CN206742986U - 一种基于磁悬浮技术的载人装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于磁悬浮技术的载人装置。本实用新型涉及载人飞行器领域，特别是涉及基于磁悬浮技术的载人装置。本实用新型为了将磁悬浮电机噪音小，转速高的优点应用于载人飞行器中，提出了一种新型新型磁悬浮电机。为使载人装置在飞行过程中姿态调整灵活高效，本实用新型提出了一种新型的磁悬浮电机分布方式，8个A型磁悬浮电机均匀分布在平台周围，4个B型磁悬浮电机两两一排对称分布在整个飞行器的中央。8个A型磁悬浮电机分别连接8个A型磁悬浮电机连动装置，使得8个A型磁悬浮电机既可以通过绕着电机（28）轴线转动又可以绕着铰链（25）转动。本实用新型通过优化电机的分布和配置，提高了飞行器的飞行效率。

Description

一种基于磁悬浮技术的载人装置

技术领域

本实用新型涉及载人飞行器领域，特别是涉及一种基于磁悬浮技术的载人飞行器。

背景技术

为了克服机械轴承的对电机转速上限的限制,人们将磁悬浮©轴承技术与开关磁阻电机结合起来,开始对磁悬浮开关磁阻电动机的研究。20世纪80年代,利用磁轴承和电机定子在结构上的相似性,两者的磁路铁芯可以共用,将磁轴承中产生径向力的绕组叠绕在原来的电机定子绕组上,相应磁极上具有两个绕组,打破原有气隙磁场的平衡,产生作用在转子上的悬浮力来实现转子悬浮,形成了磁悬浮电机(也称为无轴承电机,BearinglessMotors简称BM)。日本的A.Chiba、瑞士的R. Schoeb、S.Nomura等人对磁悬浮感应电机理机、***的实现和控制幵展了大量的研究。日本的C.Michioka、S.Mori、Oshima、T.ohishi、M.Takemoto 和瑞士的 N.Brarietta 等人,开展了磁悬浮步进磁阻电机、磁悬浮幵关磁阻电机,磁悬浮永磁电机的研究,取得了大量的研究成果以及相关的应用样机。在我国研究磁悬浮电机的高校主要有北京航空航天大学，天津大学，南京航空航天大学和江苏大学等。我国对磁悬浮电机的研究已经日趋成熟。

2015年8月5日雷克萨斯公司官方宣布,悬浮滑板运用磁悬浮技术实现了。飞行器采用的是超导磁悬浮技术。通过液态氮冷却型半导体实现超导与磁块导轨相互排斥,进而实现无摩擦运动。由于是飞行器必须要在特定的磁场轨道上才能飞起来，并不能在普通地面上悬浮，大大限制的这种飞行器的应用领域。由于其使用的液态氮冷却和特殊材质的轨道大大提高了成本，普及起来非常困难。

Arca Space Corporation的美国公司在2015年也造出来一款运用空气动力驱动的悬浮飞行器ArcaBoard。飞行器组装了由36个高速风扇。这些风扇能提供高达272马力和430磅（195千克）的推力，最高速度有20km/h。该飞行器为 145 x 76 x 15 cm，重量可高达82kg，由于续航能力太弱价格昂贵。所以，ArcaBoard尚不能推广。

现有载人飞行器体积庞大，笨重，且飞行效率低。

发明内容

本实用新型的目的在于充分发挥磁悬浮电机的优良性能，克服现有飞行器的缺陷，提供一种操作简单，姿态调整灵敏,灵活轻便的载人飞行器。

为实现上述功能，基于磁悬浮技术的载人装置包括：8个A型磁悬浮电机分别为(1)(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)，4个B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)，鞋套(13)，支撑平台（14），站立平台(15)，电机架(16)，减震器（17），转子（18），定子（19），定子永磁（20），转子永磁（21），永磁结构（22），定子铁芯（23），定子绕组（24）铰链（25），隔磁圈（26）电动伸缩杆（27），电机（28），向心推力轴承（29），旋翼（30），A型磁悬浮电机连动装置（31）。

所述基于磁悬浮技术的载人装置，其特征在于：基于磁悬浮技术的载人装置由A型磁悬浮电机(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)，B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)、8个A型磁悬浮电机连动装置（31），鞋套(13)，支撑平台（14），站立平台(15)，电机架(16)，减震器（17），旋翼（30）组成；所述B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)均匀对称分布于支撑平台（14）底部；所述8个A型磁悬浮电机连动装置（31）固定于支撑平台（14）的径向外侧，并以支撑平台（14）为中心，呈圆周阵列分布；所述A型磁悬浮电机(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)(8)固定于8个A型磁悬浮电机连动装置（31）的径向外侧，并以支撑平台（14）为中心，呈圆周阵列分布；减震器（17）在支撑平台（14）的上面，二者固定连接；站立平台（15）通过螺丝固定在支撑平台（14）上；鞋套（13）底端与站立平台（15）固定连接。

本实用新型设计出一款新型的磁悬浮电机，包括安装在机体上的8个A型磁悬浮电机和4个B型磁悬浮电机，而且旋翼与磁悬浮电机的轴为固定连接；所述装置包括A型磁悬浮电机(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)，B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)；A型磁悬浮电机有定子（19）、转子（18）、永磁结构（22）和隔磁圈（26）；所述转子（18）为8齿结构；所述定子（19）为12齿结构，包括定子铁芯（23）和定子绕组（24），且定子绕组绕在定子铁心上；所述永磁结构包括定子永磁（20）和转子永磁（21），定子永磁（20）可对转子永磁（21）施加轴向和径向力，从而使转子绕定子中心稳定旋转。

所述定子永磁（20）是横截面呈C形的环形永磁体；定子永磁（20）的上端为S极，下端为N极；定子永磁（20）与磁悬浮电机的定子为固定连接；转子永磁（21）包括两部分，上部分是外环为S极内环为N极的圆环形状的永磁体，与转子轴固定连接；下部分是上表面为S极下表面为N极的圆环形状的永磁体，与转子轴固定连接；转子永磁（21）两部分之间为隔磁圈（26），隔磁圈（26）的外边缘与定子永磁（20）接触；转子永磁（21）的上部分永磁的S极与定子永磁（20）的S极面对面放置，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生径向排斥力；转子永磁（21）下部分嵌套在定子永磁（20）的两极之间，转子永磁（21）的S极与定子永磁（20）的S极对应，N极与N极对应，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生轴向排斥力。

所述B型磁悬浮电机的定子有12齿，转子有8齿，转子直径和定子直径都是A型磁悬浮电机的两倍，其余结构与A型磁悬浮电机相同。

本使用新型提出了一种新型的电机分布方式。该装置有8个A型磁悬浮电机均匀分布在支撑平台的周围，其作用是调节装置的姿态；通过电动伸缩杆（27）的伸缩可使A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动；A型磁悬浮电机可通过电机（28）的控制绕着向心推力轴承（29）转动；4个B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)对称分布在支撑平台中央，其作用是为装置提供主要的升力用以抵消装置和人的重力。

8个A型磁悬浮电机通过电动伸缩杆（27）的伸缩变化可使A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动；8个A型磁悬浮电机可通过电机（28）的控制绕着电机（28）轴线转动；与8个A型磁悬浮电机相连的8个电机（28），轴线都与支撑平台(14)所在平面重合；电机架（16）与A型磁悬浮电机固定连接；电机架（16）与支撑平台（14）通过向心推力轴承（29）连接。

本实用新型中的每个A型悬浮电机连接的电机架(14)上都设有电机（28），控制A型磁悬浮电机绕着电机轴转动,电机架（14）通过向心推力轴承（29）与电机（28）连接。

按照上述方案设计的一种基于磁悬浮技术的载人装置，其有益效果是：该装置通过感知使用者的动作变化来改变装置的飞行状态，大大增强了使用者的使用感受，增强使用乐趣，愉悦使用者身心。本方案通过优化电机的分布和配置，提高了该装置的飞行效率。该装置是使用领域也非常广泛，比如：日常生活中的交通工具，悬空作业平台，体验玩具等，也可用于军事领域。

附图说明

图1为一种基于磁悬浮技术的载人装置的结构示意图。

图2为一种基于磁悬浮技术的载人装置的部件位置示意图。

图3为A型磁悬浮电机的剖视图。

图4为A型磁悬浮电机中定子、转子和线圈的结构示意图。

图5为A型磁悬浮电机连动装置的结构示意图。

图中： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) ——8个A型磁悬浮电机，(9) (10)(11) (12 ——是4个B型磁悬浮电机，(13) ——鞋套，（14） ——支撑平台，(15) —— 站立平台，(16) ——电机架，（17）——减震器，（18）——转子，（19）——定子，（20）——定子永磁，（21）——转子永磁，（22）——永磁结构，（23）——定子铁芯，（24）——定子绕组，（25）——铰链，（26）——隔磁圈，（27）——电动伸缩杆，（28）——电机，（29）——向心推力轴承，（30）——旋翼，（31）——A型磁悬浮电机连动装置。

具体实施方式

该磁悬浮载人装置的站立平台（15）供使用者站立，且站立平台上有固定双脚的鞋套（13）；使用者可以通过在站立平台（15）上做出直立，前倾，后仰，左倾，右倾的动作控制该磁悬浮载人装置完成稳定悬浮，前进，后退，左转和右转。所述磁悬浮载人装置所有运动状态的改变是通过调节每个电机转速实现的，使该装置产生的升降、平移、旋转运动的各个分运动相叠加而实现。

为实现本实用新型的平移运动，采取的技术方案为：该装置的前进运动是通过同时减小（1）（2）（8）这三个A型磁悬浮电机的转速，增大（4）（5）（6）这三个A型磁悬浮电机的转速，同时控制(1)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆伸长，使得(1)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度，(5)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆收缩，使得(5)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度实现的; 该装置的后退运动是通过同时增大（1）（2）（8）这三个A型磁悬浮电机的转速，减小（4）（5）（6）这三个A型磁悬浮电机的转速，同时控制(5)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆伸长，使得(5)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度，(1)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆收缩，使得(1)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度实现的；该装置的向左平移运动是通过同时减小（6）（7）（8）这三个A型磁悬浮电机的转速，增大（2）（3）（4）这三个A型磁悬浮电机的转速，同时控制(7)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆伸长，使得(7)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度，(3)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆收缩，使得(3)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度实现的；向右平移运动是通过同时增大（6）（7）（8）这三个A型磁悬浮电机的转速，减小（2）（3）（4）这三个A型磁悬浮电机的转速，同时控制(7)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆收缩，使得(7)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度，(3)号A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动的电动伸缩杆伸长，使得(3)号A型磁悬浮电机绕支撑平台（14）转动90度实现的；为使磁悬浮载人装置实现从上向下看的顺时针的旋转运动是通过同时增大两个顺时针旋转（从上向下看）的B型磁悬浮电机的转速，减小两个逆时针旋转（从上向下看）B型磁悬浮电机的转速，同时8个A型磁悬浮电机通过电机（28）控制，绕着电机轴通过连接向心推力轴承（29）顺时针转动90度（从内向外看）实现的。实现从上向下看的逆时针的旋转运动是通过同时减小两个顺时针旋转（从上向下看）的B型磁悬浮电机的转速，增大两个逆时针旋转（从上向下看）B型磁悬浮电机的转速，同时8个A型磁悬浮电机通过电机（28）控制，绕着电机轴通过连接向心推力轴承（29）逆时针转动90度（从内向外看）实现的。

为抵消电机旋转带来的陀螺效应，磁悬浮载人装置相邻的两个同种型号的电机旋转方向相反。当磁悬浮载人装置稳定悬浮在空中时，(1)(3)(5)(7)这四个A型磁悬浮电机旋转方向与(2)(4)6)(8) 这四个A型磁悬浮电机的旋转方向相反；（9）（10）这两个B型磁悬浮电机旋转方向与（11）（12）这两个B型磁悬浮电机的旋转方向相反。

磁悬浮电机中的定子永磁（20）是横截面呈C形的环形永磁体；定子永磁（20）的上端为S极，下端为N极；定子永磁（20）与磁悬浮电机的定子为固定连接；转子永磁（21）包括两部分，上部分是外环为S极内环为N极的圆环形状的永磁体，与转子轴固定连接；下部分是上表面为S极下表面为N极的圆环形状的永磁体，与转子轴固定连接；转子永磁（21）两部分之间为隔磁圈（26），隔磁圈（26）的外边缘与定子永磁（20）接触；转子永磁（21）的上部分永磁的S极与定子永磁（20）的S极面对面放置，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生径向排斥力；转子永磁（21）下部分嵌套在定子永磁（20）的两极之间，转子永磁（21）的S极与定子永磁（20）的S极对应，N极与N极对应，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生轴向排斥力。磁悬浮电机所受的转子轴向力和径向力，使得磁悬浮电机转子在运行时能够稳定悬浮。

为增强磁悬浮载人装置的使用灵活性，本方案采用了A型磁悬浮电机连动装置（31），由铰链（25）、电动伸缩杆（27），电机（28），向心推力轴承（29）组成；电机（28）的输出轴与A型磁悬浮的电机架（16）固定连接；电机（28）的轴线都与支撑平台(14)所在平面重合；电机（28）通过铰链（25）与支撑平台（14）连接，并且在支撑平台（14）的外边缘呈圆周阵列分布；电机架（16）与A型磁悬浮电机固定连接；电机架（16）与支撑平台（14）通过向心推力轴承（29）连接；电动伸缩杆（27）的一端固定在支撑平台（14）上，另一端与电机（28）固定；8个A型磁悬浮电机通过电动伸缩杆（27）的伸缩变化可使A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动；8个A型磁悬浮电机可通过电机（28）的控制绕着电机（28）轴线转动。

本实用新型中设有陀螺仪，角速度传感器，加速度传感器和电子罗盘，所述陀螺仪，角速度传感器，加速度传感器和电子罗盘在磁悬浮载人装置内部都是电性连接。其作用是通过感知使用者在站立平台（15）上做出直立，前倾，后仰，左倾，右倾的动作，使该装置进行稳定悬浮，前进，后退，左转和右转的信号。

本实用新型中为保证使用者的安全，在功能选择中设有安全模式；在安全模式下，通过陀螺仪和加速度传感器获取的信号,然后传输到控制器经计算分析，进而控制器限制磁悬浮载人装置最底端距离地面的高度不超过500mm。

磁悬浮载人装置所有运动状态的改变是通过调节每个电机转速实现的，使其产生的升降、平移、旋转运动的各个矢量相叠加与运动状态改变的矢量相同。

该磁悬浮载人装置所用所有支架全部抽成真空，既减小了重量，又增加了空气浮力。

该磁悬浮载人装置底部设有减震器（17），所述减震器（17）通过螺丝固定在支撑平台（14）上，用以减缓磁悬浮载人装置落地时带来的冲击。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。本领域技术人员在本实用新型的启示下得出的其他形式的产品，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于磁悬浮技术的载人装置，其特征在于：所述基于磁悬浮技术的载人装置由A型磁悬浮电机(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)，B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)，8个A型磁悬浮电机连动装置（31），鞋套(13)，支撑平台（14），站立平台(15)，电机架(16)，减震器（17），旋翼（30）组成；所述B型磁悬浮电机(9) (10) (11) (12)均匀对称分布于支撑平台（14）底部；所述8个A型磁悬浮电机连动装置（31）固定于支撑平台（14）的径向外侧，并以支撑平台（14）为中心，呈圆周阵列分布；所述A型磁悬浮电机(1) (2) (3) (4) (5) (6)(7) (8)固定于8个A型磁悬浮电机连动装置（31）的径向外侧，并以支撑平台（14）为中心，呈圆周阵列分布；减震器（17）在支撑平台（14）的上面，二者固定连接；站立平台（15）通过螺丝固定在支撑平台（14）上；鞋套（13）底端与站立平台（15）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术的载人装置，其特征是：A型磁悬浮电机连动装置（31）由铰链（25），电动伸缩杆（27），电机（28），向心推力轴承（29）组成；电机（28）的轴与A型磁悬浮的电机架（16）固定连接；电机（28）的轴线都与支撑平台(14)所在平面重合；电机（28）通过铰链（25）与支撑平台（14）连接，并且在支撑平台（14）的外边缘呈圆周阵列分布；电机架（16）与A型磁悬浮电机固定连接；电机架（16）与支撑平台（14）通过向心推力轴承（29）连接；电动伸缩杆（27）的一端固定在支撑平台（14）上，另一端与电机（28）固定；8个A型磁悬浮电机通过电动伸缩杆（27）的伸缩变化可使A型磁悬浮电机绕铰链（25）转动；8个A型磁悬浮电机可通过电机（28）的控制绕着电机（28）轴线转动。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术的载人装置，其特征是：A型磁悬浮电机有定子（19）、转子（18）、永磁结构（22）和隔磁圈（26）；所述转子（18）为8齿结构；所述定子（19）为12齿结构，包括定子铁芯（23）和定子绕组（24），且定子绕组（24）绕在定子铁芯（23）上；所述永磁结构包括定子永磁（20）和转子永磁（21），定子永磁（20）可对转子永磁（21）施加轴向和径向力，从而使转子绕定子中心稳定旋转；

所述定子永磁（20）是横截面呈C形的环形永磁体；定子永磁（20）的上端为S极，下端为N极；定子永磁（20）与磁悬浮电机的定子（19）为固定连接；转子永磁（21）包括两部分，上部分是外环为S极内环为N极的圆环形状的永磁体，与转子（18）固定连接；下部分是上表面为S极下表面为N极的圆环形状的永磁体，与转子轴固定连接；转子永磁（21）两部分之间为隔磁圈（26），隔磁圈（26）的外边缘与定子永磁（20）接触；转子永磁（21）的上部分永磁的S极与定子永磁（20）的S极面对面放置，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生径向排斥力；转子永磁（21）下部分嵌套在定子永磁（20）的两极之间，转子永磁（21）的S极与定子永磁（20）的S极对应，N极与N极对应，使定子永磁（20）与转子永磁（21）产生轴向排斥力；

所述B型磁悬浮电机的定子有12齿，转子有8齿，转子直径和定子直径都是A型磁悬浮电机的两倍，其余结构与A型磁悬浮电机相同。