[發明專利]一種磁懸浮自驅動雙旋翼飛碟

有效

• 申請號: 201210043898.1
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102602538A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 阮曉鋼;侯旭陽;趙秉輝;奧塔瓦·謝;朱曉慶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B64C39/06
• 分類號: B64C39/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

1.一種磁懸浮自驅動雙旋翼飛碟，其特征在于，含有：包括碟殼(1)、碟艙(2)、位于所述碟殼(1)內的雙旋翼系統(3)、勵磁系統(4)以及旋翼定位系統(5)，其中：

碟殼(1)，在沿圓周方向上，上殼部開有入流口(10)，下殼部開有出流口(11)；

碟艙(2)，上部艙與所述碟殼(1)的上殼部同軸連接，下部艙與所述碟殼(1)的下殼部同軸連接，下部艙的直徑大于上部艙的直徑；

雙旋翼系統(3)，是一個磁懸浮自驅動的系統，由沿碟體縱坐標上與所述碟殼(1)共軸安置的上磁懸浮旋翼輪(30)和下磁懸浮旋翼輪(31)共同組成，其中：

上磁懸浮旋翼輪(30)，含有：上磁懸浮旋翼輪槳葉(300)、上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)、上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)、上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(303)、上磁懸浮旋翼輪上縱截面呈Z型的定位圓盤(304)和上磁懸浮旋翼輪輪轂(305)，其中：

所述上磁懸浮旋翼輪槳葉(300)，至少為2片，且與所述上磁懸浮旋翼輪輪轂(305)徑向均勻分布式連接在所述上磁懸浮旋翼輪輪轂(305)上；

所述上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(303)，沿圓周方向與所述各上磁懸浮旋翼輪槳葉(300)的末端固定連接；

所述上磁懸浮旋翼輪上的縱截面呈Z型的定位圓盤(304)，沿著圓周方向與所述上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(303)外周的下部相連，形成一個開口向上的圓環形的容納空間；

所述的上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)，在數量上至少為4的倍數，沿圓環方向均勻地分布在所述開口向上的圓環形容納空間中，各個所述上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)在三維空間中呈“8”字形，上半個環形線圈(3010)和下半個環形線圈(3011)互相垂直地嵌在所述開口向上的圓環形容納空間中，且下半個環形線圈(3011)壓嵌在所述開口向上的圓環形容納空間的地面上；

所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)，嵌入在所述Z型定位圓盤(304)上端的圓環面內，在數量上至少為4的倍數，且與所述上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)的個數相同；

下磁懸浮旋翼輪(31)，含有：下磁懸浮旋翼輪槳葉(310)、下磁懸浮旋翼輪感應線圈(311)、下磁懸浮旋翼輪定位永磁片(312)、下磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(313)、下磁懸浮旋翼輪上縱截面呈倒Z型的定位圓盤(314)以及下磁懸浮旋翼輪輪轂(315)，其中：

所述下磁懸浮旋翼輪槳葉(310)，在數量上與所述上磁懸浮旋翼輪槳葉(310)相等，且徑向均勻分布式連接在所述下磁懸浮旋翼輪輪轂(315)上，槳葉安裝角與上磁懸浮旋翼輪槳葉(310)的大小相等，方向相反；

所述下磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(313)，沿圓周方向上與所述下磁懸浮旋翼輪槳葉(310)的末端固定連接；

所述下磁懸浮旋翼輪上縱截面呈倒Z型的定位圓盤(314)，沿圓周方向與所述下磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(313)外周上部相連，形成一個開口向下的圓環形容納空間；

所述下磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)，在數量上、沿圓環方向的位置分布上均與所述上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)相同，在三維空間中也呈“8”字形，上、下兩個環形線圈(3110，3111)相互垂直地均勻嵌在所述開口向下的圓環形容納空間中，且下半個環形線圈(3111)壓嵌在所述開口向上的圓環形容納空間的底面上，使所述上、下兩個磁懸浮旋翼輪(30，31)運轉方向相反，所述下磁懸浮旋翼輪定位永磁片(312)嵌在所述倒Z型定位圓盤(314)上端的圓環面內，在數量上、位置分布上均與所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)相同；

勵磁系統(4)，含有：勵磁導軌和勵磁控制回路，其中：

所述勵磁導軌，含有：上勵磁導軌(40)和下勵磁導軌(41)，其中：

上勵磁導軌(40)，嵌入到所述上磁懸浮旋翼輪上縱截面呈Z型的定位圓盤(304)的圓環形容納空間內，所述上勵磁導軌(40)沿徑向均勻內嵌有4的倍數數量的上勵磁導軌線圈繞組(400)，該上勵磁線圈繞組(400)與所述上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)沿磁懸浮旋翼輪的徑向相對；

下勵磁導軌(41)，嵌入到所述下磁懸浮旋翼輪上縱截面呈倒Z型的定位圓盤(314)的開口向下的容納空間中，所述下勵磁導軌(41)沿徑向均勻嵌有數量上與所述上勵磁導軌勵磁線圈繞組(400)相等、均布的下勵磁線圈繞組(410)，但所述下勵磁線圈繞組(410)在空間上下位置上是與所述上勵磁線圈繞組(400)均勻嵌套式分布的；

所述上勵磁導軌(40)、下勵磁導軌(41)各自被數量為4的倍數的安裝座(6)所固定，各個所述安裝座(6)用螺釘固定在所述碟殼(1)上，使得上、下兩個勵磁導軌(40，41)與所述碟殼(1)相對靜止；

所述勵磁控制回路，包括上旋翼霍爾傳感器(440)、下旋翼霍爾傳感器(441)、勵磁控制器(42)和勵磁放大器(43)；

旋翼定位系統(5)，由定位導軌和定位控制回路構成，其中：

定位導軌，包括：按照從上到下依次疊放的上定位導軌(50)、永磁導軌(51)和下定位導軌(52)，其中：

所述上定位導軌(50)，在軸向上倒置地位于所述上磁懸浮旋翼輪(30)之上，上定位導軌定位線圈繞組(500)和上定位導軌永磁體(501)均勻嵌套安置在所述上定位導軌(50)上端面內，所述上定位導軌定位線圈繞組(500)和上定位導軌永磁體(501)各自在數量上等于所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)的一半；

所述永磁導軌(51)，固定在所述安裝座(6)上，上端面內均勻嵌有永磁導軌定位永磁體(510)，在數量上等于所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)的個數；

所述下定位導軌(52)，在軸向上正置地位于所述下磁懸浮旋翼輪(31)之下，下定位導軌定位線圈繞組(520)和下定位導軌定位永磁體(521)均勻嵌套安裝在所述下定位導軌(52)上端面內，所述下定位導軌線圈繞組(520)和下定位導軌定位永磁體(521)各自在數量上等于所述下磁懸浮旋翼輪定位永磁片(312)的一半；

所述上定位導軌(50)、永磁導軌(51)和下定位導軌(52)在徑向上的位置分別對應于所述上、下兩個磁懸浮旋翼輪(30，31)上各自定位永磁體所在的位置上，共同構成永磁電磁混合型磁懸浮定位系統；

所述上定位導軌(50)、永磁導軌(51)和下定位的導軌(52)都由各個所述的安裝座(6)共同固定，與所述碟殼(1)保持相對靜止；

所述定位控制回路定位控制回路由上旋翼激光距離傳感器(550)、下旋翼激光距離傳感器(551)、定位控制器(53)和定位放大器(54)構成，上旋翼激光距離傳感器(550)固定在上定位導軌(50)上，檢測上磁懸浮旋翼輪(30)末端在軸向上位移(d0)，下旋翼激光距離傳感器(551)固定在下定位導軌(52)上，檢測下磁懸浮旋翼輪(31)末端在軸向上位移(d1)，并產生相應的兩路電信號，該兩路電信號經過定位控制器(51)的控制算法處理后，生成期望的模擬電流，經過定位放大器(52)進一步功率放大后，分別輸出到上定位導軌定位線圈繞組(500)和下定位導軌定位線圈繞組(520)，產生相應的磁場，定位線圈繞組(500)和定位永磁體(501、510)所產生的磁力合力(f0)改變上磁懸浮旋翼輪軸向位移(d0)，定位線圈繞組(520)和定位永磁體(521、510)所產生的磁力合力(f1)改變下磁懸浮旋翼輪軸向位移(d1)，由此形成兩個實現精確定位的閉環控制回路；

所述勵磁系統中的勵磁控制回路由壓嵌在所述上定位導軌(50)下端面上的上旋翼霍爾傳感器(440)、下定位導軌(52)上端面上的下旋翼霍爾傳感器(441)、碟殼(1)內相對與所述上定位導軌(50)一側的內側面上的勵磁控制器(42)以及勵磁放大器(43)共同構成，所述上旋翼霍爾傳感器(440)檢測所述上磁懸浮旋翼輪(30)在旋轉或靜止時所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)的轉動變化，所述下旋翼霍爾傳感器(441)檢測所述下磁懸浮旋翼輪(31)在旋轉或靜止時所述上、下磁懸浮旋翼輪(30，31)的位置和速度信息，并通過所述安裝座(6)送入固定在所述碟殼(1)內側面上的所述勵磁控制器(42)，生成期望的模擬電流，在經過也固定在所述碟殼(1)內側面上的勵磁放大器(43)進一步的功率放大后，轉化為控制電流(I)，并通過所述安裝座(6)分別輸出到所述上勵磁導軌勵磁線圈繞組(400)和下勵磁導軌勵磁線圈繞組(410)，產生期望變化磁場，分別激勵所述上磁懸浮旋翼輪感應線圈(301)和下磁懸浮旋翼輪感應線圈(311)產生感應電流(i)，和感應磁場，使所述上、下兩個磁懸浮旋翼輪(30，31)在二者之間的磁場力(fi)作用下同步地改變轉速，轉速變化信息被所述上、下兩個旋翼輪霍爾傳感器(440)，441所檢測到，實現轉速閉環控制，同時通過改變所述勵磁控制器(42)輸出的兩路控制電路中的一路的電流方向，以實現對磁懸浮旋翼輪的轉向控制。