CN108545135A - 一种陀螺稳定装置及使用该稳定装置的电动车 - Google Patents

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杜瑞
于文鹏
邓炽
李娜
闫伟
梁同利
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China Aerospace Times Electronics Corp
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
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    • B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider

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Abstract

本发明提供了一种陀螺稳定装置及使用该稳定装置的电动车，所述陀螺稳定装置包括壳体、电机、陀螺飞轮和两个支撑轴，陀螺飞轮位于壳体内部，其自转轴通过轴承安装在壳体上，且自转轴一端与电机转子固定连接，陀螺稳定装置重心位于陀螺飞轮自转轴上，两个支撑轴对称固定在壳体的两侧。所述电动车车身轴线两侧对称安装两个陀螺稳定装置，陀螺稳定装置的两个支撑轴通过轴承与电动车壳体连接，陀螺稳定装置支撑轴中心线与电动车身轴线平行，陀螺稳定装置能够沿着支撑轴中心线进动。当车身受到横向冲击时，两个陀螺稳定装置对车身施加的合力矩为促使电动车恢复平衡的回复力矩，从而起到保持稳定的作用。

Description

一种陀螺稳定装置及使用该稳定装置的电动车
技术领域
本发明涉及一种陀螺稳定装置及使用该稳定装置的电动车，属于惯性技术领域。
背景技术
目前，骑行电动车作为人们普遍使用的交通工具，结构上只有两个轮子而导致稳定性很差，不仅给初学者带来很大困难，也难以保障驾驶人的人身安全。莫说是和汽车，即便两辆电动车互撞也会各自侧翻倾倒，给驾驶人带来巨大伤害，有时甚至是车毁人亡，当事者及家庭因此遭受灭顶之灾的案例也是屡见不鲜。我国每年都会发生大量的电动车交通事故，而电动车交通事故伤亡率更是高达80％，由此可见提高骑行电动车的稳定性能是至关重要的。
发明专利CN303640105S公开了“电动车(不倒翁二代)”，通过在电动车后方两侧各安装一个竖直的后轮来提升稳定性，然而此种设计只能保证电动车正常行驶状态下能够自动稳定，当侧方受到冲击时难以保持平衡。发明专利CN102442384A公开了“一种不倒电动车”，通过两个可调节“V”字型与“八”字型两种着地状态的紧挨式后轮，实现电动车缓速或停放状态下的稳定性，同样地，此种设计仍然不能解决电动车受到横向冲击时的侧翻问题。
综上所述，现有公开的稳定性电动车普遍忽视了对于横向冲击的自身稳定性保持能力，使得电动车的危险性依旧较大，难以保证驾驶人的人身安全。因此，如何提升电动车在受到横向大冲击时的高稳定性能，以提高其安全系数并保证最大限度地降低驾驶人所承受的伤害，成为当前电动车生产行业所面临与关注的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种陀螺稳定装置及使用该稳定装置的电动车，提升电动车在受到横向大冲击时的高稳定性能，以提高其安全系数并保证最大限度地降低驾驶人所承受的伤害。
本发明的技术解决方案是：一种陀螺稳定装置，其特征在于包括壳体、电机、陀螺飞轮，陀螺飞轮位于壳体内部，其自转轴通过第一轴承安装在壳体上，且自转轴一端与电机转子固定连接，带动陀螺飞轮旋转主体随着电机转子转动，陀螺稳定装置重心位于陀螺飞轮自转轴上。
所述陀螺飞轮过自转轴的截面并为两端对称的“哑铃”型。
所述电机为扁平电机。
所述陀螺稳定装置还包括两个支撑轴，两个支撑轴固定在壳体的两侧，两个支撑轴中心线重合，并与陀螺飞轮自转轴相交并垂直。
所述支撑轴的中心线与陀螺飞轮自转轴相交的交点位于陀螺稳定装置重心的正上方。
所述陀螺稳定装置为两个，两个陀螺稳定装置对称安装在电动车身轴线两侧，每个陀螺稳定装置的两个支撑轴通过轴承与电动车身连接，陀螺稳定装置支撑轴中心线与电动车身轴线平行，陀螺稳定装置能够沿着支撑轴中心线进动。
所述两个陀螺稳定装置内电机转速大小相等、方向相反。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明陀螺飞轮过自转轴的截面并为两端对称的“哑铃”型，有效增加了稳定装置的转动惯量，从而提升了电动车的抗冲击能力；
(2)、本发明陀螺稳定装置电机为扁平电机，减少稳定装置的轴向高度；
(3)、本发明提供的高稳定性电动车通过对称安装的陀螺稳定装置，保证电动车身发生倾斜时陀螺稳定装置能够有效进动，产生回复力矩使车身恢复平衡；
(4)、本发明陀螺稳定装置支撑轴的中心线与陀螺飞轮自转轴相交的交点位于陀螺稳定装置重心的正上方，以便陀螺稳定装置在电动车处于未行驶状态时能够自动维持空间位置稳定；
(5)、本发明所提供的高稳定性电动车结构简单，安装方便，易于实现，能有效降低和避免交通事故的发生，最大限度的降低驾驶人受到的伤害，极具推广价值，有非常广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明实施例陀螺稳定装置构造图；
图2为本发明实施例陀螺稳定装置原理图；
图3为本发明实施例高稳定性电动车的结构示意图；
图中：1为前轮；2-1、2-2为陀螺稳定装置；3为电池组；4为主电机；5为后轮；6为车身；7为陀螺飞轮；8为第一轴承；9为扁平电机；10为稳定器壳体；11为自转轴；12为支撑轴；13为轴承盖；14为第二轴承。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种陀螺稳定装置，该陀螺稳定装置包括壳体10、扁平电机9、陀螺飞轮7，陀螺飞轮7位于壳体10内部，其自转轴11通过第一轴承8和轴承盖13安装在壳体10上，且自转轴11一端与扁平电机9转子固定连接，带动陀螺飞轮7旋转主体随着电机9转子转动，陀螺稳定装置重心位于陀螺飞轮自转轴11上。扁平电机9可以减少稳定装置的轴向高度。
为了增加稳定装置的转动惯量，从而提升电动车的抗冲击能力，所述陀螺飞轮结构过自转轴的截面并为两端对称的“哑铃”型。
所述陀螺稳定装置还包括两个用于安装固定的支撑轴12，两个支撑轴12对称固定在壳体10的两侧，支承轴12与壳体10一体成型设计。两个支撑轴12中心线重合，并与陀螺飞轮自转轴11相交并垂直。所述支撑轴的中心线与陀螺飞轮自转轴11相交的交点位于陀螺稳定装置重心的正上方，以便陀螺稳定装置处于静止状态时能够自动维持空间位置稳定。
如图2所示，本发明还提供了一种采用上述稳定装置的电动车。该电动车包括前轮1、第一陀螺稳定装置2-1、第二陀螺稳定装置2-2、电池组3、主电机4、后轮5、车身6；两个陀螺稳定装置(第一陀螺稳定装置2-1、第二陀螺稳定装置2-2)对称安装在电动车身6轴线两侧，车身6的前下部(前轮1的后方，脚踏板下方)，每个陀螺稳定装置的两个支撑轴12通过第二轴承14与电动车车身6连接，陀螺稳定装置支撑轴中心线与电动车身轴线平行，陀螺稳定装置能够沿着支撑轴中心线旋转。电池组3位于陀螺稳定装置2后方，主电机4位于车身6后下方。电池组负责向陀螺稳定装置和主电机供电。第一陀螺稳定装置2-1和第二陀螺稳定装置2-2的机械结构中心连线中点、电池组的机械结构中心和主电机的机械结构中心与车身轴线重合。
如图3所示，本发明的具体稳定原理是：
陀螺飞轮7在扁平电机9的驱动下分别以大小相等、方向相反的角速度ω高速旋转，当车身6受到横向冲击产生横摇角位移φ时，两套由陀螺飞轮7、自转轴11、扁平电机9及稳定器壳体10组成的整体产生进动，两者分别绕各自的支撑轴12以相反的角位移方向旋转，并对车身6施加两个力矩，将力矩如图2中所示进行分解，其中分解的Mx为促使电动车恢复平衡的回复力矩，其余两个方向的力矩My、Mz为影响电动车回复平衡的干扰力矩，由于两个陀螺飞轮7转速大小相等、方向相反，最终两者对车身6的干扰力矩方向相反、相互抵消，而回复力矩方向相同、成倍叠加，从而起到稳定作用，两个陀螺稳定装置产生的合力矩大小为：
所述Mp为所述一组陀螺稳定装置产生的合力矩大小，所述J为所述陀螺飞轮相对于自转轴的转动惯量，所述ω为所述陀螺飞轮绕自转轴的转速，所述为车身6受到横向撞击后产生的倾摇角速度，所述β为所述陀螺稳定装置绕两侧支撑轴的转动速度。
本发明工作时，两个陀螺稳定装置开始通电，两个陀螺稳定装置内的陀螺飞轮分别由一个扁平电机驱动以大小相等、方向相反的角速度绕着自转轴高速旋转，电动车处于平衡待驶状态；给主电机通电时电动车开始行进，进入正常行驶状态；在正常行驶状态下，若遭遇横向外力作用，电动车产生横摇角位移时，陀螺稳定装置内高速旋转的陀螺飞轮便起到了决定性的作用，两个飞轮产生进动并绕着各自的支撑轴开始转动，在进动作用下，陀螺稳定装置对电动车身施加促使电动车恢复平衡的回复力矩和影响电动车回复平衡的干扰力矩，但由于两个陀螺的转速特点，两者进动方向相反，对车身的干扰力矩相互抵消而回复力矩加倍，回复力矩方向为电动车轴向前方，促使车身回复到平衡位置，有效地加大了陀螺稳定装置对电动车的稳定作用。因此，在受到横向冲撞时，电动车会发生侧滑但是能够保持屹立不倒，最大限度的降低驾驶人受到的伤害。
本说明书未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种陀螺稳定装置，其特征在于包括壳体(10)、电机(9)、陀螺飞轮(7)，陀螺飞轮(7)位于壳体(10)内部，其自转轴(11)通过第一轴承(8)安装在壳体(10)上，且自转轴(11)一端与电机(9)转子固定连接，带动陀螺飞轮(7)旋转主体随着电机(9)转子转动，陀螺稳定装置重心位于陀螺飞轮自转轴(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种陀螺稳定装置，其特征在于所述陀螺飞轮(7)过自转轴(11)的截面并为两端对称的“哑铃”型。
3.根据权利要求1所述的一种陀螺稳定装置，其特征在于所述电机(9)为扁平电机。
4.根据权利要求1所述的一种陀螺稳定装置，其特征在于所述陀螺稳定装置还包括两个支撑轴(12)，两个支撑轴(12)固定在壳体(10)的两侧，两个支撑轴(12)中心线重合，并与陀螺飞轮自转轴(11)相交并垂直。
5.根据权利要求4所述的一种陀螺稳定装置，其特征在于所述支撑轴(12)的中心线与陀螺飞轮自转轴(11)相交的交点位于陀螺稳定装置重心的正上方。
6.一种使用如权利要求1～3任一项所述的陀螺稳定装置的电动车，其特征在于所述陀螺稳定装置为两个，两个陀螺稳定装置对称安装在电动车身轴线两侧，每个陀螺稳定装置的两个支撑轴(12)通过轴承(14)与电动车身(6)连接，陀螺稳定装置支撑轴(12)中心线与电动车身(6)轴线平行，陀螺稳定装置能够沿着支撑轴(12)中心线进动。
7.根据权利要求6所述的陀螺稳定装置的电动车，其特征在于所述两个陀螺稳定装置内电机(9)转速大小相等、方向相反。
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