一种基于电磁技术的重力储能系统

1.本发明属于重力储能技术领域，具体涉及一种基于电磁技术的重力储能系统。


背景技术：

2.重力储能技术促进了清洁低碳、安全高效的新能源体系建设，其具有布置灵活、普适性强、储能效率高(80％-90％)，运行时间长(30-50年)的优点。
3.cn202010199858.0披露了一种后采矿废弃井筒矸石梯度重力储能系统，其利用两个废弃矿井井筒充当储-放能通道，利用矸石作为质量块，实现废弃矿井井筒和矸石的二次利用。其利用高差，将地面装满矸石的矿车或地下高位装满矸石的矿车，根据所需发电量的大小，通过井筒提升装置下落至合适高度的地下车场，其发电时，只是简单的将装满矸石的矿车的重力势能转化为电能，能源转换的经济性低。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于电磁技术的重力储能系统。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于电磁技术的重力储能系统，包括若干可竖向堆叠的重块、用于供若干重块进行竖向运动的深井筒、以及位于深井筒井口外的电机，电机的输出轴上缠绕有钢绳，若干重块能够重叠穿设在钢绳上；重块由上而下运动时，能够带动电机的输出轴旋转发电；重块外部或其内部还布置有重块线圈，重块线圈直接或者间接连接有储电单元；深井筒内布置有竖向设置的若干井筒线圈，重块线圈能够相对井筒线圈竖向运动以切割井筒线圈而产生感应电流并存储于储电单元。
6.上述技术方案中，用电高峰时，重块线圈与储电单元保持连接，受重力势能影响，重块从深井筒井口向井底运动，带动电机发电，同时，井筒线圈与电源连接，重块线圈切割井筒线圈产生的磁感线从而生成感应电流储电。用电低谷时，电机驱动钢绳带动重块从深井筒井底向井口抬升，以储备重力势能。本发明利用电磁技术进行重力储能，不仅通过重块下落带动电机发电，还通过重块下落使重块线圈切割井筒线圈产生切割磁感线以发电，能够有效提高能源转换的经济性和普适性，降低能量损失。
7.在本发明的一种优选实施方式中，每个重块线圈均具有两个金属触点，最上方重块的重块线圈通过其两个金属触点与储电单元电性连接，下方重块的重块线圈通过其两个金属触点能够与其上方重块的重块线圈交叉相连；和/或每个井筒线圈均具有两个金属触点，最上方井筒线圈通过其两个金属触点与电源电性连接，下方井筒线圈通过其两个金属触点能够与其上方井筒线圈交叉相连。
8.上述技术方案中，保证各个重块线圈产生的感应电流流向统一。
9.在本发明的一种优选实施方式中，在每个重块的两侧壁对称的设置位于同一回路中的两个重块线圈，所有重块的重块线圈能够竖向排成两排且位于同一回路中，在深井筒的两侧也对称的设置两排井筒线圈；和/或井筒线圈为竖向设置的开放式“8”字线圈，重块
线圈与开放式“8”字线圈平行设置。
10.上述技术方案中，在重块的两侧壁设置重块线圈，在重块线圈向下运动切割井筒线圈时，保持重块不发生水平面的偏移。井筒线圈为开放式“8”字线圈，结构简单，便于加工制造。
11.在本发明的一种优选实施方式中，开放式“8”字线圈为矩形线圈以竖直边中垂线为界分为上下两部分，将上部分翻转180
°
形成两个面积相等的每半个开放式“8”字线圈；重块一侧的重块线圈为竖向设置的矩形线圈，每半个开放式“8”字线圈的长宽与重块线圈的长宽相等。
12.在本发明的一种优选实施方式中，相邻的开放式“8”字线圈之间的间距与每半个开放式“8”字线圈之间的间距一致。
13.上述技术方案中，以此保证相邻磁场间距一致。
14.在本发明的另一种优选实施方式中，深井筒内还设有与井筒线圈对应的横向设置的若干组闭合线圈，一组闭合线圈能够环设在井筒线圈和重块线圈外。
15.上述技术方案中，通过设置闭合线圈来控制重块向下运动过程中发生偏移。
16.在本发明的另一种优选实施方式中，一组闭合线圈包括横向设置的两个闭合式“8”字线圈，两个闭合式“8”字形线圈以深井筒的中心点沿其所处平面旋转180
°
，同一水平面的两个闭合式“8”字线圈的通过两根导线连接。
17.上述技术方案中，重块运动发生沿水平面左右偏移时，左右两边闭合式“8”字形线圈会产生不对等电流，因此，左右两边闭合式“8”字形线圈会产生不对等磁场，靠近闭合式“8”字形线圈一侧的重块线圈产生较大排斥力，使重块向水平中点靠近。
18.在本发明的另一种优选实施方式中，重块的顶部具有向外凸出的非圆形的凸钉，重块的底部具有能够与凸钉相契合的向内凸出的凹孔；钢绳的下端固接有限位卡块，限位卡块的顶部能够与最下方重块的凹孔相契合。
19.上述技术方案中，相邻两个重块通过凸钉和凹孔相契合，使所述重块可以多个稳定的累积；限位卡块与最下方重块下表面的凹孔相契合，用以带动重块向上运动。
20.在本发明的另一种优选实施方式中，电机为磁悬浮电机，电机可用作磁悬浮电动机耗电驱动，也可作为磁悬浮发电机由重块下降驱动发电；和/或电机的数量为两个，两个电机沿深井筒井口径向对称分布于深井筒两侧，两个电机的输出轴同轴固接。
21.上述技术方案中，磁悬浮电机可发电和耗电驱动，无需单独设置发电装置，简化系统结构；设置两个电机可提高重块上升时的稳定性以及延长电机输出轴的寿命。
22.在本发明的另一种优选实施方式中，磁悬浮电机包括外壳、轴向穿过外壳中心并延伸至外壳外具有输出轴的可转动的转子、以及环设在转子外周的与外壳固接的定子组件，转子固接有径向向外延伸的圆盘，圆盘上固接有与定子组件配合的环形永磁铁，定子组件产生的电流能够驱动环形永磁铁绕转子的轴线转动以使转子转动；磁悬浮电机至少还包括如下结构之一：结构一：圆盘外环设有与之固接的径向向外凸出的凸面状永磁铁，外壳中固接有径向向内凹陷的与凸面状永磁铁相配合的凹面状永磁铁，凹面状永磁铁环设在凸面状永磁铁外且与之同轴，凹面状永磁铁和凸面状永磁铁之间具有间隙且两者的磁性相反；结构二：转子外环设有与之固接的第一圆筒状永磁铁，外壳中固接有环设在第一圆筒状永磁铁外的且与之同轴的第二圆筒状永磁铁，第一圆筒状永磁铁和第二圆筒状永磁铁之间具
有间隙且两者的磁性相反。
23.上述技术方案中，结构一中，通过设置凹面状永磁铁和凸面状永磁铁，以使转子在其轴向和径向上处于悬浮状态，能够减少转子因摩擦带来的能量损失和噪音污染；结构二中，通过设置第一圆筒状永磁铁和第二圆筒状永磁铁，以使转子在其径向上处于悬浮状态，以增大转子在其径向上的磁力，使其在径向更加稳定。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1是本技术实施例一的一种工业自动化的重力储能系统的立体结构示意图。
27.图2是本技术实施例一的一种工业自动化的重力储能系统的俯视结构示意图。
28.图3是本技术实施例一中的重块的结构示意图。
29.图4是本技术实施例二中的基于电磁技术的重力储能系统的结构示意图。
30.图5是本技术实施例二中的重块线圈、井筒线圈和闭合线圈的结构示意图。
31.图6是实施例二中的电机内部的主视结构示意图。
32.图7是实施例二中的电机内侧视方向的结构示意图。
33.说明书附图中的附图标记包括：电机10、电机的输出轴101、圆筒状壳体111、圆形外壳盖112、穿孔113、锁紧螺栓114、转子12、圆盘121、环形永磁铁122、定子组件13、定子131、硅钢片132、定子线圈133、电枢134、凸面状永磁铁141、凹面状永磁铁142、第一圆筒状永磁铁143、第二圆筒状永磁铁144、钢绳20、限位卡块21、重块30、台形孔洞301、缺口302、中轴孔303、磁体304、最上方重块31、最上方重块线圈311、中间重块32、中间重块线圈321、最下方重块33、最下方重块线圈331、凸钉34、凹孔35、储电单元36、金属触点37、深井筒41、最上方井筒线圈411、中间井筒线圈412、最下方井筒线圈413、闭合线圈414、导线4141、电源415、浅井筒42、深井传输装置50、第一支撑座51、第一滚轮52、浅井传输装置60、第二支撑座61、第二滚轮62、活动块63、浮动弹簧64、螺栓65、传输主轨道71、传输支轨道72、承托台80、上垫片81、光滑金属环82、弹簧83、穿设杆84、下垫片85、调向装置90、旋转圆环91、永磁铁92、磁力计93、转动轴94。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
37.实施例一
38.本实施例提供了一种工业自动化的重力储能系统，如图1-图2所示，在一种优选实施方式中，该重力储能系统包括可竖向堆叠的重量和高度相等的若干重块30、用于供若干重块30进行竖向运动的一个深井筒41、位于深井筒41井口外的电机10、用于分散存放若干重块30的若干浅井筒42、连接深井筒41和浅井筒42的用于输送重块30的传输主轨道71、以及若干传输装置，传输主轨道71可以为现有技术中的依靠摩擦力进行传输物品的传送带、传送滚轮或传送链。
39.其中，深井筒41和浅井筒42中均设有用于承托重块30的承托台80。电机的输出轴101上缠绕有钢绳20，钢绳20为高强度钢绳，钢绳20的下端与深井筒41内的承托台80相连，若干重块30能够穿设在钢绳20上并堆叠至其下方的承托台80上，若干重块30能够随承托台80一起在深井筒41中做自由落体运动或向上抬升。
40.其中，传输装置包括设在深井筒41井口处的深井传输装置50、以及设在每个浅井筒42处的浅井传输装置60，深井传输装置50能够使重块30在深井筒41的承托台80和与深井筒41相连的传输主轨道71之间转移输送，浅井传输装置60能够使重块30在浅井筒42的承托台80和与浅井筒42相连的传输主轨道71之间转移输送。
41.在本发明中，电机10为磁悬浮电机，电机10可用作磁悬浮电动机耗电驱动，也可作为磁悬浮发电机10由重块30下降驱动发电。优选地，电机10的数量为两个，两个电机10沿深井筒41井口径向对称分布于深井筒41两侧，两个电机的输出轴101同轴固接；具体地，两个电机10可共用一根输出轴，或者两个电机的输出轴101分体设置后固接为一体。
42.采用这样的技术方案，用电峰值时，若干重块30在深井筒41中自上而下自由落体运动，带动电机10发电储能，此过程将重块30的重力势能转化为电能。用电低谷时，电机10通电，电机10驱动钢绳20绕线，钢绳20带动若干重块30在深井筒41中自下向上抬升，以储备重块30的重力势能，不仅如此，用电低谷时，该重力储能系统还要进行重块30的装备和卸载。
43.重块30装备之前，若干重块30分散的存储在若干浅井筒42中，重块30装备时，重块30重叠在浅井筒42的承托台80上，承托台80将重块30顶入浅井传输装置60中，重块30由浅井传输装置60转移输送至传输主轨道71，传输主轨道71带动重块30运动至深井传输装置50中，再由深井传输装置50将重块30嵌入到钢绳20上并位于深井筒41的承托台80上。
44.重块30卸载时，由深井筒41中的承托台80将重块30顶入深井传输装置50中，重块30再由深井传输装置50转移输送至传输主轨道71，传输主轨道71带动重块30运动至浅井传输装置60中，再由浅井传输装置60将重块30转移输送至浅井筒42里的承托台80上。
45.在本发明中，深井筒41的深度很深，可达到1000m，深井筒41中累积的若干重块30高度为几十米，比如20m，若干重块30在深井筒41中储能，浅井筒42用于分散存放重块30。多个浅井筒42中的重块30累高，等于要做重力储能过程的单个深井筒41中重块30的累高。由于深井筒41数量稀缺，工程难度大，可使用现场废弃井筒可以实现，浅井筒42施工难度小，
可大量人为建造，可以将大量需要做重力储能的重块30，分散保存。
46.在本发明中，优选地，将深井筒41的井口修葺至高于地面5m或10m，形成与地面的水平落差，此落差高度可作为重块30存放时累积的高度。浅井筒42可以为浅基坑，或者在地面构建的水泥筒状结构，此筒状结构以地面为基础，与深井筒41的井口与地面的落差高度一致，同时，为了节省材料，保证所存放的重块30不发生倾倒，筒状结构竖直方向上，大面积镂空，形成多个弧形板框住重块30的结构。
47.如图1和图2所示，在另一优选的实施方式中，传输主轨道71上还并联连接有传输支轨道72，传输支轨道72与传输主轨道71的结构相同，也依靠摩擦力进行物品的传输。传输支轨道72远离传输主轨道71的末端连接有浅井筒42，该浅井筒42的井口处也设有能够使重块30在浅井筒42的承托台80和与浅井筒42相连的传输主轨道71之间转移输送的浅井传输装置60，传输支轨道72与传输主轨道71连接的始端设有用于在两者之间转送输送重块30的轨道传输装置，轨道传输装置与深井传输装置50的结构相同。
48.需要说明的是，重块30在浅井筒42与传输支轨道72之间的转移输送、以及重块30在传输主支轨道与传输支轨道72之间的转移输送与前述相同，在此不赘述。
49.如图2所示，在本发明中，传输主轨道71呈扇形分布，扇叶为圆弧形，且传输主轨道71上可分布多条圆弧形的传输支轨道72，传输主轨道71和传输支轨道72的中心线与深井筒41和浅井筒42的圆心相交。
50.如图3所示，在本发明中，重块30可以是圆形、方形或者条形，比如重块30为圆形。重块30的中间均具有竖向贯穿设置的中轴孔303，重块30还横向(径向)的开设有与中轴孔303相通的缺口302，钢绳20能够经缺口302而位于中轴孔303中。优选地，重块30内部还具有竖向贯穿设置的上端大于下端的若干台形孔洞301，使重块30为镂空结构，由此在重块30自上而下降落过程中，使重块30受到更大的空气阻力，减少重块30动能增量，从而降低对钢绳20和电机的输出轴101的损伤；在重块30自下而上抬升过程中，重块30为镂空结构，减少空气阻力，降低用电量。
51.在本发明中，浅井筒42中的承托台80的下端与浅井筒42底部抵接，深井筒41中的承托台80可通过钢绳20悬吊于深井筒41中。承托台80为可竖向伸缩的弹性结构，当承托台80处于自然状态时(即承托台80上没有重块30)，承托台80能够部分伸出至深井筒41/浅井筒42的井口外，比如承托台80在自然状态时，承托台80的上表面高于深井筒41/浅井筒42井口上表面0.5倍重块30的高度。承托台80的弹性模量等于重块30的重量与重块30的高度的比值，使得承托台80在受重块30的载荷时，承托台80下降高度与重块30累积高度一致，始终保持最上方重块31的上表面高出深井筒41/浅井筒42井口上表面0.5倍重块30的高度。
52.具体地，如图1所示，浅井筒42中的承托台80包括相对设置的上垫片81和下垫片85、以及位于上垫片81和下垫片85之间的弹簧83，弹簧83为竖向设置的柱状弹簧。若干重块30能够堆叠在上垫片81上，弹簧83的上端与上垫片81焊接，弹簧83的下端与下垫片85焊接。
53.如图1所示，深井筒41中的承托台80还包括与下垫片85的中间焊接的竖向设置的穿设杆84，穿设杆84外周向均匀的设置多根弹簧83，穿设杆84的上端穿过上垫片81中间的穿孔而与钢绳20的下端连接(比如铰接)，重块30能够穿设在穿设杆84上。优选地，上垫片81的穿孔中固接有光滑金属环82，穿设杆84穿过光滑金属环82且可在其中竖向滑动。
54.由于重块30在传输主轨道71和传输支轨道72上依靠摩擦力进行运动，重块30的缺
口302可能并未对准钢绳20。如图1和图2所示，在本发明的另一优选实施方式中，深井筒41与传输主轨道71之间还设有调向装置90，调向装置90能够使重块30转动而使其缺口302对准钢绳20。深井传输装置50能够使重块30在深井筒41的承托台80和与调向装置90之间转移输送，传输装置还包括能够使重块30在调向装置90与传输主轨道71之间转移输送的远井传输装置，远井传输装置的结构与深井传输装置50相同。
55.具体地，如图1-图3所示，调向装置90包括紧邻深井筒41井口外侧设置的旋转圆环91，重块30能够置于旋转圆环91上，旋转圆环91的上方设有位于深井传输装置50和远井传输装置之间的条形的永磁铁92，永磁铁92沿前后方向延伸，重块30中嵌入有磁体304，该磁体304为条形永磁铁，磁体304垂直于缺口302设置，永磁铁92能够对磁体304产生磁力以使重块30旋转。调向装置90还包括用于检测磁场强度和方向的磁力计93、以及用于将旋转圆环91上的重块30推出至深井传输装置50中的转动轴94，磁力计93的磁感应线阈值输出端与转动轴94的使能端相连。
56.采用前述的技术方案，重块30由传输主轨道71进入深井筒41时，重块30由远井传输装置输送至旋转圆环91上，重块30上的磁体304受到永磁铁92的吸引调整方向，再由磁力计93感应到磁感应线阈值后(此时永磁铁92与磁体304平行，重块30的缺口302位于左侧)，控制转动轴94插入重块30的中轴孔303，将重块30导入深井传输装置50中，再由深井传输装置50输送至深井筒41的承托台80上。
57.如图1和图2所示，在本发明中，深井传输装置50包括对称设在深井筒41井口前后两侧的两个第一支撑座51，两个第一支撑座51分别位于传输主轨道71的两侧，两个第一支撑座51相对的内侧均可转动的安装有一排竖向设置的台柱状的第一滚轮52，第一滚轮52可自转且第一滚轮52中心线的位置固定。一排第一滚轮52从深井筒41侧至传输主轨道71依次由：上表面半径大下表面半径小，到上表面半径等于下表面半径，最后上表面半径小下表面半径大的结构依次排布，且一排第一滚轮52从深井筒41侧至传输主轨道71其上表面逐渐减小、下表面逐渐增大。
58.采用上述技术方案，重块30由深井筒41传输到传输主轨道71上时，在承托台80的弹簧83的作用下，最上方重块30被顶入深井传输装置50的上表面半径大下表面半径小的第一滚轮52上，第一滚轮52转动，在两排第一滚轮52的摩擦力作用下，重块30朝旋转圆环91的方向移动，经历到上表面半径小下表面半径大的第一滚轮52上时，重块30逐渐向上抬升并脱离穿设杆84和钢绳20，然后掉在旋转圆环91上；第二个重块30经过上述阶段，将第一个重块30顶入远井传输装置中；重块30从远井传输装置传输到传输主轨道71的过程与前述从深井传输装置50传输到旋转圆环91相同，在此不赘述。
59.需要说明的是，重块30由传输主轨道71传输到深井筒41的承托台80上的过程与前述相反，在此不详述。
60.如图1和图2所示，在本发明中，浅井传输装置60包括对称设在浅井筒42井口两侧的两个第二支撑座61，两个第二支撑座61分别位于传输主轨道71/传输支轨道72的两侧，第二支撑座61中通过竖向设置的转轴65水平转动的连接有活动块63，活动块63的外端固接有浮动弹簧64，浮动弹簧64的外端与第二支撑座61固接，转轴62为穿过活动块63的中垂线上与第二支撑座61螺纹连接的螺栓，该螺栓即可作为转轴、又可固定活动块63。两个活动块63相对的内侧均可转动的安装有一排竖向设置的台柱状的第二滚轮62，第二滚轮62可自转，
第二滚轮62中心线的位置不固定，第二滚轮62受活动块63的起伏而起伏。一排第二滚轮62从浅井筒42侧至传输主轨道71/传输支轨道72依次由：上表面半径大下表面半径小，到上表面半径等于下表面半径，最后上表面半径小下表面半径大的结构依次排布，且一排第二滚轮62从浅井筒42侧至传输主轨道71/传输支轨道72其上表面逐渐减小、下表面逐渐增大。
61.采用上述技术方案，重块30从浅井筒42传输到传输主轨道71/传输支轨道72时，在承托台80的弹簧83的作用下，最上方重块30被顶入浅井传输装置60的上表面半径大下表面半径小的第二滚轮62上，第二滚轮62转动，在两排第二滚轮62的摩擦力作用下，重块30朝前移动，经历到上表面半径小下表面半径大的第二滚轮62上时，重块30逐渐向上抬升，最后从浅井传输装置60脱落，进入传输主轨道71/传输支轨道72。其中，当前一个重块30未从浅井传输装置60脱落时，靠近浅井筒42一侧的第二滚轮62间距小，不足以持续传递第二个重块30，随着承托台80上顶第二个重块30，进而扩大靠近浅井筒42一侧第二滚轮62的间距，使重块30可以正常传输，保证了重块30传输的间隔距离，为调向装置90调整重块30方向提供时间。
62.实施例二
63.本实施例提供了一种基于电磁技术的重力储能系统，如图4和图5所示，在本实施例中，该重力储能系统包括若干可竖向堆叠的重块30、用于供若干重块30进行竖向运动的深井筒41、以及位于深井筒41井口外的电机10，电机的输出轴101上缠绕有钢绳20，若干重块30能够重叠穿设在钢绳20上，重块30由上而下运动时，能够带动电机的输出轴101旋转而发电。当重块30的数量大于等于三块时，若干重块30分为最上方重块31、最下方重块33、以及位于最上方重块31和最下方重块33之间的中间重块32。
64.重块30外部或其内部还布置有重块线圈，当重块线圈的数量大于等于三个时，若干重块线圈分为最上方重块线圈311、最下方重块线圈331、以及位于最上方重块线圈311和最下方重块线圈331之间的中间重块线圈321；重块线圈直接或者间接连接有储电单元36，比如最上方重块线圈311与储电单元36连接，或者通过别的重块30上的线路间接与储电单元36连接。
65.深井筒41内布置有竖向设置的若干井筒线圈，当井筒线圈的数量大于等于三个时，若干井筒线圈分为最上方井筒线圈411、最下方井筒线圈413、以及位于最上方井筒线圈411和最下方井筒线圈413之间的中间井筒线圈412；重块线圈能够相对井筒线圈竖向运动以切割井筒线圈而产生感应电流并存储于储电单元36。
66.在本实施例中，电机10也为磁悬浮电机，电机10可用作磁悬浮电动机耗电驱动，也可作为磁悬浮发电机10由重块30下降驱动发电。优选地，电机10的数量为两个，两个电机10沿深井筒41井口径向对称分布于深井筒41两侧，两个电机的输出轴101同轴固接；具体地，两个电机10可共用一根输出轴，或者两个电机的输出轴101分体设置后固接为一体。
67.采用这样的技术方案，用电高峰时，钢绳20放线，重块30受重力势能影响，从深井筒41井口向井底运动，带动电机的输出轴101转动而发电；同时，井筒线圈与电源415连接，比如最上方井筒线圈411与电源415连接，重块线圈与井筒线圈作相对运动，重块线圈切割井筒线圈产生的磁感应线进而生成感应电流储电；与此同时，井筒线圈形成磁场，为重块线圈形成向上的电磁阻力，降低重块30的动能，一定程度上，减少了钢绳20的损伤。用电低谷时，电机10驱动钢绳20绕线以带动所有重块30从深井筒41的井底向井口抬升，以储备重块
30的重力势能。
68.如图4所示，在本发明中，重块30顶部的中心具有向上凸出的非圆形的凸钉34，重块30的底部具有能够与凸钉34相契合的向上凸出的凹孔35，使多个重块30可以稳定的累积，比如凸钉34采用正六边形凸钉，相应地，凹孔35为正六边形盲孔。钢绳20的下端固接有限位卡块21，限位卡块21的顶部能够与最下方重块33的凹孔35相契合，限位卡块21为与凹孔35相匹配的正六边形柱体铁块。电机的输出轴101利用钢绳20依次与最上方重块31、中间重块32、最下方重块33和限位卡块21垂直连接。
69.如图4和图5所示，在本发明中，在每个重块30的左右两侧壁对称的设置位于同一回路中的两个重块线圈，所有重块30的重块线圈能够竖向排成两排且位于同一回路中；在深井筒41的左右两侧也对称的设置两排井筒线圈，优选两排井筒线圈分别位于两个回路中，两侧最上方井筒线圈414分别与电源415连接。
70.在本发明中，如图4和图5所示，井筒线圈为竖向设置的开放式“8”字线圈，重块线圈与开放式“8”字线圈平行设置，每个开放式“8”字线圈竖向且小间距间隔布置；为了提高电磁场强度，若干开放式“8”字线圈可由大量导线重叠组成。开放式“8”字线圈为矩形线圈以竖直边中垂线为界分为上下两部分，将上部分翻转180
°
形成两个面积相等的每半个开放式“8”字线圈，相邻两个开放式“8”字线圈之间的间距与每半个开放式“8”字线圈之间的间距一致，保证相邻磁场间距一致。重块30一侧的重块线圈为矩形线圈，每半个开放式“8”字线圈的长宽与重块线圈的长宽相等，重块线圈与井筒线圈近距离平行间隔。
71.如图4和图5所示，在本发明中，每个重块线圈均具有两个金属触点37(需要说明的是，每个重块30两侧的两个重块线圈位于同一回路中，可通过导线相连而形成一个线圈)，最上方重块线圈311通过其两个金属触点37与储电单元36电性连接，下方重块30的重块线圈通过其两个金属触点37能够与其上方重块30的重块线圈交叉相连，具体地，中间重块线圈321通过其两个金属触点37能够与最上方重块线圈311交叉相连，最下方重块线圈331通过其两个金属触点37能够与中间重块线圈321交叉相连，保证所有重块线圈产生的感应电流流向统一。
72.如图4和图5所示，在本发明中，每个井筒线圈均具有两个金属触点37，最上方井筒线圈411通过其两个金属触点37与电源415电性连接，下方井筒线圈通过其两个金属触点37能够与其上方井筒线圈交叉相连，具体地，中间井筒线圈412通过其两个金属触点37能够与最上方井筒线圈411交叉相连，最下方井筒线圈413通过其两个金属触点37能够与中间井筒线圈412交叉相连。重块30下降时，最上方井筒线圈411与电源415连接，使相邻的每半开放式“8”字线圈形成方向相反的电磁场。
73.如图1和图2所示，在本发明的另一优选实施方式中，深井筒41内还设有与井筒线圈对应的横向设置的若干组闭合线圈414，一组闭合线圈414能够环设在井筒线圈和重块线圈外。若干组闭合线圈414包括与最上方井筒线圈411对应的最上方闭合线圈、与中间井筒线圈412对应的中间闭合线圈、以及与最下方井筒线圈413对应的最下方闭合线圈。
74.在本发明中，一组闭合线圈414包括横向设置的两个闭合式“8”字线圈，两个闭合式“8”字形线圈以深井筒41的中心点沿其所处平面旋转180
°
，同一水平面的两个闭合式“8”字线圈的通过两根导线4141连接，用以控制重块30移动过程中发生偏移。具体地，当最上方重块31、中间重块32、最下方重块33运动发生沿水平面前后偏移时，靠近最上方重块线圈
311、中间重块线圈321、最下方重块线圈331一侧的半个闭合式“8”字线圈产生较大排斥力，使最上方重块31、中间重块32、最下方重块33向水平中点靠近，以使最上方重块31、中间重块32、最下方重块33运动时不发生偏移。
75.在本实施方式中，闭合式“8”字线圈可由大量导线重叠而成，闭合式“8”字线圈与开放式“8”字线圈形状一致，但闭合式“8”字线圈的线圈完整闭合，若干闭合式“8”字线圈平行位于开放式“8”字线圈外侧位置，优选位于开放式“8”字线圈中间的外侧。
76.在本实施例中，只展示了一个最上方重块31、一个中间重块32和一个最下方重块33这三个重块，实际操作过程中，可以仅使用一个最上方重块31和一个最下方重块33这两个重块，也可使用一个最上方重块31、n个(n≥1个)中间重块32以及一个最下方重块33。
77.在本实施例中，一排井筒线圈只展示了一个最上方井筒线圈411、一个中间井筒线圈412和一个最下方井筒线圈413这三个井筒线圈，实际操作中，可以仅使用一个最上方井筒线圈411和一个最下方井筒线圈413这两个井筒线圈，也可使用一个最上方井筒线圈411、n个(n≥1个)中间井筒线圈412和一个最下方井筒线圈413。
78.在本实施例中，只展示了三个闭合线圈414，实际操作中，应与井筒线圈的个数一致。
79.在本实施例中，磁悬浮电机10包括外壳、轴向穿过外壳中心并延伸至外壳外具有输出轴的可转动的转子12、以及环设在转子12外周的与外壳固接的定子组件13。转子12固接有径向向外延伸的圆盘121，圆盘121上固接有与定子组件13相配合的环形永磁铁122，定子组件13产生的电流能够驱动环形永磁铁122绕转子12的轴线转动以使转子12转动。定子组件13的数量为多个，多个定子组件13周向间隔的均匀分布在转子12外周，环形永磁铁122与定子组件13一一对应设置；优选地，在圆盘121的两端面对称的设置环形永磁铁122，相应地，在圆盘121的左右两侧均对称的设有与环形永磁铁122对应的定子组件13。
80.其中，外壳包括圆筒状壳体111、以及位于圆筒状壳体111两端的两个圆形外壳盖112，圆形外壳盖112边缘开有穿孔113，锁紧螺栓114通过穿孔113与圆筒状壳体111螺纹连接。两个圆形外壳盖112的中心开孔，该中心孔用于装转子12，两个电机10共用一个转子12，该转子12作为电机的输出轴101。定子组件13包括定子131、硅钢片132、定子线圈133和电枢134，定子131、硅钢片132、定子线圈133和电枢134依次固定在圆形外壳盖112的内侧上。
81.在本发明中，转子12的圆盘121外环设有与之固接的径向向外凸出的凸面状永磁铁141，圆筒状壳体111的内壁上固接有径向向内凹陷的与凸面状永磁铁141相配合的凹面状永磁铁142，凹面状永磁铁142环设在凸面状永磁铁141外且与之同轴，凹面状永磁铁142和凸面状永磁铁141之间具有间隙且两者的磁性相反。其中，前述的凸面和凹面包括但不限于为圆球面、椭球面或非球面(比如多边形的棱柱面，具体可由正四棱台的顶面和四个侧面组成)，只要能够同时对转子12施加轴向和径向的磁力，使转子12在其轴向和径向上处于悬浮状态即可，本实施例中，优选凸面和凹面均为圆球面。
82.在本发明中，转子12外环设有与之固接的第一圆筒状永磁铁143，圆形外壳盖112内侧固接有环设在第一圆筒状永磁铁143外的且与之同轴的第二圆筒状永磁铁144，第一圆筒状永磁铁143和第二圆筒状永磁铁144之间具有间隙且两者的磁性相反，以增大转子12在其径向上的磁力，使转子12在径向更加稳定。
83.两个磁悬浮电机10通电后，电流将产生的移动磁场来推动环形永磁铁122转动，环
形永磁铁122转动带动转子12自转；而且在凹面状永磁铁142和凸面状永磁铁141的作用下、以及第一圆筒状永磁铁143和第二圆筒状永磁铁144的作用下，转子12为悬浮状态，能够减少转子12因摩擦带来的能量损失和噪音污染。
84.需要说明的是，实施例二的基于电磁技术的重力储能系统可以应用于实施例一中，也可用于其他重力储能系统中。具体可将实施例二中的磁悬浮电机10的结构应用于实施例一中；将实施例二中的重块30设置重块线圈的结构应用于实施例一中，当然也可将实施例一中重块30的结构应用于实施例二中，即将实施例一和实施例二的重块30的结构相结合；将实施例一中通过设置多个浅井筒42来分散存放若干重块30的方式应用于实施例二中；将实施例二中的通过在重块30上设置重块线圈，重块30向下运动以切割深井筒41中的井筒线圈而产生感应电流并存储于储电单元36的结构和原理应用于实施例一中。但需注意的是，由于实施例二中的钢绳20与重块30的连接方式与实施例一不同，具体应用时，本领域的技术人员应根据实施例一和实施例二的具体情况，对钢绳20与重块30的连接方式进行更改，为现有技术，在此不详述。
85.在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
86.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，包括若干可竖向堆叠的重块、用于供若干重块进行竖向运动的深井筒、以及位于深井筒井口外的电机，所述电机的输出轴上缠绕有钢绳，若干重块能够重叠穿设在所述钢绳上；所述重块由上而下运动时，能够带动电机的输出轴旋转发电；所述重块外部或其内部还布置有重块线圈，重块线圈直接或者间接连接有储电单元；所述深井筒内布置有竖向设置的若干井筒线圈，所述重块线圈能够相对井筒线圈竖向运动以切割所述井筒线圈而产生感应电流并存储于储电单元。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，每个所述重块线圈均具有两个金属触点，最上方重块的重块线圈通过其两个金属触点与所述储电单元电性连接，下方重块的重块线圈通过其两个金属触点能够与其上方重块的重块线圈交叉相连；和/或每个所述井筒线圈均具有两个金属触点，最上方井筒线圈通过其两个金属触点与所述电源电性连接，下方井筒线圈通过其两个金属触点能够与其上方井筒线圈交叉相连。3.根据权利要求1所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，在每个所述重块的两侧壁对称的设置位于同一回路中的两个所述重块线圈，所有重块的重块线圈能够竖向排成两排且位于同一回路中，在所述深井筒的两侧也对称的设置两排所述井筒线圈；和/或所述井筒线圈为竖向设置的开放式“8”字线圈，所述重块线圈与开放式“8”字线圈平行设置。4.根据权利要求3所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，所述开放式“8”字线圈为矩形线圈以竖直边中垂线为界分为上下两部分，将上部分翻转180
°
形成两个面积相等的每半个开放式“8”字线圈；所述重块一侧的重块线圈为竖向设置的矩形线圈，每半个开放式“8”字线圈的长宽与所述重块线圈的长宽相等。5.根据权利要求4所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，相邻的所述开放式“8”字线圈之间的间距与每半个开放式“8”字线圈之间的间距一致。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，所述深井筒内还设有与井筒线圈对应的横向设置的若干组闭合线圈，一组所述闭合线圈能够环设在所述井筒线圈和重块线圈外。7.根据权利要求6所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，一组所述闭合线圈包括横向设置的两个闭合式“8”字线圈，两个闭合式“8”字形线圈以深井筒的中心点沿其所处平面旋转180
°
，同一水平面的两个闭合式“8”字线圈的通过两根导线连接。8.根据权利要求1-5中任一所述所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，所述重块的顶部具有向外凸出的非圆形的凸钉，所述重块的底部具有能够与所述凸钉相契合的向内凸出的凹孔；所述钢绳的下端固接有限位卡块，所述限位卡块的顶部能够与最下方重块的凹孔相契合。9.根据权利要求1-5中任一所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，所述电机为磁悬浮电机，所述电机可用作磁悬浮电动机耗电驱动，也可作为磁悬浮发电机由
所述重块下降驱动发电；和/或所述电机的数量为两个，两个电机沿所述深井筒井口径向对称分布于深井筒两侧，两个电机的输出轴同轴固接。10.根据权利要求9所述的一种基于电磁技术的重力储能系统，其特征在于，所述磁悬浮电机包括外壳、轴向穿过外壳中心并延伸至外壳外具有输出轴的可转动的转子、以及环设在转子外周的与外壳固接的定子组件，所述转子固接有径向向外延伸的圆盘，所述圆盘上固接有与所述定子组件配合的环形永磁铁，所述定子组件产生的电流能够驱动环形永磁铁绕转子的轴线转动以使转子转动；所述磁悬浮电机至少还包括如下结构之一：结构一：所述圆盘外环设有与之固接的径向向外凸出的凸面状永磁铁，所述外壳中固接有径向向内凹陷的与所述凸面状永磁铁相配合的凹面状永磁铁，所述凹面状永磁铁环设在所述凸面状永磁铁外且与之同轴，所述凹面状永磁铁和凸面状永磁铁之间具有间隙且两者的磁性相反；结构二：所述转子外环设有与之固接的第一圆筒状永磁铁，所述外壳中固接有环设在所述第一圆筒状永磁铁外的且与之同轴的第二圆筒状永磁铁，第一圆筒状永磁铁和第二圆筒状永磁铁之间具有间隙且两者的磁性相反。

技术总结
本发明提出了一种基于电磁技术的重力储能系统，包括若干重块、用于供重块进行竖向运动的深井筒、以及位于深井筒井口外的电机，电机的输出轴上缠绕有钢绳，若干重块能够重叠穿设在钢绳上；重块由上而下运动时，能够带动电机的输出轴旋转发电；重块上布置有重块线圈，重块线圈连接有储电单元；深井筒内布置有若干井筒线圈，重块线圈能够相对井筒线圈竖向运动以切割井筒线圈而产生感应电流并存储于储电单元。用电高峰时，受重力势能影响，重块从深井筒井口向井底运动，带动电机发电，同时，重块线圈切割井筒线圈产生的磁感线从而生成感应电流储电。本发明利用电磁技术进行重力储能，能够有效提高能源转换的经济性和普适性，降低能量损失。量损失。量损失。


技术研发人员：聂百胜 何珩溢 柳先锋 刘鹏 邓博知 尹刚 常里 张豪 包松
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/28