一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括上殼體和下殼體，上殼體和下殼體之間設(shè)有轉(zhuǎn)子盤(pán)，轉(zhuǎn)子盤(pán)頂部與上殼體相連，轉(zhuǎn)子盤(pán)上設(shè)有外轉(zhuǎn)子電機(jī)，外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)軸伸出下殼體，外轉(zhuǎn)子電機(jī)固定在下殼體上，下殼體兩端的伸出軸分別設(shè)置在左軸承座和右軸承座上，旋進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下殼體兩端的伸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋進(jìn)電機(jī)與電機(jī)固定座相連。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)陀螺儀本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法來(lái)控制力矩的裝置和系統(tǒng)，其原理為重型旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量存儲(chǔ)為能量的機(jī)械裝置，在系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)的能量可以保持旋轉(zhuǎn)方向垂直的軸產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，用于控制平衡，并能根據(jù)外部應(yīng)激情況通過(guò)旋進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)整體系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，通過(guò)系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)以達(dá)到控制系統(tǒng)平衡。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種平衡系統(tǒng)，具體涉及一種主動(dòng)平衡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 常見(jiàn)的平衡系統(tǒng)的主體是機(jī)械式陀螺儀，旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外 力影響時(shí)，是不會(huì)改變的，用它來(lái)保持方向，制造出來(lái)的產(chǎn)品稱(chēng)為陀螺儀，這是一個(gè)成熟而 又嶄新的課題。
[0003] 在1850年，法國(guó)的物理學(xué)家萊昂?傅科為了研究地球自轉(zhuǎn)，首先發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)中 地的轉(zhuǎn)子由于它具有慣性，它的旋轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)指向一固定方向，這就是機(jī)械式陀螺儀的前身。
[0004] 1903年時(shí)，英國(guó)有三位科學(xué)家提出采用機(jī)械式陀螺儀來(lái)解決前后兩輪車(chē)的平衡問(wèn) 題，之前所制造的兩輪車(chē)不可避免的都要采用兩腳踏地的方式來(lái)解決車(chē)在停止時(shí)的平衡問(wèn) 題，而由于當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)及控制等各方面的原因，導(dǎo)致這種不需要腳踩地來(lái)控制車(chē)身平衡 的前后兩輪車(chē)不被當(dāng)時(shí)人們所接受。機(jī)械式陀螺儀如圖1所示，主要由轉(zhuǎn)盤(pán)11和旋轉(zhuǎn)軸12組 成，二者垂直布置。這種陀螺儀共有三個(gè)方向上的自由度，在360°范圍內(nèi)能始終保證，與轉(zhuǎn) 盤(pán)11所垂直的旋轉(zhuǎn)軸12所示方向?yàn)樨Q直向上狀態(tài)，并能根據(jù)外部狀態(tài)應(yīng)激做出調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸 的方向，保持其在空間位置上不變。
[0005] 而由于機(jī)械式陀螺儀要求機(jī)械加工精度高，裝配工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。機(jī)械式陀螺儀 僅用在五六十年代的大型輪船上，平衡系統(tǒng)固定在船身上，根據(jù)外來(lái)力矩調(diào)節(jié)旋進(jìn)方向，以 此來(lái)減少波浪對(duì)船體震動(dòng)的影響，從而起到減小顛簸的作用。并且由于機(jī)械式陀螺儀的定 軸性，以及抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電子陀螺儀，飛機(jī)上面通常采用一到兩個(gè)機(jī)械式陀螺儀備 用，當(dāng)電子陀螺儀受到干擾時(shí)，可通過(guò)機(jī)械式陀螺儀來(lái)導(dǎo)航。
[0006] 因此，隨著機(jī)械加工精度和機(jī)加工藝以及直流無(wú)刷電機(jī)的長(zhǎng)速發(fā)展，發(fā)明一種新 型的機(jī)械陀螺儀，使其作為主動(dòng)平衡系統(tǒng)則主體，突出在穩(wěn)定平衡方面的作用和效果，將具 有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括上殼體和下殼體， 上殼體和下殼體之間設(shè)有轉(zhuǎn)子盤(pán)，轉(zhuǎn)子盤(pán)頂部與上殼體相連，轉(zhuǎn)子盤(pán)上設(shè)有外轉(zhuǎn)子電機(jī)，外 轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)軸伸出下殼體，外轉(zhuǎn)子電機(jī)固定在下殼體上，下殼體兩端的伸出軸分別設(shè)置 在左軸承座和右軸承座上，旋進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下殼體兩端的伸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋進(jìn)電機(jī)與電機(jī)固定 座相連。
[0009] 下殼體兩端的伸出軸上的傘齒與旋進(jìn)電機(jī)端部的齒輪嚙合。
[0010] 含外轉(zhuǎn)子電機(jī)和固定在外轉(zhuǎn)子電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的外殼上的轉(zhuǎn)子盤(pán)所組成的機(jī)械旋 轉(zhuǎn)部分放置在一個(gè)密閉的空間中緊固組合為一個(gè)整體，并且在密封位置涂抹密封膠，將此 密閉空間抽真空。
[0011] 本發(fā)明是一種采用多個(gè)限定一個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)陀螺儀，通過(guò)調(diào)節(jié)陀螺儀本身轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量的方法來(lái)控制力矩的裝置和系統(tǒng)，其原理為重型旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量存儲(chǔ)為能量的機(jī) 械裝置，在系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)的能量可以保持旋轉(zhuǎn)方向垂直的軸產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，用于控制平 衡，并能根據(jù)外部應(yīng)激情況通過(guò)旋進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)整體系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，通過(guò)系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié) 以達(dá)到控制系統(tǒng)平衡。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為圖2的剖視圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明組裝狀態(tài)圖。
[0017]圖5為本發(fā)明使用狀態(tài)圖。
[0018] 其中：11.轉(zhuǎn)盤(pán)，12 .旋轉(zhuǎn)軸，21.左軸承座，22 .上殼體，23 .轉(zhuǎn)子盤(pán)，24.第一螺釘， 25.右軸承座，27.下殼體，28.外轉(zhuǎn)子電機(jī)，29.第二螺釘，210.旋進(jìn)電機(jī)，211.電機(jī)固定座。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020] 如圖2和3所示，一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括上殼體22和下殼體27,上殼體22和下 殼體27之間設(shè)有轉(zhuǎn)子盤(pán)23,轉(zhuǎn)子盤(pán)23頂部與上殼體22相連，轉(zhuǎn)子盤(pán)23上設(shè)有外轉(zhuǎn)子電機(jī)28， 外轉(zhuǎn)子電機(jī)28的轉(zhuǎn)軸伸出下殼體27,外轉(zhuǎn)子電機(jī)28固定在下殼體27上，下殼體27兩端的伸 出軸分別設(shè)置在左軸承座21和右軸承座25上，旋進(jìn)電機(jī)210帶動(dòng)下殼體27兩端的伸出軸轉(zhuǎn) 動(dòng)，旋進(jìn)電機(jī)210與電機(jī)固定座211相連。
[0021] 下殼體27兩端的伸出軸上的傘齒與旋進(jìn)電機(jī)210端部的齒輪嚙合。
[0022] 本申請(qǐng)包括機(jī)械和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，另外還要設(shè)置控制外轉(zhuǎn)子電機(jī)28和旋進(jìn)電機(jī)210的 邏輯控制部分，以及提供兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電源部分。
[0023]本發(fā)明中，外轉(zhuǎn)子電機(jī)28分為可旋轉(zhuǎn)部分的外殼和含伸出軸不可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)定子兩 部分組成。上殼體22通過(guò)第一螺釘24與外轉(zhuǎn)子電機(jī)28外殼上的轉(zhuǎn)子盤(pán)23相連。外轉(zhuǎn)子電機(jī) 28拖動(dòng)轉(zhuǎn)子盤(pán)23高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存能量，并根據(jù)旋進(jìn)電機(jī)210的旋進(jìn)角速度來(lái)調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng)的 夾角。下殼體27通過(guò)第二螺釘29與外轉(zhuǎn)子電機(jī)28緊固配合，此時(shí)下殼體27的伸出軸分別和 兩端的含軸承的左軸承座21、含軸承的右軸承座25緊固定位，并通過(guò)螺釘固定在車(chē)架上。
[0024]本發(fā)明安裝狀態(tài)如圖4所示，旋進(jìn)電機(jī)210和下殼體27的伸出軸通過(guò)傘齒輪的方式 嚙合，改變電機(jī)的旋向，通過(guò)電機(jī)固定座211固定在車(chē)架上。上殼體22和下殼體27通過(guò)螺釘 緊固，并于緊固配合處涂抹密封膠。
[0025] 如圖5所示，簡(jiǎn)易小車(chē)水平時(shí)，旋進(jìn)電機(jī)210不工作，但是當(dāng)簡(jiǎn)易小車(chē)左傾和右傾 時(shí)，旋進(jìn)電機(jī)210分別按順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛐M(jìn)一個(gè)合適的圈數(shù)使平衡系統(tǒng)的含外轉(zhuǎn)子 電機(jī)28的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分按照需要的方向傾斜一定的角度以此來(lái)釋放能量維持簡(jiǎn)易小車(chē)平 衡。在平衡小車(chē)的車(chē)架上，兩個(gè)主動(dòng)平衡系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸所在的位置與車(chē)方向保持水平狀態(tài)，并 且與兩輪中心在同一直線(xiàn)上。
[0026] 平衡系統(tǒng)在系統(tǒng)中作為儲(chǔ)能裝置其儲(chǔ)能公式：
[0027] 其中，Γ = *γ2為陀螺儀旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，如附圖5所示簡(jiǎn)易小車(chē)在在保 4 持其水平時(shí)有三種狀態(tài)(水平、左傾、右傾）。
[0028]當(dāng)簡(jiǎn)易小車(chē)水平時(shí)，其重力傾斜產(chǎn)生的扭矩公式為：
[0029] T = H*f*sin9
[0030] 其中m為轉(zhuǎn)子盤(pán)23的質(zhì)量，ωι為旋轉(zhuǎn)軸的角速度，轉(zhuǎn)子盤(pán)23的半徑，Η簡(jiǎn)易小車(chē) 的重心高度，f為簡(jiǎn)易小車(chē)的重量，Θ為簡(jiǎn)易小車(chē)傾斜的角度。
[0031] 以此可計(jì)算當(dāng)整車(chē)質(zhì)量為300千克，重心高度為0.5m，當(dāng)傾斜角最大為90°時(shí)，此時(shí) 車(chē)身傾斜產(chǎn)生的最大扭矩為1500N · m。
[0032] 因此需要調(diào)節(jié)的平衡系統(tǒng)需要產(chǎn)生的調(diào)節(jié)扭矩必須要大于1500N · m，因?yàn)殇浫肫?衡系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)平衡裝置有兩個(gè)，每個(gè)需要調(diào)節(jié)的數(shù)值為大于750N · m，以此可以計(jì)算并達(dá) 到平衡系統(tǒng)尺寸、質(zhì)量以及轉(zhuǎn)速的三者相統(tǒng)一的數(shù)值。
[0033] 在此狀態(tài)下不添加主動(dòng)平衡系統(tǒng)或者平衡系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)，此簡(jiǎn)易小車(chē)不能保持 平衡狀態(tài)必須要傾倒，但是加入兩個(gè)封閉的主動(dòng)平衡系統(tǒng)系統(tǒng)，并且保持這兩個(gè)主動(dòng)平衡 系統(tǒng)以計(jì)算好的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此兩輪車(chē)可以在沒(méi)有任何支撐的條件下實(shí)現(xiàn)平衡而不傾 斜。
[0034]藉此計(jì)算并將此理論依據(jù)作為
【發(fā)明內(nèi)容】
，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)已驗(yàn)證將此主動(dòng)平衡系 統(tǒng)并采用合適的尺寸、質(zhì)量以及轉(zhuǎn)速可以達(dá)到簡(jiǎn)易小車(chē)在靜止過(guò)程中的平衡問(wèn)題，在此過(guò) 程中分別需要考慮保證的整車(chē)的質(zhì)量以及主動(dòng)平衡系統(tǒng)采用的機(jī)械式陀螺儀的安裝位置， 以及在此過(guò)程中產(chǎn)生的一系列采取通過(guò)機(jī)械加工和裝配工藝所能影響性能的優(yōu)化，從而達(dá) 到主動(dòng)平衡系統(tǒng)的最優(yōu)安裝性能。
[0035]由于在實(shí)施此項(xiàng)主動(dòng)平衡系統(tǒng)的過(guò)程中，將持續(xù)的機(jī)械能輸出儲(chǔ)存為非連續(xù)做功 的儲(chǔ)能裝置，雖然考慮到需要主動(dòng)平衡系統(tǒng)頻繁的調(diào)節(jié)以保持車(chē)體平衡，儲(chǔ)能裝置是在頻 繁的釋放能量用于維持車(chē)身平衡，但是在面對(duì)能耗折損方面時(shí)，這仍是一個(gè)極大的不可避 免的缺陷，經(jīng)過(guò)計(jì)算動(dòng)能釋放的利用率不到20%，必須要采用一種有效的方式來(lái)減少在儲(chǔ) 能過(guò)程中的摩擦損耗，這樣可以大大提高系統(tǒng)輸出的效率。
[0036]因此將含外轉(zhuǎn)子電機(jī)28的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分放置在一個(gè)密閉的空間組合一個(gè)整體，并 且在密封位置涂抹密封膠，外轉(zhuǎn)子電機(jī)28的伸出電源線(xiàn)和下殼體27配合處灌散熱密封膠， 將此密閉空間抽真空，以此來(lái)減少摩擦以及啟動(dòng)系統(tǒng)的初始轉(zhuǎn)矩。由此實(shí)施平衡系統(tǒng)的最 優(yōu)化結(jié)果中產(chǎn)生可預(yù)期的一系列減少摩擦的措施均視為與本發(fā)明所采用的真空狀態(tài)所相 關(guān)的改變。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，包括上殼體(22)和下殼體(27)，其特征在于:上殼體(22)和 下殼體(27)之間設(shè)有轉(zhuǎn)子盤(pán)(23 )，轉(zhuǎn)子盤(pán)(23)頂部與上殼體(22)相連，轉(zhuǎn)子盤(pán)(23)上設(shè)有 外轉(zhuǎn)子電機(jī)(28 )，外轉(zhuǎn)子電機(jī)(28)的轉(zhuǎn)軸伸出下殼體(27 )，外轉(zhuǎn)子電機(jī)(28)固定在下殼體 (27)上，下殼體(27)兩端的伸出軸分別設(shè)置在左軸承座(21)和右軸承座(25)上，旋進(jìn)電機(jī) (210)帶動(dòng)下殼體(27)兩端的伸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋進(jìn)電機(jī)(210)與電機(jī)固定座(211)相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于:下殼體(27)兩端的伸出軸上 的傘齒與旋進(jìn)電機(jī)(210)端部的齒輪嚙合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型主動(dòng)平衡系統(tǒng)，其特征在于:含外轉(zhuǎn)子電機(jī)(28)和固定在 外轉(zhuǎn)子電機(jī)(28)旋轉(zhuǎn)部分的外殼上的轉(zhuǎn)子盤(pán)(23)所組成的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分放置在一個(gè)密閉 的空間中緊固組合為一個(gè)整體，并且在密封位置涂抹密封膠，將此密閉空間抽真空。
【文檔編號(hào)】B62D37/00GK105857418SQ201610220012
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】田國(guó)威, 李帥強(qiáng)
【申請(qǐng)人】鄭州千里雙騎科技有限公司