一种旋转式重力储能装置的制作方法

1.本发明涉及重力储能技术领域，尤其涉及一种旋转式重力储能装置。


背景技术：

2.重力储能利用地球重力势能实现能量的存储，其关键设备例如电机、机械传动装置等相对于与电池、电容等化学方法，具有使用寿命长、无污染等优势，相对于惯性储能等其技术比较成熟，更利于大规模应用。而传统的重力储能，例如抽水蓄能电站等，由于受到地形的限制，在选址等方面具有较大的困难。由于重力储能也是储能系统的一种，在使用中，希望：1，其重力装载实现自动化，尽量自动化运行，减少人员参与，实现无人化操作；2，在重物的提升过程中，尽量减少负荷和输出波动，实现能量的吸收和释放的平稳运行。而当前的重力储能采用提升机方式，其工作循环为：提升(做功)-卸掉重物(不做功)-吊钩下降(不做功)-装载重物(不做功)-提升(做功)。在这个过程中，其做功(反馈能量)的过程是不连续的，会造成储能功率波动，难以实现稳定运行。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种旋转式重力储能装置，能够实现重力储能的做功和馈能过程基本稳定，并且能够实现自动化运行，对于提升重力储能的效果具有良好效果。
4.本发明的一种旋转式重力储能装置，包括：
5.滚动重块，所述滚动重块为旋转体结构；
6.旋转轨道，包括竖直布置的旋转轴，转轴的外部由下至上盘绕有螺旋轨道；
7.限制滑轨，限制滑轨竖直布置，所述滚动重块的一端部分伸入限制滑轨内并沿限制滑轨上下移动，滚动重块的另一端位于所述螺旋轨道上，并与所述螺旋轨道滚动连接；
8.电动发电一体机，所述电动发电一体机与所述旋转轴建立连接，所述电动发电一体机包括电动工作模式和发电工作模式。
9.进一步的，所述滚动重块包括粗端部和尖端部，所述粗端部和尖端部分别位于滚动重块中轴线的两端，所述尖端部靠近。
10.进一步的，所述螺旋轨道与所述滚动重块之间设有限位结构，所述限位结构包括第一限位轨道和第二限位轨道，第一限位轨道设在所述螺旋轨道上，第一限位轨道的形状与所述螺旋轨道的盘绕形状和延伸方向相同，第二限位轨道设在滚动重块外表面上并且呈圆环形，第一限位轨道与第二限位轨道匹配对应。
11.进一步的，所述第一限位轨道为轮槽结构，第二限位轨道为与轮槽匹配对应的轮缘结构。
12.进一步的，所述第一限位轨道为轮缘结构，第二限位轨道为与轮缘结构匹配对应的轮槽结构。
13.进一步的，所述滚动重块的粗端部设有凸起的球形卡榫，所述限制滑轨靠近螺旋
轨道侧设有竖直的条形容纳槽，所述球形卡槽位于限制滑轨内。
14.进一步的，所述的第一限位轨道首尾两端均设有终点推卡。
15.进一步的，所述螺旋轨道的顶端设有顶端平面，顶端平面的上端设有过渡轨道、推动组件和水平滑轨，所述过渡轨道和推动组件分别位于水平滑轨的两侧。
16.进一步的，所述旋转轨道的底端设有水平滑轨和推动组件。
17.进一步的，所述推动组件包括转动轮，转动轮外侧设有推动杆。
18.本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
19.本发明采用与螺旋形的轨道和与该轨道配合的滚动重块作为核心部件，滚动重块上升和下降过程实现能量转变，在能量转换过程可以根据需要调整重块的数量，实现能量转换功率的连续、平稳调整，减小功率波动。并且本发明工作过程中无需人员参与，自动化水平较高。
20.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
21.图1是本发明一具体实施例的旋转重力储能装置的整体结构示意图；
22.图2是本发明图1的俯视图。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
25.为了阐释的目的而描述了本发明的一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
26.如图1所示，在一具体实施例中提供了一种旋转式重力储能装置，包括滚动重块5、旋转轨道、限制滑轨3和电动发电一体机2，滚动重块5在旋转轨道上滚动，所述电动发电一体机2包括电动工作模式和发电工作模式，电动发电一体机2用以带动旋转轨道旋转或通过旋转轨道转动带动电动发电一体机2发电。
27.如图所示，所述旋转轨道包括竖直布置的旋转轴1，转轴的外部由下至上盘绕有螺旋轨道4，螺旋轨道4与是平面呈一定角度布置，所述限制滑轨3竖直布置在螺旋轨道4的一侧，限制滑轨3的横截面呈c型，所述滚动重块5的一端部分伸入限制滑轨3内并沿限制滑轨3上下移动，滚动重块5的另一端位于所述螺旋轨道4上，并与所述螺旋轨道4滚动连接；所述电动发电一体机2与所述旋转轴1建立连接，当电动发电一体机2工作在电动模式下，电动发
电一体机2带动旋转轴1转动，进而使螺旋轨道4转动，转动中的螺旋轨道4上的滚动重块5也随之滚动，由于滚动重块5的一端限制在限制滑轨3内，这样就限制了滚动重块5的移动轨迹，随着螺旋轨道4的旋转使滚动重块5的位置向上提升，完成电能向重力势能的转变，当电动发动一体机2处于发电模式下时，滚动重块5在重力作用下下降，滚动重块5的重力同时也给螺旋轨道4提供一个作用力，驱动螺旋轨道4带动中心的旋转轴1转动，进而带动与旋转轴1连接的电动发电一体机2发电，完成重力势能向电能的转变。与传统的吊装重块方式相比，滚动重块5与螺旋轨道4的作用力，并辅助以限制滑轨3实现能量的转换，并且在应用过程中，螺旋轨道4上可以同时容纳多个滚动重块5，满足不同功率转换的需求。
28.所述滚动重块5需要在螺旋轨道4上滚动实现位置实现能量的转换，所以滚动重块5采用旋转体结构，如圆柱体、圆锥体、球体等。在一具体实施例中，滚动重块5为圆锥体结构，包括粗端部和尖端部，并且所述粗端部和尖端部分别位于滚动重块5中轴线的两端，尖端部位于靠近旋转轴1侧，粗端部则位于远离旋转轴1侧。
29.由于滚动重块5用以实现能量的转换，所以滚动重块5的自重较大，在螺旋轨道4上滚动过程中可能会出现脱落等危险情况，为了进一步提高安全性和滚动重块5与螺旋轨道4相对运动的稳定性，所述螺旋轨道4与所述滚动重块5之间设有限位结构，所述限位结构包括第一限位轨道和第二限位轨道，第一限位轨道设在所述螺旋轨道4上，第一限位轨道的形状与所述螺旋轨道4的盘绕形状和延伸方向相同，第二限位轨道设在滚动重块5外表面上并且呈圆环形。所述第一限位轨道和第二限位轨道可以采用轮槽8和与轮槽8匹配对应的轮缘7，当滚动重块5在螺旋轨道4上时，轮缘7嵌设在轮槽8中，使滚动重块5在固定轨迹上与螺旋轨道4做相对运动，所述轮槽8和轮缘7具体设定位置以及设定方式可以根据实际工作需要和加工成本的考虑设定。
30.在一具体实施例中，所述第一限位轨道采用轮槽8结构，第二限位轨道为向外凸起的圆环形轮缘7。如图1所示，为了进一步增加稳定性，本实施例的螺旋轨道4上设有两条轮槽8，两条轮槽8均沿着螺旋轨道4延伸方向和形状设置，相应的滚动重块5的外部设有个圆环形轮缘7，两个圆环形轮缘7分别位于滚动重块5的粗端部处和尖端部处，两侧轮缘7和轮槽8配合防止滚动重块5的粗端部和尖端部从螺旋轨道4上脱落，当滚动重物放置在平面上时，轮缘7能够与地面接触点垂直。
31.在一具体实施例中，可以将第一限位轨道为轮缘7结构，第二限位轨道为凹陷的圆环形轮槽8结构；也可以根据需要在螺旋轨道4上设置一条轮槽8和一条沿轨道设置的轮缘7，在滚动重块5的相应位置处设置与其匹配对应的轮缘7和轮槽8。
32.在一具体实施例中，所述滚动重块5的粗端部设有凸起的球形卡榫6，所述限制滑轨3靠近螺旋轨道4侧设有竖直的条形容纳槽，所述球形卡槽位于限制滑轨3内，当螺旋轨道4与滚动轨道相对滚动过程中，滚动重块5在竖直的限制滑轨3作用下只能做升降运动，螺旋轨道4在旋转过程中带动滚动重块5自转滚动，提高能量转换效率。
33.当滚动重块5移动至螺旋轨道4顶端时，已经完成储能过程，为了不影响后续其他重块的移动，需要当前的滚动重块5脱出螺旋轨道4存放，需要将滚动重块5粗端部和尖端部脱离螺旋轨道4，在一具体实施例中，所述螺旋轨道4的首尾两端分别设有终点推卡9，防止滚动重块5在第二轨道和第一轨道的作用下回到旋转轨道上，所述中点推卡9可以采用三角形凸起结构。
34.如图2所示，所述旋转轨道的顶端设有顶端平面12，顶端平面12上安装有过渡轨道13、水平滑轨11-1和推动组建，过渡轨道13的一端连接所述第一限位轨道，过渡轨道13的另一端接入水平滑轨11-1，所述水平滑轨11-1的延伸方向与过度轨道延伸方向垂直，所述水平滑轨11-1的另一侧设有推动组件10，推动组建位于水平轨道的另一侧，所述过渡轨道13可以根据需要设置成弧形或平直形状，顶端平面12上开设有过渡窗口14，滚动重块5在中点推卡9的作用下经过所述过渡窗口14进入过渡轨道13，所述过渡轨道13与第一轨道结构相同，并能够与滚动重块5外部的第二轨道匹配对应。
35.所述推动组件10包括主传动轮10-1、从传动轮10-2和套设在传送轮外部的同步带10-3，所述同步带外侧设有向外突出的推动杆10-4，所述同步带水平布置，当滚动重块5经过渡轨道13位于水平滑轨11-1上时，传动轮带动同步带传动，同步带外部的推动杆10-4给位于滚动重块5外部的第二限位轨道一个作用力使滚动重块5沿水平轨道移动。
36.所述推动组件10可以根据需要采用其他结构形式，例如可以采用单个转动轮的形式，转动轮外设有向外延伸的推动杆10-4，也可以根据需要采用其他传动结构方式。
37.所述螺旋轨道4的下端设有底面平面，底面平面上设有推动组件和水平滑轨11-2，该部分结构与顶端平面12上的推动组件10和水平滑轨11-1的结构相同，工作过程也相同，在此不再赘述。
38.基于上述实施例，所述旋转式重力储能装置的工作过程为：
39.当要储能时，将滚动重块5放置于底面平面上的水平滑轨11-1上，并且滚动重块5的尖端为靠近旋转轴1侧，粗端部位于旋转轴1的远侧。通过推动组件10(图中未标注)将位于水平滑轨11-2上的滚动重物推进至接近旋转轴1侧，电动发电一体机2工作在电动模式下，旋转轴1在电动发电一体机2的带动下旋转，滚动重物在旋转轴1的侧面推动力作用下，其环形向外凸起的轮缘7嵌入轮槽8中，并将滚动重块5的球形卡榫6从侧面推入限制滑轨3中。由于受到限制滑轨3的限制作用，滚动重块5不能够在螺旋轨道4的带动下横向旋转，只能在螺旋轨道4的推动下沿着限制轨道竖直向上运动，此时通过电动机的做功，将电动机的动能转化为滚动重块5的势能，实现重力储能。
40.当滚动重块5到达顶端时，滚动重块5的轮缘受到轮槽8的末端的终点推卡9的作用下，将球形卡榫6从限制滑轨3的侧面口脱出，进入位于顶面平面上的过渡轨道13中，即滚动重块5从旋转轨道上脱离至顶面平面上。当滚动重块5继续在过渡轨道13上滚转至水平滑轨11-1上，在推动组件10的限制作用下静止在水平滑轨11-1上。推动组件10启动，由于其侧面的传动带上固定推动杆10-4，推动滚动重块5的轮缘，将滚动重块5沿着自身长轴，沿着水平滑轨11-1划出，以此完成了滚动重块5的提升和重力储能。
41.在需要释放重力的储能时，则进行相反的过程，推动组件10作用下，滚动重块5推动至顶面平面上，并且此时电动发电一体机2在发电模式下，。在推动组件10的作用下，滚动重块5从水平滑轨11-1上推动至过渡轨道13，当旋转轨道到达顶面平面，终点推卡9与过渡轨道13贴近时，将滚动重块5从过渡轨道13推动至旋转轨道上。滚动重块5在被推动组件10推动至旋转轨道上时，球形卡榫6也同时从限制滑轨3的侧面开口推入限制滑轨3中。由于限制滑轨3的阻挡，滚动重块5逐渐竖直下降。随着滚动重块5下降，此时旋转轨道应反向旋转，进而带动旋转轴1反向旋转，推动电动发电一体机2发电，实现重力储能向电网释放。
42.当滚动重块5降落至底面时，位于底面的推动组件10推动滚动重块5的轮缘退出旋
转轴1的旋转范围，实现重物的底面储存。
43.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种旋转式重力储能装置，其特征在于，包括：滚动重块，所述滚动重块为旋转体结构；旋转轨道，包括竖直布置的旋转轴，转轴的外部由下至上盘绕有螺旋轨道；限制滑轨，限制滑轨竖直布置，所述滚动重块的一端部分伸入限制滑轨内并沿限制滑轨上下移动，滚动重块的另一端位于所述螺旋轨道上，并与所述螺旋轨道滚动连接；电动发电一体机，所述电动发电一体机与所述旋转轴建立连接，所述电动发电一体机包括电动工作模式和发电工作模式。2.根据权利要求1所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述滚动重块包括粗端部和尖端部，所述粗端部和尖端部分别位于滚动重块中轴线的两端，所述尖端部靠近。3.根据权利要求1所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述螺旋轨道与所述滚动重块之间设有限位结构，所述限位结构包括第一限位轨道和第二限位轨道，第一限位轨道设在所述螺旋轨道上，第一限位轨道的形状与所述螺旋轨道的盘绕形状和延伸方向相同，第二限位轨道设在滚动重块外表面上并且呈圆环形，第一限位轨道与第二限位轨道匹配对应。4.根据权利要求3所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述第一限位轨道为轮槽结构，第二限位轨道为与轮槽匹配对应的轮缘结构。5.根据权利要求3所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述第一限位轨道为轮缘结构，第二限位轨道为与轮缘结构匹配对应的轮槽结构。6.根据权利要求2所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述滚动重块的粗端部设有凸起的球形卡榫，所述限制滑轨靠近螺旋轨道侧设有竖直的条形容纳槽，所述球形卡槽位于限制滑轨内。7.根据权利要求3所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述的第一限位轨道首尾两端均设有终点推卡。8.根据权利要求1所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述螺旋轨道的顶端设有顶端平面，顶端平面的上端设有过渡轨道、推动组件和水平滑轨，所述过渡轨道和推动组件分别位于水平滑轨的两侧。9.根据权利要求1所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述旋转轨道的底端设有水平滑轨和推动组件。10.根据权利要求8或9任一权利要求所述一种旋转式重力储能装置，其特征在于，所述推动组件包括转动轮，转动轮外侧设有推动杆。

技术总结
本发明公开了一种旋转式重力储能装置，涉及重力储能技术领域。本发明的滚动重块为旋转体结构；旋转轨道包括竖直布置的旋转轴，转轴的外部由下至上盘绕有螺旋轨道；竖直布置的限制滑轨，滚动重块的一端部分伸入限制滑轨内并沿限制滑轨上下移动，滚动重块的另一端位于螺旋轨道上，并与螺旋轨道滚动连接；电动发电一体机，电动发电一体机与旋转轴建立连接，电动发电一体机包括电动工作模式和发电工作模式。本发明能够实现重力储能的做功和馈能过程基本稳定，并且能够实现自动化运行，对于提升重力储能的效果具有良好效果。力储能的效果具有良好效果。力储能的效果具有良好效果。


技术研发人员：王侃 胡远婷 王瑶 徐明宇 赵威 韩冰 刘智洋 陈满生 刘志鹏 尤超 刘延龙
受保护的技术使用者：国网黑龙江省电力有限公司 国家电网有限公司 哈尔滨朗昇电气股份有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/7/7