CN102226440A - 旋转式风能动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转式风能动力装置，其包括：机座；下端套接在机座内的旋杆，且旋杆的下端通过传动装置连接做功装置；至少2条旋臂，每条旋臂的其中一端固定在旋杆的上端，另一末端分别通过缆绳连接其中一个伞型风力装置；设置每个伞型风力装置由逆风方向旋转至顺风方向的临界位置为第一工作位置，当某个伞型风力装置达到第一工作位置，控制该伞型风力装置上的做功伞打开；且设置每个伞型风力装置由顺风方向旋转至逆风方向的临界位置为第二工作位置，当某个伞型风力装置达到第一工作位置，控制该伞型风力装置上的做功伞闭合。本发明实现了连续的机械动力输出，风能转换效率高，且具有结构简单、安装方便、适用性广和通用性强的优点。

Description

旋转式风能动力装置

技术领域

本发明涉及一种风能转换装置，尤其是涉及一种将风能转换为机械能的旋转式风能动力装置。

背景技术

随着人们对清洁能源越来越重视，而风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其蕴涵量巨大，全球的风能约为2.74 x 109MW，其中可利用的风能为2 x 107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

由于技术的限制，目前将风能真正利用起来的只有风力发电设备，也就是公知的浆叶式发电机，这种风力发电设备存在着以下不足：

1、发电设备伫立在离地面几十米处，这里的风速低，约为每秒5米，且风向多变，发电的功率度和稳定性都不高，难以满足各地生产与生活的用电需求；

2、发电设备对地形环境要求高，需要大量空旷广阔的场地，因此大都建设在偏远地区或海岸边，导致建设成本和维护费用过高，不利于大规模产业化应用。

另外，随着海拔高度的增加，风速会逐渐增加，在几千米的高空中，其风速可达到地面的十几倍甚至几十倍，且风向稳定，然而目前真正应用的高空风能发电设备仍处于空白。

发明内容

本发明提出一种将风能转换为机械能的旋转式风能动力装置，通过高空中伞梯的做功，拉动旋杆转动，从而带动机座内部的做功装置。

本发明采用如下技术方案实现：一种旋转式风能动力装置，其包括：

若干个用于将风能转换为机械能的伞型风力装置；

固定在地面的机座；

下端套接在机座内的旋杆，其上端延伸出机座，且旋杆的下端通过传动装置连接做功装置；

至少2条设置在同一水平面、且以旋杆为中心按相位差均匀分布设置的旋臂，每条旋臂的其中一端固定在旋杆的上端，另一末端分别通过缆绳连接其中一个伞型风力装置；

设置每个伞型风力装置由逆风方向旋转至顺风方向的临界位置为第一工作位置，当某个伞型风力装置达到第一工作位置，控制该伞型风力装置上的做功伞打开；且设置每个伞型风力装置由顺风方向旋转至逆风方向的临界位置为第二工作位置，当某个伞型风力装置达到第一工作位置，控制该伞型风力装置上的做功伞闭合。

在一个优选实施例中，伞型风力装置包括：依次连接在缆绳上的至少一个做功伞）和至少一个承力伞，且承力伞牵引在做功伞的上方；用于控制做功伞打开或关闭的系统控制器，其连接在缆绳上且位于做功伞下方。

在一个优选实施例中，系统控制器包括：相互连接的位置检测模块和开关模块；位置检测模块用于监测伞梯伞型风力装置在运动过程中所处的位置信息，当伞型风力装置达到第一工作位置时发出第一控制信号，且当伞型风力装置达到第二工作位置时发出第二控制信号；开关模块用于根据第一控制信号控制打开做功伞、根据第二控制信号控制闭合做功伞。

在一个优选实施例中，旋臂为4条，相邻两条旋臂之间以90°的相位差均匀分布设置。

在一个优选实施例中，传动装置为相互啮合的齿轮。

在一个优选实施例中，做功装置为发电机。

在一个优选实施例中，做功装置为抽水机或搅拌机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明多个伞型风力装置与旋杆的组合，实现做功伞的升力周期性交替，从而使缆绳产生不同方向的拉力，调节其平衡状态的拉动旋杆转动，把风能转化为机械能，进而通过机械能带动做功装置转动。另外，本发明可根据需求，每个伞型风力装置上均可集成多个做功伞，做功伞可以在任何风速下工作，不需要其他辅助设备，集成化程度高，具有巨大的风能转换能力。并且，每个伞型风力装置单独控制，结构简单，安装方便，适用性广，通用性强。

附图说明

图1是本发明的部分立体结构示意图；

图2是图1的剖面示意图；

图3是本发明的立体结构示意图；

图4是伞型风力装置的结构示意图。

具体实施方式

结合图1和图2所示，本发明提出的旋转式风能动力装置包括：固定在地面的机座1；下端套接在机座1内部、上端延伸出机座1的旋杆4；在旋杆4外露出机座1的部分上，固接有若干条按一定相位差均匀分布设置的旋臂5，且旋臂5的数量至少为2条；在机座1的内部安装有做功装置3，旋杆4的下端套设在机座1的内部并通过传动装置与做功装置3连接，当旋杆4转动时，旋杆4通过传动装置带动做功装置3工作。

在一个优选实施例中，传动装置为相互啮合的齿轮，即旋杆4的下端通过相互啮合的齿轮带动做功装置3工作。

结合图3所示，每条旋臂5的一端安装固定在旋杆4上，另一端通过缆绳6相连一个用于将风能转换为机械能的伞型风力装置2。

结合图4所示，伞型风力装置2包括：依次连接在缆绳6上的至少一个做功伞10和至少一个承力伞11，且承力伞11牵引在做功伞10的上方；连接在缆绳6上且位于做功伞10下方的系统控制器12，系统控制器12包括位置检测模块121和开关模块122，其中，位置检测模块121用于监测伞梯伞型风力装置2在运动过程中所处的位置信息，开关模块122用于控制做功伞10的开合动作。

具体的，当位置检测模块121监测到伞梯伞型风力装置2到达预定的第一工作位置时，发出第一控制信号给开关模块122，开关模块122根据第一控制信号控制做功伞10打开；当位置检测模块121监测到伞梯伞型风力装置2到达预定的第二工作位置时，发出第二控制信号给开关模块122，开关模块122根据第二控制信号控制做功伞10闭合。

在图3所示实施例中，旋臂5为4条，任意相邻两条旋臂5之间以90°的相位差均匀分布在同一个水平面内。以图3所示实施例为例来进一步描述本发明的工作原理：

为描述方便，将4条旋臂5依次记为第一旋臂51、第二旋臂52、第三旋臂53和第四旋臂54；相应的，与第一旋臂51、第二旋臂52、第三旋臂53和第四旋臂54连接的缆绳6分别记为第一缆绳61、第二缆绳62、第三缆绳63和第四缆绳64，分别与第一缆绳61、第二缆绳62、第三缆绳63和第四缆绳64连接的伞型风力装置2记为第一伞型风力装置21、第二伞型风力装置22、第三伞型风力装置23、第四伞型风力装置24。

并且，第一伞型风力装置21包括：至少一个做功伞110和至少一个承力伞111；包括位置检测模块1121和开关模块1122的系统控制器112。第二伞型风力装置22包括：至少一个做功伞210和至少一个承力伞211；包括位置检测模块2121和开关模块2122的系统控制器212。第三伞型风力装置23包括：至少一个做功伞310和至少一个承力伞311；包括位置检测模块3121和开关模块3122的系统控制器312。第四伞型风力装置24包括：至少一个做功伞410和至少一个承力伞411；包括位置检测模块4121和开关模块4122的系统控制器412。

假如风向为从第一旋臂51至第三旋臂53的平行方向，此时，第一伞型风力装置21、第二伞型风力装置22、第三伞型风力装置23、第四伞型风力装置24的工作状态分别如下：

1、第一旋臂51恰好由逆风方向转至顺风方向，即第一旋臂51上的第一伞型风力装置21恰好达到第一工作位置时，由位置检测模块1121发出第一控制信号给开关模块1122，开关模块1122根据第一控制信号控制做功伞110打开。

2、第二旋臂52上的第二伞型风力装置22收集风能状态，做功伞210完全打开使风力受力面积最大。

3、第三旋臂53恰好由顺风方向转至逆风方向，第三伞型风力装置23恰好达到第二工作位置，由位置检测模块3121发出第二控制信号给开关模块3122，开关模块3122根据第一控制信号控制做功伞310收拢闭合。

4、第四旋臂54完全处于逆风方向，第四伞型风力装置24中的做功伞410处于闭合状态，以减小受力面积而减小逆风方向转动时的阻力。

此时，由于第一伞型风力装置21和第二伞型风力装置22产生顺风方向的牵引力远大于第三伞型风力装置23和第四伞型风力装置24在逆风方向受到的阻力，因此，第一伞型风力装置21和第二伞型风力装置22产生顺风方向的牵引力，分别第一缆绳61、第二缆绳62拉动第一旋臂51、第二旋臂52以旋杆4为中心，带动旋杆4逆时针方向转动。

当第一旋臂51、第二旋臂52、第三旋臂53和第四旋臂54转动90°后，此时第四伞型风力装置24到达恰好达到第一工作位置时，由开关模块4122根据位置检测模块4121发出的第一控制信号控制做功伞410打开；第一伞型风力装置21的做功伞110保持打开状态；第二伞型风力装置22上的做功伞210恰好运动到第二工作位置，由开关模块3122根据位置检测模块3121发出的第二控制信号控制做功伞310合拢闭合；第三伞型风力装置23上的做功伞310继续保持闭合状态。

当第一旋臂51、第二旋臂52、第三旋臂53和第四旋臂54再次转动90°后，此时第一伞型风力装置21到达恰好达到第一工作位置时，由开关模块1122根据位置检测模块1121发出的第一控制信号控制做功伞110打开；第二伞型风力装置22的做功伞210保持闭合状态；第三伞型风力装置23上的做功伞310恰好运动到第一工作位置，由开关模块3122根据位置检测模块3121发出的第一控制信号控制做功伞310打开；第四伞型风力装置23上的做功伞310继续保持打开状态。

因此，在360°的转动过程后，第一旋臂51、第二旋臂52、第三旋臂53和第四旋臂54中各自的做功伞均分别有一半时间（或180°的转动过程中）处于打开状态，而另一半时间处于闭合状态；且实现打开-闭合-打开的周而复始的工作，实现带动旋杆4连续的转动。

其中，无论连接在旋杆4上的旋臂5的数量有多少（至少为2条）。并且，对任意一个旋臂5（或者连接在该旋臂5上的伞型风力装置2）而言，设置该旋臂5由逆风方向旋转至顺风方向的临界位置为第一工作位置，当旋臂5达到第一工作位置，其上的做功伞10在系统控制器12的控制下开始打开；对任意一个旋臂5（或者连接在该旋臂5上的伞型风力装置2）而言，设置该旋臂5由顺风方向旋转至逆风方向的临界位置为第二工作位置，当旋臂5达到第二工作位置，其上的做功伞10在系统控制器12的控制下开始闭合。

在一个优选实施例中，做功装置3为发电机。由旋杆4通过传动装置带动发电机连续的转动，实现连续发电。

做功装置3也可以为抽水机或搅拌机，抽水机或搅拌机同样可以通过卷扬机2的转动传递机械能，从而带动抽水机或搅拌机做功，实现高空风能、机械能和做功装置3所需能量之间的转化。

综上，本发明多个伞型风力装置与旋杆的组合，实现做功伞的升力周期性交替，从而使缆绳产生不同方向的拉力，调节其平衡状态的拉动旋杆转动，把风能转化为机械能，进而通过机械能带动做功装置转动。另外，本发明可根据需求，每个伞型风力装置上均可集成多个做功伞，做功伞可以在任何风速下工作，不需要其他辅助设备，集成化程度高，具有巨大的风能转换能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转式风能动力装置，其特征在于，包括：

若干个用于将风能转换为机械能的伞型风力装置（2）；

固定在地面的机座（1）；

下端套接在机座（1）内的旋杆（4），其上端延伸出机座（1），且旋杆（4）的下端通过传动装置连接做功装置（3）；

至少2条设置在同一水平面、且以旋杆（4）为中心按相位差均匀分布设置的旋臂（5），每条旋臂（5）的其中一端固定在旋杆（4）的上端，另一末端分别通过缆绳（6）连接其中一个伞型风力装置（2）；

设置每个伞型风力装置（2）由逆风方向旋转至顺风方向的临界位置为第一工作位置，当某个伞型风力装置（2）达到第一工作位置，控制该伞型风力装置（2）上的做功伞（10）打开；且设置每个伞型风力装置（2）由顺风方向旋转至逆风方向的临界位置为第二工作位置，当某个伞型风力装置（2）达到第一工作位置，控制该伞型风力装置（2）上的做功伞（10）闭合。

2.根据权利要求1所述旋转式风能动力装置，其特征在于，伞型风力装置（2）包括：

依次连接在缆绳（6）上的至少一个做功伞（10）和至少一个承力伞（11），且承力伞（11）牵引在做功伞（10）的上方；

用于控制做功伞（10）打开或关闭的系统控制器（12），其连接在缆绳（6）上且位于做功伞（10）下方。

3.根据权利要求2所述旋转式风能动力装置，其特征在于，系统控制器（12）包括：

相互连接的位置检测模块（121）和开关模块（122）；

位置检测模块（121）用于监测伞梯伞型风力装置（2）在运动过程中所处的位置信息，当伞型风力装置（2）达到第一工作位置时发出第一控制信号，且当伞型风力装置（2）达到第二工作位置时发出第二控制信号；

开关模块（122）用于根据第一控制信号控制打开做功伞（10）、根据第二控制信号控制闭合做功伞（10）。

4.根据权利要求1所述旋转式风能动力装置，其特征在于，旋臂（5）为4条，相邻两条旋臂（5）之间以90°的相位差均匀分布设置。

5.根据权利要求1所述旋转式风能动力装置，其特征在于，传动装置为相互啮合的齿轮。

6.根据权利要求1所述旋转式风能动力装置，其特征在于，做功装置（3）为发电机。

7.根据权利要求1所述旋转式风能动力装置，其特征在于，做功装置（3）为抽水机或搅拌机。

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