CN113915054B - 往复式伞梯发电装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了往复式伞梯发电装置和方法，属于风力发电技术领域，包括通过系留绳依次连接的第一伞梯、第一转向器、第一驱动器、收放器、第二驱动器、第二转向器和第二伞梯；第一转向器用于第一伞梯和第一驱动器之间的系留绳转向；第二转向器用于第二伞梯和第二驱动器之间的系留绳转向；第一伞梯和第二伞梯通过交错升降使系留绳带动第一驱动器和第二驱动器运行；第一驱动器和第二驱动器用于带动发电机发电；收放器用于系留绳收放。本发明的往复式伞梯发电装置和方法，利用第一伞梯和第二伞梯交错升降，使发电机连续发电，发电效率高，能耗低，适应性强，稳定性好。

Description

往复式伞梯发电装置和方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体地说涉及往复式伞梯发电装置和方法。

背景技术

风能由于具有分布广泛、可重复利用和技术成熟等优点，已经成为最具实用性的可再生能源形式之一。传统风能利用方式是通过装有风轮的风力机捕获风能进行发电。目前风力发电机组的风轮大多运行在近地边界层下部，该处年平均风速通常为4～6m/s，风能密度不高，加上风速随机性变化较大，造成了风力发电机组的年发电量和效率较小。而高空中的平均风速较地表大得多，且风速也更加恒定，蕴含的风力资源数量和质量较地表处好得多，在高空捕获风能理论上不受地域限制，只要高度适合，就可以产生足够的电能，适用面很广，且无需塔架和叶片等价格昂贵的部件，单机成本显著降低。这些优点为高空风能发电的发展打下了良好的发展基础。伞梯型飞行发电是通过系留在空中的高升力翼型或风筝，即通常称为空中做功伞，受控往复运动，带动地面发电机转动发电。翼型或风筝只需要负载系留绳的重量，因此可以提高发电效率，是未来风电产业的发展方向之一。

传统伞梯发电系统的发电周期包含发电阶段和耗电阶段，风筝迎风时，在气动力的作用下升空，系绳牵引卷筒转动，带动电机发电，当系绳放到最大长度时，通过改变风筝的攻角，使其处于低升力状态，由辅助电动机驱动卷筒反转，将风筝拉回下一个发电周期的起始位置，如此周期性往复运动。由于需要电动机的辅助收回，传统伞梯发电系统只能间断性发电，发电效率较低，而且能耗高。此外，高空风速较快且风向变化迅速，伞梯在往复运动的过程中容易出现失控或偏离原有运动轨迹的情况，以上原因限制了伞梯型高空风电系统的应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供往复式伞梯发电装置和方法，拟解决现有伞梯发电系统无法连续发电、发电效率低、能耗高、适应性差、不稳定等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

往复式伞梯发电装置，包括通过系留绳依次连接的第一伞梯1、第一转向器2、第一驱动器3、收放器4、第二驱动器5、第二转向器6和第二伞梯7；所述第一转向器2用于第一伞梯1和第一驱动器3之间的系留绳转向；所述第二转向器6用于第二伞梯7和第二驱动器5之间的系留绳转向；所述第一伞梯1和第二伞梯7通过交错升降使系留绳带动第一驱动器3和第二驱动器5运行；所述第一驱动器3和第二驱动器5用于带动发电机发电；所述收放器4用于系留绳收放。

进一步的，还包括主控制器8；所述第一伞梯1包括通过系留绳依次连接第一浮空器9、第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12；所述第一大伞12通过系留绳连接第一转向器2；所述第一浮空器9通过充气产生向上的升力；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12通过风流产生向上的升力；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器8控制；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12在完全张开姿态时受到的升力依次增加。

进一步的，所述第二伞梯7包括通过系留绳依次连接第二浮空器13、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16；所述第二大伞16通过系留绳连接第二转向器6；所述第二浮空器13通过充气产生向上的升力；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16通过风流产生向上的升力；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器8控制；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16在完全张开姿态时受到的升力依次增加。

进一步的，还包括主电源17和主无线模块18；所述主电源17、主无线模块18分别和主控制器8电连接；所述第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16均包括伞控制器19、伞无线模块20、伞电源21、电动伸缩杆22、顶盘23、底盘24、若干个上支撑架25和若干个下支撑架26；所述伞无线模块20、伞电源21、电动伸缩杆22分别和伞控制器19电连接；所述电动伸缩杆22固定端设有顶盘23，伸缩端设有底盘24；若干个上支撑架25一端和若干个下支撑架26一端一一对应铰接；若干个上支撑架25另一端和顶盘23铰接；若干个下支撑架26另一端和底盘24铰接；若干个上支撑架25和若干个下支撑架26外裹有蒙皮；所述主无线模块18和所有的伞无线模块20无线连接。

进一步的，所述第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16上均设有高度传感器27；所述高度传感器27与对应的伞控制器19电连接；所述第一大伞12和第二大伞16上均设有拉力传感器；所述拉力传感器用于监测第一大伞12与第一转向器2之间系留绳上的拉力或第二大伞16与第二转向器6之间系留绳上的拉力；所述第一大伞12的拉力传感器与第一大伞12的伞控制器19电连接；所述第二大伞16的拉力传感器与第二大伞16的伞控制器19电连接。

进一步的，所述第一转向器2和第二转向器6均包括转向箱28；所述转向箱28内设有第一定滑轮29、第二定滑轮30和第三定滑轮31；所述第一定滑轮29位于第二定滑轮30的水平左侧；所述第三定滑轮31位于第二定滑轮30的竖向下侧；所述系留绳依次穿过第一定滑轮29和第二定滑轮30之间、第三定滑轮31和第二定滑轮30之间，且系留绳贴绕在第二定滑轮30上。

进一步的，所述转向箱28顶部设有感应筒32；所述感应筒32内设有两个相对设置的行支架33和两个相对设置的纵支架34；两个行支架33和两个纵支架34围成矩形框；所述系留绳穿过矩形框；一个行支架33上设有若干个排成一排的第一激光发射器35，另一个行支架33上设有若干个和第一激光发射器35一一对应的第一激光接收器36；一个纵支架34上设有若干个排成一排的第二激光发射器37，另一个纵支架34上设有若干个和第二激光发射器37一一对应的第二激光接收器38；所述第一激光发射器35、第一激光接收器36、第二激光发射器37、第二激光接收器38和主控制器8电连接。

进一步的，所述第一驱动器3和第二驱动器5均包括驱动箱39；所述驱动箱39上贯穿有相互平行的输入轴40和输出轴41；所述输入轴40一端固定有第一绞盘42，另一端固定有第二绞盘43；所述第一绞盘42上绕有连向第二定滑轮30和第三定滑轮31之间的系留绳；所述第二绞盘43上绕有连向收放器4的系留绳；所述第一绞盘42和第二绞盘43收放系留绳方向相反；所述驱动箱39内的输入轴40上设有单向齿轮44和单向链轮45；所述驱动箱39内的输出轴41上设有与单向齿轮44啮合的固定齿轮46、与单向链轮45通过链条47连接的固定链轮48；所述单向齿轮44和单向链轮45驱动旋转方向相反；所述输出轴41连接发电机。

进一步的，所述收放器4包括两个与第一驱动器3和第二驱动器5一一对应的收放单元49；所述收放单元49包括控制电机50、第三绞盘51和支架52；所述第三绞盘51设置在支架52上；所述控制电机50的输出轴41通过第一连接器53可拆卸连接第三绞盘51的中心轴的输入端；两个收放单元49的第三绞盘51的中心轴的输出端通过第二连接器54可拆卸连接；所述第三绞盘51上绕有连向对应的第二绞盘43的系留绳；两个收放单元49的第三绞盘51同步转动时，两个第三绞盘51收放系留绳方向相反；所述控制电机50和主控制器8电连接。

往复式伞梯发电方法，采用上述的往复式伞梯发电装置，具体包括上升步骤、正常工作步骤、升力提升步骤、非正常工作步骤和下降步骤；

所述上升步骤具体为：向第一浮空器9和第二浮空器13充气，使第一浮空器9和第二浮空器13上升；当第一浮空器9通过系留绳拉动第一小伞10升空后，主控制器8第一小伞10为完全张开姿态，第一小伞10通过系留绳拉动第一中伞11升空后，主控制器8控制第一中伞11为完全张开姿态，第一中伞11通过系留绳拉动第一大伞12升空后，主控制器8控制第一大伞12为半张开姿态；当第二浮空器13通过系留绳拉动第二小伞14升空后，主控制器8控制第二小伞14为完全张开姿态，第二小伞14通过系留绳拉动第二中伞15升空后，主控制器8控制第二中伞15为完全张开姿态，第二中伞15通过系留绳拉动第二大伞16升空后，主控制器8控制第二大伞16为半张开姿态；当第一伞梯1和收放器4之间的系留绳绷直后，收放器4释放第一伞梯1和收放器4之间的系留绳，使第一伞梯1达到设定工作高度；当第二伞梯7和收放器4之间的系留绳绷直后，收放器4释放第二伞梯7和收放器4之间的系留绳，使第二伞梯7达到设定工作高度；

所述正常工作步骤具体为：当第一伞梯1和第二伞梯7达到设定工作高度后，主控制器8控制第一中伞11和第二中伞15为半张开姿态；主控制器8控制第一大伞12为完全张开姿态，第二大伞16为收缩姿态，第一伞梯1升力大于第二伞梯7升力；第一伞梯1上升，使第一伞梯1通过系留绳带动第一驱动器3正向运行，同时带动收放器4释放第一伞梯1侧的系留绳，收放器4同步收纳第二伞梯7侧的系留绳，使收放器4通过系留绳带动第二驱动器5反向运行，第二伞梯7下降；第一大伞12和第二大伞16达到设定极限高度后，主控制器8控制第二大伞16为完全张开姿态，第一大伞12为收缩姿态，第二伞梯7升力大于第一伞梯1升力；第二伞梯7上升，使第二伞梯7通过系留绳带动第二驱动器5正向运行，同时带动收放器4释放第二伞梯7侧的系留绳，收放器4同步收纳第一伞梯1侧的系留绳，使收放器4通过系留绳带动第一驱动器3反向运行，第一伞梯1下降；第一伞梯1和第二伞梯7通过循环交错升降使系留绳带动第一驱动器3和第二驱动器5不断运行，从而使发电机不断发电；

所述升力提升步骤具体为：在正常工作步骤中，当第一伞梯1和第一转向器2之间的拉力或第二伞梯7和第二转向器6之间的拉力低于设定拉力时，主控制器8控制第一大伞12为完全张开姿态，第二大伞16为收缩姿态时，主控制器8控制第一中伞11为完全张开姿态，第二中伞15为收缩姿态；主控制器8控制第二大伞16为完全张开姿态，第一大伞12为收缩姿态时，主控制器8控制第二中伞15为完全张开姿态，第一中伞11为收缩姿态；当第一伞梯1和第一转向器2之间的拉力或第二伞梯7和第二转向器6之间的拉力不低于设定拉力时，恢复正常工作步骤；

所述非正常工作步骤具体为：当第一伞梯1和第一转向器2之间的系留绳方向或第二伞梯7和第二转向器6之间的系留绳方向超过设定改变频率，则主控制器8控制第一大伞12和第二大伞16为收缩姿态；

所述下降步骤具体为：主控制器8控制第一大伞12和第二大伞16为收缩姿态，第一中伞11和第二中伞15为半张开姿态；收放器4收回第一伞梯1和收放器4之间的系留绳、第二伞梯7和收放器4之间的系留绳；当第一大伞12和第二大伞16低于设定回收高度时，主控制器8控制第一中伞11和第二中伞15为收缩姿态；当第一大伞12和第二大伞16到达地面时，主控制器8控制第一小伞10和第二小伞14为收缩姿态。

本发明的有益效果是：

本发明公开了往复式伞梯发电装置和方法，属于风力发电技术领域，包括通过系留绳依次连接的第一伞梯、第一转向器、第一驱动器、收放器、第二驱动器、第二转向器和第二伞梯；第一转向器用于第一伞梯和第一驱动器之间的系留绳转向；第二转向器用于第二伞梯和第二驱动器之间的系留绳转向；第一伞梯和第二伞梯通过交错升降使系留绳带动第一驱动器和第二驱动器运行；第一驱动器和第二驱动器用于带动发电机发电；收放器用于控制系留绳收放。本发明的往复式伞梯发电装置和方法，利用第一伞梯和第二伞梯交错升降，使发电机连续发电，发电效率高，能耗低，适应性强，稳定性好。

附图说明

图1是本发明往复式伞梯发电装置整体结构示意图；

图2是本发明第一转向器、第一驱动器、收放器、第二驱动器、第二转向器连接结构示意图；

图3是本发明第一转向器和第二转向器结构示意图；

图4是本发明感应筒32俯视示意图，第一激光发射器到第一激光接收器的光线、第二激光发射器到第二激光接收器的光线形成光网；

图5是本发明第一驱动器和第二驱动器结构示意图；

图6是本发明收放器结构示意图；

图7是本发明伞控制器、主控制器控制示意图；

图8是本发明第一小伞、第一中伞、第一大伞、第二小伞、第二中伞或第二大伞从收缩姿态、半张开姿态到完全张开姿态示意图；

附图中：1-第一伞梯、2-第一转向器、3-第一驱动器、4-收放器、5-第二驱动器、6-第二转向器、7-第二伞梯、8-主控制器、9-第一浮空器、10-第一小伞、11-第一中伞、12-第一大伞、13-第二浮空器、14-第二小伞、15-第二中伞、16-第二大伞、17-主电源、18-主无线模块、19-伞控制器、20-伞无线模块、21-伞电源、22-电动伸缩杆、23-顶盘、24-底盘、25-上支撑架、26-下支撑架、27-高度传感器、28-转向箱、29-第一定滑轮、30-第二定滑轮、31-第三定滑轮、32-感应筒、33-行支架、34-纵支架、35-第一激光发射器、36-第一激光接收器、37-第二激光发射器、38-第二激光接收器、39-驱动箱、40-输入轴、41-输出轴、42-第一绞盘、43-第二绞盘、44-单向齿轮、45-单向链轮、46-固定齿轮、47-链条、48-固定链轮、49-收放单元、50-控制电机、51-第三绞盘、52-支架、53-第一连接器、54-第二连接器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。

实施例一：

见附图1。往复式伞梯发电装置，包括通过系留绳依次连接的第一伞梯1、第一转向器2、第一驱动器3、收放器4、第二驱动器5、第二转向器6和第二伞梯7；所述第一转向器2用于第一伞梯1和第一驱动器3之间的系留绳转向；所述第二转向器6用于第二伞梯7和第二驱动器5之间的系留绳转向；所述第一伞梯1和第二伞梯7通过交错升降使系留绳带动第一驱动器3和第二驱动器5运行；所述第一驱动器3和第二驱动器5用于带动发电机发电；所述收放器4用于系留绳收放。由上述结构可知，由于高空中风速高且稳定，第一伞梯1和第二伞梯7大致平行浮在高空中，第一伞梯1和第二伞梯7底部受系留绳拉着，而停留在设定工作高度位置，设定工作高度是人为预先计算设定好的，留足拉第一伞梯1和第二伞梯7的系留绳长度；拉第一伞梯1的系留绳由于是朝上的，所以该系留绳经第一转向器2转为水平方向，这样水平的系留绳移动时可以给第一驱动器3动力，使第一驱动器3驱动一个发电机发电；拉第二伞梯7的系留绳由于是朝上的，所以该系留绳经第二转向器6转为水平方向，这样水平的系留绳移动时可以给第二驱动器5动力，使第二驱动器5驱动另一个发电机发电；发电原理：先控制第一伞梯1升力大于第二伞梯7，此时第一伞梯1开始上升，这样会拉动收放器4释放第一伞梯1侧的系留绳，同时收放器4回收第二伞梯7侧的系留绳，使第二伞梯7下降，此时第一转向器2和收放器4之间的系留绳发生运动，从而带动第一驱动器3驱动一个发电机发电，收放器4和第二转向器6之间的系留绳也发生运动，从而带动第二驱动器5驱动另一个发电机发电；第一大伞12和第二大伞16达到设定极限高度后，即第一大伞12达到最高极限高度，第二大伞16达到最低极限高度，最高极限高度和最低极限高度是人为预先计算设定好的，再控制第二伞梯7升力大于第一伞梯1，此时第二伞梯7开始上升，这样会拉动收放器4释放第二伞梯7侧的系留绳，同时回收第一伞梯1侧的系留绳，使第一伞梯1下降，此时收放器4和第二转向器6之间的系留绳发生运动，带动第二驱动器5驱动另一个发电机发电，第一转向器2和收放器4之间的系留绳也发生运动，从而带动第一驱动器3驱动一个发电机发电；然后循环上述步骤，第一伞梯1和第二伞梯7通过交错升降使系留绳带动第一驱动器3和第二驱动器5不断运行，连续发电；由于一个伞梯的下降是由另一个伞梯上升带动的，所以下降伞梯不需要额外的动力来驱使，达到节约能耗目的，而且可以连续发电，无需间断，发电效率高。

实施例二：

见附图1～8。在实施例一的基础上，还包括主控制器8；所述第一伞梯1包括通过系留绳依次连接第一浮空器9、第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12；所述第一大伞12通过系留绳连接第一转向器2；所述第一浮空器9通过充气产生向上的升力；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12通过风流产生向上的升力；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器8控制；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12在完全张开姿态时受到的升力依次增加。由上述结构可知，由于在地表，风力不足，第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12无法直接靠风的升力上升，导致在上升步骤中，第一伞梯1无法自主上升；所以要设置第一浮空器9，向第一浮空器9充入氦气、氢气等比空气轻的气体，使第一浮空器9带动第一伞梯1整体上升；第一小伞10是紧接着第一浮空器9上升的，第一小伞10的作用是弥补第一浮空器9升力的不足；第一中伞11的作用是在第一伞梯1整体上升时提供升力，以及调整第一伞梯1的升力总值；第一大伞12是第一伞梯1升力的主要动力源；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12均有收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，即每个伞具有三种姿态，能够理解收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态中，伞的投影面积越来越大，也代表着升力越来越大；所述第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12在完全张开姿态时受到的升力依次增加，即完全张开姿态时第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12的投影面积越来越大。第一小伞10、第一中伞11和第一大伞12的姿态通过主控制器8直接或间接控制。

所述第二伞梯7包括通过系留绳依次连接第二浮空器13、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16；所述第二大伞16通过系留绳连接第二转向器6；所述第二浮空器13通过充气产生向上的升力；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16通过风流产生向上的升力；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器8控制；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16在完全张开姿态时受到的升力依次增加。由上述结构可知，由于在地表，风力不足，第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16无法直接靠风的升力上升，导致在上升步骤中，第二伞梯7无法自主上升；所以要设置第二浮空器13，向第二浮空器13充入氦气、氢气等比空气轻的气体，使第二浮空器13带动第二伞梯7整体上升；第二小伞14是紧接着第二浮空器13上升的，第二小伞14的作用是弥补第二浮空器13升力的不足；第二中伞15的作用是在第二伞梯7整体上升时提供升力，以及调整第二伞梯7的升力总值；第二大伞16是第二伞梯7升力的主要动力源；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16均有收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，即每个伞具有三种姿态，能够理解收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态中，伞的投影面积越来越大，也代表着升力越来越大；所述第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16在完全张开姿态时受到的升力依次增加，即完全张开姿态时第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16的投影面积越来越大。第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16的姿态通过主控制器8直接或间接控制。

还包括主电源17和主无线模块18；所述主电源17、主无线模块18分别和主控制器8电连接；所述第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16均包括伞控制器19、伞无线模块20、伞电源21、电动伸缩杆22、顶盘23、底盘24、若干个上支撑架25和若干个下支撑架26；所述伞无线模块20、伞电源21、电动伸缩杆22分别和伞控制器19电连接；所述电动伸缩杆22固定端设有顶盘23，伸缩端设有底盘24；若干个上支撑架25一端和若干个下支撑架26一端一一对应铰接；若干个上支撑架25另一端和顶盘23铰接；若干个下支撑架26另一端和底盘24铰接；若干个上支撑架25和若干个下支撑架26外裹有蒙皮；所述主无线模块18和所有的伞无线模块20无线连接。由上述结构可知，主控制器8控制第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16的原理：以第一中伞11为例，主电源17为主无线模块18和主控制器8供电，主控制器8将变形为收缩姿态、半张开姿态或完全张开姿态的姿态信号通过主无线模块18传递给第一中伞11的伞无线模块20；伞无线模块20将姿态信号传递给伞控制器19，伞控制器19控制电动伸缩杆22伸缩，来实现伞姿态的改变；伞电源21为伞控制器19、伞无线模块20、电动伸缩杆22供电；收缩姿态时，电动伸缩杆22伸到最长，此时顶盘23、底盘24距离最远，若干个上支撑架25和若干个下支撑架26与电动伸缩杆22夹角最小，从而使第一中伞11的投影面积最小，所受到风的升力最小；半张开姿态时，电动伸缩杆22缩回一部分，此时顶盘23、底盘24距离中等，若干个上支撑架25和若干个下支撑架26与电动伸缩杆22夹角中等，从而使第一中伞11的投影面积中等，所受到风的升力中等；完全张开姿态时，电动伸缩杆22缩到最短，此时顶盘23、底盘24距离最短，若干个上支撑架25和若干个下支撑架26与电动伸缩杆22夹角最大，从而使第一中伞11的投影面积最大，所受到风的升力最大；从而实现主控制器8控制第一中伞11的姿态变化，其他伞姿态变化原理相同。伞控制器19、伞无线模块20、伞电源21可以均设置在电动伸缩杆22的固定筒上，即包在蒙皮内。

所述第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16上均设有高度传感器27；所述高度传感器27与对应的伞控制器19电连接；所述第一大伞12和第二大伞16上均设有拉力传感器；所述拉力传感器用于监测第一大伞12与第一转向器2之间系留绳上的拉力或第二大伞16与第二转向器6之间系留绳上的拉力；所述第一大伞12的拉力传感器与第一大伞12的伞控制器19电连接；所述第二大伞16的拉力传感器与第二大伞16的伞控制器19电连接。由上述结构可知，以第一大伞12为例，第一大伞12上的高度传感器27将第一大伞12的高度信息传递给第一大伞12的伞控制器19，然后伞控制器19通过伞无线模块20将第一大伞12的高度信息传递给主无线模块18，主无线模块18将第一大伞12的高度信息传给主控制器8。其他伞的高度信息传递给主控制器8的原理类似，使主控制器8掌握第一小伞10、第一中伞11、第一大伞12、第二小伞14、第二中伞15和第二大伞16的高度信息；伞电源21为高度传感器27和拉力传感器供电。以第一大伞12为例，第一大伞12上的拉力传感器将第一伞梯1下方系留绳拉力信息传递给第一大伞12的伞控制器19，然后伞控制器19通过伞无线模块20将系留绳拉力信息传递给主无线模块18，主无线模块18将系留绳拉力信息传给主控制器8。第二大伞16上的拉力传感器同理将第二伞梯7下方系留绳拉力信息传递给主控制器8。主控制器8掌握第一伞梯1下方系留绳拉力信息和第二伞梯7下方系留绳拉力信息。

所述第一转向器2和第二转向器6均包括转向箱28；所述转向箱28内设有第一定滑轮29、第二定滑轮30和第三定滑轮31；所述第一定滑轮29位于第二定滑轮30的水平左侧；所述第三定滑轮31位于第二定滑轮30的竖向下侧；所述系留绳依次穿过第一定滑轮29和第二定滑轮30之间、第三定滑轮31和第二定滑轮30之间，且系留绳贴绕在第二定滑轮30上。由上述结构可知，转向箱28起到支撑第一定滑轮29、第二定滑轮30和第三定滑轮31的作用；转向箱28的顶部和侧面设有供系留绳穿过的孔；以第一转向器2为例，拉第一伞梯1的系留绳由于是朝上的，所以该系留绳经第一转向器2的第二定滑轮30转为水平方向，即便拉第一伞梯1的系留绳方向变化，由于第一定滑轮29在水平方向的约束以及第三定滑轮31在竖向方向的约束，使得系留绳从第三定滑轮31和第二定滑轮30之间保持水平连向第一驱动器3，这样水平的系留绳移动时可以给第一驱动器3动力，使第一驱动器3驱动一个发电机发电；第二转向器6与第一转向器2原理相同。

所述转向箱28顶部设有感应筒32；所述感应筒32内设有两个相对设置的行支架33和两个相对设置的纵支架34；两个行支架33和两个纵支架34围成矩形框；所述系留绳穿过矩形框；一个行支架33上设有若干个排成一排的第一激光发射器35，另一个行支架33上设有若干个和第一激光发射器35一一对应的第一激光接收器36；一个纵支架34上设有若干个排成一排的第二激光发射器37，另一个纵支架34上设有若干个和第二激光发射器37一一对应的第二激光接收器38；所述第一激光发射器35、第一激光接收器36、第二激光发射器37、第二激光接收器38和主控制器8电连接。由上述结构可知，主控制器8控制第一激光发射器35、第二激光发射器37发射激光；第一激光接收器36、第二激光接收器38将是否接受到激光信息传递给主控制器8；两个行支架33和两个纵支架34围成的矩形框水平设置；第一激光发射器35向对应的第一激光接收器36发出激光，一旦第一激光接收器36未接收到激光，则系留绳停留在该对第一激光发射器35、第一激光接收器36之间，即对系留绳进行了行向定位；第二激光发射器37向对应的第二激光接收器38发出激光，一旦第二激光接收器38未接收到激光，则系留绳停留在该对第二激光发射器37、第二激光接收器38之间，即对系留绳进行了纵向定位；若干个第一激光发射器35发射到对应第一激光接收器36的激光、若干个第二激光发射器37发射到对应第二激光接收器38的激光形成均匀的激光网，通过系留绳遮挡激光进行行向定位和纵向定位，确定了系留绳在矩形框中所停留的具体位置，该位置信息传递给主控制器8；主控制器8自带有计时器，如果在一定时间内系留绳在矩形框中所停留的具体位置变化频率过快，例如设定改变频率为1分钟内位置变化不超过10次，超过10次则判定超过设定改变频率，即位置变化频率过快，则说明伞梯受到非平稳的风的扰动，导致该系留绳不断变化位置，此时应停止正常工作，当第一伞梯1和第一转向器2之间的系留绳方向或第二伞梯7和第二转向器6之间的系留绳方向超过设定改变频率，则主控制器8控制第一大伞12和第二大伞16为收缩姿态，减少风的影响，保护伞梯。

所述第一驱动器3和第二驱动器5均包括驱动箱39；所述驱动箱39上贯穿有相互平行的输入轴40和输出轴41；所述输入轴40一端固定有第一绞盘42，另一端固定有第二绞盘43；所述第一绞盘42上绕有连向第二定滑轮30和第三定滑轮31之间的系留绳；所述第二绞盘43上绕有连向收放器4的系留绳；所述第一绞盘42和第二绞盘43收放系留绳方向相反；所述驱动箱39内的输入轴40上设有单向齿轮44和单向链轮45；所述驱动箱39内的输出轴41上设有与单向齿轮44啮合的固定齿轮46、与单向链轮45通过链条47连接的固定链轮48；所述单向齿轮44和单向链轮45驱动旋转方向相反；所述输出轴41连接发电机。由上述结构可知，第一绞盘42和第二绞盘43收放系留绳方向相反指的是，第一绞盘42释放系留绳，则第二绞盘43回收系留绳，第一绞盘42回收系留绳，则第二绞盘43释放系留绳；单向齿轮44和单向链轮45驱动旋转方向相反指的是，输入轴40驱动单向齿轮44转动，则不会带动单向链轮45转动，输入轴40驱动单向链轮45转动，则不会带动单向齿轮44转动；单向齿轮44为外周带齿轮面的棘轮，单向链轮45为外周带链轮齿的棘轮；当输入轴40顺时针转动时，输入轴40带动单向齿轮44转动，单向齿轮44带动固定齿轮46转动，固定齿轮46带动输出轴41逆时针转动，而此时单向链轮45是松的，无法转动的；当输入轴40逆时针转动时，输入轴40带动单向链轮45转动，单向链轮45通过链条47带动固定链轮48转动，固定链轮48带动输出轴41逆时针转动，而此时单向齿轮44是松的，无法转动的；从而实现输入轴40无论如何转动，输出轴41均朝一个方向转动，输出轴41驱动发电机，实现稳定发电；以第一驱动器3为例，当第一伞梯1升力大于第二伞梯7，此时第一伞梯1开始上升，第二定滑轮30和第三定滑轮31之间的系留绳会向左拉动，此时第一绞盘42会逆时针转动释放系留绳，第二绞盘43也会逆时针转动收回系留绳，从而收放器4释放第一伞梯1侧的系留绳；当第一伞梯1升力小于第二伞梯7，此时第二伞梯7开始上升，收放器4释放第二伞梯7侧的系留绳，回收第一伞梯1侧的系留绳；此时收放器4通过系留绳拉动第二绞盘43顺时针转动释放系留绳，第一绞盘42会顺时针转动回收系留绳，使第一伞梯1被往下拉。

所述收放器4包括两个与第一驱动器3和第二驱动器5一一对应的收放单元49；所述收放单元49包括控制电机50、第三绞盘51和支架52；所述第三绞盘51设置在支架52上；所述控制电机50的输出轴41通过第一连接器53可拆卸连接第三绞盘51的中心轴的输入端；两个收放单元49的第三绞盘51的中心轴的输出端通过第二连接器54可拆卸连接；所述第三绞盘51上绕有连向对应的第二绞盘43的系留绳；两个收放单元49的第三绞盘51同步转动时，两个第三绞盘51收放系留绳方向相反；所述控制电机50和主控制器8电连接。由上述结构可知，在上升步骤中，取下第二连接器54，此时两个收放单元49的第三绞盘51可以独立运行，与第一驱动器3对应的收放单元49中，控制电机50控制第三绞盘51转动，释放第一驱动器3侧的系留绳，从而使第一伞梯1能够上升；与第二驱动器5对应的收放单元49中，控制电机50控制第三绞盘51转动，释放第二驱动器5侧的系留绳，从而使第二伞梯7能够上升；第一伞梯1和第二伞梯7达到设定工作高度后，安装第二连接器54，取下第一连接器53，此时两个收放单元49的第三绞盘51可以同步转动，即第一驱动器3对应的收放单元49的第三绞盘51释放系留绳时，第二驱动器5对应的收放单元49的第三绞盘51回收系留绳；第一驱动器3对应的收放单元49的第三绞盘51回收系留绳时，第二驱动器5对应的收放单元49的第三绞盘51释放系留绳；从而实现第一伞梯1上升，第二伞梯7同步下降；第二伞梯7上升，第一伞梯1同步下降。支架52起到支撑第三绞盘51的作用。

实施例三：

见附图1～8。往复式伞梯发电方法，采用实施例二的往复式伞梯发电装置，具体包括上升步骤、正常工作步骤、升力提升步骤、非正常工作步骤和下降步骤；

所述上升步骤具体为：向第一浮空器9和第二浮空器13充气，使第一浮空器9和第二浮空器13上升；当第一浮空器9通过系留绳拉动第一小伞10升空后，主控制器8第一小伞10为完全张开姿态，第一小伞10通过系留绳拉动第一中伞11升空后，主控制器8控制第一中伞11为完全张开姿态，第一中伞11通过系留绳拉动第一大伞12升空后，主控制器8控制第一大伞12为半张开姿态；当第二浮空器13通过系留绳拉动第二小伞14升空后，主控制器8控制第二小伞14为完全张开姿态，第二小伞14通过系留绳拉动第二中伞15升空后，主控制器8控制第二中伞15为完全张开姿态，第二中伞15通过系留绳拉动第二大伞16升空后，主控制器8控制第二大伞16为半张开姿态；当第一伞梯1和收放器4之间的系留绳绷直后，收放器4释放第一伞梯1和收放器4之间的系留绳，使第一伞梯1达到设定工作高度；当第二伞梯7和收放器4之间的系留绳绷直后，收放器4释放第二伞梯7和收放器4之间的系留绳，使第二伞梯7达到设定工作高度；

所述正常工作步骤具体为：当第一伞梯1和第二伞梯7达到设定工作高度后，主控制器8控制第一中伞11和第二中伞15为半张开姿态；主控制器8控制第一大伞12为完全张开姿态，第二大伞16为收缩姿态，第一伞梯1升力大于第二伞梯7升力；第一伞梯1上升，使第一伞梯1通过系留绳带动第一驱动器3正向运行，同时带动收放器4释放第一伞梯1侧的系留绳，收放器4同步收纳第二伞梯7侧的系留绳，使收放器4通过系留绳带动第二驱动器5反向运行，第二伞梯7下降；第一大伞12和第二大伞16达到设定极限高度后，主控制器8控制第二大伞16为完全张开姿态，第一大伞12为收缩姿态，第二伞梯7升力大于第一伞梯1升力；第二伞梯7上升，使第二伞梯7通过系留绳带动第二驱动器5正向运行，同时带动收放器4释放第二伞梯7侧的系留绳，收放器4同步收纳第一伞梯1侧的系留绳，使收放器4通过系留绳带动第一驱动器3反向运行，第一伞梯1下降；第一伞梯1和第二伞梯7通过循环交错升降使系留绳带动第一驱动器3和第二驱动器5不断运行，从而使发电机不断发电；

所述升力提升步骤具体为：在正常工作步骤中，当第一伞梯1和第一转向器2之间的拉力或第二伞梯7和第二转向器6之间的拉力低于设定拉力时，主控制器8控制第一大伞12为完全张开姿态，第二大伞16为收缩姿态时，主控制器8控制第一中伞11为完全张开姿态，第二中伞15为收缩姿态；主控制器8控制第二大伞16为完全张开姿态，第一大伞12为收缩姿态时，主控制器8控制第二中伞15为完全张开姿态，第一中伞11为收缩姿态；当第一伞梯1和第一转向器2之间的拉力或第二伞梯7和第二转向器6之间的拉力不低于设定拉力时，恢复正常工作步骤；

所述非正常工作步骤具体为：当第一伞梯1和第一转向器2之间的系留绳方向或第二伞梯7和第二转向器6之间的系留绳方向超过设定改变频率，则主控制器8控制第一大伞12和第二大伞16为收缩姿态；

所述下降步骤具体为：主控制器8控制第一大伞12和第二大伞16为收缩姿态，第一中伞11和第二中伞15为半张开姿态；收放器4收回第一伞梯1和收放器4之间的系留绳、第二伞梯7和收放器4之间的系留绳；当第一大伞12和第二大伞16低于设定回收高度时，主控制器8控制第一中伞11和第二中伞15为收缩姿态；当第一大伞12和第二大伞16到达地面时，主控制器8控制第一小伞10和第二小伞14为收缩姿态。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.往复式伞梯发电装置，其特征在于：包括通过系留绳依次连接的第一伞梯(1)、第一转向器(2)、第一驱动器(3)、收放器(4)、第二驱动器(5)、第二转向器(6)和第二伞梯(7)；所述第一转向器(2)用于第一伞梯(1)和第一驱动器(3)之间的系留绳转向；所述第二转向器(6)用于第二伞梯(7)和第二驱动器(5)之间的系留绳转向；所述第一伞梯(1)和第二伞梯(7)通过交错升降使系留绳带动第一驱动器(3)和第二驱动器(5)运行；所述第一驱动器(3)和第二驱动器(5)用于带动发电机发电；所述收放器(4)用于控制系留绳收放；还包括主控制器(8)；所述第一伞梯(1)包括通过系留绳依次连接第一浮空器(9)、第一小伞(10)、第一中伞(11)和第一大伞(12)；所述第一大伞(12)通过系留绳连接第一转向器(2)；所述第一浮空器(9)通过充气产生向上的升力；所述第一小伞(10)、第一中伞(11)和第一大伞(12)通过风流产生向上的升力；所述第一小伞(10)、第一中伞(11)和第一大伞(12)均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器(8)控制；所述第一小伞(10)、第一中伞(11)和第一大伞(12)在完全张开姿态时受到的升力依次增加；所述第一转向器(2)和第二转向器(6)均包括转向箱(28)；所述转向箱(28)内设有第一定滑轮(29)、第二定滑轮(30)和第三定滑轮(31)；所述第一定滑轮(29)位于第二定滑轮(30)的水平左侧；所述第三定滑轮(31)位于第二定滑轮(30)的竖向下侧；所述系留绳依次穿过第一定滑轮(29)和第二定滑轮(30)之间、第三定滑轮(31)和第二定滑轮(30)之间，且系留绳贴绕在第二定滑轮(30)上；所述第一驱动器(3)和第二驱动器(5)均包括驱动箱(39)；所述驱动箱(39)上贯穿有相互平行的输入轴(40)和输出轴(41)；所述输入轴(40)一端固定有第一绞盘(42)，另一端固定有第二绞盘(43)；所述第一绞盘(42)上绕有连向第二定滑轮(30)和第三定滑轮(31)之间的系留绳；所述第二绞盘(43)上绕有连向收放器(4)的系留绳；所述第一绞盘(42)和第二绞盘(43)收放系留绳方向相反；所述驱动箱(39)内的输入轴(40)上设有单向齿轮(44)和单向链轮(45)；所述驱动箱(39)内的输出轴(41)上设有与单向齿轮(44)啮合的固定齿轮(46)、与单向链轮(45)通过链条(47)连接的固定链轮(48)；所述单向齿轮(44)和单向链轮(45)驱动旋转方向相反；所述输出轴(41)连接发电机；所述收放器(4)包括两个与第一驱动器(3)和第二驱动器(5)一一对应的收放单元(49)；所述收放单元(49)包括控制电机(50)、第三绞盘(51)和支架(52)；所述第三绞盘(51)设置在支架(52)上；所述控制电机(50)的输出轴(41)通过第一连接器(53)可拆卸连接第三绞盘(51)的中心轴的输入端；两个收放单元(49)的第三绞盘(51)的中心轴的输出端通过第二连接器(54)可拆卸连接；所述第三绞盘(51)上绕有连向对应的第二绞盘(43)的系留绳；两个收放单元(49)的第三绞盘(51)同步转动时，两个第三绞盘(51)收放系留绳方向相反；所述控制电机(50)和主控制器(8)电连接。

2.根据权利要求1所述的往复式伞梯发电装置，其特征在于：所述第二伞梯(7)包括通过系留绳依次连接第二浮空器(13)、第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)；所述第二大伞(16)通过系留绳连接第二转向器(6)；所述第二浮空器(13)通过充气产生向上的升力；所述第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)通过风流产生向上的升力；所述第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)均具有升力依次增加的收缩姿态、半张开姿态和完全张开姿态，且均通过主控制器(8)控制；所述第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)在完全张开姿态时受到的升力依次增加。

3.根据权利要求2所述的往复式伞梯发电装置，其特征在于：还包括主电源(17)和主无线模块(18)；所述主电源(17)、主无线模块(18)分别和主控制器(8)电连接；所述第一小伞(10)、第一中伞(11)、第一大伞(12)、第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)均包括伞控制器(19)、伞无线模块(20)、伞电源(21)、电动伸缩杆(22)、顶盘(23)、底盘(24)、若干个上支撑架(25)和若干个下支撑架(26)；所述伞无线模块(20)、伞电源(21)、电动伸缩杆(22)分别和伞控制器(19)电连接；所述电动伸缩杆(22)固定端设有顶盘(23)，伸缩端设有底盘(24)；若干个上支撑架(25)一端和若干个下支撑架(26)一端一一对应铰接；若干个上支撑架(25)另一端和顶盘(23)铰接；若干个下支撑架(26)另一端和底盘(24)铰接；若干个上支撑架(25)和若干个下支撑架(26)外裹有蒙皮；所述主无线模块(18)和所有的伞无线模块(20)无线连接。

4.根据权利要求3所述的往复式伞梯发电装置，其特征在于：所述第一小伞(10)、第一中伞(11)、第一大伞(12)、第二小伞(14)、第二中伞(15)和第二大伞(16)上均设有高度传感器(27)；所述高度传感器(27)与对应的伞控制器(19)电连接；所述第一大伞(12)和第二大伞(16)上均设有拉力传感器；所述拉力传感器用于监测第一大伞(12)与第一转向器(2)之间系留绳上的拉力或第二大伞(16)与第二转向器(6)之间系留绳上的拉力；所述第一大伞(12)的拉力传感器与第一大伞(12)的伞控制器(19)电连接；所述第二大伞(16)的拉力传感器与第二大伞(16)的伞控制器(19)电连接。

5.根据权利要求1所述的往复式伞梯发电装置，其特征在于：所述转向箱(28)顶部设有感应筒(32)；所述感应筒(32)内设有两个相对设置的行支架(33)和两个相对设置的纵支架(34)；两个行支架(33)和两个纵支架(34)围成矩形框；所述系留绳穿过矩形框；一个行支架(33)上设有若干个排成一排的第一激光发射器(35)，另一个行支架(33)上设有若干个和第一激光发射器(35)一一对应的第一激光接收器(36)；一个纵支架(34)上设有若干个排成一排的第二激光发射器(37)，另一个纵支架(34)上设有若干个和第二激光发射器(37)一一对应的第二激光接收器(38)；所述第一激光发射器(35)、第一激光接收器(36)、第二激光发射器(37)、第二激光接收器(38)和主控制器(8)电连接。

6.往复式伞梯发电方法，其特征在于：采用如权利要求2所述的往复式伞梯发电装置，具体包括上升步骤、正常工作步骤、升力提升步骤、非正常工作步骤和下降步骤；

所述上升步骤具体为：向第一浮空器(9)和第二浮空器(13)充气，使第一浮空器(9)和第二浮空器(13)上升；当第一浮空器(9)通过系留绳拉动第一小伞(10)升空后，主控制器(8)第一小伞(10)为完全张开姿态，第一小伞(10)通过系留绳拉动第一中伞(11)升空后，主控制器(8)控制第一中伞(11)为完全张开姿态，第一中伞(11)通过系留绳拉动第一大伞(12)升空后，主控制器(8)控制第一大伞(12)为半张开姿态；当第二浮空器(13)通过系留绳拉动第二小伞(14)升空后，主控制器(8)控制第二小伞(14)为完全张开姿态，第二小伞(14)通过系留绳拉动第二中伞(15)升空后，主控制器(8)控制第二中伞(15)为完全张开姿态，第二中伞(15)通过系留绳拉动第二大伞(16)升空后，主控制器(8)控制第二大伞(16)为半张开姿态；当第一伞梯(1)和收放器(4)之间的系留绳绷直后，收放器(4)释放第一伞梯(1)和收放器(4)之间的系留绳，使第一伞梯(1)达到设定工作高度；当第二伞梯(7)和收放器(4)之间的系留绳绷直后，收放器(4)释放第二伞梯(7)和收放器(4)之间的系留绳，使第二伞梯(7)达到设定工作高度；

所述正常工作步骤具体为：当第一伞梯(1)和第二伞梯(7)达到设定工作高度后，主控制器(8)控制第一中伞(11)和第二中伞(15)为半张开姿态；主控制器(8)控制第一大伞(12)为完全张开姿态，第二大伞(16)为收缩姿态，第一伞梯(1)升力大于第二伞梯(7)升力；第一伞梯(1)上升，使第一伞梯(1)通过系留绳带动第一驱动器(3)正向运行，同时带动收放器(4)释放第一伞梯(1)侧的系留绳，收放器(4)同步收纳第二伞梯(7)侧的系留绳，使收放器(4)通过系留绳带动第二驱动器(5)反向运行，第二伞梯(7)下降；第一大伞(12)和第二大伞(16)达到设定极限高度后，主控制器(8)控制第二大伞(16)为完全张开姿态，第一大伞(12)为收缩姿态，第二伞梯(7)升力大于第一伞梯(1)升力；第二伞梯(7)上升，使第二伞梯(7)通过系留绳带动第二驱动器(5)正向运行，同时带动收放器(4)释放第二伞梯(7)侧的系留绳，收放器(4)同步收纳第一伞梯(1)侧的系留绳，使收放器(4)通过系留绳带动第一驱动器(3)反向运行，第一伞梯(1)下降；第一伞梯(1)和第二伞梯(7)通过循环交错升降使系留绳带动第一驱动器(3)和第二驱动器(5)不断运行，从而使发电机不断发电；

所述升力提升步骤具体为：在正常工作步骤中，当第一伞梯(1)和第一转向器(2)之间的拉力或第二伞梯(7)和第二转向器(6)之间的拉力低于设定拉力时，主控制器(8)控制第一大伞(12)为完全张开姿态，第二大伞(16)为收缩姿态时，主控制器(8)控制第一中伞(11)为完全张开姿态，第二中伞(15)为收缩姿态；主控制器(8)控制第二大伞(16)为完全张开姿态，第一大伞(12)为收缩姿态时，主控制器(8)控制第二中伞(15)为完全张开姿态，第一中伞(11)为收缩姿态；当第一伞梯(1)和第一转向器(2)之间的拉力或第二伞梯(7)和第二转向器(6)之间的拉力不低于设定拉力时，恢复正常工作步骤；

所述非正常工作步骤具体为：当第一伞梯(1)和第一转向器(2)之间的系留绳方向或第二伞梯(7)和第二转向器(6)之间的系留绳方向超过设定改变频率，则主控制器(8)控制第一大伞(12)和第二大伞(16)为收缩姿态；

所述下降步骤具体为：主控制器(8)控制第一大伞(12)和第二大伞(16)为收缩姿态，第一中伞(11)和第二中伞(15)为半张开姿态；收放器(4)收回第一伞梯(1)和收放器(4)之间的系留绳、第二伞梯(7)和收放器(4)之间的系留绳；当第一大伞(12)和第二大伞(16)低于设定回收高度时，主控制器(8)控制第一中伞(11)和第二中伞(15)为收缩姿态；当第一大伞(12)和第二大伞(16)到达地面时，主控制器(8)控制第一小伞(10)和第二小伞(14)为收缩姿态。

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