CN101225802A - 飘飞风力发电机、机组 - Google Patents

Abstract

一种以空中飘飞方式设置的全新类型的风力发电机、机组，其可形成多种空中飘飞结构形态的设计和多重独特的应用功效，其是由气浮飘飞体与拉绳构成的飘飞结构部分和由旋转叶片与发电机构成的风力发电机设备部分以多种不同结构、多样化形态相互配合构成“飘飞风力发电机”，其形成的电力可满足一般应用需求；如变成交流稳定电力可配合充电器、蓄电瓶、数字逆变器构成其机组的全部结构。其可使风力发电机组的建设高度受到极大程度的解放，可利用更高天空存在的更大风力，可随风向变化自行对风；可使机组安装、维护简单方便；尤其适合在海上建设中小型风力发电设备，其比较成本极低，其将形成全新类型的产品市场。

Description

飘飞风力发电机、机组

技术领域

本发明涉及一种以气浮飘飞方式设置的全新类型的风力发电机、机组，其可形成多种飘飞结构与形态设计，可形成多重全新独特的应用功效。

背景技术

风力发电的原理是利用自然风力带动风车叶片旋转推动发电机发电。依据目前的风车技术，大约达到每秒三米的微风速度便可以开始发电，当然更大的风力可以形成更多的发电，而在多数情况下更高天空拥有的风力强度比低层天空更为强大、更加稳定、更能持久；此外，积极、广泛、大量采用小型桨叶迎风旋转式风力机所能形成的用风面积、采风能力与出力转换效率均会更高。

当前现有的、实际应用的各种类型风力发电机组的发电机及其一体化连接的旋转叶片均是采用在固定塔架上设置的建设方式，也就是说，上述设备均是由塔架材料与结构体进行垂直高举支撑的。大型风力发电机将风力发电设备设在塔架上理所当然，因为其重量十分巨大，而将小型风力发电机组的发电机与轻型旋转桨叶也全部选择设在塔架上的建设方式就显得过于单一，况且将小型风力发电机设在塔架上所形成的建设安装限制与应用能力不足之处众多，本发明列举了以下八个方面的该限制与不足之处。

不足之一：建设塔架大幅度增加了设备材料和建设施工的综合成本，尤其对于较高设计的塔架，尤其对于较小设计的风机，其所占用的机组整体综合成本的比例就会更高。

不足之二：塔架安装方式使风力发电机组的建设高度受到极大限制，使风轮难于采集利用更高天空存在的更大、更稳、更持久的风力。

不足之三：建设塔架需要受到建设地点地理环境状况(如：城市范围、道路范围、河流范围…等)与建设地点社会条件状况(如：建设低矮风电机组其风轮与塔架形成的景观干扰、风轮转动形成的视觉干扰、风轮叶片形成的噪音干扰…等)的很大限制，从而使其安装应用的范围也同样受到极大限制。

不足之四：塔架顶部安装风力机的方式难于或根本无法形成由上到下排列串联的设置形态，因此以塔架安装方式设置的风力机所能利用的乘风空间与乘风面积十分有限，这对于小型风轮的机组来讲，其整体风能利用的程度和产生的效益低下问题就更加严重。

不足之五：设置在单一塔架支杆上的机组，其结构形态难于形成由左到右的广泛宽大与多样化的设计(如：广泛多机排列与聚风、聚能等结构)，因此导致塔架安装方式的风力机设计形态单一，所能利用的横向乘风空间与乘风面积同样十分有限。

不足之六：固定设置的塔架需要风力发电机安装转体、安装尾翼等旋转对风结构，从而使机组结构与控制设计需求增多。

不足之七：建设在固定高空塔架上的机组使其建设安装维护过程较为困难，成本较高。

不足之八：当前对于所有风力发电机组来讲，在海上建设高空塔架均十分困难，尤其对于中小机组的建设，比较成本更高，导致得不偿失，且容易受到台风的破坏，使中小风电机组更难实现海上分散灵活建设应用。

在现有的专利文献中，也有一些利用类似飞艇气浮方式形成的空中风力发电设备的设计形态，但是其采用的气浮装置与风力机的配合方式单一，只是利用气浮飘浮功能悬挂风力机升空的单一功能，而没有使其真正实现更加广泛的、全面的、高效的、多样化的有机配合，没有使其形成1+1＞2的设计效果，因此不具备形成更加具有创造价值的、优质性能价值的、实际应用价值的产品，也难于满足本发明前面叙述的八个应用方面的绝大多数需求。

限制与不足的同义解释是难于满足所描述相对应方面的实现需求；而任何创新均是由需求与不足两手共同推动的，本发明的创新方案也是如此。

发明内容

本发明的目的是旨在针对上述限制与不足和其形成的应用需求空缺，提出一种可解决上述全部问题，满足上述全部需求空缺的全新结构与形式的风力发电设备设施，即：“飘飞风力发电机、机组”发明专利技术方案，其可方便建设、安装、使用，方便实现多样化设计，可形成多重全新的结构类型、应用功效，可形成全新类型的产品市场。

本发明提出的“飘飞风力发电机”发明专利技术方案是由：(一)气浮飘飞体(1)与拉绳(2)构成的飘飞结构部分和由风轮叶片(3)与发电机(4)构成的风力发电机设备部分以多种不同结构、多样化相互配合形态一体化构成，其形成的电力可满足一般应用情况的需求；(二)如果目标用户需其电力满足变成交流220V市电的稳定电力应用，可由1-若干个飘飞风力发电机与设置在地面(海面)上的充电器+蓄电瓶(器)+数字逆变器共同构成本发明“飘飞风力发电机组”的全部结构。以下分别对上述两部分功能结构进行介绍。

(一)飘飞风力发电机部分

气浮飘飞体与拉绳：

气浮飘飞体的功能之一是使其携带风轮叶片和发电机实现高空气浮飘飞；功能之二是使上述气浮飘飞体的体积形态可同时形成或排列、或聚风、或串联等多种不同的结构形态，并且可与风力发电机设备形成多种不同结构与形态的配合，从而形成功能更加优异的特征。

其气浮飘飞体(1)是由类似飞艇等在封闭的容器内进行氢气、氦气等填充形成的可携带一定重量物体升空的封闭容器结构体，在其封闭容器结构内可设置支撑结构，从而使其形成特定设计的结构，该特定设计的结构可与风力发电机设备的安装结构进行多种结构形态的配合，气浮飘飞体可形成“△”、“○”、“◇”、“⊿”等类似的多样化结构，或使上述若干个类似结构配合形成排列的、聚风的、串联的结构，其还可与风力发电机旋转风轮形成紧密配合的结构(见示意图4)，具体形态、结构、规格可依实际需求设计。

在上述气浮飘飞体上或在支架(6)上设置拉绳，或由多根排列拉绳构成的拉绳组(2)，该拉绳或拉绳组可与在地面(海面)的固定建筑物、地面或海底特别设置的坠物、深埋于地下的坠物、建设的可旋转的拉绳基础或带有可缠绕拉绳的拉绳基础(5)连接。拉绳可由地面(海面)一处(1根、1组拉绳)构成，其可使所连接的气浮飘飞体随时随着与风力推动方向一致的一侧侧移(见示意图8)；该拉绳也可由地面两处(2根拉绳)向上延伸，在接近顶部的位置配合连接形成斜拉式结构(见示意图1)，其可使所连接的气浮飘飞体在两点一线方向相对固定，而在与两点一线垂直方向随时随着与风力推动一致的方向侧移；该拉绳还可由地面三处或四处(3-4根)在接近顶部的位置配合形成一体化连接配合的斜拉式结构构成，其可使所连接的气浮飘飞体在任何方向均不至于随着风力推动方向发生位置的过大侧移其设置方式还可形成在2-3-4根拉绳上均悬挂气浮飘飞体的设计方式，其也可只起到斜拉固定的作用。

在上述气浮飘飞体的封闭容器结构上可设置补充轻质气体的压力管路与拉绳并列设置，从而可从地面随时为天空存在的气浮飘飞封闭容器结构内可能出现的轻质气体漏损进行方便补气；其也可采用在拉绳的下端设置环绕收绳结构(5)，随时方便将天空的飘飞风力发电机进行回收补气与方便进行地面维修维护。

风力发电机设备：

其采用的风力发电机设备与现有的水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机大致相同，由水平轴叶桨迎风旋转式风轮(3)和发电机(4)配合构成，可根据不同产品的需求形成不同系列规格、不同系列能力、不同安装形态，因为其采用飘飞设置方式，因此其发电机的外壳、叶片一般选择合金铝、玻璃钢等轻质的材料。

飘飞风力发电机：

飘飞风力发电机形成的电力可满足一般应用情况的需求。

本发明气浮飘飞体部分与风力发电机设备部分的相互多种不同结构、相互多样化的配合方式构成形成主体创新结构、形态、功效的关键；本发明所述的“飘飞风力发电机”的多种不同结构、相互多样化配合方式主要包括以下6种设置形态或配合方式：

(1)简单方式设置：单独设置气浮飘飞体，将风力发电机设备设置在气浮飘飞体的上下、或左右两侧(如示意图1、2所示)，或上下左右均对称设置。

(2)横纵排列设置：横纵排列并列间隔设置2-多个气浮飘飞体，将1-多个风力发电机设在各个相同形态的气浮飘飞体的中间，各个横向并列间隔设置的多个气浮飘飞体可分别单独设置拉绳，从而形成拉绳组的结构(如示意图3所示)；各个纵向并列间隔设置的多个气浮飘飞体可由设置的拉绳实现上下迎风形态位置的固定(如示意图4所示)。

(3)聚风结构设置：横向或纵向并列间隔设置2-多个气浮飘飞体，并将气浮飘飞体与风力发电机叶片形成紧密配合且具有聚风结构的形态，再将1-多个风力发电机设备设置在气浮飘飞体的中间，从而形成用气浮飘飞体同时实现为风轮聚风的结构(如示意图5所示)。

(4)哑铃形态设置：左右横向或上下纵向将气浮飘飞体设置在排列风轮的两侧，在其中部并排设置2-多个旋转风轮(如示意图6所示)。

(5)传动聚能设置：通过伞式或锥形齿轮配合使多个旋转风轮形成的动力一同集中传递到在中部设置的一个较大功率的发电机上，从而形成将各个分散风轮形成的小出力集中形成更大单机出力能力的聚能传动设置(如示意图7所示)。

(6)纵向串联设置：可将上述(1)或(2)或(3)或(4)或(5)的结构设置方式分别进行上下串联或左右并联，从而实现在同一拉绳组上一同形成更大乘风面积的飘飞风力发电机设计形态(如示意图8、9举例图示所示)。

以上列举的为基本结构或形态，还可在与其大致相同或相似设计原理、形态、方法的基础上形成目标用户需要的、更多规格形式的实际产品设计，或形成标准化、系列化的产品。

(二)飘飞风力发电机组

因为上述风力发电机因风量、规格、面积、能力的不同，故其输出的电压与电流是不稳定的，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源把电瓶里的化学能转变成交流220V市电才能保证稳定使用，上述的飘飞风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，因此人们最终使用的电功率的大小与采用的电瓶大小有更密切的关系，其还可与光电装置配合形成风电与光电互补的应用。

因此，如果目标用户需其电力满足或变成220V交流市电的稳定电力应用，可将上述(1)-(6)种不同设置形式、不同设置数量的1-若干个飘飞风力发电机与“充电器+蓄电瓶(器)+数字逆变器”配合共同构成本发明“飘飞风力发电机组”的结构与全部形成功效(如：示意图9所示)。

本发明通过气浮飘飞体和风力发电机设备的多样化配合设置，使风力发电机组形成了全新的形态、功效和应用方式，从而形成了一个较为庞大的、形态、种类、应用方式多样化的、可满足多方面全新需求目标的飘飞风力发电机组创新机型体系。其全面有效地将中小型风力发电机组设在塔架上所形成的前述八大应用限制与能力不足之处转变为八大全新应用性能与优势功效，一一对应列举如下：

优势之一：如以相同材质、规格的材料进行不同承重方式的对比，材料的压撑能力与拉撑能力之间的差距至少有百倍的差距；此外，风力对塔架高空位置形成的侧向推力与风力对拉绳形成的地面低矮斜拉力之间的力矩差距也至少有百倍的差距；因此采用拉绳可大幅度减少设备的综合成本，尤其对于超高设计的机组来讲，其所占用的综合成本的比例就更低。

优势之二：拉绳气浮飘飞体可使风力发电机组的建设高度受到极大程度的解放，机组可方便利用更高天空存在的更大风力，实现更大的效益。

优势之三：建设拉绳气浮飘飞体可方便借助许多建筑物、天然石块、山体岩石、土地土壤作为下部的安装固定坠物基础，从而更大程度地减少了建设与材料的综合成本；其上部气浮飘飞体和风力发电机设备实现的超高空间设置方式还将使风力发电设备对地面形成的“景观干扰、视觉环境、噪音干扰”微乎其微，甚至基本完全消除，从而使其建设安装应用的地理环境范围、社会环境范围的限制因素大幅度减少。

优势之四：拉绳气浮飘飞体安装方式可方便形成由上到下的排列串联设置形态的风力机组形态，因此其所能够利用的乘风空间与乘风面积极大程度拓展。

优势之五：拉绳气浮飘飞体形态极其方便形成机组广泛宽大的多样化聚风结构设计(如上述6大多样化设计举例)，可使机组风力利用的方式与形态更加丰富与高效。

优势之六：拉绳气浮飘飞体可随风向变化∠360°随时自行掉头对风，机组无需安装转体、尾翼等旋转对风结构，从而使机组结构和控制设计需求减少。

优势之七：拉绳结构可随时使气浮飘飞体下降到地面，使机组安装、维护、修理过程十分方便简单，成本低廉。

优势之八：海上高空风力强大且拥有广泛的飘浮空间，拉绳气浮飘飞体尤其适合在海上进行中小型风力发电设备的安装建设，其比较成本极低，建设与维护过程十分简单方便，并且可通过回收下降气浮飘飞体的方式消除过强台风的破坏性冲击。

本发明飘飞风力发电机功率的大小更主要取决于风量与风力机的大小与排列设置数量和形态，因此多样化选择小型风力发电机会更加合适，且其更容易被小风量带动而发电。通过上述充电器、蓄电瓶(器)、数字逆变器，当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说多台100W风力发电机也可以通过一个大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出。上述充电器、蓄电瓶(器)、数字逆变器技术属于成熟应用技术与成熟产品。

附图说明

图1是简单方式设置，将风力发电机设在气浮飘飞体上下侧面的示意图。

图2是简单方式设置，将风力发电机设在气浮飘飞体左右迎风面的示意图。

图3是横向排列设置，将1-多个风力发电机设在各横向气浮飘飞体中间的俯视示意图。

图4是纵向排列设置，将1-多个风力发电机设在各纵向气浮飘飞体中间的侧视示意图。

图5是聚风结构设置，气浮飘飞体形成与风力发电机叶片形成紧密配合且具有聚风结构的形态，将各个旋转风轮均设气浮飘飞体聚风结构中间的主视示意图。

图6是哑铃形态设置，将2-多个旋转风轮并列设在气浮飘飞体中间的迎风面示意图。

图7是传动聚能设置，通过伞式或锥形齿轮配合使多个旋转风轮形成的动力集中传递到在中部设置的一个较大的发电机上，图示为聚能结构部分主视示意图。

图8是纵向串联设置，可将上述图1-图7的结构设置方式分别进行上下排列，在同一拉绳组上形成上下串联的乘风面积更大型的飘飞风力发电机，图示是在海面一处(1根或1组拉绳)构成的飘飞风力发电机组的宏观效果图。

图9是左右排列、上下串联形成的乘风面积更大的飘飞风力发电机组的结构、功能、形态流程演绎与宏观效果示意图。

图中标记总揽：

1.气浮飘飞体；2.拉绳；3.叶片；4.发电机；5.旋转、缠绕的拉绳基础；6.支架。

实施方式

对本发明飘飞风力发电机组最简捷的实施应用方式的描述是：在陆地或海上设置拉绳坠物或可旋转缠绕的拉绳基础(5)，将飘飞风力发电机拉绳的下端与其连接，然后将其自然放飞即可。当风力方向发生变化时，因为拉绳与气浮飘飞体的连接位置是在其一侧，因此气浮飘飞体可随风力方向变化自然到达迎风的方向位置；当风力过于强大时，飘飞风力发电机的倾斜程度加大，从而自然实现削减风力强度对其形成的有效冲击面积。

如果目标用户需其电力满足变成交流220V市电的稳定电力应用，可将飘飞风力发电机与充电器、蓄电瓶(器)、数字逆变器配合共同构成本发明“飘飞风力发电机组”的结构与全部形成功效。

图中箭头方向表示风力的方向。

Claims (2)

1.一种飘飞风力发电机，其特征在于：其是由气浮飘飞体(1)与拉绳(2)构成的飘飞结构部分和由风轮叶片(3)与发电机(3)构成的风力发电机设备部分以多种不同结构、多样化相互配合形态一体化构成构成；

气浮飘飞体的功能之一是使其携带风轮叶片和发电机实现高空气浮飘飞；功能之二是使上述气浮飘飞体的体积形态可同时形成或排列、或聚风、或串联等多种不同的结构形态，并且可与风力发电机设备形成多种不同结构与形态的配合；

其气浮飘飞体(1)是由类似飞艇等在封闭的容器内进行填充氢气、氦气等充气形成的可携带一定重量升空的结构体，在其封闭容器结构内可设置支撑结构，从而使其形成特定设计的结构，该特定设计的结构可与风力发电机设备的安装结构进行多种结构形态的配合，气浮飘飞体可形成多样化结构，或使其结构排列配合形成排列的、聚风的、串联的、其还可与风力发电机旋转风轮形成紧密配合的结构，具体结构、形态、规格可依实际需求设计；

在气浮飘飞体上或在支架(6)上设置拉绳或拉绳组(2)，该拉绳或拉绳组可与地面的坠物、可旋转的拉绳基础或带有可缠绕拉绳的拉绳基础(5)连接；拉绳可由地面(海面)一处、两处、三处或四处在顶部形成一体化连接配合的斜拉式结构构成；在上述气浮飘飞体的封闭容器结构上可设置补充轻质气体的压力管路与拉绳并列设置；

其采用的风力发电机设备由水平轴叶桨迎风旋转式风轮(3)和发电机(4)配合构成；由气浮飘飞体部分与风力发电机设备部分相互多种不同结构、相互多样化配合方式主要包括：

(1)简单方式设置、(2)横纵排列设置、(3)聚风结构设置、(4)哑铃形态设置、(5)传动聚能设置、(6)纵向串联设置，还可在与其大致相同相似设计原理、形态、方法的基础上形成目标用户需要的、更多规格形态的实际产品设计，或形成标准化、系列化的产品。

2.一种飘飞风力发电机组，其特征在于：其是由1-若干个飘飞风力发电机+充电器+蓄电瓶(器)+数字逆变器配合共同构成。

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