分析的实验室玻瓶运动，使电子设备沿着生产线运动以让机器人可插入元件，分拣来自多个来源且必须分送到适当的位置的物体。在某些情况下可以使用轮子，轴承或其它滚动元件来帮助悬浮和引导，但本发明也可用于没有轮子(或其它滚动元件)且在轨道行驶表面上滑行的运载工具。当将要移动的物体不是太大时，没有轮子的运载工具可能很小且便宜。对于较重型的运载工具，同样的短块结构适合于轮子一或者轴承一为基础的悬挂和引导。
[0049]这样建成的运输系统将提供经济上有竞争力的、利用LSM推进来推动和控制在轨道上靠得很近的小型和中型运载工具。
[0050]本文所述的系统的其他方案有用作运输系统路轨(或“轨道”)构件的LSM电机模块。选择标准路轨构件模块按即插即用方式装配在一起，几乎可以形成变化无穷的设计方案。众电机模块(或简单些，“电机群”)不仅可以包含推进和智能路径选定元件，而且还含有可用来快速装配以及路轨配置的引导和结构支持件。此系统非常适合于要求清洁地工作和/或能冲洗的环境(非限制性例子)。它还可支持“轨迹跟踪”要求，因为每一个运载工具可以在整个系统中被独特地识别和不断地跟踪。
[0051]具有滑行运动能达到的摩擦系数的悬浮系统很适合用于吸引力可以忽略的LSM。在所举的实施例中，这是通过使用无芯电机来实现的，其中推进线圈例如被安装在贴近运载工具的磁体处。
[0052]下面各段落将说明本发明各实施例的部件和工作。应该指出，本设计可以有很多变化方案，而且这些变化方案是在本发明预料之内的，不过本说明书展示的是，如何利用可以合理成本制造的简单系统实现上述和其它的目标。
[0053]尬道
[0054]图1表示轨道的直线段，上面各运载工具13靠得很近地移动。轨道的结构可由其侧面上的导轨12提供一个或多个维度上的引导。对于不带轮子的运载工具，它们在轨道行驶表面上滑行，同时采用专门的材料(下面讨论)来最小化摩擦。轨道外壳11包含全部电子器件，包括位置传感装置，推进线圈，功率电子元件，以及微处理器。
[0055]这些图中所示的结构所依据的运载工具大约是50mm宽和50至60mm长。对于较大的物体，轨道和运载工具的尺寸可以按比例放大，尽管轨道模型是根据多个不同的比例因子建造。
[0056]运裁工具
[0057]图2和3表示可用作所建议的运输系统一部分的运载工具21。它比较小，大约50mm见方和20mm高，同时具有带行驶(或“滑行”)表面的元件32 (此处它们位于运载工具21的下表面上)，这些元件在轨道的行驶(或“滑行”)表面上滑行。运载工具顶部的孔22用来安装用于要被移动物体的支持机构。
[0058]该运载工具具有与弯曲轨道侧面匹配的曲形侧面23，以便能作短半径的水平转弯。运载工具由轨道引导，而且当运输物体时可在正常的直立位置运动，同时当不携带物体时在翻转的位置运动。它还可以越过垂向转弯。在运载工具各个角上的销24，31与岔道和模块内的机构相互配合，以控制运动的方向。
[0059]图3是运载工具下表面的视图，同时显示了永磁体33，34，它们被安装在运载工具底部附近，并提供用于LSM推进的装置。
[0060]图4表示图3的变型，其中磁体结构用的是Halbach阵列44，以在给定重量下产生更大的力。图5为单个磁体的结构51，它适合于要求较小的力的应用。
[0061]较大的物体可以在此同样的轨道上运动，这通过使用象常规LSM设计的双负重轮结构设计那样就行(例如，可参见2008年12月2日授权的题为“使用基于单通道的致动器的三维运动”的美国专利7，458，454，和2007年3月I日公开的题为“轨道作动式运载工具磁换向”的美国专利申请书2007/0044676，两者都被引用到这里作参考)，或者通过增加轨道和运载工具的尺寸来实现。
[0062]低摩擦滑动表面
[0063]为了降低所需推进力和摩擦发热，所示实施例的运载工具和轨道被设计成使摩擦系数Cfs可能小，摩擦系数为使运载工具运动所需的推进力与在轨道上的运载工具的重力之比。有时利用轮子作为减少这个力的方法，不过本发明可以使用无轮的运载工具。图6显示具有低摩擦行驶(或“滑行”)表面63的轨道，它贴近推进线圈64地支持运载工具。
[0064]用于无轮系统的低摩擦例子包括在特氟龙上滑行的特氟龙和在不锈钢上滑行的特氟龙。如果表面用薄膜润滑，则可以得到较低的摩擦，但在许多应用中这是不允许的，因此设计上都假定不带润滑。我们还希望表面具有好的耐磨性，所以例如可以在轨道上使用不锈钢而在运载工具上使用特氟龙，以期在钢上的磨损可以忽略，而运载工具最终可能需要更换其滑行表面，这比更换轨道要便宜。图3中的滑块32显示怎样安装低摩擦元件的例子。如果预期它们将会在运载工具到达其寿命终点之前就被磨损掉的话，它们可以被设计成可更改换的。
[0065]对于某些结构Cf可低至0.1，但较现实的值是0.15至0.2之间。因为这是一个比较高的值，最好不要让推进力在运载工具上产生很大的向下力。使用铁磁材料的典型LSM将施加4至6倍于推进力的吸力，而且运载工具在这么大吸力下可能无法运动，或者如果其确实在运动的话，将有很大的热量和功率消耗一在这种情况下，可结合有轮子，轴承或其它滚动元件以使运载工具悬挂。
[0066]磁体阵列
[0067]有很多可以使用的磁体阵列，其中之一示于图3。在这种结构中有一块中间磁体33 (在其下表面有南极)，同时其两端有两个半磁体34 (在其下表面有北极)。磁体一般使用NdFeB以获得高磁场，但也可以使用其它的材料，例如陶瓷(当要求成本或外部场必须很低时)或者钐钴磁铁(当工作温度很高时)。
[0068]一个设计考虑是相邻运载工具磁体之间的相互作用。铁磁件35可基本上防止相邻运载工具磁场的相互干扰。
[0069]图4显示出Halbach阵列，它可用于需要较大的力的场合，而且所增加的成本可以接受。使用这种结构时磁场从一块磁体到下一块磁体是旋转的，结果可产生比图3中磁体结构更高的推进力。铁磁屏蔽43使得各相邻运载工具磁场之间的相互作用最小化。
[0070]图5表示单个磁体，在它的端部用铁磁材料提供回路以便将全部磁通用上。这样产生的力可能不那么大，但比多磁体结构更便宜。
[0071]线件电机椎讲
[0072]图6显示安装在贴近轨道行驶表面63的线圈64。在这些线圈内的电流通过功率电子元件和微处理器独立地控制，所以每个运载工具即使它与相邻运载工具相互接触也可以被单独控制。
[0073]所举实施例的特征是没有铁磁材料，这在LSM内是普遍使用的以期获得更高的效率。虽然没有铁磁材料我们达不到那么高的力，但可以将吸力限到推进力的很小一部分，因此即使摩擦系数在0.2量级或更高时，仍可有很强的加速和制动力使运载工具运动。
[0074]在使用以轮子为基础的运载工具中摩擦力可以足够小，以致可在定子内使用某些铁磁材料而获得更高的推进力。
[0075]控制微处理器的软件可能与用于具有几个线圈长的块体的LSM设计结构的控制软件相似。但是，这儿位置传感元件相处得足够近，即使运载工具间相互接触，位置传感元件仍可以识别单个运载工具。这样的传感系统有利于在轨道上相互独立地控制运载工具的运动。此前的局部转向的LSM示例已经显示，这个软件不要求什么特别的特性。
[0076]安装在印刷电路板h的线圈和棹制电路
[0077]所示实施例可以独立地控制每个线圈而没有与传统设计相关的花费。参照图6，在所示的实施例中线圈62被直接安装在印刷电路板(PCB)64上。此板支撑线圈并提供线圈和控制电流的功率电子模块之间的连接。一般每个线圈与用来控制每个线圈中电流的大小和方向的MOSFET或IGBT器件的“H桥”的输出相连接。这些元件都被安装在同一块PCB上。该PCB还包含一些霍尔效应器件，利用它们来感应运载工具产生的磁场并让微处理器产生所需的力。图7显示随着运载工具被线圈移动，用于推动运载工具的推进线圈中电流的典型波形图。通过适当地选择波形，几个推进线圈可以协同工作以在运载工具上产生不变的力，而线圈中的功率消耗最小。用于制动时该电流的方向相反。
[0078]通过把线圈直接安装在印刷电路板上并使用集成功率控制器，可以降低线圈和电子器件的成本。一个微处理器可以控制多个H桥，若线圈的间距为16mm左右，每米电机可以有一打以上的微处理器，同时这些电机控制器的工作必须用较高水平的“节点”控制器来协调。利用现代半导体技术，对于低至中功率水平，这些元件可以全部被安装在处于电机外壳内的仅仅一或两块PCB上。
[0079]轨道樽块
[0080]轨道是用模块建成的，一如模型火车是用很多模块搭成的。图6，8-11和13分别表示直段，90度水平转弯，180度垂向曲线，右岔道换向，转盘，和垂直过渡段的例子。这些元件可以按各种不同的方式相互连接，以满足多种不同应用的需求。
[0081]图9中的180度的垂向曲线段主要是用作把空的运载工具送回到起始点的一种机构，同时越过这条曲线段的运载工具可以不用LSM而用别的手段控制和推进。例如，向下的运载工具可以由重力推进，而向上的运载工具可以通过与机械机构的相互作用推进，同时在两种情况下在曲线过渡过程中控制可以不精确。最好是一旦运载工具越过这条曲线段就恢复精确的控制。在某些情况下，垂向曲线段具有大得多的曲率半径，例如用作水平轨道和倾斜轨道之间过渡的曲线。(例如，参见图13)。在这种情况下，LSM推进可用于垂向曲线段并因此在通过此曲线段时保持精确的控制。
[0082]图10表示右岔道部件，它使用小的机械或磁鳍状板101，将运动的运载工具引导向直行或者向右岔道。此鳍状板由线性或旋转致动器控制，后者与运载工具上的销102相互作用将运载工具导