飞轮储能电池及球形机器人制造技术

一种飞轮储能电池及球形机器人，飞轮储能电池包括飞轮装置及与飞轮装置连接的电机机构，飞轮装置包括飞轮转子、飞轮定子及磁轴承组件，飞轮定子及飞轮转子均为圆环结构，飞轮转子位于飞轮定子内，且飞轮转子与飞轮定子的轴心重合；磁轴承组件包括至少一个永磁环及与永磁环相对设置的多组的电磁线圈，至少一个永磁环设于飞轮转子上，多组电磁线圈均匀间隔设于飞轮定子上；电磁线圈与永磁环之间产生力的作用以支撑飞轮转子转动。通过飞轮转子设为为圆环结构，相同质量的情况下可以获得较高的转动惯量，使飞轮储能电池具有更高的储能密度，同时通过磁轴承组件利用磁力对转子提供支撑，避免了机械摩擦，进一步提高了储能密度。

【技术实现步骤摘要】
飞轮储能电池及球形机器人
本专利技术涉及机器人领域，特别是涉及一种飞轮储能电池及球形机器人。
技术介绍
目前，大部分飞轮储能电池中的飞轮转子为有轴结构，即在圆盘形的飞轮转子的中心位置固定一转轴，在所述转轴的支撑下进行飞轮转子的转动。但是，由于所述转轴及盘形飞轮转子的轮辐结构使得其转动惯量会受到限制，使得所述飞轮储能电池整体储存动能不高，储能密度较低，影响所述飞轮储能电池的储能效率。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种增加飞轮储能电池的飞轮转子的转动惯量，进而大幅提升飞轮储能电池储能密度的飞轮储能电池及球形机器人。一种飞轮储能电池，所述飞轮储能电池包括飞轮装置及与所述飞轮装置连接的电机机构，所述电机机构的工作模式包括电动机模式及发电机模式；所述飞轮装置包括飞轮转子、飞轮定子及磁轴承组件，所述飞轮定子及飞轮转子均为圆环结构，所述飞轮转子位于所述飞轮定子内，且所述飞轮转子与所述飞轮定子的轴心重合；所述磁轴承组件包括至少一个永磁环及与所述永磁环相对设置的多组的电磁线圈，至少一个所述永磁环设于所述飞轮转子上；多组所述电磁线圈均匀间隔设于所述飞轮定子上，每组所述电磁线圈与同其对应的所述永磁环之间具有空隙，所述电磁线圈与所述永磁环之间产生力的作用以支撑所述飞轮转子转动。上述飞轮储能电池，通过飞轮转子设为为圆环结构，相同质量的情况下可以获得较高的转动惯量，使飞轮储能电池具有更高的储能密度，同时通过磁轴承组件利用磁力对转子提供支撑，避免了机械摩擦，进一步提高了储能密度。在其中一个实施例中，所述电机机构包括电机定子及与所述电机定子相对的电机转子，所述电机转子与所述飞轮转子固定并随所述飞轮转子转动，所述电机定子与所述飞轮定子固定。在其中一个实施例中，所述电机机构为无铁芯空心杯结构。在其中一个实施例中，每组所述电磁线圈包括轴向线圈及径向线圈，所述轴向线圈轴向支撑所述飞轮转子，所述径向线圈径向支撑所述飞轮转子。在其中一个实施例中，所述轴向线圈包括多个阵列排布的轴向线圈绕组，所述径向线圈包括多个阵列排布的径向线圈绕组。在其中一个实施例中，还包括均匀间隔设置于所述飞轮定子上且面向所述飞轮转子一侧的多个位置传感器，且所述位置传感器与所述飞轮转子之间有间隙，所述位置传感器的数量与所述径向线圈的数量相同，且每一个所述位置传感器嵌于所述径向线圈内。在其中一个实施例中，所述磁轴承组件还包括两个导磁环，两个所述导磁环分别固定于所述飞轮转子的两个环形边缘，通过所述导磁环保证所述磁轴承组件形成封闭的磁路。在其中一个实施例中，所述飞轮转子朝向所述飞轮定子一侧的外壁缠绕包裹有碳纤维材料。在其中一个实施例中，所述飞轮装置位于真空环境中。一种球形机器人，包括外壳及飞轮储能电池，所述飞轮储能电池位于所述外壳内并用于保持所述外壳的稳定。附图说明图1为本专利技术的一较佳实施例的飞轮储能电池的立体示意图；图2为图1所示的飞轮储能电池的俯视图；图3为图2所示的飞轮储能电池的在AA方向下的剖视图；图4为图1所示的飞轮储能电池的磁轴承组件的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。请参阅图1至图4，本专利技术提供一种飞轮储能电池100。飞轮储能电池100包括飞轮装置及与飞轮装置连接的电机机构40。飞轮装置包括飞轮定子10、飞轮转子20及磁轴承组件30。本专利技术中，飞轮储能电池100位于一壳体内，并与壳体固定连接。壳体内为真空环境，飞轮储能电池100位于壳体的真空环境内进行工作。真空的工作环境可以减少飞轮转子20转动所产生的空气阻力，与非真空工作环境下相比，在相同电机功率下，可以大大提高飞轮转子20的转速。飞轮定子10固定于壳体上，从而实现飞轮储能电池100与壳体固定连接。磁轴承组件30位于飞轮转子20与飞轮定子10之间并支撑飞轮转子20相对飞轮定子10进行转动。电机机构40的工作模式包括电动机模式及发电机模式，在飞轮转子20转速达到目标设计转速时，将飞轮转子20的机械能转换为电能，并将得到的电能供给其它部分使用，即利用飞轮储能电池100向外部设备输出电能。飞轮定子10为圆环结构，由钢材等强度较高的金属材料制成。飞轮定子10固定于壳体上，在其他实施方式中，飞轮定子10与壳体一体成型。飞轮转子20为与飞轮定子10相同的圆环结构，且飞轮转子20与飞轮定子10的轴心重合。飞轮定子10的直径大于飞轮转子20的直径，飞轮转子20位于飞轮转子20的圆环结构的环内。飞轮转子20同样由钢材等具有较高强度的金属材料制成，从而防止在飞轮转子20高速旋转的过程中，飞轮转子20受到离心力的作用而产生变形，从而发生损坏。进一步地，本实施例中，飞轮转子20朝向飞轮定子10一侧的外壁还缠绕包裹有碳纤维材料。通过在飞轮转子20的外壁上包裹碳纤维材料，增强飞轮转子20的防变形能力，满足飞轮转子20在离心载荷及频繁进动下的刚度、强度及稳定性要求，从而保证飞轮转子20在高转速下的正常工作，并具有较长的使用寿命。本专利技术中飞轮转子20为环状结构，相对于现有技术中有轴结构的飞轮转子来说，由于不存在转轴及轮辐结构，使得质量更集中于飞轮转子20的边缘，在与现有技术对比，在飞轮转子相同质量的情况下可以获得较高的转动惯量。又因为转动惯量与质量比较大的飞轮电池会具有更高的储能密度，即本专利技术的飞轮储能电池100具有较高的储能密度。并且，由于本实施方式中的飞轮转子20不包括转轴及轮辐结构，从而也简化了飞轮储能电池100的结构。请参阅图3及图4，磁轴承组件30包括至少一个永磁环31及与永磁环31相对设置的多组的电磁线圈32。至少一个永磁环31设置于飞轮转子20上，多组电磁线圈32均匀地间隔设于飞轮定子10上。电磁线圈32与永磁环31相对，电磁线圈32同其对应的永磁环31之间具有空隙，电磁线圈32与永磁环31之间产生电磁力的作用从而支撑飞轮转子20，相较于现有技术中机械轴承支撑飞轮转子的飞轮储能电池来说，不存在机械轴承的摩擦损耗的情况，从而延长飞轮储能电池100的使用寿命。并且，由于飞轮转子20与飞轮定子10之间不接触，从而能够消除了系统摩擦阻力及摩擦热能的影响，为飞轮转子20的转速大幅提升提供了先决条件，进而提高飞轮储能电池100的储能密度。本实施例中，飞轮储能电池100的峰值储能密度可达200wh/kg。本实施例中，永磁环31为两个，两个永磁环31间隔设置于飞轮转子20轴向方向上并面对飞轮定子10设置。具体的，两个永磁环31分别位于飞轮转子20的两个环形边缘位置。本实施例中，电磁线圈32有四组，四组电磁线圈32均匀间隔设于飞轮定子10上并与永磁环31相对，每相邻两组电磁线圈32之间的圆心角为90°，从而为飞轮转子20提供径向及轴向方向的均匀支撑，保证飞轮转子20稳定的转动。可以理解的是，根据实际需要，电磁线圈32也可以为六组或八组等，为飞轮转子20提供对称式的多点支撑，保证飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞轮储能电池，其特征在于，所述飞轮储能电池包括飞轮装置及与所述飞轮装置连接的电机机构，所述电机机构的工作模式包括电动机模式及发电机模式；所述飞轮装置包括飞轮转子、飞轮定子及磁轴承组件，所述飞轮定子及飞轮转子均为圆环结构，所述飞轮转子位于所述飞轮定子内，且所述飞轮转子与所述飞轮定子的轴心重合；所述磁轴承组件包括至少一个永磁环及与所述永磁环相对设置的多组的电磁线圈，至少一个所述永磁环设于所述飞轮转子上，多组所述电磁线圈均匀间隔设于所述飞轮定子上；每组所述电磁线圈与同其对应的所述永磁环之间具有空隙，所述电磁线圈与所述永磁环之间产生力的作用以支撑所述飞轮转子转动。

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能电池，其特征在于，所述飞轮储能电池包括飞轮装置及与所述飞轮装置连接的电机机构，所述电机机构的工作模式包括电动机模式及发电机模式；所述飞轮装置包括飞轮转子、飞轮定子及磁轴承组件，所述飞轮定子及飞轮转子均为圆环结构，所述飞轮转子位于所述飞轮定子内，且所述飞轮转子与所述飞轮定子的轴心重合；所述磁轴承组件包括至少一个永磁环及与所述永磁环相对设置的多组的电磁线圈，至少一个所述永磁环设于所述飞轮转子上，多组所述电磁线圈均匀间隔设于所述飞轮定子上；每组所述电磁线圈与同其对应的所述永磁环之间具有空隙，所述电磁线圈与所述永磁环之间产生力的作用以支撑所述飞轮转子转动。2.如权利要求1所述的飞轮储能电池，其特征在于，所述电机机构包括电机定子及与所述电机定子相对的电机转子，所述电机转子与所述飞轮转子固定并随所述飞轮转子转动，所述电机定子与所述飞轮定子固定。3.如权利要求2所述的飞轮储能电池，其特征在于，所述电机机构为无铁芯空心杯结构。4.如权利要求1所述的飞轮储能电池，其特征在于，每组所述电磁线圈包括轴向线圈及径向线圈，所述轴向线圈轴向支...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺智威，邹海天，王昊泽，
申请(专利权)人：坎德拉深圳科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44