一种新型主动平衡系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种新型主动平衡系统，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间设有转子盘，转子盘顶部与上壳体相连，转子盘上设有外转子电机，外转子电机的转轴伸出下壳体，外转子电机固定在下壳体上，下壳体两端的伸出轴分别设置在左轴承座和右轴承座上，旋进电机带动下壳体两端的伸出轴转动，旋进电机与电机固定座相连。本发明通过调节陀螺仪本身转动惯量的方法来控制力矩的装置和系统，其原理为重型旋转质量，转动惯量存储为能量的机械装置，在系统内部存储的能量可以保持旋转方向垂直的轴产生相应的转矩，用于控制平衡，并能根据外部应激情况通过旋进电机来调节整体系统的平衡状态，通过系统主动调节以达到控制系统平衡。
【专利说明】
一种新型主动平衡系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种平衡系统，具体涉及一种主动平衡系统。
【背景技术】
[0002] 常见的平衡系统的主体是机械式陀螺仪，旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外 力影响时，是不会改变的，用它来保持方向，制造出来的产品称为陀螺仪，这是一个成熟而 又崭新的课题。
[0003] 在1850年，法国的物理学家莱昂?傅科为了研究地球自转，首先发现高速转动中 地的转子由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，这就是机械式陀螺仪的前身。
[0004] 1903年时，英国有三位科学家提出采用机械式陀螺仪来解决前后两轮车的平衡问 题，之前所制造的两轮车不可避免的都要采用两脚踏地的方式来解决车在停止时的平衡问 题，而由于当时的电动机及控制等各方面的原因，导致这种不需要脚踩地来控制车身平衡 的前后两轮车不被当时人们所接受。机械式陀螺仪如图1所示，主要由转盘11和旋转轴12组 成，二者垂直布置。这种陀螺仪共有三个方向上的自由度，在360°范围内能始终保证，与转 盘11所垂直的旋转轴12所示方向为竖直向上状态，并能根据外部状态应激做出调节旋转轴 的方向，保持其在空间位置上不变。
[0005] 而由于机械式陀螺仪要求机械加工精度高，装配工艺复杂等缺点。机械式陀螺仪 仅用在五六十年代的大型轮船上，平衡系统固定在船身上，根据外来力矩调节旋进方向，以 此来减少波浪对船体震动的影响，从而起到减小颠簸的作用。并且由于机械式陀螺仪的定 轴性，以及抗干扰能力远远优于电子陀螺仪，飞机上面通常采用一到两个机械式陀螺仪备 用，当电子陀螺仪受到干扰时，可通过机械式陀螺仪来导航。
[0006] 因此，随着机械加工精度和机加工艺以及直流无刷电机的长速发展，发明一种新 型的机械陀螺仪，使其作为主动平衡系统则主体，突出在稳定平衡方面的作用和效果，将具 有重大意义。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种新型主动平衡系统。
[0008] 本发明的技术方案是这样实现的：一种新型主动平衡系统，包括上壳体和下壳体， 上壳体和下壳体之间设有转子盘，转子盘顶部与上壳体相连，转子盘上设有外转子电机，外 转子电机的转轴伸出下壳体，外转子电机固定在下壳体上，下壳体两端的伸出轴分别设置 在左轴承座和右轴承座上，旋进电机带动下壳体两端的伸出轴转动，旋进电机与电机固定 座相连。
[0009] 下壳体两端的伸出轴上的伞齿与旋进电机端部的齿轮啮合。
[0010] 含外转子电机和固定在外转子电机旋转部分的外壳上的转子盘所组成的机械旋 转部分放置在一个密闭的空间中紧固组合为一个整体，并且在密封位置涂抹密封胶，将此 密闭空间抽真空。
[0011] 本发明是一种采用多个限定一个自由度的旋转陀螺仪，通过调节陀螺仪本身转动 惯量的方法来控制力矩的装置和系统，其原理为重型旋转质量，转动惯量存储为能量的机 械装置，在系统内部存储的能量可以保持旋转方向垂直的轴产生相应的转矩，用于控制平 衡，并能根据外部应激情况通过旋进电机来调节整体系统的平衡状态，通过系统主动调节 以达到控制系统平衡。
【附图说明】
[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0013] 图1为现有技术的结构示意图。
[0014] 图2为本发明的结构示意图。
[0015] 图3为图2的剖视图。
[0016] 图4为本发明组装状态图。
[0017]图5为本发明使用状态图。
[0018] 其中：11.转盘，12 .旋转轴，21.左轴承座，22 .上壳体，23 .转子盘，24.第一螺钉， 25.右轴承座，27.下壳体，28.外转子电机，29.第二螺钉，210.旋进电机，211.电机固定座。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020] 如图2和3所示，一种新型主动平衡系统，包括上壳体22和下壳体27,上壳体22和下 壳体27之间设有转子盘23,转子盘23顶部与上壳体22相连，转子盘23上设有外转子电机28， 外转子电机28的转轴伸出下壳体27,外转子电机28固定在下壳体27上，下壳体27两端的伸 出轴分别设置在左轴承座21和右轴承座25上，旋进电机210带动下壳体27两端的伸出轴转 动，旋进电机210与电机固定座211相连。
[0021] 下壳体27两端的伸出轴上的伞齿与旋进电机210端部的齿轮啮合。
[0022] 本申请包括机械和转动部分，另外还要设置控制外转子电机28和旋进电机210的 逻辑控制部分，以及提供两个电机转动的电源部分。
[0023]本发明中，外转子电机28分为可旋转部分的外壳和含伸出轴不可旋转的内定子两 部分组成。上壳体22通过第一螺钉24与外转子电机28外壳上的转子盘23相连。外转子电机 28拖动转子盘23高速旋转储存能量，并根据旋进电机210的旋进角速度来调节平衡系统的 夹角。下壳体27通过第二螺钉29与外转子电机28紧固配合，此时下壳体27的伸出轴分别和 两端的含轴承的左轴承座21、含轴承的右轴承座25紧固定位，并通过螺钉固定在车架上。
[0024]本发明安装状态如图4所示，旋进电机210和下壳体27的伸出轴通过伞齿轮的方式 啮合，改变电机的旋向，通过电机固定座211固定在车架上。上壳体22和下壳体27通过螺钉 紧固，并于紧固配合处涂抹密封胶。
[0025] 如图5所示，简易小车水平时，旋进电机210不工作，但是当简易小车左倾和右倾 时，旋进电机210分别按顺时针和逆时针方向旋进一个合适的圈数使平衡系统的含外转子 电机28的机械旋转部分按照需要的方向倾斜一定的角度以此来释放能量维持简易小车平 衡。在平衡小车的车架上，两个主动平衡系统旋转轴所在的位置与车方向保持水平状态，并 且与两轮中心在同一直线上。
[0026] 平衡系统在系统中作为储能装置其储能公式：
[0027] 其中，Γ = *γ2为陀螺仪旋转时的转动扭矩，如附图5所示简易小车在在保 4 持其水平时有三种状态(水平、左倾、右倾）。
[0028]当简易小车水平时，其重力倾斜产生的扭矩公式为：
[0029] T = H*f*sin9
[0030] 其中m为转子盘23的质量，ωι为旋转轴的角速度，转子盘23的半径，Η简易小车 的重心高度，f为简易小车的重量，Θ为简易小车倾斜的角度。
[0031] 以此可计算当整车质量为300千克，重心高度为0.5m，当倾斜角最大为90°时，此时 车身倾斜产生的最大扭矩为1500N · m。
[0032] 因此需要调节的平衡系统需要产生的调节扭矩必须要大于1500N · m，因为录入平 衡系统中的调节平衡装置有两个，每个需要调节的数值为大于750N · m，以此可以计算并达 到平衡系统尺寸、质量以及转速的三者相统一的数值。
[0033] 在此状态下不添加主动平衡系统或者平衡系统没有启动时，此简易小车不能保持 平衡状态必须要倾倒，但是加入两个封闭的主动平衡系统系统，并且保持这两个主动平衡 系统以计算好的转速匀速转动时，此两轮车可以在没有任何支撑的条件下实现平衡而不倾 斜。
[0034]藉此计算并将此理论依据作为
【发明内容】
，经过一系列实验已验证将此主动平衡系 统并采用合适的尺寸、质量以及转速可以达到简易小车在静止过程中的平衡问题，在此过 程中分别需要考虑保证的整车的质量以及主动平衡系统采用的机械式陀螺仪的安装位置， 以及在此过程中产生的一系列采取通过机械加工和装配工艺所能影响性能的优化，从而达 到主动平衡系统的最优安装性能。
[0035]由于在实施此项主动平衡系统的过程中，将持续的机械能输出储存为非连续做功 的储能装置，虽然考虑到需要主动平衡系统频繁的调节以保持车体平衡，储能装置是在频 繁的释放能量用于维持车身平衡，但是在面对能耗折损方面时，这仍是一个极大的不可避 免的缺陷，经过计算动能释放的利用率不到20%，必须要采用一种有效的方式来减少在储 能过程中的摩擦损耗，这样可以大大提高系统输出的效率。
[0036]因此将含外转子电机28的机械旋转部分放置在一个密闭的空间组合一个整体，并 且在密封位置涂抹密封胶，外转子电机28的伸出电源线和下壳体27配合处灌散热密封胶， 将此密闭空间抽真空，以此来减少摩擦以及启动系统的初始转矩。由此实施平衡系统的最 优化结果中产生可预期的一系列减少摩擦的措施均视为与本发明所采用的真空状态所相 关的改变。
[0037]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种新型主动平衡系统，包括上壳体(22)和下壳体(27)，其特征在于:上壳体(22)和 下壳体(27)之间设有转子盘(23 )，转子盘(23)顶部与上壳体(22)相连，转子盘(23)上设有 外转子电机(28 )，外转子电机(28)的转轴伸出下壳体(27 )，外转子电机(28)固定在下壳体 (27)上，下壳体(27)两端的伸出轴分别设置在左轴承座(21)和右轴承座(25)上，旋进电机 (210)带动下壳体(27)两端的伸出轴转动，旋进电机(210)与电机固定座(211)相连。2. 根据权利要求1所述的新型主动平衡系统，其特征在于:下壳体(27)两端的伸出轴上 的伞齿与旋进电机(210)端部的齿轮啮合。3. 根据权利要求1所述的新型主动平衡系统，其特征在于:含外转子电机(28)和固定在 外转子电机(28)旋转部分的外壳上的转子盘(23)所组成的机械旋转部分放置在一个密闭 的空间中紧固组合为一个整体，并且在密封位置涂抹密封胶，将此密闭空间抽真空。
【文档编号】B62D37/00GK105857418SQ201610220012
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】田国威, 李帅强
【申请人】郑州千里双骑科技有限公司