CN114753966B - 一种风筝发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风筝发电系统，涉及风力发电技术领域；包括角点设备和传动设备，角点设备用于连接稳定拉索；传动设备包括第一拉索卷轴、第一转矩分解合成装置、第一姿态控制机构、第二拉索卷轴和第二姿态控制机构；第一转矩分解合成装置的第一传动轴与第一拉索卷轴传动连接，第一姿态控制机构输出端与第一转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，用于控制风筝角点位置；第二拉索卷轴与第四转矩分解合成装置的第一传动轴传动连接，第四转矩分解合成装置的第三传动轴与第二姿态控制机构的输出端传动连接，用于稳定风筝的，第一转矩分解合成装置的第三传动轴和第四转矩分解合成装置的第二传动轴与发电轴传动连接，本发明可稳定的输出发电功率。

Description

一种风筝发电系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风筝发电系统。

背景技术

目前，国内的电力约80％来于火力发电、15％来于水力发电、4％来于核电、仅1％来于风能和太阳能发电。火力发电的燃煤资源有限，而且会排放大量污染气体，引起环境污染和温室效应，不利于可持续发展。风能是一种清洁可再生能源，而我们幅员辽阔，风能丰富，若能够提供对风能的利用率，可有效改善环境污染和温室效应问题。

现有的风力发电有两类，一种是在地面架设风车，以通过地面风吹动风车发电，对风力大小和方向有比较高的要求；另一种是高空发电(风筝或升降伞)，通过姿态调整装置条件风筝的姿态，使得风筝在风力作用下上升，通过风筝的上升的拉力带动发电机运转，进行发电，然后通过控制风筝的形态，由卷扬设备下拉风筝，以循环进行发电。但是，现有的风筝发电系统稳定性差，形成阵列容易发生交缠，不容易形成规模，其通过风筝的主体拉索进行间隙性发电，输出的发电功率稳定性较差。

发明内容

针对现有风力发电风筝稳定性差，容易发生交缠，以及输出的发电功率稳定性较差的技术问题；本发明提供了一种添加稳定拉索的风筝发电系统，可使主体拉索发电机构、稳定拉索控制机构和发电机处于轮流交替做功的状态，使整个系统获得相对稳定的输出功率。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种风筝发电系统，包括角点设备和传动设备，所述角点设备用于连接风筝的稳定拉索，并将其通过滑轮转接到传动设备，所述传动设备包括并排的多组第一拉索传动结构和第二拉索传动结构；第一拉索传动结构包括第一拉索卷轴、第一转矩分解合成装置、第一姿态控制机构；第二拉索传动结构包括第二拉索卷轴、第四转矩分解合成装置和第二姿态控制机构；所述第一转矩分解合成装置包括第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，且所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴中，任意两轴的转矩可合成到另一轴输出、任一轴的转矩可分解到另外两轴输出；所述第一拉索卷轴用于收卷主体拉索，所述第一转矩分解合成装置的第一传动轴与所述第一拉索卷轴传动连接，所述第一转矩分解合成装置的第三传动轴用于与发电轴传动连接，所述第一姿态控制机构输出端与所述第一转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，所述第一姿态控制机构用于控制风筝角点位置；所述第二拉索卷轴用于收卷稳定拉索，且所述第二拉索卷轴与第四转矩分解合成装置的第一传动轴传动连接，所述第四转矩分解合成装置的第三传动轴与第二姿态控制机构的输出端传动连接，所述第二姿态控制机构用于稳定风筝的姿态，所述第四转矩分解合成装置的第二传动轴用于与发电轴传动连接。

本发明提供的一种风筝发电系统，在使用时，将用于发电的风筝各角点连接的主体拉索绕设在第一拉索卷轴上、将发电机通过发电轴与第一转矩分解合成装置的第三传动轴传动连接、将用于稳定风筝姿态的稳定拉索饶设在第二拉索卷轴上，使得发电机、用于控制风筝角点位置的第一姿态控制机构和用于收卷主体拉索的第一拉索卷轴，通过第一转矩分解合成装置传动连接，发电机、用于稳定风筝姿态的第二姿态控制机构和用于收卷主体拉索的第二拉索卷轴，通过第四转矩分解合成装置传动连接，而转矩分解合成装置的任意两个转矩决定另一个转矩。

在用于发电的风筝上升时(主体拉索做功)，主体拉索带动第一拉索卷轴沿其自身轴线转动，第一姿态控制机构保持待机状态、第一转矩分解合成装置的第二传动轴固定，此时，第一转矩分解合成装置的行星轮受其第二传动轴的限制，公转弧长必须和在第二传动轴上的自转弧长相等反向，因此，由第一传动轴输入转矩按对应比值分配到行星轮自转和公转上，即将公转传递到第三传动轴，从而将第一拉索卷轴的转矩传递给发电轴，以带动发电机发电。

在风筝姿态不稳定时，稳定拉索的长度发生变化，从而带动第二拉索卷轴沿其自身轴线转动，而第二姿态控制机构输出端与第四转矩分解合成装置的第三传动轴传动连接、第四转矩分解合成装置的第二传动轴与发电轴传动连接，且第一转矩分解合成装置的第三传动轴与发电轴传动连接，实现风筝稳定拉索和主体拉索整体同步，避免稳定拉索长度超过主体拉索，而导致风筝旋转交缠。并通过第二拉姿态控制组件稳定风筝的姿态，与此同时，稳定拉索输出力矩带动发电轴转动，从而进行发电，进一步提高风能的利用率。

当需要控制风筝的姿态时，由第一拉索卷轴和第一姿态控制机构同时输入力矩给第一转矩分解合成装置，第一转矩分解合成装置的第二传动轴和第一传动轴同时作用在行星轮上，并通过第一转矩分解合成装置的第三传动轴输出，从而在对风筝姿态进行控制的同时，第一转矩分解合成装置也能够带动发电轴进行发电。

综上，本发明提供的风筝发电系统，可使主体拉索发电机构、稳定拉索控制机构和发电机处于轮流交替做功的状态，使整个系统获得相对稳定的输出功率。

在一可选的实施方式中，所述第一姿态控制机构包括第二转矩分解合成装置、第一横向调节轴和第一纵向调节轴；所述第二转矩分解合成装置的第三传动轴与所述第一转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，所述第二转矩分解合成装置的第一传动轴与所述第一横向调节轴传动连接，所述第二转矩分解合成装置的第二传动轴与所述第一纵向调节轴传动连接。

由于第一横向调节轴与第二转矩分解合成装置的第一传动轴的第一传动轴传动相连、第一纵向调节轴与第二转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，因此，第一横向调节轴和第一纵向调节轴输出的力矩，通过第二转矩分解合成装置合成后传递给第一转矩分解合成装置的第二传动轴，以根据用于发电的风筝角点位置与第一横向调节轴和第一纵向调节轴相对夹角不同，按照各自夹角余弦值传动比传动，将风筝角点的二维平面分布映射到第一横向调节轴和第一纵向调节轴上。而余弦值有正负，相应传动有正向反向之分，使得与主体拉索方向一致的拉力，在映射到第一横向调节轴和第一纵向调节轴上时实现正负相对平衡，因此主体拉索输入的功率不会传动给第一姿态控制机构，从而实现功率和控制分离。

在一可选的实施方式中，还包括第三转矩分解合成装置；所述第三转矩分解合成装置的第一传动轴与所述第一转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，所述第三转矩分解合成装置的第三传动轴与所述第二转矩分解合成装置的第三传动轴传动连接；所述第三转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接有第一姿态控制组件，所述第一姿态控制组件用于修正主体拉索的长度控制误差。通过第三转矩分解合成装置传动连接第一转矩分解合成装置和第二转矩分解合成装置，并引入第一姿态控制组件，可通过第一姿态控制组件微调主体拉索的长度，从而消除控制误差。

在一可选的实施方式中，所述第一横向调节轴和所述第一纵向调节轴平行设置，且所述第一横向调节轴长度方向与所述第一拉索卷轴长度方向相互垂直。以便于减小装置的体积，同时便于通过第一横向调节轴和第一纵向调节轴控制所有第一拉索卷轴的正反转。

在一可选的实施方式中，所述第二姿态控制机构包括第五转矩分解合成装置、第二横向调节轴和第二纵向调节轴；所述第五转矩分解合成装置的第三传动轴与所述第四转矩分解合成装置的第三传动轴传动连接，所述第五转矩分解合成装置的第一传动轴与所述第二横向调节轴传动连接，所述第五转矩分解合成装置的第二传动轴与所述第二纵向调节轴传动连接。

由于第二横向调节轴与第五转矩分解合成装置的第一传动轴的第一传动轴传动相连、第二纵向调节轴与第五转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，因此，第二横向调节轴和第二纵向调节轴输出的力矩，通过第五转矩分解合成装置合成后传递给第四转矩分解合成装置的第三传动轴，以根据自风筝角点位置与第二横向调节轴和第二纵向调节轴相对夹角不同，按照各自夹角余弦值传动比传动，将风筝角点的二维平面分布映射到第二横向调节轴和第二纵向调节轴两轴上。而余弦值有正负，相应传动有正向反向之分，使得稳定拉索方向一致的拉力，在映射到第二横向调节轴和第二纵向调节轴上时实现正负相对平衡，稳定拉索和主体拉索一致的输入功率会通过第四转矩分解合成装置传动到发电轴，因此稳定拉索通过相对长度的变化输入的功率同时传动到第二姿态调机构和发电轴，实现输入功率的分离。

在一可选的实施方式中，还包括第六转矩分解合成装置；所述第六转矩分解合成装置的第一传动轴与所述第四转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，所述第六转矩分解合成装置的第三传动轴用于与发电轴传动连接；所述第六转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接有第二姿态控制组件，所述第二姿态控制组件用于修正稳定拉索的长度控制误差。通过第六转矩分解合成装置传动连接第四转矩分解合成装置和第五转矩分解合成装置，并引入第二姿态控制组件，可通过第二姿态控制组件微调稳定拉索的长度，从而消除控制误差。

在一可选的实施方式中，所述第二横向调节轴和所述第二纵向调节轴平行设置，且所述第二横向调节轴长度方向与所述第二拉索卷轴长度方向相互垂直。以便于减小装置的体积，同时便于通过第二横向调节轴和第二纵向调节轴控制所有第二拉索卷轴的正反转。

在一可选的实施方式中，所述第一拉索卷轴与所述第二拉索卷轴平行设置，以便于将各轴和转矩分解合成装置紧凑布置，避免传动设备的体积过大。

在一可选的实施例方式中，所述转矩分解合成装置为差速器。

在一可选的实施方式中，还包括避雷拉索，所述避雷拉索用于电性连接地面和风筝，从而将雷电直接引入地埋，以保护用于发电的风筝和相应的地面设备。

在一可选的实施方式中，所述传动设备还包括发电轴，所述发电轴同时与所述第一转矩分解合成装置的第三传动轴和所述第四转矩分解合成装置的第二传动轴传动连接，以通过发动轴输出力矩。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的风筝发电系统，发电机、用于控制风筝角点位置的第一姿态控制机构和用于收卷主体拉索的第一拉索卷轴，通过第一转矩分解合成装置传动连接，发电机、用于稳定风筝姿态的第二姿态控制机构和用于收卷主体拉索的第二拉索卷轴，通过第四转矩分解合成装置传动连接，而转矩分解合成装置的任意两个转矩决定另一个转矩，在用于发电的风筝上升时(主体拉索做功)，主体拉索带动第一拉索卷轴沿其自身轴线转动，并将第一拉索卷轴的转矩传递给发电轴，以带动发电机发电，在风筝姿态不稳定时，稳定拉索的长度发生变化，带动第二拉索卷轴沿其自身轴线转动，而第二姿态控制机构输出端与第四转矩分解合成装置的第三传动轴传动连接、第四转矩分解合成装置的第二传动轴与发电轴传动连接，且第一转矩分解合成装置的第三传动轴与发电轴传动连接，实现风筝稳定拉索和主体拉索整体同步，避免稳定拉索长度超过主体拉索，而导致风筝旋转交缠，并通过第二拉姿态控制组件稳定风筝的姿态，与此同时，稳定拉索输出力矩带动发电轴转动，从而进行发电，进一步提高风能的利用率，因此，本发明提供的风筝发电系统，可使主体拉索发电机构、稳定拉索控制机构和发电机处于轮流交替做功的状态，使整个系统获得相对稳定的输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

在附图中：

图1为本发明实施例风筝发电系统结构示意图；

图2为本发明实施例传动设备结构示意图；

图3为本发明实施例第一拉索卷轴传动结构示意图；

图4为本发明实施例第二拉索卷轴传动结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一拉索卷轴，2-第一转矩分解合成装置，3-发电轴，4-第二转矩分解合成装置，5-第一横向调节轴，6-第一纵向调节轴，7-第三转矩分解合成装置，8-第一姿态控制组件，9-第二拉索卷轴，10-第四转矩分解合成装置，11-第五转矩分解合成装置，12-第二横向调节轴，13-第二纵向调节轴，14-第六转矩分解合成装置，15-第二姿态控制组件，16-发电机，17-第一横向调节电机，18-第一纵向调节电机，19-第二横向调节电机，20-第二纵向调节电机，100-传动设备，200-角点设备，101-主体拉索，102-稳定拉索。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

结合图1和图2，本实施例提供了一种风筝发电系统，包括角点设备200和传动设备100，所述角点设备200用于连接风筝的稳定拉索102，并将其通过滑轮转接到传动设备100，所述传动设备100包括并排的多组第一拉索传动结构和第二拉索传动结构；所述传动设备100包括第一拉索卷轴1、第一转矩分解合成装置2、第一姿态控制机构、第二拉索卷轴9和第二姿态控制机构；所述第一转矩分解合成装置包括第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，且所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴中，任意两轴的转矩可合成到另一轴输出、任一轴的转矩可分解到另外两轴输出；所述第一拉索卷轴1用于收卷主体拉索101，所述第一转矩分解合成装置2的第一传动轴与所述第一拉索卷轴1传动连接，所述第一转矩分解合成装置2的第三传动轴用于与发电轴3传动连接，所述第一姿态控制机构输出端与所述第一转矩分解合成装置2的第二传动轴传动连接，所述第一姿态控制机构用于控制风筝角点位置；所述第二拉索卷轴9用于收卷稳定拉索102，且所述第二拉索卷轴9与第四转矩分解合成装置10的第一传动轴传动连接，所述第四转矩分解合成装置10的第三传动轴与第二姿态控制机构的输出端传动连接，所述第二姿态控制机构用于稳定风筝的姿态，所述第四转矩分解合成装置10的第二传动轴用于与发电轴3传动连接。

应当理解的是，角点设备200的数量与用于发电的风筝角点数量相同，如图1，正四边形的风筝需要四个角点设备200分别连接风筝的各角点，同时角点设备200设有滑轮以使得稳定拉索102可相对于角点设备200相对移动，而稳定拉索102张设在角点设备200上后，与第二拉索卷轴9相连。对于第一拉索卷轴1和第二拉索卷轴9的数量，同样与用于发电的风筝角点数量相同，而第一转矩分解合成装置2的数量与第一拉索卷轴1的数量相同、第四转矩分解合成装置10的数量与第二拉索卷轴9的数量相同，且各第一转矩分解合成装置2均与第一姿态控制机构传动连接、各第四转矩分解合成装置10均与第二姿态控制机构传动连接。

通常，用于发电的风筝还包括避雷拉索，所述避雷拉索用于电性连接地面和风筝，从而将雷电直接引入地埋，以保护用于发电的风筝和相应的地面设备。

结合图3，具体来说，所述第一姿态控制机构包括第二转矩分解合成装置4、第一横向调节轴5和第一纵向调节轴6；所述第二转矩分解合成装置4的第三传动轴与所述第一转矩分解合成装置2的第二传动轴传动连接，所述第二转矩分解合成装置4的第一传动轴与所述第一横向调节轴5传动连接，所述第二转矩分解合成装置4的第二传动轴与所述第一纵向调节轴6传动连接。

由于第一横向调节轴5与第二转矩分解合成装置4的第一传动轴的第一传动轴传动相连、第一纵向调节轴6与第二转矩分解合成装置4的第二传动轴传动连接，因此，第一横向调节轴5和第一纵向调节轴6输出的力矩，通过第二转矩分解合成装置4合成后传递给第一转矩分解合成装置2的第二传动轴，以根据用于发电的风筝角点位置与第一横向调节轴5和第一纵向调节轴6相对夹角不同，按照各自夹角余弦值传动比传动，将风筝角点的二维平面分布映射到第一横向调节轴5和第一纵向调节轴6上。而余弦值有正负，相应传动有正向反向之分，使得与主体拉索方向一致的拉力，在映射到第一横向调节轴5和第一纵向调节轴6上时实现正负相对平衡，因此主体拉索输入的功率不会传动给第一姿态控制机构，从而实现功率和控制分离。

可以理解的是，第二转矩分解合成装置4的数量与第一转矩分解合成装置2的数量相同，且各第二转矩分解合成装置4的第一传动轴均与第一横向调节轴5传动连接、各第二转矩分解合成装置4的第二传动轴均与第一纵向调节轴6传动连接。

在此基础上，还包括第三转矩分解合成装置7；所述第三转矩分解合成装置7的第一传动轴与所述第一转矩分解合成装置2的第二传动轴传动连接，所述第三转矩分解合成装置7的第三传动轴与所述第二转矩分解合成装置4的第三传动轴传动连接；所述第三转矩分解合成装置7的第二传动轴传动连接有第一姿态控制组件8，所述第一姿态控制组件8用于修正主体拉索的长度控制误差。

通过第三转矩分解合成装置7传动连接第一转矩分解合成装置2和第二转矩分解合成装置4，并引入第一姿态控制组件8，可通过第一姿态控制组件8微调主体拉索的长度，从而消除控制误差。由于第一姿态控制组件8只需能够驱动的第三转矩分解合成装置7的第二传动轴转动即可，可以是常用的伺服电机或步进电机加上联轴器，并将联轴器与第三转矩分解合成装置7的第二传动轴相连即可。

优选的，所述第一横向调节轴5和所述第一纵向调节轴6平行设置，且所述第一横向调节轴5长度方向与所述第一拉索卷轴1长度方向相互垂直。以便于减小装置的体积，同时便于通过第一横向调节轴5和第一纵向调节轴控制所有第一拉索卷轴1的正反转。

结合图4，具体来讲，所述第二姿态控制机构包括第五转矩分解合成装置11、第二横向调节轴12和第二纵向调节轴13；所述第五转矩分解合成装置11的第三传动轴与所述第四转矩分解合成装置10的第三传动轴传动连接，所述第五转矩分解合成装置11的第一传动轴与所述第二横向调节轴12传动连接，所述第五转矩分解合成装置11的第二传动轴与所述第二纵向调节轴13传动连接。

由于第二横向调节轴12与第五转矩分解合成装置11的第一传动轴的第一传动轴传动相连、第二纵向调节轴13与第五转矩分解合成装置11的第二传动轴传动连接，因此，第二横向调节轴12和第二纵向调节轴13输出的力矩，通过第五转矩分解合成装置11合成后传递给第四转矩分解合成装置10的第三传动轴，以根据自风筝角点位置与第二横向调节轴12和第二纵向调节轴13相对夹角不同，按照各自夹角余弦值传动比传动，将风筝角点的二维平面分布映射到第二横向调节轴12和第二纵向调节轴13两轴上。而余弦值有正负，相应传动有正向反向之分，使得稳定拉索方向一致的拉力，在映射到第二横向调节轴12和第二纵向调节轴上时实现正负相对平衡，稳定拉索和主体拉索一致的输入功率会通过第四转矩分解合成装置10传动到发电轴3，因此稳定拉索通过相对长度的变化输入的功率同时传动到第二姿态调节机构和发电轴3，实现输入功率的分离。

可以理解的是，第五转矩分解合成装置11的数量与第四转矩分解合成装置10的数量相同，且各第四转矩分解合成装置10的第一传动轴均与第二横向调节轴12传动连接、各第五转矩分解合成装置11的第二传动轴均与第一纵向调节轴12传动连接。

在此基础上，还包括第六转矩分解合成装置14；所述第六转矩分解合成装置14的第一传动轴与所述第四转矩分解合成装置10的第二传动轴传动连接，所述第六转矩分解合成装置14的第三传动轴用于与发电轴3传动连接；所述第六转矩分解合成装置14的第二传动轴传动连接有第二姿态控制组件15，所述第二姿态控制组件15用于修正稳定拉索的长度控制误差。

通过第六转矩分解合成装置14传动连接第四转矩分解合成装置10和第五转矩分解合成装置11，并引入第二姿态控制组件15，可通过第二姿态控制组件15微调稳定拉索的长度，从而消除控制误差。由于第二姿态控制组件15只需能够驱动的第六转矩分解合成装置14的第二传动轴转动即可，可以是常用的伺服电机或步进电机加上联轴器，并将联轴器与第六转矩分解合成装置14的第二传动轴相连即可。

优选的，所述第二横向调节轴12和所述第二纵向调节轴13平行设置，且所述第二横向调节轴12长度方向与所述第二拉索卷轴9长度方向相互垂直。以便于减小装置的体积，同时便于通过第二横向调节轴12和第二纵向调节轴控制所有第二拉索卷轴9的正反转。

继续结合图2，所述第一拉索卷轴1与所述第二拉索卷轴9平行设置，以便于将各轴和转矩分解合成装置紧凑布置，避免传动设备的体积过大。

需要说明的是，在本实施例中所有的转矩分解合成装置均直接通过第三传动轴传动，也就是第三传动轴制成锥齿轮状，能够缩小传动设备的体积，当然也可以采用常规的转矩分解合成装置，进行轴联动。对于各轴间的传动方式，可以使齿轮传动，如锥齿轮、直齿轮，也可以是蜗轮蜗杆传动，还可以是链轮或带轮传动，本实施例不做限制。

对于转矩分解合成装置，可以是常用的差速器，或者是太阳轮、与行星轮相连的行星轮架、外齿圈均可传动的行星轮组件，也可以是柔轮、刚轮、谐波发生器均可传动的谐波减速器等传动组件。

另外，所有的转矩分解合成装置均具有五种运转模式，具体为：

模式1，第三传动轴固定，以第一传动轴输入转矩，合成并输出到第二传动轴。

此时第一传动轴将转矩传动到行星轮上，由于第三传动轴固定，行星轮不能公转，只能自转，并将自转传递到第二传动轴。

模式2，第二传动轴固定，以第一传动轴输入转矩，合成并输出到第三传动轴。

此时第一传动轴将转矩传动到行星轮上，由于第二传动轴固定，行星轮受第二传动轴约束，公转弧长必须和在第二传动轴上的自转弧长相等反向，因此，由第一传动轴输入转矩按对应比值分配到行星轮自转和公转上，也是将公转传递到第三传动轴。

模式3，第一传动轴固定，以第三传动轴输入转矩，合成并输出到第二传动轴。

此时第三传动轴输入转矩也使行星轮公转，而第一传动轴固定限定了行星轮自转，行星轮将自转和公转的叠加传递到第二传动轴。

模式4，以第二传动轴、第三传动轴输入转矩，合成并输出到第一传动轴。

此时输入是模式的升级，相较于模式1多了第三传动轴输入，第二传动轴和第三传动轴输入共同叠加在行星轮上，并传递到第一传动轴。

此时输入也是模式3在左第一传动轴交换后的升级，相较于3多了第二传动轴(在3中是固定的第一传动轴)输入。

模式5，以第二传动轴、第一传动轴输入转矩，合成并输出到第三传动轴。

此时输入是模式2的升级，相较于模式2多了第一传动轴输入，左第一传动轴输入共同叠加在行星轮上，并传递到第三传动轴。

本实施例提供的风筝发电系统，在使用时，将用于发电的风筝各角点连接的主体拉索101绕设在第一拉索卷轴1上、将发电机16通过发电轴3与第一转矩分解合成装置2的第三传动轴传动连接、将稳定风筝各姿态的稳定拉索102绕设在第二拉索卷轴9上，并将发电机16通过发电轴3与第四转矩分解合成装置10的第三传动轴，使得发电机16、用于稳定风筝姿态的第二姿态控制机构和用于收卷主体拉索101的第二拉索卷轴9，通过第四转矩分解合成装置10传动连接，而转矩分解合成装置的任意两个转矩决定另一个转矩。

在用于发电的风筝上升时(主体拉索101做功)，主体拉索101带动第一拉索卷轴1沿其自身轴线转动，第一姿态控制机构保持待机状态、第一转矩分解合成装置2的第二传动轴固定，此时，第一转矩分解合成装置2的行星轮受其第二传动轴的限制，公转弧长必须和在第二传动轴上的自转弧长相等反向，因此，由第一传动轴输入转矩按对应比值分配到行星轮自转和公转上，即将公转传递到第三传动轴，从而将第一拉索卷轴1的转矩传递给发电轴3，以带动发电机16发电。而稳定拉索102主要配合主体拉索101，通过第二姿态控制机构和发电轴3将控制转矩传动到第一转矩分解合成装置2，进而传动到稳定拉索102，实现稳定拉索102拉力与对应风筝角点的主体拉索101拉力成比例，进而对风筝飞行状态进行稳定。另一方面，第六转矩分解合成装置14也连接发电轴3，既实现稳定拉索102和主体拉索101同步，又将来自稳定拉索102的部分功率传送给发电轴3进行发电，以提高风能的利用率。

在风筝姿态不稳定时，稳定拉索102的长度发生变化，从而带动第二拉索卷轴9沿其自身轴线转动，而第二姿态控制机构输出端与第四转矩分解合成装置10的第三传动轴传动连接、第四转矩分解合成装置10的第二传动轴与发电轴3传动连接，且第一转矩分解合成装置2的第三传动轴与发电轴3传动连接，实现风筝稳定拉索102和主体拉索101整体同步，避免稳定拉索102长度超过主体拉索101，而导致风筝旋转交缠。并通过第二拉姿态控制组件稳定风筝的姿态。

其中，稳定拉索102和主体拉索101一致的输入功率通过第六转矩分解合成装置14传动到发电总，而稳定拉索102通过相对长度变化输入的功率则传动到第二姿态控制组件15和发电轴3，实现输入功率分离，也就是说，稳定拉索102输出力矩也能够带动发电轴3转动，从而进行发电，进一步提高风能的利用率。此时，风筝的飞行姿态仍然通过主体拉索101控制，即通过第一姿态控制组件8控制。

当需要控制风筝的姿态时，由第一拉索卷轴1和第一姿态控制机构同时输入力矩给第一转矩分解合成装置2，第一转矩分解合成装置2的第二传动轴和第一传动轴同时作用在行星轮上，并通过第一转矩分解合成装置2的第三传动轴输出，从而在对风筝姿态进行控制的同时，第一转矩分解合成装置2也能够带动发电轴3进行发电，以最大程度的利用风能发电。

因此，本实施例提供的风筝发电系统，能够将风筝输出的功率传递给发电机16进行发电，同时将风筝姿态控制装置的转矩传递给风筝拉索，以控制风筝拉索的长短，进而控制风筝的姿态，从而同步进行发电和控制风筝的姿态。

总结来说，本实施例可筒稳定拉索102和主体拉索101的长度控制风筝的飞行姿态，可实现多种工作模式，具体包括：

上下往复模式，通过控制风筝主体拉索101，调节风筝与水平面夹角，改变风筝阻力和升力大小，使升力大时上升做功，升力小时下降回落。此时风筝的主体拉索101和稳定拉索102共同拉动主体拉索101发电机16做功，输出功率成正功和负功反复交替。上下往复模式适用于稳定且垂直高度较厚的风场中。

水平横向摆动模式，通过控制风筝主体拉索101，调节风筝与风向的水平夹角，使风筝升力方向时而偏左时而偏右，造成风筝左右往复摆动。此时风筝的主体拉索101不做功，主要由左右稳定拉索102拉动稳定拉索102控制和发电机16做功，输出功率基本连续但有短暂中断。水平横向摆动模式适用于垂直高度不够厚的风场中。

水平远近往复模式，通过控制风筝主体拉索101，调节风筝与水平面夹角，改变风筝阻力和升力大小，使阻力大时被风水平吹远做功，阻力小时飞回。此时风筝的主体拉索101和稳定拉索102共同拉动主体拉索101发电机16做功，输出功率成正功和负功反复交替。水平远近往复模式适用于垂直高度不够厚的风场中。

混合模式，通过控制风筝主体拉索101，调节风筝姿态，使风筝处于上述三种模式混合状态做功。而合理控制上述三种模式混合方式和比例，可使主体拉索101发电机16、稳定拉索102控制和发电机16处于轮流交替做功的状态，使整个系统获得相对稳定的输出功率。

综上，本实施例提供的一种风筝发电系统，可使主体拉索101发电机16构、稳定拉索102控制机构和发电机16处于轮流交替做功的状态，使整个系统获得相对稳定的输出功率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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)

1.一种风筝发电系统，其特征在于，包括角点设备（200）和传动设备（100），所述角点设备（200）用于连接风筝的稳定拉索（102），所述传动设备（100）包括并排的多组第一拉索传动结构和第二拉索传动结构；

第一拉索传动结构包括第一拉索卷轴（1）、第一转矩分解合成装置（2）、第一姿态控制机构；第二拉索传动结构包括第二拉索卷轴（9）、第四转矩分解合成装置（10）和第二姿态控制机构；

所述第一转矩分解合成装置包括第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，且所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴中，任意两轴的转矩可合成到另一轴输出、任一轴的转矩可分解到另外两轴输出；

所述第一拉索卷轴（1）用于收卷主体拉索（101），所述第一转矩分解合成装置（2）的第一传动轴与所述第一拉索卷轴（1）传动连接，所述第一转矩分解合成装置（2）的第三轴用于与主发电轴（3）传动连接，所述第一姿态控制机构输出端与所述第一转矩分解合成装置（2）的第二传动轴传动连接，所述第一姿态控制机构用于控制风筝角点位置；

所述第二拉索卷轴（9）用于收卷稳定拉索（102），且所述第二拉索卷轴（9）与第四转矩分解合成装置（10）的第一传动轴传动连接，所述第四转矩分解合成装置（10）的第三轴与第二姿态控制机构的输出端传动连接，所述第二姿态控制机构用于稳定风筝的姿态，并带动发电机发电，所述第四转矩分解合成装置（10）的第二传动轴用于与主发电轴（3）传动连接。

2.根据权利要求1所述的风筝发电系统，其特征在于，所述第一姿态控制机构包括第二转矩分解合成装置（4）、第一横向调节轴（5）和第一纵向调节轴（6）；

所述第二转矩分解合成装置（4）的第三轴与所述第一转矩分解合成装置（2）的第二传动轴传动连接，所述第二转矩分解合成装置（4）的第一传动轴与所述第一横向调节轴（5）传动连接，所述第二转矩分解合成装置（4）的第二传动轴与所述第一纵向调节轴（6）传动连接。

3.根据权利要求2所述的风筝发电系统，其特征在于，还包括第三转矩分解合成装置（7）；

所述第三转矩分解合成装置（7）的第一传动轴与所述第一转矩分解合成装置（2）的第二传动轴传动连接，所述第三转矩分解合成装置（7）的第三轴与所述第二转矩分解合成装置（4）的第三轴传动连接；

所述第三转矩分解合成装置（7）的第二传动轴传动连接有第一姿态控制组件（8），所述第一姿态控制组件（8）用于修正主体拉索（101）的长度控制误差。

4.根据权利要求2所述的风筝发电系统，其特征在于，所述第一横向调节轴（5）和所述第一纵向调节轴（6）平行设置，且所述第一横向调节轴（5）长度方向与所述第一拉索卷轴（1）长度方向相互垂直。

5.根据权利要求1所述的风筝发电系统，其特征在于，所述第二姿态控制机构包括第五转矩分解合成装置（11）、第二横向调节轴（12）和第二纵向调节轴（13）；

所述第五转矩分解合成装置（11）的第三轴与所述第四转矩分解合成装置（10）的第三轴传动连接，所述第五转矩分解合成装置（11）的第一传动轴与所述第二横向调节轴（12）传动连接，所述第五转矩分解合成装置（11）的第二传动轴与所述第二纵向调节轴（13）传动连接。

6.根据权利要求5所述的风筝发电系统，其特征在于，还包括第六转矩分解合成装置（14）；

所述第六转矩分解合成装置（14）的第一传动轴与所述第四转矩分解合成装置（10）的第二传动轴传动连接，所述第六转矩分解合成装置（14）的第三轴用于与主发电轴（3）传动连接；

所述第六转矩分解合成装置（14）的第二传动轴传动连接有第二姿态控制组件（15），所述第二姿态控制组件（15）用于修正稳定拉索（102）的长度控制误差。

7.根据权利要求5所述的风筝发电系统，其特征在于，所述第二横向调节轴（12）和所述第二纵向调节轴（13）平行设置，且所述第二横向调节轴（12）长度方向与所述第二拉索卷轴（9）长度方向相互垂直。

8.根据权利要求1所述的风筝发电系统，其特征在于，所述第一转矩分解合成装置（2）为差速器。

9.根据权利要求1所述的风筝发电系统，其特征在于，还包括避雷拉索，所述避雷拉索用于电性连接地面和风筝。

10.根据权利要求1所述的风筝发电系统，其特征在于，所述传动设备（100）还包括主发电轴（3），所述主发电轴（3）同时与所述第一转矩分解合成装置（2）的第三传动轴和所述第四转矩分解合成装置（10）的第二传动轴传动连接。