CN112623080A - 一种平衡控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平衡控制装置，属于机械装置技术领域。它解决了现有平衡控制装置的功能不便控制等技术问题。本平衡控制装置包括两个飞轮，飞轮的中部设置有飞轮轴，飞轮轴的端部设置有锥齿轮；电机通过离合器连接有动力锥齿轮，动力锥齿轮与两个锥齿轮啮合；飞轮内设置有沿其径向的管体，两个飞轮轴均为空心轴且其内腔联通设置，飞轮轴也与管体联通设置，管体和飞轮轴内填充液体，管体内设置有活塞，管体外滑动设置有与活塞同步移动的管套，管体外还设置有带动管套移动的驱动装置。本发明中通过控制飞轮内液体的流动，改变飞轮的重量，从而能够方便控制平衡控制装置的平衡功能。

Description

一种平衡控制装置

技术领域

本发明属于机械装置技术领域，涉及一种平衡控制装置。

背景技术

平衡控制装置能够在正常运转过程中，对不平衡的变化自动进行补偿，从而实现平衡，例如利用陀螺仪原理制造的平衡装置等，平衡控制装置运用越来越广泛例如相机的防抖动功能，独轮车，自行车以及其他的一些机械设备上都有了大量运用。

目前自动驾驶发展迅速，但是目前大多数的自动驾驶是针对汽车的，而对于双轮车，如电动车、自行车这些需要人驾驶才能实现平衡的车辆则少有涉及，主要的问题是这些车辆的自平衡能力差，需要复杂的平衡设备才能使其不会到下。

中国专利(公告号：CN1266003；公告日：2000-09-13)公开了一种自行车刹车同步平衡控制装置，其包括陀螺盘、轮毂、端盖、陀螺仪、电机、驱动轮和控制器，轮毂和端盖设置在车轮轴上，轮毂和端盖之间设有陀螺盘，陀螺盘轴与车轮轴同轴，车轮轴上固定连接有电机，电机输出轴与车轮轴垂直设置，电机输出轴端部设有驱动轮，驱动轮侧面紧贴于陀螺盘表面，陀螺仪设置在端盖内侧，控制器与分别与陀螺仪和电机连接，控制器接收陀螺仪发送的倾倒信号以及电机的电压和电流信号控制电机转速。

上述专利文献中的自行车刹车同步平衡控制装置虽然实现了在不同车速状态下保持自行车的平衡，但是在自行车转弯过程中，由于该装置的存在，容易发生倾倒。

发明内容

本发明根据现有技术存在的上述问题，提供了一种平衡控制装置，本发明所要解决的技术问题是：如何方便控制平衡控制装置的开启和关闭。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种平衡控制装置，包括支撑架，其特征在于，所述支撑架的两侧对称设有两个相同的飞轮且两个飞轮平行设置，所述飞轮的中部设置有飞轮轴，两个所述飞轮的飞轮轴相对设置且两个飞轮轴的端部转动连接，两个所述飞轮轴上均固设有锥齿轮，两个所述锥齿轮对称设置；两个所述锥齿轮之间设有动力锥齿轮且所述动力锥齿轮与两个所述锥齿轮同时相啮合；所述动力锥齿轮的上方设置有电机，所述电机输出轴通过离合器与所述动力锥齿轮相连接；所述飞轮内设置有沿其径向的管体，两个所述飞轮轴均为空心轴且其内腔联通设置，所述飞轮轴也与所述管体相联通，所述管体和飞轮轴内填充有液体，所述管体内设置有活塞，所述管体外还设置有能够带动所述活塞移动的驱动装置。

其工作原理如下：本平衡控制装置可以运用在自行车上，在自行车行驶过程中，离合器将动力锥齿轮与电机连接起来，动力锥齿轮又和飞轮轴一端设置的锥齿轮啮合，所以动力锥齿轮带动锥齿轮转动，从而带动飞轮转动，两个飞轮的转动惯量相同，在动力锥齿轮的作用下，两个飞轮同步转动，但是转向相反，由于左右两个飞轮的转动惯量相同，在高速转动时具有陀螺的力学特性，两个飞轮组成了陀螺稳定系统，使其不会向左右倾倒。当自行车向某一方向转弯时，利用驱动装置带动活塞在管体内移动，由于飞轮中管体内和飞轮轴内的液体是联通的，这样通过对活塞的控制可以实现将液体向自行车转弯方向的飞轮转移，从而改变两个飞轮的转动惯量，而由于两个飞轮同时与动力锥齿轮啮合，使得即使一个飞轮的转动惯量减少而另一个飞轮的转动惯量增加的情况下，两个飞轮的转速仍然相同，这就会使得位于自行车转弯方向一侧飞轮的角动量大于另一个飞轮的角动量，而且该侧飞轮的质量也增加了，这时该侧飞轮的重量大于另一侧飞轮的重量，从而使得整个车体受到倾斜力矩，车体在倾斜力矩的作用下作出转动角动量，该转动角动量使得自行车可以稳定的转弯。本平衡控制装置可以方便的控制两个飞轮的转动惯量，根据需要开启或关闭其平衡功能，有效防止由于飞轮的作用造成自行车在转弯时倾倒。

在上述的平衡控制装置中，每个所述飞轮上设有至少两根管体，同一个飞轮上的所有管体中部相互交叉且连通，每个所述管体内部的两端均设有所述活塞，所述活塞的外周面与所述管体的内壁之间滑动密封贴靠，所述管体外滑动设置有与所述活塞相对应的管套且所述管套能够带动所述活塞往复移动，所述驱动装置与所述管套相连接且能够带动所述管套移动。由于两个飞轮的液体是联通的，所以移动活塞时，一个飞轮液体减少的质量就是了另一个飞轮液体增加的质量，这样一来，移动一个单位的质量后两个飞轮质量相差的就是两个单位，所以这样控制更迅速。

在上述的平衡控制装置中，两个所述飞轮轴的端部相套接，其中一个飞轮轴的端部插接在另一个飞轮轴的端部内且两者之间采用磁流体进行转动密封。两个飞轮轴相对转动时，内部的液体不会泄漏。

在上述的平衡控制装置中，所述驱动装置为伸缩气缸，所述伸缩气缸的壳体固设在所述飞轮上，所述伸缩气缸的输出轴沿所述飞轮的径向设置且所述伸缩气缸的输出轴与所述管套固连；所述活塞和管套之间具有磁性吸附力。通过伸缩气缸可以控制管套在管体上的滑动进而来带动活塞移动。驱动装置也可以是液压伸缩缸或电动伸缩缸，当然也可以采用电磁吸引(例如在轴上设置电磁铁，利用电磁体对管套的吸引力或斥力控制管套在管体上的移动)的结构，还可以是利用可伸缩的智能材料，如形状记忆合金等(例如管套与管体之间连接形状记忆合金弹簧，形状记忆合金弹簧连接电流控制电路，通过控制流过形状记忆合金弹簧的电流大小控制形状记忆合金弹簧的伸缩从而控制管套在管体上的伸缩)，当然这些装置所需的电源可以设置在管体上与飞轮一起转动，也可以固定在支撑架上，通过导电滑环供电，这些都是现有的供电技术，不做赘述。

在上述的平衡控制装置中，所述飞轮轴转动连接在所述支撑架上，所述锥齿轮套设在所述飞轮轴上。

本发明还提供一种具有平衡控制装置的自行车，其特征在于，所述自行车包括车架，所述车架上设有上述的平衡控制装置；平衡控制装置中的支撑架固设在所述车架上；平衡控制装置中的两个飞轮分别位于所述车架的两侧。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本平衡控制装置中的两个飞轮转动惯量相同，可以确保自行车刹车时，即离合器断开动力锥齿轮与电源的连接时，两个飞轮仍能够组成陀螺稳定系统，防止车体倾倒。

2、本平衡控制装置中设置有具有磁性吸附作用的管套和活塞，并且设置有驱动装置带动管套沿管体的长度方向移动，从而带动活塞以及管体和飞轮轴内的液体移动。

3、本平衡控制装置中管体和飞轮轴联通，其内填充的液体可以在活塞的作用下移动，在转弯过程中车体转弯方向一侧的飞轮增重，从而使得车体受到倾斜力矩，保证其可以稳定转弯。

附图说明

图1是本平衡控制装置的剖视图。

图2是本平衡控制装置中右侧飞轮管体内的液体流向左侧飞轮管体内后的剖视图。

图3是本平衡控制装置中离合器断开后的剖视图。

图4是本平衡控制装置中一个飞轮的侧视图。

图5是具有平衡控制装置的自行车的示意图。

图中，1、飞轮；1a、管体；2、飞轮轴；3、锥齿轮；4、支撑架；5、电机；6、离合器；7、动力锥齿轮；8、液体；9、活塞；10、管套；11、驱动装置；11a、驱动轴；12、车架。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施方式并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。但本发明并不用局限于这些实施例。

实施例一

如图1、图2、图3和图4所示，本平衡控制装置包括飞轮1，飞轮1有两个且平行间隔设置，飞轮1的中部设置有飞轮轴2，飞轮轴2的端部朝向两个飞轮1之间的位置且转动连接，飞轮轴2的端部设置有锥齿轮3，两个锥齿轮3对称设置，飞轮轴2的下方设置有支撑架4，飞轮轴2转动连接在支撑架4上，两个飞轮1分别位于支撑架4的两侧；锥齿轮3的上方设置有电机5，电机5竖直朝下设置，电机5的输出轴下端设置有离合器6，离合器6的下连接有动力锥齿轮7，动力锥齿轮7与两个锥齿轮3同时啮合；飞轮1内设置有沿其径向的管体1a，两个飞轮轴2均为空心轴且其内腔联通设置，飞轮轴2也与管体1a联通设置，管体1a和飞轮轴2内填充有液体8，管体1a内设置有活塞9，管体1a外滑动设置有与活塞9同步移动的管套10，活塞9和管套10均具有磁性且两者具有磁性吸附力，管体1a外还设置有带动管套10移动的驱动装置11，驱动装置11为伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩轴11a与管套10固连。在自行车向某一方向转弯时，其中一侧飞轮1上的管体1a外侧的驱动装置11开始工作，驱动装置11上的伸缩轴11a带动管体1a外侧的管套10沿管体1a的长度方向移动，管套10带动管体1a内的活塞9移动，活塞9推动管体1a和飞轮轴2内的液体8向车体转弯方向一侧的飞轮1转移，该侧飞轮1的重量增加，车体受到倾斜力矩，开始转弯。

进一步的，如图1至图4所示，每个飞轮1的内部设置有两个管体1a，同一个飞轮1上的所有管体1a中部相互交叉且连通，每个管体1a内部的两端均设有活塞9，活塞9的外周面与管体1a的内壁之间滑动密封贴靠，两个飞轮轴2的端部采用磁流体进行转动密封。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种具有平衡控制装置的自行车，其特征在于，自行车包括车架12，车架12上设有上述实施例一中的平衡控制装置；平衡控制装置中的支撑架4固设在车架12上；平衡控制装置中的两个飞轮1分别位于车架12的两侧。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多的使用了1、飞轮；1a、管体；2、飞轮轴；3、锥齿轮；4、支撑架；5、电机；6、离合器；7、动力锥齿轮；8、液体；9、活塞；10、管套；11、驱动装置；11a、驱动轴；12、车架等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。

Claims (5)

1.一种平衡控制装置，包括支撑架(4)，其特征在于，所述支撑架(4)的两侧对称设有两个相同的飞轮(1)且两个飞轮(1)平行设置，所述飞轮(1)的中部设置有飞轮轴(2)，两个所述飞轮(1)的飞轮轴(2)相对设置且两个飞轮轴(2)的端部转动连接，两个所述飞轮轴(2)上均固设有锥齿轮(3)，两个所述锥齿轮(3)对称设置；两个所述锥齿轮(3)之间设有动力锥齿轮(7)且所述动力锥齿轮(7)与两个所述锥齿轮(3)同时相啮合；所述动力锥齿轮(7)的上方设置有电机(5)，所述电机(5)输出轴通过离合器(6)与所述动力锥齿轮(7)相连接；所述飞轮(1)内设置有沿其径向的管体(1a)，两个所述飞轮轴(2)均为空心轴且其内腔联通设置，所述飞轮轴(2)也与所述管体(1a)相联通，所述管体(1a)和飞轮轴(2)内填充有液体(8)，所述管体(1a)内设置有活塞(9)，所述管体(1a)外还设置有能够带动所述活塞(9)移动的驱动装置(11)。

2.根据权利要求1所述的平衡控制装置，其特征在于，每个所述飞轮(1)上设有至少两根管体(1a)，同一个飞轮(1)上的所有管体(1a)中部相互交叉且连通，每个所述管体(1a)内部的两端均设有所述活塞(9)，所述活塞(9)的外周面与所述管体(1a)的内壁之间滑动密封贴靠，所述管体(1a)外滑动设置有与所述活塞(9)相对应的管套(10)且所述管套(10)能够带动所述活塞(9)往复移动，所述驱动装置(11)与所述管套(10)相连接且能够带动所述管套(10)移动。

3.根据权利要求1所述的平衡控制装置，其特征在于，两个所述飞轮轴(2)的端部相套接，其中一个飞轮轴(2)的端部插接在另一个飞轮轴(2)的端部内且两者之间采用磁流体进行转动密封。

4.根据权利要求2所述的平衡控制装置，其特征在于，所述驱动装置(11)为伸缩气缸，所述伸缩气缸的壳体固设在所述飞轮(1)上，所述伸缩气缸的输出轴沿所述飞轮(1)的径向设置且所述伸缩气缸的输出轴与所述管套(10)固连；所述活塞(9)和管套(10)之间具有磁性吸附力。

5.根据权利要求1或4所述的平衡控制装置，其特征在于，所述飞轮轴(2)转动连接在所述支撑架(4)上，所述锥齿轮(3)套设在所述飞轮轴(2)上。

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