【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电，具体涉及一种基于运动骨架伞结构的风力发电设备。
技术介绍
1、现有高空风力发电技术通常利用系留风筝式控制飞行器的往复模式进行风力发电，这种风力发电技术虽然避免了系留绳的扭曲，但其存在滞空性和稳定性较差的问题，此外系留风筝式控制飞行器的气动外形与飞行轨迹虽然易于控制，但其本身运动所消耗的能量较大。现有高空风力发电技术通常还利用系留浮空器进行风力发电，系留浮空器虽然滞空性较好，可以在空中滞留较长时间，但是其体积较大，不便放飞和回收，且可替代性不高。可见，目前高空风力发电技术中空中系留器要么能耗高、滞空性和稳定性较差，要么体积较大、不方便收放。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于运动骨架伞结构的风力发电设备，以解决目前高空风力发电中空中系留器的滞空性、稳定性与体积、收放便利性之间存在的不可调和矛盾。
2、根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于运动骨架伞结构的风力发电设备，包括运动骨架伞结构、风向风速传感器、升降高度检测装置、绳索收放机和卷扬机，所述运动骨架伞结构包括伞面、多根运动骨架以及针对每根运动骨架设置的绳索，每根运动骨架都从伞面中心位置延伸到伞面边沿，且都由依次铰接的多个弯折段组成，针对每个弯折段，其都由内外两个骨架段铰接而成，两个骨架段的铰接处与该伞面的内侧面固定连接，两个骨架段之间设有弹簧；针对每条绳索，该绳索的一端与其对应运动骨架中的最外侧骨架段固定连接，另一端依次贯穿该运动骨架中从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧，到达该伞面中
3、第一控制器与该风向风速传感器、升降高度检测装置、绳索收放机连接，用于根据该风向风速传感器检测到的风向和风速大小，控制该绳索收放机对各根绳索进行同步放收，以使该运动骨架伞结构在风力的作用下升降，其中当该升降高度检测装置检测到的该升降高度达到升降高度下限值时，控制该绳索收放机对各根绳索进行同步放绳，以使该运动骨架伞结构在风力作用下上升，当该升降高度检测装置检测到的该升降高度达到升降高度上限值时，控制该绳索收放机对各根绳索进行同步收绳，以使该运动骨架伞结构在风力作用下下降；该运动骨架伞结构在循环升降过程中通过该系留绳带动该卷扬机转动，实现风力发电。
4、在一种可选的实现方式中，所述第一控制器控制该绳索收放机同时对各根绳索进行逐步放绳时，针对各根运动骨架，其从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧依次恢复常态，从而使该伞面从其边沿到中心位置逐步展开；所述伞面完全展开时该多根运动骨架中的各个弯折段仍处于弯折状态；
5、所述第一控制器控制该绳索收放机同时对各根绳索进行逐步收绳时，针对各根运动骨架，其从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧依次被挤压，从而使该伞面从其边沿到中心位置逐步收拢。
6、在另一种可选的实现方式中，针对每根运动骨架，其距离该伞面中心位置最近的弯折段中，内侧骨架段的自由端与该根运动骨架对应定滑轮的固定座铰接，外侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中内侧骨架段的自由端铰接；其距离该伞面边沿最近的弯折段中，外侧骨架段的自由段与该伞面的内侧面固定连接，内侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中外侧骨架段的自由端铰接；其中间弯折段中，两个骨架段的自由端分别与该中间弯折段两侧相邻的骨架段的自由端铰接；
7、针对每个弯折段，其弹簧的两端分别固定在该弯折段中两个骨架段的相对侧。
8、在另一种可选的实现方式中，所述多根运动骨架径向均匀分布在该伞面的内侧面。
9、在另一种可选的实现方式中，所述风向风速传感器设于所述运动骨架伞结构上，所述升降高度检测装置包括用于检测系留绳放出长度的第一检测单元、用于检测系留绳倾斜度的第二检测单元以及处理单元，该处理单元根据该第一检测单元检测到的系留绳放出长度和该第二检测单元检测到的系留绳倾斜度，确定该运动骨架伞结构的升降高度。
10、在另一种可选的实现方式中，针对每根运动骨架，该根运动骨架对应绳索的另一端穿过最外侧弯折段的弹簧内腔和内侧骨架段上的通孔后，依次穿过各个中间弯折段中外侧骨架段上的通孔、弹簧内腔和内侧骨架段上的通孔，再穿过最内侧弯折段中外侧骨架段上的通孔和弹簧内腔，到达该伞面中心位置处。
11、在另一种可选的实现方式中，还包括多根牵引绳和固定盘，所述多根牵引绳的一端均固定在该伞面上且在该伞面上径向均匀分布，另一端固定在该固定盘的上表面，该固定盘的下表面与该系留绳的一端固定连接，所述系留绳的另一端连接该卷扬机；所述牵引绳上设有拉力传感器，该系留绳上设有位移检测器；所述拉力传感器用于检测对应牵引绳的拉力，所述位移检测器用于检测该系留绳的收放长度；
12、第二控制器分别与该风向风速传感器、拉力传感器、位移检测器和卷扬机连接，用于在该绳索收放机对各根绳索进行同步收绳时，根据检测到的风向和风速大小、对应牵引绳的拉力，确定该系留绳的回收长度，此后控制该卷扬机带动该系留绳收回，直至该位移检测器检测到的回收长度为该确定的回收长度，从而避免风速过大而出现伞面外翻。
13、在另一种可选的实现方式中，所述牵引绳位于该绳索之外。
14、本专利技术的有益效果是：
15、1、本专利技术在伞面的内侧面固定多根可伸缩的运动骨架，使每根运动骨架都由依次铰接的多个弯折段组成，每个弯折段由内外两个骨架段铰接而成，且使每个弯折段之间设有弹簧，将针对每根运动骨架设置的绳索的一端与该运动骨架的最外侧骨架段固定连接，另一端依次穿过从伞面边沿到伞面中心位置处的各个弹簧，如此当收放绳索时，伞面从其边沿到中心位置逐步收拢和展开，伞面的展开面积可控，伞面的展开面积由绳索的收放长度决定，在运动骨架伞结构上升时可以增大伞面展开面积，使得伞面更容易上升，在运动骨架伞结构下降时可以缩小伞面展开面积，使得伞面更容易下降，可见本专利技术运动骨架伞结构的滞空性和气动外形稳定性都较好，而且很容易实现伞面收放；本专利技术是根据检测到的风向和风速大小、运动骨架伞结构的升降高度，来控制伞面的展开面积，即根据外部环境来控制伞面的展开面积，如此可以进一步保证运动骨架伞结构的滞空性和气动外形稳定性，使得伞面的升降顺利进行，并且可以保证伞面升降过程中的稳定性，当利用运动骨架伞结构的升降来实现风力发电时，可以实现稳定风力发电；本专利技术针对每根运动骨架设置定滑轮，使得该运动骨架的绳索绕过定滑轮后向下延伸至与绳索收放机固定连接，由定滑轮改变拉伸绳索的作用力方向，如此绳索收放机可以更容易对绳索的收放进行控制；本专利技术只需要利用绳索收放机对绳索进行收发，就可实现运动骨架伞结构的升降，消耗的能量较低；本专利技术运动骨架伞结构的结构简单，绳索收放机这一控制机构处于地面，而非安装在空中的运动骨架伞结构上，因此运动骨架伞结构更加轻巧，且控制机构的维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，包括运动骨架伞结构、风向风速传感器、升降高度检测装置、绳索收放机和卷扬机，所述运动骨架伞结构包括伞面、多根运动骨架以及针对每根运动骨架设置的绳索，每根运动骨架都从伞面中心位置延伸到伞面边沿，且都由依次铰接的多个弯折段组成，针对每个弯折段，其都由内外两个骨架段铰接而成，两个骨架段的铰接处与该伞面的内侧面固定连接，两个骨架段之间设有弹簧；针对每条绳索，该绳索的一端与其对应运动骨架中的最外侧骨架段固定连接，另一端依次贯穿该运动骨架中从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧，到达该伞面中心位置处，此后绕过该伞面中心位置处针对该根运动骨架设置的定滑轮，向下延伸至与该绳索收放机固定连接；该运动骨架伞结构通过系留绳与该卷扬机连接；该风向风速传感器对该运动骨架伞结构所在高度处的风向风速进行检测，该升降高度检测装置对该运动骨架伞结构的升降高度进行检测；
2.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，所述第一控制器控制该绳索收放机同时对各根绳索进行逐步放绳时，针对各根运动骨架，其从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧依次
3.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，针对每根运动骨架，其距离该伞面中心位置最近的弯折段中，内侧骨架段的自由端与该根运动骨架对应定滑轮的固定座铰接，外侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中内侧骨架段的自由端铰接；其距离该伞面边沿最近的弯折段中，外侧骨架段的自由段与该伞面的内侧面固定连接，内侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中外侧骨架段的自由端铰接；其中间弯折段中，两个骨架段的自由端分别与该中间弯折段两侧相邻的骨架段的自由端铰接；
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，所述多根运动骨架径向均匀分布在该伞面的内侧面。
5.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，所述风向风速传感器设于所述运动骨架伞结构上，所述升降高度检测装置包括用于检测系留绳放出长度的第一检测单元、用于检测系留绳倾斜度的第二检测单元以及处理单元，该处理单元根据该第一检测单元检测到的系留绳放出长度和该第二检测单元检测到的系留绳倾斜度，确定该运动骨架伞结构的升降高度。
6.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，针对每根运动骨架，该根运动骨架对应绳索的另一端穿过最外侧弯折段的弹簧内腔和内侧骨架段上的通孔后，依次穿过各个中间弯折段中外侧骨架段上的通孔、弹簧内腔和内侧骨架段上的通孔，再穿过最内侧弯折段中外侧骨架段上的通孔和弹簧内腔，到达该伞面中心位置处。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，还包括多根牵引绳和固定盘，所述多根牵引绳的一端均固定在该伞面上且在该伞面上径向均匀分布，另一端固定在该固定盘的上表面，该固定盘的下表面与该系留绳的一端固定连接，所述系留绳的另一端连接该卷扬机；所述牵引绳上设有拉力传感器，该系留绳上设有位移检测器；所述拉力传感器用于检测对应牵引绳的拉力，所述位移检测器用于检测该系留绳的收放长度；
8.根据权利要求7所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，所述牵引绳位于该绳索之外。
...【技术特征摘要】
1.一种基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，包括运动骨架伞结构、风向风速传感器、升降高度检测装置、绳索收放机和卷扬机，所述运动骨架伞结构包括伞面、多根运动骨架以及针对每根运动骨架设置的绳索，每根运动骨架都从伞面中心位置延伸到伞面边沿，且都由依次铰接的多个弯折段组成，针对每个弯折段，其都由内外两个骨架段铰接而成，两个骨架段的铰接处与该伞面的内侧面固定连接，两个骨架段之间设有弹簧；针对每条绳索，该绳索的一端与其对应运动骨架中的最外侧骨架段固定连接，另一端依次贯穿该运动骨架中从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧，到达该伞面中心位置处，此后绕过该伞面中心位置处针对该根运动骨架设置的定滑轮，向下延伸至与该绳索收放机固定连接；该运动骨架伞结构通过系留绳与该卷扬机连接；该风向风速传感器对该运动骨架伞结构所在高度处的风向风速进行检测，该升降高度检测装置对该运动骨架伞结构的升降高度进行检测；
2.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，所述第一控制器控制该绳索收放机同时对各根绳索进行逐步放绳时，针对各根运动骨架，其从伞面边沿到伞面中心位置的各个弹簧依次恢复常态，从而使该伞面从其边沿到中心位置逐步展开；所述伞面完全展开时该多根运动骨架中的各个弯折段仍处于弯折状态；
3.根据权利要求1所述的基于运动骨架伞结构的风力发电设备，其特征在于，针对每根运动骨架，其距离该伞面中心位置最近的弯折段中，内侧骨架段的自由端与该根运动骨架对应定滑轮的固定座铰接，外侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中内侧骨架段的自由端铰接；其距离该伞面边沿最近的弯折段中，外侧骨架段的自由段与该伞面的内侧面固定连接，内侧骨架段的自由端与其相邻弯折段中外...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵垒，谭晶心，陈博涵，杨家豪，黑搏，屈佳豪，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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