專利名稱：一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬航空飛行器領(lǐng)域，具體涉及一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟。
背景技術(shù)：
旋翼式飛行器的升力和推力由高速旋轉(zhuǎn)的旋翼形成，而旋翼旋轉(zhuǎn)的動力來自于引擎及其他電磁動力裝置。現(xiàn)有的旋翼式飛行器，包括各種旋翼式直升飛機，其旋翼受引擎或其他電磁動力裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，旋翼的反扭矩力都反作用于引擎或電磁動力驅(qū)動裝置，并最終作用于機體，機體受該反扭矩影響，往往需要輔助機構(gòu)來抵消該扭轉(zhuǎn)作用以保證機體姿態(tài)。與一般旋翼式飛行器相比，旋翼式飛碟的特殊性在于旋翼式飛碟的旋翼系統(tǒng)及其動力系統(tǒng)需要安裝在碟殼內(nèi)。碟殼內(nèi)部空間有限，限制了旋翼系統(tǒng)及其動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局。因此，如何充分地利用碟殼內(nèi)部有限的空間，設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、重量輕、動力轉(zhuǎn)換效率高，并且，易于操縱和控制的旋翼系統(tǒng)及其動力系統(tǒng)，是旋翼式飛碟設(shè)計的首要問題。與一般旋翼式飛行器類似，飛碟旋翼旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生反扭矩作用于機體，詳見專利 CNl 114279A，存在著飛碟碟體受到不可控反扭矩的問題，因此，如何克服旋翼式飛碟碟體所承受的反扭矩也是旋翼式飛碟設(shè)計的重要問題之一，常規(guī)旋翼式飛行器通常采用扭矩相互抵消的方式克服機體所承受的反扭矩，往往依賴于一套主動控制系統(tǒng)，既增加額外能耗，又存在控制精度和安全性問題，設(shè)計對機體不產(chǎn)生反扭矩的自驅(qū)動旋翼動力系統(tǒng)則是克服旋翼式飛碟反扭矩問題的一個最優(yōu)方案。旋翼在碟殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時，由于氣動渦流、旋翼的柔性，以及飛碟的機動飛行等因素，可能發(fā)生旋翼與碟殼的觸碰，產(chǎn)生故障，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，詳見專CN 1120008A，存在著如上所述的缺點。因此，如何在有限空間內(nèi)利用巧妙緊湊的定位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對旋翼的空間定位控制，避免旋翼在高速旋轉(zhuǎn)的情形下與碟殼內(nèi)部的接觸和摩擦，減少旋翼高速旋轉(zhuǎn)時的噪聲以及碟殼和碟艙的振動，同時，保證旋翼以及飛碟的運行安全，是旋翼式飛碟設(shè)計的另一個重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于充分地利用碟殼內(nèi)部有限的空間，設(shè)計和構(gòu)造一種旋翼式飛碟，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、易于操縱和控制的磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)，該自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)克服常規(guī)旋翼式飛行器旋翼反扭矩作用于機體的不利影響，實現(xiàn)自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)且不對機體產(chǎn)生反扭矩，該自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)具有巧妙緊湊的定位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對旋翼的空間定位控制，避免旋翼在高速旋轉(zhuǎn)的情形下與碟殼內(nèi)部的接觸和摩擦。本發(fā)明的特征在于，一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟，含有包括碟殼I、碟艙2、位于所述碟殼I內(nèi)的雙旋翼系統(tǒng)3、勵磁系統(tǒng)4以及旋翼定位系統(tǒng)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I的上殼部同軸連接，下部艙與所述碟殼I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(tǒng)3，是一個磁懸浮自驅(qū)動的系統(tǒng)，由沿碟體縱坐標(biāo)上與所述碟殼I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(yīng)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(huán)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(huán)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(huán)303外周的下部相連，形成一個開口向上的圓環(huán)形的容納空間；所述的上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301，在數(shù)量上至少為4的倍數(shù)，沿圓環(huán)方向均勻地分布在所述開口向上的圓環(huán)形容納空間中，各個所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301在三維空間中呈“8”字形，上半個環(huán)形線圈3010和下半個環(huán)形線圈3011互相垂直地嵌在所述開口向上的圓環(huán)形容納空間中，且下半個環(huán)形線圈30111壓嵌在所述開口向上的圓環(huán)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(huán)面內(nèi)，在數(shù)量上至少為4的倍數(shù)，且與所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301的個數(shù)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(yīng)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(huán)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(shù)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盤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盤313外周上部相連，形成一個開口向下的圓環(huán)形容納空間； 所述下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301，在數(shù)量上、沿圓環(huán)方向的位置分布上均與所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301相同，在三維空間中也呈“8”字形，上、下兩個環(huán)形線圈3110， 3111相互垂直地均勻嵌在所述開口向下的圓環(huán)形容納空間中，且下半個環(huán)形線圈3111壓嵌在所述開口向上的圓環(huán)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(zhuǎn)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(huán)面內(nèi)，在數(shù)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(tǒng)4，含有勵磁導(dǎo)軌和勵磁控制回路，其中所述勵磁導(dǎo)軌，含有上勵磁導(dǎo)軌40和下勵磁導(dǎo)軌41，其中
上勵磁導(dǎo)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(huán)形容納空間內(nèi)，所述上勵磁導(dǎo)軌40沿徑向均勻內(nèi)嵌有4的倍數(shù)數(shù)量的上勵磁導(dǎo)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(yīng)線圈301沿磁懸浮旋翼輪的徑向相對；下勵磁導(dǎo)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(dǎo)軌41沿徑向均勻嵌有數(shù)量上與所述上勵磁導(dǎo)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400均勻嵌套式分布的；所述上勵磁導(dǎo)軌40、下勵磁導(dǎo)軌41各自被數(shù)量為4的倍數(shù)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I上，使得上、下兩個勵磁導(dǎo)軌40，41與所述碟殼I 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(tǒng)5，由定位導(dǎo)軌和定位控制回路構(gòu)成，其中定位導(dǎo)軌，包括按照從上到下依次疊放的上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52，其中所述上定位導(dǎo)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(dǎo)軌定位線圈繞組500和上定位導(dǎo)軌永磁體501均勻嵌套安置在所述上定位導(dǎo)軌50上端面內(nèi)，所述上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組500和上定位導(dǎo)軌永磁體501各自在數(shù)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(dǎo)軌51,固定在所述安裝座6上,上端面內(nèi)均勻嵌有永磁導(dǎo)軌定位永磁體510，在數(shù)量上等于所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片302的個數(shù)；所述下定位導(dǎo)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(dǎo)軌定位線圈繞組520和下定位導(dǎo)軌定位永磁體521均勻嵌套安裝在所述下定位導(dǎo)軌52上端面內(nèi)，所述下定位導(dǎo)軌線圈繞組520和下定位導(dǎo)軌定位永磁體521各自在數(shù)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(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52在徑向上的位置分別對應(yīng)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(gòu)成永磁電磁混合型磁懸浮定位系統(tǒng)；所述上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位的導(dǎo)軌52都由各個所述的安裝座6共同固定，與所述碟殼I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(gòu)成，上旋翼激光距離傳感器550固定在上定位導(dǎo)軌50上，檢測上磁懸浮旋翼輪30末端在軸向上位移(Cltl)，下旋翼激光距離傳感器551 固定在下定位導(dǎo)軌52上，檢測下磁懸浮旋翼輪31末端在軸向上位移(Cl1)，并產(chǎn)生相應(yīng)的兩路電信號，該兩路電信號經(jīng)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(jīng)過定位放大器52進一步功率放大后，分別輸出到上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組500和下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組520，產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，定位線圈繞組500和定位永磁體501、510所產(chǎn)生的磁力合力(fo)改變上磁懸浮旋翼輪軸向位移(Cltl)，定位線圈繞組520和定位永磁體521、510所產(chǎn)生的磁力合力(f\)改變下磁懸浮旋翼輪軸向位移(Cl1)，由此形成兩個實現(xiàn)精確定位的閉環(huán)控制回路；所述勵磁系統(tǒng)中的勵磁控制回路由壓嵌在所述上定位導(dǎo)軌50下端面上的上旋翼霍爾傳感器440、下定位導(dǎo)軌52上端面上的下旋翼霍爾傳感器441、碟殼I內(nèi)相對與所述上定位導(dǎo)軌50 —側(cè)的內(nèi)側(cè)面上的勵磁控制器42以及勵磁放大器43共同構(gòu)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(zhuǎn)或靜止時所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片302的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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I內(nèi)側(cè)面上的所述勵磁控制器42，生成期望的模擬電流，在經(jīng)過也固定在所述碟殼I 內(nèi)側(cè)面上的勵磁放大器43進一步的功率放大后，轉(zhuǎn)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(dǎo)軌勵磁線圈繞組400和下勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈繞組410，產(chǎn)生期望變化磁場，分別激勵所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301和下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈311產(chǎn)生感應(yīng)電流(i)，和感應(yīng)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 (f\)作用下同步地改變轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)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(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)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(xiàn)對磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)向控制。本發(fā)明所設(shè)計的磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟充分利用碟殼內(nèi)部有限的空間，設(shè)計具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、易于操縱和控制的磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)，該自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)克服了常規(guī)旋翼式飛行器旋翼反扭矩作用于機體的不利影響，實現(xiàn)雙旋翼的自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)且不對機體產(chǎn)生反扭矩，避免使用常規(guī)旋翼飛行器為克服反扭矩而采用的主動控制系統(tǒng)，從而克服了其增加額外能耗、存在控制精度和安全性問題的缺點；該自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)具有巧妙緊湊的定位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對旋翼的空間精確定位控制，避免了旋翼在高速旋轉(zhuǎn)的情形下與碟殼內(nèi)部的接觸和摩擦，減少旋翼高速旋轉(zhuǎn)時的噪聲以及碟殼和碟艙的振動等不穩(wěn)定因素，同時，保證旋翼以及飛碟的運行安全。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述。


附圖所用的標(biāo)志說明如下I-碟殼；10-入流口；11-出流口2-碟艙3-雙旋翼輪系統(tǒng)；30_上磁懸浮旋翼輪；31_下磁懸浮旋翼輪；300_上磁懸浮旋翼輪槳葉；301_上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈；302_上磁懸浮旋翼輪定位永磁片；303_上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(huán)；304_上磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤；305_上磁懸浮旋翼輪輪轂； 310-下磁懸浮旋翼輪槳葉；311_下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈；312_下磁懸浮旋翼輪定位永磁片；313-下磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(huán)；314-下磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤；315-下磁懸浮旋翼輪輪轂；3010_上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈上圓環(huán)；3011_上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)；3110_下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈上圓環(huán)；3111_下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)； 3011a-與上勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈徑向正對的上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)；3111a-與下勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈徑向正對的下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)
8
4-勵磁系統(tǒng)；40_上勵磁導(dǎo)軌；41_下勵磁導(dǎo)軌；42_勵磁控制器；43_勵磁放大器； 44-霍爾傳感器；400_上勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈繞組；410_下勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈繞組；440_上旋翼霍爾傳感器；441_下旋翼霍爾傳感器5-旋翼定位系統(tǒng)；50_上定位導(dǎo)軌；51_永磁導(dǎo)軌；52_下定位導(dǎo)軌；53_定位控制器；54_定位放大器；55_激光距離傳感器；500_上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組；501-上定位導(dǎo)軌定位永磁體；510_永磁導(dǎo)軌定位永磁體；520_下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組；521-下定位導(dǎo)軌定位永磁體；550_上旋翼激光距離傳感器；551_下旋翼激光距離傳感器6-安裝座;60、61、62、63、64、65、66、67、68_ 圓周陣列的 8 個安裝座70-勵磁磁場；71_感應(yīng)線圈上圓環(huán)感應(yīng)磁場；72_感應(yīng)線圈下圓環(huán)感應(yīng)磁場圖I :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟結(jié)構(gòu)簡圖，其中(Ib)為俯視圖，(Ia)為(Ib)中A-A 面首1J視圖;圖2 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖；圖3 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟雙旋翼系統(tǒng)，其中(3a)為俯視圖，(3b)為(3a)中 A-A面首I]視圖；圖4 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟勵磁系統(tǒng)； 圖5 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟旋翼定位系統(tǒng)；圖6 ‘8’子型感應(yīng)線圈簡圖，其中(6a)為如視圖，(6b)為右視圖；圖7 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟磁路系統(tǒng)示意圖，其中(7a)為勵磁線圈繞組和感應(yīng)線圈磁場作用示意圖，(7b)為上磁懸浮旋翼輪和下磁懸浮旋翼輪中感應(yīng)線圈磁場作用示意圖；圖8 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟電路系統(tǒng)示意圖，其中(8a)為勵磁控制電路示意圖，(8b)為定位控制電路示意圖；圖9 :磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟控制流程圖，其中(9a)為定位控制流程圖，(9b)為轉(zhuǎn)速控制流程圖
具體實施例方式本發(fā)明的一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟，包括包括碟殼I、碟艙2、雙旋翼系統(tǒng)3、 勵磁系統(tǒng)4以及旋翼定位系統(tǒng)5，其特征在于所述的雙旋翼系統(tǒng)3是磁懸浮自驅(qū)動系統(tǒng)，由沿碟體坐標(biāo)系垂直方向上共軸安置的兩個具有相似結(jié)構(gòu)上、下磁懸浮旋翼輪30，31構(gòu)成， 其中上磁懸浮旋翼輪30由上磁懸浮旋翼輪槳葉300、上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311、上磁懸浮旋翼輪定位永磁片302/312、上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(huán)303、上磁懸浮旋翼輪Z 型定位圓盤304和上磁懸浮旋翼輪輪轂305組成；下磁懸浮旋翼輪31由下磁懸浮旋翼輪槳葉310、下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)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(huán)313、下磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤314和下磁懸浮旋翼輪輪轂315組成；上、下磁懸浮旋翼輪30、31通過各自感應(yīng)線圈301/311、311中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場相互作用， 依靠相互間磁力作用相對轉(zhuǎn)動，完成雙旋翼的自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，并帶動槳葉300轉(zhuǎn)動生成飛碟飛行所依賴的空氣動力，在這個過程中，上、下磁懸浮旋翼輪30、31構(gòu)成磁懸浮力自驅(qū)動動力系統(tǒng)，二者的反扭矩力相互抵消，反扭矩不再像傳統(tǒng)旋翼飛行器一樣作用于機體，保證了碟殼I和碟艙2的姿態(tài)穩(wěn)定性；旋翼定位系統(tǒng)5由定位導(dǎo)軌和定位控制回路構(gòu)成，是一種混合控制型磁懸浮定位系統(tǒng)，定位導(dǎo)軌包括上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52,上定位導(dǎo)軌50中內(nèi)嵌有上定位導(dǎo)軌定位永磁體501和上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組500,下定位導(dǎo)軌52中內(nèi)嵌有下定位導(dǎo)軌定位永磁體521和下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組520,永磁導(dǎo)軌51 中內(nèi)嵌有永磁導(dǎo)軌定位永磁體510,這些定位永磁體和定位線圈繞組在工作時對上、下磁懸浮旋翼輪30、31的定位永磁片302/312產(chǎn)生磁力作用，主動控制上、下磁懸浮旋翼輪30、31 的軸向精確定位；勵磁系統(tǒng)4由勵磁導(dǎo)軌和勵磁控制回路構(gòu)成,勵磁導(dǎo)軌包括上勵磁導(dǎo)軌 40和下勵磁導(dǎo)軌41,由勵磁控制電路控制勵磁導(dǎo)軌40、41所產(chǎn)生的磁場,進而控制磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311中的感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場，并借助上、下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈 301/311感應(yīng)磁場的相互磁力作用，實現(xiàn)上磁懸浮旋翼輪30和下磁懸浮旋翼輪的相對轉(zhuǎn)動 31 ;同時勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈400、410和磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311中工作時各自的磁場方向同性相向，依靠二者間的磁懸浮斥力，使勵磁導(dǎo)軌40、41和磁懸浮旋翼輪30、31形成被動型徑向磁懸浮定位系統(tǒng)，實現(xiàn)磁懸浮旋翼輪在徑向上的自穩(wěn)定定位，其中所述雙旋翼系統(tǒng)3由沿碟體坐標(biāo)系垂直方向上共軸安置的上磁懸浮旋翼輪30和下磁懸浮旋翼輪31構(gòu)成，上磁懸浮旋翼輪30由上磁懸浮旋翼輪槳葉300、上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311、上磁懸浮旋翼輪定位永磁片302/312、上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(huán) 303、上磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤304和上磁懸浮旋翼輪輪轂305組成；下磁懸浮旋翼輪 31由下磁懸浮旋翼輪槳葉310、下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)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(huán)313、下磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤314和下磁懸浮旋翼輪輪轂315組成，其中槳葉300/310可根據(jù)飛碟承載的需要可設(shè)計為2片或以上，在此取6 槳葉為例；感應(yīng)線圈301/311/311為三維空間中‘8’字型設(shè)計，其上圓環(huán)3010/3110和下圓環(huán)3011/3111分別處于相互垂直的平面中，感應(yīng)線圈301/311/311以磁懸浮旋翼輪軸心為圓心均勻嵌在與槳葉末端圓環(huán)303/313固連的Z型定位圓盤304/314中，上圓環(huán)3010/3110 豎直嵌在Z型定位圓盤304/314中部垂直圓環(huán)中，下圓環(huán)3011/3111水平嵌在Z型定位圓盤304/314內(nèi)側(cè)水平圓環(huán)中，每個磁懸浮旋翼輪中感應(yīng)線圈301/311數(shù)量為4的倍數(shù)，數(shù)量越多磁懸浮驅(qū)動的穩(wěn)定性和連續(xù)性越好，在此以16個為例；定位永磁片302/312磁場方向沿垂直方向且磁極方向一致，其數(shù)量為4的倍數(shù)，在此以16為例，定位永磁片302/312以磁懸浮旋翼輪軸心為圓心均勻嵌在與槳葉末端固連的Z型定位圓盤304/314外側(cè)水平圓環(huán)中；工作時，控制勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈繞組產(chǎn)生沿勵磁導(dǎo)軌徑向分布且磁極依次相反的勵磁磁場70，該勵磁磁場70會在與其徑向相對的磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈上圓環(huán)3010/3110 產(chǎn)生感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場71，該電流流經(jīng)感應(yīng)線圈301/311的下圓環(huán)3011/3111時產(chǎn)生感應(yīng)磁場72,容易知道，由于勵磁磁場70的磁極依次相反,磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán) 3011/3111的感應(yīng)磁場72也是周期變化的，感應(yīng)磁場的磁極和磁場強度是呈正弦規(guī)律周期變化的，其變化頻率和勵磁磁場70的磁極變化頻率相同，且與勵磁線圈徑向正對的感應(yīng)線圈感應(yīng)磁場磁場強度最大。雙磁懸浮旋翼輪的運動有兩種控制方式轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)向控制，其中，在轉(zhuǎn)速控制時，勵磁控制電路控制勵磁導(dǎo)軌40/41所產(chǎn)生的磁場,該磁場使上磁懸浮旋翼輪30和下磁懸浮旋翼輪31的感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111生成感應(yīng)磁場72，如前所述，該感應(yīng)磁場沿垂直方向，磁極和磁場強度沿感應(yīng)線圈的安裝圓周是呈正弦規(guī)律周期變化的。為簡化問題描述同時不失一般性，僅選取與勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈徑向正對的上、下磁懸浮旋翼輪30、31感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011a/3111a,作為上、下磁懸浮旋翼輪30、31磁場力作用的分析對象。感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011a/3111a的磁極方向依次相反,且上磁懸浮旋翼輪30的感應(yīng)線圈下圓環(huán) 3011a在圓周位置上與下磁懸浮旋翼輪31的感應(yīng)線圈下圓環(huán)3111a是均勻嵌套的，任意一個感應(yīng)線圈下圓環(huán)301 Ia與周向相鄰的兩個感應(yīng)線圈下圓環(huán)311Ia之間存在磁力A和fi+1, 二個磁力在垂直方向上的兩個分力合力為0，在圓周切線方向上的兩個分力合成作用于上磁懸浮旋翼輪軸心的扭矩Titj上磁懸浮旋翼輪30所有感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011所受扭矩之和Γ =E Ti，在扭矩Γ的作用下，上磁懸浮旋翼輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速W。由于反作用力，該扭矩在下磁懸浮旋翼輪31上的作用力為反扭矩-Γ，并使其產(chǎn)生轉(zhuǎn)速-W。當(dāng)改變勵磁控制回路輸出電流I的大小,勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈400/410所產(chǎn)生的勵磁磁場70隨之改變，從而改變感應(yīng)線圈301/311的感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場71、72，上、下磁懸浮旋翼輪30、31感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111感應(yīng)磁場的改變將相應(yīng)改變磁力及其產(chǎn)生的扭矩Γ，進而改變上、下磁懸浮旋翼輪30、31的轉(zhuǎn)速，這是雙磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)速控制過程；在轉(zhuǎn)向控制時，僅僅改變勵磁控制回路輸出電流I大小，僅能調(diào)節(jié)扭矩Γ的大小，而無法改變其正負(fù)，在轉(zhuǎn)向時要將兩個勵磁導(dǎo)軌的其中一個的所有勵磁線圈400/410中控制電流I改變?yōu)?I，此時相應(yīng)的磁場的磁極均反轉(zhuǎn)，兩個磁懸浮旋翼輪間的扭矩Γ也變?yōu)?Γ，從而實現(xiàn)雙磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)向控制。所述的勵磁系統(tǒng)4安置在碟殼I內(nèi)，由勵磁導(dǎo)軌和勵磁控制回路構(gòu)成，其中勵磁導(dǎo)軌包括上勵磁導(dǎo)軌40和下勵磁導(dǎo)軌41，勵磁導(dǎo)軌固定在8個安裝座6上，這8個安裝座 6用螺釘固定在碟殼I上，因此勵磁導(dǎo)軌與碟殼I相對靜止，勵磁導(dǎo)軌40/41在軸向上對應(yīng)于磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311下圓環(huán)3011/3111所在的Z型定位圓盤內(nèi)側(cè)水平圓環(huán)， 其沿徑向方向均勻內(nèi)嵌有4的倍數(shù)數(shù)量的勵磁線圈繞組400/410，在此以16個為例，上勵磁導(dǎo)軌40的勵磁線圈繞組400在勵磁導(dǎo)軌的周向上對應(yīng)于下勵磁導(dǎo)軌41的勵磁線圈繞組 410的中間，即在周向上勵磁線圈繞組400和勵磁線圈繞組410是均勻嵌套的；勵磁控制回路由上旋翼霍爾傳感器440、下旋翼霍爾傳感器441、勵磁控制器42和勵磁放大器43構(gòu)成， 上旋翼霍爾傳感器440和下旋翼霍爾傳感器441分別固定在上定位導(dǎo)軌50和下定位導(dǎo)軌 52上，分別檢測上、下磁懸浮旋翼輪30、31在旋轉(zhuǎn)或靜止時定位永磁片302/312的磁場變化，通過檢測該變化磁場獲取上、下磁懸浮旋翼輪30、31的位置和速度信息，該檢測信息被送入勵磁控制器43并經(jīng)過適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄓ嬎愫?，生成期望的模擬電流，在經(jīng)過勵磁放大器42中進一步功率放大后，轉(zhuǎn)化為控制電流I并輸出到勵磁線圈繞組400/410，控制電流I 在勵磁線圈繞組400/410中產(chǎn)生期望變化磁場，該變化磁場根據(jù)電磁感應(yīng)定律激勵感應(yīng)線圈301/311產(chǎn)生感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場，完成能量的無接觸傳遞。所述的旋翼定位系統(tǒng)5安置在碟殼I內(nèi)，由定位導(dǎo)軌和定位控制回路構(gòu)成，其中 定位導(dǎo)軌包括上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52,上定位導(dǎo)軌50內(nèi)嵌有上定位導(dǎo)軌定位永磁體501和上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組500,下定位導(dǎo)軌52內(nèi)嵌有下定位導(dǎo)軌定位永磁體521和下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組520，定位永磁體和定位線圈繞組均勻嵌套安置在定位導(dǎo)軌上，且數(shù)量均為單個磁懸浮旋翼輪中定位永磁片302/312數(shù)量一半，永磁導(dǎo)軌 51均勻內(nèi)嵌有永磁導(dǎo)軌定位永磁體510,數(shù)量等于磁懸浮旋翼輪中定位永磁片302/312的個數(shù)；上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52固定在前述的8個安裝座6上，與碟殼保持相對靜止，上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52在徑向位置上對應(yīng)于上、下磁懸浮旋翼輪30、31的定位永磁片302/312所在的Z型定位圓盤外側(cè)水平圓環(huán)，上定位導(dǎo)軌 50在軸向上位于上磁懸浮旋翼輪30之上,下定位導(dǎo)軌52在軸向上位于下磁懸浮旋翼輪31 之下，永磁導(dǎo)軌51在軸向位置上處于兩個磁懸浮旋翼輪的中間，定位導(dǎo)軌和上、下磁懸浮旋翼輪的定位永磁片302/312構(gòu)成永磁電磁混合型磁懸浮定位系統(tǒng),工作狀態(tài)時以永磁和電磁混合控制的方式實現(xiàn)對兩個磁懸浮旋翼輪的軸向精確定位，非工作狀態(tài)時僅以永磁方式保證兩個磁懸浮旋翼輪與定位導(dǎo)軌在軸向上無接觸，減少能量的消耗；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(gòu)成，上旋翼激光距離傳感器550和下旋翼激光距離傳感器551分別固定在上定位導(dǎo)軌50 和下定位導(dǎo)軌52上，分別測量上、下磁懸浮旋翼輪30、31末端在軸向上位移屯、Cl1，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，該電信號經(jīng)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(jīng)過定位放大器52進一步功率放大后，輸出到定位導(dǎo)軌的定位線圈繞組500/520產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，定位線圈繞組500/520和定位永磁體501、521、510所產(chǎn)生的兩個磁力合力fQ、改變上、下磁懸浮旋翼輪軸向位移屯、Cl1，形成實現(xiàn)精確定位的閉環(huán)控制回路?！?、磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼系統(tǒng)如圖I、圖2、圖3和圖6所示，雙旋翼系統(tǒng)3由沿碟體坐標(biāo)系垂直方向上共軸安置的上磁懸浮旋翼輪30和下磁懸浮旋翼輪31構(gòu)成，上磁懸浮旋翼輪30由上磁懸浮旋翼輪槳葉300、上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311、上磁懸浮旋翼輪定位永磁片302/312、上磁懸浮旋翼輪槳葉末端圓環(huán)303、上磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤304和上磁懸浮旋翼輪輪轂 305組成；下磁懸浮旋翼輪31由下磁懸浮旋翼輪槳葉310、下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)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(huán)313、下磁懸浮旋翼輪Z型定位圓盤314和下磁懸浮旋翼輪輪轂315組成，其中槳葉300/310可根據(jù)飛碟承載的需要可設(shè)計為2片或以上，在此取6槳葉為例；感應(yīng)線圈301/311/311為三維空間中‘8’字型設(shè)計，其上圓環(huán)3010/3110和下圓環(huán)3011/3111分別處于相互垂直的平面中，感應(yīng)線圈 301/311/311以磁懸浮旋翼輪軸心為圓心均勻嵌在與槳葉末端圓環(huán)303/313固連的Z型定位圓盤304/314中，上圓環(huán)3010/3110豎直嵌在Z型定位圓盤304/314中部垂直圓環(huán)中，下圓環(huán)3011/3111水平嵌在Z型定位圓盤304/314內(nèi)側(cè)水平圓環(huán)中，每個磁懸浮旋翼輪中感應(yīng)線圈301/311數(shù)量為4的倍數(shù)，數(shù)量越多磁懸浮驅(qū)動的穩(wěn)定性和連續(xù)性越好，在此以16 個為例；定位永磁片302/312磁場方向沿垂直方向且磁極方向一致,其數(shù)量為4的倍數(shù),在此以16為例，定位永磁片302/312以磁懸浮旋翼輪軸心為圓心均勻嵌在與槳葉末端固連的Z型定位圓盤304/314外側(cè)水平圓環(huán)中；工作時，控制勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈繞組產(chǎn)生沿勵磁導(dǎo)軌徑向分布且磁極依次相反的勵磁磁場70,該勵磁磁場70會在與其徑向相對的磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈上圓環(huán)3010/3110產(chǎn)生感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場71，該電流流經(jīng)感應(yīng)線圈 301/311的下圓環(huán)3011/3111時產(chǎn)生感應(yīng)磁場72，容易知道，由于勵磁磁場70的磁極依次相反，磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111的感應(yīng)磁場72也是周期變化的,感應(yīng)磁場的磁極和磁場強度是呈正弦規(guī)律周期變化的，其變化頻率和勵磁磁場70的磁極變化頻率相同，且與勵磁線圈徑向正對的感應(yīng)線圈感應(yīng)磁場磁場強度最大。如圖7、圖8和圖9所示，雙磁懸浮旋翼輪的運動有兩種控制方式轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)向控制，其中，在轉(zhuǎn)速控制時，勵磁控制電路控制勵磁導(dǎo)軌40/41所產(chǎn)生的磁場，該磁場使上磁懸浮旋翼輪30和下磁懸浮旋翼輪31的感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111生成感應(yīng)磁場72，詳見圖7a。如前所述，該感應(yīng)磁場沿垂直方向，磁極和磁場強度沿感應(yīng)線圈的安裝圓周是呈正弦規(guī)律周期變化的，為簡化問題描述同時不失一般性，僅選取與勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈徑向正對的上、下磁懸浮旋翼輪30、31感應(yīng)線圈下圓環(huán)301 la/311 la，作為上、下磁懸浮旋翼輪30、31磁場力作用的分析對象，詳見圖7b，感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011a/3111a的磁極方向依次相反，且上磁懸浮旋翼輪30的感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011a在圓周位置上與下磁懸浮旋翼輪 31的感應(yīng)線圈下圓環(huán)3111a是均勻嵌套的,任意一個感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011a與周向相鄰的兩個感應(yīng)線圈下圓環(huán)3111a之間存在磁力&和fi+1,二個磁力在垂直方向上的兩個分力合力為0，在圓周切線方向上的兩個分力合成作用于上磁懸浮旋翼輪軸心的扭矩Ti0上磁懸浮旋翼輪30所有感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011所受扭矩之和Γ =Σ Ti，在扭矩Γ的作用下，上磁懸浮旋翼輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速W。由于反作用力，該扭矩在下磁懸浮旋翼輪31上的作用力為反扭矩-F，并使其產(chǎn)生轉(zhuǎn)速-W。如圖8a所示，當(dāng)改變勵磁控制回路輸出電流I的大小，勵磁導(dǎo)軌中勵磁線圈400/410所產(chǎn)生的勵磁磁場70隨之改變，從而改變感應(yīng)線圈301/311的感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場71、72，上、下磁懸浮旋翼輪30、31感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111感應(yīng)磁場的改變將相應(yīng)改變磁力及其產(chǎn)生的扭矩Γ，進而改變上、下磁懸浮旋翼輪30、31的轉(zhuǎn)速，這是雙磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)速控制過程，詳細(xì)的控制流程見圖9b ;在轉(zhuǎn)向控制時，僅僅改變勵磁控制回路輸出電流I大小，僅能調(diào)節(jié)扭矩Γ的大小，而無法改變其正負(fù)，在轉(zhuǎn)向時要將兩個勵磁導(dǎo)軌的其中一個的所有勵磁線圈400/410中控制電流I改變?yōu)?I，如將圖9a中AO 和BO支路的電流極性改變，此時相應(yīng)勵磁線圈400中的磁場的磁極均反轉(zhuǎn)，而勵磁線圈410 中磁場不變，兩個磁懸浮旋翼輪間的扭矩Γ也變?yōu)?Γ，從而實現(xiàn)雙磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)向控制。二、勵磁系統(tǒng)如圖I、圖2和圖4所示，勵磁系統(tǒng)4安置在碟殼I內(nèi)，由勵磁導(dǎo)軌和勵磁控制回路構(gòu)成，其中勵磁導(dǎo)軌包括上勵磁導(dǎo)軌40和下勵磁導(dǎo)軌41,勵磁導(dǎo)軌固定在8個安裝座 6上，這8個安裝座6用螺釘固定在碟殼I上，因此勵磁導(dǎo)軌與碟殼I相對靜止，勵磁導(dǎo)軌 40/41在軸向上對應(yīng)于磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈301/311下圓環(huán)3011/3111所在的Z型定位圓盤內(nèi)側(cè)水平圓環(huán)，其沿徑向方向均勻內(nèi)嵌有4的倍數(shù)數(shù)量的勵磁線圈繞組400/410，在此以16個為例，上勵磁導(dǎo)軌40的勵磁線圈繞組400在勵磁導(dǎo)軌的周向上對應(yīng)于下勵磁導(dǎo)軌 41的勵磁線圈繞組410的中間，即在周向上勵磁線圈繞組400和勵磁線圈繞組410是均勻嵌套的；勵磁控制回路由上旋翼霍爾傳感器440、下旋翼霍爾傳感器441、勵磁控制器42和勵磁放大器43構(gòu)成,上旋翼霍爾傳感器440和下旋翼霍爾傳感器441分別固定在上定位導(dǎo)軌50和下定位導(dǎo)軌52上，分別檢測上、下磁懸浮旋翼輪30、31在旋轉(zhuǎn)或靜止時定位永磁片 302/312的磁場變化，通過檢測該變化磁場獲取上、下磁懸浮旋翼輪30、31的轉(zhuǎn)速信息W。如圖7、圖8和圖9所不,勵磁系統(tǒng)的工作原理有兩部分構(gòu)成磁路工作原理和電路工作原理。磁路工作原理如圖7a所示，勵磁線圈繞組400/410中電流I由勵磁控制回路提供，在該電流作用下產(chǎn)生勵磁磁場70,其磁感應(yīng)強度B = μ (!(l+xm)H,其中磁場強度H = N*I *Le, μ ^為真空磁導(dǎo)率，Xni為磁介質(zhì)的磁化率，N為勵磁線圈匝數(shù)，Le為有效磁路長度， 感應(yīng)線圈301/311中感應(yīng)電動勢E = ηΛ (B *S) / Λ t，S為閉環(huán)線圈磁通面積，由感應(yīng)電動勢 E可得到感應(yīng)電流i,并依據(jù)前述類似的電磁感應(yīng)原理計算得出感應(yīng)線圈301/311下圓環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)磁場72的磁感應(yīng)強度，該磁感應(yīng)強度可以用來計算上、下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈下圓環(huán)3011/3111之間的磁場力fi。電路工作原理如圖8a所示，上旋翼霍爾傳感器440和下旋翼霍爾傳感器441獲得的檢測信息w被送入勵磁控制器43，經(jīng)過如圖9b所示的控制流程處理后，生成四路控制信號，在分別經(jīng)過勵磁放大器42進一步功率放大后，轉(zhuǎn)化為四路控制電流并輸出到AO、BO、AI、BI四組勵磁線圈繞組400/410，其中AO、BO線圈沿圓周均勻交叉，其中電流極性相反幅值相等，A1、B1線圈沿圓周均勻交叉，其中電流極性相反幅值相等， 控制電流在勵磁線圈繞組400/410中產(chǎn)生期望變化磁場，該變化磁場根據(jù)電磁感應(yīng)定律激勵感應(yīng)線圈301/311產(chǎn)生感應(yīng)電流i和感應(yīng)磁場，完成能量的無接觸傳遞，上、下磁懸浮旋翼輪30、31在二者之間磁場力作用下改變轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速信息又被上旋翼霍爾傳感器440和下旋翼霍爾傳感器441所檢測，由此構(gòu)成實現(xiàn)勵磁控制的閉環(huán)電路系統(tǒng)。三、旋翼定位系統(tǒng)如圖I、圖2和圖5所示，旋翼定位系統(tǒng)5安置在碟殼I內(nèi)，由定位導(dǎo)軌和定位控制回路構(gòu)成，其中定位導(dǎo)軌包括上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52，上定位導(dǎo)軌 50內(nèi)嵌有上定位導(dǎo)軌定位永磁體501和上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組500,下定位導(dǎo)軌52內(nèi)嵌有下定位導(dǎo)軌定位永磁體521和下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組520,定位永磁體和定位線圈繞組均勻嵌套安置在定位導(dǎo)軌上，且數(shù)量均為單個磁懸浮旋翼輪中定位永磁片302/312數(shù)量一半，永磁導(dǎo)軌51均勻內(nèi)嵌有永磁導(dǎo)軌定位永磁體510,數(shù)量等于磁懸浮旋翼輪中定位永磁片302/312的個數(shù)；上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52固定在前述的8個安裝座6上，與碟殼保持相對靜止，上定位導(dǎo)軌50、永磁導(dǎo)軌51和下定位導(dǎo)軌52在徑向位置上對應(yīng)于上、下磁懸浮旋翼輪30、31的定位永磁片302/312所在的Z型定位圓盤外側(cè)水平圓環(huán)，上定位導(dǎo)軌50在軸向上位于上磁懸浮旋翼輪30之上,下定位導(dǎo)軌52在軸向上位于下磁懸浮旋翼輪31之下，永磁導(dǎo)軌51在軸向位置上處于兩個磁懸浮旋翼輪的中間，定位導(dǎo)軌和上、下磁懸浮旋翼輪的定位永磁片302/312構(gòu)成永磁電磁混合型磁懸浮定位系統(tǒng),工作狀態(tài)時以永磁和電磁混合控制的方式實現(xiàn)對兩個磁懸浮旋翼輪的軸向精確定位，非工作狀態(tài)時僅以永磁方式保證兩個磁懸浮旋翼輪與定位導(dǎo)軌在軸向上無接觸，減少能量的消耗; 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(gòu)成，上旋翼激光距離傳感器550和下旋翼激光距離傳感器551分別固定在上定位導(dǎo)軌50和下定位導(dǎo)軌52上，分別測量上、下磁懸浮旋翼輪30、31末端在軸向上位移
cIq、di ο如圖8和圖9所示，旋翼定位系統(tǒng)的工作原理如下如圖8b所示，上旋翼激光距離傳感器550和下旋翼激光距離傳感器551獲得的檢測信息屯、Cl1被送入定位控制器51，經(jīng)過定位控制器51如圖9a所示的控制算法處理后，生成期望的控制信號，并經(jīng)過定位放大器 52進一步功率放大后，輸出到定位導(dǎo)軌的定位線圈繞組500/520，并產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，定位線圈繞組500/520和定位永磁體501、521、510所產(chǎn)生的兩個磁力合力改變上、下磁懸浮旋翼輪軸向位移C^d1，該位移信息又被上旋翼激光距離傳感器550和下旋翼激光距離傳感器551所檢測，由此形成能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位的閉環(huán)控制回路。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟，其特征在于，含有包括碟殼(I)、碟艙(2)、位于所述碟殼(I)內(nèi)的雙旋翼系統(tǒng)(3)、勵磁系統(tǒng)(4)以及旋翼定位系統(tǒng)(5)，其中碟殼(I)，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(I)的上殼部同軸連接，下部艙與所述碟殼(I)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(tǒng)(3)，是一個磁懸浮自驅(qū)動的系統(tǒng)，由沿碟體縱坐標(biāo)上與所述碟殼(I)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(yīng)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(huán)(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(huán)(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(huán)(303)外周的下部相連，形成一個開口向上的圓環(huán)形的容納空間；所述的上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)，在數(shù)量上至少為4的倍數(shù)，沿圓環(huán)方向均勻地分布在所述開口向上的圓環(huán)形容納空間中，各個所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)在三維空間中呈“8”字形，上半個環(huán)形線圈(3010)和下半個環(huán)形線圈(3011)互相垂直地嵌在所述開口向上的圓環(huán)形容納空間中，且下半個環(huán)形線圈(3011)壓嵌在所述開口向上的圓環(huán)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(huán)面內(nèi)，在數(shù)量上至少為4的倍數(shù)，且與所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)的個數(shù)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(yīng)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(huán)(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(shù)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(huán)(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(huán)(313)外周上部相連，形成一個開口向下的圓環(huán)形容納空間；所述下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)，在數(shù)量上、沿圓環(huán)方向的位置分布上均與所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)相同，在三維空間中也呈“8”字形，上、下兩個環(huán)形線圈 (3110,3111)相互垂直地均勻嵌在所述開口向下的圓環(huán)形容納空間中，且下半個環(huán)形線圈 (3111)壓嵌在所述開口向上的圓環(huán)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(zhuǎn)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(huán)面內(nèi)，在數(shù)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(tǒng)(4)，含有勵磁導(dǎo)軌和勵磁控制回路，其中所述勵磁導(dǎo)軌，含有上勵磁導(dǎo)軌(40)和下勵磁導(dǎo)軌(41)，其中上勵磁導(dǎo)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(huán)形容納空間內(nèi)，所述上勵磁導(dǎo)軌(40)沿徑向均勻內(nèi)嵌有4的倍數(shù)數(shù)量的上勵磁導(dǎo)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(yīng)線圈(301)沿磁懸浮旋翼輪的徑向相對；下勵磁導(dǎo)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(dǎo)軌(41)沿徑向均勻嵌有數(shù)量上與所述上勵磁導(dǎo)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(dǎo)軌(40)、下勵磁導(dǎo)軌(41)各自被數(shù)量為4的倍數(shù)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(I)上，使得上、下兩個勵磁導(dǎo)軌(40，41)與所述碟殼(I)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(tǒng)(5)，由定位導(dǎo)軌和定位控制回路構(gòu)成，其中定位導(dǎo)軌，包括按照從上到下依次疊放的上定位導(dǎo)軌(50)、永磁導(dǎo)軌(51)和下定位導(dǎo)軌(52)，其中所述上定位導(dǎo)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(dǎo)軌定位線圈繞組(500)和上定位導(dǎo)軌永磁體(501)均勻嵌套安置在所述上定位導(dǎo)軌(50) 上端面內(nèi)，所述上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組(500)和上定位導(dǎo)軌永磁體(501)各自在數(shù)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(dǎo)軌(51)，固定在所述安裝座(6)上，上端面內(nèi)均勻嵌有永磁導(dǎo)軌定位永磁體(510)，在數(shù)量上等于所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)的個數(shù)；所述下定位導(dǎo)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(dǎo)軌定位線圈繞組(520)和下定位導(dǎo)軌定位永磁體(521)均勻嵌套安裝在所述下定位導(dǎo)軌(52)上端面內(nèi)，所述下定位導(dǎo)軌線圈繞組(520)和下定位導(dǎo)軌定位永磁體(521)各自在數(shù)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(dǎo)軌(50)、永磁導(dǎo)軌(51)和下定位導(dǎo)軌(52)在徑向上的位置分別對應(yīng)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(gòu)成永磁電磁混合型磁懸浮定位系統(tǒng)；所述上定位導(dǎo)軌(50)、永磁導(dǎo)軌(51)和下定位的導(dǎo)軌(52)都由各個所述的安裝座(6)共同固定，與所述碟殼(I)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(gòu)成，上旋翼激光距離傳感器(550)固定在上定位導(dǎo)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(dǎo)軌(52)上，檢測下磁懸浮旋翼輪(31)末端在軸向上位移(dl)，并產(chǎn)生相應(yīng)的兩路電信號，該兩路電信號經(jīng)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(jīng)過定位放大器(52)進一步功率放大后，分別輸出到上定位導(dǎo)軌定位線圈繞組(500)和下定位導(dǎo)軌定位線圈繞組(520)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，定位線圈繞組(500)和定位永磁體(501、510)所產(chǎn)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(chǎn)生的磁力合力(fl)改變下磁懸浮旋翼輪軸向位移(dl)，由此形成兩個實現(xiàn)精確定位的閉環(huán)控制回路；所述勵磁系統(tǒng)中的勵磁控制回路由壓嵌在所述上定位導(dǎo)軌(50)下端面上的上旋翼霍爾傳感器(440)、下定位導(dǎo)軌(52)上端面上的下旋翼霍爾傳感器(441)、碟殼(I)內(nèi)相對與所述上定位導(dǎo)軌(50) —側(cè)的內(nèi)側(cè)面上的勵磁控制器(42)以及勵磁放大器(43)共同構(gòu)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(zhuǎn)或靜止時所述上磁懸浮旋翼輪定位永磁片(302)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(I)內(nèi)側(cè)面上的所述勵磁控制器(42)，生成期望的模擬電流，在經(jīng)過也固定在所述碟殼(I)內(nèi)側(cè)面上的勵磁放大器(43)進一步的功率放大后，轉(zhuǎn)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(dǎo)軌勵磁線圈繞組 (400)和下勵磁導(dǎo)軌勵磁線圈繞組(410)，產(chǎn)生期望變化磁場，分別激勵所述上磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(301)和下磁懸浮旋翼輪感應(yīng)線圈(311)產(chǎn)生感應(yīng)電流(i)，和感應(yīng)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(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)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(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)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(xiàn)對磁懸浮旋翼輪的轉(zhuǎn)向控制。
全文摘要
一種磁懸浮自驅(qū)動雙旋翼飛碟，其特征在于，由碟殼、碟艙、雙旋翼系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)以及旋翼定位系統(tǒng)構(gòu)成，雙旋翼系統(tǒng)中的上、下磁懸浮旋翼輪通過各自感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，產(chǎn)生相互作用的磁力實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，勵磁系統(tǒng)中的勵磁控制器通過測量上、下磁懸浮旋翼輪上的定位磁場的相對位置變化來控制自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的速度，并通過所述勵磁控制器改變控制電路中的控制電流的方向來改變旋翼輪中感應(yīng)磁場的方向來實現(xiàn)自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向控制。本發(fā)明具有設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、重量輕、動力轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，同時克服了旋翼式飛碟的反扭矩缺陷，并且實現(xiàn)了旋翼定位控制，保證了飛碟運行安全。
文檔編號B64C39/06GK102602538SQ201210043898
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者侯旭陽, 奧塔瓦·謝, 朱曉慶, 趙秉輝, 阮曉鋼 申請人:北京工業(yè)大學(xué)