[實(shí)用新型]一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及高空風(fēng)力發(fā)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220667234.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203067175U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)中煤能源集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): F03D5/00
• 分類號(hào): F03D5/00;F03D9/00;F03D11/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于將風(fēng)箏或升空傘等輕型飛行器在高空飛行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型還涉及設(shè)有所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的高空風(fēng)力發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

目前，風(fēng)能已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種主要的可替代能源，并在全球范圍內(nèi)得到推廣。

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電受場(chǎng)地和風(fēng)向風(fēng)速等因素影響較大，存在諸多缺點(diǎn)：首先，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)往往規(guī)模比較大，采用的是地面風(fēng)力發(fā)電機(jī)，需要占用大量的土地；其次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)生態(tài)環(huán)境具有一定的負(fù)面影響；此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要高塔支撐才能進(jìn)入距地面幾百英尺的高度，而且這一高度的風(fēng)力較小，同時(shí)也不穩(wěn)定，很難隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，實(shí)際轉(zhuǎn)化率較低，且常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造成本、建設(shè)成本都很高。

與地面風(fēng)相比，高空風(fēng)風(fēng)力更強(qiáng)，也更為穩(wěn)定，同時(shí)比地面風(fēng)更易于預(yù)測(cè)，因此越來(lái)越受到重視。現(xiàn)有技術(shù)中，利用高空風(fēng)的方式主要有兩種：第一種是在空中建造發(fā)電站，在高空發(fā)電，然后通過(guò)電纜輸送到地面；第二種是利用飛行器先將機(jī)械能輸送到地面，再由發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)換為電能。

其中，第一種方式需要將發(fā)電機(jī)、電纜等設(shè)備穩(wěn)定在高空，由于重量較大，因此升空高度有限，能量轉(zhuǎn)化率低，且造價(jià)高、回收困難，存在墜落的風(fēng)險(xiǎn)，而第二種方式并不存在以上缺點(diǎn)，已逐漸成為利用高空風(fēng)能的主要研發(fā)方向。

公開(kāi)號(hào)為CN101240778A的發(fā)明專利申請(qǐng)公布說(shuō)明書(shū)，公開(kāi)了一種風(fēng)箏發(fā)電方法，其工作原理是風(fēng)箏通過(guò)在地面上的操縱裝置，改變迎風(fēng)角度，當(dāng)風(fēng)箏表面垂直于氣流時(shí)，風(fēng)箏因風(fēng)阻力產(chǎn)生最大拉力，風(fēng)箏通過(guò)繩索，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，在逆程返回期間，風(fēng)箏操縱裝置改變風(fēng)箏迎風(fēng)角度，使其風(fēng)箏表面接近平行于氣流而阻力最小，發(fā)電機(jī)切換為電動(dòng)機(jī)，由外部提供能量，通過(guò)繩索拉動(dòng)風(fēng)箏返回，實(shí)現(xiàn)間斷利用高空氣流發(fā)電，其不足之處就在于，這種方法只能在風(fēng)箏上升階段產(chǎn)生電能，并且需要消耗額外的能源來(lái)回收風(fēng)箏，因此風(fēng)能轉(zhuǎn)化率低。

授權(quán)公告號(hào)為CN201714574U的實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種高效率高空風(fēng)箏發(fā)電機(jī)，由一對(duì)高空風(fēng)箏、發(fā)電機(jī)組組成，高空風(fēng)箏由線纜拖拽，工作時(shí)處于對(duì)流層中上層，高空風(fēng)箏上安裝有飛行姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置，可以接收地面的控制信號(hào)調(diào)節(jié)高空風(fēng)箏的迎風(fēng)角，兩個(gè)高空風(fēng)箏的線纜聯(lián)動(dòng)，當(dāng)一個(gè)高空風(fēng)箏上升時(shí)另一個(gè)風(fēng)箏下降，線纜與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)動(dòng)，高空風(fēng)箏上下移動(dòng)時(shí)，線纜帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

該發(fā)電設(shè)備通過(guò)控制風(fēng)箏飛行姿態(tài)，使兩個(gè)風(fēng)箏往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，無(wú)需消耗額外的能源來(lái)回收風(fēng)箏，但依然存在以下不足：

其一，兩個(gè)風(fēng)箏的線纜直接纏繞在同軸并排安裝的線輪上，線纜距離太過(guò)接近，風(fēng)箏在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)互相碰撞，容易損壞，且極易出現(xiàn)線纜纏繞現(xiàn)象，一旦纏繞，整套設(shè)備便無(wú)法正常工作，需回收、解除纏繞后重新升空，導(dǎo)致其不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

其二，高空風(fēng)雖然比較穩(wěn)定，但其風(fēng)向依然會(huì)發(fā)生變化，這就要求高空風(fēng)箏發(fā)電設(shè)備要具有適應(yīng)風(fēng)向變化的能力，而該設(shè)備的風(fēng)箏線纜直接纏繞在線輪上，只能適應(yīng)線輪切線方向上的高空風(fēng)，一旦風(fēng)向發(fā)生偏離，線纜便無(wú)法正常纏繞，當(dāng)風(fēng)向垂直于線輪的切線方向時(shí)，這一問(wèn)題會(huì)變得尤為嚴(yán)重，風(fēng)箏將無(wú)法帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

其三，由于極易出現(xiàn)纏繞現(xiàn)象，且適應(yīng)風(fēng)向變化的能力較弱，導(dǎo)致其動(dòng)力傳遞效率低，能量轉(zhuǎn)化率僅能維持在較低水平，發(fā)電量無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的第一目的是提供一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，可有效避免線纜纏繞，且能夠適應(yīng)各種風(fēng)向，從而顯著提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。

本實(shí)用新型的第二目的是提供一種設(shè)有所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的高空風(fēng)力發(fā)電裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本實(shí)用新型提供一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，包括：

往復(fù)輪；

發(fā)電機(jī)，由所述往復(fù)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電；

萬(wàn)向?qū)ЮK機(jī)構(gòu)，設(shè)于所述往復(fù)輪兩側(cè)；

牽引纜繩，繞設(shè)于所述往復(fù)輪，其用于連接飛行器的兩端分別繞經(jīng)相應(yīng)一側(cè)的萬(wàn)向?qū)ЮK機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述萬(wàn)向?qū)ЮK機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)繩架，各所述導(dǎo)繩架均設(shè)有萬(wàn)向?qū)ЮK輪和導(dǎo)向輪。

優(yōu)選地，所述萬(wàn)向?qū)ЮK輪位于所述萬(wàn)向?qū)ЮK架頂部的內(nèi)側(cè)，所述導(dǎo)向輪位于所述萬(wàn)向?qū)ЮK輪下方。

優(yōu)選地，所述萬(wàn)向?qū)ЮK輪包括上下垂直布置的第一輪軸組和第二輪軸組，各所述輪軸組分別包括兩根平行的輪軸，所述四根輪軸呈“井”字型分布，所述牽引纜繩從所述四根輪軸圍合的封閉空間穿過(guò)。

優(yōu)選地，所述往復(fù)輪為單輪結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述往復(fù)輪與所述導(dǎo)向輪、萬(wàn)向?qū)ЮK輪大體位于同一縱向平面內(nèi)。