CN103511188B - 一种风筝发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风筝发电装置，尤其是利用风筝的风力发电装置，由圆柱体气囊和连接气囊的布组成的风筝，通过导向机构调节风筝的迎风角度，进而控制风筝的上下运动，通过运动转换机构将风筝的上下往复的运动转换成输出轴的固定方向旋转运动，并带动发电机旋转发电；或者风筝直接拉动直线发电机的动子做往复直线运动发电。

Description

一种风筝发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，尤其是涉及一种利用风筝发电的装置，具体是涉及一种风筝发电装置。

背景技术

在期刊研究报告《能源》中提到，高空急气流在任何时候所蕴含的风能都超出气球上消耗的所有电能的100倍，只要合理利用1%，就能解决当前能源短缺、二氧化碳过量排放的世界性难题。预计风筝发电的成本低于火力发电成本。目前，现有技术的风力发电装置主要采用水平轴或垂直轴风轮来进行对风能的利用，这种风轮由塔架支撑，发电机置于塔架的顶端的机舱中，机舱可以旋转，但是这种风力发电装置却受塔架的高度限制，难以利用高空的稳定而高速的气流，而且这种风力发电装置的造价十分的高昂，并存在一定的安全隐患，只适合在特别空旷的地方才能建造和使用。此外，还必须将风力发电装置放置在风能资源较为丰富的地方，一定程度上会受到场地的限制。特别是，此种塔架式风力发电装置风能利用率较低，发电量受到风能资源的影响较大。

申请号为201110054511.8的中国发明专利申请公开了一种新型中高空风筝发电装置，主要包括伞状风筝、高强度风筝绳索、风筝平衡器、风筝收放器、地面固定装置、转盘、可伸缩支撑腿、可伸缩转杆、椭圆形限位板、交叉轴齿轮、发电机。伞状风筝充入一定量的氦气或氢气后升到空中。该装置是通过高强度绳索与可伸缩转杆连接，可伸缩转杆可以带动转盘的转动，转盘通过中心轴将转动传递给交叉轴齿轮，从而实现带动发电机发电的装置。但是该装置中的转盘运动时容易造成与伸缩杆连接的高强度风筝绳索产生缠绕现象，不利于高空风筝的运行，影响发电效率并且存在安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明为一种风筝发电装置。该风筝发电装置降低了风力发电的投资和运营成本，能充分的利用高空稳定和高速的气流，降低了对场地的要求，方便移动，不存在安全隐患。此外，该装置中的转动部件的回转半径较小、机体结构紧凑、占地面积较小。

为实现上述目的本发明是通过如下技术方案实现的：一种风筝发电装置，包括风筝单元和地面设施。所述地面设施包括发电机、导向机构和运动转换机构。所述导向机构通过调节风筝的迎风角度控制风筝的上下运动；运动转换机构负责把风筝的上下往复运动转换为固定方向的圆周运动，继而带动发电机发电。

本发明利用一个特殊的风筝单元捕捉高空中的风能。所述风筝单元由前后两个细长的圆柱体气囊和连接气囊的布组成，整体上呈平板状。所述气囊中充满氦气，该风筝单元可以自行漂浮上升，多个风筝单元可用绳索串接起来形成巨大的阶梯状风筝组合单元。风筝组合单元中的最下层风筝单元的前端气囊两端和中间点连接有（系上）绳索，三根绳索再会合成一根组合绳索。最下层风筝单元的后端气囊同样用绳索系好，形成一根组合绳索。所述两根组合绳索的末端分别安装两个滑轮。

优选的是，本发明利用一个特殊设计的导向机构控制风筝的运动。该导向机构包含一个设置于地面的可旋转的圆台，该圆台的两端对称设置有两台电动机，每台电动机带动一个导向绳轮。导向绳轮上分别固定有一根绳索，绳索的另一端分别穿过风筝前、后绳索上的滑轮后会合成一根绳索。所述圆台中央设有一个圆孔，所述的最后连接成一根的绳索穿过该圆台中央的圆孔连接到设置于地面的一个运动绳轮上，该运动绳轮通过运动转换机构把风筝的上下往复运动转换成输出轴的圆周运动，继而带动发电机发电。

优选的是，本发明的运动转换机构包括运动绳轮、输出轴、传动轴和配重体。该运动绳轮轴上设有齿轮，输出轴和传动轴上设有齿轮和单向齿轮，并通过齿轮相互啮合，保持相反方向的转动。绳轮轴上的齿轮分别与输出轴和传动轴上的单向齿轮啮合，该种结构设计能够将所述运动绳轮的周期性反方向圆周运动转换成固定方向的圆周运动。

优选的是，在所述运动绳轮的另一侧固定配重绳，所述配重绳通过一个定滑轮连接有配重体或所述配重绳末端悬吊配重体。所述配重体的作用是：1、控制风筝的运动，当风筝上升到上止点的时候，拉动风筝下行；2、蓄能，在风筝下降的过程中，配重体的势能转化为动能拉动绳轮旋转。

优选的是，所述的输出轴将固定方向上的圆周运动传递到发电机，带动发电机发电。

作为一种替代方案：本发明的运动转换机构也可以采用其他的形式，如采用液压装置，地面上设置杠杆，杠杆的一端为支点，另一端连接动力绳索；杠杆上靠近支点一端设上下两个连杆，分别连接上下两个液压缸的柱塞，带动柱塞往复运动，将风筝上下往复运动的机械能转化为液压能，再通过液压马达带动发电机发电。

作为另一种替代方案：本发明也可以采用直线发电机，则结构可以进一步简化，动力绳索拉住直线发电机动子的一端，配重绳拉住另一端，风筝的上下往复运动直接带动发电机动子做往复直线运动发电。

所述风筝发电装置的发电过程如下：

风筝升空后，控制电机带动导向绳轮转动，放长风筝前端绳索并收短风筝后端绳索，使风筝迎风角变大，风作用到风筝上的升力变大，风筝上升；当风筝运动到设定的上止点时，控制电机带动导向绳轮反转，缩短风筝前端绳索并放长风筝后端绳索，使风筝迎风角变小，风作用到风筝上的升力变小，在配重体的拉动下风筝下降；当风筝下降到设定的下止点时，控制电机再反转，风筝再进行上升运动，如此循环往复。在风筝上下循环往复运动时，运动转换机构带动发电机发电。

在上述任一方案中优选的是，所述风筝由气囊和布组成。

在上述任一方案中优选的是，所述气囊中充有氦气。

优选的是，所述风筝呈平板状，前端气囊与后端气囊水平对置。

在上述任一方案中优选的是，所述运动绳轮由电机驱动。

在上述任一方案中优选的是，所述发电机为普通电机。

在上述任一方案中优选的是，所述发电机为变频电机。

在上述任一方案中优选的是，所述配重绳的一端悬吊一配重体。

在上述任一方案中优选的是，所述风筝可以用其他形式的物体代替，该物体要求能够漂浮在空中并能根据迎风角的不同而产生不同的运动。

在上述任一方案中优选的是，所述的运动绳轮可以用卷扬机代替。

与现有技术相比本发明的优点在于：降低了风力发电的投资和运营成本，能充分利用高空稳定和高速的气流，降低了对场地的要求，方便移动，不存在安全隐患。此外，该装置中的转动部件的回转半径较小、机体结构紧凑、占地面积较小。

附图说明

图1为本发明的风筝发电装置的一优选实施例结构示意图。

图2为本发明的风筝发电装置图1所示实施例中的运动转换机构一优选实施例的结构示意图。

图3为本发明的风筝发电装置图1所示实施例中的运动转换机构另一优选实施例的结构示意图。

图中附图标记为：1：前端风筝、2：后端风筝、3：绳索、4：滑轮、5：滑轮、6：导向绳轮、7：导向绳轮、8：导向电机A、9：导向电机B、10：圆孔、11：运动绳轮、12：旋转圆台、13：定滑轮、14：配重体、15：绳轮轴、16：传动轴单向齿轮、17：绳轮轴齿轮、18：输出轴单向齿轮、19：传动轴啮合齿轮、20：输出轴啮合齿轮、21：发电机、22：液压马达、23：高压油箱、24：液压A缸、25：液压B缸、24-1：柱塞A、25-1：柱塞B、26：连杆、27：油管、28：支点、29：杠杆、30：动力绳索。

具体实施方式

为了更加方便、清晰的说明本发明中的风筝发电装置，下面结合本发明中的风筝发电装置的优选实施例作进一步阐述说明；

实施例1：如图1所示，在本实施例中，所述风筝组合单元为上、中、下三层风筝串联构成，呈上下层平行放置。上、中、下层风筝单元中的前端气囊1与后端气囊2分别用绳索3串联起来并将下层风筝单元中的前端气囊1的两端和中间点用绳索连接起来。三根绳索再合成一根绳索。所述最后三根绳索合成一根的绳索的末端安装有一个滑轮4。同样方式，三根连接后端气囊2的绳索合成一根后的绳索末端连接有滑轮5。

地面上设置一可旋转的圆台12，该圆台12的两端对称设置两台电动机，分别是导向电机8和导向电机9，每台电动机带动一个导向绳轮。具体是：导向电机8带动导向绳轮6、导向电机9带动导向绳轮7。导向绳轮6和导向绳轮7上分别固定连接有一根绳索，两根绳索的一端分别穿过滑轮4与滑轮5后会合成一根绳索，该绳索穿过圆台12中央设有的一个圆孔10固定连接到设置于地面的一个运动绳轮11，运动绳轮的另一侧固定有配重绳。所述配重绳通过一个定滑轮13连接有配重体14。

在运动绳轮11的绳轮轴15上套接有绳轮轴齿轮17，输出轴上套接有输出轴单向齿轮18、传动轴上套接有传动轴单向齿轮16，绳轮轴齿轮17分别与输出轴一端上的单向齿轮18和传动轴一端上的单向齿轮16啮合。所述传动轴的另一端套接有传动轴啮合齿轮19、所述输出轴的另一端套接有输出轴啮合齿轮20。传动轴啮合齿轮19与所述输出轴啮合齿轮20相互啮合，保持相反方向的转动。所述风筝组合单元中的风筝的上下运动带动运动绳轮11做周期性反向的圆周运动，转换为所述输出轴的固定方向的圆周运动，所述的输出轴将固定方向的圆周运动传递到发电机21并带动发电机21发电。

实施例2：本发明包括两套风筝和两套导向机构，第一套风筝和导向机构同实施例1，第二套风筝和导向机构取代实施例1中的配重体14。两套风筝的运动方向相反，带动运动绳轮11进行周期性反向的圆周运动，再转换成输出轴的固定方向圆周运动，带动发电机21发电。

实施例3：

如图3所示，在本实施例中风筝单元和导向机构同实施例1，运动转换机构采用液压装置。动力绳索30的一端（如图1所示）与风筝连接，动力绳索30的另一端固定连接杠杆29的一端，杠杆29另一端为支点28，两根连杆26-1和26-2分别连接液压A缸24的塞柱24-1和液压B缸25的柱塞25-1。两液压缸通过油管27连接高压油箱23，高压油箱23通过阀连接液压马达22，液压马达22带动发电机21发电。

实施例4：

在本实施例中，风筝组合单元和导向机构同实施例2，发电机21采用直线发电机，两风筝组合单元的动力绳索30分别拉住直线发电机动子的一端，两风筝组合单元的运动方向相反，直接带动直线发电机动子做往复直线运动发电。

以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是：实施例中并没有事无巨细的一一列出相关部件，但是并不影响本领域技术人员对相关技术方案的理解。按照本发明的技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (19)

1.一种风筝发电装置，包括风筝单元和地面设施，其特征在于：所述地面设施包括发电机、导向机构和运动转换机构；所述导向机构通过调节风筝的迎风角度控制风筝的上下运动；运动转换机构负责把风筝的上下往复运动转换为固定方向的圆周运动，继而带动发电机发电；所述风筝单元由前后两个细长的圆柱体气囊和连接气囊的布组成，整体上呈平板状；气囊中充满氦气，该风筝单元可以自行漂浮上升，多个风筝单元可用绳索串接起来形成巨大的阶梯状风筝组合单元；所述风筝组合单元中的最下层风筝单元前端气囊两端和中间点连接有绳索，三根绳索再会合成一根组合绳索；最下层风筝单元的后端气囊同样用绳索系好合成一根组合绳索，两根组合绳索的绳索末端分别安装滑轮。

2.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述导向机构包含一个设置于地面的可旋转的圆台。

3.如权利要求2所述风筝发电装置，其特征在于：所述圆台的两端各设置有一台电动机，且圆台两端电动机呈对称设置，每台电动机带动一个导向绳轮。

4.如权利要求3所述风筝发电装置，其特征在于：每台电动机各自带动的所述导向绳轮上均固定有一根绳索，绳索的一端与导向绳轮固定连接，绳索的另一端分别穿过风筝前、后绳索上的滑轮后会合成一根绳索；所述圆台中央设有一个圆孔，合成一根的绳索穿过该圆台中央的圆孔连接到设置于地面的一个运动绳轮上。

5.如权利要求4所述风筝发电装置，其特征在于：所述运动绳轮通过运动转换机构把风筝的上下往复运动转换成输出轴的圆周运动，继而带动发电机发电。

6.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述运动转换机构包括运动绳轮、输出轴、传动轴和配重体，该运动绳轮轴的绳轮轴上设有齿轮，输出轴和传动轴上设有齿轮和单向齿轮。

7.如权利要求6所述风筝发电装置，其特征在于：所述绳轮轴上的齿轮分别与输出轴和传动轴上的单向齿轮啮合。

8.如权利要求6所述风筝发电装置，其特征在于：在所述运动绳轮的一侧固定配重绳。

9.如权利要求8所述风筝发电装置，其特征在于：所述配重绳通过一个定滑轮连接有配重体或所述配重绳末端悬吊配重体。

10.如权利要求5所述风筝发电装置，其特征在于：所述的输出轴将固定方向上的圆周运动传递到发电机，带动发电机发电。

11.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述风筝由气囊和布组成。

12.如权利要求11所述风筝发电装置，其特征在于：所述气囊中充有氦气。

13.如权利要求1或11所述风筝发电装置，其特征在于：所述风筝呈平板状，前端气囊与后端气囊水平对置。

14.如权利要求5所述风筝发电装置，其特征在于：所述运动绳轮由电机驱动。

15.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述发电机为普通电机。

16.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述发电机为变频电机。

17.如权利要求8所述风筝发电装置，其特征在于：所述运动绳轮可以用卷扬机代替。

18.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述发电机为直线发电机，发电机动子的两端分别连接两个风筝组合单元的动力绳索或者一端连接一个风筝组合单元的动力绳索另一端连接配重绳索。

19.如权利要求1所述风筝发电装置，其特征在于：所述运动转换机构为液压装置，所述液压装置包括杠杆、连杆、液压缸、高压油箱和液压马达，风筝上下往复运动的机械能转换为液压能，通过液压马达带动发电机发电。