一种自行平衡车轮的制作方法

本发明提出一种自行平衡车轮，此车轮内装控制力矩陀螺，可自行调整车轮姿态恢复保持平衡，本发明可用于双轮车辆的制造。

背景技术：

在车轮轮毂中安装元件较成熟的是轮毂电机技术，轮毂电机技术的技术特点是将动力系统整合到轮毂内，本发明将控制力矩陀螺整合到轮毂内，构成了一种可以自行调节车轮姿态恢复保持平衡的车轮。

陀螺仪被用作稳定器已有一段历史，20世纪初期使用的施利克被动式稳定器实质上是一个二自由度重力陀螺仪。根据不同原理方案使用不同种类的陀螺仪元件制造不同的陀螺仪仪器用在各种装置上，其中以控制力矩陀螺为核心元件的姿态调整执行器普遍用于航天器姿态调整。控制力矩陀螺姿态调整器也可以用在摩托车上用于调整摩托车姿态保持摩托车平衡，LIT Motors C1电动摩托车就是使用了控制力矩陀螺姿态调整器。LIT Motors C1电动摩托车是将两个控制力矩陀螺置于驾驶员座位下方保持车身平衡，这样的设计占用很大一部分车身空间，影响车辆其它元件的布局，使用本发明自行平衡车轮制造的车辆则不会占用车身空间，给车身腾出更多设计空间，用于车辆其它元件的安装布局。

目前市场上销售的双轮平衡车大多是采用动态平衡方案，通过车辆的加速和减速来维持车辆平衡。这种方案需要驾驶员尽量控制自身的重心变化从而维持车辆静态平衡，很难保证舒适安全的驾驶体验。本发明使用控制力矩陀螺主动调整车轮姿态维持车轮平衡，使用本发明制造的双轮平衡车不需要驾驶员刻意控制重心变化，带来更舒适的驾驶体验。本发明自行平衡车轮给摩托车、电动自行车、双轮平衡车带来更出色的新的平衡解决方案，可以用于车辆制造并推广使用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述技术的缺陷，提供一种更简捷高效的双轮车辆平衡解决方案。本发明给摩托车、电动自行车、双轮平衡车提供高效的自行平衡性能。本发明是一种自行平衡车轮，本发明通过以下技术方案来实现。

本发明提出一种自行平衡车轮，其特征在于所述的自行平衡车轮由以下部件构成：一个车轮，车轮轮毂拥有一定体积的空腔，可绕车轴旋转；一个车轴，车轴中部具有圆环形框架；一个圆环形电机，可双向转动；一个陀螺仪转子元件。

本发明特征在于所述的自行平衡车轮通过以下方式组装和工作：陀螺仪转子元件旋转轴与圆环形电机内部转子旋转轴相互垂直的前提下，陀螺仪转子元件与圆环形电机内部转子十字交叉接触安装。也就是陀螺仪转子元件与圆环形电机形成了控制力矩陀螺。控制力矩陀螺部件安装在车轴中部的圆环形框架上并置于车轮轮毂空腔中。圆环形电机旋转会对陀螺仪转子元件施加一个垂直于其旋转轴的力矩，陀螺仪转子和圆环形电机构成的控制力矩陀螺部件会输出一个垂直于陀螺仪转子旋转轴且垂直于圆环形电机转子旋转轴的力矩，本发明自行平衡车轮利用上述控制力矩陀螺输出的力矩调整姿态恢复保持平衡。

本发明中所述的陀螺仪转子元件在初始状态其旋转轴垂直于水平面，陀螺仪转子和圆环形电机构成的控制力矩陀螺部件可以恢复保持车轮在圆环形电机轴向的平衡，也就是本发明自行平衡车轮可以在本发明所述的圆环形电机轴向上自行恢复保持平衡。根据对本发明的实际需求安装圆环形电机时改变其轴向，本发明则可以自行恢复保持不同方向上的平衡。本发明所述的自行平衡车轮需要结合平衡感应系统工作，本发明所述的圆环形电机和陀螺仪转子元件需要接通电源旋转的方式工作。在车轮在圆环形电机轴向上失去平衡倾斜时，本发明所述的圆环形电机旋转会给陀螺仪转子元件施加一个垂直于其旋转轴的力矩，陀螺仪转子和圆环形电机构成的控制力矩陀螺部件部件输出一个垂直于陀螺仪转子旋转轴且垂直于圆环形电机旋转轴的力矩调整车轮姿态恢复维持车轮平衡。本发明可以实现自行调节姿势恢复保持平衡，安装了本发明的车辆可以实现自行调节姿势恢复保持平衡。

附图说明

图1是本发明侧向透视图

图2是本发明中车轴示意图

图3是本发明中圆环形电机示意图

图4是本发明中去掉一侧轮毂的车轮示意图

图5是本发明中陀螺仪转子元件和圆环形电机构成的控制力矩陀螺示意图

图1中：100 自行平衡车轮，101 拥有一定体积空腔轮毂的车轮，102 具有圆环形框架的车轴，103 圆环形电机，104 陀螺仪转子元件

图5中：500 控制力矩陀螺，501 圆环形电机，502 陀螺仪转子元件。

具体实施方式

本具体实施方案可以保证车轮不向两侧倾斜，保持车轮轴向上平衡，适用于摩托车、电动自行车的制造。具体实施方式参阅图1。图1是本发明提出的一种自行平衡车轮一种实施方案侧向图，为了看清车轮轮毂中各元件安装情况，图上去掉了自行平衡车轮100一侧的轮毂。本发明提出的一种自行平衡车轮100主要是有以下部件构成：一个拥有一定体积空腔轮毂的车轮110，可绕车轴旋转；一个具有圆环形框架的车轴120；一个可以双向转动的圆环形电机130；一个陀螺仪转子元件140。

本实施方案中自行平衡车轮100中各部件按以下方式连接：陀螺仪转子元件140与圆环形力矩电机130呈十字交叉形，陀螺仪转子元件140安装在圆环形电机130内部转子元件上，安装后陀螺仪元件140的旋转轴与圆环形电机130转子旋转轴互相垂直，陀螺仪元件140与圆环形电机130构成控制力矩陀螺部件；圆环形电机130与车轴120呈十字交叉形，圆环形电机130外部定子安装在车轴120中部圆环形框架上，安装后圆环形电机130转子旋转轴与车轮100的轴向重合。本实施方案所述的车轮100在初始阶段安装在车辆上时保证陀螺仪转子元件140转子旋转轴垂直于水平面。

本实施方案中陀螺仪转子元件140需要持续供电旋转工作，圆环形电机130需要平衡感应系统控制接通电源工作。当车轮100向一侧倾斜时，平衡感应系统控制圆环形电机130朝对应方向旋转会对陀螺仪转子元件140施加一个垂直于其旋转轴的扭矩，陀螺仪转子元件140和圆环形电机130构成的控制力矩陀螺部件输出一个垂直于陀螺仪转子140旋转轴且垂直于圆环形电机130转子旋转轴的力矩用于调整车轮姿态恢复保持车轮平衡。

本实施方案中陀螺仪转子元件140与圆环形电机130构成的控制力矩陀螺可以输出垂直于陀螺仪转子元件140旋转轴并且垂直于圆环形电机130转子旋转轴方向的力矩，圆环形电机130转动会改变陀螺仪转子元件140旋转轴方向，因而陀螺仪转子元件140与圆环形电机130构成的控制力矩陀螺输出的力矩方向也会改变，控制力矩陀螺输出的力矩方向与初始阶段输出的力矩方向相差90°后，控制力矩陀螺输出的力矩对车轮100目标姿态的调整无作用或起到相反作用。所以当本实施方案自行平衡车轮受到倾斜干扰时，陀螺仪转子元件140与圆环形电机130构成的控制力矩陀螺迅速输出相应的力矩调整车轮100姿态恢复平衡，并且会超调一下，利用安装了本发明的车辆的重力来抵消由于输出调整车轮100姿态的力矩的过程中陀螺仪转子元件140产生的角动量的变化，使螺仪转子元件140恢复初始状态，这样无论车轮100再次朝哪一侧倾斜，陀螺仪转子元件140与圆环形电机130构成的控制力矩陀螺可以再次输出有效力矩调整车轮100姿态恢复保持车轮平衡。

虽然上述实施方案包含很多特定的细节，但是不应构成对实施方案的限制，而且也不应仅仅限于上述提出的这些方案的图示上。因此，这些实施方案的涵盖范围应该由所附的权利要求及其相应的文件所确定，而不是由上述给出的实例所决定的。此外，还应理解为本发明还能作进一步的改动。本专利旨在根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改进；也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施方案有所偏离，但是属于本发明技术及其应用原理的范围。