專(zhuān)利名稱(chēng)：用于空中發(fā)電機(jī)的系鏈操縱的制作方法
用于空中發(fā)電機(jī)的系鏈操縱
背景技術(shù)：
化石燃料是地球的主要能源。隨著地球人口持續(xù)增長(zhǎng)并隨著較不發(fā)達(dá)國(guó)家變得工業(yè)化，化石燃料的消耗率很可能超過(guò)化石燃料的生產(chǎn)率。除非找到新能源，這種化石燃料需求上的預(yù)期增加會(huì)在接下來(lái)幾十年內(nèi)耗盡全球化石燃料儲(chǔ)備。需要從例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能和/或地?zé)崮艿目稍偕Y源中利用能量，以使對(duì)化石燃料的依賴(lài)最小化。


所包括的附圖提供了實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且合并在本說(shuō)明書(shū)中而組成本說(shuō)明書(shū)的一部分。該圖示出實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起起到解釋實(shí)施例的原理的作用。其它實(shí)施例和實(shí)施例的許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將易于被意識(shí)到，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)參照以下詳細(xì)說(shuō)明而被更好地理解。附圖的元件未必是彼此按比例繪制的。相似的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的類(lèi)似部件。圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的透視圖，所述發(fā)電系統(tǒng)包括附接在空中發(fā)電機(jī)與絞盤(pán)組件之間的系鏈組件。圖2A提供圖1所示空中發(fā)電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的多個(gè)透視圖。圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例與波音747-400相比的空中發(fā)電機(jī)的頂視圖。圖3A是絞盤(pán)組件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖;3B是圖3A中示出的絞盤(pán)組件的臺(tái)的頂視圖。圖4是例如圖1中所示的系鏈組件的纜線的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖5是多個(gè)絞盤(pán)組件的實(shí)施例的透視圖，所述多個(gè)絞盤(pán)組件用于當(dāng)纏繞例如圖1 所示系鏈組件時(shí)獨(dú)立地卷繞圖4所示纜線。圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例從抬升的絞盤(pán)組件部署的發(fā)電系統(tǒng)的透視圖。圖7是圖1所示發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，包括在發(fā)電構(gòu)造中部署的空中發(fā)電機(jī)。圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的自轉(zhuǎn)到著陸點(diǎn)的圖7中所示空中發(fā)電機(jī)的透視圖。圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的對(duì)于各種空中發(fā)電機(jī)海拔和距離示出相對(duì)的纜線部署角度和纜線輪廓的圖表。圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括纏繞轉(zhuǎn)盤(pán)的絞盤(pán)組件的透視圖。圖11是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的操縱耦接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈的方法的流程圖。圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的使耦接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈上的磨損最小化的方法的流程圖。圖13是絞盤(pán)組件的臺(tái)的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖，該絞盤(pán)組件用于操縱附接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈組件。圖14是大致示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的示意圖，所述發(fā)電系統(tǒng)包括附接在空中發(fā)電機(jī)與絞盤(pán)組件之間的系鏈組件。
具體實(shí)施例方式在以下具體實(shí)施方式
中，參照形成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，在附圖中示出了具體實(shí)施例，本發(fā)明可在所述具體實(shí)施例中實(shí)施。就這點(diǎn)而言，方向術(shù)語(yǔ)，如“頂”、“底”、“前”、 “后”、“先導(dǎo)的”、“拖尾的”等，參照所描述的(一幅或多幅)附圖的取向而使用。由于這些實(shí)施例的部件可定位在多個(gè)不同取向，方向術(shù)語(yǔ)只是用作解釋的目的，而決不是限制。要理解在不背離本公開(kāi)的范圍的情況下，可采用其它實(shí)施例，并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。 以下具體實(shí)施方式
教導(dǎo)非限制性意義上的示范實(shí)施例?？衫斫獬且云渌绞教貏e指出，這里所述的各種示范實(shí)施例的特征可相互組合。實(shí)施例提供了發(fā)電系統(tǒng)，其包括空中發(fā)電機(jī)，附接到所述發(fā)電機(jī)并構(gòu)造成將電力從所述發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降氐南垫溄M件，及用于部署和收回所述系鏈組件和所述空中發(fā)電機(jī)的絞盤(pán)組件。絞盤(pán)組件的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造成以這樣的方式將所述系鏈組件卷繞到所述鼓上 系鏈組件的纏繞部分的張力低于所述系鏈組件的與所述空中發(fā)電機(jī)相鄰附接的那部分。系鏈組件的低張力纏繞可顯著延長(zhǎng)其使用壽命。實(shí)施例提供夾持機(jī)構(gòu)，所述夾持機(jī)構(gòu)構(gòu)造成使所述系鏈組件固定不動(dòng)，而同時(shí)使施加到所述系鏈組件的磨損最小化。絞盤(pán)組件聯(lián)合夾持機(jī)構(gòu)的實(shí)施例構(gòu)造成調(diào)制沿系鏈組件長(zhǎng)度的張力并監(jiān)視和最小化施加到系鏈組件的磨損。系鏈組件的機(jī)械負(fù)載循環(huán)將會(huì)有可能加熱并膨脹所述系鏈組件。在一些實(shí)施例中，所述系鏈組件包括可能被加熱/膨脹不同量的多個(gè)纜線，教導(dǎo)一種以在機(jī)械負(fù)載循環(huán)期間(卷入，放出等)使對(duì)所述系鏈組件的磨損最小化的方式用于操縱具有低纏繞張力的載流系鏈組件的方法。圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)20 (系統(tǒng)20)的透視圖。系統(tǒng)20包括空中發(fā)電機(jī)30 (發(fā)電機(jī)30)以及附接在發(fā)電機(jī)30與絞盤(pán)組件50之間的系鏈組件40。系鏈組件 40包括耦接到發(fā)電機(jī)30的第一端部42，并構(gòu)造成從發(fā)電機(jī)30將電力向下輸送到陸基電網(wǎng) 60。絞盤(pán)組件50構(gòu)造成將系鏈組件40卷繞到鼓52上，使得施加于被卷繞到鼓52上的系鏈組件40的卷繞張力低于系鏈組件40的第一端部42中的張力。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)20 的高壓部件被保護(hù)性封閉在位于絞盤(pán)組件50周?chē)幕\子M內(nèi)。發(fā)電機(jī)30構(gòu)造成將電能從電網(wǎng)60移出并從陸基站起飛，在動(dòng)力飛行下飛到部署高度，轉(zhuǎn)移到合適的高度以高效地產(chǎn)生被提供到電網(wǎng)60的電力，并在受控飛行下著陸回到陸基站。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)30在大約30000英尺的發(fā)電高度飛行，并通過(guò)系鏈組件 40將電力傳導(dǎo)回陸基電網(wǎng)。系鏈組件40耦接到發(fā)電機(jī)30并構(gòu)造成將電力從空中發(fā)電機(jī)30向下傳導(dǎo)到陸基電網(wǎng)60。在一個(gè)實(shí)施例中，系鏈組件40的長(zhǎng)度適于使發(fā)電機(jī)30在轉(zhuǎn)移到大約30000英尺的發(fā)電高度之前能飛到大約45000英尺的部署高度。在一個(gè)實(shí)施例中，系鏈組件40的長(zhǎng)度小于大約60000英尺，系鏈組件40的一個(gè)合適的長(zhǎng)度在大約40000-50000英尺之間。絞盤(pán)組件50構(gòu)造成以受控和低張力的方式將系鏈組件40卷繞到鼓52上。絞盤(pán)組件50構(gòu)造成通過(guò)選擇性地使系鏈組件40固定不動(dòng)(例如，夾持系鏈組件40)而操縱系鏈組件40，使得發(fā)電機(jī)30被系到地面以便在期望高度飛行。絞盤(pán)組件50構(gòu)造成以使施加到系鏈組件40的磨損最小化的方式操縱系鏈組件40 (例如，控制纏繞張力及監(jiān)視夾持)。
在一個(gè)實(shí)施例中，電網(wǎng)60提供使發(fā)電機(jī)30離地升空并飛上高處的動(dòng)力。在高處時(shí)，發(fā)電機(jī)30轉(zhuǎn)換成發(fā)電模式并產(chǎn)生超出飛行所用的過(guò)量的電力。由發(fā)電機(jī)30產(chǎn)生的過(guò)量電力沿系鏈組件40傳導(dǎo)回電網(wǎng)60并可有效地用于為家庭和商業(yè)供電。圖2A提供根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)合適的空中發(fā)電機(jī)30的多個(gè)預(yù)期圖。用于操縱空中發(fā)電機(jī)的系鏈的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例可用于任何合適的空中發(fā)電機(jī)，例如比空氣輕的飛行發(fā)電機(jī)、發(fā)電飛艇和風(fēng)箏等、飛行風(fēng)車(chē)發(fā)電機(jī)、或旋翼機(jī)發(fā)電機(jī)。這里所述的空中發(fā)電機(jī)30的實(shí)施例只提供可由系鏈組件40和絞盤(pán)組件50有效操縱的合適空中發(fā)電機(jī)的一些例子。空中發(fā)電機(jī)30的以下說(shuō)明不意味著限制系統(tǒng)20內(nèi)可采用的空中發(fā)電機(jī)的類(lèi)型的樣式。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)30包括耦接到框架102的一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)模塊100 (模塊100)。模塊100構(gòu)造成通過(guò)保持在框架102內(nèi)的控制系統(tǒng)104互相電聯(lián)通。 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)模塊100包括容納發(fā)電機(jī)的艙110、耦接到發(fā)電機(jī)的轂112、從轂112 延伸的轉(zhuǎn)子114、例如舵116的控制表面、以及耦接到艙110的系鏈約束器118。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)模塊100構(gòu)造成以25000伏提供大約1 WL框架102構(gòu)造成提供高強(qiáng)度-重量比，其構(gòu)造成支撐發(fā)電機(jī)30而不過(guò)度加重發(fā)電機(jī)30。具有高強(qiáng)度-重量比的框架102的其它合適構(gòu)造也是可接受的。在一個(gè)實(shí)施例中， 框架102設(shè)計(jì)為優(yōu)化和平衡成本、重量、強(qiáng)度、剛度和阻力(drag)。由框架102引起的阻力會(huì)產(chǎn)生沖擊葉片的氣流擾動(dòng)，其除了在動(dòng)力爬升期間以外都在框架的“順風(fēng)”處，以及產(chǎn)生使動(dòng)力學(xué)和控制都復(fù)雜化的氣流擾動(dòng)，并增加旋轉(zhuǎn)裝備上的疲勞。在一個(gè)實(shí)施例中，框架 102采用直徑上足夠大(0. 5米或更大)的柱形框架元件，以使得能夠在大于400000的橫流雷諾數(shù)時(shí)飛行。這以將框架阻力(以及順風(fēng)氣流擾動(dòng))減少到大約1/4的方式改變氣流。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)104包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器操作軟件，所述軟件與用于操縱模塊100并例如經(jīng)由對(duì)控制模塊100有用的反饋環(huán)從模塊100接收數(shù)據(jù)的馬達(dá)、伺服馬達(dá)、控制器或致動(dòng)器等聯(lián)通。艙110通常提供空氣動(dòng)力學(xué)成形的殼體，該殼體構(gòu)造成封閉發(fā)電機(jī)的部件。例如由來(lái)風(fēng)流造成的轉(zhuǎn)子114的旋轉(zhuǎn)使轂112旋轉(zhuǎn)，這使發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)齒輪旋轉(zhuǎn)以使產(chǎn)生電力的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(艙110內(nèi)部)旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子114包括反向旋轉(zhuǎn)的旋翼飛機(jī)轉(zhuǎn)子，但轉(zhuǎn)子114的其它合適的構(gòu)造也是可接受的。在一個(gè)實(shí)施例中，轂112構(gòu)造成給轉(zhuǎn)子114提供集體俯仰控制(collective pitch control)，其中，每個(gè)模塊100的每個(gè)轉(zhuǎn)子114構(gòu)造成以相同的即時(shí)迎角旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施例中，轂112構(gòu)造成給轉(zhuǎn)子114提供差動(dòng)的集體俯仰控制，其構(gòu)造成控制協(xié)同動(dòng)作的一個(gè)或多個(gè)隔開(kāi)的轉(zhuǎn)子114，其中調(diào)整一個(gè)轉(zhuǎn)子114中的迎角之后同時(shí)使另一個(gè)轉(zhuǎn)子114減少相應(yīng)有效量。操作轉(zhuǎn)子114的其它合適方法也是可接受的，包括應(yīng)用于控制直升機(jī)轉(zhuǎn)子的控制裝置和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，舵116設(shè)置為控制每個(gè)模塊100的期望取向，并從而控制發(fā)電機(jī) 30的期望取向。在一個(gè)實(shí)施例中，系鏈約束器118提供用于將系鏈組件40 (圖1)固定到模塊100的附接點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，系鏈約束器118構(gòu)造成負(fù)擔(dān)發(fā)電機(jī)30的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載，并提供從發(fā)電機(jī)30向下到陸基電網(wǎng)60 (圖1)的電通路。
在一個(gè)實(shí)施例中，可選地提供穩(wěn)定張力線120，該穩(wěn)定張力線120耦接到框架102 以在飛行期間穩(wěn)定發(fā)電機(jī)30。在一個(gè)實(shí)施例中，著陸齒輪122耦接到框架102與每個(gè)模塊 100相鄰。著陸齒輪122構(gòu)造成為發(fā)電機(jī)30提供沖擊吸收和找平，以使發(fā)電機(jī)30能夠在略微不平的表面上著陸。圖2B提供發(fā)電機(jī)30關(guān)于波音747-400的對(duì)比頂視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)子114的直徑是大約142英尺，使得發(fā)電機(jī)30的構(gòu)造上的翼展大于大約為211英尺的波音 747-400的翼展。圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的絞盤(pán)組件50的透視圖。絞盤(pán)組件50包括纏繞鼓52、安裝在鼓52外側(cè)的臺(tái)200、以及位于臺(tái)200的與鼓52相對(duì)的入口處的轉(zhuǎn)移組件202。在一個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)200構(gòu)造成在系鏈組件40被纏繞到鼓52上之前或同時(shí)釋放系鏈組件40中的張力。轉(zhuǎn)移組件202構(gòu)造成對(duì)準(zhǔn)/保持系鏈組件40相對(duì)于臺(tái)200的角度(例如，圖14的絞盤(pán)組件角A)，該角度被選擇為使系鏈組件40在進(jìn)入臺(tái)200時(shí)的張力最小。在一個(gè)實(shí)施例中，鼓52由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)造成控制系鏈組件40被纏繞到鼓52上時(shí)施加到系鏈組件40的張力。鼓52被示作保持在鼓凹部或凹陷中。這是且只是鼓52的一個(gè)可接受的取向，其它構(gòu)造(例如地面上方構(gòu)造)也是可接受的。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移組件202包括漏斗形喇叭204并相對(duì)于臺(tái)200可運(yùn)動(dòng)遍及大約0-270度之間的方位角A和大約10-90度之間的天頂角。在一個(gè)實(shí)施例中，至少喇叭 204是可運(yùn)動(dòng)的并構(gòu)造成與發(fā)電機(jī)30 (圖1)的飛行方向?qū)?zhǔn)，使得系鏈組件40與臺(tái)200 和鼓52對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，喇叭204構(gòu)造成使得當(dāng)系鏈組件40被鼓52收回時(shí)系鏈組件40被提供近似水平的水平絞線卷繞角(level-wind reel angle)(例如，圖14的卷繞角 B)。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移組件202構(gòu)造成將系鏈組件40保持在懸鏈取向，其中，通過(guò)在系鏈組件40進(jìn)入轉(zhuǎn)移組件202時(shí)為其提供相對(duì)低的纜線分離角(例如，圖14的絞盤(pán)組件角A)，使得沿系鏈組件40的張力最小。纜線分離角被定義為系鏈組件40當(dāng)其到達(dá)轉(zhuǎn)移組件202時(shí)相對(duì)于水平面的角度。懸鏈?zhǔn)菍⒃诙瞬渴艿街蔚娜嵝枣?繩/纜懸掛并由統(tǒng)一的重力(即，系鏈重量)作用時(shí)的形狀。懸鏈的具有零或接近零斜率的部分與懸鏈的支撐結(jié)構(gòu)中最小量重量的部分相關(guān)聯(lián)。喇叭204位于由懸掛系鏈組件40形成的懸鏈底端。以這種方式，當(dāng)系鏈組件40在其進(jìn)入臺(tái)200時(shí)來(lái)到水平的0-10度內(nèi)(例如，圖14的卷繞角B) 時(shí)，系鏈組件40內(nèi)的張力最小。換句話說(shuō)，根據(jù)實(shí)施例，系鏈組件40中的張力對(duì)于不是零度但接近零度的小天頂進(jìn)入角Z (例如，圖14的卷繞角B)來(lái)說(shuō)最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件50設(shè)置成多個(gè)分立的部件，這些部件以公路合法 (road-legal)的方式在公路上運(yùn)輸。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件50設(shè)置成三個(gè)公路合法部件，包括鼓52、臺(tái)200以及轉(zhuǎn)移組件202。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件50安裝在旋轉(zhuǎn)的圓臺(tái)或轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)備上，該設(shè)備使絞盤(pán)組件50能繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)多達(dá)360度以在纏繞期間將臺(tái)200及鼓52與系鏈組件40對(duì)準(zhǔn)。圖;3B是臺(tái)200的頂視圖。臺(tái)200包括牽引驅(qū)動(dòng)器210、夾持組件212以及與夾持組件212聯(lián)通的控制器214。臺(tái)200提供牽引驅(qū)動(dòng)器210以調(diào)整和最小化系鏈組件40內(nèi)的張力，并且控制器214和夾具212設(shè)置為監(jiān)視和平均分配施加到系鏈組件40的物理磨損。牽引驅(qū)動(dòng)器210包括由馬達(dá)222控制和驅(qū)動(dòng)的滾子220。滾子220構(gòu)造成摩擦性
8地抓取系鏈組件40并且在系鏈組件40運(yùn)動(dòng)通過(guò)臺(tái)200并纏繞到鼓52上(圖3A)時(shí)釋放系鏈組件40中的張力。在一個(gè)實(shí)施例中，馬達(dá)222是電動(dòng)機(jī)，其構(gòu)造成阻尼或以其他方式調(diào)整從滾子220施加到系鏈組件40的張力。在一個(gè)實(shí)施例中，夾持組件212包括通過(guò)夾到系鏈組件40的側(cè)上而使系鏈組件40 固定不動(dòng)的夾鉗。期望的是將系鏈組件40夾持到位以將發(fā)電機(jī)30 (圖1)保持在期望發(fā)電高度。還期望夾持系鏈組件40以在更換和/或維修鼓52或系鏈組件40的一部分的同時(shí)保持發(fā)電機(jī)30飛行。在使用過(guò)程中，夾持組件40有可能磨損或磨耗系鏈組件40。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器214包括計(jì)算機(jī)操作的存儲(chǔ)器并構(gòu)造成記錄和儲(chǔ)存/調(diào)用夾持組件212 沿系鏈組件40的夾持位置。通過(guò)用控制器214監(jiān)視沿系鏈組件40的曾受過(guò)夾持的位置， 可以通過(guò)將夾持力分配到系鏈組件40的之前沒(méi)被夾持過(guò)的部分，使沿系鏈組件40的磨損最小。換句話說(shuō)，根據(jù)實(shí)施例，夾持組件212和控制器214組合以避免重復(fù)夾持在系鏈組件 40的同一區(qū)段。在一個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)200可選地包括減震器224，減震器2 構(gòu)造成在其通過(guò)牽引驅(qū)動(dòng)器210運(yùn)動(dòng)進(jìn)喇叭204中時(shí)阻尼系鏈組件40。合適的減震器包括機(jī)械彈簧加載的減震器、粘性阻尼的減震器或聚合物振動(dòng)阻尼器。圖4是系鏈組件40的纜線的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，系鏈組件40 包括承載纜線300、第一導(dǎo)體30 和第二導(dǎo)體302b。其它構(gòu)造，包括其它數(shù)量和類(lèi)型的纜線也是可接受的。至少一個(gè)承載纜線300用于將空中發(fā)電機(jī)30 (圖1)系在高處，并在發(fā)電機(jī) 30著陸時(shí)收回發(fā)電機(jī)30。在一個(gè)實(shí)施例中，纜線300是Vectran或類(lèi)似的高強(qiáng)度纜線，具有大約0. 8磅/英尺的每單位長(zhǎng)度質(zhì)量，并構(gòu)造成在部署發(fā)電機(jī)30時(shí)承擔(dān)約80%的力或負(fù)載。也可接受其它合適的纜線，包括碳纖維加強(qiáng)纜線、拉擠纜線和其它合適的高張力纜線。導(dǎo)體3(^a、302b (導(dǎo)體302)構(gòu)造成在發(fā)電機(jī)30與電網(wǎng)60 (圖1)之間輸電。一個(gè)合適的導(dǎo)體302的每單位長(zhǎng)度質(zhì)量是0. 25磅每英尺，每個(gè)導(dǎo)體302構(gòu)造成承擔(dān)發(fā)電機(jī)30 的負(fù)載或力的大約10%。導(dǎo)體302的合適材料包括鋁、銅、鋁合金、銅合金或其它合適的導(dǎo)電材料。以下表I表示(一個(gè)或多個(gè))纜線300與導(dǎo)體302的物理特性。一般地，纜線300 承擔(dān)大部分負(fù)載，并具有更大的每單位長(zhǎng)度質(zhì)量。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電纜線30 和 302b較輕(每個(gè)是纜線300的重量的約1/3)，密度適中并更細(xì)(每個(gè)小于纜線300的直徑和阻力的1/2)。當(dāng)由鋁形成時(shí)，導(dǎo)電纜線302中的鋁占纜線重量的大約一半，但只占強(qiáng)度的很小一部分。當(dāng)由石墨/環(huán)氧樹(shù)脂形成時(shí)，適于導(dǎo)電纜線302的石墨/環(huán)氧樹(shù)脂或其它低拉伸強(qiáng)度材料對(duì)于同樣的可允許負(fù)載通常具有更高的成本和重量，因此，纜線被以纜線300 的弛度(sag)的大約兩倍運(yùn)作。導(dǎo)電纜線30 和302b每磅成本是主強(qiáng)度纜線300的大約兩倍，因此比纜線300更貴，盡管具有更低的組合重量。另外，纜線302可允許的負(fù)載循環(huán)壽命也可低于纜線300。系鏈組件40是大約45000英尺長(zhǎng)，導(dǎo)體302比纜線300更松垂。為此，期望提供類(lèi)似于絞盤(pán)組件50的絞盤(pán)組件，其構(gòu)造成與卷繞導(dǎo)體302分離地獨(dú)立操縱纜線300的卷繞， 如下所述。已知的機(jī)電纜線存在的問(wèn)題是所用的高強(qiáng)度材料具有比導(dǎo)體大得多的合理設(shè)計(jì)應(yīng)變。相反，系鏈組件40構(gòu)造成用于經(jīng)過(guò)很多負(fù)載循環(huán)，其中，導(dǎo)體保持為張緊，然后當(dāng)負(fù)載解除時(shí)，導(dǎo)體變得松弛(這對(duì)公用傳輸線來(lái)說(shuō)較不是問(wèn)題，其中一旦部署就可見(jiàn)近乎靜態(tài)的張力負(fù)載)。該循環(huán)加載及導(dǎo)致的松弛有可能在卷繞期間造成操縱問(wèn)題。這里所述的實(shí)施例減少導(dǎo)電纜線上的機(jī)械負(fù)載(到每個(gè)導(dǎo)體的總負(fù)載的約10%)，這使得導(dǎo)電纜線上能有更高的強(qiáng)度安全因數(shù)。減少負(fù)載還允許采用具有更耐用的Vectran強(qiáng)度構(gòu)件的較低應(yīng)變、較低強(qiáng)度/重量的石墨芯(高得多的設(shè)計(jì)應(yīng)變)以操縱負(fù)載的其余約80%。以這種方式，導(dǎo)體在設(shè)計(jì)負(fù)載附近不會(huì)拉伸太多，盡管這對(duì)于成本或強(qiáng)度-重量基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)可能不是最優(yōu)的。該導(dǎo)體構(gòu)造成具有由最大弛度提供的最小張力。負(fù)載的大部分與導(dǎo)體隔離并由更高拉伸的纜線承擔(dān)。 表 I
系鏈組件質(zhì)量/長(zhǎng)度(磅/英尺)承擔(dān)負(fù)載(％)弛度(英尺)花費(fèi)($)(一個(gè)或多個(gè))纜線0. 880%XY導(dǎo)體(每個(gè))0. 2510%2. 5X0. 6Y
圖5是三個(gè)絞盤(pán)組件250a、250b、250c的實(shí)施例的透視圖，用于獨(dú)立地卷繞系鏈組件40 的纜線300和導(dǎo)體30h、302b。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)絞盤(pán)組件250a、250b、250c類(lèi)似于上述絞盤(pán)組件50，并包括提供(一個(gè)或多個(gè))牽引驅(qū)動(dòng)器和夾持組件的臺(tái)、轉(zhuǎn)移組件、以及各自纜線或?qū)w所纏繞上的鼓。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件250a用于操縱導(dǎo)體30 并與絞盤(pán)組件250b和絞盤(pán)組件250c電絕緣。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件250b用于操縱導(dǎo)體302b并類(lèi)似地與絞盤(pán)組件 250a和絞盤(pán)組件250c電絕緣。在一個(gè)實(shí)施例中，絞盤(pán)組件250c用于操縱纜線300并與絞盤(pán)組件250a和250b電絕緣。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)絞盤(pán)組件250a、250b、250c包括其本身的控制器并構(gòu)造成以與其它絞盤(pán)組件獨(dú)立的速度收回各自一個(gè)纜線或?qū)w。例如，如上所述，導(dǎo)體302是松垂大約纜線300的差不多2. 5倍，絞盤(pán)組件250a、250b構(gòu)造成以大于絞盤(pán)組件250c卷入纜線300的速度卷繞導(dǎo)體30h、302b。在一個(gè)實(shí)施例中，纜線300根據(jù)限定的操作計(jì)劃(具有變化以阻尼不希望的動(dòng)力學(xué))被卷入或放出，而導(dǎo)電纜線302的卷繞將局部分離仰角保持在約6-10度的范圍內(nèi)(例如，圖14的卷繞角B)，并也阻尼導(dǎo)電纜線的動(dòng)力學(xué)。用每個(gè)都小到足以在“公路合法拖車(chē)”中運(yùn)輸?shù)膬蓚€(gè)或更多較小絞盤(pán)或子組件來(lái)代替建造或設(shè)置在位置上的一個(gè)大絞盤(pán)，可顯著減少運(yùn)輸、安裝和維護(hù)/維修成本。圖6是發(fā)電系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其包括安裝在柱310上的絞盤(pán)組件 50，柱310將高壓電導(dǎo)體302 (圖4)抬升到行人觸及范圍以外。要理解，絞盤(pán)組件50的一個(gè)實(shí)施例包括如上所述并在圖5中示出三個(gè)分離的絞盤(pán)?？罩邪l(fā)電機(jī)30 (發(fā)電機(jī)30)被示出在第一部署高度Hl飛行。在一個(gè)實(shí)施例中，部署高度Hl在大約40000-50000英尺之間，發(fā)電機(jī)30從電網(wǎng)60汲取電力以給發(fā)電機(jī)30供給動(dòng)力上升到部署高度HI。在一種操作方案中，當(dāng)發(fā)電機(jī)30在部署高度Hl飛行時(shí)，夾持組件212 (圖:3B)夾住系鏈組件40。這樣，發(fā)電機(jī)30被“植”在部署高度HI。此后，發(fā)電機(jī) 30轉(zhuǎn)移到在高度H2的發(fā)電高度，其中，發(fā)電機(jī)30以對(duì)來(lái)風(fēng)的一迎角傾斜，如圖7所示。圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)移到高度H2的發(fā)電高度的發(fā)電機(jī)30的透視圖，該高度H2—般小于部署高度HI。一個(gè)部署方法是對(duì)發(fā)電機(jī)30供能使其來(lái)到發(fā)電高度Hl (圖 6)繼而以使卷繞期間施加到系鏈組件40的張力最小的方式將發(fā)電機(jī)30轉(zhuǎn)移到高度H2。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)30在高達(dá)35000英尺的高度以與來(lái)風(fēng)流W成一迎角飛行。發(fā)電機(jī)30的一個(gè)部署方法包括對(duì)發(fā)電機(jī)30供能，通過(guò)調(diào)整升力和控制轉(zhuǎn)子114以解決局部風(fēng)條件，使得該飛行器將其本身定向以近似90度的天頂角近乎垂直向上爬升。在第一個(gè)千米，發(fā)電機(jī)30以近似水平構(gòu)造飛行。預(yù)期在空中有風(fēng)使得發(fā)電機(jī)30可預(yù)期順風(fēng)漂流。 系鏈組件40足夠快地繞離鼓52以使所有三個(gè)纜線(纜線300和兩個(gè)導(dǎo)體302)相對(duì)于轉(zhuǎn)移組件202 (圖3A)保持近似水平。保持在絞盤(pán)附近的最低的安全纜線分離角使得張力最小， 因而允許以與較大纜線角和張力相比更少的動(dòng)力更快地爬升。另外，通過(guò)使弛度最大，對(duì)于到絞盤(pán)給定的旋翼機(jī)距離能夠適度地部署更多的纜線。在一個(gè)實(shí)施例中，牽引驅(qū)動(dòng)器210 (圖3B)用于將系鏈組件40中的張力保持在與繞纏在鼓52上時(shí)纜線300、302的張力相比更低的張力條件下。上升期間，發(fā)電機(jī)30俯仰以在整個(gè)部署中將天頂升角限制在大約45-70度之間。當(dāng)發(fā)電機(jī)30到達(dá)部署高度Hl (圖 6)時(shí)，夾持組件212在期望長(zhǎng)度處夾持系鏈組件40，發(fā)電機(jī)30俯仰以增加纜線300上的負(fù)載。之后，導(dǎo)電纜線302在其多余長(zhǎng)度松垂到與纜線300均衡的長(zhǎng)度時(shí)被夾持。逐漸地，隨著系鏈組件40中的動(dòng)力(以及張力)上升，發(fā)電機(jī)30俯仰使其更加順風(fēng)漂流。相比使發(fā)電機(jī)30在其整個(gè)向外部署期間直接迎著來(lái)風(fēng)飛行，圖6-7中所示部署方法的實(shí)施例在系鏈組件40上提供相對(duì)低的張力。另一個(gè)部署方法實(shí)施例使發(fā)電機(jī)30從其接近地表的著陸坪以對(duì)來(lái)風(fēng)流W成一迎角向上飛行，并直接到高度H2。相比圖6-7的方法，由于隨著系鏈組件40從鼓52繞纏，系鏈組件40既支撐系鏈組件40的重量又支撐發(fā)電機(jī)30的空氣動(dòng)力，該部署方法實(shí)施例在系鏈組件40上施加了更高的張力。圖8是發(fā)電機(jī)30回到其著陸點(diǎn)的透視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，隨著發(fā)電機(jī)30從高度H2 (圖7)下降到地面，發(fā)電機(jī)30上的轉(zhuǎn)子114以自轉(zhuǎn)模式操作。在一個(gè)實(shí)施例中，自轉(zhuǎn)使得發(fā)電機(jī)30能夠受控下降并且其特征在于通過(guò)轉(zhuǎn)子114的上升氣流使轉(zhuǎn)子114能在發(fā)電機(jī)30下降時(shí)基本以其正常速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子114自轉(zhuǎn)以平衡空氣動(dòng)力，這使發(fā)電機(jī)30能隨轉(zhuǎn)子114在其旋轉(zhuǎn)平面“滑翔”時(shí)滑翔到地面。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)30的期望飛行包絡(luò)包括動(dòng)力爬升到高度H1，從高度Hl轉(zhuǎn)移到高度H2，接著從高度H2自轉(zhuǎn)回到著陸點(diǎn)，如圖6-7最佳示出。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)30受到控制以在自轉(zhuǎn)下降期間以圖8模式飛行，以確保正確的滑翔路線而不滑翔過(guò)遠(yuǎn)出范圍。在纜線或電力失效的情況下，期望為發(fā)電機(jī)30提供無(wú)動(dòng)力著陸能力。為此，系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施例包括編程的自動(dòng)駕駛機(jī)構(gòu)，其控制空中發(fā)電機(jī)30、系鏈組件40和絞盤(pán)組件50以使得在著陸期間能夠自轉(zhuǎn)，這保持滑翔下降直到是時(shí)候使發(fā)電機(jī)30滑行平飛并降落在地面上。在一個(gè)實(shí)施例中，著陸時(shí)的盤(pán)負(fù)載是大約0. 5磅每平方英尺，使得自轉(zhuǎn)下降速度低。預(yù)期在地面上方大約100英尺開(kāi)始有地面效應(yīng)。相比常規(guī)旋翼機(jī)所通?？尚械?，低盤(pán)負(fù)載、低下降速度、四個(gè)緊間隔的大直徑轉(zhuǎn)子以及只是轉(zhuǎn)子質(zhì)量適當(dāng)倍數(shù)的總旋翼機(jī)質(zhì)量使得能夠具有更受控和溫和的自轉(zhuǎn)著陸，以及更好地控制著陸位置。圖9是系鏈組件40的一個(gè)實(shí)施例在發(fā)電機(jī)30的各種飛行構(gòu)造下的示例輪廓的圖表。對(duì)于部署高度在10000-30000英尺之間，數(shù)據(jù)集400 (表示動(dòng)力爬升)結(jié)果是在絞盤(pán)處以及在系鏈組件40的第一端部42 (圖1)處的最低計(jì)算張力。例如，動(dòng)力爬升到30000英尺導(dǎo)致發(fā)電機(jī)30在71. 9度的天頂角處具有8. 17 km的部署距離，絞盤(pán)設(shè)計(jì)負(fù)載小于5%，以及系鏈組件40的頂端部42處的纜線負(fù)載大約為27%。表示從30000英尺自轉(zhuǎn)下降的數(shù)據(jù)集410結(jié)果是發(fā)電機(jī)30從11. 56 km的部署距離從42. 2度的天頂仰角下降，絞盤(pán)設(shè)計(jì)負(fù)載在10-2 之間，系鏈組件40的頂端部42處的纜線負(fù)載大約為44%。表示在高至30000英尺處全功率運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)集420結(jié)果是發(fā)電機(jī)30在34. 9度的天頂仰角處具有13. 58 km的部署距離，絞盤(pán)設(shè)計(jì)負(fù)載在78-86%之間，系鏈組件40的頂端部42處的纜線負(fù)載在大約91-100%之間。實(shí)施例構(gòu)造成在卷入或放出纜線時(shí)減少作為設(shè)計(jì)負(fù)載一部分的絞盤(pán)處的張力。動(dòng)力爬升對(duì)于任何給定纜線長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)允許低得多的絞盤(pán)張力。在旋翼機(jī)俯仰向下(斜進(jìn)風(fēng)內(nèi)) 的情況下，自轉(zhuǎn)下降允許纜線幾何特征和張力類(lèi)似于動(dòng)力爬升的情況，不同于自轉(zhuǎn)站保持或爬升的情況，后者使旋翼機(jī)俯仰向上并牽涉明顯更高的張力和更大的旋翼機(jī)沿航向的距
離 O數(shù)據(jù)集430、440、450表示對(duì)于絞盤(pán)角在1646度之間的纜線300和導(dǎo)體302的部署角和張力。從而，圖9示出動(dòng)力爬升飛行方法的實(shí)施例隨著發(fā)電機(jī)30將系鏈組件40拉離卷軸52而在絞盤(pán)組件50處以及沿系鏈組件40產(chǎn)生低的張力。從絞盤(pán)組件50觀察的發(fā)電機(jī) 30高仰角的動(dòng)力爬升在部署期間提供最低的絞盤(pán)張力。在一個(gè)實(shí)施例中，在部署到高度Hl后，在使發(fā)電機(jī)30運(yùn)動(dòng)到高度H2時(shí)從動(dòng)力飛行到自轉(zhuǎn)飛行的轉(zhuǎn)變被延遲，直到已部署了大多數(shù)的系鏈組件40。相信從動(dòng)力飛行到自轉(zhuǎn)飛行的轉(zhuǎn)變?cè)诎l(fā)電機(jī)30具有良好風(fēng)速(這可通過(guò)操縱發(fā)電機(jī)30獲得)時(shí)更為順利。發(fā)電機(jī) 30飛行越順風(fēng)，絞盤(pán)處的纜線張力越高，因此期望延遲轉(zhuǎn)變直到已部署了大多數(shù)的纜線，或直到部署了纜線300、302的全部期望長(zhǎng)度。圖10是根據(jù)另一實(shí)施例的絞盤(pán)組件500的透視圖。絞盤(pán)組件500包括轉(zhuǎn)盤(pán)卷繞機(jī)構(gòu)502所用的類(lèi)似于圖3A所示臺(tái)200和轉(zhuǎn)移組件202的臺(tái)和轉(zhuǎn)移組件。卷繞機(jī)構(gòu)502 提供系鏈組件40的低斷面(low-profile)且受控的張力纏繞，但在一些實(shí)施例中，當(dāng)有其它交通時(shí)可能過(guò)大而無(wú)法在州際公路系統(tǒng)上運(yùn)輸。圖11是操縱耦接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖600。該方法包括在步驟602將空中發(fā)電機(jī)系到地面。在步驟604，空中發(fā)電機(jī)飛到第一高度。在步驟 606，在空中發(fā)電機(jī)飛行的同時(shí)減少系鏈中的張力。在步驟608，系鏈被卷到鼓上，并且在步驟610，空中發(fā)電機(jī)著陸到地面上。圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例使施加到附接于空中發(fā)電機(jī)的系鏈的磨損最小的方法的流程圖700。該方法包括在步驟702使附接于系鏈的空中發(fā)電機(jī)飛行。在步驟704，系鏈被卷入以卷入空中發(fā)電機(jī)。在步驟706，系鏈被夾持組件夾持。在步驟708，沿所述系鏈曾施加夾持力的夾持位置是統(tǒng)計(jì)跟蹤位置。在步驟710，該系鏈被以使施加到系鏈的磨損最小化的方式夾持在之前未曾被夾持的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，纜線以幾個(gè)分立的長(zhǎng)度制成，具有被設(shè)置為夾持點(diǎn)的安裝接頭。 夾持優(yōu)選地施加到安裝接頭區(qū)域，其在一個(gè)實(shí)施例中是可更換的。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝接頭由硬化材料形成，構(gòu)造成經(jīng)受重復(fù)的夾持。在任何給定時(shí)間，都有優(yōu)化的飛行高度和纜線長(zhǎng)度。在這些變量之一或兩者上的適度改變通常將帶來(lái)低的性能損失。例如，這使得能以分立的間隔夾持，兩個(gè)夾持點(diǎn)之間大概1千米左右的間隔。圖13是絞盤(pán)組件800的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖，用于操縱附接于空中發(fā)電機(jī)的系鏈組件40，如上所述。絞盤(pán)組件800包括維持用于卷繞系鏈組件40的牽引驅(qū)動(dòng)器810的臺(tái) 802、用于固定系鏈組件40的夾持組件812、與夾持組件812聯(lián)通的控制器814、以及構(gòu)造成將系鏈組件40導(dǎo)向絞盤(pán)組件800的轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪816。牽引驅(qū)動(dòng)器810構(gòu)造成調(diào)整并使系鏈組件40內(nèi)的張力最小化，控制器814和夾持組件812設(shè)置為監(jiān)視和平均分配施加到系鏈組件 40的物理磨損。在一個(gè)實(shí)施例中，牽引驅(qū)動(dòng)器810包括多對(duì)旋轉(zhuǎn)鼓820a、820b、820c、…820η (鼓 820)，其構(gòu)造成相對(duì)于收集卷筒卷繞系鏈組件40而不彎曲系鏈組件40。在一個(gè)實(shí)施例中， 鼓820包括充氣輪胎，該充氣輪胎在選定但可變的力下可獨(dú)立側(cè)向運(yùn)動(dòng)，以在每對(duì)鼓820之間擠壓系鏈組件40。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的輪胎/鼓820將系鏈組件40卷到絞盤(pán)組件800上或從絞盤(pán)組件800放出時(shí)，系鏈組件40的路線基本是直線(即，其特征在于沒(méi)有彎曲或反轉(zhuǎn))。在一個(gè)實(shí)施例中，輪胎/鼓820包括有槽胎面，該有槽胎面構(gòu)造成在充氣輪胎互相壓平時(shí)接合或包裹系鏈組件40。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)系鏈組件40被夾在高張力高功率構(gòu)造中時(shí)，夾具812構(gòu)造成電流接觸件。在卷繞期間，電流接觸件由低張力的內(nèi)部金屬滑輪提供，在一個(gè)實(shí)施例中，該滑輪位于鼓52 (圖3)附近?；?16位于臺(tái)802外側(cè)并提供構(gòu)造成調(diào)整系鏈組件40相對(duì)于臺(tái)802的角度的轉(zhuǎn)移組件。在一個(gè)實(shí)施例中，滑輪816轉(zhuǎn)動(dòng)以提供對(duì)系鏈組件40的方向跟蹤?；?16構(gòu)造成通過(guò)限制滑輪816與系鏈組件40之間的接觸區(qū)域而使施加到系鏈組件40的摩擦最小。在一個(gè)實(shí)施例中，滑輪816包括直徑在大約6-12英尺之間的單個(gè)滑輪。其它形式的滑輪816，包括具有抗磨涂層和導(dǎo)電流涂層的滑輪也是可接受的。圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的大致示出發(fā)電系統(tǒng)20的示意圖，發(fā)電系統(tǒng)20包括附接在空中發(fā)電機(jī)30與絞盤(pán)組件50之間的系鏈組件40。在操作中，當(dāng)發(fā)電機(jī)30爬升到部署高度(例如，圖6的部署高度Hl)時(shí)，在自轉(zhuǎn)模式并下降到發(fā)電高度(例如圖7的發(fā)電高度Η2) 時(shí)，在發(fā)電高度處以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，或在動(dòng)力或自轉(zhuǎn)模式中用發(fā)電機(jī)30收回，在系鏈組件40 的第一端42與水平之間存在頂角C，在轉(zhuǎn)移組件202 (例如滑輪)處的系鏈組件40與水平之間存在絞盤(pán)組件角Α，并且在系鏈組件40與臺(tái)200之間存在卷繞角B。如上所述，絞盤(pán)組件角Α、卷繞角B和頂角C在本文中有時(shí)用不同術(shù)語(yǔ)指代。具體地，參照?qǐng)D9，絞盤(pán)組件角A 和頂角C在圖9的表格中分別指標(biāo)題“纜線角”下面的“絞盤(pán)”和“頂”。絞盤(pán)組件角C也稱(chēng)為“纜線分離角”，卷繞角B稱(chēng)為“水平絞線卷繞角”。盡管在圖14中示出被定位在轉(zhuǎn)移組件202的“舷內(nèi)”側(cè)上，在其它實(shí)施例中，夾持組件212可定位在轉(zhuǎn)移組件202的“舷外”側(cè)上，如虛線矩形所示。注意，當(dāng)在轉(zhuǎn)移組件202 的舷外側(cè)上時(shí)，夾持組件212構(gòu)造成豎直旋轉(zhuǎn)從而調(diào)整其天頂角，如雙箭頭所示。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，鼓52卷入或放出系鏈組件40的速度基于將絞盤(pán)組件角A保持在期望值。例如，當(dāng)卷入發(fā)電機(jī)30時(shí)，如果絞盤(pán)組件角A的值大于期望值，則鼓52卷入系鏈組件40的速度降低。類(lèi)似地，當(dāng)卷入發(fā)電機(jī)30時(shí)，如果絞盤(pán)組件角A的值小于期望值， 則鼓52卷入系鏈組件40的速度增加。通過(guò)將絞盤(pán)組件角A保持在期望值，當(dāng)卷入和放出
13系鏈組件40時(shí)，系鏈組件40上的應(yīng)力都會(huì)最小化。總之，高張力下的絞拉系鏈、纜線或?qū)w都可能使纜線退化。絞拉的長(zhǎng)和/或重的電纜可有必要使用復(fù)雜的、強(qiáng)有力的牽引驅(qū)動(dòng)機(jī)。上述實(shí)施例提供用于限制纜線(包括電系鏈型纜線)中的張力的系統(tǒng)和方法，在絞拉期間大幅度減少纜線磨損和絞拉期間纜線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。一些實(shí)施例提供夾持組件，其構(gòu)造成只要系鏈組件處于高張力發(fā)電模式就夾持系鏈組件在絞盤(pán)外?；厥辗椒ǖ膶?shí)施例提供當(dāng)回收系鏈組件時(shí)空中發(fā)電機(jī)的自轉(zhuǎn)以使纜線中的張力最小。盡管這里示出和說(shuō)明了具體實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解有多種變化和/或等同實(shí)施方式可代替所示和所述具體實(shí)施例而不背離本發(fā)明的范圍。本申請(qǐng)意圖涵蓋這里所述具體實(shí)施例的任何改編或變型。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括空中發(fā)電機(jī)；構(gòu)造成將電力從所述發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降氐南垫溄M件，所述系鏈組件包括耦接到所述發(fā)電機(jī)的第一端部；以及構(gòu)造成將所述系鏈組件卷繞到鼓上的絞盤(pán)組件；其中，所述絞盤(pán)組件構(gòu)造成將低于所述系鏈組件的第一端部中的張力的卷繞張力施加到被卷繞到所述鼓上的所述系鏈組件。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)組件包括安裝在所述鼓外側(cè)的臺(tái)以及與所述臺(tái)聯(lián)通的轉(zhuǎn)移組件，所述臺(tái)構(gòu)造成在將所述系鏈組件卷繞到所述鼓上之前釋放所述系鏈組件中的張力，所述轉(zhuǎn)移組件構(gòu)造成調(diào)整所述系鏈組件的絞盤(pán)組件角。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述臺(tái)包括夾持組件，所述夾持組件構(gòu)造成沿所述系鏈組件的長(zhǎng)度調(diào)整張力并構(gòu)造成使所述系鏈組件相對(duì)于所述鼓固定不動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)組件包括具有存儲(chǔ)器的控制器，所述控制器構(gòu)造成記錄并且所述存儲(chǔ)器構(gòu)造成儲(chǔ)存/調(diào)用所述夾持組件針對(duì)所述系鏈組件的夾持位置。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述夾持組件構(gòu)造成使所述系鏈組件固定不動(dòng)，以將所述空中發(fā)電機(jī)保持在飛行高度并使得能夠進(jìn)行以下之一所述鼓的更換和所述系鏈組件的一部分的更換。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)移組件構(gòu)造成將所述系鏈組件的所述第一端部定向在大約10-90度之間的天頂角。
7.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)移組件構(gòu)造成將所述系鏈組件定向成遍及大約0-270度之間的方位角。
8.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)組件構(gòu)造成以大致水平卷繞角將所述系鏈組件卷繞到所述鼓上。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述卷繞角高達(dá)大約10度。
10.如權(quán)利要求所述8的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述卷繞角基本是零度。
11.如權(quán)利要求所述2的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)組件包括減震器以阻尼所述系鏈組件的動(dòng)力學(xué)。
12.如權(quán)利要求所述1的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述系鏈組件包括構(gòu)造成將電力從所述發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降氐牡谝焕|線、構(gòu)造成將電力從所述發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降氐牡诙|線、以及第三纜線， 所述第一和第二纜線與彼此以及與所述第三纜線電絕緣。
13.如權(quán)利要求所述12的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)組件包括構(gòu)造成將所述第一纜線卷繞到第一鼓上的第一絞盤(pán)組件；構(gòu)造成將所述第二纜線卷繞到第二鼓上的第二絞盤(pán)組件；以及構(gòu)造成將所述第三纜線卷繞到第三鼓上的第三絞盤(pán)組件；其中，所述第一和第二絞盤(pán)組件獨(dú)立于彼此以及獨(dú)立于所述第三絞盤(pán)組件卷繞。
14.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括空中發(fā)電機(jī)；構(gòu)造成將所述空中發(fā)電機(jī)系到地的絞盤(pán)組件；以及耦接在所述空中發(fā)電機(jī)與所述絞盤(pán)組件之間的系鏈組件，所述系鏈組件構(gòu)造成將電力從所述空中發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降?；其中，所述空中發(fā)電機(jī)構(gòu)造成動(dòng)力爬升并將所述系鏈組件延伸到部署高度，并構(gòu)造成在下降時(shí)自轉(zhuǎn)以使所述絞盤(pán)組件能拉回所述系鏈組件。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述空中發(fā)電機(jī)在下降時(shí)自轉(zhuǎn)以使所述絞盤(pán)組件拉回所述系鏈組件時(shí)所述系鏈組件中的張力最小。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述空中發(fā)電機(jī)構(gòu)造成在下降時(shí)自轉(zhuǎn)以使所述絞盤(pán)組件能以近似水平卷繞角將所述系鏈組件卷繞到所述絞盤(pán)組件的鼓上。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述空中發(fā)電機(jī)受到控制從而以接近豎直方式動(dòng)力爬升而部署系鏈組件的一長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度在相對(duì)于所述絞盤(pán)組件高度的期望發(fā)電高度的約1.2到1.6倍的范圍中。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述空中發(fā)電機(jī)在所述發(fā)電高度處包括大約20-70度之間的迎角。
19.一種操縱耦接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈的方法，所述方法包括 使所述空中發(fā)電機(jī)在第一高度飛行；在所述空中發(fā)電機(jī)飛行的同時(shí)減少所述系鏈中的張力；以及將所述系鏈卷繞到鼓上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，減少所述系鏈中的張力包括在從所述第一高度下降期間使所述空中發(fā)電機(jī)自轉(zhuǎn)，并且將所述系鏈卷繞到鼓上包括在所述空中發(fā)電機(jī)的自轉(zhuǎn)期間將所述系鏈卷繞到所述鼓上。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，使空中發(fā)電機(jī)在第一高度飛行包括使所述空中發(fā)電機(jī)動(dòng)力爬升到大于所述第一高度的部署高度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括在實(shí)現(xiàn)所述部署高度后，在期望部署長(zhǎng)度處夾持所述系鏈；使所述空中發(fā)電機(jī)從所述部署高度飛行到所述第一高度；以及用在所述第一高度的所述空中發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，所述電力沿所述系鏈向下傳導(dǎo)到地基站。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，將所述系鏈卷繞到所述鼓上包括以高達(dá)約10度的近似水平卷繞角將所述系鏈導(dǎo)向所述鼓。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述系鏈包括附接到所述空中發(fā)電機(jī)的承載纜線和附接到所述空中發(fā)電機(jī)的導(dǎo)電纜線，并且將所述系鏈卷繞到鼓上包括將所述承載纜線卷繞到第一鼓上以及將所述導(dǎo)電纜線獨(dú)立地卷繞到第二鼓上。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其中，在將所述承載纜線卷繞到所述第一鼓上之前將所述導(dǎo)電纜線卷繞到所述第二鼓上。
26.一種操縱耦接到空中發(fā)電機(jī)的系鏈的方法，所述方法包括 將所述空中發(fā)電機(jī)部署到地面上方的第一高度；卷入所述系鏈以卷入所述空中發(fā)電機(jī)； 用夾持組件夾持所述系鏈；跟蹤沿所述系鏈的第一位置，在所述第一位置夾持力曾被所述夾持組件施加到所述系鏈；以及在沿所述系鏈的第二位置夾持所述系鏈，所述第二位置之前未被所述夾持組件夾持。
全文摘要
一種發(fā)電系統(tǒng)(20)包括空中發(fā)電機(jī)(30)；構(gòu)造成將電力從所述發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降氐南垫溄M件(40)，所述系鏈組件包括耦接到所述發(fā)電機(jī)的第一端部(42)；以及構(gòu)造成將所述系鏈組件卷繞到鼓(52)上的絞盤(pán)組件(50)，其中，所述絞盤(pán)組件構(gòu)造成將低于所述系鏈組件的第一端部中的張力的卷繞張力施加到被卷繞到所述鼓上的所述系鏈組件。
文檔編號(hào)F03D11/04GK102159458SQ200980136680
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者卡羅爾 J. 申請(qǐng)人:貝斯洛德能源公司