CN107489593A - 一种高空风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种高空风力发电装置。本发明提供了一种高空风力发电装置，包括：若干个飘浮囊、扇叶和主轴，各飘浮囊对称固定于主轴的两端，扇叶转动设置于主轴中间部位上；主轴上还设置发电机，扇叶和发电机通过齿轮连接；主轴上设置电缆，电缆与发电机电连接。本发明提供的一种高空风力发电装置，通过飘浮囊带动扇叶、主轴和发电机升到空中，利用高空中的风力，吹动扇叶转动，从而带动发电机转动，产生电能，充分利用了高空中的风能，同时克服了高度的局限性。

Description

一种高空风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种高空风力发电装置。
背景技术
风力发电是指把风的动能转为电能。风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电。
现有的风能发电装置，大都是由塔架、螺旋桨、发电机组成；靠螺旋桨的叶片接触风力后产生的不平衡力矩使螺旋桨转动，带动发电机发电。这种风力发电装置风能利用率低；塔架高度有局限，只能利用近地表面的风能，发电功率不高，并且工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中风能利用率低，高度有局限的缺陷。
为此，采用的技术方案为，本发明提供了一种高空风力发电装置，包括：若干个飘浮囊、扇叶和主轴，各飘浮囊对称固定于主轴的两端，扇叶转动设置于主轴中间部位上；主轴上还设置发电机，扇叶和发电机通过齿轮和离合器连接；主轴上设置电缆，电缆与发电机电连接。
为了增大叶片的受力面积，使气流通过率增大，在叶片转动时，使整个发电装置的重心位于中心位置正下方，叶片转动时发电装置径向受力均匀，防止发电装置在工作过程中发生晃动；同时将叶片转动的力通过齿轮变向传递给发电机，也能控制发电机转速，保证发电装置正常工作，优选的技术方案为，所述飘浮囊的个数为两个，飘浮囊为环形，飘浮囊的形状为长条形橄榄球状，主轴与两个飘浮囊的轴心相同，扇叶设置在两个飘浮囊之间，电缆设置在主轴的任意一端；扇叶与发电机之间设置变速箱，扇叶的轴心处与变速箱的输入端通过齿轮连接，变速箱的输出端与发电机通过齿轮连接
为了方便飘浮囊安全着陆，同时防止叶片受到损坏，优选的技术方案为，所述扇叶的叶片为两个，两个叶片相对设置。
为了增大叶片的受力面积，使气流通过率增大，进一步优选的技术方案为，所述叶片的直径大于飘浮囊的直径。
为了防止高空中极端寒冷的气候，使电缆上结冰而使整体重量增加，优选的技术方案为，所述电缆为伴热电缆。
由于电缆是从地面引向高空，为了使电缆的转弯更合理，防止长时间使用，造成电缆内部电线折断，同时使电缆与主轴固定更加稳定，优选的技术方案为，所述电缆与主轴之间设置三角支架，三角支架的其中一个锐角顶点与主轴连接，另一个锐角顶点与电缆连接。
为了防止高空低温对发电机的影响，电缆散发的热量会传递给主轴，然后传递给发电机；防止叶片在转动过程中的径向力使发电装置发生翻转，能够让发电装置保持平衡状态，优选的技术方案为，所述发电机位于靠近电缆的飘浮囊内的主轴正下方；远离电缆的飘浮囊上设置垂直尾翼和相对设置的两个水平尾翼，垂直尾翼与三角支架位于同一平面上，垂直尾翼与水平尾翼相互垂直设置。
为了使发电装置对空中飞行物体起到警示作用，同时控制发电装置沿轴线方向的平衡，优选的技术方案为，远离所述电缆的飘浮囊上设置太阳能板，远离电缆的飘浮囊内部设置蓄电池，蓄电池与太阳能板电连接；垂直尾翼和三角支架上分别设置信号灯，信号灯与蓄电池电连接；主轴下方设置滑杆，滑杆的两端与主轴连接远离电缆的飘浮囊内部的主轴上设置平衡滑块，平衡滑块上设置通孔，滑杆穿入通孔，平衡滑块可以在滑杆上滑动，主轴上设置水平仪，远离电缆的飘浮囊内部设置控制器，控制器分别与蓄电池和水平仪电连接，远离电缆的飘浮囊内部的主轴上设置驱动电机，驱动电机与平衡滑块通过丝杠连接，丝杠与平衡滑块设置相互匹配的螺纹，驱动电机与控制器电连接。
为了使发电装置在上升或者降落时，更稳定的移动，防止叶片在这个过程中转动而影响发电装置的运动方向，优选的技术方案为，所述叶片设置制动装置，制动装置与蓄电池电连接。
为了能够更加方便的控制发电装置的高度，优选的技术方案为，地面上设置变压器，电缆缠绕在电缆卷盘上，电缆的端头穿过电缆卷盘的电线出口端并与变压器电连接。
本发明的工作原理为：
本发明提供的一种高空风力发电装置，首先将电缆卷盘转动，启动制动装置，使扇叶制动，制动装置能够使扇叶在制动后停止于水平位置，保证升起和降落时扇叶不与地面发生碰撞损伤，防止上升过程中扇叶转动对发电装置升起造成影响，使飘浮囊带动电缆上升，当飘浮囊上升到一定高度后，电缆卷盘停止转动，高空中的风力吹动叶片转动，叶片通过变速箱将转动传递给发电机，发电机将动能转化成电能，通过电缆传递给地面上的配电站；发电装置在工作过程中，太阳能板吸收太阳能转化成电能，将电能储存到蓄电池中，蓄电池给信号灯，使信号灯工作，警示空中飞行物；水平仪测量平衡滑块的水平状态，如果平衡滑块不是水平状态，水平仪给控制器发出信号，控制器控制驱动电机转动，驱动电机固定在主轴上，从而平衡滑块在丝杠上滑动，调节平衡滑块的水平度，进而调节发电装置的水平度；在工作过程中，水平尾翼和竖直尾翼起到平衡作用，防止发电装置受到扇叶的径力影响而发生晃动，影响正常发电；当发电装置需要下落时，首先启动制动装置，使扇叶制动，制动装置能够使扇叶在制动后停止于水平位置，保证升起和降落时扇叶不与地面发生碰撞损伤，然后启动电缆卷盘，将电缆卷起，直至飘浮囊收回到地面。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种高空风力发电装置，通过飘浮囊带动扇叶、主轴和发电机升到空中，利用高空中的风力，吹动扇叶转动，从而带动发电机转动，产生电能，充分利用了高空中的风能，同时克服了高度的局限性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为飘浮囊的剖视图之一；
图3为飘浮囊的剖视图之二；
1-飘浮囊；2-扇叶；3-主轴；4-发电机；5-电缆；6-固定杆；7-变速箱；8-三角支架；9-垂直尾翼；10-水平尾翼；11-太阳能板；12-蓄电池；13-信号灯；14-平衡滑块；15-水平仪；16-控制器；17-驱动电机；18-丝杠；19-固定块；20-电缆卷盘；21-变压器；22-滑杆；23-导向架；24-导向辊；25-连接杆，26-制动装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明提供了一种高空风力发电装置，包括：若干个飘浮囊1、扇叶2和主轴3，飘浮囊1内填充氦气等气体密度低于空气密度的惰性气体，各飘浮囊1对称固定于主轴3的两端，扇叶2转动设置于主轴3中间部位上；主轴3上还设置发电机4，扇叶2和发电机4通过齿轮和离合器连接；主轴3上设置电缆5，电缆5与发电机4电连接。
为了增大叶片的受力面积，使气流通过率增大，在叶片转动时，径向受力均匀，防止发电装置发生晃动；同时将叶片转动的力通过齿轮变向传递给发电机4，也能控制发电机4转速，防止发电机4转速过快而影响发电装置正常工作，优选的技术方案为，所述飘浮囊1的个数为两个，飘浮囊1为环形，飘浮囊1的形状为长条形橄榄球状，呈长条形，从中间到两端逐渐变细，主轴3与两个飘浮囊1的轴心相同，主轴3与飘浮囊1的内侧面通过若干均匀分布的固定杆6连接，扇叶2设置在两个飘浮囊1之间，电缆5设置在主轴3的任意一端；扇叶2与发电机4之间设置变速箱7，扇叶2的轴心处与变速箱7的输入端通过齿轮连接，变速箱7的输出端与发电机4通过齿轮连接，扇叶2、发电机4和变速箱7连接于主轴3的下侧面。
为了方便飘浮囊1安全着陆，同时防止叶片受到损坏，优选的技术方案为，所述扇叶2的叶片为两个，两个叶片相对设置。
为了增大叶片的受力面积，使气流通过率增大，进一步优选的技术方案为，所述叶片的直径大于飘浮囊1的直径。
为了防止高空中极端寒冷的气候，使电缆5上结冰而使整体重量增加，优选的技术方案为，所述电缆5为伴热电缆。
由于电缆5是从地面引向高空，为了使电缆5的转弯更合理，防止长时间使用，造成电缆5内部电线折断，同时使电缆5与主轴3固定更加稳定，优选的技术方案为，所述电缆5与主轴3之间设置三角支架8，三角支架8的其中一个锐角顶点与主轴3连接，另一个锐角顶点与电缆5连接。
为了防止高空低温对发电机4的影响，电缆5散发的热量会传递给主轴3，然后传递给发电机4；防止叶片在转动过程中的径向力使发电装置发生翻转，能够让发电装置保持平衡状态，优选的技术方案为，所述发电机4位于靠近电缆5的飘浮囊1内的主轴3正下方；远离电缆5的飘浮囊1上设置垂直尾翼9和相对设置的两个水平尾翼10，垂直尾翼9与三角支架8位于同一平面上，垂直尾翼9与水平尾翼10相互垂直设置。
如图1、3所示，为了使发电装置对空中飞行物体起到警示作用，同时控制发电装置沿轴线方向的平衡，优选的技术方案为，远离所述电缆5的飘浮囊1上设置太阳能板11，远离电缆5的飘浮囊1内部设置蓄电池12，蓄电池12与太阳能板11电连接；垂直尾翼9和三角支架8上分别设置信号灯13，信号灯13与蓄电池12电连接；主轴3下方设置滑杆22，滑杆22的两端与主轴3连接远离电缆5的飘浮囊1内部的主轴3上设置平衡滑块14，平衡滑块14上设置通孔，滑杆22穿入通孔，平衡滑块14可以在滑杆22上滑动，主轴3上设置水平仪15，远离电缆5的飘浮囊1内部设置控制器16，控制器16分别与蓄电池12和水平仪15电连接，远离电缆5的飘浮囊1内部的主轴3上设置驱动电机17，驱动电机17与平衡滑块14通过丝杠18连接，丝杠18另一端没有螺纹并穿入固定块19，使丝杠18可以在固定块19中滑动，固定块19连接在主轴3上，平衡滑块14上设置螺纹孔，丝杠18穿入螺纹孔，丝杠18与平衡滑块14设置相互匹配的螺纹，形成电机丝杠18结构，驱动电机17与控制器16电连接，驱动电机17与丝杠18位于主轴3的下侧面，驱动电机17带动丝杠18转动，由于平衡滑块14分别插装有滑杆22和丝杠18，使平衡滑块14不能旋转，从而丝杠18转动和平衡滑块14发生水平移动，从而使平衡滑块14在滑杆22上滑动。
为了使发电装置在上升或者降落时，更稳定的移动，防止叶片在这个过程中转动而影响发电装置的运动方向，制动装置26能够使扇叶在制动后停止于水平位置，优选的技术方案为，所述叶片上设置制动装置26，制动装置26与蓄电池电连接，制动装置26为电磁摩擦式制动器，电磁摩擦式制动器在现有技术中已成熟运用，此处不再赘述。
为了能够更加方便的控制发电装置的高度，优选的技术方案为，地面上设置变压器21，电缆5缠绕在电缆卷盘20上，电缆卷盘20为磁滞式链传动电缆卷筒，电缆5的端头穿过电缆卷盘20的电线出口端并与变压器21电连接，或者通入配电站，通过配电站将电输送至用电设备。
如图1所示，为了防止高空强风吹动发电装置，而导致电缆5脱离电缆卷盘20，同时使电缆卷盘20工作时，电缆5的导向更加稳定，优选的技术方案为，电缆卷盘20上方设置导缆装置，导缆装置包括两组平行设置的四个导向架23，导向架23的形状“匚”形，“匚”形的两端垂直设置在地面上，两组导向架23垂直设置，四个导向架23的中间部分围成方形孔，线缆从四个导向架23中间的方形孔穿过并绕在电缆卷盘20上，每个导向架23的中间杆上都设置导向辊24，导向辊24能够在导向架23上转动，两个相对设置的导向架23之间通过连接杆25连接，使导缆装置的结构更加稳定。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高空风力发电装置，其特征在于，包括：若干个飘浮囊(1)、扇叶(2)和主轴(3)，各飘浮囊(1)对称固定于主轴(3)的两端，扇叶(2)转动设置于主轴(3)中间部位上；主轴(3)上还设置发电机(4)，扇叶(2)和发电机(4)通过齿轮和离合器连接；主轴(3)上设置电缆(5)，电缆(5)与发电机(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述飘浮囊(1)的个数为两个，飘浮囊(1)为环形，飘浮囊(1)的形状为长条形橄榄球状，主轴(3)与两个飘浮囊(1)的轴心相同，扇叶(2)设置在两个飘浮囊(1)之间，电缆(5)设置在主轴(3)的任意一端；扇叶(2)与发电机(4)之间设置变速箱(7)，扇叶(2)的轴心处与变速箱(7)的输入端通过齿轮连接，变速箱(7)的输出端与发电机(4)通过齿轮连接。
3.根据权利要求1所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述扇叶(2)的叶片为两个，两个叶片相对设置。
4.根据权利要求1所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述叶片的直径大于飘浮囊(1)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述电缆(5)为伴热电缆。
6.根据权利要求2所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述电缆(5)与主轴(3)之间设置三角支架(8)，三角支架(8)的其中一个锐角顶点与主轴(3)连接，另一个锐角顶点与电缆(5)连接。
7.根据权利要求6所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述发电机(4)位于靠近电缆(5)的飘浮囊(1)内的主轴(3)正下方；远离电缆(5)的飘浮囊(1)上设置垂直尾翼(9)和相对设置的两个水平尾翼(10)，垂直尾翼(9)与三角支架(8)位于同一平面上，垂直尾翼(9)与水平尾翼(10)相互垂直设置。
8.根据权利要求7所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，远离所述电缆(5)的飘浮囊(1)上设置太阳能板(11)，远离电缆(5)的飘浮囊(1)内部设置蓄电池(12)，蓄电池(12)与太阳能板(11)电连接；垂直尾翼(9)和三角支架(8)上分别设置信号灯(13)，信号灯(13)与蓄电池(12)电连接；主轴(3)下方设置滑杆(22)，滑杆(22)的两端与主轴(3)连接远离电缆(5)的飘浮囊(1)内部的主轴(3)上设置平衡滑块(14)，平衡滑块(14)上设置通孔，滑杆(22)穿入通孔，平衡滑块(14)可以在滑杆(22)上滑动，主轴(3)上设置水平仪(15)，远离电缆(5)的飘浮囊(1)内部设置控制器(16)，控制器(16)分别与蓄电池(12)和水平仪(15)电连接，远离电缆(5)的飘浮囊(1)内部的主轴(3)上设置驱动电机(17)，驱动电机(17)与平衡滑块(14)通过丝杠(18)连接，丝杠(18)与平衡滑块(14)设置相互匹配的螺纹，驱动电机(17)与控制器(16)电连接。
9.根据权利要求8所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，所述叶片设置制动装置(26)，制动装置(26)与蓄电池(12)电连接。
10.根据权利要求1所述的一种高空风力发电装置，其特征在于，地面上设置变压器(21)，电缆(5)缠绕在电缆卷盘(20)上，电缆(5)的端头穿过电缆卷盘(20)的电线出口端并与变压器(21)电连接。
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