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原文传递使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车

专利名称：	使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车
摘要：	本发明涉及平衡车领域，具体涉及使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，弥补传统的平衡车采用力矩陀螺模式带来的机械结构性能加工精度和转速极高的不足，包括车架和车架上的前后轮，还具有：惯性飞轮结构和控制系统，传感器采集平衡车的车身姿态参数和飞轮状态参数，MCU实时根据传感器传输的数据推算系统的倾斜力矩并将控制指令输出到电机驱动器，电机驱动器执行MCU的控制指令用于驱动惯性飞轮结构中的电机，作用于惯性飞轮产生特定方向和大小的反向力矩，从而来使车身达到自平衡；本发明中的惯性飞轮结构可以任意数目安装；在机械结构方面，由于飞轮转速较低，所以对机械结构的强度和装配精度要求很低，且在运行时的振动和噪音都很容易控制。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	洪定生
发明人：	洪定生
专利状态：	有效
申请日期：	2018-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201810237617.3
公开号：	CN110155192A
代理机构：	北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	汤东凤
分类号：	B62D37/04(2006.01);B;B62;B62D;B62D37
申请人地址：	100000 北京市大兴区永兴路5号院龙湖时代天街5-2-2102室
主权项：	1.一种使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，包括车架和车架上的前后轮，其特征在于，还具有：位于前后轮之间的惯性飞轮结构，包括：固定支撑架、惯性飞轮、轴承、电机和减速器，所述固定支撑架安装在车架上，所述惯性飞轮的安装轴线为沿车身行驶方向，其外圈或内圈加工有齿圈，所述轴承通过轴承轴安装在固定支撑架上，该轴承分布在惯性飞轮周围与其相切接触并对惯性飞轮起到支撑、固定作用，支撑、固定支承惯性飞轮的轴承是3组或多组，所述电机与减速器固定连接，所述减速器的输出轴通过齿轮与惯性飞轮的齿圈啮合；控制系统，包括：MCU、电机驱动器和相应的传感器；所述传感器采集平衡车的车身姿态参数和飞轮状态参数，所述MCU实时根据传感器传输的车身姿态参数和飞轮状态参数数据推算系统的倾斜力矩并将控制指令输出到电机驱动器，所述电机驱动器执行MCU的控制指令用于驱动惯性飞轮结构中的电机，作用于惯性飞轮产生特定方向和大小的加速度产生反向力矩，从而来使车身达到自平衡。 2.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述传感器包括姿态传感模块和飞轮状态传感模块，姿态传感模块通过陀螺仪和重力加速度计测得的数据信号，经过数据融合算法处理得到车身的倾角和车身的角速度两个姿态参数，飞轮状态传感模块可以通过旋转编码器信号，计算得到飞轮的位置和飞轮的转速。 3.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述车架上还安装有司机座椅，惯性飞轮结构应用在前后轮平衡车中为1个、2个或2个以上，当为1个时，安装在司机座椅的后方或前方；当为2个或2个以上时，安装在司机座椅的左右两侧和、或前后两侧。 4.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，惯性飞轮的安装轴线为沿车身行驶方向，飞轮俯仰角的倾斜度在-45°到+45°角之间。 5.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述控制系统在保证车身平衡的前提下，引入飞轮的转速反馈，在计算电机所需要的扭矩的同时加入转速的反馈信息，用以降低惯性飞轮的转速。 6.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，惯性飞轮驱动结构还设置为如下方式：惯性飞轮外侧有同步轮，电机侧也装有配套同步轮，电机通过同步轮同步带传动，使惯性飞轮旋转。 7.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，惯性飞轮的驱动结构还设置为如下方式：使用外转子无刷电机，惯性飞轮为磁性材料，直接作为电机转子，惯性飞轮内侧使用线圈，通交变电流产生与惯性飞轮转速相同的旋转磁场，推动惯性飞轮旋转。 8.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述MCU采用10Hz及以上的控制频率进行实时控制，即传感器的采样频率和电机控制指令的发送频率包括电机的指令执行速度都要高于10Hz。 9.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车的自平衡范围最大值为左右方向上的车身倾角30度，在车身倾角大于30度时，判断为超过车身自稳的范围，及时自行停车报警。 10.如权利要求1所述的使用惯性飞轮结构的前后轮平衡车，其特征在于，所述惯性飞轮结构还应用于船只的船体平衡。
所属类别：	发明专利