专利名称：风筝发电方法
风筝发电方法所属技术领域本发明属风力发动机领域。背景技术：
目前，公知的风力发电设备是由地面上的支架、风向转台、水平轴或垂直轴、桨叶、 变速箱、发电机、电力储存或逆变设备等组成。风能是根风速的平方成正比，在大气对 流层风速随着距离地面高度的增加而增大，距离地面越高风速越大。但是因为地面支架 高度的限制，不能充分利用距离地面较高的风速。现有水平轴风力发电设备的桨叶是山 三条窄而长的桨叶构成，风力在每条桨叶上均产生升力和阻力，升力用来推动风力机发 电，阻力对风力机是破坏力。每条桨叶又是扭曲的，因为叶尖的扫风速度超过60米/秒， 为减少扫风阻力整条桨叶的风力入角是不同的，如叶尖的风力入角为80度以上。由此不 难看出；风力机叶片接触到的风能很少，接触到的风能又有很大一部分产生的是阻力。 目前全国风力发电只有110万千瓦，即便2020年达到规划中的3000万千&。由于造价占风 电总成本70%左右的发电机组绝大部分依靠进口，我国风电的成本长期居高不下。2003 年之前，风电的装机成本超过l万元/千瓦，经过特许权招标和设备国产化的推进，目前 的成本可控制在8000-9000^/千瓦。而按照目前的行业平均水平，每度风电的成本为0.5 元-0.6元。设备造价高、风能利用率低、维护费用高是阻碍风力发电的主要原因。申请号98109467.9发明柔性风力发电装置提供了一种利用高空中的高速风 的能量。不足之处K风筝是用构架做的，没有完全"柔性"，风筝自身重量还没有做 到最轻。2、两只风筝是在距离很近的两条绳索上工作，风筝面积不可能做的太大，两个 风筝要发生"碰撞"和相互缠绕。3、两个风筝的同步有待解决。
发明内容为了克服现有风力发电设备不能充分利用高空风速和风能利用率低，本发明提供一 种风筝发电方法，该风筝发电方法能在地面上就可以利用高空的较大风速，而且风能利 用率高，使用安全、设备简单、适用不同功率的风力发电。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在风向转台上装有发电/电动机、变速 箱，其特征是风筝操纵装置、绳索、风筝、巻扬机、传感器与电脑控制装置、电磁铁 刹车器、防止飞机撞上风筝装置、风筝水平位置自动调整装置、弹性安全装置。所述风向转台是为了风筝和转台上面的其它装置顺着风向一边而设立。发电机的电力通过电刷与电网连接。所述风筝操纵装置是控制风筝迎风角度之用，当风筝表面垂直于气流，风筝因风 阻力产生最大拉力，风筝通过绳索拉动风筝操纵装置，通过变速箱、拖动发电机发电。 在逆程返回期间，风筝操纵装置改变风筝迎风角度，使其减小阻力，发电机变成电动机， 由外部提供能量，通过绳索拉动风筝返回并且产生升力，使风筝爬升。其特点是发电 机是间断输出电力，逆程返回期间要靠外部能量恢复，在工作与逆程返回时交替改变风 筝的迎风夹角，能够产生最大的牵引力和最大升力使风筝爬升的目的。风筝操纵装置还 有一个重要的作用，是能控制风筝的拉力。当风速过大时，减小风筝迎风角度(面积)， 避免损坏并网发电的发电机。所述绳索和风筝采用超高分子量聚乙^l纤维(UHMWPE)制造，是继碳纤维、芳 纶之后的第三代高性能特种纤维。它不仅是目前高性能纤维中比模量、比强度最高的纤维(比强度是钢铁的8-15倍，比芳纶高40%)，而且具有质轻、柔软、耐低温、耐紫外 线、耐冲击、耐海水腐蚀、耐磨、耐化学性、不吸水，是唯一能够浮在水面上的高性能 纤维。所述风筝形状示滑翔伞的柔性风筝。为了增加风筝的面积，若千个风筝串连在一起，形状像梯子。所述巻扬机是接受风筝动力的主要设备，风筝工作时，通过绳索拉动巻扬机，巻 扬机通过变速箱拖动发动机发电，风筝逆程返回时，电动机通过变速箱拖动巻扬机拉回 风筝。在修理风筝或有飞机向着风筝方向飞来时，巻扬机收回风筝。所述传感器与电脑控制装置传感器以脉冲形式输出给电脑，电脑计算出绳索的长 度，控制风筝的迎风角度。所述电磁铁刹车器是在风筝操纵装置在变换迎风角度时，辅助风筝操纵装置切换 方式，和风筝停止工作长时间刹住巻扬机。所述防止飞机撞上风筝装置因为风筝要飞很高，大型风筝可以飞到对流层顶部， 正是民航飞机的高度，为保证民航飞机安全，设置防止飞机撞上风筝装置。所述风筝水平位置自动调整装置少于三根绳索的风筝容易倾覆，为防止风筝倾覆, 设置风筝水平位置自动调整装置，安装在风筝与主绳索之间。所述弹性安全装置自然界的风是十分不稳定的气流，为了安全，设置弹性安全装 置，串接绳索中间，是拉伸弹簧结构。本发明的有益效果是，不用架设高空支架就可以利用风速较大的高空气流，风能利 用率高，并网发电容易控制，结构简单，造价低，维护费用低。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图l是本发明的原理图。图2是风筝发电方法第一个实施例的构造图。图3是风筝发电方法第二个实施例的构造图。图4是风筝发电方法第三个实施例的构造图。图5、图6、图7、图8是风筝发电方法第四个实施例的构造图。图9是风筝发电方法第五个实施例的构造图。图10、图ll是风筝发电方法第六个实施例的构造图。图12是风筝发电方法第七个实施例的构造图。在原理图1中，风向转台(1)上装有发电/电动机(2)、变速箱(3)、绳索(5)、 弹性安全装置(6)、风筝(7)、风筝操纵装置(4):包括巻扬机(8)、传感器与电脑控 制装置(9)、电磁铁刹车器(0)。当风筝(7)在位置(a)风筝迎风面积最大，风筝(7) 到位置(b)迎风面积最小。风筝通过在地面上的操纵装置，改变风筝迎风角度。当风筝 垂直于气流，风筝因风阻力产生最大拉力，风筝通过绳索，拖动(发电/电动机)发电机 发电。在逆程返回期间，风筝操纵装置改变风筝迎风角度，使其风筝平面接近平行于气 流而阻力最小，发电机/电动机(2)为电动机，由外部提供能量，通过绳索拉动风筝返 回。风筝间断利用高空气流发电。箭头所指示是风筝运动方向。
具体实施方式在图2所示第一个实施例中，所述风筝操纵装置在风向转台(1)上安装有发电/电动机(2)、变速箱(3)、绳索(5)、弹性安全装置(6)、风筝(7);风筝操纵装置-由2 4个巻扬机(8)、传感器与电脑控制装置(9)、电磁铁刹车器(0)连接构成。风 筝操纵装置工作原理电脑控制装置通过传感器(9)采集数据，分别控制每个电磁铁刹 车器(0)和巻扬机(8)工作。当风筝(7)位置在(a)电脑控制巻扬机(8)，让风筝 (7)的迎风面积最大，风筝(7)提供拉力最大。风筝(7)通过绳索(5)、弹性安全装 置(6)、开始拉动巻扬机(8)做正功，通过变速箱(3)、拖动发电/电动机(2)发电。 当绳索放完，风筝(7)在位置(b)风筝操纵装置控制电磁铁刹车器(0)和巻扬机(8) 反转，同时改变风筝(7)的迎风角度(减小迎风面积)，使其升力大，阻力小。巻扬机(8)、通过绳索(5)、弹性安全装置(6)、拉回风筝(7)。这时发电/电动机(2)为电动机，需要外部能量推动巻扬机反转，这个期间风筝(7)做负功，风筝(7)产生升力，维持风筝(7)必要的高度。当风筝(7)返回到位置(a)风筝操纵装置控制电磁铁刹车器(0)和巻扬机(8)让风筝(7)的迎风面积最大，重复风筝(7)位置在(a)的运动。箭头所指示是风筝运动方向。发电机间断输出电力。在图3所示的第二个实施例中，所述风筝操纵装置(4):在风向转台(1)上安装有发电/电动机(2)、变速箱(3)、风筝操纵装置(4)、绳索(5)、弹性安全装置(6)、风筝(7)。风筝操纵装置(4):由巻扬机(8)、传感器(9)、电磁铁刹车器(0)、绳索张紧装置连接构成。绳索张紧装置由滑轮(20)、摇臂(21)和电脑控制装置(22)连接构成。其工作原理两个绳索巻扬机滚筒连接在同一个轴上同步转动。当风筝(7)位置在(a)电脑通过传感器(9)采集数据，控制绳索张紧机构的摇臂(21)摆动角度，让风筝(7)迎风面积最大，提供最大的拉力，风筝(7)、通过绳索(5)、弹性安全装置(6)、开始拉动巻扬机(8)正转做功，通过变速箱(3)、拖动发电/电动机(2)发电。当绳索放完，风筝(7)在位置(b)传感器与电脑控制装置(9)采集数据，控制电磁铁刹车器(0)和巻扬机(8)反转，同时改变绳索张紧机构的摇臂(21)摆动角度，使其改变风筝(7)的迎风角度，减小迎风面积，使其阻力小，升力大。风筝(7)通过绳索(5)、弹性安全装置(6)、巻扬机(8)、拉回风筝(7),这时发电/电动机(2)为电动机，需要外部能量推动巻扬机(8)反转，以上期间风筝(7)做负功，产生升力，维持风筝(7)必要的高度。当风筝(7)返回到位置(a)电脑控制电磁铁刹车器(0)和绳索张紧机构的摇臂(21)摆动角度，让风筝(7)迎风面积最大，巻扬机(8)正转，重复风筝(7)位置在(a)的运动。箭头所指示是风筝运动方向。发电机间断输出电力。在图4所示的第三个实施例中，所述风筝操纵装置在风向转台(1)上安装有发 电/电动机(2)、变速箱(3)、绳索(5)、弹性安全装置(6)、风筝(7);风筝操纵装 置由传感器与电脑控制装置(9)、上绳索巻扬机(10)、离合器(11)、下绳索巻扬机(12)、电磁铁刹车器(0)连接构成。其工作原理两个巻扬机(10)、 (12)，通过离合 器(11)连接在同一个轴上同步转动。当风筝(7)位置在(a)风筝操纵装置的电脑通 过传感器(9)采集数据，控制风筝(7)的迎风面积最大，电磁铁刹车器(0)放开，离 合器(11)结合，上绳索巻扬机(10)与下绳索巻扬机(12)同步转动。风筝(7)提供 的拉力，通过绳索(5)、弹性安全装置(6)、开始拖动巻扬机(8)作正功，通过变速箱(3)、拖动发电/电动机(2)发电。当绳索放完，风筝(7)在位置(b)离合器(11)分离，使下绳索巻扬机(12)自由转动，下绳索巻扬机在风筝(7)的牵引下放松绳索， 改变风筝(7)的迎风角度(减小迎风面积)，使其阻力小，升力大。然后离合器(11) 结合，风筝操纵装置的传感器与电脑控制装置(9)控制巻扬机(10)、 (12)反转，风筝(7)通过绳索(5)、弹性安全装置(6)、拉回风筝(7)，这时发电/电动机(2)为电动 机，需要外部能量推动巻扬机反转，这期间风筝(7)作负功，产生升力，维持风筝(7) 必要的高度。当风筝(7)达到位置(a)离合器(11)分离，电磁铁刹车器(0)刹住下 绳索巻扬机(12)，上绳索巻扬机(10)改变运转方向为正转，当风筝(7)的迎风面积 最大时，电磁铁刹车器(0)放开，离合器(11)结合，重复风筝(7)位置在(a)的动 作，箭头所指示是风筝运动方向。发电机间断输出电力。在图5、图6、图7、图8所示的第四个实施例中，所述风筝操纵装置单风筝结构如 图5所示风向转台(1)、发电/电动机(2)、变速箱(3)、绳索(5)、风筝(7)、曲轴(14)、轴承座(15)、风筝操纵装置由2 4个曲柄互成90度的曲轴、2—5条绳索、1 一4个风筝连接构成。在图5、图6所示，单风筝结构如图5所示。两个曲柄互成90度的曲轴(14)。工作原 理见图6:曲轴(14)在曲柄中立位置(A)时风筝不做功，需要外部能量推动曲轴(14) 顺时针方向旋转，通过绳索(5)开始拉动风筝(7)做负功。曲柄位置旋转过(B)、 (C)、 (D)、 (E)以上期间风筝作负功，风筝(7)产生升力，维持风筝必要的高度。当曲柄位 置旋转过(E)、 (F)、 (G)、 (H)回到(A)风筝(7)产生拉力。通过绳索(5)开始拉动 曲轴(14)作正功，通过变速箱(3)拖动发电/电动机(2)发电。到曲柄位置(A)风 筝又不做功，需要外部能量推动曲轴U4)顺时针方向转动，重复曲柄中立位置(A)动 作。曲柄在位置(G)提供的拉力最大，位置(C)拉力最小，箭头所指示是风向和风筝 运动方向。发电机间断输出电力。在图7、图8所示，为了解决单个风筝(7)间断发电，设置不间断动力输出装置由 四个曲柄互成90度的曲轴(14)、五条绳索(5)、四个风筝(7)连接构成。其运动原理 见图7和图8:工作原理同图5、图6只是将曲轴的曲柄由2个换成4个风筝由1个换成4个 绳索增加为5条。箭头所指示是风向，曲柄标记m点处接两条绳索(a) (e)其它曲柄接 一条绳索，曲轴(14)顺时针方向转动。当风吹动风筝(7)通过绳索(5)拉动曲轴(14) 做功，每个风筝动作向下传播A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H返回到A往复运动。当曲轴(14) 位置在A绳索c、 d做正功，绳索a、 b、 e做负功。当曲轴(14)位置在B绳索d做 正功，绳索a、 c、 e不做功，绳索b做负功。当曲轴(14)位置在C绳索a、 d、 e做正功，绳索b、 c做负功。当曲轴(14)位置在D绳索a、 e做正功，绳索b、 d不 做功，绳索c做负功。当曲轴(14)位置在E绳索a、 b、 e做正功，绳索c、 d做负 功。当曲轴(14)位置在F绳索b做正功，绳索a、 c、 e不做功，绳索d做负功。 当曲轴(14)位置在G绳索b、 c做正功，绳索a、 d、 e做负功。当曲轴(14)位置 在H绳索c做正功，绳索b、 d不做功，绳索a、 e做负功。箭头所指示是风方向。类 似两冲程四气缸内燃机，如果有足够的风力曲轴就可自动启动旋转。在图9所示的第五个实施例中，所述绳索和风筝:用超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE) 制造；若干个串连在一起的滑翔伞形状风筝(7) f风筝前后用绳索(32)连接，前后距 离是4 15倍的风筝(7)宽度，每个风筝(7)宽/长比是l比2 40。绳索(5)与风 筝(7)之间设置滑轮组(31)与分支绳索(32),在风筝(7)变换迎风角度时，自动均 衡风筝(7)的局部应力过大。风筝(7)背后有气球，气球(33)是风筝(7)落地后有 一小部分风筝(7)保持悬空，有利于再次自动启动风筝(7)。上图位置A是风筝(7) 迎风角度平行于风向时的风筝(7)状态。位置B是风筝(7)迎风角度45度角时的风 筝(7)状态。上图位置C是风筝(7)迎风角度垂直于风向时的风筝(7)状态。箭头 所指示是风向。所述防止飞机撞上风筝装置包括风筝上放置反射雷达信号的金属薄片、闪光灯、 红灯、微型风力发电机、地面雷达、巻扬机、航空无线对讲机。当飞机向着风筝方向飞 来时，用巻扬机收回风筝，为了晚上提醒航空器驾驶员注意，风筝装有闪光灯和红灯。 国际海事频道和气象频道航空无线对讲机，向方圆50公里的范围高空发射信息，报出风筝高度、经度、纬度，晚上点亮风筝上的闪光灯和红灯，提醒航空器驾驶员的注意。电 力由风筝上的微型风力发电机自己提供。在图10、图11所示的第六个实施例中，所述风筝水平位置自动调整装置图10所 示安装位置三视图，风筝水平位置自动调整装置由绳索(5)、风筝(7)、调整绳索(41)、 绞盘(42)、减速机(43)、径向叶片风轮(44)、刚性杆(45)、风挡板(46)、重垂(47)、 挡板牵引绳索(48)连接构成。图ll所示工作原理简图，调整绳索(41)在绞盘(42) 上缠绕几圈。其工作原理当风筝(7)向左倾斜，见图中A位置，风挡板(46)将风 轮(44)的右半部分暴露出来，风吹动风轮(44)向右转。风轮(44)通过减速机带动 绞盘，调整风筝(7)的上(下)部两个角，迫使风筝(7)扭转一定的角度，使风筝旋 转，达到风筝(7)自动保持在水平位置的目的。图B位置，风筝(7)保持在水平位置， 挡板(46)在风轮(44)的中间，风吹左、右对称的风轮(44)不转。当风筝(7)向右倾斜，见图中C位置，挡板(46)将风轮(44)的左半部分暴露出来，风吹动风轮(44) 向左转。风轮(44)通过减速机带动绞盘，调整风筝(7)的上(下)部两个角，迫使风 筝(7)扭转一定的角度，使风筝旋转，达到风筝(7)自动保持在水平位置的目的。牵 引绳索(48)是为了风挡板(46)自由活动不能碰到风轮而设置。图12所示的第七个实施例中，所述弹性安全装置串接在绳索中间的弹性安全装置 (6),是拉伸弹簧结构，弹簧拉伸长度小于等于风筝宽度，两端连接绳索(5)。正常风 速下不被拉长，在瞬间超大风速时，弹性器件能被拉长足以使风筝平行于气流，减小迎 风面积，保证风筝安全。
权利要求
1. 一种风筝发电方法，在风向转台上装有发电/电动机、变速箱，其特征是风筝操纵装置、绳索、风筝、卷扬机、传感器与电脑控制装置、电磁铁刹车器、防止飞机撞上风筝装置、风筝水平位置自动调整装置、弹性安全装置。
2. 根据权利要求1所述风筝发电方法，其特征是所述风筝操纵装置，由2 4个巻扬机、传感器与电脑控制装置、电磁铁刹车器连接构成。
3. 根据权利要求1所述风筝发电方法，其特征是所述风筝操纵装置，由巻扬机、传感 器、电磁铁刹车器、绳索张紧装置连接构成。
4. 根据权利要求1所述风筝发电方法，其特征是所述风筝操纵装置，由传感器与电脑 控制装置、上绳索巻扬机、离合器、下绳索巻扬机、电磁铁刹车器连接构成。
5. 根据权利要求l所述风筝发电方法，其特征是所述风筝操纵装置，由2 4个曲柄互成90度的曲轴、2—5条绳索、l一4个风筝连接构成。
6. 根据权利要求1所述风筝发电方法，其特征是所述绳索和风筝，用超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)制造；若干个串连在一起的滑翔伞形状风筝，风筝前后用绳索 连接，前后距离是4 15倍的风筝宽度，每个风筝宽/长比是1比2 40;绳索与风 筝之间设置滑轮组与分支绳索；风筝背后有气球。
7. 根据权利要求l所述风筝发电方法，其特征是所述防止飞机撞上风筝装置，包括风 筝上放置金属薄片、闪光灯、红灯、微型风力发电机、地面雷达、巻扬机、航空无线 对讲机。
8. 根据权利要求1所述风筝发电方法，其特征是所述风筝水平位置自动调整装置，由绳索、风筝、调整绳索、绞盘、减速机、径向叶片风轮、刚性杆、风挡板、重垂、挡 板牵引绳索连接构成。
9. 根据权利要求l所述风筝发电方法，其特征是所述弹性安全装置，是拉伸弹簧结构,弹簧拉伸长度小于等于风筝宽度，两端连接绳索。
全文摘要
一种风筝发电方法，在风向转台上安装有发电/电动机、变速箱，其特征是风筝操纵装置、绳索、风筝、卷扬机、传感器与电脑控制装置、电磁铁刹车器、防止飞机撞上风筝装置、风筝水平位置自动调整装置、弹性安全装置。风筝通过在地面上的操纵装置，改变风筝迎风角度。当风筝表面垂直于气流，风筝因风阻力产生最大拉力，风筝通过绳索，拖动发电机发电。在逆程返回期间，风筝操纵装置改变风筝迎风角度，使其风筝表面接近平行于气流而阻力最小，发电机变成电动机，由外部提供能量，通过绳索拉动风筝返回。风筝间断利用高空气流发电。
文档编号F03D5/00GK101240778SQ20071008466
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月6日 优先权日2007年2月6日
发明者李庆星 申请人:李庆星