本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種飛輪系統(tǒng)及球形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，大部分飛輪系統(tǒng)中的電機(jī)主要作為電動(dòng)機(jī)來使用，用于驅(qū)動(dòng)飛輪中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。而在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)耗費(fèi)大量的能量。尤其是對(duì)于類似于機(jī)器人這種可以移動(dòng)的裝置來說，不可能將機(jī)器人與電源時(shí)時(shí)相接，內(nèi)部儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)的電能極容易耗盡，從而影響其使用，同時(shí)也造成能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種飛輪系統(tǒng)，使所述飛輪系統(tǒng)可以進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式的切換，從而實(shí)現(xiàn)能源的合理利用，更方便于移動(dòng)裝置的使用。所述飛輪系統(tǒng)包括飛輪部、電機(jī)及殼體，所述飛輪部及所述電機(jī)均位于所述殼體內(nèi)，所述飛輪部包括飛輪轉(zhuǎn)子及飛輪定子，所述飛輪定子固定于所述殼體上并支撐所述飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)為無鐵芯結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)包括電機(jī)定子及與所述電機(jī)定子相對(duì)的電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子與所述飛輪轉(zhuǎn)子固定并隨所述飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)包括電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式，并可以在電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式之間進(jìn)行切換，所述電機(jī)以電動(dòng)機(jī)工作模式進(jìn)行工作時(shí)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；所述電機(jī)以發(fā)電機(jī)工作模式進(jìn)行工作時(shí)，所述電機(jī)將所述飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

其中，所述電機(jī)定子包括磁軛和永磁鐵，所述飛輪定子上設(shè)有環(huán)形槽，所述磁軛固定于所述環(huán)形槽的內(nèi)壁。

其中，所述磁軛包括一與所述環(huán)形槽結(jié)構(gòu)相同的凹槽，所述凹槽包括第一側(cè)壁及與所述第一側(cè)壁平行且相對(duì)的第二側(cè)壁，所述永磁鐵固定于所述凹槽的所述第一側(cè)壁上；所述電機(jī)定子包括定子繞組，所述定子繞組位于所述永磁鐵及所述第二側(cè)壁之間并與所述永磁鐵及所述第二側(cè)壁之間存在空隙。

其中，所述飛輪系統(tǒng)還包括電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器與所述電機(jī)定子電連接，通過所述電力轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入或輸出所述電機(jī)的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

其中，其特征在于，所述永磁鐵及所述定子繞組均為環(huán)狀。

其中，所述飛輪系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器控制所述電機(jī)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式或者發(fā)電機(jī)工作模式的切換。

其中，所述飛輪系統(tǒng)還包括角位移傳感器，所述角位移傳感器與所述控制器連接，所述角位移傳感器感應(yīng)所述飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，并將獲得的所述飛輪的角速度信息發(fā)送至所述控制器，所述控制器根據(jù)所述飛輪的角速度信息判斷并控制所述電機(jī)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式或者發(fā)電機(jī)工作模式的切換。

其中，所述飛輪定子與所述飛輪轉(zhuǎn)子之間以磁懸浮方式進(jìn)行支撐。

其中，所述殼體內(nèi)為真空環(huán)境，所述飛輪部及所述電機(jī)處于所述殼體的真空環(huán)境中。

本發(fā)明還提供一種球形機(jī)器人，其特征在于，包括球殼及如上所述的一種飛輪系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)位于所述球殼內(nèi)并用于保持所述球殼的穩(wěn)定。

本發(fā)明通過對(duì)所述飛輪系統(tǒng)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式的切換，從而實(shí)現(xiàn)能源的合理利用，并且方便移動(dòng)裝置的使用。并且，本發(fā)明中所述電機(jī)為無鐵芯的空心杯電機(jī)，不會(huì)產(chǎn)生鐵損，進(jìn)一步提高能源的利用率。

附圖說明

為更清楚地闡述本發(fā)明所述相機(jī)穩(wěn)定平衡裝置的構(gòu)造特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的所述飛輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種飛輪系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)用于飛輪系統(tǒng)中，可以作為發(fā)電機(jī)或者作為電動(dòng)機(jī)使用，為所述飛輪系統(tǒng)提供動(dòng)能或者將所述飛輪系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。本實(shí)施例中，所述飛輪系統(tǒng)主要用于機(jī)器人中。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種飛輪系統(tǒng)100。所述飛輪系統(tǒng)100包括飛輪部10、電機(jī)20及殼體(圖中未示出)，所述飛輪部10及所述電機(jī)20均位于所述殼體內(nèi)。本發(fā)明中，所述殼體內(nèi)為真空環(huán)境，所述飛輪部10及所述電機(jī)20均位于所述殼體的真空環(huán)境內(nèi)。所述電機(jī)20包括電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式，并可以在電動(dòng)機(jī)動(dòng)作模式及發(fā)電機(jī)工作模式之間進(jìn)行切換。

所述飛輪10包括飛輪轉(zhuǎn)子11及飛輪定子(圖中未示出)。所述飛輪轉(zhuǎn)子11包括飛輪12及轉(zhuǎn)軸13，所述飛輪12固定于所述轉(zhuǎn)軸13上。本實(shí)施例中，所述飛輪12固定于所述轉(zhuǎn)軸13的中間位置，從而使得所述飛輪12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述轉(zhuǎn)軸13兩端的受力相同，使得所述飛輪轉(zhuǎn)子11的結(jié)構(gòu)更加的穩(wěn)定且不易損壞。所述飛輪定子位于所述轉(zhuǎn)軸13的兩端并支撐所述飛輪轉(zhuǎn)子11。本實(shí)施例中，所述飛輪定子支撐所述飛輪轉(zhuǎn)子11的方式為磁懸浮式支撐，具體的，所述飛輪定子包括磁單元，所述飛輪轉(zhuǎn)子11上設(shè)有與所述飛輪定子的磁單元磁性相反的磁單元，通過所述飛輪定子的磁單元及所述飛輪轉(zhuǎn)子11的磁單元之間的磁力作用，使得所述飛輪定子通過磁懸浮的方式支撐所述飛輪轉(zhuǎn)子11。并且，由于磁懸浮的支撐方式，所述飛輪轉(zhuǎn)子11與所述飛輪定子之間會(huì)產(chǎn)生磁力間隙，從而使得所述飛輪轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中不會(huì)與所述飛輪定子產(chǎn)生摩擦，從而較少了摩擦損耗，降低能耗，進(jìn)一步的也保護(hù)了所述飛輪部不會(huì)由于摩擦而造成損壞。進(jìn)一步的，所述飛輪12上與所述轉(zhuǎn)軸13固定的位置環(huán)繞有環(huán)形槽14。

所述電機(jī)20為無鐵芯結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，所述電機(jī)20為無鐵芯的空心杯電機(jī)。具體的，所述電機(jī)20包括電機(jī)定子21及與所述電機(jī)定子21相對(duì)的電機(jī)轉(zhuǎn)子22，所述電機(jī)定子21為無鐵芯結(jié)構(gòu)。所述電機(jī)20工作時(shí)，所述電機(jī)定子21相對(duì)與所述電機(jī)轉(zhuǎn)子22進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子21包括磁軛23及永磁鐵24。所述磁軛23貼設(shè)并粘貼固定于所述環(huán)形槽14的內(nèi)壁并形成與所述環(huán)形槽14結(jié)構(gòu)相同的凹槽25。所述凹槽25包括第一側(cè)壁25a及與所述第一側(cè)壁25a平行且相對(duì)的第二側(cè)壁25b。所述永磁鐵24固定于所述凹槽25的所述第一側(cè)壁25a上。其中，所述永磁鐵24為環(huán)狀，圍繞所述凹槽25的所述第一側(cè)壁25a設(shè)置并固定。本實(shí)施例中，所述永磁鐵24為磁性較強(qiáng)的磁鋼。

所述電機(jī)定子22包括定子繞組26及基座27，所述定子繞組26設(shè)于所述基座27上。所述定子繞組26插入所述凹槽25內(nèi)并位于所述永磁鐵24及所述第二側(cè)壁25b之間，且所述定子繞組26與所述永磁鐵24及所述第二側(cè)壁25b之間存在一定的空隙。

本發(fā)明中的所述電機(jī)20為一體化電機(jī)，即所述電機(jī)20包括電動(dòng)機(jī)動(dòng)作模式及發(fā)電機(jī)工作模式，并可以在電動(dòng)機(jī)工作模式及發(fā)電機(jī)工作模式之間進(jìn)行切換。所述電機(jī)20以電動(dòng)機(jī)工作模式進(jìn)行工作時(shí)，外部電源對(duì)所述定子繞組26進(jìn)行外部供電，由于電生磁的原理，可以在所述定子繞組26周圍產(chǎn)生磁場，從而驅(qū)動(dòng)所述飛輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；所述電機(jī)20以發(fā)電機(jī)工作模式進(jìn)行工作時(shí)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子21隨所述飛輪12相對(duì)所述電機(jī)定子22進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，所述定子繞組26在所述永磁鐵24產(chǎn)生的磁場中進(jìn)行切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電能，從而將所述飛輪12轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電能供給外部負(fù)載使用，從而實(shí)現(xiàn)合理利用能源的作用。并且，通過將所述永磁鐵24及所述定子繞組26設(shè)置于所述磁軛23的所述凹槽25內(nèi)，可以通過所述磁軛24與外界進(jìn)行磁屏蔽，從而使得磁力線集中于所述電機(jī)線圈的周圍，從而提高所述電機(jī)20的機(jī)械能及電能的轉(zhuǎn)換效率，從而增強(qiáng)能源利用效率。并且，由于所述電機(jī)20為無鐵芯的空心杯電機(jī)，因此，所述電機(jī)20不存在鐵損，從而會(huì)進(jìn)一步的減少能源的消耗，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。

所述飛輪系統(tǒng)100還包括電力轉(zhuǎn)換器、控制器及角位移傳感器(圖中未示出)。所述電力轉(zhuǎn)換器與所述電機(jī)定子22進(jìn)行電連接。當(dāng)所述電機(jī)20處于電動(dòng)機(jī)工作模式時(shí)，所述電力轉(zhuǎn)換器用于對(duì)輸入所述電機(jī)20的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使其適應(yīng)于所述電機(jī)20的用電需要；當(dāng)所述電機(jī)20處于發(fā)電機(jī)工作模式時(shí)，所述電力轉(zhuǎn)換器用于對(duì)輸出所述電機(jī)20的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使所述電機(jī)20輸出的電力滿足外部負(fù)載的用電需要。

所述控制器與所述電機(jī)20進(jìn)行電連接，用于控制所述電機(jī)20進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式或者發(fā)電機(jī)工作模式的切換。

所述角位移傳感器與所述控制器連接。所述角位移傳感器感應(yīng)所述飛輪20轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，并將獲得的所述飛輪20的角速度信息發(fā)送至所述控制器，所述控制器根據(jù)所述飛輪12的角速度信息判斷并控制所述電機(jī)20進(jìn)行電動(dòng)機(jī)工作模式或者發(fā)電機(jī)工作模式的切換。具體的，所述飛輪12包括一個(gè)高切換速度及一個(gè)低切換速度，所述高切換速度大于所述低切換速度。當(dāng)所述飛輪12的角速度低于所述低切換速度時(shí)，所述控制器控制所述電機(jī)20以發(fā)電機(jī)工作模式進(jìn)行工作，即通過外部電源對(duì)所述為所述飛輪12提供能量，使所述飛輪12進(jìn)行加速；當(dāng)所述飛輪12加速至所述高切換速度時(shí)，切換所述電機(jī)20的工作模式為發(fā)電機(jī)工作模式，將所述飛輪12的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將所述電能用于外部負(fù)載，此時(shí)，所述飛輪12的速度由于不斷對(duì)外做功及自身部分損耗會(huì)不斷下降，下降至所述低切換速度時(shí)，所述控制器由控制所述電機(jī)20以發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式進(jìn)行工作。通過不斷重復(fù)上述工作模式操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部負(fù)載的長時(shí)放電，本發(fā)明實(shí)施例中所述飛輪系統(tǒng)100的放電時(shí)長可達(dá)10h。

本實(shí)施例中，所述飛輪系統(tǒng)100工作于一個(gè)真空系統(tǒng)中，從而進(jìn)一步減少所述飛輪系統(tǒng)100的在工作過程中受到的空氣阻力等。結(jié)合所述所述飛輪定子與所述飛輪轉(zhuǎn)子11之間的磁懸浮方式進(jìn)行支撐，可以大大的提高所述飛輪12的速度，本實(shí)施例中，所述飛輪12的轉(zhuǎn)速可達(dá)50000～60000rpm。由于飛輪12高的轉(zhuǎn)速，使得所述飛輪系統(tǒng)100具有高的瞬時(shí)放電能力。

本發(fā)明通過對(duì)所述電機(jī)20進(jìn)行工作模式切換，當(dāng)所述飛輪12速度為在所述低切換速度以下時(shí)所述電機(jī)20以電動(dòng)機(jī)工作模式進(jìn)行工作；當(dāng)所述飛輪速度至所述高切換速度時(shí)所述電機(jī)20以發(fā)電機(jī)工作模式進(jìn)行工作，從而實(shí)現(xiàn)所述飛輪系統(tǒng)100的能源合理利用，并且方便移動(dòng)裝置的使用，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)放電。并且，本發(fā)明中所述電機(jī)20為無鐵芯的空心杯電機(jī)，不會(huì)產(chǎn)生鐵損，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述飛輪系統(tǒng)100結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

本發(fā)明還提供一種球形機(jī)器人，所述球形機(jī)器人包括球殼及上述的所述飛輪系統(tǒng)100，所述飛輪系統(tǒng)100位于所述球殼內(nèi)。通過所述飛輪系統(tǒng)100產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)，從而保持所述球殼的穩(wěn)定，使所述球形機(jī)器人在行進(jìn)的過程中不會(huì)出現(xiàn)翻滾的情況出現(xiàn)。并且，所述飛輪系統(tǒng)100能夠?yàn)樗銮蛐螜C(jī)器人進(jìn)行供電，從而充分的利用能源，保證所述球形機(jī)器人的長時(shí)使用。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易的想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。