CN106014861A - 一种风筝发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种风筝发电装置，涉及一种利用风筝上下运动发电的装置。由风筝和置于地面的风筝控制机构、运动转换机构、发电机组成，其中，风筝为骨架和帆布组成的方形平面风筝，且风筝前端的骨架为充有氦气的气囊；风筝控制机构运动使风筝循环上下运动；运动转换机构将风筝的上下运动转换为圆周运动使发电机运转发电。本发明能够利用高空高速而稳定的气流用于发电，提高风能利用范围，且发电设备置于地面，提高风能利用范围，降低风力发电投资和运营成本，提高风力发电的安全性。并且，采用充有氦气的气囊作为风筝前端的骨架，可以随时依靠自然的风力使风筝升起来，以适应各种情况。

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，尤其是利用风筝的风力发电装置。
背景技术
目前，风力发电装置主要采用水平轴风轮，风轮由塔架支撑，发电机置于塔架顶端可旋转的机舱中。这类风力发电装置存在一系列缺陷：风轮直径受到材料和工艺的限制，风轮大型化的技术难度大；风轮强度较低，抗强风能力差，不能利用超高速风能；叶片根部粗大而尖部细长，实度低，启动力矩小，启动速度高：抗振动和气流扰动的能力差，对塔架稳定性要求较高，不适应在海上漂浮平台使用；直接利用自然风，对风速变化的适应能力不强，效率较低；受塔架高度限制，此类风机难以利用高空高速而稳定的气流。
发明内容
为了克服现有的风力发电装置的不足,本发明提供一种风力发电装置，该风力发电装置利用风筝捕捉高空风能，发电设备置于地面，从而提高风能利用范围，降低风力发电投资和运营成本。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种风筝发电装置，由风筝和置于地面的风筝控制机构、运动转换机构、发电机组成，所述风筝为骨架和帆布组成的方形平面风筝，且风筝前端的骨架为充有氦气的气囊，风筝前端连接有控制绳索，风筝的整体连接有动力绳索；所述风筝控制机构为周期性收紧和放松所述控制绳索的运动机构；所述运动转换机构为包含输入机构和输出机构的将上下直线运动转换为单向圆周运动的机械装置，所述输入机构与所述控制绳索连接；所述发电机与所述输出机构连接。本方案的有益效果在于通过简单的风筝控制机构使风筝做循环上下运动，运动转换机构将这种上下运动转换为圆周运动，从而使发动机发电。并且风筝的前端骨架采用充有氦气的气囊，当风筝落地时也能使风筝前端抬起，当再次有风时风筝便能自行升起。
所述风筝可以采用两层以上的方形平面风筝组成的多层风筝，这样可以减小风筝的单每层的面积，并且能够提高升力。
所述风筝控制机构为将圆周运动转换为往复直线运动的曲柄连杆机构和控制绳索限位机构，该曲柄连杆机构周期性推或拉或推拉在所述控制绳索限位机构中的所述控制绳索。往复直线运动的构件使控制风筝的绳索周期性放松和收紧，从而控制风筝周期性上升和下降。
所述风筝控制机构也可以为同步转动的左右两排凸轮，每排的凸轮为两个以上，两排凸轮交错设置，所述控制绳索位于左右凸轮之间，并且左右凸轮对称运动，即左右凸轮凸端同时相向或同时背向，且当左右凸轮相向时各凸轮呈交错状态。由于当左右凸轮呈交错状态时会使控制绳索曲折，从而收紧绳索使风筝下降；当左右凸轮背向使控制绳索不受各凸轮推挤，绳索放松，从而使风筝上升。这样的设置能够使风筝控制机构稳定可靠。
所述运动转换机构如下构成，一只与所述控制绳索缠绕连接的辘轳轮作为所述输入机构，且该辘轳轮设有绳索收紧弹簧或与绳索连接的随动重锤；该辘轳轮通过超级离合器带动一个惰轮旋转；该惰轮同时作为所述输出机构与所述发电机的输入轴同轴连接。当风筝上升时，会使惰轮转动；当风筝下降时，由于超级离合器的存在，惰轮不受影响，继续朝原来的方向旋转，从而实现将直线运动转换为单向的旋转运动。
所述运动转换机构也可以如下构成，一只与所述控制绳索缠绕连接的辘轳轮作为所述输入机构，且该辘轳轮设有绳索收紧弹簧或与绳索连接的随动重锤；该辘轳轮设有齿轮甲，且该齿轮甲同时与两个直径相同的齿轮乙和齿轮丙啮合，该齿轮乙和齿轮丙分别通过两个相反的超级离合器与两个轮轴连接，该两个轮轴分别设有直径相同的齿轮丁和齿轮戊，其中齿轮丁与齿轮己啮合，齿轮戊与一个直径相同的中间齿轮庚啮合，该中间齿轮庚也与所述齿轮己啮合；所述齿轮己与一根输出轴连接，该输出轴作为所述输出机构与所述发电机的输入轴连接。以上的设置可以实现不论风筝上升还是下降，都能使输出轴朝一个方向旋转，省去了凸轮，并且风筝的上升、下降运动都得到了利用。
可以利用所述运动转换机构带动所述风筝控制机构，如所述惰轮或所述齿轮的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮作为所述曲柄连杆机构中的飞轮。这样，使发电装置的运转完全利用风能，并且结构简单。上述的运动转换机构也可以带动凸轮组构成的风筝控制机构，如所述惰轮或所述齿轮的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮的边缘设滑轴，该滑轴套在一个滑槽中，该滑槽与一根齿条固接，该齿条两面设齿；并且所述凸轮组中的每个凸轮由一个与该凸轮同轴的齿轮带动，该齿轮的直径与所述大齿轮一致；所述齿条两面的齿与凸轮组中的各齿轮啮合。如此设置不仅可以完全利用风能，并且风筝的上升、下降运动都得到了利用。
本发明的有益效果是：通过风筝前端的控制绳索，使风筝上下运动，形成一种往复运动，从而能够利用高空高速而稳定的气流用于发电，提高风能利用范围，且发电设备置于地面，提高风能利用范围，降低风力发电投资和运营成本，提高风力发电的安全性。并且，采用充有氦气的气囊作为风筝前端的骨架，可以随时依靠自然的风力使风筝升起来，以适应各种情况。
附图说明
图1是本发明风筝发电装置的结构示意图。
图2是本发明风筝发电装置中风筝控制机构的一个实施例的结构示意图。
图3是本发明风筝发电装置中风筝控制机构的另一个实施例的结构示意图。
图4是本发明风筝发电装置中的一个实施例的结构示意图。
图5是本发明风筝发电装置中运动转换机构的一个实施例的结构示意图。
图6是图2中风筝控制机构与图4中运动转换机构结合的一个实施例的结构示意图。
图7是图3中风筝控制机构与图4中运动转换机构结合的一个实施例的结构示意图。
图8是图3中风筝控制机构与图5中运动转换机构结合的一个实施例的结构示意图。
图中：1、风筝，2、风筝控制机构，3、运动转换机构，4、发电机，5、气囊，6、飞轮，7、曲轴柄，8、活塞杆，9、活塞壁，10、限位滑轴，11、凸轮，12、主动齿轮，13、辘轳轮，14、随动重锤，15、动力绳索，16、惰轮，17、转轴，18、从动齿轮，19、齿轮乙，20、齿轮丙，21、齿轮丁，22、齿轮戊，23、齿轮庚，24、齿轮己，25、小齿轮，26、大齿轮，27、滑轴，28滑槽，29、齿条，30、齿轮，31、控制绳索，32、输出轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明中的风筝发电装置主要由四部分组成(如图1)，风筝1、风筝控制机构2、运动转换机构3、发电机4。
所述风筝1为由骨架和帆布组成的方形平面风筝，骨架平行设置，之间由帆布连接。风筝前端连接有控制绳索31，风筝的整体连接有动力绳索15。方形平面风筝前端的骨架为充有氦气的气囊5。风筝1可以由两层以上的这样的方形平面风筝组成(如图1)。
所述风筝控制机构2为周期性收紧和放松所述控制绳索31的运动机构。该运动机构可以由如图2所示的曲柄连杆机构构成，该结构由飞轮6、曲轴柄7、活塞杆8、活塞壁9、限位滑轴10组成。飞轮6边缘与曲轴柄7一头铰接，曲轴柄7另一头与活塞杆8一头铰接，活塞杆8由活塞壁9限制在直线方向运动；活塞杆8另一头顶在所述控制绳索31的一边；控制绳索31的另一边由两个限位滑轴10顶住，该两个限位滑轴10作为控制绳索限位机构。当飞轮6转动，该转动通过曲轴柄7作用在活塞杆8上，由于活塞杆8由活塞壁9限制在直线方向上，活塞杆8由飞轮6带动只能作直线方向的往复运动，从而活塞杆8来回推动所述控制绳索31收紧和放松，控制绳索31的收紧和放松使所述风筝下降和升高。
风筝控制机构2也可以由如图3所示的机械结构构成，该结构为一组同步转动的凸轮组，该凸轮组为左右两排凸轮，每排三个凸轮11，左右凸轮间隔设置，所述控制绳索31位于左右凸轮之间，并且左右凸轮对称运动，即左右凸轮凸端同时相向或同时背向，且当相向时各凸轮呈交错状态。各凸轮分别由电机带动，且各电机的转速一致。
运动转换机构3如图4，设辘轳轮13，所述动力绳索15缠绕在辘轳轮13上，动力绳索15的末端悬挂随动重锤14；与辘轳轮13同轴设有主动齿轮12，与主动齿轮12啮合的有从动齿轮18，该从动齿轮18通过超级离合器与转轴17连接，转轴17固定连接有惰轮16，且转轴17作为发电机4的输入轴。当风筝1上升时，带动辘轳轮13转动，辘轳轮13通过主动齿轮12、从动齿轮18带动转轴17及惰轮16转动，从而使发电机4运转；当风筝1下降时，随动重锤14带动辘轳轮13反转，由于超级离合器的存在，转轴17不随着反转，并且由于惰轮16的惯性，继续按原来的方向旋转，继续带动发电机4运转。
所述运动转换机构4也可以如图5构成，设辘轳轮13，所述控制绳索15缠绕辘轳轮13上，控制绳索15的末端悬挂随动重锤14；与辘轳轮同轴设有主动齿轮12，主动齿轮12同时与两个直径相同的齿轮乙19和齿轮丙20啮合，该齿轮乙19和齿轮丙20分别通过两个同向的超级离合器与两个轮轴连接，该两个轮轴分别固定有直径相同的齿轮丁21和齿轮戊22，其中齿轮丁21与齿轮己24啮合，齿轮戊22与一个直径相同的中间齿轮庚23啮合，该中间齿轮庚23也与所述齿轮己24啮合；所述齿轮己24与一根输出轴32连接，该输出轴32作为发电机的输入轴。当风筝1上升时，带动辘轳轮13转动，辘轳轮13通过主动齿轮12、带动齿轮乙19和齿轮丙20转动，且齿轮乙19和齿轮丙20转动方向相反，由于齿轮乙19和齿轮丙20分别通过两个同向的超级离合器与齿轮丁21和齿轮戊22同轴连接，所以齿轮丁21和齿轮戊22中只有一个随着齿轮乙19或齿轮丙20转动，转动的齿轮丁21或齿轮戊22会带动齿轮己24或齿轮庚23转动，由于齿轮庚23与齿轮己24啮合，所以转动的齿轮庚23也会使齿轮己24转动，由于齿轮丁21和齿轮戊22转动相反，所以齿轮戊22通过齿轮庚23使齿轮己24转动的方向与齿轮丁21直接使齿轮己24转动的方向相同，齿轮己24的转动会使发电机输入轴转动，从而发电；当风筝1下降时，随动重锤14带动辘轳轮13反转，各齿轮的转动情况与风筝1上升时相反，但齿轮己24转动的方向是不变的，都会使发电机的输入轴朝一个方向转动。
以上的风筝控制机构的运转需要额外的动力驱动，如果将运动转换机构的运动转化一部分作为风筝控制机构运转的驱动，将省去外部的动力。这里需要使风筝控制机构的运转周期与运动转换机构运转的周期一致。如图6所示，是一个将图2中的风筝控制机构与图4中的运动转换机构结合起来的方案。在图4中运动转换机构的转轴17上设置一个小齿轮25，该小齿轮25与一个大齿轮26啮合，并且其齿数比为，当运动转换机构运转一个周期，大齿轮26旋转一周。大齿轮26边缘设滑轴27，该滑轴27套在一个滑槽28中，该滑槽28与风筝控制机构中的活塞杆8的中部固接。当大齿轮26旋转一周，滑槽28会带动活塞杆8运动一个周期。以上的设计省去了图2中飞轮6和曲轴柄7，以及外部动力，使风筝发电装置完全依靠风的能量。或者用大齿轮26作为图2中的飞轮6，同样使风筝发电装置完全依靠风的能量。
也可以利用图3中的风筝控制机构与图4中的运动转换机构结合起来的方案来实现省去外部动力。在图7中运动转换机构的转轴17上设置一个小齿轮25，该小齿轮25与一个大齿轮26啮合，并且其齿数比为，当运动转换机构运转一个周期，大齿轮26旋转一周。大齿轮26边缘设滑轴27，该滑轴27套在一个滑槽28中，该滑槽28与一根齿条29垂直固接，该齿条29两面设齿。同时，图3中风筝控制机构的各凸轮分别由同轴的齿轮30带动，该齿轮的齿数与所述大齿轮26的齿数一致；所述齿条29两面的齿与凸轮组中两边的各齿轮啮合。这样，凸轮组中的凸轮皆由运动转换机构带动，省去了专门的同步驱动电机。
还可以利用图2中的风筝控制机构与图5中的运动转换机构结合起来的方案来实现省去外部动力。在图5中运动转换机构的输出轴32上设置一个小齿轮25，该小齿轮25与一个大齿轮26啮合，并且其齿数比为，当运动转换机构运转一个周期，大齿轮26旋转一周。用大齿轮26作 为图2中的飞轮6，同样使风筝发电装置完全依靠风的能量。或者在大齿轮26边缘设滑轴27，该滑轴27套在一个滑槽28中，该滑槽28与一根齿条29垂直固接，该齿条29两面设齿；同时，图3中风筝控制机构的各凸轮分别由同轴的齿轮30带动，该齿轮30的齿数与所述大齿轮26的齿数一致；所述齿条29两面的齿与凸轮组中两边的各齿轮啮合(如图8)。这样，凸轮组中的凸轮皆由运动转换机构带动，省去了专门的同步驱动电机。
本领域技术人员不难看出，本发明的风筝发电装置包括了上述各部分的任意组合，出于简明考虑，说明书中没有一一详述这些组合。

Claims (10)

1.一种风筝发电装置，由风筝和置于地面的风筝控制机构、运动转换机构、发电机组成，其特征在于：所述风筝为骨架和帆布组成的方形平面风筝，且风筝前端的骨架为充有氦气的气囊，风筝前端连接有控制绳索，风筝的整体连接有动力绳索；所述风筝控制机构为周期性收紧和放松所述控制绳索的运动机构；所述运动转换机构为包含输入机构和输出机构的将上下直线运动转换为单向圆周运动的机械装置，所述输入机构与所述控制绳索连接；所述发电机与所述输出机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述风筝为两层以上的方形平面风筝组成的多层风筝。
3.根据权利要求1或2所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述风筝控制机构为将圆周运动转换为往复直线运动的曲柄连杆机构和控制绳索限位机构，该曲柄连杆机构周期性推或拉或推拉在所述控制绳索限位机构中的所述控制绳索。
4.根据权利要求1或2所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述风筝控制机构为同步转动的左右两排凸轮，每排的凸轮为两个以上，两排凸轮交错设置，所述控制绳索位于左右凸轮之间，并且左右凸轮对称运动，即左右凸轮凸端同时相向或同时背向，且当左右凸轮相向时各凸轮呈交错状态。
5.根据权利要求1或2所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述运动转换机构如下构成，一只与所述控制绳索缠绕连接的辘轳轮作为所述输入机构，且该辘轳轮设有绳索收紧弹簧或与绳索连接的随动重锤；该辘轳轮通过超级离合器带动一个惰轮旋转；该惰轮的轮轴同时作为所述输出机构与所述发电机的输入轴同轴连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述运动转换机构如下构成，一只与所述控制绳索缠绕连接的辘轳轮作为所述输入机构，且该辘轳轮设有绳索收紧弹簧或与绳索连接的随动重锤；该辘轳轮设有同轴的齿轮甲，且该齿轮甲同时与两个直径相同的齿轮乙和齿轮丙啮合，该齿轮乙和齿轮丙分别通过两个同向的超级离合器与两个直径相同的齿轮丁和齿轮戊同轴连接，其中齿轮丁与齿轮己啮合，齿轮戊与一个直径相同的中间齿轮庚啮合，该中间齿轮庚也与所述齿轮己啮合；所述齿轮己与一根输出轴连接，该输出轴作为所述输出机构与所述发电机的输入轴连接。
7.根据权利要求5所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述惰轮的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮作为所述曲柄连杆机构中的飞轮。
8.根据权利要求6所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述齿轮己的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮作为所述曲柄连杆机构中的飞轮。
9.根据权利要求5所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述惰轮的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮的边缘设滑轴，该滑轴套在一个滑槽中，该滑槽与一根齿条固接，该齿条两面设齿；并且所述凸轮组中的每个凸轮由一个与该凸轮同轴的齿轮带动，该齿轮的直径与所述大齿轮一致；所述齿条两面的齿与凸轮组中的各所述齿轮啮合。
10.根据权利要求6所述的一种风筝发电装置，其特征在于：所述齿轮己的轮轴上设有一个同轴的小齿轮，该小齿轮与一个大齿轮啮合，该大齿轮转一周与所述辘轳轮正反转一个循环一致，且大齿轮的边缘设滑轴，该滑轴套在一个滑槽中，该滑槽与一根齿条固接，该齿条两面设齿；并且所述凸轮组中的每个凸轮由一个与该凸轮同轴的齿轮带动，该齿轮的直径与所述大齿轮一致；所述齿条两面的齿与凸轮组中的各所述齿轮啮合。
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