一种定向式单向离心力推进器的制作方法

1.本发明属于推进器技术领域，涉及一种将偏心钢锤的离心力转化为单向线性力的装置，具体涉及一种定向式单向离心力推进器。


背景技术：

2.内燃机通过齿轮，传动轴来驱动轮胎在公路上行驶，是用地面的交通工具是最常见的，也是最有效率的。但是对飞行器是行不通的，必须利用桨叶转动空气，产生升力或推力的。因此声音较大，不能在狭小的空间里飞行的，怕碰到桨叶的而损坏的。
3.众所周知，物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。动能是物体由于运动而具有的作功能力。例如高速飞行的枪弹具有动能，所以打到钢板上能对钢扳作功而穿入；捶到锻件上的铁锤具有动能，所以能对锻件作功而使它变形。动能的大小定义为物体质量与速度平方乘积的二分之一。质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，具有的动能就越大。
4.作圆周运动的物体获得动能的大小，与物体的重量、距离、速度有关。当物体围绕中心点转完上半圈正准备旋转下半圈时，想办法改变该物体的重量、距离和速度。使该物体转上半圈的动能与转下半圈的动能不相等，才能拉着整个物体朝某方向位移。除了改变物体的重量、距离、速度这三个方法以外，还有其它的方法：卸力法、换向法、杠杆法等等。
5.比如一个质量为1千克的偏心永磁铁，绕着一个直径为1米的环形磁悬浮轨道中运动。当每分钟的转速达到12000时，永磁铁对圆心产生的拉力是个惊人的数字。先算出角速度：2x3.14x12000/60＝1256m/s。再将角速度值代入离心力计算公式：1x1256x1256x0.5＝788768牛，788768/9.8＝80486.5千克。歼十战斗机装备的al-31fn涡扇发动机最大推力为12700千克，两者相差6倍多点。当每分钟的转速达到6000时，偏心永磁铁产生的动能也有20吨有余。为什么有如此大的差距呢？根本原因在于各自的工作介质不同，歼十战斗机一个是利用空气介质，该定向式单向离心力推进器则是固体介质
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永磁铁。
6.在现有的单向离心力推进器技术中，已经做了许多尝试，通过约束或引导旋转质量，将容易产生的离心力转化为线性力(即借助于旋转动力源，如电动力源)，从而转化为线性位移。一般情况下，产生的离心力大小与质量、回转半径和角速度的平方成正比。一些现有技术的离心力转换设备，提供了产生往复平移的旋转机构。方向的改变导致动量传递，不利地降低了从产生的离心力所产生的推进力的大小。
7.至于利用空气介质作推力的螺旋桨或火箭等方式，用来制造真正意义上的即能地上跑，又能天上飞的垂直起降的飞行汽车，显然是不合适的。飞行汽车的使用环境较复杂，它的安全性，低价，噪音，续航力等方面都难以得到解决，只能退而求其次。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种定向式单向离心力推进器，提供一种将偏心钢锤的离心力转化为单向线性力的装置。
9.实现本发明目的的技术解决方案为：
10.一种定向式单向离心力推进器，包括同轴设置的偏心钢锤和两个无刷电机；
11.其中第一无刷电机定子固定件、第一无刷电机定子、第二无刷电机转子固定件、第二无刷电机转子共同组成一个刚性整体式外部旋转体组件；由第二无刷电机定子驱动刚性整体式外部旋转体组件旋转；
12.所述偏心钢锤组件与第一无刷电机转子两者共同组成一个刚性整体式内部旋转体组件；由第一无刷电机定子驱动这个刚性整体式内部旋转体组件旋转；
13.所述刚性整体式内部旋转体组件旋转的旋转方向与刚性整体式外部旋转体组件的旋转方向相反，利用偏心钢锤旋转的离心力做为升力或推力。
14.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
15.该定向式单向离心力推进器结构相当简单，造价成本低廉，性能安全可靠，工作效率高。采用无刷电机直接驱动，可分布式多个安装以提高安全冗余度。安装该定向式单向离心力推进器的飞行器具有垂直起降，悬停倒飞，无需跑道，无噪音等优点，相对来说不怕树木、电线杆等异物碰撞，能在空间狭小的地方飞行。它可以代替所有用空气介质作推力的螺旋桨，包括轮船和潜艇上的船用螺旋桨。更重要的是可把它放入飞行器的内部并封闭起来，不必像喷气式发动机那样担心杂物吸入，是三栖飞行器理想的推进装置。
附图说明
16.图1为定向式单向离心力推进器的总体结构图。
17.图2为定向式单向离心力推进器的爆炸示意图。
18.图3为刚性整体式内部小旋转体组件立体图与爆炸图。
19.图4为刚性整体式外部大旋转体组件立体图与爆炸图。
20.图5为定向式单向离心力推进器的推进原理示意图。
21.图6为定向式单向离心力推进器的偏心钢锤可360度方向释放推力示意图。
22.图7为定向式单向离心力推进器的主要部件尺寸示意图。
23.图8为定向式单向离心力推进器的偏心钢锤组件示意图。
24.图9为定向式单向离心力推进器的机架主基座立体图。
25.图10为定向式单向离心力推进器的小无刷电机摩擦式通电组件示意图。
26.图11为定向式单向离心力推进器的角度传感器实时监控刚性整体式内部小旋转体组件(即偏心钢锤)的角位移、角加速度等参数示意图。
27.图12为定向式单向离心力推进器的角度传感器实时监控刚性整体式外部大旋转体组件(即小无刷电机定子)的角位移、角加速度等参数示意图。
28.图13为定向式单向离心力推进器的小无刷电机正极铜碳刷组件示意图。
29.图14为定向式单向离心力推进器的小无刷电机负极铜碳刷组件示意图。
30.图15为定向式单向离心力推进器的小无刷电机转速信号输出线铜碳刷组件示意图。
31.图16为定向式单向离心力推进器的小无刷电机定子通电系统示意图。
32.图17为定向式单向离心力推进器分布式安装在个人飞行背包上示意图。
33.图18为定向式单向离心力推进器分布式安装在飞行汽车上示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
35.结合图1-图18，本实施例的一种定向式单向离心力推进器，利用偏心钢锤旋转的离心力做为升力或推力，通过一种巧妙地机械结构把360度旋转的离心力变成“单向离心力”的机械装置。
36.结合图1-图2，本实施例的一种定向式单向离心力推进器，包括小无刷电机摩擦式通电组件1、小无刷电机定子固定件2、小无刷电机定子3、小无刷电机转子4、偏心钢锤组件5、大无刷电机转子固定件6、大无刷电机转子7、大无刷电机定子8、小无刷电机正极铜碳刷组件9、机架主基座10、小无刷电机负极铜碳刷组件11、小无刷电机定子角度传感器转换元件12、小无刷电机转子角度传感器转换元件固定绝缘杆13、小无刷电机转速信号输出线铜碳刷组件14、偏心钢锤角度传感器转换元件15、微电脑控制器16、锂电池17。
37.该定向式单向离心力推进器核心部件包括一个由大无刷电机转子7与大无刷电机定子8组成的大无刷电机，和一个由小无刷电机定子3与小无刷电机转子4组成的小无刷电机，再加上一个偏心钢锤18即可组成。所述大无刷电机的大无刷电机定子8固定在机架主基座10(图9)上，由锂电池17直接通电再通过微电脑控制器16操控，并驱动大无刷电机的大无刷电机转子7逆时针高速旋转。锂电池17为一个微电脑控制器16、一个大无刷电机，一个小无刷电机、两个角度传感器供电。
38.图4中由小无刷电机摩擦式通电组件1、小无刷电机定子固定件2、小无刷电机定子3、大无刷电机转子固定件6、大无刷电机转子7共同组成一个刚性整体式外部大旋转体组件，由大无刷电机定子8驱动这个刚性整体式外部大旋转体组件逆时针方向高速旋转。大无刷电机转子固定件6用沉头螺丝固定在大无刷电机转子7上，小无刷电机定子固定件2用螺丝固定在大无刷电机转子固定件6上，小无刷电机定子3用螺丝固定在小无刷电机定子固定件2上，再把小无刷电机摩擦式组件1也用螺丝固定在小无刷电机定子固定件2上。
39.图3中，由偏心钢锤组件5用沉头螺丝固定在小无刷电机转子4上，两者共同组成一个刚性整体式内部小旋转体组件，由小无刷电机定子3驱动这个刚性整体式内部小旋转体组件顺时针高速旋转。
40.图11中，偏心钢锤组件5(图8)上的偏心钢锤角度传感器敏感元件19，用来实时监控刚性整体式内部小旋转体组件中的偏心钢锤的角位移、角加速度等参数，并通过偏心钢锤角度传感器转换元件15传达给微电脑控制器16。偏心钢锤角度传感器转换元件15固定在机架主基座上。
41.图12中，小无刷电机摩擦式通电组件1上的小无刷电机定子角度传感器敏感元件20，则用来实时监控刚性整体式外部大旋转体组件中的小无刷电机定子的角位移、角加速度等参数。并通过小无刷电机定子角度传感器转换元件12传达给微电脑控制器16。小无刷电机定子角度传感器转换元件12固定在小无刷电机定子角度传感器转换元件固定绝缘杆13上。
42.结合图13、图14、图15，小无刷电机正极铜碳刷组件9设有小无刷电机正极(红线)25、小无刷电机正极铜碳刷固定绝缘杆26、小无刷电机正极铜碳刷27。小无刷电机负极铜碳刷组件11设有小无刷电机负极(黑线)28、小无刷电机负极铜碳刷固定绝缘杆29、小无刷电机负极铜碳刷30。小无刷电机转速信号输出线铜碳刷组件14设有小无刷电机转速信号输出
线(黄线)31、小无刷电机转速信号输出线铜碳刷固定绝缘杆32、小无刷电机转速信号输出线铜碳刷33。因为小无刷电机上的小无刷电机定子3是属于这个刚性整体式外部大旋转体组件的一部分，也需要逆时针高速旋转的。故而设有图16中小无刷电机正极铜碳刷组件9、小无刷电机负极铜碳刷组件11、小无刷电机转速信号输出线铜碳刷组件14，加上一个图10中小无刷电机摩擦式通电组件1为小无刷电机上的小无刷电机定子3通电工作，来驱动小无刷电机上的小无刷电机转子4顺时针旋转起来。
43.图10中小无刷电机摩擦式通电组件1上设有小无刷电机定子角度传感器敏感元件小无刷电机转速信号输出线导电铜套21、小无刷电机负极导电铜套22、小无刷电机正极导电铜套23、小无刷电机摩擦式绝缘主件24。
44.图16中小无刷电机上的转速信号输出线(黄线)31，小无刷电机负极(黑线)28，小无刷电机正极(红线)25，一起穿过小无刷电机摩擦式绝缘主件24，分别与小无刷电机转速信号输出线导电铜套21、小无刷电机负极导电铜套22、小无刷电机正极导电铜套23连接。小无刷电机转速信号输出线铜碳刷组件14上的小无刷电机转速信号输出线(黄线)31、小无刷电机负极铜碳刷组件11上的小无刷电机负极(黑线)28、小无刷电机正极铜碳刷组件9上的小无刷电机正极(红线)25分别连接电子调速器(简称电调)的三根电线，即转速信号输出线(黄线)，负极(黑线)，正极(红线)。其中小无刷电机转速信号输出线导电铜套21、小无刷电机负极导电铜套22、小无刷电机正极导电铜套23分别与小无刷电机转速信号输出线铜碳刷33、小无刷电机负极铜碳刷30、小无刷电机正极铜碳刷27相接触，通过旋转摩擦方式导电。为小无刷电机的小无刷电机定子3持续输电，驱动小无刷电机转子4顺时针高速旋转。
45.图5中，该定向式单向离心力推进器工作时，大无刷电机的大无刷电机定子8驱动大无刷电机转子7围绕中心主轴逆时针旋转起来，让这个刚性整体式外部大旋转体组件逆时针高速旋转。同时小无刷电机上的小无刷电机定子3驱动小无刷电机转子4围绕中心主轴顺时针旋转起来，让这个刚性整体式内部小旋转体组件顺时针高速旋转。因1偏心钢锤18和小无刷电机转子4是固定在一起的，就在这个刚性整体式内部小旋转体组件里，则偏心钢锤跟着小无刷电机转子4也一起顺时针方向旋转起来。然后利用微电脑控制器16，通过两个角度传感器，实时获取顺时针旋转的小无刷电机转子4和逆时针旋转的大无刷电机转子7的旋转角度位置信息，并同时控制两者共同达到相同的旋转速度，始终让偏心钢锤18朝着某一方向，比如上方，从而让偏心钢锤18拉着整个机体朝着向上的方向运动起来，如图6所示。
46.图6中，该定向式单向离心力推进器工作时，当逆时针旋转的刚性整体式外部大旋转体组件的大无刷电机转子7的速度则保持不变，让顺时针旋转的刚性整体式内部小旋转体组件里的小无刷电机转子4的速度稍微慢一点，偏心钢锤18就会逆时针慢慢旋转朝着前方，同时并让两者共同达到相同的旋转速度，此时偏心钢锤18则会拉着整个机体朝着前方运动起来。当两者始终达到相同的旋转速度时，改变顺时针旋转的小无刷电机转子4和逆时针旋转的大无刷电机转子7两者任何一个的旋转速度，让两者的旋转速度不相同时，则就改变了偏心钢锤18所指的方向，故而可360度方向释放推力。
47.图7中，设计的定向式单向离心力推进器的体积为：长500mm，宽470mm，高420mm。18偏心钢锤的材料为钢铁，质量为1.5kg。(该偏心钢锤里如填充钨钢材料的话，其质量约为3kg，则会产生两倍的离心力。)
48.根据物体的离心力计算公式，在各种转速下得到的数据如下：
49.半径为0.01m质量为1.5kg转速为2000rpm离心力约为65.8kg。
50.半径为0.01m质量为1.5kg转速为5000rpm离心力约为411kg。
51.半径为0.01m质量为1.5kg转速为10000rpm离心力约为1645kg。
52.人类常利用的空气介质，在0℃时的密度为0.001293克/立方厘米。常利用的水介质在3.98℃时密度最大，为1克/立方厘米。在定向式单向离心力推进器中，可利用的高密度固体介质则有许多种。如在常温下的钢铁密度为7.86克/立方厘米；铜的密度为8.92克/立方厘米；铅的密度为11.34克/立方厘米；钨的密度为19.35克/立方厘米等等。
53.图17中个人飞行背包上设有二个小型定向式单向离心力推进器34、一个中型定向式单向离心力推进器35、锂电池36。一个中型定向式单向离心力推进器35用于提供主要的向上升力。二个小型定向式单向离心力推进器34用于控制左右转向。当一个中型定向式单向离心力推进器35出现故障不工作了，剩下的二个小型定向式单向离心力推进器34，也能让个人37飞行背包安全地降落，保证人身安全。该定向式单向离心力推进器的推力大，体积也非常地小巧且不怕碰撞，适合用来制造个人飞行背包，可在室内活动，也可进一步解决肢体残障人士的出行困难问题。
54.图18中飞行汽车上设有十二个大型定向式单向离心力推进器38、飞行汽车车体39、锂电池组40。其中车体前部与后部横向地各安装了五个大型定向式单向离心力推进器38，用于提供主要的向上升力以及前进、后退动力；车体前部与后部纵向地各安装了一个大型定向式单向离心力推进器38，用于控制飞行汽车的左右转向。分布式安装了多个大型定向式单向离心力推进器38的飞行汽车非常地安全可靠，即使任意一或两个大型定向式单向离心力推进器38出现故障不工作了，剩下的十或十一个大型定向式单向离心力推进器38也能让飞行汽车安全地降落。它在水陆空三个场景变化时无需变换模式，可一直由飞行汽车内部的偏心钢锤持续做功。只需操控一些无刷电机的转速，便可让若干个大型定向式单向离心力推进器38里的偏心钢锤18在360度任意方向释放离心力，一起拉着或推动并操控飞行汽车朝某方位移动。无须像喷气式垂直起降战斗机那样改变喷口方向，也无需像“鱼鹰”飞机那样倾转整个发动机和螺旋桨。可在飞行汽车的左右两旁安装一对可折叠机翼，让飞行汽车在飞行中更加经济省油。安装有该大型定向式单向离心力推进器38的飞行汽车操作简单，外观设计随意，具有垂直起降，悬停倒飞等特点。特别能在空间狭小的地方飞行，非常适合制造一辆安全可靠且无噪音，普通老百姓也买得起价格亲民的飞行汽车，即可解决当今城市交通拥挤状况。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种定向式单向离心力推进器，其特征在于，包括同轴设置偏心钢锤和两个无刷电机；其中第一无刷电机定子固定件、第一无刷电机定子、第二无刷电机转子固定件、第二无刷电机转子共同组成一个刚性整体式外部旋转体组件；由第二无刷电机定子驱动刚性整体式外部旋转体组件旋转；所述偏心钢锤组件与第一无刷电机转子两者共同组成一个刚性整体式内部旋转体组件；由第一无刷电机定子驱动这个刚性整体式内部旋转体组件旋转；所述刚性整体式内部旋转体组件旋转的旋转方向与刚性整体式外部旋转体组件的旋转方向相反，利用偏心钢锤旋转的离心力做为升力或推力。2.根据权利要求1所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，通过控制刚性整体式内部旋转体组件和刚性整体式外部旋转体组件的速度来控制偏心钢锤的朝向，改变升力或推力的方向。3.根据权利要求1或2所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，所述第一无刷电机定子固定件上固定有小无刷电机摩擦式通电组件，所述小无刷电机摩擦式通电组件包括小无刷电机摩擦式绝缘主件和设置在小无刷电机摩擦式绝缘主件上的小无刷电机定子角度感应器敏感元件、小无刷电机转速信号输出线导电铜套、小无刷电机负极导电铜套、小无刷电机正极导电铜套；小无刷电机负极导电铜套、小无刷电机正极导电铜套通过摩擦方式导电为第一无刷电机定子输电；小无刷电机摩擦式通电组件上的小无刷电机定子角度感应器敏感元件、小无刷电机定子角度感应器转换元件固定绝缘杆上的小无刷电机定子角度感应器转换元件用于实时监控刚性整体式外部大旋转体组件中的小无刷电机定子的角位移、角加速度等参数；偏心钢锤组件上的偏心钢锤角度感应器敏感元件、机架主基座上的偏心钢锤角度感应器转换元件用于实时监控刚性整体式内部小旋转体组件中的偏心钢锤的角位移、角加速度等参数。4.据权利要求1所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，所述偏心钢锤里如填充钨钢材料。5.据权利要求3所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，设有微电脑控制器，用于控制第一无刷电机转子和第二无刷电机转子的旋转速度。6.据权利要求1所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，采用分布式安装有多个。7.据权利要求1所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，用于飞行背包上，设有三个定向式单向离心力推进器，其中一个定向式单向离心力推进器用于提供主要的向上升力；另外两个定向式单向离心力推进器用于控制左右转向。8.据权利要求1所述的定向式单向离心力推进器，其特征在于，用于飞行汽车上，设有多个定向式单向离心力推进器，其中车体前部与后部横向地各安装了多个定向式单向离心力推进器用于提供主要的向上升力以及前进、后退动力；车体前部与后部纵向地各安装了的定向式单向离心力推进器，用于控制飞行汽车的左右转向。

技术总结
本发明公开了一种定向式单向离心力推进器，包括同轴设置偏心钢锤和两个无刷电机；其中第一无刷电机定子固定件、第一无刷电机定子、第二无刷电机转子固定件、第二无刷电机转子共同组成一个刚性整体式外部旋转体组件；由第二无刷电机定子驱动刚性整体式外部旋转体组件旋转；所述偏心钢锤组件与第一无刷电机转子两者共同组成一个刚性整体式内部旋转体组件；由第一无刷电机定子驱动这个刚性整体式内部旋转体组件旋转；所述刚性整体式内部旋转体组件旋转的旋转方向与刚性整体式外部旋转体组件的旋转方向相反，利用偏心钢锤旋转的离心力做为升力或推力。能够安装在飞行器内部，具有很好的安全性。有很好的安全性。有很好的安全性。


技术研发人员：曹兵 肖卫青
受保护的技术使用者：江苏康道航空航天科技有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/6/26