[发明专利]一种基于永磁直线电机的重力储能装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，包括重物块、永磁直线电机、框架机构和控制器，其中：

永磁直线电机的定子排列在用来支撑重力储能装置的框架机构上，永磁直线电机的永磁体和电枢绕组均安装在动子上，动子空载或动子下方挂载一个或多个重物块，永磁直线电机的动子空载或所述控制器用于控制永磁直线电机的动子挂载在框架机构内竖直上下运动，以实现储能和发电。

2.如权利要求1所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，永磁直线电机的动子上还安装有制动器和测量及通信模块；

制动器用于对动子和重物块进行制动和位置固定；

测量及通信模块用于检测动子的位置和速度、永磁直线电机的电枢电流和电压以及蓄电池的剩余电能信号并传递至控制器，并接受控制器对制动器的控制信号。

3.如权利要求2所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，所述测量及通信模块包括蓄电池、无线通讯器、速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器；所述位置传感器和速度传感器分别用来检测动子的位置和速度，电流传感器和电压传感器分别用来检测永磁直线电机的电枢电流和电压；所述无线通讯器用于将速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器的检测信号和蓄电池的剩余电能信号传递给控制器，并接受控制器对制动器的控制信号。

4.如权利要求1所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，所述永磁直线电机外侧竖直安装有竖直线缆，所述竖直线缆与框架机构等高，竖直线缆底部和电力电子变换器相连，永磁直线电机电枢绕组通过电刷和竖直线缆相连，电枢绕组经电刷、竖直线缆、电力电子变换器和电网或其他储能设备形成通路。

5.如权利要求4所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，控制器和电力电子变换器均安装在框架机构底部，控制器通过控制电力电子变换器开断实现电能变换，同时控制永磁直线电机运动状态。

6.如权利要求1所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，多个重力储能装置组合在一起，一字排开或者排成棋盘状。

7.如权利要求1所述的基于永磁直线电机的重力储能装置，其特征在于，相邻储能装置共用部分框架结构。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的基于永磁直线电机的重力储能装置的控制方法，其特征在于，正常运行时分为发电状态和储能状态，即永磁直线电机分别运行在发电状态和电动状态，其中：

当永磁直线电机运行在发电状态时，控制器根据接收到动子的速度和位置及永磁直线电机的电枢电压信号进行三闭环控制，使得重力势能经过永磁直线电机变成电能，然后经电力电子变换器输送到电网或其他储能设备；

当永磁直线电机运行在电动状态时，控制器根据接收到的动子的速度和位置及永磁直线电机的电枢电流信号进行三闭环控制，使得电能通过电力电子变换器从电网或其他储能设备输送到永磁直线电机，然后经永磁直线电机转化为重力势能进行储存。

9.如权利要求8所述的基于永磁直线电机的重力储能装置的控制方法，其特征在于，当永磁直线电机运行在发电状态时，永磁直线电机向下运行，分为加速下降、匀速下降和减速制动三个过程，其中：

加速下降过程为起始阶段，当速度传感器检测到永磁直线电机的动子加速运行至指定速度，控制器控制永磁直线电机进入匀速下降运动过程；

匀速下降过程为第二阶段，当位置传感器检测到永磁直线电机的动子匀速运行至指定位置时，控制器和制动器控制永磁直线电机进入减速制动过程；

减速制动过程为最终阶段，控制器和制动器控制永磁直线电机下降至最终位置时速度降至零。

10.如权利要求8所述的基于永磁直线电机的重力储能装置的控制方法，其特征在于，当永磁直线电机运行在电动状态时，永磁直线电机向上运行，分为加速上升、匀速上升和减速制动三个过程，其中：

加速上升过程为起始阶段，当速度传感器检测到永磁直线电机的动子加速运行至指定速度，控制器控制永磁直线电机进入匀速上升运动过程；

匀速上升过程为第二阶段，当位置传感器检测到永磁直线电机的动子匀速运行至指定位置时，控制器控制永磁直线电机进入减速制动过程；

减速制动过程为最终阶段，控制器控制永磁直线电机上升至最终位置时速度降至零。