Dynamic Design for Variable Moment of Inertia Flywheel Mechanisms

摘要

以往变转速机构之应用，其共同的假设为伺服马达皆能产生所设计出之输入杆运动特性，以便完成机构所需之输出杆运动特性。然而此要求往往导致伺服马达在单一周期之内即需要作剧烈之加速与减速，所需之扭矩与功率极大，且会将能量耗损在加速与减速之上。因此，如何将能量作适当的转换与释放，成为伺服马达需要作剧烈之加速与减速时所面临之重要课题；而惯性矩可变之飞轮为此问题引出一线可行方案。本研究选择一适当的变转速机构作为载具；然后，利用可变惯性矩飞轮之概念，设计出可用之可变惯性矩装置；接着，找出可用之惯性矩函数，以最佳化之方法设计出一系列之可变惯性矩轨迹，搭配该既定的变转速轨迹作同步运转，目标是降低机构所需扭矩、降低所消耗之输入功、以及降低输入杆之动能变化。研究成果显示此法能有效降低伺服马达的转矩需求，并能节省伺服马达对系统所需之输入功。