CN110454327A - 一种风筝发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风筝发电装置，包括风筝组件1、动力组件及地面控制台14，其特征是：动力组件主要由单臂支架滑轮4、4‑1、若干动力风筝5及动力线10等组成，具体的，至少有两个单臂滑轮与动力线10组成闭合的，可循环滑轮组，动力线上系有多个动力风筝5并拖动动力线10绕两单臂滑轮循环运动，同时带动滑轮3、3‑1转动，滑轮3、3‑1可以是盘式发电机，该装置结构简单，使用方便，船上、水下皆可使用，理论上动力风筝可以做的很大，可达上百平米，该装置可安装于目前在用的地面风力发电机，将桨叶更换成滑轮便可使发电功率提高几倍至几十倍。

Description

一种风筝发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用高空风能的动力装置，特别是一种利用风筝发电的装置。

背景技术

目前公知的技术有双风筝往复拖动绳索技术，旋转木马技术，伞梯技术及空中滚轮技术等，以上技术都由于结构庞大，系统复杂，不易控制等缺点仍在实验中。

美国专利U.S.6072245公开了一种风能利用装置，包括连接于形成环形的高强度绳索的多个风筝；风筝在风的作用下拖动绳索沿滚轮做循环运动，滚轮在转动过程中发电，上述专利使用的牵引风筝由于结构原因，需要使用双线牵引风筝，即风筝拉线均为双线风筝，且两根拉线固定在滑轮轴的两端，即使用的是双支架滑轮结构，是该类发明的基本结构，这种结构使产生动力的风筝从牵引风筝的两根拉线中穿过，这种结构容易造成风筝线间的相互缠绕，而且如若使动力增大，则必须使动力风筝面积增大，这样必然使滚轮(或滑轮)体积增大，重量增加，操控困难，而且由于角动量的存在，会使环形绳索横向转动导致绳索打拧，从而使整个系统难以运行。

中国专利CN102654102A对上述系统进行了改进，但仍然无法解决角动量问题，从而导致滑轮横向转动拧麻花。

发明内容

为了解决上述问题，优化设计结构、降低制造成本，改进目前公知的技术缺陷，本发明公开了一种新的风筝发电装置。

本发明涉及一种风筝发电装置，包括风筝组件1、动力组件及地面控制台14，其特征是：动力组件主要由单臂支架滑轮4、4-1、若干动力风筝5及动力线10等组成，具体的，至少有两个单臂滑轮4、4-1与动力线10组成闭合的，可循环滑轮组，动力线上系有多个动力风筝5，风筝5由风筝拉线8、间距保持线(间距线)7及导向线6固定于动力线10上并拖动动力线绕两单臂滑轮循环运动，同时带动滑轮3、3-1转动，滑轮3、3-1在转动过程中发电，滑轮3、3-1可以是盘式发电机。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：优选的，牵引风筝组件1为三线控制，即三线控制时拉线2、2-1-1、2-1-2被地面控制台上的拖动设备11、18、18-1控制；五线控制时牵引风筝1被拉线2、2-1-1、2-1-2、2-1-3及2-1-4拖动，并由拖动设备11、12、13、18、18-1控制，拖动设备12、13、18、18-1下可设置导轨17并沿导轨移动。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的单臂支架滑轮4可做成大型单臂支架并配有多个小滑轮3代替单个大滑轮。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：地面控制台14可参照吊车平台并安装于吊车上。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的下单臂滑轮4-1可以是双滑轮3-1、3-2，其中滑轮3-2通过动力线(或传动线)10-1与滑轮3-3组成滑轮组，并带动电机18发电。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的动力线10及10-1上可系有长条水袋19，地面控制台的滑轮3-3可置于水下。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：各实施例可相互借鉴参考。

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：滑轮支架两侧的小滑轮3及张紧轮9在支架侧可加装风扇叶片，目的是风扇叶片旋转时产生的推力抵消自身角动量

本发明所述的风筝发电装置，其特征是：该发电装置可置于水下利用洋流发电及采矿。

本发明和现有技术相比其特征在于：利用至少两个单臂滑轮4、4-1与动力线10连接起来，利用已固定好的动力风筝5拖动动力线10，即完成了该动力系统的基本要求，极大的简化了系统结构，动力风筝5的外向力克服了滑轮转动时的角动量，控制牵引绳索2-1-1、2-1-2、2-1-3、2-1-4直接连接在单臂滑轮4、4-1支架两侧可辅助克服滑轮的横向转动，动力风筝5事先被拉线8、间距线7及导向线6调整固定好，因此结构简单，操作方便，克服了两侧风筝相互缠绕打架问题，静态侧与动态侧相互连接又各司其职，只需将风筝飞上天，便可自行运转；该装置可利用现有的地面风力发电机，如：将桨叶去掉，换上滑轮，便可构成地面单臂支架滑轮4-1，即可实现在现有的风力发电机基础上功率提升几倍至几十倍，该装置原理简单、易于安装、动力强劲，操作方便，与目前的风力发电机相比具有很强的优势，可产生巨大的经济效益并保护环境。

附图说明：

参照附图通过一些作为非限定性例子提供的优选实施例更好地描述本发明，其中：

图1为本发明风筝发电装置基本原理示意图。

图1-1为本发明风筝发电装置侧视示意图。

图2为三线控制牵引风筝发电装置及控制器示意图。

图2-1为五线控制风筝发电装置示意图。

图3为设有地面塔架式控制台的风筝发电装置示意图。

图3-1为设有地面塔架式控制台的风筝发电装置侧视示意图。

图4为两滑轮组接力式风筝发电装置组合示意图。

具体实施方式：

见图1，本发明由风筝组件1、动力组件及地面控制台14组成。参照图1，牵引风筝1通过下方牵引线2连接动力组件，动力组件主要由单臂支架滑轮4、4-1，若干动力风筝5、张紧轮9及动力线10等组成，具体的，至少有两个单臂滑轮4、4-1与动力线10组成闭合的，可循环滑轮组，类似目前在用的传送带结构，动力线10上系有多个动力风筝5，风筝5由风筝拉线8、间距保持线(间距线)7及起飞导向线6固定于动力线10上并拖动动力线绕两单臂滑轮4、4-1循环运动，同时带动滑轮3、3-1转动，滑轮3、3-1在转动过程中发电，滑轮3、3-1可以是盘式发电机；风筝拉线8，导向线6及动力线10构成平面三角型的稳定结构，间距线7与动力线10、导向线6构成上三角形，与动力线10、拉线8构成下三角形，目的是风筝绕过上、下滑轮时，起到辅助稳定风筝作用。

牵引风筝1的拉线2下端系于上单臂滑轮4支架的上顶端，地面拉线2上端连接单臂滑轮4-1支架的下顶端，地面拉线2的下端连接控制台拖动设备(如：卷扬机)11，当风筝1升起后，两单臂滑轮4、4-1与动力线10组成的滑轮组被牵引风筝1自动拉紧，并具有自动张紧功能，此时动力线10即充当了牵引线的功能，又充当了动力线功能，并在动力风筝的5拉动下沿两滑轮3、3-1循环运动，单臂支架滑轮4、4-1上可设有防脱落压轮9，其作用相当于张紧轮。

所述的单臂支架滑轮4、4-1是相对于双臂支架滑轮而言，通常我们所用的滑轮支架是双臂支架，即滑轮轴的两端被滑轮支架固定，目的是平衡重心、增大拉力及稳定性，而本发明只使用单侧滑轮支架，目的是使系在动力线(即传送带)10上的风筝5可顺利绕过滑轮，如果使用双臂支架滑轮，风筝线被滑轮支架阻挡，便无法达到上述效果，这种单臂滑轮组结构类似于架空索道，单臂滑轮支架的长度以风筝起飞后，牵引线2拉动单臂滑轮4、4-1时不会将滑轮拽翻为宜。

动力风筝5在运行过程中为防止上行风筝与下行风筝相互缠绕及碰撞，一是需要调整风筝的提线或拉线，在采用双拉线风筝时，见图1中的双拉线8，缩短双拉线8右侧拉线，可使风筝向顺时针方向旋转，反之风筝向逆时针方向旋转，旋转的幅度被间距保持线7及导向线6限定，使风筝5保持与动力线10一定距离不碰触，即动力风筝5只能沿着动力线10的轨迹移动，其限定的位置为以风筝5不越过动力线10为宜，即动力风筝无论在上行线上运行，还是在下行线运行，都是沿顺时针运动方向趋势倾斜，即向动力线10的外侧倾斜，保证上行风筝与下行风筝不碰触、不缠绕；牵引线2与动力线10使用高强度绳索如：碳纤维或高强度聚乙烯纤维等；采用单拉线风筝时如：领航风筝，调整左右提线可使风筝左右偏转，调整上提线或下提线时，可使风筝增大或缩小风筝仰角α(见图1-1)

为使动力风筝5的正面(即迎风口面)不碰触动力线10，还需要风筝与动力线保持一定的仰角α(见图1-1)，此时可调整风筝的上下提线即可，加长上提线或缩短下提线，都可使风筝的仰角α增大，而增大的幅度也被间距线7及导向线6所限定，间距线7与导向线6的条数可设置1至3根(见图2左侧风筝导向线6及间距线7)，其作用类似风筝的提线，在风筝运行过程及上行变下行，绕过上、下滑轮时保持稳定性。

起飞导向线(或倒向线)6的作用是，当牵引风筝起飞后，动力风筝可以被立即张开；当导向线6绕过上滑轮3时，便将动力风筝5向下拉，避免了动力风筝5到达顶端时不转向而仍然向上拉动的结果，导向线6绕过下滑轮3-1道理同上。

图1-1出示了动力组件侧视效果图，为了便于理解，人为将该结构分成左右两个部分，左侧的为牵引风筝1，上、下牵引线2及上下单臂滑轮4、4-1的支架构成了静态侧，右侧的滑轮3、3-1，动力线10与动力风筝5构成动态侧，在发电风筝整个运行过程中左侧的静态侧负责将风筝系统悬浮于空中，右侧的动态侧负责获取风能带动滑轮发电机转动，两侧独立运行又相互依存，由于动力风筝5的形态由拉线8与提线上的调整，风筝5上、下运行过程中始终受到顺时针的外向力，因此不会导致上、下运行的风筝相互碰撞，又由于动力线10两侧风筝都有向外侧运动趋势，以及风筝上下提线控制仰角α，使两侧动力风筝都有向远离动力线10趋势，因此克服了滑轮3角动量导致的横向旋转问题，因此降低了出现动力线拧麻花现象。

克服角动量有主要三种方法，一是通过地面控制系统，拖动设备12、13、18、18-1沿导轨移动(图2-1)，其对应的牵引绳索2-1-1、2-1-2、2-1-3、2-1-4对单臂滑轮4、4-1支架产生的侧拉力可抗拒角动力的部分扭力；另外一种克服角动量的方法，就是在单臂滑轮4、4-1支架的一侧系上尾漂，也可抵消部分角动量带来的扭力，但同时也给风筝线缠绕带来可能性；还有一种克服角动量的办法是在单臂滑轮支架上两侧小滑轮3和(或)张紧轮9上加风扇叶片，风扇叶片在转动过程中产生的风推力抵消一部分角动量。

图2出示了一种三线牵引风筝实施例，单臂支架滑轮4采用大型支架配多个小滑轮3(图上显示为5个小滑轮)，牵引风筝线2-1、2-2长度为事先固定好，以不影响动力风筝5绕行上滑轮3及对牵引风筝的风力扰动为宜，通常长度在30米以上，动力风筝越大，牵引风筝线2-1、2-2越长；上滑轮3采用多个小滑轮固定在一个大的单臂滑轮4的支架上，其优点是减轻重量、受力分散，三线风筝的优点是当瞬时风速增加过快时，地面控制系统感应到绳索拉力过大，拖动设备(如：卷扬机)18及18-1自动放松两侧拉线2-1-1及2-1-2，或卷扬机11只要收紧中间拉线2，使风筝1两翼向上折起(图2-1)，从而使风筝1卸力，降低拉升力，防止拉断风筝线；通过控制拉线2、2-1-1、2-1-2及旋转底盘14，可控制牵引风筝的展开与折起，达到动态平衡及风筝的飞行。

图2-1出示了五线牵引风筝1的两翼向上折起时的情景，同时放松拉线2-1-1、2-1-2、2-1-3、2-1-4，风筝两翼向上折起，风筝卸力，或收紧拉线11可达到同样效果；通过控制三线或五线牵引风筝及旋转底盘14，可控制风筝的飞行，如：使牵引风筝绕8字飞行等，其原理与目前手动操控双线、四线软体风筝相同；牵引风筝1可采用多个风筝串连以增大升力；拖动设备12、13、18、18-1、可在滑道17上移动，主要目的是克服滑轮角动量及控制飞行。

图3为一种地面塔架式单臂支架滑轮，下滑轮3-1被固定在单侧臂支架15上并与底盘14固定，单侧臂支架15如同一个吊车臂，作用原理与单臂支架滑轮4相同，液压杆16的调整使支架15上的滑轮3-1保持与动力线10在相同角度，目的是防止动力线10从滑轮3-1上脱落；整个装置外形更像一个可旋转的吊车底盘，该设计方案可将风筝发电装置安装于吊车平台，此方法便于野外流动作业时取电，另外，塔架式单臂支架滑轮可做成大型摩天轮。

图3-1地面塔架式单臂支架滑轮侧视图，支架15如同吊车臂并与液压支撑杆16一同安装于底盘14上，通过控制底盘旋转及拉线2-1-3、2-1-4调整风筝在空中位置，防止各风筝发电装置互相缠绕。

在图4实施例中，出示了一种滑轮组接力法风筝发电装置，在现实场景中，通常能使风筝扬满帆工作的条件是在500米以上高空，而500米以下风筝获能不够，因此可以采用滑轮组接力的办法来节省动力风筝用量，即500米以下采用传送带方式，500米以上采用系有动力风筝的动力线方式，在下单臂滑轮4-1支架上并入一个滑轮3-2，从而构成双滑轮，双滑轮相互固定，同步运转，其中滑轮3-2与地面滑轮3-3及传动线(传送带)10-1构成新的单臂支架滑轮组，带动滑轮3-3旋转，并使其与之相连的发电机20发电。

传动线10-1上可系有若干长条水囊19，当去掉发电机后，将滑轮3-3置于水下，便可用水囊盛水，之后带入高空自动投下，用途是消防灭火，切断火路；也可用于人工降雨及农田灌溉。

该装置可用于洋流发电，只需将风筝面料加厚或换成硬翅风筝，即可采用同样原理在海洋中使用，如：牵引风筝由船舶平台代替，动力组件沉入海底矿床即可海底发电并提供采矿动力及运输。

该装置还可用于海底采矿，例如：将动力线10、10-1换成钢缆，动力线10或10-1上的水囊19换成金属斗，便可将海底矿石提升到所需高度；风筝面料加厚或换成硬翅风筝时，底部滑轮3-1发电机即可提供采矿电力，金属斗便成为运输或挖掘工具，海面平台上空使用风筝发电装置为平台提供工作及生活电力。

为方便回收风筝，可能需要将动力风筝5与动力线10分离，此时可采用缆车索道技术，按照相同原理，即可将动力风筝与动力线分离。

将该装置安装于船上，顺风、逆风都可提供动力，以上各实施例可相互借鉴参考组合。

技术优点：该装置结构简单，使用方便，船上、水下、陆地皆可使用，理论上动力风筝可以做的很大，可达上百平米，相对比双臂滑轮(滚轮)风筝无法做的很大，该装置可安装于目前在用的地面风力发电机，使发电功率提高几倍至几十倍，产生巨大的经济效益。

最后应当说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风筝发电装置，包括风筝组件(1)、动力组件及地面控制台(14)，其特征是：动力组件主要由单臂支架滑轮(4)、(4-1)、若干动力风筝(5)及动力线(10)等组成，具体的，至少有两个单臂滑轮与动力线(10)组成闭合的，可循环滑轮组，动力线上系有多个动力风筝(5)，风筝(5)由风筝拉线(8)、间距线(7)及导向线(6)固定于动力线(10)上并拖动动力线绕两单臂滑轮循环运动，同时带动滑轮(3)、(3-1)转动，滑轮(3)、(3-1)可以是盘式发电机。

2.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：优选的，牵引风筝组件1为三线控制，即三线控制时拉线(2)、(2-1-1)、(2-1-2)被地面控制台上的拖动设备(11)、(18)、(18-1)控制。

3.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：牵引风筝组件1为五线控制时，风筝拉线(2)、(2-1-1)、(2-1-2)、(2-1-3)、(2-1-4)被地面控制台(14)上的拖动设备(11)、(12)、(13)、(18)、(18-1)控制，拖动设备下可设置导轨(17)并可使拖动设备沿导轨移动。

4.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的单臂支架滑轮(4)可做成大型单臂滑轮架，并由多个小滑轮(3)代替单个大滑轮。

5.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：地面控制台(14)可参照吊车平台并安装于吊车上。

6.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的下滑轮(4-1)可以是双滑轮(3-1)、(3-2)，其中滑轮(3-2)通过动力线(10-1)与滑轮(3-3)组成滑轮组，并带动电机(20)发电。

7.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：动力组件中的动力线(10)及(10-1)上可系有长条水袋或采矿斗(19)。

8.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：地面控制台的滑轮(3-3)可置于水下。

9.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：单臂支架滑轮(4)上的两侧小滑轮(3)和(或)张紧轮(9)上可安装风扇叶片。

10.根据权利要求1所述的风筝发电装置，其特征是：该发电装置可置于水下利用洋流能量发电及采矿运输。