될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 자기 드래그는 속력이 증가함에 따라 증가하며, 피크에 도달하고 이어 속력과 함께 감소하기 시작한다. 반면, 자기적 리프트는 속력과 함께 증가한다. 속력은 에디를 유도하는 표면에 관하여 자석의 속력일 수 있다. 자석이 회전하고 있을 때, 이 속력은 각속력에 회전축으로부터의 거리를 곱한 것이다. 속력은 회전축으로부터 거리가 자석의 면에 걸쳐 가변함에 따라 자석의 면에 걸쳐 가변할 수 있다.
도 3에 도시된 자석 구성의 여러 시뮬레이션에서, 가장 큰 드래그는 250 RPM 내지 350 RPM 사이에서 일어나는 것으로 관찰되었다. 그러나, 자신의 피크를 포함하는 드래그 량은 자석의 크기 및 형상, 와전류가 유도되는 기판으로부터 자석의 거리, 기판의 반경 및 두께의 함수로서 변화하는 기판에 관한 자석의 속도, 및 및 자석의 강도와 같은 변수에 의존할 수 있다. 또한, 복수의 자석의 배열에 대해서, 이들의 극의 배열 및 서로에 관하여 간격은 발생되는 리프트 및 드래그 둘 다에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 값 범위는 단지 예시 목적으로 제공된다.
도 4b는 도전성 기판으로부터 거리(110)의 함수로서 회전 자석의 배열에 연관된 힘(102)의 플롯이다. 이 예에서, 도 3에 도시된 것과 유사한 자석의 구성이 시뮬레이트되었다. 플롯은 일정한 RPM에서 다수의 시뮬레이션에 기초한다. 리프트는 표면으로부터 거리(110)가 증가함에 따라 기하급수적 디케이 곡선을 따르는 것으로 나타난다.
도 4c는 도전성 기판의 두께 및 RPM의 함수로서 회전 자석의 배열에 연관된 리프트 곡선의 플롯이다. 이 예에서, 도 3에 도시된 것과 유사한 구성이 사용되었다. 도전성 기판은 구리이며, 구리의 두께는 시뮬레이션에서 .05 인치 내지 .5 인치 사이에서 가변된다.
시뮬레이션은 발생되는 리프트 량은 구리의 어떤 임계 두께에 도달되고 임계 이상에서 비교적 일정하게 된 후에 감소하기 시작함을 예측하였다. 임계의 위치는 RPM의 함수로서 가변한다. 이것은 또한 자석 구성에 따라 가변할 수 있다. 한 시뮬레이션에서, 음의 리프트가 예측되었는데, 즉, 두께가 충분히 얇을 때, 인력이 발생되었다.
리프트 및 드래그 제어를 포함하는 호버 엔진 구성
다음에, 도 5a-도 20을 참조하여 호버 엔진의 세부 사항을 설명한다. 특히, 자기 리프트 및 드래그를 생성 및 제어하기 위한 다양한 방법 및 디바이스가 설명된다. 일 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 122와 같은 STARM은 모터와 통합되어 호버 엔진(120)을 형성할 수 있다. 모터는 고정자(124) 및 회전자(126)를 포함할 수 있다. 동작에서, DC 또는 AC 전류가 고정자(124) 내 코일에 인가되어 회전자(126)가 회전되게 하거나 또는 DC 또는 AC 전류가 회전자(126) 내 코일에 인가되어 회전자가 축(132)에 관하여 회전하게 한다. 고정자(124) 또는 회전자(126) 중 하나는 코일에 AC 또는 DC 전류의 인가에 응하여 발생된 자기장과 상호작용하는 영구 자석을 포함할 수 있다.
128a 또는 128b와 같은 제2 세트의 영구 자석 또는 전자석은 자기 리프트를 발생시키기 위해 사용되는 모터에 결합될 수 있다. 제2 세트의 자석은 모터를 회전시키기 위해 사용되지 않는다. 전술한 바와 같이, 회전자에 결합될 때, 회전하는 제2 세트의 자석은 기판(130) 내에 와전류를 유도하는 이동하는 자기장을 생성할 수 있다. 와전류는 호버 엔진(120)에 작용하는 리프트 및 드래그 힘을 일으키는 대향하는 자기장을 야기할 수 있다.
도 5a의 예에서, 회전자(126)는 고정자(124)의 내부에 있다. 리프트 생성 자석들의 배열은 회전자(126)의 하부 상에 배열된다. 대안적 실시예에서, 리프트 생성 자석들은 회전자의 상부 및 하부 상에 배열될 수 있다. 예를 들어, 이 배열은 편탄하거나 만곡된 2개의 기판 시트 사이에서 호버 엔진(120)이 호버할 수 있게할 수도 있을 것이다.
도 5a에서, 128a 및 128b와 같은 리프트 생성 자석은 고정자(124)의 반경 안쪽에 있다. 또 다른 실시예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 호버 엔진(140)은 회전자(144)의 일부가 고정자(142) 밑으로 확장됨에 따라, 고정자(142)의 대략 동일한 반경에 있는 146a 및 146b와 같은 리프트 생성 자석을 포함한다. 일반적으로, 자석들의 배열은 고정자의 반경 내에, 고정자의 동일한 반경에, 고정자의 배열 밖에 혹은 이들의 조합에 위치될 수 있다.
도 5a의 예에서, 모터의 회전에 연관된 자기장은 자기 리프트 생성과 관련된 자기장과는 다르게 배향된다. 특히, 고정자(124) 및 회전자(126)와 관련된 자기장은 일반적으로 회전자를 회전시키는 효율적인 상호작용을 발생하도록 서로를 향하게 구성된다. 반면에, 128a 및 128b와 같은 리프트 생성 자석과 관련된 자기장은 기판(130) 내에 와전류를 유도하기 위해 일반적으로 기판을 향할 것이다.
특정 실시예에서, 틸트각을 도입하기 위해 기판(130)에 대한 리프트 생성 자석의 방위를 변화시키는 메커니즘이 제공될 수 있다. 예를 들어, 고정자(124), 회전자(126) 및 128a 및 128b와 같은 리프트 자석은 어떤 형태의 액추에이터를 사용하여 축(135)에 관하여 유닛으로서 틸트될 수 있다. 리프트 자석들의 기판(130)에 대한 틸트각의 변화는 힘의 불균형을 야기할 수 있다. 힘의 불균형은 비히클을 추진하기 위해 사용될 수 있는 추진력을 초래할 수 있다. 예를 들어, 추진력은 기판(130)을 따라 원하는 방향으로 비히클을 병진시키기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, STARM(122) 및 회전자(126)는 고정자(124) 및 기판(130) 둘 다에 대해 틸트되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전자(126)는 도 5a에서 페이지에 수직한 회전축(135) 주위로 틸트될 수 있다. 가능할 수 있는 틸트양은 고정자(124)와 회전자(126) 간에 클리어런스에 의존할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고정자(124) 및 회전자(126)는 하나의 유닛으로서 틸트될 수 있고 회전자는 또한 고정자에 대하여 변화될 수 있어, 이는 또한 기판에 대한 회전자의 틸트를 변화시킨다.
최대 파워 요구량은 회전자의 관성 모멘트가 극복되어야 하고 드래그 힘이 STARM 상에서 가장 큰 시동 중에 발생할 수 있다. 특정 실시예에서, 시동 파워 요구량의 일부를 다른 디바이스에 전달하여 이에 따라 초기 파워 요구량을 감소시키는 장치 및 방법이 사용될 수 있다. 자기 리프트 비히클의 시동 파워 요구량을 감소시키는 것과 관련된 몇몇 예는 도 6, 도 7 및 도 8과 관련하여 다음과 같이 설명된다.
비히클은 전기 또는 연료를 저장하는 배터리와 같은 온-보드 전원(152)을 가질 수 있다. 온-보드 전원(152)은 비히클이 비행하는 동안 비히클에 파워를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 비히클은 보조 파워 인터페이스(150)를 포함할 수 있다. 보조 파워 인터페이스는 모터(154) 및 STARM(156)을 포함하는 호버 엔진이 정지 상태에서 파워를 공급받고 있을 때 오프-보드 전원으로부터 파워를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 오프-보드 전원은 온-보드 배터리와 같은 온-보드 전원을 충전하는 데에도 사용할 수 있다. 따라서 오프-보드 전원의 사용은 온-보드 전원의 수명이 증가될 수 있게 한다.
시동 중에, 온-보드 전원(152) 대신 오프-보드 전원을 사용할 수 있다. 시동 후, 오프-보드 전원이 분리되고 비히클은 온-보드 전원을 사용하는 것으로 스위칭할 수 있다. 따라서, 2개의 전원(온-보드 및 오프-보드) 간에 스위칭하는 스위칭 메커니즘이 제공될 수 있다. 스위칭 메커니즘은 수동으로 조작되는 스위치일 수 있다. 다른 실시예에서, 자동 스위치가 제어기에 결합될 수 있다. 제어기는 비히클이 오프-보드 전원에 연결되어 있는지 여부를 검출하고 온-보드 전원(152)과 오프-보드 전원 간에 스위칭할 수 있게 하는 제어 로직을 포함할 수 있다. 제어기는 배터리가 사용될 때와 같이 온-보드 전원을 충전 모드에 놓이도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 아웃보드 전원은 온-보드 전원과는 상이한 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 아웃보드 전원은 온-보드 전원보다 큰 전압을 가질 수 있다. 보다 큰 전압은 시동 프로세스 동안 모터로부터 더 많은 토크를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 일단 호버링 조건이 충족되면, 토크 요구량은 줄어들 수 있으며 온-보드 소스보다 낮은 전압 출력을 가진 온-보드 전원이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 외부 스타터 모터(158)가 이용될 수 있다. 외부 스타터 모터(158)는 STARM(156)에 토크를 공급하여 초기 회전 속력으로 회전하게 한다. 이어, 154와 같은 내부 모터 또는 모터들이 인계받을 수 있다. 도 6의 예에서, 스타터 모터(158)는 기판(130) 밑에 위치되고, 스타터 모터가 STARM(156) 또는 호버 엔진의 다른 부분에 연결될 수 있게 하는 스타터 모터 인터페이스(160)를 포함한다. 스타터 모터 인터페이스가 STARM과 맞물렸을 때, 스타터 모터로부터 토크가 STARM으로 전달될 수 있다. 시동 중에, 토크는 온-보드 모터(154)에 의해 STARM에 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 스타터 인터페이스가 분리되었을 때, STARM(156)은 온-보드 모터(154)로부터 토크를 받을 수 있다.
일 실시예에서, 모터(154)는 STARM(156)가 스타터 모터에 의해 회전되는 동안, 또한 회전되게, STARM(156)에 결합될 수 있다. 따라서, 모터(154)는 온-보드 전원(152)을 충전하기 위한 발전기로서 작용할 수 있다. 다른 실시예에서, 온-보드 모터(154)가 시동 동안 STARM(156)으로부터 분리되도록 클러치 메커니즘이 사용될 수 있다. 따라서, 스타터 모터(158)는 STARM 및 모터가 아닌 STARM에만 토크를 공급할 수 있다. 시동 후에, 클러치 메커니즘은 STARM(156)을 모터(154)에 다시 맞물리기 위해 사용될 수 있다.
스타터 인터페이스의 다른 예가 가능하며 도 6의 예는 단지 예시적인 목적으로 제공된다. 예를 들어 STARM의 측면에 접하고 STARM과 접촉하여 있을 때 각운동량을 STARM에 전달하는 회전 휠이 사용될 수도 있을 것이다. 다른 예에서, STARM(156)의 측면은 STARM(156)의 측면 상의 티스와 맞물리는 회전 기어와 인터페이스하게 구성된 티스를 포함할 수 있다.
일부 리프트 자석 구성에서, STARM에 의해 발생된 자기 드래그의 양은 자석이 회전축에 더 가까울 때 더 적을 수 있다. 자기 드래그는 이동하는 자기장에 대한 기판의 저항과 관련되며 STARM과 관련된 관성 모멘트 또는 STARM에 작용하는 공기역학적 드래그와는 별개이다. 전술한 바와 같이, 피크 자기 드래그가 발생하는 회전 속력에 도달한 후에, 자기 드래그는 회전 속력이 증가함에 따라 감소할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 170과 같은 STARM 상에 자석 어레이에 174와 같은 자석의 전부 또는 일부가 슬롯 내에 배치되어 스프링(172)과 같은 저항 메커니즘에 결합될 수 있다. 슬롯은 자석 및 스프링을 유지하는 지지 구조(178)의 부분일 수 있다. STARM(170)이 스핀 업됨에 따라, 자석은 슬롯 내에서 STARM의 중심에서 회전축(176)으로부터 멀어지게 이동할 수 있다.
저항 메커니즘에 대한 힘 프로파일은 회전자의 특정 속력 프로파일에 따라 극복되도록 선택될 수 있다. 따라서, 회전축으로부터의 자석의 반경은 속력의 함수로서 제어될 수 있다. 저항 메커니즘에 대한 서로 상이한 힘 프로파일은 시간의 함수로서 반경의 변화를 제어하기 위해 을 선택될 수 있다. 피크 드래그는 자석 어레이가 위치된 반경의 영향을 받을 수 있다. 특히, 속력의 함수로서의 자기 드래그의 크기는, 자석이 축으로부터 더 멀리 위치되었을 때에 비해 자석이 회전축에 더 가까울 때 더 작을 수 있다. 따라서, 이 접근법을 사용하면 STARM을 회전시키기 위애 요구되는 피크 토크를 감소시켜 요구되는 모터의 크기를 달성하는 것이 가능하다.
드래그 양은 또한 회전자 위의 자석 어레이에서 자석들의 높이에 의해 영향을 받는다. 위에서 설명한 바와 같이, 일부 STARM 구성에 대한 자기 드래그는 회전 속력이 증가함에 따라, 증가하고 피크에 도달한 다음 감소할 수 있다. 일 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판의 상부로부터의 영구 자석들의 거리는 회전 속력의 함수로서 제어될 수 있다.
도 8에서, 초기에 자석(182)이 기판(130)의 상부로부터 제1 거리에 있도록 STARM(180)은 힌지되어 있다. 이 예에서, 2개의 힌지된 측(184a, 184b)은 스프링(186) 또는 저항힘을 발생하는 그외 다른 유형의 메커니즘(예를 들면, 탄성 밴드)에 의해 함께 유지된다. 힌지된 측은 힌지(188)에 관하여 회전한다. STARM이 축선(190)에 관하여 회전하면서 회전 속력이 증가함에 따라, 힌지된 측(184a, 184b)은 펼쳐지고, 스프링 또는 스프링들이 신장하고 STARM(180) 상의 자석은 기판에 더 가깝게 된다.
특정 실시예에서, 스프링에 대한 힘 프로파일은, STARM의 속력이 최대 드래그가 발생하는 피크 속력 이상이 될 때까지, 평면이 될 때, 혹은 스프링이 더 이상 신장하지 않을 때, STARM이 표면으로부터 최소 거리에 도달하지 않도록, 선택될 수 있다. 피크 드래그 속력 후, 드래그는 회전 속력이 증가함에 따라 감소할 수 있다. 따라서, 이 접근법을 사용하면, STARM 상의 자석을 기판의 표면으로부터 멀리 유지함으로써 피크 자기 드래그 상황이 우회되므로 자기 리프트 시스템의 시동 에너지가 감소될 수 있다.
도 8의 예에서, STARM(180)은 두 부분으로 분할되도록 힌지된다. 다른 실시예에서, STARM은 속도가 증가함에 따라 낮아지는 3, 4, 5개의 섹션 등등과 같은 페탈(petal)을 포함할 수 있다. 페탈은 반드시 같은 레이트로 낮아질 필요는 없다. 예를 들어, 4개의 페탈을 가진 STARM에 있어서, 2개의 서로 대향하는 페탈은 속력의 함수로서 제1 레이트로 낮아질 수 있고 제2의 2개의 서로 대향하는 페탈은 제2 레이트로 낮아질 수 있다. 상이한 레이트들은 상이한 스프링 상수를 갖는 스프링과 같은 상이한 힘 유지 메커니즘을 사용함으로써 발생될 수 있다.
도 7의 예에서, 속력이 증가함에 따라 STARM(180)의 부분이 펼쳐지고 속력이 감소됨에 따라 함께 돌아오는 수동 시스템이 사용된다. 다른 실시예에서, 기판 상부로부터 STARM의 높이를 제어하거나, 도 7의 예에서와 같이 영구 자석의 반경방향 거리를 제어하기 위해, 하나 이상의 액추에이터와 같은 능동 메커니즘이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스프링 및 액추에이터와 같은 능동 및 수동 메커니즘의 조합이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 액추에이터는 도 8에 도시된 바와 같이 STARM(180)의 힌지된 측을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, STARM(180)은 디스크의 형상이 고정된 디스크 형상일 수 있다. STARM 만을 또는 STARM 및 모터를 기판의 표면에 대해 상승 및 하강시키는 메커니즘이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 착륙 기어 시스템과 같은, 표면에 대해 전체 비히클을 상승시키는 메커니즘이 제공될 수 있다. 힌지된 STARM이 사용되는 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 힌지 메커니즘은 착륙 메커니즘으로서 작용하도록 STARM의 바닥면 아래로 확장되는 형상일 수 있다. 예를 들어, 하부 표면 아래로 확장되는 부분은 STARM이 시동 모드에서 지면을 따라 롤링할 수 있게 하는 롤링 능력을 가질 수 있다.
호버 엔진으로부터의 리프트 및 드래그 출력의 양을 제어하기 위한 또 다른 방법 및 장치가 도 9 및 도 10을 참조하여 설명된다. 도 9에서, 2개의 층을 포함하는 영구 자석의 구성이 제공된다. 자석의 극성은 도 9에 표시되어 있다. 이 예에서, 도 2와 관련하여 설명된 극성 패턴이 사용된다.
자석을 포함하는 STARM은 제1 자석층이 서로에 대해 회전할 수 있게 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개의 층 및 이들의 연관된 지지 구조는 어떤 유형의 베어링 시스템에 의해 분리될 수 있다. 이 예에서, 하부층의 자석은 와전류를 유도하기 위해 기판에 가장 가깝게 배치될 수 있다.
제1 위치(200)에서, 각 층 내의 자석의 극성이 정렬된다. 제2 위치(204)에서, 각 층의 자석의 극성은 서로 대향한다. 자석을 유지하는 메커니즘은 2개의 층이 위치(200, 204) 사이에서 회전할 수 있게 설계될 수 있다. 2개의 층이 서로에 대해 45도 회전되는 중간 위치(202)가 도시되어 있다.
2개의 층이 서로에 대해 회전된 경우 Ansys Maxwell을 사용하여 시뮬레이션이 수행되었다. 오프셋 각도는 0도가 위치(202)와 관련되고 90도가 위치(204)와 관련되는 회전량을 나타낸다. 오프셋 각도가 증가함에 따라 리프트가 감소한다. 리프트의 최소값은 90도에서 발생한다.
상부 층에 의해 유도된 와전류가 하부 층으로부터 유도된 와전류를 간섭하기 때문에 리프트가 감소한다. 기판으로부터 거리에 따라 자석의 영향이 감소하기 때문에 리프트는 0에 도달하지 않는다. 따라서, 표면에 더 가까운 하부 층은 표면으로부터 더 먼 상부 층보다 더 많은 영향을 미친다. 이 예에서, 상부 및 하부 층은 동일한 질량의 자석을 포함하였다. 따라서, 하부층은 더 큰 영향을 미친다.
대안적 실시예에서, 각 층의 자석 질량의 양은 다를 수 있다. 예를 들어, 더 많은 자석 질량이 하부 층에 대해 상부 층에 배치될 수 있다. 상부 층의 더 큰 자석 질량은 하부 층에 비해 표면에서 더 먼 거리를 오프셋하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 리프트는 제로에 가깝게 구동될 수 있다.
동작에서, 낮은 RPM에서, STARM은 최소 량의 리프트 및 드래그가 발생되게, 제위치(204)에서 시작될 수 있다. 이어, 일단 임계 RPM에 도달하면, 자석 층은 위치(204)에서 위치(202)로 이동될 수 있다. 이 접근법은 이 구성의 STARM이 발생하는 드래그의 피크 양을 줄일 수 있다.
일부 실시예들에서, 호버 엔진은 다중-페이즈일 수 있다. 호버 엔진으로부터 발생된 리프트 및 드래그는 출력 자기장의 속력에 의존한다. 다중-페이즈 호버 엔진은 디바이스의 상이한 영역에 대해 상이한 속력으로 이동하는 자기장들을 출력하게 구성될 수 있다. 따라서 리프트 및 드래그 특징은 STARM의 영역마다 다를 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, STARM(210)은 216a 및 216b와 같은 영구 자석을 포함하는, 바깥 반경(212)과 제1 반경(214) 사이에 제1 영역(222)을 포함한다. 제1 영역에서, 자석 및 자기장은 회전축(218)에 대해 제1 속력으로 회전된다. 제1 반경(214)과 회전축(218) 사이에 제2 영역(222)에서, 자기장은 회전축(218)에 대해 제2 속력으로 회전된다. 서로 다른 페이즈들을 갖는 더 많은 영역이 가능하며, 단지 두 개의 영역을 도시하는 도 11의 예는 단지 예시의 목적으로 도시된다.
호버 엔진은 상이한 레이트들로 각 영역의 자기장들을 회전시키기 위한 상이한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 영구 자석 및/또는 전자석을 포함하는 바깥 디스크 및 영구 자석 및/또는 전자석을 포함하는 내부 디스크가 제공될 수 있으며, 호버 엔진은 바깥 디스크 및 내부 디스크를 상이한 속력 기계적으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 디스크의 바깥 및 내부 부분들은 서로 다른 회전 레이트를 허용하기 위해 반드시 기계적으로 서로 분리된다.
다른 실시예에서, 디스크는 단일 레이트로 회전하게 구성된 단일 부품일 수 있다. 따라서, 에지 부근의 영구 자석은 디스크가 회전하는 레이트로 회전할 수 있다. 그러나, 내부 영역에서, 224와 같은 전자석에 의해 발생되는 자기장은 디스크의 회전 레이트와는 다른 기판에 대한 유효 회전 레이트로 회전하게 구성될 수 있다. 상이한 회전 레이트는 전자석에 의해 수신된 전류를 시변시킴으로써 발생될 수 있다. 따라서, 기판(226)에 대한 전자석에 의해 발생된 자기장의 유효 회전 레이트는 디스크의 회전 레이트에 의존하는 영구 자석의 자기장의 회전 레이트와는 상이할 수 있다. 예를 들어, 전자석으로의 전류는 디스크의 기계적 회전과는 반대 방향으로 사이클 될 수 있어, 기판에 대한 전자석에 의해 발생된 자기장의 속력은 기판에 대한 영구 자석의 자기장의 회전 속력보다 작아지게 된다. 전자석으로의 전류가 회전하는 디스크와 동일한 방향으로 사이클 된다면, 기판에 대한 전자석으로부터 자기장의 속력은 영구 자석에서 발생된 것보다 더 클 수 있다.
다른 실시예에서, 디스크는 전혀 회전하지 않을 수 있다. 대신에, 자기장 속력이 기판에 대해 발생되도록 전자석으로의 전류가 사이클될 수 있다. 2개 이상의 전자석 행이 회전축으로부터 상이한 반경들로 제공될 때, 각 행은 지역마다 리프트 및 드래그 특징을 가변하기 위해 상이한 레이트로 사이클될 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 턴을 갖는 코일일 수 있는 각각의 전자석에 보내지는 전류의 크기는 전류가 디스크의 하부 표면(하부 표면은 기판을 면하는 측을 지칭한다)의 절반에서 다른 절반과 비교하여 더 크도록 가변될 수 있다. 특히, 전자석이 디스크의 제1 절반 상에 위치할 때, 제어기는 전자석이 디스크의 제2 절반 상에 위치할 때보다 전자석에 더 많은 전류를 인가하게 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 전류를 가변시킴으로써, 추진을 위해 사용될 수 있는 힘 불균형이 생성될 수 있다. 특정 실시예에서, 힘 불균형은 디스크의 다른 측에 대향되는 디스크의 한 측 상에 더 큰 드래그를 유발할 수 있다. 드래그 불균형은 비히클의 방향을 추진하고 가능하게 제어하기 위해 사용할 수 있는 힘이 발생되게할 수 있다. 내비게이션, 안내 및 제어에 대한 세부 사항이 이하 기술된다.
다른 실시예에서, 도 11에서 STARM을 제조하기 위해 사용되는 물질에 따라, 기판에 유도된 자기장으로부터 STARM에 3차 자기장이 유도될 수 있다. 예를 들어, STARM의 내부 영역은 구리와 같은 비-강자성 물질, 또는 알루미늄 및 주철과 같은 강자성 및 비-강자성 물질의 조합, 또는 철과 같은 강자성 물질만으로 구성될 수 있다. 내부 코어 내의 전자석은 기판에 와전류를 유도하는 이동 자기장을 발생하도록 제어될 수 있다. 기판에 유도된 와전류는 와전류 및/또는 STARM과 기판 사이에 인력을 발생시키는 STARM 물질 내의 자기장의 정렬을 유도할 수 있다. 이 접근법은 단일 페이즈 디바이스에서 사용될 수 있으며 위의 예는 설명의 목적으로만 제공된다.
도 12는 자기 리프트를 발생하기 위해 사용될 수 있는 STARM 설계(230)의 평면도를 도시한다. 호버 엔진에서 사용될 때, STARM 설계의 하부 측은 기판과 마주 보게 될 것이다. STARM은 축(232)에 관하여 회전하게 구성된다. 도 12에서, 영구 자석 또는 전자석일 수 있는 4개의 자석(234a, 234b, 234c, 234d)이 도시되었다. 4개의 자석 모두의 자기장 선은 모두 함께 연결될 수 있다. 이 패턴은 STARM의 다른 측에 비해 STARM의 하부 측에서 더 큰 자속 분포를 갖는 STARM을 생성할 수 있다.
도 12에서, 자석(234a, 234c)의 내부의 화살표는 각각의 자석의 북극을 나타낸다. 2개의 자석의 극은 회전축에 대략 수직하게 정렬되고, 2개의 자석은 회전축(232)에 대략 평행하게 정렬된다. 자석(234b)의 극성은 회전축에 대략 평행하게 정렬되고, 페이지 안으로 지향되는데, 즉, "x"가 있는 원은 남극이다. 자석(234d)은 페이지 밖으로 지향되는데, 즉, 자석(234d)의 상부의 열린 원은 북극이다. 자석의 방향은 회전축에 평행하고 회전축에 수직인 것으로부터 변화될 수 있으며, 도 12의 예는 설명의 목적으로만 제공된다.
영구 자석의 패턴은 주어진 반경에서 여러 번 반복될 수 있다. 예를 들어, 8 개, 12개, 16개의 영구 자석 패턴을 사용할 수 있다. 또한, 5, 6, 7 등과 같이 4개 이상의 자석을 포함하는 단일 패턴을 사용하여 편파적 자속 분포를 발생할 수 있다. 이 패턴은 반복될 수도 있다. 또한, 다중 반경에서는 다양한 패턴의 자석을 배열할 수 있다. 예를 들어, 4개의 자석은 제1 반경에 배열될 수 있고, 8 개의 자석은 제2 반경에 배열될 수 있다. 8개의 자석은 4개의 자석 패턴의 2개의 반복 또는 8개의 자석을 포함하는 특유 패턴일 수 있다.
자기장 정렬 영역은 공통 자기장 정렬을 갖는 STARM 상의 영역을 지칭할 수 있다. 각각의 자기장 정렬 영역은 하나 이상의 자석으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 12에서, 정사각형에 의해 경계를 이룬 단면을 갖는 원에 연관된 자기장 정렬 영역은 제1 자기장 정렬 영역과 연관될 수 있다. 제1 자기장 정렬 영역은 지시된 방향으로 정렬된 단일 입방 자석 또는 지시된 방향으로 정렬된 다수의 자석으로부터 형성될 수 있다. 다수의 자석이 자기장 정렬 영역에서 사용될 때, 자석은 접촉할 수 있거나 약간 이격될 수 있다.
각각의 자기장 정렬 영역의 형상 및 면적은 영역마다 다를 수 있고 면적이 동일할 필요는 없다. 도 12의 예에서, 입방 자기장 정렬 영역은 4개의 입방 자석으로부터 형성된다. 따라서, 자기장 정렬 영역은 STARM의 바닥에서 볼 때 정사각형으로 보인다. 다른 실시예에서, 형상은 삼각형, 원형, 또는 자기 정렬 영역마다 형상이 다른 일반적인 다각형일 수 있다. 예를 들면, 2개의 정사각형 및 2개의 원형 영역.
상이한 크기의 자기장 정렬 영역을 갖는 STARM(240)의 예가 도 13에 도시되었다. 제1 및 제2 자기장 정렬 영역은 자석(242a, 242c)으로부터 형성된다. 자석(242a, 242c)은 입방 단면을 갖는다. 제3 및 제4 자기장 정렬 영역은 자석(242b, 242d)으로부터 형성된다. 자석(242b, 242d)은 곡선 부분과 자석(242a, 242c)보다 큰 단면적을 갖는다.
도 12로 돌아가서, 일반적으로, 자석의 형상 및 무게 분포는 STARM이 회전 목적으로 균형을 이루도록 선택될 수 있다. 따라서, 도 12의 예에서, 두 개의 대향하는 한 쌍의 자기 정렬 영역은 동일한 형상 및 무게 분포를 가질 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, STARM이 몇몇 다른 방식으로 균형을 이룬다면, 2개의 대향하는 자석 쌍은 상이한 형상 및 무게 분포를 가질 수 있다. 따라서, 자석 패턴은 대칭일 필요는 없다.
도 12에서, 입방 자석이 STARM(230) 내 고정되는 방식이기 때문에, 평면 단면은 정사각형이다. 다른 실시예에서, 단면은 페이지 안쪽으로 달라질 수 있고 일정할 필요는 없다. 예를 들어, 자석은 사면체 또는 피라미드 형상일 수 있으며 단면은 STARM 내로 회전축 방향으로 다를 수 있다.
회전축으로부터 특정 반경방향 거리에 STARM의 원주를 따른 자기장 선의 정렬 패턴은 자기장 선의 방향성 패턴에 연관된 파장을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 파장은 유도된 와전류의 강도에 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 유도된 와전류에 기인하는 리프트 및 드래그에 영향을 미칠 수 있는 것으로 생각된다. 자기장 영역을 회전축으로부터 더 가깝게 또는 멀리 배치함으로써 파장을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
또한, 파장은 도 12에 도시된 바와 같이 자기장 정렬 영역의 패턴을 반복함으로써 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 자기장 정렬 영역의 패턴이 특정 반경에서 원주 둘레로 두 번 반복된다면, 반경에서 유효 파장을 반으로 줄일 수 있다. 자기 정렬 영역의 패턴이 유효 파장보다 특정 반경에서 원주 둘레로 3회 반복된다면, 3배만큼 감소될 수 있다. 여러 실시예에서, 파장은 회전 속력의 함수로서 STARM의 리프트 및 드래그 발성 능력을 조정하도록 변경될 수 있다.
도 14에 하이브리드 STARM(250)이 도시되었다. 하이브리드 STARM(250)은 4개의 자기 정렬 영역을 포함한다. 영구 자석들(252a, 252c)은 2개의 자기장 정렬 영역들을 생성하기 위해 사용되고, 전자석들(252b, 252d)은 2개의 자기 정렬 영역들을 생성하기 위해 사용된다. 4개의 자기 정렬 영역 각각의 방향은 도 14에 나타내었고, 도 12와 유사하다. 극성 패턴은 강한 측과 약한 측을 제공한다. 강한 측은 STARM(250) 바로 밑에 있다. 따라서, 도전성 기판은 STARM(250) 밑에 놓일 것이다.
2개의 전자석(252b, 252d)은 전류원(256) 및 제어기(254)에 결합된다. 제어기(254)는 각각의 전자석에의 전류의 크기 및/또는 각각의 전자석에의 전류의 방향을 제어하게 구성될 수 있다. 전류의 방향은 발생되는 자기장의 후속하는 극성 방향에 영향을 미친다. 예를 들어, 전류의 방향을 변경함으로써, 더 강한 자기장을 갖는 STARM(250) 측은 한 측에서 다른 측으로 반전될 수 있다. 어떤 패턴에 따라 방향을 교번함으로써, 강한 측인 시간량과 STARM의 약한 측인 시간량이 달라질 수 있다. 이 효과는 STARM(250)에 의해 기판에 유도된 와전류의 크기 및 그에 따라 발생되는 자기 리프트 및 드래그의 량에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다.
예로서, 시동시에, STARM(250)의 강한 측이 기판으로부터 멀어져서 드래그를 최소화하도록 전류 방향이 선택될 수 있다. 일단 STARM(250)이 특정 임계 속력에 도달하면, 강한 자기장을 갖는 STARM(250)의 측이 STARM에 면하게 하여 큰 리프트 및/또는 더 많은 드래그를 발생시키도록 전류 방향을 반전시킬 수 있다. 리프트 및 드래그의 크기가 회전 속력의 함수에 따라 변하기 때문에, STARM(250)은 강한 측이 기동을 위해 바람직한 회전 속력에서 기판을 면하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, STARM(250)은 피크 드래그 회전 속력을 초과할 때까지 약한 측이 기판을 면한 상태로 스핀-업될 수 있고, 이어 반전될 수 있다.
또 다른 예에서, 전류 방향은 전자석 상에서 반복적으로 반전될 수 있고 반전 간 간격은 제어된다. 이 접근법을 사용하면 STARM의 강한 측이 기판에 면하는 시간 퍼센티지는 점차적으로 증가될 수 있다. 이러한 접근법으로, 모터가 가장 효율적으로 동작하는 속력과 같은 일정한 속력으로 STARM을 회전시키고 이어 가장 강한 자기장이 기판에 면하는 시간량에 영향을 미침으로써 STARM에 의해 발생된 리프트 및 드래그를 가변시키는 것이 가능할 수 있다.
전자석을 턴 오프하는 것은 STARM이 기판쪽으로 향하는 자기장의 강한 측을 갖도록 능동적으로 제어되는 경우와 비교하여 STARM에 의해 발생된 리프트 및 드래그의 양을 감소시킬 수 있음에 유의한다. 그러나, 전자석이 턴 오프될 때 발생되는 리프트 및 드래그 양은 STARM에 의해 발생된 자기장의 강한 측이 기판으로부터 멀어져 면하도록 STARM이 능동적으로 제어되는 경우보다 클 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 전자석은 발생된 리프트 및 드래그를 줄이기 위해 턴 오프될 수 있다. 이 접근법의 장점은 아무런 파워가 필요 없다는 것이다. 그러나, 발생되는 리프트 및 드래그는 전자석이 능동적으로 제어되었던 경우보다 클 수 있다. 또한, 이 특징은 STARM 작동 중 어떤 이유로 전자석으로의 전류가 소실되는 상황에서 페일 세이프 모드로서 작용할 수 있다.
다른 실시예에서, 드래그를 감소시키기 위해, 자극을 다른 방향으로 향하게 하기 위해 영구 자석을 제위치에서 회전시키는 메커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 14에서, 영구 자석(252a, 252c) 중 하나 또는 둘 모두는 자극을 페이지에 수직하게 향하게 하는 것에서 페이지에 접선으로 향하게 하는 것으로(또한, 이들 간에 각도) 회전시킬 수 있는 메커니즘에 결합될 수 있다. 방위 변경은 발생되는 자석 리프트 및 드래그 양을 변경할 수 있다. 하나 이상의 영구 자석을 STARM 상에서 제자리에서 회전시키는 것은 발생되는 자기력의 크기를 제어하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 메커니즘이다.
도 15는 전자기 STARM(260)의 일 실시예도이다. 이 예에서, 제어기(264)를 사용하여 STARM(260)을 회전시키는 것이 아니라, 전자석에의 전류는 STARM이 어떤 속력으로 회전하는 것을 시뮬레이션하기 위해 어떤 패턴을 갖고 사이클될 수 있다. 전류원(266)은 배터리 또는 발전기일 수 있다. 따라서, STARM(260)을 회전시키기 위해 사용되는 모터는 필요하지 않을 수 있다. STARM이 회전하지 않을 때, STARM이 회전할 때의 경우에서와 같이 원형이거나 균형을 맞출 필요는 없다.
전류는 STARM을 턴 온 및 턴 오프하기 위해 제어될 수 있다. 스핀업이 요구되지 않기 때문에, STARM은 원하는 리프트 대 드래그 비율로 시동 및 작동될 수 있다. 예를 들어, STARM은 동등한 회전하는 STARM의 피크 드래그 회전 속력보다 큰 초기 유효 회전 속력으로 시작될 수 있다.
또한, 전자석은 턴 온 및 오프될 수 있기 때문에, 영구 자석이 사용될 때가 아니라, 자석의 상이한 정렬 패턴이 사용될 수 있고, 위의 예는 예시 목적으로만 제공된다. 여러 실시예에서, 본원에서 설명된 임의의 자기 극성 패턴은 영구 자석, 전자석 또는 영구 자석과 전자석의 조합을 사용하여 실시될 수 있다. 또한, 전류의 방향을 바꿀 수 있다. 따라서, 도 15에 도시된 자기 극성 및 관련된 자기장 선의 방향은 시간의 함수로서 변경될 수 있다.
도 16은 전자석을 턴 온 및 오프하고 전류의 방향을 변경하는 능력을 갖는 STARM(270)의 예를 도시한다. STARM은 4쌍의 전자석을 포함하는데, 각각의 쌍은 회전축에 평행한 자기장을 발생하도록 배열된 전류 루프 및 회전축(275)에 수직인 자기장을 발생하도록 배열된 전류 루프를 포함한다. 예를 들어, 회로(276)는 회전축에 평행한 자기 극성 방향을 발생하게 구성되고, 회로(278)는 회전축에 평행한 자기 극성을 발생하게 구성된다. 제어기(272)는 8개의 전류 루프 및 전류원(274)에 결합될 수 있다.
제어기(272)를 사용하여, 각 쌍에 하나의 전류 루프는 도 12-도 15에 도시된 자기 정렬 패턴을 생성하기 위해 원하는 방향으로 한번에 턴 온될 수 있다. 이어, 적절한 방향의 전류로 276 및 278과 같은 각 쌍의 적절한 전자석을 턴 온하여 패턴을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 전자석이 턴 온 및 오프되는 레이트와 패턴이 회전되는 레이트는 도 12에 도시된 정렬 패턴에서 영구 자석을 사용하여 회전하는 STARM의 효과를 시뮬레이션할 수 있다.
이 예에서, STARM(270)은 정사각 형상이다. STARM은 회전할 필요가 없기 때문에 어떠한 형상이든 이용될 수 있고 정사각형은 예시 목적으로만 사용된다. STARM이 회전하는 경우, 이것은 반드시 원형일 필요는 없다. 예를 들어, 회전 균형을 이루는 비-원형 형상이 사용될 수 있다.
부가적인 회로를 수반하는 다른 보다 복잡한 패턴이 가능하며, 이 예는 예시 목적으로만 제공된다. 예를 들어, 전자석 쌍의 패턴은 4, 8, 12 등과 같은 주어진 반경에서 반복될 수 있다. 또한, 중심으로부터 상이한 반경들에 패턴들이 반복될 수 있다. 예를 들어, 제1 반경에 4쌍의 전자석이 배치될 수 있고, 제2 반경에 8쌍의 전자석이 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 자석 코일 방위에 의해 나타내어지는 자석 극성은 상이한 자기장 정렬 영역을 제공하기 위해 동일한 방향으로 정렬된 다중 코일 루프로 이산화될 수 있다. 예를 들어, 페이지에 수직인 코일 루프와 각 위치에서 페이지에 접하는 하나가 아니라 페이지에 수직인 하나의 코일 루프와 페이지 접하는 두 코일 루프가 사용될 수 있다. 다른 예에서, 페이지에 수직인 2개의 코일 루프 및 페이지에 접하는 2개의 코일 루프가 각각의 위치에서 사용될 수 있다. 또한, 각 코일 루프의 코일 수와 각 코일 루프의 직경은 루프마다 다를 수 있다. 다른 회로 구성이 가능하며 코일 루프의 예는 예시 목적으로만 제공된다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c와 관련하여 호버 엔진에 대한 보다 상세한 설명이 기술된다. 도 17a는 STARM(400)의 사시도이다. STARM(400)은 직경이 10 인치이다. 여러 실시예에서, 호버보드와 같은 디바이스 상에 사용되는 STARM은 직경이 4 내지 14 인치일 수 있다. 그러나, 다른 디바이스에 있어서, 더 크거나 더 작은 직경의 STARM이 사용될 수 있다.
일반적으로, STARM의 크기는 수용할 자석의 볼륨 및 사용된 자석의 배열에 따라 달라질 것이다. 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상이한 자석 구성은 상이한 패키징 방식을 허용하고 필요로 한다. 사용되는 자석의 총 볼륨은 리프트될 최대 페이로드 및 동작 높이에 따라 달라질 것이다. 일단 자석의 전체 볼륨이 결정되면, 선택된 구성에서 하나 이상의 호버 엔진 간에 분배될 수 있다. 호버 엔진에 사용되는 자석의 볼륨과 선택된 자석 구성, 즉 STARM 상에 자석 볼륨 분포 및 이용되는 극성 방향에 따라, 한 모터가 하나 이상의 STARM을 회전시킬 수 있는 경우 STARM을 회전시키는 데 필요한 적절한 모터가 선택될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 STARMS들 간에 분포될 수 있는 호버보드 상의 자석의 볼륨은 30 내지 80 입방 인치일 수 있다.
일반적으로, STARM에 대한 모터의 다양한 비율이 호버 엔진에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 호버 엔진은 하나의 STARM을 회전시키는 하나의 모터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 호버 엔진은 둘 이상의 STARM을 구동하는 하나의 모터를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 호버 엔진은 하나의 STARM을 구동하는 2개의 모터를 포함할 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 모터는 하나 이상의 STARM과 쌍을 이룰 수 있으며 여기서 모터의 수는 STARM의 수보다 작거나 같거나 많을 수 있다. 따라서, 하나의 모터 및 하나의 STARM을 포함하는 호버 엔진의 예는 예시 목적으로만 제공되며 제한하려는 것이 아니다.
도 17a로 돌아와서, STARM은 융기된 바깥 링(405)을 포함한다. STARM(400)의 하부로부터 바깥 링의 상부까지의 거리는 약 1.13 인치이다. 이 높이로 1 인치의 입방 자석을 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 20개의 1 인치 입방 자석이 바깥 링 내에 배열된다. 극성 패턴의 추가의 반복을 제공하기 위해 4개 이상의 자석과 같이 원으로 배열된 더 많은 입방 자석을 수용하기 위해, 더 큰 바깥 링이 사용될 수 있다. 보다 적은 입방 자석을 사용하면, 보다 작은 반경이 사용될 수 있다. 다른 형상의 자석과 상이한 극성 패턴은 서로 다른 패키징 방식을 허용할 수 있다. 따라서, 자석이 링 내에 배열되는 이 예는 단지 예시의 목적으로 제공되며, 제한하려는 것이 아니다.
일 실시예에서, 바깥 링(405)을 포함하는 STARM(400)은 위에서 밑으로 다수의 층(402, 408, 410, 412, 404, 414)으로부터 각각 형성될 수 있다. 층(402, 414)은 바깥 링 내의 자석의 상부 부분 및 하부 부분 상에 커버를 형성한다. 일 실시예에서, 층(402, 408)은 약 0.065 인치의 두께이다. 대안적 실시예에서, 층(402, 408) 중 하나 혹은 둘 다는 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 층 및 하부 층은 알루미늄과 같은 물질로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상부 층(402)은 뮤-금속, 철 혹은 니켈과 같은 자기적 특성을 가진 물질로 형성될 수 있다.
층(408, 410, 412, 404) 각각은 20 개의 자석을 수용하기 위해 20 개의 애퍼처를 포함한다. 더 많은 혹은 더 적은 자석 및 따라서 더 많은 혹은 더 적은 애퍼처가 이용될 수 있고, 이 예는 단지 예시 목적으로 제공된다. 층들의 총 두께는 1 인치이고 각 층은 .25 인치 두께이다. 일 실시예에서, 2개의 층이 폴리카보네이트 플라스틱으로 형성되고, 2개의 층은 알루미늄으로 형성된다. 폴리카보네이트 플라스틱은 무게를 감소시킬 수 있다. 여러 실시예에서, 각 층의 두께, 각 층에 대해 사용되는 물질, 및 층 수는 가변될 수 있다. 예를 들어, 서로 상이한 금속들 혹은 유형들의 플라스틱이 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 층 각각에 대해 단일의 물질이 사용될 수 있다.
층들이 정렬되었을 때, 1 인치 입방 자석은 층을 통해 삽입될 수 있다. 직사각형 형상의 자석, 사다리꼴 형상의 자석 혹은 1.5 입방 인치 자석과 같은 서로 상이한 형상의 혹은 서로 상이한 크기의 자석에 대해서, 상이한 애퍼처 형상 혹은 크기가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 자석을 제자리에 고정하기 위해 슈퍼 글루와 같은 접착제가 사용될 수 있다. 고정되었을 때, 자석의 하부는 층(404)의 하부와 대략 같은 높이이다. 이 특징은 STARM 설계(400)를 사용하는 비히클이 호버하고 있을 때 자석의 하부와 기판 간 높이를 최대화할 수 있다.
하나 이상의 층은 패스너가 삽입될 수 있게 하는 416과 같은 애퍼처를 포함할 수 있다. 패스너는 층들을 함께 고정할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 층들의 하나 이상을 서로에 고정하기 위해 접착제가 사용될 수 있다. 대안적 실시예에서, 층(404, 408, 410, 412)은 단일 피스(piece)로서 형성될 수 있다.
도 17b는 내장된 모터(422)를 가진 STARM(420)의 측면도이다. 두 자석(415)의 단면이 바깥 링(405) 내에 도시되었다. 자석의 상부는 층(408)의 바깥쪽 상부와 같은 높이이고, 자석의 하부는 층(404)의 하부와 같은 높이이다. 여러 실시예에서, STARM(420)은 .5 인치 내지 2.5 인치 높이 사이에 자석을 수용하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 자석의 상부는 408의 상부 위에서 확장할 수 있다. 이에 따라, 바깥 링(405)은 부분적으로 각 자석의 측 위로 단지 확장할 수 있다. 이 특징은 무게를 감소시키면서도 자석을 제자리에 고정될 수 있게할 수 있다.
대안적 실시예에서, 상이한 자석 구성을 사용하여, 자석은 모터 밑에 위치될 수 있다. 또한, 모터는 STARM(420) 반드시 위의 방향일 필요는 없다. 예를 들어, 벨트, 기어링 또는 이외 어떤 다른 토크 전달 메커니즘이 STARM(420)의 측에 모터를 배치하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 모터는 다수의 STARM을 구동할 수 있다. 또한, 모터 회전축과 STARM의 회전축은 서로 평행할 필요는 없다. 예를 들어, 모터 회전 액세스는 STARM의 회전축에 수직과 같이, 회전축에 대해 각이 질 수 있다. 그러면, 벨트 및/또는 기어링 시스템을 사용하여 모터에서 출력되는 토크의 방향을 전달 및 변경할 수 있다.
바깥 링(405)의 내측 반경(424)은 모터(422)의 반경보다 크다. 이에 따라, 모터는 바깥 링 내에 삽입되고 모터가 동작될 때 STARM(420)이 회전될 수 있게 층(404)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 바깥 링은 모터의 측(430)을 따라 확장한다. 이러한 식으로 모터를 장착하는 잇점은 바깥 링의 상부 위에 높이에서 모터(422)를 장착하는 것에 비해 호버 엔진의 전체 높이 프로파일이 감소될 수 있다는 것이다.
여러 실시예에서, 바깥 링의 높이(428)는 바깥 링이 부분적으로 모터(422)의 측(430) 위로 확장하게 모터(426)의 높이 미만일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 바깥 링(405)의 높이(428) 및 모터의 높이는 대략 동일할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 바깥 링의 높이(428)는 모터의 높이보다 클 수 있다.
큰 키의 자석을 수용하기 위해 높이(428)를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 큰 키의 자석은 415와 같은 자석이 기판으로부터 더 큰 거리에 있을 때 발생되는 자기 리프트 량을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 자신의 높이를 포함하여 자석의 볼륨은 자석으로부터 확장하는 특정 거리에서 자기장의 강도에 영향을 미칠 수 있다.
여러 실시예에서, STARM의 하부 상에 더 큰 높이 범위로 또는 더 큰 영역에 걸쳐 자석을 분배하는 것 간에 트레이드-오프가 이루어질 수 있다. 주어진 볼륨의 자석에 있어서, STARM 하부 상에 풋 프린트는 키가 큰 자석을 사용하여 줄일 수 있다. 풋 프린트를 줄이는 것은 더 작은 반경 STARM이 사용될 수 있게 한다. 그러나, 호버 엔진의 높이가 증가될 수 있다.
대안적으로, 자석의 볼륨은 더 큰 영역에 걸쳐 펼쳐져, STARM의 하부 상에 자석의 더 큰 풋 프린트를 제공할 수 있다. 큰 풋 프린트는 자석의 최대 높이가 감소될 수 있게 하고, 가능한 호버 엔진의 최대 높이가 감소될 수 있게 한다. 그러나, 더 큰 풋 프린트는 더 큰 반경을 가진 STARM을 요구할 수 있다.
STARM을 회전시키기 위해 사용되는 422와 같은 모터는 전기 혹은 연소에 기반할 수 있다. 일반적으로, 적합한 량의 토크를 출력하는 임의의 유형의 모터가 사용될 수 있다. 전기 모터는 전기를 공급하기 위해 배터리 혹은 연료 전지와 같은 전력원을 요구한다. 연소 모터는 모터를 동작시키기 위해 연소되는 연료를 요구한다. 배터리 유형은 리튬 이온, 리튬 폴리머 혹은 아연-공기 시스템과 같은, 리튬 혹은 아연 애노드를 가진 배터리를 포함하는데, 그러나 이들로 제한되지 않는다.
전기 모터는 회전축에 관하여 토크를 출력하게 구성될 수 있다. 전기 모터는 와이어 권선의 구성 및 영구 자석의 구성을 포함할 수 있다. 전류는 시간의 함수로서 가변하는 자기장을 발생하기 위해 권선을 통해 제공된다. 권선으로부터 자기장은 영구 자석으로부터 자기장과 상호작용하여 회전 토크를 발생한다. 유도 모터 혹은 DC 무브러시 모터와 같은 AC 혹은 DC 모터가 이용될 수 있다.
여러 실시예에서, 권선은 자석이 정지된 채로 있는 동안 회전하게 구성될 수 있고, 혹은 자석은 권선이 정지된 채로 있는 동안 회전하게 구성될 수 있다. 모터의 회전 부분을 STARM(400)에 결합하는 샤프트와 같은 인터페이스가 제공될 수 있다. 도 26a에서, STARM(400)은 406에서 모터와 인터페이스하게 구성된다.
모터(422)의 비회전 부분은 자석 및 권선을 둘러싸는 모터 하우징 내에 통합될 수 있다. 모터 하우징은 디바이스에 연관된 하나 이상의 구조에 부착될 수 있게 하는 인터페이스를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 모터의 비회전 부분은 자기적으로 리프트되는 디바이스에 연관된 하나 이상의 구조에 직접 부착될 수 있게 하는 인터페이스를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 모터(422)의 코어는 정지된 것일 수 있는데 이 경우 모터에 연관된 자석 및 STARM에 연관된 자석 둘 다 정지 코어 둘레로 회전한다. 한 비회전 지지 구조는 모터 및 STARM이 디바이스에 결합될 수 있게 하는 코어로부터 확장할 수 있다. 제2 비회전 지지 구조는 STARM의 하부와 유도된 와전류를 지원하는 기판 사이에 개재된 슈라우드의 부분에 지지를 제공하는 코어로부터 확장할 수 있다(도 17c 참조). 이용될 수 있는 다양한 슈라우드 구성들이 본원에 앞에 포함된 미국 제14/639,045호 및 제14/639,047호에 기재되어 있다.
모터(422) 내에 자석의 배열은 모터의 회전축에 실질적으로 수직한 극을 포함할 수 있고(종종 동심 전기 모터라고도 함), 혹은 모터의 회전축에 실질적으로 평행한 극을 포함할 수 있다(종종 축방향 전기 모터라고도 함). 일 실시예에서, 축방향 모터에 연관된 권선 구성과 같은 권선 구성은 기판 내에 와전류를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 회전 부품은 없으며 STARM 및 전기 모터에 연관된 자석은 제거된다. 호버 엔진의 부품으로서, 권선은 위에서 앞서 기술된 방식으로 제어 힘을 발생하기 위해 호버보드에 관하여 틸트될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 모터(422)에 연관된 자석은 제거될 수 있고, STARM 내 자석과 직접 상호작용하는 모터 권선이 설계될 수 있다. 예를 들어, 권선은 자석 위에서 자속과 상호작용하기 위해 자석(415) 위에 놓여질 수 있고, 혹은 권선은 자석(415)의 바깥 주위에 혹은 자석(415)의 안쪽 주위에 놓여질 수 있다. STARM이 회전되게 하기 위해 권선에 전류가 인가된다. 위에 기술된 바와 같이, STARM의 회전은 와전류가 기판의 부분 내에 유도될 수 있게 한다.
예로서, 모터(422)는 회전하게 구성된 바깥 링을 포함할 수 있다. STARM(400)은 모터 중심으로부터 확장하는 샤프트 대신 모터(422)의 바깥 링에 장착될 수 있다. 이 유형의 모터 설계를 아웃보드 설계라 칭할 수 있다. 이 특징은 모터의 하부가 바깥 링(405)의 하부에 더 가까워지게 바깥 링(405)의 내측 반경(424) 내에 층(404, 412)의 부분이 제거될 수 있게 한다. 이 접근법의 한 잇점은 STARM(420) 및 모터(422)의 전체 높이가 감소될 수 있다는 것이다.
특정 실시예에서, 모터의 바깥 링(430) 및 STARM의 바깥 링(405)은 통합된 유닛으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 모터(422)의 바깥 링은 측(430)으로부터 바깥쪽으로 확장하는 층을 가질 수 있다. 측(430)으로부터 확장하는 층은 자석이 삽입될 수 있는 다수의 애퍼처를 포함할 수 있다. 선택적으로, 408, 410 및 412와 같은 애퍼처를 가진 하나 이상의 층이 자석 위에 놓여질 수 있다.
일반적으로, 호버 엔진에서, STARM, 모터의 고정자, 슈라우드 및 하우징에 연관된 지지 구조들은 서로 통합될 수 있다. 예를 들어, 모터 및 STARM을 위한 엔클로저는 통합된 슈라우드를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 모터를 위한 회전자를 형성하는 구조는 STARM을 위한 구조와 통합될 수 있다. 또 다른 예에서, 모터의 고정자를 형성하는 구조의 전부 혹은 부분은 하우징과 및/또는 호버 엔진에 연관된 슈라우드와 통합될 수 있다.
도 17c는 준거하여 모터와 통합된 STARM(465)을 가진 호버 엔진(450)의 측면도이다. 호버 엔진(450)은 자석을 회전시키기 위해 자석(460)과 상호작용하게 구성된 권선을 가진 정지 코어(456)를 포함한다. 코어는 지지 구조(464)에 부착된다. 지지 구조(464)는 호버 엔진을 호버 보드에 부착하기 위한 제1 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한, 지지 구조(464)는 모터 및 STARM(465) 둘 다를 둘러싸는 하우징(452)에 결합될 수 있다. 지지 구조(464)는 STARM(465)의 하부와 하우징(452) 간에 갭을 유지하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 지지 구조(464)의 단부에 작은 돌기(466)가 제공될 수 있다. 작은 돌기(466)는 금속, 혹은 테플론이 코팅된 물질과 같은 저 마찰 코팅을 가진 물질로 형성될 수 있다. 작은 돌기는 이를테면 이륙 및 착륙 동안과 같이 호버 엔진이 지면에 가까울 때 작은 격리 거리를 제공할 수 있다. 이것은 STARM(465)이 지면에 부딪치는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 특정 실시예에서, 돌기(466)는 회전하는 호버 엔진의 부분에 혹은 동작 동안 정적인 상태에 머물러 있는 부분에 결합될 수 있다.
STARM(465)은 자석(454)을 둘러싸는 구조(458)를 포함한다. 위에 기술된 바와 같이, 자석(460)을 둘러싸는 구조(462) 및 자석(454)을 둘러싸는 구조(458)는 단일 피스로서 형성될 수 있다. 자석(454, 460)은 서로 상이한 형상일 수 있고, 서로에 관하여 상이한 크기들을 가질 수 있다.
여러 실시예에서, STARM(465)이 정지 코어에 관하여 회전할 수 있게 지지 구조(464)와 구조(458) 사이에 베어링(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. STARM 구조(458)와 지지 구조(464) 사이에 베어링 대신에 혹은 이에 더하여 하우징(452)과 구조(458) 사이에 하나 이상의 위치에 베어링이 제공될 수 있다. 예를 들어, 베어링은 하우징(452)과 STARM의 하부 상에 STARM(465) 사이에 간격을 유지하는데 도움을 주기 위해서, STARM(465)의 하부와 하우징(452) 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 예에서, 베어링은 하우징(452)의 안쪽 측과 STARM의 측 간에 간격을 유지하기 위해서 STARM의 측과 하우징(452)의 측 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 호버 엔진의 높이는 3 인치 미만일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 호버 엔진의 높이는 2 인치 미만일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 호버 엔진의 높이는 1 인치 미만일 수 있다. 자석은 호버 엔진의 상부 및 하부 측 높이 사이에 패키지된다. 따라서, 이들 각각의 예에서, 자석의 최대 높이는 기껏해야 호버 엔진의 높이와 동일할 것이다. 일반적으로, 자석의 최대 높이는 호버 엔진 높이 미만이 될 것이다.
도 18, 도 19 및 도 20에, 대안적 호버 엔진 설계(280)가 도시되었다. 이 실시예에서, 4개의 영구 자석(282a, 282b, 282c, 282d)은 각각 모터(292)의 회전축(290)에 수직인 회전축, 예컨대 284a 및 284b과 같은 회적축을 가진 별도의 회전 암 주위로 회전된다. 도 18 및 도 19에는 4개의 자석의 각 자석이 이들의 각각의 축 주위로 회전하는 방향이 도시되었다.
특히, 화살표가 있는 선은 각 자석의 회전 방향, 예를 들어 288을 나타낸다. 이 예에서, 자석은 반시계 방향으로 회전한다. 화살표가 있는 원 "x" 또는 공백은 자석의 극성 방향을 나타낸다(282a, 282b, 282c, 282d). 상기한 바와 같이, 자석은 이를테면 편파적 플럭스 자속 분포가 발생되게 하는 방위로 놓인다.
자석들이 일제히 회전함에 따라, 자극의 방위가 변하여, 편파적 플럭스 분포는 시계 방향, 즉 모터가 회전하는 방향(290)으로 회전하는 것으로 나타난다. 모터의 방향의 역은 편파적 자속 분포가 반대 방향으로 움직이게할 것이다. 시간의 함수로서 자속 분포의 변화는 도전성 기판과의 상호작용이 자기 리프트를 발생하게할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 모터 및 회전 자석은 추진력을 발생하기 위해 도전성 기판에 대해 틸트될 수 있다.
일 실시예에서, 자석은 모터의 회전 운동을 모터에 연결된 4개의 회전 암을 통해 4개의 자석 각각으로 전달하기 위해 기어 시스템을 통해 모터(292)에 결합된다. 4개의 회전 암은 각각 어떤 방식으로(도시되지 않은) 지지 구조에 결합되는 악셀을 포함할 수 있다. 지지 구조는 회전 베어링을 포함할 수 있다.
자석은 박스 형상으로 도시되었다. 그러나, 원통형 자석과 같은 상이한 형상의 자석이 사용될 수 있다. 또한, 영구 자석이 배열되는 4개 이상의 회전 암이 사용될 수 있다.
각 자석의 길이는 회전 암마다 다를 수 있다. 또한, 각 자석의 형상은 각각의 회전 암을 따라 다를 수 있다. 또한, 자석의 관성 모멘트는 각각의 회전 암을 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 더 많은 자석 질량이 회전 암을 따라 서로 다른 위치들에 집중될 수 있다.
일 실시예에서, 일측 플럭스 분포를 유지하면서, 자석 극성은 각각의 회전 암을 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 자석은 각각의 회전 암을 따라 2개의 부분으로 분할될 수 있다. 그러면, 각각의 회전 암 상에, 2개의 자석 중 하나는 다른 자석과 관하여 회전 암 둘레로 얼마간의 양만큼 회전될 수 있어서, 각각의 회전 암 상의 2개의 자석 각각의 북극 및 남극은 더 이상 정렬되지 않게 된다. 동작에서, 극이 회전하는 것으로 보이는 일측 플럭스 분포의 두 영역이 발생된다. 그러나, 각 영역에서, 자극은 서로에 대해 오프셋된다. 오프셋 양은 자석이 서로 얼마나 멀리 서로에 대해 회전되는지에 따른다.
자석 극성이 회전 암을 따라 변하는 구성의 예가 도 20에 도시되었다. 각각의 회전 암 상에, 298a 및 298b와 같은 2개의 영구 자석이 도시되었다. 이 예에서, 자석(298a)은 자석(298b)보다 큰 질량을 가지며 상이한 극성 방향을 갖는다. 모터(도시하지 않음)는 톱니(294)에 토크를 전달한다. 톱니(294)는 시계 방향(290)으로 회전하여 화살표로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 296과 같은 기어를 회전시킨다.
트랙 구성
다음에, 도 21 내지 도 24와 관련하여 트랙 구성의 몇 가지 예가 설명된다. 상술한 바와 같이, 호버 엔진은 도전성 기판에 와전류를 유도한다. 도전성 기판의 물질 특성은 발생된 와전류의 특성에 영향을 미친다. 도전성 기판이 세그먼트로 조립되는 트랙에서 이용될 때. 트랙이 조립되는 방법에 따라, 도전성 특성은 세그먼트 간에 인터페이스에서 변화될 수 있다. 도전 특성의 변화는 호버 엔진이 인터페이스를 통과할 때 호버 엔진에서 얼마나 많은 리프트과 드래그가 출력되는지에 영향을 줄 수 있다. 트랙의 에지에서, 와전류는 제한된 영역에 의해 영향을 받을 수 있는데, 즉, 와전류는 트랙의 에지를 넘어 확장될 수 없다. 따라서, 다시, 호버 엔진에서 출력되는 리프트 및 드래그는 접근하여 인터페이스할 때 변경될 수 있다.
트랙 세그먼트 인터페이스가 도 21에 관련하여 기술된다. 도 20에서, 4개의 세그먼트(302a, 302b, 302c, 302d)를 포함하는 트랙(300)이 도시되었다. 세그먼트는 구리와 같은 도전성 물질로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 트랙 피스들(piece)은 기계적 시스템을 통해 간단히 함께 밀어져 서로 접촉하여 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 피스들은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 전류는 세그먼트 간에 흐르지 않을 수 있다.
또 다른 실시예에서, 금속 스트립과 같은 전도체가 세그먼트들 사이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가요성 도전성 스트립(306)은 두 개의 세그먼트(302) 간에 접촉으로서 사용된다. 도전성 스트립(306)은 리지(ridge)를 포함한다. 2개의 세그먼트가 함께 밀어졌을 때, 도전성 스트립(306)은 평평하게 되어 스트립에 의해 제공되는 접촉 영역을 증가시킬 수 있다.
도전성 스트립은 프레임(도시되지 않음)에 탑재될 수 있다. 프레임은 2개의 세그먼트가 기계적으로 결합될 수 있게 하는 인터로킹 피스를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도전성 페이스트(304) 또는 접착제가 인터페이스에 사용될 수 있다. 도전성 페이스트는 단독으로 또는 도전성 스트립(306)과 같은 다른 방법과 조합하여 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 트랙은 홀을 가질 수 있다. 도 22에는 정사각 홀을 가진 트랙(310)이 도시되었다. 홀은 구리 시트 내에 홀을 스탬핑(stamp out)하는 것과 같이, 물질을 제거함으로써 형성될 수 있다. 다른 예에서, 금속 스트립과 같은 도전성 스트립은 트랙(310)을 형성하도록 삽입될 수 있다.
기판(314)을 완전히 통과하는 홀이 아니라, 이를테면 정사각 리세스를 형성하기 위해 물질의 일부가 제거될 수 있다. 또한, 트랙은 층이 상이한 정도의 견고성을 가질 수 있는 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 트랙의 상부층은 고형 시트로부터 형성될 수 있는 반면, 상부층 밑에 하나 이상의 층은 스탬핑된 홀과 같은 애퍼처 또는 와이어 메쉬의 사용을 통해 애퍼처를 가질 수 있다.
홀을 갖는 트랙(310)은 트랙을 통해 흐르는 와전류의 능력을 감소시킬 수 있다. 시뮬레이션에서, 홀은 호버 엔진의 리프트 및 드래그 출력량을 변경할 수 있는 것으로 예측되었다. 특히, 홀이 있는 트랙에 비해 고형 트랙 위에서 동작하는 호버 엔진으로부터는 더 적은 리프트 및 더 많은 드래그가 발생되었다.
홀이 있는 트랙을 형성하는 하나의 이점은 필요로 되는 전도체의 양을 감소시킬 수 있다는 것이다. 또한, 홀이 있는 트랙을 사용하여 호버 비히클을 정지시킬 수도 있을 것이다. 제거되는 물질의 양은 제1 위치로부터 제2 위치로 증가될 수 있다. 비히클이 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때, 리프트는 감소될 수 있고, 비히클의 호버 높이는 비히클이 트랙의 상부 표면 상에서 멈추게 될 때까지 감소될 것이다. 다른 실시예에서, 트랙은 제1 위치로부터 제2 위치까지 얇아질 수 있다. 이 조치 동안, 호버 엔진은 일정한 RPM과 같은 일정한 조건에서 동작할 수 있다. 이 접근법은 멈추게 하기 위해 호버 엔진의 RPM을 변경하는 것에 대안으로써 혹은 이와 함께 사용될 수 있다.
열은 호버 엔진에 의해 유도된 전자의 흐름에 대한 전도체의 저항의 결과로서 발생될 수 있다. 일부 실시예에서, 트랙 구성은 통합된 냉각 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이, 파이프(324)는 콘크리트, 흙 또는 자갈과 같은 어떤 매질(322)에 도전성 기판(320) 밑에 배치될 수 있다. 파이프는 도전성 기판에서 발생된 열을 멀리 운반하는 유체 또는 가스를 운반하게 구성될 수 있다. 파이프(324)는 구리와 같은 도전성 물질로 만들어질 수 있다. 이 경우, 비히클에 작용하는 자기력에 영향을 줄 수 있는 와전류가 파이프에 유도될 수 있다. 다른 실시예에서, 플라스틱 또는 다른 물질이 파이프를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 24에 도시된 바와 같이, 냉각 핀(fin)(322)이 도전성 기판(330) 밑에 제공된다. 냉각 핀(332)은 도전성 기판으로부터 열을 멀리 운반하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 열은 핀들 사이에 공기 갭(334) 내로 방사될 수 있다. 일부 실시예에서, 강제 공기 시스템은 핀을 냉각시키기 위해 공기 갭을 통해 공기를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 물은 냉각 핀들로부터 열을 멀리 운반하기 위해 냉각 핀들의 갭들 사이에서 순환될 수 있다. 냉각 핀은 일반적으로 도전성 기판(330)을 위해 사용되는 물질과 동일하거나 다를 수 있는 열도전성 물질로부터 형성될 것이다.
자기 리프트 및 추진
다음에, 하나 이상의 STARM을 포함하는 비히클의 추진을 수반하는 일부 세부 사항이 도 24a 내지 도 34b와 관련하여 설명된다. 특정 실시예에서, 추진력 및/또는 제어력을 발생하기 위해 기판에 대한 하나 이상의 STARM의 방위가 사용될 수 있다. 이외 다른 추진 메커니즘이 단독으로, 또는 추진 및 방향 제어력을 발생하기 위해 STARM 방위를 제어하는 것과 결합하여 가능한다. 따라서, 이들 실시예는 예시 목적으로만 제공되며 제한하려는 것이 아니다.
도 24a에서, STARM(330)은 중립 위치에서 도시되었다. STARM은 338a 및 338b와 같은 자석을 포함한다. 중립 위치에서, 시간에 따라 평균적으로 리프트 힘(334)은 STARM(330)의 바닥면에 걸쳐 동일하다. 또한, STARM(330)에 작용하는 순 드래그 힘(332)은 균형을 이룬다(회전하는 동안, STARM은 도전성 기판(336)을 통해 이동되는 자기장을 발생한다. 이동하는 자기장의 결과로서 기판에 형성된 와전류는 STARM(330) 상에 드래그 힘(332)으로서 작용할 수 있는 이러한 이동에 저항한다). 균형을 이룬 리프트 및 드래그로 인한 불균형으로, STARM(330)은 실질적으로 도전성 기판 위에 그대로 있게 될 것이다.
작은 불균형이 존재할 수 있는데, 이는 STARM이 한 방향 또는 다른 방향으로 움직이게 한다. 예를 들어, 도전성 기판(336)의 물질 특성의 국소 변동은 작은 힘 불균형을 야기할 수 있다. 다른 예로서, 하중을 가하거나 제거하는 것과 같은 STARM(330)의 동적 진동은 작은 힘 불균형을 야기할 수 있다. 그러나, 작은 힘의 불균형이 특정 방향으로 치우치지 않는 한, STARM은 비교적 동일한 위치에 유지될 것이다(즉, 어떤 방식으로 한 특정 위치 주위에 움직일 수도 있을 것이다).
회전 운동량이 균형을 이루지 않으면, STARM은 제자리에서 회전할 수 있다. 비히클은 회전 힘의 균형을 이루기 위해 역회전하는 다수의 STARM을 포함할 수 있다. 또한, 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, STARM의 방위는 비히클의 질량 중심 주위에 모멘트를 발생시키도록 제어될 수 있으며, 이는 비히클의 회전이 제어되도록 한다.
도 24b는 틸트된 위치에 STARM(330)을 도시한다. STARM(330)은 STARM(330)의 회전축(335)에 수직인 축(342) 둘레로 회전되어졌다. STARM(330)이 틸트되었을 때, 기판(336)에 가장 가까운 STARM(330)의 측에 더 많은 드래그가 발생된다. 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 드래그는 일반적으로 자석이 기판에 가까워지게 되었을 때 증가한다. STARM의 상이한 측 상에 드래그 불균형은 주로 틸트 축(342)의 방향으로, 즉 페이지 안으로 또는 페이지 밖으로 스러스트가 발생되게 한다. 일부 자석 및 시스템 구성에 있어서, 리프트(344)는 비교적 일정하거나 혹은 틸트각의 함수로서 심지어 증가할 수 있는데, 즉, 리프트(344)는 리프트(334)보다 클 수 있다. 틸트각이 처음 증가될 때 스러스트의 양은 증가할 수 있다. 가능할 수 있는 틸트 량은 STARM(330) 형태가 기판(336)에 부딪치지 않도록 제한될 수 있다.
도 26은 경사진 기판(336)을 오르는 STARM(330) 및 모터(352)를 포함하는 호버 엔진의 예를 도시한다. 호버 엔진은 포함된 표면 위에 방향(333)으로 호버 엔진을 이동시키는 추진력(331)을 발생하도록 틸트된다. 일 실시예에서, 추진력(331)의 크기는 호버 엔진이 페이로드를 수직 방향으로 리프트하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 도전성 기판(336)은 수직으로 정렬될 수 있고, 호버 엔진은 수직으로 올라 이의 무게 및 페이로드를 벽 위로 운반하게 구성될 수 있다.
호버 엔진을 수직면에 가깝게 유지하기 위해 다양한 메커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 호버는 어떤 유형의 트랙을 사용하여 수직면에 대하여 제자리에 유지될 수 있다. 다른 예에서, 호버 엔진을 수직면 쪽으로 당기는 메커니즘이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 호버 엔진은 오를 때 호버 엔진을 수직면에 가깝게 유지하기 위해 사용될 수 있는 인력을 발생하게 구성될 수 있다. 수평 움직임 및 수직 오름을 위한 트랙 구성에 대한 세부 사항은 "응용" 제목의 단락에서 설명된다.
도 27은 경사 아래로 하강할 때 호버 엔진이 제동하는 예를 도시한다. 도 27에서, 모터(352)와 STARM(330)을 포함하는 호버 엔진은 방향(337)으로 경사진 기판 아래로 움직이고 있다. 호버 엔진은 호버 엔진을 이동 방향(337)과 반대인 경사 위로 밀어올리는 추진력(335)을 출력하고 있다. 제동력은 경사진 기판 아래로 호버 엔진의 하강을 늦춘다. 특정 실시예에서, 호버 엔진은 경사면 상에 자신의 위치를 유지할 수 있도록 하는 충분한 힘을 출력하게 구성될 수 있는데, 즉, 호버 엔진으로부터의 힘 출력은 중력의 균형을 잡는다. 일반적으로, 호버 엔진은 추진을 위한 이동방향으로 혹은 제동을 위해 이동방향에 반대로 힘을 출력하게 구성될 수 있다.
도전성 기판에 대한 STARM의 방위의 변화를 통해 추진력을 발생하는 호버 엔진 구성의 부가적인 세부 사항이 다음과 같이 설명된다. 전술한 바와 같이, 액추에이터는 호버 엔진에서 방위 제어를 제공할 수 있다. 도 28에서, 액추에이터의 일부인 서보 모터(345)는 축(355)에 관하여 모터(352) 및 STARM(330) 구성을 포함하는 호버 엔진을 회전시키도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 모터(352)는 부재(339)에 결합된다. 부재(339)는 단부에 앵커(347) 및 서보 모터(345)에 결합된다.
서보 모터(345)는 모터(352) 및 STARM(330)이 유닛으로서 틸트되게 하는 힘을 제공한다. 일 실시예에서, 서보 모터(345)는 부재(339)를 회전시키는 토크를 출력하게 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 서보 모터는 선형 힘을 출력하게 구성될 수 있다. 선형 힘은 선형 힘을 부재(339)를 회전시키는 토크로 변환하는 부재(339)에 결합된 레버 암에 대해 가압하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, STARM(330) 및/또는 모터(352)는 플러스 및 마이너스 10도와 같이, 수평으로부터 플러스 및 마이너스 얼마간의 각도로 틸트될 수 있다. 이 구성은 모터 및 STARM이 축(355)에 관하여 회전되는 방향에 따라 제1 방향 및 제1 방향과 반대되는 방향으로 힘이 발생될 수 있게 한다.
수평 위치는 STARM(330)이 지지 구조(349)와 대략 평행할 때 제로의 틸트각으로서 참조된다. 따라서, 틸트각은 호버 엔진을 사용하는 디바이스와 관련된 기준 프레임에 참조할 수 있다. 이 기준 프레임은 디바이스가 기판(336)에 대해 틸트된 상황을 설명한다. 따라서, 기판(336)에 대한 STARM(330)의 틸트각은 디바이스에 대한 STARM(330)의 틸트각과 기판(336)에 대한 디바이스의 틸트각과의 조합이다. 여러 실시예에서, 자기적으로 리프트된 디바이스는 디바이스에 대한 STARM(330)(또한 호버 엔진뿐만 아니라)의 틸트각, 기판(336)에 대한 디바이스의 틸트각 및 기판(336)에 대한 STARM(330)의 틸트각 중 하나 이상을 검출하기 위한 하나 이상의 센서들을 가질 수 있다.
예로서, 제1 센서는 디바이스에 대한 STARM(330)의 틸트각을 검출하기 위해 사용될 수 있고, 제2 센서는 도전성 기판(336)에 대한 디바이스의 틸트각을 검출하기 위해 사용될 수 있고, 제3 센서 센서는 기판(336)에 대한 STARM(330)의 틸트각을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 자기적으로 리프트된 디바이스는 위치로부터 도전성 기판까지의 거리를 결정하기 위해 사용되는 다양한 위치에 배치된 센서를 가질 수 있다. 센서의 공지된 배치 위치 및 결정된 거리를 사용하여, 기판에 대한 디바이스의 방위가 추정될 수 있다. 일례로서, 센서는 표면을 향하여 전자기 또는 음향 신호를 방출하고 반사된 신호를 검출하여 표면까지의 거리를 결정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, STARM은 0도 내지 20도와 같이 수평으로부터 한 방향으로만 회전하게 구성될 수 있다. 이 구성에서, STARM은 발생되는 힘의 양이 STARM이 표면에 대해 틸트된 양에 따라 변할 수 있는 한 방향으로만 힘을 발생할 수 있다. 다시, 호버 엔진으로부터 출력되는 추진력은 도전성 기판(336)에 대한, 338A 및 338B와 같은 자석의 방위에 의존할 것이다. 따라서, 원하는 추진력을 출력하기 위해, 장착되는 디바이스에 대해 STARM이 얼마나 많이 틸트되어졌는지만이 아니라 표면에 대한 STARM의 전체 방위가 고려될 수 있다. 다른 실시예에서, 이를테면 디바이스가 동작 중에 도전성 기판에 대해 많이 틸트될 것으로 예상되지 않을 때, 이러한 영향은 제어 시스템에 의해 무시될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 액추에이터(345)는 다른 방향과 반대로 STARM을 축(355)에 관하여 한 방향으로 더 큰 각도로 회전시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(345)는 STARM을 수평을 지나서 최대 플러스 15도와 수평을 지나서 마이너스 5도 사이에서 회전시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 한 방향으로 발생될 수 있는 최대 힘의 양은 반대 방향으로 발생될 수 있는 최대 힘의 양보다 클 수 있다.
다음에, 다중 자유도 제어를 갖는 STARM의 몇몇 실시예가 설명된다. 도 29에는 도 28과 유사한 설계가 도시되었다. 이 설계는 제1 액추에이터(345)에 결합된 STARM(330) 및 모터(352)를 포함한다. 제1 액추에이터(345)는 모터(352) 및 STARM(330)을 제1 축(335) 주위로 약간의 각도로 회전시키도록 제어될 수 있다. STARM, 모터 및 제 1 액추에이터는 지지 플랫폼(353)에 결합된다. 지지 플랫폼(353)은 자기적으로 리프트된 디바이스의 지지 프레임에 결합될 수 있다.
지지 플랫폼(353)을 회전시킬 수 있는 서보 모터(351)가 제공된다. 지지 플랫폼의 회전은 모터 및 STARM이 제1 액추에이터에 의해 회전되는 제1 축(355)의 방향을 변경시킨다. STARM(330)의 틸팅으로 인한 추진력이 제1 축(355)과 실질적으로 정렬될 수 있기 때문에, 제1 축(355)의 방향의 변화는 추진력이 작용하는 방향을 변화시킬 수 있다. 따라서,지지 플랫폼(353)은 STARM(330)을 포함하는 호버 엔진에 의해 발생된 힘의 방향을 변화시키고 이에 따라 호버 엔진을 포함하는 디바이스를 다른 방향으로 조종하도록 회전될 수 있다.
도 30a, 도 30b 및 도 30c는 호버 엔진에 사용되는 자석의 회전 배열로부터의 호버링 및 추진 효과와 관련된 보다 상세한 내용을 논의하기 위해 사용되는 블록도이다. 도 30a에서, 호버 엔진은 STARM(354)에 결합된 모터(352)를 포함한다. STARM(354)은 모터(352)에 결합되고 모터(352)는 회전가능 부재(358)에 결합된다. 회전가능 부재(358)는 앵커(356a, 356b)에 결합된다. 회전가능 부재(358)와 앵커(356a, 356b)와의 조합은 회전가능 부재의 회전 범위를 제한하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전가능 부재(358)는 그 축에 관하여 어떤 각도 범위(364)를 통해 회전하도록 허용될 수 있다.
회전가능 부재(358)는 어떤 메커니즘으로부터 토크를 받아 입력하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 사용자가 힘을 공급할 수 있게 하는 기계적 링키지가 제공될 수 있다. 힘은 회전가능 부재(358) 및 이에 따라 모터(352) 및 STARM(354)을 회전시키는 토크로 전환될 수 있다.
다른 실시예에서, 액추에이터는 회전가능 부재(358)를 회전시키기 위해 토크를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 액추에이터의 작동은 모터(352) 및 STARM(354)이 기판(366)에 대해 틸트되게할 수 있다. 액추에이터는 제어기로부터 제어 명령을 수신하는 서보 모터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터는 제어 시스템의 일부인 별도의 프로세서로부터 제어 명령을 수신하는 자신의 제어기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 호버 엔진은 사용자로부터 입력 힘을 수신하게 구성될 수 있으며, 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 사용자가 틸트한 후에 STARM을 지정된 위치로 되돌리는 것과 같이 STARM의 위치를 변경하는 데 사용할 수 있다. 또 다른 동작 모드에서, 액추에이터는 사용자에 의해 입력 힘을 통해 개시되는 얼마간의 틸트 위치 주위에 자동 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 액추에이터는 사용자로부터 제어 입력을 정정하기 위해 사용될 수 있는 자동 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기적으로 리프트된 디바이스가 사용자 입력의 결과로서 불안정한 위치임을 제어 시스템이 검출한다면, 제어 시스템은 이 이벤트가 일어나는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 STARM을 제어할 수 있다. 호버보드와 같은 자기 리프트 디바이스는 이러한 정정을 하기 위해 사용되는 하나 이상의 온-보드 센서를 포함할 수 있다.
자기적으로 리프트된 디바이스는 또한 페이로드의 무게 분포를 결정하기 위한 하나 이상의 무게 센서를 포함할 수 있다. 디바이스 및 페이로드와 관련된 무게 분포는 틸트가능한 호버 엔진과 같은 일부 메커니즘을 통해 디바이스의 방위를 변경하라는 명령에 대한 응답으로 디바이스의 응답에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 페이로드와 연관된 무게 분포는 회전 모멘트의 크기에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 무게 분포에 대한 지식은 어떤 STARM을 작동 시킬지와 그것을 작동시키기 위한 양을 선택하는 것과 같이, STARM의 방위를 제어하기 위해 사용되는 명령을 보다 미세하게 조정하기 위해 사용될 수 있다.
STARM(354) 및 모터(352)가 회전할 때, 회전가능 부재(358)의 회전은 STARM 및 모터의 각 운동량을 변화시킨다. 또한, 자기력이 기판(366)으로부터 STARM(354) 내의 자석의 거리에 따라 변함에 따라 STARM(354)에 작용하는 자기력을 변화시킬 수 있다. 따라서, 부재(358)를 회전시키는데 필요한 토크의 양은 STARM(354) 및 모터(352)와 관련된 관성 모멘트, STARM(354) 및 모터(362)가 얼마나 빠르게 회전하고 있는가와, 기판(366) 위의 STARM(354)의 높이에 좌우될 수 있다. 기판(366) 위의 STARM(354)의 높이는 1) 얼마나 많은 리프트가 발생되는지에 영향을 미치는 회전 속력, 2) 페이로드 무게, 및 3) 페이로드 무게가 디바이스에 어떻게 분배되는가에 좌우된다. 기판 위의 STARM의 높이는 디바이스가 복수의 STARM을 포함할 때 STARM의 서로 상이한 부분들에 대해 그리고 STARM마다 다를 수 있다.
도 36a의 예에서, STARM(354)은 기판(366)에 대략 평행하다. 362a 및 362b와 같은 자기 드래그는 STARM(354)의 회전에 대항한다. 모터(352)는 시계 방향(360)으로 회전하게 구성된다. 따라서, 드래그 토크는 반시계 방향이다. 드래그 토크를 극복하기 위해 모터(352)에 파워가 공급된다.
STARM이 기판(366)에 평행할 때, 자기 드래그는 STARM(354)의 모든 측에서 균형을 이룬다. 따라서, 자기 드래그로 인한 순 병진힘은 없다. 도 25b와 관련하여 기술된 바와 같이, STARM(354) 및 이의 연관된 자석이 기판에 대해 틸트될 때 순 병진힘이 발생된다.
도 30b에서, STARM(354)은 틸트된 위치(370)에 있다. 따라서, STARM(354)의 일측은 기판(366)에 가깝고 STARM(354)의 일측은 기판(366)으로부터 멀리 떨어져 있다. STARM(354) 내 자석과 기판(366) 간에 자기 상호작용은 STARM 내 자석과 기판 간에 거리가 증가함에 따라 감소한다(밑에 도면에 도시된 바와 같이, 상호작용의 크기는 기판으로부터의 거리에 따라 비선형으로 달라진다). 따라서, 틸트된 위치(370)에서, 드래그 힘(368b)은 STARM(354)의 일측 상에서 증가되고 드래그 힘(368a)은 도 30b에 도시된 바와 같이 STARM(354)의 대향되는 측에서 감소된다. 드래그 힘 불균형은 견인력을 발생시키고, 이는 병진힘이 회전가능 부재(358)의 대략 회전축 방향으로 발생되게 한다.
STARM(354)이 초기에 틸트될 때, 병진힘은 표시된 방향으로 STARM(124)의 가속도를 초래할 수 있고, 따라서 표시된 방향으로 속력이 변할 수 있다. 특정 실시예에서, 병진힘을 발생하게 구성된 하나 이상의 STARM을 이용하여, 디바이스는 오르게 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 디바이스에 작용하는 중력이 디바이스 및 이의 연관된 호버 엔진에 의해 발생되는 병진힘에 의해 균형을 이루도록 호버하는 동안 디바이스는 자신의 위치를 경사 상에 유지하게 구성된다.
호버보드와 같은 디바이스의 위치가 경사진 기판 상에 유지되는 구성 및 동작 모드는 사용자가 가상 현실 헤드셋을 착용하는 가상 현실 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 헤드셋을 통해, 사용자는 헤드셋에 의해 발생된 이미지만을 볼 수 있고, 혹은 사용자가 볼 수 있는 국부적 주변과 함께 헤드셋에 의해 발생된 이미지를 볼 수 있다. 가상 현실 헤드셋은 사용자가 타고 있는 호버 디바이스가 경사진 기판 상에서 좌우로 및 앞뒤로 이동하는 동안, 눈이 덮인 경사처럼, 어떤 지형을 통해 이동하는 사용자의 이미지를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 경사진 기판은 사용자에게 틸트된 경사 상에서 이동한다는 느낌을 제공할 수 있고, 반면 가상 현실 이미지는 움직임에 연관된 시각적 심상을 제공할 수 있다. 움직임의 추가적 감각(예를 들면, 사람의 피부 상에 바람의 느낌)을 더하기 위해 팬이 사용될 수 있다.
디바이스는 중력의 힘에 거슬러 경사 상에 자신의 위치를 유지할 수 있게 하는데 충분한 추진성 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 디바이스 경사 상에 자신의 위치를 유지하면서 좌우로 이동될 수 있다. 또한, 디바이스 경사 상에서 아래쪽으로 이동하고 이어 중력에 거슬러 경사 상에서 위쪽으로 오를 수 있다. 일부 경우에, 오르는 것은 디바이스의 방위가 비교적 변화되지 않은 채로 있는 동안, 즉, 디바이스가 오르기 위해 둘레로 턴될 필요가 없는 동안 행해질 수 있다. 이 조치는 유도된 와전류를 지원하는 기판에 관하여 호버 엔진의 방위를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이들 제어 기능은 다음과 같이 더 상세히 논의될 것이다.
도 30a 및 도 30b로 되돌아 가면, 특정 방향으로 틸트량은 힘 불균형 량 및 따라서 가속도의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 자기 드래그는 기판으로부터 자석의 거리의 함수이기 때문에, 자기 드래그는 기판에 가까운 측에서 증가하고 기판으로부터 더 먼 측에서 감소한다. 자기력은 표면으로부터 자석의 거리와 함께 비선형으로 가변하기 때문에, 발생되는 병진힘 량은 STARM의 틸트 위치에 따라 비선형으로 가변할 수 있다.
STARM(354)(혹은 STARM(354) 및 모터(352) 둘 다)이 반시계 방향으로 부재(358)를 통해 회전되어졌고 STARM이 제1 방향으로 병진을 시작한 후에, STARM에 의해 발생되는 병진힘의 량을 감소시키기 위해 시계 방향으로 STARM을 틸트하는 입력 토크가 제공될 수 있다. STARM이 시계 방향으로 수평을 지나 틸트될 때, STARM은 제1 방향의 반대되는 방향인 병진힘을 발생할 수 있다. 모션의 방향에 반대되는 병진힘은 STARM을 느려지게 하여 이를 정지되게 할 수 있다. 요망된다면, 호버보드가 멈추고 이어 STARM이 반대 방향으로 병진하기 시작할 수 있게 병진힘이 인가될 수 있다.
도 30c는 틸트 위치에서 틸트 메커니즘에 결합된 호버 엔진(380)의 측면도이다. 호버 엔진은 도 25b 및 도 25c에 도시된 바와 같이 기판(366) 위에 위치될 수 있는 모터(352) 및 STARM(354)을 포함한다. 일 실시예에서, 메커니즘은 최소 틸트 오프셋 각도(384)를 포함할 수 있다. 이 예에서 최소 틸트 오프 셋 각도(384)는 수평 내지 라인(382) 사이이다. 틸트 범위 각도(386)는 호버 엔진이 최소 틸트 오프셋 각도(384)에서 시작하여 회전할 수 있는 각도량이다. 틸트 메커니즘은 틸트 메커니즘의 모션을 틸트 각도 범위로 제약하는 하나 이상의 구조를 포함할 수 있다.
최소 틸트 오프셋 각도(384)가 제로이고 STARM(354)이 기판(366)에 평행할 때, STARM(354)은 순 병진힘을 발생하지 않을 수 있다. STARM이 결합된 디바이스는 틸트될 수 있다. 그러므로, 기판에 관하여 STARM의 각도는 디바이스에 연관된 어떤 기준 시스템에 관한 STARM의 방위 및 기판에 관한 디바이스의 방위, -두 방위는 시간의 함수로서 변화될 수 있다- 에 의존할 수 있다. 이에 따라, 일부 경우에, 최소 틸트 오프-셋이 제로일 때라도 병진힘이 발생될 수 있다. 최소 틸트 오프 셋 각도가 제로보다 클 때, STARM은 특정 방향으로 자신의 최소 위치에서 순 병진힘을 발생할 수 있다. 최소 틸트 오프 셋 각도가 제로 미만일 때, 틸트 각도 범위 동안 힘의 크기는 제로로 갈 수 있고 발생되는 힘의 방향 또한 변화할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나의 호버 엔진에 의해 발생되는 순 최소 힘은 다른 호버 엔진에 연관된 병진힘을 통해 어떤 방식으로 균형이 될 수 있다. 예를 들어, 2개의 호버 엔진은 서로 상쇄하기 위해 서로 반대되는 방향으로 힘을 발생하기 위해 틸트될 수 있다. 이에 따라, 단일의 호버 엔진에 대한 순 힘이 이의 최소 틸트 오프 셋 각도 위치에서 제로보다 클 수 있을지라도, 디바이스에 작용하는 순 힘이 제로가 되게 다른 STARM으로부터 발생되는 힘에 의해 균형이 될 수 있다.
틸트된 STARM으로부터 발생되는 힘은 기판에 관하여 호버 엔진의 각도에 따라 비선형으로 가변할 수 있다. 이에 따라, 각도 변화의 함수로서 발생되는 힘 변화는 비선형으로 가변할 수 있다. 최소 틸트 각도 오프셋을 이용함으로써, 호버 엔진은 선택된 틸트 각도 범위에 대해 틸트 각도 변화에 응하여 더 많은 혹은 더 적은 힘을 출력하게 구성될 수 있다. 이런 식으로 하여, 호버보드의 제어 특징은 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 틸트 메커니즘은 최소 틸트 오프 셋 각도가 수동으로 설정될 수 있게 하는 조절가능한 틸트 오프 셋 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌기를 가진 회전가능 부재가 제공될 수 있는데, 돌기는 이의 회전 범위의 한 끝에서 나사에 닿게 구성된다. 나사가 풀렸을 때, 회전가능 부재의 회전 범위는 감소될 수 있고 최소 틸트 오프 셋 각도는 증가될 수 있고, 그 반대도 그러하다. 조절가능한 틸트 오프 셋 메커니즘을 사용하여, 사용자 혹은 조작자는 디바이스의 취급 특징을 수동으로 조절할 수 있다.
다음에, 도 31a, 도 31b, 도 32 및 도 33과 관련하여, 틸트 능력을 갖는 호버 엔진이 동작하여 자기적으로 리프트된 디바이스에 통합될 수 있게 하는 장치 및 방법의 일부 세부 사항이 설명된다. 또한, 호버 엔진을 틴트하기 위해 사용되는 힘을 제공하기 위한 몇몇 방법 및 장치가 설명된다. 도 34a, 도 34b, 도 35a 및 도 35b와 관련하여, 디바이스에 대해 STARM을 포함하는 호버 엔진을 틸트하지 않고 추진력을 발생시킬 수 있는 몇몇 대안적 방법이 설명된다.
다음에, 다중 자유도를 통해 틸트될 수 있는 STARM의 또 다른 예가 설명된다. 도 31a에는, 모터(352)에 결합된 STARM(354)을 포함하는 호버 엔진이 도시되었다. 호버 엔진은 볼 조인트(373)를 통해 지지 구조(371)에 결합된다. 호버 엔진 및 지지 구조(371)에 결합되는 2개의 피스톤(375a, 375b)이 도시되었다. 피스톤(375a, 375b)은 호버 엔진을 밑으로 밀어 기판(366)에 대한 STARM(354)의 틸트각을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 복수의 상이한 피스톤은 복수의 상이한 방향으로 모터를 틸트하는 데 사용될 수 있다. 호버 엔진에 하향 힘을 발생시켜 STARM(354)을 틸트하는 다른 유형의 액추에이터가 사용될 수 있고, 피스톤의 예는 예시만을 위한 것이다.
도 31b에서, 제1 피스톤(375A)이 아래쪽으로 확장되어 도시되었고, 이는 모터(352) 및 STARM(355)을 일측에서 아래쪽으로 틸트시킨다. 모터(352)를 수평 위치로 되돌리기 위해, 제2 피스톤(375b)은 아래쪽으로 확장될 수 있어 제1 피스톤(375a)을 짧아지게 한다. 모터(352)와 STARM(354)을 반대 방향으로 틸트하기 위해, 제2 피스톤(375b)은 더 큰 량으로 확장될 수 있으며, 이는 제1 피스톤(375a)을 짧아지게 한다. 여러 실시예에서, 모터를 상이한 방향으로 틸트하고 STARM을 틸트한 결과로서 힘이 발생되는 방향을 변화시키기 위해 여러 쌍의 피스톤이 사용될 수 있다. 피스톤은 얼마간의 회전 자유도를 가질 수 있는 적절한 결합 메커니즘을 통해 모터 및/또는 지지 구조에 결합될 수 있다.
도 32a에서, 레버 암(502)은 볼 조인트(506)를 통해 모터/STARM에 결합된다. 호버할 때, 좌우로 레버 암(502)의 움직임은 자석(512)의 배열을 포함하는 STARM(510)이 도전성 표면에 관하여 틸트되게 하여 호버 엔진을 포함하는 비히클이 앞뒤로 이동하게 할 수 있다. 좌우로 틸트의 량은 비히클이 이들 방향으로 이동하는 속도에 영향을 미칠 수 있다. 앞뒤로 움직임은 비히클이 좌측 혹은 우측으로 이동하게 STARM(510)이 틸트되게 할 수 있다. 레버(502)의 좌측 혹은 우측 움직임과 전방 혹은 후방 움직임과의 조합은 비히클이 서로 상이한 라인들을 따라 다양한 방향으로 이동하게 STARM을 틸트할 수 있다. 시간의 함수로서 레버 방향에 변화는 시간의 함수로서 발생되는 힘의 방향 벡터를 변화시킬 수 있고 따라서 비히클은 대략 곡선의 경로를 따라 이동할 수 있다.
여러 실시예에서, 레버 암(502)의 움직임에 응하여 하나 이상의 호버 엔진이 틸트되게 하는 기계식 연결장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 회전 부재에 인가된 토크에 응하여 두 호버 엔진이 회전되게 두 호버 엔진이 공통 회전 부재에 결합될 수 있다. 또한, 레버 암(502)의 움직임이 하나 이상의 센서에 의해 검출되는 디지털 제어가 사용될 수 있다. 센서 데이터는 온-보드 프로세서에서 수신될 수 있다. 움직임 량, 움직임 방향 및 레버 암(502)의 움직임 레이트와 같은 인자 및 비히클의 현재 방위 모션 방향과 같은 그외 다른 인자에 기초하여, 온-보드 프로세서는 하나 이상의 명령을 발생할 수 있다. 명령은 유선 혹은 무선 통신을 통해 하나 이상의 액추에이터에 보내질 수 있다. 액추에이터는 온-보드 프로세서와의 통신 및 온-보드 프로세서로부터의 명령의 해석을 할 수 있게 하는 로직 디바이스(예를 들면, 제어기)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 액추에이터는 단일의 호버 엔진 혹은 복수의 상이한 호버 엔진들에 결합될 수 있다. 명령을 수신한 것에 응하여, 액추에이터 제어기는 액추에이터가 힘 혹은 토크를 출력하게 할 수 있다. 힘 혹은 토크는 호버 엔진이 어떤 방식으로, 이를테면 틸트 위치와 같은 -그러나 이것으로 제한되지 않는다-, 자신의 위치를 변화하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 온-보드 프로세서는 호버 엔진에 연관된 STARM의 회전 레이트가 특정 RPM 값으로 가게 하는 명령을 보낼 수 있다. 모터(508)에 의해 수신될 수 있는 모터 명령은 액추에이터 명령과 함께 발생될 수 있다. RPM 값은 자신의 위치가 변화되어진 후에 호버 엔진으로부터 발생되는 힘의 량에 영향을 미칠 수 있다. 모터(508)는, 1) 온-보드 프로세서와의 통신(유선으로 혹은 무선으로), 2) 온-보드 프로세서로부터 수신된 명령을 처리 및 3) 모터에 전달되는 파워 량과 같은 명령을 구현하기 위해 사용되는 모터에 연관된 제어 메커니즘에 명령 발생을 위해, 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다.
도 32b는 모터(562) 및 STARM(564)을 포함하는 호버 엔진을 틸트하기 위해 사용될 수 있는 발 페달(552)을 도시한다. 하나의 발 페달(552)이 아래쪽으로 눌려졌을 때, STARM(564)은 비히클을 전진하게 할 수 있는, 도면에 수직한, 힘을 발생할 수 있다. 다른 하나의 발 페달이 아래쪽으로 눌려졌을 때, STARM(564)은 비히클을 후진하게 할 수 있는 힘을 발생할 수 있다. 각 페달이 눌려지는 량은 특정 방향으로 비히클의 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 비히클을 한 방향으로 이동하기 위해 제1 페달이 눌려졌을 때, 제1 페달로부터 압력을 제거하고 제2 페달에 압력을 가하는 것은 비히클을 느려지게 하기 위한 브레이크로서 작용할 수 있다.
회복력을 발생하는 메커니즘이 각 발 페달에 제공된다. 이것은 또한 페달을 이동하기 위해 얼마나 많은 힘이 페달에 인가될 필요가 있는지에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다. 또한, 메커니즘은 페달이 얼마나 멀리 이동할 수 있는가를 제한할 수 있다. 도 32b에서, 메커니즘은 스프링으로서 표현되었다. 메커니즘은 발 페달의 변위량에 대략 선형 및/또는 비선형인 힘을 발생할 수 있다. 특정 실시예에서, 회복력을 발생하는 하나 이상의 메커니즘은 또한 도 32a에 도시된 레버 암에 사용될 수 있다. 다시, 위에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 발 페달은 디지털 제어 시스템의 부품으로서 사용될 수 있다.
다음에, 도 33a, 도 33b, 도 34a 및 도 34b와 관련하여, 추진력을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 호버 엔진 구성의 몇몇 대안적인 실시예가 설명된다. 특히, 자기적으로 리프트된 디바이스 및/또는 도전성 기판에 대하여 호버 엔진을 틸트하지 않고 추진력을 발생시킬 수 있게 하는 장치 및 방법이 기술되었다. 이들 실시예는 도전성 기판에 대한 방위를 변화시키기 위해 STARM를 틸트하는 것을 이용하여 전술한 방법 및 장치 대신에 또는 이와 조합하여 사용될 수 있다.
도 33a 및 도 33b에서, 호버 엔진의 구성성분일 수 있는 STARM(602)은 기판(604) 위에서 축(605)에 관하여 회전하게 구성된다. STARM(602)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 구성될 수 있다. STARM(602)은 8개의 극성 영역을 포함한다. 이 예에서, 8개의 극성 영역은 자석(608)과 같은 정사각 단면을 갖는 영구 자석에 의해 제공된다.
도 33a에서, 구성성분(610)은 STARM(602)과 기판(604) 사이에 위치된다. 구성성분(610)은 Metglas(Metglas, Inc. Conway, SC), 철, 뮤-금속, Nanoperm(Magnetic GmbH), 전기 강, 페라이트 스테인리스 강, 마르텐사이트 스테인레스 강, 탄소강 및 코발트와 같은, -그러나 이들로 제한되지 않는다-, 높은 투자율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. STARM(602) 밑에 위치로부터 더 이상 STARM(602)과 기판 사이가 아닌 위치로 활주(slid)를 허용하는 메커니즘이 제공될 수 있다. 메커니즘은 구성성분(610)을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구성성분(610)은 방향(620)으로 이동될 수 있다. 구성성분(610)은 STARM과 함께 회전하지 않는다.
예로서, 구성성분(610)은 구조 부재에 결합될 수 있다. 구조 부재는 일 단부 상에 구성성분(610)에 부착될 수 있고 다른 단부 상에서 트랙과 결합할 수 있다. 트랙은 STARM에 대한 구성성분(610)의 위치를 변경하기 위해 구조 부재 및 구성성분(610)이 트랙을 따라 이동하는 것을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 구조 부재 및 구성성분(610)은 단일 피스로서 형성될 수 있다.
STARM(602)이 기판(604) 위에서 회전될 때, 구성성분(610)의 개재는 구성성분(610)이 없이 STARM 밑에 기판의 영역과 비교할 때, 그 아래의 기판에 형성된 와전류를 약화시킬 수 있다. 이 효과는 606과 같은 병진힘이 발생되게 할 수 있는 드래그 불균형을 생성한다.
발생되는 힘의 양은 STARM의 하부 상의 자석의 더 큰 또는 더 다 작은 부분을 덮음으로써 변화될 수 있다. 특정 실시예에서, 한 쌍의 구성성분(610)은 STARM의 대향 측 상에서 사용될 수 있다. 한 쌍의 구성성분은 호버 엔진으로부터 출력되는 제어력의 방향 및 크기를 변경하기 위해 STARM과 기판 사이에 개재되도록 독립적으로 작동 및 제어될 수 있다.
구성성분(610)을 사용하는 드래그 감소는 이전에 설명된 바와 같이 STARM을 틸트하는 것과는 다르다. STARM이 틸트되었을 때, 다른 STARM과 비교하여 STARM의 일측 상에서 드래그가 증가된다. 또한, 일부 자기 구성에 있어서, 순 리프트가 증가될 수 있다. 도 33a의 실시예에서, 드래그는 일측에서 줄어든다. 또한, 리프트도 줄어든다.
도 33b에서, 디스크(615)는 STARM(602) 밑에 장착된다. 디스크(615)는 STARM(602)과 함께 회전하지 않는다. 디스크(615)는 높은 자기 투자율(616)을 갖는 제1 부분 및 공기에 가까운 자기 투자율(즉, 1의 상대 투자율)을 갖는 제2 부분(616)을 포함한다. 따라서, 제2 부분(618)은 기판(604)에 형성된 와전류에 거의 영향을 미치지 않는다.
STARM(602)이 기판(604) 위에서 회전될 때, 제1 부분(616)은 그 밑에 와전류를 약화시킨다. 이 효과는 드래그 불균형을 야기하여 스러스트가 발생되게 한다. 일 실시예에서, 디스크(615)는 제1 위치로부터 제2 위치로 변경될 수 있도록 회전가능할 수 있다. 예로서, 디스크는 슈라우드에 통합된 트랙 또는 홈과 같은 트랙과 인터페이스하는 확장부를 포함할 수 있다. 디스크 및 확장부는 디스크의 위치가 변경될 수 있도록 트랙과 인터페이스할 수 있다.
스러스트 방향은 구성성분(516)의 위치에 의존한다. 따라서, 디스크는 STARM(600)과 기판(504) 간에 구성성분(616)의 개재로 인한 스러스트 방향을 변화 시키도록 능동적으로 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 비히클은 제어기로부터의 명령에 응답하여 디스크(615)를 회전시키도록 구성된 액추에이터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다. 제어기는 액추에이터를 다른 위치로 제어하고 발생된 스러트의 방향을 변경할 수 있다. 이 메커니즘은 비히클을 위치에서 위치로 이동시키기 위해 제어 시스템에서 이용될 수 있다.
STARM(602)이 회전하고 있을 때, 디스크(615)는 항상 스트러스가 발생되게 할 수 있다. 비히클이 특정 위치에서 호버링을 유지할 수 있게 하기 위해, 이 스러스트를 상쇄시키는 그외 다른 어떤 힘 발생 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, 615와 같은 디스크가 있는 두 개의 호버 엔진이 이용될 수 있다. 두 호버 엔진 내 디스크는 스러스트 출력이 상쇄(반대 방향), 부분적으로 상쇄하거나 서로 정렬(같은 방향)되도록 회전할 수 있다.
도 34a에서, STARM 상에서 사용될 수 있는 자석 구성(634)이 도시되었다. STARM은 호버 엔진의 구성성분일 수 있다. 따라서, 자석 구성(634)은 기판(630) 위에서 회전되어 리프트를 발생시킬 수 있다. 자석 구성은 도 33a에서, 구성성분(610)에 관련하여 상술한 물질과 같은 물질 링(632a, 632b)으로 둘러싸여있다. 물질의 링은 STARM과 함께 회전하지 않도록 자석 구성(634)을 포함하는 STARM에 결합되지 않는다. 따라서, 이것은 STARM과 독립적으로 이동될 수 있다.
자석 구성(634)은 각각 북 극성 및 남 극성을 갖는 두 개의 극, 및 따라서 제1 극으로부터 제2 극을 가리키는 자석을 갖는 두 극 간에 영역을 포함한다. 극 사이에 영역은 극보다 작은 회전축으로부터 반사상 거리에 있다. 회전축은 자석 구성의 중심에 있다.
자석 구성(634)으로부터 발생된 자기장은 이것이 물질의 링(632a, 632b)에 근접에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히, 이 자석 구성에 있어서, 물질 링(632a, 632b)은 리프트를 향상시킬 것으로 예측되었다. 일 실시예에서, 섹션들(632a, 632b) 중 하나 또는 둘 모두가 섹션들(632a, 632b) 간에 거리가 변화되는 것을 허용하는 메커니즘들에 결합될 수 있다.
예를 들어, 도 34b에서, 섹션(632a)만이 수평면에서 자석들에 가깝거나 멀리 떨어지도록 구성된다. 632a가 자석에서 멀어지게 이동될 때, 드래그 불균형이 야기된다. 드래그 불균형은 한 방향으로 추진력을 발생할 수 있다. 자석으로부터의 섹션(632a)의 거리는 추진력의 크기를 변경하도록 조정될 수 있다.
섹션(632a, 632b) 둘 모두가 이동하게 구성될 때, 추진력은 어느 한 방향으로 발생될 수 있다. 또한, 두 섹션(632a, 632b)을 자석 구성으로부터 멀리지게 이동시킴으로써, 호버 엔진으로부터 발생된 리프트 및 드래그의 양이 제어될 수 있다. 예를 들어, 두 섹션(632a, 632b)은 동시에 리프트 및 드래그를 낮추기 위해서 그리고 리프트 및 드래그를 높이기 위해 자석쪽으로 더 가깝게 되게, 자석으로부터 멀리 이동될 수 있다. 섹션(632a, 632b) 중 하나 또는 다른 하나의 거리가 다를 때, 추진력이 발생될 수 있다.
비히클 구성 및 내비게이션, 안내 및 제어(NGC)
다음에, 도 35 내지 도 44와 관련하여, 다중 호버 엔진을 포함하는 자기적으로 리프트된 디바이스의 다양한 구성이 설명된다. 특히, 호버 엔진의 배열 및 움직임을 제공하기 위한 이들의 작동이 설명된다. 다음에, 도 35 내지 도 41에 도시된 것들과 같이, 자기적으로 리프트된 디바이스에 적용될 수 있는, 내비게이션, 안내 및 제어(NGC) 기능이 도 42, 도 43 및 도 44와 관련하여 논의된다.
도 35는 도전성 기판(722) 상에서 동작하게 구성된 비히클(700)의 평면도이다. 비히클(700)은 4개의 호버 엔진(702a, 702b, 702c, 702d)을 포함한다. 각 호버 엔진은 STARM과 모터 및 각 호버 엔진에서 추진력이 출력될 수 있게 하는 메커니즘을 포함한다. 일 실시예에서, 호버 엔진(702a, 702b, 702c, 702b) 각각은 액추에이터의 제어를 통해 724a, 724b, 724c, 724d와 같은 축 주위로 틸트될 수 있다. 특정 실시예에서, 호버 엔진은 시간의 함수로서 틸트각의 방향 및 양이 4개의 엔진 각각에 대해 개별적으로 변경될 수 있도록 각각 개별적으로 작동될 수 있다.
대안적 실시예에서, 2 이상의 호버 엔진이 하나의 유닛으로서 제어될 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 호버 엔진이 단일 액추에이터에 기계적으로 결합될 수 있다. 단일 액추에이터는 두 호버 엔진을 동시에 움직일 수 있다. 다른 예에서, 둘 이상의 호버 엔진은 두 개 이상의 호버 엔진이 항상 함께 동시에 이동되게, 즉, 한 호버 엔진의 움직임은 이를테면 두 호버 엔진이 동일한 방식으로 틸트되는 것과 같이 다른 호버 엔진의 어떤 특정 움직임을 지정하게, 디지털 방식으로 결합될 수 있다. 독립적으로 제어될 때, 하나의 호버 엔진의 움직임은 GNC 기능을 구현하는 것과 같이 다른 엔진의 움직임에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 두 호버 엔진이 디지털 방식으로 및/또는 기계적으로 유닛으로서 제어될 때 경우에서와 같이, 제1 호버 엔진의 움직임에 응답하여 제2 호버 엔진은 항상 특정 제어 움직임으로 제약되지 않을 수 있다.
각 호버 엔진에 연관된 액추에이터는 하나 이상의 제어기(706) 및 IMU(708)(관성 측정 유닛)에 결합될 수 있다. 액추에이터는 각각 제어기(706)로부터의 명령에 응답하는 별도의 제어기를 가질 수 있다. 제어기(706)는 또한 전원(720) 및 하나 이상의 속도 제어기(718)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 속도 제어기(718)는 기계식 속도 제어기 또는 전자식 속도 조절기일 수 있다. 전원은 온-보드 또는 오프-보드일 수 있다. 호버 엔진은 하우징 및 관련된 지지 구조(710)를 통해 고정된다.
비히클의 질량 중심은 원(705)으로 표시되었다. 질량 중심은 4개의 호버 엔진 각각이 작동될 때 발생되는 모멘트에 영향을 미친다. 특정 실시예에서, 비히클은 질량을 한 위치에서 다른 위치로 이동시키기 위한 메커니즘과 같이 질량 중심이 비행 중에 조절될 수 있게 하는 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비행기에서, 질량 중심 특징에 영향을 주기 위해서 한 탱크에서 다른 탱크로 연료가 이동될 수 있다.
IMU(708)는 하나 이상의 가속도계를 사용하여 현재 가속도 레이트를 검출함으로써 작동하고, 하나 이상의 자이로스코프를 사용하여 피칭, 롤링 및 요잉과 같은 회전 속성의 변화를 검출한다. 방위 표류에 대한 캘리브레이트를 돕기 위해 자력계를 포함할 수도 있다. 관성 내비게이션 시스템은 각도 및 선형 가속도계(위치 변화에 대한)를 가진 IMU를 포함할 수 있다. 일부 IMU는 자이로스코프 요소(절대 각 참조를 유지하기 위해)를 포함할 수 있다.
각 가속도계는 비히클이 공간에서 어떻게 회전하는지를 측정할 수 있다. 일반적으로, 피칭(노즈 상하), 요잉(노즈 좌우), 롤링(조종석으로부터 시계 방향 또는 반시계 방향)의 3가지 축 각각에 대해 최소한 하나의 센서가 있다. 선형 가속도계는 비히클의 비-중력 가속도를 측정할 수 있다. 3개의 축(상하, 좌우, 전진, 후진)으로 움직일 수 있기 때문에, 각 축마다 선형 가속도계가 있을 수 있다.
프로세서는 비히클의 현재 위치를 연속적으로 계산할 수 있다. 먼저, 6 자유도(x, y, z 및 θx, θy 및 θz) 각각에 대해, 감지된 가속도는 현재 속력을 계산하기 위해, 중력의 추정과 함께, 시간에 대해 적분될 수 있다. 이어, 속력은 현재 위치를 계산하기 위해 적분될 수 있다. 이들 양은 GNC 시스템에서 잉용할 수 있다.
도 35로 돌아가서, 전술한 바와 같이, 기판(722)에 대해 회전하는 STARM의 틸트를 변화시킴으로써 발생된 힘은 비히클이 기판(722)에 평행할 때 주로 틸트 축을 따라 지향된다. 예를 들어, 호버 엔진(702a)의 틸트는 주로 축(724a)에 평행한 힘을 발생할 수 있다.
도 35에 도시된 바와 같이 틸트 축이 서로에 대해 각도로 배열된 상태에서, STARM의 조합은 임의의 원하는 방향으로 순 선형 힘을 발생하도록 작동될 수 있다. 또한, STARM은 모멘트를 상쇄시키거나 원한다면 특정 방향으로 원하는 회전을 유도하도록 조합하여 작동될 수 있다. 또한, STARM의 상이한 조합은 시간의 함수로서 원하는 방향(들)으로 만곡된 경로를 발생하기 위해 시간의 함수로서 작동될 수 있다. 또한, STARM의 조합은 비히클이 선형 또는 만곡된 경로를 따라 이동하고 경로를 따라 움직이는 동안 축에 관하여 회전하도록 작동될 수 있다.
틸트 제어는 단독으로 또는 각 호버 엔진의 회전 속력 제어와 조합하여 사용될 수 있다. 발생되는 병진 및 리프트 힘은 회전 속력와 호버 높이와의 함수로서 변할 수 있다. 호버 엔진의 회전 속도는 하나 이상의 호버 엔진으로부터 출력되는 리프트 및 드래그 힘의 크기를 변경시키기 위해, 다른 호버 엔진에 대해 또는 다른 호버 엔진과 함께 가변될 수 있다. 예를 들어, 회전 속력 제어는 이동하는 질량 중심으로부터 기인하는 것과 같은 힘에 불균형을 상쇄시키기 위해 사용될 수 있다. 전기 모터에 있어서, 하나 이상의 제어기(706)는 호버 엔진의 회전 속력을 변경시키기 위해 속도 제어기(718)를 제어할 수 있다.
도 35의 예에서, 각도는 틸트 축에 대해서 정의될 수 있다. 예를 들어, 틸트 축(724a, 724b) 간에 각은 약 90도이다. 틸트 축(724a, 724c) 간에 각은 약 90도이고 틸트 축(724a)과 틸트 축(724c) 간에 각은 180도이다.
일 실시예에서, 서로 대향하는 호버 엔진의 틸트 축은 서로 평행할 수 있는데, 즉 180도의 각도일 수 있다. 그러나, 서로 인접한 호버 엔진의 틸트 축 간의 각도는 동일할 필요는 없다. 특히, 틸트 축(724a, 724b) 간에 각도는 제1 각도일 수 있고, 틸트 축(724a, 724c) 간에 각도는 180°마이너스 제1 각도일 수 있고 제1 각도는 0°내지 180° 사이이다. 예를 들어, 틸트 축(724a, 724b) 간에 각도는 10 도일 수 있고 틸트 축(724a, 724c) 간에 각도는 170도일 수 있다. 일반적으로, 모든 틸트 축(724a, 724b, 724c, 724d) 간에 각도는 서로 다를 수 있다.
도 35에서, 호버 엔진은 좌측(714a), 우측(714b), 전방(714b) 및 후방(714b)와 같은 다양한 움직임을 발생하도록 틸트될수 있다. 또한, 호버 엔진은 비히클(700)이 716a 및 716b와 같은 만곡된 경로를 따르도록 시간의 함수로서 틸트될 수 있다. 또한, 호버 엔진은 비히클(700)이 시계 방향 또는 반시계 방향 회전(712)으로 제자리로 회전하도록 틸트될 수 있다. 예를 들어, 회전없이, 비히클(700)은 제1 거리에 대해서 제1 직선으로 이동하고, 이어 제2 거리에 대해서서 제1 직선에 수직인 제2 직선으로 이동하게 제어될 수 있다. 그러면, 비히클(700)은 제자리에서 회전할 수 있다.
비히클(700)과 유사한 구성을 갖는 비히클이 만들어졌다. 직경이 14.5 인치이고 높이가 2.125 인치인 원통형의 비히클. 비히클의 무게는 무하중에서 12.84 파운드였다. 테스트은 비히클이 무하중 무게를 초과하여 25 파운드 이상의 페이로드를 운반하는 경우에 수행되었다.
4개의 호버 엔진이 사용된다. 각 호버 엔진에는 지름이 4.25 인치인 STARM이 포함한다. 16개의 1/2 인치 입방 자석이 원형 패턴으로 각 STARM 내에 배열된다. 배열은 20개의 자석을 사용하는 도 63에 도시된 구성과 유사하다. N52 강도 네오디뮴 자석이 사용된다.
각각의 STARM을 회전시키 위해 하나의 모터가 사용된다. 모터는 Himax 6310-0250 아웃러너였다. 각 모터의 무게는 235 그램이다. 모터에 대한 최적 동작 범위는 20 내지 35 암페아이며 최대 전류는 48 암페아이다. 모터는 길이 32mm, 직경이 약 63mm인 원통형이다. 모터 파워는 약 600 와트이고 모터 상수 Kv는 약 250이다.
각 모터마다 전자 속도 제어기가 사용되었다. 특히, 피닉스 에지 전자 속도 제어기(Edge Lite 50, Castle Creations, Inc. Olathe, Kansas)가 사용되었다. 속도 제어기는 배터리에 결합된다. 이 실시예에서, 2개의 VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8 볼트 리튬 폴리머 배터리 팩이 사용된다(Atomik RC, Rathdrum, ID).
4개의 Hitec 서보가 작동기로서 사용되었다(HS-645MG Ultra Torque, Hitec RCD USA, Inc. Poway, CA). 서보는 최대 133 oz-in의 토크를 내고 4.8 내지 6V 사이에서 작동한다. 작동되는 호버 엔진의 크기에 따라, 다양한 토크 출력 능력을 갖는 서로 상이한 서보들이 사용될 수 있으며, 이 예는 단지 예시적인 목적으로 제공된다.
또한, 모터당 하나의 액추에이터가 도시되었다. 대안적 실시예에서, 단일 액추에이터는 하나 이상의 호버 엔진을 틸트하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 액추에이터가 STARM 및/또는 모터의 방위를 변경하기 위해 사용될 수 있다. 추가의 실시예에서, 사용자로부터 제공된 입력 힘과 조합하여 하나 이상의 액추에이터가 STARM 및/또는 모터의 방위를 변경시키기 위해 사용될 수 있다.
서보는 모터와 STARM을 일제히 틸트시키기 위해 사용된다. 제어 시스템은 모터 및 STARM을 포함한 각 호버 엔진을 독립적으로 틸트하게 구성된다. 특정 실시예에서, 모터 및 STARM은 -10 내지 10도 범위를 통해 틸트하게 구성된다. 이 간격보다 크거나 작은 범위가 사용될 수 있으며 이 예는 예시 목적으로만 제공된다.
일 실시예에서, 동일한 틸트 범위가 각 호버 엔진에 대해 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 틸트 범위는 호버 엔진마다 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 호버 엔진은 -15 내지 -15도의 범위 사이에서 틸트될 수 있고, 제2 호버 엔진은 -5도 내지 10도 사이에서 틸트될 수 있다.
6050MPU 및 Atmel 644PA를 갖는 Hobbyking KK2.1.5 다중-회전자 LCD 비행 제어 보드가 제어 목적을 위해 사용되었다. 보드는 50mm x 50mm x 12mm이고 무게는 21 그램이다. 입력 전압은 4.8-6V이다. 자이로/가속도계는 6050MPU InvenSense, Inc(San Jose, CA)이다. 이것은 복합 9-축 모션/퓨전 알고리즘을 처리할 수 있는 온보드 디지털 모션 프로세서™(DMP™)와 함께 동일한 실리콘 다이 상에 MEMS 3-축 자이로스코프와 3-축 가속도계를 갖는다.
비히클은 경사진 표면 위로 오를 수 있었다. 평탄한 트랙 상에서의 테스트에서 5.4 ft/sec2의 가속도가 측정되었는데, 이는 약 .17 g이다. 가속도는 출력되는 스러스트, 비히클의 전체 무게, STARM의 틸트각, 및 STARM 자석 구성에 따라 달라진다. 따라서, 이 예는 예시 목적으로만 제공된다.
특정 실시예에서, 비히클은 모바일 제어 유닛을 통해 제어될 수 있다. 모바일 제어 유닛은 무선 또는 유선 통신 링크를 통해 비히클에 결합될 수 있다. 모바일 제어 유닛은 제어 스틱, 터치 스크린, 슬라이더, 등과 같은 하나 이상의 입력 메커니즘을 포함할 수 있다.
모바일 제어는 입력 메커니즘으로부터 입력을 수신할 수 있고, 이어 명령과 같은 정보를 비히클에 보낼 수 있다. 명령은 오른쪽으로 이동하거나, 어떤 방향으로 이동하거나, 제자리에서 회전할 수 있다. 비히클 상의 GNC 시스템은 명령을 수신하여 이를 해석한 다음 그에 응답하여 명령을 이행하기 위해 액추에이터 및/또는 호버 엔진을 제어하는 것을 수반하는 하나 이상의 추가 명령을 발생할 수 있다. 예를 들어, 비히클 상의 하나 이상의 액추에이터는 수신된 움직임 또는 회전 명령을 구현하도록 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 모바일 제어 유닛은 터치 스크린 인터페이스를 갖는 스마트폰일 수 있다. 스마트폰에서 실행되는 애플리케이션은 제어 명령을 입력하는 데 사용되는 인터페이스를 터치 스크린 상에 발생할 수 있다. 또한, 애플리케이션은 속도, 방위, 모터 RPM, 남은 비행 시간, 등과 같은 비히클의 수행에 관한 정보를 디스플레이에 출력하게 구성될 수 있다. 스마트폰은 블루투스와 같은, -그러나 이것으로 제한되지 않는다-, 무선 통신 인터페이스를 통해 비히클과 통신하게 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 쿼드 헬기 또는 라디오 제어 카를 제어하기 위해 사용되는 것과 같은 휴대 제어 유닛이 사용될 수 있다. 휴대 제어 유닛은 다중 채널, 채널 스위치, 디지털 디스플레이, 안테나, 제어 스틱, 트림 및 온/오프 스위치를 포함할 수 있다. 일 예는 Spektrum DX6i DSMX 6-채널 송신기(Horizon Hobby, Inc., Champaign, Illinois)이다. 다음에, 비히클을 제어하기 위해 STARM을 틸트하는 것에 대한 몇몇 세부 사항이 설명된다.
도 36a, 도 36b 및 도 36c는 움직임 또는 회전을 생성하기 위해 호버 엔진의 상이한 조합을 작동시키는 몇가지 예를 도시한다. 도 36a에서, 음영표시된 2개의 호버 엔진(702b, 702c)은 비히클을 우측(742)으로 이동할 수 있는 순 우향 힘(742)을 생성하도록 작동된다. 2개의 호버 엔진 각각에 의해 발생된 순 힘의 방향이 인접한 화살표(740a, 740b)에 의해 도시되었다. 호버 엔진(702b)은 하향 및 우향의 힘 성분을 갖는 순 힘(740a)을 발생한다. 호버 엔진(702c)은 상향 및 우향인 순 힘(740b)을 발생한다.
상향 및 하향 병진힘은 2개의 호버 엔진이 기판에 유도된 와전류로 인한 동일한 크기의 힘을 발생하도록 작동될 때 상쇄된다. 우향 힘 성분은 부가적이며, 오른쪽으로 순 병진힘을 생성한다. 2개의 호버 엔진이 비히클의 질량 중심으로부터 동일한 거리에 있을 때, 2개의 호버 엔진으로부터 발생된 모멘트는 서로 상쇄되어 회전 안정성이 유지될 수 있다.
호버 엔진은 서로 동일한 경우에도, 동일한 양으로 작동되지 않을 수 있다. 예를 들어, 비히클(700)은 호버 엔진(702b, 702c) 중 하나가 기판에 더 가깝도록 틸트될 수 있다. 호버 엔진과 기판 간에 거리는 틸트의 결과로 호버 엔진에서 출력되는 힘에 영향을 미친다. 따라서, 각각의 호버 엔진으로부터의 힘 출력의 균형을 맞추기 위해 상이한 틸트각들이 요구될 수 있다.
또한, 비히클(700)이 하중되었을 때, 페이로드의 무게가 어떻게 분포되는지에 따라 무게 중심이 변할 수 있다. 따라서, 질량 중심은 무하중 상태로부터 하중된 상태로 이동할 수 있고, 두 개의 호버 엔진은 더 이상 비히클 질량 중심으로부터 등거리가 아닐 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 호버 엔진이 각각 동일한 량의 순 힘을 발생할 때, 두 개의 호버 엔진이 질량 중심으로부터 서로 다른 거리들이기 때문에 순 모멘트가 있을 수 있다. 따라서, 사용된 호버 엔진과 각 호버 엔진의 작동량의 조합은 페이로드 이동 또는 동작하고 있는 기판에 대한 비히클(700)의 전체 방위에 기인하여 이동하는 중심 질량을 감안하기 위해 조정되어야 한다.
질량 중심의 변화로부터 비롯되는 효과의 크기는 질량 중심이 하중 상태로부터 무하중 상태로 얼마나 많이 이동하는지에 의존할 것이다. 또한, 어떤 경우에, 작동 중에 페이로드가 이동할 수 있게 되거나 페이로드가 줄어들다면 질량 중심이 작동 중에 이동할 수 있다. 예를 들어, 비히클의 작동 중에 연료가 소비된다면, 연료의 소비로 인해 비히클의 질량 중심이 변할 수 있다. 또 하나의 예로서, 한 명 이상의 사람이 비히클에 타고 돌아다닐 수 있다면, 질량 중심은 바뀔 수 있다. 따라서, 특정 실시예에서, 질량 중심은 작동 중에 동적으로 변화할 수 있고, GNC 시스템은 회전 및 병진 제어를 유지할 때 비히클의 질량 중심의 이동을 감안하게 구성될 수 있다.
도 36b에서, 4개의 호버 엔진을 사용하여 순 우향 움직임이 발생된다. 이 예에서, 4개의 호버 엔진들(702a, 702b, 702c, 702d)은 모두 오른쪽 방향으로 순 힘(746)을 발생하도록 작동된다. 일반적으로, 호버 엔진은 실질적으로 우측 방향 인 순 병진 힘을 발생시키도록 작동될 수 있다. 특히, 호버 엔진은 우측 방향 이외의 병진 운동을 상쇄하도록 작동된다. 또한, 호버 엔진은 비히클에 작용하는 순 모멘트가 제로가 되도록 작동될 수 있다. 전술한 바와 같이, 비히클을 회전시키기 위해, 비히클을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 순 모멘트가 발생될 수 있다.
도 36c에서, 4개의 호버 엔진(702a, 702b, 702c, 702d)은 시계 방향으로 순 모멘트를 야기하는 방식으로 작동되는 것으로 도시되었다. 4개의 호버 엔진과 관련된 병진힘은 서로 상쇄한다. 따라서, 비히클은 제자리에서 회전할 수 있다.
도 36a, 도 36b 및 도 36c의 예에서, 4개의 호버 엔진의 틸트 축 모두는 직사각형의 에지 주위에 방위로 놓인다. 이 구성은 비히클이 도면 상에서 상/하 또는 좌/우로 쉽게 이동할 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 호버 엔진 틸트 축은 평행사변형의 둘레 주위에 위치될 수 있다. 따라서, 호버 엔진은 도면 상에서 좌/우 대 도면 상에서 상/하와 같은 특정 방향으로 병진힘을 보다 쉽게 발생할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 전술한 바와 같이, 틸트 축의 방향이 동작중에 변경되도록 하는 메커니즘이 제공될 수 있다(예를 들어, 도 29 참조). 따라서, 동작중에 호버 엔진 틸트 축의 구성을 변경하는 것이 가능할 수 있다.
도 36a, 도 36b 및 도 36c의 예에서, 각각의 호버 엔진에 의해 발생된 힘 벡터는 비히클의 질량 중심으로부터 동일한 거리인 것으로 가정된다. 다른 실시예에서, 호버 엔진들은 비히클의 질량 중심으로부터 서로 상이한 거리들일 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 2개의 호버 엔진은 각각 질량 중심으로부터의 제1 거리일 수 있고, 제2 쌍의 호버 엔진은 각각 질량 중심으로부터의 제2 거리일 수 있다.
또한, 호버 엔진이 질량 중심으로부터 동일한 거리일 때라도, 호버 엔진은 상이한 레벨의 추진력을 출력하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 한 호버 엔진은 더 많은 힘을 출력하기 위해 다른 호버 엔진보다 더 큰 볼륨의 자석을 사용할 수 있다. 다른 예에서, 2개의 동일한 호버 엔진의 회전 속력은 상이할 수 있으며, 이는 호버 엔진이 서로에 대해 상이한 추진력 레벨을 출력하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 비히클 상에 사용되는 다수의 호버 엔진은 동일하고 이들이 각각 유사한 힘의 량을 출력하도록 유사한 회전 속력으로 동작될 수 있다.
일반적으로, 복수의 작동가능한 호버 엔진이 사용될 때, 각각의 호버 엔진은 질량 중심으로부터 다른 거리에 위치될 수 있거나 호버 엔진의 조합은 질량 중심으로부터 동일한 거리에 위치될 수 있다. 또한, 각 호버 엔진의 크기, 각 호버 엔진에 사용된 자석 구성 및 각 호버에 의한 결과적인 힘 출력은 비히클의 호버 엔진마다 다를 수 있다. 다수의 호버 엔진 내의 호버 엔진의 조합은 동일한 힘 발생 능력을 갖게 선택될 수 있을지라도. 비히클 상의 호버 엔진 배치 위치의 차이 및 호버 엔진 간에 상이한 힘 생성 능력을 감안하는 GNC 시스템이 설계될 수 있다. 또한, GNC 시스템은 각 호버 엔진에서 출력되는 힘과 모멘트에 영향을 주는 비히클의 동적 하중 및 동적 방위 변경을 고려하여 구성할 수 있다.
위의 예에서, 호버 엔진의 일부인 STARM은 리프트, 추진 및 회전 힘을 발생하게 구성된다. 다른 실시예에서, 호버 엔진을 특화시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 제1 호버 엔진은 주로 리프트를 발생하게 구성될 수 있고, 추진력을 발생하기 위해 작동가능하지 않을 수 있다. 그러면, 추가의 호버 엔진은 리프트의 일부분을 발생하게 구성될 수 있으며 비히클을 제어하고 지휘하기 위해 사용할 수 있는 추진 및 및 회전 힘을 발생하게 작동가능할 수 있다. 일부 자석 구성은 리프트 힘에 비해 추진력을 발생하는 데 더 적합할 수 있다. 따라서, 다수의 호버 엔진이 비히클 상에 사용될 때, 자석 구성은 호버 엔진 간에 다를 수 있다.
도 37은 5개의 호버 엔진을 갖는 비히클(750)의 예를 도시한다. 4개의 호버 엔진은 도 35와 관련하여 상술한 방식으로 구성된다. 그러나, 비히클의 중앙에 위치하는 제5 호버 엔진(752)은 리프트만을 발생하게 구성되고 작동가능하지 않지만, 반면, 앞서 기술되었던 것과 유사하게, 4개의 호버 엔진은 추진력, 회전 및 제어 힘을 발생하도록 작동될 수 있다.
특정 실시예에서, 4개의 호버 엔진(702a, 702b, 702c, 702d)은 비히클단독으로 호버링할 수 없을 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 4개의 STARM은 무하중 비히클을 호버하지 못할 수 있고, 리프트 전용 엔진으로부터 얼마간의 리프트가 발성될 필요가 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 4개의 STARM은 비히클이 무하중인 동안 비히클을 호보할 수 있다. 그러나, 비히클이 어떤 량의 페이로드를 운반한다면, 리프트 전용 호버 엔진이 필요할 수 있다.
일 실시예에서, 추진 호버 엔진에서의 자석의 바닥면 위의 높이 및 리프트 전용 호버 엔진에서의 자석의 바닥면 위에 높이는 추진 호버 엔진 및 리프트 전용 호버 엔진에 STARM이 표면에 평행할 때 서로 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 추진 STARM에서의 자석의 바닥의 높이는 리프 STARM에 자석의 바닥의 높이보다 표면으로부터 더 먼 거리에 위치될 수 있다. 호버 엔진에 STARM을 표면에 대해 틸트하기 위해 필요한 힘의 양은 STARM이 표면에 가까워 질수록 증가할 수 있다. 자기력은 비선형으로 발생하고 자석이 표면에 가까울수록 증가하기 때문에 힘의 량은 증가한다. 따라서, 추진 STARM을 동작 중에 리프 STARM보다 표면으로부터 더 멀리 유지함으로써, 추진 STARM을 틸트하기 위해 더 적은 힘을 이용하는 것이 가능할 수 있다. 리프트 STARM과 비교하여 추진 STARM의 더 적은 자석 볼륨을 가진 STARM은 또한 추진 STARM으로부터 힘 출력을 줄일 수 있고 따라서 리프트 STARM보다 틸트하는데 힘을 덜 요구할 수 있다.
일 실시예에서, 표면으로부터의 추진 STARM과 같은 호버 엔진의 거리를 제어하기 위해 사용될 수 있는, 틸트 메커니즘과는 별도의 메커니즘이 제공될 수 있다. 예를 들어, 호버 엔진을 수직 방향으로 표면에 가깝게 또는 멀리 이동하도록 메커니즘을 구성할 수 있다. 이 능력은 비히클을 처음 시동할 때도 사용할 수 있다. 예를 들어, 휴식 중에 비히클의 하부는 지면에 얹혀 있을 수 있으며 호버 엔진은 비히클 엔클로저 안으로 위로 끌어올려질 수 있다. 이어 호버 엔진은 시동될 수 있다. 호버 엔진이 특정 속도에 도달한 후에 호버 엔진은 호버 엔진이 비히클의 바닥에 더 가까워지도록 비히클에 대해 이동될 수 있다.
추진 호버 엔진은 전체 리프트 하중을 운반하는 데 필요하지 않을 수 있기 때문에, 일부 실시예에서는 제어 및 추진 STARM이 전체 리프트 하중을 운반하는 데 사용되는 경우보다 작은 추진 및 제어 STARM을 사용할 수 있다. 이 접근법을 사용하는 한가지 이점은, 제어 및 추진 STARM이 더 작게(예를 들어, 더 작은 반경 및 관성 모멘트) 만들어 질 수 있다면, STARM을 작동시키기 위해 사용되는 힘의 양은 더 작아질 수 있다는 것이다. 따라서, 작고 가볍고 저렴한 액추에이터를 사용하는 것이 가능할 수 있다.
리프트 또는 제어에 특화된 호버 엔진을 사용하는 또 다른 이점은 리프트를 가장 효율적으로 발생하기 위해 사용되는 호버 엔진의 작동 조건이 추진력 및 제어 힘을 가장 효율적으로 발생하기 위해 사용되는 동작 조건과는 다를 수 있다는 것이다. 따라서, 일부 호버 엔진이 주로 리프트 전용으로 사용될 때, 이들 호버 엔진은 제어 힘을 발생하게 구성된 호버 엔진에 비해 상이한 조건에서 동작될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 더 많은 추진력을 발생하기 위해, 제어 호버 엔진은 피크 드래그에 가까운 회전 속력, 즉 더 높은 회전 속력에 비해 낮은 리프트 대 드래그 비로 동작될 수 있다. 대조적으로, 전술한 바와 같이, 피크 드래그 후에 호버 엔진 상에 드래그 힘은 회전 속력이 증가함에 따라 감소할 수 있기 때문에, 리프트 전용 호버 엔진은 드래그를 최소화하고 리프트를 최대화하기 위해 보다 높은 회전 속력으로 동작될 수 있다.
도 38 및 도 39는 비히클(760, 760)에 대한 2개의 추가적인 호버 엔진 구성을 도시한다. 도 38에서, 4개의 호버 엔진 모두의 틸트 축은 서로 평행하게 정렬된다. 따라서, 비히클(760)은 상하 방향으로만 이동하게 구성된다. STARM으로부터 순 힘은 틸트 축의 방향을 따라 있다. 따라서, 횡력을 발생하는 것은 가능하지 않다.
호버 엔진(702a, 702b, 702c, 702d)은 질량 중심(705) 주위에 분포된다. 따라서, 호버 엔진에 의해 발생된 힘은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 모멘트를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 이들 모멘트는 방향(766)으로 비히클을 회전시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 비히클(706)은 위치로부터 위치로 이동되고 제자리에서 회전될 수 있다.
대조적으로, 도 39에서, 3개의 호버 엔진(702b, 702c, 702d)은 이들의 틸트 축이 서로 평행하게 되는 방위로 놓이고, 제4 호버 엔진(702a)은 다른 3개의 호버 엔진에 수직인 틸트 축을 갖는다. 호버 엔진(702a)은 질량 중심(705)으로부터 거리에 위치된다. 따라서, 호버 엔진(702a)은 방향(768a, 768b)으로 비히클(770)을 조정할 수 있는 횡력을 발생하기 위해 사용될 수 있다. 하부 3개의 호버 엔진은 상향 또는 하향 방향(714a, 714b)으로 추진력을 발생하기 위해 사용될 수 있다.
그러나, 호버 엔진(702b, 702c, 702d), 틸트 축 및 힘 출력은 질량 중심(705)을 통과한다. 따라서, 이러한 구성에서, 모멘트 암은 0이다. 따라서 이러한 호버 엔진은 모멘트를 발생할 수 없다.
비히클(780) 상의 또 다른 호버 엔진 구성이 도 40에 도시되었다. 이 구성에서, 각각 3개의 호버 엔진을 갖는 2개의 열이 제공된다. 제1 열은 호버 엔진(702a, 702c, 702e)을 포함하고, 제2행은 호버 엔진(702b, 702d, 702f)을 포함한다. 각 열에서, 상부에 제1 호버 엔진의 틸트 축(702a, 702b)은 열 내에 하부 두 호버 엔진의 틸트 축에 수직이다. 이 구성에서, 각 열의 상부에 호버 엔진은 방향(714a, 714b)으로 조향력을 제공할 수 있다. 각 열에 하부 두 호버 엔진은 앞 혹은 뒤쪽 방향(714b, 714d)으로 추진력을 발생할 수 있다.
이 구성에서, 호버 엔진(702a, 702b)으로부터의 힘 출력은 질량 중심(705)을 통과한다. 따라서, 이들 호버 엔진은 질량 중심에 대한 모멘트를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 하부 2개의 호버 엔진은 질량 중심(705)으로부터 거리에 있다. 따라서, 순 모멘트가 생성될 수 있다. 모멘트는 단독으로 혹은 호버 엔진(702a, 702b)에 의해 제공되는 조향힘과 조합하여 사용될 수 있다.
도 41에서, 비히클(790)에 대한 또 다른 호버 엔진 구성이 도시되었다. 이 예에서, 4개의 호버 엔진은 각 호버 엔진의 틸트 축(702a, 702b, 702c, 702d)이 직사각형의 인접한 측에 평행한 직사각형의 에지 주위에 배열된다. 따라서, 제1 한 쌍의 호버 엔진의 틸트 축이 제2 한 쌍의 호버 엔진의 틸트 축에 수직인 두 쌍의 호버 엔진(702a, 702c), (702b, 702d)이 제공된다. 다시, 각 쌍에 틸트 축은 서로 평행하다.
이 예에서, 한 쌍의 호버 엔진(702b, 702d)의 거리는 다른 한 쌍의 호버 엔진(702a, 702c)보다 비히클(790)의 질량 중심(705)에 더 가깝다. 따라서, 한 쌍의 호버 엔진은 다른 한 쌍의 호버 엔진과는 다른 모멘트 암을 갖는다. 따라서, 두 쌍의 호버 엔진에서 발생된 모멘트의 범위가 서로 다를 수 있다. 여러 실시예에서, NGC 시스템은 제어 힘이 발생될 때 호버 엔진 각각에 대한 비히클 질량 중심의 위치를 감안하게 구성될 수 있다.
다음에, 자기적으로 리프트된 비히클을 이동하기 위해 호버 엔진 구성을 제어하기 위해 사용될 수 있는 NGC 시스템이 설명된다. 첫째, 내비게이션, 안내 및 제어(NGC)의 각 기능에 대해 간략히 설명한다. 이들 기능들은 자기적으로 리프트된 디바이스 상에 회로로서 구현된 NGC 시스템에 대한 로직으로서 탑재될 수 있다. 예를 들어, NGC 시스템은 이전의 도면에서 제어기(706)의 구성성분일 수 있다.
먼저, 내비게이션은 본인이 어디에 있는지, 그리고 정의된 기준 프레임에 대해 본인의 방위가 어떻게 놓여졌는지를 파악하고 있다. 예를 들어, 본인이 있는 곳은 차도에서 차 안 일 수도 있고, 본인의 놓인 방위는 차의 트렁크가 연석(curb) 쪽에 있는 것이다. 이 예에서, 기준 프레임은 평평한 땅이다.
둘째, 안내는 취할 경로를 알아내는 것을 포함한다. 특히, 안내는 본인이 어디에 있는지에 기초하여 가기를 원하는 곳을 얻는 방법을 알아내는 것이다. 본인이 어디에 있는지 본인이 모른다면, 어떤 길로 가야할지를 알아내기가 어렵기 때문에, 내비게이션 다음엔 안내가 제공된다. 안내는 잠재적으로 매우 많은 수의 솔루션을 갖고 있다. 그러나, 솔루션 크기를 제한하기 위해 규칙과 제약이 부과할 수 있다.
예로서, 본인은 자신의 뒤가 연석 쪽인 상태에서 차도에 있음을 알고 있다. 어떻게 상점에 갈것인가?. 본인은 미리 정의된 도로 시스템을 따라야 한다는 규칙이 부과될 수 있다. 이것은 안내 옵션이 제한한다. 본인은 속도 제한 및 정지 신호를 준수하는 것에 관한 규칙을 포함할 수도 있다. 이것은 솔루션 공간을 더 축소시킨다. 본인은 비히클 한계를 가질 수도 있다. 예를 들어, 4 실린더 코롤라는 페라리와 동일한 가속 능력을 갖지 못할 수 있다. 이 개념은 상이한 성능 특성을 가질 수 있는 호버 엔진의 상이한 구성에 적용될 수 있다.
규칙 및 한계가 결합되었을 때, 시간의 함수로서 방위, 속력 및 가속도를 정의하는 안내 솔루션이 얻어질 수 있다. 안내 공간에는 원하는 성능을 달성하기 위해 규칙을 부과거나 완화할 수 있는 융통성이 있을 수 있다. 예를 들어, 위의 예에 따르면, 어떤 이유로 목적지에 매우 빨리 도달하려는 경우, 일정 시간 동안 속도 제한을 무시하기록 선택할 수도 있다.
제어는 안내 솔루션이 수행할 것을 요구할 때 비히클이 수행하도록 하는 것이다. 이것은 비히클이 안내 솔루션을 원하는 만큼 밀접하게 따도록 가속, 감속, 속력 유지, 등을 의미한다. 현재의 예에서, 드라이버는 제어 시스템이다. 따라서, 자신은 속도 및 가속도를 모니터링하고, 원하는 조건을 유지하기 위해 미세 조정을 할 수 있다. 위의 예에서, NGC 시스템은 원하는 조건을 유지하기 위해 호버 엔진의 틸트각을 조정할 수 있다.
따라서, 내비게이션과, 안내와 제어와의 조합은 자기적으로 리프트된 비히클이 원하는 방식으로 이동될 수 있게 한다. 교란이 시스템에 입력되게 때문에, 내비게이션, 안내 및 제어 솔루션을 정기적으로 업데이트하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 방식으로 업데이트된 시스템은 폐루프 시스템을 형성할 수 있다. 폐 루프 시스템은 GNC 하에서 비히클의 보다 정확한 움직임을 허용할 수 있다.
대안적 실시예에서, 비-피드백 제어기라고도 하는 개루프 제어기가 사용될 수 있다. 개루프는 시스템의 현재 상태와 모델만을 사용하여 시스템에의 입력을 계산하는 유형의 제어기이다. 개루프의 특징은 출력이 원하는 입력 목표를 달성했는지 여부를 결정하기 위해 피드백을 사용하지 않는다는 것이다. 따라서, 시스템은 제어 중인 프로세스의 출력을 관찰하지 않는다.
자기적으로 리프트된 비히클에 있어서, GNC는 1) 속력 제어, 2) 웨이 포인트 관리, 3) 가속/감속 곡선(프로파일), 4) 속력 프로파일, 5) 가속/감속 및 도중에 속력을 조합한, 자유 경로, 및 6) 내비게이션의 조합들을 포함할 수 있다. 내비게이션은 a) 데드 레코닝, b) 실내 포지셔닝 시스템, c) 역-반사기, d) 적외선, e) 자기, f) RFID, g) 블루투스, f) 초음파 및 g) GPS 중 하나 이상을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 실내 포지셔닝 시스템(IPS)은 라디오파, 자기장, 음향 신호 또는 적절한 센서로 수집된 그외 다른 감각 정보를 사용하여, 자기적으로 리프트된 비히클과 같이, 건물 내에 물체를 찾아내는 솔루션이다. 상이한 유형의 에너지에 감응하는 다양한 유형의 센서가 내비게이션 솔루션에서 사용될 수 있다. 따라서, 이들 실시예는 설명의 목적으로 제공되며 제한하려는 것이 아니다.
GNC의 방법은 속력 가속/감속 프로파일(곡선, 등)을 수립하는 것을 포함할 수 있는, 가속/감속 프로파일(곡선, 제한, 등)을 수립하는 것을 포함할 수 있다. 다음에, 루트가 만들어질 수 있다. 루트는 표면 상에 x 및 y 경로 점으로 전환될 수 있다.
일 실시예에서, 웨이포인트가 추가될 수 있다. 일반적으로 시작과 끝이 디폴트에 의해 웨이포인트이다. 웨이포인트에서 일어나는 것(눌, 정지, 특정 속력, 등)은 정의될 수 있다. 경로 세그먼트는 웨이포인트에 의해 정의할 수 있다.
다음에, 각각의 경로 세그먼트에 대한 방위(속도 방향에 대한, 고정점에 대한, 스피닝 프로파일, 등)가 정의될 수 있다. 경로 세그먼트가 정의되면, GNC 시스템은 사용자가 정의한 속력/가속 프로파일 및 방위에 따라 각 경로 세그먼트를 따라 비히클을 조작할 수 있다. 마지막으로, 비히클의 현재 위치(x, y)는 정기적인 내비게이션 업데이트를 통해 미리 계획된 경로에 대해 모니터링될 수 있다. 비히클이 이동함에 따라, 센서 데이터에 기초하여 현재 위치 및 원하는 위치가 비교될 수 있다. 이어, 오차를 정정하도록 시스템이 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 비히클의 호버 높이가 제어될 수 있다. 따라서, 시스템은 경로 세그먼트를 따라 비히클의 높이 프로파일을 결정하게 구성될 수 있다. 이어, 비히클이 경로 세그먼트를 따라 조작되는 동안, 시스템은 비히클의 높이를 결정하기 위해 사용되는 센서 데이터를 수신할 수 있다. 시스템은 원하는 높이로부터 측정된 높이를 비교한 다음 오차를 정정하게 구성될 수 있다.
다음에, 도 42, 도 43 및 도 44와 관련하여 설명되는 비히클을 제어하기 위해 사용되는 GNC 시스템의 실시예가 논의된다. 이 예에서, 무선 제어기는 비히클을 제어하기 위해 사용된다. 무선 제어기는 사용자 명령에 응답하여 입력 신호를 발생할 수 있다.
비례-적분-미분 제어기(PID 제어기)는 산업 제어 시스템에서 종종 사용되는 제어 루프 피드백 메커니즘(제어기)이다. PID 제어기는 측정된 프로세스 변수와 원하는 설정점 간에 차이로서 오차 값을 계산할 수 있다. 제어기는 조작된 변수를 사용하여 프로세스를 조정함으로써 오차를 최소화하려고 시도할 수 있다.
비히클의 병진 운동 제어는 횡 가속 제어를 위한 PID 제어 시스템을 사용할 수 있다. 두 개의 횡 가속 입력은 무선 제어기를 통해 사용자로부터 수신될 수 있다. 이들 입력은 이하 도 42에 도시된 바와 같이 이들 자신의 개별 PID 제어 루프에 공급할 수 있다.
제어 루프 내에서, 입력은 가속도계에 의해 측정된 가속 출력 피드백과 구별될 수 있다. 결과적인 차이는 오차이다. 오차는 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어의 3가지 구성성분을 가질 수 있는 PID 제어기에 공급될 수 있다.
비례 요소는 비례 이득(Kp)로 오차에 곱한다. 적분 요소는 시간의 경과에 따른 오차들의 합을 계산하고 이를 적분 이득(KI)로 곱한다. 차동 제어는 현재 입력을 이전 입력과 차이를 얻고, 이 차이를 미분 이득 (KD)으로 곱한다. 비례, 적분 및 미분 요소는 합산되어 도 43의 식810에 나타낸 바와 같이 믹싱 로직에 보내진다.
믹싱 로직으로부터의 출력은 플랜트(G)에 보내진다. 결과적인 병진 가속도는 플랜트로부터의 출력이다. 비히클의 병진 가속도는 가속도계에 의해 측정된다. 이 측정된 가속도는 PID 제어 루프의 시작부분으로 피드백된다.
비히클의 스핀 제어는 도 44의 블록도에 도시된 바와 같이 요잉 속도 제어를위해 PI(비례-적분) 제어 시스템을 사용할 수 있다. 요잉 가속도 입력은 RC 제어기를 통해 사용자로부터 수신된다. 이 요잉 입력은 자이로스코프에 의해 측정된 요잉 출력 피드백과의 차이가 구해질 수 있다. 결과적인 차이는 오차이다. 이 오차는 비례 제어 및 적분 제어의 두 가지 구성성분을 갖는 PI 제어기에 공급될 수 있다. 비례 요소는 오차에 비례 이득(KP)을 곱한다.
응용
다음에, 호버 엔진을 이용할 수 있는 다수의 상이한 응용이 도 45a 내지 도 62b와 관련하여 설명된다. 특히, 도 45a 및 도 45b와 관련하여, 휠을 구동 및 제어하고 및/또는 휠의 회전으로부터 에너지를 수확하기 위해 호버 엔진이 사용되는 응용이 설명된다. 도 46a 내지 도 46b와 관련하여, 휠 상에 호버하거나 라이딩하게 구성된 하이브리드 비히클이 논의된다. 도 47a 및 도 47b와 관련하여, 신호 격리를 제공하기 위해 호버 엔진이 사용되는 응용이 설명된다. 도 48a 내지 도 54와 관련하여, 트랙을 따라 이동하게 구성된 호버 엔진을 사용하는 응용이 설명된다. 특히, 페이로드를 수직 방향으로 이동시키는 것을 수반하는 응용이 논의된다.
도 55와 관련하여, 호버 엔진이 비행기의 런치 보조를 제공하기 위해 사용되는 응용이 논의된다. 도 56과 관련하여, 선박에서 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있는 응용이 설명된다. 도 57과 관련하여, 호버 엔진이 액체 물질을 조작하기 위해 사용되는 응용이 논의된다. 도 58 내지 도 60c와 관련하여, 호버 엔진을 사용하는 열차 및 트랙 구성이 설명된다. 마지막으로, 도 61a 내지 도 62b와 관련하여, 인쇄 프로세스의 일부와 같이 물질을 피착시키기 위해 자기적으로 리프트된 비히클을 사용하는 응용이 논의된다.
도 45a 및 도 45b에서, 휠(850)을 회전시키기 위해 854 및 856과 같은 호버 엔진이 사용된다. 휠은 도전성 매스(862)를 포함하는 내측 부분 및 외측 부분(864)을 포함한다. 일 실시예에서, 휠(850)은 도로 상에 사용될 수 있고, 외측 부분은 비히클 타이어용으로 사용되는 물질로부터 형성될 수 있다. 도전성 매스(862)는 와셔와 같은 형상을 갖는다. 휠은 원형 형상으로서 도시되었다. 그러나, 이외 다른 형상도 가능하며,이 예는 단지 예시적인 목적으로 제공된다. 예를 들어, 도 44 및 도 45의 호버 엔진을 사용하여 수평으로 장착된 직사각형 트레이를 회전시킬 수도 있을 것이다.
휠(850)은 이것이 회전하는 악셀(860)에 결합된다. 휠은 표면에 대해 수직 또는 수평과 같이, 표면에 대해 각도로 있게 배열될 수 있다(예를 들면, 도 46a 및 도 46b 참조). 일 실시예에서, 휠은 표면을 따라 롤링하도록 수직으로 배열될 수 있다. 특정 실시예에서, 악셀은 제2 휠에 결합될 수 있다.
호버 엔진(854, 866)은 각각 모터 및 852 및 868과 같은 STARM을 포함한다. STARM(852, 868)은 특정 극성 패턴을 갖는 자석 볼륨을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터는 제1 축(856)에 관하여 호버 엔진(854)을 회전시키도록 구성될 수 있다. 모터에 의해 파워가 공급될 때 호버 엔진(854)은 제1 축(856)에 대략 수직인 제2 축에 관하여 회전하게 구성될 수 있다.
호버 엔진(854)이 STARM(852)의 바닥이 도전성 매스(862)의 상부 표면에 평행하도록 중립 위치에서 동작할 때, 호버 엔진(854)은 휠(850)을 회전시킬 수 있는 추진력을 발생하지 않을 수 있다. 호버 엔진(854)이 액추에이터에 의해 제1 방향으로 제1 축(856)에 관하여 회전될 때, 추진력이 발생되어 휠(850)이 시계 방향으로 회전하게 된다. 호버 엔진이 제1 방향에 반대되는 방향으로 액추에이터에 의해 축(856)에 관하여 회전될 때, 휠(850)을 반시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 발생될 수 있다. 따라서, 휠(850)은 방향(858)으로 회전하게 구성될 수 있다.
호버 엔진(852)은 STARM(852)을 회전시키는 모터에 파워가 공급될 때 휠(850)을 회전시키는 추진력을 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 모터로의 파워가 턴 오프될 수 있다. 그러면, 휠(850)가 회전할 때, 이것은 STARM(852)이 회전하게 하여, 모터를 회전시킬 수 있다. 모터의 회전으로 인해 전기와 같은 파워가 발생될 수 있다. 이 파워는 이를테면 배터리 혹은 캐패시터에 저장할 수 있다. 이어서 배터리 또는 캐패시터에 저장된 에너지를 사용하여 호버 엔진에 모터를 구동할 수 있다.
도 45에는 휠(850)의 도전성 기판(862)과 부분적으로 겹치는 호버 엔진(866)이 도시되었다. 호버 엔진(866)은 854보다 크다. 특히, STARM(868)의 직경은 STARM(852)의 직경보다 크다. STARM(868)은 STARM(852)보다 큰 볼륨의 자석을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
도전성 매스(864) 상에 호버 엔진(866)의 부분적 중첩은 휠(850)에 파워를 전달하기 위해 사용될 수 있는 힘 불균형을 생성한다. 이 예에서, 호버 엔진(866)은 전달되는 힘의 방향을 변화시키기 위해 틸트되지 않을 수도 있다. 특히, 도전성 매스(862)에 대한 0(수평)을 포함한 어떤 각도로 고정될 수 있다. 일 실시예에서, STARM(868)의 바닥부터 도전성 매스(864)의 상부까지의 거리는 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 호버 엔진 및 STARM(868)의 바닥을 도전성 매스(862)의 상부면에 더 가깝게 또는 멀리 이동시키는 메커니즘이 제공될 수 있다.
도 45에서, STARM(868)의 회전 방향은 호버 엔진으로부터의 힘 출력의 방향을 변경하도록 변경될 수 있다. 따라서, 휠이 회전하는 방향이 변경될 수 있다. 일 실시예에서, STARM(868)과 휠의 도전성 기판(862) 간에 중첩의 양을 조정할 수 있게 하는 메커니즘이 제공될 수 있다. 특히, 메커니즘은 호버 엔진을 악셀(860)에 더 가깝게 또는 악셀(860)로부터 멀리 이동시키도록 구성될 수 있다. 이 상호작용은 호버 엔진으로부터 휠로 전달되는 힘의 크기를 변경할 수 있다.
이러한 접근법을 사용하여, 호버 엔진은 휠에 접촉하지 않고 휠(850)에 회전 에너지를 전달하는 트랜스미션으로서 작용할 수 있다. 호버 엔진(854)으로부터 휠(850)로 전달되는 토크의 양은 호버 엔진(854)이 휠에 대해 축(856)에 관하여 얼마나 틸트되는가에 따라 달라질 수 있다. 또한, 호버 엔진(856 또는 866)으로부터 출력된 추진력은 이들의 각각의 STARM의 회전 속력의 함수이다. 따라서, 단독으로 또는 호버 엔진을 틸트하는 것과 함께 STARM의 회전 속력은 얼마나 많은 토크가 휠(859)에 전달되는지를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 호버 엔진(854, 866)은 휠(850)의 회전을 늦추기 위해 휠의 회전 방향과 반대 방향인 힘을 발생하도록 제어될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 모터가 파워를 공급받지 않을 때, 회생 제동의 일부로서, 도전성 매스(862)와 호버 엔진 내의 STARM 간에 상호작용은 모터가 회전되도록 STARM을 회전되게 할 수 있다. 모터의 회전은 모터에 파워를 공급하는 배터리를 재충전하는 등의 파워를 발생하기 위해 사용될 수 있고, 혹은 다른 용도로 사용될 수 있다. STARM과 휠 간에 상호작용 량은 위에 설명된 바와 같이 액추에이터를 사용하여 STARM과 휠 간에 각도를 가변함으로써 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 휠(850)에 대한 호버 엔진의 높이는 호버 엔진의 STARM과 휠 간에 상호작용의 양을 변화시키도록 조정될 수 있다. STARM과 도전성 기판 간에 힘은 높이에 따라 다르다. 따라서, 높이 제어는 STARM으로부터 도전성 기판으로 또는 그 반대로 전달되는 힘의 양을 변화시키기 위해 사용될 수 있다.
예로서, 호버 엔진은 휠의 도전성 기판으로부터 더 가깝고 그리고 더 멀리 이동할 수 있게 하는 작동 레버 암에 결합될 수 있다. 이 동작은 틸트 동작과 별도로 구현할 수 있다. 호버 엔진은 새로운 높이에 놓여졌을 때 틸트될 수 있다. 따라서, 도전성 기판으로부터 STARM의 거리 및 도전성 기판에 대한 STARM의 각도는 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 액추에이터는 STARM을 도전성 기판에 가깝게 또는 멀리 이동시키기 위해 사용될 수 있고, 제2 액추에이터는 도전성 기판에 대한 STARM의 틸트각을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 제1 및 제2 액추에이터는 비히클 제어기와 통신하게 구성된 제어기를 포함할 수 있다.
여러 실시예에서, 개별 모터를 구비하거나 구비하지 않은 다수의 STARM이 휠에 결합될 수 있다. 예를 들어, 각각의 STARM이 휠을 회전시키 위한 힘을 발성할 수 있게, 개별 모터를 각각 갖는 4개의 STARM이 휠(850)에 결합될 수 있다. 4개의 STARM은 각 STARM에 의해 가해지는 토크가 STARM마다 다르도록 4개의 액추에이터 각각에 제어 신호를 보내는 제어기를 사용하여 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 4개의 STARM 중 제1은 액추에이터에 의해 휠의 도전성 매스에 대해 제1 각도로 틸트될 수 있고, 4개의 STARM 중 제2는 액추에이터에 의해 도전성 매스에 대한 제1 각도와는 상이한 제2 각도로 틸트될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제어기는 발생되는 토크의 양을 또한 변경할 수 있도록 각 STARM의 회전 속력을 변화 시시키게 제어도하게 구성될 수 있다.
다음에, 표면 위에서 호버하거나 표면을 따라 롤링할 수 있는 하이브리드 비히클(870)가 도 46a 및 도 46b와 관련하여 설명된다. 비히클은 875a 및 875b와 같은 복수의 호버 엔진을 포함한다. 예를 들어, 2, 3, 4, 5개 등의 호버 엔진은 하이브리드 비히클에 활용될 수 있다. 호버 엔진은 각각 모터와 STARM을 포함한다. 예를 들어, 호버 엔진(875a)은 모터(874a) 및 STARM(876a)을 포함한다. 반면, 호버 엔진(875b)은 모터(874b) 및 STARM(876b)을 포함한다.
호버 엔진(875a, 875b)은 지지 구조(872)에 결합된다. 지지 구조는 페이로드(885)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 디바이스와 같은 자동차에서. 페이로드(885)는 승객 객실 및 승객일 수 있다.
호버 엔진이 축(878)에 관하여 회전(880)할 수 있게 하는 메커니즘이 제공된다. 일 실시예에서, 호버 엔진은 90도의 각도를 통해 회전될 수 있다. 0도에서, STARM은 도전성 기판(884)에 대략 평행할 수 있다. 90도에서, STARM은 도 46b에 도시된 바와 같이 표면에 수직이다.
회전 범위는 0 내지 90 사이일 필요는 없다. 예를 들어, 호버 엔진은 10도 내지 30도 또는 0도 내지 15도 사이에서 회전하게 구성할 수 있다. 또한, 한 비히클 상에 모든 호버 엔진에 대해 회전 범위가 동일할 필요는 없다. 따라서, 도 46a 및 도 46b에 도시된 범위는 단지 예시의 목적이다.
타이어(878)는 각 STARM(876a, 876b)의 바깥 에지 주위에 배치된다. 타이어는 자동차 및 자전거 타이어에 사용되는, 고무와 같은 물질로부터 형성될 수 있다. 동작에서, 타이어는 시간의 전부 또는 일부에서 기판(884)에 접촉할 수 있다. 따라서, 추진력은 STARM의 자석이 기판(884)과 상호작용하는 것과 타이어와 기판(884) 간에 마찰의 결과로서 발생될 수 있다. 또한, 호버 엔진은 타이어가 더 이상 기판에 닿지 않는 지점에서 비히클(870)이 호버하기 시작하게 하는데 충분한 리프트를 발생하게 동작될 수 있고, 추진력은 자기 상호작용 또는 다른 추진 수단(예를 들면, 프로펠러 또는 제트로부터의 스러스트)에 의해서만 발생될 수 있다.
또한, 하이브리드 비히클(870)는 상이한 유형의 표면 상에 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 46a에서, 이것은 도전성 기판(884) 위에 도시되었다. 도전성 기판 위에 있는 동안, 리프트 및/또는 추진은 호버 엔진으로부터 발생될 수 있다. 도 46b에서, 비히클(870)은 노반(884) 상에서 동작된다. 도전성 기판 위에 있는 동안, 호버 엔진 내의 모터는 추진력을 발생하기 위해 타이어를 회전시킬 수 있다. 그러나, 호버 엔진은 와전류를 생성하는 자기적 상호작용의 결과로 리프트를 발생하지 않을 것이다.
다음에, 신호 격리 능력을 제공하는 룸이 도 47a 및 도 47b와 관련하여 설명된다. 신호 격리에서, 진동 또는 전자기 신호와 같이 공간에서 발생되는 신호는 주변 환경과 격리될 수 있다. 도 47a 및 도 47b에서, 주위 엔클로저(902) 내에서 호버된 룸(904)의 평면도 및 측면도. 906 및 908과 같은 자기 리프트 디바이스는 룸(904)을 상승시키고 룸의 측이 주위 엔클로저(902)에 충돌하지 못하게 하게 구성된다. 룸이 회의 장소로 사용될 때. 914와 같은 가구가 룸 내에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 호버되는 룸과 주위 엔클로저 사이에 공간은 이배큐에이트될 수 있다. 회의 장소로서, 공기 공급이 룸(904)에 제공될 것이다. 이배큐에이트할 수 있게 하기 위해, 912와 같은 에어록이 룸에의 입구로서 제공될 수 있다. 룸은 또한 패러데이 케이지 내에 감싸여지는 것과 같이, 전자기적으로 격리될 수 있다.
자기 공중부양은 격리된 공간 내에서 발생되는 에너지 신호를 누설로부터 분리하고 공간 밖으로부터 진동과 같은 에너지 신호가 격리된 공간으로 침투하지 못하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 유형의 시스템은 보안 통신을 위해 사용될 수 있다. 통신을 염탐하는 몇몇 방법은 사람들이 말하면서 발생하는 진동을 검출하는 것을 수반하는데, 신호 격리는 이들 통신이 외부로 누설되거나 감지되지 못하게 한다.
다음에, 트랙을 따라 페이로드를 운반하기 위해 사용될 수 있는 몇몇 디바이스 구성이 도 48a 및 도 48b와 관련하여 설명된다. 페이로드가 수평, 수직 및 수평과 수직 사이의 각도로 이동할 수 있게 트랙을 구성할 수 있다. 트랙은 직선 및/또는 곡선 요소의 조합을 포함할 수 있다.
도 48a에서, 자석이 실린더의 측을 따라 배열되는 STARM(928)이 도시되었다. 자기장은 도전성 기판(924)과 상호작용하도록 바깥쪽으로 확장한다. 도전성 기판(924)은 기판(924) 및 지지 구조(926)를 포함하는 트랙(922)의 일부이다. STARM은 모터(930)에 의해 회전된다. 기판(924)을 갖는 STARM 내의 자석으로부터의 자기장의 상호작용은 수직 방향뿐만 아니라 표면에 접선 방향의 힘을 유발하는 와전류를 발생시킬 수 있다. 접선 방향의 힘은 STARM(928)이 기판과 접촉하지 못하게 할 수 있다.
이 예에서, 자석의 극은 STARM을 형성하는 실린더의 곡선 부분에 대략 수직일 수 있다. 이 접근법은 극이 실린더의 평평한 부분에 수직인 앞에서 설명된 예와는 다르다. 전술한 접근법과 비교하여 도 46a 및 도 46b의 접근법의 단점은 자석의 작은 부분만이 임의의 시간에 도전성 기판 근처에 있다는 것이다. 또한, 이 부분은 곡률 반경에 의해 제한된다. 따라서, 다음의 도면에서, 임의의 시간에 자석 볼륨의 더 큰 부분이 도전성 기판에 더 가깝게 배치될 수 있게 하는 대안적 설계가 논의된다.
하나 이상의 STARM들(928)은 서로 및 페이로드에 기계적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 STARM은 페이로드가 수직으로 상승될 수 있도록 충분한 수직력을 발생할 수 있다. 하강 동안, STARM(928)은 페이로드의 하강을 늦추기 위해 동작할 수 있다.
STARM(928)이 동작하는 트랙은 이를테면 건물의 외표면을 따라, 이를테면 건물의 내부 또는 구조의 외부와 같이, 구조의 내부에 위치될 수 있다. 건물 내부에서 STARM은 화물 및 승객을 운반하기 위한 엘리베이터로서 작용하게 구성될 수 있다. 엘리베이터 구성에서, STARM의 사용은 기존의 엘리베이터에 사용되는 긴 지지 케이블에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
건물의 외부 상에서, STARM은 트랙에 결합될 수 있다. STARM은 창문 닦기와 같은 유지보수를 행하기 위해 장비 및/또는 사람을 리프트하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 건물 외부에 STARM은 비상 하강 메커니즘의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, STARM는 사람이 착용하는 하네스에 결합될 수 있는 후크를 포함할 수 있다. STARM은 STARM에 결합된 사람의 하강이 느려질 수 있게 하는 제동력을 수동적으로 및/또는 능동적으로 발생하게 구성될 수 있다. 수동 시스템은 STARM에 결합된 모터를 요구하지 않을 수 있다. 능동 시스템은 페이로드가 하강함에 따라 STARM에 의해 발생된 제동력을 증가시키기 위해 STARM에 결합된 모터를 사용할 수 있다.
도 48a 및 도 48b에서, STARM(928) 사이에 인장 메커니즘이 도시되었다. 인장 메커니즘은 지지 로드(934), 인장 바(932) 및 액추에이터(936)를 포함한다. 액추에이터(936)는 인장 바(932) STARM들(228) 사이의 거리를 변경하기 위해 인장 바(932)를 작동하게 구성될 수 있다.
STARM에 의해 발생된, 기판(924)의 표면에 수직인, 리프트 힘은 STARM이 기판의 표면으로부터 멀어지게 이동할 수 있게 한다. STARM에 의해 발생된 힘은 기판(924)의 표면으로부터 STARM의 거리의 함수일 수 있기 때문에, STARM이 표면으로부터 멀리 이동할 때 STARM에 의해 발생된 상승/하강 힘은 감소될 수 있다. 인장 메커니즘은 STARM을 표면에 가깝게 유지하는 반력을 발생할 수 있다. 따라서 상승/하강 힘은 그렇지 않으면 STARM을 표면에서 멀어지게 이동시켰을 STARM에 의해 발생된 표면에 수직인 힘의 결과로서 감소되지 않는다.
도 49a 및 도 49b는 자기 리프트 시스템(940)의 예를 도시한다. 페이로드를 수평 방향으로 이송하기 위해 사용될 수 있는 자기 리프트 시스템(940). 트랙(948)은 수평 또는 경사질 수 있어 페이로드가 수직으로 상승될 뿐만 아니라 수평으로 이송될 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 페이로드는 호버 엔진(942a, 942b)을 포함하는 디바이스 위에 고정될 수 있거나 또는 디바이스 밑에 매달릴 수 있다.
도 49a 및 도 49b의 구성에서, 트랙(948)은 슬롯을 포함한다. 모터(944)에 결합된 STARM(946)을 포함하는 제1 호버 엔진(942a)이 트랙(948) 위에 위치되어 있다. 모터(952)에 결합된 STARM(956)을 포함하는 제2 호버 엔진(942b)이 트랙(948) 아래에 매달려 있다. 제1 호버 엔진(942a)은 부재(958)를 통해 제2 호버 엔진에 결합된다.
일 실시예에서, 트랙(948)은 구리 또는 알루미늄 플레이트와 같은 인접한 도전성 물질로부터 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 트랙(948)은 상부 트랙 및 하측 트랙을 형성하도록 두 개의 알루미늄 사이에 개재된 절연체와 같은, 절연체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 절연체는 STARM(946)으로부터 발생된 와전류가 STARM(956)으로부터 발생된 와전류와 상호작용하는 것을 방지하는 전기 절연체일 수 있다. 다른 실시예에서, 트랙의 상부 및 트랙의 하부는 상부 STARM(946)이 트랙의 하부에 최소한의 영향을 미치고 하부 STARM(956)이 트랙의 상부에 최소한의 영향을 미치도록 충분히 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 트랙 위의 제1 호버 엔진(942a)은 2개의 호버 엔진(942a, 942b)을 포함하는 캐리어 비히클, 및 중력에 거슬러 페이로드를 호버하는데 필요한 리프트와 같은 리프트만을 발생하게 구성된다. 제2 호버 엔진(942b)은 추진력만을 발생하게 구성될 수 있다. 따라서, 제2 STARM(956)은 더 작을 수 있고 제1 STARM(946)보다 적은 자석 볼륨을 사용할 수 있다.
대안적 실시예에서, 제1 및 제2 STARM은 단일 모터에 의해 파워를 공급받을 수 있거나 또는 별개의 모터가 STARM 각각에 파워를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 대안적 실시예에서, 작동될 수 있는 단일 STARM이 리프트 및 추진력 둘 다를 발생하기 위해 사용될 수 있고 제2 STARM은 사용되지 않을 수 있다.
제2 호버 엔진(942b)은 트랙(948)의 바닥에 대해 STARM(946)의 방위를 변화시키기 위해 축(960)에 관하여 회전하도록(962) 구성될 수 있다. STARM(946)의 방위를 변화시키기 위해 사용되는 힘은 액추에이터로부터 제공될 수 있다. STARM(946)의 방위를 변경할 수 있게 하기 위해, 하나 이상의 회전 자유도를 갖는 조인트(도시되지 않음)가 호버 엔진(942b)과 부재(958) 사이에 제공될 수 있다.
동작에서, 호버 엔진(942a)은 캐리어 비히클 및 페이로드를 호버하기에 충분한 리프트를 발생하도록 동작될 수 있다. 호버 엔진(942b)은 STARM(956)을 트랙으로부터 멀어지게 밀고 캐리어 비히클을 아래쪽으로 당기는 힘을 발생하게 동작될 수 있다. 따라서, 2개의 STARM들(946, 956)은 트랙들(948) 사이에 수직으로 중심에 유지될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하부 호버 엔진(942b)은 트랙의 바닥에 대해 STARM(956)을 틸트할 수 있는 액추에이터에 결합될 수 있다. 하부 STARM은 트랙을 따라, 964와 같은 특정 방향으로 캐리어 비히클을 가속시키고 캐리어 비히클을 감속시키고 정지시키거나 반대 방향으로 이동할 수 있도록 한 방향으로 틸트될 수 있다.
도 50에서, 호버 가능 캐리어 비히클(974)은 트랙 엔클로저(972) 내부에 위치된 것으로 도시되었다. 9742와 같은 트랙 엔클로저는 다수의 측들 상에 도전성 기판들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 트랙 엔클로저는 4개의 측에 도전성 기판을 포함한다. 캐리어 비히클(974)은 4개의 행(976a, 976b, 976c, 976c)에 호버 엔진을 포함한다. 호버 엔진은 엔클로저 내에 캐리어 비히클을 위치시키고 추진하도록 엔클로저(972)의 4개의 측 상에 도전성 기판과 상호작용하도록 각각 구성된다.
엔클로저(972)의 단면(978)은 직선 에지를 갖는 직사각형으로서 도시되었다. 여러 실시예에서, 단면 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 삼각형 단면이 사용될 수 있다. 일반적으로, n이 3보다 큰, "n" 측이 있는 다각형을 사용할 수 있다. 여러 실시예에서, 단면의 하나 이상의 측은 만곡될 수 있다. 특정 실시예에서, 원형 또는 난형 단면이 사용될 수 있다. 횡단면은 일정하게 유지될 필요가 없으며 트랙 엔클로저의 길이에 따라 달라질 수 있다.
특정 실시예에서, 트랙 엔클로저의 일부분은 엔클로저를 둘러싸는 환경의 압력보다 크거나 작은 압력이 유지될 수 있도록 완전히 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 상대적 진공이 엔클로저에서 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 엔클로저는 캐리어 비히클(974)을 부분적으로만 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 엔클로저(972)의 상부는 트로프(trough)을 형성하도록 개방될 수 있다.
호버 엔진이 엔클로저와 상호작용할 수 있는 위치의 수는 다양할 수 있다. 위치의 수는 단면 형상에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 삼각형 단면 또는 트로프 단면의 경우, 호버 엔진 간의 상호작용은 트랙의 3 측 상에서 일어날 수 있다. 다른 예로서, 원형 횡단면이 사용될 때, 도전성 기판의 6개의 스트립이 기판 주위의 6개의 위치에서 상호작용을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.
트랙 엔클로저의 안쪽 측 상에서 상호작용이 연속적이지 않을 수 있는 위치. 예를 들어, 도 50에서, 트랙 엔클로저(980)는 컷 아웃 부분(980)을 포함한다. 컷 아웃 부분 이전 및 컷 아웃 부분 이후에, 트랙 엔클로저는 횡단면 주위에서 연속적이다. 컷 아웃 부분(980)은 페이로드가 캐리어 비히클(974)의 페이로드 섹션(982) 내에 배치되거나 페이로드 섹션(982)로부터 제거될 수 있게 한다.
여러 실시예에서, 캐리어 비히클은 확장될 수 있고 수축될 수 있는 암에 결합된 트레이와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리어 비히클은 페이로드를 잡도록 구성된 메커니즘을 구비한 암을 포함할 수 있다. 메커니즘은 페이로드 섹션(982)으로부터 확장하고 이 안으로 수축되도록 구성될 수 있다.
동작에서, 페이로드가 암 및 트레이 메커니즘 상에 배치될 수 있다. 암이 확장되었을 때, 페이로드는 다른 디바이스에 의해 제거할 수 있는 페이로드 섹션에서 확장될 수 있다. 또한, 빈 암 및 트레이는 페이로드 섹션으로부터 컷 아웃 섹션(980)을 통해 확장될 수 있다. 그런 다음 암과 트레이 상에 페이로드가 놓여질 수 있다. 암, 트레이 및 페이로드가 패이로드 섹션(980)에 진입하도록 암 및 트레이가 수축될 수 있다. 그러면, 캐리어 비히클 및 페이로드가 트랙 엔클로저의 다른 섹션으로 이동될 수 있다.
도 51a는 도 49a 및 도 49b에 도시된 슬롯형 트랙(948)과 같은 2개의 슬롯형 트랙(1008)을 사용하는 수직 이송 시스템(1000)을 도시한다. 4개의 호버 엔진(1002a, 1002b, 1002c, 1002d)은 2개의 트랙의 양측에 위치한다. 4개의 호버 엔진은 서로, 그리고 부재(1010)를 통해 페이로드(1012)에, 기계적으로 결합된다. 4개의 호버 엔진은 방향(1014)으로 오르기 위해 수직 방위로 배열된다.
트랙(1008)은 호버 엔진과 상호작용할 수 있는 양측상의 도전성 매스를 포함한다. 일 실시예에서, 트랙은 알루미늄으로 형성되는 것과 같은 도전성 매스로부터 형성될 수 있다. 호버 엔진은 각각 모터 및 1004 및 1006과 같은 STARM을 포함한다. 이 예에서, 호버 엔진 각각은 축에 관하여 회전하게 구성된다. 예를 들어, 호버 엔진(1002d)은 축(1007)에 관하여 어느 한 방향(1005)으로 회전할 수 있다. 대안적 실시예에서, 호버 엔진 중 하나 이상은 회전하지 않도록 고정된 방위로 장착될 수 있다.
도 51a의 구성에서, 각각의 호버 엔진은 액추에이터에 결합된다. 액추에이터는 상승 또는 하강 힘이 발생되도록 트랙에 대해 STARM의 바닥을 틸트하게 구성될 수 있다. 상승 힘은 4개의 STARM 및 페이로드(1012)를 포함하는 캐리어 비히클을 상승시키기 위해 사용될 수 있다.
도 51b는 하강 모드에서 도 51a의 구성(100)을 도시한다. 하강에서, 1006과 같은 STARM은 중력에 대항하는 제동력을 능동적으로 발생시키도록 틸트될 수 있다. 따라서, 페이로드는 어떤 원하는 속력으로 낮아질 수 있다. 모터들 중 하나가 고장난 것과 같은 페일 세이프 모드에서, STARM은 여전히 트랙(1008)의 기판 부분에 수동적으로 와전류를 발생시킬 수 있다. 특히, 캐리어 비히클의 하강(1016)은 STARM을 모터로부터의 입력 없이 회전될 수 있게 한다. STARM의 회전은 비히클을 감속시키는 와전류를 발생할 수 있다. 또한, STARM의 회전은 하나 이상의 모터 또는 다른 비상 시스템에 파워를 공급하기 위해 사용될 수 있는 파워를 발생할 수 있다. 물론, 비상시에 기판과 맞물릴 수 있는 마찰 브레이크와 같은 다른 제동 메커니즘도 페일 세이프 제동 모드의 일부로서 사용될 수 있다.
도 52는 도 51a 및 도 51b에 도시된 바와 같이 슬롯형 트랙이 아닌 고형 트랙(1024a, 1024b)을 사용하는 대안적 실시예를 도시한다. 도 52에서, 각각 STARM 및 모터를 포함하는 2개의 호버 엔진이 구조(1010)를 통해 서로, 그리고 페이로드(1012)에, 기계적으로 결합된다. STARM의 각각은 트랙(1024a, 1024b)의 상부 표면에 수직인 힘을 발생하는, 자석의 볼륨 및 구성을 포함할 수 있다. 서로 대향하는 힘은 두 트랙 사이에 캐리어 비히클을 위치시키고 중심에 둘 수 있다. 각 STARM은 캐리어 비히클과 페이로드를 리프트하기 위한 상승 힘을 발생하거나 하강시 캐리어 비히클 및 페이로드를 느려지게 하도록 작동될 수 있다.
위의 예에서, 회전 STARM은 STARM의 절반 또는 STARM의 다른 절반에 힘 불균형을 발생하기 위해 틸트된다. STARM이 어느 쪽으로 틸트되는지에 따라, 틸트 축을 따라 작용하는 순 힘이 발생된다. 이 접근법의 장점은 STARM이 단일 방향으로 회전할 수 있고 반면 STARM에 의해 발생된 추진력이 크기와 방향 모두에서 변경될 수 있다는 것이다.
도 53a 및 도 53b는 STARM(1034a) 및 모터(1036a)를 갖는 제1 호버 엔진 및 모터(1036b) 및 STARM(1034b)을 갖는 제2 호버 엔진을 포함하는 트랙 수송 시스템(1030)을 도시한다. 제1 및 제2 호버 엔진은 지지 구조(1038)를 통해 서로 기계적으로 결합된다.
도 53a에서, 2개의 STARM은 2개의 섹션을 포함하는 트랙(1032)에 인접하여 위치된다. 두 섹션은 서로에 대해 일정 각도의 방위로 놓여질 수 있다. 도 53a 및 도 53b의 예에서, 2개의 트랙 섹션은 서로 90도 방위로 놓여질 수 있다. 각도는 2개의 부분이 45도와 같은 다른 각도 방위로 놓여질 수 있기 때문에, 단지 예시를 위한 것이다. 또한, 트랙의 2개의 섹션은 인접한 방식으로 서로 결합되는 것으로서 도시되었다. 다른 실시예에서, 2개의 분리된 트랙 섹션이 사용될 수 있다.
2개의 트랙 섹션 각각은 도전성 기판을 포함한다. 도전성 기판은 호버 엔진의 STARM과 상호작용한다. 도 53a 및 도 53b에서, STARM의 일부분만이 트랙(1032) 위에 위치되기 때문에 힘 불균형이 생성된다. 특히, STARM(1034a, 1034b) 각각의 절반은 트랙 위에 위치된다. 다른 실시예에서, STARM의 상이한 부분(최대 100 %)이 1/4, 1/3, 2/3, 3/4, 등과 같이 트랙 위에 위치될 수 있고, 1/2은 예시 목적으로만 기술된다.
또한, 복수의 STARM이 이용될 때, 트랙 위에 위치되는 각 STARM의 부분은 STARM마다 다를 수 있다. 예를 들어, STARM(1034a)의 절반은 트랙(1032)에 면하여 위치될 수 있는 반면 STARM(1034b)의 2/3는 트랙에 면하여 위치될 수 있다. 또한, 트랙에 대한 하나 이상의 STARM의 위치가 조정될 수 있게 하는 메커니즘이 제공될 수 있다. 따라서, 트랙에 면하는 STARM의 부분은 조정가능할 수 있다. 여러 실시예에서, 메커니즘은 트랙에 대해 STARM을 이동하거나, STARM에 대해 트랙을 이동하거나, 이들의 조합을 행하기 위해 사용될 수 있다.
제1 및 제2 호버 엔진이 각각이 턴 온 되었을 때, STARM은 자기 드래그를 발생하기를 시작할 수 있다. 자기 드래그는 트랙을 마주 보는 STARM의 부분에만 작용한다. 따라서, 트랙을 따라 STARM을 추진할 수 있는 힘 불균형이 생성되고, 따라서 STARM에 부착된 캐리어 비히클이 트랙을 따라 추진될 수 있다. STARM은 충분한 추진력이 발생되자마자 특정 방향으로 움직이기 시작한다. 추진력의 양은 STARM이 회전되는 레이트, 사용되는 자석 구성, 사용된 자석의 양 및 트랙(1032)으로부터 STARM 상의 자석의 거리에 따라 달라질 수 있다.
발생되는 힘의 방향은 STARM이 회전되는 방향에 의존한다. 따라서, 힘의 방향을 변경하기 위해 STARM의 회전 방향이 변경된다. 힘의 크기를 변경하기 위해 STARM의 회전 레이트가 수정될 수 있다. 또한, 트랙으로부터의 STARM의 거리를 조정할 수 있게 하는 메커니즘이 제공될 수 있다. 이 접근법은 STARM이 단일 방향으로 회전하는 동안 호버 엔진에서 출력되는 추진력의 방향이 반전될 수 있다는 점에서 위의 것과 다르다. 또한, 틸트가능한 호버 엔진에 의해 발생된 힘의 크기는 반드시 STARM의 회전 속도를 변경하지 않고 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 단독으로 또는 서로 조합되어 STARM의 틸트각 및 회전 속력 모두가 호버 엔진으로부터의 추진력 출력의 크기를 변경하기 위해 사용될 수 있다.
도 53a 및 도 53b에 도시된 접근법은 STARM이 틸트되는 접근법에 비해 더 많은 순 추진력을 발생할 수 있다. STARM이 틸트되었을 때 서로 대향하는 힘은 STARM의 양쪽에서 발생된다. 그러나, 순 힘을 생성하기 위해 다른 측보다 많은 힘이 한 측에 발생된다. 트랙 위에 STARM의 부분이 놓여지지 않게 함으로써, 트랙 위가 아닌 STARM의 부분 상에 서로 대향하는 힘이 제거된다. 따라서, 보다 많은 순 추진력이 발생될 수 있다.
틸트가능한 STARM은 STARM의 양측 상에 발생된 힘이 균형을 이루고 추진력이 발생하지 않는 중립 위치를 허용한다. 도 53a 및 도 53b의 예에서, 상이한 방향으로 회전하는 2개의 STARM은 추진력이 발생되지 않는 중립 위치에 도달하도록 서로 대향하는 힘을 발생할 수 있다. 따라서, 하나의 STARM이 다른 STARM에 대한 제동으로서 작용한다. 대안적 실시예에서, 기계적 브레이크는 트랙에 결합될 수 있는 기계적 브레이크와 같은 고정된 위치에서 하나 이상의 STARM을 구속하기 위해 사용될 수도 있을 것이다. 특히, 추진 STARM은 도 53a 및 도 53b에 도시된 바와 같이 스핀업될 수 있지만 기계식 브레이크에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 브레이크가 해제되었을 때, STARM을 포함하는 캐리어 비히클이 움직이기 시작할 수 있다.
도 54는 도 53a 및 도 53b에 도시된 방식으로 각각 배열된, 즉 STARM의 일부분만이 임의의 한 시간에 도전성 기판에 면하여 있는, 4개의 호버 엔진(1046a, 1046b, 1046c, 1046d)을 도시한 것이다. 일 실시예에서, 트랙은 수직으로 배열될 수 있다. 그러나, 트랙은 수평으로, 혹은 수평과 수직 간에 어떤 각도로 배열될 수도 있다. 4개의 호버 엔진은 지지 구조(1044)를 통해 서로 결합된다. 4개의 호버 엔진은 2개의 트랙(1042a, 1042b)의 표면에 수직인 서로 대향되는 힘을 발생시키도록 배열되어 캐리어 비히클을 트랙 사이에 중심에 유지시킨다.
도 55는 자기 리프트 슬레드(1052)를 사용하는 런치 어시스트를 위한 시스템(1050)의 예를 도시한다. 1056과 같은 비행기는 최대 페이로드를 가질 때 이륙시 가장 큰 날개 하중을 경험한다. 최대 페이로드는 필요한 날개 면적, 관련된 구조 요건, 활주로 길이 및 엔진 크기에 큰 영향을 미친다. 이륙과 관련된 에너지 비용을 줄일 수 있다면, 짧은 활주로에서 런치하고, 비히클의 범위를 확장하며, 더 큰 페이로드를 운반하고, 비히클의 날개 크기를 줄이고, 더 높은 고도에 더 빨리 도달할 수 있기 때문에 환경 소음을 줄이는 것이 가능하다.
이륙과 관련된 에너지 비용을 감소시키는 한 방법은 자기 리프트 슬레드(1052)의 사용일 수 있다. 자기 리프트 슬레드는 이륙 동안 활주로 상에 타이어의 마찰을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 1056과 같은 현존 비행기에 있어서는 슬레드가 비행기 밑에 장착될 수 있다. 리프트 슬레드(1052)는 비행기를 지면에서 리프트하도록 작동될 수 있다. 리프트 슬레드는 도전성 기판(1054) 상에서 동작한다.
타이어의 롤링 마찰을 극복할 필요 없이 비행기(1056)는 이의 엔진을 활주로 아래로 파워를 낮추기 위해 사용할 수 있다. 도 55에서, 스러스트 출력(1060)은 비행기(1056)를 전방(1062)으로 추진시킨다. 따라서, 비행기는 더 빠르게 가속하고, 더 높은 이륙 속도에 도달하고, 리프트 슬레드가 제위치에 없었을 경우보다 빠르게 정속 주행 속력 및 고도에 도달할 수 있다. 또한, 원한다면, 슬레드(1052)는 본원에 설명된 방식으로 비행기를 가속시키는 힘을 발생할 수 있다.
다음에, 인력 효과를 발생시키기 위해 와전류를 유도하는 비히클이 도 56과 관련하여 설명된다. 비히클(1070)은 비히클을 비히클의 표면 쪽으로 끌어당기는 어트랙터 메커니즘(1076)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 영구 자석은 선박의 선체와 같은 강자성 표면을 향해 비히클을 끌어당기기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 전술한 바와 같이, 상자성 표면 또는 강자성 표면과 같은 도전성 표면을 향해 비히클(1070)을 끌어당기는 인력을 발생하기 위해 와전류를 유도하는 호버 엔진이 구성되고 동작될 수 있다.
일례로서, 비히클은 비행기 또는 알루미늄 스킨을 가진 다른 유형의 비히클의 표면 위로 이동하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 비히클은 호버 엔진이 파이프 내에서 비히클을 추진시키는 파이프 내에서 동작될 수도 있을 것이다. 파이프는 도 50과 관련하여 전술한 바와 같이 트랙 엔클로저로 간주될 수 있다. 또 다른 예에서, 비히클은 파이프의 외부에서 동작될 수도 있을 것이다.
비히클(1070)은 비히클이 표면(1074)을 따라 롤링할 수 있게 하는 구형 롤러(1080a, 1080b)와 같은 휠을 가질 수 있다. 1072a 및 1072b와 같은 하나 이상의 호버 엔진이 비히클을 방향(1082)과 같이 위치에서 위치로 이동하기 위한 추진력을 발생하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 호버 엔진은 출력되는 순 인력을 제어하기 위해 사용될 수 있는 얼마간의 리프트를 발생할 수 있다. 또한, 바람직하다면 리프트는 호버 모드에서 동작하기 위해 사용될 수 있다.
비히클(1070)은 표면을 검사하기 위한 센서 및 유지보수 및 수리를 수행하기위한 툴을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 비히클은 수중에서 작업할 수 있도록 방수될 수 있다. 다른 실시예에서, 표면(1074) 내의 호버 엔진으로부터 유도된 와전류는 표면에 균열 및 이외 다른 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 유형의 검사를 가능하게 하기 위해, 비히클은 표면(1074)과 접촉하도록 비히클으로부터 확장하는 프로브를 포함할 수 있다. 프로브는 2개 이상의 지점 사이에서 전도도 측정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 두 측정 지점 간에 전도도에 변화는 균열의 존재를 나타낼 수 있다.
예로서, 해군 선박에서, 비히클(1070)은 선체로부터 따개비를 제거하기 위한 툴을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 비히클(1070)은 선체의 균열을 수리하기 위한 용접 툴와 같은 툴을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 비히클은 STARM에 의해 발성된 와전류를 사용하여 균열 또는 결함이 선체를 통한 전류의 흐름에 간섭할 수 있기 때문에 선체 내의 균열 또는 결함에 대해 검출할 수 있다. 추가 실시예에서, 비히클은 페인트 및 표면을 페인트하기 위한 노즐을 포함할 수 있다.
다음에, 호버 엔진을 사용하는 유체 조작의 예가 도 57과 관련하여 설명된다. 알루미늄은 타블렛 케이싱에서부터 비행기에 이르기까지 점점 더 많은 응용에서 사용되고 있는 물질이다. 상술한 바와 같이, 와전류는 알루미늄과 같은 비-강자성 물질 내에 유도될 수 있다. 위에 실시예에서, 와전류는 리프트를 발생시키기 위해 사용될 수 있는 자기장을 발생한다. 다른 실시예에서, 비히클을 리프트하기보다는 발생된 자기력이 액체를 누르기 위해 사용될 수 있다. 극미중력 환경에서, 자기 리프트는 호버 엔진 및 관련 비히클을 표면에서 멀리 호버하기 위해 밀기 위해 사용될 수도 있을 것이다.
예를 들어, 도 57에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 호버 엔진(1096a, 1096b)은 액체 알루미늄과 같은 액체 금속(1093)을 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 호버 엔진은 몰드(1091)와 관련된 복잡한 기하구조로 강제되게 액체 금속(1098)에 대해 가압하는 힘(1098)을 방출하기 위해 사용될 수 있다. 이 기술은 그렇지 않을 경우 가능했을 경우보다도 더 복잡한 형상이 성형될 수 있게 할 수 있다.
다음에, 일부 열차 및 트랙 구성이 도 58 내지 도 60c와 관련하여 설명된다. 도 58에는 호버 기관차(1100) 및 트랙의 단면이 도시되었다. 호버 기관차는 수직 부분(1108a, 1108b) 및 수평 부분(1108b)을 포함하는 트랙으로 동작한다. 수평 및 수직으로 정렬된 3개의 호버 엔진이 도시되었다. 더 많은 호버 엔진이 이용될 수 있으며, 이 예는 단지 예시적인 목적으로 제공된다.
호버 기관차(1100)는 제1 STARM(1106a) 및 제1 모터(1104a)를 포함하는 제1 호버 엔진을 이용한다. 제1 호버 엔진은 STARM(1106a)의 바닥이 수평 부분(1108b)의 상부에 면하도록 트랙의 수평 부분(1108b) 위에 위치된다. 이 예에서, 제1 호버 엔진은 리프트만을 발생시키도록 구성되며 추진력을 발생하지 않는다. 다른 실시예에서, 제1 호버 엔진은 추진력을 발생하게 구성될 수 있다.
모터(1104b, 1104c), 및 STARM(1106b, 1106c)를 포함하는 2개의 호버 엔진이 기관차(1102)의 양측 상에 도시되었다. 이들 호버 엔진들은 각 STARM의 일부분만이 트랙에 인접하여 위치하는 곳에서 수직으로 장착된다. 이들 두 STARM은 추진력을 발생하게 구성된다. 2개의 수직 STARM(1106b, 1166c) 각각은 트랙의 인접한 수직 부분(1108a, 1108c)에 수직인 힘을 발생하는 자석 구성을 포함한다. 정규 힘은 기관차를 트랙의 중앙에 유지기 위해 사용될 수 있다.
위의 예에서, 2개의 수직 호버 엔진은 수직 트랙에 인접해 있다. 따라서, 이들 두 호버 엔진은 중력을 중화시키는 리프트를 발생하지 않는다. 그러나, 두 호버는 트랙에 수직인 방향으로 트랙에서 멀리 호버 엔진을 밀어내는 발생된 힘이 있다는 의미에서 리프트를 발생한다. 다른 실시예에서, 2개의 호버 엔진 및/또는 인접 트랙은 리프트 힘 및 추진력 양자 모두를 발생하는 어떤 방식으로 각을 이룰 수 있다.
2개의 외부 호버 엔진은 STARM의 일부만이 특정 시간에 트랙 위에 있기 때문에 임의의 한 시간에 STARM의 부분으로부터 리프트를 발생할 수 있을 뿐이다. 따라서, 2개의 외부 STARM(1106b, 1106c)은 도 58에 도시된 수평 STARM(1106a)과 같이 트랙 위에 완전히 배치된 STARM들과 비교하여 리프트 발생에 효율적이지 않을 수 있다.
추진력을 발생하기 위해 다수의 외부 STARM이 직렬로 사용될 수 있다. 또한, 상이한 구성을 갖는 다수의 수평 STARM이 리프트를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 58에서, 반대로 회전하고 있고 나란히 있는 두 개의 수평으로 장착된 호버 엔진은 도시된 단일 호버 엔진보다는 오히려 리프트를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 트랙 구성은 추진력을 발생하도록 상이한 위치에서 그 길이를 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 도 59a, 도 59b 및 도 59c에, 3개의 트랙 구성(1110a, 1110b, 1110c)이 도시되었다. 도 59a, 도 59b 및 도 59c 각각에, 2개의 호버 엔진(1114A, 114B)에 결합된 캐리지(1112)의 단면이 도시되었다. 일 실시예에서, 호버 엔진은 캐리지(1112)에 대해 고정된 위치에 장착되고 틸트하게 구성되지 않는다. 다른 실시예에서, 호버 엔진(1114a, 1114b)은 틸트하게 구성될 수 있다.
가속 모드(1110a) 동안, 부분(1116a, 1116b)을 포함하는 트랙은, 호버 엔진의 STARM의 일부만이 트랙 위에 위치하도록, 2개의 호버 엔진(1114a, 1114b)은 도시된 방식으로 트랙 위에 중앙에 있게 펼쳐진다. 이러한 방식으로 위치될 때, 추진력이 발생되고 캐리지(1112)는 가속될 수 있다.
캐리지가 정속 주행 속력 이상으로 가속된 후와 같이, 도 59b에 도시된 바와 같은 정속 주행 환경(1110b)에서, 트랙(1116a, 1116b)은 함께 합체되어 트랙(1118)을 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 호버 엔진(1114a, 1114b)은 더 이상 STARM에 작용하는 힘 불균형이 없으므로 더 이상 트랙과의 상호작용에서 추진력을 생성하지 않지만 여전히 리프트를 발생할 수 있다.
이 예에서, 정속 주행 속력에 도달한 후, 호버 엔진(1114a, 1114b)에서 STARM을 회전시시키는 것은 필요하지 않을 수 있다. STARM은 트랙과 자석 구성 간에 선형 속력의 결과로서 자석 구성이 리프트를 발생하는 위치에서 정지될 수 있다. 그러면, 비히클이 이 위치에서 정속 주행할 수 있다.
호버 엔진이 표면에 대해 회전 및 병진하고 회전 속도에 대한 병진 속도가 현저하다면, 추진력이 발생될 수 있다. 추진력은 STARM의 일측에서 병진 속도가 표면에 대한 자석의 순 상대 속력에 더해지고 STARM의 다른 측에서 병진 속력이 순 상대 속력에서 감해지기 때문에, 발생된다. 따라서, STARM의 다른 측에 비해 STARM의 일측에서 더 많은 리프트 및 드래그가 생성될 수 있다. 힘의 불균형은 추진력을 발생할 수 있다. 도 35-도 40과 관련하여, 위에 설명된 것과 같이, 표면 상에서 자유롭게 병진하는 비히클 구성에 대해서. 제어 시스템은 병진하는 동안 이들 힘이 균형이 잡히게 하기 위해 호버 엔진을 동작시키도록 구성될 수 있다.
제동 모드(1110c)에서, 트랙(1120)은 트랙(1118)에 비해 좁다. 이 구성에서, 호버 엔진(1114a)은 가속을 위해 도시된 바와 같이 반대 방향으로 힘을 발생한다. 이 힘은 캐리지(1112)를 느려지게 하기 위해 사용될 수 있다. 위에 예에서, 트랙에 대한 STARM의 회전 방향 또는 각도는 추진력을 발생시키도록 변경될 필요가 없다. 다른 실시예에서, STARM의 회전 제어 및/또는 STARM의 틸트 제어는 비히클의 추진을 가능하게 하기 위해 상이한 트랙 구성들과 함께 사용될 수 있다.
도 60a, 도 60b 및 도 60c에는 추진력을 발생시키기 위해 트랙 구성을 사용하는 또 다른 예가 도시되었다. 가속 모드(1120a)에서, 제1 방향으로, 캐리지(1112) 및 호버 엔진(1114a, 1120b)을 포함하는 비히클을 가속시키기 위해, 호버 엔진(1114a, 1114b) 내의 STARM에 대해 트랙(1120a, 1120b)은 제1 방향으로 틸트된다. 정속 주행 모드(1120a)에서, 트랙(1124)은 수평이고, 호버 엔진과 트랙 간에 상호작용은 추진에 크게 기여하지 않는다. 위에서 설명한 바와 같이, STARM이 회전하지 않고 STARM의 회전 레이트에 대한 병진 속력이 중요하지 않다면.
제동 모드(1120c)에서, 트랙(1126a, 1126b)은 가속 모드와 비교하여 반대 방향으로 틸트된다. 따라서, 가속 모드와 관련된 방향으로 이동하고 있다면, 비히클은 느려지게 된다. 또한, 이 실시예에서, STARM은 고정 위치에 있을 수 있고, 따라서 작동하지 않는다.
한 방향 또는 다른 방향으로 트랙의 틸트는 호버 엔진 내의 STARM의 회전 방향에 따라 스러스트 또는 제동을 발생한다. 따라서, 어떤 경우에 1120a 및 1120c에서 틸트 방향은 반전될 수 있다. 다른 예로서, 트랙 구성성분은 항상 같은 방향으로 틸트될 수 있지만 STARM의 스핀 방향은 제동 또는 가속을 생성하도록 변경될 수 있다.
도 59a 내지 도 60c와 관련하여 상술된 예들에서, 트랙 구성은 고정될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 트랙의 틸트각은 일단 설치되면 변경할 수 없다. 다른 실시예에서, 트랙은 가변적인 표면 특성을 갖게 설계될 수 있다. 예를 들어, 트랙 섹션은 트랙의 동일한 섹션을 따라 가속 또는 제동 특성을 제공하기 위해 부분들이 서로 다른 방향들로 틸트될 수 있도록 설계될 수 있다.
대안적 실시예에서, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 호버 엔진 또는 다수의 STARM을 갖는 단일 호버 엔진과 같이, 2개 이상의 호버 엔진이 캐리지에 걸쳐 이용될 수 있다. 따라서, 도 59a 내지 도 60c의 트랙 패턴은 다중 호버 엔진을 이용하기 위해 수평 방향으로 반복될 수 있다. 또한, 도 59a 및 도 60c의 트랙 패턴은 조합될 수 있다. 예를 들면, 4개의 STARM이 수평 방향으로 사용될 때, 2개의 트랙 부분은 도 59a의 방식(가속)으로 2개의 외부 STARM과 정렬될 수 있고 2개의 트랙 부분은 도 60a에 도시된 바와 같이(가속) 2개의 내부 STARM과 정렬될 수 있다. 다른 예에서, 4개의 STARM이 수평 방향으로 사용될 때, 2개의 트랙 부분은 2개의 외부 STARM과 함께 도 60a에 도시된 방식(가속)으로 정렬될 수 있고, 2개의 내부 STARM은 도 60b에 도시된 방식으로(정속 주행) 정렬될 수 있다.
다음에, 도 61a, 도 61b, 도 62a 및 도 62b와 관련하여 인쇄 또는 다른 작업을 수행하는 데 사용될 수 있는 자기 리프트 디바이스가 설명된다. 자유 인쇄 시스템(1140)에서, 1144 및 1148와 같은 자기 리프트 디바이스는 제1 물질(1114) 위에서 호버하고 여러 위치에 하나 이상의 제2 물질(1150)를 피착할 수 있다. 제1 물질(1144)은 도전성 기판(1142) 상에 얹혀질 수 있다. 디바이스(1144, 1148)는 도전성 기판(1142)과의 상호작용의 결과로서 리프트 및 추진력을 발생하는 호버 엔진을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 물질(1144)은 하나의 용지일 수 있고, 하나 이상의 제2 물질(1150)은 잉크일 수 있다. 다른 예에서, 제1 물질(1144)은 캔버스일 수 있고, 하나 이상의 제2 물질(1150)은 다양한 페인트 색상일 수 있다. 또 다른 예에서, 제2 물질(1150)은 에찬트일 수 있고, 제1 물질(1144)은 에찬트에 의해 에칭되는 물질일 수 있다. 따라서, 제2 물질이 피착되는 위치는 반전도체층이 형성되는 방식에서와 같이, 다른 물질에 노출될 때 제1 물질이 제거될 수 있게 한다. 또 다른 예에서, 제2 물질(1150)은 다중 층이 피착되고 3-D 인쇄에서와 같이 3-D 구조가 형성될 수 있게 하는 제1 물질(1144) 및 자신에 본딩되는 폴리머일 수 있다.
일반적으로, 자기 리프트 디바이스(1156, 1148)는 분말, 액체 물질, 가스 또는 조합물과 같은 고체 물질을 운반 및 디스펜스하게 구성될 수 있다. 디스펜스된 물질은 이것이 놓여지는 물질과 본딩 및/또는 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 잉크가 디스펜스될 수 있는데, 둘 다 본딩되고 아울러 용지와 같은 수용 매체에 흡수된다.
자기적으로 리프트된 디바이스가 도전성 기판 상에서 동작될 때, 열이 발생될 수 있다. 회전 레이트 및 표면으로부터의 거리와 같은, 호버 엔진의 동작 조건뿐만 아니라 특정 위치 상에 시간은 얼마나 많은 열이 표면에 전달되는지에 영향을 줄 수 있다. 특정 실시예에서, 자기적으로 리프트된 디바이스는 어느 정도의 시간 동안 그 아래의 표면을 가열함으로써 피착된 물질을 경화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 자기적으로 리프트된 디바이스는 이 밑에 있는 물질의 온도를 검출할 수 있게 하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이들 온도 판독값은 경화 프로세스를 제어하기 위해 사용할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는, 표면이 특정 온도 -이 지점에서 디바이스(1146, 1148)는 다른 위치로 이동될 수 있다- 에 도달하였음을 온도 측정이 나타낼 때까지 특정 온도에 머무를 수 있다.
단일 자기 리프트 디바이스 또는 다중 자기 리프트 디바이스는 특정 위치에 다수의 물질층을 피착하게 구성될 수 있다. 두 층은 어떤 방식으로 서로 상호작용하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 두 층의 물질은 함께 혼합하여 특정 색상을 생성하게 구성될 수 있다. 다른 예로서, 2개의 층의 물질은 예를 들면 어떤 유형의 화학 반응을 통해, 서로 반응하게 구성될 수 있다.
도 61a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 자기 리프트 디바이스는 여러 위치에 물질을 피착하기 위해 위치로부터 위치로 병진하고, 제자리에서 회전하며 및/또는 동시에 병진 및 회전하게 구성될 수 있다. 자기 리프트 디바이스가 이동하는 경로는 사용될 때마다 다를 수 있다. 예를 들어, 자기 리프트 디바이스가 사진을 형성하기 위해 용지 상에 여러 위치에 흑색 잉크를 피착하고 있었다면, 자기 리프트 디바이스가 이동하는 경로는 이의 조성 및 흑색 잉크가 필요한 곳에 따라 사진으로부터 다를 수 있다. 시스템의 한 측면은 물질이 피착될 필요가 있는 위치에 기초하여 자기 리프트 디바이스에 대한 최적의 이동 경로를 결정하는 프로그램일 수 있다. 이 접근법은 인쇄 헤드가 행간에 용지를 가로지르고 각 행을 따라 필요에 따라 여러 위치에 물질을 피착하게 제약되는 통상적인 인쇄 시스템과는 다르다.
다수의 자기 리프트 디바이스는 각각의 자기 리프트 디바이스가 동일하거나 상이한 물질을 피착할 수 있는 물질을 병렬로 피착할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 자기 리프트 디바이스는 제1 자기 리프트 디바이스가 제1 코너로부터 시작하고 제2 자기 리프트 디바이스가 제2 코너에서 시작하는 흑핵 페인트를 운반하게 구성될 수 있다. 이어, 제1 및 제2 자기 리프트 디바이스는 각각의 디바이스가 이미지의 일부를 발생하도록 여러 위치에서 흑색 페인트를 피착할 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 자기 리프트 디바이스는 제1 색 물질을 피착하게 구성될 수 있고, 제2 자기 리프트 디바이스는 제2 색 물질을 피착하게 구성될 수 있고, 제3 자기 리프트 디바이스는 제3 색상을 피착하게 구성될 수 있다. 출발 위치는 각각의 자기 리프트 디바이스에 대해 결정될 수 있으며, 각 디바이스는 경로를 따라 특정 패턴으로 물질을 피착할 수 있다. 시스템은 자기 리프트 디바이스가 각각 규정된 루트를 따르는 동안 서로 충돌하지 않도록 세 경로를 발생하게 구성할 수 있다.
상이한 자기 리프트 디바이스는 다양한 스케일로 수용 매체 상에 제1 물질을 피착하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 시스템은 책 크기 내지 책상 또는 회의 테이블의 크기까지 용지에 인쇄하게 구성할 수 있다. 다른 예에서, 제2 시스템은 빌보드 크기의 이미지를 인쇄하게 구성될 수 있다. 따라서, 자기 리프트 디바이스는 얼마나 많은 물질이 피착되어야 하는지 및 특정 응용을 위해 커버되어야 하는 면적에 따라 상이한 크기로 스케일링될 수 있다. 물질이 피착되는 수용 매체는 곡선 및 직선 에지를 포함하는 거의 임의의 형상일 수 있다. 따라서, 도 61a에서, 예로서, 직사각형 형상의 수용 물질(1144) 및 일반적인 다각형 형상의 피착 물질(1150)이 도시되었다. 또한, 시스템(1140)은 수용 매체의 상이한 방위를 감안하게 구성될 수 있다. 따라서, 수평 표면 상에 임의의 방위로 놓여진 직사각형 수용 매체 상에 인쇄할 수 있다.
1146 및 1148과 같은 자기 리프트 디바이스는 그 위치를 결정하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포지셔닝 시스템은 알려진 위치에 놓여진 라디오 송신기 및 각 자기 리프트 디바이스 상의 라디오 수신기를 포함할 수 있다. 도 61a에는 4개의 라디오 송신기들(1152)이 도시되었다. 자기 리프트 디바이스는 각 송신기로부터 라디오 신호를 수신하고 삼각 측량을 사용하여 위치를 결정할 수 있다. 이 정보는 이전에 설명한 대로 GNC 시스템의 일부로 사용할 수 있다.
자기 리프트 디바이스로부터 피착된 물질을 수용하는 수용 매체는 자기 리프트 디바이스로부터의 물질이 원하는 위치에 피착되도록 라디오 송신기에 대해 위치될 수 있다. 위치 데이터를 사용하여, 시작 위치 및 따르는 경로는 자기 리프트 디바이스의 정확한 위치가 원하는 경로를 따라 특정 시간에 알려질 수 있는 자기 리프트 디바이스를 위해 발생될 수 있다.
다른 포지셔닝 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, 수용 매체는 고유 식별자를 갖는 그리드로 마킹될 수 있는데, 여기서 자기 리프트 디바이스 상의 광학 센서는 고유 식별자를 검출하게 구성된다. 그다음, 자기 리프트 디바이스 상의 논리 디바이스 또는 자기 리프트 디바이스와 통신하는 원격 디바이스는 검출된 데이터에 기초하여 그 위치를 결정하고 시간 경과에 따른 자기 리프트 디바이스의 위치에 대해 정정을 하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 포지셔닝 시스템은 휴대 가능하고 자체-캘리브레이트할 수 있다. 예를 들어, 큰 영역을 포함하는 응용에서, 포지셔닝 비콘이 배치될 수 있고,이어서 시스템은 비콘에 대한 자신의 위치를 캘리브레이트하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 수용 매체 상에 배치될 수 있거나 또는 카메라와 같은 센서는 위치 비콘 또는 다른 포지셔닝 센서에 대한 수용 매체의 위치가 검증될 수 있도록 수용 매체의 위치를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
도 61b는 자기 리프트 디바이스(1148)의 하부 측을 도시한다. 자기 리프트 디바이스(1148)는 회전축(1158) 부근에 위치된 제1 물질 방출기(1156a) 및 회전축으로부터 반경방향 거리에 있는 제2 물질 방출기(1156b)를 포함한다. 비히클이 동시에 병진 및 회전할 수 있다면, 제1 물질 방출기(1156a)는 제2 물질 방출기(1156b)가 제1 위치에 중심을 둔 원호에 물질을 피착할 수 있게 비히클이 회전되는 동안 제1 위치에 물질을 피착할 수 있다.
일반적으로, 1146a 및 1146b와 같은 자기 리프트 디바이스는 리프트를 발생하기 위한 메커니즘(예를 들면, 히전자 및 모터), 외부 전원 또는 내부 전원에 대한 파워 인터페이스, 물질 저장소, 재료를 디스펜스하기 위한 메커니즘, 자기 리프트 디바이스의 현재 위치를 검출하기 위한 하나 이상의 센서, 일부 유형의 추진 시스템 통해 자기 리프트 디바이스의 병진 위치 및/또는 회전 방위를 제어하기 위한 제어 시스템 및 추진 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 자기 리프트 디바이스 상의 회전 요소는 추진 시스템을 동작시키기 위해 어떤 방식으로 틸트하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 자기 리프트 디바이스는 전술한 바와 같은 4개의 이러한 회전 요소를 가질 수 있다.
도 62a에서, 제1 물질(1168), 즉 도전성 기판(1170) 위에 배치된 수용 매체를 포함하는 시스템(1160)이 도시되었다. 1160에서, 자기 리프트 디바이스(1162)는 전도성 기판(1170)을 사용하여 자기 리프트를 발생한다. 일 실시예에서, 도전성 기판(1170)은 제1 물질이 금속 테이블 위에 놓여진 금속 테이블 상부일 수 있다. 다른 실시예에서, 도전성 기판(1170)과 제1 물질(1168)은 서로 접촉할 필요는 없다. 예를 들어, 책상 위의 목재 표면과 같은 목재 표면은 목재 표면 밑에 도전성 기판(1170)을 가질 수 있다. 이어, 제1 물질은 목재 책상 위에 놓은 다음 자기 리프트 디바이스가 그 위에서 호버하고 리프트를 발생하기 위해 금속 기판을 사용하여 여러 위치에 물질을 피착할 수 있다. 예로서, 한 장의 용지 또는 여러 장의 용지를 책상 위에 놓고 하나 이상의 자기 리프트 디바이스를 동작시켜 용지에 이미지를 인쇄할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 물질(1168) 및 기판(1170)은 서로 통합될 수 있다. 예를 들어, 제1 물질(1168)은 유연한 도전성 기판(1170)에 본딩될 수 있다. 통합된 물질의 대형 물질 시트가 발생되어, 이를테면 큰 배너를 형성하기 위해, 수평 표면 상에 놓여질 수 있다. 이어, 통합된 물질 상에 이미지, 이를테면 배너 상에 이미지를 형성하기 위해 자기 리프트 디바이스(1162)가 동작될 수 있다. 이어, 배너가 표시될 수도 있을 것이다.
새로운 이미지는 제1 이미지를 완전히 덮음으로써 배너 위에 그려지거나 또는 통합된 물질은 재활용되고 다시 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 통합된 물질은 가열되어 특정 위치에서 전체 또는 일부분을 제거할 수 있다. 따라서, 하지의 기판(1170)을 노출시키도록 제1 물질(1168)을 제거함으로써 이미지가 형성될 수도 있을 것이다.
일 실시예에서, 호버 높이(1164)는 물질이 자기 리프트 디바이스로부터 어떻게 분산되는지에 영향을 미치기 위해 변화될 수 있다. 예를 들어, 자기 리프트 디바이스가 원형 영역 상에 물질을 피착하게 구성된다면, 호버 높이는 피착된 물질의 원의 면적을 증가 또는 감소시키기 위해 변동될 수 있다. 따라서, 호버 높이(1164) 및 원형 영역의 크기는 자기 리프트 디바이스(1162)가 이의 경로를 따라 이동함에 따라 위치에 따라 변할 수 있다.
또 다른 예에서, 호버 높이는 3-D 구조를 발생하기 위해 다중 층을 피착시키기 위해 변화될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 3-D 지형도가 발생될 수 있다. 3-D 구조의 최대 높이는 자기 리프트 디바이스의 최대 호버 높이에 따라 달라질 수 있다.
여러 실시예에서, 수용 물질은 평평할 필요는 없다. 예를 들어, 시스템(1180)에서, 도 62b에 도시된 바와 같이, 수용 물질(1188)은 트렌치(1186)를 가지며, 자기 리프트 디바이스(1182)가 물질을 트렌치에 피착시킨다. 자기 리프트 디바이스는 기판(1190)과의 상호작용을 통해 리프트를 발생한다.
일 실시예에서, 피착되는 물질은 자기적 특성을 가질 수 있고, 자기 리프트 디바이스는 물질과 상호작용하게 구성된 1184과 같은 자기장 발생기를 포함할 수 있다. 자기장 발생기는 제어가능하며 자기 리프트 또는 추진력을 발행하기 위해 사용되는 요소에 통합되거나 이로부터 분리될 수 있다. 분리될 때, 자기장 발생기는 개별적으로 제어가능할 수 있다.
자기장 발생기를 사용하여, 피착되는 물질은 어떤 방식으로 조작될 수 있다. 예를 들어, 자기장 발생기는 도 62b에 도시된 바와 같이 피착된 물질을 트렌치 내로 밀어넣는 힘을 발생하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 자기장 발생기는 내려앉는 및/또는 내려앉는 형상을 제어하기 위해 비행하는 동안 피착되는 물질의 방향을 변경하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 피착된 물질은 강자성, 반자성 또는 상자성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 피착된 물질은 잉크일 수 있다. 수용 매체(118)는 침투가능하거나 침착된 물질에 비-침투성일 수 있다. 따라서, 자기장 발생기는 피착된 물질에의 침투성에 따라 물질을 표면을 따라 또는 표면 내로 밀어넣기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기장 발생기는 용지에 잉크를 밀어넣거나 물질이 특정 위치에 국한될 때까지 표면을 따라 물질을 밀어내기 위해 사용될 수 있다.
자기장 발생기(1184)는 피착된 물질 위에 위치될 수 있는데, 즉 이들이 호버디바이스(1182)에 결합되기 때문이다. 그러나, 자기장 발생기는 또한 피착된 물질 아래에 위치될 수 있는데, 이를테면 책상 밑에 장착될 수 있다. 이 경우, 자기장 발생기는 표면을 향하여, 균열 또는 다른 피쳐 내로 당기거나 표면을 따라 이동시키는 것과 같이 피착된 물질을 조작하기 위해 사용될 수 있다. 도전성 기판이 강자성체인 경우, 자기 리프트 디바이스의 자석에 노출될 때 기판 내 인력이 발생할 수 있다. 인력은 자기적 특성을 갖는 피착된 물질을 수용 매체의 표면을 향하여 이에끌어당길 수 있다. 또한, 자기 리프트 디바이스를 와전류로 인한 반발력에 의해 균형을 이루는 수용 매체의 표면쪽으로 끌어당길 수 있다.
수용 매체 또는 수용 매체 상에 피착된 물질에 영향을 미치는 다른 메커니즘이 제공될 수 있다. 예를 들어, 예리한 블레이드, 레이저 커터 또는 토치 커터와 같은 절단 메커니즘이 수용 매체 및/또는 임의의 피착된 물질을 절단하는 자기 리프트 디바이스 상에 제공될 수 있다. 다른 예에서, 수용 메커니즘 상에 배치된 물질을 냉각시키거나 경화시키는 냉각 또는 가열 메커니즘이 제공될 수 있다. 예를 들어, 자기 리프트 디바이스로부터 발생된 도전성 기판에 유성성 가열을 사용하여, 물질을 경화시키거나 기판 위에 있는 두 물질 사이에 열 활성화 본딩을 형성하는 것이 가능할 수 있다.
절단 능력은 다른 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기 리프트 디바이스는 큰 돛을 만드기 위해 사용되는 물질을 절단하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 자기 리프트 디바이스는 선박을 해체하거나 선박을 수리하기 위해 선박의 금속을 절단하기 위해 사용될 수 있다.
자석 구성 및 수행 비교
이 단락에서, STARM에서 사용될 수 있는 다양한 자석 구성이 도 63 내지 도 117과 관련하여 설명된다. 자석 구성을 설명하기 전에 몇 가지 용어에 대해 설명한다. 전형적으로, 영구 자석은 외부 자기장에 자석을 배치함으로써 생성된다. 외부 자기장의 방향은 자화되고 있는 영구 자석의 기하구조에 관하여 어떤 방위에 있다. 자화될 때 외부 자기장의 기하구조에 대한 외부 자기장의 방향은 영구 자석의 극성을 결정하는데, 여기서 북극 및 남극은 자석의 극성 방향을 나타낸다.
아래의 예에서, STARM은 회전축을 가질 것이다. 제1 그룹의 자석은 "극"으로 언급될 수 있다. 극은 STARM의 회전축에 거의 평행한 극성 방향을 가질 수 있다. 그렇더라도, 일부 실시예에서, 자석은 자석의 극성 방향과 STARM의 회전축 사이에 각도가 있도록 STARM 내에 고정될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, STARM 상에서 영구 자석의 방위가 동적으로 변경될 수 있게 하는 메커니즘이 제공될 수 있다.
제2 그룹의 자석은 "가이드"로 언급될 수 있다. 가이드는 가이드의 극성 방향과 회전축 간에 각도가 약 90도가 되도록 STARM에 고정될 수 있다. 그러나, 가이드 자석과 회전축 간에 각도는 90도에서 얼마간의 량만큼 오프셋될 수 있다. 극 자석이 교번하는 극성 방향들을 갖고 STARM에 고정될 때, 한 극 자석의 북극에서 나오는 자기장 선은 휘여져 인접한 극 자석의 남극에 들어갈 수 있고, 한 극 자석의 남극에서 나오는 자기장 선은 휘어져 인접한 자석의 북극에 들어갈 수 있다. 전형적으로, 가이드 자석은 극 사이에 위치될 수 있다. "가이드" 자석은 극 자석 사이를 이동하는 자기장의 경로를 안내할 수 있다.
극 자석과 가이드 자석과의 조합은 극성 영역의 구성을 형성하기 위해 STARM에 고정될 수 있다. STARM에서, 이 구성은 극성 배열 패턴이라 지칭될 수 있다. 이하의 몇몇 예들에서, STARM의 극성 배열 패턴은 반복되는 제1 극성 배열 패턴으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 극성 배열 패턴은 2, 3, 4, 5회, 등의 반복되는 제1 극성 배열 패턴으로부터 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, STARM의 극성 배열 패턴은 제1 극성 배열 패턴 및 제2 극성 배열 패턴으로부터 형성될 수 있는데, 제1 극성 배열 패턴 또는 제2 극성 배열 패턴은 1회 이상 반복된다.
극성 배열 패턴의 극성 영역은 공통 극성 방향을 가질 수 있다. 극성 영역은 극성 영역과 관련된 공통 방향으로 분극된 하나 이상의 자석으로부터 형성될 수 있다. 다음의 실시예에서, 1인치 입방 자석과 같은 단일 자석은 극성 영역을 형성하는 것으로서 기술된다. 그러나, 더 작은 크기의 다수의 자석이 극성 영역을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 1인치 입방 극성 영역은 모두 동일한 방향으로 배열된 8개의 1/2 인치 입방 자석 또는 16개의 1/4 인치 입방 자석으로 부터 형성될 수 있다. 따라서, 이하의 실시예는 예시 목적으로만 제공되며 제한하려는 것이 아니다.
영구 자석을 사용하는 STARM 상에 발생된 전체 극성 배열 패턴은 특정 형상 및 밀도의 자기장 선을 갖는 자기장을 형성할 수 있다. 자기장은 본질적으로 3차원이며 매우 복잡할 수 있다. 서로 다른 위치에서 가지장의 강도는 자석의 볼륨 분포 및 이들의 연관된 강도에 따라 달라질 수 있다.
자기장은 전류가 와이어를 통해 이동될 때 발생된다. 예를 들어, 와이어 코일을 통과하는 전류는 막대 자석과 유사한 자기장을 발생한다. 이러한 방식으로 만들어진 자석은 종종 "전자석"이라고 불린다. 여러 실시예들에서, 영구 자석들의 배열로부터의 자기장 선들의 자기장 형상 및 밀도는 와이어들의 배열을 사용하고 전류를 와이어들을 통과시킴으로써 근사화될 수 있다. 따라서, 영구 자석의 예는 예시 목적으로만 제공되며 제한하려는 것이 아니다.
STARM은 상부 측 및 하부 측을 가질 수 있다. 와전류가 발생될 때, 하부 측은 STARM의 회전에 의해 와전류가 유도되는 도전성 기판에 면할 수 있다. 종종, 영구 자석이 사용될 때, 영구 자석은 적어도 하나의 평평한 표면을 가질 수 있다. 예로서, 입방 형상 자석은 6개의 평평한 표면을 가지나, 원통 형상 자석은 곡면으로 결합된 2개의 평평한 표면을 갖는다. 일부 실시예에서, STARM 상의 각각의 영구 자석 상의 적어도 하나의 평평한 표면은 공통 평면 상에 고정될 수 있다. 공통 평면은 STARM의 하부 측 가까이에 존재할 수 있다.
대안적 실시예에서, STARM은 만곡되거나 각이 질 수 있다. 예를 들어, STARM은 볼록 또는 오목한 형상일 수 있고 및/또는 다른 곡선 부분을 포함할 수 있다. STARM의 자석 하부는 곡면을 포함한 STARM의 하부 표면을 따르게 배열할 수 있다. 자석은 입방형 자석과 같이 평평한 하부를 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 자석은 STARM의 곡률에 순응하는데 도움을 주기 위해 만곡된 형상으로 형성될 수 있다.
예로서, 호버 엔진은 파이프 또는 트로프 내에서 동작하게 구성될 수 있으며, 파이프의 내부 표면은 도전성 기판을 포함한다. 호버 엔진의 STARM은 보울 형상일 수 있고, STARM의 자석 하부는 보울 형상의 외부 표면을 따르게 배열할 수 있다. STARM이 곡면 옆에 놓여질 때, STARM 상의 자석 중 큰 부분은, 자석이 이를테면 평평한 디스크의 하부를 따라, 공통 평면에 배열되었을 경우와 비교하여 파이프의 내부 표면에 더 가깝게 될 수 있다.
다음에, 일부 자석 및 STARM 구성이 설명된다. 도 63은 STARM(1200)을 도시한다. STARM(1200)은 10 인치의 바깥 직경을 갖는다. 20개의 1 인치 입방 자석이 원의 원주 주위에 배열된다. 특히, 20개의 1 인치 입방 자석의 각각의 하나의 안쪽 반경방향 측은 3.75 인치 반경 원에 대략 접한다.
안쪽 반경방향 측 거리는 각각의 자석 사이에 작은 갭을 제공한다. 반경방향 거리가 증가함에 따라 자석들 간에 갭이 증가한다. 최소 내측 반경방향 거리는 자석이 서로 거의 접촉할 수 있게 한다. 내측 반경방향 거리는 증가될 수 있는데, 이는 동일한 양의 자석에 대해 자석 간에 최소 갭을 증가시킨다.
약 0.25 인치 두께의 구조가 자석의 바깥 반경방향 에지와 STARM의 바깥 직경(1202) 사이에 제공된다. 일 실시예에서, STARM의 중심은 1204와 같은 다수의 장착점을 포함할 수 있다. 장착점은 모터로부터 확장하는 회전가능 부재와 같은 회전가능 부재에 STARM(1200)을 고정하기 위해 사용될 수 있다.
STARM의 극성 배열 패턴은 10개의 극 자석 및 10개의 유도 자석을 포함한다. 극성 배열 패턴은 자석(1206, 1208, 1210, 1212)에 의해 예시된 바와 같은 제1 극성 배열 패턴으로부터 형성된다. 이 예에서, 제1 극성 배열 패턴은 4번 반복된다. 다른 실시예에서, 제1 극성 배열 패턴은 STARM 상에서 한번 사용될 수 있거나, 2, 3, 4회 반복될 수 있다. 또한, 제1 극성 패턴을 이용하는 둘 이상의 한 링의 자석이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 극성 패턴은 도 63에 도시된 바와 같이 내측 링에서 2번, 바깥 링에서 4번 반복될 수 있다.
위의 예에서, 각 극 및 안내 자석의 볼륨은 동일하다. 다른 실시예에서, 극 자석 및 가이드 자석의 볼륨은 전체 극성 배열 패턴을 여전히 유지하면서 자석마다 다를 수 있다. 예를 들어, 극 자석의 볼륨은 가이드 자석의 볼륨의 절반일 수 있다. 다른 예에서, 극 자석의 볼륨은 안내 자석의 볼륨의 2배가 될 수 있다.
극 및 안내 자석의 형상은 각각의 자석에 대해 1 입방 인치의 볼륨을 갖는 입방체이다. 다른 실시예에서, 각 극성 영역의 볼륨은 유지될 수 있지만, 다른 형상이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 극성 배열 패턴은 유지될 수 있지만, 각 극성 영역에 대해 상이한 볼륨 크기가 사용될 수 있다. 예를 들어, .125 인치, .25 인치, .5 인치, .75 인치, 1 인치, 2 인치, 3 인치, 4 인치, 5 인치 이상의 측이 있는 단일 입방 자석을 사용하여 각 극성을 제공할 수 있다.
20 개의 더 작은 입방 자석이 사용될 때, 더 작은 반경의 원 둘레에 이들을 배열하는 것이 가능하다. 20개의 큰 입방 자석이 사용될 때, 더 큰 반경의 원이 필요하다. 제1 극성 배열 패턴이 더 많은 횟수로 반복되고 자석 크기가 도 63에서와 동일할 때, 더 큰 반경의 STARM이 요구된다. 제1 극성 배열 패턴이 더 적은 횟수로 반복되고 자석 크기가 동일할 때,보다 작은 반경의 STARM이 사용될 수 있다. 그러나, 자석은 동일한 반경에 주위에 배열될 수 있지만 자석 사이에 큰 간격을 갖는다.
도 63에서, 극성 배열 패턴을 형성하는 극 및 안내 자석은 원 주위에 배열된다. 다른 실시예에서, 자석은 정사각형 또는 타원형과 같은 다른 형상 주위에 배열될 수 있다. 제1 극성 배열 패턴을 사용하지만 자석을 다른 형상 주위에 배열하는 몇 가지 예가 다음의 도면과 관련하여 설명된다.
도 63에서, 20 개의 자석의 하부는 STARM(1200)의 하부 근처에 있는 평면 내에 배열된다. 자석의 하부의 면적은 대략 20 입방 인치이고 자석의 볼륨은 대략 20 입방 인치이다. 여러 실시예에서, 볼륨2/3으로 나눈 STARM(1200)의 하부에 가장 가까운 자석의 하부의 영역은 1보다 크거나 같다, 즉 면적/볼륨2/3 ≥ 1).
STARM(1200)에 있어서, 면적/볼륨2/3은 약 2.71과 동일하다. 다른 실시예에서, 이 비율은 2보다 크거나 같을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 비율은 3보다 크거나 같을 수 있다. 다른 실시예에서, 이 비율은 4보다 크거나 같을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이 비율은 5보다 크거나 같을 수 있다.
도 64에서, STARM(1200)은 상부 피스(1214) 및 하부 피스(1216)를 갖는 엔클로저 내에 고정된 것으로 도시되었다. 엔클로저는 다수의 층으로부터 형성된다. 이 예에서, 알루미늄 및 폴리카보네이트 플라스틱의 층은 층(1214, 1216)이 알루미늄으로부터 형성되는 곳에 사용된다. 다른 물질도 가능하며 이는 단지 설명의 목적으로 제공된다.
일 실시예에서, STARM(1200)의 중앙 영역은 모터가 이 영역에 들어맞을 수 있도록 충분히 큰 공간을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 자석의 상부 측이 모터 밑에 있도록 모터가 상부 측(1214) 위에 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 모터는 STARM(1200)의 측에 장착될 수 있고, STARM(1200)을 회전시키기 위해 사용되는 토크를 전달하기 위해, 벨트 및 기어를 포함하는 메커니즘와 같은 트랜스미션 메커니즘이 제공될 수 있다. STARM(1200)이 보울 형상이라면, 모터는 보울의 상부 립 밑에 부분적으로 또는 전체적으로 들어맞을 수도 있을 것이다.
도 64에서, 모델은 실험적으로 구축되고 테스트되었다. 또한, Ansys Maxwell을 사용하여 결과를 시뮬레이션되었다. 실험 결과와 수치 결과와의 비교가 도 83에 도시되었다. 다른 여러 설계도 시뮬레이션되었다. 이들 설계는 도 65-도 76과 관련하여 설명된다. 또한, 수치 결과는 도 85와 도 86에서 서로 비교된다. 마지막으로, 수치 결과는 회전하는 STARM으로부터 유도된 와전류 패턴을 예측한다. 다수의 상이한 설계에 대한 이들 와전류 패턴의 일부 예가 도 77 내지 도 82에 도시되었다.
도 65에서, 도 63의 설계(1200)의 변형예(1230). 1230에서, 자석의 개수는 20이고 자석의 볼륨은 20 입방 인치이다. 다수의 자석은 설계(1200)과 비교할 때 더 큰 원 둘레에 배열된다. 특히, 원의 반경은 3.75 인치 대신 4.25 인치이다. 증가된 원 반경은 인접한 자석 간에 더 큰 간격을 초래한다. 일 실시예에서, 설계(1230)는 11 인치의 바깥 직경을 갖는 STARM 내에 구성된다. 이 설계에 대한 리프트의 수치 예측은 도 86에 도시되었다.
설계(1200)의 제2 변형예(1240)가 도 66에 도시되었다. 1240에서, 자석들의 개수는 20개이고 자석 볼륨은 20 입방 인치이다. 그러나, 높이가 절반인 자석이 사용된다. 자석은 2 인치 x 1 인치 x ½ 인치(L x W x H)이다. 자석은 도 63에 표시된 것과 동일한 시작 위치를 갖고 배열된다. 그러나, 자석의 각각은 반경방향으로 외측으로 가외로 1 인치 확장된다. 자석의 추가적인 반경방향 길이를 수용하기 위해, STARM의 반경방향 거리가 증가될 수 있다. 이 설계에 대한 리프트의 수치 예측은 도 86에 도시되었다.
자석의 하부 면적은 40 입방 인치이다. 면적을 총 볼륨2/3으로 나눈 값은 약 5.43이다. 대안적 실시예에서, 일정한 볼륨를 유지하면서,이 비율은 자석의 높이를 낮추고 이들의 반경방향 길이를 확장시킴으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 66에서, 자석의 높이를 1/3 인치로 낮추고 길이를 반경방향으로 3 인치까지 확장할 수 있다. 이 설계에 있어서, 자석의 하부 면적은 60 제곱 인치이고 총 볼륨2/3으로 나눈 면적은 약 8.14이다.
1240에서, 갭(1242)이 각각의 자석 사이에 도시되었다. 일 실시예에서, 삼각형 형상의 자석(1244)과 같은 자석이 갭 내에 삽입될 수 있다. 일 실시예에서, 갭 자석의 극성은 인접한 가이드 자석 또는 극 자석의 극성과 일치하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 인접한 가이드 자석의 극성은 모든 갭 자석에 대해 선택될 수 있거나 또는 인접한 극 자석의 극성은 모든 갭 자석에 대해 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 2개의 삼각형 형상의 자석이 자석의 극성 중 하나가 인접한 극 자석과 일치하고 다른 것이 인접한 유도 자석과 일치하는 갭 내에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 20개의 자석은 자석이 최소 간격으로 함께 들어맞도록 맞춤 형상일 수 있다.
도 67에 다수의 상이한 극성 배열 패턴을 갖는 상이한 자석 배열(1250)이 도시되었다. 1250에서, STARM의 회전축에 걸쳐 있는 1252와 같은 20개의 1 입방 인치의 자석이 제공된다. 20개의 자석은 2 x 10 어레이로 배열된다. 자석은 두 개의 큰 와전류를 유도하도록 배열된다. 두 개의 유도된 와전류는 일반적으로 원의 중심에있는 회전축을 향해 안쪽으로 확장한다.
2개의 와전류 패턴을 생성하는 4개의 상이한 극성 배열 패턴(1254, 1256, 1258, 1260)이 도시되었다. 시뮬레이트된 조건에 대해서, 패턴(1254)가 가장 높은 리프트를 발생했다. 그러나, 다른 패턴에 대해 상당한 리프트가 예측된다. 패턴(1258)은 최소량의 리프트를 발생시키는 것으로 예측되었다.
일 실시예에서, 페라이트 상부가 설계에 추가되고 시뮬레이션되었다. 일반적으로, 높은 자기 투자율을 갖는 물질이 이용될 수 있다. 이들 물질의 몇 가지 예가 이전에 설명되었다. 수치 시뮬레이션은 페라이트 상부가 설계(1250)에 추가될 때 리프트 증가를 예측하였다.
다른 실시예에서, 공간은 회전축 위에 도입될 수 있다. 이 공간은 STARM에 회전가능 부재를 부착할 수 있게 한다. 이 설계(중심에 간격을 가진)에 대해 예측된 와전류 패턴은 도 78에 도시되고, 이 설계에 대한 리프트 예측이 도 85에 도시되었다. 도 78의 예측된 와전류 패턴은 설계(1250)에 대한 와전류 설계 패턴과 유사하다.
위에 예에서, 1 입방 인치 자석을 사용할 필요는 없다. 예를 들어, 극성 배열 패턴(1254)을 형성하기 위해 3개의 자석이 사용될 수 있으며, 끝에 제1 및 제2 자석은 3 인치 × 2 인치 × 1 인치이고 중앙의 제3 자석은 4 인치 × 2 인치 × 1 인치이다. 더 적은 수의 자석이 사용될 때, 조립 프로세스는 단순해질 수 있다.
도 67에서, 극 자석에 대한 가이드 자석의 전체 볼륨은 2/3(패턴(1254, 1258)) 내지 1.5(패턴(1256, 1262))로 다양하다. 극 자석에 대한 가이드 자석의 볼륨의 비는 특정 볼륨의 자석 및 극성 배열 패턴에 대해 발생되는 리프트를 최적화하기 위해 이 범위를 벗어나 변화될 수 있다. 이 예에서, 자석의 하부의 면적은 20 인치이고 볼륨은 20 인치이다. 도 66과 관련하여 이전에 설명된 설계처럼, 자석의 높이를 감소시키고 더 큰 영역 위로 넓히는 것에 의해 볼륨이 일정하게 유지되게 하면서 자석의 하부 면적은 증가될 수 있다.
설계(1250)에 대한 대안예(1280)가 도 68에 도시되었다. 자석 볼륨은 설계들 간서 일정하게 유지된다. 또한, 가이드 자석 대 극 자석 비는 극성 배열 패턴(1254)과 동일한데, 즉 40%이다. 그러나, 설계가 원의 중심에서 회전축으로부터 확장되는 거리는 감소된다.
설계(1280)에서, 자석은 도 67의 설계(1250)와 비교하여 회전축으로부터 약 4 인치 확장된다. 또한, 행당 자석수는 더 이상 일정하지 않다. 자석이 중심선으로부터 확장되는 최대 거리의 감소는 보다 작은 반경의 STARM 상에 설계가 형성되도록 할 수 있다. 수치 시뮬레이션은 설계(1250, 1280)에 대해 비슷한 양의 리프트를 예측하였다.
설계(1250, 1280)에 대한 또 다른 대안예가 도 69에 도시되어 있으며, 행들의 수는 5개로 감소된다. 5개 행은 자석이 대략 3 인치 반경 원에 들어맞을 수 있게 한다. 20 인치 영역을 갖는 원은 반경 2.52 인치를 갖는데, 이는 사용될 수 있는 가장 작은 반경이다. 따라서, 설계(1290)는 직사각 형상의 자석을 사용하면서 이 한계에 접근하고 있다.
극성 배열 패턴(1292)은 설계(1290)에 사용된다. 2개의 극과 단일 가이드 자석 극성이 사용된다. 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 1.86이다. 설계(1290)에 대한 와전류 패턴의 예측이 도 79에 도시되었고, 리프트의 예측이 도 86에 도시되었다.
설계(1250, 1280, 1290)에 대한 또 다른 대안예(1300)가 도 70에 도시되었다. 설계(1300)에서, 5 인치 x 4 인치 자석 어레이가 사용된다. 극성 배열 패턴(1302)이 채용된다. 리프트 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 약 1.5이다. 설계(1300)에 대해 예측된 리프트 및 와전류 패턴은 설계(1290)과 유사하다.
도 69 및 도 70에서, 일 실시예에서, 회전가능 부재가 공간을 통해 확장하여 STARM의 구조에 부착할 수 있도록, 자석 구성에 작은 공간이 회전축 근처에 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 자석의 상부 및 측 위로 확장되는 구조가 제공될 수 있고 회전가능 부재가 이 구조에 고정될 수 있다.
도 70에서, 3행의 가이드 자석 및 2행의 극 자석이 사용된다. 도 71의 설계(1310)에서, 4행의 가이드 자석이 사용되고 2행의 극 자석이 사용된다. 극 자석 행에 자석 볼륨은 가이드 자석 행에 자석 볼륨과는 다르다(3 입방 인치와 비교하여 4 입방 인치). 자석의 여분의 행의 추가는 도 70에 도시된 설계(1300)에 비해 설계(1310)에 대한 리프트 예측에 현저한 영향을 미치지 않았다.
다른 자석 구성(1320)이 도 72에 도시되었다. 다시, 20개의 1 인치 입방 자석이 도시되었다. 자석은 각각 5 입방 인치의 자석을 가진 1330, 1332, 1334 및 1336의 4개의 클러스터로 배열된다. 각 클러스터는 극 자석과 가이드 자석을 포함한다.
예로서, 클러스터(1330)는 3 입방 인치 자석을 갖는 극 섹션(1324)을 포함한다. 극 섹션에 자석은 반경방향 선을 따라 배열된다. 극 섹션(1324)은 도면 안으로 향하는 방위이다. 2개의 가이드 자석(1322a, 1322b)은 극의 중심을 향한다. 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 2/3이다.
클러스터(1332)는 극 섹션(1328)을 포함한다. 극 섹션은 회전축(1338)으로부터 반경방향 선을 따라 정렬된 3개의 1 인치 입방 자석을 포함한다. 극 섹션(1328)에 자석의 극성은 도면 밖으로 나가는 것으로, 즉 열린 원은 북극을 나타내고 안에 "X"가 있는 원은 남극을 나타낸다. 2개의 가이드 자석(1326a, 1326b)이 제공된다. 가이드 자석의 극성은 극 섹션(1328)로부터 떨어져 있다.
클러스터(1330, 1332)는 극성 배열 패턴을 제공한다. 이 패턴은 클러스터들(1334, 1336)과 반복된다. 여러 실시예들에서, STARM은 클러스터(1330, 1332)만으로 형성될 수 있거나, 극성 배열 패턴은 1회, 2회, 3회, 4회, 등으로 반복될 수 있다. 설계(1320)에 대한 와전류의 예측은 도 80에 나타내었고 설계의 리프트의 예측은 도 86에 나타내었다.
여러 실시예에서, 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 변화될 수 있다. 또한, 각각의 개개의 클러스터는 어느 각도만큼 회전될 수 있다. 예를 들어 극 섹션은 회전축(1338)으로부터 반경방향 선에 수직하여 정렬될 수 있다. 또한, 각각의 클러스터 내의 자석의 볼륨이 변화될 수 있다. 또한, 회전의 중심 축(1338)으로부터의 자석의 반경방향 거리가 변할 수 있다.
또한, 1324 및 1328과 같은 극 섹션의 형상이 변경될 수 있다. 예를 들어, 극 섹션(1324, 1328)은 이를테면 약 0.98 인치의 반경을 갖는 1 인치의 높이의 실린더 또는 약 1.38 인치의 반경을 갖는 ½ 인치의 높이의 실린더와 같은 3 입방 인치의 볼륨을 갖는 단일 원통 형상의 자석으로서 형성될 수 있다. 설계(1320)의 예에서, 각각의 클러스터 내의 가이드 자석은 선을 따라 배열된다. 다른 실시예에서, 가이드 자석은 선을 따라 배열될 필요가 없다. 가이드 자석의 형상은 다양할 수 있다.
설계(1320)의 변형예(1340)가 도 73에 도시되었다. 1340에서, 1344 및 1346과 같은 클러스터는 각 클러스터의 극 섹션이 회전축(1338)으로부터 반경방향으로 선에 수직하게 배열되게 설계(1320)과 비교하여 90도 회전된다. 또한, 클러스터(1344, 1346) 간의 거리(1342a) 또는 거리(1342b)와 같은 클러스터들 간에 거리가 변경될 수 있다.
도 72의 설계(1320)에서, 거리는 동일하였다. 이 예에서, 거리(1342a)는 거리(1342b)보다 작다. 시뮬레이션은 인접한 클러스터를 합치는 것이 클러스터에 의해 생성된 와전류간에 상호작용이 일어나게 할 수 있음을 보였다. 시뮬레이트된 조건에 대해서, 이 상호작용은 클러스터가 도 72에 도시된 바와 같이 동일하게 이격되었을 때와 비교할 때 전체 리프트 증가를 야기하였다. 상호작용은 비선형이다. 따라서, 이 결과는 모든 조건에 적용되지 않을 수 있다.
설계(1320)의 또 다른 변형예(1350)가 도 74에 도시되었다. 설계(1350)에서, 설계(1320)처럼, 극 섹션은 회전축으로부터 반경방향 선을 따라 배열된다. 그러나, 가이드 자석은 더 이상 단일 선을 따라 배열되지 않는다. 특히, 가이드 자석(1352a, 1352b)은 극 섹션의 단부에 배열된다. 시뮬레이션은 이 극성 배열 패턴이 설계(1320)과 거의 동일한 양의 리프트를 제공함을 예측하였다.
또 다른 자석 구성이 도 74 및 도 75와 관련하여 설명된다. 이 구성에서, 자석은 클러스터화되고 클러스터의 양이 변화될 수 있는 선으로 배열된다. 도 75 및 도 76의 설계(1360, 1370)는 각각 20개의 입방 인치의 자석을 포함한다. 설계(1360)에서, 자석 볼륨은 각각 10개 입방 인치의 2개의 직사각형 클러스터(1362a, 1362b)로 분할된다. 설계(1370)에서, 자석 볼륨은 4개의 클러스터(1372a, 1372b, 1372c, 1372d)로 나누어지고, 각 클러스터에는 각각 5개 입방 인치의 자석이 있다.
자석의 20개 입방 인치의 단일 클러스터가 제공될 수 있다. 이 설계는 단일 암을 가진 STARM 상에, 혹은 자석의 무게가 균형을 이루게 카운터 웨이트를 가진 원형 STARM 상에 탑재될 수도 있을 것이다. 일반적으로, 1, 2, 3, 4 또는 그 이상의 클러스터가 STARM 상에 분포될 수 있다.
2개의 극성 배열 패턴(1364, 1366)이 도시되었다. 이들 배열은 각 클러스터에서 반복될 수 있다. 패턴(1364)은 2개의 극 영역을 포함한다. 패턴(1366)은 3개의 극 영역을 포함한다. 패턴(1364)에서, 가이드 자석 볼륨 대 극 자석 볼륨의 비는 1.5이다. 패턴(1366)에서, 가이드 자석 볼륨 대 극 자석 볼륨의 비는 약 2/3이다. 자석의 볼륨2/3에 대한 자석의 하부 면적(20 제곱 인치)의 비은 약 2.71이다. 다시, 다른 설계처럼, 이 비는 다양할 수 있다.
여러 실시예에서, 가이드 자석 볼륨 대 극 자석 볼륨의 비는 패턴(1364, 1366)에 대해 변화될 수 있다. 또한, 회전의 중심축으로부터의 반경방향 거리가 변화될 수 있다. 반경방향 거리는 관성 모멘트에 영향을 미친다. 또한, 기판에 대한 자석의 상대 속력은 STARM의 RPM 및 반경방향 거리에 따라 변한다. 따라서, 반경방향 거리는, 모터의 RPM 출력 능력과 양립할 수 있고 패키징 제약에 양립할 수 있는 원하는 상대 속력을 얻도록 선택될 수 있다.
도 75 및 도 76에서, 각각의 클러스터 내의 자석은 직사각형으로 배열되고 서로 접촉하게 구성된다. 여러 실시예에서, 직사각형 클러스터의 폭에 대한 길이의 종횡비는 도 75 및 도 76에 도시된 바와 같이 변경될 수 있다. 또한, 극성 영역에 자석들 사이에 또는 극성 배열 패턴(1364, 1366)에 상이한 극성 영역들 사이에 간격이 제공될 수 있다. 간격은 자석을 고정하는 구조를 허용하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 자석은 직사각형을 형성하도록 배열될 필요가 없다. 예를 들어, 각각의 인접한 자석의 일부가 접촉할 수 있게 하면서, 자석은 서로에 대해 자석을 이동시킴으로써 원호로 배열될 수 있다. 일반적으로, 많은 다른 유형의 클러스터 형상이 사용될 수 있고 직사각형의 예는 단지 설명하기 위해 제공된다.
다음에, 일부 상이한 자석 구성에 대한 일부 와전류 패턴이 도 77 내지 도 82에 도시되었다. 도면에서, 화살표는 도전성 기판의 표면 상에 전류의 방향을 나타낸다. 전류의 상대적인 크기는 화살표의 크기로 표시된다. 와전류 패턴은 맥스웰의 방정식을 해결하기 위해 유한 요소 해석을 사용하여 발생되었다. 물질 및 이들의 물리적 특성은 시뮬레이션에서 모델링된다.
시뮬레이션은 Ansys Maxwell을 사용하여 수행되었다. 시뮬레이션은 ½ 인치 구리 플레이트를 사용했다. 표면으로부터의 거리는 .25 인치였다. 와전류 패턴은 높이가 가변되었을 때 유사한 채로 남았다. 그러나, 와전류의 강도는 표면 위의 높이가 감소함에 따라 증가했다. 시뮬레이션에서 관찰된 피크 전류는 표면 위 0.25 인치에서 cm2당 약 3 내지 8,000 암페어 사이에서 변하였다. 전류는 구리 내 깊이에 따라 감소하였다.
시뮬레이션에 사용된 RPM 값은도 79에 도시된 결과를 제외하고는 3080 RPM이었다.도 79에서, 6000 RPM의 값이 사용되었다. 다른 RPM 값을 사용하는 이유는 도 85 및 86과 관련하여보다 자세히 논의된다.
도 77에서, 도 63과 관련하여 기술된 자석 배열 및 극성 배열 패턴이 이용된다. 극성 배열 패턴은 10개의 극과 10개의 유도 자석을 포함한다. 와전류 패턴(1380)을 형성하기 위해 1382 및 1384와 같은 10개의 와전류가 발생된다.
와전류는 각각 1386(극) 및 1388(가이드)과 같은 극 및 가이드 자석 쌍 주위에 각각 형성한다. 와전류는 교번하는 방향들로 스핀한다. 전류 강도는 와전류가 만나 서로 상호작용하는 곳에서 가장 강한 전류가 발생하는 와전류의 둘레를 따라 다르다. 각 쌍에 대해, 1388과 같은 가이드 자석 아래에 가장 강한 전류가 형성된다.
시뮬레이션은 이 구성에서 극이 음의 리프트를 발생하고 가이드 자석이 리프트를 제공함을 나타내었다. 가이드 자석으로부터의 리프트가 극 자석으로부터의 당김보다 클 때, 순 리프트가 발생된다. 특별한 이론에 구애 됨이 없이, 가이드 자석 아래를 지나는, 와전류 상호작용으로 인한 향상된 전류 강도가 발생된 리프트를 향상시키는 것으로 생각된다.
패턴(1380)은 특정 시간에 스냅 사진이다. 시뮬레이션에서, STARM과 자석은 규정된 RPM 값에 따라 회전한다. 따라서, 1382 및 1384와 같은 와전류는 고정된 채로 머물러 있지 않지만, RPM 레이트에 따라 자석이 회전함에 따라 주위의 자석에 따른다.
도 78에는 도 67의 설계(1250)의 변형예(1395)에 대한 와전류 패턴이 도시되었다. 설계(1395)는 회전축(1392) 부근에 작은 갭을 포함한다. 전술한 바와 같이, 갭은 회전가능 부재를 STARM에 장착하기 위해 사용될 수 있다. 이 설계에서, STARM 구조는 원통형일 필요는 없다. 예를 들어, 박스 형상의 설계는 자석을 운반하고 고정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, STARM에 사용되는 구조는 원형 자석 구성과 비교하여 이 구성에 있어서는 감소될 수 있다.
극성 배열 패턴(1254)이 사용된다. 극성 배열 패턴은 2개의 극 섹션을 포함한다. 2개의 극 섹션은 2개의 큰 와전류(1394, 1396)를 발생시킨다. 시뮬레이션은 극성 배열 패턴에서 가이드 자석으로부터 양의 리프트가 발생되고 극 자석으로부터 음의 리프트가 발생되었을 것으로 예측했다. 높이의 함수로서 구성에 대한 리프트 예측이 도 85에 도시되었다.
도 79에 도 69의 설계(1290)에 대한 와전류 패턴(1400)이 도시되었다. 시뮬레이션은 설계(1290)가 두 개의 와전류(1402, 1404)를 생성할 것으로 예측한다. 두 와전류로부터의 전류는 중심에서 3개의 가이드 자석 아래를 통과하면서 회전축 근처에서 합체한다. 시뮬레이션은 양의 리프트가 이들 가이드 자석 아래를 지나는 전류에서 발생된다는 것을 예측한다. 다시, 시뮬레이션은 음의 리프트 또는 당김이 극 자석 섹션으로부터 발생됨을 예측한다.
도 80에서, 도 72의 설계(1320)에 대한 와전류 패턴(1410)이 도시되었다. 시뮬레이션은 설계(1320)가 1412 및 1414와 같은 4개의 와전류를 생성할 것으로 예측한다. 각 클러스터 주위에 와전류가 형성되어 극 섹션 주위를 순환한다. 시뮬레이션은 각 클러스터의 극 섹션과 접하는 가이드 자석 아래를 통과하는 전류로부터 양의 리프트가 발생됨을 예측한다. 다시, 시뮬레이션은 각 클러스터의 극 섹션으로붙 음의 리프트 또는 당김이 발생됨을 예측한다.
도 81 및 도 82에는 각각 도 75 및 도 76의 설계(1360, 1370)에 대한 와전류 패턴(1420, 1430)이 도시되었다. 시뮬레이션은 1422, 1424 및 1426 또는 1432, 1434 및 1436과 같이 각 클러스터에 대해 3개의 주 와전류가 형성될 것으로 예측한다. 자석은 반시계 방향으로 회전하고 리드 와전류(1422, 1432)는 두 와전류보다 약하며, 이는 각 직사각형 클러스터 아래에 형성된다.
각각의 클러스터에서, 가장 강한 와전류가 가이드 자석 아래에 형성된다. 시뮬레이션은 양의 리프트가 가이드 자석 아래를 지나는 전류로부터 발생된다는 것을 예측한다. 다시, 시뮬레이션은 극 섹션으로부터 음의 리프트 또는 당김이 발생됨을 예측한다.
2개의 설계(1360, 1370)는 동일한 볼륨의 자석을 사용한다. 그러나, 도 86에 도시된 바와 같이, 설계(1360)과 비교하여, 2개의 클러스터를 사용하는 설계(1370)에 대해 더 많은 리프트가 예측된다. 특정 이론에 구애 됨이 없이, 도 82의 설계는 많은 리프트를 발생하는 클러스터의 가이드 자석 밑에 더 많은 전류를 강화하고 집중시키는 것으로 생각된다.
다음에, 도 83 및 도 84와 관련하여, 도 63의 설계의 시뮬레이션으로부터 도출된 리프트 예측이 실험적으로 측정된 데이터와 비교된다. 다음에, 도 64, 도 65, 도 66 및 도 77-도 82에 도시된 설계에 대해 시뮬레이션으로 도출된 리프트 예측을 비교한다.
실험 데이터를 얻기 위해, 도 63 및 도 64에 도시된 STARM은 Hacker Motor(Ergolding, Germany)의 QSL-150 DC 브러시리스 모터에 결합된다. 모터는 배터리에 의해 파워가 공급되었다. 사용된 배터리는 VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8 볼트 리튬 폴리머 배터리 팩(Atomik RC, Rathdrum, ID)이었다. 구조는 모터와 배터리 주변에 구축되었다. 배터리, 모터, STARM 및 구조를 포함하는 비히클은 18 lbs 무게이었다. Jeti Spin Pro Opto 브러시리스 전자 속도 제어기(Jeti USA, Palm Bay, FL)를 사용하여 모터에 공급되는 전류 및 따라서 이의 RPM 속력을 제어하였다.
비히클은 호버하는 위치에서 시작되었다. 높이, RPM 및 기타 측정이 취해졌다. 이어, 추가의 무게가 여러 증분으로 추가되었다. 추가의 무게는 테스트 비히클의 호버 높이를 낮추었다. 높이 측정은 각 무게 증가시에 행해졌다. 제1 테스트에서, 초기 RPM 레이트는 무하중 테스트 비히클에서 3080이었고, 이어 무게가 추가됨에 따라 감소하였다. 제2 테스트에서, RPM 레이트는 무하중 테스트 비히클에서 초기에 1570이었다. 하기 표 1은 테스트 #1 및 테스트 #2에 대해 실험적으로 측정된 데이터를 보여준다. 표는 페이로드를 포함한 총 비히클 무게를 포함한다. 모터의 RPM. 인출된 암페어 및 전압. 이들 양은 파워 소비를 발생하는 데 사용되었다. 마지막으로, 비히클의 호버 높이는 수동으로 측정되었다. 높이는 다수의 상이한 높이 증분에서 일정하게 유지됨을 보였다. 일정한 높이는 수동 측정의 부정확성에 기인하였다.
도 63의 설계(1200)을 사용하여 실험적으로 측정된 데이터
테스트 #1
페이로드를 포함한 무게(lbs) RPM 암페어 볼트 파워 (W) 높이(in)
18 3080 12.1 61.6 745 1.125
27 3000 15.4 60.8 936 .9375
35.6 2915 19.5 60 1170 .9375
44.2 2855 22.7 59.4 1348 .875
52.8 2780 26.8 58.6 1570 .875
58 2740 29.4 58.1 1708 .8667
테스트#2
18 1570 10.3 49.4 509 1
27 1480 13.9 49.3 685 .9475
35.6 1420 17.4 49.3 858 .875
44.2 1390 20.8 49.2 1023 .8125
52.8 1350 24.4 49.1 1198 .75
도 63의 STARM 설계의 시뮬레이션 정확도에 액세스하기 위해, 일정 RPM 값이 선택되고, 이어 자석의 하부로부터 1/2 인치 구리 플레이트까지의 거리가 가변된다. 도 83은 3/4 인치의 높이와 1과 1/4 인치 간에 테스트 번호 1 및 2로부터 실험 데이터와 수치 시뮬레이션의 비교를 도시한다. 수치 시뮬레이션은 지수적으로 곡선 맞춤(curve fit)된다. 곡선 맞춤은 점선과 실선으로 나타내었다.
시뮬레이션은 .25 인치, .5 인치, .75 인치, 1 인치 및 1.25 인치의 높이에서 발생되었다. 곡선 맞춤은 0 인치와 1.5 인치의 높이로 외삽되었다. 도 84에서, 실험 데이터 및 시뮬레이션된 데이터는 0 내지 1과 1/2 인치의 높이 범위로부터 도시된다.
다음에, 도 85, 도 86 및 도 87과 관련하여, 도 64, 도 65, 도 66 및 도 77-도 82의 설계가 설명된다. 설계들을 비교하기 위해, 도전성 기판의 상부 표면에 대한 자석의 하부의 평균 속력이 고려된다. 일부 설계에서는 이 값이 일정하게 유지되었다. 표면에 대한 자석의 평균 속력은 회전축에 대한 자석 하부의 평균 거리와 라디안으로 환산한 RPM 레이트를 곱한 것으로 추정될 수 있다.
더 높은 속력에서 리프트가 증가하고 드래그가 표면에 대한 자석의 속력의 함수로서 감소하는 경향이 있기 때문에 평균 속력이 계산되었다. 도 85에서, 회전축에서 자석의 하부까지의 평균 거리는 설계(1395)의 경우 약 2.81 인치이었고, 설계(1200)의 경우 1.56 인치이었고, 설계(1290)의 경우 4.25 인치이었다.
모든 시뮬레이션은 6000 RPM으로 실행되었던 설계(1290)을 제외하고는 3080 RPM에서 실행되었다. RPM 값은 평균 거리가 이 설계에 있어선 훨씬 낮았고 따라서 3080의 RPM이 선택되었을 때 평균 속력이 다른 설계보다 훨씬 낮았기 때문에 증가되었다. 이들 RPM 값을 기반으로, 설계(1395)의 평균 속력은 75.2 피트/s이고, 설계(1290)의 평균 속력은 81.7 피트/s이며, 설계(1200)의 평균 속력은 114.2 피트/s이다.
도 86 및 도 87의 설계에 있어서, 회전축으로부터의 평균 거리는 4.75 인치이고, RPM 값은 3080이다. 따라서, 5개의 설계에 대해 표면에 대한 평균 속력은 동일하고 127.6 피트/s이다. 도 86과 도 87은 동일한 설계를 도시한다. 그러나, 도 87에서, 높이 범위와 리프트 범위가 좁아지므로 설계 간의 차이를 식별할 수 있다.
수치 결과는 .25, .5, .75, 1 및 1.25 인치에서 발생되었다. 수치 결과 중 일부는 지수 방정식을 사용하여 곡선 맞춤되었다. 도 85에서, 설계(1290)은 .75 인치 이상으로 가장 큰 리프트를 발생할 것으로 예측된다. 0.25 인치 미만에서, 곡선 맞춤은 설계(1200)가 더 많은 리프트를 발생할 것으로 예측한다. 설계(1290)은 다른 설계에 비해 표면에 대한 자석 하부의 평균 속력이 더 낮더라도 다른 설계보다 큰 높이 값에서 더 많은 리프트를 발생한다.
도 86 및 도 87에서, 높이의 함수로서 예측된 리프트는 5개의 설계에 대해 제시된다. 실선의 곡선 맞춤은 클러스터당 10 입방 인치의 자석을 갖는 2개의 선형으로 배열된 클러스터를 포함하는 도 75의 설계(1360)에 대한 데이터의 지수적 맞춤이다. 점선의 곡선 맞춤은 도 65의 설계(1230)를 위해 원형으로 배열된 자석의 지수적 맞춤이다.
도 88 및 도 87의 다섯 가지 설계는 각각 동일한 강도의 동일한 불륨의 자석을 사용한다. 자석은 표면에 대한 자석의 평균 속력이 동일하도록 배열된다. 서로 다른 자석 배열에 대한 리프트 예측은 배열마다 다르다. 설계 간의 성능은 높이에 따라 다르다. 예를 들어, 설계(1360)에 대해 예측된 리프트는 .25와 .5 인치의 5 가지 설계 중 가장 크다. 그러나, 1 인치 및 1.25 인치에서, 설계(1320, 1240)은 더 많은 리프트를 발생시킬 것으로 예측된다.
다음에, 도 88, 도 89 및 도 90과 관련하여, 리프트 예측 및 스러스트 예측이 STARM의 틸트각의 함수로서 이루어진다. 도 88에서는, 도 63에 도시된 설계(1200)에 대해 틸트각의 함수로서 전체 리프트 및 추력의 예측이 도시되었다. 도 89에서, 틸트각의 함수로서 예측된 총 리프트가 도 69의 설계(1290)에 대해 도시되었다.
도 90에 도 69의 설계(1290)에 대한 틸트각의 함수로서 예측된 추력이 도시되었다. 설계(1290)의 경우, 자석 구성이 표면에 대해 회전함에 따라 추력이 변한다. 이것은 최소값과 최대값 사이에서 진동한다. 각 틸트각에 대한 최대 값과 최소값이 도면에 도시되었다.
도 88에서, 틸트각은 0도 내지 7도 사이에서 변화된다. STARM이 3080 RPM으로 회전하는 경우 틸트축의 표면 위에 1 인치 높이가 시뮬레이트된다. 따라서, 기판의 표면까지의 STARM의 부분의 거리는 1보다 크고, STARM의 부분의 거리는 1보다 작다. 그러나, STARM 하부에서 기판까지의 평균 거리는 1 인치이다. 도 89 및 도 90에서, 틸트각은 0도 내지 7도 사이에서 변화한다. STARM이 6000 RPM으로 회전되는 곳에서 회전축의 표면 위에 1 인치 높이가 다시 시뮬레이트된다.
도 88 및 도 89에서, 총 리프트는 틸트각에 따라 증가하는 것으로 예측된다. 효과는 설계(1290)와 비교하여 설계(1200)에 있어 더 크다. 일부 실시예에서, STARM은 발생되는 큰 리프트를 이용하기 위해 0보다 큰 각도로 고정될 수 있다. 고려된 틸트각에서, 총 리프트는 각도에 따라 선형으로 증가하는 것으로 나타난다.
도 88 및 도 90에서, 스트러스는 틸트각에 따라 증가한다. 고려된 틸트각에서, 추력은 각도에 따라 선형으로 증가한다. 설계(1200)와 비교하여 더 큰 총 리프트가 1290에 대해 예측되더라도, 큰 추력은 도 90의 설계(1290)와 비교하여 도 88에서 설계(1200)에서 예측된다. 따라서, 일부 실시예에서, 설계(1200)는 스러스트를 발생하기 위해 선택될 수 있는 반면에 설계 1290는 리프트를 발생하기 위해 선택될 수도 있을 것이다. 도 37과 관련하여 상술한 바와 같이, STARM은 리프트 또는 추력을 발생하도록 특화될 수 있다. 이들 시뮬레이션을 기반으로, 일부 설계는 리프트 힘을 발생하기에 더 적합할 수 있고, 다른 설계는 추력을 발생하기에 더 적합할 수 있다.
다음에, 도 91 내지 도 105와 관련하여, 8 입방 인치의 자석을 사용하는 일부 자석 구성이 설명된다. 도 91에는 자석 구성(1500)이 도시되었다. 자석 구성은 한번 반복된 자석(1502, 1504, 1506, 1508)에 도시된 극성 정렬 패턴을 포함한다. 이것은 8개의 1 인치 입방 자석으로부터 형성된다. 자석 구성(1500)은 4개의 극 자석 및 4개의 가이드 자석을 포함한다. 반복되는 극성 정렬 패턴은 설계(1200)에 대해 도 63에 도시된 것과 동일하다. 따라서, 도 63과 관련하여 기술된 변형예가 채택될 수 있다. 총 볼륨2/3에 대한 자석 하부 면적의 비는 2이다.
자석 구성(1500)을 사용하여 시뮬레이션이 발생되었다. 시뮬레이션은 여러 높이에서 6000 RPM으로 ½ 인치 구리 플레이트에 대해 수행되었다. 다음 도면에서, 시뮬레이션으로부터 와전류 패턴이 도시된다. 표면 위에 .25 인치 높이가 사용된다.
도 92에서, 시뮬레이션으로부터의 와전류 패턴(1510)이 도시되었다. 극성 배열 패턴은 도 91에서와 동일하다. 1520과 같은 4개의 와전류가 예측된다. 와전류는 각각 가이드 자석 및 극 자석을 포함한다. 예를 들어, 와전류(1520)는 가이드 자석(1502) 및 극 자석(1504)을 포함한다. 가장 강한 전류는 주로 1502 및 1506과 같은 가이드 자석 아래에 형성된다.
도 93에서, 자석 극성 배열 패턴은 도 91에서와 동일하다. 자석은 높이 0.5 인치 x 길이 2 인치 x 폭 1 인치이다. 따라서, 자석의 하부 면적은 16이다. 따라서, 총 볼륨2/3에 대한 자석의 하부 면적의 비는 4이다.
예측된 와전류 패턴(1530)이 도 94에 도시되었다. 도 93 및 도 94에 극성 배열 패턴은 동일하다. 1532와 같은 4개의 와전류가 예측된다. 길어진 자석을 사용한 와전류는 클로버 잎 형상을 제공한다.
도 95에서, 8개의 입방 인치 자석의 구성(1540)은 도 91과 동일한 구성으로 배열된다. 그러나, 극성 배열 패턴은 상이하다. 1540에서, 자석 극의 교번하는 북-남 분포가 사용된다. 따라서, 가이드 자석 볼륨 대 극 자석 볼륨의 비는 0이다. 와전류 패턴(1550)이 도 96에 도시되었다. 1552와 같은 8개의 와전류가 각각의 극 자석에 대해 하나로 예측된다.
도 97에서, 8개 입방 인치 자석의 구성(1560)은 각 자석의 두 측 각각의 부분이 인접 자석과 접촉하도록 배열된다. 자석(1562, 1564, 1566, 1568)에 보인 극성 배열 패턴은 선을 따라 정렬되고 극 자석(1564)을 지시하는 극성 방향을 갖는 2개의 가이드 자석(1562, 1566)을 제공한다. 이 패턴은 1회 반복된다.
와전류 패턴(1570)이 도 98에 도시되었다. 1552와 같은 4개의 와전류가 예측된다. 각각의 와전류는 가이드 자석 및 극 자석 쌍을 포함한다.
도 99에는 2 인치 × 1 인치 × 1 인치 자석의 4개의 자석 어레이를 포함하는 구성(1580)이 도시되었다. 자석 어레이는 회전축(1588)에 걸쳐있다. 극성 배열 패턴은 각 단부에서 극 자석(1582, 1586)을 포함한다. 극 자석들 사이에는 가이드 자석(1584a, 1584b)이 제공된다. 가이드 자석 극성은 극 자석(1586)에서 극 자석(1582)을 향한다.
와전류 패턴(1590)이 도 100에 도시된다. 1592와 같은 2개의 와전류가 예측된다. 두 개의 와전류는 어레이의 중앙에 있는 가이드 자석 아래에 강한 전류를 공급하기 위해 서로 상호작용한다.
도 101에는 4개 자석의 구성(1600)이 도시되었다. 어레이 내 자석은 높이 1/2 인치 x 길이 4 인치 x 폭 1 인치이다. 따라서, 볼륨은 이전 설계에서와 같이 8 입방 인치이다. 극성 배열 패턴은 도 99에서와 동일하다.
와전류 패턴(1610)이 도 102에 도시되었다. 두 개의 주 와전류(1612a, 1612b)가 예측된다. 주 와전류와 다소 통합되는, 가능한 2차 와전류(1614a, 1614b)가 도시되었다. 다시, 구성(1600)의 중심에 있는 가이드 자석 아래에 많은 양의 전류가 발생된다.
도 103에는 디스크 내에 배열된 3개의 자석의 구성(1620)이 도시되었다. 3개의 자석의 볼륨은 8 입방 인치이다. 중앙 자석(1626)은 디스크 형상이고 애퍼처(1628)를 포함한다. 애퍼처(1628)는 회전가능 부재가 중심 자석을 통해 장착되게할 수 있다. 자석(1622, 1624)은 디스크(1626)를 둘러싸 링을 형성한다. 3개의 자석에 할당된 극성 정렬 패턴은 도 99 및 도 101에 도시된 패턴과 유사하다.
대안적 실시예에서, 모든 자석은 자석(1626)의 극성을 갖는 가이드 자석이 되도록 할당될 수 있다. 그 다음, 단일 디스크 자석이 사용될 수 있다. 이 극성 정렬 패턴은 도 99의 설계(1580)과 도 101의 설계(1600)에도 사용될 수 있다. 가이드 자석만을 사용하여, 리프트가 예측된다. 그러나, 예측되는 리프트는 가이드 자석과 극 자석과의 조합이 사용될 때보다 적다.
여러 실시예에서, 자석(1622, 1624)의 원호 길이는 자석이 더 이상 링을 형성하지 않도록 더 작을 수 있다. 예를 들어, 자석(1622, 1624)의 원호 길이는 도시된, 180도와는 반대로 90도일 수 있다. 또한, 자석(1622, 1624, 1626)의 반경방향 폭은 더 크게 또는 더 작게 만들 수 있다. 다른 실시예에서, 애퍼처(1628)는 더 작거나, 더 크게 만들거나 또는 제거될 수 있다.
도 104에는 설계를 위해 예측된 와전류 패턴(1630)이 도시되었다. 2개의 와전류(1632, 1634)가 예측된다. 두 개의 와전류는 상호작용하여 디스크 형상의 자석(1626) 아래에 집중된 전류 영역을 발생한다. 이 설계에 대해 예측된 리프트는 고려된 하나의 조건에 대해 도 99의 설계(1580) 및 도 101의 설계(1600)에 대해 예측된 리프트보다 작았다.
도 105에서, a) 도 97의 설계(1560), b) 도 91의 설계(1520), c) 도 99의 설계(1580), d) 도 95의 설계(1540), (e) 도 101의 설계(1600), f) 도 93의 설계(1530)에 대해서 리프트 대 높이의 예측들이 비교된다. 설계는 모두 8 입방 인치의 자석을 사용한다. 시뮬레이션은 6000 RPM에서 ½ 인치 두께 구리 플레이트 위의 .25, .5, .75, 1 및 1.25 인치의 높이에서 수행되었다.
설계(1600) 및 설계(1540)에 대한 지수 곡선 맞춤이 도시되었다. 이들 두 가지 설계는 리프트 예측에 상한과 하한을 제공한다. 설계(1540)는 교대로 되게 배열된 극만 사용하여 원으로 배열된 8개의 자석을 사용한다.
다음에, 자석 구성 및 극성 정렬 패턴의 몇몇 대안적 실시예가 도 106 내지도 113과 관련하여 논의된다. 도 106에서, 1710과 같은 8각형 형상의 자석으로부터 형성된 자석 구성(1700)이 도시되었다. 4개의 자석의 중심은 원(1712) 주위에 정렬된다. 나머지 4개의 자석은 이들 4개의 자석 간에 갭에 들어맞는다. 자석은 각 자석의 두 측이 두 인접한 자석과 접촉하도록 배치된다. 극성 정렬 패턴은 2개의 가이드 자석 및 2개의 극 자석을 포함한다. 패턴은 한번 반복되며 앞에서 설명한 패턴과 유사하다.
도 107에는, 1722와 같은 직사각형 자석으로 형성된 자석 구성(1720)이 도시되었다. 자석은 중간에 공간이 있는 정사각형을 형성하도록 배열된다. 극성 정렬 패턴은 2개의 가이드 자석 및 2개의 극 자석을 포함한다. 패턴은 한번 반복되며 앞에서 설명한 패턴과 유사하다.
도 108에는, 1732와 같은 직사각형 자석으로 형성되는 자석 구성(1730)이 도시되었다. 자석은 바깥 둘레가 정사각형이 되도록 배열된다. 일 실시예에서, 24개의 자석이 사용된다. 다른 실시예에서, 자석(1734a, 1734b, 1734c, 1734d)은 구성 내에 더 큰 공간을 제공하도록 제거될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 공간은 모터를 수용하기 위해 사용될 수 있다. 이 예에서는 20개의 자석이 사용된다.
극성 정렬 패턴은 2개의 가이드 영역 및 2개의 폴 영역을 포함한다. 패턴은 한번 반복되며 앞에서 설명한 패턴과 유사하다. 자석(1734a, 1734b, 1734c, 1734d)을 포함하는 제1 실시예에서, 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 0.5이다. 자석(1734a, 1734b, 1734c, 1734d)이 제거된 제2 실시예에서, 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 2/3이다.
도 109에는 디스크 형상인 자석 구성(1730)이 도시되었다. 디스크는 3개의 자석(1742, 1746, 1748)으로 형성될 수 있다. 애퍼처(1748)는 자석(1742)의 중앙에 제공될 수 있거나 자석(1742)은 고형일 수 있다. 예로서, 높이가 1 인치인 디스크는 20 입방 인치의 볼륨을 가지며, ½ 인치의 애퍼처 반경은 약 2.47 인치의 바깥 반경을 갖는다. 여러 실시예에서, 디스크의 총 볼륨, 높이 및 애퍼처 반경은 다를 수 있다.
극성 정렬 패턴은 2개의 극 자석(1744 및 1746)과, 2개의 극 자석 사이에 단일 극성을 갖는 중심 자석을 포함한다. 이 극성 정렬 패턴은 다양한 설계들에 관하여 위에서 설명되었다. 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비는 다양할 수 있으며, 단지 예시 목적으로 설계(1740)가 도시된다.
도 110에 자석 구성(1750)이 도시되었다. 자석 구성은 링을 형성하기 위해 서로 들어맞는, 1752와 같은 사다리꼴 형상의 자석을 사용한다. 자석은 STARM의 구조적 구성성분일 수 있는 프레임(1754) 내에 에워싸인다. 극성 정렬 패턴은 2개의 가이드 자석 영역 및 2개의 극 자석 영역을 포함한다. 패턴은 한번 반복되며 이전에 설명된 다양한 설계와 유사하다.
도 111에 자석 구성(1760)이 도시되었다. 구성(1760)은 설계(1750)의 변형예이다. 특히, 1762와 같은, 4개의 추가의 입방 형상 자석은 4개의 극 영역 각각에 인접하여 추가되었다. 이들 입방 형상 자석은 극 자석 볼륨에 대한 가이드 자석 볼륨의 비를 감소시킨다.
도 112에서, 삼각형 형상의 자석을 사용하는 자석 구성(1770)이 사용된다. 8개의 삼각형 형상의 자석이 도시되었다. 자석은 직사각형 박스를 형성하도록 배열된다. 일 실시예에서, 입방 자석은 2개의 삼각형 형상의 자석에 대해 사용될 수 있다. 각 자석의 극성이 도시되었다. 패턴은 2개의 극 영역 및 2개의 가이드 영역을 포함한다. 패턴이 한번 반복된다.
도 113에 자석 구성(1780)이 도시되었다. 극성 배열 패턴은 직사각형 형상의 자석이 사용된다는 점을 제외하면 도 112의 패턴과 유사하다. 1784와 같은 가이드 자석은 앞에서 보인 바와 같이 자석의 면에 수직인 것과는 반대로 대각선을 따라 자화된다.
비행 데이터
이 단락에서, 2개의 비히클으로부터의 수행을 포함하는 비행 데이터가 제공된다. 먼저, 비히클에 대한 설명이 제시되고 테스트 결과가 도시된다. 도 114는 비히클(1800)의 저면도이다. 도 114에서, 비히클(1800)은 4개의 호버 엔진(1804a, 1804b, 1804c, 1804d)을 포함한다. 호버 엔진은 동일한 크기이고 유사한 구성성분, 즉 유사한 모터, 자석 수, STARM 직경, 등을 사용한다. 비히클(1800)의 치수는 길이 약 37.5 인치 x 높이 4.5 인치 x 폭 18.5 인치이다. 무하중 비히클의 무게는 약 96.2 파운드이다.
각 호버 엔진은 모터(도시되지 않음) 및 회전을 허용하기 위해 슈라우드(1818)와 STARM(1825) 사이에 갭을 갖는 엔진 슈라우드(1818)와 함께, 1825와 같은 STARM을 포함한다. STARM(1825)는 커넥터(1822)를 통해 모터에 연결된다. 도면에서 STARM 밑에 장착된 모터는 STARM을 회전시키는 입력 토크를 제공한다. 대안적 실시예에서, 단일 모터는 1825와 같은 하나 이상의 STARM을 구동하게 구성될 수 있다.
325와 같은 STARM은 직경이 8.5 인치이다. STARM은 16개의 1 인치 입방 자석을 수용하게 구성된다. 따라서, 비히클 상의 자석의 전체 볼륨은 64 입방 인치이다. 각각의 STARM 상의 16개의 자석은 도 63에 도시된 것과 유사한 원형 패턴으로 배열되었다. 극성 배열 패턴은 2개의 가이드 자석 및 2개의 극 자석이 1회 미만 반복되는 것을 제외하고 도 63에 도시된 것과 유사하다.
네오디뮴 N50 강도 자석이 사용된다. 자석 각각은 무게가 약 3.6 온스이다. 따라서, 한 호버 엔진에 대한 총 자석 무게는 약 3.6 파운드(힘)이다.
일 실시예에서, 모터는 Hacker Motor(Ergolding, Germany)의 ql50 DC 브러시리스 모터일 수 있다. 모터는 50 볼트의 공칭 전압 및 2 Amp의 무하중 전류를 갖는다. 무게는 약 1995 그램이다. 속도 상수는 약 52.7/분이다. 에타 맥스(eta max)에서 RPM은 약 2540이다. 에타 맥스에서 토크는 약 973.3 N-cm이다. 에타 맥스에서 전류는 약 53.76 Amp이다.
호버 엔진 각각은 1818과 같은 슈라우드를 갖는다. 슈라우드(1818)는 STARM의 하부가 노출되게, STARM을 부분적으로 에워싼다. 다른 실시예에서, 슈라우드는 STARM의 하부를 둘러쌀 수 있다. 틸트 메커니즘(1812)은 각 호버 엔진의 슈라우드(1818)에 결합된다. 틸트 메커니즘(1812)은 피봇 암(1810)에 결합된다. 호버 엔진1804a, 1804b, 1804c, 1804d)은 지지 구조(1802) 밑에 매달린다. 1810과 같은 피봇 암은 지지 구조 내 애퍼처를 통해 확장한다.
각 호버 엔진 내 모터는 배터리로 파워가 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 16개의 배터리 팩이 사용된다. 배터리는 VENOM 50C 4S 5000MAH 14.8 볼트 리튬 폴리머 배터리 팩(Atomik RC, Rathdrum, ID)이다. 각 배터리는 약 19.25 온스 무게이다. 배터리의 치수는 5.71 인치 × 1.77 인치 × 1.46 인치이다. 최소 전압은 12 V이고, 최대 전압은 16.8 V이다.
16개의 배터리는 4개의 배터리의 4 그룹으로 함께 와이어되고, 각각 4개의 이웃한 배터리 팩에의 커넥터(1816a, 1816b)를 통해 1806a 및 1806b과 같은 모터 전자 속도 제어기에 결합된다. 각 그룹에 4개의 배터리는 이 예에서 전자 속도 제어기에 최대 약 60V를 제공하기 위해 직렬로 와이어된다. 커넥터(1816c, 1816d) 각각은 4개의 배터리에 그리고 전자 속도 제어기에 연결한다. 2개의 전자 속도 제어기는 1806a 및 1806b 뒤에 스택된다. 따라서, 각 모터마다 하나씩, 4개의 브러시리스 전자 속도 제어기가 사용된다. 전자 속도 제어기는 Jeti Spin Pro 300 Opto 브러시리스 전자 속도 제어기(Jeti USA, Palm Bay, FL)이다.
테스트 동안, 데이터 로거(logger)가 모터들 중 하나에 연결되었다. 데이터 로거는 모터의 암페어, 전압 및 RPM을 기록하기 위해 사용되었다. 데이터 로거는 elogger v4(Eagle Tree Systems, LLC, Bellevue, WA)이다. 테스트 중에 기록된 데이터는 아래 표 2에 제시되었다.
테스트를 위해, 0초 시점에서 비히클 #1의 무하중 무게는 96.2 파운드이다. 전술한 바와 같이, 비히클은 4개의 호버 엔진을 포함한다. 전압, 암페어 및 RPM은 호버 엔진 중 하나로부터의 측정이다. 높이는 호버 엔진 중 하나에 있는 STARM의 자석의 하부에서 구리 테스트 트랙의 표면까지 측정된다. 구리 테스트 트랙은 1/8 인치 두께의 구리 시트로부터 형성된다.
테스트 비히클 #1 (도 114)
시간
(sec)		 총 무게 (lbs) 파워 (Watts) 전압 (Volts) 전류 (Amps) RPM 호버 높이 (mm)
0 96.2 855 64.64 13.22 3195 24.4
19.6 184 1479 62.93 23.50 3020 19.9
33.8 273.2 2141 61.22 34.97 2848 15.5
46.9 362.4 2836 59.62 47.58 2689 14.2
57.7 450.4 3381 58.22 58.07 2549 11.9
69.2 499.6 3665 57.42 63.82 2486 10.7
83.3 550 4092 56.46 72.48 2394 11
95.5 579.6 4316 55.92 77.18 2361 8.2
103.3 609.2 4418 55.60 79.47 2329 7.5
110.7 629.4 4250 55.71 76.30 2355 7.9
118.7 649.7 4363 55.27 78.95 2314 7.3
제2 비히클(도시되지 않음)에서, 섀시는 합판으로부터 형성되었다. 비히클 치수는 46 인치 x 15.5 인치 x 5 인치였다. 비히클의 무게는 무하중 77 파운드였다. 지름이 14 인치인 STARM을 가진 2개의 호버 엔진이 사용되었다. 호버 엔진은 제위치에 고정되었고 호버 엔진을 틸트되게 할 수 있는 메커니즘은 제공되지 않았다.
각 STARM은 도 63에 도시된 것과 유사한 원형 패턴으로 배열된 32 입방 인치 자석을 포함한다. 극성 배열 패턴은 도 63과 유사하다. 그러나, 2개의 가이드 자석 및 2개의 극 자석을 포함하는 극성 배열 패턴은 도 63과 비교하여 더 많이 반복된다.
2개의 해커 모터가 사용된다(각각의 STARM에 하나씩). Kv가 48인 해커 모터 모델 번호 QST-150-45-6-48이 각 STARM에 파워를 공급하기 위해 사용되었다. 각 해커 모터는 STARM 중 하나와 전자 속도 제어기에 결합된다.
이 비히클에 대해서, Jeti Spin Pro 200 Opto 브러시리스 전자 속도 제어기(Jeti USA, Palm Bay, FL)가 사용된다. 제1 테스트 비히클에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 배터리 유형이 사용되었다. 그러나, 제1 테스트 비히클에 비해 제2 비히클에는 8개의 배터리만 사용되었다. 배터리는 4개의 두 그룹으로 나누어지고 각 모터에 약 60 볼트의 공칭 전압을 제공하기 위해 직렬로 와이어되었다.
제2 비히클이 무하중으로 자유 비행에서 호버할 수 있게 하고 이어 플레이트 무게가 비히클에 가해지는 테스트가 수행되었다. 테스트가 시작되기 전에 플레이트는 가중되었다. 비히클은 3개의 1/8 인치 두께의 구리에 대해 동작되었다.
모터들 중 하나에 대한 전류, 전압 및 RPM은 Eagle 시스템 데이터 로거를 사용하여 비행 중에 측정되었다. 호버 높이라고 불리는, 구리까지의 자석 하부의 거리를 수동으로 측정하였다. 비행에 대한 테스트 결과는 다음과 같이 표 3에 나타내었다.
비히클 #2에 대한 비행 테스트 데이터
테스트 비히클 #2
시간 (sec) 총무게 (lbs) 파워 (Watts) 전압 (Volts) 전류 (Amps) RPM 호버 높이 (mm)
0 77 1853 61.3 30.2 2942 26.9
10 165 3333 58.8 56.7 2820 22.3
17.1 254 4700 56 84 2686 18.3
23.1 343 5944 52.6 113 2525 14.6
본 발명의 실시예는 또한, 자기 리프트 시스템을 제어하기 위해 실행가능한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다. 매체 및 프로그램 명령은 본 발명의 목적을 위해 특별하게 설계되고 제작된 것들이거나, 컴퓨터 소프트웨어 기술에 당업자에게 잘 공지되고 이용가능한 임의의 종류일 수 있다. 프로세서에 의해 실행될 때, 이들 프로그램 명령은 위에서 설명된, 방법 및 기술, 및 이들의 구성성분 중 임의의 것을 구현하기에 적합하다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예는 하드 디스크와 같은 자기 매체, 반도체 메모리, CD-ROM 디스크와 같은 광학 매체; 광학 디스크와 같은 자기-광학 매체; 및 판독-전용 메모리 디바이스(ROM), 플래시 메모리 디바이스, EEPROM, EPROM 등, 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은, 프로그램 명령을 저장하도록 특수하게 구성되는 하드웨어 디바이스를 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 프로그램 명령의 예는 이를테면 컴파일러에 의해 생성되는, 기계 코드 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 상위-레벨 코드를 포함하는 파일 둘 다를 포함한다.
설명의 목적을 위해, 앞에서의 설명은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 특유한 명명을 사용하였다. 그러나, 당업자에게 구체적인 세부사항이 본 발명을 실시하기 위해 불필요하다는 것이 분명할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 앞에서의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위하여 제시된다. 이들은 철저하거나 본 발명을 개시된 명확한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 전술한 교시들의 관점을 고려하여 많은 수정들 및 변형들이 가능하다는 것이 당업자에게 분명할 것이다.
실시예가 몇몇 특정한 실시예의 면에서 설명되었지만, 대안물, 치환물, 및 균등물이 존재하고, 이는 이들의 일반적인 개념의 범위에 포함된다. 본 실시예의 방법 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방법이 존재한다는 것에 유의한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항이 설명된 실시예의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 것과 같은 모든 대안물, 치환물, 및 균등물을 포함하는 것으로 해석된다는 것이 의도된다.

Claims (44)

  1. 제1 호버 엔진, 제2 호버 엔진, 제3 호버 엔진 및 제4 호버 엔진으로서, 상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진 및 상기 제4 호버 엔진 각각은,
    권선, 제1 세트의 영구 자석, 및 상기 제1 영구 자석들을 유지하는 제1 구조를 포함하되, 상기 권선에 전류가 인가되어 상기 권선 또는 상기 제1 세트의 영구 자석이 회전하게 하는, 전기 모터;
    제2 구조를 회전시키기 위해 상기 전기 모터로부터 회전 토크를 수신하게 구성된 상기 제2 구조로서, 상기 제2 구조는 제2 세트의 영구 자석을 유지하되, 상기 제2 세트의 영구 자석은 기판 내에 와전류를 유도하게 회전되어, 비히클(vehicle)이 상기 기판 위에서 호버(hover)하게 하고 그리고/또는 상기 기판을 따라 위치 간에 병진하게 하는 힘을 발생시키기 위해 상기 유도된 와전류 및 상기 제2 세트의 영구 자석이 상호작용하게 하는, 상기 제2 구조를 갖는, 상기 제1 호버 엔진, 제2 호버 엔진, 제3 호버 엔진 및 제4 호버 엔진;
    상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진, 및 상기 제4 호버 엔진에 결합된 하나 이상의 속도 제어기;
    섀시(chassis);
    상기 섀시 및 상기 제1 호버 엔진에 결합된 제1 액추에이터로서, 상기 제1 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 회전가능하고, 상기 제1 액추에이터는 안내, 내비게이션 및 제어(GNC; guidance, navigation and control) 시스템으로부터 제1 명령들을 수신하고 상기 제1 명령들에 응하여 상기 제1 호버 엔진이 상기 섀시에 대해 회전하게 하는 제1 힘을 발생하게 구성된 제1 제어기를 포함하는, 상기 제1 액추에이터;
    상기 섀시 및 상기 제2 호버 엔진에 결합된 제2 액추에이터로서, 상기 제2 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 회전가능하고, 상기 제2 액추에이터는 상기 GNC 시스템으로부터 제2 명령들을 수신하고 상기 제2 명령들에 응하여 상기 제2 호버 엔진이 상기 섀시에 대해 회전하게 하는 제2 힘을 발생하게 구성된 제2 제어기를 포함하는, 상기 제2 액추에이터;
    상기 섀시 및 상기 제3 호버 엔진에 결합된 제3 액추에이터로서, 상기 제3 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 회전가능하고, 상기 제3 액추에이터는 상기 GNC 시스템으로부터 제3 명령들을 수신하고 상기 제3 명령들에 응하여 상기 제3 호버 엔진이 상기 섀시에 대해 회전하게 하는 제3 힘을 발생하게 구성된 제3 제어기를 포함하는, 상기 제3 액추에이터;
    상기 섀시 및 상기 제4 호버 엔진에 결합된 제4 액추에이터로서, 상기 제4 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 회전가능하고, 상기 제4 액추에이터는 상기 GNC 시스템으로부터 제4 명령들을 수신하고 상기 제4 명령들에 응하여 상기 제4 호버 엔진이 상기 섀시에 대해 회전하게 하는 제4 힘을 발생하게 구성된 제4 제어기를 포함하는, 상기 제4 액추에이터;
    상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진, 및 상기 제4 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 그리고 서로에 대해 각각 독립적으로 회전 가능하며;
    상기 GNC 시스템은 상기 제1 제어기, 상기 제2 제어기, 상기 제3 제어기 및 제4 제어기 및 관성 측정 유닛(IMU; inertial measurement unit)에 통신 가능하게 결합되고, 상기 GNC 시스템은 상기 IMU로부터 센서 데이터를 수신하고, 시간의 함수로서 상기 비히클의 방위 및 속력을 포함하는 안내 솔루션을 발생시키고, 상기 안내 솔루션을 구현하기 위해 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 및 상기 제4 액추에이터에 보낼 제어 명령들을 발생시키게 구성되고;
    상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진 및 상기 제4 호버 엔진에 그리고 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터에 전류를 공급하는 온-보드 전원을 포함하는, 비히클,
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 온-보드 전원은 하나 이상의 배터리인, 비히클.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 온-보드 전원과 상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진 및 상기 제4 호버 엔진 사이에 전기적으로 배치되고, 상기 모터들의 회전 레이트를 제어하기 위해 상기 모터들에 의해 수신되는 전류를 제어하게 구성된, 하나 이상의 속도 제어기를 더 포함하는, 비히클.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 GNC 시스템은 상기 하나 이상의 속도 제어기에 통신가능하게 결합되고, 상기 모터들 각각의 회전 레이트를 제어하기 위해 상기 하나 이상의 속도 제어기와 통신하게 구성된, 비히클.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 각각이 상기 호버 엔진들 중 하나와 상기 온-보드 전원 사이에 전기적으로 배치되고, 각각이 상기 모터들 중 하나의 회전 레이트를 제어하기 위해 상기 모터들 중 상기 하나에 의해 수신되는 전류를 제어하게 구성된, 4개의 전자 속도 제어기를 더 포함하는, 비히클,
  6. 청구항 1 내지 3 또는 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 솔루션은 시간의 함수로서 호버 높이를 더 포함하고, 상기 GNC 시스템은 상기 시간의 함수로서 상기 호버 높이를 제어하기 위해 4개의 상기 호버 엔진 각각의 틸트 위치 혹은 4개의 상기 호버 엔진 각각의 리프트 출력 중 하나 이상을 제어하게 더 구성된, 비히클.
  7. 청구항 1 내지 3, 5 또는 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 솔루션은 시간의 함수로서 가속 레이트를 더 포함하고, 상기 GNC 시스템은 상기 시간의 함수로서 상기 가속 레이트를 발생시키기 위해 4개의 상기 호버 엔진 각각의 틸트 위치 중 하나 이상을 제어하게 더욱 구성된, 비히클.
  8. 청구항 1 내지 3, 5 내지 6 또는 7 중 어느 한 항에 있어서, GNC 시스템은 상기 비히클이 대략 상기 기판 상의 대략 제1 위치 위에 머물러 있는 동안 상기 비히클을 제자리에서 회전시키도록 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터를 제어하게 더 구성된, 비히클.
  9. 청구항 1 내지 3, 5 내지 7 또는 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비히클이 정지 위치에서 호버하는 동안, 상기 GNC 시스템은 상기 비히클을 제1 선형 방향으로 이동시키고, 이어 제2 선형 방향으로 이동시키기 위해 상기 비히클을 회전함이 없이 상기 제1 선형 방향에 수직한 제2 선형 방향으로 상기 비히클을 이동시키도록 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터를 제어하게 더욱 구성된, 비히클.
  10. 청구항 1 내지 3, 5 내지 8 또는 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GNC 시스템은 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 모바일 제어 유닛과 통신하게 구성된, 비히클.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 GNC 시스템은 상기 모바일 제어 유닛으로부터 방향 입력 명령을 수신하고 그에 응하여 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터 각각이 상기 방향 입력 명령을 구현하도록 제어 명령들을 발생시키게 구성된, 비히클.
  12. 청구항 1 내지 3, 5 내지 9 또는 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 제1 회전축 주위로 틸트하게 구성되고, 상기 제2 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 제2 회전축 주위로 틸트하게 구성되고, 상기 제3 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 제3 회전축 주위로 틸트하게 구성되며, 상기 제4 호버 엔진은 상기 섀시에 대해 제4 회전축 주위로 회전하게 구성된, 비히클.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 회전축은 상기 제2 회전축에 대해 90도 각도의 방위로 놓이고, 상기 제1 회전축은 상기 제3 회전축에 대해 90도 각도의 방위로 놓이고, 상기 제1 회전축은 상기 제4 회전축에 평행하며, 상기 제2 회전축은 상기 제3 회전축에 평행한, 비히클.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 회전축은 상기 제2 회전축에 대하여 각도의 방위로 놓이고, 상기 제1 회전축은 상기 제3 회전축에 대하여 180도 마이너스 상기 각도의 방위로 놓이고, 상기 제1 회전축은 상기 제4 회전축에 평행하며, 상기 제2 회전축은 상기 제3 회전축에 평행한, 비히클.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 호버 엔진 중 하나 이상은 상기 제1 회전축에 관하여 적어도 20도의 각도 범위를 통해 회전하게 구성되거나, 상기 제2 호버 엔진은 상기 제2 회전축에 관하여 적어도 20도의 각도 범위를 통해 회전하게 구성되거나, 상기 제3 호버 엔진은 상기 제3 회전축에 관하여 적어도 20도의 각도 범위를 통해 회전하게 구성되거나, 또는 상기 제4 호버 엔진은 상기 제4 회전축에 관하여 적어도 20도의 각도 범위를 통해 회전하게 구성된, 비히클.
  16. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10 또는 12 중 어느 한 항에 있어서, 자석의 볼륨 및 극성 배열 패턴을 포함하는 상기 제2 세트의 영구 자석의 단일 자석 구성이 상기 상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진 및 상기 제4 호버 엔진 각각에 사용되는, 비히클.
  17. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12 또는 16 중 어느 한 항에 있어서, 제1 볼륨의 자석들 및 제1 극성 배열 패턴을 포함하는 상기 제2 세트의 영구 자석의 제1 자석 구성은 상기 제1 호버 엔진에 사용되며, 제2 볼륨의 자석들 및 제2 극성 배열 패턴을 포함하는 상기 제2 세트의 영구 자석의 제2 자석 구성은 상기 제2 호버 엔진에 사용되는, 비히클.
  18. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 또는 17 중 어느 한 항에 있어서, 제5 호버 엔진, 및 상기 섀시에 결합되고 상기 섀시에 대해 상기 제5 호버 엔진을 회전하게 구성된 제5 액추에이터를 더 포함하는, 비히클.
  19. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 17 또는 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섀시에 대해 고정된 방위로 고정된 제5 호버 엔진을 더 포함하는, 비히클.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 제5 호버 엔진은 상기 제1 호버 엔진, 상기 제2 호버 엔진, 상기 제3 호버 엔진 또는 상기 제4 호버 엔진 중 어느 하나보다 많은 리프트를 출력하게 구성된, 비히클.
  21. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 18 또는 19 중 어느 한 항에 있어서, 제5 액추에이터를 더 포함하고, 상기 제5 액추에이터는 상기 섀시에 대해 상기 제1 호버 엔진 및 상기 제1 액추에이터를 회전시키게 구성된, 비히클.
  22. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 19 또는 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 경사진, 비히클.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 GNC 시스템은 경사진 기판 상에 고정 위치에서 상기 비히클을 호버시키도록 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터를 제어하게 구성된, 비히클.
  24. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 19, 21 또는 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 IMU는 가속도계들을 포함하고, 상기 센서 데이터에서의 가속도 데이터를 상기 GNC 시스템에 보내게 구성된, 비히클.
  25. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 19, 21 내지 22 또는 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 IMU는 자이로스코프들을 포함하고, 상기 센서 데이터에서의 상기 자이로스코프들로부터의 회전 데이터를 상기 GNC 시스템에 보내게 구성된, 비히클.
  26. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 19, 21 내지 22, 24 또는 25 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 솔루션은 시간의 함수로서 상기 비히클의 각도 방위를 더 포함하고, 상기 GNC 시스템은 시간의 함수로서 상기 비히클의 상기 각도 방위를 제어하기 위해 4개의 상기 호버 엔진 각각의 틸트 위치 또는 4개의 상기 호버 엔진 각각의 리프트 출력 중 하나 이상을 제어하게 더 구성된, 비히클.
  27. 청구항 1 내지 3, 5 내지 10, 12, 16 내지 19, 21 내지 22, 24 내지 25 또는 26 중 어느 한 항에 있어서, GNC 시스템은 상기 기판을 따라 상기 비히클을 동시에 회전 및 병진하기 위해 상기 제1 액추에이터, 상기 제2 액추에이터, 상기 제3 액추에이터 및 상기 제4 액추에이터를 제어하게 더 구성된, 비히클.
  28. 권선, 제1 세트의 영구 자석 및 상기 제1 영구 자석들을 유지하는 제1 구조를 포함하는 전기 모터로서, 상기 권선에 전류가 인가되어 상기 권선 혹은 상기 제1 세트의 영구 자석 중 하나가 회전축에 관하여 회전하게 하는, 상기 전기 모터;
    제2 구조를 상기 회전축에 관하여 회전시키도록 상기 전기 모터로부터 회전 토크를 수신하게 구성된 상기 제2 구조를 포함하고;
    상기 제2 구조는 제2 세트의 영구 자석을 유지하되, 상기 제2 세트의 영구 자석은 기판 내에 와전류를 유도하게 회전되어, 리프트 힘을 발생시키기 위해 유도된 상기 와전류 및 상기 제2 세트의 영구 자석이 상호작용하게 되며;
    상기 제2 세트의 영구 자석은 1) 제1 극성, 및 상기 회전축으로부터 반경방향 거리에 있는 제1 볼륨의 자석들을 가지며, 상기 제1 극성은 상기 회전축에 평행한 제1 방향으로 있는, 제1 극성 영역, 2) 제2 극성, 및 상기 회전축의 대향하는 측 상에 반경방향 거리에 있는 제2 볼륨의 자석들을 가지며, 상기 제2 극성은 상기 제1 극성 영역의 반대되는 극성을 갖고 상기 회전축에 평행한 제2 방향으로 있는, 제2 극성 영역, 3) 상기 제1 극성 영역과 상기 제2 극성 영역 사이에서 상기 회전축에 수직인 라인을 따라 분포되고 상기 회전축에 수직인 제3 극성을 갖는, 제3 볼륨의 자석들을 갖는 제3 극성 영역을 포함하는, 호버 엔진.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 제2 구조는 디스크 형상인, 호버 엔진.
  30. 청구항 28 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터에 의해 수신되는 전류량을 제어하게 구성된 상기 모터에 전기적으로 결합된 전자 속도 제어기를 더 포함하는, 호버 엔진.
  31. 청구항 28 내지 30 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 및 상기 제2 구조의 적어도 일부를 에워싸는 슈라우드를 더 포함하는, 호버 엔진.
  32. 청구항 28 내지 31 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 구조는 상기 기판에 면하는 평탄 하부 표면을 포함하고, 상기 제1 볼륨의 자석들은 제1 평탄 하부 표면을 포함하고, 상기 제2 볼륨의 자석들은 제2 평탄 하부 표면을 포함하며, 상기 제3 볼륨의 자석들은 제3 평탄 하부 표면을 포함하되, 상기 제1 평탄 하부 표면, 상기 제2 평탄 하부 표면 및 상기 제3 평탄 하부 표면은 상기 평탄 하부 표면에 대략 평행하게 상기 제2 구조에 고정되는, 호버 엔진.
  33. 청구항 28 내지 32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 볼륨은 상기 제1 볼륨과 상기 제2 볼륨의 합보다 크거나 같은, 호버 엔진.
  34. 청구항 28 내지 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 자석들은 제1 평탄 하부 표면을 포함하고, 상기 제2 볼륨의 자석들은 제2 평탄 하부 표면을 포함하며, 상기 제3 볼륨의 자석들은 제3 평탄 하부 표면을 포함하되, 상기 제1 평탄 하부 표면의 면적, 상기 제2 평탄 하부 표면의 면적 및 상기 제3 평탄 하부 표면의 면적을 포함한 총 면적 대 상기 제1 볼륨, 상기 제2 볼륨 및 상기 제3 볼륨을 포함한 상기 자석들의 총 볼륨의 비가 2/3 파워에 대해서, 1보다 크거나 같은, 호버 엔진.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 비는 2보다 크거나 같은, 호버 엔진.
  36. 청구항 28 내지 34 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 자석들, 상기 제2 볼륨의 자석들 및 상기 제3 볼륨의 자석들은 각각 단일의 인접한 자석으로서 형성되는, 호버 엔진.
  37. 청구항 28 내지 34 또는 36 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 자석들, 상기 제2 볼륨의 자석들 및 상기 제3 볼륨의 자석들은 각각 복수의 자석으로 형성되는, 호버 엔진.
  38. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 37 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 볼륨의 자석들은 상기 회전축 부근에 애퍼처가 형성되도록 배열되고, 상기 애퍼처는 상기 제2 구조의 부분에 부착하는 상기 모터로부터 회전가능 부재를 수용하게 구성된, 호버 엔진.
  39. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 38 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 자석들, 상기 제2 볼륨의 자석들 및 상기 제3 볼륨의 자석들은 상기 구조 상에 서로 옆에 놓여졌을 때 직사각형 박스를 형성하게 성형되는, 호버 엔진.
  40. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 39 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 볼륨의 자석들, 상기 제2 볼륨의 자석들, 및 상기 제3 볼륨의 자석들은 상기 구조 상에 서로 옆에 놓여졌을 때 원통형 디스크를 형성하게 성형되는, 호버 엔진.
  41. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 40 중 어느 한 항에 있어서, 공기보다 적어도 10배 큰 자기 투자율을 갖는 물질층이 상기 모터 아래에 그리고 상기 제1 볼륨의 자석들, 상기 제2 볼륨의 자석들 및 상기 제3 볼륨의 자석들 위에 고정되고, 상기 기판은 상기 제1 볼륨, 상기 제2 볼륨 및 상기 제3 볼륨 밑에 있는, 호버 엔진.
  42. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 41 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 구조는 만곡된 상기 기판에 면하는 하부 표면을 포함하는, 호버 엔진.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 하부 표면은 볼록 또는 오목한, 호버 엔진.
  44. 청구항 28 내지 34 또는 36 내지 42 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 구조는 평평한 상기 기판에 면하는 하부 표면을 포함하는, 호버 엔진.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11281236B2 (en) * 2019-01-25 2022-03-22 Textron Innovations Inc. Alternative yaw control
KR20220138535A (ko) * 2021-04-05 2022-10-13 한국전자기술연구원 제동 모듈 및 이를 구비하는 부상 장치
KR20220138885A (ko) * 2021-04-05 2022-10-14 한국전자기술연구원 에너지 회수 모듈 및 이를 구비하는 부상 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9744878B2 (en) 2013-03-15 2017-08-29 Arx Pax Labs, Inc. Magnetically lifted vehicles using hover engines
US9263974B1 (en) 2013-03-15 2016-02-16 Arx Pax, LLC Hover engine for a hoverboard which generates magnetic lift to carry a person
US9352665B2 (en) 2013-03-15 2016-05-31 Arx Pax Labs, Inc. Magnetically lifted vehicles using hover engines
EP3129108A4 (en) 2014-04-08 2018-01-31 Arx Pax Labs, Inc Hoverboard
KR102159987B1 (ko) * 2018-10-30 2020-09-25 가천대학교 산학협력단 자기 부상 열차의 동특성 해석을 위한 시뮬레이션 방법
CN110040191A (zh) * 2019-05-15 2019-07-23 北京铁甲钢拳科技有限公司 一种机械腿
EP4087103A1 (de) 2021-05-03 2022-11-09 InDriveTec AG Linearantrieb

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09261805A (ja) * 1996-03-19 1997-10-03 Yaskawa Electric Corp 磁気浮上アクチュエータ
US6298318B1 (en) * 1998-07-01 2001-10-02 Ching-Fang Lin Real-time IMU signal emulation method for test of Guidance Navigation and Control systems
US6700242B2 (en) * 2000-12-28 2004-03-02 Hideo Kawamura Magnetic flux controls for permanent-magnet motor-generator
JP2007215264A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Sumitomo Heavy Ind Ltd アクチュエータ及び平面モータ及び平面移動装置
CN100510629C (zh) * 2006-09-21 2009-07-08 上海交通大学 双定子静电稳定电磁悬浮微转动陀螺
CN101875318B (zh) * 2009-04-28 2012-07-25 河南理工大学 一种磁悬浮车
JP2012019618A (ja) * 2010-07-08 2012-01-26 Atomu Giken:Kk 磁気浮上移動装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11281236B2 (en) * 2019-01-25 2022-03-22 Textron Innovations Inc. Alternative yaw control
KR20220138535A (ko) * 2021-04-05 2022-10-13 한국전자기술연구원 제동 모듈 및 이를 구비하는 부상 장치
KR20220138885A (ko) * 2021-04-05 2022-10-14 한국전자기술연구원 에너지 회수 모듈 및 이를 구비하는 부상 장치

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