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BR112020021208B1 - VEHICLE VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING SYSTEMS - Google Patents

VEHICLE VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING SYSTEMS

Info

Publication number
BR112020021208B1
BR112020021208B1 BR112020021208-3A BR112020021208A BR112020021208B1 BR 112020021208 B1 BR112020021208 B1 BR 112020021208B1 BR 112020021208 A BR112020021208 A BR 112020021208A BR 112020021208 B1 BR112020021208 B1 BR 112020021208B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
rotor
stator
magnet
axis
blade
Prior art date
Application number
BR112020021208-3A
Other languages
Portuguese (pt)
Other versions
BR112020021208A2 (en
Inventor
Ian Morris Randall
Original Assignee
Maglev Aero Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maglev Aero Inc filed Critical Maglev Aero Inc
Priority claimed from PCT/US2019/027938 external-priority patent/WO2019204493A1/en
Publication of BR112020021208A2 publication Critical patent/BR112020021208A2/en
Publication of BR112020021208B1 publication Critical patent/BR112020021208B1/en

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Abstract

Os sistemas e métodos se referem a uma plataforma vertical de decolagem e pouso (VTOL) que pode incluir um estator e um rotor levitado magneticamente pelo estator. O rotor e o estator podem ser anulares, de modo que o rotor gire em torno de um eixo de rotação. O estator pode incluir ímãs que fornecem orientação, levitação e forças de acionamento para acionar o rotor, bem como para controlar a operação das pás do rotor que podem ser giradas independentemente para ângulos de inclinação específicos para controlar pelo menos um de elevação, inclinação, manobra ou guinada da plataforma VTOL. Vários controladores podem ser usados para permitir o controle independente e redundante de componentes da plataforma VTOL.The systems and methods relate to a vertical takeoff and landing (VTOL) platform that may include a stator and a rotor magnetically levitated by the stator. The rotor and stator may be annular, such that the rotor rotates about an axis of rotation. The stator may include magnets that provide guidance, levitation, and actuation forces to drive the rotor, as well as to control the operation of rotor blades that can be independently rotated to specific pitch angles to control at least one of the VTOL platform's pitch, pitch, maneuver, or yaw. Multiple controllers may be used to allow independent and redundant control of components of the VTOL platform.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOSREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[0001] A presente divulgação reivindica o benefício e a prioridade do Pedido Provisório U.S. n° 62/659.013, intitulado "SYSTEMS AND METHODS FOR VERTICAL TAKEOFF AND LANDING WITH MAGNETIC PROPULSION", depositado em 17 de abril de 2018, e do Pedido Provisório U.S. n° 62/775.253, intitulado “MAGNETIC LEVITATION FOR VERTICAL TAKEOFF AND LANDING”, depositado em 4 de dezembro de 2018, cujas divulgações são incorporadas neste documento por referência em sua totalidade.[0001] This disclosure claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Application No. 62/659,013, entitled “SYSTEMS AND METHODS FOR VERTICAL TAKEOFF AND LANDING WITH MAGNETIC PROPULSION,” filed April 17, 2018, and U.S. Provisional Application No. 62/775,253, entitled “MAGNETIC LEVITATION FOR VERTICAL TAKEOFF AND LANDING,” filed December 4, 2018, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety.

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[0002] A presente divulgação se refere, em geral, a decolagem e aterrisagem vertical. Mais particularmente, a presente divulgação se refere a mancal magnético para decolagem e aterrisagem vertical.[0002] The present disclosure relates generally to vertical takeoff and landing. More particularly, the present disclosure relates to a magnetic bearing for vertical takeoff and landing.

ESTADO DA TÉCNICASTATE OF THE TECHNIQUE

[0003] Várias plataformas aerotransportadas podem realizar decolagem e aterrisagem vertical (VTOL), em que as plataformas podem pairar, decolar e aterrizar verticalmente. As plataformas de VTOL podem incluir plataformas de asa fixa e plataformas de asa rotatória. As plataformas de VTOL podem incluir veículos aéreos não tripulados. As plataformas de VTOL podem ter propulsão elétrica distribuída e podem ter configurações de rotor de inclinação e/ou asa de inclinação.[0003] Various airborne platforms can perform vertical takeoff and landing (VTOL), in which the platforms can hover, take off, and land vertically. VTOL platforms can include fixed-wing platforms and rotary-wing platforms. VTOL platforms can include unmanned aerial vehicles. VTOL platforms can have distributed electric propulsion and can have tilt-rotor and/or tilt-wing configurations.

[0004] Normalmente, as plataformas de VTOL dependem da geração de energia baseada na combustão para gerar sustentação e outras forças de movimento. Além disso, as plataformas de VTOL podem ter formatos relativamente grandes. Como tal, as plataformas de VTOL existentes podem ter limitações técnicas que tornam essas plataformas difíceis de usar em ambientes urbanos e modos de uso pessoal.[0004] VTOL platforms typically rely on combustion-based power generation to generate lift and other motion forces. Additionally, VTOL platforms can be relatively large. As such, existing VTOL platforms may have technical limitations that make them difficult to use in urban environments and personal use modes.

SUMÁRIOSUMMARY

[0005] Pelo menos um aspecto da presente divulgação se refere a uma plataforma de VTOL. A plataforma de VTOL inclui um rotor, um estator, um controlador de voo e um controlador de motor. O rotor inclui uma pluralidade de lâminas de rotor orientadas em torno de um eixo de rotor e radialmente espaçadas a partir do estator. Cada lâmina de rotor é acoplada a um braço do rotor de modo que a rotação do braço do rotor faça com que a lâmina de rotor gire em torno de um eixo de inclinação do rotor. O braço de rotor é acoplado a um primeiro magneto de rotor espaçado a partir de um segundo magneto de rotor. O estator inclui uma pluralidade de eletromagnetos. O controlador de voo é configurado para receber uma instrução de movimento, extrair um movimento desejado da instrução de movimento e gerar um ou mais comandos de voo, configurados para fazer com que o rotor gere pelo menos um de empuxo, momento de força em torno de um eixo de guinada, momento de força em torno de um eixo de inclinação de plataforma ou momento de força em torno de um eixo de rotação. O controlador de motor é configurado para receber um ou mais comandos de controle de voo e acionar sinais elétricos através dos eletromagnetos com base em um ou mais comandos de controle de voo. A pluralidade de eletromagnetos é configurada para emitir campos eletromagnéticos correspondentes aos sinais elétricos para acionar os magnetos do rotor do rotor para rotacionar o rotor em torno do eixo do rotor, rotacionar a lâmina de rotor em torno do eixo do inclinação neutro da lâmina e fazer com que o rotor gere o pelo menos um dentre o empuxo, o momento de força sobre o eixo de guinada, o momento de força sobre o eixo de inclinação da plataforma ou o momento de força sobre o eixo de rotação da plataforma.[0005] At least one aspect of the present disclosure relates to a VTOL platform. The VTOL platform includes a rotor, a stator, a flight controller, and a motor controller. The rotor includes a plurality of rotor blades oriented about a rotor axis and radially spaced from the stator. Each rotor blade is coupled to a rotor arm such that rotation of the rotor arm causes the rotor blade to rotate about a rotor pitch axis. The rotor arm is coupled to a first rotor magnet spaced from a second rotor magnet. The stator includes a plurality of electromagnets. The flight controller is configured to receive a motion instruction, extract a desired motion from the motion instruction, and generate one or more flight commands configured to cause the rotor to generate at least one of thrust, a moment force about a yaw axis, a moment force about a platform pitch axis, or a moment force about a roll axis. The motor controller is configured to receive one or more flight control commands and actuate electrical signals through the electromagnets based on the one or more flight control commands. The plurality of electromagnets are configured to emit electromagnetic fields corresponding to the electrical signals to actuate the rotor magnets of the rotor to rotate the rotor about the rotor axis, rotate the rotor blade about the blade's neutral pitch axis, and cause the rotor to generate at least one of thrust, a moment about the yaw axis, a moment about the platform pitch axis, or a moment about the platform roll axis.

[0006] Pelo menos um aspecto da presente divulgação se refere a um rotor para operação com um estator. O rotor inclui uma base de rotor anular definindo um eixo de rotação e compreendendo uma pluralidade de segmentos de rotor dispostos em torno do estator. Cada segmento de rotor inclui uma parede lateral espaçada a partir do eixo de rotação, uma primeira parede do rotor se estendendo a partir de uma primeira extremidade da parede lateral e em direção ao eixo de rotação, e uma segunda parede do rotor se estendendo a partir de uma segunda extremidade da parede lateral e em direção ao eixo de rotação, a segunda parede do rotor espaçada a partir da primeira parede do rotor, o rotor definindo um eixo do rotor através da primeira parede do rotor e a segunda parede do rotor e paralelo ao eixo de rotação. Cada segmento do rotor inclui pelo menos um primeiro magneto do rotor acoplado à primeira parede do rotor, o pelo menos um primeiro magneto do rotor configurado para manter um primeiro espaço entre a primeira parede do rotor e um primeiro magneto do estator ao longo do eixo do rotor. Cada segmento do rotor inclui pelo menos um segundo magneto do rotor acoplado à segunda parede do rotor, o pelo menos um segundo magneto do rotor configurado para manter um segundo espaço entre a segunda parede do rotor e um segundo magneto do estator ao longo do eixo do rotor. Cada segmento de rotor inclui pelo menos um terceiro magneto de rotor acoplado à parede lateral e espaçado a partir de um ou mais magnetos de propulsão do estator. O rotor é configurado para ser acionado pelos magnetos de propulsão a uma velocidade de rotação por meio do campo magnético de um ou mais magnetos de propulsão interagindo com o pelo menos um terceiro magneto de rotor.[0006] At least one aspect of the present disclosure relates to a rotor for operation with a stator. The rotor includes an annular rotor base defining an axis of rotation and comprising a plurality of rotor segments disposed about the stator. Each rotor segment includes a sidewall spaced from the axis of rotation, a first rotor wall extending from a first end of the sidewall and toward the axis of rotation, and a second rotor wall extending from a second end of the sidewall and toward the axis of rotation, the second rotor wall spaced from the first rotor wall, the rotor defining a rotor axis through the first rotor wall and the second rotor wall and parallel to the axis of rotation. Each rotor segment includes at least a first rotor magnet coupled to the first rotor wall, the at least one first rotor magnet configured to maintain a first space between the first rotor wall and a first stator magnet along the rotor axis. Each rotor segment includes at least one second rotor magnet coupled to the second rotor wall, the at least one second rotor magnet configured to maintain a second space between the second rotor wall and a second stator magnet along the rotor axis. Each rotor segment includes at least one third rotor magnet coupled to the side wall and spaced from one or more stator drive magnets. The rotor is configured to be driven by the drive magnets at a rotational speed via the magnetic field of the one or more drive magnets interacting with the at least one third rotor magnet.

[0007] Pelo menos um aspecto se refere a um estator para operação com um rotor. O estator inclui uma base de estator anular que compreende uma pluralidade de segmentos de estator, a base de estator definindo um eixo central. Cada segmento do estator inclui uma parede lateral, uma estrutura de suporte que se estende a partir da parede lateral, pelo menos um primeiro magneto do estator acoplado a uma primeira superfície da estrutura de suporte, pelo menos um segundo magneto do estator acoplado com uma segunda superfície da estrutura de suporte, oposta à primeira superfície, e pelo menos um magneto de propulsão. O pelo menos um primeiro magneto de estator e o pelo menos um segundo magneto de estator definindo um eixo de estator paralelo ao eixo central, o pelo menos um primeiro magneto de estator configurado para manter um primeiro espaço entre um primeiro magneto de rotor do rotor e o pelo menos um primeiro magneto de estator ao longo do eixo do estator e o pelo menos um segundo magneto de estator configurado para manter um segundo espaço entre um segundo magneto de rotor do rotor e o pelo menos um segundo magneto de estator ao longo do eixo do estator. O pelo menos um magneto de propulsão é acoplado à estrutura de suporte e espaçada a partir de um ou mais terceiros magnetos de rotor do rotor, o pelo menos um magneto de propulsão configurado para emitir um campo magnético responsivo a um sinal de controle para acionar o rotor em torno do eixo central.[0007] At least one aspect relates to a stator for operation with a rotor. The stator includes an annular stator base comprising a plurality of stator segments, the stator base defining a central axis. Each stator segment includes a sidewall, a support structure extending from the sidewall, at least one first stator magnet coupled to a first surface of the support structure, at least one second stator magnet coupled to a second surface of the support structure opposite the first surface, and at least one drive magnet. The at least one first stator magnet and the at least one second stator magnet defining a stator axis parallel to the central axis, the at least one first stator magnet configured to maintain a first space between a first rotor magnet of the rotor and the at least one first stator magnet along the stator axis, and the at least one second stator magnet configured to maintain a second space between a second rotor magnet of the rotor and the at least one second stator magnet along the stator axis. The at least one drive magnet is coupled to the support structure and spaced from one or more third rotor magnets of the rotor, the at least one drive magnet configured to emit a magnetic field responsive to a control signal to drive the rotor about the central axis.

[0008] Pelo menos um aspecto se refere a um sistema de controle de rotor. O sistema de controle do rotor inclui um rotor e um estator. O rotor inclui um primeiro componente magnético do rotor alinhado com uma ou mais primeiras bobinas do estator, um segundo componente magnético do rotor alinhado com uma ou mais segundas bobinas do estator e adjacente ao primeiro componente magnético do rotor, um braço conectando o primeiro componente magnético do rotor e o segundo componente magnético do rotor e uma primeira lâmina do rotor fixada ao braço. uma primeira extremidade do braço do braço acoplada ao primeiro componente magnético do rotor e uma segunda extremidade do braço do braço acoplada ao segundo componente magnético do rotor definindo um ângulo do braço que muda com base em uma primeira força magnética aplicada ao primeiro componente magnético do rotor em relação a uma segunda força magnética aplicada ao segundo componente magnético do rotor. A primeira lâmina de rotor se estendendo partir do braço ao longo de um eixo de inclinação de lâmina, a primeira lâmina de rotor definindo um ângulo de inclinação de lâmina em relação ao eixo de inclinação de lâmina, o ângulo de inclinação de lâmina correspondendo ao ângulo de braço. O estator inclui uma pluralidade de eletromagnetos configurados para emitir pelo menos um primeiro campo magnético que aciona o primeiro componente magnético do rotor e um segundo campo magnético que aciona o segundo componente magnético do rotor, responsivo a pelo menos um sinal de controle, o pelo menos um sinal de controle fazendo com que o primeiro campo magnético aplique a primeira força magnética no primeiro componente magnético do rotor e o segundo campo magnético para aplicar a segunda força magnética no segundo componente magnético para controlar o ângulo de inclinação da lâmina.[0008] At least one aspect relates to a rotor control system. The rotor control system includes a rotor and a stator. The rotor includes a first rotor magnetic component aligned with one or more first stator coils, a second rotor magnetic component aligned with one or more second stator coils and adjacent to the first rotor magnetic component, an arm connecting the first rotor magnetic component and the second rotor magnetic component, and a first rotor blade attached to the arm, a first arm end of the arm coupled to the first rotor magnetic component, and a second arm end of the arm coupled to the second rotor magnetic component defining an arm angle that changes based on a first magnetic force applied to the first rotor magnetic component relative to a second magnetic force applied to the second rotor magnetic component. The first rotor blade extending from the arm along a blade pitch axis, the first rotor blade defining a blade pitch angle relative to the blade pitch axis, the blade pitch angle corresponding to the arm angle. The stator includes a plurality of electromagnets configured to emit at least a first magnetic field that drives the first magnetic component of the rotor and a second magnetic field that drives the second magnetic component of the rotor, responsive to at least one control signal, the at least one control signal causing the first magnetic field to apply the first magnetic force to the first magnetic component of the rotor and the second magnetic field to apply the second magnetic force to the second magnetic component to control the blade pitch angle.

[0009] Pelo menos um aspecto se refere a um sistema de controle de rotor. O sistema de controle do rotor inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma base de rotor anular definindo um eixo de rotação e compreendendo uma pluralidade de segmentos de rotor dispostos em torno do estator. Cada segmento de rotor inclui uma primeira lâmina de rotor configurada para ser rotacionada em torno de um eixo de inclinação de lâmina perpendicular ao eixo de rotação, um circuito receptor de energia, um motor que rotaciona usando a energia recebida através do circuito receptor de energia para rotacionar a primeira lâmina de rotor em torno do eixo de inclinação de lâmina, um controlador de motor que fornece um sinal de motor para o motor para rotacionar a primeira lâmina do rotor em torno do eixo de inclinação da lâmina responsivo a um sinal de controle e um primeiro transceptor sem fio que recebe o sinal de controle e fornece o sinal de controle para o controlador do motor. O estator inclui um segundo transceptor sem fio que recebe um comando de controle e transmite sem fio o sinal de controle para o primeiro transceptor sem fio com base no comando de controle e um circuito transmissor de energia que emite um campo magnético que interage com o circuito receptor de energia para fornecer energia para o circuito do receptor de energia.[0009] At least one aspect relates to a rotor control system. The rotor control system includes a rotor and a stator. The rotor includes an annular rotor base defining an axis of rotation and comprising a plurality of rotor segments disposed about the stator. Each rotor segment includes a first rotor blade configured to be rotated about a blade pitch axis perpendicular to the axis of rotation, a power receiver circuit, a motor that rotates using power received through the power receiver circuit to rotate the first rotor blade about the blade pitch axis, a motor controller that provides a motor signal to the motor to rotate the first rotor blade about the blade pitch axis responsive to a control signal, and a first wireless transceiver that receives the control signal and provides the control signal to the motor controller. The stator includes a second wireless transceiver that receives a control command and wirelessly transmits the control signal to the first wireless transceiver based on the control command, and a power transmitter circuit that emits a magnetic field that interacts with the power receiver circuit to provide power to the power receiver circuit.

[0010] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral, uma primeira parede do rotor se estendendo a partir de uma primeira extremidade da parede lateral e uma segunda parede do rotor se estendendo a partir de uma segunda extremidade da parede lateral, a segunda parede do rotor espaçada da primeira parede do rotor, pelo menos um primeiro magneto do rotor acoplado com a primeira parede do rotor, e pelo menos um segundo magneto do rotor acoplado com a segunda parede do rotor. O estator inclui uma estrutura de suporte que se estende entre a primeira parede do rotor e a segunda parede do rotor, pelo menos um primeiro magneto do estator acoplado com uma primeira superfície da estrutura de suporte e próximo a pelo menos um primeiro magneto do rotor, o pelo menos um primeiro magneto do rotor induzir uma corrente no pelo menos um primeiro magneto do estator correspondente a uma primeira distância entre o pelo menos um primeiro magneto do estator e pelo menos um primeiro magneto do rotor, e pelo menos um segundo magneto do estator acoplado com uma segunda superfície da estrutura de suporte, oposta à primeira superfície e próximo a pelo menos um segundo magneto de rotor, o pelo menos um segundo magneto de estator, eletricamente acoplado com o pelo menos um primeiro magneto de estator, para receber a corrente do primeiro magneto de estator, o pelo menos um segundo magneto de estator emitindo um campo magnético tendo uma intensidade de campo magnético com base na corrente do primeiro magneto de estator, o campo magnético interagindo com o pelo menos um segundo magneto de rotor para controlar uma segunda distância entre o pelo menos um segundo magneto de estator e o pelo menos um segundo magneto de rotor.[0010] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor and a stator. The rotor includes a sidewall, a first rotor wall extending from a first end of the sidewall and a second rotor wall extending from a second end of the sidewall, the second rotor wall spaced from the first rotor wall, at least one first rotor magnet coupled with the first rotor wall, and at least one second rotor magnet coupled with the second rotor wall. The stator includes a support structure extending between the first rotor wall and the second rotor wall, at least one first stator magnet coupled with a first surface of the support structure and proximate to the at least one first rotor magnet, the at least one first rotor magnet inducing a current in the at least one first stator magnet corresponding to a first distance between the at least one first stator magnet and the at least one first rotor magnet, and at least one second stator magnet coupled with a second surface of the support structure opposite the first surface and proximate to the at least one second rotor magnet, the at least one second stator magnet electrically coupled with the at least one first stator magnet for receiving current from the first stator magnet, the at least one second stator magnet emitting a magnetic field having a magnetic field strength based on the current in the first stator magnet, the magnetic field interacting with the at least one second rotor magnet to control a second distance between the at least one second stator magnet and the at least one second rotor magnet. stator and at least one second rotor magnet.

[0011] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral, uma parede do rotor se estendendo a partir de uma extremidade da parede lateral e pelo menos um magneto do rotor acoplado à parede do rotor. O estator inclui uma estrutura de suporte adjacente à parede do rotor, um primeiro magneto do estator acoplado a uma superfície da estrutura de suporte, próxima a pelo menos um magneto do rotor, o pelo menos um magneto do rotor induzindo uma corrente no primeiro magneto do estator correspondente a um primeiro força magnética de um primeiro campo magnético entre o primeiro magneto de estator e o pelo menos um magneto de rotor e um segundo magneto de estator acoplado à superfície da estrutura de suporte, o segundo magneto de estator eletricamente acoplado ao primeiro magneto de estator, o segundo magneto de estator recebe a corrente do primeiro magneto do estator para controlar uma segunda força magnética de um segundo campo magnético entre o segundo magneto do estator e o pelo menos um magneto do rotor.[0011] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor and a stator. The rotor includes a sidewall, a rotor wall extending from an end of the sidewall, and at least one rotor magnet coupled to the rotor wall. The stator includes a support structure adjacent to the rotor wall, a first stator magnet coupled to a surface of the support structure proximate to the at least one rotor magnet, the at least one rotor magnet inducing a current in the first stator magnet corresponding to a first magnetic force of a first magnetic field between the first stator magnet and the at least one rotor magnet, and a second stator magnet coupled to the surface of the support structure, the second stator magnet electrically coupled to the first stator magnet, the second stator magnet receiving current from the first stator magnet to control a second magnetic force of a second magnetic field between the second stator magnet and the at least one rotor magnet.

[0012] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral do rotor definindo um eixo de rotação, pelo menos uma lâmina de rotor acoplada e transversal à parede lateral ao longo de uma primeira superfície da parede lateral e um magneto do rotor acoplado à parede lateral ao longo de uma segunda superfície da parede lateral do rotor, oposta à primeira superfície . O estator inclui uma pluralidade de magnetos do estator dispostos circunferencialmente ao longo de uma superfície de uma parede lateral do estator voltada para a segunda superfície da parede lateral do rotor e um controlador sem fio acoplado à pluralidade de magnetos do estator, o controlador controlando a pluralidade de magnetos do estator para produzir seletivamente um respectivo campo magnético interagindo com o magneto do rotor do rotor para rotacionar o rotor e a lâmina de rotor em torno do eixo de rotação para produzir elevação ao longo do eixo de rotação.[0012] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor and a stator. The rotor includes a rotor sidewall defining an axis of rotation, at least one rotor blade coupled transverse to the sidewall along a first surface of the sidewall, and a rotor magnet coupled to the sidewall along a second surface of the rotor sidewall opposite the first surface. The stator includes a plurality of stator magnets disposed circumferentially along a surface of a stator sidewall facing the second surface of the rotor sidewall, and a wireless controller coupled to the plurality of stator magnets, the controller controlling the plurality of stator magnets to selectively produce a respective magnetic field interacting with the rotor magnet of the rotor to rotate the rotor and rotor blade about the axis of rotation to produce lift along the axis of rotation.

[0013] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral do rotor definindo um eixo de rotação, pelo menos uma lâmina de rotor acoplada e transversal à parede lateral ao longo de uma primeira superfície da parede lateral e um magneto do rotor acoplado à parede lateral ao longo de uma segunda superfície da parede lateral do rotor, oposta à primeira superfície . O estator inclui uma pluralidade de magnetos do estator dispostos circunferencialmente ao longo de uma superfície de uma parede lateral do estator voltada para a segunda superfície da parede lateral do rotor e um controlador eletricamente acoplado à pluralidade de magnetos do estator, o controlador controlando a pluralidade de magnetos do estator a uma taxa de comutação para produzir seletivamente um respectivo campo magnético, os campos magnéticos interagindo com o magneto do rotor do rotor para rotacionar o rotor e a lâmina de rotor em uma velocidade de rotação correspondente à taxa de comutação para produzir elevação a uma velocidade de elevação.[0013] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor and a stator. The rotor includes a rotor sidewall defining an axis of rotation, at least one rotor blade coupled transversely to the sidewall along a first surface of the sidewall, and a rotor magnet coupled to the sidewall along a second surface of the rotor sidewall opposite the first surface. The stator includes a plurality of stator magnets disposed circumferentially along a surface of a stator sidewall facing the second surface of the rotor sidewall, and a controller electrically coupled to the plurality of stator magnets, the controller controlling the plurality of stator magnets at a switching rate to selectively produce a respective magnetic field, the magnetic fields interacting with the rotor magnet of the rotor to rotate the rotor and rotor blade at a rotational speed corresponding to the switching rate to produce lift at a lifting speed.

[0014] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor configurado para rotacionar em torno de um eixo de rotação e um estator. O rotor inclui uma parede lateral do rotor, pelo menos uma lâmina de rotor acoplada rotativamente com a parede lateral ao longo de uma primeira superfície da parede lateral, a pelo menos uma lâmina de rotor rotacionando em torno de um eixo da lâmina se estendendo transversalmente à parede lateral e um primeiro magneto do rotor e um segundo magneto de rotor acoplado à parede lateral ao longo de uma segunda superfície da parede lateral do rotor oposta à primeira superfície. O estator inclui uma pluralidade de primeiros magnetos de estator dispostos circunferencialmente ao longo de uma parede lateral do estator voltada para a parede lateral do rotor, pelo menos um da pluralidade de primeiros magnetos de estator próximos ao primeiro magneto de rotor, uma pluralidade de segundos magnetos de estator espaçados dos respectivos primeiros magnetos de estator e circunferencialmente disposto ao longo da parede lateral do estator, pelo menos um da pluralidade de segundos magnetos de estator próximos ao segundo magneto de rotor e um controlador de magneto eletricamente acoplado à pluralidade de primeiros magnetos de estator e à pluralidade de segundos magnetos de estator, o controlador de magneto controlando o pluralidade de magnetos do primeiro estator em uma primeira taxa de comutação e controlar a pluralidade de magnetos do segundo estator em uma segunda taxa de comutação para produzir rotação da lâmina de rotor em torno do eixo da lâmina.[0014] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor configured to rotate about a rotation axis and a stator. The rotor includes a rotor sidewall, at least one rotor blade rotatably coupled with the sidewall along a first surface of the sidewall, the at least one rotor blade rotating about a blade axis extending transversely to the sidewall, and a first rotor magnet and a second rotor magnet coupled to the sidewall along a second surface of the rotor sidewall opposite the first surface. The stator includes a plurality of first stator magnets arranged circumferentially along a sidewall of the stator facing the sidewall of the rotor, at least one of the plurality of first stator magnets proximate to the first rotor magnet, a plurality of second stator magnets spaced apart from respective first stator magnets and circumferentially arranged along the sidewall of the stator, at least one of the plurality of second stator magnets proximate to the second rotor magnet, and a magnet controller electrically coupled to the plurality of first stator magnets and the plurality of second stator magnets, the magnet controller controlling the plurality of first stator magnets at a first switching rate and controlling the plurality of second stator magnets at a second switching rate to produce rotation of the rotor blade about the blade axis.

[0015] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um estator e um rotor. O estator inclui uma pluralidade de magnetos de estator dispostos circunferencialmente ao longo de uma superfície do estator. O rotor é configurado para rotacionar em torno de um eixo de rotação e tem uma base de rotor anular em torno do estator. O rotor inclui uma pluralidade de segmentos de rotor. Cada segmento de rotor inclui uma parede lateral espaçada do eixo de rotação tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície, oposta à primeira superfície, pelo menos um magneto de rotor acoplado à parede lateral ao longo da primeira superfície, o rotor configurado para ser acionado pela pluralidade de magnetos de estator através de respectivos campos magnéticos da pluralidade de magnetos de estator interagindo com o pelo menos um magneto de rotor e pelo menos uma lâmina de rotor tendo uma primeira extremidade de lâmina acoplada com a segunda superfície da parede lateral e uma segunda extremidade de lâmina, a primeira extremidade e a segunda definindo um comprimento de lâmina do rotor, a segunda extremidade e eixo de rotação definindo um raio de rotação, uma razão do comprimento de lâmina do rotor para o raio de rotação da ponta sendo menor ou igual a 0,75.[0015] At least one aspect relates to a system. The system includes a stator and a rotor. The stator includes a plurality of stator magnets arranged circumferentially along a surface of the stator. The rotor is configured to rotate about an axis of rotation and has an annular rotor base surrounding the stator. The rotor includes a plurality of rotor segments. Each rotor segment includes a sidewall spaced from the axis of rotation having a first surface and a second surface opposite the first surface, at least one rotor magnet coupled to the sidewall along the first surface, the rotor configured to be driven by the plurality of stator magnets through respective magnetic fields of the plurality of stator magnets interacting with the at least one rotor magnet, and at least one rotor blade having a first blade end coupled with the second surface of the sidewall and a second blade end, the first end and second defining a rotor blade length, the second end and axis of rotation defining a radius of rotation, a ratio of the rotor blade length to the tip radius of rotation being less than or equal to 0.75.

[0016] Pelo menos um aspecto está relacionado a um sistema. O sistema inclui um rotor configurado para rotacionar em torno de um eixo de rotação e um estator. O rotor inclui uma parede lateral do rotor, uma primeira lâmina do rotor rotativamente acoplada à parede lateral ao longo de uma primeira superfície da parede lateral, a primeira lâmina do rotor rotacionando em torno de um primeiro eixo da lâmina que se estende transversalmente à parede lateral, uma segunda lâmina de rotor rotativamente acoplada à parede lateral ao longo da primeira superfície da parede lateral, a segunda lâmina de rotor rotacionando em torno de um segundo eixo da lâmina que se estende transversalmente à parede lateral, um primeiro conjunto de magnetos do rotor incluindo um primeiro magneto do rotor e um segundo magneto do rotor acoplado à parede lateral ao longo de uma segunda superfície do rotor parede lateral oposta à primeira superfície próxima à primeira lâmina do rotor e um segundo conjunto de magnetos do rotor incluindo um terceiro magneto do rotor e um quarto magneto do rotor acoplado com a parede lateral ao longo da segunda superfície da parede lateral do rotor próxima à segunda lâmina de rotor. O estator inclui uma pluralidade de primeiros magnetos de estator dispostos circunferencialmente ao longo de uma parede lateral de estator voltada para a parede lateral de rotor, pelo menos um da pluralidade de primeiros magnetos de estator próximos ao primeiro magneto de rotor e pelo menos um da pluralidade de primeiros magnetos de estator próximos ao terceiro magneto de rotor, uma pluralidade de segundos magnetos de estator espaçados dos respectivos primeiros magnetos de estator e circunferencialmente dispostos ao longo da parede lateral do estator, pelo menos um da pluralidade de segundos magnetos de estator próximos ao segundo magneto de rotor e pelo menos um da pluralidade de segundos magnetos de estator próximo ao quarto magneto de rotor e pelo menos um controlador eletricamente acoplado à pluralidade de primeiros magnetos de estator e à pluralidade de segundos magnetos de estator, o pelo menos um controlador configurado para receber uma instrução de movimento, extrair um movimento desejado da instrução de movimento, gerar uma pluralidade de sinais de controle com base no movimento desejado e fornecer o plu ralidade de sinais de controle para a pluralidade de primeiros magnetos de estator e a pluralidade de segundos magnetos de estator para fazer com que a pluralidade de primeiros magnetos de estator e a pluralidade de segundos magnetos de estator gerem campos magnéticos correspondentes à pluralidade de sinais de controle que acionam os magnetos de rotor de o rotor para rotacionar o rotor em torno do eixo de rotação, rotacionar a primeira lâmina do rotor sobre o eixo da primeira lâmina e rotacionar a segunda lâmina de rotor sobre o segundo eixo da lâmina para produzir o movimento desejado.[0016] At least one aspect relates to a system. The system includes a rotor configured to rotate about a rotation axis and a stator. The rotor includes a rotor sidewall, a first rotor blade rotatably coupled to the sidewall along a first surface of the sidewall, the first rotor blade rotatably coupled about a first blade axis extending transversely to the sidewall, a second rotor blade rotatably coupled to the sidewall along the first surface of the sidewall, the second rotor blade rotatably coupled about a second blade axis extending transversely to the sidewall, a first set of rotor magnets including a first rotor magnet and a second rotor magnet coupled to the sidewall along a second surface of the rotor sidewall opposite the first surface proximate to the first rotor blade, and a second set of rotor magnets including a third rotor magnet and a fourth rotor magnet coupled to the sidewall along the second surface of the rotor sidewall proximate to the second rotor blade. The stator includes a plurality of first stator magnets disposed circumferentially along a stator sidewall facing the rotor sidewall, at least one of the plurality of first stator magnets proximate to the first rotor magnet and at least one of the plurality of first stator magnets proximate to the third rotor magnet, a plurality of second stator magnets spaced apart from respective first stator magnets and circumferentially disposed along the stator sidewall, at least one of the plurality of second stator magnets proximate to the second rotor magnet and at least one of the plurality of second stator magnets proximate to the fourth rotor magnet, and at least one controller electrically coupled to the plurality of first stator magnets and the plurality of second stator magnets, the at least one controller configured to receive a motion instruction, extract a desired motion from the motion instruction, generate a plurality of control signals based on the desired motion, and provide the plurality of control signals to the plurality of first stator magnets. and the plurality of second stator magnets for causing the plurality of first stator magnets and the plurality of second stator magnets to generate magnetic fields corresponding to the plurality of control signals that drive the rotor magnets of the rotor to rotate the rotor about the rotation axis, rotate the first rotor blade about the first blade axis, and rotate the second rotor blade about the second blade axis to produce the desired motion.

[0017] Pelo menos um aspecto se refere a um rotor para operação com um estator. O rotor inclui uma base de rotor anular definindo um eixo de rotação e compreendendo uma pluralidade de primeiros segmentos de rotor dispostos em torno do estator e configurados para serem acionados em uma primeira direção em torno do eixo de rotação e uma pluralidade de segundos segmentos de rotor dispostos em torno do estator adjacente a a pluralidade de primeiros segmentos de rotor e configurados para serem acionados em uma segunda direção em torno do eixo de rotação oposto à primeira direção, cada segmento de rotor incluindo uma parede lateral espaçada do eixo de rotação, uma primeira parede de rotor se estendendo de uma primeira extremidade da parede lateral e em direção ao eixo de rotação e uma segunda parede do rotor se estendendo de uma segunda extremidade da parede lateral e em direção ao eixo de rotação, a segunda parede do rotor espaçada da primeira parede do rotor, o rotor definindo um eixo do rotor através da primeira parede do rotor e da segunda parede do rotor e paralelo ao eixo de rotação, pelo menos um primeiro magneto do rotor acoplado à primeira parede do rotor, o pelo menos um primeiro magneto do rotor configurado para manter um primeiro espaço entre a primeira parede do rotor e o primeiro magneto do estator ao longo do eixo do rotor, pelo menos um segundo magneto do rotor acoplado com a segunda parede do rotor, o pelo menos um segundo magneto do rotor configurado para manter um segundo espaço entre o segundo parede do rotor e o segundo magneto do rotor ao longo do eixo do rotor, pelo menos um terceiro magneto do rotor acoplado à parede lateral e espaçado de um ou mais magnetos de propulsão do estator, o rotor configurado para ser acionado pelos magnetos de propulsão por meio de um campo magnético do um ou mais magnetos de propulsão interagindo com o pelo menos um terceiro magneto de rotor. Em algumas modalidades, a pelo menos uma lâmina de rotor é uma primeira lâmina de rotor e o magneto de rotor é um primeiro magneto de rotor, correspondente à primeira lâmina de rotor, a primeira lâmina de rotor configurada para rotacionar em torno do eixo de rotação em uma primeira direção e o rotor inclui uma segunda lâmina de rotor espaçada da primeira lâmina de rotor, a segunda lâmina de rotor acoplada e transversal à parede lateral ao longo de uma primeira superfície da parede lateral e um segundo magneto de rotor correspondendo à segunda lâmina de rotor, o segundo magneto de rotor sendo conduzido para conduzir a segunda lâmina de rotor em uma segunda direção em torno do eixo de rotação oposto à primeira direção.[0017] At least one aspect relates to a rotor for operation with a stator. The rotor includes an annular rotor base defining an axis of rotation and comprising a plurality of first rotor segments disposed about the stator and configured to be driven in a first direction about the axis of rotation and a plurality of second rotor segments disposed about the stator adjacent to the plurality of first rotor segments and configured to be driven in a second direction about the axis of rotation opposite the first direction, each rotor segment including a sidewall spaced from the axis of rotation, a first rotor wall extending from a first end of the sidewall and toward the axis of rotation, and a second rotor wall extending from a second end of the sidewall and toward the axis of rotation, the second rotor wall spaced from the first rotor wall, the rotor defining a rotor axis through the first rotor wall and the second rotor wall and parallel to the axis of rotation, at least one first rotor magnet coupled to the first rotor wall, the at least one first rotor magnet configured to maintain a first space between the first rotor wall and the first rotor magnet. stator along the rotor axis, at least one second rotor magnet coupled with the second rotor wall, the at least one second rotor magnet configured to maintain a second space between the second rotor wall and the second rotor magnet along the rotor axis, at least a third rotor magnet coupled to the side wall and spaced from one or more drive magnets of the stator, the rotor configured to be driven by the drive magnets via a magnetic field of the one or more drive magnets interacting with the at least one third rotor magnet. In some embodiments, the at least one rotor blade is a first rotor blade and the rotor magnet is a first rotor magnet corresponding to the first rotor blade, the first rotor blade configured to rotate about the axis of rotation in a first direction, and the rotor includes a second rotor blade spaced from the first rotor blade, the second rotor blade coupled and transverse to the sidewall along a first surface of the sidewall, and a second rotor magnet corresponding to the second rotor blade, the second rotor magnet being driven to drive the second rotor blade in a second direction about the axis of rotation opposite the first direction.

[0018] Aqueles versados na técnica apreciarão que o sumário é apenas ilustrativo e não se destina a ser de forma alguma limitante. Outros aspectos, características inventivas e vantagens dos dispositivos e/ou processos descritos neste documento, conforme definido apenas pelas reivindicações, se tornarão aparentes na descrição detalhada apresentada neste documento e considerada em conjunto com os desenhos anexos.[0018] Those skilled in the art will appreciate that the summary is illustrative only and is not intended to be limiting in any way. Other aspects, inventive features, and advantages of the devices and/or processes described herein, as defined solely by the claims, will become apparent from the detailed description presented herein and considered in conjunction with the accompanying drawings.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] O precedente e outros objetos, aspectos, características e vantagens da divulgação se tornarão mais aparentes e melhor compreendidos por referência à seguinte descrição tomada em conjunto com as figuras anexas, nas quais:[0019] The foregoing and other objects, aspects, features and advantages of the disclosure will become more apparent and better understood by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying figures, in which:

[0020] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de uma plataforma de VTOL.[0020] FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a VTOL platform.

[0021] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de uma porção da plataforma de VTOL da FIG. 1.[0021] FIG. 2 is a schematic diagram of a portion of the VTOL platform of FIG. 1.

[0022] A FIG. 3 é um diagrama de blocos de vários sistemas da plataforma de VTOL da FIG. 1.[0022] FIG. 3 is a block diagram of various systems of the VTOL platform of FIG. 1.

[0023] A FIG. 4 é uma vista em perspectiva parcial de uma região do motor da plataforma de VTOL da FIG. 1.[0023] FIG. 4 is a partial perspective view of an engine region of the VTOL platform of FIG. 1.

[0024] A FIG. 5 é uma vista em seção da região do motor da plataforma de VTOL da FIG. 1.[0024] FIG. 5 is a sectional view of the engine region of the VTOL platform of FIG. 1.

[0025] A FIG. 6 é um diagrama esquemático de uma modalidade de sistemas de funcionalidade de mancal magnético e orientação.[0025] FIG. 6 is a schematic diagram of one embodiment of magnetic bearing functionality and orientation systems.

[0026] A FIG. 7 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de dinâmica de voo de uma plataforma de VTOL.[0026] FIG. 7 is a block diagram of one embodiment of a flight dynamics system of a VTOL platform.

[0027] A FIG.8 é um diagrama esquemático de controle deinclinação coletivo executado pelo sistema de dinâmica de voo da FIG. 7.[0027] FIG. 8 is a schematic diagram of collective pitch control executed by the flight dynamics system of FIG. 7.

[0028] A FIG. 9 é um diagrama esquemático de controle deinclinação cíclico executado pelo sistema de dinâmica de voo da FIG. 7.[0028] FIG. 9 is a schematic diagram of cyclic pitch control executed by the flight dynamics system of FIG. 7.

[0029] A FIG. 10 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um controlador de motor de uma plataforma de VTOL.[0029] FIG. 10 is a block diagram of one embodiment of a motor controller of a VTOL platform.

[0030] A FIG. 11 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um estator de uma plataforma de VTOL.[0030] FIG. 11 is a block diagram of one embodiment of a stator of a VTOL platform.

[0031] A FIG. 12 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de rotor de uma plataforma de VTOL.[0031] FIG. 12 is a block diagram of a rotor control system of a VTOL platform.

[0032] A FIG. 13 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um método de controle de uma plataforma de VTOL.[0032] FIG. 13 is a flow diagram of one embodiment of a method of controlling a VTOL platform.

[0033] A FIG. 14A é um diagrama esquemático de uma modalidade de um rotor com lâminas de rotor acionadas por motor.[0033] FIG. 14A is a schematic diagram of one embodiment of a rotor with motor-driven rotor blades.

[0034] A FIG. 14B é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de controle de rotor usando lâminas de rotor acionadas por motor.[0034] FIG. 14B is a block diagram of one embodiment of a rotor control system using motor-driven rotor blades.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0035] Para fins de leitura da descrição das várias modalidades abaixo, a seguinte enumeração das seções do relatório descritivo e seus respectivos conteúdos podem ser úteis:- A seção A descreve modalidades de sistemas e métodos de uma plataforma de VTOL que opera usando funcionalidade de mancal magnético;- A Seção B descreve modalidades de sistemas e métodos de e orientação de uma plataforma de VTOL que opera usando funcionalidade de mancal magnético; e- A seção C descreve modalidades de sistemas e métodos de controle de uma plataforma de VTOL que opera usando funcionalidade de mancal magnético, incluindo dinâmica de voo, controle de motor e controle de inclinação. A. Sistemas e métodos de plataformas de VTOL usando funcionalidade de mancal magnético[0035] For purposes of reading the description of the various embodiments below, the following enumeration of the sections of the specification and their respective contents may be helpful:- Section A describes embodiments of systems and methods of a VTOL platform that operates using magnetic bearing functionality;- Section B describes embodiments of systems and methods of guiding and guiding a VTOL platform that operates using magnetic bearing functionality; and- Section C describes embodiments of systems and methods of controlling a VTOL platform that operates using magnetic bearing functionality, including flight dynamics, motor control, and pitch control. A. Systems and Methods of VTOL Platforms Using Magnetic Bearing Functionality

[0036] Com referência em geral às FIGS. 1-5, uma plataforma de VTOL de acordo com a presente divulgação pode usar a funcionalidade de mancal magnético e mecanismos de controle específicos para acionar de forma eficiente um rotor com um estator para permitir decolagem e aterrisagem verticais, bem como operações de controle de voo, como elevação, inclinação, rotação, e controle de guinada. A plataforma de VTOL pode ter fatores de tamanho, peso, potência e custo (SWAP-C) aprimorados em relação aos sistemas existentes, incluindo densidade de potência aumentada em relação aos sistemas baseados em combustão interna. A plataforma de VTOL pode atingir altas taxas de rotação do rotor para uma configuração de plataforma anular.[0036] Referring generally to FIGS. 1-5, a VTOL platform according to the present disclosure may use magnetic bearing functionality and specific control mechanisms to efficiently drive a rotor with a stator to enable vertical takeoff and landing, as well as flight control operations such as pitch, pitch, roll, and yaw control. The VTOL platform may have improved size, weight, power, and cost (SWAP-C) factors over existing systems, including increased power density over internal combustion-based systems. The VTOL platform may achieve high rotor rotation rates for an annular platform configuration.

[0037] A plataforma de VTOL pode ter ruído reduzido em relação aos sistemas existentes com capacidade de desempenho similar, reduzindo a geração de ruído mecânico e aerodinâmico. Os sistemas existentes que dependem da operação mecânica de caixas de engrenagens, placa oscilante e geradores podem gerar ruído significativo. Em turbinas, ruído mecânico pode ser transmitido ao longo da estrutura da turbina e irradiado de suas superfícies, e ruído aerodinâmico pode ser produzido pelo fluxo de ar sobre as lâminas. Em helicópteros, o ruído pode ser gerado pelas interações do rotor principal e do rotor de cauda com o ar. Isso pode ser verificado analisando o espectro de frequência de um helicóptero durante a decolagem: pode haver máximas globais e locais nas respectivas frequências de passagem da lâmina de cada lâmina de rotor. Também pode haver uma distribuição muito grande de potência acústica que varre as frequências mais altas e este ruído de banda larga pode resultar de uma combinação de vários mecanismos de ruído, incluindo a operação da turbina, caixa de engrenagens e transmissão. A presente solução pode abordar essas fontes de ruído usando um trem de força elétrico direto que depende de menos interações entre os componentes mecânicos e também configurando as lâminas de rotor de uma maneira que reduza a geração de ruído. Assim, a presente solução pode reduzir as ineficiências de energia associadas à geração de ruído, bem como os incômodos associados ao ruído que tornam os sistemas existentes menos viáveis para o ambiente urbano e modos de uso pessoal.[0037] The VTOL platform may have reduced noise compared to existing systems with similar performance capabilities by reducing the generation of mechanical and aerodynamic noise. Existing systems that rely on the mechanical operation of gearboxes, swash plates, and generators can generate significant noise. In turbines, mechanical noise can be transmitted along the turbine structure and radiated from its surfaces, and aerodynamic noise can be produced by the airflow over the blades. In helicopters, noise can be generated by the interactions of the main rotor and tail rotor with the air. This can be verified by analyzing the frequency spectrum of a helicopter during takeoff: there may be global and local maxima at the respective blade-pass frequencies of each rotor blade. There may also be a very broad distribution of acoustic power sweeping through the higher frequencies, and this broadband noise may result from a combination of several noise mechanisms, including the operation of the turbine, gearbox, and transmission. This solution can address these noise sources by using a direct electric drivetrain that relies on fewer interactions between mechanical components and by configuring the rotor blades in a way that reduces noise generation. Thus, this solution can reduce the energy inefficiencies associated with noise generation, as well as the noise-related annoyances that make existing systems less viable for urban environments and personal use.

[0038] Em algumas modalidades, a plataforma de VTOL inclui um rotor, um estator, um controlador de voo e um controlador de motor. O rotor inclui uma pluralidade de lâminas de rotor orientadas em torno de um eixo de rotor e radialmente espaçadas a partir do estator. Cada lâmina de rotor é acoplada a um braço do rotor de modo que a rotação do braço do rotor faça com que a lâmina de rotor gire em torno de um eixo de inclinação do rotor. O braço de rotor é acoplado a um primeiro magneto de rotor espaçado a partir de um segundo magneto de rotor. O estator inclui uma pluralidade de eletromagnetos. O controlador de voo é configurado para receber uma instrução de movimento, extrair um movimento desejado da instrução de movimento e gerar um ou mais comandos de voo, configurados para fazer com que o rotor gere pelo menos um de empuxo, momento de força em torno de um eixo de guinada, momento de força em torno de um eixo de inclinação de plataforma ou momento de força em torno de um eixo de rotação da plataforma. O controlador de motor é configurado para receber um ou mais comandos de controle de voo e acionar sinais elétricos através dos eletromagnetos com base em um ou mais comandos de controle de voo. A pluralidade de eletromagnetos é configurada para emitir campos eletromagnéticos correspondentes aos sinais elétricos para acionar os magnetos do rotor do rotor para rotacionar o rotor em torno do eixo do rotor, rotacionar a lâmina de rotor em torno do eixo do inclinação neutro da lâmina e fazer com que o rotor gere o pelo menos um dentre o empuxo, o momento de força sobre o eixo de guinada, o momento de força sobre o eixo de inclinação da plataforma ou o momento de força sobre o eixo de rotação da plataforma.[0038] In some embodiments, the VTOL platform includes a rotor, a stator, a flight controller, and a motor controller. The rotor includes a plurality of rotor blades oriented about a rotor axis and radially spaced from the stator. Each rotor blade is coupled to a rotor arm such that rotation of the rotor arm causes the rotor blade to rotate about a rotor pitch axis. The rotor arm is coupled to a first rotor magnet spaced from a second rotor magnet. The stator includes a plurality of electromagnets. The flight controller is configured to receive a motion instruction, extract a desired motion from the motion instruction, and generate one or more flight commands configured to cause the rotor to generate at least one of thrust, a moment force about a yaw axis, a moment force about a platform pitch axis, or a moment force about a platform roll axis. The motor controller is configured to receive one or more flight control commands and actuate electrical signals through the electromagnets based on the one or more flight control commands. The plurality of electromagnets are configured to emit electromagnetic fields corresponding to the electrical signals to actuate the rotor magnets of the rotor to rotate the rotor about the rotor axis, rotate the rotor blade about the blade's neutral pitch axis, and cause the rotor to generate at least one of thrust, a moment about the yaw axis, a moment about the platform pitch axis, or a moment about the platform roll axis.

[0039] Com referência agora às FIGS. 1-2, uma plataforma de VTOL 100 inclui um estator 110 que aciona um rotor 120. O rotor 120 pode se estender a partir do estator 110 para um compartimento 130 (por exemplo, uma nacela). Uma estrutura de suporte 140 pode ser montada no estator 110, de modo a fornecer um assento 142 para um operador 144 da plataforma de VTOL 100. Embora as FIGS. 1-2 ilustrem o estator 110 para dentro do rotor 120, o estator 110 pode estar para fora do rotor 120. O rotor 120 pode ser suportado por um sistema de mancal magnético (por exemplo, sistema de mancal magnético 360 descrito com referência à FIG. 3) acoplado ao estator 110 para rotacionar em torno do estator 110. O estator 110 e o rotor 120 podem incluir vários magnetos (por exemplo, magnetos permanentes; bobinas eletromagnéticas; bobinas eletromagnéticas através das quais a corrente pode ser conduzida para fazer com que as bobinas eletromagnéticas gerem campos magnéticos).[0039] Referring now to FIGS. 1-2, a VTOL platform 100 includes a stator 110 that drives a rotor 120. The rotor 120 may extend from the stator 110 into a compartment 130 (e.g., a nacelle). A support structure 140 may be mounted to the stator 110 so as to provide a seat 142 for an operator 144 of the VTOL platform 100. Although FIGS. 1-2 illustrate stator 110 into rotor 120, stator 110 may be outward from rotor 120. Rotor 120 may be supported by a magnetic bearing system (e.g., magnetic bearing system 360 described with reference to FIG. 3) coupled to stator 110 for rotation about stator 110. Stator 110 and rotor 120 may include various magnets (e.g., permanent magnets; electromagnetic coils; electromagnetic coils through which current may be conducted to cause the electromagnetic coils to generate magnetic fields).

[0040] O estator 110 pode usar energia de uma fonte de energia 112 para acionar o rotor 120 emitindo campos eletromagnéticos para acionar os magnetos do rotor 120, incluindo para rotacionar o rotor 120 em torno de um eixo de rotação 122. Por exemplo, o estator 110 pode acionar o rotor 120 com base em sinais de controle recebidos de um controlador, conforme discutido mais adiante neste documento. A fonte de energia 112 pode incluir uma ou mais baterias. A fonte de energia 112 pode ser altamente distribuída e integrada na estrutura de suporte 140, o que pode melhorar a rigidez e reduzir o peso da plataforma de VTOL 100 em comparação com os sistemas existentes.[0040] Stator 110 may use power from a power source 112 to drive rotor 120 by emitting electromagnetic fields to drive magnets of rotor 120, including to rotate rotor 120 about a rotation axis 122. For example, stator 110 may drive rotor 120 based on control signals received from a controller, as discussed later in this document. Power source 112 may include one or more batteries. Power source 112 may be highly distributed and integrated into support structure 140, which may improve rigidity and reduce weight of VTOL platform 100 compared to existing systems.

[0041] O estator 110 pode ter maior eficiência em relação aos sistemas mecânicos existentes. O uso de um acoplamento eletromagnético entre o estator 110 e o rotor 120, em vez de conexões mecânicas, pode melhorar a operação em relação aos sistemas existentes. A fim de alcançar uma plataforma de VTOL com parâmetros de desempenho similares aos que podem ser habilitados pela presente solução em sistemas existentes, seria necessário que o motor acionasse pequenas engrenagens rotacionando muito mais rápido do que um rotor de grande raio, o que poderia resultar em perdas de fricção mecânica significativas, e pesam significativamente mais do que um rotor simples montado em um eixo acionado. Em tais sistemas existentes, pode haver grandes perdas de eficiência devido à relação de engrenagem extrema, grandes dificuldades inerentes de fabricação das grandes estruturas de anel dentado e/ou engrenado, interações mecânicas barulhentas que superam quaisquer benefícios aeroacústicos da geometria do rotor anular e/ou grande, estruturas pesadas usadas para transferência de força que podem aumentar o peso total significativamente. A presente solução pode abordar tais fenômenos usando o estator 110 para acionar o rotor 120 - em algumas modalidades, a presente solução pode produzir um torque distribuído por meio do uso de um motor síncrono elétrico de alta potência, eficiente e responsivo, em vez de uma caixa de engrenagens ou eixo para transferência de torque como o anel do rotor, e pode atuar simultaneamente como o rotor eletromecânico, o eixo motor e o cubo da lâmina, reduzindo assim o peso, as perdas de eficiência e a complexidade mecânica.[0041] Stator 110 may have greater efficiency than existing mechanical systems. The use of an electromagnetic coupling between stator 110 and rotor 120, rather than mechanical connections, may improve operation over existing systems. In order to achieve a VTOL platform with performance parameters similar to those enabled by the present solution in existing systems, the motor would need to drive small gears rotating much faster than a large-radius rotor, which could result in significant mechanical friction losses, and weigh significantly more than a simple rotor mounted on a driven shaft. In such existing systems, there may be large efficiency losses due to the extreme gear ratio, great inherent manufacturing difficulties of the large toothed and/or geared ring structures, noisy mechanical interactions that outweigh any aeroacoustic benefits of the annular rotor geometry, and/or large, heavy structures used for power transfer that can significantly increase the overall weight. The present solution can address such phenomena by using the stator 110 to drive the rotor 120 - in some embodiments, the present solution can produce distributed torque through the use of a high-power, efficient, and responsive electric synchronous motor, rather than a gearbox or shaft for torque transfer as the rotor ring, and can simultaneously act as the electromechanical rotor, the drive shaft, and the blade hub, thereby reducing weight, efficiency losses, and mechanical complexity.

[0042] Além disso, em relação ao estator 110 e rotor 120, verificou- se que a densidade de potência do motor aumenta linearmente com o raio do cubo e diminui linearmente com a altura do motor. A presente solução pode implementar tais recursos para configurar o estator 110 para ter um raio relativamente grande e espessura relativamente baixa para aumentar a eficiência e a densidade de energia, permitindo que o estator 110 tenha menos massa e/ou maior saída de energia em relação à base de combustão interna existente sistemas.[0042] Furthermore, with respect to stator 110 and rotor 120, it has been found that the power density of the motor increases linearly with hub radius and decreases linearly with motor height. The present solution may implement such features to configure stator 110 to have a relatively large radius and relatively low thickness to increase efficiency and power density, allowing stator 110 to have less mass and/or higher power output relative to existing internal combustion-based systems.

[0043] O rotor 120 é mostrado como um rotor anular que pode orbitar em torno do estator 110 e da estrutura de suporte 140. O rotor 120 inclui uma pluralidade de primeiras lâminas 124 (acopladas aos respectivos magnetos, conforme discutido mais adiante neste documento). A pluralidade de primeiras lâminas 124 pode se estender entre o estator 110 e o compartimento 130. Em algumas modalidades, o estator 110 controla um ângulo de inclinação de cada primeira lâmina 124. As primeiras lâminas 124 podem ser acopladas e transversais à (por exemplo, perpendicular à) parede lateral 134. Conforme ilustrado nas FIGS. 1 e 4, cada primeira lâmina 124 pode se estender a partir de uma primeira extremidade da lâmina (por exemplo, raiz da lâmina) 444 acoplada com a parede lateral 134 (por exemplo, segmentos de rotor 132 da parede lateral 134) para uma segunda extremidade da lâmina (por exemplo, ponta da lâmina) 448, que pode ser acoplado ao compartimento 130 ou livre do compartimento 130. A primeira lâmina 124 pode definir um eixo de lâmina 440 que se estende a partir da primeira extremidade da lâmina 444 até a segunda extremidade da lâmina, que pode ser perpendicular ao eixo de rotação 122.[0043] Rotor 120 is shown as an annular rotor that can orbit about stator 110 and support structure 140. Rotor 120 includes a plurality of first blades 124 (coupled to respective magnets, as discussed later herein). The plurality of first blades 124 can extend between stator 110 and housing 130. In some embodiments, stator 110 controls a pitch angle of each first blade 124. First blades 124 can be coupled to and transverse to (e.g., perpendicular to) sidewall 134. As illustrated in FIGS. 1 and 4, each first blade 124 may extend from a first blade end (e.g., blade root) 444 coupled with sidewall 134 (e.g., rotor segments 132 of sidewall 134) to a second blade end (e.g., blade tip) 448, which may be coupled to housing 130 or free of housing 130. First blade 124 may define a blade axis 440 extending from the first blade end 444 to the second blade end, which may be perpendicular to rotation axis 122.

[0044] Em algumas modalidades, o rotor 120 inclui uma pluralidade de segundas lâminas 126, que podem ser similares às primeiras lâminas 124 e podem rotacionar em torno do eixo de rotação 122 de forma independente em relação à pluralidade de primeiras lâminas 124. As segundas lâminas 126 podem ser espaçadas das primeiras lâminas 124, tal como sendo acopladas à parede lateral 134 (por exemplo, segmentos de rotor 132 da parede lateral 134) abaixo das primeiras lâminas 124 ou acopladas a uma segunda parede lateral 134 abaixo das primeiras lâminas 124.[0044] In some embodiments, the rotor 120 includes a plurality of second blades 126, which may be similar to the first blades 124 and may rotate about the axis of rotation 122 independently of the plurality of first blades 124. The second blades 126 may be spaced apart from the first blades 124, such as being coupled to the sidewall 134 (e.g., rotor segments 132 of the sidewall 134) below the first blades 124 or coupled to a second sidewall 134 below the first blades 124.

[0045] Ao rotacionar as primeiras lâminas 124 e/ou as segundas lâminas 126, a plataforma de VTOL 100 pode gerar elevação devido à ação das primeiras lâminas 124 e/ou segundas lâminas 126 no ar que passa através da plataforma de VTOL 100. Da mesma maneira, as primeiras lâminas 124 e/ou as segundas lâminas 126 podem ser acionadas de maneira a causar rotação em torno dos eixos de guinada, rotação e/ou inclinação.[0045] By rotating the first blades 124 and/or the second blades 126, the VTOL platform 100 may generate lift due to the action of the first blades 124 and/or the second blades 126 on the air passing through the VTOL platform 100. Likewise, the first blades 124 and/or the second blades 126 may be actuated in a manner that causes rotation about the yaw, roll, and/or pitch axes.

[0046] As lâminas de rotor 124, 126 podem ser individualmenteemplumadas (por exemplo, superfícies de lâmina alinhadas em um ângulo particular em relação à direção do fluxo de ar) para manter comandos de inclinação cíclicos e coletivos para orientação da plataforma de VTOL 100. Em comparação com os sistemas existentes, nos quais uma placa oscilante pode ser usada para controlar a operação das lâminas de rotor, a presente solução pode controlar individualmente a inclinação de cada lâmina de rotor 124, 126 de uma maneira sem atrito.[0046] The rotor blades 124, 126 may be individually feathered (e.g., blade surfaces aligned at a particular angle relative to the airflow direction) to maintain cyclic and collective pitch commands for orientation of the VTOL platform 100. Compared to existing systems, in which a swash plate may be used to control the operation of the rotor blades, the present solution may individually control the pitch of each rotor blade 124, 126 in a frictionless manner.

Sistemas e métodos para controlar a elevação usando rotores contra-rotativosSystems and methods for controlling lift using counter-rotating rotors

[0047] Em algumas modalidades, a pluralidade de primeiras lâminas 124 rotaciona em uma primeira direção em torno do eixo de rotação 122, enquanto a pluralidade de segundas lâminas 126 rotaciona em uma segunda direção em torno do eixo de rotação 122 oposto à primeira direção. Como tal, a pluralidade de primeiras lâminas 124 e a pluralidade de segundas lâminas 126 podem ser contra-rotativas. Por exemplo, cada segunda lâmina 126 pode ser acoplada aos respectivos magnetos de rotor 380 que são acionados pelo estator 110 na segunda direção. Conforme discutido adicionalmente neste documento, o circuito de controle 310 pode controlar a operação da pluralidade de primeiras lâminas 124 ao fornecer um primeiro sinal de controle para fazer com que a pluralidade de primeiras lâminas 124 gire em torno do eixo de rotação 122 na primeira direção a uma primeira taxa angular, e controlar a operação da pluralidade de segundas lâminas 126 ao fornecer um segundo sinal de controle para fazer com que a pluralidade de segundas lâminas 126 gire em torno do eixo de rotação 122 na segunda direção a uma segunda taxa angular. O circuito de controle 310 pode gerar o primeiro sinal de controle e o segundo sinal de controle para gerar um movimento desejado da plataforma de VTOL 100. Por exemplo, para permitir que a plataforma de VTOL 100 opere em um modo de flutuação, o circuito de controle 310 pode gerar o primeiro sinal de controle e o segundo sinal de controle, de modo que a primeira taxa angular e a segunda taxa angular sejam configuradas de modo que um equilíbrio de força no VTOL a plataforma 100 é zero em pelo menos uma direção vertical (por exemplo, a força ascendente gerada pela pluralidade de primeiras lâminas 124 neutraliza a gravidade e a força descendente gerada pela pluralidade de segundas lâminas 126).[0047] In some embodiments, the plurality of first blades 124 rotate in a first direction about the axis of rotation 122, while the plurality of second blades 126 rotate in a second direction about the axis of rotation 122 opposite the first direction. As such, the plurality of first blades 124 and the plurality of second blades 126 may be counter-rotating. For example, each second blade 126 may be coupled to respective rotor magnets 380 that are driven by the stator 110 in the second direction. As discussed further herein, the control circuit 310 may control the operation of the plurality of first blades 124 by providing a first control signal to cause the plurality of first blades 124 to rotate about the rotation axis 122 in the first direction at a first angular rate, and control the operation of the plurality of second blades 126 by providing a second control signal to cause the plurality of second blades 126 to rotate about the rotation axis 122 in the second direction at a second angular rate. The control circuit 310 may generate the first control signal and the second control signal to generate a desired motion of the VTOL platform 100. For example, to allow the VTOL platform 100 to operate in a hover mode, the control circuit 310 may generate the first control signal and the second control signal such that the first angular rate and the second angular rate are configured such that a force balance on the VTOL platform 100 is zero in at least one vertical direction (e.g., the upward force generated by the plurality of first blades 124 counteracts gravity and the downward force generated by the plurality of second blades 126).

Sistemas e métodos para reduzir o ruído com base na área efetiva do rotor em relação a um centro de rotaçãoSystems and methods for reducing noise based on the effective area of the rotor relative to a center of rotation

[0048] Em algumas modalidades, as lâminas de rotor 124, 126 são configuradas para permitir um perfil acústico relativamente mais baixo, como para gerar ruído reduzido enquanto gera elevação suficiente para suportar o movimento da plataforma de VTOL 100. Na presente solução, o número de lâminas de rotor 124, 126 pode ser selecionado para ser relativamente alto, com as lâminas tendo espaçamento modulado de fase, para reduzir o ruído enquanto a elevação é mantida. Cada lâmina 124, 126 pode ter um diâmetro de ponta relativamente grande. As lâminas de rotor 124, 126 podem ser posicionadas e alinhadas uma em relação à outra para operar incoerentemente. Como tal, o ruído resultante da interação do rotor 120 e fluido circundante pode ser reduzido. Em algumas modalidades, as lâminas de rotor 124, 126 têm um número Mach de ponta máximo de 0,5 e um número Mach de ponta flutuante de 0,41. Em algumas modalidades, as lâminas de rotor 124, 126 são pelo menos uma de duto ou blindado, o que pode aumentar a geração de elevação, melhorar a segurança e reduzir o ruído irradiado a partir das lâminas de rotor 124, 126. Em algumas modalidades, o compartimento 130 é moldado para refletir o ruído para cima e também pode atenuar o ruído que se desloca para fora do rotor 120.[0048] In some embodiments, the rotor blades 124, 126 are configured to allow for a relatively lower acoustic profile, such as to generate reduced noise while generating sufficient lift to support the movement of the VTOL platform 100. In the present solution, the number of rotor blades 124, 126 may be selected to be relatively high, with the blades having phase-modulated spacing, to reduce noise while maintaining lift. Each blade 124, 126 may have a relatively large tip diameter. The rotor blades 124, 126 may be positioned and aligned relative to each other to operate incoherently. As such, noise resulting from the interaction of the rotor 120 and surrounding fluid may be reduced. In some embodiments, the rotor blades 124, 126 have a maximum tip Mach number of 0.5 and a floating tip Mach number of 0.41. In some embodiments, rotor blades 124, 126 are at least one ducted or shielded, which can increase lift generation, improve safety, and reduce noise radiated from rotor blades 124, 126. In some embodiments, housing 130 is shaped to reflect noise upward and can also attenuate noise traveling outward from rotor 120.

[0049] Em algumas modalidades, as lâminas de rotor 124, 126 têm um comprimento relativamente curto em relação a um raio de rotação da segunda extremidade da lâmina 448. Por exemplo, as lâminas de rotor 124, 126 podem definir um comprimento de lâmina do rotor da primeira extremidade da lâmina 444 à segunda extremidade da lâmina 448 ao longo do eixo da lâmina 440 (por exemplo, da raiz da lâmina à ponta da lâmina). A segunda extremidade da lâmina 448 pode definir um raio de rotação da segunda extremidade da lâmina 448 para o eixo de rotação 122. As lâminas de rotor 124, 126 podem definir uma razão entre o comprimento de lâmina do rotor e o raio de rotação. Em algumas modalidades, a razão é menor ou igual a 0,75. Em algumas modalidades, a razão é menor ou igual a 0,6 e maior ou igual a 0,3. Por exemplo, conforme ilustrado na FIG. 2, as lâminas de rotor 124, 126 começam para fora do eixo de rotação 122. Em algumas modalidades, a eficiência de uma lâmina de rotor em gerar elevação em função da distância de um centro de rotação (por exemplo, do eixo de rotação 122) é geralmente maior em direção à ponta da lâmina do que a raiz da lâmina. Como tal, a presente solução pode reduzir o ruído com relativamente menos perda de desempenho, selecionando lâminas que operam principalmente na região de alta eficiência.[0049] In some embodiments, rotor blades 124, 126 have a relatively short length relative to a radius of rotation of second blade end 448. For example, rotor blades 124, 126 may define a rotor blade length from first blade end 444 to second blade end 448 along blade axis 440 (e.g., from blade root to blade tip). Second blade end 448 may define a radius of rotation from second blade end 448 to axis of rotation 122. Rotor blades 124, 126 may define a ratio of rotor blade length to radius of rotation. In some embodiments, the ratio is less than or equal to 0.75. In some embodiments, the ratio is less than or equal to 0.6 and greater than or equal to 0.3. For example, as illustrated in FIG. 2, rotor blades 124, 126 start outward from the axis of rotation 122. In some embodiments, the efficiency of a rotor blade in generating lift as a function of distance from a center of rotation (e.g., from the axis of rotation 122) is generally greater toward the blade tip than toward the blade root. As such, the present solution can reduce noise with relatively less loss of performance by selecting blades that operate primarily in the high-efficiency region.

[0050] Em algumas modalidades, as lâminas de rotor 124, 126 têm uma área eficaz de lâmina relativamente alta ou solidez da lâmina. A segunda extremidade da lâmina 448 pode definir um primeiro perímetro (por exemplo, um perímetro varrido pela segunda extremidade da lâmina 448 quando a segunda extremidade da lâmina 448 rotaciona em torno do eixo de rotação 122). A parede lateral 134 (ou a extremidade da primeira lâmina 444) pode definir um segundo perímetro, que está dentro do primeiro perímetro. As lâminas de rotor 124 e/ou 126 também podem definir uma área de rotação da lâmina em um primeiro plano entre o primeiro perímetro e o segundo perímetro (por exemplo, um primeiro plano no qual o primeiro perímetro e o segundo perímetro se encontram). A área de rotação da lâmina pode representar a área varrida pela primeira lâmina do rotor 124 no primeiro plano quando a primeira lâmina do rotor 124 rotaciona em torno do eixo de rotação 122. As lâminas de rotor 124 e/ou as lâminas de rotor 126 podem definir uma área de superfície da lâmina no primeiro plano, que pode representar uma área de superfície das lâminas de rotor 124 e/ou as lâminas de rotor 126 que se encontram no primeiro plano (enquanto o rotor as lâminas 124 ou as lâminas de rotor 126 estão estáveis ou não se movem). A pluralidade de primeiras lâminas de rotor 124 (ou a pluralidade de segundas lâminas de rotor 126) pode definir uma área efetiva de lâmina como uma razão entre a área de superfície da lâmina e a área de rotação da lâmina. Em algumas modalidades, a área efetiva da lâmina é maior ou igual a 0,4 (por exemplo, em comparação com 0,2 em muitos sistemas existentes). Em algumas modalidades, a área efetiva da lâmina é maior ou igual a 0,6. Por ter uma área efetiva de lâmina aumentada, as lâminas de rotor 124, 126 podem gerar de forma mais eficiente elevação emvelocidades e passos mais baixos; a plataforma de VTOL 100 pode alcançar áreas eficazes de lâmina maiores usando métodos sem fricção para conduzir a rotação do rotor 120, o que de outra forma não seria possível usando acoplamentos mecânicos, como placas oscilantes e caixas de engrenagens, para rotacionar o rotor 120 (ou resultaria em aumento mecânico ruído que compensaria as reduções de ruído da área efetiva aumentada da lâmina)[0050] In some embodiments, rotor blades 124, 126 have a relatively high effective blade area or blade solidity. The second blade end 448 may define a first perimeter (e.g., a perimeter swept by the second blade end 448 when the second blade end 448 rotates about the rotation axis 122). The sidewall 134 (or the first blade end 444) may define a second perimeter, which is within the first perimeter. Rotor blades 124 and/or 126 may also define a blade rotation area in a first plane between the first perimeter and the second perimeter (e.g., a first plane in which the first perimeter and the second perimeter meet). The blade rotation area may represent the area swept by the first rotor blade 124 in the foreground when the first rotor blade 124 rotates about the rotation axis 122. The rotor blades 124 and/or the rotor blades 126 may define a blade surface area in the foreground, which may represent a surface area of the rotor blades 124 and/or the rotor blades 126 that are in the foreground (while the rotor blades 124 or the rotor blades 126 are stable or not moving). The plurality of first rotor blades 124 (or the plurality of second rotor blades 126) may define an effective blade area as a ratio of the blade surface area to the blade rotation area. In some embodiments, the effective blade area is greater than or equal to 0.4 (e.g., compared to 0.2 in many existing systems). In some embodiments, the effective blade area is greater than or equal to 0.6. By having an increased effective blade area, rotor blades 124, 126 can more efficiently generate lift at lower speeds and pitches; VTOL platform 100 can achieve larger effective blade areas using frictionless methods to drive the rotation of rotor 120, which would otherwise not be possible using mechanical couplings, such as swash plates and gearboxes, to rotate rotor 120 (or would result in increased mechanical noise that would offset the noise reductions from the increased effective blade area).

[0051] A plataforma de VTOL 100 pode incluir uma pluralidade de feixes 150 que se estendem da estrutura de suporte 140 para o compartimento 130. Os feixes 150 podem ser raios de fibra de carbono unidirecionais. Os feixes 150 podem ser varridos e inclinados para aumentar um número de esteiras incidentes das lâminas de rotor 124, 126 agindo em cada feixe 150, espalhando o ângulo de fase das esteiras para atingir a incoerência. Os feixes 150 podem fornecer rigidez radial, vertical e torcional para manter o compartimento 130 seguro em relação à estrutura de suporte 140.[0051] The VTOL platform 100 may include a plurality of beams 150 extending from the support structure 140 to the compartment 130. The beams 150 may be unidirectional carbon fiber spokes. The beams 150 may be swept and tilted to increase a number of incident wakes from the rotor blades 124, 126 acting on each beam 150, spreading the phase angle of the wakes to achieve decoherence. The beams 150 may provide radial, vertical, and torsional stiffness to hold the compartment 130 secure relative to the support structure 140.

[0052] Com referência agora às FIGS. 3-5, um sistema de VTOL 300 inclui um circuito de controle 310, o estator 110 e o rotor 120. O sistema de VTOL 300 pode ser implementado para controlar a operação da plataforma de VTOL 100 descrita com referência às FIGS. 1-2. O circuito de controle 310 inclui um processador 312 e memória 314. O processador 312 pode ser implementado como um processador de propósito específico, um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), uma ou mais matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs), um grupo de componentes de processamento ou outros componentes de processamento eletrônico adequados. O processador 312 pode ser um sistema de computação distribuído ou um processador multi-núcleos. A memória 314 é um ou mais dispositivos (por exemplo, RAM, ROM, memória flash, armazenamento em disco rígido) para armazenar dados e código de computador para completar e facilitar os vários processos de usuário ou cliente, camadas e módulos descritos na presente divulgação. A memória 314 pode ser ou incluir memória volátil ou memória não volátil e pode incluir componentes de banco de dados, componentes de código de objeto, componentes de script ou qualquer outro tipo de estrutura de informação para suportar as várias atividades e estruturas de informação dos conceitos inventivos divulgados neste documento. A memória 314 está conectada de forma comunicável ao processador 312 e inclui código de computador ou módulos de instrução para executar um ou mais processos descritos neste documento. A memória 314 pode incluir vários circuitos, motores de software e/ou módulos que fazem com que o processador execute os sistemas e métodos descritos neste documento. A memória pode ser distribuída entre dispositivos distintos.[0052] Referring now to FIGS. 3-5, a VTOL system 300 includes a control circuit 310, stator 110, and rotor 120. VTOL system 300 may be implemented to control the operation of the VTOL platform 100 described with reference to FIGS. 1-2. Control circuit 310 includes a processor 312 and memory 314. Processor 312 may be implemented as a special-purpose processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), one or more field-programmable gate arrays (FPGAs), a group of processing components, or other suitable electronic processing components. Processor 312 may be a distributed computing system or a multi-core processor. Memory 314 is one or more devices (e.g., RAM, ROM, flash memory, hard disk storage) for storing data and computer code to complete and facilitate the various user or client processes, layers, and modules described in this disclosure. Memory 314 may be or include volatile memory or non-volatile memory, and may include database components, object code components, scripting components, or any other type of information structure to support the various activities and information structures of the inventive concepts disclosed herein. Memory 314 is communicably connected to processor 312 and includes computer code or instruction modules for executing one or more processes described herein. Memory 314 may include various circuits, software engines, and/or modules that enable the processor to execute the systems and methods described herein. Memory may be distributed among distinct devices.

[0053] A memória 314 inclui um controlador de voo 316 e um controlador de motor 318. O controlador de voo 316 pode usar modelos de dinâmica de voo, estado do rotor e leis de controle para converter o movimento desejado do sistema de VTOL 300 em sinais de controle de voo 320 e transmitir os sinais de controle de voo 320 para o controlador de motor 318. O controlador de motor 318 pode receber os sinais de controle de voo 320 e gerar sinais de controle de motor 322 com base nos sinais de controle de voo 320 para controlar a operação do estator 110, a fim de fazer com que a plataforma de VTOL 100 alcance o movimento desejado.[0053] Memory 314 includes a flight controller 316 and a motor controller 318. Flight controller 316 may use flight dynamics models, rotor state, and control laws to convert the desired motion of VTOL system 300 into flight control signals 320 and transmit the flight control signals 320 to motor controller 318. Motor controller 318 may receive the flight control signals 320 and generate motor control signals 322 based on the flight control signals 320 to control the operation of stator 110 to cause VTOL platform 100 to achieve the desired motion.

[0054] O sistema de VTOL 300 pode incluir um circuito de comunicações 330. O circuito de comunicação 330 está configurado para receber e transmitir dados. O circuito de comunicações 330 pode incluir eletrônicos de receptor e eletrônicos de transmissor. O circuito de comunicação 330 pode incluir um rádio configurado para comunicação por radiofrequência. O circuito de comunicações 330 pode incluir um rádio de ligação de dados. O circuito de comunicações 330 pode receber e transmitir informações de navegação de/para plataformas remotas.[0054] The VTOL system 300 may include a communications circuit 330. The communications circuit 330 is configured to receive and transmit data. The communications circuit 330 may include receiver electronics and transmitter electronics. The communications circuit 330 may include a radio configured for radio frequency communication. The communications circuit 330 may include a data link radio. The communications circuit 330 may receive and transmit navigation information to/from remote platforms.

[0055] O sistema de VTOL 300 pode incluir pelo menos um sensor 334. O pelo menos um sensor 334 pode fornecer dados de sensor para o circuito de controle 310. O pelo menos um sensor 334 pode detectar posição, velocidade, aceleração, altitude, orientação e outros parâmetros de estado do sistema de VTOL 300 (por exemplo, da plataforma de VTOL 100 implementando o sistema de VTOL 300). O pelo menos um sensor 334 pode detectar parâmetros ambientais, como temperatura, pressão do ar e velocidade do vento. O pelo menos um sensor 334 pode incluir pelo menos um dentre uma unidade de medição inercial (que pode incluir um ou mais giroscópios e um ou mais acelerômetros, como três giroscópios e três acelerômetros), um sensor de dados de ar (por exemplo, sensor (es) configurado para detectar e emitir uma indicação de pressão estática) ou uma bússola magnética. O pelo menos um sensor 334 pode incluir um receptor de sistema de navegação global por satélite (GNSS) e/ou um receptor de sistema de posicionamento global (GPS).[0055] The VTOL system 300 may include at least one sensor 334. The at least one sensor 334 may provide sensor data to the control circuit 310. The at least one sensor 334 may detect position, velocity, acceleration, altitude, orientation, and other state parameters of the VTOL system 300 (e.g., of the VTOL platform 100 implementing the VTOL system 300). The at least one sensor 334 may detect environmental parameters such as temperature, air pressure, and wind speed. The at least one sensor 334 may include at least one of an inertial measurement unit (which may include one or more gyroscopes and one or more accelerometers, such as three gyroscopes and three accelerometers), an air data sensor (e.g., sensor(s) configured to detect and output an indication of static pressure), or a magnetic compass. The at least one sensor 334 may include a global navigation satellite system (GNSS) receiver and/or a global positioning system (GPS) receiver.

[0056] O sistema de VTOL 300 pode incluir uma interface de usuário 340 incluindo um dispositivo de exibição 342 e um dispositivo de entrada de usuário 344. O dispositivo de exibição 342 pode receber dados de exibição do circuito de controle 310 e apresentar os dados de exibição recebidos. O dispositivo de exibição 342 pode incluir vários componentes de exibição, incluindo, mas não se limitando a CRT, LCD, LED orgânico, tela de matriz de pontos e outros. O dispositivo de exibição 342 pode incluir exibições de navegação, exibições de voo primárias, exibições de malas de voo eletrônicas, tablets como computadores iPad® fabricados pela Apple, Inc. ou computadores tablet, exibições de sistema de visão sintética, HUDs com ou sem um projetor, sistemas de orientação frontal, visores vestíveis, relógios, Google Glass® ou outros sistemas HWD. O dispositivo de exibição 342 pode apresentar dados de exibição, como dados de controle de tráfego aéreo, dados meteorológicos, dados de navegação (por exemplo, planos de voo) e informações de terreno.[0056] The VTOL system 300 may include a user interface 340 including a display device 342 and a user input device 344. The display device 342 may receive display data from the control circuit 310 and present the received display data. The display device 342 may include various display components, including but not limited to CRT, LCD, organic LED, dot matrix display, and others. The display device 342 may include navigation displays, primary flight displays, electronic flight case displays, tablets such as iPad® computers manufactured by Apple, Inc. or tablet computers, synthetic vision system displays, HUDs with or without a projector, forward guidance systems, wearable displays, watches, Google Glass®, or other HWD systems. The display device 342 may present display data such as air traffic control data, weather data, navigation data (e.g., flight plans), and terrain information.

[0057] O dispositivo de entrada do usuário 344 pode incluir, por exemplo, mostradores, interruptores, botões, telas sensíveis ao toque, teclados, um mouse, joysticks, dispositivos de controle de cursor (CCDs). O dispositivo de entrada do usuário 344 pode incluir uma interface de toque fornecida por um ou mais componentes do dispositivo de exibição 342. O dispositivo de entrada de usuário 344 pode incluir um dispositivo de entrada de áudio configurado para receber informações de áudio (por exemplo, informações faladas de um operador) que o circuito de controle 310 pode processar. O dispositivo de entrada de usuário 344 pode incluir um dispositivo de captura de imagem, de modo que o circuito de controle 310 possa executar funções de processamento de imagem, como controle de gestos, rastreamento de cabeça e/ou rastreamento de olho e gerar instruções de controle com base no processamento de imagem.[0057] User input device 344 may include, for example, displays, switches, buttons, touchscreens, keyboards, a mouse, joysticks, cursor control devices (CCDs). User input device 344 may include a touch interface provided by one or more components of display device 342. User input device 344 may include an audio input device configured to receive audio information (e.g., spoken information from an operator) that control circuit 310 may process. User input device 344 may include an image capture device, such that control circuit 310 may perform image processing functions such as gesture control, head tracking, and/or eye tracking, and generate control instructions based on the image processing.

[0058] A interface de usuário 340 pode receber uma entrada do usuário e transmitir uma indicação da entrada do usuário 346 para o controlador de voo 316. O controlador de voo 316 pode receber a indicação da entrada do usuário 346, extrair um comando de entrada da indicação da entrada do usuário 346 e determinar um movimento desejado da plataforma de VTOL 100 com base no comando de entrada a fim de gerar os sinais de controle de voo 320[0058] The user interface 340 may receive a user input and transmit an indication of the user input 346 to the flight controller 316. The flight controller 316 may receive the indication of the user input 346, extract an input command from the indication of the user input 346, and determine a desired movement of the VTOL platform 100 based on the input command in order to generate the flight control signals 320.

Conjunto de estator aprimorado para uso com um rotorImproved stator assembly for use with a rotor

[0059] O estator 110 inclui um compartimento de estator 350 (por exemplo, uma base de estator anular) suportando uma pluralidade de magnetos de estator 352 (por exemplo, magnetos de propulsão). O compartimento de estator 350 pode incluir uma pluralidade de segmentos de estator 351, que podem ser contíguos, como sendo integrais ou monolíticos, ou podem ser pelo menos parcialmente desconectados, como sendo membros separados ou sendo conectados por extensões que são mais estreitas do que as adjacentes segmentos de estator 351. A pluralidade de magnetos de estator 352 pode ser acionada, cada uma, pelos sinais de controle de motor 322. A pluralidade de magnetos de estator 352 pode ser eletromagnetos. Por exemplo, a pluralidade de magnetos de estator 352 pode incluir bobinas eletromagnéticas que emitem campos eletromagnéticos com base em sinais elétricos acionados através das bobinas eletromagnéticas. As bobinas eletromagnéticas podem ser feitas de vários materiais condutores, incluindo alumínio ou cobre. Em algumas modalidades, o alumínio pode ser usado com base em ser leve, ter alta condutividade térmica e ter uma condutividade elétrica mais do que o dobro do cobre em função da massa (por exemplo, o alumínio pode ser selecionado que tem 61 por cento da condutividade de cobre, mas 30 por cento da massa de cobre para um determinado volume, permitindo economia de massa compensando o aumento de volume para atingir a mesma classificação de amp. O estator 110 pode incluir um núcleo de ferro laminado 504 adjacente aos magnetos do estator 352, o que pode aumentar a magnitude do campo magnético emitido pelos magnetos do estator 352.[0059] The stator 110 includes a stator compartment 350 (e.g., an annular stator base) supporting a plurality of stator magnets 352 (e.g., drive magnets). The stator compartment 350 may include a plurality of stator segments 351, which may be contiguous, such as being integral or monolithic, or may be at least partially disconnected, such as being separate members or being connected by extensions that are narrower than adjacent stator segments 351. The plurality of stator magnets 352 may each be driven by motor control signals 322. The plurality of stator magnets 352 may be electromagnets. For example, the plurality of stator magnets 352 may include electromagnetic coils that emit electromagnetic fields based on electrical signals driven through the electromagnetic coils. Electromagnetic coils may be made of various conductive materials, including aluminum or copper. In some embodiments, aluminum may be used based on its lightweight, high thermal conductivity, and electrical conductivity more than twice that of copper on a mass-to-mass basis (e.g., aluminum may be selected that has 61 percent of the conductivity of copper but 30 percent of the mass of copper for a given volume, allowing mass savings to be offset by increased volume to achieve the same ampere rating). Stator 110 may include a laminated iron core 504 adjacent to stator magnets 352, which may increase the magnitude of the magnetic field emitted by stator magnets 352.

[0060] Em resposta ao recebimento de um sinal de controle de motor particular 322, cada magneto de estator 352 pode produzir um campo eletromagnético correspondente 354. Cada magneto de estator 352 pode variar uma magnitude do campo eletromagnético emitido 354 em função do tempo, dependendo do sinal de controle do motor recebido 322. Por exemplo, se o sinal de controle do motor 322 tiver valores variáveis de parâmetros, como amplitude e frequência, a amplitude e a frequência do campo eletromagnético 354 podem variar de forma similar.[0060] In response to receiving a particular motor control signal 322, each stator magnet 352 may produce a corresponding electromagnetic field 354. Each stator magnet 352 may vary a magnitude of the emitted electromagnetic field 354 as a function of time, depending on the received motor control signal 322. For example, if the motor control signal 322 has varying values of parameters such as amplitude and frequency, the amplitude and frequency of the electromagnetic field 354 may vary similarly.

[0061] Conforme descrito adicionalmente neste documento, o estator 110 pode incluir magnetos 362a, 362b, 364a e 364b de LGS 360 que podem interagir com os magnetos de rotor 372, 374 para manter os respectivos espaços entre o estator 110 e o rotor 120 e, por sua vez, receber elevação de o rotor 120 para levantar o estator 110. Por exemplo, conforme os magnetos de estator 352 emitem campos eletromagnéticos 354, a elevação gerada pela rotação do rotor 120 pode fazer com que o rotor 120 se mova para cima (por exemplo, mais perto do magneto 372 e mais longe do magneto 374); como resultado, o rotor 120 aplica força através dos magnetos 372, 374 no estator 110, levantando o estator 110 conforme a operação dos magnetos 362a, 362b, 364a e 364b se ajustam às forças aplicadas pelo rotor 120 e transferem as forças para o compartimento do estator 350.[0061] As further described herein, stator 110 may include magnets 362a, 362b, 364a, and 364b of LGS 360 that may interact with rotor magnets 372, 374 to maintain respective gaps between stator 110 and rotor 120 and, in turn, receive lift from rotor 120 to lift stator 110. For example, as stator magnets 352 emit electromagnetic fields 354, the lift generated by rotation of rotor 120 may cause rotor 120 to move upward (e.g., closer to magnet 372 and further from magnet 374); As a result, rotor 120 applies force through magnets 372, 374 to stator 110, lifting stator 110 as the operation of magnets 362a, 362b, 364a, and 364b adjust to the forces applied by rotor 120 and transfer the forces to stator housing 350.

Conjunto de rotor aprimorado para uso com um estatorImproved rotor assembly for use with a stator

[0062] O rotor 120 inclui uma base de rotor 128. A base do rotor 128 pode ser anular, estendendo-se em torno do eixo de rotação 122 e definindo um espaço entre a base do rotor 128 e o compartimento do estator 350. A base de rotor 128 pode incluir uma pluralidade de segmentos de rotor 132. Cada segmento de rotor 132 pode incluir uma parede lateral 134 espaçada do eixo de rotação 122. Os segmentos de rotor 132 podem ser contíguos, tal como cada segmento de rotor 132 sendo conectado a segmentos de rotor adjacentes 132 ou sendo integral ou monolítico. Os segmentos de rotor 132 podem ser pelo menos parcialmente desconectados, como por serem membros separados ou sendo conectados por extensões que são mais estreitas do que os segmentos de rotor adjacentes 132 em uma direção perpendicular ao eixo de rotação 122.[0062] Rotor 120 includes a rotor base 128. Rotor base 128 may be annular, extending about axis of rotation 122 and defining a space between rotor base 128 and stator housing 350. Rotor base 128 may include a plurality of rotor segments 132. Each rotor segment 132 may include a sidewall 134 spaced from axis of rotation 122. Rotor segments 132 may be contiguous, such as each rotor segment 132 being connected to adjacent rotor segments 132 or being integral or monolithic. Rotor segments 132 may be at least partially disconnected, such as by being separate members or by being connected by extensions that are narrower than adjacent rotor segments 132 in a direction perpendicular to axis of rotation 122.

[0063] O rotor 120 inclui uma pluralidade de magnetos de rotor 380 dispostos em torno do rotor 120. Um ou mais magnetos de rotor 380 podem ser acoplados às paredes laterais 134 correspondentes. Cada magneto de rotor 380 pode ser acionado por campos eletromagnéticos correspondentes emitidos pela pluralidade de magnetos de estator 352. A pluralidade de magnetos de rotor 380 pode ser magnetos permanentes, que podem ter uma densidade de fluxo mais alta do que magnetos supercondutores para os fatores de forma da presente solução. Em algumas modalidades, a pluralidade de magnetos de rotor 380 (e, em algumas modalidades, os magnetos 372 do LGS 360 descritos abaixo) incluem magnetos permanentes de neodímio, que podem ter intensidades de campo magnético de até 1 Tesla e podem ser configurados geometricamente em Matrizes Halbach para aumentar a intensidade do campo magnético até 1,4T. A natureza variável no tempo dos campos eletromagnéticos 354 gerados pela pluralidade de magnetos de estator 352, juntamente com o posicionamento dos magnetos de estator 352, pode conduzir a pluralidade de magnetos de rotor 380 para rotacionar em torno de um eixo de rotor (por exemplo, eixo de rotação 122 mostrado na FIG. 2).[0063] The rotor 120 includes a plurality of rotor magnets 380 disposed around the rotor 120. One or more rotor magnets 380 may be coupled to corresponding side walls 134. Each rotor magnet 380 may be driven by corresponding electromagnetic fields emitted by the plurality of stator magnets 352. The plurality of rotor magnets 380 may be permanent magnets, which may have a higher flux density than superconducting magnets for the form factors of the present solution. In some embodiments, the plurality of rotor magnets 380 (and in some embodiments, the magnets 372 of the LGS 360 described below) include neodymium permanent magnets, which may have magnetic field strengths of up to 1 Tesla and may be geometrically configured in Halbach arrays to increase the magnetic field strength up to 1.4T. The time-varying nature of the electromagnetic fields 354 generated by the plurality of stator magnets 352, together with the positioning of the stator magnets 352, may drive the plurality of rotor magnets 380 to rotate about a rotor axis (e.g., rotation axis 122 shown in FIG. 2).

[0064] Cada lâmina de rotor 124, 126 pode ser mecanicamente acoplada a pelo menos um magneto de rotor 380. Em algumas modalidades, conforme os magnetos do rotor 380 rotacionam, os magnetos do rotor 380 podem ser acionados diferencialmente em torno do eixo de rotação 122 pela propulsão 416 causada pelo estator 110, as lâminas de rotor 124, 126 irão rotacionar em torno de um eixo de inclinação. Como mostrado na FIG. 4, conforme as lâminas de rotor 124, 126 rotacionam, a elevação 402 pode ser gerada. Uma roda rotatória 508 (por exemplo, borracha, roda rotatória de náilon) pode ser posicionada entre o estator 110 e o rotor 120 para permitir que o rotor 120 seja suportado e continue a rotacionar em relação ao estator 110 quando o rotor 120 estiver rotacionando abaixo de uma velocidade limiar no qual o rotor 120 gera elevação suficiente que, quando combinado com a funcionalidade do sistema de mancal magnético360, supera a gravidade para suportar o rotor 120. A roda rotatória 508 pode se estender entre o estator 110 e o rotor 120 para separar o estator 110 e o rotor 120.[0064] Each rotor blade 124, 126 may be mechanically coupled to at least one rotor magnet 380. In some embodiments, as rotor magnets 380 rotate, rotor magnets 380 may be differentially driven about rotation axis 122 by propulsion 416 caused by stator 110, rotor blades 124, 126 will rotate about a pitch axis. As shown in FIG. 4, as rotor blades 124, 126 rotate, lift 402 may be generated. A rotating wheel 508 (e.g., rubber, nylon rotating wheel) may be positioned between stator 110 and rotor 120 to allow rotor 120 to be supported and continue to rotate relative to stator 110 when rotor 120 is rotating below a threshold speed at which rotor 120 generates sufficient lift that, when combined with the functionality of the magnetic bearing system 360, overcomes gravity to support rotor 120. Rotating wheel 508 may extend between stator 110 and rotor 120 to separate stator 110 and rotor 120.

[0065] As lâminas de rotor 124, 126 podem ser feitas de uma construção composta. A pele de fibra composta das lâminas 124, 126 pode transferir as cargas centrífugas e de flexão das lâminas 124, 126 para um eixo 418 (por exemplo, um eixo de punho de embandeiramento). Em algumas modalidades, o eixo 418 é resistido contra as cargas centrífugas e aerodinâmicas por um par de mancais de encosto 420, que podem incluir buchas de latão para compensar os momentos de flexão e cisalhamento primários das lâminas de rotor 124, 126. O rotor 120 pode incluir um anel de suporte 422, que pode ser um conjunto modular de um aro de caixa montando os conjuntos de lâmina (por exemplo, cada lâmina 124, 126 e o eixocorrespondente 418 e rolamentos 420) e magnetos de acionamento 380. O anel de suporte 422 pode incluir placas de extremidade de discos ocos 424 para conter os magnetos 372, 374.[0065] The rotor blades 124, 126 may be made of a composite construction. The composite fiber skin of the blades 124, 126 may transfer the centrifugal and bending loads of the blades 124, 126 to a shaft 418 (e.g., a feathering handle shaft). In some embodiments, shaft 418 is resisted against centrifugal and aerodynamic loads by a pair of thrust bearings 420, which may include brass bushings to compensate for the primary bending and shear moments of rotor blades 124, 126. Rotor 120 may include a support ring 422, which may be a modular assembly of a box rim mounting the blade assemblies (e.g., each blade 124, 126 and the corresponding shaft 418 and bearings 420) and drive magnets 380. Support ring 422 may include hollow disc end plates 424 to contain magnets 372, 374.

B. Sistemas e métodos de funcionalidade de mancal magnético e orientação de uma plataforma de VTOLB. Systems and methods of magnetic bearing functionality and orientation of a VTOL platform

[0066] Com referência agora às FIGS. 3-5 e agora à FIG. 6, o sistema de VTOL 300 inclui um funcionalidade de sistema de mancal magnético e orientação (LGS) 360, que mantém uma posição (e orientação) do rotor 120 em relação ao estator 110, incluindo para permitir que o estator 110 receba elevação do rotor 120 através de um espaço de ar entre o rotor 120 e o estator 110 a fim de mover a plataforma de VTOL 100.[0066] Referring now to FIGS. 3-5 and now to FIG. 6, the VTOL system 300 includes a magnetic bearing and orientation system (LGS) functionality 360 that maintains a position (and orientation) of the rotor 120 relative to the stator 110, including to allow the stator 110 to receive lift from the rotor 120 through an air gap between the rotor 120 and the stator 110 in order to move the VTOL platform 100.

Sistemas e métodos para manter a funcionalidade de mancal magnético de um rotor em relação a um estatorSystems and methods for maintaining the magnetic bearing functionality of a rotor relative to a stator

[0067] A presente solução pode manter a funcionalidade de mancal magnético de um rotor (por exemplo, rotor 120) em relação a um estator (por exemplo, estator 110). Em implementações em que o estator aciona um rotor, pode ser necessário que o rotor seja espaçado do estator (por exemplo, para limitar o atrito, por exemplo). As implementações e modalidades descritas neste documento espaçam o rotor do estator, mesmo onde o estator e o rotor estão decolados do solo.[0067] The present solution may maintain magnetic bearing functionality of a rotor (e.g., rotor 120) relative to a stator (e.g., stator 110). In implementations where the stator drives a rotor, it may be necessary for the rotor to be spaced from the stator (e.g., to limit friction, for example). The implementations and embodiments described herein space the rotor from the stator even where the stator and rotor are lifted off the ground.

[0068] Em algumas modalidades, um sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral e duas paredes do rotor que se estendem das duas extremidades da parede lateral, de modo que as duas paredes do rotor estão espaçadas uma da outra. O rotor inclui um primeiro e um segundo magneto de rotor acoplado às respectivas paredes do rotor. O estator inclui uma estrutura de suporte que se estende entre as paredes do rotor. O estator inclui um magneto do estator (por exemplo, um primeiro magneto do estator) acoplado a uma primeira superfície da estrutura de suporte adjacente a um dos magnetos do rotor (por exemplo, o primeiro magneto do rotor). O primeiro magneto do rotor induz uma corrente no primeiro magneto do estator correspondente a uma distância entre o primeiro magneto do estator e o primeiro magneto do rotor. O estator inclui outro magneto de estator (por exemplo, um segundo magneto de estator) acoplado a uma segunda superfície da estrutura de suporte adjacente ao segundo magneto de rotor. Os magnetos do estator são eletricamente acoplados um ao outro, de modo que o segundo magneto do estator receba corrente do primeiro magneto do estator. O segundo magneto de estator emite um campo magnético tendo uma força de campo magnético com base na corrente do primeiro magneto de estator. O campo magnético do segundo magneto do estator interage com o segundo magneto do rotor para controlar uma distância entre o pelo menos um segundo magneto do estator e o pelo menos um segundo magneto do rotor.[0068] In some embodiments, a system includes a rotor and a stator. The rotor includes a sidewall and two rotor walls extending from the two ends of the sidewall such that the two rotor walls are spaced apart from each other. The rotor includes a first and a second rotor magnet coupled to respective rotor walls. The stator includes a support structure extending between the rotor walls. The stator includes a stator magnet (e.g., a first stator magnet) coupled to a first surface of the support structure adjacent to one of the rotor magnets (e.g., the first rotor magnet). The first rotor magnet induces a current in the first stator magnet corresponding to a distance between the first stator magnet and the first rotor magnet. The stator includes another stator magnet (e.g., a second stator magnet) coupled to a second surface of the support structure adjacent to the second rotor magnet. The stator magnets are electrically coupled to each other, such that the second stator magnet receives current from the first stator magnet. The second stator magnet emits a magnetic field with a magnetic field strength based on the current in the first stator magnet. The magnetic field of the second stator magnet interacts with the second rotor magnet to control a distance between the at least one second stator magnet and the at least one second rotor magnet.

[0069] Por exemplo, com referência ainda às FIGS. 3-5 e 6, o LGS 360 pode manter uma posição do rotor 120 ao longo do eixo de rotação 122 (por exemplo, verticalmente) em relação ao estator 110. Por exemplo, o LGS 360 pode incluir uma pluralidade de primeiros magnetos 362 e uma pluralidade de segundos magnetos 364 (também referidos neste documento como magnetos de estator) que são bobinas eletromagnéticas passivas e eletricamente acopladas, de modo que um fluxo magnético total através dos primeiros magnetos 362 e os segundos magnetos correspondentes 364 são zero (por exemplo, o LGS 360 estabelece uma condição de fluxo nulo). Os magnetos 362, 364 podem ser acoplados às respectivas superfícies de uma estrutura de suporte 510 do estator 110 que se estende entre as paredes do rotor 512, 514 e adjacente a uma parede lateral 516 do rotor 120. Os magnetos 362, 364 podem ser dispostos ao longo de um eixo do estator.[0069] For example, with further reference to FIGS. 3-5 and 6, the LGS 360 may maintain a position of the rotor 120 along the axis of rotation 122 (e.g., vertically) relative to the stator 110. For example, the LGS 360 may include a plurality of first magnets 362 and a plurality of second magnets 364 (also referred to herein as stator magnets) that are electrically coupled, passive electromagnetic coils such that a total magnetic flux through the first magnets 362 and the corresponding second magnets 364 is zero (e.g., the LGS 360 establishes a zero flux condition). Magnets 362, 364 may be coupled to respective surfaces of a support structure 510 of stator 110 extending between rotor walls 512, 514 and adjacent to a side wall 516 of rotor 120. Magnets 362, 364 may be disposed along an axis of the stator.

[0070] Conforme o rotor 120 rotaciona (por exemplo, devido ao magneto 352 acoplado à estrutura de suporte do estator 110 acionando o magneto 380 acoplado à parede lateral 516 do rotor 120), as lâminas 124, 126 geram elevação 402. O LGS 360 recebe a elevação por meio dos primeiros magnetos 362 conforme o rotor 120 se move verticalmente ao longo do eixo do rotor 122 e transfere a elevação para o compartimento do estator 350, fazendo com que a plataforma de VTOL 100 seja elevada. O LGS 360 estabiliza a posição do rotor 120 em uma direção perpendicular ao eixo do rotor 122. Por exemplo, conforme uma porção do rotor 120 se move para mais perto ou mais longe do estator 110, o LGS 360 puxará ou empurrará o rotor 120 de volta para uma posição de equilíbrio.[0070] As the rotor 120 rotates (e.g., due to the magnet 352 coupled to the stator support structure 110 driving the magnet 380 coupled to the sidewall 516 of the rotor 120), the blades 124, 126 generate lift 402. The LGS 360 receives the lift via the first magnets 362 as the rotor 120 moves vertically along the rotor axis 122 and transfers the lift to the stator housing 350, causing the VTOL platform 100 to be raised. The LGS 360 stabilizes the position of the rotor 120 in a direction perpendicular to the rotor axis 122. For example, as a portion of the rotor 120 moves closer to or further away from the stator 110, the LGS 360 will pull or push the rotor 120 back to an equilibrium position.

[0071] Conforme o rotor 120 rotaciona e é levantado devido à elevação 402 gerada pelas lâminas de rotor 124, 126, magnetos 372, 374 (também referidos neste documento como magnetos do rotor) que estão acoplados às respectivas paredes do rotor 512, 514 do rotor 120 campos magnéticos 410, 412 que aplicam as respectivas forças nos magnetos 362, 364. Os magnetos 372, 374 podem ser magnetos permanentes. Os magnetos 372, 374 podem ser dispostos ao longo de um eixo de rotor que se estende paralelo ao eixo de rotação do rotor 120. Em algumas modalidades, magneto (s) 372 e magneto (s) 362 podem ser alinhados, e magneto (s) 374 e magneto (s) 364 podem ser alinhados. Em algumas implementações, o eixo do rotor pode ser alinhado com o eixo do estator de modo que cada um dos magnetos 362, 364, 372, 374 esteja alinhado.[0071] As rotor 120 rotates and is lifted due to lift 402 generated by rotor blades 124, 126, magnets 372, 374 (also referred to herein as rotor magnets) that are coupled to respective rotor walls 512, 514 of rotor 120 form magnetic fields 410, 412 that apply respective forces to magnets 362, 364. Magnets 372, 374 may be permanent magnets. Magnets 372, 374 may be disposed along a rotor axis that extends parallel to the axis of rotation of rotor 120. In some embodiments, magnet(s) 372 and magnet(s) 362 may be aligned, and magnet(s) 374 and magnet(s) 364 may be aligned. In some implementations, the rotor axis may be aligned with the stator axis so that each of the magnets 362, 364, 372, 374 are aligned.

[0072] A magnitude da força associada ao campo magnético 410 aumentará conforme os terceiros magnetos 372 se movem mais perto da pluralidade de primeiros magnetos 362, enquanto a magnitude do campo magnético 412 diminuirá conforme os quartos magnetos 374 se movem mais longe dos segundos magnetos 364 (ou vice versa). O movimento do rotor 120 ao longo do eixo do rotor 122 pode ocorrer devido a vários fenômenos durante a operação do sistema de VTOL 300, incluindo, mas não se limitando a quando a rotação do rotor 120 resulta na elevação 402. Em particular, como a rotação do rotor 120 resulta na elevação 402, o rotor 120 será conduzido verticalmente, aplicando uma força vertical líquida no estator 110. Em algumas modalidades, porque os primeiros magnetos 362 são eletricamente acoplados aos segundos magnetos 364, a corrente induzida nos primeiros magnetos 362 devido ao campo magnético 410 aumentar em magnitude será conduzida para os segundos magnetos 364 (por exemplo, devido ao fluxo nulo condição), fazendo com que a magnitude do campo magnético 412 aumente, por sua vez puxando os quartos magnetos 374 para mais perto dos segundos magnetos 364 e, assim, mantendo uma posição do rotor 120 em relação ao estator 110 ao longo do eixo do rotor 122. A força repulsiva associada à estabilização implementada pelo LGS 360 pode ser linear, o que pode facilitar o efeito de estabilização.[0072] The magnitude of the force associated with the magnetic field 410 will increase as the third magnets 372 move closer to the plurality of first magnets 362, while the magnitude of the magnetic field 412 will decrease as the fourth magnets 374 move further away from the second magnets 364 (or vice versa). Movement of rotor 120 along rotor axis 122 may occur due to various phenomena during operation of VTOL system 300, including, but not limited to, when rotation of rotor 120 results in lift 402. In particular, as rotation of rotor 120 results in lift 402, rotor 120 will be driven vertically, applying a net vertical force to stator 110. In some embodiments, because first magnets 362 are electrically coupled to second magnets 364, current induced in first magnets 362 due to magnetic field 410 increasing in magnitude will be conducted to second magnets 364 (e.g., due to the zero flux condition), causing the magnitude of magnetic field 412 to increase, in turn pulling fourth magnets 374 closer to second magnets 364 and thereby maintaining a position of rotor 120 relative to stator 110 along the rotor shaft 122. The repulsive force associated with the stabilization implemented by the LGS 360 may be linear, which may facilitate the stabilization effect.

Sistemas e métodos para orientação aprimorada de um rotor em relação a um estatorSystems and methods for improved orientation of a rotor relative to a stator

[0073] A presente solução pode permitir uma melhor orientação de um rotor em relação a um estator (por exemplo, rotor 120, estator 110), de modo a manter o rotor em uma posição apropriada ao longo de um eixo perpendicular ao eixo de rotação 122 em resposta ao rotor se movendo mais perto para ou mais longe do estator. Em implementações em que o estator aciona um rotor, o rotor pode ter uma tendência a se deslocar lateralmente durante a rotação (por exemplo, devido a forças centrífugas e centrípetas). Como resultado de tais deslocamentos laterais, o rotor e o estator podem ficar desalinhados, o que pode fazer com que o sistema funcione incorretamente ou mesmo se torne inoperante. As implementações e modalidades descritas neste documento mantêm a posição do rotor em relação ao estator para evitar o desalinhamento.[0073] The present solution may allow for better orientation of a rotor relative to a stator (e.g., rotor 120, stator 110), so as to maintain the rotor in an appropriate position along an axis perpendicular to the rotation axis 122 in response to the rotor moving closer to or further from the stator. In implementations where the stator drives a rotor, the rotor may have a tendency to shift laterally during rotation (e.g., due to centrifugal and centripetal forces). As a result of such lateral shifts, the rotor and stator may become misaligned, which may cause the system to malfunction or even become inoperative. The implementations and embodiments described herein maintain the position of the rotor relative to the stator to prevent misalignment.

[0074] Em algumas modalidades, um sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui uma parede lateral e uma parede do rotor que se estende de uma extremidade da parede lateral. O rotor inclui um magneto de rotor acoplado à parede do rotor. O estator inclui uma estrutura de suporte adjacente à parede do rotor. O estator inclui um primeiro magneto de estator e um segundo magneto de estator. Os magnetos do estator são acoplados a uma superfície da estrutura de suporte próxima ao magneto do rotor. Os magnetos do estator podem ser eletricamente acoplados um ao outro. O magneto do rotor pode induzir uma corrente no primeiro magneto do estator correspondente a uma força magnética entre o primeiro magneto do estator e o magneto do rotor. O segundo magneto do estator pode receber a corrente do primeiro magneto do estator para controlar uma força magnética entre o segundo magneto do estator e o magneto do rotor.[0074] In some embodiments, a system includes a rotor and a stator. The rotor includes a sidewall and a rotor wall extending from an end of the sidewall. The rotor includes a rotor magnet coupled to the rotor wall. The stator includes a support structure adjacent to the rotor wall. The stator includes a first stator magnet and a second stator magnet. The stator magnets are coupled to a surface of the support structure proximate to the rotor magnet. The stator magnets may be electrically coupled to each other. The rotor magnet may induce a current in the first stator magnet corresponding to a magnetic force between the first stator magnet and the rotor magnet. The second stator magnet may receive current from the first stator magnet to control a magnetic force between the second stator magnet and the rotor magnet.

[0075] Como mostrado nas FIGS. 4 e 6, os primeiros magnetos 362 (por exemplo, magnetos de estator) incluem pares de primeiros magnetos 362, um primeiro magneto 362a radialmente para dentro e um primeiro magneto 362b radialmente para fora. Os segundos magnetos 364 (por exemplo, magnetos de estator) incluem de forma similar um segundo magneto interno 364a e um segundo magneto externo 364b. Em algumas modalidades, o primeiro magneto 362a é eletricamente acoplado ao primeiro magneto 362b e o segundo magneto 364a é eletricamente acoplado ao segundo magneto 364b, permitindo uma condição de fluxo nulo similar entre os magnetos correspondentes 362, 364. Em uma posição de equilíbrio, os magnetos 362a, 364a estão para dentro dos magnetos correspondentes 372, 374 (por exemplo, magnetos de rotor) e os magnetos 362b, 364b estão para fora dos magnetos correspondentes 372, 374. Se o rotor 120 se deslocar em direção ao estator 110, a magnitude dos campos magnéticos 376 mudará para neutralizar o deslocamento. Por exemplo, conforme o rotor 120 e, assim, os magnetos 372, 374 se deslocam para mais perto do eixo do rotor 122, os magnetos 372, 374 se deslocarão em direção aos magnetos 362a, 364a e, ainda, dos magnetos 362b, 364b. Como tal, a distância entre os magnetos 372, 374 e os magnetos 362a, 364a aumenta. Por sua vez, a magnitude de um primeiro campo 604a (por exemplo, uma força magnética do primeiro campo magnético 604a) entre o magneto 372 e o magneto 362a aumentará, enquanto a magnitude de um segundo campo 604b (por exemplo, uma força magnética do segundo campo magnético 604b) entre o magneto 372 e o magneto 362b diminuirá (da mesma forma para o magneto 374 e os magnetos 364a, 364b). À medida que a magnitude do campo 604a aumenta, a corrente é induzida no magneto 362a. Como os magnetos 362a, 362b estão eletricamente acoplados, as mudanças nas correntes induzidas entre os magnetos 362a, 362b irão neutralizar o movimento do magneto 372 e, assim, mover o rotor 120 de volta para a posição de equilíbrio. A corrente induzida entre os magnetos 362a, 362b, 364a, 364b pode controlar a força magnética entre os magnetos 372, 374 e os magnetos 362a, 362b, 364a, 364b para mover o rotor 120 de volta para a posição de equilíbrio.[0075] As shown in FIGS. 4 and 6, the first magnets 362 (e.g., stator magnets) include pairs of first magnets 362, a radially inward first magnet 362a and a radially outward first magnet 362b. The second magnets 364 (e.g., stator magnets) similarly include a second inner magnet 364a and a second outer magnet 364b. In some embodiments, first magnet 362a is electrically coupled to first magnet 362b and second magnet 364a is electrically coupled to second magnet 364b, allowing a similar zero-flux condition between corresponding magnets 362, 364. In a balanced position, magnets 362a, 364a are inside of corresponding magnets 372, 374 (e.g., rotor magnets) and magnets 362b, 364b are outside of corresponding magnets 372, 374. If rotor 120 moves toward stator 110, the magnitude of magnetic fields 376 will change to counteract the displacement. For example, as rotor 120 and thus magnets 372, 374 move closer to the axis of rotor 122, magnets 372, 374 will move toward magnets 362a, 364a and further toward magnets 362b, 364b. As such, the distance between magnets 372, 374 and magnets 362a, 364a increases. In turn, the magnitude of a first field 604a (e.g., a magnetic force of the first magnetic field 604a) between magnet 372 and magnet 362a will increase, while the magnitude of a second field 604b (e.g., a magnetic force of the second magnetic field 604b) between magnet 372 and magnet 362b will decrease (likewise for magnet 374 and magnets 364a, 364b). As the magnitude of field 604a increases, current is induced in magnet 362a. Because magnets 362a, 362b are electrically coupled, changes in the induced currents between magnets 362a, 362b will counteract the motion of magnet 372 and thus move rotor 120 back to the equilibrium position. The induced current between magnets 362a, 362b, 364a, 364b can control the magnetic force between magnets 372, 374 and magnets 362a, 362b, 364a, 364b to move rotor 120 back to the equilibrium position.

C. Sistemas e métodos de controle de uma plataforma de VTOLC. Systems and control methods of a VTOL platform

[0076] Com referência agora às FIGS. 7-9, um controlador de voo 700 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O controlador de voo 700 pode incorporar recursos do controlador de voo 316 descrito com referência à FIG. 3, incluindo para gerar instruções para controlar o movimento de uma plataforma de VTOL (por exemplo, plataforma de VTOL 100 descrita com referência às FIGS. 1-3). Por exemplo, o controlador de voo 700 pode gerar comandos para causar empuxo, guinada, inclinação e movimento de rotação da plataforma de VTOL (por exemplo, empuxo, momento de força sobre o eixo de guinada, momento de força sobre o eixo de inclinação da plataforma, momento de força sobre a plataforma eixo do rolo).[0076] Referring now to FIGS. 7-9, a flight controller 700 is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. The flight controller 700 may incorporate features of the flight controller 316 described with reference to FIG. 3, including for generating instructions to control the movement of a VTOL platform (e.g., VTOL platform 100 described with reference to FIGS. 1-3). For example, the flight controller 700 may generate commands to cause thrust, yaw, pitch, and roll motion of the VTOL platform (e.g., thrust, moment of force about the yaw axis, moment of force about the platform pitch axis, moment of force about the platform roll axis).

Sistemas e métodos para controle de acionamento de um rotor de funcionalidade de mancal magnéticoSystems and methods for controlling the drive of a rotor with magnetic bearing functionality

[0077] A presente solução pode ser usada para controlar a operação do rotor 120 para controlar o movimento da plataforma de VTOL 100, de modo a fazer com que o rotor 120 gere elevação. Em algumas modalidades, o controlador de voo 700 inclui um modelo de dinâmica de voo 702. O modelo de dinâmica de voo 702 pode calcular variáveis associadas ao movimento da plataforma de VTOL 100. Por exemplo, o modelo de dinâmica de voo 702 pode modelar relações entre empuxo, arrasto e gravidade agindo na plataforma de VTOL 100. O modelo de dinâmica de voo 702 pode calcular a elevação correspondente às forças que atuam na plataforma de VTOL 100. O modelo de dinâmica de voo 702 pode incluir uma função que calcula um empuxo gerado por cada lâmina de rotor (por exemplo, lâminas de rotor 124, 126) com base em um ângulo de inclinação de cada lâmina de rotor; da mesma forma, o modelo de dinâmica de voo 702 pode calcular um empuxo total gerado por todas as lâminas de rotor (por exemplo, uma magnitude e direção do empuxo total) com base no ângulo de inclinação de todas as lâminas de rotor.[0077] The present solution may be used to control the operation of the rotor 120 to control the movement of the VTOL platform 100 so as to cause the rotor 120 to generate lift. In some embodiments, the flight controller 700 includes a flight dynamics model 702. The flight dynamics model 702 may calculate variables associated with the movement of the VTOL platform 100. For example, the flight dynamics model 702 may model relationships between thrust, drag, and gravity acting on the VTOL platform 100. The flight dynamics model 702 may calculate lift corresponding to forces acting on the VTOL platform 100. The flight dynamics model 702 may include a function that calculates a thrust generated by each rotor blade (e.g., rotor blades 124, 126) based on a pitch angle of each rotor blade; Similarly, the flight dynamics model 702 may calculate a total thrust generated by all rotor blades (e.g., a magnitude and direction of the total thrust) based on the pitch angle of all rotor blades.

[0078] O controlador de voo 700 inclui um controlador de dinâmica de voo 704. O controlador de dinâmica de voo 704 pode incluir leis de controle de dinâmica de voo usadas para gerar comandos de controle 708 para fazer com que a plataforma de VTOL 100 execute o movimento desejado, como controlar seletivamente (por exemplo, via controlador de motor 1000 e sistema de estator 1100, conforme descrito abaixo) o estator magnetos 352 para produzir os respectivos campos magnéticos que interagem com os magnetos do rotor 380 para rotacionar o rotor 120 em torno do eixo de rotação 122 para gerar elevação e para controlar a operação das lâminas de rotor 124, 126 para controlar um ângulo das lâminas de rotor 124, 126 sobre respectivos eixos de lâmina 440. Em particular, o controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar um comando vertical 708a, um comando de inclinação 708b, um comando de guinada 708c e um comando de rotação 708d. O controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar os comandos 708a, 708b, 708c, 708d mapeando os ângulos de inclinação de cada lâmina de rotor ao empuxo correspondente gerado por cada lâmina de rotor e mapeando o empuxo de cada lâmina de rotor para o empuxo resultante (por exemplo, empuxo total), guinar, lançar e rotacionar. O controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar o comando 708b para um momento de força sobre o eixo de guinada, o comando 708c para um momento de força sobre o eixo de inclinação e o comando 708d para um momento de força sobre o eixo de rotação.[0078] The flight controller 700 includes a flight dynamics controller 704. The flight dynamics controller 704 may include flight dynamics control laws used to generate control commands 708 to cause the VTOL platform 100 to perform desired motion, such as selectively controlling (e.g., via motor controller 1000 and stator system 1100, as described below) the stator magnets 352 to produce respective magnetic fields that interact with the rotor magnets 380 to rotate the rotor 120 about the rotation axis 122 to generate lift, and to control the operation of the rotor blades 124, 126 to control an angle of the rotor blades 124, 126 about respective blade axes 440. In particular, the flight dynamics controller 704 may generate a vertical command 708a, a pitch command 708b, a vertical command 708c, a vertical command 708d, a vertical command 708e, a vertical command 708f, a vertical command 708f, a vertical command 708f, and a vertical command 708f. yaw command 708c and a roll command 708d. Flight dynamics controller 704 may generate commands 708a, 708b, 708c, 708d by mapping the pitch angles of each rotor blade to the corresponding thrust generated by each rotor blade and mapping the thrust of each rotor blade to the resulting thrust (e.g., total thrust), yaw, pitch, and roll. Flight dynamics controller 704 may generate command 708b for a moment force about the yaw axis, command 708c for a moment force about the pitch axis, and command 708d for a moment force about the roll axis.

[0079] O controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar o comando vertical 708a para indicar um movimento vertical desejado da plataforma de VTOL 100. Por exemplo, o controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar o comando vertical 708a para indicar uma elevação desejada a ser alcançada pela plataforma de VTOL 100.[0079] Flight dynamics controller 704 may generate vertical command 708a to indicate a desired vertical movement of VTOL platform 100. For example, flight dynamics controller 704 may generate vertical command 708a to indicate a desired elevation to be achieved by VTOL platform 100.

[0080] O controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar o comando vertical 708a para executar o controle coletivo de inclinação do rotor para gerar aceleração vertical, de modo que os discos superior e inferior do rotor (por exemplo, disco superior correspondendo às lâminas de rotor 124, disco inferior correspondendo às lâminas de rotor 126, como mostrado nas FIGS. 1-5) pode aumentar ou diminuir o empuxo igualmente para negar o torque de guinada em um centro da plataforma de VTOL 100. O controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar o comando vertical 708a para controlar o empuxo mudando coletivamente um ângulo de inclinação de cada uma das lâminas de rotor 124, 126, independente de uma posição angular de cada lâmina de rotor 124, 126 em relação ao eixo de rotação 122.[0080] Flight dynamics controller 704 may generate vertical command 708a to perform collective rotor pitch control to generate vertical acceleration, such that the upper and lower rotor disks (e.g., upper disk corresponding to rotor blades 124, lower disk corresponding to rotor blades 126, as shown in FIGS. 1-5) may increase or decrease thrust equally to negate yaw torque at a center of VTOL platform 100. Flight dynamics controller 704 may generate vertical command 708a to control thrust by collectively changing a pitch angle of each of rotor blades 124, 126, independent of an angular position of each rotor blade 124, 126 relative to rotation axis 122.

[0081] Por exemplo, como mostrado na FIG. 8, o controlador de dinâmica de voo 704 pode fazer com que as lâminas de rotor 800 (por exemplo, ilustrando uma implementação das lâminas de rotor 124 ou lâminas de rotor 126) tenham um ângulo de inclinação resultando em impulsos individuais 802 paralelos a um eixo do rotor 806, resultando em impulso total 804 paralelo ao eixo do rotor 806. A FIG. 8 ilustra cada lâmina de rotor 800 tendo um mesmo ângulo de inclinação em torno dos respectivos eixos de inclinação, tal como eixo de inclinação 808 ilustrado para uma das lâminas de rotor 800.[0081] For example, as shown in FIG. 8, flight dynamics controller 704 may cause rotor blades 800 (e.g., illustrating an implementation of rotor blades 124 or rotor blades 126) to have a pitch angle resulting in individual thrusts 802 parallel to a rotor axis 806, resulting in total thrust 804 parallel to the rotor axis 806. FIG. 8 illustrates each rotor blade 800 having the same pitch angle about their respective pitch axes, such as pitch axis 808 illustrated for one of rotor blades 800.

Sistemas e métodos para controle de inclinação independente das lâminas de rotor para obter o controle direcionalSystems and methods for independent pitch control of rotor blades to achieve directional control

[0082] A presente solução pode ser usada para controlar de forma independente a inclinação de cada lâmina de rotor 800, permitindo o controle direcional da plataforma de VTOL (por exemplo, controle de empuxo, inclinação, guinada, rotação). Por exemplo, o controlador de dinâmica de voo 704 pode executar o controle de inclinação do rotor cíclico para controlar a inclinação e rotação da plataforma de VTOL 100. Por exemplo, como mostrado na FIG. 9, o controlador de dinâmica de voo 704 pode fazer com que uma primeira lâmina de rotor 900 tenha uma inclinação correspondente a um impulso maior 902a do que as lâminas de rotor restantes 900, particularmente do que um impulso menor 902b da lâmina de rotor 900 oposta à primeira lâmina de rotor 900, resultando em um empuxo total 904 tendo um componente horizontal em relação ao eixo do rotor 906, o componente horizontal correspondendo a uma maior quantidade de empuxo sendo gerado em um primeiro lado do eixo do rotor 906 onde a primeira lâmina do rotor 900 está localizada. Como será descrito com referência às FIGS. 11-12, conforme as lâminas de rotor 900 rotacionam em torno do eixo do rotor 906, o controlador de dinâmica de voo 704 pode fazer com que cada lâmina de rotor 900 atinja um ângulo de inclinação desejado em função da posição da lâmina de rotor 900. Por exemplo, para atingir o empuxo total 904 ilustrado na FIG. 9 por um período de tempo desejado, o controlador de dinâmica de voo 704 pode gerar comandos para fazer com que cada lâmina de rotor 900 mude seu ângulo de inclinação através dos vários ângulos de inclinação mostrados na FIG. 9 conforme as lâminas de rotor 900 rotacionam em torno do eixo do rotor 906. Conforme discutido adicionalmente neste documento, o ângulo de inclinação de cada lâmina de rotor 900 pode ser controlado através de vários mecanismos, como um motor acoplado à lâmina de rotor 900 para rotacionar a lâmina de rotor 900 ou magnetos do rotor acoplados à lâmina de rotor 900 que podem ser acionados por magnetos de estator para rotacionar a lâmina de rotor 900.[0082] The present solution may be used to independently control the pitch of each rotor blade 800, enabling directional control of the VTOL platform (e.g., thrust, pitch, yaw, roll control). For example, the flight dynamics controller 704 may perform cyclic rotor pitch control to control the pitch and roll of the VTOL platform 100. For example, as shown in FIG. 9 , the flight dynamics controller 704 may cause a first rotor blade 900 to have a pitch corresponding to a greater thrust 902a than the remaining rotor blades 900, particularly than a lesser thrust 902b of the rotor blade 900 opposite the first rotor blade 900, resulting in a total thrust 904 having a horizontal component relative to the rotor axis 906, the horizontal component corresponding to a greater amount of thrust being generated on a first side of the rotor axis 906 where the first rotor blade 900 is located. As will be described with reference to FIGS. 11-12, as rotor blades 900 rotate about rotor axis 906, flight dynamics controller 704 may cause each rotor blade 900 to achieve a desired pitch angle as a function of the position of rotor blade 900. For example, to achieve the total thrust 904 illustrated in FIG. 9 for a desired period of time, flight dynamics controller 704 may generate commands to cause each rotor blade 900 to change its pitch angle through the various pitch angles shown in FIG. 9 as rotor blades 900 rotate about rotor axis 906. As discussed further herein, the pitch angle of each rotor blade 900 may be controlled through various mechanisms, such as a motor coupled to rotor blade 900 to rotate rotor blade 900 or rotor magnets coupled to rotor blade 900 that may be driven by stator magnets to rotate rotor blade 900.

[0083] Em algumas modalidades, o controlador de dinâmica de voo 704 usa uma entrada de operador 706 (que pode ser recebida da interface de usuário 340 descrita com referência à FIG. 3) para gerar os comandos de controle 708. Por exemplo, o controlador de dinâmica de voo 704 pode extrair instruções de movimento indicadas pela entrada do operador para gerar os comandos de controle 708. Em algumas modalidades, o controlador de dinâmica de voo 704 usa um piloto automático para gerar os comandos de controle 708. Por exemplo, o piloto automático pode fornecer um destino alvo para o controlador de dinâmica de voo 704, tal como um ponto de referência em um plano de voo. O piloto automático pode fornecer uma pluralidade de destinos alvo ao longo do tempo para definir um caminho para a plataforma de VTOL 100 seguir (por exemplo, um caminho através de uma pluralidade de pontos de referência).[0083] In some embodiments, the flight dynamics controller 704 uses an operator input 706 (which may be received from the user interface 340 described with reference to FIG. 3) to generate the control commands 708. For example, the flight dynamics controller 704 may extract movement instructions indicated by the operator input to generate the control commands 708. In some embodiments, the flight dynamics controller 704 uses an autopilot to generate the control commands 708. For example, the autopilot may provide a target destination to the flight dynamics controller 704, such as a waypoint in a flight plan. The autopilot may provide a plurality of target destinations over time to define a path for the VTOL platform 100 to follow (e.g., a path through a plurality of waypoints).

[0084] O controlador de dinâmica de voo 704 pode usar o modelo de dinâmica de voo 702 para gerar os comandos de controle 708. Por exemplo, o controlador de dinâmica de voo 704 pode usar o modelo de dinâmica de voo 702 para calcular uma elevação que se espera ser gerada pelo rotor 120 dados ângulos de inclinação das lâminas de rotor. O controlador de dinâmica de voo 704 pode executar as leis de controle de dinâmica de voo para converter instruções indicativas do movimento desejado (por exemplo, instruções extraídas via entrada do operador indicando movimento desejado para uma altitude mais elevada a uma determinada velocidade vertical e velocidade do ar) e usar o modelo de dinâmica de voo 702 para determinar como controlar a operação das lâminas de rotor 900 para gerar a elevação, guinada, inclinação e/ou rotação esperada para atingir o movimento desejado.[0084] Flight dynamics controller 704 may use flight dynamics model 702 to generate control commands 708. For example, flight dynamics controller 704 may use flight dynamics model 702 to calculate a lift expected to be generated by rotor 120 given pitch angles of the rotor blades. Flight dynamics controller 704 may execute flight dynamics control laws to convert instructions indicative of desired motion (e.g., instructions elicited via operator input indicating desired motion to a higher altitude at a given vertical speed and airspeed) and use flight dynamics model 702 to determine how to control the operation of rotor blades 900 to generate the expected lift, yaw, pitch, and/or roll to achieve the desired motion.

[0085] O controlador de dinâmica de voo 704 emite os comandos de controle 708 para uma primeira rede 710. A primeira rede 710 pode ser um barramento de comunicação, como um barramento de rede de área de controlador (CAN), um barramento de rede de interconexão local (LIN) ou uma rede operativa de jittering preenchida (PJON). A primeira rede 710 pode operar usando um protocolo de pilha de rede de pilha de micro controle.[0085] The flight dynamics controller 704 issues the control commands 708 to a first network 710. The first network 710 may be a communication bus, such as a controller area network (CAN) bus, a local interconnect network (LIN) bus, or a filled jittering operating network (PJON). The first network 710 may operate using a microcontroller stack network stack protocol.

[0086] Com referência agora à FIG. 10, um controlador de motor 1000 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O controlador de motor 1000 pode incorporar recursos do controlador de motor 318 descrito com referência à FIG. 3, incluindo a geração de instruções eletrônicas para controlar a operação de um estator de uma plataforma de VTOL (por exemplo, estator 110 e plataforma de VTOL 100 descrita com referência às FIGS. 1-3).[0086] Referring now to FIG. 10, a motor controller 1000 is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. The motor controller 1000 may incorporate features of the motor controller 318 described with reference to FIG. 3, including generating electronic instructions for controlling the operation of a stator of a VTOL platform (e.g., stator 110 and VTOL platform 100 described with reference to FIGS. 1-3).

[0087] O controlador de motor 1000 inclui pelo menos um circuito de controle de motor 1002. Por exemplo, como mostrado na FIG. 10, o controlador de motor 1000 inclui um primeiro circuito de controle de motor 1002a, um segundo circuito de controle de motor 1002b e um terceiro circuito de controle de motor 1002c. O pelo menos um circuito de controle de motor 1002 pode receber comandos de controle da primeira rede 710 (por exemplo, comandos de controle 708 como descrito com referência à FIG. 7) e gerar sinais de controle de motor 1004 para serem enviados para o estator 110 através da segunda rede 1006. A segunda rede 1006 pode ser similar à primeira rede 710.[0087] The motor controller 1000 includes at least one motor control circuit 1002. For example, as shown in FIG. 10, the motor controller 1000 includes a first motor control circuit 1002a, a second motor control circuit 1002b, and a third motor control circuit 1002c. The at least one motor control circuit 1002 may receive control commands from the first network 710 (e.g., control commands 708 as described with reference to FIG. 7) and generate motor control signals 1004 to be sent to the stator 110 via the second network 1006. The second network 1006 may be similar to the first network 710.

[0088] Por exemplo, como mostrado na FIG. 10, o primeiro circuito de controle do motor 1002a pode enviar o primeiro sinal de controle do motor 1004a, o segundo circuito de controle do motor 1002b pode enviar o segundo sinal de controle do motor 1004b e o terceiro circuito de controle do motor 1002c pode enviar o terceiro sinal de controle do motor 1004c. Em algumas modalidades, o número de circuitos de controle de motor 1002 corresponde ao número de fases de operação de magnetos do estator 110; por exemplo, o controlador de motor 1000 mostrado na FIG. 10 pode ser configurado para operação trifásica. O controlador de motor 1000 pode executar controle síncrono do estator 110 e pode manter uma velocidade constante de rotação do rotor 120 mantendo uma frequência de fonte dos sinais de controle do motor 1004, incluindo para qualquer condição de carga que seja menor do que uma carga máxima nominal .[0088] For example, as shown in FIG. 10, the first motor control circuit 1002a may output the first motor control signal 1004a, the second motor control circuit 1002b may output the second motor control signal 1004b, and the third motor control circuit 1002c may output the third motor control signal 1004c. In some embodiments, the number of motor control circuits 1002 corresponds to the number of operating phases of stator magnets 110; for example, the motor controller 1000 shown in FIG. 10 may be configured for three-phase operation. The motor controller 1000 may perform synchronous control of the stator 110 and may maintain a constant rotational speed of the rotor 120 by maintaining a source frequency of the control signals of the motor 1004, including for any load condition that is less than a maximum rated load.

[0089] Como será descrito com referência adicional à FIG. 11, o pelo menos um circuito de controle de motor 1002 pode gerar os sinais de controle de motor 1004 para fazer com que formas de onda específicas sejam aplicadas a eletromagnetos do estator 110 a fim de causar movimento resultante de magnetos do rotor 120. O controlador de motor 1000 inclui um codificador de posição 1004 que recebe um sinal de posição 1010 de uma terceira rede 1008. A terceira rede 1008 pode ser similar à primeira rede 710 e à segunda rede 1006.[0089] As will be described with further reference to FIG. 11, the at least one motor control circuit 1002 may generate motor control signals 1004 to cause specific waveforms to be applied to stator electromagnets 110 to cause resultant motion of rotor magnets 120. The motor controller 1000 includes a position encoder 1004 that receives a position signal 1010 from a third network 1008. The third network 1008 may be similar to the first network 710 and the second network 1006.

[0090] O sinal de posição 1010 indica posições de magnetos do rotor 120, que o codificador de posição 1004 pode converter em dados de posição que o pelo menos um circuito de controle de motor 1002 pode usar para determinar quais eletromagnetos do estator 110 controlar (e, assim, como gerar as formas de onda a serem aplicadas aos eletromagnetos do estator 110).[0090] Position signal 1010 indicates positions of rotor magnets 120, which position encoder 1004 can convert to position data that the at least one motor control circuit 1002 can use to determine which stator electromagnets 110 to control (and thus how to generate the waveforms to be applied to the stator electromagnets 110).

Sistemas e métodos para disparar dinamicamente bobinas de estator independentes para controlar a velocidade de rotação do rotorSystems and methods for dynamically triggering independent stator coils to control rotor rotational speed

[0091] Com referência agora à FIG. 11, um sistema de estator 1100 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O sistema de estator 1100 pode incorporar recursos do estator 110 descritos com referência às FIGS. 1-5. O sistema de estator 1100 inclui pelo menos um controlador de magneto 1102, como controladores de magneto 1102a, 1102b e 1102c, que podem cada um executar uma fase de um esquema de controle trifásico. O pelo menos um controlador de magneto 1102 recebe sinais de controle de motor 1004 da segunda rede 1006. Por exemplo, conforme representado na FIG. 11, o primeiro controlador de magneto 1102a recebe o primeiro sinal de controle de motor 1004a, o segundo controlador de magneto 1102b recebe o segundo sinal de controle de motor 1004b e o terceiro controlador de magneto recebe o terceiro sinal de controle de motor 1004c. O sistema de estator 1100 pode ser usado para acionar independentemente eletromagnetos do estator 110 (por exemplo, bobinas do estator) ou grupos de eletromagnetos para campos magnéticos de saída que podem ser usados para rotacionar o rotor 110 nas taxas de rotação desejadas em torno do eixo de rotação 122.[0091] Referring now to FIG. 11, a stator system 1100 is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. The stator system 1100 may incorporate features of the stator 110 described with reference to FIGS. 1-5. The stator system 1100 includes at least one magneto controller 1102, such as magneto controllers 1102a, 1102b, and 1102c, which may each execute a phase of a three-phase control scheme. The at least one magneto controller 1102 receives motor control signals 1004 from the second network 1006. For example, as depicted in FIG. 11, the first magneto controller 1102a receives the first motor control signal 1004a, the second magneto controller 1102b receives the second motor control signal 1004b, and the third magneto controller receives the third motor control signal 1004c. The stator system 1100 may be used to independently drive stator electromagnets 110 (e.g., stator coils) or groups of electromagnets to output magnetic fields that may be used to rotate the rotor 110 at desired rotation rates about the rotation axis 122.

[0092] O sistema de estator 1100 inclui uma pluralidade de eletromagnetos (por exemplo, bobinas eletromagnéticas). A FIG. 11 ilustra nove pares de eletromagnetos 1110, 1112; 1114, 1116; 1118, 1120; 1122, 1124; 1126, 1128; 1130, 1132; 1134, 1136; 1138, 1140. Um eletromagneto de cada par pode ser fornecido em um trilho de estator correspondente 404 ou 408, como mostrado na FIG. 4. Por exemplo, os eletromagnetos 1110, 1114, 1118, 1122, 1126, 1130, 1134, 1138 e 1142 podem ser fornecidos no trilho do estator 404 e os eletromagnetos 1112, 1116, 1120, 1124, 1128, 1132, 1136, 1140 e 1144 pode ser fornecido no trilho do estator 408. Embora a FIG. 11 ilustra o sistema de estator 1100 incluindo nove pares de eletromagnetos controlados pelos três controladores de magneto 1102a, 1102b e 1102c, será entendido que o sistema de estator 1100 pode incluir tais módulos adicionais de controladores de magneto e eletromagnetos - por exemplo, o sistema de estator 1100 pode incluir um anel circunferencial de controladores de magneto e eletromagnetos para permitir que o sistema de estator 1100 acione o rotor 120 de todo o eixo de rotação 122.[0092] The stator system 1100 includes a plurality of electromagnets (e.g., electromagnetic coils). FIG. 11 illustrates nine pairs of electromagnets 1110, 1112; 1114, 1116; 1118, 1120; 1122, 1124; 1126, 1128; 1130, 1132; 1134, 1136; 1138, 1140. One electromagnet of each pair may be provided on a corresponding stator rail 404 or 408, as shown in FIG. 4. For example, electromagnets 1110, 1114, 1118, 1122, 1126, 1130, 1134, 1138, and 1142 may be provided on stator rail 404, and electromagnets 1112, 1116, 1120, 1124, 1128, 1132, 1136, 1140, and 1144 may be provided on stator rail 408. Although FIG. 11 illustrates stator system 1100 including nine pairs of electromagnets controlled by three magnet controllers 1102a, 1102b, and 1102c, it will be understood that stator system 1100 may include such additional modules of magnet controllers and electromagnets—for example, stator system 1100 may include a circumferential ring of magnet controllers and electromagnets to enable stator system 1100 to drive rotor 120 around rotational axis 122.

[0093] O primeiro controlador de magneto 1102a pode controlar a operação dos eletromagnetos 1110, 1112; 1122, 1124; e 1134, 1136. Porexemplo, o primeiro controlador de magneto 1102a pode transmitir sinais de controle de magneto individuais para cada um dos eletromagnetos 1110, 1112; 1122, 1124; e 1134, 1136. Em algumas modalidades, o sistema de estator 1100 inclui um primeiro atuador 1142 acoplado ao eletromagneto 1110 e um segundo atuador 1144 acoplado ao eletromagneto 1112. O primeiro atuador 1142 e o segundo atuador 1144 podem ser implementados usando um circuito de comutação, tal como um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico (MOSFET). O sistema de estator 1100 pode incluir um atuador acoplado a cada eletromagneto (como representado na FIG. 11).[0093] The first magnet controller 1102a may control the operation of the electromagnets 1110, 1112; 1122, 1124; and 1134, 1136. For example, the first magnet controller 1102a may transmit individual magnet control signals to each of the electromagnets 1110, 1112; 1122, 1124; and 1134, 1136. In some embodiments, the stator system 1100 includes a first actuator 1142 coupled to the electromagnet 1110 and a second actuator 1144 coupled to the electromagnet 1112. The first actuator 1142 and the second actuator 1144 may be implemented using a switching circuit, such as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). The stator system 1100 may include an actuator coupled to each electromagnet (as depicted in FIG. 11).

[0094] O pelo menos um controlador de magneto 1102 pode transmitir sinais de controle de magneto para controlar a operação dos eletromagnetos, tal como executando modulação de largura de pulso (PWM) com base nos sinais de controle de motor recebidos 1004 para controlar pelo menos um de uma corrente ou uma tensão do sinal de controle de magneto emitido com base nos sinais de controle de motor recebidos 1004. Por exemplo, ao aumentar um ciclo de trabalho dos sinais de controle usando PWM, o pelo menos um controlador de magneto 1102 pode fazer com que os eletromagnetos gerem campos magnéticos com intensidades de campo relativamente maiores. O primeiro controlador de magneto 1102a pode transmitir um primeiro sinal de controle de magneto para fazer com que o primeiro atuador 1142 acione um primeiro sinal elétrico através do eletromagneto 1110, fazendo com que o eletromagneto 1110 emita um primeiro campo magnético correspondente e pode transmitir um segundo sinal de controle de magneto para fazer com que o segundo atuador 1142 acione um segundo sinal elétrico através do eletromagneto 1112 para emitir um segundo campo magnético correspondente. Como os controladores de magneto 1102 controlam os eletromagnetos (por exemplo, com base na saída de força magnética dos eletromagnetos, com base em uma taxa de comutação entre os eletromagnetos que emitem campos magnéticos e assim por diante), o controlador de magneto 1102 pode controlar a velocidade de rotação do rotor 120 em relação ao estator 110. A taxa de comutação pode corresponder a uma taxa de corrente sendo conduzida através dos respectivos eletromagnetos ou uma taxa de saída de pulso pelo pelo menos um controlador de magneto 1102. Os controladores de magneto 1102 podem modificar a taxa de comutação alterando uma taxa pela qual os eletromagnetos são sequencialmente excitados para produzir um respectivo campo magnético. Os controladores de magneto 1102 podem modificar a força magnética (por exemplo, com base na magnitude da intensidade do campo magnético do respectivo campo magnético) aumentando a corrente, aumentando o ciclo de trabalho e assim por diante. Por exemplo, o controlador magnético 1102 pode aumentar a força magnética para aumentar a velocidade de rotação, aumentar a taxa de comutação para aumentar a velocidade de rotação e assim por diante. Ao aumentar a velocidade de rotação, as lâminas de rotor 124, 126 podem produzir mais elevação. Em algumas modalidades, o controlador de magneto 1102a pode controlar os eletromagnetos 1110, 1112; 1122, 1124; e 1134, 1136 a uma primeira taxa de comutação e o segundo controlador de magneto 1102b pode controlar os eletromagnetos 1114, 1116; 1126, 1128; e 1138, 1140 em uma segunda taxa de comutação diferente da primeira taxa de comutação.[0094] The at least one magnet controller 1102 may transmit magnet control signals to control the operation of the electromagnets, such as by performing pulse width modulation (PWM) based on the received motor control signals 1004 to control at least one of a current or a voltage of the magnet control signal output based on the received motor control signals 1004. For example, by increasing a duty cycle of the control signals using PWM, the at least one magnet controller 1102 may cause the electromagnets to generate magnetic fields with relatively greater field strengths. The first magnet controller 1102a may transmit a first magnet control signal to cause the first actuator 1142 to drive a first electrical signal through the electromagnet 1110, causing the electromagnet 1110 to emit a corresponding first magnetic field, and may transmit a second magnet control signal to cause the second actuator 1142 to drive a second electrical signal through the electromagnet 1112 to emit a corresponding second magnetic field. Because magnet controllers 1102 control the electromagnets (e.g., based on the magnetic force output of the electromagnets, based on a switching rate between the electromagnets emitting magnetic fields, and so on), magnet controller 1102 may control the rotational speed of rotor 120 relative to stator 110. The switching rate may correspond to a rate of current being conducted through the respective electromagnets or a rate of pulse output by the at least one magnet controller 1102. Magnet controllers 1102 may modify the switching rate by changing a rate at which the electromagnets are sequentially excited to produce a respective magnetic field. Magnet controllers 1102 may modify the magnetic force (e.g., based on the magnitude of the magnetic field strength of the respective magnetic field) by increasing the current, increasing the duty cycle, and so on. For example, magnet controller 1102 may increase the magnetic force to increase the rotational speed, increase the switching rate to increase the rotational speed, and so on. By increasing the rotational speed, rotor blades 124, 126 may produce more lift. In some embodiments, magnet controller 1102a may control electromagnets 1110, 1112; 1122, 1124; and 1134, 1136 at a first switching rate, and second magnet controller 1102b may control electromagnets 1114, 1116; 1126, 1128; and 1138, 1140 at a second switching rate different from the first switching rate.

[0095] O segundo controlador de magneto 1102b pode controlar a operação dos eletromagnetos 1114, 1116; 1126, 1128; e 1138, 1140. Por exemplo, o segundo controlador de magneto 1102b pode transmitir sinais de controle de magneto individuais para cada um dos eletromagnetos 1114, 1116; 1126, 1128; e 1138, 1140. O terceiro controlador de magneto 1102c pode controlar a operação dos eletromagnetos 1118, 1120; 1130, 1132; e 1142, 1144. Por exemplo, o terceiro controlador de magneto 1102c pode transmitir sinais de controle de magneto individuais para cada um dos eletromagnetos 1118, 1120; 1130, 1132; e 1142, 1144. Como os controladores de magneto 1102 controlam os eletromagnetos (por exemplo, com base na saída de força magnética dos eletromagnetos, com base em uma taxa de comutação entre os eletromagnetos que emitem campos magnéticos e assim por diante), o controlador de magneto 1102 pode controlar a velocidade de rotação do rotor 120 em relação ao estator 110. Os controladores de magneto 1102 podem modificar a taxa de comutação alterando uma taxa pela qual os eletromagnetos são sequencialmente excitados para produzir um respectivo campo magnético. Por exemplo, o controlador magnético 1102 pode aumentar a força magnética para aumentar a velocidade de rotação, aumentar a taxa de comutação para aumentar a velocidade e assim por diante. Ao aumentar a velocidade, as lâminas de rotor 124, 126 podem produzir mais elevação.[0095] The second magnet controller 1102b may control the operation of the electromagnets 1114, 1116; 1126, 1128; and 1138, 1140. For example, the second magnet controller 1102b may transmit individual magnet control signals to each of the electromagnets 1114, 1116; 1126, 1128; and 1138, 1140. The third magnet controller 1102c may control the operation of the electromagnets 1118, 1120; 1130, 1132; and 1142, 1144. For example, the third magnet controller 1102c may transmit individual magnet control signals to each of the electromagnets 1118, 1120; 1130, 1132; and 1142, 1144. Because magnet controllers 1102 control the electromagnets (e.g., based on the magnetic force output of the electromagnets, based on a switching rate between the electromagnets emitting magnetic fields, and so on), magnet controller 1102 can control the rotational speed of rotor 120 relative to stator 110. Magnet controllers 1102 can modify the switching rate by changing the rate at which the electromagnets are sequentially excited to produce a respective magnetic field. For example, magnet controller 1102 can increase the magnetic force to increase the rotational speed, increase the switching rate to increase the speed, and so on. By increasing the speed, rotor blades 124, 126 can produce more lift.

Sistemas e métodos para disparar dinamicamente bobinas de estator independentes para controlar a inclinação da lâmina do rotorSystems and methods for dynamically triggering independent stator coils to control rotor blade pitch

[0096] A presente solução pode ser usada para controlar os ângulos de inclinação das lâminas de rotor 1164, acionando e controlando independentemente a operação de eletromagnetos ou grupos de eletromagnetos do sistema de estator 1100, por sua vez controlando os respectivos campos magnéticos produzidos pelos eletromagnetos que interagem com o rotor 120 e seus magnetos. Por exemplo, os controladores de magneto 1102 podem enviar sinais de controle com ciclos de trabalho, magnitudes, taxas de comutação ou outros parâmetros que controlam seletivamente os eletromagnetos do sistema de estator 1100 para emitir campos magnéticos desejados. Na configuração representada na FIG. 11, o terceiro controlador de magneto 1102c emitiu um sinal de controle de magneto para fazer com que o eletromagneto 1120 gerasse um campo eletromagnético 1152. O terceiro controlador de magneto 1102c configura o campo eletromagnético 1152 para repelir um primeiro magneto de rotor 1160 (por exemplo, um magneto de rotor inferior dos dois magnetos de rotor 380 interagindo com a lâmina de rotor 124, como mostrado nas FIGS. 4-5), tal como cronometrando uma magnitude e polaridade do campo eletromagnético 1152 para repelir um pólo lateral de atraso correspondente do primeiro magneto de rotor 1160. O segundo controlador de magneto 1102b emitiu um sinal de controle de magneto para fazer com que o eletromagneto 1128 gerasse um campo eletromagnético 1154, que está configurado para atrair o primeiro magneto de rotor 1160, tal como cronometrando uma magnitude e polaridade do campo eletromagnético 1154 para atrair um correspondente pólo do lado principal do primeiro magneto de rotor 1160. Como tal, o sistema de estator 1100 pode acionar o primeiro magneto de rotor 1160 a uma velocidade desejada ao longo da direção 1170 controlando o tempo, magnitude e/ou polaridade dos campos magnéticos emitidos. Da mesma maneira, na configuração representada na FIG. 11, o primeiro controlador de magneto 1102a emitiu um sinal de controle de magneto para fazer com que o eletromagneto 1122 emitisse um campo eletromagnético 1156 para repelir um pólo do lado retardado de um segundo magneto de rotor 1162 e o terceiro controlador de magneto 1102c emitiu um sinal de controle de magneto para fazer com que o eletromagneto 1130 produza um campo eletromagnético 1158 para atrair um pólo do lado principal do segundo magneto do rotor 1162, conduzindo assim o segundo magneto do rotor 1162 a uma velocidade desejada (que pode ser diferente da velocidade na qual o primeiro magneto do rotor 1160 é conduzido) ao longo da direção 1170.[0096] The present solution may be used to control the pitch angles of rotor blades 1164 by independently driving and controlling the operation of electromagnets or groups of electromagnets of stator system 1100, in turn controlling the respective magnetic fields produced by the electromagnets interacting with rotor 120 and its magnets. For example, magnet controllers 1102 may output control signals with duty cycles, magnitudes, switching rates, or other parameters that selectively control the electromagnets of stator system 1100 to emit desired magnetic fields. In the configuration depicted in FIG. 11 , the third magnet controller 1102c outputs a magnet control signal to cause the electromagnet 1120 to generate an electromagnetic field 1152. The third magnet controller 1102c configures the electromagnetic field 1152 to repel a first rotor magnet 1160 (e.g., a lower rotor magnet of the two rotor magnets 380 interacting with the rotor blade 124, as shown in FIGS. 4-5), such as by timing a magnitude and polarity of the electromagnetic field 1152 to repel a corresponding lagging side pole of the first rotor magnet 1160. The second magnet controller 1102b outputs a magnet control signal to cause the electromagnet 1128 to generate an electromagnetic field 1154, which is configured to attract the first rotor magnet 1160, such as timing a magnitude and polarity of the electromagnetic field 1154 to attract a corresponding leading-side pole of the first rotor magnet 1160. As such, the stator system 1100 may drive the first rotor magnet 1160 at a desired speed along direction 1170 by controlling the timing, magnitude, and/or polarity of the emitted magnetic fields. Likewise, in the configuration depicted in FIG. 11, the first magnet controller 1102a outputs a magnet control signal to cause the electromagnet 1122 to emit an electromagnetic field 1156 to repel a lagging-side pole of a second rotor magnet 1162, and the third magnet controller 1102c outputs a magnet control signal to cause the electromagnet 1130 to produce an electromagnetic field 1158 to attract a leading-side pole of the second rotor magnet 1162, thereby driving the second rotor magnet 1162 at a desired speed (which may be different from the speed at which the first rotor magnet 1160 is driven) along the direction 1170.

[0097] A lâmina de rotor 1164 é acoplada ao primeiro e segundo magnetos de rotor 1160, 1162 e, portanto, pode ser acionada ao longo da direção 1170 pelo movimento do primeiro e segundo magnetos de rotor 1160, 1162. Como tal, o sistema de estator 1100 pode gerar elevação desejada com base na velocidade na qual a lâmina de rotor 1164 é acionada, bem como o ângulo de inclinação em que a lâmina de rotor 1164 é orientada. Como será descrito com referência adicional à FIG. 12, o sistema de estator 1100 pode retardar e conduzir seletivamente o primeiro e o segundo magnetos do rotor 1162, 1164 em relação um ao outro (com base nos sinais de controle do motor 1004 recebidos do controlador do motor 1000) para ajustar o ângulo de inclinação da lâmina de rotor 1164, permitindo o controle de levantamento, guinada, inclinação e rotação. Além disso, o sistema de estator 1100 pode manter a sincronicidade com os magnetos do rotor 1160, 1162 devido à atração e repulsão combinadas aplicadas a cada par de magnetos do rotor 1160, 1162.[0097] Rotor blade 1164 is coupled to first and second rotor magnets 1160, 1162 and therefore can be driven along direction 1170 by movement of first and second rotor magnets 1160, 1162. As such, stator system 1100 can generate desired lift based on the speed at which rotor blade 1164 is driven as well as the tilt angle at which rotor blade 1164 is oriented. As will be described with further reference to FIG. 12, the stator system 1100 may selectively retard and drive the first and second rotor magnets 1162, 1164 relative to each other (based on motor control signals 1004 received from the motor controller 1000) to adjust the pitch angle of the rotor blade 1164, enabling pitch, yaw, and roll control. Furthermore, the stator system 1100 may maintain synchronicity with the rotor magnets 1160, 1162 due to the combined attraction and repulsion applied to each pair of rotor magnets 1160, 1162.

[0098] À medida que os magnetos do rotor 1160, 1162 sãoconduzidos ao longo da direção 1170, o pelo menos um controlador de magneto 1102 pode continuar a usar os sinais de controle do motor recebidos 1004 para ativar seletivamente os eletromagnetos (incluindo os eletromagnetos representados 1110, 1112; 1114, 1116; 1118, 1120; 1122, 1124; 1126, 1128; 1130, 1132; 1134, 1136; 1138, 1140) e, assim, conduzir os magnetos do rotor 1160, 1162 ao longo de uma rotação completa em torno do sistema de estator 1100.[0098] As the rotor magnets 1160, 1162 are driven along direction 1170, the at least one magnet controller 1102 may continue to use the received motor control signals 1004 to selectively activate the electromagnets (including the depicted electromagnets 1110, 1112; 1114, 1116; 1118, 1120; 1122, 1124; 1126, 1128; 1130, 1132; 1134, 1136; 1138, 1140) and thereby drive the rotor magnets 1160, 1162 through a complete rotation about the stator system 1100.

[0099] O sistema de estator 1100 inclui um codificador de posição 1104. O codificador de posição 1104 pode transmitir um sinal de posição indicando uma posição de cada lâmina de rotor (por exemplo, lâmina de rotor 1164) através da terceira rede 1008 para o codificador de posição 1004 do controlador do motor 1000, de modo que o controlador do motor 1000 possa usar a posição de cada lâmina de rotor para gerar sinais de controle de motor apropriados 1004 para transmitir para o sistema de estator 1100. O codificador de posição 1004 pode ser distribuído por todo o estator 110 de uma maneira semelhante à configuração do sistema de estator 1100 mostrado na FIG. 11 pode ser distribuído por todo o estator 110 para permitir a operação circunferencial completa.[0099] Stator system 1100 includes a position encoder 1104. Position encoder 1104 may transmit a position signal indicating a position of each rotor blade (e.g., rotor blade 1164) via third network 1008 to position encoder 1004 of motor controller 1000, such that motor controller 1000 may use the position of each rotor blade to generate appropriate motor control signals 1004 for transmitting to stator system 1100. Position encoder 1004 may be distributed throughout stator 110 in a manner similar to the configuration of stator system 1100 shown in FIG. 11 may be distributed throughout stator 110 to allow for full circumferential operation.

[0100] O codificador de posição 1104 pode incluir um codificador de força eletromotriz traseira (EMF) que mede um EMF traseiro de cada eletromagneto do sistema de estator 1100 e determina as posições dos magnetos do rotor 1160, 1162 e, portanto, das lâminas de rotor 1164, com base no de volta EMF. Por exemplo, em cada estado de controle do motor, o codificador de posição 1104 pode detectar um EMF traseiro de uma seleção distribuída de eletromagnetos não alimentados do sistema de estator 1100; o cruzamento por zero do sinal de voltagem em cada um dos eletromagnetos pode indicar a passagem dos magnetos de rotor correspondentes 1160, 1162 sobre o centro da bobina de eletromagneto. O codificador de posição 1104 e/ou o codificador de posição 1004 do controlador de motor 1000 podem usar uma alta resolução das posições do magneto do rotor, combinada com um filtro de Kalman para produzir uma medição de alta velocidade e previsão da posição/inclinação da lâmina para um grande número de lâminas, a fim de gerar sinais de controle de motor 1004 com temporização altamente precisa.[0100] Position encoder 1104 may include a back electromotive force (EMF) encoder that measures a back EMF from each electromagnet of stator system 1100 and determines the positions of rotor magnets 1160, 1162, and thus rotor blades 1164, based on the back EMF. For example, in each motor control state, position encoder 1104 may detect a back EMF from a distributed selection of unpowered electromagnets of stator system 1100; zero-crossing of the voltage signal across each of the electromagnets may indicate passage of corresponding rotor magnets 1160, 1162 over the center of the electromagnet coil. The position encoder 1104 and/or the position encoder 1004 of the motor controller 1000 may use a high resolution of the rotor magnet positions, combined with a Kalman filter, to produce a high-speed measurement and prediction of blade position/pitch for a large number of blades, in order to generate motor control signals 1004 with highly accurate timing.

Sistemas e métodos para controle de inclinação de lâmina variávelSystems and methods for variable blade pitch control

[0101] A presente solução pode permitir várias soluções para controle independente e variável de inclinação das lâminas de rotor (por exemplo, lâminas de rotor 124, 126, 1164), permitindo o controle direcional da plataforma de VTOL 100 com base nos passos individuais e coletivos ( por exemplo, ângulo de inclinação) das lâminas de rotor. Em implementações em que a plataforma de VTOL 100 é usada como um veículo, pode ser desejável mover a plataforma de VTOL 100 em diferentes direções. Os sistemas e métodos descritos neste documento podem modificar o ângulo de inclinação das lâminas de rotor para atingir um movimento geral desejado do rotor e, assim, a plataforma de VTOL 100.[0101] The present solution may enable various solutions for independent and variable pitch control of rotor blades (e.g., rotor blades 124, 126, 1164), enabling directional control of VTOL platform 100 based on the individual and collective pitches (e.g., pitch angle) of the rotor blades. In implementations where VTOL platform 100 is used as a vehicle, it may be desirable to move VTOL platform 100 in different directions. The systems and methods described herein may modify the pitch angle of the rotor blades to achieve a desired overall motion of the rotor and thus VTOL platform 100.

[0102] Em algumas modalidades, o sistema inclui um rotor e um estator. O rotor inclui um primeiro componente magnético do rotor alinhado com uma ou mais primeiras bobinas do estator. O rotor inclui um segundo componente magnético do rotor alinhado com uma ou mais segundas bobinas de estator e adjacente ao primeiro componente magnético do rotor. O rotor inclui um braço conectando o primeiro componente magnético do rotor e o segundo componente magnético do rotor. Uma primeira extremidade do braço do braço é acoplada ao primeiro componente magnético do rotor e uma segunda extremidade do braço do braço acoplada ao segundo componente magnético do rotor que, em conjunto, definem um ângulo do braço que muda com base em uma primeira força magnética aplicada ao primeiro rotor magnético componente em relação a uma segunda força magnética aplicada ao segundo componente magnético do rotor. O rotor inclui uma primeira lâmina de rotor fixada ao braço, a primeira lâmina de rotor se estendendo do braço ao longo de um eixo de inclinação de lâmina. A primeira lâmina do rotor define um ângulo de inclinação da lâmina em relação ao eixo de inclinação de lâmina com o ângulo de inclinação da lâmina correspondendo ao ângulo do braço. O estator inclui uma pluralidade de eletromagnetos configurados para emitir pelo menos um primeiro campo magnético que aciona o primeiro componente magnético do rotor e um segundo campo magnético que aciona o segundo componente magnético do rotor responsivo ao (s) sinal (is) de controle. Os sinais de controle fazem com que o primeiro campo magnético aplique a primeira força magnética no primeiro componente magnético do rotor e o segundo campo magnético aplique a segunda força magnética no segundo componente magnético para controlar o ângulo de inclinação da lâmina.[0102] In some embodiments, the system includes a rotor and a stator. The rotor includes a first rotor magnetic component aligned with one or more first stator coils. The rotor includes a second rotor magnetic component aligned with one or more second stator coils and adjacent to the first rotor magnetic component. The rotor includes an arm connecting the first rotor magnetic component and the second rotor magnetic component. A first arm end of the arm is coupled to the first rotor magnetic component and a second arm end of the arm is coupled to the second rotor magnetic component, which together define an arm angle that changes based on a first magnetic force applied to the first rotor magnetic component relative to a second magnetic force applied to the second rotor magnetic component. The rotor includes a first rotor blade attached to the arm, the first rotor blade extending from the arm along a blade pitch axis. The first rotor blade defines a blade pitch angle relative to the blade pitch axis with the blade pitch angle corresponding to the arm angle. The stator includes a plurality of electromagnets configured to emit at least a first magnetic field that drives the first magnetic component of the rotor and a second magnetic field that drives the second magnetic component of the rotor responsive to control signal(s). The control signals cause the first magnetic field to apply the first magnetic force to the first magnetic component of the rotor and the second magnetic field to apply the second magnetic force to the second magnetic component to control the blade pitch angle.

[0103] Em algumas modalidades, o sistema inclui um rotor e um estator que rotaciona o rotor em torno de um eixo de rotação. O rotor inclui uma base de rotor anular definindo o eixo de rotação e incluindo uma pluralidade de segmentos de rotor dispostos em torno do estator. Cada segmento de rotor inclui uma primeira lâmina de rotor configurada para ser rotacionada em torno de um eixo de inclinação de lâmina perpendicular ao eixo de rotação. Os segmentos do rotor incluem um circuito receptor de energia. Os segmentos de rotor incluem um motor que rotaciona usando a energia recebida através do circuito receptor de energia para rotacionar a primeira lâmina de rotor em torno do eixo de inclinação de lâmina. Os segmentos de rotor incluem um controlador de motor que fornecer um sinal de motor ao motor para rotacionar a primeira lâmina de rotor em torno do eixo de inclinação de lâmina em resposta a um sinal de controle. Os segmentos de rotor incluem um primeiro transceptor sem fio que recebe o sinal de controle e fornece o sinal de controle para o controlador do motor. O estator inclui um segundo transceptor sem fio que recebe um comando de controle e transmite sem fio o sinal de controle para o primeiro transceptor sem fio com base no comando de controle. O estator inclui um circuito transmissor de energia que emite um campo magnético que interage com o circuito receptor de energia para fornecer energia ao circuito receptor de energia.[0103] In some embodiments, the system includes a rotor and a stator that rotates the rotor about a rotation axis. The rotor includes an annular rotor base defining the rotation axis and including a plurality of rotor segments disposed about the stator. Each rotor segment includes a first rotor blade configured to be rotated about a blade pitch axis perpendicular to the rotation axis. The rotor segments include a power receiver circuit. The rotor segments include a motor that rotates using power received through the power receiver circuit to rotate the first rotor blade about the blade pitch axis. The rotor segments include a motor controller that provides a motor signal to the motor to rotate the first rotor blade about the blade pitch axis in response to a control signal. The rotor segments include a first wireless transceiver that receives the control signal and provides the control signal to the motor controller. The stator includes a second wireless transceiver that receives a control command and wirelessly transmits the control signal to the first wireless transceiver based on the control command. The stator includes a power transmitter circuit that emits a magnetic field that interacts with the power receiver circuit to supply power to the power receiver circuit.

[0104] Com referência agora à FIG. 12, um sistema de controle de rotor 1200 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O sistema de controle de rotor 1200 pode permitir o controle de inclinação de lâmina sem atrito e pode evitar dificuldades que podem surgir da aplicação de abordagens de controle de inclinação tradicionais aos fatores de forma alcançados pela presente solução. Por exemplo, os sistemas existentes normalmente usam uma placa oscilante para transferir entradas de controle direcional para o controle de inclinação do rotor. No entanto, quando aplicado a um raio maior rotacionando a uma taxa de rotação comparável, a velocidade radial do cubo do anel pode ser significativamente maior, o que pode resultar em perdas por atrito muito maiores, requer mais material para suportar cargas cíclicas na resistência à fadiga, resultando em maior soluções de rolamentos mais fortemente reforçadas, podem exigir métodos de resfriamento intrincados, podem resultar em grandes quantidades de desgaste e mais manutenção, e podem aumentar o ruído mecânico do carregamento cíclico de rolamentos de alta velocidade que podem mitigar o desempenho de ruído aprimorado que poderia ser alcançado pelo anular e configuração do motor elétrico. O sistema de controle do rotor 1200 pode evitar essas dificuldades conduzindo a rotação da lâmina de rotor usando campos eletromagnéticos controlados através de um entreferro.[0104] Referring now to FIG. 12, a rotor control system 1200 is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. The rotor control system 1200 may enable frictionless blade pitch control and may avoid difficulties that may arise from applying traditional pitch control approaches to the form factors achieved by the present solution. For example, existing systems typically use a swash plate to transfer directional control inputs to rotor pitch control. However, when applied to a larger radius rotating at a comparable rotational rate, the radial speed of the annulus hub can be significantly higher, which can result in much higher frictional losses, require more material to withstand cyclic loads in fatigue strength, resulting in more heavily reinforced bearing solutions, may require complex cooling methods, may result in large amounts of wear and more maintenance, and may increase mechanical noise from the cyclic loading of high-speed bearings, which may mitigate the improved noise performance that could be achieved by the annulus and electric motor configuration. The 1200 rotor control system can avoid these difficulties by driving rotor blade rotation using controlled electromagnetic fields across an air gap.

[0105] Como mostrado na FIG. 12, o sistema de controle do rotor 1200 inclui um primeiro (por exemplo, superior) elemento magnético 1202 suportando o primeiro rotor magnético 1160 e um segundo (por exemplo, inferior) elemento magnético 1204 suportando o segundo magneto do rotor 1162. O primeiro membro de magneto 1202 é acoplado ao segundo membro de magneto 1204 por um braço 1206. Uma lâmina de rotor (por exemplo, lâmina de rotor 1164 descrita com referência à FIG. 11) é fixada ao braço 1206, de modo que quando o braço 1206 rotaciona em torno de um eixo de inclinação (estendendo-se para a vista mostrada na FIG. 12) perpendicular a uma direção de movimento 1208 dos membros de magneto 1202, 1204 (a direção de movimento 1208 sendo em torno de um eixo de rotor (por exemplo, eixo de rotação 122 mostrado na FIG. 2)), um ângulo de inclinação 1210 da lâmina de rotor irá variar.[0105] As shown in FIG. 12 , the rotor control system 1200 includes a first (e.g., upper) magnetic member 1202 supporting the first rotor magnet 1160 and a second (e.g., lower) magnetic member 1204 supporting the second rotor magnet 1162. The first magnet member 1202 is coupled to the second magnet member 1204 by an arm 1206. A rotor blade (e.g., rotor blade 1164 described with reference to FIG. 11) is attached to the arm 1206 such that when the arm 1206 rotates about a tilt axis (extending into the view shown in FIG. 12) perpendicular to a direction of movement 1208 of the magnet members 1202, 1204 (the direction of movement 1208 being about a rotor axis (e.g., rotation axis 122 shown in FIG. 2)), a pitch angle 1210 of the rotor blade will vary.

[0106] Um eletromagneto do trilho do estator superior 404 emite um primeiro campo eletromagnético que aplica uma primeira força no primeiro magneto do motor 1160, fazendo com que o primeiro elemento de magneto 1202 seja conduzido para frente na direção 1211. A primeira força dependerá da corrente elétrica conduzida através do eletromagneto do trilho do estator superior 404 (conforme descrito com referência à FIG. 11), bem como uma relação espacial entre o trilho do estator superior 404 e o primeiro magneto do motor 1160. Da mesma maneira, um eletromagneto do trilho de estator inferior 408 emite um segundo campo eletromagnético que aplica uma segunda força no segundo magneto de rotor 1162 para conduzir o segundo elemento de magneto 1204 para frente na direção 1212. Com base nas posições iniciais dos membros do magneto 1202, 1204 e nas magnitudes da primeira e da segunda forças, os membros do magneto 1202, 1204 se moverão para as posições resultando em uma distância de atraso/avanço 1218 entre os membros do magneto 1202, 1204 (por exemplo, conforme medido a partir dos planos 1214, 1216 nas extremidades dos membros magnéticos 1202, 1204). A distância de atraso/avanço 1218 corresponde ao ângulo de inclinação 1210, conforme o braço 1206 é fixado aos membros de magneto 1202, 1204 e rotacionaráconforme a distância de atraso/avanço 1218 muda.[0106] An upper stator rail electromagnet 404 emits a first electromagnetic field that applies a first force to the first motor magnet 1160, causing the first magnet element 1202 to be driven forward in direction 1211. The first force will depend on the electric current conducted through the upper stator rail electromagnet 404 (as described with reference to FIG. 11), as well as a spatial relationship between the upper stator rail 404 and the first motor magnet 1160. Likewise, a lower stator rail electromagnet 408 emits a second electromagnetic field that applies a second force to the second rotor magnet 1162 to drive the second magnet element 1204 forward in direction 1212. Based on the initial positions of the magnet members 1202, 1204 and the magnitudes of the first and second forces, the magnet members 1202, 1204, and the magnitudes of the first and second forces, the upper stator rail electromagnet 404 and the first motor magnet 1160 may be driven forward in direction 1212. 1202, 1204 will move to positions resulting in a lag/lead distance 1218 between magnet members 1202, 1204 (e.g., as measured from planes 1214, 1216 at the ends of magnet members 1202, 1204). Lag/lead distance 1218 corresponds to tilt angle 1210 as arm 1206 is attached to magnet members 1202, 1204 and will rotate as lag/lead distance 1218 changes.

[0107] Em várias modalidades, a força de sincronização dos campos eletromagnéticos que o estator (por exemplo, estator 110, sistema de estator 1100) aplica aos magnetos do rotor 1160, 1162 pode ser aproximadamente a mesma em magnitude que uma força motriz máxima do estator. Como tal, o sistema de controle de rotor 1200 pode ser configurado de modo que o estator e os membros de magneto correspondentes 1202, 1204 (por exemplo,magnetos de rotor 1160, 1162) sejam dimensionados para produzir um campo eletromagnético em movimento através de um entreferro entre os trilhos do estator 404, 408 e membros de magneto 1202, 1204 que é grande o suficiente para que uma força motriz linear mínima do estator para um membro de magneto individual 1202, 1204, entre as fases, seja maior do que umacombinação máxima das seguintes forças: o arrasto da lâmina de pico na lâmina de rotor (por exemplo, lâmina de rotor 1164), uma força reacionária de um momento de inclinação aerodinâmica de pico sobre uma corda de 1/4 da lâmina de rotor e uma força reacionária de uma inércia rotacional máxima da lâmina em torno de um eixo de difusão da lâmina de rotor em um máximo cíclico ajuste de inclinação em operação de sobre velocidade. Em várias dessas modalidades, o número de lâminas de rotor pode ser selecionado com base em tais fatores, já que poucas lâminas podem levar a grandes matrizes de magneto montadas em cada cubo da lâmina de rotor e muitas lâminas de rotor podem levar a um aumento de peso.[0107] In various embodiments, the synchronization force of the electromagnetic fields that the stator (e.g., stator 110, stator system 1100) applies to the rotor magnets 1160, 1162 may be approximately the same in magnitude as a maximum driving force of the stator. As such, rotor control system 1200 may be configured such that stator and corresponding magnet members 1202, 1204 (e.g., rotor magnets 1160, 1162) are sized to produce a moving electromagnetic field across an air gap between stator rails 404, 408 and magnet members 1202, 1204 that is large enough that a minimum linear driving force from the stator to an individual magnet member 1202, 1204, between phases, is greater than a maximum combination of the following forces: peak blade drag on the rotor blade (e.g., rotor blade 1164), a reactionary force from a peak aerodynamic pitching moment about a 1/4 chord of the rotor blade, and a reactionary force from a maximum rotational inertia of the blade about a diffusion axis of the rotor blade at a maximum cyclic pitch adjustment in overspeed operation. In several of these embodiments, the number of rotor blades can be selected based on such factors, as too few blades can lead to large magnet arrays mounted on each rotor blade hub, and too many rotor blades can lead to increased weight.

[0108] Com referência agora à FIG. 13, um método 1300 para controlar a operação de uma plataforma de VTOL é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O método 1300 pode ser implementado usando vários sistemas e componentes aqui divulgados, incluindo a plataforma de VTOL 100, o sistema de VTOL 300, o controlador de voo 700, o controlador de motor 1000, o sistema de estator 1100 e o sistema de controle de rotor 1200.[0108] Referring now to FIG. 13, a method 1300 for controlling the operation of a VTOL platform is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. The method 1300 may be implemented using various systems and components disclosed herein, including the VTOL platform 100, the VTOL system 300, the flight controller 700, the motor controller 1000, the stator system 1100, and the rotor control system 1200.

[0109] Em 1305, um controlador de voo de uma plataforma de VTOL recebe uma instrução de movimento indicando um movimento desejado da plataforma de VTOL. A instrução de operação pode ser recebida de uma interface de usuário configurada para receber uma entrada do usuário. A instrução de operação pode ser recebida de um piloto automático; por exemplo, o movimento desejado pode ser indicado como movimento em direção a um ponto de referência de um plano de voo.[0109] At 1305, a flight controller of a VTOL platform receives a movement instruction indicating a desired movement of the VTOL platform. The operation instruction may be received from a user interface configured to receive user input. The operation instruction may be received from an autopilot; for example, the desired movement may be indicated as movement toward a waypoint of a flight plan.

[0110] Em 1310, o controlador de voo gera um ou mais comandos de controle de voo com base no movimento desejado. O controlador de voo pode usar um modelo de dinâmica de voo para gerar um ou mais comandos de controle de voo. Por exemplo, o controlador de dinâmica de voo pode usar o modelo de dinâmica de voo para calcular uma sustentação que se espera que seja gerada por um rotor da plataforma de VTOL, dados os ângulos de inclinação das lâminas de rotor da plataforma de VTOL. O controlador de dinâmica de voo pode executar as leis de controle de dinâmica de voo para converter instruções indicativas do movimento desejado (por exemplo, instruções extraídas via entrada do operador indicando movimento desejado para uma altitude mais elevada a uma determinada velocidade vertical e velocidade do ar) e usar o modelo de dinâmica de voo para determinar como controlar a operação das lâminas de rotor para gerar a elevação, guinada, inclinação e/ou rotação esperada para atingir o movimento desejado. Em algumas modalidades, o controlador de voo gera um ou mais comandos de controle de voo para executar o controle coletivo de inclinação para fazer com que a plataforma de VTOL gere elevação. Em algumas modalidades, o controlador de voo gera um ou mais comandos de controle de voo para executar o controle de inclinação cíclico para fazer com que a plataforma de VTOL gere movimento sobre ângulos de inclinação e/ou rotação.[0110] At 1310, the flight controller generates one or more flight control commands based on the desired motion. The flight controller may use a flight dynamics model to generate one or more flight control commands. For example, the flight dynamics controller may use the flight dynamics model to calculate the lift expected to be generated by a VTOL platform rotor, given the pitch angles of the VTOL platform rotor blades. The flight dynamics controller may execute flight dynamics control laws to convert instructions indicative of the desired motion (e.g., instructions elicited via operator input indicating desired motion to a higher altitude at a given vertical speed and airspeed) and use the flight dynamics model to determine how to control the operation of the rotor blades to generate the expected lift, yaw, pitch, and/or roll to achieve the desired motion. In some embodiments, the flight controller generates one or more flight control commands to execute collective pitch control to cause the VTOL platform to generate lift. In some embodiments, the flight controller generates one or more flight control commands to execute cyclic pitch control to cause the VTOL platform to generate movement over pitch and/or roll angles.

[0111] Em 1315, um controlador de motor gera um ou mais sinais de controle de motor com base no (s) comando (s) de controle de voo. O controlador do motor pode gerar os sinais de controle do motor para fazer com que formas de onda específicas sejam aplicadas aos eletromagnetos de um estator da plataforma de VTOL, a fim de fazer com que os eletromagnetos gerem campos eletromagnéticos esperados para fazer com que a plataforma de VTOL execute o movimento desejado indicado pelo instrução de movimento. Em algumas modalidades, o controlador do motor recebe um sinal de posição indicando as posições das lâminas de rotor, que o controlador do motor pode usar para gerar os sinais de controle do motor para controlar individualmente a operação de cada lâmina de rotor. O controlador do motor pode gerar os sinais de controle do motor e fornecer os sinais de controle do motor, por meio de um ou mais transceptores, para controlar a operação dos motores acoplados às lâminas de rotor para rotacionar as lâminas de rotor para os ângulos de inclinação desejados.[0111] At 1315, a motor controller generates one or more motor control signals based on the flight control command(s). The motor controller may generate the motor control signals to cause specific waveforms to be applied to the electromagnets of a stator of the VTOL platform in order to cause the electromagnets to generate electromagnetic fields expected to cause the VTOL platform to perform the desired motion indicated by the motion instruction. In some embodiments, the motor controller receives a position signal indicating the positions of the rotor blades, which the motor controller may use to generate the motor control signals to individually control the operation of each rotor blade. The motor controller may generate the motor control signals and provide the motor control signals, via one or more transceivers, to control the operation of the motors coupled to the rotor blades to rotate the rotor blades to the desired pitch angles.

[0112] Em 1320, o estator aciona os eletromagnetos do estator com base nos sinais de controle do motor. Por exemplo, o estator pode usar uma pluralidade de controladores de magneto para acionar sinais elétricos na corrente e/ou tensão desejada para cada eletromagneto com base nos sinais de controle do motor. Os controladores magnéticos podem executar PWM para conduzir sinais elétricos através de cada eletromagneto. Em algumas modalidades, os controladores de magneto operam circuitos de comutação, como circuitos MOSFET, para conduzir seletivamente sinais elétricos através de cada eletromagneto com base nos sinais de controle do motor. Em algumas modalidades, as funcionalidade de mancal magnético/orientação dos campos magnéticos de saída do estator que interagem com os magnetos correspondentes do rotor para rotacionar o rotor.[0112] At 1320, the stator drives the stator electromagnets based on motor control signals. For example, the stator may use a plurality of magneto controllers to drive electrical signals at the desired current and/or voltage to each electromagnet based on motor control signals. The magneto controllers may perform PWM to drive electrical signals through each electromagnet. In some embodiments, the magneto controllers operate switching circuits, such as MOSFET circuits, to selectively drive electrical signals through each electromagnet based on motor control signals. In some embodiments, the magnetic bearing/orientation functionality of the stator output magnetic fields interacts with the corresponding rotor magnets to rotate the rotor.

[0113] Em 1325, os eletromagnetos emitem camposeletromagnéticos correspondentes aos sinais elétricos acionados através de cada eletromagneto. Os magnetos do rotor, por sua vez, são movidos pelos campos eletromagnéticos. Em algumas modalidades, o rotor inclui uma pluralidade de lâminas de rotor, cada uma acoplada a um par de magnetos por meio de um braço de rotor, de modo que o movimento seletivo dos magnetos possa variar um ângulo de inclinação da lâmina de rotor, resultando em elevação, guinada, inclinação desejada, e/ou rotação. Em algumas modalidades, os motores do rotor recebem energia através dos campos eletromagnéticos e usam a energia para rotacionar as respectivas lâminas de rotor.[0113] At 1325, the electromagnets emit electromagnetic fields corresponding to the electrical signals driven through each electromagnet. The rotor magnets, in turn, are moved by the electromagnetic fields. In some embodiments, the rotor includes a plurality of rotor blades, each coupled to a pair of magnets via a rotor arm, such that selective movement of the magnets can vary a rotor blade pitch angle, resulting in desired lift, yaw, pitch, and/or rotation. In some embodiments, the rotor motors receive power via the electromagnetic fields and use the power to rotate the respective rotor blades.

[0114] Com referência agora às FIGS. 14A e 14B, um sistema de controle de rotor 1400 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. Vários elementos e componentes mostrados na modalidade representada nas FIGS. 14A e 14B são similares aos elementos e componentes descritos acima com referência à FIG. 1 - 13. Portanto, os mesmos números de referência são usados para indicar recursos similares. O sistema de controle do rotor 1400 é mostrado para incluir um controlador de lâmina 1402. O controlador de lâmina 1402 pode ser qualquer elemento, dispositivo, componente, roteiro, etc. projetado ou implementado para controlar o movimento das lâminas de rotor 124, 126 para produzir ou atingir um movimento desejado. O controlador de lâmina 1402 pode ser similar em alguns aspectos ao controlador de voo 700 descrito acima. Em algumas implementações, o controlador de lâmina 1402 pode ser incorporado em ou um componente do controlador de voo 700. O controlador de lâmina 1402 pode ser configurado para determinar um ângulo de inclinação desejado para a (s) lâmina (s) de rotor 124, 126 (por exemplo, um ângulo de inclinação da lâmina) . O controlador de lâmina 1402 pode determinar (por exemplo, com base em um registro de comandos mantido, com base em dados de um codificador acoplado direta ou indiretamente à lâmina de rotor 124, 126, etc.) uma posição atual da (s) lâmina (s) de rotor 124, 126 O controlador de lâmina 1402 pode ser configurado para modificar o ângulo de inclinação para a (s) lâmina (s) de rotor 124, 126 para atingir o ângulo de inclinação desejado para resultar em um movimento desejado. Conforme descrito em mais detalhes abaixo, o controlador de lâmina 1402 pode ser configurado para gerar sinais de controle de motor para um motor 1404 acoplado à (s) lâmina (s) de rotor 124, 126 para mover a (s) lâmina (s) de rotor 124, 126 para o ângulo de inclinação desejado .[0114] Referring now to FIGS. 14A and 14B, a rotor control system 1400 is shown in accordance with one embodiment of the present disclosure. Various elements and components shown in the embodiment depicted in FIGS. 14A and 14B are similar to the elements and components described above with reference to FIGS. 1-13. Therefore, the same reference numerals are used to indicate similar features. The rotor control system 1400 is shown to include a blade controller 1402. The blade controller 1402 may be any element, device, component, script, etc. designed or implemented to control the movement of the rotor blades 124, 126 to produce or achieve a desired movement. The blade controller 1402 may be similar in some respects to the flight controller 700 described above. In some implementations, the blade controller 1402 may be incorporated into or a component of the flight controller 700. The blade controller 1402 may be configured to determine a desired pitch angle for the rotor blade(s) 124, 126 (e.g., a blade tilt angle). The blade controller 1402 may determine (e.g., based on a maintained command log, based on data from an encoder coupled directly or indirectly to the rotor blade 124, 126, etc.) a current position of the rotor blade(s) 124, 126. The blade controller 1402 may be configured to modify the pitch angle for the rotor blade(s) 124, 126 to achieve the desired pitch angle to result in a desired motion. As described in more detail below, the blade controller 1402 may be configured to generate motor control signals to a motor 1404 coupled to the rotor blade(s) 124, 126 to move the rotor blade(s) 124, 126 to the desired pitch angle.

[0115] O controlador de lâmina 1402 pode ser configurado para gerar sinais de controle do motor para se comunicar com o motor 1404 para mover o motor 1404. Em algumas implementações, o controlador de lâmina 1402 pode gerar um sinal de Modulado por Largura de Pulso (PWM) para o motor 1404. O sinal de PWM pode ter um ciclo de trabalho que move o motor em um determinado número de etapas ou ângulo de rotação. O controlador de lâmina 1402 pode comunicar os sinais de controle do motor para o motor através do estator 110. Em algumas implementações, cada lâmina de rotor 124, 126 pode corresponder a um controlador de lâmina dedicado 1402. Em outras implementações, uma pluralidade de lâminas de rotor 124, 126 pode ser controlada por um controlador de lâmina comum 1402.[0115] The blade controller 1402 may be configured to generate motor control signals to communicate with the motor 1404 to move the motor 1404. In some implementations, the blade controller 1402 may generate a Pulse Width Modulated (PWM) signal for the motor 1404. The PWM signal may have a duty cycle that moves the motor a certain number of steps or angle of rotation. The blade controller 1402 may communicate the motor control signals to the motor through the stator 110. In some implementations, each rotor blade 124, 126 may correspond to a dedicated blade controller 1402. In other implementations, a plurality of rotor blades 124, 126 may be controlled by a common blade controller 1402.

[0116] O controlador de lâmina 1402 é mostrado como sendo acoplado a um transceptor 1406 do estator 110, o qual está acoplado de forma comunicável a um transceptor 1408 do rotor 120. Os transceptores 1406, 1408 podem ser qualquer dispositivo (s), componente (s), elemento (s), circuito (s), etc. projetados ou implementados para transmitir dados sem fio à distância. Os transceptores 1406, 1408 podem ser configurados para se comunicar deacordo com vários protocolos. Por exemplo, os transceptores 1406, 1408podem ser configurados para se comunicar por meio de um protocolo de transmissão de dados ZigBee (por exemplo, alta frequência). Em ainda outras modalidades, os transceptores 1406, 1408 podem ser configurados para se comunicar através de um protocolo de comunicação de campo próximo (NFC), um protocolo de Identificação por Radiofrequência (RFID), um infravermelho (IR) ou outro protocolo de transmissão de comunicação óptica em espaço livre, etc.[0116] Blade controller 1402 is shown as being coupled to a transceiver 1406 of stator 110, which is communicably coupled to a transceiver 1408 of rotor 120. Transceivers 1406, 1408 may be any device(s), component(s), element(s), circuit(s), etc. designed or implemented to transmit data wirelessly over a distance. Transceivers 1406, 1408 may be configured to communicate according to various protocols. For example, transceivers 1406, 1408 may be configured to communicate via a ZigBee (e.g., high frequency) data transmission protocol. In still other embodiments, transceivers 1406, 1408 may be configured to communicate via a near-field communication (NFC) protocol, a Radio Frequency Identification (RFID) protocol, an infrared (IR) or other free-space optical communication transmission protocol, etc.

[0117] O estator 110 é mostrado para incluir um circuito de transmissão de energia 1410. O circuito transmissor de energia 1410 pode ser qualquer dispositivo (s), componente (s), elemento (s) ou circuito (s) projetado ou implementado para transmitir energia à distância. O rotor 120 pode incluir correspondentemente um circuito receptor de energia 1412. O circuito receptor de energia 1412 pode ser qualquer dispositivo (s), componente (s), elemento (s) ou circuito (s) projetado ou implementado para receber energia à distância. O circuito receptor de energia 1412 pode ser qualquer dispositivo (s), componente (s), elemento (s) ou circuito (s) projetado ou implementado para receber energia à distância. Em algumas implementações, o circuito transmissor de energia 1410 e o circuito receptor de energia 1412 podem ser acoplados um ao outro por meio de acoplamento magneto dinâmico. Em outras implementações, o circuito transmissor de energia 1410 e o circuito receptor de energia 1412 podem ser acoplados um ao outro por meio de acoplamento indutivo (por exemplo, Qi ou alguma outra forma de acoplamento indutivo), acoplamento indutivo ressonante, acoplamento de laser e assim por diante. O circuito receptor de energia 1412 pode ser configurado para transferir a energia recebida do circuito receptor de energia 1410 para o transceptor 1408 do rotor 120 e para o motor 1404. Assim, o transceptor 1408 e o motor 1404 podem ser alimentados sem fio. Em algumas implementações, o circuito receptor de energia 1412 pode incluir um circuito de retificação (por exemplo, através de conjuntos de diodos) para retificar uma fonte AC para acionar uma carga DC conforme necessário. Em algumas implementações, o circuito receptor de energia 1412 pode incluir um circuito elevador ou abaixador para aumentar (ou diminuir) uma tensão/corrente/energia para acionar uma carga ou dispositivo específico (como o motor 1404 ou transceptor 1408 do rotor 120).[0117] The stator 110 is shown to include a power transmission circuit 1410. The power transmission circuit 1410 may be any device(s), component(s), element(s), or circuit(s) designed or implemented to transmit power over a distance. The rotor 120 may correspondingly include a power receiver circuit 1412. The power receiver circuit 1412 may be any device(s), component(s), element(s), or circuit(s) designed or implemented to receive power over a distance. The power receiver circuit 1412 may be any device(s), component(s), element(s), or circuit(s) designed or implemented to receive power over a distance. In some implementations, the power transmission circuit 1410 and the power receiver circuit 1412 may be coupled to each other via magnetodynamic coupling. In other implementations, the power transmitter circuit 1410 and the power receiver circuit 1412 may be coupled to each other via inductive coupling (e.g., Qi or some other form of inductive coupling), resonant inductive coupling, laser coupling, and so on. The power receiver circuit 1412 may be configured to transfer the power received from the power receiver circuit 1410 to the transceiver 1408 of the rotor 120 and to the motor 1404. Thus, the transceiver 1408 and the motor 1404 may be wirelessly powered. In some implementations, the power receiver circuit 1412 may include a rectification circuit (e.g., via diode arrays) to rectify an AC source to drive a DC load as needed. In some implementations, the power receiver circuit 1412 may include a step-up or step-down circuit to increase (or decrease) a voltage/current/power to drive a specific load or device (such as motor 1404 or transceiver 1408 of rotor 120).

[0118] O transceptor 1408 do rotor 120 pode ser configurado para receber sinais de controle do motor sem fio do transceptor 1406 do estator 110. O transceptor 1408 pode ser configurado para fornecer os sinais de controle do motor para o motor 1404. O motor 1404 pode ser configurado para acionar a (s) lâmina (s) de rotor 124, 126. O motor 1404 pode ser ou incluir vários tipos de motor1404 projetados ou implementados para controlar a posição da (s) lâmina (s) do rotor 124, 126. Por exemplo, o motor 1404 pode ser um motor BM-BLDC núcleo de ar. Em outras modalidades, o motor 1404 pode ser um motor de inclinação, um servo atuador de dente de engrenagem (por exemplo, controle remoto (RC)) motor, um núcleo de ferro PM-BLDC ou outro tipo de motor. O motor 1404 pode ser configurado para receber os sinais de controle do motor do controlador de lâmina 1402 por meio dos transceptores 1406, 1408. O rotor 120 pode incluir um codificador acoplado ao motor 1404 e/ou lâmina (s) de rotor 124, 126 configurado para detectar uma posição do motor 1404 e/ou lâmina (s) de rotor 124, 126. O codificador pode ser configurado para fornecer dados correspondentes à posição do motor 1404/lâmina (s) de rotor 124, 126 para o controlador de lâmina 1402, que o controlador de lâmina 1402 usa como retroalimentação para ajustar a posição da (s) lâmina (s) de rotor 124, 126.[0118] The transceiver 1408 of the rotor 120 may be configured to receive wireless motor control signals from the transceiver 1406 of the stator 110. The transceiver 1408 may be configured to provide the motor control signals to the motor 1404. The motor 1404 may be configured to drive the rotor blade(s) 124, 126. The motor 1404 may be or include various types of motors 1404 designed or implemented to control the position of the rotor blade(s) 124, 126. For example, the motor 1404 may be an air core PM-BLDC motor. In other embodiments, the motor 1404 may be a tilt motor, a gear tooth servo actuator (e.g., remote control (RC)) motor, an iron core PM-BLDC, or another type of motor. The motor 1404 may be configured to receive motor control signals from the blade controller 1402 via the transceivers 1406, 1408. The rotor 120 may include an encoder coupled to the motor 1404 and/or rotor blade(s) 124, 126 configured to detect a position of the motor 1404 and/or rotor blade(s) 124, 126. The encoder may be configured to provide data corresponding to the position of the motor 1404/rotor blade(s) 124, 126 to the blade controller 1402, which the blade controller 1402 uses as feedback to adjust the position of the rotor blade(s) 124, 126.

[0119] As referências a "ou" podem ser interpretadas como inclusivas, de modo que quaisquer termos descritos usando "ou" podem indicar qualquer um, mais de um e todos os termos descritos. As referências a pelo menos um de uma lista conjuntiva de termos podem ser interpretadas como uma OU inclusiva para indicar qualquer um, mais de um e todos os termos descritos. Por exemplo, uma referência a “pelo menos um de 'A' e 'B'” pode incluir apenas 'A', apenas 'B', bem como 'A' e 'B'. Essas referências usadas em conjunto com "compreendendo" ou outra terminologia aberta podem incluir itens adicionais.[0119] References to "or" may be construed as inclusive, such that any terms described using "or" may indicate any one, more than one, and all of the described terms. References to at least one of a conjunctive list of terms may be construed as an inclusive OR to indicate any one, more than one, and all of the described terms. For example, a reference to “at least one of 'A' and 'B'” may include only 'A', only 'B', as well as both 'A' and 'B'. Such references used in conjunction with "comprising" or other open-ended terminology may include additional items.

[0120] A construção e o arranjo dos sistemas e métodos, conforme mostrado nas várias modalidades exemplares, são apenas ilustrativos. Embora apenas modalidades de exemplo tenham sido descritas em detalhes nesta divulgação, muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações em tamanhos, dimensões, estruturas, formas e razões dos vários elementos, valores de parâmetros, arranjos de montagem, uso de materiais, cores, orientações, etc.). Por exemplo, a posição dos elementos pode ser invertida ou de outra forma variada e a natureza ou o número de elementos ou posições discretas podem ser alterados ou variados. Consequentemente, tais modificações se destinam a ser incluídas no escopo da presente divulgação. A ordem ou sequência de quaisquer etapas do processo ou método pode ser variada ou sequenciada novamente de acordo com modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, mudanças e omissões podem ser feitas no projeto, condições operacionais e arranjo das modalidades exemplares sem se afastar do escopo da presente divulgação.[0120] The construction and arrangement of the systems and methods as shown in the various exemplary embodiments are illustrative only. Although only exemplary embodiments have been described in detail in this disclosure, many modifications are possible (e.g., variations in sizes, dimensions, structures, shapes, and ratios of the various elements, parameter values, mounting arrangements, use of materials, colors, orientations, etc.). For example, the position of the elements may be reversed or otherwise varied, and the nature or number of discrete elements or positions may be changed or varied. Accordingly, such modifications are intended to be included within the scope of the present disclosure. The order or sequence of any steps of the process or method may be varied or resequenced according to alternative embodiments. Other substitutions, modifications, changes, and omissions may be made in the design, operating conditions, and arrangement of the exemplary embodiments without departing from the scope of the present disclosure.

[0121] A presente divulgação contempla métodos, sistemas e produtos de programa em qualquer meio legível por máquina para realizar várias operações. As modalidades da presente divulgação podem ser implementadas usando processadores de computador existentes, ou por um processador de computador de propósito especial para um sistema apropriado, incorporado para este ou outro propósito, ou por um sistema com fio. As modalidades dentro do escopo da presente divulgação incluem produtos de programa compreendendo mídia legível por máquina para transportar ou ter instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados armazenadas nas mesmas. Essa mídia legível por máquina pode ser qualquer mídia disponível que possa ser acessada por um computador de uso geral ou de uso especial ou outra máquina com um processador. A título de exemplo, tal mídia legível por máquina pode compreender RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento de disco óptico, armazenamento de disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outro meio que pode ser usado para transportar ou armazenar código de programa desejado na forma de instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados e que podem ser acessados por um computador de uso geral ou de uso especial ou outra máquina com um processador. As combinações dos itens acima também estão incluídas no escopo da mídia legível por máquina. As instruções executáveis por máquina incluem, por exemplo, instruções e dados que fazem com que um computador de uso geral, computador de uso especial ou máquinas de processamento de uso especial executem uma determinada função ou grupo de funções.[0121] The present disclosure contemplates methods, systems, and program products on any machine-readable medium for performing various operations. Embodiments of the present disclosure may be implemented using existing computer processors, or by a special-purpose computer processor for an appropriate system, embedded for this or another purpose, or by a wired system. Embodiments within the scope of the present disclosure include program products comprising machine-readable media for carrying or having machine-executable instructions or data structures stored thereon. Such machine-readable media may be any available media that can be accessed by a general-purpose or special-purpose computer or other machine with a processor. By way of example, such machine-readable media may comprise RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, or any other medium that can be used to carry or store desired program code in the form of machine-executable instructions or data structures and that can be accessed by a general-purpose or special-purpose computer or other machine with a processor. Combinations of the above items are also included in the scope of machine-readable media. Machine-executable instructions include, for example, instructions and data that cause a general-purpose computer, special-purpose computer, or special-purpose processing machine to perform a specific function or group of functions.

[0122] Embora as figuras mostrem uma ordem específica de etapas do método, a ordem das etapas pode ser diferente do que está representado. Além disso, duas ou mais etapas podem ser realizadas simultaneamente ou com concorrência parcial. Essa variação dependerá dos sistemas de software e hardware escolhidos e da escolha do designer. Todas essas variações estão dentro do escopo da divulgação. Da mesma forma, as implementações de software podem ser realizadas com técnicas de programação padrão com lógica baseada em regras e outra lógica para realizar as várias etapas de conexão, etapas de processamento, etapas de comparação e etapas de decisão.[0122] Although the figures show a specific order of method steps, the order of the steps may differ from what is depicted. Furthermore, two or more steps may be performed simultaneously or with partial concurrency. This variation will depend on the software and hardware systems chosen and the designer's choice. All such variations are within the scope of the disclosure. Similarly, software implementations may be implemented using standard programming techniques with rule-based logic and other logic to perform the various connection steps, processing steps, comparison steps, and decision steps.

Claims (8)

1. Sistema de veículo de decolagem e aterrisagem vertical(VTOL) (300) compreendendo:um estator (110) compreendendo um primeiro magneto de estator, um segundo magneto de estator e um ou mais magnetos de propulsão (352) configurados para emitir um campo magnético que interage com pelo menos um terceiro magneto de rotor (380) para girar um rotor em torno de um eixo de rotação (122) em relação ao estator (110); eum rotor (120) compreendendo uma base de rotor anular (128) definindo um eixo de rotação (122) e compreendendo uma pluralidade de segmentos de rotor (132) dispostos em torno do estator (110), cada segmento de rotor (132) incluindouma parede lateral (134) espaçada a partir do eixo de rotação (122), uma primeira parede do rotor se estendendo a partir de uma primeiraextremidade da parede lateral (134) e em direção ao eixo de rotação (122), euma segunda parede do rotor se estendendo a partir de uma segundaextremidade da parede lateral (134) e em direção ao eixo de rotação (122), asegunda parede do rotor espaçada a partir da primeira parede do rotor, o rotor definindo um eixo de rotor através da primeira parede do rotor e a segunda parede do rotor e paralelo ao eixo de rotação (122);pelo menos um primeiro magneto do rotor (372) acoplado à primeira parede do rotor, o pelo menos um primeiro magneto do rotor (372) configurado para manter um primeiro espaço entre a primeira parede do rotor e o primeiro magneto do estator (362) ao longo do eixo do rotor;pelo menos um segundo magneto do rotor (374) acoplado à segunda parede do rotor, o pelo menos um segundo magneto do rotor (374) configurado para manter um segundo espaço entre a segunda parede do rotor e o segundo magneto do estator (364) ao longo do eixo do rotor; o pelo menos um terceiro magneto de rotor (380) acoplado à parede lateral (134) e espaçada a partir de um ou mais magnetos de propulsão (352) do estator,o rotor (120) configurado para ser acionado em relação ao eixo de rotação (122) pelos magnetos de propulsão (352), os magnetos de propulsão (352) configurados para emitir o campo magnético em resposta a um sinal de controle e o campo magnético interagindo com o pelo menos um terceiro magneto do rotor (380) para acionar o rotor (120), um ou mais magnetos de propulsão configurados para emitir o campo magnético responsivo a um sinal de controle;caracterizado pelo fato de que o rotor (120) compreende ainda um motor (1404) acoplado à base do rotor anular (128), com uma lâmina do rotor (124, 126) e com uma unidade receptora de energia (1412), o motor recebe energia sem fio de um circuito de transmissão de energia (1410) do estator para a unidade receptora de energia (1412) para mover a lâmina do rotor para um ângulo de passo desejado.1. A vertical takeoff and landing (VTOL) vehicle system (300) comprising: a stator (110) comprising a first stator magnet, a second stator magnet, and one or more propulsion magnets (352) configured to emit a magnetic field that interacts with at least a third rotor magnet (380) to rotate a rotor about a rotational axis (122) relative to the stator (110); a rotor (120) comprising an annular rotor base (128) defining an axis of rotation (122) and comprising a plurality of rotor segments (132) disposed about the stator (110), each rotor segment (132) including a side wall (134) spaced from the axis of rotation (122), a first rotor wall extending from a first end of the side wall (134) and toward the axis of rotation (122), and a second rotor wall extending from a second end of the side wall (134) and toward the axis of rotation (122), the second rotor wall spaced from the first rotor wall, the rotor defining a rotor axis through the first rotor wall and the second rotor wall and parallel to the axis of rotation (122); at least one first rotor magnet (372) coupled to the first rotor wall, the at least one first rotor magnet (372) configured to maintain a first space between the first rotor wall and the first stator magnet (362) along the rotor axis; at least one second rotor magnet (374) coupled to the second rotor wall, the at least one second rotor magnet (374) configured to maintain a second space between the second rotor wall and the second stator magnet (364) along the rotor axis; the at least one third rotor magnet (380) coupled to the sidewall (134) and spaced from one or more drive magnets (352) of the stator, the rotor (120) configured to be driven relative to the axis of rotation (122) by the drive magnets (352), the drive magnets (352) configured to emit the magnetic field in response to a control signal, and the magnetic field interacting with the at least one third rotor magnet (380) to drive the rotor (120), the one or more drive magnets configured to emit the magnetic field responsive to a control signal; characterized in that the rotor (120) further comprises a motor (1404) coupled to the annular rotor base (128), with a rotor blade (124, 126), and with a power receiving unit (1412), the motor receiving wireless power from a power transmission circuit (1410) from the stator to the power receiving unit (1412) to move the rotor blade to a desired pitch angle. 2. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:pelo menos uma lâmina de rotor (124, 126) acoplada rotativamente com a parede lateral (134) oposta ao pelo menos um terceiro magneto de rotor (380), a pelo menos uma lâmina de rotor (124, 126) girando em torno de um eixo de lâmina se estendendo transversalmente à parede lateral (134),em que o pelo menos um terceiro magneto de rotor (380) compreende um par de terceiros magnetos de rotor, o par de terceiros magnetos de rotor interagindo com um ou mais magnetos de propulsão (352) por meio de respectivos campos magnéticos para produzir a rotação da lâmina do rotor em torno do eixo da lâmina (440).2. The system (300) of claim 1, further comprising: at least one rotor blade (124, 126) rotatably coupled with the sidewall (134) opposite the at least one third rotor magnet (380), the at least one rotor blade (124, 126) rotating about a blade axis extending transversely to the sidewall (134), wherein the at least one third rotor magnet (380) comprises a pair of third rotor magnets, the pair of third rotor magnets interacting with one or more drive magnets (352) via respective magnetic fields to produce rotation of the rotor blade about the blade axis (440). 3. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os segmentos do rotor (132) são contíguos.3. System (300), according to claim 1, characterized by the fact that the rotor segments (132) are contiguous. 4. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:pelo menos uma roda rotatória (508) acoplada ao rotor que se estende entre o rotor (120) e o estator (110) para separar o rotor (120) do estator (110).4. System (300) according to claim 1, characterized in that it further comprises: at least one rotating wheel (508) coupled to the rotor that extends between the rotor (120) and the stator (110) to separate the rotor (120) from the stator (110). 5. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um primeiro magneto do rotor (372) está alinhado com o pelo menos um segundo magneto do rotor (374) ao longo de um eixo do magneto que se estende paralelamente ao eixo do rotor e ao eixo de rotação (122), em que o eixo do magneto e o eixo do rotor estão alinhados.5. The system (300) of claim 1, wherein the at least one first rotor magnet (372) is aligned with the at least one second rotor magnet (374) along a magnet axis that extends parallel to the rotor axis and the rotation axis (122), wherein the magnet axis and the rotor axis are aligned. 6. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um primeiro magneto de rotor (372) e o pelo menos um segundo magneto de rotor (374) são magnetos permanentes.6. System (300) according to claim 1, characterized in that the at least one first rotor magnet (372) and the at least one second rotor magnet (374) are permanent magnets. 7. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a pluralidade de segmentos de rotor (132) compreende uma pluralidade de primeiros segmentos de rotor dispostos em torno do estator, e em que a base de rotor anular (128) compreende uma pluralidade de segundos segmentos de rotor dispostos em torno do estator (110), adjacentes à pluralidade de primeiros segmentos de rotor,em que a pluralidade de primeiros segmentos de rotor é configurada para girar em uma primeira direção em torno do eixo de rotação (122) e em que a pluralidade de segundos segmentos de rotor é configurada para girar em uma segunda direção em torno do eixo de rotação (122), oposto à primeira direção.7. The system (300) of claim 1, wherein the plurality of rotor segments (132) comprises a plurality of first rotor segments disposed around the stator, and wherein the annular rotor base (128) comprises a plurality of second rotor segments disposed around the stator (110) adjacent to the plurality of first rotor segments, wherein the plurality of first rotor segments are configured to rotate in a first direction about the axis of rotation (122) and wherein the plurality of second rotor segments are configured to rotate in a second direction about the axis of rotation (122) opposite to the first direction. 8. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o rotor gera elevação quando acionado por um ou mais magnetos de propulsão (352), enquanto pelo menos um primeiro magneto de rotor (372) mantém o primeiro espaço e o pelo menos um segundo magneto de rotor (374) mantém o segundo espaço.8. The system (300) of claim 1, wherein the rotor generates lift when driven by one or more propulsion magnets (352), while at least one first rotor magnet (372) maintains the first space and the at least one second rotor magnet (374) maintains the second space.
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