高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风能利用领域，是一种通过从高空风能获得摆动动能，最终转换为连续稳定的电能的装置。
技术背景
[0002]1000-10000米高空风能风能巨大，风速大于100公里每小时，风速波动小更加稳定，每年可利用发电时间更长，如果这部分清洁能量中1%被利用发电，足以满足人类社会的所有能量需求。现有专利 US4124182、CN1052723、CN103256177A、US6072245、NL1017171C、CN101484694等专利主体结构采用2对或多对高空风筝，根据风速方向，通过多次规律性反复升降不同位置处的风筝，获得拉力带动地面的大型桁架或扭盘，大型桁架或扭盘通过带动发电机发电，这种类似结构的缺点是结构复杂，尺寸巨大，靠风筝往复运动风能的利用效率低。专利US733500、专利CN103670925A公开了单个气囊/两个气囊的空中水平翻滚发电装置，其转动机理类似于阻力式风轮，受到的阻力大，对缆绳等固定装置要求高。专利US7786610B2中公开了一种氦气漏斗状风力机，此种风力机虽为效率高于阻力型风力机，但其轴向阻力大，也存在对缆绳等固定装置要求高的缺点。以上风力机后的尾迹区大，气动损
【发明内容】
[0003]为了克服现有高空风力机结构复杂、所受阻力大、缆绳受力大、气动损失区高的问题，本项发明采用了下述技术方案:
[0004]本发明所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统由尾部可摆动的高空主副翼风筝、控制系统、将摆动动能转换为连续单向旋转的转动动能的传动机构、发电机、变压器、电能传输设备、绳索等牵引装置、气动/气象参数检测设备和高空成像仪器组成。本项发明利用高速气流流经翼型所产生的卡门涡街引起翼型尾部压力变化的原理，设计了可动副翼，通过与主翼型后部的轴连接，当卡门涡街引起副翼摆动时，摆动动能通过棘轮、变速器等传动机构转换为连续的单向转动动能，通过与主翼内的发电机连接产生稳定电能，经由主翼内的变压器提高电压后通过导线或定向传输装置将电能输送至地面。其中，主翼和副翼均采用骨架支撑和中空气囊结构，气囊内充轻质气体，使主副翼型整体在地面所受浮力略大于自身重力，可带动牵引的导线系统上升。上升过程中，当到高空时气体稀薄时，浮力下降，主副翼通过控制系统调整姿态，借助风力产生升力带动整体继续升高至合适高度。下降过程，主副翼通过控制系统调整姿态，减小升力使整体下降，当降至一定高度风筝风力发电系统浮力大重力后，控制系统可通过缆车产生向下的拉力直至降落在指定位置。本发明可携带高空成像仪器、气象仪器等设备，实时传输气象、图像等信息，在获得清洁能源的同时为安全部门和气象部门提供服务。
[0005]本发明可以达到以下效果:
[0006]采用卡门涡街引起的压力变化做功获得高空风能，和阻力型高空风力机相比降低了尾迹，风能气动损失小，意味着有更多的流体流经本发明设计的风筝风力发电系统，即提高了风筝风力发电系统的效率。此外，除了设备检修外，基本不需要上下往复运动，与以往专利中大型桁架或扭盘相比减小了占地尺寸和设计成本。本发明可以为我国城乡广大地区、边防哨所、公路照明、海岛提供分布式电源，或通过电能转换装置与电网相连，显著降低发电成本，使清洁风能走进人民的生产生活。
[0007]上述说明是本发明方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施。下面详细给出本发明的【具体实施方式】及其附图。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的外观轮廓示意图
[0009]图2是本发明的竖直摆动方式的主翼副翼连接示意图
[0010]图3是本发明的水平摆动方式的主翼副翼连接示意图
[0011]图4是本发明的双动/多动棘轮部分结构示意图
[0012]图5是本发明的棘轮、变速箱、飞轮、发电机、变压器位置示意图
[0013]图中:1、主翼；2、副翼；3、控制系统；4、传动机构；5、棘轮；6、变速箱；7、飞轮；8、发电机；9、变压器；10、电能传输设备；11、翼型骨架控制装置；12、气动/气象参数检测设备；13、高空成像仪器；14、头部缆绳牵引器；15、尾翼制动装置；16、地面缆绳牵引器；17缆绳。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明【具体实施方式】、结构、特征及其功效进行详细描述:
[0015]高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统的结构如图1所示，其由可移动或固定的地面缆绳牵引器16牵引，由于在地面附近，风筝风力整体所受浮力大于其自身重力，由控制系统3给地面缆绳牵引器16发出指令伸长缆绳，风筝风力发电系统整体缓慢上升，当升至一定高度时，风流经风筝风力发电系统产生的升力，风筝风力整体由控制系统3综合分析气动/气象参数检测设备12传来的气动参数，向头部缆绳牵引器14调整姿态的指令，使升力和浮力共同牵引风筝风力发电系统上升，直至升至适合工作的位置后，控制系统3向尾部尾翼制动装置15传输指令，放开副翼2，同时控制系统3启动发电机8、变压器9、电能传输设备10，进入工作状态；退出工作状态过程时，控制系统3向尾部尾翼制动装置15传输指令，将副翼2转到指定位置后固定，发电机8、变压器9、电能传输设备10等相继退出工作状态。如果需要回到地面，则由风筝风力整体由控制系统3综合分析气动/气象参数检测设备12传来的气动参数，向头部缆绳牵引器14调整姿态的指令，减小升力，由控制系统3给地面缆绳牵引器16发出指令缩短缆绳直至到地面附件地点平稳着陆。在工作过程中，若风速发生变化，控制系统3可通过改变风筝风力发电系统姿态和位置升降，选择工作风速，或通过控制系统3输出指令控制翼型骨架控制装置11调整主翼1和副翼2形状，改善功率输入特性。图2、图3分别为本发明竖直摆动和水平摆动方式示意图，本发明倾斜摆动方式是尾翼同时发生竖直摆动和水平摆动的复合摆动方式的效果。图4为本发明的双动/多动棘轮机构部分结构示意图，可以完成摆动动能转换为连续稳定单向转动动能。图5为本发明主翼1内的传动机构、变速箱、发电机、变压器位置示意图，其中传动机构4包括棘轮5、变速箱6、飞轮7，传动机构4将转动动能传至发电机8发电，经由变压器9提高电压后传至电能传输设备10。在尾翼2与主翼1通过可伸缩的连杆与主翼1的后部轴相连，可由控制系统3控制连杆的长度，完成对尾翼摆动频率和扭矩的控制。
[0016]在以上过程中，控制系统3将各系统工作信息、气动/气象参数信息和高空成像仪器13的图像信号实时传输回地面，供专业人员或计算机分析，多个风筝风筝风力发电系统可以共同组成发电网络并入电网。
[0017]本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种通过利用高速气流产生卡门涡街摆动动能的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于由尾部可摆动的高空主副翼风筝、控制系统、将摆动动能转换为连续单向旋转的转动动能的传动机构、发电机、变压器、电能传输设备、绳索等牵引装置、气动/气象参数检测设备和高空成像仪器等组成，通过尾部可摆动的高空风筝，利用高速气流流过风筝产生的卡门涡街，尾部压力发生变化而摆动，将摆动动能通过传动机构转换为连续单向旋转的转动动能，再传递给发电机，使发电机连续高效发电，并通过变压器升压后将电能传递至地面，实现了在高空风能向电能的高效转化。2.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其外形由主副翼型构成，其主翼和副翼均为具有良好气动性能的翼型，主翼后可带有1至多个副翼，副翼可水平、竖直或倾斜摆动，多副翼摆动方式可以采用单一摆动方式或组合摆动方式。3.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其主翼后部转轴处连接可自由摆动的尾翼，工作状态由风力驱动后成往复摆动状态，升降风筝式风力发电系统时，尾部形状和姿态可控或固定以利于升降。4.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其副翼通过可伸长或收缩的连杆与主翼后部转轴连接，由控制系统根据来流气体参数控制连杆的长度，实现发电频率、扭矩的控制。5.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其包含自动控制系统，可自动根据其测量的气动参数和卫星定位系统，进行升降，工作状态的开启和停止，调整风筝风力发电系统的飞行姿态，保证设备的安全和稳定输出能量。6.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其传动机构，可包括棘轮、变速箱等机构构成，完成由摆动动能向单向旋转的转动能转换。7.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其电能传递至地面的方式包括采用导线传递，或者采用定向发射和接收装置的方式。8.根据权利要求1所述的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统，其特征在于其可携带相机、高空成像仪器、气象仪器等设备，实时传输气象、图像等信息。
【专利摘要】一种适用于将高速风能转化为电能的高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统。它主要由尾部可摆动的高空主副翼风筝、控制系统、传动机构、发电机、变压器、电能传输设备、绳索等牵引装置、气动/气象参数检测设备和高空成像仪器组成。其基本原理为高空风筝利用高速气流流过风筝产生的卡门涡街，尾部压力发生变化而摆动，将摆动动能通过传动机构转换为连续单向旋转的转动动能，再传递给发电机，使发电机连续高效发电，并通过变压器升压后将电能传递至地面，实现了在低风速下风能向电能的高效转化，在整个过程中，控制系统可根据气动/气象数据和定位参数自动控制整个装置的升降，以及工作状态的开启和停止，保护设备的安全和稳定输出能量。
【IPC分类】F03D5/06, F03D9/00
【公开号】CN105386931
【申请号】CN201410454892
【发明人】韩万龙
【申请人】韩万龙
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2014年9月9日