[发明专利]陀螺仪及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型陀螺仪及其控制方法。

背景技术

绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺。通常所说的陀螺一般指的是对称陀螺，为质量分布均匀、结构对称的刚体，对称轴即其自转轴。人们用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪。

电机驱动陀螺转动时，呈现高转速低扭矩的工作特性。但是陀螺的定轴性与陀螺的转动惯量及自转角速度成正比，因此，具有强定轴性的陀螺一般都会体积较大且结构笨重。高转速低扭矩的电机驱动沉重的陀螺转动，易造成电机无足够力量驱动陀螺快速转动，启动时间长，电能损耗大，导致整体的工作效率低，严重时容易造成电机损坏。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种功耗低，定轴性高的陀螺仪。

本发明的第二目的是提供一种功耗低，定轴性高的的陀螺仪的控制方法。

为实现本发明的第一目的，提供一种陀螺仪，包括电机、陀螺盘和安装座，陀螺盘可旋转地安装在安装座上，电机用于驱动陀螺盘转动。陀螺盘，包含共轴线布置的第一回转体和第二回转体；第一回转体和第二回转体能够以不同的加速度启动，回转体之间具有牵带力。

由上述方案可见，第一回转体和第二回转体能够以不同的加速度启动，第一回转体和第二回转体启动转速存在滑差。电机驱动第一回转体先于第二回转体进入高速旋转状态，第一回转体通过牵带力带动第二回转体转动，有利于降低陀螺仪启动的负载，实现陀螺仪的柔性启动，提高陀螺仪的启动效率，降低能耗。

进一步方案为，电机通过固定轴安装在安装座上；电机，包括固定在固定轴上的定子和作为第一回转体的转子。有利于提高陀螺仪结构的紧密性，提高电机传动的可靠性。

一种进一步方案为，沿陀螺盘径向，第一回转体靠近定子的一侧安装第一永磁体阵列，另一侧安装第二永磁体阵列；第二回转体与第二永磁体相对的一侧安装第三永磁体阵列；第一回转体和第二回转体构成磁齿轮组。

由上述方案可见，利用磁性齿轮的原理，第一回转体通过磁力牵引第二回转体转动，传动力距小，提高陀螺仪内的传动的平稳性，进一步地有利于实现陀螺仪的柔性启动。第一回转体和第二回转体构成磁齿轮组，还具有过载保护作用，降低负载对电机的损害。

进一步方案为，永磁体阵列为海尔贝克阵列。有利于提高永磁体的利用率。

另一种进一步方案为，第一回转体外侧设置可装载导电液体的环形流道；导电液体作为第二回转体。导电液体回与转体之间具有粘性阻力，第一回转体通过粘性阻力带动导电液体差速转动，有利于实现陀螺仪的柔性启动。

进一步方案为，导电液体为液态金属。有利于提高导电液体的导电效率。

优选的，所述第一回转体靠近所述第二回转体的位置上设置磁源，磁源产生沿第陀螺仪轴向穿透导电液体的磁分量；沿半径方向，环形流道的内侧设置第一电极，外侧设置第二电极；第一电极通过第一直流电获取部获取电能；第二电极通过第二直流电获取部获取电能；第一直流电获取部、第一电极、第二回转体、第二电极、第二直流电获取部依次构成导电通路。有利于实现回转体之间的牵带力的可调性，灵活改变陀螺仪的定轴性。增强安培力对第二回转体的作用时，第二回转体最终转速能够高于第一回转体转速。

另一优选的方案为，安装座上设置磁源，磁源产生沿第二回转体穿透导电液体的磁分量；沿半径方向，环形流道的内侧设置第一电极，外侧设置第二电极；第一电极通过第一直流电获取部获取电能；第二电极通过第二直流电获取部获取电能；第一直流电获取部、第一电极、第二回转体、第二电极、第二直流电获取部依次构成导电通路。有利于实现回转体之间的牵带力的可调性，灵活改变陀螺仪的定轴性，有利于处理陀螺仪的动平衡的精度。增强安培力对第二回转体的作用时，第二回转体最终转速能够高于第一回转体转速。

本发明的第二目的是提供一种陀螺仪的控制方法。陀螺仪为上述任一陀螺仪，启动过程如下：

S1. 电机驱动第一回转体加速旋转。

S2. 第二回转体在其与第一回转体之间牵带力作用下相对第一回转体差速启动旋转。

由上述方案可见，电机驱动第一回转体加速旋转，再通过牵带力作用驱动第二回转体转动。有利于陀螺仪的柔性启动，降低电机的启动负载，提高陀螺仪的启动效率，减轻陀螺仪质量。

进一步方案为，陀螺仪为上述优选方案中的任一陀螺仪，通过调节第一回转体和第二回转体之间的牵带力改变第二回转体的加速度。有利于调节陀螺仪的转速，实现陀螺仪定轴性的可调性。

附图说明

图1是本发明的陀螺仪第一实施例的立体图；