[發(fā)明專利]使用慣性飛輪結(jié)構(gòu)的前后輪平衡車

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810237617.3
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN110155192A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪定生
• 申請（專利權(quán)）人: 洪定生
• 主分類號: B62D37/04
• 分類號: B62D37/04
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明涉及平衡車領(lǐng)域，具體涉及使用慣性飛輪結(jié)構(gòu)的前后輪平衡車，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的平衡車采用力矩陀螺模式帶來的機(jī)械結(jié)構(gòu)性能加工精度和轉(zhuǎn)速極高的不足，包括車架和車架上的前后輪，還具有：慣性飛輪結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，傳感器采集平衡車的車身姿態(tài)參數(shù)和飛輪狀態(tài)參數(shù)，MCU實時根據(jù)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)推算系統(tǒng)的傾斜力矩并將控制指令輸出到電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器執(zhí)行MCU的控制指令用于驅(qū)動慣性飛輪結(jié)構(gòu)中的電機(jī)，作用于慣性飛輪產(chǎn)生特定方向和大小的反向力矩，從而來使車身達(dá)到自平衡；本發(fā)明中的慣性飛輪結(jié)構(gòu)可以任意數(shù)目安裝；在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，由于飛輪轉(zhuǎn)速較低，所以對機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和裝配精度要求很低，且在運(yùn)行時的振動和噪音都很容易控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及平衡車領(lǐng)域，具體涉及一種使用慣性飛輪結(jié)構(gòu)的前后輪平衡車。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中的兩輪平衡車主要通過陀螺系統(tǒng)來實現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)，常見的做法如授權(quán)公告號為CN204095952U的中國實用新型專利，其公開了一種電動兩輪汽車，包括車架以及與車架聯(lián)接的陀螺裝置，其通過控制系統(tǒng)控制陀螺飛輪的運(yùn)動角速度來維持兩輪汽車車身的平衡。

上述方案即為采用力矩陀螺結(jié)構(gòu)平衡車，其通過使用兩個相反旋轉(zhuǎn)方向的陀螺，陀螺具有較大的慣量，通過陀螺的高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生軸向的穩(wěn)定性。在車身左右偏擺的時候，由于旋轉(zhuǎn)陀螺的特性，陀螺會產(chǎn)生前后擺動的力矩，控制器通過控制陀螺的前后偏擺來調(diào)節(jié)車身的側(cè)向平衡。

在結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)的力矩陀螺要抵消自身旋轉(zhuǎn)帶來的動量，所以要成對安裝，常見的安裝方式為前后兩個陀螺相向旋轉(zhuǎn)，安裝方向為豎向安裝，且陀螺一般要以大于5000轉(zhuǎn)的速度運(yùn)行，對機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度和強(qiáng)度的要求極高，因此在實際操作中平衡維持效果較差。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種使用慣性飛輪結(jié)構(gòu)的前后輪平衡車，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的平衡車采用力矩陀螺模式帶來的機(jī)械結(jié)構(gòu)性能加工精度和轉(zhuǎn)速極高的不足。

(二)技術(shù)方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種使用慣性飛輪結(jié)構(gòu)的前后輪平衡車，包括車架和車架上的前后輪，還具有：位于前后輪之間的慣性飛輪結(jié)構(gòu)，包括：固定支撐架、慣性飛輪、軸承、電機(jī)和減速器，所述固定支撐架安裝在車架上，所述慣性飛輪的安裝軸線為沿車身行駛方向，其外圈或內(nèi)圈加工有齒圈，所述軸承通過軸承軸安裝在固定支撐架上，該軸承分布在慣性飛輪周圍與其相切接觸并對慣性飛輪起到支撐、固定作用，所述電機(jī)與減速器固定連接，所述減速器的輸出軸通過齒輪與慣性飛輪的齒圈嚙合，慣性飛輪外側(cè)或者內(nèi)側(cè)通過軸承，分別沿著慣性飛輪外側(cè)或者內(nèi)側(cè)軌道旋轉(zhuǎn)；

慣性飛輪的驅(qū)動結(jié)構(gòu)還可采用如下方式代替：

使用外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)，飛輪為磁性材料，直接作為電機(jī)轉(zhuǎn)子，飛輪內(nèi)側(cè)使用線圈，通交變電流產(chǎn)生與飛輪轉(zhuǎn)速相同的旋轉(zhuǎn)磁場，推動飛輪旋轉(zhuǎn)；

使用電機(jī)驅(qū)動，飛輪外側(cè)有同步輪，電機(jī)側(cè)也裝有配套同步輪，通過同步輪同步帶傳動，使飛輪旋轉(zhuǎn)。

在控制方面，具有控制系統(tǒng)，包括：MCU、電機(jī)驅(qū)動器和相應(yīng)的傳感器；所述傳感器采集平衡車的車身姿態(tài)參數(shù)和飛輪狀態(tài)參數(shù)，所述MCU實時根據(jù)傳感器傳輸?shù)能嚿碜藨B(tài)參數(shù)和飛輪狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)推算系統(tǒng)的傾斜力矩并將控制指令輸出到電機(jī)驅(qū)動器，所述電機(jī)驅(qū)動器執(zhí)行MCU的控制指令用于驅(qū)動慣性飛輪結(jié)構(gòu)中的電機(jī)，作用于慣性飛輪產(chǎn)生特定方向和大小的加速度產(chǎn)生反向力矩，從而來使車身達(dá)到自平衡。

具體地，所述傳感器包括姿態(tài)傳感模塊和飛輪狀態(tài)傳感模塊，姿態(tài)傳感模塊通過陀螺儀和重力加速度計測得的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合算法處理得到車身的傾角和車身的角速度兩個姿態(tài)參數(shù)，飛輪狀態(tài)傳感模塊可以通過旋轉(zhuǎn)編碼器信號，計算得到飛輪的位置和飛輪的轉(zhuǎn)速。

較為優(yōu)選的，所述車架上安裝有司機(jī)座椅，所述慣性飛輪結(jié)構(gòu)安裝在司機(jī)座椅的后方。