[发明专利]一种空中风力发电装置

说明书

本发明公开了一种空中风力发电装置，包括内凹形浮体、固定环、拉绳、活动连接器、水平风向舵、发电机组、内凹形风轮、轴承、螺栓、电缆、缰绳、卷扬机、变电站、电网，其主要特征在于：内凹形浮体的边缘设置有固定环，通过拉绳与活动连接器的一端连接；活动连接器的另一端通过拉绳与发电机轴的一端或两端连接；发电机轴通过轴承连接定子与转子；所述定子、转子外围设置曲面相反的内凹形风轮；发电机轴带集电环的一端通过缰绳与卷扬机连接；集电环引出导线通过电缆连接变电站，进一步连接到电网。本发明投资省，安全性能高，平衡稳定性好，风能利用率高，发电效果好，维护方便，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及风力发电装置，尤其涉及一种空中风力发电装置。

背景技术

风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。风力发电是把风的动能转为电能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。因此，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。

传统的风力发电机架设在地面或近海的杆塔上，依靠叶片旋转发电。风塔建设前期需要高昂的工程费，包括开山道，打地基，立风塔，装风机等等，发电成本高，达到商业价值的规模风电场后期维护工作量大。此外，地面风塔使用的是地表风，风塔选址受地域限制，并且受地面障碍物影响，风具有很强的随机性，强度也不稳定。

然而，在空中，随着高度增加，平均风速会增加，而风能储量以近三次方的速度增加（P= 1/2SρV³；P-风能，S-扇叶面积，ρ-空气密度，V-风速）。空中的风能储量更丰富，没有障碍物影响，更稳定，蕴含风能之大是目前近地面的高度无法比拟的。根据互联网公开的数据，2009年，北京市上空百米高度的平均风速是每秒4.1米，能量密度是每平方米78瓦；700米高度的风速是每秒7.3米，能量密度每平方米430瓦；而在万米高度，风速达到每秒34.5米，能量密度则上升到每平方米16275瓦。青岛市条件更好：100米高度风速每秒5.5米，能量密度每平方米194瓦；700米高度风速每秒7.5米，能量密度每平方米470瓦；万米风速每秒40.8米，能量密度高达每平方米22584瓦。

互联网还公开了美国麻省理工学院（MIT）的 Altaeros Energies，设计的飘浮在高空中的高空风力发电装置，风力发电机与扇叶都放在一个甜甜圈般的氦气球之中，“空中甜甜圈”飘浮在 300 到 600 公尺高空，随图显示该氦气球体积庞大，发电机很小，发电功率目测很小，规模商业应用价值不高。此外，该装置最大问题就是，氦气球平衡运动与做功运动相互耦合、相互影响，很难设计出平衡与做功的最佳控制模式，持续性和稳定性难以保障，风能利用率不高。

比起地面使用的风塔，飘浮技术可省下塔柱成本，并且还能让风机位于比塔柱所能及的范围更高的空中。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种投资省，安全性能高，平衡稳定性好，风能利用率高，发电效果好，维护方便，使用寿命长的一种空中风力发电装置，具体的技术方案为：一种空中风力发电装置，包括内凹形浮体、固定环、拉绳、活动连接器、水平风向舵、发电机组、内凹形风轮、轴承、螺栓、电缆、缰绳、卷扬机、变电站、电网，所述发电机组的定子上设置有磁铁，对应转子上设置的线圈与磁铁对应，转子线圈引出导线连接电刷，电刷与发电机轴上固定的集电环滑动连接，其特征在于：内凹形浮体的边缘设置有固定环，通过拉绳与活动连接器的一端连接；活动连接器的另一端通过拉绳与发电机轴的一端或两端连接；发电机轴通过轴承连接定子与转子；所述定子、转子外围设置曲面相反的内凹形风轮；发电机轴带集电环的一端通过缰绳与卷扬机连接；集电环引出导线通过电缆连接变电站，进一步连接到电网。