联接到车辆 框架，W便传递进动马达的反扭矩。例如，在标准条件下，所述巧螺稳定器可W大约定位在 主车辆的所期待的竖直和首尾重屯、(center of gravity, "CG")处。
[0030] 所述电动马达包括定子和W便用于在定子中旋转的转子。定子包括缠绕在定子线 棒上的轴向设置(周向间隔）的线圈，并且该转子设有永磁体，W与围绕定子和转子之间的 空气的间隙的定子线圈相互作用。
[0031] 通过所述飞轮马达的直接的扭矩密度控制，定子和转子在飞轮马达组件的外圆周 的邻近布置实现了通过最佳的加速度和减速度的冗余。
[0032] 直接扭矩控制是一种用在可变频率驱动器中W控制所述马达的扭矩(并因此最后 的速度）的方法。运包括基于所测量到的所述马达的电压和电流，来计算马达的磁通量和扭 矩的估值。直接扭矩密度控制允许控制所述飞轮马达的扭矩承载能力。
[0033] 通过将外部转子组件集成到常平架壳体中的机械优点巩固了多个部件，从而提高 效率并且减少了复杂度。进动（扭矩）马达安装到常平架壳体，进动(扭矩）马达允许飞轮马 达围绕常平架轴进动，从而矢量正交迫使两轮前进车辆稳定。
[0034] 本发明的实施方式还可W包括具有上述转子组件的壳体（例如，成形为圆柱形 壳）、多个永磁体W及在轴和转子组件之间的一个或多个径向感应式轴承。如图2B所示，轴 254可W作用为内部定子安装杆。环形轴向磁体252和环形轴向磁体253可W被定位在所述 轴和转子251周围，并且间隔开给定距离。所述轴向磁体具有相反的磁极（即，磁方向）。如上 所述而配置的运些轴向磁体在本文中可W可替选地被称作电动轴承。如上所述的包括被动 磁体(pasS ive magnet巧由承的电动轴承由现有技术中已知的相对直接的制造工艺而制成。
[0035] 不同于上述的实施方式，对在巧螺仪组件内的飞轮的空间约束限制了固定角速度 可W生成的恢复力矩。一旦整个可用空间包络已被填充，增大恢复力矩可W包括飞轮的角 速度的增大。对该角速度的限制源自对飞轮马达的速度的限制和对轴承的最大速度和载荷 的限制。
[0036] 图3、图4和图5示出了根据本发明的实施方式的用在超通量飞轮马达系统的一个 驱动轮/飞轮电动发电机中的飞轮，所述一个驱动轮/飞轮电动发电机例如为驱动轮/飞轮 电动发电机250。运些附图示出了均匀稳定系统（uniformity and stabilizing system), 所述均匀稳定系统包括连同平衡飞轮组件一起使用的止推环255。止推环255可包括任何合 适的液体或固体材料，从而该止推环破坏、吸收、并抑制包括那些由飞轮中的非均匀性引起 的振动。止推环255包括具有至少一个内部腔室的固态环或盒，该内部腔室填充有流体介 质。止推环可W与平衡块组合使用。
[0037] 在一些实施方式中，为了使飞轮产生精确的扭矩量，利用了包括止推环的飞轮，所 述止推环包括第二介质，当飞轮围绕旋转轴旋转时所述第二介质被分布在环上。该止推环 包括形成在飞轮中的腔室。包括在止推环中的介质可包括固体材料或液体材料。
[0038] 利用巧螺仪来维持两轮车辆竖直(通过利用飞轮进动来生成反扭矩）的基本概念 是已知的（尽管在本说明书中参考了巧螺稳定两轮车辆，但是巧螺稳定的原理还可W用在 具有窄的轨道宽度的任何车辆中，从而巧螺稳定用于稳定车辆或用于增强其悬架系统提供 的稳定性）；然而，出于多种原因该系统没有变得普及，原因包括缺乏用于车辆的合适的控 制系统W在高速公路速度下并且在所有的路况下安全地运行的设计。
[0039] 由于额外的机械传动系统、功率和燃料(或电池）需求，先前尝试集成飞轮稳定性 增加了高复杂度并且因此给车辆增加了重量。此外，飞轮本身所消耗的较多的能量并且从 而否定了两轮车辆本身的内在的效率优点。然而，利用电动发电机的电动驱动系统中的改 进允许车辆的零排放功率，并提供了当使车辆减速时，使用再生制动原理W回收更大量的 能量的能力。运样，与能量储存密度的改进相结合，运允许甚至具有额外的用于巧螺稳定的 功率的扩展范围。
[0040] 控制运些效果的基本方程是公知的并且由方程描述。用于硬磁盘的惯性矩（I)由I = l/4*m*;r2给出，其中，m是磁盘的质量W及；T是半径。对于给定车辆的重量和重屯、（CG)，巧 螺稳定器飞轮的尺寸可W设定成使得车辆在停止时车辆的竖直稳定性可W被无限地控制。 飞轮的半径、质量和几何形状可W被选择成保持可W适配在车辆框架内的紧凑尺寸，并且 仍然能够提供有效的惯性矩I。
[0041] 使旋转飞轮围绕垂直于飞轮旋转轴的轴进动将形成正交于旋转轴和进动轴的反 扭矩。常平架的飞轮组件的有用的反扭矩T由W下方程给出：T = Idisk* COdisk* COaxis。飞轮的 旋转速度对可用于稳定车辆的有用扭矩T的量起着相当重要的作用。作为用于所选择的飞 轮质量和几何形状的控制方程中仅仅可控的多个变量中的一个变量，飞轮旋转速度可W被 控制W补偿所述车辆的不同的静态载荷和载荷分布，从而补偿巧螺稳定器的矫正能力。
[0042] 在该车辆的控制中使用的其它变量包括：
[0043] Ovehicde是测量到的从车辆的一侧到另一侧的倾角（W弧度为单位）；
[0044] Vvehicde是测量到的车辆的在其沿着道路运动时的速度（W米/秒为单位）；
[0045] COdiSk是测量到的飞轮的旋转速度（W弧度/秒为单位）；
[0046] 是测量到的所述飞轮与竖直方向的倾角m弧度为单位）；
[0047] CO axis是测量到的飞轮的倾斜的旋转速度（W弧度/秒为单位）；
[004引0steering是测量到的转向输入(W弧度为单位）。
[0049] 使用帝U入目 Vehicle、Vvehicle、W Flywheel、W axis、巧御S和目Steering ,目 Vehicle可 W 通过改变 ? axis来控制，其输出正交于抑.曲的扭矩W便相反地改变Vehicle或增加地改变目Vehicle。随着 秘：《!>接近90°或弧度，在改变0Vehicle中巧螺的效率降低，运因为扭矩输出正交于新TC&。通过
致动COaxis而控制机Tb和0Vehicde可W通过使用现代控制系统来完成，现代控制系统包括主要 的闭环控制或状态空间和次要的闭环控制或状态空间。因此，在确保Vehicle的优先级是稳 定的情况下可W同时做出两个输出私Xis和0 Vehicle。
[0050] 飞轮几何形状和材料W及进动马达尺寸（其确定巧螺系统的矫正能力）可W取决 于例如W下的变量:车辆重量和在预期负载条件下的重屯、、最大车辆速度、最大转弯速率W 及预期的环境条件(如侧风、道路坡度的变化等等）。在一个实施方式中，为了包装和效率目 的，巧螺组件的物理尺寸和质量可W尽可能地小。本发明的实施方式还可W被基本上比传 统的汽车或卡车(其因此遵守摩托车法律)窄的两轮车辆利用。飞轮质量被选择成当在所需 的速度范围内旋转时，单个飞轮可W能够校正整体车辆的不稳定状态及其用于延长的时间 周期的内容。飞轮材料选择主要由材料密度(8)、材料强度、能量储存能力和总重量之间的 权衡来驱动。能量储存（E )通过W下方程关系到惯性矩和速度的平方：
更大密度的材料可W允许更小的整体包装，但更大的飞轮质量需 要较大的驱动马达，从而更大的重量和空间要求。
[0051] 此外，具有较大质量的飞轮可W较少地响应于加速度请求（即旋转到给定的速度 将需要花更长的时间），或者可能需要大得多的驱动马达，W在给定时间内使飞轮加速。飞 轮质量可被优化W提高车辆的效率，并使巧螺质量最小化有助于将整体车辆质量保持得更 小，运意味着在操作车辆时较少的能量消耗。在一个实施方式中，飞轮材料是碳纤维或凯夫 拉化evlar)，选择该材料的原因是对于它们的重量而高的拉伸强度，允许较高的旋转速度 (即，大于IOO(K)巧m)，并且较大的响应加速度。还可W使用较高密度材料，如钢、黄铜、青铜、 铅和贫化轴。然而应当理解的是，运些材料的拉伸强度不允许更高的旋转速度，运在将飞轮 的尺寸和质量最小化中限制其有用性。
[0化2] 基于该磁盘的几何形状，惯性矩的范围可W从
由于进动巧螺的扭矩输出量由T = Idisk* COdisk* COaxis给出，通过将其它输入保持恒定而增大 Idisk意味着更大的T。因此，对于给定尺寸和重量限制，T可被最大化W保持车辆可用和高 效。然而，Idisk和COdiSk是相关的，运因为随着Idisk增大，使巧螺旋转的马达需要变得更强大， W在可接受的时间量中实现所需的《 disk。
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