WO2014101735A1 - 一种风筝发电装置及其发电控制方法 - Google Patents
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Definitions
- the invention belongs to the technical field of wind energy utilization, and relates to a high-altitude power generation device, in particular to a kite power generation device and a power generation control method thereof.
- High-altitude wind energy is a new energy source that humans have not basically exploited so far. It is a renewable and widely distributed renewable energy source. Some studies have pointed out: The wind energy contained in the high air is more than 100 times that of the total energy required by human society. Among them, the wind energy at high altitude is proportional to the cube of wind speed. Generally speaking, the wind speed is increased by 1 times and the wind energy is increased by 8 times. Therefore, the wind energy at high altitude can be several times, dozens or even hundreds of times higher than the ground. In the case of high altitude, the theoretical power generation time of high-altitude wind power can exceed 95% of the whole year, and the annual power generation time can be as high as 8,200 hours. Conventional power generation can reach up to 2,500 hours.
- kite power generation mainly has the following methods: First, making large kites carrying propellers, generators rising into the sky and using cables to transfer the electric energy generated by the generators to the ground.
- the kite needs to tow a large number of cables and generators, propellers, etc., and thus has the disadvantages of large load, limited lift height, and low energy conversion efficiency, and the power generation equipment is not conducive to maintenance at high altitude;
- the generator is placed on the ground, and the cable driven by the reciprocating kite drives the generator's rotor to generate electricity, and the hoist is installed on the ground to recover the cable when the kite descends.
- this method can only generate electric energy during the kite ascending phase.
- U.S. Patent No. 5,554, 416 discloses an automatically assembled windmill in which windmills are placed in the air to achieve power generation by reciprocating flight motion in high altitude by wind energy.
- Figure 5 and in the disclosure of the invention patent The disadvantages and technical bottlenecks in the technical solution of Fig. 5a are that the windmill or the sail can only perform reciprocating flight movement in the low air through the rope to achieve efficient power generation. If a windmill or a sail is placed in the sky, the power generation efficiency is not high because the wind rope generated by the circulating rope is high in the sky.
- the kite or the sail in the air due to the change of the flight path of the windmill, the kite or the sail in the air, the circulating cable between the pulley and the pulley generates a line difference, and the generation of the line difference affects the power generation efficiency of the ground power generating device.
- the present invention provides a kite power generating device which is simple in structure, low in process cost, low in continuous work cost, and effective in improving wind energy utilization.
- a kite power generating device comprising a kite and a first ground power generating platform, wherein the first ground generating platform is mounted with a first generator and a coaxially connected by a clutch a winch and a second hoisting machine, the cable wound on the first hoisting machine is connected to the first hoist by the first bracket on the first power generating platform, the second bracket on the first power generating platform, and the cable wound on the second hoisting machine a circulating cable between the second hoist; the kite is fixedly connected to any point on the circulating cable between the first bracket and the second bracket by the traction cable; the first hoist and the second hoist respectively pass the gear or the chain a first torque motor and a second torque motor are connected; the first hoist is connected to the clutch through a first one-way clutch at the output end thereof, and the second hoist is connected to the clutch through a second one-way clutch at the output end thereof, A power output shaft is disposed between the clutch and the clutch,
- the first bracket and the second bracket are hingedly hinged on the first ground power generation platform.
- the included angle ranges from 0° to 180°.
- the first bracket is a first telescopic rod that can be expanded and contracted step by step
- the second bracket (621) is a second telescopic rod that can be expanded and contracted step by step.
- the first and second fixed pulleys are respectively disposed at the top ends of the first and second telescopic rods.
- the bottom ends of the first telescopic rod and the second telescopic rod are fixedly hinged to the first ground power generating platform at one or two points.
- first retracting rod and the second telescopic rod are rotatable about an axis of the fixed hinge point on the ground first level level.
- the first pulley and the second pulley are rotated by a pivoting device provided at a distal end of each of the first telescopic rod and the second telescopic rod.
- a movable second ground power generation platform connected to the first ground power generation platform, wherein the first ground power generation platform is mounted with a coaxially connected first hoist and the first a second hoist and a second generator coaxially connected to the second ground generating platform, wherein the cable on the first hoist passes the
- the first bracket on the first ground power generating platform and the cable on the second bracket on the second ground power generating platform form a circulating cable between the first hoist and the second hoist; the first hoist and the second hoist
- a first torque motor and a second torque motor are respectively connected by gears or chains; the kite is fixedly connected to any point on the circulating cable between the first bracket and the second bracket through the traction cable.
- a movable second ground power generation platform connected to the first ground power generation platform, wherein the first ground power generation platform is mounted with a coaxial connection first hoist and first power generation a second hoist and a second generator coaxially connected to the second ground power generation platform, wherein the cable on the first hoist is connected to the cable wound on the second hoist on the second ground power generation platform a circulating cable between a winch and a second hoist; the first hoist and the second hoist are respectively connected by a gear or a chain with a first torque motor and a second torque motor; the kite passes the traction cable with the first hoist and the first A fixed connection is made at any point on the loop cable between the two hoists.
- the second ground power generating platform is moved by the second tractor to perform positional movement.
- the cable on the third hoist and the cable wound on the first hoist constitute a circulating cable between the third hoist and the first hoist, and the first hoist, the second hoist, and the third hoist respectively pass the gear or the chain a first torque motor, a second torque motor and a third torque motor are connected; a circulating cable between the third hoist and the first hoist, a circulating cable between the first hoist and the second hoist is respectively connected by a cable The leash cable connection of the kite.
- the third ground power generation platform is moved by the third tractor.
- the torque motor can be replaced by a stepper motor and/or a servo motor.
- the second ground power generation platform and the third ground power generation platform are installed on a closed loop track of the ground, and the first ground power generation platform is placed at a center position of the closed loop track, and each ground power generation platform It is connected by a cable wound on its hoist.
- a plurality of ground power generation platforms that can be moved connected to the first ground power generation platform are provided, and each of the ground power generation platforms is provided with a coaxially connected hoist and a generator, and each ground
- the cables on the hoisting machine on the power generating platform are connected to each other to form a circulating cable and are connected by a cable to a traction cable to which a kite is attached.
- the kite is further provided with a flight attitude control device, which is composed of a high-altitude electric control device and a ground control device, wherein the high-altitude electric control device is installed on the kite, and the control line of the kite is connected On the high-altitude electric control device, the high-altitude electric control device receives the control signal of the ground control device to adjust the flight attitude of the kite.
- a flight attitude control device which is composed of a high-altitude electric control device and a ground control device, wherein the high-altitude electric control device is installed on the kite, and the control line of the kite is connected On the high-altitude electric control device, the high-altitude electric control device receives the control signal of the ground control device to adjust the flight attitude of the kite.
- control lines are four, and the two control lines of the front end are connected through the high-altitude electric control device; the two control lines of the rear end also pass the high-altitude electric control device, and the high-altitude electric control device Can extend or tighten the backend control Line.
- the high-altitude electric control device is a servo motor, or a stepping motor, a general motor or a lock machine.
- a radar device is connected to the ground control device, and the radar device is configured to measure a real-time wind speed at a height of 5 meters vertically from the ground as a reference surface, and transmit the measured wind speed information to Ground control device.
- the radar device is a Doppler broadband radar or a laser radar.
- a calculation unit is provided in the ground control device, and the calculation unit is configured to divide the height within 5000 meters from the ground into a plurality of wind layers according to different climatic conditions or geographical conditions, and then The calculation unit calculates an average wind speed in each wind layer based on the wind speed measured by the radar device.
- the computing unit is further configured to determine the divided wind layers as suitable flight areas and unsuitable flight areas based on wind speed conditions of each wind layer.
- the calculation unit determines that the wind layer is a suitable flight area; When the wind speed is less than 10 m/s or greater than or equal to 25 m/s, the calculation unit determines that the wind layer is an unsuitable flight area.
- the ground control device further includes a display unit configured to display wind speed information at a height of 5 meters vertically from the ground and the average of each wind layer divided. Wind speed information.
- a positioning sensor is disposed on the kite, wherein the positioning sensor is configured to acquire position information of the kite in the air, and transmit the position information to the ground control device, and then pass through the ground control device. The calculation of the unit is performed to obtain the corresponding position coordinates and displayed by the display unit.
- the positioning sensor is provided with a GPS device.
- the calculation unit in the ground control device makes the following judgment according to the position information of the kite and the wind speed condition of each wind layer in the current air: when the location of the kite is in the suitable flight area, the ground control The device controls the kite to move in the wind layer where the suitable flight area is located by the high-altitude electric control device; when the kite is located in the unsuitable flight area, the calculation unit in the ground control device takes the position of the kite as the base point, vertically upwards or vertically downwards. Look for the wind layer closest to the kite and determined to be suitable for the flight area, and fly the kite into the nearest suitable suitable flight area by pulling the cable.
- the display unit is an LED screen or a touch screen.
- the radar device measures the wind speed in real time.
- a second object of the present invention is to provide a kite power generating apparatus.
- the power generation control method includes the following steps:
- Step B and step C alternately run, returning from the predetermined height to the initial position of the kite;
- the clutch between the first hoist and the second hoist is opened, and the kite re-flies to the predetermined height in step B to repeat the above-mentioned work flow.
- the kite is controlled by the ground control equipment. "8"-shaped flight, the first hoist and the second hoist are simultaneously unloaded and jointly drive the transmission to drive the first generator to generate electricity;
- the invention has the advantages that: the power generating device has a simple structure, high power generation efficiency, can ensure continuous work, and has low cost, thereby effectively improving wind energy utilization rate.
- the power generation control method of the kite power generation device used in the kite power generation device is skillful and capable of generating electric energy to the utmost.
- Figure 1 is a schematic view showing the structure of a preferred embodiment 1 of a kite power generating apparatus according to the present invention.
- Fig. 2 is a schematic view showing the structure of a preferred embodiment 2 of the kite power generating apparatus according to the present invention.
- Figure 3 is a schematic view showing the structure of a kite power generating apparatus according to a preferred embodiment 3 of the kite power generating apparatus according to the present invention.
- Fig. 4 is a view showing the configuration of a kite power generating apparatus according to a fourth embodiment of the kite power generating apparatus according to the present invention.
- Fig. 5 is a view showing the configuration of a high-altitude electric control device in a kite flight attitude control device in a kite power generating apparatus according to the present invention.
- Fig. 6 is a view showing the configuration of a ground control device in a kite flight attitude control device in a kite power generating apparatus according to the present invention.
- Figure 7 is a schematic view showing the principle of a kite power generating apparatus according to the present invention.
- a kite power generating device includes a kite 7 and a first ground power generating platform 101.
- the first ground generating platform 101 is mounted with a first generator 103 coaxially connected by a clutch 10.
- the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111, the cable wound on the first hoisting machine 102 is wound on the first bracket 611 on the first power generating platform 101, the second bracket 621 on the first power generating platform 101, and the second hoisting machine 111.
- the cable connection constitutes a circulating cable 402 between the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111; the kite 7 passes through the traction cable 6 and any point on the circulating cable 402 between the first bracket 611 and the second bracket 621
- the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111 are respectively connected with a first torque motor 501 and a second torque motor 502 through a gear or a chain; the first hoisting machine 102 passes through the first one-way clutch 801 on the output end thereof.
- the clutch 10 is coupled, and the second hoisting machine 111 is coupled to the clutch 10 via a second one-way clutch 802 at its output, and is provided between the one-way clutch and the clutch 10.
- Output shaft 12, the output shaft 12 connected to the gearbox 11 drives a first generator 103 to generate electricity.
- first bracket 611 and the second bracket 621 are hingedly hinged on the ground power generating platform 101.
- An angle is formed between the first bracket 611 and the second bracket 621, and the angle ranges from 0 ° to 180 °.
- the first bracket 611 and the second bracket 621 are a first telescopic rod and a second telescopic rod that can be expanded and contracted step by step.
- the top end of the first telescopic rod and the second telescopic rod are respectively provided with a first fixed pulley 602 and a second fixed pulley 603.
- the bottom ends of the first telescopic rod and the second telescopic rod are respectively fixed to the first ground power generating platform 101. Hinged at one or two points.
- the first telescopic rod and the second telescopic rod are rotatable through the fixed hinge point on the ground first power generating platform 101.
- the first fixed pulley 602 and the second fixed pulley 603 are rotated by the pivoting device 631 provided at the top end of the first telescopic rod and the second telescopic rod, respectively.
- the torque motor can be replaced by a stepper motor and/or a servo motor.
- the flight attitude control device of the kite 7 has the following workflow:
- the kite 7 is connected with four control lines, which are the front end control lines 1, 2 and the back end control line 3, respectively. 4.
- the four control lines pass through the high-altitude electric control device 5, which may be a servo motor, a stepping motor, a general motor or a lock machine, and the outside of the high-altitude electric control device is connected to the traction cable 6.
- the above control line is connected to the high-altitude electric control device, and the front-end control lines 1 and 2 are linked by the high-altitude electric control device, that is, one of the control lines is elongated while the other is tightened.
- the back-end control lines 3 and 4 are also connected to the high-altitude electric control device, and the control lines 3 and 4 can realize synchronous motion under the control of the high-altitude electric control device, that is, simultaneously elongate or simultaneously tighten; Similar to the front control line 1, 2 - one control line is stretched while the other is tightened.
- the high-altitude electronic control device has a signal receiving device that can receive a control signal of the ground control device and adjust the state of the control line according to the control signal. For example: Extend the front end control line 1 while tightening the front end control line 2 so that the kite flight direction is deflected to the right; otherwise, it is deflected to the left.
- the kite 7 can be repeatedly moved between the two ground power generation platforms.
- a radar device 9 is further connected to the ground control device 8, and the radar device 9 is configured to measure the wind speed at a height of 5 meters vertically from the ground as a reference plane, wherein the radar device may be a Doppler broadband radar. Or laser radar.
- the radar apparatus 9 measures the real-time wind speed at a height of 5 meters vertically from the ground as a reference plane, and then the radar apparatus 9 transmits the measured wind speed information to the ground control apparatus 8.
- a calculation unit 801 is provided in the ground control device 8, and the calculation unit 801 divides the height within 5000 meters from the ground into several wind layers according to different climatic conditions or geographical conditions. For example, the ground surface can be used as a reference plane in the vertical direction. Each 100 meters is divided into one layer, and then the calculation unit calculates the average wind speed in each wind layer based on the wind speed measured by the radar device 9.
- the calculating unit 801 further determines the divided wind layers as a suitable flight area and an unsuitable flight area according to the wind speed condition of each wind layer, wherein it is preferable that if the average wind speed of a certain wind layer is greater than or equal to 10 m/s When the range is less than 25 m/s, the calculation unit determines that the wind layer is a suitable flight area. If a layer wind speed is less than 10 m/s or 25 m/s or more, the wind layer is determined to be unsuitable for flight. region.
- the ground control device 8 is further provided with a display unit 802, which can display the above-mentioned wind speed information every 5 meters perpendicular to the ground and the average wind speed information of each wind layer divided, wherein the display unit 802 Preferably, it may be an LED screen or a touch screen.
- a positioning sensor 701 is provided on the kite 7, wherein the positioning sensor 701 is used to acquire position information of the kite 7 in the air, and transmits the position information to the ground control device 8, and then through the calculation of the calculation unit 801 in the ground control device 8.
- the corresponding position coordinates are obtained and displayed by the display unit 802, in particular, the positioning sensor 701 is provided with a GPS device.
- the calculation unit 801 in the ground control device 8 judges based on the position information of the kite 7 and the wind speed condition of each wind layer in the current high altitude.
- the ground control device 8 controls the kite 7 to move in the wind layer where the suitable flight area is located by the high-altitude electric control device 6; when the position of the kite 7 is located in the unsuitable flight area, the ground control The calculation unit 802 in the device 8 searches for the wind layer closest to the kite 7 and determined to be suitable for the flight area, up or down with the position of the kite 7 as the base point, and brings the kite 7 into the nearest vicinity through the traction cable 6. Flight within the appropriate flight area.
- the kite 7 When the ground power generating device is required to generate electricity, the kite 7 is placed in the air at a preset starting point, the clutch 10 between the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111 is opened, and the kite 7 is "8" controlled by the flight attitude control device.
- the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111 simultaneously release the line and jointly drive the gearbox 11 to drive the first generator 103 to generate electricity; after the kite 7 reaches the predetermined height, the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111 pass away.
- the connection with the device 10 causes the kite 7 to stay at a predetermined height, and the kite 7 continues to fly with the word "8"; when the kite 7 flies to the left, the line difference between the first bracket 611 and the second bracket 621 needs to be quickly Opening the clutch 10 to control the first torque motor 501 to drive
- the first roll of Yang machine 102 quickly adjusts the line difference between the brackets to the initial state, and adjusts the clutch 10 to reduce the linkage to achieve stable power output in time; when the kite 7 flies to the right, the second bracket 621 and the first bracket
- the line difference between 611 needs to be quickly opened.
- the second torque motor 502 is used to drive the second hoisting machine 102 to quickly adjust the line difference between the brackets to the initial state.
- the clutch 10 is restored in time to achieve stable power output.
- the kite repeats reciprocating flight from left to right, from the predetermined height of the kite 7 to the initial position (preset starting point); after the kite 7 falls back to the initial position or the preset starting point, between the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111
- the clutch 10 is opened, the kite 7 re-flies to a predetermined height to repeat the above-mentioned work flow, and the kite 7 is "8"-shaped in flight with the control of the flight attitude control device, and the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111 simultaneously take off the line and jointly drive the shifting speed.
- the box 11 drives the first generator 103 to generate electricity; however, there are many deficiencies in the above solution, for example, in theory,
- the power generation efficiency of the kite power generating device is preferably such that the telescopic rod 621 is infinitely extended, so that the stroke of the kite in the sky is increased, and the natural power generation efficiency is high.
- the telescopic rod cannot be infinite.
- the extension which can extend up to 400 meters internationally, is impossible if the distance of the telescopic rod is continued to be extended, because the manufacturing level is limited by the manufacturing level, and the inventors have thought of an alternative as in the second embodiment.
- a kite power generating device further provides a movable second ground power generating platform 201 connected to the first ground power generating platform 101.
- the first ground power generating platform 101 is coaxially mounted.
- the connected first hoisting machine 102 and the first generator 103 are mounted on the second ground power generating platform 201 with a coaxially connected second hoisting machine 111 and a second generator 203 through which the cable on the first hoisting machine 102 passes.
- the first bracket 611 on a ground power generating platform 101 and the cable on the second bracket 621 on the second ground power generating platform 201 constitute a circulating cable 402 between the first hoisting machine 102 and the second hoisting machine 111;
- a winch 102 and a second hoist 111 are respectively connected with a first torque motor 501 and a second torque motor 502 through a gear or a chain; a loop cable between the first cable 611 and the second bracket 621 of the kite 7 through the traction cable 6 Any point on 402 is fixedly connected.
- the engine is connected to the torque motor through the chain and/or the gear; the torque motor on each ground power generation platform drives the hoist to rotate to realize the purpose of retracting the circulating cable 402, and finally achieves the purpose of efficient power generation.
- the second ground power generation platform 201 is movable, specifically, the position is moved by the second tractor 641 or the position of the second ground power generation platform 201 is moved by other means, and the second tractor 641 is dragged.
- Example 3 As shown in FIG. 3, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, unlike the second embodiment, in the present embodiment, the bracket device is not provided, that is, in the embodiment, the bracket device is deleted. It does not affect the power generation efficiency of the kite power generation device. In the present embodiment, the second ground power generation platform 201 is pulled by the second tractor 641 for positional movement.
- a kite power generating apparatus includes a first power generating platform 101, a second power generating platform 301, and a third power generating platform 301.
- the first ground power generation platform 101 is connected to a third power generation platform 301 that can be moved, and the third ground power generation platform 301 is provided with a third hoist 302 and a third power generator 303 that are coaxially connected.
- the third hoist The cable on the 302 and the cable wound on the first hoisting machine 102 constitute a circulating cable 402 between the third hoisting machine 302 and the first hoisting machine 102, and the first hoisting machine 102, the second hoisting machine 111, and the third hoisting machine 302 respectively
- a first torque motor 501, a second torque motor 502, and a third torque motor are coupled by a gear or a chain; a circulating cable 402 between the third hoist 302 and the first hoist 102, the first hoist 102, and the second hoist 111
- the intermediate circulation cables 402 are respectively connected to the traction cables 6 to which the kites 7 are connected via the cables 403; the third ground power generation platform 301 is moved by the third tractor 642.
- the torque motor can be replaced by a stepper motor and/or a servo motor.
- a kite power generating device is different from the fourth embodiment in the present embodiment, wherein the second ground power generating platform 201 and the third ground power generating platform 301 are installed on a closed loop track (not shown) of the ground.
- the first ground power generation platform 101 is placed at the center of the closed loop track, and each of the ground power generation platforms is connected by a cable wound on the hoist.
- the advantages of this embodiment are: Uninterrupted power generation can be achieved. Since the track of the closed circuit is a circular closed structure, the second ground power generation platform 201 and the third ground power generation platform 301 are placed on the track, and the first ground power generation platform 101 is placed at the center of the circular track. This structural design allows for continuous uninterrupted power generation at 360 °.
- a plurality of ground power generation platforms that can be moved connected to the first ground power generation platform 101 are further provided, and each of the ground power generation platforms is respectively provided with a coaxially connected hoist and The generators, the cables on the hoisting machines on the various ground power generation platforms are connected to each other to form a circulating cable and are connected by a cable to the traction cable 6 to which the kite 7 is connected; the utilization of the plurality of ground power generating platforms increases the efficiency of the kite power generation and Power generation.
- the circulating cable between the first ground power generation platform and the second power generation platform, the circulating cable between the first ground power generation platform and the third ground power generation platform respectively pass through the pulley and/or Or the pulley block is connected by a cable 403 and pulled into the sky by a traction cable 6 connected to the kite 7.
- the reason why the kite power generation efficiency is higher than that in the prior art and the comparison document in the background art is that the circulating cable is placed only in the low air, and the kite 7 is placed through the traction cable 6. Enter into the sky. On the one hand, the wind resistance generated by the cable in the air is reduced, and on the other hand, the power generation control method of the smart kite power generation device is used. It should be noted that the examples of the present invention are only intended to more clearly express the method of the present invention and are not intended to limit the present invention.
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Abstract
一种风筝发电装置以及发电控制方法，该风筝发电装置包括风筝（7）和地面发电平台（101），该一个或多个地面发电平台上安装有发电机（103）以及通过离合器（10）同轴连接的第一卷扬机（102）和第二卷扬机（111），第一卷扬机上缠绕的线缆通过发电平台上的第一支架（611）、第二支架（621）与第二卷扬机上缠绕的线缆连接构成第一卷扬机与第二卷扬机之间的循环线缆（402）。风筝可通过牵引线缆与循环线缆上的任意一点固定连接。卷扬机分别通过齿轮或链条连接有第一力矩电机（501）、第二力矩电机（502）。通过力矩电机或步进风机或伺服电机控制卷扬机收放线。卷扬机产生的力矩通过动力输出轴连接变速箱带动发电机发电。该风筝发电装置的结构简单，发电效率高。
Description
一种风筝发电装置及其发电控制方法
技术领域
本发明属于风能利用技术领域， 涉及一种高空发电装置， 具体是涉及一种风筝发电装置 及其发电控制方法。
背景技术
当今世界的石油能源、 煤炭能源、 天然气能源越来越匮乏， 开发利用和不加限制地消耗 大量的煤和石油等燃料， 带来严重的负面影响， 如诱发温室效应、 酸雨， 引起疾病、 农业减 产等严重问题， 极大地污染了人类赖以生存的环境， 加之世界各地的战争、 自然灾害给这些 能源的采集、 运输带来越来越多的困难， 能源安全已经成为摆在世界各国人民面前的一道重 要难题。传统能源所面临的诸多问题给新兴能源产业提供了客观的现实需求， 例如风能资源。
高空风能是人类迄今基本上没有开发利用的新能源， 这是一种储量丰富、 分布广泛的可 再生清洁能源。 有研究指出： 高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的 100多倍。 其中， 高空的风能与风速的立方成正比， 一般来说风速增加 1倍， 风能增加 8倍， 因此高空风能可 高出地面上的数倍、 数十倍乃至成百上千倍。 在高空位置达到较为理想的情况下， 高空风电 的理论发电时间可以超过全年时间的 95%， 年发电时间可高达 8200小时以上。 而常规发电至 多达到 2500小时.因此， 采集高空风能发电可以获得高稳定性、 低发电成本的风电， 这是高 空风电的显著特点之一， 也是高空风电相比常规风电的最显著优势之一， 也是未来风力发电 的发展趋势。
迄今， 风筝发电主要有以下几种方式： 一是制作大型风筝携带螺旋桨、 发电机升入高空 并使用电缆将发电机产生的电能输送到地面。 在这种方法中， 风筝需要拖曳大量的电缆和发 电机、 螺旋桨等设备， 因而具有负重较大、 升空高度有限、 能量转化效率低的缺陷， 而且发 电设备在高空不利于维护； 二是将发电机置于地面， 通过往复运动的风筝带动的线缆继而带 动发电机的转子发电， 并且在地面安装卷扬机用于在风筝下降时回收线缆， 但是这种方法只 能在风筝上升阶段产生电能， 通过卷扬机回收风筝还要消耗自身能源。 因此， 风能利用率较 低； 此外， 国外研究人员还提出利用多组连接在支架上的风筝拉动地面上的圆盘转动， 通过 电动卷扬机来控制风筝拉线的， 实现空中风筝发电， 但是这种方式结构复杂、 工艺成本高， 而且多组风筝一起放飞并不容易控制容易产生缠绕现象；由于风筝通过牵引线缆置于高空中， 线缆较多必然造成风阻较大， 发电存在间歇性， 发电效率也不高。
例如， 专利号为 US05544617 的美国发明专利公开了一种自动装配的风车， 将风车放到 空中通过风能实现风车在高空中做往复飞行运动实现发电。 在该发明专利的披露中的图 5和
图 5a的技术方案中存在的缺点和技术瓶颈是：风车或风帆只能通过绳缆在低空中做往复飞行 运动实现高效的发电。 如果将风车或风帆放到高空中时， 由于循环绳缆在高空中产生的风阻 很大， 所以发电效率不高。 此外， 由于风车、 风筝或风帆在空中飞行轨迹的变化造成滑轮与 滑轮间的循环线缆产生线差， 线差的产生影响地面发电装置的发电效率。
发明内容
为克服上述现有技术中的缺陷与不足， 本发明提一种结构简单、 工艺成本低、 连续做功 成本低、 有效提高风能利用率的风筝发电装置。
为实现上述发明目的本发明提供的技术方案是： 一种风筝发电装置， 包括风筝和第一地 面发电平台， 所述第一地面发电平台上安装有第一发电机、 通过离合器同轴连接的第一卷扬 机和第二卷扬机， 第一卷扬机上缠绕的线缆通过第一发电平台上的第一支架、 第一发电平台 上的第二支架与第二卷扬机上缠绕的线缆连接构成第一卷扬机与第二卷扬机之间的循环线 缆； 风筝通过牵引线缆与第一支架和第二支架之间的循环线缆上的任一点固定连接； 所述第 一卷扬机与第二卷扬机分别通过齿轮或链条连接有第一力矩电机、 第二力矩电机； 第一卷扬 机通过其输出端上的第一单向离合器与离合器连接， 第二卷扬机通过其输出端上的第二单向 离合器与离合器连接， 在单向离合器与离合器之间设有动力输出轴， 所述动力输出轴连接变 速箱带动第一发电机发电。
优选的是， 所述第一支架与第二支架可开合的铰接在所述第一地面发电平台上。
在上述任一方案中优选的是， 所述夹角的范围为 0° -180° 。
在上述任一方案中优选的是， 所述第一支架为能够逐级伸缩的第一伸缩杆、 第二支架 (621 ) 为能够逐级伸缩的第二伸缩杆。
在上述任一方案中优选的是， 所述第 申缩杆与第二伸缩杆的顶端分别设有第一定滑轮 和第二定滑轮
在上述任一方案中优选的是， 所述第 -伸缩杆、 第二伸缩杆的底端分别与第一地面发电 平台固定铰接于一点或两点。
在上述任一方案中优选的是， 所述第 申缩杆与第二伸缩杆可通过其与地面第一发电平 台上的固定铰接点为轴心进行旋转。
在上述任一方案中优选的是，所述第- 定滑轮、第二定滑轮通过分别设置在第一伸缩杆、 第二伸缩杆顶端的枢转装置为轴进行旋转。
作为另一种替代方案优选的是， 还提供一个与第一地面发电平台连接的可移动的第二地 面发电平台， 所述第一地面发电平台上安装有同轴连接的第一卷扬机和第一发电机， 在第二 地面发电平台上安装有同轴连接的第二卷扬机和第二发电机， 第一卷扬机上的线缆通过所述
第一地面发电平台上的第一支架与第二地面发电平台上的第二支架上的线缆连接构成第一卷 扬机与第二卷扬机之间的循环线缆； 所述第一卷扬机与第二卷扬机分别通过齿轮或链条连接 有第一力矩电机、 第二力矩电机； 风筝通过牵引线缆与第一支架和第二支架之间的循环线缆 上的任一点固定连接。
作为另一种替代方案优选的是， 还提供一个与第一地面发电平台连接的可移动的第二地 面发电平台， 所述第一地面发电平台上安装有同轴连接第一卷扬机和第一发电机， 在第二地 面发电平台上安装有同轴连接的第二卷扬机和第二发电机， 第一卷扬机上的线缆与第二地面 发电平台上的第二卷扬机上缠绕的线缆连接构成第一卷扬机与第二卷扬机之间的循环线缆； 所述第一卷扬机与第二卷扬机分别通过齿轮或链条连接有第一力矩电机、 第二力矩电机； 风 筝通过牵引线缆与第一卷扬机和第二卷扬机之间的循环线缆上的任一点固定连接。
在上述任一方案中优选的是， 第二地面发电平台通过第二牵引车牵引进行位置移动。 作为另一种替代方案优选的是， 还提供一个与第一地面发电平台连接的可以移动的第三 发电平台， 在第三地面发电平台上设有同轴连接的第三卷扬机和第三发电机， 第三卷扬机上 的线缆与第一卷扬机上缠绕的线缆构成第三卷扬机与第一卷扬机之间的循环线缆， 所述第一 卷扬机、 第二卷扬机、 第三卷扬机分别通过齿轮或链条连接有第一力矩电机、 第二力矩电机 和第三力矩电机； 第三卷扬机和第一卷扬机之间的循环线缆、 第一卷扬机和第二卷扬机之间 的循环线缆分别通过缆绳与连接有风筝的牵引线缆连接。
在上述任一方案中优选的是， 所述第三地面发电平台通过第三牵引车进行位置移动。 在上述任一方案中优选的是， 所述力矩电机可以通过步进电机和 /或伺服电机替代。 作为另一种替代方案优选的是， 所述第二地面发电平台和第三地面发电平台安装在地面 的闭路循环轨道上， 第一地面发电平台置于闭路循环轨道的中心位置， 各个地面发电平台通 过其卷扬机上缠绕的线缆连接。
作为另一种替代方案可选的是， 还提供一个与第一地面发电平台连接的可以移动的多个 地面发电平台， 各个地面发电平台上分别设有同轴连接的卷扬机和发电机， 各个地面发电平 台上的卷扬机其上的线缆相互连接构成循环线缆并且通过缆绳与连接有风筝的牵引线缆连 接。
在上述任一方案中优选的是， 所述风筝上还设有飞行姿态控制装置， 由高空电控装置和 地面控制装置组成， 所述高空电控装置安装在风筝上， 风筝的控制线连接在高空电控装置上， 高空电控装置接收地面控制装置的控制信号， 对风筝的飞行姿态进行调整。
在上述任一方案中优选的是， 控制线为四根， 前端两根控制线穿过高空电控装置实现联 动； 后端两根控制线也通过该高空电控装置， 所述高空电控装置可以伸长或缩紧该后端控制
线。
在上述任一方案中优选的是， 所述高空电控装置为伺服电机， 也可以是步进电机、 普通 电机或是锁机。
在上述任一方案中优选的是， 与地面控制装置连接有雷达装置， 该雷达装置配置地用于 测定以地面为基准面垂直向上每 5米高度的实时风速， 并将测定的风速信息传输给地面控制 装置。
在上述任一方案中优选的是， 雷达装置是多普勒宽频雷达或者激光雷达。
在上述任一方案中 优选的是， 在地面控制装置中设有计算单元， 该计算单元配置地用 于将距地面 5000米以内的高度根据不同的气候条件或者地理条件划分为若干风层，然后该计 算单元根据雷达装置测定的风速计算出每个风层内的平均风速。
在上述任一方案中 优选的是， 将以地面为基准面在垂直向上每 100米分为一层。 在上述任一方案中优选的是， 计算单元还配置地用于根据每个风层的风速状况， 将所划 分出的各风层判定为适宜飞行区域和不适宜飞行区域。
在上述任一方案中优选的是， 若某风层平均风速在大于等于 10米 /秒且小于 25米 /秒的 范围内时， 则计算单元判定该风层为适宜飞行区域； 若某风层风速小于 10米 /秒或者大于等 于 25米 /秒时， 则计算单元判定该风层为不适宜飞行区域。
在上述任一方案中优选的是， 地面控制装置中还设有显示单元， 该显示单元配置地用于 显示以地面为基准垂直向上每 5米高度的风速信息以及所划分每个风层的平均风速信息。
在上述任一方案中优选的是， 在风筝上设有定位传感器， 其中定位传感器配置地用于获 取风筝在空中的位置信息， 并将该位置信息传输给地面控制装置， 然后通过地面控制装置中 计算单元的计算而得到相应的位置坐标并通过显示单元显示出来。
在上述任一方案中优选的是， 定位传感器上带有 GPS装置。
在上述任一方案中优选的是， 地面控制装置中的计算单元根据风筝所在的位置信息和当 前空中每个风层的风速状况进行以下判断： 当风筝所在位置位于适宜飞行区域时， 则地面控 制装置通过高空电控装置控制风筝在适宜飞行区域所在的风层内运动； 当风筝所在位置位于 不适宜飞行区域时， 地面控制装置中的计算单元以风筝所在位置为基点， 垂直向上或者垂直 向下寻找与风筝距离最近的且被判定为适宜飞行区域的风层， 并通过牵引线缆使风筝进入到 最邻近的适宜飞行区域内飞行。
在上述任一方案中优选的是， 显示单元是 LED屏幕或者可触摸屏幕。
在上述任一方案中优选的是， 雷达装置对风速的测定是实时进行的。
为了最大限度的发挥风筝的发电效率， 本发明的第二个目的是提供一种风筝发电装置的
发电控制方法， 包括如下步骤：
A : 将风筝放到空中 （起始点）， 预设起始点， 第一卷扬机与第二卷扬机之间的离合器打 开风筝随着行姿态控制装置的控制做 " 8 "字形飞行， 第一卷扬机与第二卷扬机同时放线并且 共同驱动变速器带动第一发电机发电；
B : 当风筝飞抵到预定高度， 后， 第一卷扬机与第二卷扬机通过离和器连接使得风筝滞 留在预定高度， 风筝继续做 " 8 "字飞行； 当风筝向左方飞行时， 因第一支架与第二支架之 间所产生线差， 需要迅速打开离合器控制第一力矩电机带动第一卷杨机及时将支架间的线差 迅速调整为初始状态.调整后及时将离合器还原联动实现稳定的动力输出；
C : 当风筝向右飞行时， 因第二支架与第一支架之间所产生线差， 需要迅速打开离合器 控制第二力矩电机带动第二卷扬机及时将支架间的线差迅速调整为初始状态， 调整后及时将 离合器还原联动实现稳定的动力输出；
D: 步骤 B与步骤 C交替运行， 从风筝从预定高度回落到初始位置；
E : 当风筝回落到初始个后， 位址第一卷扬机与第二卷扬机之间的离合器打开， 风筝重 新飞抵到步骤 B中的预定高度重复上述做功流程， 风筝随着地面控制设备的控制做 " 8 "字形 飞行， 第一卷扬机与第二卷扬机同时放线并且共同驱动变速器带动第一发电机发电；
F: 重复步骤八。
与现有技术相比， 本发明的优点在于： 发电装置的结构简单、 发电效率高、 能够保证连 续做功、 成本低从而有效地提高风能利用率。 此外， 该风筝发电装置所采用的风筝发电装置 的发电控制方法巧妙得当、 能够最大限度的产生电能。
附图说明
为了使本发明便于理解， 现在结合附图描述本发明的具体实施例。
图 1为根据本发明的风筝发电装置的优选实施例 1结构示意图。
图 2为根据本发明的风筝发电装置的优选具体实施例 2的结构示意图。
图 3为根据本发明的风筝发电装置的优选具体实施例 3的风筝发电装置的结构示意图。 图 4为根据本发明的风筝发电装置的具体实施例 4的风筝发电装置的结构示意图。 图 5为根据本发明的风筝发电装置中风筝飞行姿态控制装置中高空电控装置的结构示意 图。
图 6为根据本发明的风筝发电装置中风筝飞行姿态控制装置中地面控制装置的结构示意 图。
图 7为根据本发明的风筝发电装置原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例 1 :
如图 1与图 7所示， 一种风筝发电装置， 包括风筝 7和第一地面发电平台 101， 所述第 一地面发电平台 101上安装有第一发电机 103、 通过离合器 10同轴连接的第一卷扬机 102和 第二卷扬机 111， 第一卷扬机 102上缠绕的线缆通过第一发电平台 101上的第一支架 611、第 一发电平台 101上的第二支架 621与第二卷扬机 111上缠绕的线缆连接构成第一卷扬机 102 与第二卷扬机 111之间的循环线缆 402; 风筝 7通过牵引线缆 6与第一支架 611和第二支架 621之间的循环线缆 402上的任一点固定连接； 所述第一卷扬机 102与第二卷扬机 111分别 通过齿轮或链条连接有第一力矩电机 501、第二力矩电机 502; 第一卷扬机 102通过其输出端 上的第一单向离合器 801与离合器 10连接，第二卷扬机 111通过其输出端上的第二单向离合 器 802与离合器 10连接， 在单向离合器与离合器 10之间设有动力输出轴 12， 所述动力输出 轴 12连接变速箱 11带动第一发电机 103发电。
在本实施例中，所述第一支架 611与第二支架 621可开合的铰接在所述地面发电平台 101 上。 第一支架 611与第二支架 621之间形成夹角， 所述夹角的范围为 0 ° -180 ° 。 所述第一 支架 611与第二支架 621为能够逐级伸缩的第一伸缩杆、 第二伸缩杆。 所述第一伸缩杆与第 二伸缩杆的顶端分别设有第一定滑轮 602和第二定滑轮 603所述第一伸缩杆、 第二伸缩杆的 底端分别与第一地面发电平台 101固定铰接于一点或两点。 所述第一伸缩杆与第二伸缩杆可 通过其与地面第一发电平台 101上的固定铰接点为轴心进行旋转。 所述第一定滑轮 602、 第 二定滑轮 603通过分别设置在第一伸缩杆、 第二伸缩杆顶端的枢转装置 631为轴进行旋转。 所述力矩电机可以通过步进电机和 /或伺服电机替代。
如图 5-6所示， 风筝 7的飞行姿态控制装置工作流程如下： 在上述实施例中， 风筝 7上 连有四根控制线， 分别为前端控制线 1、 2和后端控制线 3、 4。 这四根控制线穿过高空电控 装置 5， 该高空电控装置可以是伺服电机， 也可以是步进电机、 普通电机或是锁机， 高空电 控装置外部与牵引线缆 6相连。 上述控制线接入高空电控装置， 前端控制线 1、 2通过高空电 控装置实现联动， 即其中一根控制线伸长的同时另一根缩紧。后端控制线 3、 4也接入高空电 控装置中， 控制线 3、 4在高空电控装置的控制下既可以实现同步运动， 即同时伸长或同时缩 紧； 也可以实现联动， 即类似前端控制线 1、 2—样一根控制线伸长的同时另一根缩紧。 高空 电控装置中有信号接收设备， 可以接收地面控制装置的控制信号， 根据控制信号调节控制线 的状态。 例如： 伸长前端控制线 1 同时缩紧前端控制线 2， 使得风筝飞行方向向右偏转； 反 之向左偏转。 同时伸长前端控制线 3和 4， 使得风筝飞行的垂直角增大； 反之风筝飞行的垂 直角减小。利用上述飞行姿态控制装置， 可以使得风筝 7在两个地面发电平台之间反复运动。
如图 6所示， 与地面控制装置 8还连接有雷达装置 9， 雷达装置 9配置地用于测定以地 面为基准面垂直向上每 5米高度的风速，其中雷达装置可以是多普勒宽频雷达或者激光雷达。
在使用上述风筝发电装置时， 雷达装置 9测定以地面为基准面垂直向上每 5米高度的实 时风速， 然后雷达装置 9将测定的风速信息传输给地面控制装置 8。 在地面控制装置 8中设 有计算单元 801， 该计算单元 801将距地面 5000米以内的高度根据不同的气候条件或者地理 条件等分为若干风层， 例如可以将以地面为基准面在垂直向上每 100米分为一层， 然后该计 算单元根据雷达装置 9测定的风速计算出每个风层内的平均风速。
进一步， 计算单元 801还根据每个风层的风速状况， 将所划分的各风层判定为适宜飞行 区域和不适宜飞行区域， 其中优选的是若某风层平均风速在大于等于 10米 /秒且小于 25米 / 秒的范围内时， 则计算单元判定该风层为适宜飞行区域， 若某层风速小于 10米 /秒或者大于 等于 25米 /秒时， 则判定该风层为不适宜飞行区域。
此外， 地面控制装置 8中还设有显示单元 802， 该显示单元 802可显示上述以地面为基 准垂直向上每 5米的风速信息以及所划分每个风层的平均风速信息， 其中， 显示单元 802优 选的可以是 LED屏幕或者可触摸屏幕。
在风筝 7上设有定位传感器 701， 其中定位传感器 701用于获取风筝 7在空中的位置信 息， 并将该位置信息传输给地面控制装置 8， 然后通过地面控制装置 8中计算单元 801的计 算而得到相应的位置坐标并通过显示单元 802显示出来，特别地，定位传感器 701上带有 GPS 装置。
地面控制装置 8中的计算单元 801根据风筝 7所在的位置信息和当前高空的中每个风层 的风速状况进行判断。
当风筝 7所在位置位于适宜飞行区域时， 则地面控制装置 8通过高空电控装置 6控制风 筝 7在适宜飞行区域所在的风层内运动； 当风筝 7所在位置位于不适宜飞行区域时， 地面控 制装置 8中的计算单元 802以风筝 7所在位置为基点， 向上或者向下寻找与风筝 7距离最近 的且被判定为适宜飞行区域的风层， 并通过牵引线缆 6使风筝 7进入到最邻近的适宜飞行区 域内飞行。
当需要地面发电装置进行发电时， 将风筝 7放到空中预设起始点， 第一卷扬机 102与第 二卷扬机 111之间的离合器 10打开， 风筝 7随着飞行姿态控制装置的控制做 "8 "字形飞行， 第一卷扬机 102与第二卷扬机 111同时放线并且共同驱动变速箱 11带动第一发电机 103发电； 当风筝 7飞抵到预定高度后， 第一卷扬机 102与第二卷扬机 111通过离和器 10连接使 得风筝 7滞留在预定高度， 风筝 7继续做 "8"字飞行； 当风筝 7向左方飞行时， 因第一支 架 611与第二支架 621之间所产生线差，需要迅速打开离合器 10控制第一力矩电机 501带动
第一卷杨机 102及时将支架间的线差迅速调整为初始状态，调整后及时将离合器 10还原联动 实现稳定的动力输出； 当风筝 7向右飞行时， 因第二支架 621与第一支架 611之间所产生线 差，需要迅速打开离合器 10控制第二力矩电机 502带动第二卷扬机 102时将支架间的线差迅 速调整为初始状态， 调整后及时将离合器 10还原联动实现稳定的动力输出； 风筝重复左右往 复飞行， 从风筝 7从预定高度回落到初始位置（预设起始点）； 当风筝 7回落到初始位置或预 设起始点后， 第一卷扬机 102与第二卷扬机 111之间的离合器 10打开， 风筝 7重新飞抵到预 定高度重复上述做功流程， 风筝 7随着飞行姿态控制装置的控制做" 8 "字形飞行， 第一卷扬 机 102与第二卷扬机 111同时放线并且共同驱动变速箱 11带动第一发电机 103发电； 但是， 该上述方案中存在许多不足， 例如， 理论上为了提高该风筝发电装置的发电效率， 最好是将 所述伸缩杆 621无限延长， 使风筝在高空中的行程增大， 自然发电效率就高， 可是在实际的 试验中发现所述伸缩杆不可能无限延伸， 国际上至多能延伸到 400米， 如果继续延长所述伸 缩杆的距离是不可能的， 原因在于： 受到制造水平的限制， 为此本发明人想到了一个替代方 案如实施例 2。
实施例 2:
如图 2与图 7所示， 一种风筝发电装置， 还提供一个与第一地面发电平台 101连接的可 移动的第二地面发电平台 201， 所述第一地面发电平台 101上安装有同轴连接的第一卷扬机 102和第一发电机 103，在第二地面发电平台 201上安装有同轴连接的第二卷扬机 111和第二 发电机 203， 第一卷扬机 102上的线缆通过所述第一地面发电平台 101上的第一支架 611与 第二地面发电平台 201上的第二支架 621上的线缆连接构成第一卷扬机 102与第二卷扬机 111 之间的循环线缆 402; 所述第一卷扬机 102与第二卷扬机 111分别通过齿轮或链条连接有第 一力矩电机 501、 第二力矩电机 502; 风筝 7通过牵引线缆 6与第一支架 611和第二支架 621 之间的循环线缆 402上的任一点固定连接。 在本实施例中， 与实施例一所不同的是， 地面发 电平台有两个， 每个发电平台上分别设有卷扬机和发电机。发动机通过链条和 /或齿轮连接有 力矩电机； 各个地面发电平台上的力矩电机带动卷扬机旋转实现收放循环线缆 402的目的， 最终实现高效发电的目的。 所述第二地面发电平台 201为可移动的， 具体是通过第二牵引车 641进行位置移动或者通过其他手段对所述第二地面发电平台 201 的位置进行移动， 所述第 二牵引车 641拖着所述第二地面发电平台 201与所述第一地面发电平台 101之间形成一定的 距离， 这样就避免了受到支架长度的限制， 通过增加所述第一地面发电平台 101和所述第二 发电平台 201之间的距离， 从而增加了与所述传送线缆 402连接的风筝 7的行程， 继而增大 了发电机的发电效率。
实施例 3:
如图 3， 如图 2所示， 在本实施例中与实施例例 2所不同的是， 在本实施例中， 并没有 设置支架装置， 也就是说在本实施例中， 删除了支架装置并不影响风筝发电装置的发电效率。 在本实施例中， 第二地面发电平台 201通过第二牵引车 641牵引进行位置移动。
实施例 4:
如图 4所示， 一种风筝发电装置， 包括第一发电平台 101、 第二发电平台 301及第三发 电平台 301。第一地面发电平台 101连接可以移动的第三发电平台 301， 在第三地面发电平台 301上设有同轴连接的第三卷扬机 302和第三发电机 303， 在本实施例中， 第三卷扬机 302上 的线缆与第一卷扬机 102上缠绕的线缆构成第三卷扬机 302与第一卷扬机 102之间的循环线 缆 402， 所述第一卷扬机 102、 第二卷扬机 111、 第三卷扬机 302分别通过齿轮或链条连接有 第一力矩电机 501、 第二力矩电机 502和第三力矩电机； 第三卷扬机 302和第一卷扬机 102 之间的循环线缆 402、 第一卷扬机 102和第二卷扬机 111之间的循环线缆 402分别通过缆绳 403与连接有风筝 7的牵引线缆 6连接； 所述第三地面发电平台 301通过第三牵引车 642进 行位置移动。 所述力矩电机可以通过步进电机和 /或伺服电机替代。
实施例 5:
一种风筝发电装置， 在本实施例中与实施例 4所不同的是， 所述第二地面发电平台 201 和第三地面发电平台 301安装在地面的闭路循环轨道 （图中未示出） 上， 第一地面发电平台 101 置于闭路循环轨道的中心位置， 各个地面发电平台通过其卷扬机上缠绕的线缆连接。 本 实施例的好处在于： 可实现不间断的发电。 因为闭路循环的轨道为圆形的封闭结构， 第二地 面发电平台 201、 第三地面发电平台 301置于轨道上， 而第一地面发电平台 101置于圆形轨 道的中心位置。 该种结构设计可实现连续不间断且可 360 ° 发电。
实施例 6:
在本实施例中， 与实施例 5所不同的是： 还提供一个与第一地面发电平台 101连接的可 以移动的多个地面发电平台， 各个地面发电平台上分别设有同轴连接的卷扬机和发电机， 各 个地面发电平台上的卷扬机其上的线缆相互连接构成循环线缆并且通过缆绳与连接有风筝 7 的牵引线缆 6连接； 多个地面发电平台的利用增大风筝发电的效率与发电量。
实施例 7:
与实施例 4所不同的是， 所述第一地面发电平台与第二发电平台之间的循环线缆、 第一 地面发电平台与第三地面发电平台之间的循环线缆分别通过滑轮和 /或滑轮组被缆绳 403 连 接并通过与风筝 7连接的牵引线缆 6牵引到高空中。
以上各个实施例中， 之所以风筝发电效率相对于现有技术和背景技术中的对比文件中的 发电效率较高的原因在于： 循环线缆只置于低空中， 风筝 7通过牵引线缆 6放入到高空中。
一方面减小了线缆在空中产生的风阻， 另一方面在于巧妙风筝发电装置的发电控制方法。 需要说明的是， 本发明所举实施例只是为了更清楚地表达本发明方法， 并不用于限制本 发明。 例如本发明中， 地面发电平台的数量、 控制卷扬机收放线的力矩电机等、 支架装置的 有无等； 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在 本发明的保护范围之内。 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改， 均 仍属于本发明技术方案的范围。
Claims
1.一种风筝发电装置， 包括风筝 （7) 和第一地面发电平台 （101)， 其特征在于:所述第 一地面发电平台 （101)上安装有第一发电机（103)、 通过离合器（10) 同轴连接的第一卷扬 机 （102) 和第二卷扬机 （111)， 第一卷扬机 （102) 上缠绕的线缆通过第一发电平台 （101) 上的第一支架 （611)、 第一发电平台 （101) 上的第二支架 （621) 与第二卷扬机 （111) 上缠 绕的线缆连接构成第一卷扬机（102)与第二卷扬机（111)之间的循环线缆（402); 风筝（7) 通过牵引线缆 （6) 与第一支架 （611) 和第二支架 （621) 之间的循环线缆 （402) 上的任一 点固定连接； 所述第一卷扬机（102)与第二卷扬机（111)分别通过齿轮或链条连接有第一 力矩电机（501)、 第二力矩电机（502); 第一卷扬机（102)通过其输出端上的第一单向离合 器（801)与离合器（10)连接， 第二卷扬机（111)通过其输出端上的第二单向离合器（802) 与离合器 （10)连接， 在单向离合器与离合器（10)之间设有动力输出轴 （12)， 所述动力输 出轴 （12) 连接变速箱 （11) 带动第一发电机 （103) 发电。
2.如权利要求 1所述的风筝发电装置， 其特征在于： 第一支架（611)与第二支架（621) 可开合的铰接在所述第一地面发电平台 （101) 上。
3.如权利要求 2所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述夹角的范围为 0° -180° 。
4.如权利要求 2所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第一支架 （611) 为能够逐级 伸缩的第一伸缩杆、 第二支架 （621) 为能够逐级伸缩的第二伸缩杆。
5.如权利要求 4所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第一伸缩杆与第二伸缩杆的顶 端分别设有第一定滑轮 （602) 和第二定滑轮 （603)。
6.如权利要求 5所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第一伸缩杆、 第二伸缩杆的底 端分别与第一地面发电平台（101)固定铰接于一点或两点。
7.如权利要求 6所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第一伸缩杆与第二伸缩杆可通 过其与地面第一发电平台 （101) 上的固定铰接点为轴心进行旋转。
8.如权利要求 5所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第一定滑轮 （602)、 第二定滑 轮 603) 通过分别设置在第一伸缩杆、 第二伸缩杆顶端的枢转装置 （631) 为轴进行旋转。
9.如权利要求 1 所述的风筝发电装置， 其特征在于： 还提供一个与第一地面发电平台 (101) 连接的可移动的第二地面发电平台 （201)， 所述第一地面发电平台 （101) 上安装有 同轴连接的第一卷扬机 （102) 和第一发电机 （103)， 在第二地面发电平台 （201) 上安装有 同轴连接的第二卷扬机 （111) 和第二发电机 （203)， 第一卷扬机 （102) 上的线缆通过所述 第一地面发电平台（101)上的第一支架（611)与第二地面发电平台（201)上的第二支架（621) 上的线缆连接构成第一卷扬机 （102) 与第二卷扬机 （111) 之间的循环线缆 （402); 所述第 一卷扬机 （102) 与第二卷扬机 （111) 分别通过齿轮或链条连接有第一力矩电机 （501)、 第
二力矩电机 （502 ); 风筝 （7 ) 通过牵引线缆 （6) 与第一支架 （611 ) 和第二支架 （621 ) 之 间的循环线缆 （402) 上的任一点固定连接。
10.如权利要求 1 所述的风筝发电装置， 其特征在于： 还提供一个与第一地面发电平台 ( 101 ) 连接的可移动的第二地面发电平台 （201 )， 所述第一地面发电平台 （101 ) 上安装有 同轴连接第一卷扬机 （102) 和第一发电机 （103)， 在第二地面发电平台 （201 ) 上安装有同 轴连接的第二卷扬机 （111 ) 和第二发电机 （203)， 第一卷扬机 （102) 上的线缆与第二地面 发电平台 （201 )上的第二卷扬机（111 )上缠绕的线缆连接构成第一卷扬机（102)与第二卷 扬机 （111 )之间的循环线缆 （402); 所述第一卷扬机 （102) 与第二卷扬机 （111 ) 分别通过 齿轮或链条连接有第一力矩电机 （501 )、 第二力矩电机 （502); 风筝 （7)通过牵引线缆 （6) 与第一卷扬机 （102) 和第二卷扬机 （111 ) 之间的循环线缆 （402) 上的任一点固定连接。
11.如权利要求 10所述的风筝发电装置， 其特征在于： 第二地面发电平台 （201 ) 通过 第二牵引车 （641 ) 牵引进行位置移动。
12.如权利要求 1 所述的风筝发电装置， 其特征在于： 还提供一个与第一地面发电平台 ( 101 ) 连接的可以移动的第三发电平台（301)， 在第三地面发电平台 （301)上设有同轴连接 的第三卷扬机 (302)和第三发电机 (303)， 第三卷扬机 （302) 上的线缆与第一卷扬机 （102) 上缠绕的线缆构成第三卷扬机 （302) 与第一卷扬机 （102) 之间的循环线缆 （402)， 所述第 一卷扬机（102)、 第二卷扬机（111 )、 第三卷扬机（302)分别通过齿轮或链条连接有第一力 矩电机（501 )、第二力矩电机（502)和第三力矩电机；第三卷扬机（302)和第一卷扬机（102 ) 之间的循环线缆 （402)、 第一卷扬机（102)和第二卷扬机 （111 )之间的循环线缆 （402) 分 别通过缆绳 （403) 与连接有风筝 （7) 的牵引线缆 （6) 连接。
13.如权利要求 12所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第三地面发电平台 （301 ) 通过第三牵引车 （642) 进行位置移动。
14.如权利要求 1、 9、 10、 12中任一项所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述力矩电 机可以通过步进电机和 /或伺服电机替代。
15.如权利要求 1、 9、 10、 12中任一项所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述第二地 面发电平台 （201 ) 和第三地面发电平台 （301 ) 安装在地面的闭路循环轨道上， 第一地面发 电平台 （101 )置于闭路循环轨道的中心位置， 各个地面发电平台通过其卷扬机上缠绕的线缆 连接。
16.如权利要求 1 所述的风筝发电装置， 其特征在于： 还提供一个与第一地面发电平台 ( 101 )连接的可以移动的多个地面发电平台， 各个地面发电平台上分别设有同轴连接的卷扬 机和发电机， 各个地面发电平台上的卷扬机其上的线缆相互连接构成循环线缆并且通过缆绳
与连接有风筝 （7 ) 的牵引线缆 （6 ) 连接。
17.如权利要求 1、 9、 10、 12中任一项所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述风筝（7 ) 上还设有飞行姿态控制装置， 由高空电控装置和地面控制装置（8 )组成， 所述高空电控装置 安装在风筝 （7 ) 上， 风筝 （7 ) 的控制线连接在高空电控装置上， 高空电控装置接收地面控 制装置 （8 ) 的控制信号， 对风筝 （7 ) 的飞行姿态进行调整。
18. 如权利要求 17所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述控制线为四根， 两根前端 控制线（1)、 （2)穿过高空电控装置实现联动； 两根后端控制线 （3)、 ( 4 ) 也通过该高空电控 装置， 所述高空电控装置可以伸长或缩紧该后端控制线 (3)、 （4)。
19. 如权利要求 18所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述高空电控装置为伺服电机。
20. 如权利要求 18所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述高空电控装置为步进电机。
21. 如权利要求 18所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述高空电控装置为普通电机。
22. 如权利要求 18所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述高空电控装置为锁机。
23. 如权利要求 18所述的风筝发电装置， 其特征在于： 与所述地面控制装置 （8 ) 连接 有雷达装置 （9)， 该雷达装置 （9 ) 配置地用于测定以地面为基准面垂直向上每 10米高度的 实时风速， 并将测定的风速信息传输给所述地面控制装置 （8)。
24. 如权利要求 23所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述雷达装置 （9 ) 是多普勒宽 频雷达。
25.如权利要求 23所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述雷达装置 （9 ) 是激光雷达。
26. 如权利要求 23所述的风筝发电装置， 其特征在于： 在所述地面控制装置 （8 ) 中设 有计算单元 （801 )， 该计算单元 （801 ) 配置地用于将距地面 5000米以内的高度根据不同的 气候条件或者地理条件划分为若干风层， 然后该计算单元 （801 ) 根据雷达装置 （9 ) 测定的 风速计算出每个风层内的平均风速。
27. 如权利要求 26所述的风筝发电装置， 其特征在于： 将以地面为基准面在垂直向上 每 50米分为一层。
28. 如权利要求 26所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述计算单元 （801 ) 还配置地 用于根据每个风层的风速状况，将所划分出的各风层判定为适宜飞行区域和不适宜飞行区域。
29. 如权利要求 28所述的风筝发电装置， 其特征在于： 若某风层平均风速在大于等于 10米 /秒且小于 25米 /秒的范围内时， 则计算单元 （801 ) 判定该风层为适宜飞行区域； 若某 风层风速小于 10米 /秒或者大于 25米 /秒时， 则计算单元（801 )判定该风层为不适宜飞行区 域。
30. 如权利要求 29所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述地面控制装置 （8 ) 中还设
有显示单元 （802)， 该显示单元 （802) 配置地用于显示以地面为基准垂直向上每 10米高度 的风速信息以及所划分每个风层的平均风速信息。
31. 如权利要求 29所述的风筝发电装置， 其特征在于： 在所述风筝 （7) 上设有定位传 感器 （701 )， 其中定位传感器 （701 ) 配置地用于获取风筝 （7) 在空中的位置信息， 并将该 位置信息传输给地面控制装置 （8)， 然后通过地面控制装置 （8 ) 中计算单元 （801 ) 的计算 而得到相应的位置坐标并通过显示单元显示出来。
32. 如权利要求 31所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述定位传感器 （701 ) 上带有 GPS装置。
33. 如权利要求 32所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述地面控制装置 （8) 中的计 算单元（801 )根据风筝（7)所在的位置信息和当前空中每个风层的风速状况进行以下判断： 当风筝 （7) 所在位置位于适宜飞行区域时， 则地面控制装置 （8) 通过高空电控装置控制风 筝 （7) 在适宜飞行区域所在的风层内运动； 当风筝 （7) 所在位置位于不适宜飞行区域时， 地面控制装置 （8) 中的计算单元 （801 ) 以风筝所在位置为基点， 垂直向上或者垂直向下寻 找与风筝（7)距离最近的且被判定为适宜飞行区域的风层， 并通过牵引线缆（6)使风筝（7) 进入到最邻近的适宜飞行区域内飞行。
34. 如权利要求 30所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述显示单元 （802) 是 LED屏 幕。
35. 如权利要求 30所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述显示单元 （802) 是可触摸 屏幕。
36. 如权利要求 23所述的风筝发电装置， 其特征在于： 所述雷达装置 （9) 对风速的测 定是实时进行的。
37.—种风筝发电装置的发电控制方法， 包括如下步骤：
A: 将风筝 （7) 放到空中预设起始点， 第一卷扬机 （102) 与第二卷扬机 （111 ) 之间的 离合器 （10) 打开， 风筝 （7 ) 随着飞行姿态控制装置的控制做 "8"字形飞行， 第一卷扬机 ( 102) 与第二卷扬机 （111 ) 同时放线并且共同驱动变速箱 （11 ) 带动第一发电机（103) 发 电；
B : 当风筝 （7) 飞抵到预定高度后， 第一卷扬机 （102) 与第二卷扬机 （111 ) 通过离和 器（10)连接使得风筝 (7)滞留在预定高度， 风筝 (7)继续做 "8"字飞行； 当风筝 (7)向左方 飞行时， 因第一支架（111)与第二支架 (621)之间所产生线差， 需要迅速打开离合器（10)控制 第一力矩电机 (501)带动第一卷杨机（102)及时将支架间的线差迅速调整为初始状态， 调整后 及时将离合器（10)还原联动实现稳定的动力输出；
C: 当风筝 (7)向右飞行时， 因第二支架 (621)与第一支架（111)之间所产生线差， 需要迅 速打开离合器（10)控制第二力矩电机 (502)带动第二卷扬机（102)及时将支架间的线差迅速调 整为初始状态， 调整后及时将离合器（10)还原联动实现稳定的动力输出；
D: 步骤 B与步骤 C交替运行， 从风筝 (7)从预定高度回落到初始位置 （预设起始点）；
E: 当风筝 (7)回落到初始位置或预设起始点后， 第一卷扬机（102)与第二卷扬机（111)之 间的离合器（10)打开， 风筝 (7)重新飞抵到步骤 B中的预定高度重复上述做功流程， 风筝 (7) 随着飞行姿态控制装置的控制做 "8 "字形飞行， 第一卷扬机（102)与第二卷扬机（111)同时放 线并且共同驱动变速箱（11)带动第一发电机 （103 ) 发电；
F: 重复步骤八。
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