风筝动力系统的制作方法
【专利摘要】风筝动力系统，该风筝动力系统包括具有发电机(30)的地面控制单元，以及通过至少两个主牵引缆索(10,11)连接到所述发电机(30)的风筝。发电机(30)的转子部(31)包括用于所述至少两个主牵引缆索(10,11)中的每个的绞盘滑轮(32,33)，并且各个所述绞盘滑轮(32,33)间接地机械连接到发电机(30)。另外的方面涉及一种用于风筝发电系统的风筝，该风筝具有翼形本体(20)，在翼形本体(20)的前边缘部分具有一个或多个空气填充孔(23)。翼形本体(20)连接有至少两个主牵引缆索(10,11)，在翼形本体(20)的侧部部分，该翼形本体还包括另外的填充孔(21)。
【专利说明】风筝动力系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风筝动力系统，该风筝动力系统包括具有发电机的地面控制单元以及通过至少两个主牵弓I缆索连接到所述发电机的风筝。
【背景技术】
[0002]从出版物能够得知这种系统，所述出版物如国际专利公布W02007/122650和W02007/135701,以及美国专利公布 US2002/040948 和 US2007/0126241。
[0003]W02007/122650公开了一种风成系统(Aeolian system)，该风成系统使用动力翼轮廓来产生电能。形成为风筝的形式的翼轮廓被控制用来执行预定的飞行轮廓，并且由风产生的力通过两根绳索传递到基础平台。基础平台包括两个分离的绞盘和连接到各个绞盘的发电机，以及用来将绳索整齐地缠绕在绞盘上的引导模块。
[0004]W02007/135701公开了一种自动控制系统，该自动控制系统用于风筝的操作以收获风能。使用两个驱动缆索并且控制该缆索缠绕在其上的两个绞盘，以控制风筝的飞行轨迹。控制被实现以优化从风中减去的动能的量。
[0005]US2002/040948公开了一种轴向模式线性风力涡轮机。多个翼面风筝通过两个控制线和两个支撑线并行连接到枢轴控制外壳。使用这两个控制线，多个翼面风筝被控制以实现预定的轨迹，该预定的轨迹包括发电行程和回卷(rewind)部分。
[0006]US2007/0126241公开了一种风驱动设备，该风驱动设备用于空中的风力发电系统。第一拖绳卷绕在第一卷轴上，并且第二拖绳卷绕在第二卷轴上。第一卷轴固定地安装到连接于发电机的轴上，并且第二卷轴可旋转地安装到同一轴上。使用连接到第二卷轴的鼓形部分的齿轮和控制马达，可以调节第一和第二卷轴的相互旋转位置。
[0007]此外，从另外的现有技术出版物也能得知风力发电系统，所述出版物如国际专利公布 W02009/026939 和美国专利公布 US7287481 和 US2011/0272527。
[0008]W02009/026939公开了一种特别是用于水运工具的气动风力推进装置。引导线连接在气动翼和基础平台上的杆之间，并且在启动和着陆动作期间，所述引导线通过传递张力以引导气动翼。
[0009]US7287481公开了一种用于风筝(特别是用来驱动水运工具)的放飞和收回装置。在启动和着陆动作期间，多个缩帆索用于减小或增加气动轮廓元件的尺寸，并且用于提供水运工具上的桅杆和气动轮廓元件之间的张力。
[0010]US2011/0272527公开了一种发电风筝系统。该系统包括另外的缩帆缆索和液压伸缩杆，该液压伸缩杆帮助放飞和收回风筝。偏航系统用于以适当的角度转动风筝系统以增加能量产生。
【发明内容】
[0011]本发明寻求提供风筝动力系统的进一步改进，该进一步改进寻求整个系统或其部分的较好效率和可靠性。
[0012]根据本发明的一方面，提供一种风筝动力系统，该风筝动力系统包括具有发电机的地面控制单元，以及通过至少两个主牵引缆索连接到发电机的风筝，其中，所述发电机的转子部包括用于所述至少两个主牵引缆索中的每个的绞盘滑轮，并且其中，各个所述绞盘滑轮间接地机械连接到所述发电机。这为风筝动力系统提供了更好且更可靠的控制，特别是对于控制风筝的飞行轨迹。
[0013]在另外实施例中，各个绞盘滑轮可旋转地连接到转子部，并且通过差动装置相互连接，该差动装置具有壳体和输出轴，该壳体连接到转子部，并且输出轴连接到相应的绞盘滑轮。差动装置将自动地保证连接到绞盘滑轮的主牵引缆索的适当的相对改变，以能够对风筝飞行轨迹的高效且可靠的控制。
[0014]在示例性实施例中，所述绞盘滑轮相对于所述转子部的相对旋转位置能够通过具有液压或电致动器的设定单元而设定，所述液压或电致动器布置在所述转子部和连接到所述绞盘滑轮的所述输出轴中的一个之间，或者布置在所述转子部和所述差动装置中的多个行星轮中的一个之间。替代地，所述绞盘滑轮相对于所述转子部的相对旋转位置能够通过使用具有液压或电致动器的制动单元对所述绞盘滑轮中的一个或连接到该绞盘滑轮中的一个上的驱动轴的制动作用而设定。
[0015]在第二方面中，本发明涉及一种如上定义的风筝动力系统，其中，所述发电机的转子部包括分别用于所述至少两个主牵引缆索的绞盘滑轮，并且其中，所述绞盘滑轮布置为同轴并设置用于调节所述两个绞盘滑轮的相对旋转位置的设定单元。因此，可以使用设定单元控制绞盘滑轮，以便在能量收获阶段期间和在回卷阶段期间控制风筝的飞行轨迹。连接到发电机的风筝可以是如这里公开的实施例的一个中所描述的风筝。
[0016]在一种实施例中，该发电机是直驱式发电机。转子部可以设置有与定子部协作的磁体。这种直驱式发电机去除了在其它风筝发电系统中见到的大量部件，增加了可靠性，且减少了诸如噪音产生的缺点。
[0017]其中，绞盘滑轮中的一个固定地连接到转子部，并且另外的所述绞盘滑轮可旋转地连接到转子部(在另外实施例中，例如，使用轴承装置)。此外，该设定单元可以在第一条件(可操作的，能量收获)期间在相对旋转位置的第一范围内可操作，并且在第二条件(回卷阶段，主牵引缆索的卷入)期间在相对旋转位置的第二范围内可操作。与第一范围相比，第二范围对应于两个主牵弓I缆索间的较大可能长度差。该设定单元可以包括液压或电致动器。
[0018]在另外的实施例中，所述设定单元包括液压或电致动器，并且布置为在所述第一条件下控制所述风筝的飞行轨迹，并在所述第二条件下回卷所述至少两个主牵引缆索。
[0019]在替代实施例中，两个绞盘滑轮都可旋转地连接到转子部。此外，两个绞盘滑轮通过机械的、液压的或电的差动装置而互连。机械差动单元包括:壳体，该壳体连接到转子部；两个太阳齿轮，该两个太阳齿轮通过行星齿轮而在内部啮合，并且通过驱动轴而在外部连接到相应的绞盘滑轮，并且，所述接卸差动单元布置为反向旋转，并且通过设定单元设定两个绞盘滑轮的与转子部相比的相对旋转位置。在另外实施例中，设定单元包括液压或电致动器，该液压或电致动器可以设定转子部的与驱动轴中的一个相比或与行星齿轮中的一个相比的相对位置。这一解决方案中的设定单元仅需要克服主牵引缆索之间的力差，而不是如较早提及的实施例所需的克服全部牵引力，因此减小了动力消耗、成本和部件尺寸。在另外的实施例中，用于机械差动装置的替代解决方案是可能的，例如，使用带、链或缆索取代齿轮。在另外实施例中，差动功能也可以由液压的“泵到马达”或电的“马达到发电机”解决方案提供。
[0020]在另外实施例中，通过在绞盘滑轮中的一个和地面之间施加制动力，用于设定单元的替代解决方案是可能的。当这个制动力被设置在足以克服主牵引缆索之间的力差时，可以用于设定两个绞盘滑轮的与转子部相比的相对位置。
[0021]在另外的方面中，本发明涉及用于如上定义的风筝发电系统的风筝(或翼面)，在所述翼形本体的侧部部分中还包括另外的填充孔。这允许实现风筝动力系统的回卷阶段，其中，风筝以远远更高效的方式被引回到开始位置，这是由于与当使用风筝的正常流线型轮廓时相比，可以使用少得多的工作而在其侧部向下的情况而向下拖动风筝。
[0022]在另外的实施例中，一个或多个空气填充孔和另外的填充孔设置有单向阀。当局部内部压力高于局部外部压力时，单向阀处于关闭位置，这保证翼形本体在能量收获阶段和在操作的回卷阶段保持填充有空气。
[0023]在另外的实施例中，风寧还包括约束系统，所述约束系统将所述翼形本体上的多个点连接到所述至少两个牵引缆索，其中，所述约束系统在第一条件下使所述翼形本体具有翼面形状，并且在第二条件下具有低阻力轮廓的空气填充的翼形本体。在这一方面，低阻力轮廓被理解为:与翼形本体的正常可操作形状的阻力系数相比，具有较低的阻力系数的翼形本体的形状(例如，当向着具有相等长度的主牵引缆索的地面控制单元缩回时)。约束系统的线或缆索可以被布置以实现这种效果。在另外实施例中，所述约束系统包括第一部分和第二部分，所述第一部分连接到所述翼形本体的一半并且包括第一缆索引导件，并且，所述第二部分连接到所述翼形本体的另一半并且包括第二缆索引导件，所述第一和第二缆索引导件引导第一缆索在该所述第一缆索的两个端部连接到所述翼形本体，并且所述缆索引导件使用第二缆索连接到所述翼形本体上的点。例如，这能够定义用于正常的能量收获操作的适当翼面形状和低阻力轮廓，该低阻力轮廓为，例如翼形本体的弯曲形态，诸如香蕉形状。
[0024]在另外的实施例中，所述风筝还包括缆索引导件，所述缆索引导件保持所述至少两个主牵引缆索离彼此相距固定的距离。这将帮助有效地控制风筝的飞行轨迹，并且同时，在所有操作阶段期间保留翼形本体的形状。该缆索引导件可以例如使用另外的缆索连接在离约束系统的第一缆索引导件为固定的长度处，以保证适当的操作。
[0025]在另外实施例中，风筝(或缆索引导件)还包括传感器电子元件，该传感器电子元件可以被转接到(relay to)基于地面的站，或者该传感器电子元件可以用于风筝的主动控制。而且，风筝(或缆索引导件)还可以包括识别单元(诸如灯标或类似物)，以使风筝对其它空运操作者可见。传感器电子元件和/或识别单元可以使用局部发电机提供动力，该局部发电机例如以车载发电机(小的风涡轮机或压电谐振器)的形式。
[0026]在另外的方面中，地面控制单元还包括偏航致动器系统，在操作期间，该偏航致动器系统用来控制地面控制单元相对于所述至少两个主牵引缆索的相对方位角。
[0027]根据本发明的这个方面，牵引缆索力直接作用在缆索绞盘滑轮上而不需要另外的主载荷承载弓I导滑轮。该偏航致动器系统能将发电机放置成使缆索绞盘滑轮向着牵弓I缆索和风筝呈定义的角度。这种解决方案避免了对另外的主载荷承载引导滑轮的需要，并且减小了牵引缆索的磨损和摩擦损失。此外，在卷入期间，这个系统用于控制牵引缆索到缆索绞盘滑轮上的位置。
[0028]在另外的实施例中，可以使用具有沿缆索绞盘滑轮的轴向方向的引导辊、致动系统和定位传感器的另外缆索引导机构，在卷入阶段期间，该另外缆索引导机构保证发电机的缆索绞盘滑轮上的两个牵引缆索能更精确且独立地定位。
[0029]地面控制单元还包括缆索扭曲控制系统，该缆索扭曲控制系统用于转动的地面控制单元和静止的地面之间的电力缆索连接，其中，地面控制单元的旋转角度可以在超过至少360度的大角度上被自由调节。动力缆索可以被布置成“螺旋形状”以实现这个效果。
[0030]在另外的实施例中，地面控制单元包括滑动环组件，该滑动环组件用于转动的地面控制单元和静止的地面之间的电连接。这一解决方案消除了损坏电缆的危险，并且将允许地面控制单元向着牵引缆索和风筝自由偏航。在这种情况中，另外的牵引缆索引导系统必须用于控制牵引缆索相对于相关绞盘滑轮的水平轴线的位置。
[0031]在另外的实施例中，地面控制单元包括一种装置，该装置通过使用无线电应答器、识别灯光和/或其它识别或位置报告系统(诸如FLARM)，以保证对于空中交通的风筝动力系统的可见性和识别。
[0032]在第二方面中，本发明涉及一种如上定义的地面控制单元，其中提供一种用来自主放飞和收回风筝的系统。在实施例中，它包括伸缩臂，该伸缩臂支撑风筝支撑框架，该风筝支撑框架具有用于牵引缆索的引导开口，并且其中，该引导开口的形状结合离地面控制单元一定距离处的框架的运动用于在放飞和收回操作期间引导和稳定约束线及风筝。
[0033]在一种实施例中，放飞和收回系统通过绕发电机水平轴线旋转，该系统可以指向牵引缆索和风筝。
[0034]在另外的实施例中，通过以下步骤的组合可以执行风筝的收回操作:向着到来的风筝移出放飞和收回支撑框架，并且卷入牵引缆索至使得风筝的约束缆索被拉过框架中的支撑开口，并且将风筝约束线和风筝翼面材料紧紧地俘获/折叠到支撑框架。
[0035]在另外的实施例中，锁定机构安装到支撑框架。这一解决方案可以将风筝约束线和风筝翼面材料夹紧到支撑框架，即使在地面控制单元水平向着停放位置移动伸缩臂时来自牵引缆索的拉力被释放。
[0036]在另外的实施例中，通过以下步骤的组合执行风筝的放飞操作:移出放飞和收回支撑框架，解锁锁定机构，放飞包括风筝的约束缆索的牵引缆索，从而通过支撑框架中的支撑开口缓慢地释放并展开风筝约束线和风筝翼面材料。
[0037]在替代的实施例中，它包括伸缩臂，该伸缩臂支撑风筝支撑框架，该风筝支撑框架布置成在牵引缆索之间垂直，其中，该形状设计为在放飞和收回操作期间将到来的风筝支撑在风筝的底部中线周围。
[0038]在另外的实施例中，风筝的收回操作通过以下的组合被执行:向着到来的风筝移出放飞和收回支撑框架，并且卷入牵引缆索至使得风筝翼面被支撑框架支撑围绕风筝的底部中线支撑风筝翼面，并且随后在进一步卷入牵引缆索时，围绕支撑框架紧紧地拉动风筝翼面。
[0039]在另外的实施例中，它包括支撑风筝支撑框架和另外的支撑框架的伸缩臂，该风筝支撑框架具有用于牵引缆索的引导开口，所述另外的支撑框架布置成在牵引缆索之间垂直，其中，该形状设计为在放飞和收回操作期间围绕风筝的底部中线支撑到来的风筝。
[0040]在另外的实施例中，地面控制单元配备有空气风扇。通过沿风筝的方向吹空气并且通过冲压空气填充进口填充风筝翼面，这个解决方案可以支持风筝的放飞操作。这帮助展开风筝翼面，并且支持从支撑框架到空气中的风筝的释放，直到由风接管。
[0041]在第三方面中，本发明涉及一种如上定义的地面控制单元，其中，直驱式发电机构造在定子和/或转子中使用叠层结构，不仅是由于电磁通量的原因，而且因为使用叠层结构作为转矩传递壳体。在另外的实施例中，这些叠层延伸为具有冷却鳍片。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]下面将参考附图，使用多个示例性实施例对本发明更详细地进行讨论，其中
[0043]图1a示出风筝动力系统的能量产生阶段；
[0044]图1b示出风筝动力系统的回卷阶段；
[0045]图2a示出正常飞行中的风筝的冲压空气进口和缆索约束位置；
[0046]图2b示出在回卷阶段中的冲压空气进口和缆索约束位置；
[0047]图3a示出直驱式发电机的转子上的双滑轮系统；
[0048]图3b示出根据本发明的另一种实施方式的风筝动力系统的剖视图；
[0049]图4a示出使用多个缆索引导件的风筝发电系统的实施方式；
[0050]图4b示出图4a的实施方式中使用的缆索引导件的详细剖视图；
[0051]图5示出根据本发明的第一种实施方式的地面控制单元的剖视图；
[0052]图6示出根据本发明的另一种实施例的地面控制单元的侧视图；
[0053]图7示出图5或图6的地面控制单元的简化的顶部视图；
[0054]图8a示出通过使用螺旋状缆索布局的电力缆索连接的实施方式；
[0055]图8b示出处于其最大扭曲位置的图8a的类似实施方式；
[0056]图9a_5d示出使用地面控制单元的实施例的风筝的收回操作；
[0057]图10a_6d示出使用地面控制单元的实施例的风筝的放飞操作；
[0058]图1la示出用于风向和风筝位置的计算方法的实施方式；以及
[0059]图1lb示出用于风筝的高度的计算方法的实施方式。
【具体实施方式】
[0060]使用风筝动力系统从风产生能量具有胜过其它风能收获技术(诸如风轮机)的优点，因为风筝动力系统可以被更经济地生产并且更容易安装。由于风筝需要被周期性地回卷，该回卷需要能量，因此已知的风筝动力系统具有缺点。
[0061]本发明寻求使风筝稳定并控制风筝，特别是在回卷阶段期间，并且在各种实施例中，本发明包括以下特征的一个或多个:特别的风筝或翼面设计，该特别的风筝或翼面设计具有通过侧部进口填充的额外冲压空气；所有进口上的单向空气阀；在风筝下面的缆索约束系统，该缆索约束系统牵拉风筝呈受控形状；发电机转子上的双滑轮绞盘系统，该双滑轮绞盘系统允许一个牵引缆索相对于其它牵引缆索改变长度，以在正常飞行情况中使风筝转向，并且允许在回卷阶段期间在一个牵引缆索上拉风筝；以及，用来产生电能的直驱式发电机。
[0062]根据本发明，在风筝动力系统的一个或多个部分的各种实施方式中，提供了实施方式的改进:
[0063].在回卷阶段期间，风筝或翼面通过布置在风筝的拉动侧的额外空气进口填充有空气，以在此期间维持风筝的气动轮廓并避免不稳定的动作。
[0064]?风筝的空气进口配备有单向阀，当内部压力高于外部压力时，该单向阀关闭。这允许空气在正常飞行情况下通过前边缘进口填充翼面，并且在回卷情况下通过侧部进口填充。
[0065].在风筝下面的缆索约束系统被制造成使得风筝或翼面在回卷阶段期间被拉动成预定义的形状(例如，香蕉形状)，以在维持控制的同时使得空气动力学阻力最小化。
[0066].两个主要牵引缆索被缆索引导件引导在一起，该缆索引导件连接到位于风筝下面的缆索约束系统。
[0067].发电机上的双滑轮绞盘系统主动地控制两个主连接缆索的长度，以支持正常飞行模式中的转向、在回卷阶段期间沿风筝的纵向方向的拉动以及阶段之间的过渡条件期间的缆索载荷控制以避免风筝的不受控制的旋转。
[0068]?双滑轮绞盘系统与发电机转子形成为一体，从而使得一个滑轮被固定到转子，另一个滑轮能够通过电致动器而相对于转子旋转。
[0069].直驱式发电机由滑轮直接驱动而不使用齿轮箱，以避免驱动系统中的机械损失并减小噪音。
[0070]图1a和图1b示出根据本发明的风筝动力系统的示例性实施例，该风筝动力系统包括(空气承载的)风筝，该风筝具有翼面形的本体20，该翼面形的本体20通过至少两个主牵引缆索10和11连接到陆基的发电机30。该陆基的发电机30容纳有两个绞盘滑轮32和33，该两个绞盘滑轮32、33分别用于各个所述至少两个主牵引缆索10、11。
[0071]在这个实施例中，陆基的发电机30是直驱式发电机，以下将参考图3a更详细地描述该直驱式发电机。主牵引缆索10和11由牵引缆索引导件29保持在一起，该牵引缆索引导件29以预定义的距离布置在风筝10下方。
[0072]点A定义了牵引缆索引导件29的第一位置，点B定义了牵引缆索引导件29的第二位置。连接点A和B的虚线定义了牵引缆索引导件29和风筝20的示例性飞行路径，其中，在如在图1a中由箭头表示的初始的能量收获阶段中，主牵引缆索10、11在长度上延伸。
[0073]风筝动力系统设置为用来使用地面上的发电机30通过至少两个主牵引缆索10和11将来自空气承载的风筝20的牵引力和速度转化而产生电能。通过改变主牵引缆索10和11相对于缆索绞盘32和33的长度而实现风筝的转向，所述缆索绞盘32、33连接到发电机30的转子31。从其开始位置A，风筝20沿着一系列飞行位置(例如，图1a中指示的“数字8图案”)飞行以产生并向着发电机牵引缆索10和11传递向前的速度、牵引力和向外的(outbound)速度。当缆索10和11达到它们的最大限定长度并且风筝到达点B时，能量产生阶段结束。
[0074]图1b示出回卷阶段，其中，如向下指向的箭头表示地，通过在一个牵引缆索10上将风筝20拉回到开始位置A，风筝20被侧向收回。在这个回卷阶段期间，风筝(翼形本体)20在被拉向地面时通过风筝20的侧部的额外空气进口保持填充有空气(见下面的图2a和2b的描述)，使得风筝维持预定义的(空气填充的)形状。以这种方式，风筝空气动力学阻力被最小化，同时保持良好的稳定性和控制(在回卷和新的能量产生循环的开始之间的过渡阶段同样具有这一效果)。
[0075]图2a和2b示出如本发明的风筝动力系统中使用的风筝20的示例性实施例。风筝20由软质材料制成，并且在操作期间填充有空气，以维持气动翼面形状。
[0076]在示出的实施例中，风筝20包括布置在风筝20的前边缘中的两个冲压空气进口开口或空气填充孔23，以及风筝20的一侧处的一个或多个另外的冲压空气进口开口(另外的空气填充孔)21。每一个冲压空气进口开口 23都配备有单向阀24，并且另外的冲压空气进口开口 21也配备有单向阀22。单向阀24、22可以实施为与风筝20相同材料的翻板阀，例如，该翻板阀连接在相应的冲压空气进口开口 23、21附近的单个直线上。当风筝20内的局部压力高于风筝20外的局部压力时，单向阀24、22可用于封闭相关的开口 23、21。因此，单向阀24、22是打开还是关闭取决于风筝20的实际姿势和实际风力条件。
[0077]风筝20通过多个缆索26和27及多个缆索滑轮(或缆索引导件)25连接到主牵引缆索10和11，该多个缆索26、27和多个缆索滑轮25形成为如从降落伞和翼面领域已知的约束系统。如在图2a和2b中以简化的方式示出地，该约束系统包括左部分和右部分。第二缆索27将缆索滑轮25a、25b以固定距离保持在风筝20的下侧。第一缆索26在两个端部连接到风筝20的下侧，并且可以通过缆索滑轮25a、25b自由地移动。在实际实施中，缆索26和27将作为一组缆索呈现，该一组缆索作为整个约束系统，限定风筝20在风中的形状。左部分缆索滑轮25a连接到第一主牵引缆索10，并且右部分缆索滑轮25b连接到第二主牵引缆索11。
[0078]此外，缆索28将缆索滑轮25a连接到牵引缆索引导件29，以便将牵引缆索引导件29保持在风筝20下方固定的距离。如上面参考图1a和Ib讨论的，主牵引缆索10和11延伸穿过牵引缆索引导件29。
[0079]图2a示出根据本发明的实施例的风筝20的正视图。风筝20除了在前边缘中具有常规的冲压空气进口开口 23外，还在风筝20的侧部处具有一个或多个另外的冲压空气进口开口 21，在回卷阶段期间该风筝被朝向地面拉动。在通常飞行情况下的能量产生阶段期间，翼面或风筝20通过前边缘冲压空气进口开口 23而填充有空气。该空气不能通过侧部进口逃逸，这是由于在这种情况下，单向阀22被内部空气压力关闭，以维持风筝20的气动轮廓。
[0080]如上面参考图2a描述的约束系统将两种力从风筝20传递到主牵引缆索10、11，并且在正常飞行条件中维持风筝20的空气动力学形状。
[0081 ] 如上所述,缆索28连接在缆索滑轮25a和牵引缆索引导件29之间，该牵弓I缆索引导件29布置在风筝约束下方一定距离，以将两个牵引缆索10和11紧密地引导在一起，从而减小缆索松弛的差异并且提高风筝的转向能力。
[0082]图2b示出在回卷阶段期间的风筝20的正视图。在这个回卷阶段的开始，第二绞盘滑轮33释放第二主牵引缆索11，使得风筝20可以以最小的(或至少降低的)空气动力学阻力侧向缩回。这可以通过从发电机30上的第一缆索绞盘滑轮32拉动第一主牵引缆索10而实现。在这个阶段期间，缆索11的长度由缆索绞盘滑轮33控制，以结合全部约束系统部件(缆索滑轮25a，25b、缆索26，27，28和牵引缆索引导件29)维持风筝翼形本体20呈受控形状。
[0083]牵引缆索10连接到缆索滑轮25a，并且通过多个缆索26、27和缆索滑轮25a将风筝20拉成预定义的形状，以使得翼面通过风筝20的侧部的专门的冲压空气进口 21和打开的单向阀22填充空气。风筝20内的空气不能通过前边缘进口 23逃逸，这是由于在这种情况下，单向阀24被内部空气压力关闭，以维持风筝20的气动轮廓。
[0084]在接近回卷阶段的结尾时，主牵引缆索10的拉力将减小到最小，而主牵引缆索11的长度通过第二缆索绞盘滑轮33恢复到与牵引缆索10的长度相等，以使风筝20回到其正常飞行位置。
[0085]在这个正常飞行状态下，风筝20的翼面通过前边缘冲压空气进口开口 23再次填充有空气，而侧部冲压空气进口开口 21现在则由于内部空气压力而被单向阀22关闭。风筝的气动轮廓通过多个缆索26、27和缆索滑轮25而被牵引缆索10和11维持。
[0086]在风筝20的另外实施例中，使用风筝的侧部上的与第二主牵引缆索11的连接处相对的可展开鳍片(fin)，能够在回卷阶段期间提供额外的稳定性。可展开鳍片在大多数时间期间，诸如在正常发电阶段期间例如缩回，并且在回卷阶段期间伸展。这可以被空气动力学地控制，即，当风筝20在回卷阶段期间处于受控形状时，鳍片自动缩回；或者，可以使用风筝20的部件(诸如冲压空气进口 21或连接到约束系统的缆索)致动或支撑。在特别的示例性实施例中，可展开鳍片通过约束系统连接到第二主牵引缆索11，并且被布置成当使风筝20在回卷阶段期间处于受控形状时自动缩回。可展开鳍片可以通过该约束系统而被第二主牵引缆索11致动，因此提供了在这个阶段中从地面站使风筝转向的选择。
[0087]图3a示出本发明的陆基的发电机30的示例性实施例的横截面。陆基的发电机30包括:第一缆索绞盘滑轮32，该第一缆索绞盘滑轮32布置为用于容纳第一主牵引缆索10;以及，第二缆索绞盘滑轮33，该第二缆索绞盘滑轮33布置为用于来容纳第二主牵引缆索11。第二缆索绞盘滑轮33与第一缆索绞盘滑轮32同轴地布置。
[0088]在这个实施例中，陆基的发电机30为直驱型，其中，转子31 (例如，图3a的实施例中的外部转子)刚性连接到第一缆索绞盘滑轮32。定子31a(例如，图3a的实施例中的内部定子)是陆基的发电机30的一部分，并且布置成与转子31同轴。第一缆索绞盘滑轮32使用轴承39连接到陆基的发电机30，以便绕由图3a的点划线表示的轴线旋转。
[0089]第二缆索绞盘滑轮33使用轴承34连接到第一缆索绞盘滑轮32，以允许第一和第二缆索绞盘滑轮32、33的相对旋转。如上所述，相对(旋转)位置控制在能量收获阶段和回卷阶段控制风筝20的飞行轨迹所需的主牵引缆索10、11的长度差。
[0090]第一和第二缆索绞盘滑轮32、33的相对位置通过设定单元而控制，在如图3a中示出的实施例中，该设定单元包括电或液压致动器38。致动器38使用保持部分37固定地连接到第一缆索绞盘滑轮32。致动器38的致动运动被转化为第一和第二缆索绞盘滑轮32、33的相对旋转，例如使用所示的齿条和小齿轮的实施例。刚性连接到第二缆索绞盘滑轮33的壁的齿轮35与连接到致动器38的小齿轮36协同操作(co-operating)。
[0091]在替代实施例中，如图3b的剖视图中所示，两个缆索绞盘滑轮32、33可旋转地连接到转子部31。转子部31使用轴承57连接到陆基的发电机30，以便于绕由图3b的点线表示的轴线旋转。缆索绞盘滑轮32、33通过机械差动装置50互连，该机械差动装置50包括:外壳51，该外壳51连接到转子部31 ;两个太阳齿轮，该两个太阳齿轮通过行星齿轮54而在内部啮合，并且通过驱动轴或输出轴52、53而在外部连接到相应的绞盘滑轮32、33。第一和第二缆索绞盘滑轮32、33相对于转子部31的相对位置由差动装置50和设定单元控制。设定单元包括电或液压致动器，该电或液压致动器可以设定转子部31的相比于驱动轴52、53中的一个或相比于行星齿轮的中的一个的相对位置。在示出的实施例中，设定单元实施为马达/制动单元55。在该解决方案中，设定单元仅需要克服主牵引缆索10、11之间的力差，而不是如较早提及的实施例需要克服的全部牵引力。这减小动力消耗、成本和部件尺寸。在另外的实施例中，用于机械差动装置的替代解决方案是可能的，例如，使用带、链或缆索取代齿轮。在另外实施例中，差动功能也可以由液压的“泵到马达”或电的“马达到发电机”解决方案提供。在另外实施例中，通过在绞盘滑轮中的一个和地面之间施加制动力(例如，使用马达/制动单元55)，用作设定单元的替代解决方案是可能的。当被设置为足以克服主牵引缆索之间的力差的水平时，这个制动力可以用于设定两个绞盘滑轮的与转子部相比的相对位置。
[0092]此外，在图3b中示出的实施例中，绞盘滑轮32、33分别使用另外的齿轮箱56可旋转地连接到转子部31。这也允许进一步优化风筝发电系统，特别是发电机部件的尺寸和能力(诸如转子31和定子31a)。
[0093]在一个实施例中，直驱式发电机的定子31a和/或转子31 (或至少其活性材料部分)由连接在一起的片材制成，使得定子31a和转子31通过堆叠层合部件而形成。层合部件形成了转矩传递外壳和用于转子31和/或定子31a的活性材料。层合部件是取向为垂直于定子31a和转子31的旋转轴线的适当材料的片材。在另外实施例中，层合的定子31a和层合的转子31设置有冷却鳍片。使用这种结构，在直驱式发电机30的转子和/或定子部中可以具有非常高效的磁通引导，并且可以提供转子和/或定子部的很好结构构建，以允许高效的转矩和力的传递。需要注意的是，发电机的这种构造也可以用于其它风筝发电系统，该风筝发电系统独立于根据上述实施例中的一个的风筝。
[0094]图4a示出使用多个缆索引导件41的风筝发电系统的实施例，并且图4b示出这种缆索引导件41的详细的剖视图。在这个实施例中，该风筝还包括一个或多个缆索引导件41，该缆索引导件41具有在主牵引缆索10、11中的一个上操作的锁定机构44-46。该一个或多个缆索引导件41具有主体42和用于主牵引缆索10、11的两个孔43，并且，例如沿着主牵引缆索10、11以规则的间隔而布置。缆索引导件41用于将主牵引缆索10、11保持在彼此附近，并且任选地，对于其它空中交通而言，该缆索引导件41也可以用于增加主牵引缆索10、11的可见性。当释放风筝20时(即，当放飞主牵引缆索10、11时)，缆索引导件41可以在地面控制单元处或附近以受控制的方式而被释放。
[0095]主体42设置有锁定机构44-46，在操作中，该锁定机构对其中一个主牵引缆索10操作。锁定机构44-46例如包括弹簧44，该弹簧44作用在缆索锁45上，该缆索锁45与主体42中的适当的表面协作。此外，设置解锁销46，该解锁销46在缆索引导件的与地面控制单元的相对的侧部上延伸，并且与缆索锁45接触。当卷入风筝20时，通过在地面控制单元(例如，较低布置的缆索引导件41)附近的适当控制可以致动解锁销46。
[0096]通常，本发明可以被看作体现在与该系统的风筝20部分有关的特征中，或者体现在与整个风筝动力系统有关的特征中。这些实施例在权利要求中被概括描述。
[0097]本发明实施例是使用风筝20来收获风能量的风力发电系统的一部分或多个部分。风筝20被控制以飞行某种图案，并且连接到风筝20的缆索的力和速度转化为电能。在本发明实施例中，所用的风筝20是翼面类型的风筝，在操作中，该翼面类型的风筝填充有空气，并且与多个约束缆索6连接，以给风筝以翼面形状。
[0098]通常，如图5的实施例中示出的地面控制单元I可以被描述为包括以下部件:
[0099]发电机30，其中，该发电机30的转子部30a、31包括分别用于可连接到风筝20的各个至少两个主牵弓丨缆索10、11的绞盘滑轮32、33，该绞盘滑轮32、33被布置成同轴，并且其中，地面控制单元I还包括偏航致动系统18，在操作期间，该偏航致动系统18用来控制地面控制单元I相对于所述至少两个主牵引缆索10、11的相对方位角18e。
[0100]图5示出用于发电风筝系统的(自主)地面控制单元I的实施例的剖视图。两个主牵引缆索10、11在第一端部连接到风筝20(见图6)，并且在第二端部连接到相应的缆索绞盘滑轮32、33。风筝20通过被称为“约束线”的多个缆索6连接到牵引缆索10、11 (为了简化，在图6和其它附图中，仅仅表示出两个最外侧的约束线6)。
[0101]缆索绞盘滑轮32、33是直驱式发电机的转子部30a、31的一部分。转子部30a、31通过轴承39旋转地连接到直驱式发电机30的定子部31a、30d。缆索绞盘滑轮32刚性地连接到转子部30a或其一部分上，并且缆索绞盘滑轮33旋转地连接到滑轮致动器系统并通过另外的轴承34旋转地连接到缆索绞盘滑轮32。在示出的实施例中，致动器系统包括液压或电致动器37、小齿轮36和齿轮35，该齿轮35刚性连接到缆索绞盘33的壁上。这允许缆索绞盘滑轮33相对于另一缆索绞盘滑轮32的相对旋转。
[0102]地面控制单元I被设计为通过偏航轴承17的方式相对于地面绕竖直轴线旋转，所述偏航轴承17在地面控制单元I的内侧17b刚性连接到地面。外侧17a通过支撑腿30f刚性连接到定子30d。
[0103]偏航致动器系统18被设计为相对于牵引缆索10、11绕竖直轴线向着希望的方位角旋转地面控制单元I。偏航致动器系统18例如包括偏航致动器18C、偏航致动器齿轮18b以及齿条和小齿轮传动装置18a，以用于外侧17a和内侧17b的相对运动。
[0104]地面控制单元I通过缆索扭曲控制系统120或滑动环组件121电连接到地面(例如，电连接到地面控制单元I外部的动力转换系统或动力电子设备124，见下面的图6的描述)。在一种实施例中，缆索扭曲控制系统120或滑动环组件121能够在超过360°的方位角范围中转动地面控制单元I。在一种实施例中，缆索扭曲控制系统120包括电力缆索，该电力缆索具有段120a-120d，其中一个段是柔性部分120c，该柔性部分120c通过使电力缆索的一部分扭曲、卷曲或盘绕，以允许旋转柔度(例如，大于360° )达到绕竖直轴线的预定义的最大角度。在另一种实施例中，滑动环组件121能使发电机30电连接到外部动力转换系统124，并且允许绕竖直轴线完全旋转的自由度，因此避免损坏电缆的可能。这将在下面参考图8a和图8b更详细地说明。
[0105]图5的实施例中示出的转子滑动环组件19保证了发电机30的旋转部分30a、31、31a、30d之间的电连接，例如，以便激励转子线圈31且/或以便控制滑轮致动器系统35-37。
[0106]通过使用滑轮致动器系统35-37单独地改变牵引缆索10、11的长度而实现风筝20的实际转向，所述滑轮致动器系统35-37构造为相对于缆索绞盘滑轮32转动缆索绞盘滑轮33。
[0107]在一种实施例中，通过主动控制地面控制单元I与牵引缆索10、11之间的方位角，以将牵引缆索10、11有序缠绕到缆索绞盘滑轮32、33上。
[0108]在另外的实施例中，通过任选的缆索引导系统123而实现牵引缆索10、11相对于缆索绞盘滑轮32、33的外表面的轴向运动，其中，任选的缆索引导系统123可以用于增加缠绕精度。
[0109]在图5的实施例中，示出了用于各个牵引缆索的任选的缆索引导机构123的元件。该元件包括用于主牵引缆索10、11的引导辊123a、具有心轴123b的引导轴、轴支撑件123c、心轴齿轮123d、致动器齿轮123e和致动器马达123f。当被激活时，致动器马达123f转动心轴齿轮123d，导致心轴123b的线性位移，从而使引导辊123a相对于相应的缆索绞盘滑轮32、33向着希望的位置移动。缆索引导机构的元件123a-123f可以通过引导框架122连接到地面控制单元I。
[0110]在另外的实施例中，使用偏航致动器系统18控制牵引缆索10、11从缆索绞盘滑轮32,33上松开，通过这种方式牵引缆索10、11可以自由运动，以便在产生电力时使摩擦损失最小化。在替代实施例中，任选的缆索引导机构123用于使主牵引缆索10、11相对于绞盘滑轮定位，以使得偏航致动器系统18可以以自由的操作模式而被操作。然后，通过主牵引缆索10、11上的拉力使地面控制单元在操作期间转为朝向风筝，而不主动使用偏航致动器系统18。
[0111]在又一实施例中，当超过绕竖直轴线的最大偏航角度时，偏航致动器系统18控制偏航角度回到限定的工作范围中，以避免主牵引缆索10、11的损坏。
[0112]图6示出地面控制单元I的另外实施例的侧视图，所述地面控制单元I包括用来放飞和收回风筝20的系统。放飞和收回系统连接到缆索绞盘滑轮32、33并且在另外的实施例中能够旋转到具有仰角。这使得能够控制放飞和收回系统相对于主牵引缆索10、11的位置。在一种特别实施例中，仰角控制单元被设置为使放飞和收回系统对齐于牵引缆索10、11的方向，例如，通过使支撑框架128相对于定子30d以仰角旋转。
[0113]在实际实施的实施例中，放飞和收回系统包括伸缩臂127，该伸缩臂127支撑风筝支撑框架128，该风筝支撑框架128设置有分别用于各个主牵引缆索10、11的引导孔129。液压或电致动器126构造为用来在延伸位置和缩回位置之间改变伸缩臂127的长度。伸缩臂127在一侧上连接到例如地面控制单元I的外侧17a。
[0114]各个主牵引缆索10、11(包括风筝20的约束线6)被引导通过风筝支撑框架128。在放飞和收回操作期间，风筝支撑框架128和引导孔129的形状结合支撑框架128的伸缩运动用于引导并稳定约束线6和风筝20。这在下面参考图9a-9d和图1Oa-1Od更详细地说明。需要注意的是，地面控制单元的这种构造也可以用于独立于偏航致动器系统的存在的其它风筝发电系统。
[0115]在另外实施例中，地面控制单元I上设置有无线电应答器132，以保证可见性并且向风筝动力系统附近的空中交通提供发电风筝系统的识别信号。除了无线电应答器132外或结合无线电应答器132，还可以使用替代的可见性和/或警报系统，诸如防碰撞照明或FLARM系统。
[0116]直驱式发电机30连接到动力电子设备124，以便将电力输送到公用电网。此外，还设置有控制电子设备125以用来控制地面控制单元I中的各种致动器和传感器系统。如图6所不，在一种实施例中，设置有用于动力电子设备124的电气柜和用于控制电子设备125的电气柜作为分离的元件，病布置在地面控制单元I的外部(一定距离处)。在替代实施例中，控制电子设备125和/或动力电子设备124集成在地面控制单元I自身中。
[0117]图7示出具有主定位系统特性以用于将牵引缆索10、11缠绕到缆索绞盘滑轮32、33上的地面控制单元I的实施例的顶视图。如较早提及的，缆索绞盘滑轮32、33连接到发电机30的转子30a、31，该转子30a、31可以通过偏航轴承17相对于地面绕竖直轴线旋转。偏航致动器系统18控制(如图7中的点划线表示的)地面上的固定位置18d与(由点划线表示为定子部30d的轴线的)地面控制单元I的角位置之间的相对方位角18e。
[0118]偏航致动器系统18还构造为主动地控制缆索绞盘滑轮32、33的旋转轴线与牵引缆索10、11之间的方位角18f、18g。角度18f、18g被保持为小于90度的一定值，以便如从这个顶视图所示的从右到左的方式缠绕牵引缆索10、11。相反地，当角度18f、18g大于90度时，牵引缆索10、11以从左到右的方式缠绕。牵引缆索10、11相对于缆索绞盘滑轮32、33的位置由位置传感器123g测量，该位置传感器123g监视着牵引缆索10、11的适当缠绕，以使缆索磨损和摩擦损失最小化。
[0119]图8a示出电力缆索120的实施例，该电力缆索120在一个端部以段120a_120c设置在地面控制单元I内，并且在另一端部通过地线120d连接到动力电子设备124。缆索的一部分表示为缆索臂120b，并且缆索的另一部分表示为缆索螺旋线120c。这种示例性实施例使得具有绕竖直轴线的旋转柔度而不损坏动力缆索120a，即使地面控制单元I超过大于360°的方位角运动。在接近零的开始角度18e，缆索螺旋线120c紧紧地缠绕在从旋转的中心点测量的外半径上。当偏航致动器系统18被激活时，地面控制单元I以扭曲角度18e转动。同时，缆索臂120b使动力缆索120a向内螺旋，以形成缆索螺旋线120c。
[0120]图8b示出当获得最大扭曲角度时电力缆索120a的情况，此时缆索螺旋线120c紧紧地缠绕旋转的中心点。偏航致动器系统18构造为用于控制地面控制单元I偏航角度回到工作范围，以避免损坏动力缆索120a。
[0121]图9a-图9d示出使用参考图6描述的放飞和收回系统向着地面控制单元I完全自动化地收回风筝20的各个步骤的示例性实施例。一般而言，地面控制单元I设置为同步地控制绞盘滑轮32、33与放飞和收回系统126-129，以放飞或收回风筝20。通过以下步骤的组合执行风筝20的收回操作:向着到来的风筝20移出放飞和收回支撑框架128，并且卷入牵引缆索10、11至使得风筝20的约束缆索6被拉过风筝支撑框架128中的引导孔129，并且将风筝约束线6和风筝翼面材料20紧紧地俘获/折叠到风筝支撑框架128。
[0122]在替代实施例中，风筝支撑框架128布置成在牵引缆索10、11之间为垂直的，以在放飞和收回操作期间，围绕风筝20的底部中线支撑到来的风筝20。在这种情况中，通过以下步骤的组合执行风筝20的收回操作:向着到来的风筝20移出放飞和收回支撑框架128，并且卷入牵引缆索10、11至使得支撑框架支撑围绕风筝的底部中线支撑风筝翼面，并且随后在进一步卷入牵引缆索10、11时，围绕支撑框架紧紧地拉风筝翼面。
[0123]在另外替代实施例中(也见图3b)，伸缩臂127及(具有引导孔129的)放飞和收回支撑框架128可以彼此独立地延伸，并且伸缩臂127可以设置为具有另外的凸缘以便于支撑风筝20。伸缩臂127的另外凸缘可以延伸超过放飞和收回支撑框架128的平面，以在放飞期间允许从放飞和收回支撑框架128推出风筝20。然后，在收回期间，延伸的伸缩臂127可以用于首先抓住风筝20，并且将它包在伸缩臂127上。
[0124]图9a示出伸缩臂127完全延伸的地面控制单元I的构造，作为收回风筝20的第一步。在这个实施例中，缆索绞盘滑轮32、33被控制为将牵引缆索10、11缠绕到缆索绞盘滑轮32、33上，直到牵引缆索引导件29达到支撑框架128的开口 129。
[0125]图9b示出进一步中的构造，其中，约束线6被牵引缆索10、11拉动通过支撑开口129。支撑开口 129构造为(例如，具有平滑的边缘)将约束线6合拢到一起。类似地，由于约束线6通过支撑开口 129的压缩，风筝翼面材料也被折叠在一起。
[0126]图9c示出随后步骤中的构造，其中，约束线6完全被支撑开口 129合拢到一起，并且将折叠的风筝翼面材料拉在支撑框架128上。在这个实施例中，锁定或夹紧机构130用于将收集的约束线6夹紧到支撑框架128。当伸缩臂127缩回并且牵引缆索10、11放松张力时，锁定机构130保持风筝翼面材料被拉在支撑框架128上。
[0127]图9d示出回到停放位置中的完全缩回的伸缩臂127的构造，该完全缩回的伸缩臂127支撑着具有折叠的约束线6和放气的风筝20的支撑框架128。现在，被捕获的约束线6和风筝翼面材料20可以被存放在地平面上。现在，风筝20及其部件以有序的方式缩回，这使风筝20后续能够容易且可控制地放飞。
[0128]图1Oa-图1Od示出与用于风筝20的完全自动放飞的各种步骤关联的构造。一般而言，通过以下步骤的组合执行风筝20的放飞操作:移出放飞和收回支撑框架128，解锁夹紧机构130，放飞包括风筝20的约束缆索6的牵引缆索10、11，从而通过支撑框架128中的引导孔129缓慢地释放并展开风筝约束线6和风筝翼面材料20。
[0129]图1Oa示出图9d的完全缩回的构造之后的构造。伸缩臂127将支撑框架128从停放位置延伸到放飞位置。在这个位置，支撑框架128的锁定机构130被释放。
[0130]图1Ob示出通过缓慢解开牵引缆索10、11及周围的风而充气的(翼面)风筝20的构造。需要注意的是，支撑框架128具有充分的开口面以使风通过，但也充分坚固，以充当未充气的风筝20的支撑件。
[0131]另外地或可选地，来自诸如(电)风扇131的气流发生器的强制空气可以用于通过前边缘的进气口而填充风筝5。风扇131沿风筝20的方向吹空气，从而通过冲压空气填充进口填充风筝翼面，并且从而支撑风筝20的展开，并且支撑风筝5从支撑框架128释放到空气中，直到被风接管。电风扇131可以被布置成靠近地面控制单元I或与地面控制单元I形成一体。在操作期间，电风扇131也可以用于向发电机30提供冷却空气。
[0132]图1Oc示出完全展开的/充气的空气承载的风筝20的构造，其中，展开的约束线6和牵引缆索引导件29已经穿过支撑框架128的支撑开口 129。
[0133]然后，图1Od示出伸缩臂127再次完全缩回并将支撑框架128保持在停放位置中的构造。现在，发电风筝系统完全可用于收获风能。
[0134]需要注意的是，在放飞和收回阶段期间，偏航致动器系统18对于保持地面控制单元I与周围风向对齐也是可用的，以使风筝20的受控制且高效地放飞或收回。
[0135]图1la示出处理单元125的实施例，该处理单元125形成地面控制单元I的控制电子设备125或作为其一部分。在这个实施例中，控制电子设备125布置为使用主牵引缆索10、11中(来自力传感器124)的牵引力和偏航角度18e确定(平均)风方向。偏航角度18e可以使用角度传感器(未示出)测量，或者可以从偏航致动器系统18得到。然后，得到的代表风向的控制信号可以用作控制信号，例如，以使用致动器系统35-37控制缆索绞盘滑轮32、33的相对位置，以控制风筝轨迹20。在特别的实施例中，地面控制单元I包括处理单元125和用来测量相对方位角(18e)的方位位置传感器，所述处理单元125连接到力传感器134，力传感器134测量主牵引缆索10、11施加在地面控制单元I上的力。然后，通过分析与偏航角度相关的牵引缆索力信息而确定风向信息，以消除对单独的风向传感器的需要。
[0136]图1lb示出处理单元125的另一种实施例，该处理单元125形成地面控制单元I的控制电子设备125或作为其一部分。在这个实施例中，通过计算模型确定风筝20的高度信息，该计算模型使用以下信息作为输入:牵引缆索10、11的自由长度L，牵引缆索10、11的仰角(两者均由组合的传感器133确定)，以及主牵引缆索10、11中的牵引力。自由长度L和仰角由组合的角度和缆索长度传感器133测量，牵引缆索的力由力传感器134测量。在特别的实施例中，处理单元125连接到缆索长度传感器133、牵引缆索仰角传感器133，并连接到用于测量主牵引缆索施加在地面控制单元I上的力的力传感器134，以便确定风筝的高度。这个实施例以及图1la中示出的实施例可以避免GPS传感器的使用和对到风筝20的(如现有技术风筝动力系统中使用的)远程数据链接的需要。
[0137]当然，参考图1la和图1lb描述的实施例可以与另外的传感器或控制算法组合或被增强。
[0138]以上参照附图所示的多个示例性实施例描述了本发明的【具体实施方式】。其中，一些部分或元件实施为被修改和替代是可能的，并且被包括在如所附权利要求书所限定的保护范围中。
【权利要求】
1.风寧动力系统，包括: 具有发电机(30)的地面控制单元、以及通过至少两个主牵引缆索(10，11)连接到所述发电机(30)的风筝， 其中，所述发电机(30)的转子部(31)包括用于所述至少两个主牵引缆索(10，11)中的每个的绞盘滑轮(32，33)，并且 其中，各个所述绞盘滑轮(32，33)间接地机械连接到所述发电机(30)。
2.根据权利要求1所述的风筝动力系统， 其中，各个所述绞盘滑轮(32，33)可旋转地连接到所述转子部(31)，并且通过差动装置(50)相互连接，所述差动装置(50)具有壳体(51)和输出轴(52，53)，所述壳体(51)连接到所述转子部(31)，并且所述输出轴(52，53)连接到相应的所述绞盘滑轮(32，33)。
3.根据权利要求2所述的风筝动力系统， 其中，所述绞盘滑轮(32，33)相对于所述转子部(31)的相对旋转位置能够通过具有液压或电致动器的设定单元而设定，所述液压或电致动器布置在所述转子部(31)和连接到所述绞盘滑轮(31，32)的所述输出轴中的一个之间，或者布置在所述转子部(31)和所述差动装置中的多个行星轮中的一个之间。
4.根据权利要求2所述的风筝动力系统， 其中，所述绞盘滑轮(32，33)相对于所述转子部(31)的相对旋转位置能够通过使用具有液压或电致动器的制动单元对所述绞盘滑轮(32，33)中的一个或连接到所述绞盘滑轮(32，33)中的一个上的驱动轴的制动作用而设定。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述绞盘滑轮(32，33)布置为同轴并设置有用于调节所述两个绞盘滑轮(32，33)的相对旋转位置的设定单元(35-38)。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述发电机(30)是直驱式发电机。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述绞盘滑轮(32)中的一个固定地连接到所述转子部(31)，并且另外的所述绞盘滑轮(33)可旋转地连接到所述转子部(31)。
8.根据权利要求5所述的风筝动力系统，其中，所述设定单元(35-38)在第一条件期间在相对旋转位置的第一范围内能够操作，且在第二条件期间在相对旋转位置的第二范围内能够操作。
9.根据权利要求8所述的风筝动力系统，其中，所述设定单元包括液压或电致动器(38)，并且布置为在所述第一条件下控制所述风筝(20)的飞行轨迹，并在所述第二条件下回卷所述至少两个主牵引缆索(10，11)。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述发电机(30)包括转子部(31)和定子部(31a)，其中所述转子部(31)和/或定子部(31a)包括层合部件，所述层合部件形成转矩传递壳体和活性材料。
11.根据权利要求10所述的风筝动力系统，其中，所述层合部件设置有冷却鳍片。
12.根据权利要求1-11中任何一项所述的风筝动力系统，还包括风筝，所述风筝包括翼形本体(20)，在所述翼形本体(20)的前边缘部分具有一个或多个空气填充孔(23)， 以及连接到所述翼形本体(20)的至少两个主牵引缆索(10，11)， 在所述翼形本体(20)的侧部部分还包括另外的填充孔(21)。
13.根据权利要求12所述的风筝动力系统，其中，所述一个或多个空气填充孔(23)和所述另外的填充孔(21)设置有单向阀(24，22)。
14.根据权利要求12或13所述的风筝动力系统，其中，所述风筝还包括约束系统(25，26，27)，所述约束系统将所述翼形本体(20)上的多个点连接到所述至少两个牵引缆索(10，11)，其中，所述约束系统在第一条件下使所述翼形本体(20)具有翼面形状，并且在第二条件下形成具有低阻力轮廓的空气填充的翼形本体。
15.根据权利要求14所述的风筝动力系统，其中，所述约束系统包括第一部分和第二部分， 所述第一部分连接到所述翼形本体(20)的一半并且包括第一缆索引导件(25a)，并且，所述第二部分连接到所述翼形本体(20)的另一半并且包括第二缆索引导件(25b)， 所述第一和第二缆索引导件(25a, 25b)引导第一缆索(26),该第一缆索(26)的两个端部连接到所述翼形本体，并且所述缆索引导件(25a)通过第二缆索(27)连接到所述翼形本体(20)上的点。
16.根据权利要求14或15所述的风筝动力系统，其中，所述低阻力轮廓为所述翼形本体(20)的弯曲形态。
17.根据权利要求12-16中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述风筝还包括牵引缆索引导件(29)，所述牵引缆索引导件(29)保持所述至少两个主牵引缆索(10，11)彼此相距固定的距离。
18.根据权利要求12-17中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述风筝(20)还包括位于所述风筝(20)的与所述第二主牵引缆索(11)的连接处相对的侧部上的可展开鳍片，所述可展开翼片设置为在回卷阶段期间伸展。
19.根据权利要求12-18中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述风筝还包括传感器电子元件。
20.根据权利要求12-19中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述风筝还包括识别单元。
21.根据权利要求12-20中任何一项所述的风筝动力系统，还包括一个或多个缆索引导件(41)，所述缆索引导件(41)具有能够在所述主牵引缆索(10，11)中的一个上操作的锁定机构(44-46)。
22.根据权利要求1-21中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述绞盘滑轮(32，33)布置为同轴，并且，其中，所述地面控制单元(I)还包括用于在操作期间控制所述地面控制单元(I)相对于所述至少两个主牵引缆索(10，11)的相对方位角(18e)的偏航致动器系统(18)。
23.根据权利要求22所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)的所述发电机(30)能够连接到所述地面控制单元(I)外部的动力转换系统(124)，并且所述地面控制单元(I)在大于360。的方位角范围内能够旋转。
24.根据权利要求23所述的风筝动力系统，包括连接到所述发电机(30)的具有扭曲部分的电力缆索。
25.根据权利要求23所述的风筝动力系统，包括用于电连接到所述发电机(30)的滑动环组件(121)。
26.根据权利要求22-25中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)还包括用于相对于对应的所述绞盘滑轮(32，33)轴向定位所述至少两个主牵引缆索(10，11)的缆索引导机构(123)。
27.根据权利要求26所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)设置为控制所述缆索引导机构(123)，以相对于所述绞盘滑轮(32，22)定位所述主牵引缆索(10，11)，并以自由操作模式控制所述偏航致动器系统(18)。
28.根据权利要求22-27中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述发电机(30)包括转子部(30a，31)和定子部(31a，30d)，并且与所述转子部(30a，31)的电连接由转子滑动环组件(19)提供。
29.根据权利要求22-28中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)包括连接到力传感器(134)和用于测量所述相对方位角(18e)的方位位置传感器的处理单元(125)，所述力传感器(134)测量由所述主牵引缆索(10，11)施加在所述地面控制单元⑴上的力。
30.根据权利要求22-29中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)包括处理单元(125)，该处理单元(125)连接到缆索长度传感器、牵引缆索仰角传感器(133)和用于测量所述主牵引缆索(10，11)施加在所述地面控制单元(I)上的力的力传感器(134)，以确定所述风筝的高度。
31.根据权利要求22-30中任何一项所述的风筝动力系统， 所述地面控制单元(I)还包括连接到所述发电机(30)的放飞和收回系统。
32.根据权利要求31所述的风筝动力系统，其中，所述放飞和收回系统能够旋转到具有仰角。
33.根据权利要求31或32所述的风筝动力系统，其中，所述放飞和收回系统包括支撑风筝支撑框架(128)的伸缩臂(127)，所述风筝支撑框架(128)设置有用于各个所述主牵引缆索(10,11)的引导孔(129)。
34.根据权利要求33所述的风筝动力系统，其中，所述风筝支撑框架(128)通过所述伸缩臂(127)能够在伸出位置或在缩回位置移动。
35.根据权利要求30-34中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述地面控制单元(I)设置为同步地控制所述绞盘滑轮(32，33)和所述伸缩臂(127)，以便放飞或收回所述风筝(20)。
36.根据权利要求30-35中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述放飞和收回系统包括用于将风筝约束线(6)和风筝翼面材料(20)捕获到所述支撑框架(128)上的夹紧机构(130)。
37.根据权利要求31或32所述的风筝动力系统，其中，所述放飞和收回系统包括具有风筝支撑框架(128)的伸缩臂(127)，所述风筝支撑框架(128)设置为在所述主牵引缆索(10,11)的缩回期间牵拉所述风筝(20)的底侧并将所述风筝(20)的底侧朝向该底侧的中心线折叠。
38.根据权利要求37所述的风筝动力系统，其中，所述风筝支撑框架(128)包括另外的支撑框架，所述另外的支撑框架设置为在所述主牵引缆索(10，11)的缩回期间牵拉所述风筝(20)的底侧并将所述风筝(20)的底侧朝向该底侧的中心线折叠。
39.根据权利要求30-38中任何一项所述的风筝动力系统，其中，所述放飞和收回系统包括气流发生器(131)。
【文档编号】F03D5/06GK104411965SQ201380023874
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】C·L·斯门恩克, A·范登布林克 申请人:电子风筝控股公司