专利名称：风筝风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉一种风筝风カ发电系统，属于风カ动能利用的能源领域。
背景技术：
利用风能是发展绿色能源的主要途径之一，目前主要的利用方式是建造大型风カ涡轮来获取风能发电，但是由于技术上的原因，涡轮风机的高度有限，因而不能够利用更高处闻品质的风能，使发电成本尚、电カ品质差。闻空的风速更快、风カ更稳定，意味着如果从 高空获取风能用于发电的话，能够提供成本更低、品质更优的风电，世界各地的人们已经提出了一些方案来利用高空风能，包括利用风筝和伞来带动地面发电机发电，然而至今仍未有大的突破进行商业开发利用，究其原因，技术上过于复杂、控制稳定性差是ー个主要的因素。如何进ー步简便地对风筝或伞进行姿态控制，对实现高空风能利用具有重要的意义。
发明内容
本发明主要是提供一种风筝风カ发电系统，它能够利用空中的风筝或风筝组提供的拉力，驱动地面的转盘不断旋转，进而带动发电机发电。本系统包括地面部分和空中部分，地面部分主要有转盘、转盘上的风筝姿态控制机构、转动平台、动カ传递和做功装置等，空中部分包括风筝的类型、风筝留空的办法等。本发明能让空中风筝的姿态随地面转盘转动在不同相位而自动改变，因此能够驱动转盘不断旋转，获得动カ用于发电等对外做功。本发明的转盘是ー种具有多个呈放射状安装的旋臂的转架，如图I所示，转盘的中心安装有转轴，转轴上安装有齿轮等传功的部件，这些部件将转盘转动所形成的カ传递给发电机等做功机械；旋臂的内端连接在转轴上，旋臂的外端安装风筝姿态控制机构，风筝姿态控制机构是决定本发明的转盘能够在风筝的拉动下连续旋转的关键。本发明转盘旋转的原理如图I所示，是利用风筝系留点位于转盘圆周上不同相位时，风筝姿态会随之改变，因而牵引力也会改变的原理来实现的。本发明中所用的风筝，至少具有前后两条操控线，位于风筝前部(上方)的，称为前操控线，位于风筝后部(下方)的，称为后操控线，风筝的运动规律，当迎风角减少时，拉カ減少，反之拉カ增加，在图I中，其中X为风筝后操控线系留点，S为风筝前操控线系留点，a h为旋臂在一圈中的八个相位，当相位为a吋，X点与S点的相对于风筝平面m的位置相同，风筝的迎风面处于正常状态，风筝对转盘具有一定的拉カ；当旋臂处于b相位时，则S位于X之前，风筝的迎风角度減少，拉カ减小，风筝易于向逆风方向拉动，到达c相位时具有最小的迎风角；当处于e相位时，X与S相对于风筝m的位置相同，风筝的迎风角回到正常迎风角，迎风面増加，拉カ开始加大，当旋臂处于g相位时，X位于S之后的距离最大,此时,风筝具有最大的迎风角，有最大的拉力，显然这样的受力状况导致了转盘两边的不平衡，转盘将逆时针旋转。根据上述原理，本发明的风筝姿态控制机构，乃是一个曲轴，其结构为一根支臂的两端各安有一根轴，轴分别垂直地安装在支臂的两侧，其中一根轴安装在旋臂的外端头上，且使得支臂与旋臂之间的夹角大于45度，风筝的前后两根操控线分别系在曲轴两根轴上，而且前操控线始終系在距转盘旋转中心最远的那根轴上。旋臂的外端头也可以变化，安装一条与之呈90度的短臂，曲轴的ー根轴再安装在该短臂的端头上，使曲轴上的两根轴分别位于旋臂的两侧，曲轴支臂与旋臂之间呈45 90度角的T字型，如图7所示。
本发明的转盘有两种放置方式，ー种是垂直放置，即转盘平面与水平面垂直，另ー种是水平放置，即转盘平面与水平面平行，当转盘采用垂直放置方式吋，旋臂处于转盘中心转轴上安装的齿轮的两侧，当转盘采用水平方式放置时，旋臂都在转盘的ー侧。当本发明的转盘采用垂直放置方式时，整个地面系统必须安装在一个旋转的平台之上，以适应风向的变化，如图2所示，整个系统安装在旋转平台11上，当本发明的转盘以水平方式放置吋，则不需要旋转的平台。本发明获取风カ动能的风筝，可以采用两种形式，ー种形式是自由飞行的风筝或风筝组，即每个风筝或风筝是单独飞行的，转盘垂直放置和水平放置均可以采用这种形式的风筝；另ー种形式是采用悬挂在气球系留绳上的方式系留在空中，如图5所示，当采用这种形式时，用于系留的气球至少有两根平行的系留绳，最好是采用四根系留绳，每个风筝或风筝组分别用滑环悬挂在气球系留绳上，这适合于转盘垂直放置的情況。本发明使用简单的机械部件即实现了风筝的自动姿态调控，并且能够拉动转盘连续转动，相比采用卷扬机的方法，具有简单易行成本低的优点。
图I为本发明的转盘旋转原理图。图中
m代表风筝平面，F代表风向，a、b、c、d、e、f、g、h代表转盘旋转时的八个相位，s为风筝前操控线系留点，X为风筝后操控线系留点，Θ为支臂与旋臂之间的夹角。图2为转盘垂直放置时的结构侧视示意图。图中
I.转盘中心转轴2.齿轮3.风筝前操控线系留轴4.风筝前操控线5.风筝
6.风筝后操控线7.支臂8.后操控线系留轴9.旋臂10.转盘支脚11.旋转平台12.滚珠13.基座14.发电机15.旋臂S.风筝前操控线系留点X.风筝后操控线系留点
图3为转盘垂直放置时的结构俯视示意图，图中各数字标示意义与图2相同。图4为为转盘垂直放置时的结构侧示意图，图中各数字标示意义与图2相同。图5为采用升空气球系留风筝时的气球与风筝的关系示意图。图中
51.升空气球52.气球系留绳53.滑环54.风筝55.风筝前操控线56.风筝后操控线
图6为转盘水平放置时的结构示意图。图中
61.转盘中心转轴62.风筝63.风筝后操控线系留轴64.风筝前操控线系留轴65.前操控线系留点66.支臂67.后操控线系留点68.旋臂69.齿轮610.机座611.发电机
图7为曲轴与旋臂呈T字型结构的示意图。图7A为地面部分整体的侧视图，图7B为曲轴与旋臂之间关系的右视图，图中
71.轴72.支臂73.短臂74.旋臂S.前操控线系留点X.后操控线系留点实施实例
以下结合附图，用实例进ー步说明本发明，但本发明不受此限制。实例I转盘垂直放置的风筝风カ发电装置
该实例结合附图2、附图3、附图4来说明。其中附图2为转盘垂直放置的侧视图，附图3为该装置的俯视图。附图2中，转盘由旋臂9和旋臂15围绕中心转轴I构成，旋臂9和旋臂15分别位于齿轮2的两侧，两根旋臂之间呈180度夹角，转盘及齿轮用支脚10支撑，安装在一个可以360度转动的水平平台11上，该转动平台安装在基座13上。在旋臂的端头，安装有后操控线系留轴8，在轴8的头上，安装有与旋臂之间的夹角大于90度的支臂7，在支臂7的端头，安装有前操控线轴3，风筝的前操控线4，后操控线6，分别系留在S、X点，转盘转动时获得的动能，通过齿轮2传递到做功装置发电机14，带动发电机发电。然而，倘若支臂与旋臂之间的夹角处于45 90度之间，则上述前后操控线的系留点则需要调换，即前操控线4安装轴8的位置，而后操控线6安装在轴3的位置，如图4所
/Jn ο实例2采用悬挂在系留气球绳上风筝的风カ发电装置
该实例结合附图2、附图5来说明。在该实例中，地面部分装置采用与附图2所示的实例I相同，不同地方在于，风筝将采用如同附图5所示的形式系留在空中。附图5中，ー个长条形的升空气球51被两根平行的系留绳52系留在地面的旋转平台上，风筝54则用滑环53悬挂在系留绳52上，风筝的前操控线55与附图2中的前操控线4相连，风筝的后操控线56与附图2中后操控线6相连。采用升空气球系留风筝的方式，有效地解决了在风力不足时风筝不能很好起飞的问题，使整个风筝风カ发电装置能够更平稳地运转。
实例3转盘水平放置的风筝风カ发电装置
该实例结合图6来说明。在图6中，转盘由4根旋臂68围绕转盘中心转轴61组成，旋臂的内端安装在轴61上，4根旋臂均处于水平面的同一面，4根旋臂均分ー个圆周，轴61安装在机座610上，转轴下部装有齿轮69，由它将转盘的动力传递给做功机械发电机611发电。在每根旋臂68的外端上，安装有后操控线系留轴63，63的上方安装有与旋臂呈90 180度夹角的支臂66，66的外端上，安装有前操控线系留轴64，风筝62的前操控线通过系留点65系留在轴64上，后 呆控线则通过系留点67系留在轴63上。以上分别举例说明了本发明的实施办法，包括采用垂直方式放置转盘时转盘的结构，风筝在独立飞行和用升空气球系留时的连接方式，转盘水平放置时的结构和风筝的连接方式等，具有相关知识的人员，完全可以根据上述举例和原理做出某些改进，但是只要不超出利用本发明的原理和结构的范围，亦应该在本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种风筝风カ发电系统，包括有地面部分和空中部分，地面部分主要有转盘、转盘上的风筝姿态控制机构、转动平台、动カ传递和做功装置等，空中部分包括风筝、系留风筝的气球等，其特征在干转盘由数根旋臂和中心转轴组成，旋臂的内端安装在中心转轴上，中心转轴上安装有输出动力的齿轮，齿轮带动发电机旋转，旋臂上安装有系留风筝的风筝姿态控制机构，当转盘垂直放置时，整个地面装置均安装在一个可以360度旋转的平台之上。
2.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于转盘的旋转是利用风筝系留点位于转盘圆周上不同相位时，风筝姿态会随之改变，因而牵引力也会改变的原理来实现的。
3.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于所述的风筝姿态控制机构为一曲轴，其结构为一根支臂的两端各安有一根轴，轴分别垂直地安装在支臂的两侧，其中一根轴安装在旋臂的外端头上，且使得支臂与旋臂之间的夹角大于45度，风筝的前后两根操控线分别系在支臂的两根轴上，而且前操控线始終系在距转盘旋转中心最远的那根轴上。
4.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于所述的风筝姿态控制机构为一曲轴，其结构为一根支臂的两端各安有一根轴，轴分别垂直地安装在支臂的两侧，其中一根轴安装在连接旋臂的短臂外端头上，曲轴支臂上的两根轴分别位于旋臂的两侧，旋臂与曲轴支臂之间呈45 90度角的T字型。
5.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于所述转盘可以垂直放置也可以水平放置，当转盘垂直放置时，旋臂位于中心转轴上安装的齿轮的两侧，当转盘水平放置时，旋臂位于转盘的同一侧。
6.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于所采用风筝至少具有前操控线和后操控线两条操控线，所用风筝可以是单个风筝也可是风筝组，使用的风筝除了可以独立飞行的类型外，还可以采用挂在气球系留绳上的方式保持在空中的风筝。
7.根据权利要求I所述的风筝风カ发电系统，其特征在于所采用的风筝为悬挂在气球系留上的风筝，系留气球至少有两根系留绳，风筝通过滑环悬挂在气球系留绳上。
全文摘要
本发明主要是提供一种风筝风力发电系统，它能够利用空中的风筝或风筝组提供的拉力，驱动地面的转盘不断旋转，进而带动发电机发电。本系统包括地面部分和空中部分，地面部分主要有转盘、转盘上的风筝姿态控制机构、转动平台、动力传递和做功装置等，空中部分包括风筝的类型、风筝留空的办法等。本发明能让空中风筝的姿态随地面转盘转动在不同相位而自动改变，因此能够驱动转盘不断旋转，获得动力用于发电等对外做功。
文档编号F03D9/00GK102619698SQ20121013090
公开日2012年8月1日 申请日期2012年5月1日 优先权日2012年5月1日
发明者李永平 申请人:李永平