風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，該風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)包括具有發(fā)電機(jī)(30)的地面控制單元，以及通過(guò)至少兩個(gè)主牽引纜索(10,11)連接到所述發(fā)電機(jī)(30)的風(fēng)箏。發(fā)電機(jī)(30)的轉(zhuǎn)子部(31)包括用于所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10,11)中的每個(gè)的絞盤(pán)滑輪(32,33)，并且各個(gè)所述絞盤(pán)滑輪(32,33)間接地機(jī)械連接到發(fā)電機(jī)(30)。另外的方面涉及一種用于風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)箏，該風(fēng)箏具有翼形本體(20)，在翼形本體(20)的前邊緣部分具有一個(gè)或多個(gè)空氣填充孔(23)。翼形本體(20)連接有至少兩個(gè)主牽引纜索(10,11)，在翼形本體(20)的側(cè)部部分，該翼形本體還包括另外的填充孔(21)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，該風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)包括具有發(fā)電機(jī)的地面控制單元以及通過(guò)至少兩個(gè)主牽弓I纜索連接到所述發(fā)電機(jī)的風(fēng)箏。

【背景技術(shù)】
[0002]從出版物能夠得知這種系統(tǒng)，所述出版物如國(guó)際專(zhuān)利公布W02007/122650和W02007/135701,以及美國(guó)專(zhuān)利公布 US2002/040948 和 US2007/0126241。
[0003]W02007/122650公開(kāi)了一種風(fēng)成系統(tǒng)(Aeolian system)，該風(fēng)成系統(tǒng)使用動(dòng)力翼輪廓來(lái)產(chǎn)生電能。形成為風(fēng)箏的形式的翼輪廓被控制用來(lái)執(zhí)行預(yù)定的飛行輪廓，并且由風(fēng)產(chǎn)生的力通過(guò)兩根繩索傳遞到基礎(chǔ)平臺(tái)?；A(chǔ)平臺(tái)包括兩個(gè)分離的絞盤(pán)和連接到各個(gè)絞盤(pán)的發(fā)電機(jī)，以及用來(lái)將繩索整齊地纏繞在絞盤(pán)上的引導(dǎo)模塊。
[0004]W02007/135701公開(kāi)了一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，該自動(dòng)控制系統(tǒng)用于風(fēng)箏的操作以收獲風(fēng)能。使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)纜索并且控制該纜索纏繞在其上的兩個(gè)絞盤(pán)，以控制風(fēng)箏的飛行軌跡?？刂票粚?shí)現(xiàn)以?xún)?yōu)化從風(fēng)中減去的動(dòng)能的量。
[0005]US2002/040948公開(kāi)了一種軸向模式線(xiàn)性風(fēng)力渦輪機(jī)。多個(gè)翼面風(fēng)箏通過(guò)兩個(gè)控制線(xiàn)和兩個(gè)支撐線(xiàn)并行連接到樞軸控制外殼。使用這兩個(gè)控制線(xiàn)，多個(gè)翼面風(fēng)箏被控制以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡，該預(yù)定的軌跡包括發(fā)電行程和回卷(rewind)部分。
[0006]US2007/0126241公開(kāi)了一種風(fēng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該風(fēng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備用于空中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。第一拖繩卷繞在第一卷軸上，并且第二拖繩卷繞在第二卷軸上。第一卷軸固定地安裝到連接于發(fā)電機(jī)的軸上，并且第二卷軸可旋轉(zhuǎn)地安裝到同一軸上。使用連接到第二卷軸的鼓形部分的齒輪和控制馬達(dá)，可以調(diào)節(jié)第一和第二卷軸的相互旋轉(zhuǎn)位置。
[0007]此外，從另外的現(xiàn)有技術(shù)出版物也能得知風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述出版物如國(guó)際專(zhuān)利公布 W02009/026939 和美國(guó)專(zhuān)利公布 US7287481 和 US2011/0272527。
[0008]W02009/026939公開(kāi)了一種特別是用于水運(yùn)工具的氣動(dòng)風(fēng)力推進(jìn)裝置。引導(dǎo)線(xiàn)連接在氣動(dòng)翼和基礎(chǔ)平臺(tái)上的桿之間，并且在啟動(dòng)和著陸動(dòng)作期間，所述引導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)傳遞張力以引導(dǎo)氣動(dòng)翼。
[0009]US7287481公開(kāi)了一種用于風(fēng)箏(特別是用來(lái)驅(qū)動(dòng)水運(yùn)工具)的放飛和收回裝置。在啟動(dòng)和著陸動(dòng)作期間，多個(gè)縮帆索用于減小或增加氣動(dòng)輪廓元件的尺寸，并且用于提供水運(yùn)工具上的桅桿和氣動(dòng)輪廓元件之間的張力。
[0010]US2011/0272527公開(kāi)了一種發(fā)電風(fēng)箏系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括另外的縮帆纜索和液壓伸縮桿，該液壓伸縮桿幫助放飛和收回風(fēng)箏。偏航系統(tǒng)用于以適當(dāng)?shù)慕嵌绒D(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)箏系統(tǒng)以增加能量產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明尋求提供風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，該進(jìn)一步改進(jìn)尋求整個(gè)系統(tǒng)或其部分的較好效率和可靠性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，該風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)包括具有發(fā)電機(jī)的地面控制單元，以及通過(guò)至少兩個(gè)主牽引纜索連接到發(fā)電機(jī)的風(fēng)箏，其中，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部包括用于所述至少兩個(gè)主牽引纜索中的每個(gè)的絞盤(pán)滑輪，并且其中，各個(gè)所述絞盤(pán)滑輪間接地機(jī)械連接到所述發(fā)電機(jī)。這為風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)提供了更好且更可靠的控制，特別是對(duì)于控制風(fēng)箏的飛行軌跡。
[0013]在另外實(shí)施例中，各個(gè)絞盤(pán)滑輪可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子部，并且通過(guò)差動(dòng)裝置相互連接，該差動(dòng)裝置具有殼體和輸出軸，該殼體連接到轉(zhuǎn)子部，并且輸出軸連接到相應(yīng)的絞盤(pán)滑輪。差動(dòng)裝置將自動(dòng)地保證連接到絞盤(pán)滑輪的主牽引纜索的適當(dāng)?shù)南鄬?duì)改變，以能夠?qū)︼L(fēng)箏飛行軌跡的高效且可靠的控制。
[0014]在示例性實(shí)施例中，所述絞盤(pán)滑輪相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子部的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置能夠通過(guò)具有液壓或電致動(dòng)器的設(shè)定單元而設(shè)定，所述液壓或電致動(dòng)器布置在所述轉(zhuǎn)子部和連接到所述絞盤(pán)滑輪的所述輸出軸中的一個(gè)之間，或者布置在所述轉(zhuǎn)子部和所述差動(dòng)裝置中的多個(gè)行星輪中的一個(gè)之間。替代地，所述絞盤(pán)滑輪相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子部的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置能夠通過(guò)使用具有液壓或電致動(dòng)器的制動(dòng)單元對(duì)所述絞盤(pán)滑輪中的一個(gè)或連接到該絞盤(pán)滑輪中的一個(gè)上的驅(qū)動(dòng)軸的制動(dòng)作用而設(shè)定。
[0015]在第二方面中，本發(fā)明涉及一種如上定義的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部包括分別用于所述至少兩個(gè)主牽引纜索的絞盤(pán)滑輪，并且其中，所述絞盤(pán)滑輪布置為同軸并設(shè)置用于調(diào)節(jié)所述兩個(gè)絞盤(pán)滑輪的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的設(shè)定單元。因此，可以使用設(shè)定單元控制絞盤(pán)滑輪，以便在能量收獲階段期間和在回卷階段期間控制風(fēng)箏的飛行軌跡。連接到發(fā)電機(jī)的風(fēng)箏可以是如這里公開(kāi)的實(shí)施例的一個(gè)中所描述的風(fēng)箏。
[0016]在一種實(shí)施例中，該發(fā)電機(jī)是直驅(qū)式發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子部可以設(shè)置有與定子部協(xié)作的磁體。這種直驅(qū)式發(fā)電機(jī)去除了在其它風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)中見(jiàn)到的大量部件，增加了可靠性，且減少了諸如噪音產(chǎn)生的缺點(diǎn)。
[0017]其中，絞盤(pán)滑輪中的一個(gè)固定地連接到轉(zhuǎn)子部，并且另外的所述絞盤(pán)滑輪可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子部(在另外實(shí)施例中，例如，使用軸承裝置)。此外，該設(shè)定單元可以在第一條件(可操作的，能量收獲)期間在相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的第一范圍內(nèi)可操作，并且在第二條件(回卷階段，主牽引纜索的卷入)期間在相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的第二范圍內(nèi)可操作。與第一范圍相比，第二范圍對(duì)應(yīng)于兩個(gè)主牽弓I纜索間的較大可能長(zhǎng)度差。該設(shè)定單元可以包括液壓或電致動(dòng)器。
[0018]在另外的實(shí)施例中，所述設(shè)定單元包括液壓或電致動(dòng)器，并且布置為在所述第一條件下控制所述風(fēng)箏的飛行軌跡，并在所述第二條件下回卷所述至少兩個(gè)主牽引纜索。
[0019]在替代實(shí)施例中，兩個(gè)絞盤(pán)滑輪都可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子部。此外，兩個(gè)絞盤(pán)滑輪通過(guò)機(jī)械的、液壓的或電的差動(dòng)裝置而互連。機(jī)械差動(dòng)單元包括:殼體，該殼體連接到轉(zhuǎn)子部；兩個(gè)太陽(yáng)齒輪，該兩個(gè)太陽(yáng)齒輪通過(guò)行星齒輪而在內(nèi)部嚙合，并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸而在外部連接到相應(yīng)的絞盤(pán)滑輪，并且，所述接卸差動(dòng)單元布置為反向旋轉(zhuǎn)，并且通過(guò)設(shè)定單元設(shè)定兩個(gè)絞盤(pán)滑輪的與轉(zhuǎn)子部相比的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置。在另外實(shí)施例中，設(shè)定單元包括液壓或電致動(dòng)器，該液壓或電致動(dòng)器可以設(shè)定轉(zhuǎn)子部的與驅(qū)動(dòng)軸中的一個(gè)相比或與行星齒輪中的一個(gè)相比的相對(duì)位置。這一解決方案中的設(shè)定單元僅需要克服主牽引纜索之間的力差，而不是如較早提及的實(shí)施例所需的克服全部牽引力，因此減小了動(dòng)力消耗、成本和部件尺寸。在另外的實(shí)施例中，用于機(jī)械差動(dòng)裝置的替代解決方案是可能的，例如，使用帶、鏈或纜索取代齒輪。在另外實(shí)施例中，差動(dòng)功能也可以由液壓的“泵到馬達(dá)”或電的“馬達(dá)到發(fā)電機(jī)”解決方案提供。
[0020]在另外實(shí)施例中，通過(guò)在絞盤(pán)滑輪中的一個(gè)和地面之間施加制動(dòng)力，用于設(shè)定單元的替代解決方案是可能的。當(dāng)這個(gè)制動(dòng)力被設(shè)置在足以克服主牽引纜索之間的力差時(shí)，可以用于設(shè)定兩個(gè)絞盤(pán)滑輪的與轉(zhuǎn)子部相比的相對(duì)位置。
[0021]在另外的方面中，本發(fā)明涉及用于如上定義的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)箏(或翼面)，在所述翼形本體的側(cè)部部分中還包括另外的填充孔。這允許實(shí)現(xiàn)風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的回卷階段，其中，風(fēng)箏以遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高效的方式被引回到開(kāi)始位置，這是由于與當(dāng)使用風(fēng)箏的正常流線(xiàn)型輪廓時(shí)相比，可以使用少得多的工作而在其側(cè)部向下的情況而向下拖動(dòng)風(fēng)箏。
[0022]在另外的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)空氣填充孔和另外的填充孔設(shè)置有單向閥。當(dāng)局部?jī)?nèi)部壓力高于局部外部壓力時(shí)，單向閥處于關(guān)閉位置，這保證翼形本體在能量收獲階段和在操作的回卷階段保持填充有空氣。
[0023]在另外的實(shí)施例中，風(fēng)寧還包括約束系統(tǒng)，所述約束系統(tǒng)將所述翼形本體上的多個(gè)點(diǎn)連接到所述至少兩個(gè)牽引纜索，其中，所述約束系統(tǒng)在第一條件下使所述翼形本體具有翼面形狀，并且在第二條件下具有低阻力輪廓的空氣填充的翼形本體。在這一方面，低阻力輪廓被理解為:與翼形本體的正常可操作形狀的阻力系數(shù)相比，具有較低的阻力系數(shù)的翼形本體的形狀(例如，當(dāng)向著具有相等長(zhǎng)度的主牽引纜索的地面控制單元縮回時(shí))。約束系統(tǒng)的線(xiàn)或纜索可以被布置以實(shí)現(xiàn)這種效果。在另外實(shí)施例中，所述約束系統(tǒng)包括第一部分和第二部分，所述第一部分連接到所述翼形本體的一半并且包括第一纜索引導(dǎo)件，并且，所述第二部分連接到所述翼形本體的另一半并且包括第二纜索引導(dǎo)件，所述第一和第二纜索引導(dǎo)件引導(dǎo)第一纜索在該所述第一纜索的兩個(gè)端部連接到所述翼形本體，并且所述纜索引導(dǎo)件使用第二纜索連接到所述翼形本體上的點(diǎn)。例如，這能夠定義用于正常的能量收獲操作的適當(dāng)翼面形狀和低阻力輪廓，該低阻力輪廓為，例如翼形本體的彎曲形態(tài)，諸如香蕉形狀。
[0024]在另外的實(shí)施例中，所述風(fēng)箏還包括纜索引導(dǎo)件，所述纜索引導(dǎo)件保持所述至少兩個(gè)主牽引纜索離彼此相距固定的距離。這將幫助有效地控制風(fēng)箏的飛行軌跡，并且同時(shí)，在所有操作階段期間保留翼形本體的形狀。該纜索引導(dǎo)件可以例如使用另外的纜索連接在離約束系統(tǒng)的第一纜索引導(dǎo)件為固定的長(zhǎng)度處，以保證適當(dāng)?shù)牟僮鳌?br> [0025]在另外實(shí)施例中，風(fēng)箏(或纜索引導(dǎo)件)還包括傳感器電子元件，該傳感器電子元件可以被轉(zhuǎn)接到(relay to)基于地面的站，或者該傳感器電子元件可以用于風(fēng)箏的主動(dòng)控制。而且，風(fēng)箏(或纜索引導(dǎo)件)還可以包括識(shí)別單元(諸如燈標(biāo)或類(lèi)似物)，以使風(fēng)箏對(duì)其它空運(yùn)操作者可見(jiàn)。傳感器電子元件和/或識(shí)別單元可以使用局部發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，該局部發(fā)電機(jī)例如以車(chē)載發(fā)電機(jī)(小的風(fēng)渦輪機(jī)或壓電諧振器)的形式。
[0026]在另外的方面中，地面控制單元還包括偏航致動(dòng)器系統(tǒng)，在操作期間，該偏航致動(dòng)器系統(tǒng)用來(lái)控制地面控制單元相對(duì)于所述至少兩個(gè)主牽引纜索的相對(duì)方位角。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，牽引纜索力直接作用在纜索絞盤(pán)滑輪上而不需要另外的主載荷承載弓I導(dǎo)滑輪。該偏航致動(dòng)器系統(tǒng)能將發(fā)電機(jī)放置成使纜索絞盤(pán)滑輪向著牽弓I纜索和風(fēng)箏呈定義的角度。這種解決方案避免了對(duì)另外的主載荷承載引導(dǎo)滑輪的需要，并且減小了牽引纜索的磨損和摩擦損失。此外，在卷入期間，這個(gè)系統(tǒng)用于控制牽引纜索到纜索絞盤(pán)滑輪上的位置。
[0028]在另外的實(shí)施例中，可以使用具有沿纜索絞盤(pán)滑輪的軸向方向的引導(dǎo)輥、致動(dòng)系統(tǒng)和定位傳感器的另外纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，在卷入階段期間，該另外纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)保證發(fā)電機(jī)的纜索絞盤(pán)滑輪上的兩個(gè)牽引纜索能更精確且獨(dú)立地定位。
[0029]地面控制單元還包括纜索扭曲控制系統(tǒng)，該纜索扭曲控制系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)的地面控制單元和靜止的地面之間的電力纜索連接，其中，地面控制單元的旋轉(zhuǎn)角度可以在超過(guò)至少360度的大角度上被自由調(diào)節(jié)。動(dòng)力纜索可以被布置成“螺旋形狀”以實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果。
[0030]在另外的實(shí)施例中，地面控制單元包括滑動(dòng)環(huán)組件，該滑動(dòng)環(huán)組件用于轉(zhuǎn)動(dòng)的地面控制單元和靜止的地面之間的電連接。這一解決方案消除了損壞電纜的危險(xiǎn)，并且將允許地面控制單元向著牽引纜索和風(fēng)箏自由偏航。在這種情況中，另外的牽引纜索引導(dǎo)系統(tǒng)必須用于控制牽引纜索相對(duì)于相關(guān)絞盤(pán)滑輪的水平軸線(xiàn)的位置。
[0031]在另外的實(shí)施例中，地面控制單元包括一種裝置，該裝置通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)電應(yīng)答器、識(shí)別燈光和/或其它識(shí)別或位置報(bào)告系統(tǒng)(諸如FLARM)，以保證對(duì)于空中交通的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的可見(jiàn)性和識(shí)別。
[0032]在第二方面中，本發(fā)明涉及一種如上定義的地面控制單元，其中提供一種用來(lái)自主放飛和收回風(fēng)箏的系統(tǒng)。在實(shí)施例中，它包括伸縮臂，該伸縮臂支撐風(fēng)箏支撐框架，該風(fēng)箏支撐框架具有用于牽引纜索的引導(dǎo)開(kāi)口，并且其中，該引導(dǎo)開(kāi)口的形狀結(jié)合離地面控制單元一定距離處的框架的運(yùn)動(dòng)用于在放飛和收回操作期間引導(dǎo)和穩(wěn)定約束線(xiàn)及風(fēng)箏。
[0033]在一種實(shí)施例中，放飛和收回系統(tǒng)通過(guò)繞發(fā)電機(jī)水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)可以指向牽引纜索和風(fēng)箏。
[0034]在另外的實(shí)施例中，通過(guò)以下步驟的組合可以執(zhí)行風(fēng)箏的收回操作:向著到來(lái)的風(fēng)箏移出放飛和收回支撐框架，并且卷入牽引纜索至使得風(fēng)箏的約束纜索被拉過(guò)框架中的支撐開(kāi)口，并且將風(fēng)箏約束線(xiàn)和風(fēng)箏翼面材料緊緊地俘獲/折疊到支撐框架。
[0035]在另外的實(shí)施例中，鎖定機(jī)構(gòu)安裝到支撐框架。這一解決方案可以將風(fēng)箏約束線(xiàn)和風(fēng)箏翼面材料夾緊到支撐框架，即使在地面控制單元水平向著停放位置移動(dòng)伸縮臂時(shí)來(lái)自牽引纜索的拉力被釋放。
[0036]在另外的實(shí)施例中，通過(guò)以下步驟的組合執(zhí)行風(fēng)箏的放飛操作:移出放飛和收回支撐框架，解鎖鎖定機(jī)構(gòu)，放飛包括風(fēng)箏的約束纜索的牽引纜索，從而通過(guò)支撐框架中的支撐開(kāi)口緩慢地釋放并展開(kāi)風(fēng)箏約束線(xiàn)和風(fēng)箏翼面材料。
[0037]在替代的實(shí)施例中，它包括伸縮臂，該伸縮臂支撐風(fēng)箏支撐框架，該風(fēng)箏支撐框架布置成在牽引纜索之間垂直，其中，該形狀設(shè)計(jì)為在放飛和收回操作期間將到來(lái)的風(fēng)箏支撐在風(fēng)箏的底部中線(xiàn)周?chē)?br> [0038]在另外的實(shí)施例中，風(fēng)箏的收回操作通過(guò)以下的組合被執(zhí)行:向著到來(lái)的風(fēng)箏移出放飛和收回支撐框架，并且卷入牽引纜索至使得風(fēng)箏翼面被支撐框架支撐圍繞風(fēng)箏的底部中線(xiàn)支撐風(fēng)箏翼面，并且隨后在進(jìn)一步卷入牽引纜索時(shí)，圍繞支撐框架緊緊地拉動(dòng)風(fēng)箏翼面。
[0039]在另外的實(shí)施例中，它包括支撐風(fēng)箏支撐框架和另外的支撐框架的伸縮臂，該風(fēng)箏支撐框架具有用于牽引纜索的引導(dǎo)開(kāi)口，所述另外的支撐框架布置成在牽引纜索之間垂直，其中，該形狀設(shè)計(jì)為在放飛和收回操作期間圍繞風(fēng)箏的底部中線(xiàn)支撐到來(lái)的風(fēng)箏。
[0040]在另外的實(shí)施例中，地面控制單元配備有空氣風(fēng)扇。通過(guò)沿風(fēng)箏的方向吹空氣并且通過(guò)沖壓空氣填充進(jìn)口填充風(fēng)箏翼面，這個(gè)解決方案可以支持風(fēng)箏的放飛操作。這幫助展開(kāi)風(fēng)箏翼面，并且支持從支撐框架到空氣中的風(fēng)箏的釋放，直到由風(fēng)接管。
[0041]在第三方面中，本發(fā)明涉及一種如上定義的地面控制單元，其中，直驅(qū)式發(fā)電機(jī)構(gòu)造在定子和/或轉(zhuǎn)子中使用疊層結(jié)構(gòu)，不僅是由于電磁通量的原因，而且因?yàn)槭褂茂B層結(jié)構(gòu)作為轉(zhuǎn)矩傳遞殼體。在另外的實(shí)施例中，這些疊層延伸為具有冷卻鰭片。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]下面將參考附圖，使用多個(gè)示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明更詳細(xì)地進(jìn)行討論，其中
[0043]圖1a示出風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的能量產(chǎn)生階段；
[0044]圖1b示出風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的回卷階段；
[0045]圖2a示出正常飛行中的風(fēng)箏的沖壓空氣進(jìn)口和纜索約束位置；
[0046]圖2b示出在回卷階段中的沖壓空氣進(jìn)口和纜索約束位置；
[0047]圖3a示出直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的雙滑輪系統(tǒng)；
[0048]圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的剖視圖；
[0049]圖4a示出使用多個(gè)纜索引導(dǎo)件的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施方式；
[0050]圖4b示出圖4a的實(shí)施方式中使用的纜索引導(dǎo)件的詳細(xì)剖視圖；
[0051]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的地面控制單元的剖視圖；
[0052]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的地面控制單元的側(cè)視圖；
[0053]圖7示出圖5或圖6的地面控制單元的簡(jiǎn)化的頂部視圖；
[0054]圖8a示出通過(guò)使用螺旋狀纜索布局的電力纜索連接的實(shí)施方式；
[0055]圖8b示出處于其最大扭曲位置的圖8a的類(lèi)似實(shí)施方式；
[0056]圖9a_5d示出使用地面控制單元的實(shí)施例的風(fēng)箏的收回操作；
[0057]圖10a_6d示出使用地面控制單元的實(shí)施例的風(fēng)箏的放飛操作；
[0058]圖1la示出用于風(fēng)向和風(fēng)箏位置的計(jì)算方法的實(shí)施方式；以及
[0059]圖1lb示出用于風(fēng)箏的高度的計(jì)算方法的實(shí)施方式。

【具體實(shí)施方式】
[0060]使用風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)從風(fēng)產(chǎn)生能量具有勝過(guò)其它風(fēng)能收獲技術(shù)(諸如風(fēng)輪機(jī))的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)轱L(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)可以被更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)并且更容易安裝。由于風(fēng)箏需要被周期性地回卷，該回卷需要能量，因此已知的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)具有缺點(diǎn)。
[0061]本發(fā)明尋求使風(fēng)箏穩(wěn)定并控制風(fēng)箏，特別是在回卷階段期間，并且在各種實(shí)施例中，本發(fā)明包括以下特征的一個(gè)或多個(gè):特別的風(fēng)箏或翼面設(shè)計(jì)，該特別的風(fēng)箏或翼面設(shè)計(jì)具有通過(guò)側(cè)部進(jìn)口填充的額外沖壓空氣；所有進(jìn)口上的單向空氣閥；在風(fēng)箏下面的纜索約束系統(tǒng)，該纜索約束系統(tǒng)牽拉風(fēng)箏呈受控形狀；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的雙滑輪絞盤(pán)系統(tǒng)，該雙滑輪絞盤(pán)系統(tǒng)允許一個(gè)牽引纜索相對(duì)于其它牽引纜索改變長(zhǎng)度，以在正常飛行情況中使風(fēng)箏轉(zhuǎn)向，并且允許在回卷階段期間在一個(gè)牽引纜索上拉風(fēng)箏；以及，用來(lái)產(chǎn)生電能的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)。
[0062]根據(jù)本發(fā)明，在風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部分的各種實(shí)施方式中，提供了實(shí)施方式的改進(jìn):
[0063].在回卷階段期間，風(fēng)箏或翼面通過(guò)布置在風(fēng)箏的拉動(dòng)側(cè)的額外空氣進(jìn)口填充有空氣，以在此期間維持風(fēng)箏的氣動(dòng)輪廓并避免不穩(wěn)定的動(dòng)作。
[0064]?風(fēng)箏的空氣進(jìn)口配備有單向閥，當(dāng)內(nèi)部壓力高于外部壓力時(shí)，該單向閥關(guān)閉。這允許空氣在正常飛行情況下通過(guò)前邊緣進(jìn)口填充翼面，并且在回卷情況下通過(guò)側(cè)部進(jìn)口填充。
[0065].在風(fēng)箏下面的纜索約束系統(tǒng)被制造成使得風(fēng)箏或翼面在回卷階段期間被拉動(dòng)成預(yù)定義的形狀(例如，香蕉形狀)，以在維持控制的同時(shí)使得空氣動(dòng)力學(xué)阻力最小化。
[0066].兩個(gè)主要牽引纜索被纜索引導(dǎo)件引導(dǎo)在一起，該纜索引導(dǎo)件連接到位于風(fēng)箏下面的纜索約束系統(tǒng)。
[0067].發(fā)電機(jī)上的雙滑輪絞盤(pán)系統(tǒng)主動(dòng)地控制兩個(gè)主連接纜索的長(zhǎng)度，以支持正常飛行模式中的轉(zhuǎn)向、在回卷階段期間沿風(fēng)箏的縱向方向的拉動(dòng)以及階段之間的過(guò)渡條件期間的纜索載荷控制以避免風(fēng)箏的不受控制的旋轉(zhuǎn)。
[0068]?雙滑輪絞盤(pán)系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子形成為一體，從而使得一個(gè)滑輪被固定到轉(zhuǎn)子，另一個(gè)滑輪能夠通過(guò)電致動(dòng)器而相對(duì)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0069].直驅(qū)式發(fā)電機(jī)由滑輪直接驅(qū)動(dòng)而不使用齒輪箱，以避免驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械損失并減小噪音。
[0070]圖1a和圖1b示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，該風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)包括(空氣承載的)風(fēng)箏，該風(fēng)箏具有翼面形的本體20，該翼面形的本體20通過(guò)至少兩個(gè)主牽引纜索10和11連接到陸基的發(fā)電機(jī)30。該陸基的發(fā)電機(jī)30容納有兩個(gè)絞盤(pán)滑輪32和33，該兩個(gè)絞盤(pán)滑輪32、33分別用于各個(gè)所述至少兩個(gè)主牽引纜索10、11。
[0071]在這個(gè)實(shí)施例中，陸基的發(fā)電機(jī)30是直驅(qū)式發(fā)電機(jī)，以下將參考圖3a更詳細(xì)地描述該直驅(qū)式發(fā)電機(jī)。主牽引纜索10和11由牽引纜索引導(dǎo)件29保持在一起，該牽引纜索引導(dǎo)件29以預(yù)定義的距離布置在風(fēng)箏10下方。
[0072]點(diǎn)A定義了牽引纜索引導(dǎo)件29的第一位置，點(diǎn)B定義了牽引纜索引導(dǎo)件29的第二位置。連接點(diǎn)A和B的虛線(xiàn)定義了牽引纜索引導(dǎo)件29和風(fēng)箏20的示例性飛行路徑，其中，在如在圖1a中由箭頭表示的初始的能量收獲階段中，主牽引纜索10、11在長(zhǎng)度上延伸。
[0073]風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置為用來(lái)使用地面上的發(fā)電機(jī)30通過(guò)至少兩個(gè)主牽引纜索10和11將來(lái)自空氣承載的風(fēng)箏20的牽引力和速度轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生電能。通過(guò)改變主牽引纜索10和11相對(duì)于纜索絞盤(pán)32和33的長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)風(fēng)箏的轉(zhuǎn)向，所述纜索絞盤(pán)32、33連接到發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子31。從其開(kāi)始位置A，風(fēng)箏20沿著一系列飛行位置(例如，圖1a中指示的“數(shù)字8圖案”)飛行以產(chǎn)生并向著發(fā)電機(jī)牽引纜索10和11傳遞向前的速度、牽引力和向外的(outbound)速度。當(dāng)纜索10和11達(dá)到它們的最大限定長(zhǎng)度并且風(fēng)箏到達(dá)點(diǎn)B時(shí)，能量產(chǎn)生階段結(jié)束。
[0074]圖1b示出回卷階段，其中，如向下指向的箭頭表示地，通過(guò)在一個(gè)牽引纜索10上將風(fēng)箏20拉回到開(kāi)始位置A，風(fēng)箏20被側(cè)向收回。在這個(gè)回卷階段期間，風(fēng)箏(翼形本體)20在被拉向地面時(shí)通過(guò)風(fēng)箏20的側(cè)部的額外空氣進(jìn)口保持填充有空氣(見(jiàn)下面的圖2a和2b的描述)，使得風(fēng)箏維持預(yù)定義的(空氣填充的)形狀。以這種方式，風(fēng)箏空氣動(dòng)力學(xué)阻力被最小化，同時(shí)保持良好的穩(wěn)定性和控制(在回卷和新的能量產(chǎn)生循環(huán)的開(kāi)始之間的過(guò)渡階段同樣具有這一效果)。
[0075]圖2a和2b示出如本發(fā)明的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)中使用的風(fēng)箏20的示例性實(shí)施例。風(fēng)箏20由軟質(zhì)材料制成，并且在操作期間填充有空氣，以維持氣動(dòng)翼面形狀。
[0076]在示出的實(shí)施例中，風(fēng)箏20包括布置在風(fēng)箏20的前邊緣中的兩個(gè)沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口或空氣填充孔23，以及風(fēng)箏20的一側(cè)處的一個(gè)或多個(gè)另外的沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口(另外的空氣填充孔)21。每一個(gè)沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 23都配備有單向閥24，并且另外的沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 21也配備有單向閥22。單向閥24、22可以實(shí)施為與風(fēng)箏20相同材料的翻板閥，例如，該翻板閥連接在相應(yīng)的沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 23、21附近的單個(gè)直線(xiàn)上。當(dāng)風(fēng)箏20內(nèi)的局部壓力高于風(fēng)箏20外的局部壓力時(shí)，單向閥24、22可用于封閉相關(guān)的開(kāi)口 23、21。因此，單向閥24、22是打開(kāi)還是關(guān)閉取決于風(fēng)箏20的實(shí)際姿勢(shì)和實(shí)際風(fēng)力條件。
[0077]風(fēng)箏20通過(guò)多個(gè)纜索26和27及多個(gè)纜索滑輪(或纜索引導(dǎo)件)25連接到主牽引纜索10和11，該多個(gè)纜索26、27和多個(gè)纜索滑輪25形成為如從降落傘和翼面領(lǐng)域已知的約束系統(tǒng)。如在圖2a和2b中以簡(jiǎn)化的方式示出地，該約束系統(tǒng)包括左部分和右部分。第二纜索27將纜索滑輪25a、25b以固定距離保持在風(fēng)箏20的下側(cè)。第一纜索26在兩個(gè)端部連接到風(fēng)箏20的下側(cè)，并且可以通過(guò)纜索滑輪25a、25b自由地移動(dòng)。在實(shí)際實(shí)施中，纜索26和27將作為一組纜索呈現(xiàn)，該一組纜索作為整個(gè)約束系統(tǒng)，限定風(fēng)箏20在風(fēng)中的形狀。左部分纜索滑輪25a連接到第一主牽引纜索10，并且右部分纜索滑輪25b連接到第二主牽引纜索11。
[0078]此外，纜索28將纜索滑輪25a連接到牽引纜索引導(dǎo)件29，以便將牽引纜索引導(dǎo)件29保持在風(fēng)箏20下方固定的距離。如上面參考圖1a和Ib討論的，主牽引纜索10和11延伸穿過(guò)牽引纜索引導(dǎo)件29。
[0079]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)箏20的正視圖。風(fēng)箏20除了在前邊緣中具有常規(guī)的沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 23外，還在風(fēng)箏20的側(cè)部處具有一個(gè)或多個(gè)另外的沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 21，在回卷階段期間該風(fēng)箏被朝向地面拉動(dòng)。在通常飛行情況下的能量產(chǎn)生階段期間，翼面或風(fēng)箏20通過(guò)前邊緣沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 23而填充有空氣。該空氣不能通過(guò)側(cè)部進(jìn)口逃逸，這是由于在這種情況下，單向閥22被內(nèi)部空氣壓力關(guān)閉，以維持風(fēng)箏20的氣動(dòng)輪廓。
[0080]如上面參考圖2a描述的約束系統(tǒng)將兩種力從風(fēng)箏20傳遞到主牽引纜索10、11，并且在正常飛行條件中維持風(fēng)箏20的空氣動(dòng)力學(xué)形狀。
[0081 ] 如上所述,纜索28連接在纜索滑輪25a和牽引纜索引導(dǎo)件29之間，該牽弓I纜索引導(dǎo)件29布置在風(fēng)箏約束下方一定距離，以將兩個(gè)牽引纜索10和11緊密地引導(dǎo)在一起，從而減小纜索松弛的差異并且提高風(fēng)箏的轉(zhuǎn)向能力。
[0082]圖2b示出在回卷階段期間的風(fēng)箏20的正視圖。在這個(gè)回卷階段的開(kāi)始，第二絞盤(pán)滑輪33釋放第二主牽引纜索11，使得風(fēng)箏20可以以最小的(或至少降低的)空氣動(dòng)力學(xué)阻力側(cè)向縮回。這可以通過(guò)從發(fā)電機(jī)30上的第一纜索絞盤(pán)滑輪32拉動(dòng)第一主牽引纜索10而實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)階段期間，纜索11的長(zhǎng)度由纜索絞盤(pán)滑輪33控制，以結(jié)合全部約束系統(tǒng)部件(纜索滑輪25a，25b、纜索26，27，28和牽引纜索引導(dǎo)件29)維持風(fēng)箏翼形本體20呈受控形狀。
[0083]牽引纜索10連接到纜索滑輪25a，并且通過(guò)多個(gè)纜索26、27和纜索滑輪25a將風(fēng)箏20拉成預(yù)定義的形狀，以使得翼面通過(guò)風(fēng)箏20的側(cè)部的專(zhuān)門(mén)的沖壓空氣進(jìn)口 21和打開(kāi)的單向閥22填充空氣。風(fēng)箏20內(nèi)的空氣不能通過(guò)前邊緣進(jìn)口 23逃逸，這是由于在這種情況下，單向閥24被內(nèi)部空氣壓力關(guān)閉，以維持風(fēng)箏20的氣動(dòng)輪廓。
[0084]在接近回卷階段的結(jié)尾時(shí)，主牽引纜索10的拉力將減小到最小，而主牽引纜索11的長(zhǎng)度通過(guò)第二纜索絞盤(pán)滑輪33恢復(fù)到與牽引纜索10的長(zhǎng)度相等，以使風(fēng)箏20回到其正常飛行位置。
[0085]在這個(gè)正常飛行狀態(tài)下，風(fēng)箏20的翼面通過(guò)前邊緣沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 23再次填充有空氣，而側(cè)部沖壓空氣進(jìn)口開(kāi)口 21現(xiàn)在則由于內(nèi)部空氣壓力而被單向閥22關(guān)閉。風(fēng)箏的氣動(dòng)輪廓通過(guò)多個(gè)纜索26、27和纜索滑輪25而被牽引纜索10和11維持。
[0086]在風(fēng)箏20的另外實(shí)施例中，使用風(fēng)箏的側(cè)部上的與第二主牽引纜索11的連接處相對(duì)的可展開(kāi)鰭片(fin)，能夠在回卷階段期間提供額外的穩(wěn)定性。可展開(kāi)鰭片在大多數(shù)時(shí)間期間，諸如在正常發(fā)電階段期間例如縮回，并且在回卷階段期間伸展。這可以被空氣動(dòng)力學(xué)地控制，即，當(dāng)風(fēng)箏20在回卷階段期間處于受控形狀時(shí)，鰭片自動(dòng)縮回；或者，可以使用風(fēng)箏20的部件(諸如沖壓空氣進(jìn)口 21或連接到約束系統(tǒng)的纜索)致動(dòng)或支撐。在特別的示例性實(shí)施例中，可展開(kāi)鰭片通過(guò)約束系統(tǒng)連接到第二主牽引纜索11，并且被布置成當(dāng)使風(fēng)箏20在回卷階段期間處于受控形狀時(shí)自動(dòng)縮回?？烧归_(kāi)鰭片可以通過(guò)該約束系統(tǒng)而被第二主牽引纜索11致動(dòng)，因此提供了在這個(gè)階段中從地面站使風(fēng)箏轉(zhuǎn)向的選擇。
[0087]圖3a示出本發(fā)明的陸基的發(fā)電機(jī)30的示例性實(shí)施例的橫截面。陸基的發(fā)電機(jī)30包括:第一纜索絞盤(pán)滑輪32，該第一纜索絞盤(pán)滑輪32布置為用于容納第一主牽引纜索10;以及，第二纜索絞盤(pán)滑輪33，該第二纜索絞盤(pán)滑輪33布置為用于來(lái)容納第二主牽引纜索11。第二纜索絞盤(pán)滑輪33與第一纜索絞盤(pán)滑輪32同軸地布置。
[0088]在這個(gè)實(shí)施例中，陸基的發(fā)電機(jī)30為直驅(qū)型，其中，轉(zhuǎn)子31 (例如，圖3a的實(shí)施例中的外部轉(zhuǎn)子)剛性連接到第一纜索絞盤(pán)滑輪32。定子31a(例如，圖3a的實(shí)施例中的內(nèi)部定子)是陸基的發(fā)電機(jī)30的一部分，并且布置成與轉(zhuǎn)子31同軸。第一纜索絞盤(pán)滑輪32使用軸承39連接到陸基的發(fā)電機(jī)30，以便繞由圖3a的點(diǎn)劃線(xiàn)表示的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
[0089]第二纜索絞盤(pán)滑輪33使用軸承34連接到第一纜索絞盤(pán)滑輪32，以允許第一和第二纜索絞盤(pán)滑輪32、33的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。如上所述，相對(duì)(旋轉(zhuǎn))位置控制在能量收獲階段和回卷階段控制風(fēng)箏20的飛行軌跡所需的主牽引纜索10、11的長(zhǎng)度差。
[0090]第一和第二纜索絞盤(pán)滑輪32、33的相對(duì)位置通過(guò)設(shè)定單元而控制，在如圖3a中示出的實(shí)施例中，該設(shè)定單元包括電或液壓致動(dòng)器38。致動(dòng)器38使用保持部分37固定地連接到第一纜索絞盤(pán)滑輪32。致動(dòng)器38的致動(dòng)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為第一和第二纜索絞盤(pán)滑輪32、33的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，例如使用所示的齒條和小齒輪的實(shí)施例。剛性連接到第二纜索絞盤(pán)滑輪33的壁的齒輪35與連接到致動(dòng)器38的小齒輪36協(xié)同操作(co-operating)。
[0091]在替代實(shí)施例中，如圖3b的剖視圖中所示，兩個(gè)纜索絞盤(pán)滑輪32、33可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子部31。轉(zhuǎn)子部31使用軸承57連接到陸基的發(fā)電機(jī)30，以便于繞由圖3b的點(diǎn)線(xiàn)表示的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。纜索絞盤(pán)滑輪32、33通過(guò)機(jī)械差動(dòng)裝置50互連，該機(jī)械差動(dòng)裝置50包括:外殼51，該外殼51連接到轉(zhuǎn)子部31 ;兩個(gè)太陽(yáng)齒輪，該兩個(gè)太陽(yáng)齒輪通過(guò)行星齒輪54而在內(nèi)部嚙合，并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸或輸出軸52、53而在外部連接到相應(yīng)的絞盤(pán)滑輪32、33。第一和第二纜索絞盤(pán)滑輪32、33相對(duì)于轉(zhuǎn)子部31的相對(duì)位置由差動(dòng)裝置50和設(shè)定單元控制。設(shè)定單元包括電或液壓致動(dòng)器，該電或液壓致動(dòng)器可以設(shè)定轉(zhuǎn)子部31的相比于驅(qū)動(dòng)軸52、53中的一個(gè)或相比于行星齒輪的中的一個(gè)的相對(duì)位置。在示出的實(shí)施例中，設(shè)定單元實(shí)施為馬達(dá)/制動(dòng)單元55。在該解決方案中，設(shè)定單元僅需要克服主牽引纜索10、11之間的力差，而不是如較早提及的實(shí)施例需要克服的全部牽引力。這減小動(dòng)力消耗、成本和部件尺寸。在另外的實(shí)施例中，用于機(jī)械差動(dòng)裝置的替代解決方案是可能的，例如，使用帶、鏈或纜索取代齒輪。在另外實(shí)施例中，差動(dòng)功能也可以由液壓的“泵到馬達(dá)”或電的“馬達(dá)到發(fā)電機(jī)”解決方案提供。在另外實(shí)施例中，通過(guò)在絞盤(pán)滑輪中的一個(gè)和地面之間施加制動(dòng)力(例如，使用馬達(dá)/制動(dòng)單元55)，用作設(shè)定單元的替代解決方案是可能的。當(dāng)被設(shè)置為足以克服主牽引纜索之間的力差的水平時(shí)，這個(gè)制動(dòng)力可以用于設(shè)定兩個(gè)絞盤(pán)滑輪的與轉(zhuǎn)子部相比的相對(duì)位置。
[0092]此外，在圖3b中示出的實(shí)施例中，絞盤(pán)滑輪32、33分別使用另外的齒輪箱56可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子部31。這也允許進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，特別是發(fā)電機(jī)部件的尺寸和能力(諸如轉(zhuǎn)子31和定子31a)。
[0093]在一個(gè)實(shí)施例中，直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的定子31a和/或轉(zhuǎn)子31 (或至少其活性材料部分)由連接在一起的片材制成，使得定子31a和轉(zhuǎn)子31通過(guò)堆疊層合部件而形成。層合部件形成了轉(zhuǎn)矩傳遞外殼和用于轉(zhuǎn)子31和/或定子31a的活性材料。層合部件是取向?yàn)榇怪庇诙ㄗ?1a和轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的適當(dāng)材料的片材。在另外實(shí)施例中，層合的定子31a和層合的轉(zhuǎn)子31設(shè)置有冷卻鰭片。使用這種結(jié)構(gòu)，在直驅(qū)式發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子和/或定子部中可以具有非常高效的磁通引導(dǎo)，并且可以提供轉(zhuǎn)子和/或定子部的很好結(jié)構(gòu)構(gòu)建，以允許高效的轉(zhuǎn)矩和力的傳遞。需要注意的是，發(fā)電機(jī)的這種構(gòu)造也可以用于其它風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，該風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立于根據(jù)上述實(shí)施例中的一個(gè)的風(fēng)箏。
[0094]圖4a示出使用多個(gè)纜索引導(dǎo)件41的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例，并且圖4b示出這種纜索引導(dǎo)件41的詳細(xì)的剖視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，該風(fēng)箏還包括一個(gè)或多個(gè)纜索引導(dǎo)件41，該纜索引導(dǎo)件41具有在主牽引纜索10、11中的一個(gè)上操作的鎖定機(jī)構(gòu)44-46。該一個(gè)或多個(gè)纜索引導(dǎo)件41具有主體42和用于主牽引纜索10、11的兩個(gè)孔43，并且，例如沿著主牽引纜索10、11以規(guī)則的間隔而布置。纜索引導(dǎo)件41用于將主牽引纜索10、11保持在彼此附近，并且任選地，對(duì)于其它空中交通而言，該纜索引導(dǎo)件41也可以用于增加主牽引纜索10、11的可見(jiàn)性。當(dāng)釋放風(fēng)箏20時(shí)(即，當(dāng)放飛主牽引纜索10、11時(shí))，纜索引導(dǎo)件41可以在地面控制單元處或附近以受控制的方式而被釋放。
[0095]主體42設(shè)置有鎖定機(jī)構(gòu)44-46，在操作中，該鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)其中一個(gè)主牽引纜索10操作。鎖定機(jī)構(gòu)44-46例如包括彈簧44，該彈簧44作用在纜索鎖45上，該纜索鎖45與主體42中的適當(dāng)?shù)谋砻鎱f(xié)作。此外，設(shè)置解鎖銷(xiāo)46，該解鎖銷(xiāo)46在纜索引導(dǎo)件的與地面控制單元的相對(duì)的側(cè)部上延伸，并且與纜索鎖45接觸。當(dāng)卷入風(fēng)箏20時(shí)，通過(guò)在地面控制單元(例如，較低布置的纜索引導(dǎo)件41)附近的適當(dāng)控制可以致動(dòng)解鎖銷(xiāo)46。
[0096]通常，本發(fā)明可以被看作體現(xiàn)在與該系統(tǒng)的風(fēng)箏20部分有關(guān)的特征中，或者體現(xiàn)在與整個(gè)風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)有關(guān)的特征中。這些實(shí)施例在權(quán)利要求中被概括描述。
[0097]本發(fā)明實(shí)施例是使用風(fēng)箏20來(lái)收獲風(fēng)能量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一部分或多個(gè)部分。風(fēng)箏20被控制以飛行某種圖案，并且連接到風(fēng)箏20的纜索的力和速度轉(zhuǎn)化為電能。在本發(fā)明實(shí)施例中，所用的風(fēng)箏20是翼面類(lèi)型的風(fēng)箏，在操作中，該翼面類(lèi)型的風(fēng)箏填充有空氣，并且與多個(gè)約束纜索6連接，以給風(fēng)箏以翼面形狀。
[0098]通常，如圖5的實(shí)施例中示出的地面控制單元I可以被描述為包括以下部件:
[0099]發(fā)電機(jī)30，其中，該發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子部30a、31包括分別用于可連接到風(fēng)箏20的各個(gè)至少兩個(gè)主牽弓丨纜索10、11的絞盤(pán)滑輪32、33，該絞盤(pán)滑輪32、33被布置成同軸，并且其中，地面控制單元I還包括偏航致動(dòng)系統(tǒng)18，在操作期間，該偏航致動(dòng)系統(tǒng)18用來(lái)控制地面控制單元I相對(duì)于所述至少兩個(gè)主牽引纜索10、11的相對(duì)方位角18e。
[0100]圖5示出用于發(fā)電風(fēng)箏系統(tǒng)的(自主)地面控制單元I的實(shí)施例的剖視圖。兩個(gè)主牽引纜索10、11在第一端部連接到風(fēng)箏20(見(jiàn)圖6)，并且在第二端部連接到相應(yīng)的纜索絞盤(pán)滑輪32、33。風(fēng)箏20通過(guò)被稱(chēng)為“約束線(xiàn)”的多個(gè)纜索6連接到牽引纜索10、11 (為了簡(jiǎn)化，在圖6和其它附圖中，僅僅表示出兩個(gè)最外側(cè)的約束線(xiàn)6)。
[0101]纜索絞盤(pán)滑輪32、33是直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部30a、31的一部分。轉(zhuǎn)子部30a、31通過(guò)軸承39旋轉(zhuǎn)地連接到直驅(qū)式發(fā)電機(jī)30的定子部31a、30d。纜索絞盤(pán)滑輪32剛性地連接到轉(zhuǎn)子部30a或其一部分上，并且纜索絞盤(pán)滑輪33旋轉(zhuǎn)地連接到滑輪致動(dòng)器系統(tǒng)并通過(guò)另外的軸承34旋轉(zhuǎn)地連接到纜索絞盤(pán)滑輪32。在示出的實(shí)施例中，致動(dòng)器系統(tǒng)包括液壓或電致動(dòng)器37、小齒輪36和齒輪35，該齒輪35剛性連接到纜索絞盤(pán)33的壁上。這允許纜索絞盤(pán)滑輪33相對(duì)于另一纜索絞盤(pán)滑輪32的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0102]地面控制單元I被設(shè)計(jì)為通過(guò)偏航軸承17的方式相對(duì)于地面繞豎直軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述偏航軸承17在地面控制單元I的內(nèi)側(cè)17b剛性連接到地面。外側(cè)17a通過(guò)支撐腿30f剛性連接到定子30d。
[0103]偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18被設(shè)計(jì)為相對(duì)于牽引纜索10、11繞豎直軸線(xiàn)向著希望的方位角旋轉(zhuǎn)地面控制單元I。偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18例如包括偏航致動(dòng)器18C、偏航致動(dòng)器齒輪18b以及齒條和小齒輪傳動(dòng)裝置18a，以用于外側(cè)17a和內(nèi)側(cè)17b的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0104]地面控制單元I通過(guò)纜索扭曲控制系統(tǒng)120或滑動(dòng)環(huán)組件121電連接到地面(例如，電連接到地面控制單元I外部的動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或動(dòng)力電子設(shè)備124，見(jiàn)下面的圖6的描述)。在一種實(shí)施例中，纜索扭曲控制系統(tǒng)120或滑動(dòng)環(huán)組件121能夠在超過(guò)360°的方位角范圍中轉(zhuǎn)動(dòng)地面控制單元I。在一種實(shí)施例中，纜索扭曲控制系統(tǒng)120包括電力纜索，該電力纜索具有段120a-120d，其中一個(gè)段是柔性部分120c，該柔性部分120c通過(guò)使電力纜索的一部分扭曲、卷曲或盤(pán)繞，以允許旋轉(zhuǎn)柔度(例如，大于360° )達(dá)到繞豎直軸線(xiàn)的預(yù)定義的最大角度。在另一種實(shí)施例中，滑動(dòng)環(huán)組件121能使發(fā)電機(jī)30電連接到外部動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)124，并且允許繞豎直軸線(xiàn)完全旋轉(zhuǎn)的自由度，因此避免損壞電纜的可能。這將在下面參考圖8a和圖8b更詳細(xì)地說(shuō)明。
[0105]圖5的實(shí)施例中示出的轉(zhuǎn)子滑動(dòng)環(huán)組件19保證了發(fā)電機(jī)30的旋轉(zhuǎn)部分30a、31、31a、30d之間的電連接，例如，以便激勵(lì)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈31且/或以便控制滑輪致動(dòng)器系統(tǒng)35-37。
[0106]通過(guò)使用滑輪致動(dòng)器系統(tǒng)35-37單獨(dú)地改變牽引纜索10、11的長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)風(fēng)箏20的實(shí)際轉(zhuǎn)向，所述滑輪致動(dòng)器系統(tǒng)35-37構(gòu)造為相對(duì)于纜索絞盤(pán)滑輪32轉(zhuǎn)動(dòng)纜索絞盤(pán)滑輪33。
[0107]在一種實(shí)施例中，通過(guò)主動(dòng)控制地面控制單元I與牽引纜索10、11之間的方位角，以將牽引纜索10、11有序纏繞到纜索絞盤(pán)滑輪32、33上。
[0108]在另外的實(shí)施例中，通過(guò)任選的纜索引導(dǎo)系統(tǒng)123而實(shí)現(xiàn)牽引纜索10、11相對(duì)于纜索絞盤(pán)滑輪32、33的外表面的軸向運(yùn)動(dòng)，其中，任選的纜索引導(dǎo)系統(tǒng)123可以用于增加纏繞精度。
[0109]在圖5的實(shí)施例中，示出了用于各個(gè)牽引纜索的任選的纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)123的元件。該元件包括用于主牽引纜索10、11的引導(dǎo)輥123a、具有心軸123b的引導(dǎo)軸、軸支撐件123c、心軸齒輪123d、致動(dòng)器齒輪123e和致動(dòng)器馬達(dá)123f。當(dāng)被激活時(shí)，致動(dòng)器馬達(dá)123f轉(zhuǎn)動(dòng)心軸齒輪123d，導(dǎo)致心軸123b的線(xiàn)性位移，從而使引導(dǎo)輥123a相對(duì)于相應(yīng)的纜索絞盤(pán)滑輪32、33向著希望的位置移動(dòng)。纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的元件123a-123f可以通過(guò)引導(dǎo)框架122連接到地面控制單元I。
[0110]在另外的實(shí)施例中，使用偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18控制牽引纜索10、11從纜索絞盤(pán)滑輪32,33上松開(kāi)，通過(guò)這種方式牽引纜索10、11可以自由運(yùn)動(dòng)，以便在產(chǎn)生電力時(shí)使摩擦損失最小化。在替代實(shí)施例中，任選的纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)123用于使主牽引纜索10、11相對(duì)于絞盤(pán)滑輪定位，以使得偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18可以以自由的操作模式而被操作。然后，通過(guò)主牽引纜索10、11上的拉力使地面控制單元在操作期間轉(zhuǎn)為朝向風(fēng)箏，而不主動(dòng)使用偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18。
[0111]在又一實(shí)施例中，當(dāng)超過(guò)繞豎直軸線(xiàn)的最大偏航角度時(shí)，偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18控制偏航角度回到限定的工作范圍中，以避免主牽引纜索10、11的損壞。
[0112]圖6示出地面控制單元I的另外實(shí)施例的側(cè)視圖，所述地面控制單元I包括用來(lái)放飛和收回風(fēng)箏20的系統(tǒng)。放飛和收回系統(tǒng)連接到纜索絞盤(pán)滑輪32、33并且在另外的實(shí)施例中能夠旋轉(zhuǎn)到具有仰角。這使得能夠控制放飛和收回系統(tǒng)相對(duì)于主牽引纜索10、11的位置。在一種特別實(shí)施例中，仰角控制單元被設(shè)置為使放飛和收回系統(tǒng)對(duì)齊于牽引纜索10、11的方向，例如，通過(guò)使支撐框架128相對(duì)于定子30d以仰角旋轉(zhuǎn)。
[0113]在實(shí)際實(shí)施的實(shí)施例中，放飛和收回系統(tǒng)包括伸縮臂127，該伸縮臂127支撐風(fēng)箏支撐框架128，該風(fēng)箏支撐框架128設(shè)置有分別用于各個(gè)主牽引纜索10、11的引導(dǎo)孔129。液壓或電致動(dòng)器126構(gòu)造為用來(lái)在延伸位置和縮回位置之間改變伸縮臂127的長(zhǎng)度。伸縮臂127在一側(cè)上連接到例如地面控制單元I的外側(cè)17a。
[0114]各個(gè)主牽引纜索10、11(包括風(fēng)箏20的約束線(xiàn)6)被引導(dǎo)通過(guò)風(fēng)箏支撐框架128。在放飛和收回操作期間，風(fēng)箏支撐框架128和引導(dǎo)孔129的形狀結(jié)合支撐框架128的伸縮運(yùn)動(dòng)用于引導(dǎo)并穩(wěn)定約束線(xiàn)6和風(fēng)箏20。這在下面參考圖9a-9d和圖1Oa-1Od更詳細(xì)地說(shuō)明。需要注意的是，地面控制單元的這種構(gòu)造也可以用于獨(dú)立于偏航致動(dòng)器系統(tǒng)的存在的其它風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)。
[0115]在另外實(shí)施例中，地面控制單元I上設(shè)置有無(wú)線(xiàn)電應(yīng)答器132，以保證可見(jiàn)性并且向風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)附近的空中交通提供發(fā)電風(fēng)箏系統(tǒng)的識(shí)別信號(hào)。除了無(wú)線(xiàn)電應(yīng)答器132外或結(jié)合無(wú)線(xiàn)電應(yīng)答器132，還可以使用替代的可見(jiàn)性和/或警報(bào)系統(tǒng)，諸如防碰撞照明或FLARM系統(tǒng)。
[0116]直驅(qū)式發(fā)電機(jī)30連接到動(dòng)力電子設(shè)備124，以便將電力輸送到公用電網(wǎng)。此外，還設(shè)置有控制電子設(shè)備125以用來(lái)控制地面控制單元I中的各種致動(dòng)器和傳感器系統(tǒng)。如圖6所不，在一種實(shí)施例中，設(shè)置有用于動(dòng)力電子設(shè)備124的電氣柜和用于控制電子設(shè)備125的電氣柜作為分離的元件，病布置在地面控制單元I的外部(一定距離處)。在替代實(shí)施例中，控制電子設(shè)備125和/或動(dòng)力電子設(shè)備124集成在地面控制單元I自身中。
[0117]圖7示出具有主定位系統(tǒng)特性以用于將牽引纜索10、11纏繞到纜索絞盤(pán)滑輪32、33上的地面控制單元I的實(shí)施例的頂視圖。如較早提及的，纜索絞盤(pán)滑輪32、33連接到發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子30a、31，該轉(zhuǎn)子30a、31可以通過(guò)偏航軸承17相對(duì)于地面繞豎直軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18控制(如圖7中的點(diǎn)劃線(xiàn)表示的)地面上的固定位置18d與(由點(diǎn)劃線(xiàn)表示為定子部30d的軸線(xiàn)的)地面控制單元I的角位置之間的相對(duì)方位角18e。
[0118]偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18還構(gòu)造為主動(dòng)地控制纜索絞盤(pán)滑輪32、33的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與牽引纜索10、11之間的方位角18f、18g。角度18f、18g被保持為小于90度的一定值，以便如從這個(gè)頂視圖所示的從右到左的方式纏繞牽引纜索10、11。相反地，當(dāng)角度18f、18g大于90度時(shí)，牽引纜索10、11以從左到右的方式纏繞。牽引纜索10、11相對(duì)于纜索絞盤(pán)滑輪32、33的位置由位置傳感器123g測(cè)量，該位置傳感器123g監(jiān)視著牽引纜索10、11的適當(dāng)纏繞，以使纜索磨損和摩擦損失最小化。
[0119]圖8a示出電力纜索120的實(shí)施例，該電力纜索120在一個(gè)端部以段120a_120c設(shè)置在地面控制單元I內(nèi)，并且在另一端部通過(guò)地線(xiàn)120d連接到動(dòng)力電子設(shè)備124。纜索的一部分表示為纜索臂120b，并且纜索的另一部分表示為纜索螺旋線(xiàn)120c。這種示例性實(shí)施例使得具有繞豎直軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)柔度而不損壞動(dòng)力纜索120a，即使地面控制單元I超過(guò)大于360°的方位角運(yùn)動(dòng)。在接近零的開(kāi)始角度18e，纜索螺旋線(xiàn)120c緊緊地纏繞在從旋轉(zhuǎn)的中心點(diǎn)測(cè)量的外半徑上。當(dāng)偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18被激活時(shí)，地面控制單元I以扭曲角度18e轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，纜索臂120b使動(dòng)力纜索120a向內(nèi)螺旋，以形成纜索螺旋線(xiàn)120c。
[0120]圖8b示出當(dāng)獲得最大扭曲角度時(shí)電力纜索120a的情況，此時(shí)纜索螺旋線(xiàn)120c緊緊地纏繞旋轉(zhuǎn)的中心點(diǎn)。偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18構(gòu)造為用于控制地面控制單元I偏航角度回到工作范圍，以避免損壞動(dòng)力纜索120a。
[0121]圖9a-圖9d示出使用參考圖6描述的放飛和收回系統(tǒng)向著地面控制單元I完全自動(dòng)化地收回風(fēng)箏20的各個(gè)步驟的示例性實(shí)施例。一般而言，地面控制單元I設(shè)置為同步地控制絞盤(pán)滑輪32、33與放飛和收回系統(tǒng)126-129，以放飛或收回風(fēng)箏20。通過(guò)以下步驟的組合執(zhí)行風(fēng)箏20的收回操作:向著到來(lái)的風(fēng)箏20移出放飛和收回支撐框架128，并且卷入牽引纜索10、11至使得風(fēng)箏20的約束纜索6被拉過(guò)風(fēng)箏支撐框架128中的引導(dǎo)孔129，并且將風(fēng)箏約束線(xiàn)6和風(fēng)箏翼面材料20緊緊地俘獲/折疊到風(fēng)箏支撐框架128。
[0122]在替代實(shí)施例中，風(fēng)箏支撐框架128布置成在牽引纜索10、11之間為垂直的，以在放飛和收回操作期間，圍繞風(fēng)箏20的底部中線(xiàn)支撐到來(lái)的風(fēng)箏20。在這種情況中，通過(guò)以下步驟的組合執(zhí)行風(fēng)箏20的收回操作:向著到來(lái)的風(fēng)箏20移出放飛和收回支撐框架128，并且卷入牽引纜索10、11至使得支撐框架支撐圍繞風(fēng)箏的底部中線(xiàn)支撐風(fēng)箏翼面，并且隨后在進(jìn)一步卷入牽引纜索10、11時(shí)，圍繞支撐框架緊緊地拉風(fēng)箏翼面。
[0123]在另外替代實(shí)施例中(也見(jiàn)圖3b)，伸縮臂127及(具有引導(dǎo)孔129的)放飛和收回支撐框架128可以彼此獨(dú)立地延伸，并且伸縮臂127可以設(shè)置為具有另外的凸緣以便于支撐風(fēng)箏20。伸縮臂127的另外凸緣可以延伸超過(guò)放飛和收回支撐框架128的平面，以在放飛期間允許從放飛和收回支撐框架128推出風(fēng)箏20。然后，在收回期間，延伸的伸縮臂127可以用于首先抓住風(fēng)箏20，并且將它包在伸縮臂127上。
[0124]圖9a示出伸縮臂127完全延伸的地面控制單元I的構(gòu)造，作為收回風(fēng)箏20的第一步。在這個(gè)實(shí)施例中，纜索絞盤(pán)滑輪32、33被控制為將牽引纜索10、11纏繞到纜索絞盤(pán)滑輪32、33上，直到牽引纜索引導(dǎo)件29達(dá)到支撐框架128的開(kāi)口 129。
[0125]圖9b示出進(jìn)一步中的構(gòu)造，其中，約束線(xiàn)6被牽引纜索10、11拉動(dòng)通過(guò)支撐開(kāi)口129。支撐開(kāi)口 129構(gòu)造為(例如，具有平滑的邊緣)將約束線(xiàn)6合攏到一起。類(lèi)似地，由于約束線(xiàn)6通過(guò)支撐開(kāi)口 129的壓縮，風(fēng)箏翼面材料也被折疊在一起。
[0126]圖9c示出隨后步驟中的構(gòu)造，其中，約束線(xiàn)6完全被支撐開(kāi)口 129合攏到一起，并且將折疊的風(fēng)箏翼面材料拉在支撐框架128上。在這個(gè)實(shí)施例中，鎖定或夾緊機(jī)構(gòu)130用于將收集的約束線(xiàn)6夾緊到支撐框架128。當(dāng)伸縮臂127縮回并且牽引纜索10、11放松張力時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)130保持風(fēng)箏翼面材料被拉在支撐框架128上。
[0127]圖9d示出回到停放位置中的完全縮回的伸縮臂127的構(gòu)造，該完全縮回的伸縮臂127支撐著具有折疊的約束線(xiàn)6和放氣的風(fēng)箏20的支撐框架128?，F(xiàn)在，被捕獲的約束線(xiàn)6和風(fēng)箏翼面材料20可以被存放在地平面上?，F(xiàn)在，風(fēng)箏20及其部件以有序的方式縮回，這使風(fēng)箏20后續(xù)能夠容易且可控制地放飛。
[0128]圖1Oa-圖1Od示出與用于風(fēng)箏20的完全自動(dòng)放飛的各種步驟關(guān)聯(lián)的構(gòu)造。一般而言，通過(guò)以下步驟的組合執(zhí)行風(fēng)箏20的放飛操作:移出放飛和收回支撐框架128，解鎖夾緊機(jī)構(gòu)130，放飛包括風(fēng)箏20的約束纜索6的牽引纜索10、11，從而通過(guò)支撐框架128中的引導(dǎo)孔129緩慢地釋放并展開(kāi)風(fēng)箏約束線(xiàn)6和風(fēng)箏翼面材料20。
[0129]圖1Oa示出圖9d的完全縮回的構(gòu)造之后的構(gòu)造。伸縮臂127將支撐框架128從停放位置延伸到放飛位置。在這個(gè)位置，支撐框架128的鎖定機(jī)構(gòu)130被釋放。
[0130]圖1Ob示出通過(guò)緩慢解開(kāi)牽引纜索10、11及周?chē)娘L(fēng)而充氣的(翼面)風(fēng)箏20的構(gòu)造。需要注意的是，支撐框架128具有充分的開(kāi)口面以使風(fēng)通過(guò)，但也充分堅(jiān)固，以充當(dāng)未充氣的風(fēng)箏20的支撐件。
[0131]另外地或可選地，來(lái)自諸如(電)風(fēng)扇131的氣流發(fā)生器的強(qiáng)制空氣可以用于通過(guò)前邊緣的進(jìn)氣口而填充風(fēng)箏5。風(fēng)扇131沿風(fēng)箏20的方向吹空氣，從而通過(guò)沖壓空氣填充進(jìn)口填充風(fēng)箏翼面，并且從而支撐風(fēng)箏20的展開(kāi)，并且支撐風(fēng)箏5從支撐框架128釋放到空氣中，直到被風(fēng)接管。電風(fēng)扇131可以被布置成靠近地面控制單元I或與地面控制單元I形成一體。在操作期間，電風(fēng)扇131也可以用于向發(fā)電機(jī)30提供冷卻空氣。
[0132]圖1Oc示出完全展開(kāi)的/充氣的空氣承載的風(fēng)箏20的構(gòu)造，其中，展開(kāi)的約束線(xiàn)6和牽引纜索引導(dǎo)件29已經(jīng)穿過(guò)支撐框架128的支撐開(kāi)口 129。
[0133]然后，圖1Od示出伸縮臂127再次完全縮回并將支撐框架128保持在停放位置中的構(gòu)造?，F(xiàn)在，發(fā)電風(fēng)箏系統(tǒng)完全可用于收獲風(fēng)能。
[0134]需要注意的是，在放飛和收回階段期間，偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18對(duì)于保持地面控制單元I與周?chē)L(fēng)向?qū)R也是可用的，以使風(fēng)箏20的受控制且高效地放飛或收回。
[0135]圖1la示出處理單元125的實(shí)施例，該處理單元125形成地面控制單元I的控制電子設(shè)備125或作為其一部分。在這個(gè)實(shí)施例中，控制電子設(shè)備125布置為使用主牽引纜索10、11中(來(lái)自力傳感器124)的牽引力和偏航角度18e確定(平均)風(fēng)方向。偏航角度18e可以使用角度傳感器(未示出)測(cè)量，或者可以從偏航致動(dòng)器系統(tǒng)18得到。然后，得到的代表風(fēng)向的控制信號(hào)可以用作控制信號(hào)，例如，以使用致動(dòng)器系統(tǒng)35-37控制纜索絞盤(pán)滑輪32、33的相對(duì)位置，以控制風(fēng)箏軌跡20。在特別的實(shí)施例中，地面控制單元I包括處理單元125和用來(lái)測(cè)量相對(duì)方位角(18e)的方位位置傳感器，所述處理單元125連接到力傳感器134，力傳感器134測(cè)量主牽引纜索10、11施加在地面控制單元I上的力。然后，通過(guò)分析與偏航角度相關(guān)的牽引纜索力信息而確定風(fēng)向信息，以消除對(duì)單獨(dú)的風(fēng)向傳感器的需要。
[0136]圖1lb示出處理單元125的另一種實(shí)施例，該處理單元125形成地面控制單元I的控制電子設(shè)備125或作為其一部分。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算模型確定風(fēng)箏20的高度信息，該計(jì)算模型使用以下信息作為輸入:牽引纜索10、11的自由長(zhǎng)度L，牽引纜索10、11的仰角(兩者均由組合的傳感器133確定)，以及主牽引纜索10、11中的牽引力。自由長(zhǎng)度L和仰角由組合的角度和纜索長(zhǎng)度傳感器133測(cè)量，牽引纜索的力由力傳感器134測(cè)量。在特別的實(shí)施例中，處理單元125連接到纜索長(zhǎng)度傳感器133、牽引纜索仰角傳感器133，并連接到用于測(cè)量主牽引纜索施加在地面控制單元I上的力的力傳感器134，以便確定風(fēng)箏的高度。這個(gè)實(shí)施例以及圖1la中示出的實(shí)施例可以避免GPS傳感器的使用和對(duì)到風(fēng)箏20的(如現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)中使用的)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈接的需要。
[0137]當(dāng)然，參考圖1la和圖1lb描述的實(shí)施例可以與另外的傳感器或控制算法組合或被增強(qiáng)。
[0138]以上參照附圖所示的多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。其中，一些部分或元件實(shí)施為被修改和替代是可能的，并且被包括在如所附權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍中。
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)寧動(dòng)力系統(tǒng)，包括: 具有發(fā)電機(jī)(30)的地面控制單元、以及通過(guò)至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)連接到所述發(fā)電機(jī)(30)的風(fēng)箏， 其中，所述發(fā)電機(jī)(30)的轉(zhuǎn)子部(31)包括用于所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)中的每個(gè)的絞盤(pán)滑輪(32，33)，并且 其中，各個(gè)所述絞盤(pán)滑輪(32，33)間接地機(jī)械連接到所述發(fā)電機(jī)(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)， 其中，各個(gè)所述絞盤(pán)滑輪(32，33)可旋轉(zhuǎn)地連接到所述轉(zhuǎn)子部(31)，并且通過(guò)差動(dòng)裝置(50)相互連接，所述差動(dòng)裝置(50)具有殼體(51)和輸出軸(52，53)，所述殼體(51)連接到所述轉(zhuǎn)子部(31)，并且所述輸出軸(52，53)連接到相應(yīng)的所述絞盤(pán)滑輪(32，33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)， 其中，所述絞盤(pán)滑輪(32，33)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子部(31)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置能夠通過(guò)具有液壓或電致動(dòng)器的設(shè)定單元而設(shè)定，所述液壓或電致動(dòng)器布置在所述轉(zhuǎn)子部(31)和連接到所述絞盤(pán)滑輪(31，32)的所述輸出軸中的一個(gè)之間，或者布置在所述轉(zhuǎn)子部(31)和所述差動(dòng)裝置中的多個(gè)行星輪中的一個(gè)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)， 其中，所述絞盤(pán)滑輪(32，33)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子部(31)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置能夠通過(guò)使用具有液壓或電致動(dòng)器的制動(dòng)單元對(duì)所述絞盤(pán)滑輪(32，33)中的一個(gè)或連接到所述絞盤(pán)滑輪(32，33)中的一個(gè)上的驅(qū)動(dòng)軸的制動(dòng)作用而設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)滑輪(32，33)布置為同軸并設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述兩個(gè)絞盤(pán)滑輪(32，33)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的設(shè)定單元(35-38)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)(30)是直驅(qū)式發(fā)電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)滑輪(32)中的一個(gè)固定地連接到所述轉(zhuǎn)子部(31)，并且另外的所述絞盤(pán)滑輪(33)可旋轉(zhuǎn)地連接到所述轉(zhuǎn)子部(31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定單元(35-38)在第一條件期間在相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的第一范圍內(nèi)能夠操作，且在第二條件期間在相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的第二范圍內(nèi)能夠操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定單元包括液壓或電致動(dòng)器(38)，并且布置為在所述第一條件下控制所述風(fēng)箏(20)的飛行軌跡，并在所述第二條件下回卷所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)(30)包括轉(zhuǎn)子部(31)和定子部(31a)，其中所述轉(zhuǎn)子部(31)和/或定子部(31a)包括層合部件，所述層合部件形成轉(zhuǎn)矩傳遞殼體和活性材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述層合部件設(shè)置有冷卻鰭片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，還包括風(fēng)箏，所述風(fēng)箏包括翼形本體(20)，在所述翼形本體(20)的前邊緣部分具有一個(gè)或多個(gè)空氣填充孔(23)， 以及連接到所述翼形本體(20)的至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)， 在所述翼形本體(20)的側(cè)部部分還包括另外的填充孔(21)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)空氣填充孔(23)和所述另外的填充孔(21)設(shè)置有單向閥(24，22)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏還包括約束系統(tǒng)(25，26，27)，所述約束系統(tǒng)將所述翼形本體(20)上的多個(gè)點(diǎn)連接到所述至少兩個(gè)牽引纜索(10，11)，其中，所述約束系統(tǒng)在第一條件下使所述翼形本體(20)具有翼面形狀，并且在第二條件下形成具有低阻力輪廓的空氣填充的翼形本體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述約束系統(tǒng)包括第一部分和第二部分， 所述第一部分連接到所述翼形本體(20)的一半并且包括第一纜索引導(dǎo)件(25a)，并且，所述第二部分連接到所述翼形本體(20)的另一半并且包括第二纜索引導(dǎo)件(25b)， 所述第一和第二纜索引導(dǎo)件(25a, 25b)引導(dǎo)第一纜索(26),該第一纜索(26)的兩個(gè)端部連接到所述翼形本體，并且所述纜索引導(dǎo)件(25a)通過(guò)第二纜索(27)連接到所述翼形本體(20)上的點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述低阻力輪廓為所述翼形本體(20)的彎曲形態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏還包括牽引纜索引導(dǎo)件(29)，所述牽引纜索引導(dǎo)件(29)保持所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)彼此相距固定的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏(20)還包括位于所述風(fēng)箏(20)的與所述第二主牽引纜索(11)的連接處相對(duì)的側(cè)部上的可展開(kāi)鰭片，所述可展開(kāi)翼片設(shè)置為在回卷階段期間伸展。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-18中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏還包括傳感器電子元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-19中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏還包括識(shí)別單元。
21.根據(jù)權(quán)利要求12-20中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)纜索引導(dǎo)件(41)，所述纜索引導(dǎo)件(41)具有能夠在所述主牽引纜索(10，11)中的一個(gè)上操作的鎖定機(jī)構(gòu)(44-46)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述絞盤(pán)滑輪(32，33)布置為同軸，并且，其中，所述地面控制單元(I)還包括用于在操作期間控制所述地面控制單元(I)相對(duì)于所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)的相對(duì)方位角(18e)的偏航致動(dòng)器系統(tǒng)(18)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)的所述發(fā)電機(jī)(30)能夠連接到所述地面控制單元(I)外部的動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(124)，并且所述地面控制單元(I)在大于360。的方位角范圍內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，包括連接到所述發(fā)電機(jī)(30)的具有扭曲部分的電力纜索。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，包括用于電連接到所述發(fā)電機(jī)(30)的滑動(dòng)環(huán)組件(121)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22-25中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)還包括用于相對(duì)于對(duì)應(yīng)的所述絞盤(pán)滑輪(32，33)軸向定位所述至少兩個(gè)主牽引纜索(10，11)的纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)(123)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)設(shè)置為控制所述纜索引導(dǎo)機(jī)構(gòu)(123)，以相對(duì)于所述絞盤(pán)滑輪(32，22)定位所述主牽引纜索(10，11)，并以自由操作模式控制所述偏航致動(dòng)器系統(tǒng)(18)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22-27中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)(30)包括轉(zhuǎn)子部(30a，31)和定子部(31a，30d)，并且與所述轉(zhuǎn)子部(30a，31)的電連接由轉(zhuǎn)子滑動(dòng)環(huán)組件(19)提供。
29.根據(jù)權(quán)利要求22-28中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)包括連接到力傳感器(134)和用于測(cè)量所述相對(duì)方位角(18e)的方位位置傳感器的處理單元(125)，所述力傳感器(134)測(cè)量由所述主牽引纜索(10，11)施加在所述地面控制單元⑴上的力。
30.根據(jù)權(quán)利要求22-29中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)包括處理單元(125)，該處理單元(125)連接到纜索長(zhǎng)度傳感器、牽引纜索仰角傳感器(133)和用于測(cè)量所述主牽引纜索(10，11)施加在所述地面控制單元(I)上的力的力傳感器(134)，以確定所述風(fēng)箏的高度。
31.根據(jù)權(quán)利要求22-30中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)， 所述地面控制單元(I)還包括連接到所述發(fā)電機(jī)(30)的放飛和收回系統(tǒng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述放飛和收回系統(tǒng)能夠旋轉(zhuǎn)到具有仰角。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述放飛和收回系統(tǒng)包括支撐風(fēng)箏支撐框架(128)的伸縮臂(127)，所述風(fēng)箏支撐框架(128)設(shè)置有用于各個(gè)所述主牽引纜索(10,11)的引導(dǎo)孔(129)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏支撐框架(128)通過(guò)所述伸縮臂(127)能夠在伸出位置或在縮回位置移動(dòng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求30-34中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述地面控制單元(I)設(shè)置為同步地控制所述絞盤(pán)滑輪(32，33)和所述伸縮臂(127)，以便放飛或收回所述風(fēng)箏(20)。
36.根據(jù)權(quán)利要求30-35中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述放飛和收回系統(tǒng)包括用于將風(fēng)箏約束線(xiàn)(6)和風(fēng)箏翼面材料(20)捕獲到所述支撐框架(128)上的夾緊機(jī)構(gòu)(130)。
37.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述放飛和收回系統(tǒng)包括具有風(fēng)箏支撐框架(128)的伸縮臂(127)，所述風(fēng)箏支撐框架(128)設(shè)置為在所述主牽引纜索(10,11)的縮回期間牽拉所述風(fēng)箏(20)的底側(cè)并將所述風(fēng)箏(20)的底側(cè)朝向該底側(cè)的中心線(xiàn)折疊。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)箏支撐框架(128)包括另外的支撐框架，所述另外的支撐框架設(shè)置為在所述主牽引纜索(10，11)的縮回期間牽拉所述風(fēng)箏(20)的底側(cè)并將所述風(fēng)箏(20)的底側(cè)朝向該底側(cè)的中心線(xiàn)折疊。
39.根據(jù)權(quán)利要求30-38中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)箏動(dòng)力系統(tǒng)，其中，所述放飛和收回系統(tǒng)包括氣流發(fā)生器(131)。
【文檔編號(hào)】F03D5/06GK104411965SQ201380023874
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月27日
【發(fā)明者】C·L·斯門(mén)恩克, A·范登布林克 申請(qǐng)人:電子風(fēng)箏控股公司