CN106921196A - 一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人 - Google Patents

一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，该机器人通过安装在承载件上的超声传感器、视觉传感器和滚轮实现充电基站与目标充电车辆之间的位置变化；通过装配在底座中的两个转向相反的磁悬浮储能飞轮实现对电动汽车的自动充电。本发明磁悬浮储能飞轮从内至外是第一组件、第二组件、第三组件和飞轮上下盖。磁悬浮储能飞轮的高速旋转依靠了旋转交变磁场驱动，该交变磁场利用扁平状空心杯直流电机的工作原理来实现，使电能转化为旋转组件的旋转动能，使其达到高速旋转的目的。当两个磁悬浮飞轮达到额定转速后，表示机器人充电完毕。

Description

一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移 动充电机器人
技术领域
本发明涉及一种充电机器人，更特别地说，是指一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人。
背景技术
纯电动汽车具有环保、低噪音、体积小等优点，对未来城市交通来说，具有广泛的应用前景。但由于种种技术原因，限制了纯电动汽车的应用普及，其中一个比较突出的就是充电难的问题。主要体现在如下几方面：
(1)充电时间长，快充要3～5小时，慢充要10小时以上。
(2)充电深度不够，大多数电动汽车充满电后不能行驶到额定里程。
(3)充电桩固定，容易被其他车辆占用车位。
(4)充电收取高昂停车费，使停车费用远高于充电费用。
基于上述原因，本申请提出了一种应用于电动汽车的基于磁悬浮储能飞轮的智能移动充电机器人。
发明内容
为了解决电动汽车在无充电装桩或充电桩较少停车场的充电困难问题，采用磁悬浮外转子飞轮储能原理与地面移动机器人技术结合，设计了本发明的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，实现在停车场内为任意停车位的电动汽车自动充电。磁悬浮储能飞轮的高速旋转依靠了旋转交变磁场驱动，该交变磁场利用扁平状空心杯直流电机的工作原理来实现的，将电能转化为磁悬浮飞轮的旋转动能。当两个磁悬浮飞轮达到额定转速后，表示机器人充电完毕。依靠控制系统内的GPS模块和无线通讯模块来实现在目标充电车辆的锁定，利用视觉和超声传感器来实现沿途障碍的躲避和最优路径的解算。
本发明是一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：所述地面移动充电机器人包括有承载件(1)、上盖板(2)、底座(3)、多关节充电臂(4)、备用充电接口(5)、抽气设备(6)、A组磁悬浮储能飞轮(7)、B组磁悬浮储能飞轮(8)；A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)的结构相同；A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)的旋转方向相反；
A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)安装在底座(3)内；
承载件(1)上设有四边梁(1A、1B、1C、1D)；底座(3)套接在承载件(1)上；上盖板(2)安装在底座(3)上方；
多关节充电臂(4)、备用充电接口(5)和抽气设备(6)安装在上盖板(2)上；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第一组件(71)包括有径向磁轴承线圈(7-1A)、电机定子线圈(7-1B)、AA位移传感器(7-1C)、AB位移传感器(7-1D)、径向磁轴承定子(71A)、电机定子导磁环叠层圈(71C)、电机骨架(71E)、AA隔磁环(71B)和AB隔磁环(71D)；
径向磁轴承定子(71A)的外圆环上设有多个用于安装径向磁轴承线圈(7-1A)的极靴(71A1)，所述线圈骨架(71A1)为凹字形状；
电机定子导磁环叠层圈(71C)为圆环体结构；
电机骨架(71E)为圆环体结构，且圆环的外圆面上设有用于安装电机定子线圈(7-1B)的翅片(71E1)；
AA隔磁环(71B)和AB隔磁环(71D)为结构相同的圆环体；
所述第一组件(71)的装配为：先将径向磁轴承线圈(7-1A)安装在径向磁轴承定子(71A)的极靴(71A1)上；然后在径向磁轴承线圈(7-1A)与电机定子导磁环叠层圈(71C)之间安装上AA隔磁环(71B)，电机定子导磁环叠层圈(71C)的下方安装在AB隔磁环(71D)；然后在电机定子导磁环叠层圈(71C)的外环上套接电机骨架(71E)，最后在电机骨架(71E)的翅片(71E1)上安装电机定子线圈(7-1B)；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第二组件(72)包括有磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)、传感器A支架(72B)、传感器B支架(72C)和电机永磁体(72D)；
磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)为圆环体结构；
传感器A支架(72B)和传感器B支架(72C)的结构相同；传感器A支架(72B)上设有用于安装AA位移传感器(7-1C)的A开口槽(72B1)；传感器B支架(72C)上设有用于安装AB位移传感器(7-1D)的B开口槽(72C1)；
电机永磁体(72D)为圆环体结构；
所述第二组件(72)的装配为：在安装有电机定子线圈(7-1B)的电机骨架(71E)的翅片(71E1)外部安装上电机永磁体(72D)，电机永磁体(72D)的上方对齐安装上磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)；在传感器A支架(72B)的多个A开口槽(72B1)中安装上AA位移传感器(7-1C)，然后将安装有AA位移传感器(7-1C)的传感器A支架(72B)安装在飞轮上盖(75)的内部；在传感器B支架(72C)的多个B开口槽(72C1)中安装上AB位移传感器(7-1D)，然后将安装有AB位移传感器(7-1D)的传感器B支架(72C)安装在飞轮下盖(76)内部；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第三组件(73)包括有飞轮转子(73A)、A轴向磁轴承定子(73B)、B轴向磁轴承定子(73D)、A轴向磁轴承线圈(73C)和B轴向磁轴承线圈(73E)；
飞轮转子(73A)为圆环体结构；
A轴向磁轴承定子(73B)与B轴向磁轴承定子(73D)的结构相同；A轴向磁轴承定子(73B)由四块A扇形定子(73B1)和四块A扇形隔块(73B2)间隔排列共圆组成，所述A扇形定子(73B1)的一端为平面板(73B3)，A扇形定子(73B1)的另一端设有用于安装A轴向磁轴承线圈(73C)的A扇形凹腔；B轴向磁轴承定子(73D)由四块B扇形定子(73D1)和四块B扇形隔块(73D2)间隔排列共圆组成，所述B扇形定子(73D1)的一端为平面板，B扇形定子(73D1)的另一端设有用于安装B轴向磁轴承线圈(73E)的B扇形凹腔(73D4)；
A轴向磁轴承线圈(73C)与B轴向磁轴承线圈(73E)的结构相同；
所述第三组件(73)的装配为：将飞轮转子(73A)套接在传感器A支架(72B)与传感器B支架(72C)之间，且飞轮转子(73A)的内壁(73A1)与磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)和电机永磁体(72D)的外壁接触；然后将四个结构相同的A轴向磁轴承线圈(73C)分别安装在A轴向磁轴承定子(73B)的的A扇形定子(73B1)的A扇形凹腔中，安装有A轴向磁轴承线圈(73C)的A扇形定子(73B1)与A扇形隔块(73B2)间隔排放形成圆形结构的A轴向磁轴承定子(73B)；然后将四个结构相同的B轴向磁轴承线圈(73E)分别安装在B轴向磁轴承定子(73D)的B扇形定子(73D1)的B扇形凹腔中，安装有B轴向磁轴承线圈(73E)的B扇形定子(73D1)与B扇形隔块(73D2)间隔排放形成圆形结构的B轴向磁轴承定子(73D)；最后飞轮转子(73A)的上方设置A轴向磁轴承定子(73B)，飞轮转子(73A)的下方设置B轴向磁轴承定子(73D)；
磁轴承连接盘(74)的一端上设有A内凸台(74A)和A外圆面板(74B)，A外圆面板(74B)的外缘上设有用于位移传感器通过的C开口槽(74C)；磁轴承连接盘(74)的另一端从内至外设有B内凸台(74D)和C内凸台(74E)，所述B内凸台(74D)从上至下套接有径向磁轴承定子(71A)、AA隔磁环(71B)、电机定子导磁环叠层圈(71C)和AB隔磁环(71D)，且径向磁轴承定子(71A)的端面与C内凸台(74E)的端面接触；
飞轮上盖(75)与飞轮下盖(76)的结构相同，且上下相对放置；飞轮上盖(75)的一端为B外圆面板(75A)；飞轮上盖(75)的另一端上设有D内凸台(75B)、A内凹腔(75C)和A内挡面板(75D)，所述A内凹腔(75C)用于放置A轴向磁轴承定子(73B)，所述D内凸台(75B)的端面与飞轮转子(73A)的上端面接触，所述A内挡面板(75D)与飞轮转子(73A)的外缘面接触；
飞轮下盖(76)的一端为C外圆面板；飞轮下盖(76)的另一端上设有E内凸台(76B)、B内凹腔(76C)和B内挡面板(76D)，所述B内凹腔(76C)用于放置B轴向磁轴承定子(73D)，所述E内凸台(76B)的端面与飞轮转子(73A)的下端面接触，所述B内挡面板(76D)与飞轮转子(73A)的外缘面接触。
附图说明
图1是本发明设计的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人的外部结构图。
图1A是本发明设计的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人的另一视角外部结构图。
图1B是本发明设计的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人的分解图。
图1C是本发明设计的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人的内部俯视结构图。
图2是本发明A组磁悬浮储能飞轮的前视面的外部结构图。
图2A是本发明A组磁悬浮储能飞轮的后视面的外部结构图。
图3是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第一组件的剖面结构图。
图3A是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第一组件的分解图。
图4是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第二组件的剖面结构图。
图4A是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第二组件的分解图。
图5是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第三组件的剖面结构图。
图5A是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第三组件的分解图。
图6是本发明A组磁悬浮储能飞轮的剖面结构图。
图6A是本发明A组磁悬浮储能飞轮中第三组件与壳体的分解图。
图6B是本发明的磁轴承连接盘的结构图。
图6C是本发明的飞轮上盖的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1、图1A、图1B、图1C所示，本发明设计了一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其包括有承载件1、上盖板2、底座3、多关节充电臂4、备用充电接口5、抽气设备6、A组磁悬浮储能飞轮7、B组磁悬浮储能飞轮8、视觉传感器(20A～20H)、超声传感器(10A、10B)、位移传感器75和滚轮(30A～30F)。多关节充电臂4用于待本发明设计的地面移动充电机器人移动至目标充电车辆位置时，用于与电动汽车的充电接头连接，实现电能的传输(机器人的放电过程)。也用于本发明设计的地面移动充电机器人与充电基站对接，实现自身储能飞轮与充电基站的电能传输(机器人的充电过程)。备用充电接口5用于连接另一台本发明地面移动充电机器人，达到多台本发明地面移动充电机器人协同充电。每台本发明地面移动充电机器人带有一个备用充电接口，接口形式与多关节充电臂相匹配。当目标车辆电池容量较大，单台本发明地面移动充电机器人的电能无法充满该电动汽车的时候，可采用多台本发明地面移动充电机器人串联协同为电动汽车充电，以实现快速为目标车辆完成短时间充电的目的。也可以通过备用充电接口5与另一多关节充电臂连接，在设计的地面移动充电机器人具有足够大的功率条件下，实现对另一电动汽车的充电。因此，通过备用充电接口5可以让邻近的两台电动汽车同时在一台地面移动充电机器人进行充电。
视觉传感器(20A～20H)用于本发明设计的地面移动充电机器人进行沿途的移动目标识别、躲避移动目标、图形识别、图像采集。
超声传感器(10A、10B)用于本发明设计的地面移动充电机器人进行沿途的固定障碍物的避障功能和多机器人的识别功能。
位移传感器(75、76，选用涡流传感器)用于检测磁悬浮储能飞轮中飞轮本体7A的悬浮状态、转动情况、失稳识别等。
滚轮(30A～30F，选用万向轮)用于本发明设计的地面移动充电机器人进行行走，位置移动。主要实现的是充电基站与充电汽车之间的移动。
在本发明中，承载件1、上盖板2和底座3构成应用于电动汽车的基于磁悬浮内转子飞轮储能的地面移动充电机器人的外部框架体。所述外部框架体设计成扁平形状，可以在汽车底盘下自由移动，不受上下空间限制。机器人的行走路径不占用停车场内的机动车道，不会对过往机动车的正常行驶造成干扰。
承载件1
参见图1、图1A、图1B所示，承载件1是由合金钢加工成的具有传感冗余功能的模块化四边梁(1A、1B、1C、1D)的矩形框结构体，并在四个边梁上分别安装相应的视觉传感器(20A～20H)、超声传感器(10A、10B)和能够使承载件1移动的滚轮(30A～30F)。底座3套接安装在承载件1内。由于底座3内安装有顺时针方向转动的磁悬浮飞轮(A组磁悬浮储能飞轮7)和逆时针方向转动的磁悬浮飞轮(B组磁悬浮储能飞轮8)，通过外接的承载件1能够减少在移动过程中对固定在承载件1上的设备(如视觉传感器、超声传感器)的颤振。
如图1、图1A所示，A边梁1A上安装有A超声传感器10A、A视觉传感器20A和B视觉传感器20B。与A边梁1A相对应的B边梁1B上安装有B超声传感器10B、G视觉传感器20G和H视觉传感器20H。
如图1、图1A所示，C边梁1C上安装有D视觉传感器20D、F视觉传感器20F、B滚轮30B、D滚轮30D、F滚轮30F。与C边梁1C相对应的D边梁1D上安装有C视觉传感器20C、E视觉传感器20E、A滚轮30A、C滚轮30C、E滚轮30E。
上盖板2
参见图1、图1A、图1B所示，上盖板2为平板结构，与底座3的上端固定。上盖板2上固定安装有多关节充电臂4、备用充电接口5和抽气设备6。所述抽气设备6指的是真空泵等实现将底座3内磁悬浮飞轮(7、8)内的压强降低至10-3Pa级以下，以减小飞轮在高速旋转时与空气的摩擦阻力和风摩耗。上盖板2能够阻止灰尘或者污染物进入底座3内，影响顺时针方向转动的磁悬浮飞轮(A组磁悬浮储能飞轮7)和逆时针方向转动的磁悬浮飞轮(B组磁悬浮储能飞轮8)的工作性能。同时通过上盖板2来安装多关节充电臂4和抽气设备6，有利于减小本发明设计的地面移动充电机器人的体积。
底座3
参见图1A、图1B、图1C所示，底座3为无盖的盒子结构。底座3的底板3A上固定安装有顺时针方向转动的磁悬浮飞轮(A组磁悬浮储能飞轮7)和逆时针方向转动的磁悬浮飞轮(B组磁悬浮储能飞轮8)。底座3的四个立板3B套接在承载件1内。在本发明中，底座3与承载件1采用分体结构设计，是为了减小两组磁悬浮储能飞轮(7、8)在工作时产生的振动对安装在承载件1上传感器工作性能的影响。磁悬浮储能飞轮的磁轴承连接盘是通过螺钉固定在底座3的底面板上的。
为了降低两组磁悬浮储能飞轮(7、8)在工作时产生的振动，可以在底座3的四个立板3B与承载件1的四个边梁的内壁之间安装减振装置，如套接一橡胶圈。
在本发明中，A组磁悬浮储能飞轮7与B组磁悬浮储能飞轮8是结构相同的，因此对B组磁悬浮储能飞轮8中的零件未进行分零件图的说明，可以通过比对A组磁悬浮储能飞轮7来毫无疑问地推导得到，但在工作时，A组磁悬浮储能飞轮7与B组磁悬浮储能飞轮8的旋转方向是相反的(如图1C所示)，即A组磁悬浮储能飞轮7为逆时针方向旋转，而B组磁悬浮储能飞轮8为顺时针方向旋转。
在本发明中，为了更详细地说明本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7的结构，A组磁悬浮储能飞轮7从内至外分为第一组件71、第二组件72和第三组件73。可以通过图3、图4和图5所示知悉第一组件71、第二组件72和第三组件73之间的装配关系。对A组磁悬浮储能飞轮7从内至外的结构划分是为了更详细地说明本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7具有与一般磁悬浮轮子的结构不同。
第一组件71的零件结构分解：
参见图6、图3、图3A所示，第一组件71中包括有径向磁轴承线圈7-1A、电机定子线圈7-1B、AA位移传感器7-1C、AB位移传感器7-1D、径向磁轴承定子71A、电机定子导磁环叠层圈71C、电机骨架71E、AA隔磁环71B和AB隔磁环71D。
径向磁轴承定子71A的外圆环上设有多个用于安装径向磁轴承线圈7-1A的极靴71A1。
电机定子导磁环叠层圈71C为圆环体结构。
电机骨架71E为圆环体结构，且圆环的外圆面上设有用于安装电机定子线圈7-1B的翅片71E1。
AA隔磁环71B和AB隔磁环71D为结构相同的圆环体。
在本发明中，第一组件71的装配为：先将径向磁轴承线圈7-1A安装在径向磁轴承定子71A的极靴71A1上；然后在径向磁轴承线圈7-1A与电机定子导磁环叠层圈71C之间安装上AA隔磁环71B，电机定子导磁环叠层圈71C的下方安装在AB隔磁环71D；然后在电机定子导磁环叠层圈71C的外环上套接电机骨架71E，最后在电机骨架71E的翅片71E1上安装电机定子线圈7-1B。
第二组件72的零件结构分解：
参见图6、图4、图4A所示，第二组件72包括有磁轴承转子导磁环叠层圈72A、传感器A支架72B、传感器B支架72C和电机永磁体72D。第二组件72设置在第一组件71的外部。
磁轴承转子导磁环叠层圈72A为圆环体结构。
传感器A支架72B和传感器B支架72C的结构相同。传感器A支架72B上设有用于安装AA位移传感器7-1C的A开口槽72B1。传感器B支架72C上设有用于安装AB位移传感器7-1D的B开口槽72C1。
电机永磁体72D为圆环体结构。
在本发明中，第二组件72的装配为：在安装有电机定子线圈7-1B的电机骨架71E的翅片71E1外部安装上电机永磁体72D，电机永磁体72D的上方对齐安装上磁轴承转子导磁环叠层圈72A；在传感器A支架72B的多个A开口槽72B1中安装上AA位移传感器7-1C，然后将安装有AA位移传感器7-1C的传感器A支架72B安装在飞轮上盖75的内部；在传感器B支架72C的多个B开口槽72C1中安装上AB位移传感器7-1D，然后将安装有AB位移传感器7-1D的传感器B支架72C安装在飞轮下盖76内部。
第三组件73的零件结构分解：
参见图6、图5、图5A所示，第三组件73包括有飞轮转子73A、A轴向磁轴承定子73B、B轴向磁轴承定子73D、A轴向磁轴承线圈73C和B轴向磁轴承线圈73E。
飞轮转子73A为圆环体结构。
A轴向磁轴承定子73B与B轴向磁轴承定子73D的结构相同。A轴向磁轴承定子73B由四块A扇形定子73B1和四块A扇形隔块73B2间隔排列共圆组成，所述A扇形定子73B1的一端为平面板73B3，A扇形定子73B1的另一端设有用于安装A轴向磁轴承线圈73C的A扇形凹腔。B轴向磁轴承定子73D由四块B扇形定子73D1和四块B扇形隔块73D2间隔排列共圆组成，所述B扇形定子73D1的一端为平面板，B扇形定子73D1的另一端设有用于安装B轴向磁轴承线圈73E的B扇形凹腔73D4。
A轴向磁轴承线圈73C与B轴向磁轴承线圈73E的结构相同。
在本发明中，第三组件73的装配为：将飞轮转子73A套接在传感器A支架72B与传感器B支架72C之间，且飞轮转子73A的内壁73A1与磁轴承转子导磁环叠层圈72A和电机永磁体72D的外壁接触；然后将四个结构相同的A轴向磁轴承线圈73C分别安装在A轴向磁轴承定子73B的的A扇形定子73B1的A扇形凹腔中，安装有A轴向磁轴承线圈73C的A扇形定子73B1与A扇形隔块73B2间隔排放形成圆形结构的A轴向磁轴承定子73B；然后将四个结构相同的B轴向磁轴承线圈73E分别安装在B轴向磁轴承定子73D的的B扇形定子73D1的B扇形凹腔中，安装有B轴向磁轴承线圈73E的B扇形定子73D1与B扇形隔块73D2间隔排放形成圆形结构的B轴向磁轴承定子73D；最后飞轮转子73A的上方设置A轴向磁轴承定子73B，飞轮转子73A的下方设置B轴向磁轴承定子73D。
本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7中，旋转组件是指磁轴承转子导磁环叠层圈72A、电机永磁体72D和飞轮转子73A。
本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7中，电机定子导磁环叠层圈71C、电机骨架71E和电机定子线圈7-1B构成空心杯直流电机。
本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7中，径向磁轴承定子71A与径向磁轴承线圈7-1A构成径向磁轴承定子组件。
本发明设计的A组磁悬浮储能飞轮7中，A轴向磁轴承定子73B与A轴向磁轴承线圈73C构成上层轴向磁轴承定子；B轴向磁轴承定子73D与B轴向磁轴承线圈73E构成下层轴向磁轴承定子；上层轴向磁轴承定子和下层轴向磁轴承定子统称为轴向磁轴承定子组件。
在为本发明的地面移动充电机器人充电时，通过多关节充电臂4与充电基站对接，开始为本发明设计的机器人充电，充电开始后，首先磁轴承定子组件(径向磁轴承定子组件与轴向磁轴承定子组件组合)上电使旋转组件悬浮；空心杯直流电机上电使旋转组件开始旋转至额定转速，完成充电过程。
磁轴承连接盘74
参见图6、图6A、图6B所示，磁轴承连接盘74的一端上设有A内凸台74A和A外圆面板74B，A外圆面板74B的外缘上设有用于位移传感器通过的C开口槽74C；磁轴承连接盘74的另一端从内至外设有B内凸台74D和C内凸台74E，所述B内凸台74D从上至下套接有径向磁轴承定子71A、AA隔磁环71B、电机定子导磁环叠层圈71C和AB隔磁环71D，且径向磁轴承定子71A的端面与C内凸台74E的端面接触。
飞轮上盖75
参见图6、图6A、图6C所示，飞轮上盖75与飞轮下盖76的结构相同。飞轮上盖75的一端为B外圆面板75A，B外圆面板75A上设有螺纹孔；飞轮上盖75的另一端上设有D内凸台75B、A内凹腔75C和A内挡面板75D，所述A内凹腔75C用于放置A轴向磁轴承定子73B，所述D内凸台75B的端面与飞轮转子73A的上端面接触，所述A内挡面板75D与飞轮转子73A的外缘面接触。
飞轮下盖76
参见图6、图6A所示，飞轮下盖76的一端为C外圆面板，C外圆面板上设有螺纹孔；飞轮下盖76的另一端上设有E内凸台76B、B内凹腔76C和B内挡面板76D，所述B内凹腔76C用于放置B轴向磁轴承定子73D，所述E内凸台76B的端面与飞轮转子73A的下端面接触，所述B内挡面板76D与飞轮转子73A的外缘面接触。
本发明的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人的工作原理：
(A)、机器人充电：机器人的多关节充电臂与固定充电基站对接，利用磁悬浮飞轮内部的空心杯直流电机带动旋转组件高速转动，将电能转化为旋转组件的动能。当两个磁悬浮飞轮达到额定转速后，表示机器人充电完毕。
(B)、目标车辆定位：本发明设计的机器人依靠GPS模块和无线通讯模块自动寻找并锁定目标车辆，通过滚轮达到机器人的自主移动，并利用视觉传感器和超声传感器实现障碍物的躲避，当机器人以最优路径到达目标车辆位置时，可以通过多关节充电臂4与目标车辆的充电接口对接，开始准备为目标车辆充电。
(C)、机器人放电：即为电动汽车充电。此时空心杯电动机作为发电机使用，将旋转组件的动能转化为电能，输出给电动汽车。当两个旋转组件转速小于某一转速(由目标车辆到充电基站的距离和机器人的行驶路径决定)时，表示机器人的一次放电过程完毕。
(D)、多机器人协同充电：每个机器人带有一个备用充电接口，接口形式与多关节充电臂4相匹配。当目标车辆电池容量较大，单台机器人的电能无法充满该电动汽车的时候，可采用多机器人协同充电，多个机器人通过GPS模块和无线通讯模块实现串联为目标车辆充电，达到更短的充电时间。
(E)、机器人返回充电基站位置：机器人每次放电后必须留有足够的电力，以维持机器人返回充电基站进行再次充电。机器人通过多次循环充放电，往返于充电基站和目标车辆之间，达到无人值守为电动汽车自动充电的过程。
本发明设计了一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，所要解决的是目前对电动汽车充电难的技术问题，本发明地面移动充电机器人携带两个转向相反的磁悬浮储能飞轮，可以根据车主需要，自动为电动汽车充电。该地面移动充电机器人具有如下技术优势：
1、充电时间短：磁悬浮储能飞轮的一大优势就是能够快速充放电，利用该机器人为电动汽车充电，可以使充电时间缩短至小于一小时。
2、充电深度高：可以利用磁悬浮储能飞轮的瞬间放电功能，实现充电机器人的深度充放电。外转子结构的磁悬浮储能飞轮，能够将更多的质量远离旋转轴(如图6、图6A)，可实现更大的转动惯量，进一步提高储能量和充放电深度。
3、提高了悬浮精度。外转子结构将位移传感器(涡流传感器)都布置在远离旋转轴的位置，当飞轮相对于旋转轴出现偏摆和位移时，根据几何放大原理，在外圆周会产生更加明显的偏摆和位移，使得其更容易被位移传感器检测到，进而对其实施更加精确的悬浮控制。
4、减小了飞轮振动对目标充电车辆的影响。飞轮质量在远离旋转轴的位置分布，使得动平衡去重的效果更加明显，更容易达到期望的动平衡等级，也更容易实现高等级的动平衡精度。由于飞轮转子73A结构形式提高了悬浮精度和动平衡等级，使得飞轮高速旋转时对外的振动量大大减小，提高了可靠性和寿命。当机器人进行自主移动、定位、识别、对接、充电等工作时，能够更加稳定地完成充电任务。
5、机器人外观是扁平形状，可以在汽车底盘下自由移动，不受空间限制，且多个机器人可协同工作，以串联方式(两台机器人之间通过各自的备用接口实现串联)为电池容量较大的电动汽车充电。

Claims (6)

1.一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：所述地面移动充电机器人包括有承载件(1)、上盖板(2)、底座(3)、多关节充电臂(4)、备用充电接口(5)、抽气设备(6)、A组磁悬浮储能飞轮(7)、B组磁悬浮储能飞轮(8)；A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)的结构相同；A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)的旋转方向相反；
A组磁悬浮储能飞轮(7)与B组磁悬浮储能飞轮(8)安装在底座(3)内；
承载件(1)上设有四边梁(1A、1B、1C、1D)；底座(3)套接在承载件(1)上；上盖板(2)安装在底座(3)上方；
多关节充电臂(4)、备用充电接口(5)和抽气设备(6)安装在上盖板(2)上；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第一组件(71)包括有径向磁轴承线圈(7-1A)、电机定子线圈(7-1B)、AA位移传感器(7-1C)、AB位移传感器(7-1D)、径向磁轴承定子(71A)、电机定子导磁环叠层圈(71C)、电机骨架(71E)、AA隔磁环(71B)和AB隔磁环(71D)；
径向磁轴承定子(71A)的外圆环上设有多个用于安装径向磁轴承线圈(7-1A)的极靴(71A1)，所述线圈骨架(71A1)为凹字形状；
电机定子导磁环叠层圈(71C)为圆环体结构；
电机骨架(71E)为圆环体结构，且圆环的外圆面上设有用于安装电机定子线圈(7-1B)的翅片(71E1)；
AA隔磁环(71B)和AB隔磁环(71D)为结构相同的圆环体；
所述第一组件(71)的装配为：先将径向磁轴承线圈(7-1A)安装在径向磁轴承定子(71A)的极靴(71A1)上；然后在径向磁轴承线圈(7-1A)与电机定子导磁环叠层圈(71C)之间安装上AA隔磁环(71B)，电机定子导磁环叠层圈(71C)的下方安装在AB隔磁环(71D)；然后在电机定子导磁环叠层圈(71C)的外环上套接电机骨架(71E)，最后在电机骨架(71E)的翅片(71E1)上安装电机定子线圈(7-1B)；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第二组件(72)包括有磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)、传感器A支架(72B)、传感器B支架(72C)和电机永磁体(72D)；
磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)为圆环体结构；
传感器A支架(72B)和传感器B支架(72C)的结构相同；传感器A支架(72B)上设有用于安装AA位移传感器(7-1C)的A开口槽(72B1)；传感器B支架(72C)上设有用于安装AB位移传感器(7-1D)的B开口槽(72C1)；
电机永磁体(72D)为圆环体结构；
所述第二组件(72)的装配为：在安装有电机定子线圈(7-1B)的电机骨架(71E)的翅片(71E1)外部安装上电机永磁体(72D)，电机永磁体(72D)的上方对齐安装上磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)；在传感器A支架(72B)的多个A开口槽(72B1)中安装上AA位移传感器(7-1C)，然后将安装有AA位移传感器(7-1C)的传感器A支架(72B)安装在飞轮上盖(75)的内部；在传感器B支架(72C)的多个B开口槽(72C1)中安装上AB位移传感器(7-1D)，然后将安装有AB位移传感器(7-1D)的传感器B支架(72C)安装在飞轮下盖(76)内部；
A组磁悬浮储能飞轮(7)中的第三组件(73)包括有飞轮转子(73A)、A轴向磁轴承定子(73B)、B轴向磁轴承定子(73D)、A轴向磁轴承线圈(73C)和B轴向磁轴承线圈(73E)；
飞轮转子(73A)为圆环体结构；
A轴向磁轴承定子(73B)与B轴向磁轴承定子(73D)的结构相同；A轴向磁轴承定子(73B)由四块A扇形定子(73B1)和四块A扇形隔块(73B2)间隔排列共圆组成，所述A扇形定子(73B1)的一端为平面板(73B3)，A扇形定子(73B1)的另一端设有用于安装A轴向磁轴承线圈(73C)的A扇形凹腔；B轴向磁轴承定子(73D)由四块B扇形定子(73D1)和四块B扇形隔块(73D2)间隔排列共圆组成，所述B扇形定子(73D1)的一端为平面板，B扇形定子(73D1)的另一端设有用于安装B轴向磁轴承线圈(73E)的B扇形凹腔(73D4)；
A轴向磁轴承线圈(73C)与B轴向磁轴承线圈(73E)的结构相同；
所述第三组件(73)的装配为：将飞轮转子(73A)套接在传感器A支架(72B)与传感器B支架(72C)之间，且飞轮转子(73A)的内壁(73A1)与磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)和电机永磁体(72D)的外壁接触；然后将四个结构相同的A轴向磁轴承线圈(73C)分别安装在A轴向磁轴承定子(73B)的的A扇形定子(73B1)的A扇形凹腔中，安装有A轴向磁轴承线圈(73C)的A扇形定子(73B1)与A扇形隔块(73B2)间隔排放形成圆形结构的A轴向磁轴承定子(73B)；然后将四个结构相同的B轴向磁轴承线圈(73E)分别安装在B轴向磁轴承定子(73D)的B扇形定子(73D1)的B扇形凹腔中，安装有B轴向磁轴承线圈(73E)的B扇形定子(73D1)与B扇形隔块(73D2)间隔排放形成圆形结构的B轴向磁轴承定子(73D)；最后飞轮转子(73A)的上方设置A轴向磁轴承定子(73B)，飞轮转子(73A)的下方设置B轴向磁轴承定子(73D)；
磁轴承连接盘(74)的一端上设有A内凸台(74A)和A外圆面板(74B)，A外圆面板(74B)的外缘上设有用于位移传感器通过的C开口槽(74C)；磁轴承连接盘(74)的另一端从内至外设有B内凸台(74D)和C内凸台(74E)，所述B内凸台(74D)从上至下套接有径向磁轴承定子(71A)、AA隔磁环(71B)、电机定子导磁环叠层圈(71C)和AB隔磁环(71D)，且径向磁轴承定子(71A)的端面与C内凸台(74E)的端面接触；
飞轮上盖(75)与飞轮下盖(76)的结构相同，且上下相对放置；飞轮上盖(75)的一端为B外圆面板(75A)；飞轮上盖(75)的另一端上设有D内凸台(75B)、A内凹腔(75C)和A内挡面板(75D)，所述A内凹腔(75C)用于放置A轴向磁轴承定子(73B)，所述D内凸台(75B)的端面与飞轮转子(73A)的上端面接触，所述A内挡面板(75D)与飞轮转子(73A)的外缘面接触；
飞轮下盖(76)的一端为C外圆面板；飞轮下盖(76)的另一端上设有E内凸台(76B)、B内凹腔(76C)和B内挡面板(76D)，所述B内凹腔(76C)用于放置B轴向磁轴承定子(73D)，所述E内凸台(76B)的端面与飞轮转子(73A)的下端面接触，所述B内挡面板(76D)与飞轮转子(73A)的外缘面接触。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：磁轴承转子导磁环叠层圈(72A)、电机永磁体(72D)和飞轮转子(73A)构成A组磁悬浮储能飞轮(7)中的旋转组件；
电机定子导磁环叠层圈(71C)、电机骨架(71E)和电机定子线圈(7-1B)构成A组磁悬浮储能飞轮(7)中的空心杯直流电机；
径向磁轴承定子(71A)与径向磁轴承线圈(7-1A)构成A组磁悬浮储能飞轮(7)中的径向磁轴承定子组件；
A轴向磁轴承定子(73B)与A轴向磁轴承线圈(73C)构成上层轴向磁轴承定子；B轴向磁轴承定子(73D)与B轴向磁轴承线圈(73E)构成下层轴向磁轴承定子；上层轴向磁轴承定子和下层轴向磁轴承定子组成A组磁悬浮储能飞轮(7)中的轴向磁轴承定子组件；
所述地面移动充电机器人充电时，通过多关节充电臂(4)与充电基站对接，开始为本发明设计的机器人充电，充电开始后，首先磁轴承定子组件上电使旋转组件悬浮；空心杯直流电机上电使旋转组件开始旋转至额定转速，完成充电过程。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：在承载件(1)上安装有视觉传感器(20A～20H)、超声传感器(10A、10B)、位移传感器(75)和滚轮(30A～30F)。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：滚轮(30A～30F)选用万向轮。
5.根据权利要求1或2所述的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：AA位移传感器(75)与AB位移传感器(76)是涡流传感器。
6.根据权利要求1或2所述的一种应用于电动汽车的基于磁悬浮外转子飞轮储能的地面移动充电机器人，其特征在于：所述地面移动充电机器人为扁平形状。
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