本實用新型涉及電動獨輪車技術領域，尤其涉及一種機電陀螺平衡獨輪車。

背景技術：

電動獨輪車是一種依靠電力驅動及自我平衡能力控制的代步工具。在社會飛速發展的今天，交通擁堵在很多大中城市也成了普遍現象，一款時尚、便捷的電動獨輪車，讓人們享受到穿梭于鬧市的輕松與快樂以及上下班的快捷。電動獨輪車是新一代的節能、環保、便攜的代步工具。充電3-4小時，可以行駛15-30千米，短途代步非常方便，可以代替公交和地鐵。電動獨輪車體形小巧、攜帶方便，可以直接放進汽車的后備箱，提到家里或是辦公室。在環境污染日益嚴重的背景下，電動獨輪車作為一種新型環保的代步工具，宣傳綠行出行、低碳環保的生活理念。

現有的電動獨輪車大多是通過陀螺儀(陀螺儀，是指用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置，是電子陀螺儀)進行前后穩定的，其不能實現左右方向的平衡，在運行過程中只有通過控制身體來保持左右平衡，這對于初學者而言十分不易掌控。為了解決左右方向平衡的問題，市面上出現了這樣一種電動獨輪車：其包括車輪、機架以及設置在機架下端左右兩側的腳踏板，在機架內還設有位于車輪正上方的飛輪、第一電機、第二電機、第一陀螺儀、第二陀螺儀、第一加速度計、第二加速度計和控制器，第一電機驅動車輪轉動，第二電機驅動飛輪轉動，第一陀螺儀和第一加速度計設置在飛輪的左側，第二陀螺儀和第二加速度計設置在飛輪的右側，第一陀螺儀、第二陀螺儀、第一加速度計和第二加速度計均用于測量飛輪的角度，然后控制器根據檢測到的角度來控制飛輪旋轉以實現左右平衡。

上述電動獨輪車雖然能在一定程度上實現左右平衡，但仍存在以下缺陷：首先，該種獨輪車結構復雜，需要設置的陀螺儀和加速度計的數量多，增加了控制器的運算負擔，為了能準確計算和控制車輪以及飛輪的運轉，對控制器的性能也不得不提出較高要求，而性能越好的控制器價格也越貴，因此無形之中增加了產品成本。更重要的是，該種獨輪車通過設置在車輪正上方的飛輪來控制左右平衡，其前提是飛輪的重心需與車輪的重心保持在同一條直線上才能很好的控制，但是在實際使用過程中，產品結構會隨著時間的延長出現松動，根本無法做到飛輪始終保持在車輪的正上方。因此，隨著使用時間的不斷加長，獨輪車的左右平衡功能會逐漸降低。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種機電陀螺平衡獨輪車，其結構簡單，能夠在不需要任何外加輔助力量的情況下，使初學者能夠快速上車，并且隨著使用時間的延長依然能夠很好地在左右方向上實現自平衡。

為實現上述目的，本實用新型特采用以下技術方案：

一種機電陀螺平衡獨輪車，包括內置有第一電機的車輪、設置在車輪外側的外殼以及分別設置在外殼兩側的空心踏板，踏板內設有機電陀螺組件，機電陀螺組件包括第二電機和在第二電機驅動下高速旋轉以在水平面內產生扭矩的轉子。

在本實用新型較佳的實施例中，上述轉子為盤狀的金屬構件，第二電機內嵌在轉子的軸心處。

在本實用新型較佳的實施例中，上述外殼包括對稱設置的兩塊半殼體，由兩塊半殼體限定出的第一腔體內容納有車輪。

在本實用新型較佳的實施例中，上述半殼體包括主殼體和設置在主殼體的遠離車輪的一側的蓋板，主殼體和蓋板限定出的第二腔體內設有電池組和控制板。

在本實用新型較佳的實施例中，兩塊上述主殼體在各自頂部分別設有 彼此對應的通孔。

在本實用新型較佳的實施例中，上述蓋板的外表面設有護腿墊。

在本實用新型較佳的實施例中，上述機電陀螺平衡獨輪車還包括沿外殼周向依次設置在兩個主殼體之間的剎車燈、充電接口、開關、USB接口和照明燈。

在本實用新型較佳的實施例中，上述機電陀螺平衡獨輪車還包括拉桿，拉桿與外殼連接。

在本實用新型較佳的實施例中，上述車輪還包括設置在第一電機軸心的支撐軸，支撐軸從第一電機的表面向車輪的兩側延伸凸出。

在本實用新型較佳的實施例中，上述支撐軸的兩端分別設有L形連接件，L形連接件將外殼和踏板連接固定至支撐軸的兩端。

本實用新型的有益技術效果：

本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車通過設置在空心踏板內的機電陀螺組件來實現獨輪車在運行過程中前后左右方向上的全方位自平衡。本實用新型的陀螺組件包括第二電機以及在第二電機驅動下高速旋轉以在水平面內產生扭矩的轉子，由于陀螺效應，轉子在高速旋轉過程中在其所處水平面內沿各個方向，包括獨輪車的前后左右方向，均產生扭矩，從而維持獨輪車車體前后左右方向的平衡。本實用新型的獨輪車不需要使用者通過控制身體來調整左右方向上的平衡，只需要使用者通過控制身體重心來調節車體的運動方向以及運行速度即可，而且本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車結構簡單，易控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術 人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車的結構爆炸圖；

圖2是本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車的立體圖；

圖3是本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車的剖視圖；

圖4是本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車在運行過程中所受力的分布圖，由于質量相同，因此圖中僅用對應的加速度表示，圖中α為機電陀螺平衡滑板車的傾斜角度，a為機電陀螺平衡滑板車的加速度，g為重力加速度，等于9.8m/s²。

附圖標記列表：

機電陀螺平衡獨輪車100；

車輪101；外殼102；踏板103；機電陀螺組件104；控制板105；電池組106；剎車燈107；充電接口108；開關109；USB接口110；照明燈111；拉桿112；

第一電機1011；充氣輪胎1012；支撐軸1013；L形連接件1014；

半殼體1021；主殼體1022；蓋板1023；通孔1024；護腿墊1025；

陀螺上支架1031；陀螺下支架1032；

第二電機1041；轉子1042。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語“水平”、“豎直”、“懸垂”等術語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。

參見圖1所示出的本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車100的結構爆炸圖，機電陀螺平衡獨輪車包括：車輪101、外殼102、踏板103、機電陀螺組件104、控制板105、電池組106、剎車燈107、充電接口108、開關109、USB接口110、照明燈111和拉桿112。外殼102設置在車輪101的外側，兩塊踏板103對稱地設置在外殼102的兩側，兩塊機電陀螺組件104分別 設置在兩塊踏板103內，控制板105和電池組106設置在外殼102內，剎車燈107、充電接口108、開關109、USB接口110、照明燈111沿外殼102的周向設置，并且分別于電池組106連接，拉桿112與外殼102連接。

車輪101包括第一電機1011、充氣輪胎1012、支撐軸1013和L形連接件1014。第一電機1011內置在車輪101的軸心處，用于驅動車輪101轉動。優選地，第一電機1011為直流無刷電機。充氣輪胎1012嵌套在第一電機1011的外側。支撐軸1013從第一電機1011的表面向車輪101的兩側延伸凸出。支撐軸1013用于支撐固定外殼102以及設置外殼102兩側的踏板102。同時，支撐軸1013也是第一電機1011圍繞自身旋轉的轉軸。兩塊L形連接件1014設置支撐軸1013的兩端，用于將外殼102和踏板103連接固定至支撐軸1013的兩端。

L形連接件1014由呈長方體的豎直臂和水平臂兩部分構成。L形連接件1014的豎直臂設有第一安裝孔，第一安裝孔的形狀和尺寸與支撐軸1013的形狀、尺寸相匹配。通過第一安裝孔，L形連接件1014被“掛”在支撐軸1013的兩側。L形連接件1014的水平臂與豎直臂相垂直，水平臂的長度明顯小于豎直臂的長度。水平臂的遠離豎直臂的端部設有第二安裝孔，用于連接踏板103。優選地，踏板103鉸接在第二安裝孔內。在安裝狀態下，L形連接件1014的豎直臂與第一電機1011的垂直于支撐軸1013的表面相平行，水平臂向車輪101的兩側向外凸出延伸。

外殼102包括對稱設置的兩塊半殼體1021，由兩塊半殼體1021限定出的第一腔體內容納有車輪101。第一腔體具有足以容納車輪101的空間。外殼102保持與車輪101保持相匹配的形狀。外殼102的形狀大致呈圓形。結合圖1和圖2，兩塊半殼體1021在車輪101的上方的部分彼此連接，兩塊半殼體1021在車輪101下方的部分互不接觸，并在車輪下方形成一開口，將車輪101從外殼102中部分暴露出來，以在地面上運轉。

再次參見圖1，半殼體1021包括主殼體1022和蓋板1023。兩塊主殼體1022之間設置車輪101，蓋板1023設置在主殼體1022的遠離車輪101 的一側。主殼體1022和蓋板1023限定出的第二腔體內設有電池組106和控制板105。電池組106用于為控制板105、第一電機1011、第二電機1041、剎車燈107和照明燈111等提供電能，并且可以通過USB接口為移動設備例如手機進行充電。

本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車100通過主殼體1022將車輪101與外殼102內其他組件，尤其是電池組106和控制板105等帶電組件隔開，將車輪101單獨處于一個獨立的腔體中，能夠避免在車輪轉動過程中將連接電池組106和其他組件之間的導線卷入到車輪101中，并且對于下雨天氣也能在外殼102內部做到干濕分區。有利于提高車輪的安全使用性能，并延長獨輪車的使用壽命。而且，將主殼體1022和蓋板1023一層層安裝至車輪101的兩側，對于產品組裝和拆卸都十分方便。兩塊主殼體1022在各自頂部分別設有彼此對應的通孔1024。通孔1024大致呈橢圓形，分別設置兩塊主殼體1022上的通孔1024構成一個橢圓形孔，便于使用者在不需要騎行時提拿。

蓋板1023的外表面設有護腿墊1025。優選地，護腿墊1025鑲嵌在蓋板1023的外表面。優選地，護腿墊1025設置在蓋板1023的上半部。護腿墊1025使用PU皮(超細纖維增強皮革)制成的，用于保護腿部，并且在騎行過程為腿部提供一定支撐力，減少腿部壓力，提高騎行過程中的舒適度。

踏板103設置在外殼102的兩側，并且設置在外殼102的下側。踏板103為空心踏板，包括陀螺上支架1031和陀螺下支架1032。在俯視狀態下，陀螺上支架1031和陀螺下支架1032保持相匹配的長方形或正方形以及相同的尺寸。陀螺上支架1031和陀螺下支架1032通過對應設置在各自外周緣的卡扣結構連接固定。陀螺上支架1031包括用于踩踏的第一上表面，第一上表面沿水平方向設置。在第一上表面的兩側向下分別延伸出第二上表面和第三上表面，并且第二上表面和第三上表面彼此平行。陀螺下支架1032包括與第一上表面相對應的第一下表面。第一下表面的兩側斜 向上延伸出第二下表面和第三下表面，并且第二下表面和第三下表面彼此彼此相對。在安裝狀態下，第二上表面和第三上表面分別位于第二下表面和第三下表面之間。通過第一上表面、第二上表面、第三上表面、第一下表面、第二下表面和第三下表面限定出用于容納機電陀螺組件104的第三腔體。

結合圖1和圖3，踏板103內設有機電陀螺組件104。每個踏板103內至少設置有一個機電陀螺組件104。本領域技術人員可以根據實際情況增加機電陀螺組件104，機電陀螺組件104的數量增加后，踏板103的尺寸也相應增大。機電陀螺組件104包括第二電機1041和在第二電機1041驅動下高速旋轉以在水平面內產生扭矩的轉子1042。轉子1042為盤狀的金屬構件，第二電機1041內嵌在轉子的軸心處。

第二電機1041的轉軸固定在陀螺下支架1032上，在電力驅動下，第二電機1041高速旋轉，并帶動與之連接的轉子1042高速旋轉。第二電機1041和轉子1042構成了大致呈玩具陀螺的造型，轉子1042在第二電機1041的驅動下，高速旋轉，由于陀螺效應，轉子1042在高速旋轉過程中在其所處水平面內沿各個方向產生扭矩，使得車體能夠在各個方向受力均衡，進而在整體上平衡車體。

第二電機1041和轉子1042成對地設置在踏板103內。即，一個轉子1042便對應一個第二電機1041。優選地，第二電機1041為高速直流無刷電機。本實用新型的第二電機1041體積小，并且轉速可達18000-20000r/min。優選地，轉子1042為鐵合金制成的盤狀結構。

控制板105用于控制第一電機1011和第二電機1041旋轉。控制板105設置在主殼體1022和蓋板1023限定出的第二腔體內并且分別與第一電機1011和第二電機1041連接。

控制板105上設有藍牙模塊和加速度傳感器(圖中未示出)。

藍牙模塊與移動設備(例如手機或遙控器)連接，并根據移動設備發 出的指令將機電陀螺平衡獨輪車100設定為柔和騎行模式、舒適騎行模式或勁爆騎行模式。

柔和騎行模式為低速運行模式，即，機電陀螺平衡獨輪車100在低速下行駛，一般在10km/h以下。柔和騎行模式適用于路況較差的情形，例如，下雨天道路，擁堵導道路，坑洼道路；此外還適合人群較多的路口，例如，十字路口、學校路口等。

舒適騎行模式為中速運行模式，即，機電陀螺平衡獨輪車100在中速下行駛，一般在10-25km/h內。舒適騎行模式適合一般路況，其介于柔和騎行模式和勁爆騎行模式之間。

勁爆騎行模式為高速運行模式，即，機電陀螺平衡獨輪車100在高速下行駛，一般在25km/h以上。但為了安全起見，在生產時，將機電陀螺平衡滑板車100的最高運行速度設置為40km/h。勁爆騎行模式適用于路況較好的情形，例如，行人和車輛較少的平直道路。

柔和騎行模式、舒適騎行模式以及勁爆騎行模式均為機電陀螺平衡獨輪車100的自動運行模式。當使用者未開啟自動運行模式時，使用者仍通過調節身體在運動方向上的重心，例如，前傾或后仰身體，來自行控制機電陀螺平衡獨輪車100的車速。當使用者開啟自動運行模式時，即選擇上述三種模式中的任意一種，控制板105控制第一電機1011的旋轉，將車速調整到與設定模式相匹配的速度。當第一電機1011的轉速發生變化時，第二電機1041也相應發生正相關的變化。即，第一電機1011轉速增大，第二電機1041相應增大，反之亦然。

在運行過程中，若當前車速超過當前騎行模式下的預設閾值時，剎車燈107開始閃亮，以提醒使用者超速，并且控制板105會控制第一電機1011將車速減慢。該預設閾值也可是使用者通過手機運用軟件進行設定的。

本實用新型的檢測機電陀螺平衡獨輪車100還可以通過藍牙模塊向 手機等移動設備發送數據，例如，車速、系統溫度、電池組106的剩余電量等。

加速度傳感器用于檢測機電陀螺平衡獨輪車100的運行加速度的。加速度傳感器不斷檢測檢測機電陀螺平衡獨輪車100的運行加速度，并將檢測到的加速度反饋給控制板105。優選地，加速度傳感器的檢測周期為2ms。

控制板105根據反饋的加速度傳感器算出檢測機電陀螺平衡滑板車100的傾斜角度，并根據傾斜角度來控制第一電機1011的旋轉方向。以獨輪車的前進方向為正方向，將加速度傳感器檢測到的加速度在水平和豎直方向分解，如圖4所示，并根根反三角函數α＝arcsin(a/g)進行計算。其中，α為機電陀螺平衡獨輪車的傾斜角度，a為加速度傳感器檢測到的加速度，g為重力加速度，g＝9.8m/s²。

當計算出的傾斜角度大于零時，說明車體向前傾寫，此時控制板105控制第一電機1011向后旋轉。當計算出的傾斜角度為零，即，檢測到的運行加速度為零，說明車體處于平衡狀態。當計算出的傾斜角度小于零時，說明車體向后傾斜，控制板105控制第一電機1011向前旋轉。本實用新型通過控制板105和加速度傳感器來控制檢測機電陀螺平衡滑板車100在前后方向上的自平衡。

電池組106設置在主殼體1022和蓋板1023限定出的第二腔體內。電池組106分別與第一電機1011、第二電機1041、控制板105以及控制板105上的加速度傳感器和藍牙模塊連接，為其提供電能。電池組106為具有充放電功能的蓄電池組。

優選地，電池組106用16串18650電池，電池電壓可以達到53-67.2V。

照明燈111用于在光線不好的道路上行駛時為使用者提供照明。

優選地，照明燈111內置有光敏傳感器，光敏傳感器能夠感知外界環 境光線的變化，當采集到的光線低于預設閾值或高于預設閾值時，照明燈111自動點亮或熄滅，使得機電陀螺平衡獨輪車100更加方便、智能化。

下面結合圖4，對本實用新型的機電陀螺平衡獨輪車100的工作原理進行說明。

使用者通過開關109啟動機電陀螺平衡獨輪車100，控制板105控制設置在踏板103內的至少一個機電陀螺組件104高速旋轉，由于陀螺效應，機電陀螺組件104的轉子1042在高速旋轉過程中在其所處水平面內沿各個方向產生扭矩，使得車體能夠在各個方向受力均衡，進而在整體上平衡車體。加速度傳感器將檢測到的機電陀螺平衡獨輪車100的加速度以脈沖信號(PWM)的形式發送給控制板105，控制板105根據接受到的代表加速度值的脈沖信號(PWM)和反三角函數α＝arc sin(g/a)計算出機電陀螺平衡獨輪車的傾斜角度。當計算出的傾斜角度大于零時，說明車體向前傾寫，此時控制板105控制第一電機1011向后旋轉。當計算出的傾斜角度為零，即，檢測到的運行加速度為零，說明車體處于平衡狀態。當計算出的傾斜角度小于零時，說明車體向后傾斜，控制板105控制第一電機1011向前旋轉。通過調節第一電機1011向前或前后旋轉來控制機電陀螺平衡滑板車100在前后方向上的平衡。

優選地，剎車燈107、充電接口108、開關109、USB接口110和照明燈111沿外殼周向依次設置在兩個主殼體之間的。以設置在外殼102頂部的通孔1024為分界點，剎車燈107和充電接口108沿外殼102的周向依次設置在通孔1024的后側，開關109、USB接口110和照明燈111沿外殼102的周向依次設置在通孔1024的前側。

拉桿112連接在外殼102的后側下方。拉桿112為伸縮拉桿，起長度可以伸縮調節。拉桿112收縮到的最短長度與車輪高度相匹配。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡 在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。