(57)【要約】  本発明は、推力を生成するジャイロスコープフライホイールを含むジャイロスコープ可動アセンブリから一般に構成される個人用航空機のための新規の推進方法および装置を含む。好ましい実施形態では、ジャイロスコープはハブレスである。ジャイロスコープフライホイールは、外周リングに沿って永久磁石を組み込んでおり、翼の断面と正の入射角を持つスポークが回転すると空気流を生成する。スポークは、ジャイロスコープの外周リングを小さな中央ハブレスリングと結合する。ジャイロスコープのフライホイールの近くには、ジャイロスコープの可動アセンブリを回転させる位相電磁場を生成する電磁石固定アセンブリがある。本発明は、アセンブリが、空中、陸上および海上の乗り物を推進するために使用できる指向性気流を生成する自己安定化ジャイロスコープを備えたモータであるため、外部モータを備えない自己完結型装置を含む。
2021519397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走式ハブレスジャイロスコープであって、
第１の磁場を持つフライホイールと、
前記フライホイールに近接する第２の磁場であって、前記第１の磁場と前記第２の磁場との間の相互作用により、前記フライホイールが回転し、前記ジャイロスコープの向きを水平にする、第２の磁場と、
前記フライホイールの周囲を中央に配置されたリングに接続する複数のスポークであって、前記フライホイールが回転して推力を生み出すときに、前記スポークが方向性のある空気の流れを作り出す、複数のスポークと、
を備えた自走式ハブレスジャイロスコープ。
【請求項２】
前記フライホイールは、前記第１の磁場を形成する磁場生成要素の少なくとも一部で構成される、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３】
前記第１の磁場は、前記第１の磁場を生成するように構成された要素であり、前記フライホイールの周囲に取り付けられた少なくとも１つの磁石である、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項４】
位相磁場を生成するために前記フライホイールに近接して取り付けられた固定子をさらに備える、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項５】
前記固定子は、絶縁されたワイヤコイルで個別に巻かれた柱体で構成されており、
個々の前記コイルは、多相電磁石を作成するために一緒に配線されている、請求項２に記載のジャイロスコープ。
【請求項６】
位相磁場を生成するためにその複合マトリックスまたは表面の少なくとも１つに統合された導電性材料のネットワークを有する前記フライホイールを囲むシェルをさらに含む、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項７】
自走式ハブレスジャイロスコープであって、
第１の磁場を持つフライホイールと、
前記フライホイールに近接する第２の磁場であって、前記第１の磁場と前記第２の磁場との間の相互作用により、前記フライホイールが回転し、前記ジャイロスコープの向きを水平にする、第２の磁場と、
位相磁場を生成するために前記フライホイールの近くに取り付けられた固定子と、
前記フライホイールの周囲を中央に配置されたリングに接続する複数のスポークであって、前記スポークは、前記フライホイールが回転して推力を生成するときに方向性のある空気の流れを作り出す、複数のスポークと、
を備える、自走式ハブレスジャイロスコープ。
【請求項８】
前記フライホイールは、前記第１の磁場を形成する磁場生成要素の少なくとも一部で構成される、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項９】
前記第１の磁場は、前記第１の磁場を生成するように構成された要素であり、前記フライホイールの周囲に取り付けられた少なくとも１つの磁石である、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
この出願は、２０１８年３月２８日に提出された米国仮特許出願第６２／６４９，０９７号からの優先権の利益を主張し、その主題は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、航空機を推進するための推力を生成するために使用される推進方法に関する。より具体的には、本発明は、バランスおよび安定性を生み出しながら推力を生成する、好ましくはハブレス（ハブを備えない）の電気ジャイロスコープからなる自給式推進システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気航空機推進システムは、プロペラ／回転子で構成される補助手段に電気モータを直接、またはモータの出力シャフトにドライブシャフトおよび／もしくはギアボックスを介して接続することで推力を生み出す。これらの方法は、用途に適したサイズに設定されていれば十分な推力を提供できるが、自給式推進システムよりも効率が低い。第２の欠点として、乗り物を安定に保つためにオフセット手段を必要とする推進方法の本質的な不安定性がある。
【０００４】
したがって、アセンブリは、個人用航空機を推進するために使用できる指向性気流を生成する自己安定化ジャイロスコープを備えたモータであるため、電気航空機推進システムの分野において、外部モータのない自給式装置に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、電気個人用航空機を効率的かつ安全に推進するための方法および装置を含む。本発明は、回転したときに方向付けられた空気流を提供するように成形されたスポークを備えた、好ましくは制御されたモーメントハブレスジャイロスコープフライホイールを使用する。スポークは、ジャイロスコープのフライホイールリングの周囲を、支持されていない中央リングに結合する。ジャイロスコープのフライホイールの周囲には、多相磁場を生成する近接する固定電磁石が作用する磁石が含まれている。ジャイロスコープのフライホイールは、シーブを備えた複数の転がり要素の軸受によって周囲を支持されている。本発明は、アセンブリが、個人用航空機を推進するために使用することができる指向性気流を生成する自己安定化ジャイロスコープを備えたモータであるため、外部モータのない自給式装置である。
【０００６】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を参照することによって理解が深まるにつれて、より容易に理解されるであろう。本発明の好ましい代替の例は、以下の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の様々な実施形態による電気推力生成制御モーメントハブレスジャイロスコープの分解図の例を示す。
【図２】本明細書に記載の様々な実施形態によるフライホイールの上面図の例を示す。
【図３】本明細書に記載される様々な実施形態による、下部軸受対が取り外された下部磁石保持リングの側面図の例を示す。
【図４】ジャイロスコープのフライホイールの外周に対して複数の磁石を所定の位置にロックするメカニズムとしても機能する、取り外し可能な軸受対の側面図の例を示す。
【図５】本発明の様々な実施形態によるフライホイールの斜視図を示す。
【図６】本発明の様々な実施形態による回転要素軸受および軸受シーブの側面図を示す。
【図７】本発明の様々な実施形態による、上部リング軸受対に近接する転動体軸受および軸受シーブの上面図を示す。
【図８】本発明の様々な実施形態による本発明の断面を示す。
【図９】本発明の様々な実施形態による固定子の上面図を示す。
【図１０】本発明の様々な実施形態による、近接コイルを備えた固定子フィンガを示す。
【図１１】本発明の様々な実施形態による固定子の側面プロファイルを示す。
【図１２】本発明の様々な実施形態によるシェル支持体の上面断面を示す。
【図１３】本発明の様々な実施形態による、電気推力生成ジャイロスコープのためのシェル支持体アセンブリの斜視図を示す。
【図１４】本発明の様々な実施形態による上部外部シェルおよび吸気構成要素を示す。
【図１５】本発明の様々な実施形態による上部外部シェルおよび吸気ダクトアセンブリを示す。
【図１６】本発明の様々な実施形態による下部外部シェルおよび排気ダクト構成要素を示す。
【図１７】本発明の様々な実施形態による下部外部シェルアセンブリおよび排気ダクトを示す。
【図１８】本発明の様々な実施形態による電気推力生成制御モーメントジャイロスコープの斜視図の例を示す。
【図１９】本発明の様々な実施形態による、所定の方法で性能を管理するのに役立つモータ制御装置のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたはそれ以上のありとあらゆる組み合わせを含む。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明確に示されていない限り、単数形のほかに複数形も含むことを意図している。「備える」および／または「備えている」という用語は、この仕様で使用される場合、記載された機能、ステップ、操作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたはそれ以上の他の機能、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および／またはそのグループの追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。
【０００９】
他に定義されない限り、本明細書で使用される、技術的および科学的用語を含む全ての用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書で定義されている用語などの用語は、関連技術および本開示の一文脈における意味と一致する意味を持つと解釈されるべきであり、明示的に定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことがさらに理解されるであろう。本発明の説明において、いくつかの技術およびステップが開示されていることが理解されよう。これらのそれぞれには個別の利点があり、それぞれは他の開示された技法の１つまたはそれ以上（または場合によってはすべて）と組み合わせて使用することもできる。したがって、明確にするために、この説明では、個々のステップのすべての可能な組み合わせを不必要に繰り返すことを控える。それにもかかわらず、明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせが本発明および特許請求の範囲内に完全に含まれるという理解の下で読まれるべきである。
【００１０】
本明細書では、セルフレベリング、安定した効率的な推進システムを作成するための、推力を発生させる新しい制御モーメントジャイロスコープデバイス、装置、および方法について説明する。以下の説明では、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が示されている。しかしながら、当業者には、本発明がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることが明らかであろう。本開示は、本発明の例示と見なされるべきであり、本発明を以下の図または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
【００１１】
次に、好ましい実施形態および代替の実施形態を表す添付の図面を参照することにより、本発明を説明する。図１は、本発明の様々な実施形態による推力発生ジャイロスコープデバイス（「デバイス」）を構成することができる要素の分解図を示している。好ましい実施形態では、図１８に示す一般的なアセンブリは、図５に示すように、軽量複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料で構成され得る少なくとも１つの中央ジャイロスコープのフライホイール周辺リング１００を備えたデバイスの各要素を含む。リング１００は、磁石を所定の位置にロックする、上位軸受対１０１と取り外し可能な下位軸受対１０２との間に位置するジャイロスコープの外周に沿って複数の磁石１０５［これは単一の磁石である可能性があるか、それとも複数である必要があるか？］を受け入れるように構成される。垂直突起は、必要に応じて磁石を分離し、ジャイロスコープの周囲の表面積を均等に分割する。代替の実施形態では、ジャイロスコープフライホイールは、全部または一部が、例えば、複合布、ネオジム粒子、銅、またはその複合構造に埋め込まれた別の適切な材料で作られた磁場生成要素で構成される。
【００１２】
好ましい実施形態では、ジャイロスコープのフライホイールは、取り外し可能な軸受対１０２とともに、図８に示されるように、統合された軸受対１０１によって支持される。複数のスポーク１０３は、ジャイロスコープ回転子周辺リング１００を、軽量複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料で作製され得る中央円形ハブ１０４と結合する。ジャイロスコープのフライホイールスポーク１０３は、軽量の複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料で作ることができ、所望の気流を作り出すための断面および正の入射角を有する。代替の実施形態では、図５に示されるジャイロスコープのフライホイールは、中心軸に取り付けられたハブ１０４によって支持される。
【００１３】
図８を参照して示されるように、本発明は、シーブ１１０、１１１を備えた複数の転動体軸受アッパー１１２およびロア１１３を含み、シーブ１１０、１１１は、軽量複合材料、アルミニウム、または他の適切な材料で作られ、ジャイロスコープのフライホイールの回転と周囲の静的アセンブリへの推力の伝達を可能にする。ジャイロスコープが回転すると、ジャイロスコープのフライホイールが向きを維持しながら、スポークが推力を生み出す。ジャイロスコープのフライホイールの回転が速いほど、推力とジャイロスコープの効果が大きくなる。
【００１４】
図９を参照して示されるように、ジャイロスコープのフライホイールに近接して、軽量の複合材料、鉄、または別の適切な材料から作製され得る固定子１２１がある。図１０を参照して示されるように、固定子１２１のフィンガ（柱体、指状物）は、軽量の複合材料、銅、または別の適切な材料で作製され得る絶縁されたワイヤコイル１２２によって個別に包まれている。図１９を参照して示されるように、個々のコイルは、モータコントローラ１３５によって管理される多相電磁石を作成するように、このように一緒に配線される。代替の実施形態では、磁気ジャイロスコープを取り囲む車体またはシェルは、好ましい実施形態の固定子アセンブリに取って代わる磁場を生成し、シェルは、その複合マトリックスに組み込まれた導電性材料のネットワーク（回路網、網体）またはシェル表面に沿って製造される。代替の実施形態では、図４を参照して示されるように、磁石は、ハブの磁石に近接して回転を引き起こす固定子を生成する多相磁場を備えたハブ１０４上またはハブ１０４内に配置される。図８および図９を参照して示されるように、好ましい実施形態では、固定子外周１２３に配置された複数の貫通部は、複数のシーブ１１０、１１１を備えた複数の転動体軸受１１２、１１３を配置する複数のロッド１１４を支持する。
【００１５】
ジャイロスコープのフライホイールと固定子のアセンブリを包む図８は、図１４に示すように、軽量の複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料でできている複数の上部シェルコンポーネント１４０、１４１で構成された図１５の外部上部シェルである。図１を参照して示されるように、構成要素は、本発明を異物による外部の衝撃から保護しながら、空気をジャイロスコープスポーク１０３に導く。
【００１６】
図１７に示される外部下部シェルは、好ましくは、図１６を参照して示される複数の下部シェル構成要素１５０、１５１から構築され、軽量複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料から作製され得、空気を排出するために使用され、電気推力を生成するジャイロスコープの本発明を異物による外部衝撃から保護する。図１５に示される上部外部シェルおよび図１７に示される下部外部シェルは、好ましくは複数のシェル支持体から構築される、図１３を参照して示されるシェル支持体アセンブリ１３０を用いて、図９を参照して示される固定子１２１に結合される。構成要素１３０は、軽量の複合材料、アルミニウム、または別の適切な材料で作製することができる。図９を参照して示されるように、シェル支持体アセンブリは、複数の貫通部１２４を介して取り付けられたボルトで固定子１２１に取り付けられる。代替の実施形態では、十分な強度の接着剤またはインターロック表面が、全体的なアセンブリの図１８で使用されるボルトのすべてまたは一部を置き換える。
【００１７】
別の実施形態では、ジャイロスコープのフライホイールは、ジェットタービンによって動力を供給される。
【００１８】
さらに別の実施形態では、フライホイールは、内燃機関によって動力を供給される。
【００１９】
代替の実施形態では、自走推力生成制御モーメントハブレス（ハブを備えない）ジャイロスコープの方法および装置を使用して、空中、陸上および海上の乗り物に動力を供給することができる。
【００２０】
代替の実施形態では、自己推進推力生成制御モーメントハブレスジャイロスコープの方法および装置を使用して、商用、専門家、およびレクリエーションの無人航空機に動力を供給することができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態を図示し説明してきたが、上記のように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。代わりに、本発明は、以下の特許請求の範囲を参照することによって完全に決定されるべきである。
【００２２】
排他的財産または特権が主張される本発明の実施形態は、以下のように定義される。
【図１】
2021519397.tif 000003
【図２】
2021519397.tif 000004
【図３】
2021519397.tif 000005
【図４】
2021519397.tif 000006
【図５】
2021519397.tif 000007
【図６】
2021519397.tif 000008
【図７】
2021519397.tif 000009
【図８】
2021519397.tif 000010
【図９】
2021519397.tif 000011
【図１０】
2021519397.tif 000012
【図１１】
2021519397.tif 000013
【図１２】
2021519397.tif 000014
【図１３】
2021519397.tif 000015
【図１４】
2021519397.tif 000016
【図１５】
2021519397.tif 000017
【図１６】
2021519397.tif 000018
【図１７】
2021519397.tif 000019
【図１８】
2021519397.tif 000020
【図１９】
2021519397.tif 000021
【国際調査報告】
2021519397.tif 000022