CN1878953A - 风轮机,雷电连接装置,连接方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风轮机，其包括诸如引擎舱和塔架的固定装置、诸如含有至少一个风轮机叶片和轴装置的转子的转动装置，所述至少一个风轮机叶片均包括转动的雷电保护装置。固定的雷电保护装置和转动的雷电保护装置包括通过雷电连接装置相连的接触面。该雷电连接装置包括适于使所述转动的和固定的雷电保护装置相连的至少两个接触装置。此外，该雷电连接装置还包括用于在所述至少两个接触装置之间建立专用连接的至少一个电导体，以及用于所述至少两个接触装置的力传递装置，该力传递装置用于在所述至少两个接触装置与所述固定的雷电保护装置的接触面和转动的雷电保护装置的接触面之间建立连续连接。本发明还涉及用于风轮机的雷电连接装置、连接方法和使用。

Description

风轮机，雷电连接装置、连接方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的风轮机，涉及根据权利要求12的前序部分的雷电连接装置、连接方法及其应用。

背景技术

通常，风轮机竖立在在具有很强的风力条件的区域，例如仅包括少量高障碍物例如树木或建筑物的郊区。但是，所述竖立的风轮机的塔架和转子叶片越来越高以便最高效地利用风力，而由于风轮机是该区域内的最高物体，因此需要保护风轮机免受雷击。

公知的用于风轮机的雷电保护***在每个转子叶片的顶端包含接闪器以便捕获雷击。雷电被经由叶片内的引下线以及塔架和引擎舱内的引下线放电成地电位。为了将雷电从转动的叶片的引下线传送到固定的引擎舱的引下线，通过转子叶片轴将雷电电流引导到引擎舱。引擎舱包括连接到该轴并从而允许从该轴除去电流并将电流传送到引擎舱的引下线的装置，例如滑环。

上述***的一个问题是雷电电流在其通路内从转子叶片到引擎舱经过了风轮机的不同部件，例如叶片俯仰装置以及齿轮装置。雷电内的巨大能量会例如通过形成电弧对这些部件造成很大损害，并从而减小部件的使用寿命。

此外，这种连接在轴上的装置已被证实在除去轴中的雷电电流方面效率较低。这意味着，大部分雷电电流将通过可选择的且通常不希望的破坏性的路线变成地电势。

已提出以不同方式将雷电电流从风轮机的转动装置传递到风轮机的固定装置的雷电***。

EP专利申请No.1154537中公开了一种示例，其中在转子叶片的雷电保护***和引擎舱之间的雷电电流的传递是通过滑动触点实现的。该触点的固定部分连接到引擎舱，并具有弹簧接合装置以便建立与连接到该转子叶片的钢环的滑动接触。在该发明的一个实施例内，每个转子叶片的钢环和雷电保护***连接到相对的接触板上。因此，可使转子叶片俯仰并仍保持对叶片的雷电保护。

该EP专利申请的雷电保护***的一个问题是由于触点适应改变的机会非常小，所以触点的表面会很快地磨损并且接触不良。此后，雷电电流会作为接触表面之间的电弧被最大量地传递，从而损害并最终破坏触点。

另一个问题是该雷电保护***的机械构造复杂且易损坏，该***包括大量通过电缆连接的分离的部分。这使得该***由于***发生机械故障的高风险而几乎不可与风轮机一起使用。

本发明的一个目标是建立一种没有上述缺陷的用于风轮机的雷电保护***。本发明的目的特别是创建一种构造简单且运行可靠的***。

另外，本发明的一个目标是建立一种用于风轮机的易于集成和安装为风轮机的一部分的雷电保护***。

发明内容

本发明涉及一种包括雷电连接装置的风轮机，该装置包括：

至少两个适于连接所述转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置的接触装置，

在所述至少两个接触装置之间建立专用连接的至少一个电导体，以及

用于所述至少两个接触装置的力传递装置，该力传递装置用于在所述至少两个接触装置与所述固定的和转动的雷电保护装置的接触面之间建立连续地连接。

因此，实现了转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置之间的连接，该连接的机械结构简单并且运行可靠。特别地，不利用电缆在雷电连接装置与转动的和固定的雷电保护装置之间建立连接对于建立可靠***是有利的。

力传递装置还确保接触装置连续地适应变化的接触面位置。

此外，实现了转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置之间的连接，该连接易于集成并安装成风轮机的一部分。

在本发明的一个方面中，所述雷电连接装置的基底支承部分安装在转动的装置上。因此，由于在风轮机的固定装置上建立必要的圆形接触面比在转动装置上更容易，所以可使结构更简单。

在本发明的另一个方面中，所述雷电连接装置的所述基底支承部分安装在所述风轮机叶片的凸缘上。因此，可确保该雷电连接装置牢固地安装在叶片和引擎舱之间的有利位置。

在本发明的另一个方面内，所述基底支承部分利用叶片安装螺栓安装在所述风轮机叶片的凸缘上。通过利用风轮机内存在的和必要的结构，可减小雷电连接的成本和复杂性。

使用叶片螺栓还使得可将雷电连接装置应用于现有的风轮机，并且除了建立接触面之外不需要对风轮机进行其它设置。

在本发明的另一个方面内，每个雷电连接装置均连接到一个风轮机叶片。通过使每个风轮机叶片都具有一个雷电连接装置，可确保所有叶片总是连接到地电位。这特别是因为雷击会出现在任何位置而不仅是出现在叶片的指向上的位置。

在本发明的一个方面内，在两叶片风轮机中所述雷电连接装置的数量为两个，而在三叶片风轮机中所述雷电连接装置的数量为三个。因此，可实现本发明的有利的实施例。

在本发明的一个方面内，所述固定的雷电保护装置的接触面连接到地电位。

在本发明的一个方面内，所述固定的雷电保护装置的接触面是在引擎舱正面的连贯的圆形金属板环。通过使用连贯金属环，可确保所有风轮机叶片总是连接到地电位。不管叶片是否转动，该叶片均连接到地电位。

但是，应当指出，金属环可以为一体件而不是成段地形成连贯环。此外，金属板环可以是整个圆周的一部分，其中地电位触点仅存在于该部分内。

在本发明的一个方面内，连贯的圆形金属板环安置在引擎舱的排水装置的前部上。通过使用排水装置，可确保接触面处于有利的位置而不会严重妨碍风轮机的已有部分。由于排水装置通常由金属制成，所以金属板环易于牢固地安装，并且易于建立与引下线的连接。

在本发明的一个方面内，所述转动的雷电保护装置的接触面通过雷电引下线装置连接到雷电接闪器装置。因此，可实现本发明的有利的实施例。

在本发明的一个方面内，所述转动的雷电保护装置的接触面包括在俯仰(倾斜)机构上方围绕一个风轮机叶片安置的金属环。因此，确保风轮机叶片能自由俯仰，而雷电连接装置仍保持与接触面接触。此外，可通过环绕叶片来增强金属环与叶片的固定。

本发明还涉及一种用于风轮机的雷电连接装置，该雷电连接装置包括：

至少两个适于连接所述风轮机的转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置的接触装置，

至少一个在所述至少两个接触装置之间建立专用连接的电导体，以及

用于所述至少两个接触装置的力传递装置。

因此，实现了该转动的和固定的雷电保护装置之间的连接，该连接易于集成并安装成风轮机的一部分。

在本发明的一个方面内，所述至少两个接触装置形成朝向所述转动的雷电保护装置的接触面和固定的雷电保护装置的接触面的接触区域。

在本发明的一个方面内，接触装置包括被衬垫环绕的至少一个杆，其中该衬垫和至少一个杆的表面共同形成接触区域。将环绕的衬垫与至少一个杆相结合，可实现这两者的特性例如杆和衬垫的不同材料特性。此外，衬垫稳定了杆在接触面上的滑动，从而确保杆大致垂直于接触面。

在本发明的一个方面内，所述至少一个杆由具有高导电性的材料例如铜、铝、铜和铝的合金、金属石墨、电镀石墨(electro graphite)或类似材料制成。因此，由于上述材料耐用并且具有高导电性，所以可确保接触装置和导体之间存在很好的接触。

在本发明的一个方面内，所述衬垫由具有低摩擦表面的材料例如聚合物材料例如Teflon或尼龙制成。因此，接触装置可容易地在接触面上滑动，从而确保该接触装置的寿命更长并且更可靠。

在本发明的一个方面内，一个接触装置包括位于同一轴上的至少一个轮状件和至少一个圆形接触装置。因此，可建立与该接触面的转动接触，从而确保不会从圆形接触装置上的相同位置连续引导雷电。因此，可减小对圆形接触装置造成严重损坏的危险。

在本发明的一个方面内，所述至少一个轮状件由柔性材料例如橡胶制成，并且其直径优选地稍大于所述至少一个圆形接触装置的直径。因此，确保该轮状件建立与该接触面的接触，但是该表面和该圆形接触装置之间具有有限的距离。该有限距离可确保雷电电流将沿圆形接触装置和接触面之间的最优路线通过。

在本发明的一个方面内，所述接触装置在每一侧都包括一个被一个圆形接触装置包围的轮状件。因此，可建立与接触面的稳定且可靠的接触。

在本发明的一个方面内，所述接触装置包括接触区域，该接触区域包括至少一个凹部和诸如多个轴承滚珠的转动装置。因此，由于可以以任何实际可用的方式安置该凹部和轴承滚珠，所以可建立与接触面的连续且稳定的接触。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置是所述接触装置和基底支承板之间的至少一个柔性联接件。通过使用向该接触装置提供恒定力的柔性联接件，可将该接触装置持续地压在该接触面上。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置可相对于稳定位置沿一个方面弯曲。通过可沿一个方向弯曲，可确保每个接触装置连续地/持续地适应接触面的位置。另外，由于力传递装置不能沿另一个方面弯曲，所以可确保该接触装置不会在接触面上滑动例如侧向滑动。

在本发明的一个方面内，该接触装置可因所述力传递装置的弯曲而沿至少一个方向移动，所述基底支承部分限定了所述力传递装置的固定位置。由于仅为力传递装置限定了一个固定位置而不是多个不同的位置所以提高了可靠性，在所述多个不同位置中(所述雷电连接装置的)力传递装置之一会被损坏。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置的至少一个部分包括圆形部或者当例如在该接触装置处受到力时建立圆形部。因此，可使用力传递装置的材料应力建立必要的力。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置由柔性材料制成。

在本发明的另一方面内，所述力传递装置由电绝缘材料例如复合材料例如玻璃纤维制成。

柔性材料例如玻璃纤维的使用可确保高柔性以及高耐用性。使用电绝缘材料或不导电材料可确保雷电电流不会将力传递装置作为可通向地电位的可选路线。

在本发明的另一个方面内，所述力传递装置为一个或多个板状件，该板状件的长度在200毫米至500毫米之间例如为300毫米、宽度在50毫米至300毫米之间例如为80毫米、厚度在3毫米至10毫米之间例如5毫米。通过形成板状件，实现了该力传递装置的优选运动。另外，通过上述数据，可在一个方向上实现较大的柔性而在另一个方向上实现较小的柔性。

在本发明的一个方面内，所述基底支承板包括用于保持至少第一和第二力传递装置的至少第一和第二托架，其中所述托架沿至少两个方向指引所述力传递装置。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置包括至少一个充气阀。

在本发明的一个方面，所述力传递装置包括至少一个弹簧致动的装置。

使用充气阀或弹簧致动装置使得可在安装之后(较大程度地)调节雷电连接装置，例如调节传递给接触装置的力。

在本发明的一个方面内，至少一个充气阀或所述至少一个弹簧致动的装置包括活塞装置，该活塞装置包括接触装置。因此，可向接触装置更线性地传递力。

在本发明的一个方面内，所述力传递装置在该托架处彼此形成至少40度的角，例如60度至120度的角，优选为80度的角。因此，可实现本发明的有利的实施例，这尤其是由于传递给该接触装置的力使得可连续地接触该接触面。

在本发明的一个方面内，所述第一和第二力传递装置在该基底支承部分处相互附装在一起，并沿大致平行的方向移动。因此，可确保接触装置之间的距离尽可能地短，而不会出现该接触装置相互触及的危险。

在本发明的一个方面内，所述第一和第二力传递装置从该基底支承部分沿平行的方向延伸。

在本发明的一个方面内，所述第一和第二力传递装置从该基底支承部分相互成角度地延伸，例如成零度至90度的角。该力传递装置相互形成角度可确保该接触装置之间距离较长。因此，可实现抵抗该接触装置之间的电火花或电弧的高度安全性。

附图说明

下面将参照附图说明本发明，在附图中：

图1示出大型的现代风轮机；

图2a和2b示出具有公知的雷电保护***的风轮机叶片；

图3a和3b示出包含根据本发明的雷电连接装置的雷电保护***；

图4示出根据本发明的雷电连接装置的优选实施例；

图5示出风轮机的固定的装置的接触面；

图6示出风轮机的转动装置的接触面；

图7a到7c示出根据本发明的雷电连接装置的不同部分；

图8示出雷电连接装置的接触装置的优选实施例；

图9示出雷电连接装置的接触装置之间的专用连接；

图10示意性地示出雷电连接装置的功能；

图11到13示意性地示出雷电连接装置的又一实施例；

图14和15示意性地示出雷电连接装置的再一实施例；

图16和17示意性地示出雷电连接装置的接触装置的又一实施例；

图18示出包括图16和17的接触装置的雷电连接装置的实施例，以及

图19a和19b示出雷电连接装置中的力传递装置的另外的实施例。

具体实施方式

图1示出现代风轮机1，该风轮机具有塔架2和安置在该塔架顶部的风轮机引擎舱3。包括三个风轮机叶片的风轮机转子5通过延伸出引擎舱的前端的主轴连接到引擎舱。

如图所示，超过一定程度的风会由于在叶片上形成提升力而致动转子，并使转子沿垂直于风的方向转动。该转动运动被转换成供应给电网的电力。

图2a和2b示出具有公知的雷电保护***的普通风轮机叶片。图2a示出风轮机叶片的正视图，图2b是侧视图。

图2a示出具有金属接闪器8的风轮机叶片5的尖端6如何截取雷击7。接闪器连接到风轮机叶片5内的雷电引下线9。引下线9沿纵向通过叶片并在风轮机轮毂4处终止。风轮机叶片的雷电接闪器和雷电引下线是风轮机内的雷电保护***的转动部分的部件。

图2b示意性地示出雷电电流如何从雷电引下线传递到雷电保护***的剩余部分。雷电电流从引下线9通过俯仰机构13或叶片和主轴10之间的任何其它机构传递到主轴10。引擎舱3内存在与该轴接触的滑动触点，以便在电流进入齿轮装置之前从该轴除去电流。在风轮机内，雷电保护***的固定的部分连接有滑环。固定的部分包括引擎舱的雷电引下线以及风轮机塔架，其中引线相互连接并连接到地电位11。

图3a和3b示出包括本发明的雷电连接装置的雷电保护***。雷电连接装置使雷电保护***的转动部分和固定的部分相连，尤其是在风轮机转子转动时。

图3a示出雷电连接装置14相对于雷电保护***的转动部分和固定部分的位置。雷电连接装置安装在风轮机叶片的凸缘21的一部分上。该凸缘朝向风轮机轮毂的对应凸缘，并且这两个凸缘通过多个螺栓相互连接。雷电连接装置15所覆盖部分中的螺栓还穿过该雷电连接装置并将该雷电连接装置连接到凸缘。由于风轮机轮毂连接在主轴上，叶片和主轴通过轮毂相连接。

雷电连接装置从风轮机叶片避雷针的安装位置向上扩展到风轮机叶片和引擎舱前端之间的空间内。由于雷电连接装置安装在风轮机叶片上，所以雷电连接装置将进行与叶片相同的转动运动，即以轴为中心的圆周运动。

在本实施例中，引擎舱3示出为具有排水装置16，该排水装置是围绕引擎舱的主轴开口安置的圆形和U形排水装置。排水装置有助于将主轴和主轴开口的水排出。该排水装置围绕主轴开口形成完整的圆圈，以便还能防止将水从转动的风轮机叶片中抛出(如图5具体所示)。

面向风轮机叶片的排水装置16的侧壁包括一个或多个金属板。所述金属板在该排水装置上形成连贯的圆形金属板环。

该连贯的环在风轮机的固定的部分上建立了接触表面17，该接触表面的圆心和直径与排水装置相同。此外，该环的宽度与排水装置的侧壁相同，该宽度对应于接触面的宽度。

该连贯的环连接在雷电保护***的固定部分例如引擎舱的雷电引下线上。该连接可被建立成金属板环与引下线之间的直接连接，例如直接连接在外部或穿透排水装置以便连接到该环的一个或多个导线。在另一个实施例中，排水装置由具有良好导电性的金属制成，从而可用作环和引下线之间的连接。

在另一个实施例中，连贯环是排水装置的侧壁，或者例如在风轮机不包括排水装置的情况下是直接安置在引擎舱正面上的金属环。也可将金属环在排水装置的周边内安置在引擎舱上。

在另一个实施例内，将连贯环安置在排水装置的内表面或外表面上。因此，移动接触装置以从上方或下方而非沿水平方向接触(侵蚀)连贯环。

应当指出，可将排水装置替换为另一个边缘或从引擎舱的正面凸出的类似的轮廓部，例如仅用于建立雷电保护***的固定部分和转动部分之间的接触的轮廓部。

此外，所示风轮机叶片包括环绕叶片的根部并形成接触面18的环。该环例如利用穿过风轮机叶片的一个或多个金属杆连接到风轮机叶片内的雷电引下线9。该环优选地由具有良好导电性的金属制成，并优选完整地环绕风轮机叶片。当然，也可采用未完全环绕叶片例如环绕叶片一半的环。

此外，优选在叶片制成之后将该环安装在风轮机叶片的表面上，但也可将该环部分地或完全地集成在风轮机叶片的表面上。该集成可在叶片制成之后通过在表面内研磨出凹槽来进行，或者作为制造过程的一部分在制造时通过建立该凹槽来进行。

金属环在风轮机的根部建立接触面，该接触面在风轮机叶片的俯仰机构上方并垂直于叶片的纵向。

图3a仅示出一个雷电连接装置和一个叶片的位置。应当指出，在正常情况下，风轮机的每个风轮机叶片都会具有自己的雷电连接装置15。例如，带有三个叶片的风轮机将包括三个雷电连接装置以保护所有叶片。每个雷电连接装置均使雷电保护***的转动雷电部分与公共的固定的雷电部分相连接。

图3b较详细地示出了雷电连接装置15相对于风轮机叶片上的接触面18和排水装置的侧壁上的接触面17的位置。

该图还示出包括基底支承部分22、两个接触装置19和位于该基底支承部分和两个接触装置之间的柔性联接件的雷电连接装置15的部分。所述柔性联接件确保将所述两个接触装置分别能动地压在风轮机叶片的接触面18上和侧壁的接触面17上。所述两个接触装置19和两个接触表面17、18形成两个接触区域20。第一个接触区域20确保与雷电保护***的转动部分的持久接触，而另一个接触区域确保与雷电保护***的固定部分的持久接触。这两个接触装置通过专用电连接件30相连接，从而确保雷电保护***的转动部分和固定部分耦合在一起。

图4示出根据本发明的雷电连接装置15的优选实施例。雷电连接装置的不同部分详细示出为包括基底支承部分22、接触装置19a、19b和柔性联接件26、27。

基底支承部分22包括支承板31，该支承板通过两个螺栓23安装在风轮机叶片和风轮机轮毂的凸缘上(如图3a和3b所示)。支承板还承载第一和第二连接托架24、25，其中第一托架在此实施例内包括侧向错位部分。托架向上分别朝向风轮机叶片和引擎舱，从而形成V形的固定基部。每个托架均通过多个螺栓连接到形成V形的剩余部分(尤其是柔性部分)的柔性联接件。

第一和第二柔性联接件26、27优选为由合成材料例如玻璃纤维制成的板状件。所述板状件的长度、宽度和厚度使得该板状件能够在一端受力时明显弯曲但不会断裂。此外，所述板状件的特征为当除去该力时，该板状件将以端部的很大的反压力为响应并返回最初的静止位置。

在优选实施例中，板状件为四边形，其长度在200至500毫米之间例如为300毫米，宽度在50至300毫米之间例如为80毫米，而厚度在3至10毫米之间例如为5毫米。板状件的长度通常取决于风轮机的尺寸。板状件的宽度和厚度通常由长度决定，例如较长的板状件其厚度也较大以便建立恰当且必需的柔性。

接触装置19a、19b分别在所述第一和第二柔性联接件26、27的自由端安装在所述联接件上。接触装置安装在该柔性联接件的对边上，以便确保接触装置朝向相反方向。通过使用调节长孔内的螺栓将接触装置安置在U形托架内来将该接触装置枢转地安装在板状件上。通过枢转接触装置，可改变接触区域20a、20b在上下方向上的位置，从而使接触装置适应于风轮机叶片上的接触表面18或侧壁上的接触表面17。

接触装置19a、19b中的每一个都还包括用于专用电连接件30的保持螺栓，以便能在这两个接触装置之间建立并保持电连接。电连接件30由柔性材料制成，其长度对应于处于静止位置的两个接触装置之间的距离。如果雷电连接装置15受到力，则柔性联接件将弯曲，从而使专用电连接件30更松弛。

图5更示意性地示出在风轮机的固定的装置的连贯环上滑动的雷电连接装置的接触区域。

该图示出具有三个包括接触装置20b的雷电连接装置的三叶片风轮机转子的转动状态。由于每个雷电连接装置都安装在轮毂和主轴14上，所以它们将以主轴为转动中心与该主轴一起转动。此外，接触装置距该中心的距离对应于该环的直径。从而，接触装置将朝向连贯环进行圆周转动，同时被连续地压在该连贯环的表面上。

图6示出作为金属环的风轮机转动装置的接触面(如结合图3a所述)。该接触面在俯仰机构之上环绕叶片的根部，并将因此因叶片的俯仰而转动。

该图示出风轮机叶片的与面向叶片的雷电连接装置的接触装置20a相连接的俯仰受控制的接触结构。当叶片俯仰到一侧或另一侧时，接触装置20a被连续压在接触面上并在该接触面上滑动。

由于雷电连接装置与叶片一起安装在轮毂的凸缘上，所以在转动期间雷电连接装置不会相对于所匹配的叶片转动。

图7a到7c示出根据本发明的雷电连接装置的不同部分。

图7a示出面向风轮机叶片的接触面的接触装置19a。

接触装置19a包括通过U形托架37与柔性联接件26的连接。托架和柔性联接件通过四个螺栓36拴接在一起，所述螺栓在穿过托架的中部和联接件的顶部最后终止于螺母。两个相对的托架侧壁部分地包围框架部件40，并利用通过每个托架侧面内的孔的螺栓39固定在该部件上。托架侧壁还包括在所述孔下方的基本为水平的长孔38。此外，螺栓穿过长孔并旋拧在框架部件内。托架连接部允许接触装置19a尤其是接触区域20a在长孔的限制内枢转地移动。

框架部件还是用于接触区域20b的滑动衬垫41的基底，以及是保持电连接件30的装置一包括保持螺栓28(将参照图8进一步说明)。

托架如柔性联接件一样由耐用材料例如玻璃纤维制成，或者由金属例如钢制成。所述材料必须针对很大的应变例如高机械力和温度来制备。

图7b示出面向风轮机中固定的装置的连贯环上的接触面的接触装置19b。接触装置19b的结构优选对应于接触装置19a的结构。

该图还示出集成在接触区域20b的衬垫44中心的杆43。

图7c更详细的示出基底支承部分22，该部分包括形成雷电连接装置的剩余部分所用的固定基底的托架。

托架通过四边形板33、35连接到相应柔性联接件，所述四边形板位于柔性联接件或错位部分34的每个底端的两侧。所述柔性联接件和板中穿有四个孔以连接螺栓和螺母。

托架32、33、35和支承板31优选地由耐用材料例如钢制成。因此，托架可与支承板成优选角度地焊接在支承板31上。所述一个托架上的错位部分同样可由金属例如钢制成，但是也可由柔性材料例如玻璃纤维制成(从而形成柔性联接件的一部分)。

图8示出具有优选的接触区域20b的雷电连接装置的接触装置。

接触装置包括作为连接装置不同特征部之间的共用基座的框架部件42。框架部件连接到柔性联接件(如图7b所示)并连接到接触装置的前部。该前部包括接触杆43，该接触杆建立了用于保持电连接件30的基底。该保持是通过将螺栓29旋拧在接触杆43的底端处的孔内来建立的。该螺栓将电连接件30压在接触杆43的底部上。

当杆延伸通过框架部件和衬垫44时，专用电连接件30与接触区域20b直接接触。杆43的表面和衬垫44接合地建立接触区域20b，其中该接触区域优选地是平的，并且在该杆的表面和衬垫之间具有光滑的过渡部。杆优选地与雷电保护***的转动部分或固定的部分的接触面形成电接触，衬垫44确保在接触面上低摩擦地滑动。衬垫的面积通常远大于杆的面积，从而确保在表面上进行常见的低摩擦滑动。

杆优选由导电材料制成，例如铜、铝或基于这两者之一的诸如青铜的金属合金。合适的杆材料的其它示例是金属石墨，其中所述合金的材料含量为15-95％的铜、铜合金或银。此外，也可将电镀石墨用作杆材料。

衬垫优选地由低摩擦材料例如尼龙、乙缩醛或Vesconite例如玻璃填充的尼龙制成，以便提高耐用性和机械特性。

固定的装置和转动装置的接触面优选地由不锈钢例如围绕风轮机叶片的根部不锈钢带或成段的不锈钢连贯环制成。

图9示出雷电连接装置的接触装置之间的专用连接件。

专用连接件在面向风轮机的雷电保护装置中固定的部分和转动部分上的接触面的两个接触装置19a、19b尤其是在连接区域20a、20b之间建立接触。由于接触装置连续地适应接触面的位置，所以专用连接件必须为柔性材料。在该附图内，连接件的柔性示出为第一种情况，其中连接装置分开而连接件(实线)被一定程度地拉伸。在第二种情况下，接触装置被强制相互靠近而连接件(虚线)松垂。

优选将该连接件制成直径在50至120mm之间的柔性金属导体，例如编织的铜或铝绳或者诸如镀锡铜缆的电缆。

图10示意性地示出雷电连接装置的连续功能。

雷电连接装置在第一种情况(实线)下被压在接触面17、18上，同时柔性联接件26、27的应变很小并且该连接件被拉伸。此情况可被认为是接触面位置的外部界限的一个示例。

接触面18在第二种情况(虚线)下移近另一个表面，并且因此接触装置19a被推回以便连续接触该表面。柔性联接件由于施加在接触装置19a和基底支承部分22的固定位置上的力而弯曲。接触装置19a在被推回时还进行枢转运动(在可调节的托架内)。通过该调节，接触装置可与接触面18保持良好的电接触。当从接触面或柔性联接件施加到接触装置上的力总是朝接触面挤压接触装置时，该调整自动进行。接触装置的最大的表面区域将被压在接触面上，并且优选地，这两个平面在被相互压在一起时是平行的。

图11到13示意性地示出雷电连接装置的另一实施例。

图11示出雷电连接装置15的实施例，其类似于图10的实施例。但是，本实施例的力传递装置(柔性联接件)26、27以更接近圆形的方式向后弯曲，而不是如前面的附图中那样直线向后弯曲。该实施例示出长度和形状不同的两个力传递装置26、27。因此，这两个力传递装置可不同地弯曲(如虚线所示)。

图12示出雷电连接装置15的又一实施例，其中两个力传递装置26、27示出为一个比另一个长得多。较长的一个力传递装置柔性更大，从而接触装置可能具有更长的行进距离(如虚线所示)。

图13示出雷电连接装置15的另一实施例，其中两个力传递装置26、27示出为分别从基部22延伸出的直线部分。在距离该基底一定距离处，每个直线部分都改变为沿相反方向延伸并以接触装置19结束的圆形部分。当向接触装置施加力时，该圆形部分的形式和大小例如直径可改变(如虚线所示)。此外，直线部分可向前或向后弯曲，从而改变该圆形部分和接触装置的位置(也如虚线所示)。

图14和15示意性地示出雷电连接装置的另一实施例。

图14示出雷电连接装置的一个实施例，其中将具有弹簧50、51的两个活塞装置49a、49b用作力传递装置。所述弹簧压靠公用壁和两个活塞的保持接触装置19的杆。所述杆在连接到基底支承板22的导向装置48之间行进。弹簧优选为环绕杆的螺旋弹簧。

图15示出雷电连接装置的另一实施例，其中两个充气气缸背对背地安置。该气缸用作将具有接触装置的活塞压在接触面17、18上的力传递装置。充气气缸优选地是封闭***，其中活塞49a、49b通过行进的距离压缩气体或使气体膨胀。气体可以是建立气动***的空气。活塞在连接到基底支承板22的导向装置48之间行进。

图14和15的弹簧致动活塞和充气气缸可看作柔性的力传递装置的一部分。由于活塞或气缸建立了必要的柔性，所以基部22和接触装置19a、19b之间的通常柔性连接件可由例如弯曲较少的板状件代替。

图16和17示意性地示出雷电保护装置的接触装置的另外的实施例。

图16示出接触装置56的一个实施例，该接触装置包括环绕有两个圆形接触装置53a、53b的轮状件55。该轮状件优选地由柔性的高摩擦材料例如橡胶制成，其可为实心的或类似充气轮胎。圆形接触装置由具有低电阻的金属制成，并通过专用电连接件30连接到另一个接触装置(图中未示出)。可直接建立与电连接件30的连接或者通过圆形接触装置和轮状件的轴54建立。

接触装置56还可仅包括一个轮状件和一个圆形接触装置，或者包括多个轮状件以及一个或多个圆形接触装置。使用多个轮状件和圆形接触装置可建立冗余。

图17示出接触装置的一个实施例，其在接触环装置57的凹部内具有金属轴承滚珠。该凹部示出为形成连续的圆。该凹部可在建立接触环装置57时利用两个部分建立，其中一个部分建立该凹部的外部部分57a，而另一个建立内部部分57b。凹部的底部可填充柔性材料例如橡胶层，以允许轴承滚珠适应来自力传递装置的压力。此外，轴承滚珠可集成在轴承环内，以使滚珠可转动但不会在该凹部内移动。

还可将所述凹部替换为多个位于接触环装置57的表面上不同位置处的受限的凹部，例如对称布置的凹部以便与接触面形成连续且稳定的接触。

轴承滚珠提高了在接触面上的滑动，并且接触环装置57优选地与接触面建立电接触。可使用陶瓷轴承滚珠例如由氮化硅或类似陶瓷材料制成的轴承滚珠来代替传统的金属轴承滚珠。陶瓷轴承滚珠非常耐侵蚀和磨损，并且即使被边缘润滑也不会受影响。这可确保即使在很容易磨损的情况下也能准确地操作。轴承滚珠材料的其它示例是氧化铝或氧化锆。

图18示出包括图16和17的接触装置的雷电连接装置的实施例。

该图示出在凹部内包含金属轴承滚珠的接触装置59如何直接安装在力传递装置26上。此外，还示出包括轴承滚珠的接触装置59如何被压在接触面18上，以便在该表面和电连接件30之间建立电接触。

该图示出圆形接触装置56如何安装在形成与联接接触装置的联接件61的柔性较大或较小的连接的带子上，该联接件61使该接触装置和带子联接到基部22。柔性连接件60可用作唯一的用于圆形接触装置56的力传递装置，在此情况下联接件61是联接到基底部件的基本无柔性的联接件。此外，柔性连接件60和联接件61可一起建立力传递装置，在此情况下它们是与基部22联接的柔性联接件的一部分。此外，带子可基本无柔性，并且联接件61是唯一的确保将圆形接触装置56压在接触面17上的力传递装置。

圆形接触装置56和带子60示出为沿雷电连接装置的移动方向安装，以使圆形接触装置56能沿接触面17前进(如箭头所示)。

应当指出，在雷电连接装置内可使用接触装置的任何组合。

图19a和19b示出雷电连接装置内的力传递装置的另外的实施例。

图19a示出其中力传递装置基本处于同一几何平面的雷电连接装置。接触装置在处于基本相同的几何平面内的力传递装置的力的作用下或者相互靠近或者相互远离，并且可相互通过。

雷电连接装置的基部22可看作力传递装置27相对于其转动的固定位置。其中力传递装置26、27均从该基部垂直或直立地延伸的图19a的情况可被看作标准伸展。

力传递装置26、27之一或全部可转动成与标准伸展成所希望的任何角度，例如第一力传递装置26朝一侧转动80度，而第二力传递装置27朝另一侧转动80度。从而第一和第二力传递装置26、27之间形成160度的角。

图19b示出其中具有力传递装置的雷电连接装置大致处于垂直几何平面内的实施例。第二力传递装置27相对于图19a内所示的以前的位置转动90度。

上文已参照特定实施例说明了本发明。但是，应理解本发明并不局限于上述特定实施例，而是可例如与其中转子叶片是包括失速和主动失速的被更被动控制的类型的叶片的大量不同类型的风轮机一起使用。

此外，应理解，在权利要求指定的本发明的范围内，支承件和连接装置之间的柔性联接件可设计成许多变型。

此外，应注意，固定的装置和转动装置的金属环可不太连贯，例如缺少一部分。固定的装置的金属环可例如不具有下部第三部分。每个雷电连接装置将在转动的下部第三部分不与地电位连接。转动的下部第三部分是其中雷击集中所关心的叶片(而不是在雷击时处于较高位置并连接到地电位的其它叶片)的可能性较小的部分。

转动装置的金属环可减小为正常尺寸的一半。转动装置的叶片可仅前后俯仰最大90度，以便保持与雷电连接装置接触。

最后，应注意，雷电连接装置并不必为V形。V形内的一个“腿”可大致垂直，其中垂直角度限定了接触装置被压在接触面上的强度，更垂直的腿将导致更小的力。但是，该腿应互相形成角度以便维持接触面的位置内的变化。

列表

1    风轮机

2    风轮机塔架

3    风轮机引擎舱

4    风轮机轮毂

5    风轮机转子叶片

6    风轮机尖端

7    雷击

8    雷电接闪器

9    雷电引下线

10   电流路径

11   接地电位

12   风轮机叶片的俯仰区域

13   叶片俯仰机构

14   主轴

15   雷电连接装置

16   排水装置

17   固定装置的接触面

18   转动装置的接触面

19，19a，19b  紧靠转动和/或固定装置的接触装置

20，20a，20b  在转动和固定装置的表面处的接触区域

21   风轮机叶片的安装区域/凸缘

22    雷电连接装置的基底支承部分

23    连接风轮机叶片、风轮机轮毂和主轴的安装螺栓

24    包括错位部分的第一连接托架

25    第二连接托架

26    在基部和接触装置之间的第一力传递装置

27    在安装部分和接触装置之间的第二力传递装置

28    用于专用电连接件的第一保持螺栓

29    用于专用电连接件的第二保持螺栓

30    接触装置之间的专用电连接件

31    支承板

32    紧靠支承板的托架部分

33    第二连接托架(＝25)

34    托架的错位部分

35    紧靠安装部分和接触装置之间的柔性联接件的托架部分

36    保持螺栓

37    第一可调节托架

38    允许角度调节的具有螺栓的狭槽

39    允许枢转调节的螺栓

40    第一框架部件

41    由低摩擦材料制成的第一衬垫

42    第二框架部件

43    由导电材料制成的第二杆

44    由低摩擦材料制成的第二衬垫

45    第二可调节托架

46    固定的雷电保护装置

47    转动的雷电保护装置

48    具有支承板的第一和第二导向装置

49a，49b  活塞装置

50    用于致动活塞装置的第一螺旋弹簧

51    用于致动活塞装置的第二螺旋弹簧

52    具有活塞的线性充气气缸

53a，53b  圆形接触设备

54    轴

55    具有柔性和高摩擦表面的轮状件

56    圆形接触装置

57，57a，57b  接触凹槽装置

58    轴承滚珠

59    包括轴承滚珠的接触装置

60    处在与安装部件的联接件和接触装置之间的力传递装置

61    联接到基部的联接件例如由柔性或非柔性材料制成的板

Claims (41)

1.风轮机(1)，该风轮机包括：

诸如引擎舱(3)和塔架(2)的固定的装置，其包括固定的雷电保护装置(46)，

诸如转子的转动装置，其包括至少一个风轮机叶片(5)和轴装置(4)，所述至少一个风轮机叶片(5)中的每一个均包括转动的雷电保护装置(47)，

所述固定的雷电保护装置(46)和转动的雷电保护装置(47)包括通过雷电连接装置(15)相连接的接触面(17，18)，

其特征在于，所述雷电连接装置(15)包括：

至少两个用于连接所述转动的雷电保护装置(47)和固定的雷电保护装置(46)的接触装置(19，19a，19b)，

在所述至少两个接触装置(19，19a，19b)之间建立专用连接的至少一个电导体(30)，以及

用于所述至少两个接触装置(19，19a，19b)的力传递装置(26，27)，该力传递装置用于在所述至少两个接触装置(19，19a，19b)与所述固定的和转动的雷电保护装置(46，47)的接触面(17，18)之间建立连续的连接。

2.根据权利要求1的风轮机，其特征在于，所述雷电连接装置(15)的基底支承部分(22)安装在转动的装置上。

3.根据权利要求1或2的风轮机，其特征在于，所述雷电连接装置(15)的所述基底支承部分(22)安装在所述风轮机叶片(5)的凸缘(21)上。

4.根据权利要求1到3中任何一项的风轮机，其特征在于，所述基底支承部分(22)利用叶片安装螺栓(23)安装在所述风轮机叶片(5)的凸缘(21)上。

5.根据权利要求1到4中任何一项的风轮机，其特征在于，每个雷电连接装置(15)均连接到一个风轮机叶片(5)。

6.根据权利要求1到5中任何一项的风轮机，其特征在于，在两叶片风轮机中所述雷电连接装置(15)的数量为两个，而在三叶片风轮机中所述雷电连接装置(15)的数量为三个。

7.根据权利要求1到6中任何一项的风轮机，其特征在于，所述固定的雷电保护装置(46)的接触面(17)连接到地电位。

8.根据权利要求1到7中任何一项的风轮机，其特征在于，所述固定的雷电保护装置(46)的接触面(17)是在引擎舱(3)正面的连贯的圆形金属板环。

9.根据权利要求8的风轮机，其特征在于，该连贯的圆形金属板环安置在引擎舱的排水装置(16)的前侧、下侧和/或上侧。

10.根据权利要求1到9中任何一项的风轮机，其特征在于，所述转动的雷电保护装置(47)的接触面(18)通过雷电引下线装置连接到雷电接闪器装置。

11.根据权利要求10的风轮机，其特征在于，所述转动的雷电保护装置(47)的接触面(18)包括在俯仰机构上方部分地或完全地环绕一个风轮机叶片安置的金属环。

12.用于风轮机(1)的雷电连接装置(15)，其特征在于，包括：

至少两个用于连接所述风轮机的转动的雷电保护装置(47)和固定的雷电保护装置(46)的接触装置(19，19a，19b)，

至少一个在所述至少两个接触装置(19，19a，19b)之间建立专用连接的电导体(30)，以及

用于所述至少两个接触装置(19，19a，19b)的力传递装置(26，27)。

13.根据权利要求12的雷电连接装置，其特征在于，所述至少两个接触装置(19，19a，19b)形成朝向所述转动的雷电保护装置(47)的接触面(18)和固定的雷电保护装置(46)的接触面(17)的接触区域(20，20a，20b)。

14.根据权利要求12或13的雷电连接装置，其特征在于，接触装置(19，19a，19b)包括被衬垫(41，44)环绕的至少一个杆(43)，其中该衬垫(41，44)和该至少一个杆(43)的表面共同形成接触区域(20，20a，20b)。

15.根据权利要求14的雷电连接装置，其特征在于，所述至少一个杆(43)由具有高导电性的材料例如铜、铝、铜和铝的合金、金属石墨、电镀石墨或类似材料制成。

16.根据权利要求14的雷电连接装置，其特征在于，所述衬垫(41，44)由具有低摩擦表面的材料例如聚合物材料例如Teflon或尼龙制成。

17.根据权利要求12到16中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，接触装置(19，19a，19b)包括位于同一轴(54)上的至少一个轮状件(55)和至少一个圆形接触装置(56)。

18.根据权利要求17的雷电连接装置，其特征在于，所述至少一个轮状件(55)由柔性材料例如橡胶制成，并且其直径优选地稍大于所述至少一个圆形接触装置(56)的直径。

19.根据权利要求17或18的雷电连接装置，其特征在于，所述至少一个圆形接触装置(56)由高导电性材料例如铜、铝或它们的合金制成。

20.根据权利要求17到19中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述接触装置(19，19a，19b)在每侧都包括一个被一个圆形接触装置(53a，53b)包围的轮状件(55)。

21.根据权利要求12到20中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述接触装置(19，19a，19b)包括接触区域(57)，该接触区域包括至少一个凹部和诸如多个轴承滚珠(58)的转动装置。

22.根据权利要求12到21中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)是所述接触装置(19，19a，19b)和基底支承部分(22)之间的至少一个柔性联接件。

23.根据权利要求12到22中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)可相对于稳定的位置沿一个方面弯曲。

24.根据权利要求12到23中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，该接触装置(19，19a，19b)可因所述力传递装置(26，27)的弯曲而沿至少一个方向移动，所述基底支承部分(22)限定了用于所述力传递装置(26，27)的固定位置。

25.根据权利要求12到24中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)的至少一部分包括圆形部或者该至少一部分当例如在该接触装置(19，19a，19b)处受到力时建立圆形部。

26.根据权利要求12到25中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)由柔性材料制成。

27.根据权利要求12到26中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)由电绝缘材料例如复合材料例如玻璃纤维制成。

28.根据权利要求12到27中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)为一个或多个板状件，该板状件的长度在200毫米至500毫米之间例如为300毫米、宽度在50毫米至300毫米之间例如为80毫米、厚度在3毫米至10毫米之间例如5毫米。

29.根据权利要求12到28中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)包括至少一个充气阀(52)。

30.根据权利要求12到29中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)包括至少一个弹簧致动的装置(48-51)。

31.根据权利要求29或30的雷电连接装置，其特征在于，所述至少一个充气阀(52)或所述至少一个弹簧致动的装置(48-51)包括活塞装置(49a，49b)，该活塞装置包括接触装置(19，19a，19b)。

32.根据权利要求12到31中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述基底支承部分(22)包括用于保持至少第一和第二力传递装置(26，27)的至少第一和第二托架(24，25，32-35)，其中所述托架沿至少两个方向指引所述力传递装置。

33.根据权利要求12到32中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述第一和第二力传递装置(26，27)与作为中心的所述基底支承部分(22)彼此形成V形，朝向相反方向的接触装置(19，19a，19b)位于所述第一和第二力传递装置(26，27)的端部。

34.根据权利要求33的雷电连接装置，其特征在于，所述力传递装置(26，27)在该托架(24，25，32-35)处彼此形成至少40度的角，例如60度至120度的角，优选为80度的角。

35.根据权利要求12到34中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述第一和第二力传递装置(26，27)在该基底支承部分(22)处相互附装在一起，并沿大致平行的方向移动。

36.根据权利要求12到35中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述第一和第二力传递装置(26，27)从该基底支承部分(22)沿平行的方向延伸。

37.根据权利要求12到35中任何一项的雷电连接装置，其特征在于，所述第一和第二力传递装置(26，27)从该基底支承部分(22)相互成角度地延伸，例如成零度至90度的角。

38.用于在风轮机的转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置之间建立连续接触的方法，所述方法包括以下步骤：

使用力传递装置在所述转动的雷电保护装置的接触面和至少一个接触装置之间建立第一接触，

使用力传递装置在所述固定的雷电保护装置的接触面和至少一个接触装置之间建立第二接触，

通过在所述至少两个接触装置之间建立专用连接而使所述至少两个接触装置与该转动的雷定保护装置和固定的雷电保护装置相接触。

39.根据权利要求38的方法，其特征在于，利用公共基底支承部分来支承所述力传递装置。

40.根据权利要求12到37中任何一项的雷电连接装置在风轮机例如根据权利要求1到11的风轮机内的使用，其中风轮机叶片是俯仰控制的。

41.根据权利要求38或39的用于在风轮机的转动的雷电保护装置和固定的雷电保护装置之间建立连续接触的方法的使用，其中风轮机叶片是俯仰控制的。

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