[发明专利]一种风能转换机构及高空风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及风能发电技术领域，特别是用于将风筝或升空伞等轻型飞行器在高空飞行时产生的动能转换为电能的机构。本发明还涉及设有所述风能转换机构的高空风力发电装置。

背景技术

目前，风能已经逐渐发展成为一种主要的可替代能源，并在全球范围内得到推广。

传统的风力发电受场地和风向风速等因素影响较大，存在诸多缺点：首先，风力发电场往往规模比较大，采用的是地面风力发电机，需要占用大量的土地；其次，风力发电机对生态环境具有一定的负面影响；此外，风力发电机需要高塔支撑才能进入距地面几百英尺的高度，而且这一高度的风力较小，同时也不稳定，很难随时对准风向，实际转化率较低，且常规风力发电机的制造成本、建设成本都很高。

与地面风相比，高空风风力更强，也更为稳定，同时比地面风更易于预测，因此越来越受到重视。现有技术中，利用高空风的方式主要有两种：第一种是在空中建造发电站，在高空发电，然后通过电缆输送到地面；第二种是利用飞行器先将机械能输送到地面，再由发电机将其转换为电能。

其中，第一种方式需要将发电机、电缆等设备稳定在高空，由于重量较大，因此升空高度有限，能量转化率低，且造价高、回收困难，存在坠落的风险，而第二种方式并不存在以上缺点，已逐渐成为利用高空风能的主要研发方向。

公开号为CN101240778A的发明专利申请公布说明书，公开了一种风筝发电方法，其工作原理是风筝通过在地面上的操纵装置，改变迎风角度，当风筝表面垂直于气流时，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，发电机切换为电动机，由外部提供能量，通过绳索拉动风筝返回，实现间断利用高空气流发电，其不足之处就在于，这种方法只能在风筝上升阶段产生电能，并且需要消耗额外的能源来回收风筝，因此风能转化率低。

授权公告号为CN201714574U的实用新型专利公开了一种高效率高空风筝发电机，由一对高空风筝、发电机组组成，高空风筝由线缆拖拽，工作时处于对流层中上层，高空风筝上安装有飞行姿态调节装置，可以接收地面的控制信号调节高空风筝的迎风角，两个高空风筝的线缆联动，当一个高空风筝上升时另一个风筝下降，线缆与发电机转子联动，高空风筝上下移动时，线缆带动发电机转子转动。

该发电设备通过控制风筝飞行姿态，使两个风筝往复上下运动带动发电机产生电能，无需消耗额外的能源来回收风筝，但依然存在以下不足：

其一，两个风筝的线缆直接缠绕在同轴并排安装的线轮上，线缆距离太过接近，风筝在移动过程中会互相碰撞，容易损坏，且极易出现线缆缠绕现象，一旦缠绕，整套设备便无法正常工作，需回收、解除缠绕后重新升空，导致其不具有实际应用价值。

其二，高空风虽然比较稳定，但其风向依然会发生变化，这就要求高空风筝发电设备要具有适应风向变化的能力，而该设备的风筝线缆直接缠绕在线轮上，只能适应线轮切线方向上的高空风，一旦风向发生偏离，线缆便无法正常缠绕，当风向垂直于线轮的切线方向时，这一问题会变得尤为严重，风筝将无法带动发电机转子转动。

其三，由于极易出现缠绕现象，且适应风向变化的能力较弱，导致其动力传递效率低，能量转化率仅能维持在较低水平，发电量无法满足实际应用要求。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种风能转换机构。该机构结构紧凑、性能稳定，可有效避免线缆缠绕，且能够适应各种风向，从而显著提高了风能转换效率。

本发明的第二目的是提供一种设有所述风能转换机构的高空风力发电装置。

为实现上述第一目的，本发明提供一种风能转换机构，包括：

往复轮，包括第一往复轮和第二往复轮；

发电电动两用机，通过传动部件同时与所述第一往复轮和第二往复轮传动连接；

万向导绳机构，设于所述往复轮两侧；

牵引缆绳，包括第一缆绳和第二缆绳，所述第一缆绳绕设于所述第一往复轮，所述第二缆绳绕设于所述第二往复轮，所述第一缆绳和第二缆绳用于连接飞行器的一端分别绕经相应一侧的万向导绳机构。

优选地，所述传动部件为锥齿轮，其中第一锥齿轮设于所述第一往复轮，第二锥齿轮设于所述第二往复轮，第三锥齿轮设于所述发电电动两用机并同时与第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合。

优选地，所述第一往复轮或第二往复轮设有反向绕绳机构。