專利名稱：高空風箏發電裝置的制作方法
技術領域：
高空風箏發電裝置技術領域[0001]本實用新型屬于風能利用技術領域，涉及一種發電裝置，具體涉及一種高空風箏發電裝置。
背景技術：
[0002]高空風能是人類迄今基本上沒有開發利用的新能源，這是一種儲量豐富、分布廣泛的可再生清潔能源。有研究指出:高空中蘊藏的風能超過人類社會總需能源的100多倍。其中，高空的風能與風速的立方成正比，一般來說風速增加I倍，風能增加8倍，因此高空風能可高出地面上的數倍、十數倍、數十倍乃至成百上千倍。在高空位置達到較為理想的情況下，高空風電的理論發電時間可以超過全年時間的95%，年發電時間可高達8200小時以上。因此，采集高空風能發電可以獲得高穩定性、低發電成本的風電，這是高空風電的顯著特點之一，也是高空風電相比常規風電的最顯著優勢之一。[0003]當前高空風能發電主要有以下幾種方式:一是制作大型風箏攜帶螺旋槳、發電機升入高空并使用電纜將發電機產生的電能輸送到地面。在這種方法中，風箏需要拖曳大量的電纜和發電機、螺旋槳等設備，因而具有負重較大、升空高度有限、能量轉化效率低的缺陷，而且發電設備在高空不利于維護；二是將發電機置于地面，使用高空風箏的線纜帶動發電機的轉子發電，并且在地面安裝卷揚機用于在高空風箏下降時回收線纜，但是這種方法只能在風箏上升階段產生電能，并且需要消耗能源驅動卷揚機回收風箏，因此風能利用率較低；此外，國外研究人員還提出利用多組連接在支架上的風箏拉動地面上的圓盤轉動，通過電動卷揚機來控制風箏拉線的收放，實現空中風箏發電，但是這種方式結構復雜、工藝成本高，而且多組風箏一起放飛并不容易控制進而產生纏繞現象。針對上述問題，專利號為ZL201020105122.4的中國實用新型專利公布了一種減少電纜拖曳耗能、大幅增加風能轉換效率的高空風箏發電機，盡管其實現了在高空風箏運行任何階段都能產生電能，然而風箏直線上下移動的方式還沒有完全徹底地改善能量轉化效率不足夠高的問題，此外雙線風箏在高空復雜氣流條件下可能出現相互纏繞的問題。發明內容[0004]為彌補現有技術的缺陷，本實用新型旨在設計一種高空風箏發電裝置，其特點是結構簡單、工藝成本低、連續做功成本低、有效提高風能利用率，解決背景技術中存在的上述問題。[0005]為實現上述目的，本實用新型是通過如下技術方案來實現的:提供了一種高空風箏發電裝置，其包括地面發電裝置和一對高空風箏，地面發電裝置包括操作臺及設在操作臺上的發電機，所述高空風箏由線纜拖曳，線纜與發電機轉子聯動，當高空風箏上下往復移動時，由線纜帶動發電機轉子轉動進行發電。此外，還設有防纏繞裝置，其包括高空風箏位置監控裝置、地面控制裝置和電控裝置，高空風箏位置監控裝置安裝在高空風箏上，電控裝置包括與高空風箏連接的飛行姿態調節裝置以及安裝在操作臺上的底盤控制裝置。[0006]優選的是，地面控制裝置包括信號接收裝置、計算單元以及控制信號發射裝置，其中信號接收裝置接收來自于高空風箏位置監控裝置發射的高空風箏位置信息，控制信號發射裝置將計算單元計算獲得的控制指令發送給電控裝置，分別對高空風箏的飛行姿態及操作臺的底盤進行控制。[0007]在上述任一方案中可選的是，操作臺設置在水平面上。[0008]可選的是，操作臺與水平面呈30— 60度的傾角，例如，33°、35°、38°、40°、43。、45。、48。、50。、53。、55。、58。等。[0009]在上述任一方案中優選的是，高空風箏位置監控裝置為GPS定位裝置、多普勒寬頻雷達或者激光雷達。[0010]在上述任一方案中優選的是，所述飛行姿態調節裝置通過控制線與高空風箏連接，飛行姿態調節裝置接收來自地面控制裝置的控制信號，對高空風箏的飛行姿態進行調難iF.ο[0011]在上述任一方案中優選的是，控制線為四根，前端兩根控制線穿過飛行姿態調節裝置實現聯動；后端兩根控制線也通過該飛行姿態調節裝置，所述飛行姿態調節裝置可以伸長或縮緊該后端控制線。[0012]在上述任一方案中優選的是，所述飛行姿態調節裝置為伺服電機，也可以是步進電機、普通電機或是鎖機。[0013]在上述任一方案中優選的是，與地面控制裝置連接有雷達裝置，該雷達裝置配置地用于測定以地面為基準面垂直向上每五米高度的實時風速，并將測定的風速信息傳輸給地面控制裝置。[0014]在上述任一方案中優選的是，雷達裝置是多普勒寬頻雷達或者激光雷達。[0015]在上述任一方案中優選的是，地面控制裝置中還設有顯示單元，該顯示單元配置地用于顯示以地面為基準垂直向上每五米高度的風速信息以及所劃分每個風層的平均風速信息，同時可以顯示通過地面控制裝置中計算單元的計算而得到高空風箏相應的位置坐標。[0016]在上述任一方案中優選的是，顯示單元是LED屏幕或者可觸摸屏幕。[0017]根據本實用新型的又一個目的，提供一種改進型高空風箏發電裝置的使用方法，其中所述改進型高空風箏發電裝置包括地面發電裝置和一對高空風箏，地面發電裝置包括可移動的操作臺及設在操作臺上的發電機，所述高空風箏由線纜拖曳，線纜與發電機轉子聯動，當高空風箏上下往復移動時，由線纜帶動發電機轉子轉動進行發電。此外，還設有防纏繞裝置，其包括高空風箏位置監控裝置、地面控制裝置和電控裝置，高空風箏位置監控裝置安裝在高空風箏上，電控裝置包括與高空風箏連接的飛行姿態調節裝置以及安裝在操作臺上的底盤控制裝置。具體地，該發電裝置的使用方法包括如下步驟:[0018]1.將兩風箏依次放飛至空中，通過飛行姿態調節裝置改變高空風箏迎風角使風箏可以獨自停留在空中，然后繼續通過飛行姿態調節裝置控制使兩個風箏繼續上升直至把兩端線纜拉直；[0019]2.通過風箏a的飛行姿態調節裝置使得其迎風角減小，風箏a通過線纜的牽引由原有相對于操作臺斜上方向運動至正上方，相應地，通過連接在風箏b的飛行姿態調節裝置使得風箏b在放飛區域內以8字型軌跡往復運動拉動線纜繼續上升并通過線纜帶動發電機轉子轉動產生電能，同時拉動風箏a直線下降；[0020]3.當風箏a下降至一定高度后，地面控制裝置向底盤控制裝置發出控制信號使得操作臺旋轉一定角度，使得被放飛風箏a的牽引線纜所處區域的高度低于被收回風箏b的牽引線纜所處區域的高度，隨后采用與步驟2中相反的方式分別控制風箏a和風箏b完成如下操作:即通過風箏b的飛行姿態調節裝置使得其迎風角減小，風箏b通過線纜的牽弓I由原有相對于操作臺斜上方向運動至正上方，相應地，通過連接在風箏a的飛行姿態調節裝置使得風箏a在放飛區域內以8字型軌跡往復運動拉動線纜繼續上升并通過線纜帶動發電機轉子轉動產生電能，同時拉動風箏b直線下降；[0021]4.重復以上步驟2和3，在每次風箏的收放循環中操作臺均通過底盤控制裝置相對上一次反向旋轉一定的角度，使得被放飛風箏的牽引線纜所處區域的高度低于被收回風箏b的牽引線纜所處區域的高度。[0022]優選的是，在以上步驟中，通過防纏繞裝置實時控制高空風箏的飛行姿態。其中地面控制裝置包括信號接收裝置、計算單元以及控制信號發射裝置，其中信號接收裝置接收來自于高空風箏位置監控裝置發射的高空風箏位置信息，控制信號發射裝置將計算單元計算獲得的控制指令發送給電控裝置，分別對高空風箏的飛行姿態及操作臺的底盤進行控制。[0023]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:發電裝置的結構簡單、工藝成本低，同時能夠保證連續做功成本低從而有效地提高風能利用率。
[0024]為了使本實用新型便于理解，現在結合附圖描述本實用新型的具體實施例。[0025]圖1為根據本實用新型一優選實施例的結構示意圖；[0026]圖2為圖1所示實施例運行過程中高空風箏運行軌跡示意圖；[0027]圖3為設置在高空風箏發電裝置中防纏繞裝置的結構關系圖；[0028]圖4為飛行姿態調節裝置的結構示意圖。
具體實施方式
[0029]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述。[0030]如圖1所示:一種高空風箏發電裝置，其包括地面發電裝置和一對高空風箏a和b，地面發電裝置包括操作臺I及設在操作臺上的發電機2，其中操作臺I可以通過外部驅動或自驅動的方式移動，所述高空風箏由線纜3拖曳，線纜3與發電機轉子聯動，當高空風箏上下往復移動時，由線纜帶動發電機轉子轉動進行發電。此外，還設有防纏繞裝置，其包括高空風箏位置監控裝置4、地面控制裝置5和電控裝置6，高空風箏位置監控裝置4安裝在高空風箏上(如圖3、圖4所示)，電控裝置6包括分別與兩個高空風箏連接的飛行姿態調節裝置601、602以及安裝在操作臺上的底盤控制裝置603。[0031]參考圖1和圖2，整個發電裝置的操作方法及工作流程包括如下步驟:[0032]1.將兩風箏依次放飛至空中，通過飛行姿態調節裝置改變高空風箏迎風角使風箏可以獨自停留在空中，然后繼續通過飛行姿態調節裝置控制使兩個風箏繼續上升直至把兩端線纜拉直；[0033]2.通過風箏a的飛行姿態調節裝置601使得其迎風角減小，風箏a通過線纜的牽引由原有相對于操作臺斜上方向運動至正上方，相應地，通過連接在風箏b的飛行姿態調節裝置602使得風箏b在放飛區域內以8字型軌跡往復運動拉動線纜繼續上升并通過線纜帶動發電機轉子轉動產生電能，同時拉動風箏a直線下降；[0034]3.當風箏a下降至一定高度后，地面控制裝置8向底盤控制裝置603發出控制信號使得操作臺旋轉一定角度，使得被放飛風箏a的牽引線纜所處區域的高度低于被收回風箏b的牽引線纜所處區域的高度，隨后采用與步驟2中相反的方式分別控制風箏a和風箏b完成如下操作:即通過風箏b的飛行姿態調節裝置602使得其迎風角減小，風箏b通過線纜的牽引由原有相對于操作臺斜上方向運動至正上方，相應地，通過連接在風箏a的飛行姿態調節裝置601使得風箏a在放飛區域內以8字型軌跡往復運動拉動線纜繼續上升并通過線纜帶動發電機轉子轉動產生電能，同時拉動風箏b直線下降；[0035]4.重復以上步驟2和3，在每次風箏的收放循環中操作臺均通過底盤控制裝置603相對上一次反向旋轉一定的角度，使得被放飛風箏的牽引線纜所處區域的高度低于被收回風箏b的牽引線纜所處區域的高度。[0036]在以上實施例中，操作臺可以設置在水平面上，也可以與水平面設置成30— 60度的傾角，例如傾角設置為:33°、35°、38°、40°、43°、45°、48°、50°、53°、55°、58°、60°等。其中設置傾角可以在將操作臺旋轉比較小角度的情況下，即可保證被放飛風箏的牽引線纜所處區域的高度低于被收回風箏b的牽引線纜所處區域的高度，從而避免被放飛風箏以8字型軌跡做往復運動時其牽引線纜不會與被收回風箏的牽引線纜發生纏繞。[0037]高空風箏的飛行姿態調節裝置工作流程如下:在上述實施例中，如圖4所示，高空風箏上連有四根控制線，分別為前端控制線101、102和后端控制線103、104。這四根控制線穿過飛行姿態調節裝置601，該飛行姿態調節裝置可以是伺服電機，也可以是步進電機、普通電機或是鎖機，飛行姿態調節裝置外部與線纜3相連。上述控制線接入飛行姿態調節裝置，前端控制線101、102通過飛行姿態調節裝置實現聯動，即其中一根控制線伸長的同時另一根縮緊。后端控制線103、104也接入飛行姿態調節裝置中，控制線103、104在飛行姿態調節裝置的控制下既可以實現同步運動，即同時伸長或同時縮緊；也可以實現聯動，即類似前端控制線101、102—樣一根控制線伸長的同時另一根縮緊。飛行姿態調節裝置中有信號接收設備，可以接收地面控制裝置的控制信號，根據控制信號調節控制線的狀態。例如:伸長控制線101同時縮緊控制線102，使得風箏飛行方向向右偏轉；反之向左偏轉。同時伸長控制線103和104，使得風箏飛行的垂直角增大；反之風箏飛行的垂直角減小。利用上述飛行姿態調節裝置，可以使得高空風箏按照入之前工作流程所述以8字型軌跡往復運動在放飛區域內放出并且從正上方收回的形式進行往復循環運動。[0038]圖3示出了本實用新型的發電裝置中防纏繞裝置的結構關系圖，防纏繞裝置，其包括高空風箏位置監控裝置4、地面控制裝置5和電控裝置6，高空風箏位置監控裝置4安裝在高空風箏上，電控裝置6包括分別與兩個高空風箏連接的飛行姿態調節裝置601、602以及安裝在操作臺2上的底盤控制裝置603。其中，地面控制裝置5進一步包括信號接收裝置501、計算單元502以及控制信號發射裝置503。信號接收裝置501用于接收來自于高空風箏位置監控裝置4發射的高空風箏位置信息，控制信號發射裝置503將計算單元502計算獲得的控制指令發送給飛行姿態調節裝置601、602以及操作臺2上的底盤控制裝置603，分別對高空風箏的飛行姿態及操作臺的底盤進行控制。此外與地面控制裝置5還連接有雷達裝置7，其中雷達裝置可以是多普勒寬頻雷達或者激光雷達，雷達裝置7配置地用于測定以地面為基準面垂直向上每5米高度的實時風速，然后將測定的風速信息傳輸給地面控制裝置5中的信號接收裝置501。[0039]此外，地面控制裝置5中還設有顯示單元504，該顯示單元504可顯示上述以地面為基準垂直向上每5米的風速信息以及所劃分每個風層的平均風速信息，同時可以顯示通過地面控制裝置中計算單元的計算而得到高空風箏相應的位置坐標。其中，顯示單元504優選的可以是LED屏幕或者可觸摸屏幕。[0040]需要說明的是，本實用新型所舉實施例只是為了更清楚地表達本實用新型方法，并不用于限制本實用新型。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍。
權利要求1.高空風箏發電裝置，其包括地面發電裝置和一對高空風箏，地面發電裝置包括操作臺及設在操作臺上的發電機，所述高空風箏由線纜拖曳，線纜與發電機轉子聯動，當高空風箏上下往復移動時，由線纜帶動發電機轉子轉動進行發電，其特征在于:還設有防纏繞裝置，所述防纏繞裝置包括高空風箏位置監控裝置、地面控制裝置和電控裝置，高空風箏位置監控裝置安裝在高空風箏上，電控裝置包括與高空風箏連接的飛行姿態調節裝置以及安裝在操作臺上的底盤控制裝置。
2.如權利要求1所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:地面控制裝置包括信號接收裝置、計算單元以及控制信號發射裝置，其中信號接收裝置接收來自于高空風箏位置監控裝置發射的高空風箏位置信息，控制信號發射裝置將計算單元計算獲得的控制指令發送給電控裝置，分別對高空風箏的飛行姿態及操作臺的底盤進行控制。
3.如權利要求2所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述操作臺設置在水平面上。
4.如權利要求2所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述操作臺與水平面呈30—60度的傾角。
5.如權利要求3或4所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述高空風箏位置監控裝置為GPS定位裝置。
6.如權利要求3或4所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述高空風箏位置監控裝置為多普勒寬頻雷達。
7.如權利要求3或4所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述高空風箏位置監控裝置為激光雷達。
8.如權利要求1-4中任一項所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述飛行姿態調節裝置通過控制線與高空風箏連接，飛行姿態調節裝置接收來自地面控制裝置的控制信號，對高空風箏的飛行姿態進行調整。
9.如權利要求8所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述控制線為四根，前端兩根控制線穿過飛行姿態調節裝置實現聯動；后端兩根控制線也通過該飛行姿態調節裝置，所述飛行姿態調節裝置可以伸長或縮緊該后端控制線。
10.如權利要求9所述的高空風箏發電裝置，其特征在于:所述飛行姿態調節裝置為電機。
專利摘要本實用新型提供了一種高空風箏發電裝置，其包括地面發電裝置和一對高空風箏，地面發電裝置包括操作臺及設在操作臺上的發電機，所述高空風箏由線纜拖曳，線纜與發電機轉子聯動，當高空風箏上下往復移動時，由線纜帶動發電機轉子轉動進行發電。此外，還設有防纏繞裝置，其包括高空風箏位置監控裝置、地面控制裝置和電控裝置，高空風箏位置監控裝置安裝在高空風箏上，電控裝置包括與高空風箏連接的飛行姿態調節裝置以及安裝在操作臺上的底盤控制裝置。本實用新型發電裝置的結構簡單、工藝成本低，同時能夠保證連續做功成本低從而有效地提高風能利用率。
文檔編號F03D5/00GK202971044SQ20122061795
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者戴堅 申請人:戴寧, 戴堅