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自推进产生推力的控制力矩陀螺仪

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN201980022830.5	申请日	2019-03-28
公开(公告)号	CN111936742A	公开(公告)日	2020-11-13
申请人	航空电机工程有限公司;	申请人类型	企业
发明人	J·A·马塞尔; J·S·奇门蒂;	第一发明人	J·A·马塞尔
权利人	航空电机工程有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	航空电机工程有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：	城市	当前专利权人所在城市：
具体地址	当前专利权人所在详细地址：美国华盛顿州	邮编	当前专利权人邮编：
主IPC国际分类	F03G3/08	所有IPC国际分类	F03G3/08 ; H02K1/02 ; B64C39/00
专利引用数量	4	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	9	专利文献类型	A
专利代理机构	广州嘉权专利商标事务所有限公司	专利代理人	韩茂;
摘要	本发明包括一种用于个人飞行器的新型推进方法和装置，该个人飞行器总体上由包含产生推力的陀螺仪飞轮的陀螺仪活动组件组成。在优选实施例中，陀螺仪为无轮毂陀螺仪。陀螺仪飞轮沿其周边环整合成永磁体，而具有翼型截面和正入射角的辐条在旋转时产生气流。辐条将陀螺仪的周边环与较小的中心无毂环联接。电磁体固定组件邻近陀螺仪飞轮，其产生使陀螺仪活动组件旋转的相位电磁场。本发明包括一种没有外部电机的独立装置，该组件为具有自稳定陀螺仪的电机，自稳定陀螺仪产生可用于推进空中、陆地和海上交通工具的定向气流。
权利要求	1.一种自推进无轮毂陀螺仪，包括：飞轮，具有第一磁场邻近所述飞轮的第二磁场，其中所述第一磁场和第二磁场之间的相互作用使得所述飞轮旋转并使所述陀螺仪的方向保持水平；以及多个辐条，将所述飞轮的周边连接至位于中心的环，其中当所述飞轮旋转时所述辐条形成定向气流以产生推力。 2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中所述飞轮至少部分地由形成所述第一磁场的磁场产生元件组成。 3.根据权利要求1所述的陀螺仪，其中形成所述第一磁场的第一磁场产生元件为沿所述飞轮的周边安装的至少一个磁体。 4.根据权利要求1所述的陀螺仪，还包括邻近所述飞轮安装、用于产生相位磁场的定子。 5.根据权利要求2所述的陀螺仪，其中：所述定子包括分别由绝缘线圈缠绕的指状部；以及各所述线圈被接线在一起以形成多相电磁体。 6.根据权利要求1所述的陀螺仪，还包括围绕所述飞轮的壳体，所述壳体具有整合到其复合基体或表面中的至少一个上以产生相位磁场的导电材料网。 7.一种自推进无轮毂陀螺仪，包括：飞轮，具有第一磁场邻近所述飞轮的第二磁场，其中所述第一磁场和第二磁场之间的相互作用使得所述飞轮旋转并使所述陀螺仪的方向保持水平；定子，邻近所述飞轮安装，用于产生相位磁场；以及多个辐条，将所述飞轮的周边连接至位于中心的环，其中当所述飞轮旋转时所述辐条形成定向气流以产生推力。 8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其中所述飞轮至少部分地由形成所述第一磁场的磁场产生元件组成。 9.根据权利要求7所述的陀螺仪，其中形成所述第一磁场的第一磁场产生元件为沿所述飞轮的周边安装的至少一个磁体。
说明书全文	自推进产生推力的控制力矩陀螺仪 [0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2018年3月28日提交的、序列号为62/649,097的美国临时专利申请的优先权，其全部内容特此通过引用方式并入本文。技术领域 [0003] 本发明总体上涉及产生用于推进飞行器的推力的推进方法。更具体地，本发明涉及一种由电动(优选是无轮毂的)陀螺仪组成的独立推进系统，该系统产生推力同时维持平衡和稳定性。背景技术 [0004] 电动飞行器推进系统通过将电动机直接连接至由螺旋桨/转子组成的辅助装置，或通过驱动轴和/或齿轮箱连接至电机输出轴而产生推力。虽然若在应用中合理设置装置尺寸，上述方法可以提供足够的推力，但其效率低于独立推进系统。此外第二个缺点是上述推进方法本身存在不稳定性，需要偏置装置来使飞行器保持稳定。 [0005] 因此，在电动飞行器推进系统领域中需要一种没有外部电机的独立装置，该组件是具有自稳定陀螺仪的电机，该自稳定陀螺仪产生可用于推进个人飞行器的定向气流。发明内容 [0006] 本发明的主题包括一种用于高效和安全地推进电动个人飞行器的方法和装置。本发明采用优选控制力矩的无轮毂陀螺仪飞轮，其具有成形为在旋转时提供定向气流的辐条。辐条将陀螺仪飞轮环的周边与无支撑的中心环联接。陀螺仪飞轮的周边包含磁体，其与相邻的固定电磁体相作用形成多相磁场。陀螺仪飞轮由多个具有滑轮的滚动元件轴承环绕支撑。因为该组件为具有自稳定陀螺仪的电机，而自稳定陀螺仪产生可用于推进个人飞行器的定向气流，所以本发明是一种没有外部电机的独立装置。附图说明 [0007] 通过参考以下详细描述，本发明的这些和其它特征及优点将得到更好的了解，从而变得更易理解。下面参照附图详细描述本发明的优选和可替代实施例。 [0008] 图1示出了根据本发明的各实施例的产生推力的控制力矩无轮毂电动陀螺仪的分解视图示例。 [0009] 图2示出了根据本文所述的各实施例的飞轮的俯视图示例。 [0010] 图3示出了根据本文描述的各实施例的移除下轴承联接件的下磁体挡圈的侧视图示例。. [0011] 图4示出了可拆卸轴承联接件的示例性侧视图，该轴承联接件也用作将多个磁体锁定就位以抵靠陀螺仪飞轮的周边的机构。 [0012] 图5示出了根据本发明的各实施例的飞轮的透视图。 [0013] 图6示出了根据本发明的各实施例的滚动元件轴承和轴承滑轮的侧视图。 [0014] 图7示出了根据本发明的各实施例的滚动元件轴承和邻近上环轴承联接件的轴承滑轮的俯视图。 [0015] 图8示出了根据本发明的各实施例的本发明的横截面。 [0016] 图9示出了根据本发明的各实施例的定子的俯视图。 [0017] 图10示出了根据本发明的各实施例的具有邻近线圈的定子指状部。 [0018] 图11示出了根据本发明的各实施例的定子的侧面轮廓。 [0019] 图12示出了根据本发明的各实施例的壳体支撑件的俯视截面图。 [0020] 图13示出了根据本发明的各实施例的产生推力的电动陀螺仪的壳体支撑组件的透视图。 [0021] 图14示出了根据本发明的各实施例的上外部壳体和进气部件。 [0022] 图15示出了根据本发明的各实施例的上外部壳体和进气管组件。 [0023] 图16示出了根据本发明的各实施例的下外部壳体和排气管部件。 [0024] 图17示出了根据本发明的各实施例的下外部壳体组件和排气管。 [0025] 图18示出了根据本发明的各实施例的产生推力的控制力矩电动陀螺仪的透视图示例。 [0026] 图19示出了根据本发明的各实施例的用于以预定方式控制性能的电机控制装置的框图。具体实施方式 [0027] 本文所用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。如本文所使用的，单数形式“一”和“所述”旨在包括复数形式以及单数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解，在本说明书使用术语“包括”时，表示存在所陈述特征、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、组分和/或其组合。 [0028] 除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，例如在常用词典中定义的术语应当被理解为具有与其在相关技术领域和本公开的上下文中一致的含义，并且除非本文明确定义，否则不应当被理想化或过于正式地理解。在描述本发明时，应理解公开了若干技术和步骤。每一种都具有单独的益处，并且还可将每种技术与其它公开技术中的一种或多种(或在某些情况下全部)结合使用。因此，为了清楚起见，本说明书将避免不必要地重复各个步骤的每个可能的组合。然而，应当理解，说明书和权利要求书应被理解为这些组合全部落入本发明和权利要求书的范围内。 [0029] 本文讨论了用于构造自调平、稳定和高效的推进系统的新型产生推力的力矩控制陀螺仪设备、装置和方法。在以下描述中，出于说明目的，对很多具体细节进行了阐述，以提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言，显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。本公开内容应视为是本发明的范例，而不是旨在将本发明限制于由附图或以下描述所示出的具体实施例。 [0030] 现在将通过参考表示优选和可替代实施例的附图来描述本发明。图1描绘了根据本发明的各实施例的可以包括产生推力的陀螺仪装置(该“装置”)的元件的分解图。在优选实施例中，总组件图18包含配置有至少一个中心陀螺仪飞轮周边环100的装置的每个元件，如图5所示，中心陀螺仪飞轮周边环100可由轻质复合材料、铝或其它合适的材料制成。环100配置成沿陀螺仪的外部周边容纳多个磁体105[可以只是一个磁体还是必须为多个磁体？]，磁体105位于用于将磁体锁定就位的上轴承联接件101和可拆卸下轴承联接件102之间。当需要将陀螺仪周边的表面区域等分时，垂直突起将磁体分开。在替代实施例中，陀螺仪飞轮全部或部分由磁场产生元件组成，例如由复合织物、钕颗粒、铜或嵌入其复合结构中的其他合适材料制成。 [0031] 在优选实施例中，陀螺仪的飞轮由如图8所示的整合轴承联接件101以及可拆卸轴承联接件102支撑。多个辐条103将陀螺仪转子周边环100与中心圆形轮毂104联接，其可由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成。可由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成的陀螺仪的飞轮辐条103具有可产生所需气流的横截面和正入射角。在替代实施例中，图5所示的陀螺仪飞轮由附接到中心轴的轮毂104支撑。 [0032] 如图8所示，本发明包括多个带有滑轮110、111的上滚动元件轴承112和下滚动元件轴承113，其由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成，并且可使陀螺仪飞轮旋转和将推力传递到周围的静态组件。当陀螺仪旋转时，其辐条产生推力，同时陀螺仪的飞轮保持方向。陀螺仪的飞轮的旋转越快，推力和陀螺效应越大。 [0033] 如图9所示，定子121邻近陀螺仪飞轮，其可由轻质复合材料、铁或其它合适材料制成。如图10所示，定子121的指状部分别由绝缘线圈122缠绕，其可由轻质复合材料、铜或其它合适材料制成。如图19所示，各线圈以形成由电机控制器135控制的多相电磁体的方式接线在一起。在替代实施例中，围绕磁性陀螺仪的机身或壳体产生相位磁场，代替优选实施例的定子组件，并且壳体制造为具有整合到其复合基体中或沿着壳体表面的导电材料网。在替代实施例中，如图4所示，磁体位于轮毂104上或轮毂104中，多相磁场使定子靠近轮毂的磁体从而引起旋转。如图8和9所示，在优选实施例中，位于定子周边123中的多个穿孔支撑多个杆114，杆114利用多个滑轮110、111定位多个滚动元件轴承112、113。 [0034] 围绕陀螺仪飞轮和定子组件图8为由图14所示的多个上壳体部件140、141构成的外部上壳体图15，其可由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成。如图1所示，部件将空气引导到陀螺仪辐条103中，同时保护本发明免受外来物体的外部冲击。 [0035] 图17所示的外部下壳体优选地由多个下壳体部件150、151构成，如图16所示，外部下壳体可由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成，用于将空气引导出产生推力的电动陀螺仪，并且保护本发明免受外来物体的外部冲击。图15所示的上外部壳体和图17所示的下外部壳体利用图13所示的壳体支撑组件130联接到图9所示的定子121上，壳体支撑组件130优选由多个壳体支撑部件130构成，其可由轻质复合材料、铝或其它合适材料制成。如图9所示，壳体支撑组件通过螺栓附接到定子121上，而该螺栓通过多个穿孔124附接。在替代实施例中，具有足够强度的胶或互锁表面代替了总组件图18的构造中使用的所有或一些螺栓。 [0036] 在替代实施例中，陀螺仪的飞轮由喷射式涡轮提供动力。 [0037] 在又一替代实施例中，飞轮由内燃机提供动力。 [0038] 在替代实施例中，自推进产生推力的控制力矩无轮毂陀螺仪方法和装置可用于为空中、陆地和海上交通工具提供动力。 [0039] 在替代实施例中，自推进产生推力的控制力矩无轮毂陀螺仪方法和装置可用于为商用、专业和娱乐用无人机提供动力。 [0040] 尽管已经示出和描述了本发明的优选实施例，但如上所述，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多变型。因此，本发明的范围不受优选实施例的公开内容的限制，相反，本发明应当完全参考所附权利要求来确定。

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