一种单驱动式伞型风能转换装置的制作方法

本实用新型涉及风能转换领域，尤其是涉及一种伞型风能转换装置。

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。

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驱动器、滑筒、做功伞和平衡装置，且驱动器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；连接在驱动器与滑筒之间，且由驱动器控制其伸长量变化的伞控制绳。该发明主要是通过驱动器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驱动器、下挡块和上挡块，下驱动器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；上驱动器与链条啮合传动；当下驱动器到达相对地面的工作下限位置时，发出第一提示信号使下驱动器收短伞控制绳，使做功伞在风力作用下开伞；当下驱动器到达相对地面的工作上限位置时，发出第二提示信号使下驱动器释放伞控制绳，且使上驱动器沿链条下行，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驱动器在链条上上下传动及下驱动器收放伞绳实现，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，由上驱动器及滑筒式下驱动器配合调节控制；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，更容易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，该设计容易导致开合伞出现一定的困难，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，本实用新型提供了一种结构简单且能够实现高效开合的伞型风能转换装置。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种单驱动式伞型风能转换装置，包括：

缆绳；

由下至上依次固定连接于缆绳上的第一挡块和第二挡块；

顶部中心套接在缆绳上的伞体；

所述第一挡块和所述第二挡块之间由下而上依次为套接于缆绳上的伞头装置、驱动器和伞尾装置；

所述伞头装置通过伞绳与所述伞体连接，且所述伞绳连接于所述伞体的边缘，所述驱动器在所述伞头装置和所述伞尾装置之间来回运动，所述伞尾装置设置在所述伞体的顶部中心套接在缆绳上；

所述第一挡块和/或所述伞头装置设有能锁定所述第一挡块和所述伞头装置的第一锁定机构；

所述驱动器和/或所述伞尾装置设有能锁定所述驱动器和所述伞尾装置的第二锁定机构。

一种单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：伞头装置与第一挡块通过第一锁定机构锁定连接，驱动器位于伞头装置和伞尾装置之间，伞体在风力作用下保持打开状态；

S12：解除伞头装置与第一挡块之间的锁定连接，解除锁定之后伞体在风力作用下带动伞头装置和伞尾装置沿缆绳向上滑动，同时伞头装置推动驱动器向上滑动；

S13：伞尾装置上滑至第二挡块处被挡住，伞头装置和驱动器上滑至伞尾装置处，驱动器与伞尾装置通过第二锁定机构锁定连接；

S14：伞头装置和伞尾装置之间的距离小于伞绳的长度，伞绳由拉紧变为放松状态，伞体在风力作用下翻转，伞体合起；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：驱动器与伞尾装置通过第二锁定机构锁定连接，伞绳为放松状态，伞体在风力作用下翻转，伞体为合起状态；

S22：驱动器带动伞尾装置沿着缆绳向下行走，推动伞头装置向下至第一挡块处，伞头装置和第一挡块通过第一锁定机构锁定连接；

S23：驱动器带动伞尾装置向上运动，伞体在风力作用下打开；

S24：伞头装置与第一挡块通过第一锁定机构锁定连接，驱动器位于伞头装置和伞尾装置之间，伞体在风力作用下保持打开状态。

其中，所述步骤S23中驱动器主动带动伞尾装置向上运动的距离至少为第一挡块和第二挡块之间距离的1/10。

优选地，所述第一锁定机构和/或第二锁定机构包括卡锁机构和卡头结构，所述步骤S12中，通过驱动器向下行走至伞头装置处，解除所述卡锁机构和卡头机构的锁定。本实用新型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。

优选地，所述第一锁定机构和/或第二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。

其中，所述驱动器包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置；所述行走机构用于驱动器在缆绳上行走；所述通讯装置用于接收控制信息；所述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；所述动力装置用于为驱动器提供动力。

作为本实用新型的一种优选方式，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。

其中，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。

其中，所述伞头装置与所述伞绳连接的部分是周向转动机构。其中，所述的周向转动机构为可相对于伞头装置周向转动的机构。本实用新型采用伞绳相对于伞头装置可旋转设置的设计，能防止本实用新型在风力作用下旋转出现的伞绳打结的情况。

与现有技术比较，本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种单驱动式伞型风能转换装置，其结构简单，其开合稳定高效，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。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中伞体完全打开状态的示意图；

图2为本实用新型实施例1中合伞动作示意图；

图3为本实用新型实施例1中伞体合起状态示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细地说明。

实施例1

一种单驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；由下至上依次固定连接于缆绳上的第一挡块2和第二挡块3；顶部中心套接在缆绳上的伞体4；所述第一挡块2和所述第二挡块3之间由下而上依次为套接于缆绳上的伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7；所述伞头装置5通过伞绳8与所述伞体4连接，且所述伞绳8连接于所述伞体4的边缘，所述驱动器6在所述伞头装置5和所述伞尾装置7之间来回运动，所述伞尾装置7设置在所述伞体4的顶部中心套接在缆绳上。

所述第一挡块2和所述伞头装置5设有能锁定所述第一挡块2和所述伞头装置5的第一锁定机构9；所述驱动器6和所述伞尾装置7设有能锁定所述驱动器6和所述伞尾装置7的第二锁定机构10。其中，所述伞头装置5设有卡锁机构，所述第一挡块2设有卡头；所述驱动器6设有卡锁机构，所述伞尾装置7设有卡头。上述卡锁机构与其所对应的卡头是相互配合的。

除此之外，伞头装置5与所述伞绳8连接的部分是周向转动机构。

驱动器6包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置。其中所述动力装置为太阳能发电装置和动能发电装置。

一种单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：如图1所示，伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态；

S12：如图2所示，驱动器6向下行走至伞头装置5处解除伞头装置5与第一挡块2之间的锁定连接，解除锁定之后伞体4在风力作用下带动伞头装置5和伞尾装置7沿缆绳1向上滑动，同时伞头装置5推动驱动器6向上滑动；

S13：伞尾装置7上滑至第二挡块3处被挡住，伞头装置5和驱动器6上滑至伞尾装置7处，驱动器6与伞尾装置7通过第二锁定机构10锁定连接；

S14：伞头装置5和伞尾装置7之间的距离小于伞绳8的长度，伞绳8由拉紧变为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起，如图3所示；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：伞绳8为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起，如图3所示；

S22：伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7沿着缆绳1向下行走，至第一挡块2处，伞头装置5和第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接；

S23：驱动器6带动伞尾装置7向上运动，伞体4在风力作用下打开，之后驱动器6解除与伞尾装置7的锁定；

S24：伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态，如图1所示。

在步骤S12中，当驱动器6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单驱动式伞型风能转换装置，其结构简单，其开合稳定高效，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单驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，效率高，开合迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态在一秒内即可完成，风能转换效率高。

实施例2

一种单驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；由下至上依次固定连接于缆绳上的第一挡块2和第二挡块3；顶部中心套接在缆绳上的伞体4；所述第一挡块2和所述第二挡块3之间由下而上依次为套接于缆绳上的伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7；所述伞头装置5通过伞绳8与所述伞体4连接，且所述伞绳8连接于所述伞体4的边缘，所述驱动器6在所述伞头装置5和所述伞尾装置7之间来回运动，所述伞尾装置7设置在所述伞体4的顶部中心套接在缆绳上。

所述第一挡块2和所述伞头装置5设有能锁定所述第一挡块2和所述伞头装置5的第一锁定机构9；所述驱动器6和所述伞尾装置7设有能锁定所述驱动器6和所述伞尾装置7的第二锁定机构10。其中，所述伞头装置5设有卡锁机构，所述第一挡块2设有卡头，卡锁机构与卡头机构是相互配合的；所述驱动器6设有电磁锁机构，所述伞尾装置7与驱动器6相对的面的材质为铁。

除此之外，伞头装置5与所述伞绳8连接的部分是周向转动机构。

驱动器6包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置。所述动力装置包括蓄电池装置、太阳能发电装置和动能发电装置。

一种单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：伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态；

S12：驱动器6向下行走至伞头装置5处解除伞头装置5与第一挡块2之间的锁定连接，解除锁定之后伞体4在风力作用下带动伞头装置5和伞尾装置7沿缆绳1向上滑动，同时伞头装置5推动驱动器6向上滑动；

S13：伞尾装置7上滑至第二挡块3处被挡住，伞头装置5和驱动器6上滑至伞尾装置7处，驱动器6与伞尾装置7通过第二锁定机构10锁定连接；

S14：伞头装置5和伞尾装置7之间的距离小于伞绳8的长度，伞绳8由拉紧变为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：伞绳8为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起；

S22：伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7沿着缆绳1向下行走，至第一挡块2处，伞头装置5和第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接；

S23：驱动器6带动伞尾装置7向上运动，伞体4在风力作用下打开，之后驱动器6解除与伞尾装置7的锁定；

S24：伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态。

在步骤S12中，当驱动器6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单驱动式伞型风能转换装置，其结构简单，其开合稳定高效，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单驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，效率高，开合迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态在一秒内即可完成，风能转换效率高。

实施例3

一种单驱动式伞型风能转换装置，包括：缆绳1；由下至上依次固定连接于缆绳上的第一挡块2和第二挡块3；顶部中心套接在缆绳上的伞体4；所述第一挡块2和所述第二挡块3之间由下而上依次为套接于缆绳上的伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7；所述伞头装置5通过伞绳8与所述伞体4连接，且所述伞绳8连接于所述伞体4的边缘，所述驱动器6在所述伞头装置5和所述伞尾装置7之间来回运动，所述伞尾装置7与所述伞体4的顶部中心连接。

所述第一挡块2和所述伞头装置5设有能锁定所述第一挡块2和所述伞头装置5的第一锁定机构9；所述驱动器6和所述伞尾装置7设有能锁定所述驱动器6和所述伞尾装置7的第二锁定机构10。其中，第一锁定机构9和第二锁定机构10为电磁锁机构，第一挡块2和伞尾装置7与电磁锁相对的面的材质为铁。

除此之外，伞头装置5与所述伞绳8连接的部分是周向转动机构。

驱动器6包括行走装置、控制装置、通讯装置和动力装置。所述动力装置为蓄电池装置和动能发电装置。

一种单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：伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态；

S12：解除伞头装置5与第一挡块2之间的锁定连接，解除锁定之后伞体4在风力作用下带动伞头装置5和伞尾装置7沿缆绳1向上滑动，同时伞头装置5推动驱动器6向上滑动；

S13：伞尾装置7上滑至第二挡块3处被挡住，伞头装置5和驱动器6上滑至伞尾装置7处，驱动器6与伞尾装置7通过第二锁定机构10锁定连接；

S14：伞头装置5和伞尾装置7之间的距离小于伞绳8的长度，伞绳8由拉紧变为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起；

b）伞体由合起状态变为打开状态：

S21：伞绳8为放松状态，伞体4在风力作用下翻转，伞体4合起；

S22：伞头装置5、驱动器6和伞尾装置7沿着缆绳1向下行走，至第一挡块2处，伞头装置5和第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接；

S23：驱动器6带动伞尾装置7向上运动，伞体4在风力作用下打开，之后驱动器6解除与伞尾装置7的锁定；

S24：伞头装置5与第一挡块2通过第一锁定机构9锁定连接，驱动器6位于伞头装置5和伞尾装置7之间，伞体4在风力作用下保持打开状态。

在步骤S12中，当驱动器6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单驱动式伞型风能转换装置，其结构简单，其开合稳定高效，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单驱动式伞型风能转换装置的开合方法，该方法开合稳定，不影响空中平衡系统的稳定，同时开合的可控制性好，效率高，开合迅速，尤其是伞体由打开状态到合起状态在一秒内即可完成，风能转换效率高。