CN204548504U - 一种电磁驱动的微型扑翼机 - Google Patents
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Abstract
一种电磁驱动的微型扑翼机，包括机身、活塞筒、交流电源、上下电磁线圈、永磁体、左右活动杆、左翼和右翼转轴、左翼和右翼骨架、左翼和右翼翅页，其中活塞筒、交流电源内置于机身框架内，上下电磁线圈分别置于活塞筒上下两端，交流电源与上下电磁线圈相连，永磁体套位于活塞筒的中部，永磁体内置于永磁体套内，左右活动杆的一端分别固定在永磁体套左右两边，另一端分别与左翼转轴、右翼转轴固定连接，左翼转轴、右翼转轴分别固定于左翼骨架、右翼骨架的端部，左翼翅页的右端、右翼翅页的左端分别固定在左翼骨架、右翼骨架上。本实用新型采用上下两个电磁线圈提供磁力，扑翼动力输出增大一倍，克服了单个线圈的磁力随行程距离的影响，动力输出更稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及仿生飞行器，扑翼飞行器领域，特别是采用电磁驱动的微型扑翼机。
背景技术
微型扑翼机是仿生飞行器的一种，通过模拟鸟类拍打翅膀的动作，从而产生升力和推力维持飞行。目前研究内容主要集中在扑翼的结构和扑翼的驱动装置上。
在扑翼的结构研究上，由于扑翼机的扑翼在上扑和下扑的过程中，产生的升力不对称，下扑产生有利的向上升力，而上扑则产生不利的反向升力，造成扑动周期内向上升力的合力偏小，效率低下。为了弥补缺陷，研究人员进行了扑翼结构方面的改进，主要通过使用机械装置改变扑翼在上扑和下扑的有效展翅面积，使下扑时的展翅面积大于上扑时的面积，来达到增加扑动周期内的升力合力。中国专利CN102381476A 公开的一种微型半主动折叠扑翼，下扑时扑翼完全张开，展翅面积最大，上扑时扑翼有一定角度的折叠，减小展翅面积，从而达到增加扑动周期内升力合力的目的。但上扑时展翅面积仅有一定程度的减少，效率依然较低。
在扑翼的驱动装置研究上，目前普遍利用电机配合机械传动装置作为动力来源系统。中国专利CN103274049A公开了一种电磁动力驱动系统，在机体安装一个螺旋线圈和一个永磁体，通过磁极间引力、斥力的周期变化，带动左右两翅同步上下振动，产生升力。其不足之处是，采用的是一定频率的方波电流使螺旋线圈产生磁性，其磁场强度不变，但是螺旋线圈与永磁体间的磁力是与距离的平方成反比关系，因此造成扑翼上下扑动力的不对称，使得飞行不够稳定。
发明内容
为克服上扑时展翅面积过大造成的升力合力较低，以及克服磁力不稳定造成的扑翼动力不对称的不足，本实用新型提供了一种微型扑翼机的电磁结构装置，可以同步控制机身电磁线圈和翼翅电磁线圈，动力输出稳定，效率得到较大提高。
本实用新型采取以下技术方案实现上述目的：
一种电磁驱动微型扑翼机，包括机身1、活塞筒2、交流电源101、上电磁线圈3、永磁体套4、永磁体41、下电磁线圈5、左活动杆6、右活动杆7、左翼转轴8、右翼转轴9、左翼骨架20、右翼骨架21、左翼翅页18、右翼翅页19，其中活塞筒2、交流电源101内置于机身1框架内，上电磁线圈3和下电磁线圈5分别置于活塞筒2上下两端，交流电源101与上电磁线圈3和下电磁线圈5相连，永磁体套4位于活塞筒2的中部，永磁体41内置于永磁体套4内，左活动杆6、右活动杆7的一端分别固定连接在永磁体套4左右两边，左活动杆6、右活动杆7的另一端分别与左翼转轴8、右翼转轴9固定连接，左翼转轴8、右翼转轴9分别固定连接于左翼骨架20、右翼骨架21的端部，左翼翅页18的右端、右翼翅页19的左端分别固定连接在左翼骨架20、右翼骨架21上。
机身1内置的交流电源101给上电磁线圈3、下电磁线圈5输入交变电流，输入正向电流时，上电磁线圈3对永磁体41产生引力，下电磁线圈5对永磁体41产生斥力，永磁体41带动永磁体套4向上运动，带左活动杆6、右活动杆7一起向下运动，左活动杆6、右活动杆7又牵连左翼骨架20、右翼骨架21做下扑动作。输入负向电流时，上电磁线圈3对永磁体41产生斥力，下电磁线圈5对永磁体41产生引力，永磁体41带动永磁体套4向下运动，带左活动杆6、右活动杆7一起向上运动，左活动杆6、右活动杆7又牵连左翼骨架20、右翼骨架21做上扑动作。这样永磁体在活塞筒内上下往复运动时，翼翅也就跟着上下扑动。由于有上下两个线圈提供动力， 克服了只有一个线圈产生的磁力随着行程距离波动大的缺点，使得动力输出更稳定。
所述的左翼骨架20、右翼骨架21上还分别安装有左翼连接杆16、右翼连接杆17、左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301、左翼永磁体11、右翼永磁体14，其中左翼连接杆16的右端、右翼连接杆17的左端分别安装有左翼永磁体11、右翼永磁体14，左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301分别安装在左翼骨架20的右端、右翼骨架21的左端，分别与左翼永磁体11、右翼永磁体14相对，左翼连接杆16的左端、右翼连接杆17的右端分别与左翼翅页18右端边缘、右翼翅页19左端边缘柔性铰链连接，左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301与交流电源101连接。
扑翼机作下扑动作时，交流电源101同步向左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301输入正向电流，左翼电磁线圈10、右翼电磁线圈13分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生引力，左翼电磁线圈1001、右翼电磁线圈1301分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生斥力，带动左翼连接杆16、右翼连接杆17，左翼连接杆16、右翼连接杆17又带动左翼翅页18、右翼翅页19闭合，为扑翼机提供更大的上升力。扑翼机作上扑动作时，交流电源101同步向左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301输入负向电流，左翼电磁线圈10、右翼电磁线圈13分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生斥力，左翼电磁线圈1001、右翼电磁线圈1301分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生引力，带动左翼连接杆16、右翼连接杆17，左翼连接杆16、右翼连接杆17又带动左翼翅页18、右翼翅页19张开，减小翼翅上扑的阻力。
扑翼的上下扑动与翼翅闭合、张开都是由电磁驱动，并且在一个周期内两者的电磁的转向点都由同一交流电源同步控制，结构更加简化。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型采用电磁驱动方式精确主动的控制着扑翼翅页的闭合与张开，与被动方式相比，上扑时面积减小的更大，周期内升力合力显著。
本实用新型采用了上下两个电磁线圈提供磁力，相比一个电磁线圈，扑翼动力输出增大一倍，并且克服了单个线圈的磁力随行程距离的影响，使动力输出更稳定。
机身动力与扑翼翅页的闭合、张开控制可由同一交流电源同步控制，结构简化，利于集成。
机身上下电磁线圈，一个提供引力一个提供斥力，用来驱动中间的永磁体往复运动，避免了单个电磁线圈由于行程距离造成的动力不对称，使得整机飞行更稳定。同时，电磁结构装置也可以在翼翅的最高、最低位置实现磁极的转换，方便的控制了页状翼翅的闭合与张开，在上扑时，翼翅张开能有效的减少空气接触面积，在下扑时，翼翅闭合能增大空气接触面积，使得周期内升力合力显著增大，提高了扑翼效率。
附图说明
图1为：本实用新型电磁驱动的微型扑翼机结构总图
图2为：本实用新型电磁驱动的微型扑翼机机身永磁体及永磁体套示意图
图3为：左活动杆示意图
图4为：左翅结构图
图5为：本实用新型电磁驱动的微型扑翼机的整体运动周期图
图中：
1、机身；101、交流电源；2、活塞筒；3、上电磁线圈；4、永磁体套；41永磁体；5、机身下电磁线圈；6、左活动杆；7、右活动杆；8、左翼转轴；9、右翼转轴；10、左翼1号电磁线圈；1001、左翼2号电磁线圈；11、左翼永磁体；12、左翼线圈引线；13、右翼1号电磁线圈；1301、右翼2号电磁线圈；14、右翼永磁体；15、右翼线圈引线；16、左翼连接杆；17、右翼连接杆；18、左翼翅页；19、右翼翅页；20、左翼骨架；21、右翼骨架；22、电源引线；23、机身上线圈引线；24、机身下线圈引线。
具体实施方式
下面结合附图1-5和实施例对本实用新型进行说明
机身1内置的交流电源101给上电磁线圈3、下电磁线圈5输入交变电流，输入正向电流时，上电磁线圈3对永磁体41产生引力，下电磁线圈5对永磁体41产生斥力，永磁体41带动永磁体套4向上运动，带左活动杆6、右活动杆7一起向下运动，左活动杆6、右活动杆7又牵连左翼骨架20、右翼骨架21做下扑动作。输入负向电流时，上电磁线圈3对永磁体41产生斥力，下电磁线圈5对永磁体41产生引力，永磁体41带动永磁体套4向下运动，带左活动杆6、右活动杆7一起向上运动，左活动杆6、右活动杆7又牵连左翼骨架20、右翼骨架21做上扑动作。
扑翼机作下扑动作时，交流电源101同步向左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301输入正向电流，左翼电磁线圈10、右翼电磁线圈13分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生引力，左翼电磁线圈1001、右翼电磁线圈1301分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生斥力，带动左翼连接杆16、右翼连接杆17，左翼连接杆16、右翼连接杆17又带动左翼翅页18、右翼翅页19闭合，为扑翼机提供更大的上升力。扑翼机作上扑动作时，交流电源101同步向左翼电磁线圈10及1001、右翼电磁线圈13及1301输入负向电流，左翼电磁线圈10、右翼电磁线圈13分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生斥力，左翼电磁线圈1001、右翼电磁线圈1301分别对左翼永磁体11、右翼永磁体14产生引力，带动左翼连接杆16、右翼连接杆17，左翼连接杆16、右翼连接杆17又带动左翼翅页18、右翼翅页19张开，减小翼翅上扑的阻力。
Claims (3)
1. 一种电磁驱动微型扑翼机，其特征在于：包括机身（1）、活塞筒（2）、交流电源（101）、上电磁线圈（3）、永磁体（41）、下电磁线圈（5）、左活动杆（6）、右活动杆（7）、左翼转轴（8）、右翼转轴（9）、左翼骨架（20）、右翼骨架（21）、左翼翅页（18）、右翼翅页（19），其中活塞筒（2）、交流电源（101）内置于机身（1）的框架内，上电磁线圈（3）和下电磁线圈（5）分别置于活塞筒（2）上下两端，交流电源（101）与上电磁线圈（3）和下电磁线圈（5）相连，永磁体套（4）位于活塞筒（2）的中部，永磁体（41）内置于永磁体套（4）内，左活动杆（6）、右活动杆（7）的一端分别固定连接在永磁体套（4）左右两边，左活动杆（6）、右活动杆（7）的另一端分别与左翼转轴（8）、右翼转轴（9）固定连接，左翼转轴（8）、右翼转轴（9）分别固定连接于左翼骨架（20）、右翼骨架（21）的端部，左翼翅页（18）的右端、右翼翅页（19）的左端分别固定连接在左翼骨架（20）、右翼骨架（21）上。
2.如权利要求1所述的电磁驱动微型扑翼机，其特征在于：所述的左翼骨架（20）、右翼骨架（21）上还分别安装有左翼连接杆（16）、右翼连接杆（17）、左翼1号电磁线圈（10）、右翼1号电磁线圈（13）、左翼永磁体（11）、右翼永磁体（14），其中左翼连接杆（16）的右端、右翼连接杆（17）的左端分别安装有左翼永磁体（11）、右翼永磁体（14），左翼1号电磁线圈（10）、右翼1号电磁线圈（13）分别安装在左翼骨架（20）的右端、右翼骨架（21）的左端，分别与左翼永磁体（11）、右翼永磁体（14）相对，左翼连接杆（16）的左端、右翼连接杆（17）的右端分别与左翼翅页（18）右端边缘、右翼翅页（19）左端边缘柔性铰链连接，左翼1号电磁线圈（10）、右翼1号电磁线圈（13）与交流电源（101）连接。
3.如权利要求1所述的电磁驱动微型扑翼机，其特征在于：还包括左翼2号电磁线圈（1001）、右翼2号电磁线圈（1301），左翼2号电磁线圈（1001）、右翼2号电磁线圈（1301）分别安装在左翼骨架（20）的右端、右翼骨架（21）的左端，分别与左翼永磁体（11）、右翼永磁体（14）相对，左翼永磁体（11）位于左翼2号电磁线圈（1001）和左翼1号电磁线圈（10）之间，右翼永磁体（14）位于右翼2号电磁线圈（1301）和右翼1号电磁线圈（13）之间，左翼2号电磁线圈（1001）、右翼2号电磁线圈（1301）与交流电源（101）连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104760697A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-07-08 | 广西壮族自治区科学技术馆 | 一种电磁驱动的微型扑翼机 |
| CN106005404A (zh) * | 2016-06-02 | 2016-10-12 | 周袭明 | 一种扑翼机机翼 |
| WO2019042238A1 (zh) * | 2017-08-30 | 2019-03-07 | 上海未玩电子科技有限公司 | 一种扑翼飞行气球 |
| CN109823533A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-31 | 南开大学 | 一种基于电磁致动器驱动的微型扑翼机构 |
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