[发明专利]一种外壳交替旋转型电驱动陀螺

说明书

本发明公开一种外壳交替旋转型电驱动陀螺，涉及电动陀螺相关领域,包括旋转外壳，内部旋转体，由电气端口部分以及旋转部分组成的驱动电机，驱动电路以及电池，所述内部旋转体和驱动电机的旋转部分机械连接，进行同轴旋转运动；电机的电气端口部分、驱动电路以及电池之间进行电气连接，且电机的电气端口部分、驱动电路以及电池均连接于旋转外壳内侧，驱动电机的电气端口部分与旋转部分在相互作用力下进行相对旋转，所采用的驱动电机可以为内转子电机、外转子电机、轴向电机等形式；同时，本发明在使用时，通过所公开的的设计方式与外壳交替控制方法，能够不依靠外部施力物或空气动力，实现自主持续转动，且能够保持直立的交替旋转姿态直到电池电量耗尽。

技术领域

本发明涉及电动陀螺相关领域，具体的是一种外壳交替旋转型电驱动陀螺。

背景技术

传统陀螺装置沿轴线旋转时，由于产生了陀螺效应，因此可保持直立旋转。但陀螺底部与其支撑面之间存在摩擦力，导致陀螺的角动量将会随时间消耗，逐渐减速，因此无法持久地维持直立旋转。通过施加电动力、电磁力等方法实现陀螺的长久旋转是可行的，但陀螺作为受力物体，还需要另一个施力物体，例如：利用额外的底座来向陀螺提供旋转电磁力，此时底座是施力物体；利用陀螺上安装的风扇叶片或喷气口来产生空气动力，此时空气是施力物体；将陀螺外壳分为上下两部分，上部分自由旋转，下部分与其支撑平面共同作为施力物体，此种陀螺只能维持上部分的持续旋转，下部分由于受到支撑平面的摩擦力减速影响，无法实现持续的旋转。

一个不依靠固定底座、固定外框或是空气动力等外部施力的单体外壳陀螺，纵使在内部安置了电动马达，也是无法改变外部摩擦力影响的，外部摩擦力会导致陀螺整体的角动量降低，造成减速，因此单体外壳陀螺无法在外壳持续旋转的同时保持持续的直立姿态。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种外壳交替旋转型电驱动陀螺，能够避免单体外壳陀螺因其与支撑平面之间存在摩擦力导致陀螺减速、无法长时间独立维持直立旋转的问题，实现单体外壳陀螺不依靠外部施力的长时间旋转及直立姿态。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种外壳交替旋转型电驱动陀螺，包括旋转外壳(1)，内部旋转体(2)，由电气端口部分(3)以及旋转部分(4)组成的驱动电机，驱动电路(5)以及电池(6)，所述旋转外壳(1)受控进行平均值为零的正负交替旋转；内部旋转体(2)与驱动电机的旋转部分(4)机械连接，且相对旋转外壳(1)的旋转始终为单一方向；电机的电气端口部分(3)、驱动电路(5)以及电池(6)之间进行电气连接，且电机的电气端口部分(3)、驱动电路(5)以及电池(6)均连接于旋转外壳(1)内侧。

进一步地，所述驱动电机的电气端口部分(3)与旋转部分(4)由电机驱动，采用的驱动电机为内转子电机、外转子电机、轴向电机中的一种。

进一步地，所述驱动电路(5)中，包含用于测得所述旋转外壳(1)相对于惯性参考系的转速传感器，用于电机进行双向的电压、电流、能量交互的电机驱动电路，以及用于实现外壳交替旋转特性以及内部旋转体旋转特性的控制模块。

进一步地，所述外壳交替旋转的旋转速度的目标轨迹是平均值为零的轨迹。该轨迹可以恒为零，或对称三角波，或对称方波，或对称、不对称的其他平均值为零的轨迹形状。

进一步地，所述内部旋转体(2)相对于旋转外壳(1)的旋转速度的目标值，在陀螺保持直立姿态的一次运行当中，取值恒为正或者恒为负，且它的绝对值始终大于一个边界值，该边界值是能够保持陀螺整体稳定直立的最小转速。

本发明的有益效果：

此发明公开的外壳交替旋转型电驱动陀螺装置，拥有整体外壳，通过所公开的的设计方式与控制方法，能够不依靠外部施力物或空气动力，自主持续转动，且能够保持直立的交替旋转姿态直到电池电量耗尽。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。