CN110718987A - 飞轮电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞轮电池，涉及电池技术领域，所述飞轮电池包括：轴芯、飞轮转子和电机，所述飞轮转子呈环状，且所述飞轮转子套接在所述轴芯的外侧；所述电机包括电机定子和电机转子，所述电机定子安装在所述轴芯周向外壁上，所述电机转子安装在所述飞轮转子的环形内壁上。因为飞轮转子中间部分的线速度比较低，对储能的贡献低，将其去除后可以降低飞轮转子整体的质量，从而提高了飞轮转子的储能密度。并且，将飞轮转子套接在轴芯的外侧，将电机转子设置在飞轮转子的环形内壁上，将电机定子设置在轴芯的外壁上，充分的利用了飞轮转子的中空区域的空间，有利于降低飞轮电池的体积。

Description

飞轮电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种飞轮电池。

背景技术

飞轮储能是一种机械储能技术，用于新能源汽车可实现快充快放、安全环保，可以消除车用锂电池存在的起火、充放电寿命短、电池性能受环境温度影响大、充电时间长、电池材料污染环境、电池面临回收等问题。

现有的飞轮电池包括飞轮转子以及与所述飞轮转子连接的轴杆。飞轮转子呈盘状，当飞轮转子旋转时，越靠近轴芯位置处的转动惯量越低，对充放电的贡献越低，反而增加了飞轮转子的质量，从而导致现有的飞轮电池的储能密度低，并且，现有的飞轮转子的体积也比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞轮电池，以缓解了现有的飞轮电池储能密度低和体积大的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种飞轮电池，飞轮电池包括：轴芯、飞轮转子和电机，飞轮转子呈环状，且飞轮转子套接在轴芯的外侧；

电机包括电机定子和电机转子，电机定子安装在轴芯周向外壁上，电机转子安装在飞轮转子的环形内壁上。

进一步的，飞轮电池包括位于飞轮转子两端的两个磁轴承，两个磁轴承分别作用于飞轮转子的相对两端面，以使飞轮转子磁悬浮在两个磁轴承之间。

进一步的，飞轮转子的环形内壁上设置有第一磁环组件，轴芯的外壁上设置有第二磁环组件，第一磁环组件与第二磁环组件相互配合，以使轴芯的周向外壁与飞轮转子的环形内壁之间保持间隙。

进一步的，飞轮转子包括支撑管和飞轮主体，飞轮主体套接在支撑管外侧；

支撑管的外壁上设置有向周向外侧凸出的环状外沿；

飞轮主体的内壁上设置有向外侧凹陷的，且与环状外沿对应的环状凹陷，环状外沿位于环状凹陷内。

进一步的，环状外沿的数量为两个，两个环状外沿分别位于在支撑管的两端。

进一步的，飞轮转子包括套接在飞轮主体外侧的止挡环，止挡环的端面高于飞轮主体的端面。

进一步的，飞轮主体包括由内向外依次过盈套接的多个环单元，或者

飞轮主体包括由内向外依次套接的多个环单元，任意相邻两个环单元的材料不同，且相邻两个环单元中，靠近内侧的环单元的弹性模量大于靠近外侧的环单元的弹性模量。

进一步的，飞轮电池还包括控制器、位置传感器和飞轮制动装置，控制器分别与飞轮制动装置和位置传感器连接，位置传感器用于检测飞轮转子是否偏离平衡位置，控制器用于在飞轮转子偏离平衡位置时控制飞轮制动装置将飞轮转子制动。

进一步的，飞轮制动装置位于飞轮转子的端侧，朝远离飞轮转子的方向，飞轮制动装置包括：依次设置的飞轮接触盘、飞轮制动盘和底座；

底座的一面上设置有径向限位槽，飞轮接触盘和飞轮制动盘位于径向限位槽内，径向限位槽用于阻止飞轮接触盘和飞轮制动盘沿径向运动；

飞轮接触盘朝向飞轮制动盘的一面上设置有第一导向结构，飞轮制动盘朝向飞轮接触盘的一面上设置有第二导向结构，第一导向结构和第二导向结构用于在飞轮接触盘与飞轮制动盘发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使飞轮接触盘朝远离飞轮制动盘的一侧运动；

底座朝向飞轮制动盘的一面上设置有摩擦结构；

飞轮制动装置包括锁止结构，锁止结构用于在锁止时将飞轮接触盘锁止在非制动状态，飞轮接触盘处于非制动状态时，飞轮接触盘与飞轮制动盘相对静止，且飞轮接触盘与飞轮转子之间具有间隙；

飞轮制动装置包括驱动机构，驱动机构用于将飞轮接触盘朝远离飞轮制动盘方向推动，以使飞轮接触盘呈制动状态，飞轮接触盘处于制动状态时，飞轮接触盘与飞轮转子抵接。

进一步的，第一导向结构包括由飞轮制动盘中心向外延伸的第一螺旋齿结构，第二导向结构包括由飞轮接触盘中心向外延伸的第二螺旋齿结构，第一螺旋齿结构与第二螺旋齿结构啮合。

进一步的，锁止结构包括设置在飞轮接触盘上的永磁铁；锁止结构还包括用于固定在底座上的铁芯，铁芯用于与永磁铁磁力连接；

驱动机构包括缠绕在铁芯外侧的导电绕组，以使所述铁芯和导电绕组形成电磁铁；电磁铁与永磁铁磁场方向相反，以使导电绕组通电后，电磁铁与永磁铁彼此之间产生斥力，将飞轮接触盘朝飞轮转子一侧推动。

进一步的，飞轮电池包括位于飞轮转子两端的两个保护轴承；

保护轴承的外圈侧壁上设置有环形止挡沿，且环形止挡沿朝向飞轮转子的一面与飞轮转子端面的距离大于零，且小于飞轮转子距离磁轴承的距离；

保护轴承的外圈侧壁与飞轮转子环形内壁之间的距离大于零，且小于飞轮转子内壁与轴芯的距离；

以使飞轮转子偏离平衡位置后能够先与保护轴承接触。

进一步的，轴芯为空心，轴芯的一端连接有插头，与插头连接的线缆位于空心内。

进一步的，飞轮电池包括底盘和壳体，且底盘和壳体密封连接，壳体上设置有连通内外的真空接口。

本发明实施例提供的一种飞轮电池，飞轮电池包括：轴芯、飞轮转子和电机，飞轮转子呈环状，中间为空心的结构，飞轮转子套接在轴芯的外侧，轴芯相对于飞轮电池是静止的，飞轮转子能够绕着轴芯旋转。电机定子安装在轴芯周向外壁上，电机转子安装在飞轮转子的环形内壁上。充电时，在外电源的驱动下，电机带动飞轮转子高速旋转；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮转子的带动下对外输出电能，完成机械能到电能的转换。因为飞轮转子中间部分的线速度比较低，对储能的贡献低，将其去除后可以降低飞轮转子整体的质量，从而提高了飞轮转子的储能密度。并且，将飞轮转子套接在轴芯的外侧，将电机转子设置在飞轮转子的环形内壁上，将电机定子设置在轴芯的外壁上，充分的利用了飞轮转子的中空区域的空间，有利于降低飞轮电池的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的飞轮电池的剖视图；

图2为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮转子的剖视图；

图3为本发明实施例提供的飞轮电池除去飞轮转子后的剖视图；

图4为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮转子的支撑管的剖视图；

图5为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮转子的飞轮主体的剖视图；

图6为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮制动装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮制动装置的剖视图；

图8为图7中A位置的局部放大图；

图9为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮制动盘的示意图；

图10为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮接触盘非制动状态的示意图；

图11为本发明实施例提供的飞轮电池的飞轮制动盘制动状态的示意图；

图12为图1中B位置的局部放大图。

图标：100-轴芯；110-电机定子；120-第二磁环组件；

200-飞轮转子；210-支撑管；211-环状外沿；220-飞轮主体；221-环状凹陷；222-环单元；230-压环；240-第一磁环组件；250-隔磁环；260-止挡环；

300-电机转子；400-磁轴承；510-壳体；520-底盘；530-插头；540-真空接口；

600-保护轴承；610-环形止挡沿；

700-飞轮制动装置；710-底座；720-飞轮制动盘；721-第一螺旋齿结构；730-飞轮接触盘；731-第二螺旋齿结构；732-永磁铁；740-摩擦结构；750-铁芯；760-导电绕组；810-轴向位置传感器；820-径向位置传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的一种飞轮电池，飞轮电池包括：轴芯100、飞轮转子200和电机，飞轮转子200呈环状，中间为空心的结构，飞轮转子200套接在轴芯100的外侧，轴芯100相对于飞轮电池是静止的，飞轮转子200能够绕着轴芯100旋转。电机定子110安装在轴芯100周向外壁上，电机转子300安装在飞轮转子200的环形内壁上。充电时，在外电源的驱动下，电机带动飞轮转子200高速旋转；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮转子200的带动下对外输出电能，完成机械能到电能的转换。因为飞轮转子200中间部分的线速度比较低，对储能的贡献低，将其去除后可以降低飞轮转子200整体的质量，从而提高了飞轮转子200的储能密度。并且，将飞轮转子200套接在轴芯100的外侧，将电机转子300设置在飞轮转子200的环形内壁上，将电机定子110设置在轴芯100的外壁上，充分的利用了飞轮转子200的中空区域的空间，有利于降低飞轮电池的体积。

如图2、图4和图5所示，飞轮转子200包括支撑管210和飞轮主体220，飞轮主体220套接在支撑管210外侧。为了缓解飞轮转子200在高速转动下，飞轮主体220与支撑管210之间在径向上产生缝隙的问题。支撑管210的外壁上设置有向周向外侧凸出的环状外沿211；飞轮主体220的内壁上设置有向外侧凹陷的，且与环状外沿211对应的环状凹陷221，环状外沿211位于环状凹陷221内。

支撑管210为中空的，以使支撑管210能够在径向上产生一定的形变量，飞轮主体220套接在支撑管210外侧。支撑管210的外壁上设置有向周向外侧凸出的环状外沿211；飞轮主体220的内壁上设置有向外侧凹陷的，且与环状外沿211对应的环状凹陷221，环状外沿211位于环状凹陷221内。当飞轮转子200转动时，支撑管210和飞轮主体220均会受到沿径向向外的离心力。因为环状外沿211是凸出于支撑管210外壁的，该位置处的质量相比于轴向其他位置处的质量更大，所以，支撑管210上环状外沿211处所受到的离心力相比于其他位置所受到的离心力要大，所以环状外沿211会在径向上产生更大的位移；而与支撑管210相反，在飞轮主体220的内侧设置有与环状外沿211对应的环状凹陷221，所以，环状凹陷221所处的位置质量相比于轴向其他位置的质量要小，所以，环状凹陷221所处的位置所受到的离心力更小，沿径向向外侧产生的形变量更小，所以环状外沿211朝向飞轮主体220的一面与环状凹陷221的底面能够相互挤压，以使飞轮主体220与支撑管210更不容易产生缝隙。

飞轮电池包括位于飞轮转子200两端的两个磁轴承400，两个磁轴承400分别作用于飞轮转子200的相对两端面，以使飞轮转子200磁悬浮在两个磁轴承400之间。

支撑管210的材质为金属，其端面与磁轴承400相互作用，飞轮转子200可以悬浮在两个磁轴承400之间。

进一步的，飞轮转子200的环形内壁上设置有第一磁环组件240，轴芯100的外壁上设置有第二磁环组件120，第一磁环组件240与第二磁环组件120相互配合，以使轴芯100的周向外壁与飞轮转子200的环形内壁之间保持间隙。

为了使飞轮转子200可以在径向上平衡，可以在支撑管210内侧壁上和轴芯100的外侧壁上分别对应设置有第一磁环组件240和第二磁环组件120，第一磁环组件240和第二磁环组件120可以使支撑管210和轴芯100之间保持一定的间隙，从而减小摩擦。通过第一磁环组件240和第二磁环组件120实现磁悬浮属于现有技术。而本实施例中，可以在飞轮转子200高速转动时，利用第一磁环组件240和电机转子300产生的离心力，二者产生的离心力作用在支撑管210的管壁上，从而使支撑管210受到挤压而沿径向向外侧产生更大的形变量，从而可以再次缓解飞轮主体220与支撑管210的外壁之间产生间隙的问题。

如图2所示，飞轮转子200还包括压环230，压环230与支撑管210的内壁过盈配合，加工时，可以先将第一磁环组件240让入到支撑管210内，然后再依次装入隔磁环250、电机转子300、隔磁环250和另一组第一磁环组件240，最后压上压环230，从而将第一磁环组件240和电机转子300装配到了支撑管210内。

环状外沿211的数量为两个，两个环状外沿211分别位于在支撑管210的两端。

因为两个环状外沿211是设置在支撑管210的两端的，所以，两个环状外沿211之间可以形成一个凹部。对应的，在飞轮主体220的环形内壁靠近上下端部处设置有两个环形凹陷，两个环形凹陷之间可以形成一个凸台，该凸台正好位于上述的凹部能，两个环状外沿211可以在轴向上对凸台进行止挡，防止在高速转动时支撑管210与飞轮主体220在轴向上产生位移。

位于支撑管210两端的两个环状外沿211在高速转动时能够产生较中间位置更大的形变量，从而从两端压紧环形凹陷。并且因为支撑管210整体形状的限制，位于两端的环状外沿211产生的形变并非完全沿径向的，而是会朝中间倾斜，从而两个环状外沿211可以将凸台压紧，使支撑管210与飞轮主体220连接更加紧密。

飞轮转子200包括套接在飞轮主体220外侧的止挡环260，止挡环260的端面高于飞轮主体220的端面。

现有技术中，飞轮主体220的材料为非金属复合材料，在产品测试的时候，需要测试其转动时是否稳定，如果不稳定，需要通过增加局部质量，以调整飞轮主体220的质心位置。现有技术中，通过在飞轮主体220上滴上树脂，等树脂凝固后，在重新进行测试，如此反复，而本实施例中，飞轮主体220的最外侧设置有比飞轮主体220略高的止挡环260，止挡环260可以止挡树脂，防止未完全干燥的树脂被甩出。

现有技术中的非金属复合材料的飞轮转子200可以通过纤维线由内向外逐层缠绕呈一体结构，在高速转动的过程中，飞轮主体220内部的应力聚集，很容易发生飞轮主体220离散的问题。

本实施例的一种实施方式，为了缓解上述问题，本实施例中的飞轮主体220可以包括由内向外依次过盈套接的多个环单元222。在制备时，可以先制备出多个环单元222，然后通过过盈配合的方式将他们逐一连接，相邻两个环单元222之间具有过盈力，而当飞轮转子200高速转动的时候，相邻两个环单元222中，更靠近外侧的环单元222的线速度越大，所以，更靠近外侧的环单元222具有远离与其连接的且靠近内侧的环单元222的趋势。因为相邻两个环单元222是过盈配合的，所以，在高速转的过程中需要先抵消掉二者之间的过盈量，相邻两个环单元222更不容易分离，这样就增加了飞轮转子200的最大转速。

本实施例的另一种实施方式，飞轮主体220包括由内向外依次套接的多个环单元222，任意相邻两个环单元222的材料不同，且相邻两个环单元222中，靠近内侧的环单元222的弹性模量大于靠近外侧的环单元222的弹性模量。本实施方式中，相邻两个环结构的材料是不同的，靠近内侧的环单元222的弹性模量大于靠近外侧的环单元222的弹性模量，所以，在转动的时候靠近内侧的环结构更容易产生沿径向向外的形变，从而靠近内侧的环单元222更容易抵接在靠外的环结构上，从而增加了飞轮主体220的结构稳定性，飞轮主体220在高速转动时更不容易离散。本实施例中，环单元222的数量为四个，环单元222的材料由内向外可以依次为：第一层玻璃纤维，二层碳纤维T700，三层碳纤维T1000，四层碳纤维M40。

如图1所示，飞轮电池还包括控制器、位置传感器和飞轮制动装置700，控制器分别与飞轮制动装置700和位置传感器连接，位置传感器用于检测飞轮转子200是否偏离平衡位置，控制器用于在飞轮转子200偏离平衡位置时控制飞轮制动装置700将飞轮转子200制动。

如图6-图11所示，为了确保飞轮转子200工作异常时可以及时的制动，需要实时监测飞轮转子200是否处于平衡状态，其中，位置传感器可以包括轴向位置传感器810和径向位置传感器820，轴向位置传感器810朝向飞轮转子200的端面，用于检测飞轮转子200在轴向上是否偏移平衡位置，轴向位置传感器810可以位于飞轮转子200两端侧的磁轴承400上；径向位置传感器820朝向飞轮转子200的周向侧壁，径向位置传感器820可以位于芯轴内，用于检测飞轮转子200在径向上是否偏移平衡位置。

飞轮制动装置700位于飞轮转子200的端侧，朝远离飞轮转子200的方向，飞轮制动装置700包括：依次设置的飞轮接触盘730、飞轮制动盘720和底座710。底座710的一面上设置有径向限位槽，飞轮接触盘730和飞轮制动盘720位于径向限位槽内，径向限位槽用于阻止飞轮接触盘730和飞轮制动盘720沿径向运动，但是飞轮接触盘730和飞轮制动盘720可以产生沿轴向的相对运动。

飞轮接触盘730朝向飞轮制动盘720的一面上设置有第一导向结构，飞轮制动盘720朝向飞轮接触盘730的一面上设置有第二导向结构，第一导向结构和第二导向结构用于在飞轮接触盘730与飞轮制动盘720发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使飞轮接触盘730朝远离飞轮制动盘720的一侧运动。第一导向结构和第二导向结构上均设置有导向斜面，且第一导向结构上的导向斜面和第二导向结构上的导向斜面接触并可以彼此滑动，当飞轮接触盘730相对于飞轮制动盘720发生转动时，两个导向斜面发生滑动，从而将转动转化为沿轴向的直线运动，并且通过设置斜面的倾斜方向，可以使飞轮转子200带动飞轮接触盘730转动时，飞轮接触盘730和飞轮制动盘720之间的距离增加。

底座710朝向飞轮制动盘720的一面上设置有摩擦结构740，摩擦结构740用于转动的飞轮制动盘720滑动摩擦，以将机械能转化为热能，从而降低飞轮转子200的速度。

飞轮制动装置700包括锁止结构，锁止结构用于在锁止时将飞轮接触盘730锁止在非制动状态，飞轮接触盘730处于非制动状态时，飞轮接触盘730与飞轮制动盘720相对静止，且飞轮接触盘730与飞轮转子200之间具有间隙，避免飞轮接触盘730在飞轮正常工作时与飞轮转子200接触。

飞轮制动装置700包括驱动机构，驱动机构用于将飞轮接触盘730朝远离飞轮制动盘720方向推动，以使飞轮接触盘730呈制动状态，飞轮接触盘730处于制动状态时，飞轮接触盘730与飞轮转子200抵接。驱动机构用于将飞轮接触盘730由非制动转态转变为制动状态。

飞轮制动装置700的工作原理如下：在飞轮转子200没有产生异常现象时，锁止结构可以使飞轮接触盘730保持在非制动状态，也就是说，此时，飞轮接触盘730不与飞轮转子200接触。而当飞轮转子200工作异常时，锁止结构解除锁止，驱动机构启动并驱动飞轮接触盘730朝飞轮转子200端面运动，飞轮接触盘730与飞轮转子200端面抵接时，高速转动的飞轮转子200将带动飞轮接触盘730一起转动，而在飞轮接触盘730和飞轮制动盘720之间设置有第一导向结构和第二导向结构，可以将转动运动转化为沿轴向的直线运动，在飞轮接触盘730转动时，飞轮接触盘730与飞轮制动盘720的距离会逐渐的增加，因为飞轮制动装置安装在飞轮电池内后，飞轮接触盘和飞轮制动盘二者两侧分别为飞轮转子和底座，所以，飞轮接触盘远离飞轮制动盘的距离是有限的，当飞轮接触盘与飞轮转子接触时，且不能在继续进行远离运动了，而飞轮制动盘也是紧紧的压接在摩擦结构上，从而将飞轮接触盘730和飞轮制动盘720锁死，二者一起转动，而飞轮制动盘720的下方设置有摩擦结构740，飞轮制动盘720与摩擦结构740摩擦，将机械能转化为热能，从而使飞轮转子200降速。通过飞轮制动装置700可以使飞轮转子200将机械能转化为热能，可以使飞轮转子200更快的降速。相比于现有技术中通过放电的方式，将机械能转化为电能，本实施例中的能量转化所用到的装置相比于负载体积更小，并且机械能转化为热能的过程也比较安全。

第一导向结构包括由飞轮制动盘720中心向外延伸的第一螺旋齿结构721，第二导向结构包括由飞轮接触盘730中心向外延伸的第二螺旋齿结构731，第一螺旋齿结构721与第二螺旋齿结构731啮合。

在本实施例中，沿飞轮制动盘720的周向，第一螺旋齿结构721的数量为多个，同样的，沿飞轮接触盘730的周向，第二螺旋齿结构731的数量为多个，第一螺旋齿结构721与第二螺旋齿结构731的横截面为三角形。在非制动状态时，第一螺旋齿结构721位于两个第二螺旋齿结构731之间，第二螺旋齿结构731位于两个第一螺旋齿结构721之间，飞轮接触盘730和飞轮制动盘720之间的距离最小。当飞轮接触盘730与飞轮制动盘720发生相对转动时，第二螺旋齿结构731可以沿着第一螺旋齿结构721的斜面向远离飞轮制动盘720的方向运动，从而将转动运动转化为沿轴向的直线运动。

锁止结构包括设置在飞轮接触盘730上的永磁铁732；锁止结构还包括用于固定在底座710上的铁芯750，铁芯750用于与永磁铁732磁力连接；驱动机构包括缠绕在铁芯750外侧的导电绕组760，以使所述铁芯750和导电绕组760形成电磁铁；电磁铁与永磁铁732磁场方向相反，以使导电绕组760通电后，电磁铁与永磁铁732彼此之间产生斥力，将飞轮接触盘730朝飞轮转子200一侧推动。

本实施例中利用永磁铁732、铁芯750和导电绕组760实现锁止结构和驱动机构的功能，结构更加的简单，设计合理。工作原理如下：当飞轮转子200正常工作时，导电绕组760不通电，飞轮接触盘730上的永磁铁732与底座710上的铁芯750磁力连接，而当飞轮转子200工作异常需要制动时，对导电绕组760通电，使其与铁芯750形成电磁铁，电磁铁的磁场方向与永磁铁732相反，从而对永磁铁732产生斥力，将飞轮接触盘730朝飞轮转子200端面推去。

如图12所示，飞轮电池包括位于飞轮转子200两端的两个保护轴承600；

保护轴承600的外圈侧壁上设置有环形止挡沿610，且环形止挡沿610朝向飞轮转子200的一面与飞轮转子200端面的距离大于零，且小于飞轮转子200距离磁轴承400的距离；保护轴承600的外圈侧壁与飞轮转子200环形内壁之间的距离大于零，且小于飞轮转子200内壁与轴芯100的距离；以使飞轮转子200偏离平衡位置后能够先与保护轴承600接触。

飞轮转子200的径向和轴向均受到磁力的作用，从而使其悬浮，减少转动时受到的阻力，但是当飞轮转子200偏离平衡状态时，保护轴承600可以确保飞轮转子200可以继续旋转，而不会击打在轴芯100或者磁轴承400上。具体的，保护轴承600的数量为两个，两个保护轴承600分别位于飞轮转子200的上下两端侧。保护轴承600的外圈的一部分是位于飞轮转子200的支撑管210的内的，在飞轮转子200的外圈上设置有环形止挡沿610，环形止挡沿610是位于飞轮转子200的端侧方的。因为环形止挡沿610朝向飞轮转子200的一面与飞轮转子200端面的距离小于飞轮转子200距离磁轴承400的距离；保护轴承600的外圈侧壁与飞轮转子200环形内壁之间的距离小于飞轮转子200内壁与轴芯100的距离，所以，当飞轮转子200失衡后，其先跌落在保护轴承600上，保护轴承600可以与之一起旋转，进行减少飞轮转子200产生碰撞而损坏。

轴芯100为空心，轴芯100的一端连接有插头530，接头可以为真空密封航插，与插头530连接的线缆位于空心内，充分利用了轴芯100的内部空间，提高了空间的利用率。上述的线缆包括用于连接电机、位置传感器、控制器等电气元件的线缆。

飞轮电池包括底盘520和壳体510，且底盘520和壳体510密封连接，壳体510上设置有连通内外的真空接口540。真空接口540可以进行充放气，以使底盘520和壳体510之间的腔体内形成真空或低压常压氮气环境。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池包括：轴芯(100)、飞轮转子(200)和电机，所述飞轮转子(200)呈环状，且所述飞轮转子(200)套接在所述轴芯(100)的外侧；

所述电机包括电机定子(110)和电机转子(300)，所述电机定子(110)安装在所述轴芯(100)周向外壁上，所述电机转子(300)安装在所述飞轮转子(200)的环形内壁上。

2.根据权利要求1所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池包括位于所述飞轮转子(200)两端的两个磁轴承(400)，两个所述磁轴承(400)分别作用于所述飞轮转子(200)的相对两端面，以使所述飞轮转子(200)磁悬浮在两个所述磁轴承(400)之间。

3.根据权利要求2所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮转子(200)的环形内壁上设置有第一磁环组件(240)，所述轴芯(100)的外壁上设置有第二磁环组件(120)，所述第一磁环组件(240)与所述第二磁环组件(120)相互配合，以使所述轴芯(100)的周向外壁与所述飞轮转子(200)的环形内壁之间保持间隙。

4.根据权利要求3所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮转子(200)包括支撑管(210)和飞轮主体(220)，所述飞轮主体(220)套接在所述支撑管(210)外侧；

所述支撑管(210)的外壁上设置有向周向外侧凸出的环状外沿(211)；

所述飞轮主体(220)的内壁上设置有向外侧凹陷的，且与所述环状外沿(211)对应的环状凹陷(221)，所述环状外沿(211)位于所述环状凹陷(221)内。

5.根据权利要求4所述的飞轮电池，其特征在于，所述环状外沿(211)的数量为两个，两个所述环状外沿(211)分别位于在所述支撑管(210)的两端。

6.根据权利要求4所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮转子(200)包括套接在所述飞轮主体(220)外侧的止挡环(260)，所述止挡环(260)的端面高于所述飞轮主体(220)的端面。

7.根据权利要求4所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮主体(220)包括由内向外依次过盈套接的多个环单元(222)，或者

所述飞轮主体(220)包括由内向外依次套接的多个环单元(222)，任意相邻两个环单元(222)的材料不同，且相邻两个环单元(222)中，靠近内侧的环单元(222)的弹性模量大于靠近外侧的环单元(222)的弹性模量。

8.根据权利要求1所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池还包括控制器、位置传感器和飞轮制动装置(700)，所述控制器分别与所述飞轮制动装置(700)和位置传感器连接，所述位置传感器用于检测所述飞轮转子(200)是否偏离平衡位置，所述控制器用于在所述飞轮转子(200)偏离平衡位置时控制所述飞轮制动装置(700)将所述飞轮转子(200)制动。

9.根据权利要求8所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮制动装置(700)位于所述飞轮转子(200)的端侧；朝远离所述飞轮转子(200)的方向，所述飞轮制动装置(700)包括依次设置的飞轮接触盘(730)、飞轮制动盘(720)和底座(710)；

所述底座(710)的一面上设置有径向限位槽，所述飞轮接触盘(730)和飞轮制动盘(720)位于所述径向限位槽内，所述径向限位槽用于阻止所述飞轮接触盘(730)和飞轮制动盘(720)沿径向运动；

所述飞轮接触盘(730)朝向所述飞轮制动盘(720)的一面上设置有第一导向结构，所述飞轮制动盘(720)朝向所述飞轮接触盘(730)的一面上设置有第二导向结构，所述第一导向结构和第二导向结构用于在所述飞轮接触盘(730)与所述飞轮制动盘(720)发生相对转动时彼此接触滑动，并能够使所述飞轮接触盘(730)朝远离所述飞轮制动盘(720)的一侧运动；

所述底座(710)朝向所述飞轮制动盘(720)的一面上设置有摩擦结构(740)；

所述飞轮制动装置(700)包括锁止结构，所述锁止结构用于在锁止时将所述飞轮接触盘(730)锁止在非制动状态，所述飞轮接触盘(730)处于非制动状态时，所述飞轮接触盘(730)与所述飞轮制动盘(720)相对静止，且所述飞轮接触盘(730)与所述飞轮转子(200)之间具有间隙；

所述飞轮制动装置(700)包括驱动机构，所述驱动机构用于将所述飞轮接触盘(730)朝远离所述飞轮制动盘(720)方向推动，以使所述飞轮接触盘(730)呈制动状态，所述飞轮接触盘(730)处于制动状态时，所述飞轮接触盘(730)与飞轮转子(200)抵接。

10.根据权利要求9所述的飞轮电池，其特征在于，所述第一导向结构包括由所述飞轮制动盘(720)中心向外延伸的第一螺旋齿结构(721)，所述第二导向结构包括由所述飞轮接触盘(730)中心向外延伸的第二螺旋齿结构(731)，所述第一螺旋齿结构(721)与所述第二螺旋齿结构(731)啮合。

11.根据权利要求9所述的飞轮电池，其特征在于，所述锁止结构包括设置在所述飞轮接触盘(730)上的永磁铁(732)；所述锁止结构还包括用于固定在所述底座(710)上的铁芯(750)，所述铁芯(750)用于与所述永磁铁(732)磁力连接；

所述驱动机构包括缠绕在所述铁芯(750)外侧的导电绕组(760)，以使所述铁芯(750)和导电绕组(760)形成电磁铁；所述电磁铁与所述永磁铁(732)磁场方向相反，以使所述导电绕组(760)通电后，所述电磁铁与所述永磁铁(732)彼此之间产生斥力，将所述飞轮接触盘(730)朝所述飞轮转子(200)一侧推动。

12.根据权利要求2所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池包括位于所述飞轮转子(200)两端的两个保护轴承(600)；

所述保护轴承(600)的外圈侧壁上设置有环形止挡沿(610)，且所述环形止挡沿(610)朝向所述飞轮转子(200)的一面与所述飞轮转子(200)端面的距离大于零，且小于所述飞轮转子(200)距离所述磁轴承(400)的距离；

所述保护轴承(600)的外圈侧壁与所述飞轮转子(200)环形内壁之间的距离大于零，且小于所述飞轮转子(200)内壁与所述轴芯(100)的距离；

以使所述飞轮转子(200)偏离平衡位置后能够先与所述保护轴承(600)接触。

13.根据权利要求1所述的飞轮电池，其特征在于，所述轴芯(100)为空心，所述轴芯(100)的一端连接有插头(530)，与所述插头(530)连接的线缆位于所述空心内。

14.根据权利要求1所述的飞轮电池，其特征在于，所述飞轮电池包括底盘(520)和壳体(510)，且所述底盘(520)和壳体(510)密封连接，所述壳体(510)上设置有连通内外的真空接口(540)。

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