CN102330642A

CN102330642A - 伞型风能转换装置及系统

Info

Publication number: CN102330642A
Application number: CN201110322204A
Authority: CN
Inventors: 张建军
Original assignee: GUANGDONG HIGH-ALTITUDE WIND POWER TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: GUANGDONG HIGH-ALTITUDE WIND POWER TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: CN102330642B

Abstract

本发明公开一种伞型风能转换装置及系统。其中，所述装置包括：轨道绳；从下至上依次固定连接在轨道绳上的下控制箱、下挡块和上挡块，下控制箱通过至少一根伞控制绳与滑筒连接；伞形边缘与滑筒之间连接若干细绳的做功伞；上控制箱与链条啮合传动；当下控制箱到达相对地面的工作下限位置时，发出第一提示信号使下控制箱收短伞控制绳，使做功伞在风力作用下开伞；当下控制箱到达相对地面的工作上限位置时，发出第二提示信号使下控制箱释放伞控制绳，且使上控制箱沿链条下行，带动做功伞的顶部下行移动而使做功伞收拢。本发明使做功伞在空中的开合更稳定，能够有效防止做功伞开合时绳具过多而出现缠绕现象，可以实现稳定的大功率风能转换。

Description

伞型风能转换装置及系统

技术领域

本发明涉及一种风能转换控制系统，尤其是涉及一种风能应用中将风能转换为动力的伞型风能转换装置及系统。

背景技术

高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。中国绝大部分地区5000米以上高空中的有效风能密度在1000瓦/平方米以上。在全世界范围内，多数都只停留在低空风能领域的研究，高空风能的利用将成为新能源发展道路上具有远大前景的技术领域。

高空风能的利用是在高空中转换风能，将风能转化为机械能，最后将机械能转换为电能或其它形式的能量。

目前，高空风能采集和控制技术的主流是将发电机置于地面的高空风筝型控制技术。可目前常用风筝型高空风能转换控制系统中风筝既是平衡体又是做功体，即目前通常采用的是平衡体和做功体统一控制的方式，这种方式控制难度大，难以实现稳定的大功率能量的供给，高空风能控制技术的问题一直没有得到很好的解决。另外，目前高空风筝型能量转换控制技术在做功体上升的时候将风能转换为电能或其他形式的能量，做功体下降时能量供给停止，因此难以满足持续稳定的能量的提供。为了实现高空风能的大功率能量转换，需要多个做功体做功来实现能量转换的累加，因此，多个做功体的绳具之间互相影响容易出现缠绕的现象导致做功过程终止。

高空风能的转换控制技术是目前高空风能提供稳定、大功率能量的瓶颈，起着关键的重要作用，而目前常见的高空风能的转换控制系统难以实现高空部分控制的稳定性和大功率的能量转换，难以满足人类生产和生活的需求。

发明内容

本发明提出一种将风能转换为动力的伞型风能转换装置及系统，应用于高空风能技术实现空中部分的良好的控制性能，进而使高空风能实现稳定和大功率的能量转换。

本发明采用如下技术方案实现：一种伞型风能转换装置，其包括：

与地面成一角度设置的轨道绳；

从下至上依次固定连接在轨道绳上的下控制箱、下挡块和上挡块；

在下控制箱与下挡块之间的轨道绳上设置滑筒，且下控制箱通过至少一根伞控制绳与滑筒连接，伞控制绳由下控制箱控制伸长量变化；

顶部中心套接在轨道绳上的做功伞，其伞形边缘与滑筒之间连接若干细绳；

套接在轨道绳上、且与做功伞的顶部连接的上控制箱，上控制箱与设置在下挡块和上挡块之间的链条啮合传动；

当下控制箱到达相对地面的工作下限位置时，发出第一提示信号使下控制箱收短伞控制绳，使做功伞在风力作用下开伞；

当下控制箱到达相对地面的工作上限位置时，发出第二提示信号使下控制箱释放伞控制绳，且使上控制箱沿链条下行，带动做功伞的顶部下行移动而使做功伞收拢。

在一个优选实施例中，下控制箱包括：

用于控制伞控制绳的伸长量变化的卷扬机，伞控制绳的其中一末端缠绕在卷扬机的卷筒上；

用于驱动卷扬机转动的下控制电机；

用于检测下控制箱到达工作下限位置和工作上限位置时分别发出第一提示信号和第二提示信号的位置检测器。

在一个优选实施例中，位置检测器包括：用于接收GPS信号的GPS信号接收器；用于根据GPS信号分析下控制箱的位置信息，并当下控制箱达到工作下限位置或工作上限位置时，分别发出第一提示信号或第二提示信号的控制器。

在一个优选实施例中，上控制箱包括：与链条啮合传动的齿盘；驱动齿盘的上控制电机。

在一个优选实施例中，链条为平行设置的2根，且上控制箱中的齿盘啮合在2根链条之间。

在一个优选实施例中，伞控制绳为2条，且2条伞控制绳对称设置在轨道绳的两侧。

在一个优选实施例中，所述伞型风能转换装置还包括：设置在地面的中央控制系统，用于根据下控制箱发出的第一提示信号或第二提示信号控制上控制箱和下控制箱。

在一个优选实施例中，轨道绳的上末端连接设置拉环。

在一个优选实施例中，轨道绳的上末端和下末端分别连接设置拉环。

另外，本发明还公开一种伞型风能转换系统，其包括：多个如上所述伞型风能转换装置，每个伞型风能转换装置中轨道绳的上末端或/和下末端分别连接设置拉环，多个伞型风能转换装置通过拉环依次串接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

在本发明提出的伞形风能转换装置及系统中，采用上控制箱、下控制箱对做功伞的协同作用来控制做功伞的空中开合，控制效果更好，使做功伞工作时在空中的开合更稳定；且采用链条或齿轮传动，有效防止做功伞在空中开合时绳具过多而出现缠绕现象；另外，由于做功伞的打开、收拢的开合运动都是在一根轨道绳（做功绳）上完成的，因此采用串接多个伞形风能转换装置的方式，就可以实现稳定的、大功率的风能转换。

附图说明

图1是本发明做功伞在打开状态下的结构示意图；

图2是图1中上控制箱的结构示意图；

图3是图1中下控制箱的结构示意图；

图4是本发明做功伞在收伞状态下的结构示意图；

图5是本发明做功伞在收伞完毕状态下的结构示意图；

图6是本发明应用于高空风能做功系统的结构示意图。

具体实施方式

针对现有高空风能应用设备存在高空部分设备控制不稳定和难以实现大功率能量转换的缺陷，本发明提出一种风能应用中控制稳定并能实现大功率能量转换的伞型风能转换系统。

如图1所示，本发明提出的伞型风能转换装置包括：工作时与地面成一角度设置的轨道绳1；从下至上依次连接在轨道绳1上的下控制箱2、滑筒3、下挡块4、做功伞5和上挡块6，做功伞5的顶部中心套接在轨道绳1上；连接在做功伞5的伞形边缘与滑筒3之间的若干细绳7；位于做功伞5顶部中心与做功伞5连接并套接在轨道绳1上的上控制箱8；至少一根连接在下控制箱2与滑筒3之间，且由下控制箱2控制其伸长量变化的伞控制绳9。

所述下控制箱2、下挡块4和上挡块6固定连接在轨道绳1上，滑筒3套接在轨道绳1上可沿着轨道绳1滑动，下挡块4和上挡块6之间连接有至少一根链条10，所述链条10穿过上控制箱8并与上控制箱8啮合。

如图2所示，上控制箱8包括：上箱体80；设置在箱体80中的上控制电机81；由上控制电机81驱动的齿盘82，且齿盘82与链条10啮合传动。上控制箱8中的上控制电机81驱动齿盘82转动，齿盘82与链条10传动，带动上控制箱8沿着轨道绳1 上下运动。

如图3所示，下控制箱2包括：固定在轨道绳1上的下箱体20；设置在下箱体20中的下控制电机21；设置在下箱体20中，且由下控制电机21驱动的卷扬机22，伞控制绳9的一末端缠绕在卷扬机22的卷筒上，另一末端连接滑筒3，由卷扬机22控制伞控制绳9的伸长量变化；设置在下箱体20中，用于检测下控制箱2到达工作下限位置或工作上限位置的位置检测器23。

在一个优选实施例中，位置检测器23包括GPS信号接收器和控制器。GPS信号接收器从卫星接收GPS信号，由控制器分析GPS信号获取下控制箱2的位置信息，并根据下控制箱2的位置信息是否达到工作下限位置或工作上限位置时，分别发出第一提示信号或第二提示信号，根据第一提示信号或第二提示信号控制下控制电机21、上控制电机81的工作状态。

在工作状态，当下控制箱2到达相对地面的工作下限位置时，下控制箱2中的位置检测器23发出第一提示信号，由第一提示信号控制启动下控制电机21，卷扬机22在下控制电机21的驱动下控制将伞控制绳9收短；同时，滑筒3牵引做功伞5边沿的细绳7向下展开，做功伞5受细绳7的拉力逐渐展开；且做功伞5在细绳7的牵引下受风面积增大，在风力作用下，做功伞5向上打开带动上控制箱8沿着链条10往上挡块6方向移动，卷扬机22收绳完毕后，做功伞5完全打开，如图1所示。此时，做功伞5在风力作用下上行时，下控制箱2锁紧卷扬机22使之与滑筒3之间保持相对静止状态。

在风力作用下，完全打开的做功伞5受风面积很大，做功伞5向上产生巨大拉力，上控制箱8与轨道绳1之间位置保持相对稳定；而做功伞5向上拉力依次通过细绳7、滑筒3使伞控制绳9受到向上拉力，带动下控制箱2上行，由下控制箱2的下箱体20带动轨道绳1同速上行运动。

如图示4所示，当下控制箱2到达相对地面的工作上限位置时，下控制箱2中的位置检测器23发出第二提示信号，由第二提示信号控制启动下控制电机21，卷扬机22在下控制电机21的驱动下控制释放伞控制绳9，使伞控制绳9变长；滑筒3因为风力和惯性的作用带动伞控制绳9继续沿着轨道绳1往下挡块4方向上行移动；同时，由第二提示信号控制启动上控制箱8中的上控制电机81，由上控制电机81驱动齿盘82转动，齿盘82与链条10啮合传动，上控制箱8带动做功伞5的顶部沿着轨道绳1朝下挡块4方向移动；随着动做功伞5的顶部、下部同时朝下挡块4的方向移动，做功伞5逐渐收拢。

如图5所示，当滑筒3上升到达下挡块4处，此时上控制箱8也到达接近下挡块4处，下控制箱2中的位置检测器23发出表示做功伞5已完全收伞的收伞完毕信号，根据收伞完毕信号控制下控制箱2中的卷扬机22锁紧、控制上控制箱8中的上控制电机81停止转动，做功伞5收伞完毕，使收拢后的做功伞5受风面积远小于打开的做功伞5的受风面积。

如图6所示，将本发明应用于高空风能动力系统中，可使空中部分稳定控制，将本发明的伞型风能转换控制系统的轨道绳1的上末端或上下两末端设置拉环11，并将多个本发明串联起来在工作时形成的合力可实现高空风能的大功率能量转换。连接时，只需要将单个反省风能转换控制系统的拉环11之间连接起来，拆装方便，根据实际需求可随意增减实现不同的能量转换功率大小。

作为优选，图6所示链条10为2根，所述伞控制绳9为2条对称布置在轨道绳1两侧。所述链条10分别与所述齿盘82左右两侧啮合。2根链条10、2根伞控制绳9分别对称分布使运行时受力均匀，空中部分控制更平稳。工作时，本发明的伞型风能转换控制系统依据上述开合原理沿着轨道绳1上下循环运动。

另外，所述链条10可用齿条代替，相应的齿盘82用齿轮代替，也能完成本发明需要的传动效果。

在另一个优选实施例中，下控制箱2中的位置检测器23发出的第一提示信号、第二提示信号和收伞完毕信号均传送给位于地面的中央控制系统，由中央控制系统根据第一提示信号、第二提示信号或收伞完毕信号，发出控制信号分别控制下控制电机21和上控制电机81的工作状态。因此，通过下控制箱2中的位置检测器23中的GPS信号接收器实现利用GPS信号的高度测量，中央控制系统会根据风速、高度，决定做功伞5何时收合、打开或改变做功伞5迎风面积，通过无线通信分别向下控制箱2、上控制箱8发出控制命令；空中部分升力平衡系统和做功系统在应用伞梯风能转换系统的控制技术的控制下，二者互不干涉，互相补充，该系统应用于风能系统中运行时运动轨道单一，实现了高空风能空中部分的稳定控制。

综上，本发明采用上控制箱8和下控制箱2对做功伞5的协同作用来控制做功伞5的空中开合，控制效果更好，使做功伞5在工作时在空中的开合更稳定；且采用链条10或齿轮传动，有效防止做功伞5在空中开合时绳具过多而出现缠绕现象。另外，由于做功伞5的打开、收拢的开合运动都是在一根轨道绳1（做功绳）上运动完成的，因此，采用串接多个伞形风能转换装置的方式，就可以很容易实现稳定和大功率的高空风能转换。

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

1.一种伞型风能转换装置，其特征在于，所述装置包括：

与地面成一角度设置的轨道绳；

2.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，下控制箱包括：

用于驱动卷扬机转动的下控制电机；

3.根据权利要求2所述伞型风能转换装置，其特征在于，位置检测器包括：

用于接收GPS信号的GPS信号接收器；

用于根据GPS信号分析下控制箱的位置信息，并当下控制箱达到工作下限位置或工作上限位置时，分别发出第一提示信号或第二提示信号的控制器。

4.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，上控制箱包括：

与链条啮合传动的齿盘；

驱动齿盘的上控制电机。

5.根据权利要求4所述伞型风能转换装置，其特征在于，链条为平行设置的2根，且上控制箱中的齿盘啮合在2根链条之间。

6.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，伞控制绳为2条，且2条伞控制绳对称设置在轨道绳的两侧。

7.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，所述装置还包括：设置在地面的中央控制系统，用于根据下控制箱发出的第一提示信号或第二提示信号控制上控制箱和下控制箱。

8.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，轨道绳的上末端连接设置拉环。

9.根据权利要求1所述伞型风能转换装置，其特征在于，轨道绳的上末端和下末端分别连接设置拉环。

10.一种伞型风能转换系统，其特征在于，所述系统包括：多个如权利要求1-7所述伞型风能转换装置，每个伞型风能转换装置中轨道绳的上末端或/和下末端分别连接设置拉环，多个伞型风能转换装置通过拉环依次串接。