CN105711838B - 一种环状电磁力驱动的碟形飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碟形飞行器，包括外壳系统、桨叶系统、格栅方向控制系统及舱室系统。桨叶系统围绕外壳系统的圆筒部分旋转；外壳系统的电磁部分分为上下两层，环状分布于外壳系统边缘附近；桨叶系统的线圈部分位于外壳系统的电磁部分上下层之间，每一个线圈单元与电磁单元位置一一对应；在线圈单元和电磁单元之间的电磁力作用下，桨叶系统围绕圆筒旋转，外壳系统在反作用力下以与桨叶系统相反的方向旋转；外壳系统的连接臂部分上的螺旋桨产生向下气流，向下气流经过桨叶系统的螺旋桨后继续加速，经过格栅方向控制系统后流出，推动飞行器前进或悬浮；舱室系统位于格栅方向控制系统的轴上部，采用陀螺仪式结构，保证在飞行时舱室姿态始终平稳。

Description

一种环状电磁力驱动的碟形飞行器

技术领域

本发明属于飞行设备技术领域，涉及一种新型碟形飞行器，可以抵抗较强的横风、悬停空中、水下飞行，可广泛应用于有人或无人、航空、水下等场合。

背景技术

垂直飞行器的用途多样，可以用于载客、运输、线路巡视、勘探、测量等领域，但是现有的垂直飞行器机动性较弱，受气候影响较大，乘坐时乘客身体姿态不够稳定舒适，同类型两飞行器近距离接触时容易碰撞，出现意外事故时不能有效保证安全，不能够同时在空中和水中飞行。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有技术存在的弱点，设计一种结构简单、舱室稳定性好、具备降落伞系统、不易发生同类飞行器碰撞、飞行器受风力影响较小、可空中和水下飞行的跨介质飞行器。

为实现上述目的，本发明的主体结构包括外壳系统(图2)、桨叶系统(图3)、格栅方向控制系统(图4)和舱室系统(图5)。

桨叶系统围绕在外壳系统的圆筒(7)上旋转，桨叶系统和外壳系统的电磁系统部分相互作用，产生相互之间的电磁力，即作用力和反作用力，这对力分别作用在桨叶系统和外壳系统上，推动两者反向旋转，在旋转平面上产生稳定作用，可以极大增强抵御横风能力，反向旋转可以使得作用力和反作用力产生的力矩抵消，不用增设扶助抵消力矩的装置，进一步简化系统结构。

外壳系统的圆筒内侧(6)与格栅方向控制系统通过轴承系统(15)连接，轴承系统(15)通过格栅方向控制系统上轴承部分(16)与轴(19)相连接，极大的减少了外壳系统的旋转时摩擦力给格栅方向控制系统造成的旋转，格栅方向控制系统的轴(19)的底部安装有电动机(14)，底部电动机轴跟格栅方向控制系统的轴同轴且刚性连接，当格栅方向控制系统在外壳系统的摩擦力带动下产生旋转时，底部电动机会产生大小相等方向相反的力，抵消此摩擦力以保证格栅方向控制系统的稳定；当需要转变方向时，底部电动机(14)启动，电机轴旋转使格栅转向，电动机自身反转。

格栅方向控制系统的轴顶部有一个刚性连接的圆筒(20)，通过圆筒上部圆心的外壳上有两孔(17)，通过此两孔安装有两轴(22)，圆环(23)安装在两根轴上，在通过圆环圆心且垂直于两轴(22)的方向上有两孔(25)，另两轴(24)上安装有舱室(21)，舱室在飞行器以任何姿态飞行时都可以保证稳定；在格栅方向控制系统上，采用齿条(18)控制方式控制前进方向风力的大小，齿条有两根，均垂直于轴且通过轴心方向，分别在格栅的上下两侧，在两个齿条之间的轴上安装有上部电动机(13)，当需要改变前进推力的角度时，可以启动此电动机(13)，使得上下的齿条反向移动，改变了格栅内的倾斜角度，改变推力的角度。

外壳系统和桨叶系统之间相互反向旋转，保证了飞行姿态的稳定性，可以抵御横向风力的作用。

外壳系统的最外端处安装电磁体或永磁体，当两个飞行器接近时两者之间形成斥力，避免两者水平方向上碰撞或者减小碰撞造成的伤害；同样在圆筒上下两端圆环上也安装此类电磁体或永磁体，避免两者竖直方向上碰撞或者减小碰撞造成的伤害。

外壳系统的圆筒内侧与桨叶系统之间通过轴承连接，连接轴承可采用防水或者磁悬浮轴承，使得轴承能够承受横向和轴向的力，也可以满足飞行器在跨介质飞行时对轴承耐用性等方面的要求。

当格栅方向控制系统改变方向时，格栅方向控制系统的轴同步旋转，舱室也同步旋转，因此可以保证舱室一直朝向前进方向。

外壳系统的圆筒部分外侧靠近供电和电流换向系统的位置附近环状分布着电源系统，电源系统经过一个可以遥控的电流换向装置跟供电和电流换向系统连接；当需要桨叶反向旋转时，通过改变电源供给的电流方向即可，这样可以保证飞行器在水下飞行时无需增加自重而飞向水底更深处。

飞行器的外壳上部和舱室的上部外层涂覆非金属材料并安装太阳能发电系统，整个飞行器在碰到裸露的高压线时不会触电。

桨叶系统的线圈形状可为扇形但不限于扇形，形状和大小都与电磁单元相同，对应的角度大小跟外壳系统中电磁单元对应角度大小相同。

外壳系统的电磁系统部分为扇形，每一个电磁单元对应的圆心角相等。

在桨叶系统的几个线圈单元上各增设一个线圈，此线圈形状和放置方式与原线圈相同，但与原线圈保持一个夹角，夹角小于电磁单元对应的圆心角；增设线圈用来启动飞行器，当飞行器的桨叶系统开始旋转时，原线圈和增设线圈同时通电，螺旋桨开始旋转，此时增设的线圈断开电源，原螺旋桨在电磁力和惯性作用下连续旋转。增设线圈单元的数量根据需要设定。

附图说明

图1为本发明所示的环状电磁力驱动的碟形飞行器结构示意图；

图2为碟形飞行器外壳系统剖面图；

图3为碟形飞行器桨叶系统剖面图；

图4为碟形飞行器格栅方向控制系统剖面图；

图5为碟形飞行器舱室系统剖面图；

图6为碟形飞行器舱室系统俯视图；

图7为碟形飞行器外壳系统俯视图；

图8为碟形飞行器格栅方向控制系统轴上部圆环俯视图；

图9为碟形飞行器格栅方向控制系统轴上连接的轴承系统俯视图；

图10为碟形飞行器格栅方向控制系统轴上的轴承组成部分俯视图；

图11为碟形飞行器格栅方向控制系统格栅和齿条俯视图；

图12为碟形飞行器桨叶系统俯视图；

图13为线圈单元在电磁系统内受力情况示意图。

附图中各部件的标记如下：1、外壳系统上的飞行器支撑架；2、外壳系统上的电磁防碰撞系统；3、外壳系统中的电磁单元；4、外壳系统中的连接臂和螺旋桨系统；5、外壳系统圆筒外侧的供电和电流换向单元，上下共四条环状带；6、外壳系统上圆筒内侧轴承组成部分；7、外壳系统上圆筒外侧轴承组成部分；8、桨叶系统上的螺旋桨部分；9、桨叶系统中线圈上连接出来的取电片；10、桨叶系统中与圆筒相连接的轴承部分；11、桨叶系统中的线圈；12、格栅方向控制系统中的格栅；13、控制齿条的电动机；14、控制格栅方向控制系统轴转动的电动机；15、连接圆筒内侧和格栅方向控制系统轴的轴承系统；16、格栅方向控制系统轴上的轴承部分；17、格栅方向控制系统轴上部圆环体上的轴孔；18、齿条系统；19、格栅方向控制系统上的轴；20、格栅方向控制系统轴上部圆环体；21、舱室；22、舱室系统与格栅方向控制系统轴上部圆环体连接的轴；23、舱室系统上的圆环；24、舱室系统上的舱室的轴；25、舱室系统上的圆环上的轴孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面通过实例并结合附图对本发明作进一步描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是用已解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例涉及的碟形飞行器主要包括外壳系统(图2)、桨叶系统(图3)、格栅方向控制系统(图4)和舱室系统(图5)。

桨叶系统的线圈系统位于外壳系统的电磁系统之间，线圈系统导线通过桨叶系统内部预留孔穿过螺旋桨部分，最终在桨叶系统的轴承上方与取电片(9)连接；桨叶系统中间螺旋桨部分的上方为外壳系统的连接臂(4)，下部为格栅方向控制系统，桨叶系统靠近圆筒的一端为轴承系统(10)，环绕圆筒系统旋转。当桨叶系统和螺旋桨系统在通电后开始旋转时，外壳系统上的连接臂旋转产生的气流向下方的桨叶系统流动，在下方螺旋桨的推动下，气流进一步加速向下流动，进入格栅方向控制系统，在控制电机(14)的作用下，格栅系统上的齿条旋转至需要的前进方向；然后在电机(13)的作用下，上下齿条反向旋转，带动格栅片偏转至需要的方向，从而改变气流的方向使飞行器朝要求的方向飞行；改变桨叶系统中线圈的电流大小，可以改变螺旋桨转速，从而改变气流作用力的大小，进而改变飞行器前进或升降速度。

参见图13所示，当线圈两端的导线进入方向相反的磁场中时，线圈左侧导线中电流为大小为I，受到的磁场强度为B，产生了向右的力F，方向垂直于左侧导线；线圈右侧导线中电流大小为I，方向与左侧导线电流方向相反，受到的磁场强度也为B，但是磁场方向跟左侧导线所处磁场方向相反，右侧导线上产生同样向右的力F，方向垂直于右侧导线。在飞行器启动时，由于安装有启动线圈，因此始终有线圈受力，当飞行器启动后线圈旋转，启动线圈断开电流不再受力，其他线圈在受到电磁力作用下旋转，当旋转至线圈跟电磁单元完全重合时，线圈暂不受力，但是会在惯性力作用下继续运动，一旦线圈不再跟电磁单元重合，则又继续受力，推动桨叶系统旋转，外壳系统在反作用力下也旋转。

格栅方向控制系统与外壳系统上的圆筒内侧通过轴承相连接，格栅方向控制系统的轴上端部分安装有陀螺仪式的舱室系统，无论飞行器是何种飞行姿态，始终可以保证舱室系统是稳定的。

当飞行器在水下飞行时，正常飞行模式可以推动飞行器前进和上升；当需要下潜时，可以通过改变电源供电时的电流方向，改变螺旋桨旋转方向，使得产生的水流向上，推动飞行器下潜和前进。

当出现应急情况是，舱室降落伞启动，使舱室缓慢降落，保证人员和飞行器等安全降落。

以上仅为本发明专利的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及图示内容所做出的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种环状电磁力驱动的碟形飞行器，其特征在于，碟形飞行器包括外壳系统、桨叶系统、格栅方向控制系统及舱室系统；所述外壳系统由圆筒、连接臂和臂上的螺旋桨叶、靠近边缘侧的电磁系统、最外侧的电磁防碰撞系统和支撑飞行器起降的支撑系统组成；所述电磁系统上任意一层的每一个磁场部分为一个单元，同一层每一个相邻的组成单元之间磁性相反，上下层组成单元的磁性也相反，上部为N极则下部为S极，在上部骨架的磁体分别按照N-S-N-S...依次排列，形成圆环，下部骨架则在与上部对应位置分别按照S-N-S-N...排列，使得上下骨架的磁体在上下对应位置上按照上部N极对下部S极，或者下部N极对上部S极，最终在上下骨架之间形成宽度为磁体宽度，磁场方向依次交替变化的磁场；电磁系统分为上下两层，在电磁系统靠近圆筒的一侧，竖向上是封闭的，只在中部开缝，桨叶系统的线圈通过此缝进入电磁系统；在外壳系统圆筒外侧上，环形分布有线圈供电和电流换向系统，此系统上的供电和电流换向单元与电磁系统单元一一对应，对应的角度相同；桨叶系统端部线圈上的两根导线在连接轴承上方有两个沿圆筒系统轴向的取电薄片，取电薄片与圆筒上的供电和电流换向系统为线接触；供电和电流换向系统围绕圆筒环形分布，并且按照上下顺序形成四个环，其中第一环上供电片排列顺序为：正极-与正极空白处宽度相同的空白处-正极-与正极空白处宽度相同的空白处-正极...；第二环上供电片排列顺序为：与负极空白处宽度相同的空白处-负极-与负极空白处宽度相同的空白处-负极...；第一环上的正极和第二环上的空白在上下相对应位置上，弧长相等，第一环上的空白和第二环上的负极在上下相对应位置上，以此类推；第三环上供电片排列顺序为：负极-与负极空白处宽度相同的空白处-负极-与负极空白处宽度相同的空白处-负极...；第四环上供电片排列顺序为：与正极空白处宽度相同的空白处-正极-与正极空白处宽度相同的空白处-正极...；第三环上的负极和第四环上的空白在上下相对应位置上，第三环上的空白和第四环上的正极在上下相对应位置上，以此类推；上接触片同时与第一、二环在轴向上线接触，下接触片和上接触片在同一个轴向上，下接触片同时与第三、四环在轴向上线接触，当上接触片接触到正极时，下接触片为负极；当上接触片接触到负极时，下接触片为正极；上下接触片在旋转时，转过电磁系统单元对应的角度大小时即可以实现电流方向换向；所述的桨叶系统是由最外侧的线圈，中部的桨叶和连接圆筒的轴承组成；所述格栅方向控制系统是由格栅、格栅上的齿条、控制齿条运动的电机、控制格栅旋转的电机、与圆筒内侧连接的轴承系统组成；所述舱室系统是由陀螺仪式的舱室系统构成。

2.根据权利要求1所述的碟形飞行器，其特征在于，外壳系统的圆筒内侧与格栅方向控制系统通过轴承系统连接，格栅方向控制系统的轴的底部安装有底部电动机，底部电动机轴跟格栅方向控制系统的轴同轴且刚性连接。

3.根据权利要求1所述的碟形飞行器，其特征在于，在格栅方向控制系统上，采用齿条控制方式控制前进方向气流的角度，齿条有上下位置对应的两根，均垂直于格栅方向控制系统轴且通过轴心方向，在两个齿条之间的轴上安装有上部电动机。

4.根据权利要求1所述的碟形飞行器，其特征在于，外壳系统中圆筒与边缘处通过数跟臂连接，臂上有螺旋桨，其螺旋桨旋转方向与桨叶系统相反。

5.根据权利要求1所述的碟形飞行器，其特征在于，外壳系统上的电磁系统为环状电磁铁或者永磁体系统。

6.根据权利要求2所述的碟形飞行器，其特征在于，格栅方向控制系统在外壳系统的摩擦力带动下产生旋转时，底部电动机会产生大小相等方向相反的力，抵消此摩擦力以保证格栅方向控制系统的稳定；当需要转变方向时，底部电动机启动，电机轴旋转使格栅转向，电动机自身反转。

7.根据权利要求1中所述的碟形飞行器，其特征在于，当格栅方向控制系统需要改变前进推力的角度时，可以控制转动齿条的电动机，使得上下的齿条反向移动，改变了格栅内的倾斜角度，改变推力的角度。

8.根据权利要求1所述的碟形飞行器，其特征在于，当格栅方向控制系统的改变方向时，格栅方向控制系统的轴同步旋转，舱室也同步旋转，因此可以保证舱室一直朝向前进方向。

9.根据权利要求1中所述的碟形飞行器，其特征在于，外壳系统的圆筒部分外侧靠近供电和电流换向系统的位置附近环状分布着电源系统，电源系统经过一个可以遥控的电流换向装置跟供电和电流换向系统连接；当需要桨叶反向旋转时，通过改变电源供给的电流方向即可，这样可以保证飞行器在水下飞行时无需增加自重而飞向水底更深处。

10.根据权利要求1中所述的碟形飞行器，其特征在于，在桨叶系统的几个线圈单元上各增设一个线圈，此线圈形状和放置方式与原线圈相同，但与原线圈保持一个夹角，夹角小于电磁单元对应的圆心角；增设线圈用来启动飞行器，当飞行器的桨叶系统开始旋转时，原线圈和增设线圈同时通电，螺旋桨开始旋转，此时增设的线圈断开电源，原螺旋桨在电磁力和惯性作用下连续旋转。