(57)【要約】システムおよび方法は、固定子と、固定子によって磁気的に浮上される回転子とを含み得る、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）プラットフォームに関する。回転子および固定子は、回転子が回転軸の周りを回転するように、環状であり得る。固定子は、誘導、浮上、および駆動力を提供して回転子を駆動する、ならびにＶＴＯＬプラットフォームの揚力、ピッチ、ロール、またはヨーのうちの少なくとも１つを制御するように具体的ピッチ角まで独立して回転され得る、回転子の回転子羽根の動作を制御する、磁石を含むことができる。種々のコントローラが、ＶＴＯＬプラットフォームのコンポーネントの独立および冗長制御を可能にするために使用されることができる。
2021522774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子との動作のための回転子であって、前記回転子は、
回転軸を画定する環状回転子基部であって、前記環状回転子基部は、前記固定子の周囲に配列される複数の回転子区画を備える、環状回転子基部
を備え、
各回転子区画は、
前記回転軸から離間される側壁、前記側壁の第１の端部から前記回転軸に向かって延在する第１の回転子壁、および、前記側壁の第２の端部から前記回転軸に向かって延在する第２の回転子壁であって、前記第２の回転子壁は、前記第１の回転子壁から離間され、前記回転子は、前記第１の回転子壁および前記第２の回転子壁を通して、前記回転軸と平行に回転子軸を画定する、側壁、第１の回転子壁、および第２の回転子壁と、
前記第１の回転子壁と結合される少なくとも１つの第１の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第１の回転子壁と第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第１の回転子磁石と、
前記第２の回転子壁と結合される少なくとも１つの第２の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第２の回転子壁と第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の回転子磁石と、
前記側壁と結合される少なくとも１つの第３の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石は、前記固定子の１つまたは複数の推進磁石から離間され、前記回転子は、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する前記１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、前記推進磁石によって駆動されるように構成される、少なくとも１つの第３の回転子磁石と
を含む、回転子。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と反対の前記側壁と回転可能に結合される少なくとも１つの回転子羽根をさらに備え、前記少なくとも１つの回転子羽根は、前記側壁を横断して延在する羽根軸の周りを回転する、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第３の回転子磁石は、一対の第３の回転子磁石を備え、前記一対の第３の回転子磁石は、個別の磁場を介して前記１つまたは複数の推進磁石と相互作用し、前記羽根軸の周りの前記回転子羽根の回転を生成する、請求項２に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子区画は、連続的である、請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記回転子と結合され、前記回転子と前記固定子との間に延在し、前記固定子から前記回転子を分離する少なくとも１つのキャスタ車輪をさらに備える、請求項１に記載の回転子。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記回転子軸および前記回転軸と平行に延在する磁石軸に沿って、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石と整合される、請求項１に記載の回転子。
【請求項７】
前記磁石軸および回転子軸は、整合される、請求項６に記載の回転子。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の回転子磁石および前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、永久磁石である、請求項１に記載の回転子。
【請求項９】
前記複数の回転子区画は、前記固定子の周囲に配列される複数の第１の回転子区画を備え、前記環状回転子基部は、前記複数の第１の回転子区画に隣接して前記固定子の周囲に配列される複数の第２の回転子区画を備える、請求項１に記載の回転子。
【請求項１０】
前記複数の第１の回転子区画は、前記回転軸の周りの第１の方向に回転するように構成され、前記複数の第２の回転子区画は、前記第１の方向と反対の、前記回転軸の周りの第２の方向に回転するように構成される、請求項９に記載の回転子。
【請求項１１】
前記回転子は、前記１つまたは複数の推進磁石によって駆動されたときに揚力を発生させる一方で、少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記第１の空間を維持し、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、前記第２の空間を維持する、請求項１に記載の回転子。
【請求項１２】
回転子との動作のための固定子であって、前記固定子は、
複数の固定子区画を備える環状固定子基部であって、前記固定子基部は、中心軸を画定する、固定子基部
を備え、
各固定子区画は、
側壁と、
前記側壁から延在する支持構造と、
前記支持構造の第１の表面と結合される少なくとも１つの第１の固定子磁石と、
前記第１の表面と反対の前記支持構造の第２の表面と結合される少なくとも１つの第２の固定子磁石であって、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石および前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、前記中心軸と平行に固定子軸を画定し、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記固定子軸に沿って前記回転子の第１の回転子磁石と前記少なくとも１つの第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成され、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、前記固定子軸に沿って前記回転子の第２の回転子磁石と前記少なくとも１つの第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の固定子磁石と、
前記支持構造と結合される少なくとも１つの推進磁石であって、前記少なくとも１つの推進磁石は、前記回転子の１つまたは複数の第３の回転子磁石から離間され、前記少なくとも１つの推進磁石は、制御信号に応答して磁場を出力し、前記中心軸の周りで前記回転子を駆動するように構成される、少なくとも１つの推進磁石と
を含む、固定子。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石および前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、電磁コイルを含む、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、相互に電気的に結合される、前記第１の表面に沿った一対の固定子磁石を含む、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１５】
前記固定子基部は、電力供給チャンバを画定し、前記固定子は、前記電力供給チャンバ内に電力供給源を備え、前記少なくとも１つの推進磁石は、前記電力供給源から電力を受電する、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの推進磁石は、複数の推進磁石を含み、各推進磁石は、各推進磁石に個別の磁場を出力させる個別の制御信号に対応する個別の電流を独立して受電する、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの推進磁石は、積層鉄または空心、およびアルミニウムまたは銅導体のうちの少なくとも１つを含む電磁コイルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１８】
前記磁場は、第１の磁場であり、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記第１の回転子磁石と相互作用する前記第１の回転子磁石の移動に応答して第２の磁場を発生させることによって、前記第１の空間を維持するように構成される、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの推進磁石は、前記支持構造に沿って円周方向に配列される複数の推進磁石を含む、請求項１２に記載の固定子。
【請求項２０】
前記複数の固定子区画は、連続的である、請求項１２に記載の固定子。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石と電気的に結合される、請求項１２に記載の固定子。
【請求項２２】
回転子制御システムであって、前記回転子制御システムは、
回転子であって、前記回転子は、
１つまたは複数の第１の固定子コイルと整合される第１の回転子磁気コンポーネントと、
１つまたは複数の第２の固定子コイルと整合され、前記第１の回転子磁気コンポーネントに隣接する第２の回転子磁気コンポーネントと、
前記第１の回転子磁気コンポーネントおよび前記第２の回転子磁気コンポーネントを接続するアームであって、前記アームの第１のアーム端は、前記第１の回転子磁気コンポーネントと結合され、前記アームの第２のアーム端は、前記第２の回転子磁気コンポーネントと結合され、前記第２の回転子磁気コンポーネントに印加される第２の磁力に対して前記第１の回転子磁気コンポーネントに印加される第１の磁力に基づいて変化するアーム角を画定する、アームと、
前記アームに固定される第１の回転子羽根であって、前記第１の回転子羽根は、羽根ピッチ軸に沿って前記アームから延在し、前記第１の回転子羽根は、前記羽根ピッチ軸に対して羽根ピッチ角を画定し、前記羽根ピッチ角は、前記アーム角に対応する、第１の回転子羽根と
を備える、回転子と、
固定子であって、前記固定子は、
少なくとも１つの制御信号に応答して、少なくとも、前記第１の回転子磁気コンポーネントを駆動する第１の磁場と、前記第２の回転子磁気コンポーネントを駆動する第２の磁場とを出力するように構成される複数の電磁石であって、前記少なくとも１つの制御信号は、前記第１の磁場に、前記第１の回転子磁気コンポーネント上に前記第１の磁力を印加させ、前記第２の磁場に、前記第２の磁気コンポーネント上に前記第２の磁力を印加させ、前記羽根ピッチ角を制御する、複数の電磁石
を備える、固定子と
を備える、回転子制御システム。
【請求項２３】
回転子制御システムであって、前記回転子制御システムは、
環状回転子基部を備える回転子であって、前記環状回転子基部は、回転軸を画定し、前記固定子の周囲に配列される複数の回転子区画を備え、各回転子区画は、
前記回転軸と垂直な羽根ピッチ軸の周りで回転されるように構成される第１の回転子羽根と、
受電回路と、
前記羽根ピッチ軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるために、前記受電回路を介して受電される電力を使用して回転するモータと、
制御信号に応答して、前記羽根ピッチ軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるために、モータ信号を前記モータに提供するモータコントローラと、
前記制御信号を受信し、前記制御信号を前記モータコントローラに提供する第１の無線送受信機と
を含む、回転子と、
前記回転軸の周りで前記回転子を回転させるための固定子であって、前記固定子は、
制御コマンドを受信し、前記制御コマンドに基づいて前記制御信号を前記第１の無線送受信機に無線で伝送する第２の無線送受信機と、
前記受電回路と相互作用して電力を前記受電回路に提供する磁場を出力する送電回路と
を備える、固定子と
を備える、回転子制御システム。
【請求項２４】
システムであって、前記システムは、
回転子であって、前記回転子は、
側壁、前記側壁の第１の端部から延在する第１の回転子壁、および前記側壁の第２の端部から延在する第２の回転子壁であって、前記第２の回転子壁は、前記第１の回転子壁から離間される、側壁、第１の回転子壁、および第２の回転子壁と、
前記第１の回転子壁と結合される少なくとも１つの第１の回転子磁石と、
前記第２の回転子壁と結合される少なくとも１つの第２の回転子磁石と、
を備える、回転子と、
固定子であって、前記固定子は、
前記第１の回転子壁と第２の回転子壁との間に延在する支持構造と、
前記支持構造の第１の表面と結合され、前記少なくとも１つの第１の回転子磁石に近接する少なくとも１つの第１の固定子磁石であって、少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石と少なくとも１つの第１の回転子磁石との間の第１の距離に対応する電流を前記少なくとも１つの第１の固定子磁石内に誘発する、少なくとも１つの第１の固定子磁石と、
前記第１の表面と反対の前記支持構造の第２の表面と結合され、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石に近接する少なくとも１つの第２の固定子磁石であって、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石と電気的に結合され、前記第１の固定子磁石から前記電流を受電し、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、前記第１の固定子磁石からの前記電流に基づく磁場強度を有する磁場を出力し、前記磁場は、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石と相互作用し、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石と前記少なくとも１つの第２の回転子磁石との間の第２の距離を制御する、少なくとも１つの第２の固定子磁石と
を備える、固定子と
を備える、システム。
【請求項２５】
前記誘発された電流は、前記第１の距離が減少するにつれて増加し、前記誘発された電流が増加するにつれて、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石の磁場の磁場強度は、増加し、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石を引き付け、それによって、前記第２の距離を減少させる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの第１の回転子磁石および前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、前記回転子の回転軸と平行に延在する回転子軸に沿って配列される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石および前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、固定子軸に沿って配列され、前記回転子軸および固定子軸は、整合される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記回転子は、前記側壁と結合される少なくとも１つの第３の回転子磁石をさらに備え、前記固定子は、前記固定子の１つまたは複数の推進磁石をさらに備え、前記回転子は、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する前記１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、前記推進磁石によって駆動されるように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、第１の対の電気的に結合された固定子磁石を備え、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、第２の対の電気的に結合された固定子磁石を備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、少なくとも１つの電磁コイルを含み、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、少なくとも１つの第２の電磁コイルを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記回転子は、複数の回転子区画を備え、各回転子区画は、個別の側壁と、第１の回転子磁石と、第２の回転子磁石とを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記磁場は、第１の磁場であり、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記第１の距離が減少するにつれて、前記第１の回転子磁石に反発する、前記誘発された電流に対応する第２の磁場を出力する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３３】
前記磁場は、第１の磁場であり、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記第１の距離が増加するにつれて、前記第１の回転子磁石を引き付ける、前記誘発された電流に対応する第２の磁場を出力する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３４】
システムであって、前記システムは、
回転子であって、前記回転子は、
側壁と、前記側壁の端部から延在する回転子壁と、
前記回転子壁と結合される少なくとも１つの回転子磁石と、
を備える、回転子と、
固定子であって、前記固定子は、
前記回転子壁に隣接する支持構造と、
前記少なくとも１つの回転子磁石に近接する前記支持構造の表面と結合される第１の固定子磁石であって、前記少なくとも１つの回転子磁石は、前記第１の固定子磁石と前記少なくとも１つの回転子磁石との間の第１の磁場の第１の磁力に対応する電流を前記第１の固定子磁石内に誘発する、第１の固定子磁石と、
前記支持構造の表面に結合される第２の固定子磁石であって、前記第２の固定子磁石は、前記第１の固定子磁石に電気的に結合され、前記第２の固定子磁石は、前記第１の固定子磁石から前記電流を受電し、前記第２の固定子磁石と前記少なくとも１つの回転子磁石との間の第２の磁場の第２の磁力を制御する、第２の固定子磁石と
を備える、固定子と
を備える、システム。
【請求項３５】
前記誘発された電流は、前記少なくとも１つの回転子磁石と前記第１の固定子磁石との間の第１の距離が減少するにつれて、増加し、前記誘発された電流が増加するにつれて、前記第２の固定子磁石の第２の磁場の第２の磁力は、増加し、前記少なくとも１つの回転子磁石を引き付け、それによって、前記第２の固定子磁石と前記少なくとも１つの回転子磁石との間の第２の距離を減少させる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの回転子磁石は、前記回転子の回転軸と平行に延在する回転子軸に沿って配列される少なくとも１つの第１の回転子磁石および少なくとも１つの第２の回転子磁石を備える、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石および前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、固定子軸に沿って配列され、前記回転子軸および固定子軸は、整合される、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記回転子は、前記側壁と結合される少なくとも１つの第３の回転子磁石をさらに備え、前記固定子は、前記固定子の１つまたは複数の推進磁石をさらに備え、前記回転子は、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する前記１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、前記推進磁石によって駆動されるように構成される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記回転子は、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する前記１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、回転速度において駆動されるように構成される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、少なくとも１つの電磁コイルを含み、前記少なくとも１つの第２の固定子磁石は、少なくとも１つの第２の電磁コイルを含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４１】
前記回転子は、複数の回転子区画を備え、各回転子区画は、個別の側壁を含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４２】
前記磁場は、第１の磁場であり、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記第１の距離が減少するにつれて、前記第１の回転子磁石に反発する、前記誘発された電流に対応する第２の磁場を出力する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４３】
前記磁場は、第１の磁場であり、前記少なくとも１つの第１の固定子磁石は、前記第１の距離が増加するにつれて、前記第１の回転子磁石を引き付ける、前記誘発された電流に対応する第２の磁場を出力する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４４】
システムであって、前記システムは、
回転子であって、前記回転子は、
回転軸を画定する回転子側壁と、
前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と結合され、前記側壁を横断する少なくとも１つの回転子羽根と、
前記第１の表面と反対の前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される回転子磁石と
を備える、回転子と、
前記回転子側壁の第２の表面に面する固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の固定子磁石を備える固定子と、
前記複数の固定子磁石に無線で結合されるコントローラであって、前記コントローラは、前記複数の固定子磁石を制御し、前記回転子の前記回転子磁石と相互作用する個別の磁場を選択的に生成し、前記回転軸の周りで前記回転子および前記回転子羽根を回転させ、前記回転軸に沿って揚力を生成する、コントローラと
を備える、システム。
【請求項４５】
前記固定子は、複数の第２の固定子磁石を含み、前記複数の第２の固定子磁石は、前記回転子の複数の第２の回転子磁石と相互作用し、前記回転子と前記固定子との間の空間を維持し、前記コントローラは、前記複数の第２の固定子磁石の動作を制御し、前記回転軸の周りで前記回転子を回転させる複数の第２の磁場を発生させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４６】
前記コントローラは、前記回転子の回転子磁石と相互作用するために前記個別の磁場を選択的に生成するための切替率において前記複数の固定子磁石を制御し、前記切替率に対応する回転速度において前記回転子および回転子羽根を回転させ、揚力速度において揚力を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、回転子軸の周りを回転するために前記側壁と回転可能に結合され、前記回転子磁石は、第１の回転子磁石であり、前記回転子は、前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される第２の回転子磁石をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４８】
前記複数の固定子磁石は、前記固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の第１の固定子磁石であって、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第１の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、前記複数の第１の固定子磁石から離間される、前記固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の第２の固定子磁石であって、前記複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第２の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石とを備える、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記コントローラは、第１の切替率において前記複数の第１の固定子磁石を制御するように、かつ、前記第１の切替率と異なる第２の切替率において前記複数の第２の固定子磁石を制御し、前記回転子軸の周りで前記回転子羽根を回転させるように、構成される、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、前記側壁と回転可能に結合され、前記回転軸と垂直な第１の羽根軸の周りを回転する第１の回転子羽根と、前記側壁と回転可能に結合され、前記回転軸と垂直な第２の羽根軸の周りを回転する第２の回転子羽根とを備える、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５１】
前記コントローラは、複数の制御信号を前記複数の固定子磁石に提供し、前記複数の固定子磁石に、前記回転子の回転子磁石を駆動して前記回転軸の周りで前記回転子を回転させる、前記複数の制御信号に対応する電磁場を出力させるように、かつ、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、前記第２の羽根軸の周りで前記第２の回転子羽根を回転させ、所望の移動を生成するように、構成される、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記コントローラは、前記第１の回転子羽根に結合されるモータに制御信号を伝送し、前記モータに、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させることによって、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるように構成される、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記コントローラは、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させる前記複数の固定子磁石に制御信号を伝送することによって、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるように構成される、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５４】
前記コントローラは、第１の切替率における制御信号の第１のセットを前記複数の回転子磁石の第１のセットに伝送し、第２の切替率における制御信号の第２のセットを前記複数の回転子磁石の第２のセットに伝送し、前記第２の切替率に対して前記第１の切替率に基づいて、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるように構成される、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
システムであって、前記システムは、
回転子であって、前記回転子は、
回転軸を画定する回転子側壁と、
前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と結合され、前記側壁を横断する少なくとも１つの回転子羽根と、
前記第１の表面と反対の前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される回転子磁石と
を備える、回転子と、
前記回転子側壁の第２の表面に面する固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の固定子磁石を備える固定子と、
前記複数の固定子磁石に電気的に結合されるコントローラであって、前記コントローラは、ある切替率において前記複数の固定子磁石を制御し、個別の磁場を選択的に生成し、前記磁場は、前記回転子の回転子磁石と相互作用し、前記切替率に対応する回転速度において前記回転子および回転子羽根を回転させ、揚力速度において揚力を生成する、コントローラと
を備える、システム。
【請求項５６】
前記コントローラは、前記複数の固定子磁石を制御し、前記個別の磁場の磁場強度の大きさを修正するように構成され、前記磁場は、前記回転子の回転子磁石と相互作用し、前記切替率と前記磁場強度の大きさとに対応する前記回転速度において前記回転子および回転子羽根を回転させ、前記揚力速度において揚力を生成する、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記コントローラは、デューティサイクルを有するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を伝送することによって、前記複数の固定子磁石を制御するように構成され、前記磁石コントローラは、前記デューティサイクルを修正し、前記磁場強度の大きさを変化させる、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、第１の回転子羽根であり、前記回転子磁石は、前記第１の回転子羽根に対応する第１の回転子磁石であり、前記第１の回転子羽根は、第１の方向に前記回転軸の周りを回転するように構成され、
前記回転子は、
前記第１の回転子羽根から離間される第２の回転子羽根であって、前記第２の回転子羽根は、前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と結合され、前記側壁を横断する、第２の回転子羽根と、
前記第２の回転子羽根に対応する第２の回転子磁石であって、前記第２の回転子磁石は、前記第１の方向と反対の前記回転軸の周りの第２の方向に前記第２の回転子羽根を駆動するように、駆動される、第２の回転子磁石と
をさらに備える、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５９】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、回転子軸の周りを回転するために前記側壁と回転可能に結合され、
前記回転子磁石は、第１の回転子磁石であり、
前記回転子は、前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される第２の回転子磁石をさらに備え、
前記複数の固定子磁石は、
前記固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の第１の固定子磁石であって、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第１の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、
前記複数の第１の固定子磁石から離間される、前記固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される複数の第２の固定子磁石であって、前記複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第２の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石と
を備える、請求項５５に記載のシステム。
【請求項６０】
前記コントローラは、第１の切替率において前記複数の第１の固定子磁石を制御するように、かつ、前記第１の切替率と異なる第２の切替率において前記複数の第２の固定子磁石を制御し、前記回転子軸の周りで前記回転子羽根を回転させるように、構成される、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、前記側壁と回転可能に結合され、前記回転軸と垂直な第１の羽根軸の周りを回転する第１の回転子羽根と、前記側壁と回転可能に結合され、前記回転軸と垂直な第２の羽根軸の周りを回転する第２の回転子羽根とを備える、請求項５５に記載のシステム。
【請求項６２】
前記コントローラは、複数の制御信号を前記複数の固定子磁石に提供し、前記複数の固定子磁石に、前記回転子の回転子磁石を駆動して前記回転軸の周りで前記回転子を回転させる、前記複数の制御信号に対応する電磁場を出力させるように、かつ、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、前記第２の回転子羽根を前記第２の羽根軸の周りで回転させ、所望の移動を生成するように、構成される、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記コントローラは、前記第１の回転子羽根に結合されるモータに制御信号を伝送し、前記モータに、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させることによって、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるように構成される、請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
前記コントローラは、第１の切替率における制御信号の第１のセットを前記複数の回転子磁石の第１のセットに伝送し、第２の切替率における制御信号の第２のセットを前記複数の回転子磁石の第２のセットに伝送し、前記第２の切替率に対して前記第１の切替率に基づいて、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させることによって、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させるように構成される、請求項６２に記載のシステム。
【請求項６５】
システムであって、
回転軸の周りを回転するように構成される回転子であって、前記回転子は、
回転子側壁と、
前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と回転可能に結合される少なくとも１つの回転子羽根であって、前記少なくとも１つの回転子羽根は、前記側壁を横断して延在する羽根軸の周りを回転する、少なくとも１つの回転子羽根と、
前記第１の表面と反対の前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される第１の回転子磁石および第２の回転子磁石と
を備える、回転子と、
固定子であって、前記固定子は、
前記回転子側壁に面する固定子側壁に沿って円周方向に配列される複数の第１の固定子磁石であって、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第１の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、
個別の第１の固定子磁石から離間され、前記固定子側壁に沿って円周方向に配列される複数の第２の固定子磁石であって、前記複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第２の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石と
を備える、固定子と、
前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石に電気的に結合される磁石コントローラであって、前記磁石コントローラは、第１の切替率において前記複数の第１の固定子磁石を制御し、第２の切替率において前記複数の第２の固定子磁石を制御し、前記羽根軸の周りの前記回転子羽根の回転を生成する、磁石コントローラと
を備える、システム。
【請求項６６】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、複数の回転子羽根を含み、前記磁石コントローラは、少なくとも１つの第１の固定子磁石に、前記回転子羽根が前記少なくとも１つの第１の固定子磁石を通り過ぎるにつれて、前記複数の回転子羽根のうちの各回転子羽根に前記羽根軸の周りの標的ピッチ角を持たせる磁場を出力させる、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、複数の回転子羽根を含み、前記コントローラは、前記複数の第１の固定子磁石に、前記回転軸の周りの回転位置の関数として、前記複数の回転子羽根に個別の羽根軸の周りの個別の標的ピッチ角をそれぞれ持たせる個別の磁場を出力させ、前記標的ピッチ角は、前記回転軸に対する前記回転子の標的集合ピッチに対応する、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６８】
前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石は、少なくとも１つの制御信号に応答して、少なくとも、前記第１の回転子磁石を駆動する第１の磁場と、前記第２の回転子磁石を駆動する第２の磁場とを出力するように構成される電磁石であり、前記磁石コントローラは、前記第１の磁場に、第１の磁力を第１の回転子磁気コンポーネント上に印加させ、前記第２の磁場に、第２の磁力を第２の磁気コンポーネントに印加させ、羽根ピッチ角を制御するように構成される、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６９】
前記回転子羽根は、中立羽根角に付勢されるように羽根付きである、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７０】
前記磁石コントローラは、前記複数の第１の固定子磁石のうちの各第１の固定子磁石によって出力される個別の磁場の大きさを制御し、前記回転軸の周りの前記回転子の回転速度を制御する、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７１】
各回転子羽根の位置を検出する位置エンコーダをさらに備え、前記磁石コントローラは、フィードバックとして各回転子羽根の位置を使用し、前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石を制御する、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７２】
前記複数の第１の固定子磁石は、複数の電磁コイルを含む、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７３】
前記磁石コントローラは、前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石を制御し、前記回転軸の周りで前記回転子を回転させる、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７４】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、第１の回転子羽根であり、前記回転子磁石は、前記第１の回転子羽根に対応する第１の回転子磁石であり、前記第１の回転子羽根は、第１の方向に前記回転軸の周りを回転するように構成され、
前記回転子は、
前記第１の回転子羽根から離間される第２の回転子羽根であって、前記第２の回転子羽根は、前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と結合され、前記側壁を横断する、第２の回転子羽根と、
前記第２の回転子羽根に対応する第２の回転子磁石であって、前記第２の回転子磁石は、前記第１の方向と反対の前記回転軸の周りの第２の方向に前記第２の回転子羽根を駆動するように、駆動される、第２の回転子磁石と
をさらに備える、請求項６５に記載のシステム。
【請求項７５】
システムであって、前記システムは、
複数の固定子磁石を備える固定子であって、前記複数の固定子磁石は、前記固定子の表面に沿って円周方向に配列される、固定子と、
回転軸の周りを回転するように構成される回転子であって、前記回転子は、前記固定子を囲繞する環状回転子基部を有し、複数の回転子区画を備え、各回転子区画は、
前記回転軸から離間される側壁であって、前記側壁は、第１の表面と、前記第１の表面と反対の第２の表面とを有する、側壁と、
前記第１の表面に沿って前記側壁に結合される少なくとも１つの回転子磁石であって、前記回転子は、前記少なくとも１つの回転子磁石と相互作用する前記複数の固定子磁石の個別の磁場を介して、前記複数の固定子磁石によって駆動されるように構成される、少なくとも１つの回転子磁石と、
前記側壁の前記第２の表面と結合される第１の羽根端と、第２の羽根端とを有する少なくとも１つの回転子羽根であって、前記第１の端部および第２の端部は、回転子羽根長さを画定し、前記第２の端部および回転軸は、回転半径を画定し、先端の回転半径に対する前記回転子羽根長さの比は、０．７５未満または０．７５と等しい、少なくとも１つの回転子羽根と
を含む、回転子と
を備える、システム。
【請求項７６】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、複数の回転子羽根を含み、前記複数の回転子羽根の第２の端部は、第１の周囲を画定し、前記側壁は、第２の周囲を画定し、羽根の回転面積が、前記第１の周囲と前記第２の周囲との間の第１の平面内に画定され、
前記複数の羽根は、前記第１の平面内に羽根の表面積を画定し、
前記複数の羽根は、前記羽根の回転面積に対する前記羽根の表面積の比として羽根の有効面積を画定し、前記羽根の有効面積は、０．４を上回るまたは０．４と等しい、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記羽根の有効面積の外側の前記羽根の回転面積内に位置付けられるペイロードをさらに備える、請求項７６に記載のシステム。
【請求項７８】
前記環状回転子基部は、前記側壁の第１の端部から前記回転軸に向かって延在する第１の回転子壁と、前記側壁の第２の端部から前記回転軸に向かって延在する第２の回転子壁とをさらに備え、前記第２の回転子壁は、前記第１の回転子壁から離間され、前記回転子は、前記第１の回転子壁および前記第２の回転子壁を通して、前記回転軸と平行に回転子軸を画定し、
前記固定子は、第１の固定子磁石と、第２の固定子磁石とをさらに備え、
前記回転子は、
前記第１の回転子壁と結合される少なくとも１つの第１の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第１の回転子壁と前記第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第１の回転子磁石と、
前記第２の回転子壁と結合される少なくとも１つの第２の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第２の回転子壁と前記第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の回転子磁石と
をさらに備える、請求項７５に記載のシステム。
【請求項７９】
少なくとも１つの第３の回転子磁石は、一対の第３の回転子磁石を備え、前記一対の第３の回転子磁石は、個別の磁場を介して１つまたは複数の推進磁石と相互作用し、羽根軸の周りの前記回転子羽根の回転を生成する、請求項７５に記載の回転子。
【請求項８０】
前記回転子区画は、連続的である、請求項７５に記載のシステム。
【請求項８１】
前記回転子と結合され、前記回転子と前記固定子との間に延在し、前記固定子から前記回転子を分離する少なくとも１つのキャスタ車輪をさらに備える、請求項７５に記載のシステム。
【請求項８２】
前記複数の回転子区画は、複数の第１の回転子区画であり、前記回転子は、複数の第２の回転子区画をさらに備える、請求項７５に記載のシステム。
【請求項８３】
前記複数の第１の回転子区画は、前記回転軸の周りの第１の方向に回転するように構成され、前記複数の第２の回転子区画は、前記第１の方向と反対の前記回転軸の周りの第２の方向に回転するように構成される、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８４】
前記回転子は、前記複数の固定子磁石によって駆動されたときに揚力を発生させる、請求項７５に記載の回転子。
【請求項８５】
システムであって、前記システムは、
回転軸の周りを回転するように構成される回転子であって、前記回転子は、
回転子側壁と、
前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と回転可能に結合される第１の回転子羽根であって、前記第１の回転子羽根は、前記側壁を横断して延在する第１の羽根軸の周りを回転する、第１の回転子羽根と、
前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と回転可能に結合される第２の回転子羽根であって、前記第２の回転子羽根は、前記側壁を横断して延在する第２の羽根軸の周りを回転する、第２の回転子羽根と、
前記第１の回転子羽根に近接して前記第１の表面と反対の前記回転子側壁の第２の表面に沿って前記側壁と結合される第１の回転子磁石および第２の回転子磁石を含む回転子磁石の１のセットと、
前記第２の回転子羽根に近接して前記回転子側壁の前記第２の表面に沿って前記側壁と結合される第３の回転子磁石および第４の回転子磁石を含む回転子磁石の第２のセットと
を備える、回転子と、
固定子であって、前記固定子は、
前記回転子側壁に面する固定子側壁に沿って円周方向に配列される複数の第１の固定子磁石であって、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第１の回転子磁石に近接し、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第３の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、
個別の第１の固定子磁石から離間され、前記固定子側壁に沿って円周方向に配列される複数の第２の固定子磁石であって、前記複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第２の回転子磁石に近接し、前記複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、前記第４の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石と
を備える、固定子と、
前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石に電気的に結合される少なくとも１つのコントローラであって、前記少なくとも１つのコントローラは、
移動命令を受信することと、
前記移動命令から所望の移動を抽出することと、
前記所望の移動に基づいて複数の制御信号を発生させることと、
前記複数の制御信号を前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石に提供し、前記複数の第１の固定子磁石および前記複数の第２の固定子磁石に、前記複数の制御信号に対応する磁場を出力させ、前記所望の移動を生成することであって、前記磁場は、前記回転子の前記回転子磁石を駆動して前記回転軸の周りで前記回転子を回転させ、前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、前記第２の羽根軸の周りで前記第２の回転子羽根を回転させる、ことと
を行うように構成される、少なくとも１つのコントローラと
を備える、システム。
【請求項８６】
前記所望の移動は、ヨー移動に対応し、前記複数の制御信号は、第１の方向に前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、第２の方向に前記第２の羽根軸の周りで前記第２の回転子羽根を回転させ、前記回転子の所望のヨー移動を生成するように構成される、請求項８５に記載のシステム。
【請求項８７】
前記所望の移動は、ピッチ移動に対応し、前記複数の制御信号は、第１の方向に前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、第２の方向に前記第２の羽根軸の周りで前記第２の回転子羽根を回転させ、前記回転子の所望のピッチ移動を生成するように構成される、請求項８５に記載のシステム。
【請求項８８】
前記所望の移動は、ロール移動に対応し、前記複数の制御信号は、第１の方向に前記第１の羽根軸の周りで前記第１の回転子羽根を回転させ、第２の方向に前記第２の羽根軸の周りで前記第２の回転子羽根を回転させ、前記回転子の所望のロール移動を生成するように構成される、請求項８５に記載のシステム。
【請求項８９】
少なくとも１つの回転子羽根は、複数の回転子羽根を含み、前記少なくとも１つのコントローラは、前記複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つの第１の固定子磁石に、各回転子羽根が前記少なくとも１つの第１の固定子磁石を通り過ぎるにつれて、各回転子羽根に個別の羽根軸の周りの標的ピッチ角を持たせる対応する磁場を出力させ、前記標的ピッチ角は、前記所望の移動によって示される、請求項８５に記載のシステム。
【請求項９０】
少なくとも１つの回転子羽根は、複数の回転子羽根を含み、前記少なくとも１つのコントローラは、前記複数の第１の固定子磁石に、前記回転軸の周りの回転位置の関数として、前記複数の回転子羽根に個別の羽根軸の周りの個別の標的ピッチ角をそれぞれ持たせる対応する磁場を出力させ、前記標的ピッチ角は、前記回転軸に対する前記回転子の標的集合ピッチに対応し、前記標的集合ピッチは、前記所望の移動によって示される、請求項８５に記載のシステム。
【請求項９１】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記移動命令から前記所望の移動を抽出する飛行コントローラと、前記複数の制御信号を発生させるモータコントローラとを含む、請求項８５に記載のシステム。
【請求項９２】
前記移動命令を受信するユーザ入力デバイスをさらに備える、請求項８５に記載のシステム。
【請求項９３】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記複数の第１の固定子磁石を制御し、個別の磁場の磁場強度の大きさを修正するように構成され、前記磁場は、回転子磁石の前記第１のセットと相互作用し、切替率および前記磁場強度の大きさに対応する回転速度において前記回転子および第１の回転子羽根を回転させ、揚力を生成する、請求項８５に記載のシステム。
【請求項９４】
前記少なくとも１つのコントローラは、デューティサイクルを有するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を伝送することによって、前記複数の固定子磁石を制御するように構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、前記デューティサイクルを修正し、前記磁場強度の大きさを変化させる、請求項９３に記載のシステム。
【請求項９５】
固定子との動作のための回転子であって、前記回転子は、
回転軸を画定する環状回転子基部であって、前記環状回転子基部は、前記固定子の周囲に配列され、前記回転軸の周りの第１の方向に駆動されるように構成される複数の第１の回転子区画と、前記複数の第１の回転子区画に隣接して前記固定子の周囲に配列され、前記第１の方向と反対の前記回転軸の周りの第２の方向に駆動されるように構成される複数の第２の回転子区画とを備える、環状回転子基部
を備え、
各回転子区画は、
前記回転軸から離間される側壁、前記側壁の第１の端部から前記回転軸に向かって延在する第１の回転子壁、および、前記側壁の第２の端部から前記回転軸に向かって延在する第２の回転子壁であって、前記第２の回転子壁は、前記第１の回転子壁から離間され、前記回転子は、前記第１の回転子壁および前記第２の回転子壁を通して、前記回転軸と平行に回転子軸を画定する、側壁、第１の回転子壁、および第２の回転子壁と、
前記第１の回転子壁と結合される少なくとも１つの第１の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第１の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第１の回転子壁と第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第１の回転子磁石と、
前記第２の回転子壁と結合される少なくとも１つの第２の回転子磁石であって、前記少なくとも１つの第２の回転子磁石は、前記回転子軸に沿って前記第２の回転子壁と第２の回転子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の回転子磁石と、
前記側壁と結合され、前記固定子の１つまたは複数の推進磁石から離間される少なくとも１つの第３の回転子磁石であって、前記回転子は、前記少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する前記１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、前記推進磁石によって駆動されるように構成される、少なくとも１つの第３の回転子磁石と
を含む、回転子。
【請求項９６】
前記少なくとも１つの回転子羽根は、第１の回転子羽根であり、前記回転子磁石は、前記第１の回転子羽根に対応する第１の回転子磁石であり、前記第１の回転子羽根は、第１の方向に前記回転軸の周りを回転するように構成され、
前記回転子は、
前記第１の回転子羽根から離間される第２の回転子羽根であって、前記第２の回転子羽根は、前記側壁の第１の表面に沿って前記側壁と結合され、前記側壁を横断する、第２の回転子羽根と、
前記第２の回転子羽根に対応する第２の回転子磁石であって、前記第２の回転子磁石は、前記第１の方向と反対の前記回転軸の周りの第２の方向に前記第２の回転子羽根を駆動するように、駆動される、第２の回転子磁石と
をさらに備える、請求項９５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本開示は、その開示が、参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＶＥＲＴＩＣＡＬ  ＴＡＫＥＯＦＦ  ＡＮＤ  ＬＡＮＤＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＰＲＯＰＵＬＳＩＯＮ」と題され、２０１８年４月１７日に出願された、米国仮出願第６２／６５９，０１３号、および「ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＬＥＶＩＴＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＶＥＲＴＩＣＡＬ  ＴＡＫＥＯＦＦ  ＡＮＤ  ＬＡＮＤＩＮＧ」と題され、２０１８年１２月４日に出願された、米国仮出願第６２／７７５，２５３号の利益および優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、概して、垂直離着陸に関する。より具体的には、本開示は、垂直離着陸のための磁気浮上に関する。
【背景技術】
【０００３】
種々の空中プラットフォームは、プラットフォームが垂直にホバリング、離陸、および着陸し得る、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）を実施することができる。ＶＴＯＬプラットフォームは、固定翼プラットフォームと、回転翼プラットフォームとを含むことができる。ＶＴＯＬプラットフォームは、無人航空機を含むことができる。ＶＴＯＬプラットフォームは、分散型電気推進を有することができ、傾転回転子および／または傾転翼構成を有することができる。
【０００４】
典型的には、ＶＴＯＬプラットフォームは、揚力および他の移動力を発生させるように燃焼ベースの発電に依拠する。加えて、ＶＴＯＬプラットフォームは、比較的に大きい形状因子を有し得る。したがって、既存のＶＴＯＬプラットフォームは、都市環境および個人使用モードでそのようなプラットフォームを使用することを困難にする、技術的限界を有し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の少なくとも１つの側面は、ＶＴＯＬプラットフォームに関する。ＶＴＯＬプラットフォームは、回転子と、固定子と、飛行コントローラと、モータコントローラとを含む。回転子は、回転子軸の周りに配向され、固定子から半径方向に離間される、複数の回転子羽根を含む。各回転子羽根は、回転子アームの回転が、回転子ピッチ軸の周りで回転子羽根を回転させるように、回転子アームに結合される。回転子アームは、第２の回転子磁石から離間される第１の回転子磁石に結合される。固定子は、複数の電磁石を含む。飛行コントローラは、移動命令を受信し、移動命令から所望の移動を抽出し、回転子に、推力、ヨー軸の周りの力のモーメント、プラットフォームピッチ軸の周りの力のモーメント、またはロール軸の周りの力のモーメントのうちの少なくとも１つを発生させるように構成される、１つまたは複数の飛行コマンドを発生させるように構成される。モータコントローラは、１つまたは複数の飛行制御コマンドを受信し、１つまたは複数の飛行制御コマンドに基づいて、電磁石を通して電気信号を駆動するように構成される。複数の電磁石は、電気信号に対応する電磁場を出力し、回転子の回転子磁石を駆動し、回転子軸の周りで回転子を回転させ、羽根の中立ピッチ軸の周りで回転子羽根を回転させ、回転子に、推力、ヨー軸の周りの力のモーメント、プラットフォームピッチ軸の周りの力のモーメント、またはプラットフォームロール軸の周りの力のモーメントのうちの少なくとも１つを発生させるように構成される。
【０００６】
本開示の少なくとも１つの側面は、固定子との動作のための回転子に関する。回転子は、回転軸を画定し、固定子の周囲に配列される複数の回転子区画を備える、環状回転子基部を含む。各回転子区画は、回転軸から離間される側壁と、側壁の第１の端部から回転軸に向かって延在する第１の回転子壁と、側壁の第２の端部から回転軸に向かって延在する第２の回転子壁とを含み、第２の回転子壁は、第１の回転子壁から離間され、回転子は、第１の回転子壁および第２の回転子壁を通して、回転軸と平行に回転子軸を画定する。各回転子区画は、第１の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第１の回転子磁石であって、回転子軸に沿って第１の回転子壁と第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第１の回転子磁石を含む。各回転子区画は、第２の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第２の回転子磁石であって、回転子軸に沿って第２の回転子壁と第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の回転子磁石を含む。各回転子区画は、側壁と結合され、固定子の１つまたは複数の推進磁石から離間される、少なくとも１つの第３の回転子磁石を含む。回転子は、少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、推進磁石によって駆動されるように構成される。
【０００７】
少なくとも１つの側面は、回転子との動作のための固定子に関する。固定子は、複数の固定子区画を備える、環状固定子基部であって、中心軸を画定する、固定子基部を含む。各固定子区画は、側壁と、側壁から延在する、支持構造と、支持構造の第１の表面と結合される、少なくとも１つの第１の固定子磁石と、第１の表面と反対の支持構造の第２の表面と結合される、少なくとも１つの第２の固定子磁石と、少なくとも１つの推進磁石とを含む。少なくとも１つの第１の固定子磁石および少なくとも１つの第２の固定子磁石は、中心軸と平行に固定子軸を画定し、少なくとも１つの第１の固定子磁石は、固定子軸に沿って回転子の第１の回転子磁石と少なくとも１つの第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成され、少なくとも１つの第２の固定子磁石は、固定子軸に沿って回転子の第２の回転子磁石と少なくとも１つの第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される。少なくとも１つの推進磁石は、支持構造と結合され、回転子の１つまたは複数の第３の回転子磁石から離間され、少なくとも１つの推進磁石は、制御信号に応答して磁場を出力し、中心軸の周りで回転子を駆動するように構成される。
【０００８】
少なくとも１つの側面は、回転子制御システムに関する。回転子制御システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、１つまたは複数の第１の固定子コイルと整合される、第１の回転子磁気コンポーネントと、１つまたは複数の第２の固定子コイルと整合され、第１の回転子磁気コンポーネントに隣接する、第２の回転子磁気コンポーネントと、第１の回転子磁気コンポーネントおよび第２の回転子磁気コンポーネントを接続する、アームと、アームに固定される、第１の回転子羽根とを含む。アームの第１のアーム端が、第１の回転子磁気コンポーネントと結合され、アームの第２のアーム端が、第２の回転子磁気コンポーネントと結合され、第２の回転子磁気コンポーネントに印加される第２の磁力に対して、第１の回転子磁気コンポーネントに印加される第１の磁力に基づいて変化する、アーム角を画定する。第１の回転子羽根は、羽根ピッチ軸に沿ってアームから延在し、第１の回転子羽根は、羽根ピッチ軸に対して羽根ピッチ角を画定し、羽根ピッチ角は、アーム角に対応する。固定子は、少なくとも１つの制御信号に応答して、少なくとも、第１の回転子磁気コンポーネントを駆動する第１の磁場、および第２の回転子磁気コンポーネントを駆動する第２の磁場を出力するように構成される、複数の電磁石を含み、少なくとも１つの制御信号は、第１の磁場に、第１の回転子磁気コンポーネント上に第１の磁力を印加させ、第２の磁場に、第２の磁気コンポーネント上に第２の磁力を印加させ、羽根ピッチ角を制御する。
【０００９】
少なくとも１つの側面は、回転子制御システムに関する。回転子制御システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、回転軸を画定し、固定子の周囲に配列される複数の回転子区画を備える、環状回転子基部を含む。各回転子区画は、回転軸と垂直な羽根ピッチ軸の周りで回転されるように構成される、第１の回転子羽根と、受電回路と、羽根ピッチ軸の周りで第１の回転子羽根を回転させるために、受電回路を介して受電される電力を使用して回転する、モータと、制御信号に応答して、羽根ピッチ軸の周りで第１の回転子羽根を回転させるために、モータ信号をモータに提供する、モータコントローラと、制御信号を受信し、制御信号をモータコントローラに提供する、第１の無線送受信機とを含む。固定子は、制御コマンドを受信し、制御コマンドに基づいて制御信号を第１の無線送受信機に無線で伝送する、第２の無線送受信機と、受電回路と相互作用し、電力を受電回路に提供する、磁場を出力する、送電回路とを含む。
【００１０】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、側壁と、側壁の第１の端部から延在する第１の回転子壁と、側壁の第２の端部から延在する第２の回転子壁であって、第１の回転子壁から離間される第２の回転子壁と、第１の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第１の回転子磁石と、第２の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第２の回転子磁石とを含む。固定子は、第１の回転子壁と第２の回転子壁との間に延在する、支持構造と、支持構造の第１の表面と結合され、少なくとも１つの第１の回転子磁石に近接する、少なくとも１つの第１の固定子磁石であって、少なくとも１つの第１の回転子磁石は、少なくとも１つの第１の固定子磁石と少なくとも１つの第１の回転子磁石との間の第１の距離に対応する電流を少なくとも１つの第１の固定子磁石内に誘発する、少なくとも１つの第１の固定子磁石と、第１の表面と反対の支持構造の第２の表面と結合され、少なくとも１つの第２の回転子磁石に近接する、少なくとも１つの第２の固定子磁石であって、少なくとも１つの第２の固定子磁石は、少なくとも１つの第１の固定子磁石と電気的に結合され、第１の固定子磁石から電流を受電し、少なくとも１つの第２の固定子磁石は、第１の固定子磁石からの電流に基づく磁場強度を有する、磁場を出力し、磁場は、少なくとも１つの第２の回転子磁石と相互作用し、少なくとも１つの第２の固定子磁石と少なくとも１つの第２の回転子磁石との間の第２の距離を制御する、少なくとも１つの第２の固定子磁石とを含む。
【００１１】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、側壁と、側壁の端部から延在する回転子壁と、回転子壁と結合される、少なくとも１つの回転子磁石とを含む。固定子は、回転子壁に隣接する支持構造と、少なくとも１つの回転子磁石に近接する支持構造の表面と結合される、第１の固定子磁石であって、少なくとも１つの回転子磁石は、第１の固定子磁石と少なくとも１つの回転子磁石との間の第１の磁場の第１の磁力に対応する電流を第１の固定子磁石内に誘発する、第１の固定子磁石と、支持構造の表面に結合される、第２の固定子磁石であって、第１の固定子磁石に電気的に結合される、第２の固定子磁石であって、第１の固定子磁石から電流を受電し、第２の固定子磁石と少なくとも１つの回転子磁石との間の第２の磁場の第２の磁力を制御する、第２の固定子磁石とを含む。
【００１２】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、回転軸を画定する、回転子側壁と、側壁の第１の表面に沿って側壁と結合され、それを横断する、少なくとも１つの回転子羽根と、第１の表面と反対の回転子側壁の第２の表面に沿って側壁と結合される、回転子磁石とを含む。固定子は、回転子側壁の第２の表面に面する固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される、複数の固定子磁石と、複数の固定子磁石に無線で結合される、コントローラであって、複数の固定子磁石を制御し、回転子の回転子磁石と相互作用する個別の磁場を選択的に生成し、回転軸の周りで回転子および回転子羽根を回転させ、回転軸に沿って揚力を生成する、コントローラとを含む。
【００１３】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、回転軸を画定する、回転子側壁と、側壁の第１の表面に沿って側壁と結合され、それを横断する、少なくとも１つの回転子羽根と、第１の表面と反対の回転子側壁の第２の表面に沿って側壁と結合される、回転子磁石とを含む。固定子は、回転子側壁の第２の表面に面する固定子側壁の表面に沿って円周方向に配列される、複数の固定子磁石と、複数の固定子磁石に電気的に結合される、コントローラであって、コントローラは、ある切替率において複数の固定子磁石を制御し、個別の磁場を選択的に生成し、磁場は、回転子の回転子磁石と相互作用し、切替率に対応する回転速度において回転子および回転子羽根を回転させ、揚力速度において揚力を生成する、コントローラとを含む。
【００１４】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転軸の周りを回転するように構成される、回転子と、固定子とを含む。回転子は、回転子側壁と、側壁の第１の表面に沿って側壁と回転可能に結合される、少なくとも１つの回転子羽根であって、側壁を横断して延在する羽根軸の周りを回転する、少なくとも１つの回転子羽根と、第１の表面と反対の回転子側壁の第２の表面に沿って側壁と結合される、第１の回転子磁石および第２の回転子磁石とを含む。固定子は、回転子側壁に面する固定子側壁に沿って円周方向に配列される、複数の第１の固定子磁石であって、複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第１の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、個別の第１の固定子磁石から離間され、固定子側壁に沿って円周方向に配列される、複数の第２の固定子磁石であって、複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第２の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石と、複数の第１の固定子磁石および複数の第２の固定子磁石に電気的に結合される、磁石コントローラであって、第１の切替率において複数の第１の固定子磁石を制御し、第２の切替率において複数の第２の固定子磁石を制御し、羽根軸の周りの回転子羽根の回転を生成する、磁石コントローラとを含む。
【００１５】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転子と、固定子とを含む。固定子は、固定子の表面に沿って円周方向に配列される、複数の固定子磁石を含む。回転子は、回転軸の周りを回転するように構成され、固定子を囲繞する環状回転子基部を有する。回転子は、複数の回転子区画を含む。各回転子区画は、第１の表面と、第１の表面と反対の第２の表面とを有する、回転軸から離間される側壁と、第１の表面に沿って側壁に結合される、少なくとも１つの回転子磁石であって、回転子は、少なくとも１つの回転子磁石と相互作用する複数の固定子磁石の個別の磁場を介して、複数の固定子磁石によって駆動されるように構成される、少なくとも１つの回転子磁石と、側壁の第２の表面と結合される第１の羽根端と、第２の羽根端とを有する、少なくとも１つの回転子羽根であって、第１の端部および第２の端部は、回転子羽根長さを画定し、第２の端部および回転軸は、回転半径を画定し、先端の回転半径に対する回転子羽根長さの比は、０．７５未満またはそれと等しい、少なくとも１つの回転子羽根とを含む。
【００１６】
少なくとも１つの側面は、システムに関する。本システムは、回転軸の周りを回転するように構成される、回転子と、固定子とを含む。回転子は、回転子側壁と、側壁の第１の表面に沿って側壁と回転可能に結合される、第１の回転子羽根であって、側壁を横断して延在する第１の羽根軸の周りを回転する、第１の回転子羽根と、側壁の第１の表面に沿って側壁と回転可能に結合される、第２の回転子羽根であって、側壁を横断して延在する第２の羽根軸の周りを回転する、第２の回転子羽根と、第１の回転子羽根に近接して第１の表面と反対の回転子側壁の第２の表面に沿って側壁と結合される、第１の回転子磁石および第２の回転子磁石を含む、回転子磁石の１のセットと、第２の回転子羽根に近接して回転子側壁の第２の表面に沿って側壁と結合される、第３の回転子磁石および第４の回転子磁石を含む、回転子磁石の第２のセットとを含む。固定子は、回転子側壁に面する固定子側壁に沿って円周方向に配列される、複数の第１の固定子磁石であって、複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第１の回転子磁石に近接し、複数の第１の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第３の回転子磁石に近接する、複数の第１の固定子磁石と、個別の第１の固定子磁石から離間され、固定子側壁に沿って円周方向に配列される、複数の第２の固定子磁石であって、複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第２の回転子磁石に近接し、複数の第２の固定子磁石のうちの少なくとも１つは、第４の回転子磁石に近接する、複数の第２の固定子磁石と、複数の第１の固定子磁石および複数の第２の固定子磁石に電気的に結合される、少なくとも１つのコントローラであって、移動命令を受信し、移動命令から所望の移動を抽出し、所望の移動に基づいて複数の制御信号を発生させ、複数の制御信号を複数の第１の固定子磁石および複数の第２の固定子磁石に提供し、回転子の回転子磁石を駆動して回転軸の周りで回転子を回転させ、第１の羽根軸の周りで第１の回転子羽根を回転させ、第２の羽根軸の周りで第２の回転子羽根を回転させる、複数の制御信号に対応する磁場を、複数の第１の固定子磁石および複数の第２の固定子磁石に出力させ、所望の移動を生成するように構成される、少なくとも１つのコントローラとを含む。
【００１７】
少なくとも１つの側面は、固定子との動作のための回転子に関する。回転子は、回転軸を画定し、固定子の周囲に配列され、回転軸の周りの第１の方向に駆動されるように構成される、複数の第１の回転子区画と、複数の第１の回転子区画に隣接して固定子の周囲に配列され、第１の方向と反対の回転軸の周りの第２の方向に駆動されるように構成される、複数の第２の回転子区画とを備える、環状回転子基部を含み、各回転子区画は、回転軸から離間される側壁、側壁の第１の端部から回転軸に向かって延在する第１の回転子壁、および側壁の第２の端部から回転軸に向かって延在する第２の回転子壁であって、第２の回転子壁は、第１の回転子壁から離間され、回転子は、第１の回転子壁および第２の回転子壁を通して、回転軸と平行に回転子軸を画定する、側壁、第１の回転子壁、および第２の回転子壁と、第１の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第１の回転子磁石であって、回転子軸に沿って第１の回転子壁と第１の固定子磁石との間に第１の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第１の回転子磁石と、第２の回転子壁と結合される、少なくとも１つの第２の回転子磁石であって、回転子軸に沿って第２の回転子壁と第２の固定子磁石との間に第２の空間を維持するように構成される、少なくとも１つの第２の回転子磁石と、側壁と結合され、固定子の１つまたは複数の推進磁石から離間される、少なくとも１つの第３の回転子磁石であって、回転子は、少なくとも１つの第３の回転子磁石と相互作用する１つまたは複数の推進磁石の磁場を介して、推進磁石によって駆動されるように構成される、少なくとも１つの第３の回転子磁石とを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの回転子羽根は、第１の回転子羽根であり、回転子磁石は、第１の回転子羽根に対応する第１の回転子磁石であり、第１の回転子羽根は、第１の方向に回転軸の周りを回転するように構成され、回転子は、第１の回転子羽根から離間される、第２の回転子羽根であって、側壁の第１の表面に沿って側壁と結合され、それを横断する、第２の回転子羽根と、第２の回転子羽根に対応する、第２の回転子磁石であって、駆動され、第１の方向と反対の回転軸の周りの第２の方向に第２の回転子羽根を駆動する、第２の回転子磁石とを含む。
【００１８】
当業者は、概要が例証的にすぎず、いかようにも限定的であることを意図していないことを理解するであろう。請求項のみによって定義されるような、本明細書に説明されるデバイスおよび／またはプロセスの他の側面、発明の特徴、ならびに利点が、本明細書に記載され、付随する図面と併せて解釈される、詳細な説明において明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本開示の前述および他の目的、側面、特徴、ならびに利点が、付随する図面と併せて解釈される以下の説明を参照することによって、より明白となり、より理解されるであろう。
【００２０】
【図１】図１は、ＶＴＯＬプラットフォームの実施形態の概略図である。
【００２１】
【図２】図２は、図１のＶＴＯＬプラットフォームの一部の概略図である。
【００２２】
【図３】図３は、図１のＶＴＯＬプラットフォームの種々のシステムのブロック図である。
【００２３】
【図４】図４は、図１のＶＴＯＬプラットフォームのモータ領域の部分斜視図である。
【００２４】
【図５】図５は、図１のＶＴＯＬプラットフォームのモータ領域の断面図である。
【００２５】
【図６】図６は、浮上および誘導システムの実施形態の概略図である。
【００２６】
【図７】図７は、ＶＴＯＬプラットフォームの飛行力学システムの実施形態のブロック図である。
【００２７】
【図８】図８は、図７の飛行力学システムによって実行される集合ピッチ制御の概略図である。
【００２８】
【図９】図９は、図７の飛行力学システムによって実行される循環ピッチ制御の概略図である。
【００２９】
【図１０】図１０は、ＶＴＯＬプラットフォームのモータコントローラの実施形態のブロック図である。
【００３０】
【図１１】図１１は、ＶＴＯＬプラットフォームの固定子の実施形態のブロック図である。
【００３１】
【図１２】図１２は、ＶＴＯＬプラットフォームの回転子制御システムのブロック図である。
【００３２】
【図１３】図１３は、ＶＴＯＬプラットフォームを制御する方法の実施形態のフロー図である。
【００３３】
【図１４Ａ】図１４Ａは、モータ駆動型の回転子羽根を有する、回転子の実施形態の概略図である。
【００３４】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、モータ駆動型の回転子羽根を使用する、回転子制御システムの実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
下記の種々の実施形態の説明を熟読する目的のために、本明細書の節の以下の列挙およびそれらの内容が、役立ち得る。
−Ａ節は、磁気浮上を使用して動作する、ＶＴＯＬプラットフォームのシステムおよび方法の実施形態を説明する。
−Ｂ節は、磁気浮上を使用して動作する、ＶＴＯＬプラットフォームの浮上および誘導のシステムおよび方法の実施形態を説明する。
−Ｃ節は、飛行力学、モータ制御、およびピッチ制御を含む、磁気浮上を使用して動作する、ＶＴＯＬプラットフォームを制御するシステムおよび方法の実施形態を説明する。
Ａ．磁気浮上を使用する、ＶＴＯＬプラットフォームのシステムおよび方法
【００３６】
概して、図１−５を参照すると、本開示によるＶＴＯＬプラットフォームは、磁気浮上および具体的制御機構を使用し、固定子とともに回転子を効率的に駆動し、垂直離着陸、ならびに揚力、ピッチ、ロール、およびヨー制御等の飛行制御動作を可能にすることができる。ＶＴＯＬプラットフォームは、内燃ベースのシステムに対する電力密度の増加を含む、既存のシステムに対する改良されたサイズ、重量、電力、およびコスト（ＳＷＡＰ−Ｃ）因子を有することができる。ＶＴＯＬプラットフォームは、環状プラットフォーム構成に関して高回転子回転率を達成することができる。
【００３７】
ＶＴＯＬプラットフォームは、機械および空力両方の騒音発生を低減させることによって、類似性能能力を伴う既存のシステムに対して低減した騒音を有することができる。ギヤボックス、スワッシュプレート、および発電機の機械的動作に依拠する既存のシステムは、有意な騒音を発生させ得る。タービンでは、機械騒音が、タービンの構造に沿って伝達され、その表面から放射され得、空力騒音が、羽根にわたって空気流によって生成され得る。ヘリコプタでは、騒音が、空気との主要回転子および尾部回転子相互作用によって発生され得る。これは、離陸の間にヘリコプタの周波数スペクトルを分析することによって検証されることができ、各回転子羽根の個別の翼通過周波数において最大値および極大値が存在し得る。また、より高い周波数にわたって掃引する音響出力の非常に広い分布も存在し得、本広域騒音は、タービン、ギヤボックス、および変速装置の動作を含む、複数の騒音機構の組み合わせに起因し得る。本解決策は、機械的コンポーネントの間のより少ない相互作用に依拠する直接電気伝動機構を使用することによって、また、騒音発生を低減させる様式で回転子羽根を構成することによって、これらの騒音源に対処することができる。したがって、本解決策は、騒音発生と関連付けられるエネルギー非効率性、ならびに既存のシステムを都市環境および個人使用モードのためにあまり実行可能ではなくさせる騒音と関連付けられる妨害を低減させることができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、ＶＴＯＬプラットフォームは、回転子と、固定子と、飛行コントローラと、モータコントローラとを含む。回転子は、回転子軸の周りに配向され、固定子から半径方向に離間される、複数の回転子羽根を含む。各回転子羽根は、回転子アームの回転が、回転子ピッチ軸の周りで回転子羽根を回転させるように、回転子アームに結合される。回転子アームは、第２の回転子磁石から離間される第１の回転子磁石に結合される。固定子は、複数の電磁石を含む。飛行コントローラは、移動命令を受信し、移動命令から所望の移動を抽出し、回転子に、推力、ヨー軸の周りの力のモーメント、プラットフォームピッチ軸の周りの力のモーメント、またはプラットフォームロール軸の周りの力のモーメントのうちの少なくとも１つを発生させるように構成される、１つまたは複数の飛行コマンドを発生させるように構成される。モータコントローラは、１つまたは複数の飛行制御コマンドを受信し、１つまたは複数の飛行制御コマンドに基づいて、電磁石を通して電気信号を駆動するように構成される。複数の電磁石は、電気信号に対応する電磁場を出力し、回転子の回転子磁石を駆動し、回転子軸の周りで回転子を回転させ、羽根の中立ピッチ軸の周りで回転子羽根を回転させ、回転子に、推力、ヨー軸の周りの力のモーメント、プラットフォームピッチ軸の周りの力のモーメント、またはプラットフォームロール軸の周りの力のモーメントのうちの少なくとも１つを発生させるように構成される。
【００３９】
ここで図１−２を参照すると、ＶＴＯＬプラットフォーム１００は、回転子１２０を駆動する固定子１１０を含む。回転子１２０は、固定子１１０から筐体１３０（例えば、ナセル）まで延在することができる。支持構造１４０が、ＶＴＯＬプラットフォーム１００のオペレータ１４４のための座席１４２を提供する等のために、固定子１１０に搭載されることができる。図１−２は、回転子１２０の内向きに固定子１１０を図示するが、固定子１１０は、回転子１２０から外向きにあり得る。回転子１２０は、固定子１１０の周りを回転するように、固定子１１０に結合される浮上システム（例えば、図３を参照して説明される浮上システム３６０）によって支持されることができる。固定子１１０および回転子１２０は、種々の磁石（例えば、永久磁石、電磁コイル、それを通して電流が電磁コイルに磁場を発生させるように駆動され得る電磁コイル）を含むことができる。
【００４０】
固定子１１０は、回転軸１２２の周りで回転子１２０を回転させるためを含む、回転子１２０の磁石を駆動するために電磁場を出力することによって、電力供給源１１２からの電力を使用し、回転子１２０を駆動することができる。例えば、固定子１１０は、本明細書にさらに議論されるように、コントローラから受信される制御信号に基づいて、回転子１２０を駆動することができる。電力供給源１１２は、１つまたは複数のバッテリを含むことができる。電力供給源１１２は、高度に分散され、支持構造１４０の中に統合されることができ、これは、既存のシステムと比較して、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の剛性を改良し、重量を低減させ得る。
【００４１】
固定子１１０は、既存の機械的システムに対して増加した効率を有することができる。機械的接続ではなく、固定子１１０と回転子１２０との間の電磁結合を使用することは、既存のシステムに対して動作を改良することができる。ＶＴＯＬプラットフォームを達成するために、既存のシステムにおいて本解決策によって可能にされ得るような類似性能パラメータを有することは、有意な機械摩擦損失をもたらし得、駆動される車軸に搭載される単純な回転子よりも有意に重量があろう、大半径の回転子よりもはるかに速く回転する小型ギヤを駆動するようにエンジンに要求するであろう。そのような既存のシステムでは、極端なギヤ比、大型ギヤ付きおよび／または歯付きリング構造からの大きな本質的製造困難、環状回転子幾何学形状の任意の航空音響学的利益に勝る大きい音の機械的相互作用、ならびに／もしくは有意に全重量を増加させ得る電力伝達に使用される大型の重い構造に起因して、大きな効率損失が存在し得る。本解決策は、固定子１１０を使用して回転子１２０を駆動することによって、そのような現象に対処することができ、いくつかの実施形態では、本解決策は、回転子リングとしてのトルク伝達のためのギヤボックスまたは車軸ではなく、電力高密度、効率的、かつ反応性の電気同期モータの使用を通して、分散型トルクを生成することができ、同時に、電気機械回転子、駆動車軸、および羽根ハブとして作用し、したがって、重量、効率損失、および機械的複雑性を低下させることができる。
【００４２】
さらに固定子１１０および回転子１２０に関して、モータ電力密度は、ハブ半径と直線的に増加し、モータ高さと直線的に減少することが見出されている。本解決策は、そのような特徴を実装し、比較的に大きい半径および比較的に低い厚さを有するように固定子１１０を構成し、効率および電力密度を増加させ、固定子１１０が、既存の内燃ベースのシステムに対してより少ない質量および／またはより大きい電力出力を有することを可能にすることができる。
【００４３】
回転子１２０は、固定子１１０および支持構造１４０の周りを周回し得る、環状回転子として示される。回転子１２０は、複数の第１の羽根１２４（本明細書にさらに議論されるように個別の磁石に結合される）を含む。複数の第１の羽根１２４は、固定子１１０と筐体１３０との間に延在することができる。いくつかの実施形態では、固定子１１０は、各第１の羽根１２４のピッチ角を制御する。第１の羽根１２４は、側壁１３４と結合され、それを横断する（例えば、それと垂直である）ことができる。図１および４に図示されるように、各第１の羽根１２４は、側壁１３４（例えば、側壁１３４の回転子区画１３２）と結合される第１の羽根端（例えば、羽根の根元）４４４から、筐体１３０と結合される、または筐体１３０から遊離し得る第２の羽根端（例えば、羽根の先端）４４８まで、延在することができる。第１の羽根１２４は、回転軸１２２と垂直であり得る、第１の羽根端４４４から第２の羽根端まで延在する羽根軸４４０を画定することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、回転子１２０は、第１の羽根１２４に類似し得、複数の第１の羽根１２４に対して独立して回転軸１２２の周りを回転し得る、複数の第２の羽根１２６を含む。第２の羽根１２６は、第１の羽根１２４の下方に側壁１３４（例えば、側壁１３４の回転子区画１３２）と結合される、または第１の羽根１２４の下方に第２の側壁１３４と結合される等、第１の羽根１２４から離間されることができる。
【００４５】
第１の羽根１２４および／または第２の羽根１２６を回転させることによって、ＶＴＯＬプラットフォーム１００は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００を通して通過する空中の第１の羽根１２４および／または第２の羽根１２６の作用に起因して、揚力を発生させることができる。同様に、第１の羽根１２４および／または第２の羽根１２６は、ヨー、ロール、および／またはピッチ軸の周りで回転を引き起こす様式で、駆動されることができる。
【００４６】
回転子羽根１２４、１２６は、個別に羽根付きであり（例えば、空気流の方向に対して特定の角度において整合される羽根表面）、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の誘導のための循環および集合ピッチコマンドを維持することができる。スワッシュプレートが回転子羽根の動作を制御するために使用され得る、既存のシステムと比較して、本解決策は、無摩擦様式で各回転子羽根１２４、１２６のピッチを個別に制御することができる。
二重反転回転子を使用して揚力を制御するためのシステムおよび方法
【００４７】
いくつかの実施形態では、複数の第１の羽根１２４が、回転軸１２２の周りの第１の方向に回転する一方で、複数の第２の羽根１２６は、第１の方向と反対の回転軸１２２の周りの第２の方向に回転する。したがって、複数の第１の羽根１２４および複数の第２の羽根１２６は、二重反転であり得る。例えば、各第２の羽根１２６は、第２の方向に固定子１１０によって駆動される、個別の回転子磁石３８０と結合されることができる。本明細書にさらに議論されるように、制御回路３１０は、第１の制御信号を提供し、第１の角速度において第１の方向に回転軸１２２の周りで複数の第１の羽根１２４を回転させることによって、複数の第１の羽根１２４の動作を制御し、第２の制御信号を提供し、第２の角速度において第２の方向に回転軸１２２の周りで複数の第２の羽根１２６を回転させることによって、複数の第２の羽根１２６の動作を制御することができる。制御回路３１０は、第１の制御信号および第２の制御信号を発生させ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の所望の運動を発生させることができる。例えば、ＶＴＯＬプラットフォーム１００がホバリングモードで動作することを可能にするために、制御回路３１０は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００上の力平衡が、少なくとも垂直方向にゼロである（例えば、複数の第１の羽根１２４によって発生される上向きの力が、重力および複数の第２の羽根１２６によって発生される下向きの力に対抗する）ように、第１の角速度および第２の角速度が構成されるように、第１の制御信号および第２の制御信号を発生させることができる。
回転の中心に対する有効回転子面積に基づいて騒音を低減させるためのシステムおよび方法
【００４８】
いくつかの実施形態では、回転子羽根１２４、１２６は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の移動を支援するために十分な揚力を発生させながら、低減された騒音を発生させる等のために、比較的に低い音響プロファイルを可能にするように構成される。本解決策では、回転子羽根１２４、１２６の数は、比較的に高く選択されることができ、羽根は、揚力が維持されている間に騒音を低減させるように、位相変調された間隔を有する。各羽根１２４、１２６は、比較的に大きい先端直径を有してもよい。回転子羽根１２４、１２６は、一貫せずに動作するように相互に対して位置付けられ、整合されてもよい。したがって、回転子１２０および周辺流体の相互作用に起因する騒音が、低減されることができる。いくつかの実施形態では、回転子羽根１２４、１２６は、０．５の最大先端マッハ数と、０．４１のホバリング先端マッハ数とを有する。いくつかの実施形態では、回転子羽根１２４、１２６は、ダクト付きまたはシュラウド付きのうちの少なくとも１つであり、これは、揚力発生を増加させ、安全性を改良し、回転子羽根１２４、１２６から放射される騒音を低減させ得る。いくつかの実施形態では、筐体１３０は、上向きに騒音を反射するように成形され、また、回転子１２０から外向きに進行する騒音を減衰させ得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、回転子羽根１２４、１２６は、第２の羽根端４４８の回転の半径に対して比較的に短い長さを有する。例えば、回転子羽根１２４、１２６は、（例えば、羽根の根元から羽根の先端までの）羽根軸４４０に沿って第１の羽根端４４４から第２の羽根端４４８までの回転子羽根長さを画定することができる。第２の羽根端４４８は、第２の羽根端４４８から回転軸１２２までの回転の半径を画定することができる。回転子羽根１２４、１２６は、回転の半径に対する回転子羽根長さの比を画定することができる。いくつかの実施形態では、比は、０．７５未満またはそれと等しい。いくつかの実施形態では、比は、０．６未満またはそれと等しく、０．３を上回るまたはそれと等しい。例えば、図２に図示されるように、回転子羽根１２４、１２６は、回転軸１２２の外向きに開始する。いくつかの実施形態では、回転の中心から（例えば、回転軸１２２から）の距離の関数として、揚力を発生させる際の回転子羽根の効率は、概して、羽根の根元よりも羽根の先端に向かって高い。したがって、本解決策は、主に高効率領域内で動作する羽根を選択することによって、比較的に少ない性能損失を伴って騒音を低減させることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、回転子羽根１２４、１２６は、比較的に高い羽根の有効面積または羽根の固体性を有する。第２の羽根端４４８は、第１の周囲（例えば、第２の羽根端４４８が回転軸１２２の周りを回転するにつれて、第２の羽根端４４８によって掃引される周囲）を画定することができる。側壁１３４（または第１の羽根端４４４）は、第１の周囲の内向きにある、第２の周囲を画定することができる。回転子羽根１２４および／または１２６はまた、第１の周囲と第２の周囲との間の第１の平面（例えば、第１の周囲および第２の周囲が位置する第１の平面）内に羽根の回転面積を画定することもできる。羽根の回転面積は、第１の回転子羽根１２４が回転軸１２２の周りを回転するにつれて、第１の平面内で第１の回転子羽根１２４によって掃引される面積を表すことができる。回転子羽根１２４および／または回転子羽根１２６は、（回転子羽根１２４または回転子羽根１２６が定常である、もしくは移動していない間に）第１の平面内に位置する回転子羽根１２４および／または回転子羽根１２６の表面積を表し得る、第１の平面内の羽根の表面積を画定することができる。複数の第１の回転子羽根１２４（または複数の第２の回転子羽根１２６）は、羽根の回転面積に対する羽根の表面積の比として、羽根の有効面積を画定することができる。いくつかの実施形態では、羽根の有効面積は、（例えば、多くの既存のシステムにおける０．２と比較して）０．４を上回るまたはそれと等しい。いくつかの実施形態では、羽根の有効面積は、０．６を上回るまたはそれと等しい。増加した羽根の有効面積を有することによって、回転子羽根１２４、１２６は、より低い速度およびピッチにおいて揚力をより効率的に発生させることができ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００は、そうでなければ、回転子１２０を回転させるためにスワッシュプレートおよびギヤボックス等の機械的結合を使用して可能ではないであろう（または増加した羽根の有効面積から騒音低減を相殺するであろう、増加した機械的騒音をもたらすであろう）、回転子１２０の回転を駆動するための無摩擦方法を使用することによって、より大きい羽根の有効面積を達成することができる。
【００５１】
ＶＴＯＬプラットフォーム１００は、支持構造１４０から筐体１３０まで延在する複数のビーム１５０を含むことができる。ビーム１５０は、一方向炭素繊維スポークであり得る。ビーム１５０は、各ビーム１５０に作用し、後流の位相角を広げて非干渉性を達成する、回転子羽根１２４、１２６からの後流の数を増加させるように掃引および傾斜されることができる。ビーム１５０は、半径方向、垂直、および捻転剛性を提供し、支持構造１４０に対して固着された状態で筐体１３０を保つことができる。
【００５２】
ここで図３−５を参照すると、ＶＴＯＬシステム３００は、制御回路３１０と、固定子１１０と、回転子１２０とを含む。ＶＴＯＬシステム３００は、図１−２を参照して説明されるＶＴＯＬプラットフォーム１００の動作を制御するように実装されることができる。制御回路３１０は、プロセッサ３１２と、メモリ３１４とを含む。プロセッサ３１２は、特殊目的プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、処理コンポーネントの群、もしくは他の好適な電子処理コンポーネントとして実装されてもよい。プロセッサ３１２は、分散型コンピューティングシステムまたはマルチコアプロセッサであってもよい。メモリ３１４は、本開示に説明される種々のユーザまたはクライアントプロセス、層、およびモジュールを完成させ、促進するためのデータおよびコンピュータコードを記憶するための１つまたは複数のデバイス（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク記憶装置）である。メモリ３１４は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリであり、もしくはそれを含んでもよく、本明細書に開示される発明の概念の種々のアクティビティおよび情報構造をサポートするためのデータベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、または任意の他のタイプの情報構造を含んでもよい。メモリ３１４は、プロセッサ３１２に通信可能に接続され、本明細書に説明される１つまたは複数のプロセスを実行するためのコンピュータコードまたは命令モジュールを含む。メモリ３１４は、プロセッサに本明細書に説明されるシステムおよび方法を実行させる、種々の回路、ソフトウェアエンジン、および／またはモジュールを含むことができる。メモリは、異種デバイスを横断して分散されてもよい。
【００５３】
メモリ３１４は、飛行コントローラ３１６と、モータコントローラ３１８とを含む。飛行コントローラ３１６は、飛行力学モデル、回転子状態、および制御法則を使用し、ＶＴＯＬシステム３００の所望の移動を飛行制御信号３２０に変換し、飛行制御信号３２０をモータコントローラ３１８に伝送することができる。モータコントローラ３１８は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００に所望の移動を達成させるために、飛行制御信号３２０を受信し、飛行制御信号３２０に基づいてモータ制御信号３２２を発生させ、固定子１１０の動作を制御することができる。
【００５４】
ＶＴＯＬシステム３００は、通信回路３３０を含むことができる。通信回路３３０は、データを受信および伝送するように構成される。通信回路３３０は、受信機電子機器と、伝送機電子機器とを含むことができる。通信回路３３０は、無線周波数通信のために構成される無線を含むことができる。通信回路３３０は、データリンク無線を含むことができる。通信回路３３０は、遠隔プラットフォームから／へナビゲーション情報を受信および伝送することができる。
【００５５】
ＶＴＯＬシステム３００は、少なくとも１つのセンサ３３４を含むことができる。少なくとも１つのセンサ３３４は、センサデータを制御回路３１０に提供することができる。少なくとも１つのセンサ３３４は、ＶＴＯＬシステム３００の（例えば、ＶＴＯＬシステム３００を実装するＶＴＯＬプラットフォーム１００の）位置、速度、加速度、高度、配向、および他の状態パラメータを検出することができる。少なくとも１つのセンサ３３４は、温度、空気圧、および風速等の環境パラメータを検出することができる。少なくとも１つのセンサ３３４は、慣性測定ユニット（３つのジャイロスコープおよび３つの加速度計等の１つまたは複数のジャイロスコープおよび１つまたは複数のジャイロスコープを含み得る）、空気データセンサ（例えば、静圧のインジケーションを検出および出力するように構成されるセンサ）、または磁気コンパスのうちの少なくとも１つを含んでもよい。少なくとも１つのセンサ３３４は、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機および／または全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含むことができる。
【００５６】
ＶＴＯＬシステム３００は、ディスプレイデバイス３４２およびユーザ入力デバイス３４４を含む、ユーザインターフェース３４０を含むことができる。ディスプレイデバイス３４２は、制御回路３１０からディスプレイデータを受信し、受信されたディスプレイデータを提示することができる。ディスプレイデバイス３４２は、限定ではないが、ＣＲＴ、ＬＣＤ、有機ＬＥＤ、ドットマトリクスディスプレイ、およびその他を含む、種々のディスプレイコンポーネントを含むことができる。ディスプレイデバイス３４２は、ナビゲーションディスプレイ、主要飛行ディスプレイ、電子フライトバッグディスプレイ、Ａｐｐｌｅ，  Ｉｎｃ．製のｉＰａｄ（登録商標）コンピュータ等のタブレットもしくはタブレットコンピュータ、合成ビジョンシステムディスプレイ、プロジェクタの有無別のＨＵＤ、ヘッドアップ誘導システム、ウェアラブルディスプレイ、腕時計、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ（Ｒ）、または他のＨＷＤシステムを含んでもよい。ディスプレイデバイス３４２は、航空管制データ、気象データ、ナビゲーションデータ（例えば、飛行計画）、および地形情報等のディスプレイデータを提示することができる。
【００５７】
ユーザ入力デバイス３４４は、例えば、ダイヤル、スイッチ、ボタン、タッチスクリーン、キーボード、マウス、ジョイスティック、カーソル制御デバイス（ＣＣＤ）を含んでもよい。ユーザ入力デバイス３４４は、ディスプレイデバイス３４２の１つまたは複数のコンポーネントによって提供される、タッチインターフェースを含んでもよい。ユーザ入力デバイス３４４は、制御回路３１０が処理し得る、オーディオ情報（例えば、オペレータからの音声による情報）を受信するように構成される、オーディオ入力デバイスを含んでもよい。ユーザ入力デバイス３４４は、制御回路３１０が、ジェスチャ制御、頭部追跡、および／または眼追跡等の画像処理機能を実行し、画像処理に基づいて制御命令を発生させ得るように、画像捕捉デバイスを含んでもよい。
【００５８】
ユーザインターフェース３４０は、ユーザ入力を受信し、ユーザ入力３４６のインジケーションを飛行コントローラ３１６に伝送することができる。飛行コントローラ３１６は、飛行制御信号３２０を発生させるために、ユーザ入力３４６のインジケーションを受信し、ユーザ入力３４６のインジケーションから入力コマンドを抽出し、入力コマンドに基づいてＶＴＯＬプラットフォーム１００の所望の移動を判定することができる。
回転子と併用するための改良された固定子アセンブリ
【００５９】
固定子１１０は、複数の固定子磁石３５２（例えば、推進磁石）を支持する、固定子筐体３５０（例えば、環状固定子基部）を含む。固定子筐体３５０は、一体的もしくはモノリシックである等の連続的であり得る、または別個の部材である、もしくは隣接する固定子区画３５１よりも狭い延在部によって接続される等によって、少なくとも部分的に接続解除され得る、複数の固定子区画３５１を含むことができる。複数の固定子磁石３５２はそれぞれ、モータ制御信号３２２によって駆動されることができる。複数の固定子磁石３５２は、電磁石であり得る。例えば、複数の固定子磁石３５２は、電磁コイルを通して駆動される電気信号に基づいて電磁場を出力する、電磁コイルを含むことができる。電磁石コイルは、アルミニウムまたは銅を含む、種々の伝導性材料から作製されてもよい。いくつかの実施形態では、アルミニウムが、軽量であること、高熱伝導度を有すること、および質量の関数として銅の２倍を上回る電気伝導度を有することに基づいて、使用されることができる（例えば、銅の伝導度の６１パーセントを有するが、所与の体積に関して銅の質量の３０パーセントを有する、アルミニウムが、選択されることができ、体積増加を相殺する質量の節約を可能にし、同一のアンペア定格を達成する）。固定子１１０は、固定子磁石３５２に隣接する積層鉄心５０４を含むことができ、これは、固定子磁石３５２によって出力される磁場の大きさを増加させ得る。
【００６０】
特定のモータ制御信号３２２を受信することに応答して、各固定子磁石３５２は、対応する電磁場３５４を出力することができる。各固定子磁石３５２は、受信されたモータ制御信号３２２に応じて、時間の関数として出力された電磁場３５４の大きさを変動させることができる。例えば、モータ制御信号３２２が、振幅および周波数等のパラメータの種々の値を有する場合、電磁場３５４の振幅および周波数は、同様に、変動することができる。
【００６１】
本明細書にさらに説明されるように、固定子１１０は、回転子磁石３７２、３７４と相互作用し、固定子１１０と回転子１２０との間に個別の空間を維持し、ひいては、回転子１２０から揚力を受容し、固定子１１０を持ち上げ得る、ＬＧＳ３６０の磁石３６２ａ、３６２ｂ、３６４ａ、および３６４ｂを含むことができる。例えば、固定子磁石３５２が、電磁場３５４を出力するにつれて、回転子１２０の回転によって発生される揚力が、回転子１２０を上向きに（例えば、磁石３７２により接近し、磁石３７４から離れて）移動させることができ、結果として、回転子１２０は、固定子１１０上の磁石３７２、３７４を介して力を印加し、磁石３６２ａ、３６２ｂ、３６４ａ、および３６４ｂの動作が、回転子１２０によって印加される力に適応し、力を固定子筐体３５０に伝達するにつれて、固定子１１０を持ち上げる。
固定子と併用するための改良された回転子アセンブリ
【００６２】
回転子１２０は、回転子基部１２８を含む。回転子基部１２８は、回転軸１２２の周囲に延在し、回転子基部１２８と固定子筐体３５０との間に空間を画定する、環状であり得る。回転子基部１２８は、複数の回転子区画１３２を含むことができる。各回転子区画１３２は、回転軸１２２から離間される側壁１３４を含むことができる。回転子区画１３２は、各回転子区画１３２が隣接する回転子区画１３２と接続されること、または一体的もしくはモノリシックであること等によって、連続的であり得る。回転子区画１３２は、別個の部材であること、または回転軸１２２と垂直な方向に隣接する回転子区画１３２よりも狭い延在部によって接続されること等によって、少なくとも部分的に接続解除されることができる。
【００６３】
回転子１２０は、回転子１２０の周囲に配列される複数の回転子磁石３８０を含む。１つまたは複数の回転子磁石３８０は、対応する側壁１３４と結合されることができる。各回転子磁石３８０は、複数の固定子磁石３５２によって出力される、対応する電磁場によって駆動されることができる。複数の回転子磁石３８０は、本解決策の形状因子に関して超電導磁石よりも高い磁束密度を有し得る、永久磁石であり得る。いくつかの実施形態では、複数の回転子磁石３８０（いくつかの実施形態では、下記に説明されるＬＧＳ３６０の磁石３７２）は、最大１テスラの磁場強度を有し得、１．４Ｔまで磁場強度を増加させるようにハルバッハ配列に幾何学的に構成され得る、ネオジム永久磁石を含む。固定子磁石３５２の位置付けとともに、複数の固定子磁石３５２によって発生される電磁場３５４の時変性質は、回転子軸（例えば、図２に示される回転軸１２２）の周りを回転するように複数の回転子磁石３８０を駆動することができる。
【００６４】
各回転子羽根１２４、１２６は、少なくとも１つの回転子磁石３８０に機械的に結合されることができる。いくつかの実施形態では、回転子磁石３８０が回転するにつれて、回転子磁石３８０は、固定子１１０によって引き起こされる推進４１６によって回転軸１２２の周りで差動的に駆動されることができ、回転子羽根１２４、１２６は、ピッチ軸の周りを回転するであろう。図４に示されるように、回転子羽根１２４、１２６が回転するにつれて、揚力４０２が、発生されることができる。キャスタ車輪５０８（例えば、ゴム、ナイロンキャスタ車輪）が、固定子１１０と回転子１２０との間に位置付けられ、回転子１２０が支持され、浮上システム３６０からの浮上と組み合わせられたときに、重力を克服して回転子１２０を浮上させる十分な揚力を回転子１２０が発生させる、速度閾値を下回って、回転子１２０が回転しているときに、固定子１１０に対して回転し続けることを可能にすることができる。キャスタ車輪５０８は、固定子１１０と回転子１２０との間に延在し、固定子１１０および回転子１２０を分離することができる。
【００６５】
回転子羽根１２４、１２６は、複合構造から作製されることができる。羽根１２４、１２６の複合繊維皮は、羽根１２４、１２６の遠心および屈曲負荷を車軸４１８（例えば、フェザリンググリップ車軸）に伝達することができる。いくつかの実施形態では、車軸４１８は、回転子羽根１２４、１２６の主要屈曲および剪断モーメントを補償するための真鍮ブッシングを含み得る、一対のスラスト軸受４２０によって遠心および空力負荷に対して抵抗される。回転子１２０は、羽根アセンブリ（例えば、各羽根１２４、１２６および対応する車軸４１８ならびに軸受４２０）を搭載し、磁石３８０を駆動する、ボックスフープのモジュール式アセンブリであり得る、支持リング４２２を含むことができる。支持リング４２２は、磁石３７２、３７４を保持するための中空ディスク端板４２４を含むことができる。
Ｂ．  ＶＴＯＬプラットフォームの浮上および誘導のシステムおよび方法
【００６６】
さらに図３−５、およびここで図６を参照すると、ＶＴＯＬシステム３００は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００を移動させるために、固定子１１０が回転子１２０と固定子１１０との間の空隙を横断して回転子１２０から揚力を受容することを可能にすることを含む、固定子１１０に対して回転子１２０の位置（および配向）を維持する、浮上および誘導システム（ＬＧＳ）３６０を含む。
固定子に対して回転子の浮上を維持するためのシステムおよび方法
【００６７】
本解決策は、固定子（例えば、固定子１１０）に対して回転子（例えば、回転子１２０）の浮上を維持することができる。固定子が回転子を駆動する実装では、回転子は、（例えば、摩擦を、例えば、限定するように）固定子から離間される必要があり得る。本明細書に説明される実装および実施形態は、固定子および回転子が地面から離れて浮上している場合でさえも、固定子から回転子を離間する。
【００６８】
いくつかの実施形態では、システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、側壁と、２つの回転子壁が相互から離間されるように、側壁の２つの端部から延在する、２つの回転子壁とを含む。回転子は、個別の回転子壁と結合される、第１および第２の回転子磁石を含む。固定子は、回転子壁の間に延在する支持構造を含む。固定子は、回転子磁石のうちの１つ（例えば、第１の回転子磁石）に隣接して支持構造の第１の表面に結合される、固定子磁石（例えば、第１の固定子磁石）を含む。第１の回転子磁石は、第１の固定子磁石と第１の回転子磁石との間の距離に対応する電流を第１の固定子磁石内に誘発する。固定子は、第２の回転子磁石に隣接して支持構造の第２の表面に結合される、別の固定子磁石（例えば、第２の固定子磁石）を含む。固定子磁石は、第２の固定子磁石が第１の固定子磁石から電流を受電するように、相互に電気的に結合される。第２の固定子磁石は、第１の固定子磁石からの電流に基づく磁場強度を有する、磁場を出力する。第２の固定子磁石からの磁場は、第２の回転子磁石と相互作用し、少なくとも１つの第２の固定子磁石と少なくとも１つの第２の回転子磁石との間の距離を制御する。
【００６９】
例えば、依然として、図３−５および６を参照すると、ＬＧＳ３６０は、固定子１１０に対して回転軸１２２に沿って（例えば、垂直に）回転子１２０の位置を維持することができる。例えば、ＬＧＳ３６０は、第１の磁石３６２および対応する第２の磁石３６４を通した全磁束がゼロである（例えば、ＬＧＳ３６０がヌル磁束条件を確立する）ように、受動電磁コイルであり、電気的に結合される、複数の第１の磁石３６２と、複数の第２の磁石３６４（本明細書では固定子磁石とも称される）とを含むことができる。磁石３６２、３６４は、回転子壁５１２、５１４の間に、回転子１２０の側壁５１６に隣接して延在する、固定子１１０の支持構造５１０の個別の表面と結合されてもよい。磁石３６２、３６４は、固定子軸に沿って配列されてもよい。
【００７０】
（例えば、回転子１２０の側壁５１６に結合される磁石３８０を駆動する、固定子１１０の支持構造に結合される磁石３５２に起因して）回転子１２０が回転するにつれて、羽根１２４、１２６は、揚力４０２を発生させる。ＬＧＳ３６０は、回転子１２０が回転子軸１２２に沿って垂直に移動するにつれて、第１の磁石３６２を介して揚力を受容し、揚力を固定子筐体３５０に伝達し、ＶＴＯＬプラットフォーム１００を持ち上げさせる。ＬＧＳ３６０は、回転子軸１２２と垂直な方向に回転子１２０の位置を安定させる。例えば、回転子１２０の一部が固定子１１０により接近して、またはそこから離れて移動するにつれて、ＬＧＳ３６０は、平衡位置に戻るように回転子１２０を引動または押動するであろう。
【００７１】
回転子１２０が、回転し、回転子羽根１２４、１２６によって発生される揚力４０２に起因して持ち上げられるにつれて、回転子１２０の個別の回転子壁５１２、５１４と結合される、磁石３７２、３７４（本明細書では回転子磁石とも称される）が、磁石３６２、３６４上に個別の力を印加する磁場４１０、４１２を出力するであろう。磁石３７２、３７４は、永久磁石であってもよい。磁石３７２、３７４は、回転子１２０の回転軸と平行に延在する回転子軸に沿って配列されてもよい。いくつかの実施形態では、磁石３７２および磁石３６２は、整合されてもよく、磁石３７４および磁石３６４は、整合されてもよい。いくつかの実装では、回転子軸は、磁石３６２、３６４、３７２、３７４がそれぞれ、整合されるように、固定子軸と整合されてもよい。
【００７２】
磁場４１０と関連付けられる力の大きさは、第３の磁石３７２が複数の第１の磁石３６２により接近して移動するにつれて、増加するであろう一方で、磁場４１２の大きさは、第４の磁石３７４が第２の磁石３６４から離れて移動するにつれて、減少するであろう（または逆も同様である）。回転子軸１２２に沿った回転子１２０の移動は、限定ではないが、回転子１２０の回転が揚力４０２をもたらすときを含む、ＶＴＯＬシステム３００の動作の間の種々の現象に起因して起こり得る。特に、回転子１２０の回転が揚力４０２をもたらすにつれて、回転子１２０は、垂直に駆動され、固定子１１０上に正味垂直力を印加するであろう。いくつかの実施形態では、第１の磁石３６２が第２の磁石３６４に電気的に結合されるため、大きさを増加させる磁場４１０に起因して第１の磁石３６２内に誘発される電流が、（例えば、ヌル磁束条件に起因して）第２の磁石３６４に駆動され、磁場４１２の大きさを増加させ、ひいては、第２の磁石３６４により接近して第４の磁石３７４を引動し、したがって、回転子軸１２２に沿って固定子１１０に対して回転子１２０の位置を維持するであろう。ＬＧＳ３６０によって実装される安定化と関連付けられる反発力は、線形であり得、これは、安定化効果を促進し得る。
固定子に対する回転子の改良された誘導のためのシステムおよび方法
【００７３】
本解決策は、固定子により接近して、またはそこから離れて移動する回転子に応答して、回転軸１２２と垂直な軸に沿って適切な位置に回転子を維持する等のために、固定子に対する回転子（例えば、回転子１２０、固定子１１０）の改良された誘導を可能にすることができる。固定子が回転子を駆動する実装では、回転子は、（例えば、遠心および求心力に起因して）回転の間に側方に偏移する傾向を有し得る。そのような側方偏移の結果として、回転子および固定子は、不整合され得、これは、システムを誤動作させる、または動作不可能にさえもさせ得る。本明細書に説明される実装および実施形態は、固定子に対して回転子の位置を維持し、不整合を防止する。
【００７４】
いくつかの実施形態では、システムは、回転子と、固定子と含む。回転子は、側壁と、側壁の端部から延在する回転子壁とを含む。回転子は、回転子壁と結合される回転子磁石を含む。固定子は、回転子壁に隣接する支持構造を含む。固定子は、第１の固定子磁石と、第２の固定子磁石とを含む。固定子磁石は、回転子磁石に近接する支持構造の表面と結合される。固定子磁石は、相互に電気的に結合されてもよい。回転子磁石は、第１の固定子磁石と回転子磁石との間の磁力に対応する電流を第１の固定子磁石内に誘発してもよい。第２の固定子磁石は、第１の固定子磁石から電流を受電し、第２の固定子磁石と回転子磁石との間の磁力を制御してもよい。
【００７５】
図４および６に示されるように、第１の磁石３６２（例えば、固定子磁石）は、第１の磁石３６２の対、すなわち、半径方向内向きに１つの第１の磁石３６２ａと、半径方向外向きに１つの第１の磁石３６２ｂとを含む。第２の磁石３６４（例えば、固定子磁石）は、同様に、内向きの第２の磁石３６４ａと、外向きの第２の磁石３６４ｂとを含む。いくつかの実施形態では、第１の磁石３６２ａは、第１の磁石３６２ｂに電気的に結合され、第２の磁石３６４ａは、第２の磁石３６４ｂに電気的に結合され、対応する磁石３６２、３６４の間と類似するヌル磁束条件を可能にする。平衡位置で、磁石３６２ａ、３６４ａは、対応する磁石３７２、３７４（例えば、回転子磁石）の内向きにあり、磁石３６２ｂ、３６４ｂは、対応する磁石３７２、３７４の外向きにある。回転子１２０が、固定子１１０に向かって偏移する場合、磁場３７６の大きさが、変化して偏移に対抗するであろう。例えば、回転子１２０、したがって、磁石３７２、３７４が、回転子軸１２２に向かってより接近して偏移するにつれて、磁石３７２、３７４は、磁石３６２ａ、３６４ａに向かって、かつ磁石３６２ｂ、３６４ｂから離れて偏移するであろう。したがって、磁石３７２、３７４と磁石３６２ａ、３６４ａとの間の距離が、増加する。ひいては、磁石３７２と磁石３６２ａとの間の第１の磁場６０４ａの大きさ（例えば、第１の磁場６０４ａの磁力）が、増加するであろう一方で、磁石３７２と磁石３６２ｂとの間の第２の磁場６０４ｂの大きさ（例えば、第２の磁場６０４ｂの磁力）は、減少するであろう（磁石３７４および磁石３６４ａ、３６４ｂに関しても同様に）。磁場６０４ａの大きさが増加するにつれて、電流が、磁石３６２ａ内に誘発される。磁石３６２ａ、３６２ｂが電気的に結合されるため、磁石３６２ａ、３６２ｂの間の誘発された電流の変化が、磁石３７２の移動に対抗し、したがって、平衡位置に向かって戻るように回転子１２０を移動させるであろう。磁石３６２ａ、３６２ｂ、３６４ａ、３６４ｂの間の誘発された電流は、磁石３７２、３７４と磁石３６２ａ、３６２ｂ、３６４ａ、３６４ｂとの間の磁力を制御し、平衡位置に向かって戻るように回転子１２０を移動させてもよい。
Ｃ．ＶＴＯＬプラットフォームを制御するシステムおよび方法
【００７６】
ここで図７−９を参照すると、飛行コントローラ７００が、本開示のある実施形態に従って示される。飛行コントローラ７００は、ＶＴＯＬプラットフォーム（例えば、図１−３を参照して説明されるＶＴＯＬプラットフォーム１００）の運動を制御するための命令を発生させることを含む、図３を参照して説明される飛行コントローラ３１６の特徴を組み込むことができる。例えば、飛行コントローラ７００は、ＶＴＯＬプラットフォームの推力、ヨー、ピッチ、およびロール移動（例えば、推力、ヨー軸の周りの力のモーメント、プラットフォームピッチ軸の周りの力のモーメント、プラットフォームロール軸の周りの力のモーメント）を引き起こすためのコマンドを発生させることができる。
磁気的に浮上された回転子の駆動制御のためのシステムおよび方法
【００７７】
本解決策は、回転子１２０に揚力を発生させる等のために、回転子１２０の動作を制御し、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の移動を制御するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、飛行コントローラ７００は、飛行力学モデル７０２を含む。飛行力学モデル７０２は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の運動と関連付けられる変数を計算することができる。例えば、飛行力学モデル７０２は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００に作用する推力、牽引力、および重力の間の関係をモデル化することができる。飛行力学モデル７０２は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００に作用する力に対応する揚力を計算することができる。飛行力学モデル７０２は、各回転子羽根のピッチ角に基づいて、各回転子羽根（例えば、回転子羽根１２４、１２６）によって発生される推力を算出する関数を含むことができ、同様に、飛行力学モデル７０２は、回転子羽根の全てのピッチ角に基づいて、回転子羽根の全てによって発生される全推力（例えば、全推力の大きさおよび方向）を算出することができる。
【００７８】
飛行コントローラ７００は、飛行力学コントローラ７０４を含む。飛行力学コントローラ７０４は、（例えば、下記に説明されるようなモータコントローラ１０００および固定子システム１１００を介して）固定子磁石３５２を選択的に制御し、回転子磁石３８０と相互作用して、回転軸１２２の周りで回転子１２０を回転させ、揚力を発生させる、個別の磁場を生成するため、および回転子羽根１２４、１２６の動作を制御し、個別の羽根軸４４０の周りで回転子羽根１２４、１２６の角度を制御する等のために、制御コマンド７０８を発生させ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００に所望の移動を実施させるために使用される、飛行力学制御法則を含むことができる。特に、飛行力学コントローラ７０４は、垂直コマンド７０８ａ、ピッチコマンド７０８ｂ、ヨーコマンド７０８ｃ、およびロールコマンド７０８ｄを発生させることができる。飛行力学コントローラ７０４は、各回転子羽根のピッチ角を、各回転子羽根によって発生される対応する推力にマップし、各回転子羽根の推力を結果として生じる推力（例えば、全推力）、ヨー、ピッチ、およびロールにマップすることによって、コマンド７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ、７０８ｄを発生させることができる。飛行力学コントローラ７０４は、ヨー軸の周りの力のモーメントへのコマンド７０８ｂ、ピッチ軸の周りの力のモーメントへのコマンド７０８ｃ、およびロール軸の周りの力のモーメントへのコマンド７０８ｄを発生させることができる。
【００７９】
飛行力学コントローラ７０４は、垂直コマンド７０８ａを発生させ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の所望の垂直運動を示すことができる。例えば、飛行力学コントローラ７０４は、垂直コマンド７０８ａを発生させ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００によって達成されるべき所望の揚力を示すことができる。
【００８０】
飛行力学コントローラ７０４は、上側および下側回転子ディスク（例えば、図１−５に示されるような回転子羽根１２４に対応する上側ディスク、回転子羽根１２６に対応する下側ディスク）が、推力を等しく増加または減少させ、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の中心上のヨートルクを無効にし得るように、垂直コマンド７０８ａを発生させ、集合回転子ピッチ制御を実行し、垂直加速を発生させることができる。飛行力学コントローラ７０４は、垂直コマンド７０８ａを発生させ、回転軸１２２に対して各回転子羽根１２４、１２６の角度位置から独立して回転子羽根１２４、１２６のそれぞれのピッチ角を集合的に変化させることによって、推力を制御することができる。
【００８１】
例えば、図８に示されるように、飛行力学コントローラ７０４は、回転子羽根８００（例えば、回転子羽根１２４または回転子羽根１２６の実装を図示する）に、回転子軸８０６と平行に全推力８０４をもたらす、回転子軸８０６と平行に個々の推力８０２をもたらすピッチ角を持たせることができる。図８は、回転子羽根８００のうちの１つに関して図示される、ピッチ軸８０８等の個別のピッチ軸の周りの同一のピッチ角を有する、各回転子羽根８００を図示する。
方向制御を達成するための回転子アセンブリの回転子羽根の独立したピッチ制御のためのシステムおよび方法
【００８２】
本解決策は、各回転子羽根８００のピッチを独立して制御し、ＶＴＯＬプラットフォームの方向制御を可能にする（例えば、推力、ピッチ、ヨー、ロールを制御する）ために、使用されることができる。例えば、飛行力学コントローラ７０４は、循環回転子ピッチ制御を実行し、ＶＴＯＬプラットフォーム１００のピッチおよびロールを制御することができる。例えば、図９に示されるように、飛行力学コントローラ７０４は、第１の回転子羽根９００に、残りの回転子羽根９００よりも、特に、第１の回転子羽根９００と反対の回転子羽根９００のより小さい推力９０２ｂよりも大きい推力９０２ａに対応するピッチを持たせ、回転子軸９０６に対して水平成分を有する全推力９０４をもたらすことができ、より大量の推力に対応する水平成分は、第１の回転子羽根９００が位置する回転子軸９０６の第１の側面上で発生される。図１１−１２を参照して説明されるであろうように、回転子羽根９００が回転子軸９０６の周りを回転するにつれて、飛行力学コントローラ７０４は、回転子羽根９００の位置の関数として、選択的に各回転子羽根９００に所望のピッチ角を達成させることができる。例えば、所望の持続時間にわたって図９に図示される全推力９０４を達成するために、飛行力学コントローラ７０４は、回転子羽根９００が回転子軸９０６の周りを回転するにつれて、各回転子羽根９００に図９に示される種々のピッチ角を通してそのピッチ角を変化させるためのコマンドを発生させることができる。本明細書にさらに議論されるように、各回転子羽根９００のピッチ角は、回転子羽根９００を回転させるように回転子羽根９００と結合されるモータ、または回転子羽根９００を回転させるように固定子磁石によって駆動され得る回転子羽根９００と結合される回転子磁石等の種々の機構を通して、制御されることができる。
【００８３】
いくつかの実施形態では、飛行力学コントローラ７０４は、オペレータ入力７０６（図３を参照して説明されるユーザインターフェース３４０から受信され得る）を使用し、制御コマンド７０８を発生させる。例えば、飛行力学コントローラ７０４は、オペレータ入力によって示される移動命令を抽出し、制御コマンド７０８を発生させることができる。いくつかの実施形態では、飛行力学コントローラ７０４は、オートパイロットを使用し、制御コマンド７０８を発生させる。例えば、オートパイロットは、飛行計画上のウェイポイント等の標的目的地を飛行力学コントローラ７０４に提供してもよい。オートパイロットは、経時的に複数の標的目的地を提供し、ＶＴＯＬプラットフォーム１００が辿るための経路（例えば、複数のウェイポイントを通した経路）を画定してもよい。
【００８４】
飛行力学コントローラ７０４は、飛行力学モデル７０２を使用し、制御コマンド７０８を発生させることができる。例えば、飛行力学コントローラ７０４は、飛行力学モデル７０２を使用し、回転子羽根のピッチ角を考慮して、回転子１２０によって発生されることが予期される揚力を計算することができる。飛行力学コントローラ７０４は、飛行力学制御法則を実行し、所望の移動を示す命令（例えば、特定の垂直速度および気流速度においてより高い高度への所望の移動を示す、オペレータ入力を介して抽出される命令）を変換し、飛行力学モデル７０２を使用し、回転子羽根９００の動作を制御して、所望の移動を達成することが予期される揚力、ヨー、ピッチ、および／またはロールを発生させる方法を判定することができる。
【００８５】
飛行力学コントローラ７０４は、制御コマンド７０８を第１のネットワーク７１０に出力する。第１のネットワーク７１０は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）バス、またはパッド付きジッタリング動作ネットワーク（ＰＪＯＮ）ネットワーク等の通信バスであり得る。第１のネットワーク７１０は、マイクロ制御スタックネットワークスタックプロトコルを使用して動作することができる。
【００８６】
ここで図１０を参照すると、モータコントローラ１０００が、本開示のある実施形態に従って示される。モータコントローラ１０００は、ＶＴＯＬプラットフォームの固定子（例えば、図１−３を参照して説明される固定子１１０およびＶＴＯＬプラットフォーム１００）の運動を制御するための電子命令を発生させることを含む、図３を参照して説明されるモータコントローラ３１８の特徴を組み込むことができる。
【００８７】
モータコントローラ１０００は、少なくとも１つのモータ制御回路１００２を含む。例えば、図１０に示されるように、モータコントローラ１０００は、第１のモータ制御回路１００２ａと、第２のモータ制御回路１００２ｂと、第３のモータ制御回路１００２ｃとを含む。少なくとも１つのモータ制御回路１００２は、第１のネットワーク７１０から制御コマンド（例えば、図７を参照して説明されるような制御コマンド７０８）を受信し、第２のネットワーク１００６を介して固定子１１０に出力されるべきモータ制御信号１００４を発生させることができる。第２のネットワーク１００６は、第１のネットワーク７１０に類似し得る。
【００８８】
例えば、図１０に示されるように、第１のモータ制御回路１００２ａは、第１のモータ制御信号１００４ａを出力することができ、第２のモータ制御回路１００２ｂは、第２のモータ制御信号１００４ｂを出力することができ、第３のモータ制御回路１００２ｃは、第３のモータ制御信号１００４ｃを出力することができる。いくつかの実施形態では、モータ制御回路１００２の数は、固定子１１０の磁石の動作の位相の数に対応し、例えば、図１０に示されるモータコントローラ１０００は、３相動作のために構成されることができる。モータコントローラ１０００は、固定子１１０の同期制御を実行することができ、定格最大負荷未満である任意の負荷条件に関するものを含む、モータ制御信号１００４の源周波数を維持することによって、回転子１２０の一定の回転速度を維持することができる。
【００８９】
図１１をさらに参照して説明されるであろうように、少なくとも１つのモータ制御回路１００２は、回転子１２０の磁石の結果として生じる運動を引き起こすために、モータ制御信号１００４を発生させ、具体的波形を固定子１１０の電磁石に印加させることができる。モータコントローラ１０００は、第３のネットワーク１００８から位置信号１０１０を受信する、位置エンコーダ１００４を含む。第３のネットワーク１００８は、第１のネットワーク７１０および第２のネットワーク１００６に類似し得る。
【００９０】
位置信号１０１０は、位置エンコーダ１００４が、制御するべき固定子１１０の電磁石（したがって、固定子１１０の電磁石に印加されるべき波形を発生させる方法）を判定するために少なくとも１つのモータ制御回路１００２が使用し得る位置データに変換し得る、回転子１２０の磁石の位置を示す。
回転子の回転速度を制御するように独立した固定子コイルを動的にトリガするためのシステムおよび方法
【００９１】
ここで図１１を参照すると、固定子システム１１００が、本開示のある実施形態に従って示される。固定子システム１１００は、図１−５を参照して説明される固定子１１０の特徴を組み込むことができる。固定子システム１１００は、３相制御方式の１つの位相をそれぞれ実行し得る、磁石コントローラ１１０２ａ、１１０２ｂ、および１１０２ｃ等の少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２を含む。少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２は、第２のネットワーク１００６からモータ制御信号１００４を受信する。例えば、図１１に描写されるように、第１の磁石コントローラ１１０２ａは、第１のモータ制御信号１００４ａを受信し、第２の磁石コントローラ１１０２ｂは、第２のモータ制御信号１００４ｂを受信し、第３の磁石コントローラは、第３のモータ制御信号１００４ｃを受信する。固定子システム１１００は、回転軸１２２の周りで所望の回転率において回転子１１０を回転させるために使用され得る、磁場を出力するように、固定子１１０の電磁石（例えば、固定子コイル）または電磁石の群を独立してトリガするために、使用されることができる。
【００９２】
固定子システム１１００は、複数の電磁石（例えば、電磁コイル）を含む。図１１は、９対の電磁石１１１０、１１１２；１１１４、１１１６；１１１８、１１２０；１１２２、１１２４；１１２６、１１２８；１１３０、１１３２；１１３４、１１３６；１１３８、１１４０を図示する。各対の電磁石が、図４に示されるように、対応する固定子レール４０４または４０８内に提供されることができる。例えば、電磁石１１１０、１１１４、１１１８、１１２２、１１２６、１１３０、１１３４、１１３８、および１１４２は、固定子レール４０４内に提供されることができ、電磁石１１１２、１１１６、１１２０、１１２４、１１２８、１１３２、１１３６、１１４０、および１１４４は、固定子レール４０８内に提供されることができる。図１１は、３つの磁石コントローラ１１０２ａ、１１０２ｂ、および１１０２ｃによって制御される９対の電磁石を含む、固定子システム１１００を図示するが、固定子システム１１００は、磁石コントローラおよび電磁石の付加的なそのようなモジュールを含むことができ、例えば、固定子システム１１００は、固定子システム１１００が回転軸１２２の全周囲から回転子１２０を駆動することを可能にするように、磁石コントローラおよび電磁石の円周リングを含むことができることを理解されたい。
【００９３】
第１の磁石コントローラ１１０２ａは、電磁石１１１０、１１１２；１１２２、１１２４；および１１３４、１１３６の動作を制御することができる。例えば、第１の磁石コントローラ１１０２ａは、個々の磁石制御信号を電磁石１１１０、１１１２；１１２２、１１２４；および１１３４、１１３６のそれぞれに伝送することができる。いくつかの実施形態では、固定子システム１１００は、電磁石１１１０に結合される第１のアクチュエータ１１４２と、電磁石１１１２に結合される第２のアクチュエータ１１４４とを含む。第１のアクチュエータ１１４２および第２のアクチュエータ１１４４は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のスイッチ回路を使用して、実装されることができる。固定子システム１１００は、（図１１に描写されるように）各電磁石に結合されるアクチュエータを含むことができる。
【００９４】
少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２は、受信されたモータ制御信号１００４に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）を実行し、受信されたモータ制御信号１００４に基づいて、出力された磁石制御信号の電流または電圧のうちの少なくとも１つを制御すること等によって、電磁石の動作を制御するための磁石制御信号を伝送することができる。例えば、ＰＷＭを使用して、制御信号のデューティサイクルを増加させることによって、少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２は、電磁石に、比較的に大きい磁場強度を有する磁場を出力させることができる。第１の磁石コントローラ１１０２ａは、第１の磁石制御信号を伝送し、第１のアクチュエータ１１４２に電磁石１１１０を通して第１の電気信号を駆動させ、電磁石１１１０に対応する第１の磁場を出力させることができ、第２の磁石制御信号を伝送し、第２のアクチュエータ１１４２に電磁石１１１２を通して第２の電気信号を駆動させ、対応する第２の磁場を出力させることができる。磁石コントローラ１１０２が、（例えば、電磁石から出力される磁力に基づいて、磁場を出力する電磁石の間の切替率に基づいて等）電磁石を制御するにつれて、磁石コントローラ１１０２は、固定子１１０に対して回転子１２０の回転速度を制御することができる。切替率は、個別の電磁石を通して駆動されている電流の率、または少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２によって出力されるパルスの率に対応することができる。磁石コントローラ１１０２は、電磁石が個別の磁場を生成するように連続的に励起される率を変化させることによって、切替率を修正してもよい。磁石コントローラ１１０２は、電流を増加させること、デューティサイクルを増加させること等によって、（例えば、個別の磁場の磁場強度の大きさに基づいて）磁力を修正してもよい。例えば、磁気コントローラ１１０２は、磁力を増加させて回転速度を増加させること、切替率を増加させて回転速度を増加させること等ができる。回転速度を増加させることによって、回転子羽根１２４、１２６は、より多くの揚力を生成することができる。いくつかの実施形態では、磁石コントローラ１１０２ａは、第１の切替率において電磁石１１１０、１１１２；１１２２、１１２４；および１１３４、１１３６を制御することができ、第２の磁石コントローラ１１０２ｂは、第１の切替率と異なる第２の切替率において電磁石１１１４、１１１６；１１２６、１１２８；および１１３８、１１４０を制御することができる。
【００９５】
第２の磁石コントローラ１１０２ｂは、電磁石１１１４、１１１６；１１２６、１１２８；および１１３８、１１４０の動作を制御することができる。例えば、第２の磁石コントローラ１１０２ｂは、個々の磁石制御信号を電磁石１１１４、１１１６；１１２６、１１２８；および１１３８、１１４０のそれぞれに伝送することができる。第３の磁石コントローラ１１０２ｃは、電磁石１１１８、１１２０；１１３０、１１３２；および１１４２、１１４４の動作を制御することができる。例えば、第３の磁石コントローラ１１０２ｃは、個々の磁石制御信号を電磁石１１１８、１１２０；１１３０、１１３２；および１１４２、１１４４のそれぞれに伝送することができる。磁石コントローラ１１０２が、（例えば、電磁石から出力される磁力に基づいて、磁場を出力する電磁石の間の切替率に基づいて等）電磁石を制御するにつれて、磁石コントローラ１１０２は、固定子１１０に対して回転子１２０の回転速度を制御することができる。磁石コントローラ１１０２は、電磁石が個別の磁場を生成するように連続的に励起される率を変化させることによって、切替率を修正してもよい。例えば、磁気コントローラ１１０２は、磁力を増加させて回転速度を増加させること、切替率を増加させて速度を増加させること等ができる。速度を増加させることによって、回転子羽根１２４、１２６は、より多くの揚力を生成することができる。
回転子羽根のピッチを制御するように独立した固定子コイルを動的にトリガするためのシステムおよび方法
【００９６】
本解決策は、固定子システム１１００の電磁石または電磁石の群の動作を独立してトリガおよび制御し、ひいては、回転子１２０およびその磁石と相互作用する電磁石によって出力される個別の磁場を制御することによって、回転子羽根１１６４のピッチ角を制御するために使用されることができる。例えば、磁石コントローラ１１０２は、固定子システム１１００の電磁石を選択的に制御し、所望の磁場を出力する、デューティサイクル、大きさ、切替率、または他のパラメータを有する、制御信号を出力することができる。図１１に描写される構成では、第３の磁石コントローラ１１０２ｃは、電磁石１１２０に電磁場１１５２を出力させるための磁石制御信号を出力した。第３の磁石コントローラ１１０２ｃは、第１の回転子磁石１１６０の対応する遅延側極に反発するように電磁場１１５２の大きさおよび極性の時間を調整すること等によって、第１の回転子磁石１１６０（例えば、図４−５に示されるように、回転子羽根１２４と相互作用する２つの回転子磁石３８０のうちの下側回転子磁石）に反発するように電磁場１１５２を構成する。第２の磁石コントローラ１１０２ｂは、第１の回転子磁石１１６０の対応する進み側極を引き付けるように電磁場１１５４の大きさおよび極性の時間を調整すること等によって、第１の回転子磁石１１６０を引き付けるように構成される、電磁場１１５４を電磁石１１２８に出力させるための磁石制御信号を出力した。したがって、固定子システム１１００は、出力された磁場のタイミング、大きさ、および／または極性を制御することによって、方向１１７０に沿って所望の速度において第１の回転子磁石１１６０を駆動することができる。同様に、図１１に描写される構成では、第１の磁石コントローラ１１０２ａは、第２の回転子磁石１１６２の遅延側極に反発するように電磁石１１２２に電磁場１１５６を出力させるための磁石制御信号を出力し、第３の磁石コントローラ１１０２ｃは、第２の回転子磁石１１６２の進み側極を引き付けるように電磁石１１３０に電磁場１１５８を出力させるための磁石制御信号を出力し、したがって、方向１１７０に沿って所望の速度（第１の回転子磁石１１６０が駆動される速度と異なり得る）において第２の回転子磁石１１６２を駆動した。
【００９７】
回転子羽根１１６４は、第１および第２の回転子磁石１１６０、１１６２に結合され、したがって、第１および第２の回転子磁石１１６０、１１６２の移動によって方向１１７０に沿って駆動されることができる。したがって、固定子システム１１００は、回転子羽根１１６４が駆動される速度、ならびに回転子羽根１１６４が配向されるピッチ角に基づいて、所望の揚力を発生させることができる。図１２をさらに参照して説明されるであろうように、固定子システム１１００は、（モータコントローラ１０００から受信されるモータ制御信号１００４に基づいて）相互に対して第１および第２の回転子磁石１１６２、１１６４を選択的に遅らせ、かつ進ませ、回転子羽根１１６４のピッチ角を調節し、揚力、ヨー、ピッチ、およびロール制御を可能にすることができる。加えて、固定子システム１１００は、各対の回転子磁石１１６０、１１６２に印加される複合引力および反発に起因して、回転子磁石１１６０、１１６２との共時性を維持することができる。
【００９８】
回転子磁石１１６０、１１６２が方向１１７０に沿って駆動されるにつれて、少なくとも１つの磁石コントローラ１１０２は、受信されたモータ制御信号１００４を使用し続け、電磁石（描写される電磁石１１１０、１１１２；１１１４、１１１６；１１１８、１１２０；１１２２、１１２４；１１２６、１１２８；１１３０、１１３２；１１３４、１１３６；１１３８、１１４０を含む）を選択的にアクティブ化し、したがって、固定子システム１１００の周りの全回転の全体を通して回転子磁石１１６０、１１６２を駆動することができる。
【００９９】
固定子システム１１００は、位置エンコーダ１１０４を含む。位置エンコーダ１１０４は、モータコントローラ１０００が、各回転子羽根の位置を使用し、固定子システム１１００に伝送するべき適切なモータ制御信号１００４を発生させ得るように、第３のネットワーク１００８を介して、各回転子羽根（例えば、回転子羽根１１６４）の位置を示す位置信号をモータコントローラ１０００の位置エンコーダ１００４に伝送することができる。位置エンコーダ１００４は、全円周方向動作を可能にするように固定子１１０の全体を通して分散され得る、図１１に示される固定子システム１１００の構成と類似する様式で、固定子１１０の全体を通して分散されることができる。
【０１００】
位置エンコーダ１１０４は、固定子システム１１００の各伝電磁石の逆起電力（ＥＭＦ）を測定し、測定された逆ＥＭＦに基づいて、回転子磁石１１６０、１１６２、したがって、回転子羽根１１６４の位置を判定する、逆ＥＭＦエンコーダを含むことができる。例えば、各モータ制御状態において、位置エンコーダ１１０４は、固定子システム１１００の分散された一連の給電されていない電磁石の逆ＥＭＦを検出することができ、電磁石のそれぞれにおける電圧信号のゼロ交差が、電磁石コイルの中心にわたって対応する回転子磁石１１６０、１１６２の通過を示すことができる。モータコントローラ１０００の位置エンコーダ１１０４および／または位置エンコーダ１００４は、極めて精密なタイミングでモータ制御信号１００４を発生させるために、多数の羽根に対する羽根位置／ピッチの高速測定および予測を生成するようにカルマンフィルタと組み合わせられる、回転子磁石位置の高分解能を使用することができる。
可変羽根ピッチ制御のためのシステムおよび方法
【０１０１】
本解決策は、回転子羽根（例えば、回転子羽根１２４、１２６，１１６４）のピッチの独立した可変羽根ピッチ制御に関する種々の解決策を可能にし、回転子羽根の個々および集合ピッチ（例えば、ピッチ角）に基づく、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の方向制御を可能にすることができる。ＶＴＯＬプラットフォーム１００が車両として使用される実装では、異なる方向にＶＴＯＬプラットフォーム１００を移動させることが望ましくあり得る。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、回転子羽根のピッチ角を修正し、回転子、したがって、ＶＴＯＬプラットフォーム１００の全体的な所望の移動を達成する。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、本システムは、回転子と、固定子とを含む。回転子は、１つまたは複数の第１の固定子コイルと整合される、第１の回転子磁気コンポーネントを含む。回転子は、１つまたは複数の第２の固定子コイルと整合され、第１の回転子磁気コンポーネントに隣接する、第２の回転子磁気コンポーネントを含む。回転子は、第１の回転子磁気コンポーネントおよび第２の回転子磁気コンポーネントを接続する、アームを含む。アームの第１のアーム端が、第１の回転子磁気コンポーネントと結合され、アームの第２のアーム端が、第２の回転子磁気コンポーネントと結合され、これはともに、第２の回転子磁気コンポーネントに印加される第２の磁力に対して、第１の回転子磁気コンポーネントに印加される第１の磁力に基づいて変化する、アーム角を画定する。回転子は、アームに固定される第１の回転子羽根であって、羽根ピッチ軸に沿ってアームから延在する、第１の回転子羽根を含む。第１の回転子羽根は、羽根ピッチ軸に対して羽根ピッチ角を画定し、羽根ピッチ角は、アーム角に対応する。固定子は、制御信号に応答して、少なくとも、第１の回転子磁気コンポーネントを駆動する第１の磁場、および第２の回転子磁気コンポーネントを駆動する第２の磁場を出力するように構成される、複数の電磁石を含む。制御信号は、第１の磁場に、第１の回転子磁気コンポーネント上に第１の磁力を印加させ、第２の磁場に、第２の磁気コンポーネント上に第２の磁力を印加させ、羽根ピッチ角を制御する。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、本システムは、回転子と、回転軸の周りで回転子を回転させる固定子とを含む。回転子は、回転軸を画定し、固定子の周囲に配列される複数の回転子区画を含む、環状回転子基部を含む。各回転子区画は、回転軸と垂直な羽根ピッチ軸の周りで回転されるように構成される、第１の回転子羽根を含む。回転子区画は、受電回路を含む。回転子区画は、羽根ピッチ軸の周りで第１の回転子羽根を回転させるために、受電回路を介して受電される電力を使用して回転する、モータを含む。回転子区画は、制御信号に応答して、羽根ピッチ軸の周りで第１の回転子羽根を回転させるために、モータ信号をモータに提供する、モータコントローラを含む。回転子区画は、制御信号を受信し、制御信号をモータコントローラに提供する、第１の無線送受信機を含む。固定子は、制御コマンドを受信し、制御コマンドに基づいて制御信号を第１の無線送受信機に無線で伝送する、第２の無線送受信機を含む。固定子は、受電回路と相互作用し、電力を受電回路に提供する、磁場を出力する、送電回路を含む。
【０１０４】
ここで図１２を参照すると、回転子制御システム１２００が、本開示のある実施形態に従って示される。回転子制御システム１２００は、無摩擦羽根ピッチ制御を可能にすることができ、本解決策によって達成される形状因子に従来的なピッチ制御アプローチを適用することから生じ得る、困難を回避することができる。例えば、既存のシステムは、典型的には、スワッシュプレートを使用し、方向制御入力を回転子ピッチ制御に移行させる。しかしながら、同等の回転率において回転する、より大きい半径に適用されるとき、リングのハブの半径方向速度は、有意により大きくあり得、これは、はるかに大きい摩擦損失をもたらし得、より大型でより強く補強された軸受解決策をもたらす、疲労強度の循環負荷を支持するために、より多くの材料を要求し、複雑な冷却方法を要求し得、大量の磨耗およびさらなる保守をもたらし得、そうでなければ環状および電気モータ構成によって達成され得る、改良された騒音性能を軽減し得る、高速軸受の循環負荷からの機械騒音を増加させ得る。回転子制御システム１２００は、空隙を横断して制御された電磁場を使用して、回転子羽根の回転を駆動することによって、これらの困難を回避することができる。
【０１０５】
図１２に示されるように、回転子制御システム１２００は、第１の回転子磁石１１６０を支持する第１の（例えば、上側）磁石部材１２０２と、第２の回転子磁石１１６２を支持する第２の（例えば、下側）磁石部材１２０４とを含む。第１の磁石部材１２０２は、アーム１２０６によって第２の磁石部材１２０４に結合される。回転子羽根（例えば、図１１を参照して説明される回転子羽根１１６４）は、アーム１２０６が、磁石部材１２０２、１２０４の移動１２０８の方向（回転子軸（例えば、図２に示される回転軸１２２）の周りの移動１２０８の方向）と垂直なピッチ軸（図１２に示される図の中に延在する）の周りを回転するにつれて、回転子羽根のピッチ角１２１０が変動するであろうように、アーム１２０６に固定される。
【０１０６】
上側固定子レール４０４の電磁石は、第１のモータ磁石１１６０上に第１の力を印加し、第１の磁石部材１２０２を方向１２１１へ前方に駆動させる、第１の電磁場を出力する。第１の力は、（図１１を参照して説明されるように）上側固定子レール４０４の電磁石を通して駆動される電流、ならびに上側固定子レール４０４と第１のモータ磁石１１６０との間の空間関係に依存するであろう。同様に、下側固定子レール４０８の電磁石は、第２の回転子磁石１１６２上に第２の力を印加し、第２の磁石部材１２０４を方向１２１２へ前方に駆動する、第２の電磁場を出力する。磁石部材１２０２、１２０４の初期位置、および第１ならびに第２の力の大きさに基づいて、磁石部材１２０２、１２０４は、（例えば、磁石部材１２０２、１２０４の端部における平面１２１４、１２１６から測定されるような）磁石部材１２０２、１２０４の間のラグ／リード距離１２１８をもたらす位置まで移動するであろう。ラグ／リード距離１２１８は、アーム１２０６が磁石部材１２０２、１２０４に固定されるにつれて、ピッチ角１２１０に対応し、ラグ／リード距離１２１８が変化するにつれて、回転するであろう。
【０１０７】
種々の実施形態では、固定子（例えば、固定子１１０、固定子システム１１００）が回転子磁石１１６０、１１６２に印加する、電磁場の同期力は、固定子の最大駆動力と大きさがほぼ同一であり得る。したがって、回転子制御システム１２００は、位相の間の個々の磁石部材１２０２、１２０４への固定子の最小線形駆動力が、以下の力、すなわち、回転子羽根（例えば、回転子羽根１１６４）上のピーク羽根引力、回転子羽根の１／４コードの周りのピーク空力ピッチモーメントの反動力、および過速度動作での最大循環ピッチ設定における回転子羽根のフェザリング軸の周りの最大羽根回転慣性の反動力の最大の組み合わせよりも大きい、十分に大きい固定子レール４０４、４０８と磁石部材１２０２、１２０４との間の空隙を横断した移動電磁場を生成するために、固定子および対応する磁石部材１２０２、１２０４（例えば、回転子磁石１１６０、１１６２）が定寸されるように、構成されることができる。種々のそのような実施形態では、回転子羽根の数は、少なすぎる羽根が、各回転子羽根ハブに搭載される大型磁石アレイにつながり得、多すぎる回転子羽根が、増加した重量につながり得るため、そのような因子に基づいて選択されることができる。
【０１０８】
ここで図１３を参照すると、ＶＴＯＬプラットフォームの動作を制御するための方法１３００が、本開示のある実施形態に従って示される。方法１３００は、ＶＴＯＬプラットフォーム１００と、ＶＴＯＬシステム３００と、飛行コントローラ７００と、モータコントローラ１０００と、固定子システム１１００と、回転子制御システム１２００と含む、本明細書に開示される種々のシステムおよびコンポーネントを使用して、実装されることができる。
【０１０９】
１３０５では、ＶＴＯＬプラットフォームの飛行コントローラが、ＶＴＯＬプラットフォームの所望の移動を示す、移動命令を受信する。動作命令は、ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェースから受信されることができる。動作命令は、オートパイロットから受信されることができ、例えば、所望の移動は、飛行計画のウェイポイントに向かった異動であるように示されることができる。
【０１１０】
１３１０では、飛行コントローラは、所望の移動に基づいて、１つまたは複数の飛行制御コマンドを発生させる。飛行コントローラは、飛行力学モデルを使用し、１つまたは複数の飛行制御コマンドを発生させることができる。例えば、飛行力学コントローラは、飛行力学モデルを使用し、ＶＴＯＬプラットフォームの回転子羽根のピッチ角を考慮して、ＶＴＯＬプラットフォームの回転子によって発生されることが予期される揚力を計算することができる。飛行力学コントローラは、飛行力学制御法則を実行し、所望の移動を示す命令（例えば、特定の垂直速度および気流速度においてより高い高度への所望の移動を示す、オペレータ入力を介して抽出される命令）を変換し、飛行力学モデルを使用し、回転子羽根の動作を制御して、所望の移動を達成することが予期される揚力、ヨー、ピッチ、および／またはロールを発生させる方法を判定することができる。いくつかの実施形態では、飛行コントローラは、１つまたは複数の飛行制御コマンドを発生させ、集合ピッチ制御を実行し、ＶＴＯＬプラットフォームに揚力を発生させる。いくつかの実施形態では、飛行コントローラは、１つまたは複数の飛行制御コマンドを発生させ、循環ピッチ制御を実行し、ＶＴＯＬプラットフォームにピッチおよび／またはロール角の周りの移動を発生させる。
【０１１１】
１３１５では、モータコントローラが、飛行制御コマンドに基づいて、１つまたは複数のモータ制御信号を発生させる。モータコントローラは、移動命令によって示される所望の移動をＶＴＯＬプラットフォームに実行させることが予期される電磁場を電磁石に出力させるために、モータ制御信号を発生させ、具体的波形をＶＴＯＬプラットフォームの固定子の電磁石に印加させることができる。いくつかの実施形態では、モータコントローラは、モータ制御信号を発生させ、各回転子羽根の動作を個別に制御するために、モータコントローラが使用し得る、回転子の回転子羽根の位置を示す位置信号を受信する。モータコントローラは、モータ制御信号を発生させ、１つまたは複数の送受信機を介してモータ制御信号を提供し、回転子羽根と結合されるモータの動作を制御し、回転子羽根を所望のピッチ角まで回転させることができる。
【０１１２】
１３２０では、固定子は、モータ制御信号に基づいて、固定子の電磁石を駆動する。例えば、固定子は、複数の磁石コントローラを使用し、モータ制御信号に基づいて、所望の電流および／または電圧における電気信号を各電磁石に駆動することができる。磁石コントローラは、ＰＷＭを実行し、各電磁石を通して電気信号を駆動することができる。いくつかの実施形態では、磁石コントローラは、ＭＯＳＦＥＴ回路等のスイッチ回路を動作させ、モータ制御信号に基づいて、各電磁石を通して電気信号を選択的に駆動する。いくつかの実施形態では、固定子の浮上／誘導磁石が、回転子の対応する磁石と相互作用し、回転子を回転させる、磁場を出力する。
【０１１３】
１３２５では、電磁石は、各電磁石を通して駆動される電気信号に対応する電磁場を出力する。回転子の磁石が、ひいては、電磁場によって移動される。いくつかの実施形態では、回転子は、磁石の選択的移動が、回転子羽根のピッチ角を変動させ、所望の揚力、ヨー、ピッチ、および／またはロールをもたらし得るように、回転子アームを介して一対の磁石にそれぞれ結合される、複数の回転子羽根を含む。いくつかの実施形態では、回転子のモータが、電磁場を介して電力を受電し、電力を使用して個別の回転子羽根を回転させる。
【０１１４】
ここで図１４Ａおよび１４Ｂを参照すると、回転子制御システム１４００が、本開示のある実施形態に従って示される。図１４Ａおよび１４Ｂに描写される実施形態に示される、種々の要素およびコンポーネントは、図１−１３を参照して上記に説明される、それらの要素およびコンポーネントに類似する。したがって、同一の参照番号が、類似特徴を示すために使用される。回転子制御システム１４００は、羽根コントローラ１４０２を含むように示される。羽根コントローラ１４０２は、回転子羽根１２４、１２６の移動を制御し、所望の移動を生成または達成するように設計もしくは実装される、任意の要素、デバイス、コンポーネント、スクリプト等であってもよい。羽根コントローラ１４０２は、いくつかの側面では、上記に説明される飛行コントローラ７００に類似し得る。いくつかの実装では、羽根コントローラ１４０２は、飛行コントローラ７００上で具現化される、またはそのコンポーネントであってもよい。羽根コントローラ１４０２は、回転子羽根１２４、１２６に関する所望のピッチ角（例えば、羽根ピッチ角）を判定するように構成されてもよい。羽根コントローラ１４０２は、（例えば、コマンドの維持されたレッジャに基づいて、回転子羽根１２４、１２６に直接または間接的に結合されるエンコーダからのデータに基づいて等）回転子羽根１２４、１２６の現在の位置を判定してもよい。羽根コントローラ１４０２は、回転子羽根１２４、１２６に関するピッチ角を修正し、所望のピッチ角を達成して所望の移動をもたらすように構成されてもよい。下記により詳細に説明されるように、羽根コントローラ１４０２は、回転子羽根１２４、１２６に結合されるモータ１４０４へのモータ制御信号を発生させ、回転子羽根１２４、１２６を所望のピッチ角まで移動させるように構成されてもよい。
【０１１５】
羽根コントローラ１４０２は、モータ１４０４に通信し、モータ１４０４を移動させるためのモータ制御信号を発生させるように構成されてもよい。いくつかの実装では、羽根コントローラ１４０２は、モータ１４０４のためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させてもよい。ＰＷＭ信号は、ある数のステップまたは回転角でモータを移動させる、デューティサイクルを有してもよい。羽根コントローラ１４０２は、固定子１１０を通してモータ制御信号をモータに通信してもよい。いくつかの実装では、各回転子羽根１２４、１２６は、専用羽根コントローラ１４０２に対応し得る。他の実装では、複数の回転子羽根１２４、１２６が、共通羽根コントローラ１４０２によって制御されてもよい。
【０１１６】
羽根コントローラ１４０２は、回転子１２０の送受信機１４０８に通信可能に結合される、固定子１１０の送受信機１４０６に結合されるように示される。送受信機１４０６、１４０８は、ある距離にわたってデータを無線で伝送するように設計または実装される、任意のデバイス、コンポーネント、要素、回路等であってもよい。送受信機１４０６、１４０８は、種々のプロトコルに従って通信するように構成されてもよい。例えば、送受信機１４０６、１４０８は、ＺｉｇＢｅｅ（例えば、高周波数）データ伝送プロトコルを介して通信するように構成されてもよい。なおも他の実施形態では、送受信機１４０６、１４０８は、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコル、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）プロトコル、赤外線（ＩＲ）、または他の自由空間光学通信伝送プロトコル等を介して通信するように構成されてもよい。
【０１１７】
固定子１１０は、送電回路１４１０を含むように示される。送電回路１４１０は、ある距離にわたって電力を伝送するように設計または実装される、任意のデバイス、コンポーネント、要素、または回路であってもよい。回転子１２０は、対応して、受電回路１４１２を含んでもよい。受電回路１４１２は、ある距離にわたって電力を受電するように設計または実装される、任意のデバイス、コンポーネント、要素、または回路であってもよい。送電回路１４１０および受電回路１４１２は、送電回路１４１０が電力を受電回路１４１２に無線で伝送するように、相互に結合されてもよい。いくつかの実装では、送電回路１４１０および受電回路１４１２は、磁気力学的結合を介して相互に結合されてもよい。他の実装では、送電回路１４１０および受電回路１４１２は、誘導結合（例えば、Ｑｉまたはある他の形態の誘導結合）、共鳴誘導結合、レーザ結合等を介して、相互に結合されてもよい。受電回路１４１２は、送電回路１４１０から受電される電力を回転子１２０の送受信機１４０８およびモータ１４０４に伝達するように構成されてもよい。したがって、送受信機１４０８およびモータ１４０４は、無線で給電されてもよい。いくつかの実装では、受電回路１４１２は、ＡＣ供給部を整流し、必要に応じてＤＣ負荷を駆動するための（例えば、ダイオードのセットを介した）整流回路を含んでもよい。いくつかの実装では、受電回路１４１２は、電圧／電流／電力をステップアップ（またはステップダウン）し、特定の負荷またはデバイス（モータ１４０４または回転子１２０の送受信機１４０８等）を駆動するためのステップアップまたはステップダウン回路を含んでもよい。
【０１１８】
回転子１２０の送受信機１４０８は、固定子１１０の送受信機１４０６からモータ制御信号を無線で受信するように構成されてもよい。送受信機１４０８は、モータ制御信号をモータ１４０４に提供するように構成されてもよい。モータ１４０４は、回転子羽根１２４、１２６を駆動するように構成されてもよい。モータ１４０４は、回転子羽根１２４、１２６の位置を制御するように設計または実装される、種々のタイプのモータ１４０４である、またはそれを含んでもよい。例えば、モータ１４０４は、空心ＢＭ−ＢＬＤＣモータであってもよい。他の実施形態では、モータ１４０４は、ステッピングモータ、ギヤ歯車サーボアクチュエータ（例えば、遠隔制御（ＲＣ））モータ、鉄心ＰＭ−ＢＬＤＣ、または他のタイプのモータであってもよい。モータ１４０４は、送受信機１４０６、１４０８を介して羽根コントローラ１４０２からモータ制御信号を受信するように構成されてもよい。回転子１２０は、モータ１４０４および／または回転子羽根１２４、１２６の位置を検出するように構成される、モータ１４０４および／または回転子羽根１２４、１２６に結合されるエンコーダを含んでもよい。エンコーダは、羽根コントローラ１４０２が回転子羽根１２４、１２６の位置を調節するためのフィードバックとして使用する、モータ１４０４／回転子羽根１２４、１２６の位置に対応するデータを羽根コントローラ１４０２に提供するように構成されてもよい。
【０１１９】
「または」の言及は、「または」を使用して説明される任意の用語が、説明される用語のうちの１つ、１つを上回るもの、および全てのいずれかを示し得るように、包含的として解釈され得る。用語の連結的リストのうちの少なくとも１つの言及は、説明される用語のうちの１つ、１つを上回るもの、および全てのいずれかを示すように、包含的な「または」として解釈され得る。例えば、「「Ａ」および「Ｂ」のうちの少なくとも１つ」の言及は、「Ａ」のみ、「Ｂ」のみ、ならびに「Ａ」および「Ｂ」の両方を含むことができる。「〜を備える」または他の非制約的用語と併せて使用される、そのような言及は、付加的項目を含むことができる。
【０１２０】
種々の例示的実施形態に示されるようなシステムおよび方法の構築ならびに配列は、例証的にすぎない。例示的実施形態のみが、本開示に詳細に説明されたが、多くの修正が可能である（例えば、種々の要素のサイズ、寸法、構造、形状、および割合、パラメータの値、搭載配列、材料の使用、色、配向等の変動）。例えば、要素の位置は、逆転される、または別様に変動されることができ、離散要素または位置の性質もしくは数は、改変または変動されることができる。故に、そのような修正は、本開示の範囲内に含まれることを意図している。任意のプロセスまたは方法ステップの順序もしくは順番が、代替実施形態に従って変動される、または並べ替えられることができる。他の代用、修正、変更、および省略が、本開示の範囲から逸脱することなく、例示的実施形態の設計、動作条件、および配列に行われることができる。
【０１２１】
本開示は、種々の動作を遂行するための任意の機械可読媒体上の方法、システム、およびプログラム製品を検討する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、または本もしくは別の目的のために組み込まれる、適切なシステムのための専用コンピュータプロセッサによって、または配線システムによって実装されてもよい。本開示の範囲内の実施形態は、その上に記憶された機械実行可能命令またはデータ構造を搬送する、もしくは有する、機械可読媒体を備える、プログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、プロセッサを伴う汎用または専用コンピュータもしくは他の機械によってアクセスされ得る、任意の利用可能な媒体であり得る。一例として、そのような機械可読媒体は、機械実行可能命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、プロセッサを伴う汎用または専用コンピュータもしくは他の機械によってアクセスされ得る、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶デバイス、または任意の他の媒体を備えることができる。上記の組み合わせもまた、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、専用処理機械に、ある機能または機能の群を実施させる、命令およびデータを含む。
【０１２２】
図は、方法ステップの具体的順序を示すが、ステップの
順序は、描写されるものと異なり得る。また、２つ以上のステップが、並行して、または部分的に並行して実施されてもよい。そのような変形例は、選定され、設計者の選択肢にある、ソフトウェアおよびハードウェアシステムに依存するであろう。全てのそのような変形例は、本開示の範囲内に該当する。同様に、ソフトウェア実装が、種々の接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ、および決定ステップを遂行するように、ルールベースの論理および他の倫理を用いた標準プログラミング技法を用いて、遂行され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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