一种双驱动式伞型风能转换装置及其开合方法与流程

本发明涉及风能转换领域，尤其是涉及一种伞型风能转换装置及其开合方法。

背景技术：

风能是一种清洁的可再生能源，将高空风能充分能利用起来为人类所用，是科学研究工作者一直关注的热点话题。高空风及高空风能的特点是：风速大、平均能量密度高、地域分布广、稳定性高、常年不断。高空风能的利用是在高空中采集风能，将风能转化为机械能，最后将机械能转换为电能或其它形式的能量。

申请号为200910190150.2的中国发明专利公开了一种利用磁铁或粘胶垫实现做功伞开合的方式，该方法虽然较为简单，但对于所采用的磁铁的吸力或粘胶垫的粘接力的要求较高：如果太弱就无法保证将处于闭合状态的做功伞拉回到其做功行程的最初点；如果太强，就很难将吸在一起的上下滑块分开。该方法的控制难度较大，容易出现做功伞打不开或者关不上的情况。

申请号为201110151527.0的中国发明专利公开了一种伞型风力装置，包括：与地面成一角度设置的做功绳；从下至上依次连接在做功绳上的控制箱、滑筒、做功伞和平衡装置，且控制箱固定做功绳上且无线连接中央控制装置；连接在做功伞的伞形边缘与滑筒之间的若干细绳；连接在控制箱与滑筒之间，且由控制箱控制其伸长量变化的伞控制绳。该发明主要是通过控制箱控制伞绳的拉紧和放松来实现做功伞的开合，该方法非常简单，但在实现做功伞的空中开合稳定性较差，且在实施过程往往因开伞需要收卷较长的控制绳而导致占用过多做功时间，进而导致发电效率降低。同时，本申请人也对该方法做出了改进，即申请号为201110322204.3的中国发明专利，公开了一种伞型风能转换装置及系统，所述装置包括：轨道绳；从下至上依次固定连接在轨道绳上的下控制箱、下挡块和上挡块，下控制箱通过至少一根伞控制绳与滑筒连接；伞形边缘与滑筒之间连接若干细绳的做功伞；上控制箱与链条啮合传动；当下控制箱到达相对地面的工作下限位置时，发出第一提示信号使下控制箱收短伞控制绳，使做功伞在风力作用下开伞；当下控制箱到达相对地面的工作上限位置时，发出第二提示信号使下控制箱释放伞控制绳，且使上控制箱沿链条下行，带动做功伞的顶部下行移动而使做功伞收拢。该发明使做功伞在空中的开合更稳定，能够有效防止做功伞开合时绳具过多而出现缠绕现象，可以实现稳定的大功率风能转换。但是该控制做功伞开合的方法主要是通过上控制箱在链条上上下传动及下控制箱收放伞绳实现，并不能迅速实现做功伞开合，并没有完全解决过多占用做功时间的问题。

申请号为201510008981.9的中国发明专利公开了一种气囊式伞型风能转换装置及系统，包括套接在轨道绳上的活塞杆、活塞与活塞筒，由上控制箱及滑筒式下控制箱配合调节控制；上下气囊式做功伞之间用牵引绳串联若干中间伞。做功伞中的气囊主要功能为：利用分布在伞面上充气后的气囊与活塞杆、活塞及活塞筒配合形成一个基本框架结构，使做功伞能主动的、有规律的打开，再加伞控制绳、细绳、上下控制绳和牵引绳组合形成一个有特定形状的笼状骨架结构，使整个做功伞形成一个多伞面的受风做功体，串联上述多个气囊式伞型风能转换装置可实现风电能成规模的、大功率的转换。在气囊式做功伞下降时，气囊中的气体由活塞杆、活塞与活塞筒组成的密闭空间储存，便于气囊式做功伞有规律的收拢。但该发明结构复杂，不仅设置了具有多个伞面的做功伞，而且开合伞的过程还包括气囊的充气放气过程，该设计容易给开合伞一定的困难，阻碍做功伞的快速开合，降低风能转换效率。

技术实现要素：

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种结构简单且能够实现高效开合的双驱动式伞型风能转换装置。

本发明还提供了一种伞型风能转换装置的开合方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种双驱动式伞型风能转换装置，包括：

缆绳；

固定于缆绳上的挡块；

顶部中心套接在缆绳上的伞体；

套接于缆绳上且能在缆绳上来回运动的两个驱动器，包括：与伞体顶部中心连接的第一驱动器；位于挡块和第一驱动器之间的第二驱动器；

第二驱动器与伞体通过伞绳连接，且所述伞绳连接于所述伞体的边缘；

第二驱动器和/或所述挡块设有能锁定所述第二驱动器和所述挡块的锁定机构。

一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，其动作包括：

a）伞体由打开状态变为合起状态：

S11：第二驱动器通过锁定机构与挡块锁定连接，伞绳在风力作用下拉紧，伞体呈打开状态；

S12：第二驱动器解除与挡块之间的锁定后，伞体在风力作用下带动第二驱动器向上运动；

S13：伞绳由拉紧变为放松状态，伞体在风力作用下翻转，变为合起状态；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：第二驱动器与挡块之间为锁定解除状态，伞绳为放松状态，伞体翻转呈合起状态；

S22：第一驱动器和第二驱动器一起沿缆绳向下运动，第二驱动器向下运动至挡块后，通过锁定机构锁定；

S23：第一驱动器沿缆绳向上运动，伞体在风力作用下逐渐打开，并带动第一驱动器继续向上运动；

S24：伞体完全打开后，第一驱动器停止向上运动，第二驱动器通过锁定机构与挡块锁定连接，伞体为打开状态。

其中，步骤S23中，第一驱动器主动向上运动的距离至少为伞体打开状态下挡块和第一驱动器之间距离的1/10。考虑到风速的大小的不同，第一驱动器主动向上运动的距离至少为伞体打开状态下挡块和第一驱动器之间距离的1/10。

作为本发明的一种优选方案，步骤S12中，伞体在风力作用下带动第二驱动器向上运动的同时，第一驱动器沿缆绳向下运动。本方案能实现更快速地将伞体合起。

本发明主要采用两个驱动器在缆绳上来回运动来实现伞型风能转换装置的开合，伞体开合过程只需几个的动作就能实现伞型风能转换装置的开合，且开合过程中利用风力作用，大大减少了驱动器对电能消耗。同时本发明所包含的装置较少且装置的结构简单，能够大大减少对缆绳增重，从而大大提高伞型风能转换装置的风能转换效率。

作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构包括卡锁机构和卡头结构。本发明采用卡锁机构与卡头配合锁定的方式，利用四杆机构的死点实现锁定和解锁，其结构简单，锁定牢固，安全性高，同时能够轻松实现解锁，是一种非常简单有效的锁定方式。

作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构为电磁锁机构。电磁锁无任何机械锁舌的结构，其锁定和解锁主要是通过电流的通断来实现，完全以其强大的“吸力”吸住锁定，达到上锁效果。采用电磁锁锁定能快速、有效地实现锁定和解锁，同时电磁锁也是一种非常耐用、坚固又安全的锁定方式。

进一步地，所述驱动器包括行走装置、通讯装置、控制装置和动力装置。行走机构用于驱动器在缆绳上行走；通讯装置用于接收控制信息；控制装置用于读取通讯装置收到的控制信息，并控制驱动器在缆绳上行走，以及锁定装置的锁定和解锁；动力装置用于为驱动器提供动力。

进一步地，所述动力装置为蓄电池装置和/或太阳能发电装置和/或动能发电装置。本方案驱动器的动力装置采用以上方案能有效利用各种能源发电为驱动器提供动力，通过一种或几种方式协同，在节约能源的同时，也能保证始终为驱动器提供稳定的动力来源。

进一步地，所述第一驱动器与所述伞体连接的部分是周向转动装置；所述第二驱动器与所述伞绳连接的部分是周向转动装置。所述周向转动装置是周向可自由旋转的装置，如轴承等。

进一步地，步骤S12和步骤S23中，驱动器在风力作用下向上运动时，带动动能发电装置发电。驱动器向上运动时带动动能发电装置发电，为后续驱动器的运动提供动力，本方案能充分利用驱动器在运动过程中产生的动能。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：

1. 本发明提供了一种双驱动式伞型风能转换装置，本装置的结构简单，可控性好，风能转化效率高，且在最大程度上提高能源利用率，在风能转换的过程中耗能低。

2. 本发明还提供了一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，动作简单，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，开合动作完成迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态可在一秒内完成。由于本方案所采用的开合方法占用做功时间非常短，因此本方案的风能转换效率高。

附图说明

图1为本发明中伞体打开状态；

图2为本发明中伞体合起状态；

图3为本发明中伞体由合起状态到打开状态示意图一；

图4为本发明中伞体由合起状态到打开状态示意图二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

实施例1

一种双驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；固定于缆绳1上的挡块2；顶部中心套接在缆绳上的伞体3；套接于缆绳上且能在缆绳上来回运动的两个驱动器4，包括：与伞体3顶部中心连接的第一驱动器41；位于挡块2和第一驱动器41之间的第二驱动器42。其中，第二驱动器42与伞体3通过伞绳5连接，且伞绳5连接于伞体3的边缘；第二驱动器42和挡块2设有能锁定第二驱动器42和挡块2的锁定机构6。

其中，锁定机构6包括卡锁机构和卡头结构：挡块2设有卡头结构，第二驱动器42设有卡锁机构。驱动器4包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置，且动力装置为太阳能发电装置和动能发电装置。

第一驱动器41与伞体3的连接部分是周向转动装置；第二驱动器42与伞绳5连接的部分是周向转动装置。

一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，其动作包括：

a）伞体由打开状态变为合起状态：

S11：第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞绳5在风力作用下拉紧，伞体3呈打开状态；

S12：第二驱动器42解除与挡块2之间的锁定后，伞体3在风力作用下带动第二驱动器42向上运动；

S13：伞绳5由拉紧变为放松状态，伞体3在风力作用下翻转，变为合起状态；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：第二驱动器42与挡块2之间为锁定解除状态，伞绳5为放松状态，伞体3翻转呈合起状态；

S22：第一驱动器41和第二驱动器42一起沿缆绳1向下运动，第二驱动器42向下运动至挡块2后，通过锁定机构6锁定；

S23：第一驱动器41沿缆绳1向上运动，伞体3在风力作用下逐渐打开，并带动第一驱动器41继续向上运动；

S24：伞体3完全打开后，第一驱动器41停止向上运动，第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞体3为打开状态。

其中，步骤S23中，第一驱动器41主动向上运动的距离至少为伞体3打开状态下挡块2和第一驱动器41之间距离的1/10。

步骤S12中，伞体3在风力作用下带动第二驱动器42向上运动的同时，第一驱动器41沿缆绳向下运动。

步骤S12和步骤S23中，驱动器4在风力作用下向上运动时，带动动能发电装置发电。

本实施例提供了一种双驱动式伞型风能转换装置，本装置的结构简单，可控性好，风能转化效率高，且在最大程度上提高能源利用率，在风能转换的过程中耗能低。本实施例还提供了一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，动作简单，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，开合动作完成迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态可在一秒内完成。由于本方案所采用的开合方法占用做功时间非常短，因此本方案的风能转换效率高。

实施例2

一种双驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；固定于缆绳1上的挡块2；顶部中心套接在缆绳上的伞体3；套接于缆绳上且能在缆绳上来回运动的两个驱动器4，包括：与伞体3顶部中心连接的第一驱动器41；位于挡块2和第一驱动器41之间的第二驱动器42。其中，第二驱动器42与伞体3通过伞绳5连接，且伞绳5连接于伞体3的边缘；第二驱动器42设有能锁定第二驱动器42和挡块2的锁定机构6。

其中，锁定机构6为电磁锁机构，挡块2与第二驱动器42相对的面的材质为铁。驱动器4包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置，且动力装置包括蓄电池装置和动能发电装置。

第一驱动器41与伞体3的连接部分是周向转动装置；第二驱动器42与伞绳5连接的部分是周向转动装置。

一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，其动作包括：

a）伞体由打开状态变为合起状态：

S11：第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞绳5在风力作用下拉紧，伞体3呈打开状态；

S12：第二驱动器42解除与挡块2之间的锁定后，伞体3在风力作用下带动第二驱动器42向上运动；

S13：伞绳5由拉紧变为放松状态，伞体3在风力作用下翻转，变为合起状态；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：第二驱动器42与挡块2之间为锁定解除状态，伞绳5为放松状态，伞体3翻转呈合起状态；

S22：第一驱动器41和第二驱动器42一起沿缆绳1向下运动，第二驱动器42向下运动至挡块2后，通过锁定机构6锁定；

S23：第一驱动器41沿缆绳1向上运动，伞体3在风力作用下逐渐打开，并带动第一驱动器41继续向上运动；

S24：伞体3完全打开后，第一驱动器41停止向上运动，第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞体3为打开状态。

其中，步骤S23中，第一驱动器41主动向上运动的距离至少为伞体3打开状态下挡块2和第一驱动器41之间距离的1/10。

步骤S12和步骤S23中，驱动器4在风力作用下向上运动时，带动动能发电装置发电。

本实施例提供了一种双驱动式伞型风能转换装置，本装置的结构简单，可控性好，风能转化效率高，且在最大程度上提高能源利用率，在风能转换的过程中耗能低。本实施例还提供了一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，动作简单，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，开合动作完成迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态可在一秒内完成。由于本方案所采用的开合方法占用做功时间非常短，因此本方案的风能转换效率高。

实施例3

一种双驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；固定于缆绳1上的挡块2；顶部中心套接在缆绳上的伞体3；套接于缆绳上且能在缆绳上来回运动的两个驱动器4，包括：与伞体3顶部中心连接的第一驱动器41；位于挡块2和第一驱动器41之间的第二驱动器42。其中，第二驱动器42与伞体3通过伞绳5连接，且伞绳5连接于伞体3的边缘；挡块2和第二驱动器42设有能锁定第二驱动器42和挡块2的锁定机构6。

其中，锁定机构6包括卡锁机构和卡头结构：挡块2设有卡头结构，第二驱动器42设有卡锁机构。驱动器4包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置，且动力装置为蓄电池装置、太阳能发电装置和动能发电装置。

第一驱动器41与伞体3的连接部分是周向转动装置；第二驱动器42与伞绳5连接的部分是周向转动装置。

一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，其动作包括：

a）伞体由打开状态变为合起状态：

S11：第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞绳5在风力作用下拉紧，伞体3呈打开状态；

S12：第二驱动器42解除与挡块2之间的锁定后，伞体3在风力作用下带动第二驱动器42向上运动；

S13：伞绳5由拉紧变为放松状态，伞体3在风力作用下翻转，变为合起状态；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：第二驱动器42与挡块2之间为锁定解除状态，伞绳5为放松状态，伞体3翻转呈合起状态；

S22：第一驱动器41和第二驱动器42一起沿缆绳1向下运动，第二驱动器42向下运动至挡块2后，通过锁定机构6锁定；

S23：第一驱动器41沿缆绳1向上运动，伞体3在风力作用下逐渐打开，并带动第一驱动器41继续向上运动；

S24：伞体3完全打开后，第一驱动器41停止向上运动，第二驱动器42通过锁定机构6与挡块2锁定连接，伞体3为打开状态。

其中，步骤S23中，第一驱动器41主动向上运动的距离至少为伞体3打开状态下挡块2和第一驱动器41之间距离的1/10。

步骤S12和步骤S23中，驱动器4在风力作用下向上运动时，带动动能发电装置发电。

本实施例提供了一种双驱动式伞型风能转换装置，本装置的结构简单，可控性好，风能转化效率高，且在最大程度上提高能源利用率，在风能转换的过程中耗能低。本实施例还提供了一种双驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，动作简单，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，开合动作完成迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态可在一秒内完成。由于本方案所采用的开合方法占用做功时间非常短，因此本方案的风能转换效率高。