聯(lián)接到車輛 框架，W便傳遞進(jìn)動(dòng)馬達(dá)的反扭矩。例如，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，所述巧螺穩(wěn)定器可W大約定位在 主車輛的所期待的豎直和首尾重屯、(center of gravity, "CG")處。
[0030] 所述電動(dòng)馬達(dá)包括定子和W便用于在定子中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子包括纏繞在定子線 棒上的軸向設(shè)置(周向間隔）的線圈，并且該轉(zhuǎn)子設(shè)有永磁體，W與圍繞定子和轉(zhuǎn)子之間的 空氣的間隙的定子線圈相互作用。
[0031] 通過所述飛輪馬達(dá)的直接的扭矩密度控制，定子和轉(zhuǎn)子在飛輪馬達(dá)組件的外圓周 的鄰近布置實(shí)現(xiàn)了通過最佳的加速度和減速度的冗余。
[0032] 直接扭矩控制是一種用在可變頻率驅(qū)動(dòng)器中W控制所述馬達(dá)的扭矩(并因此最后 的速度）的方法。運(yùn)包括基于所測量到的所述馬達(dá)的電壓和電流，來計(jì)算馬達(dá)的磁通量和扭 矩的估值。直接扭矩密度控制允許控制所述飛輪馬達(dá)的扭矩承載能力。
[0033] 通過將外部轉(zhuǎn)子組件集成到常平架殼體中的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)鞏固了多個(gè)部件，從而提高 效率并且減少了復(fù)雜度。進(jìn)動(dòng)（扭矩）馬達(dá)安裝到常平架殼體，進(jìn)動(dòng)(扭矩）馬達(dá)允許飛輪馬 達(dá)圍繞常平架軸進(jìn)動(dòng)，從而矢量正交迫使兩輪前進(jìn)車輛穩(wěn)定。
[0034] 本發(fā)明的實(shí)施方式還可W包括具有上述轉(zhuǎn)子組件的殼體（例如，成形為圓柱形 殼）、多個(gè)永磁體W及在軸和轉(zhuǎn)子組件之間的一個(gè)或多個(gè)徑向感應(yīng)式軸承。如圖2B所示，軸 254可W作用為內(nèi)部定子安裝桿。環(huán)形軸向磁體252和環(huán)形軸向磁體253可W被定位在所述 軸和轉(zhuǎn)子251周圍，并且間隔開給定距離。所述軸向磁體具有相反的磁極（即，磁方向）。如上 所述而配置的運(yùn)些軸向磁體在本文中可W可替選地被稱作電動(dòng)軸承。如上所述的包括被動(dòng) 磁體(pasS ive magnet巧由承的電動(dòng)軸承由現(xiàn)有技術(shù)中已知的相對(duì)直接的制造工藝而制成。
[0035] 不同于上述的實(shí)施方式，對(duì)在巧螺儀組件內(nèi)的飛輪的空間約束限制了固定角速度 可W生成的恢復(fù)力矩。一旦整個(gè)可用空間包絡(luò)已被填充，增大恢復(fù)力矩可W包括飛輪的角 速度的增大。對(duì)該角速度的限制源自對(duì)飛輪馬達(dá)的速度的限制和對(duì)軸承的最大速度和載荷 的限制。
[0036] 圖3、圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用在超通量飛輪馬達(dá)系統(tǒng)的一個(gè) 驅(qū)動(dòng)輪/飛輪電動(dòng)發(fā)電機(jī)中的飛輪，所述一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪/飛輪電動(dòng)發(fā)電機(jī)例如為驅(qū)動(dòng)輪/飛輪 電動(dòng)發(fā)電機(jī)250。運(yùn)些附圖示出了均勻穩(wěn)定系統(tǒng)（uniformity and stabilizing system), 所述均勻穩(wěn)定系統(tǒng)包括連同平衡飛輪組件一起使用的止推環(huán)255。止推環(huán)255可包括任何合 適的液體或固體材料，從而該止推環(huán)破壞、吸收、并抑制包括那些由飛輪中的非均勻性引起 的振動(dòng)。止推環(huán)255包括具有至少一個(gè)內(nèi)部腔室的固態(tài)環(huán)或盒，該內(nèi)部腔室填充有流體介 質(zhì)。止推環(huán)可W與平衡塊組合使用。
[0037] 在一些實(shí)施方式中，為了使飛輪產(chǎn)生精確的扭矩量，利用了包括止推環(huán)的飛輪，所 述止推環(huán)包括第二介質(zhì)，當(dāng)飛輪圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第二介質(zhì)被分布在環(huán)上。該止推環(huán) 包括形成在飛輪中的腔室。包括在止推環(huán)中的介質(zhì)可包括固體材料或液體材料。
[0038] 利用巧螺儀來維持兩輪車輛豎直(通過利用飛輪進(jìn)動(dòng)來生成反扭矩）的基本概念 是已知的（盡管在本說明書中參考了巧螺穩(wěn)定兩輪車輛，但是巧螺穩(wěn)定的原理還可W用在 具有窄的軌道寬度的任何車輛中，從而巧螺穩(wěn)定用于穩(wěn)定車輛或用于增強(qiáng)其懸架系統(tǒng)提供 的穩(wěn)定性）；然而，出于多種原因該系統(tǒng)沒有變得普及，原因包括缺乏用于車輛的合適的控 制系統(tǒng)W在高速公路速度下并且在所有的路況下安全地運(yùn)行的設(shè)計(jì)。
[0039] 由于額外的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、功率和燃料(或電池）需求，先前嘗試集成飛輪穩(wěn)定性 增加了高復(fù)雜度并且因此給車輛增加了重量。此外，飛輪本身所消耗的較多的能量并且從 而否定了兩輪車輛本身的內(nèi)在的效率優(yōu)點(diǎn)。然而，利用電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的改 進(jìn)允許車輛的零排放功率，并提供了當(dāng)使車輛減速時(shí)，使用再生制動(dòng)原理W回收更大量的 能量的能力。運(yùn)樣，與能量儲(chǔ)存密度的改進(jìn)相結(jié)合，運(yùn)允許甚至具有額外的用于巧螺穩(wěn)定的 功率的擴(kuò)展范圍。
[0040] 控制運(yùn)些效果的基本方程是公知的并且由方程描述。用于硬磁盤的慣性矩（I)由I = l/4*m*;r2給出，其中，m是磁盤的質(zhì)量W及；T是半徑。對(duì)于給定車輛的重量和重屯、（CG)，巧 螺穩(wěn)定器飛輪的尺寸可W設(shè)定成使得車輛在停止時(shí)車輛的豎直穩(wěn)定性可W被無限地控制。 飛輪的半徑、質(zhì)量和幾何形狀可W被選擇成保持可W適配在車輛框架內(nèi)的緊湊尺寸，并且 仍然能夠提供有效的慣性矩I。
[0041] 使旋轉(zhuǎn)飛輪圍繞垂直于飛輪旋轉(zhuǎn)軸的軸進(jìn)動(dòng)將形成正交于旋轉(zhuǎn)軸和進(jìn)動(dòng)軸的反 扭矩。常平架的飛輪組件的有用的反扭矩T由W下方程給出：T = Idisk* COdisk* COaxis。飛輪的 旋轉(zhuǎn)速度對(duì)可用于穩(wěn)定車輛的有用扭矩T的量起著相當(dāng)重要的作用。作為用于所選擇的飛 輪質(zhì)量和幾何形狀的控制方程中僅僅可控的多個(gè)變量中的一個(gè)變量，飛輪旋轉(zhuǎn)速度可W被 控制W補(bǔ)償所述車輛的不同的靜態(tài)載荷和載荷分布，從而補(bǔ)償巧螺穩(wěn)定器的矯正能力。
[0042] 在該車輛的控制中使用的其它變量包括：
[0043] Ovehicde是測量到的從車輛的一側(cè)到另一側(cè)的傾角（W弧度為單位）；
[0044] Vvehicde是測量到的車輛的在其沿著道路運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度（W米/秒為單位）；
[0045] COdiSk是測量到的飛輪的旋轉(zhuǎn)速度（W弧度/秒為單位）；
[0046] 是測量到的所述飛輪與豎直方向的傾角m弧度為單位）；
[0047] CO axis是測量到的飛輪的傾斜的旋轉(zhuǎn)速度（W弧度/秒為單位）；
[004引0steering是測量到的轉(zhuǎn)向輸入(W弧度為單位）。
[0049] 使用帝U入目 Vehicle、Vvehicle、W Flywheel、W axis、巧御S和目Steering ,目 Vehicle可 W 通過改變 ? axis來控制，其輸出正交于抑.曲的扭矩W便相反地改變Vehicle或增加地改變目Vehicle。隨著 秘：《!>接近90°或弧度，在改變0Vehicle中巧螺的效率降低，運(yùn)因?yàn)榕ぞ剌敵稣挥谛耇C&。通過
致動(dòng)COaxis而控制機(jī)Tb和0Vehicde可W通過使用現(xiàn)代控制系統(tǒng)來完成，現(xiàn)代控制系統(tǒng)包括主要 的閉環(huán)控制或狀態(tài)空間和次要的閉環(huán)控制或狀態(tài)空間。因此，在確保Vehicle的優(yōu)先級(jí)是穩(wěn) 定的情況下可W同時(shí)做出兩個(gè)輸出私Xis和0 Vehicle。
[0050] 飛輪幾何形狀和材料W及進(jìn)動(dòng)馬達(dá)尺寸（其確定巧螺系統(tǒng)的矯正能力）可W取決 于例如W下的變量:車輛重量和在預(yù)期負(fù)載條件下的重屯、、最大車輛速度、最大轉(zhuǎn)彎速率W 及預(yù)期的環(huán)境條件(如側(cè)風(fēng)、道路坡度的變化等等）。在一個(gè)實(shí)施方式中，為了包裝和效率目 的，巧螺組件的物理尺寸和質(zhì)量可W盡可能地小。本發(fā)明的實(shí)施方式還可W被基本上比傳 統(tǒng)的汽車或卡車(其因此遵守摩托車法律)窄的兩輪車輛利用。飛輪質(zhì)量被選擇成當(dāng)在所需 的速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，單個(gè)飛輪可W能夠校正整體車輛的不穩(wěn)定狀態(tài)及其用于延長的時(shí)間 周期的內(nèi)容。飛輪材料選擇主要由材料密度(8)、材料強(qiáng)度、能量儲(chǔ)存能力和總重量之間的 權(quán)衡來驅(qū)動(dòng)。能量儲(chǔ)存（E )通過W下方程關(guān)系到慣性矩和速度的平方：
更大密度的材料可W允許更小的整體包裝，但更大的飛輪質(zhì)量需 要較大的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，從而更大的重量和空間要求。
[0051] 此外，具有較大質(zhì)量的飛輪可W較少地響應(yīng)于加速度請(qǐng)求（即旋轉(zhuǎn)到給定的速度 將需要花更長的時(shí)間），或者可能需要大得多的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，W在給定時(shí)間內(nèi)使飛輪加速。飛 輪質(zhì)量可被優(yōu)化W提高車輛的效率，并使巧螺質(zhì)量最小化有助于將整體車輛質(zhì)量保持得更 小，運(yùn)意味著在操作車輛時(shí)較少的能量消耗。在一個(gè)實(shí)施方式中，飛輪材料是碳纖維或凱夫 拉化evlar)，選擇該材料的原因是對(duì)于它們的重量而高的拉伸強(qiáng)度，允許較高的旋轉(zhuǎn)速度 (即，大于IOO(K)巧m)，并且較大的響應(yīng)加速度。還可W使用較高密度材料，如鋼、黃銅、青銅、 鉛和貧化軸。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，運(yùn)些材料的拉伸強(qiáng)度不允許更高的旋轉(zhuǎn)速度，運(yùn)在將飛輪 的尺寸和質(zhì)量最小化中限制其有用性。
[0化2] 基于該磁盤的幾何形狀，慣性矩的范圍可W從
由于進(jìn)動(dòng)巧螺的扭矩輸出量由T = Idisk* COdisk* COaxis給出，通過將其它輸入保持恒定而增大 Idisk意味著更大的T。因此，對(duì)于給定尺寸和重量限制，T可被最大化W保持車輛可用和高 效。然而，Idisk和COdiSk是相關(guān)的，運(yùn)因?yàn)殡S著Idisk增大，使巧螺旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)需要變得更強(qiáng)大， W在可接受的時(shí)間量中實(shí)現(xiàn)所需的《 disk。
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