CN103547796A - 风车 - Google Patents

Abstract

一种风车的雷电保护设备，其谋求确保高安全性，并且使维护容易。翼的接受部将受到的雷击电流引导至翼内的接地线。接地线通过用于改变翼的仰俯角的轴承的内周侧空间，被引导至旋翼毂内。能够通过不以轴承为路径并且不使用刷等滑动、磨损的部件的方式，向旋翼毂侧引导雷击电流。

Description

风车

技术领域

本发明涉及风车的雷电保护。

背景技术

通常，在风车的翼实施雷击对策。图9是表示风车的一个例子的侧视图。风车101的塔102建在基础106上。在塔102上经由偏转轴承109安装有机舱103。通过偏转轴承109，机舱103能够以作为大致铅直方向的旋转轴的偏转轴为中心进行旋转。在机舱103的一端经由主轴承108安装有旋翼毂104。通过主轴承108，旋翼毂104能够以作为大致水平方向的旋转轴的主轴为中心相对于机舱103进行旋转。在旋翼毂104经由翼轴承107安装有在主轴的周向并排的多个翼105。翼105能够围绕作为翼轴承107的旋转轴的仰俯轴进行旋转，朝向被控制的仰俯角度。

旋翼毂104通过翼105受到的风力进行旋转，由此，被支承在主轴承108的主轴进行旋转。主轴的旋转通过配置在机舱103内部的增速机增速，驱动发电机产生电力。

为了雷电保护，在各翼105的表面安装有用于承受雷击放电的多个接受部110（金属制受雷部）。接受部110与通过翼内部的下行导体111（下降导线）连接。通过下行导体111导入到翼根的雷击电流与接地线电连接。接地线通过设在旋翼毂104、机舱103以及塔102的雷击电流的路径接地。

在这样的风车101的雷电保护结构中，需要使雷击电流的路径以某种方式通过翼轴承107、主轴承108、偏转轴承109等的转动部接地。通过将这些轴承作为雷击电流的导线的一部分使用，使下行导体111接地，能够释放来自翼105的接受部110的雷击电流。

为了进一步提高安全性、耐久性，考虑了绕过轴承部位引导雷击电流的结构。具体地，将接地刷、滑动触点（滑动接点（すべり接点））作为旁路部件使用，能够使在轴承流动的雷击电流的一部分绕走。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7390169号说明书

发明内容

上述的旁路部件由于使用通过轴承的旋转产生滑动、磨损的消耗品，所以需要定期维护。因此希望维护更加容易的雷电保护技术。

还能够采用火花间隙方法，该方法经由轴承之间的间隙形成电流路径，通过火花使电流在间隙流动。但是在该方法中，需要研究克服下述问题点。

（1）根据情况绕走变得不充分，有可能在轴承部或者其它意料之外的部位流过电流。

（2）通过火花产生的电磁波有可能对控制设备等带来不好的影响。

（3）有可能通过火花对间隙构成部件自身及其周边部件带来物理损伤。

（4）由于常年老化而间隙长度变化，从而使火花特性变化。

鉴于上述的问题点，希望采用不需要将火花间隙作为电流路径的、维护更容易的雷电保护技术。

根据本发明的一方面，风车翼的接受部受到的雷击电流被引导到翼内的接地线。通过轴承的内周侧的空间将接地线引导到旋翼毂内，该轴承用于改变翼的仰俯角。能够通过不以轴承为路径并且不使用刷等滑动、磨损的部件的方式，将雷击电流向旋翼毂侧引导。

根据本发明的另一方面，风车包括：旋翼毂；安装有接受雷击放电的接受部的翼；连接旋翼毂和翼，使翼的仰俯角可变的轴承；经过翼和轴承的内周侧的空间，将雷击放电向旋翼毂侧引导的接地线。

根据本发明的另一方面，风车进一步包括翼安装板，该翼安装板利用结合部件固定下述部位的至少一处：所述翼的翼根的端面、所述翼的翼根的内周面、设在所述翼的翼根的内周面的台阶。翼安装板具有使接地线通过的贯通孔。

根据本发明的另一方面，风车进一步包括安装在贯通孔的内周侧的绝缘性部件。

根据本发明的另一方面，风车进一步包括安装在轴承的翼安装板的相对侧的板状部件。从贯通孔向翼的相反侧引入的接地线沿着翼安装板的轴承侧的面配线，进一步地，沿着板状部件的翼的相反侧的面配线。

根据本发明的另一方面，风车进一步包括安装在轴承的翼安装板的相对侧的板状部件。接地线的第一部分安装在翼安装板的翼侧的面。接地线的第二部分安装成：在板状部件的翼的相反侧，并且其延长方向相对接地线的第一部分在90度以下。

根据本发明的另一方面，当风车的翼在顺桨位置时，接地线的第一部分和接地线的第二部分形成的角度在30度以下。

根据本发明的另一方面，风车的接地线在轴承的部分具有松弛。

根据本发明的另一方面，风车进一步包括固定在旋翼毂内部，作为覆盖接地线的导电性部件的屏蔽部件。

根据本发明，在风车的雷电保护设备中，能够使维护容易。

附图说明

结合附图，通过实施方式的说明，使本发明的上述目的、其它目的、效果以及特征更加清楚。

[图1]图1表示本发明的第一实施方式中风车的旋翼毂以及翼根。

[图2]图2是表示本发明的第二实施方式中风车的旋翼毂和翼根的剖视图。

[图3]图3是用于说明本发明的第三实施方式所要解决的技术问题的、翼轴承附近的剖视图。

[图4]图4表示本发明的第三实施方式中接地线的配置。

[图5]图5是用于说明本发明的第四实施方式中风车的、翼轴承附近的剖视图。

[图6]图6表示在本发明的第四实施方式中，翼处于顺桨状态时的接地线的路径。

[图7]图7表示在本发明的第四实施方式中，翼处于迎风（ファイン）状态时的接地线的路径。

[图8A]图8A表示翼安装板的安装方法的一个示例。

[图8B]图8B表示翼安装板的安装方法的一个示例。

[图8C]图8C表示翼安装板的安装方法的一个示例。

[图9]图9是表示风车的一个示例的侧视图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式进行说明。本发明的第一实施方式中的风车具有与参照图9说明的风车相同的整体结构。图1表示第一实施方式中风车的旋翼毂以及翼根。图1中的旋翼毂1、翼2以及翼轴承3，与在图9中说明的旋翼毂104、翼105以及翼轴承107分别对应。图1是将旋翼毂1的轮廓以点线画出，透视其内部的图。仅画出了三根翼2中的两根。

翼轴承3是将翼2相对于旋翼毂1在仰俯角方向上可旋转地支承的环状的轴承。在翼轴承3的翼2侧的面安装有翼安装板4。翼安装板4具有贯通孔。该孔例如在翼安装板4的中心部形成。翼安装板4具有与翼2的翼根对应的形状。在翼2的翼根部形成凸缘，该凸缘通过螺栓固定在翼安装板4，由此，翼2被固定在翼安装板4。

翼安装板4对翼2的固定方法并不限于上述方法。图8A～图8C是表示翼安装板4对翼2的安装方法的示例的剖视图。在图8A的示例中，固定在翼2的翼端的端面。在图8B的示例中，翼安装板4b固定在翼2的翼端附近的内周面。在这种情况下，例如在翼安装板4b的外周形成圆周状的凸缘等安装部23，通过将安装部23安装在翼2的内周面，能够固定翼安装板4b。在图8C的示例中，在翼2的翼根附近的内周面形成作为安装部24向内侧突出的台阶。具有比翼2的内周面略微小的轮廓的圆盘状的翼安装板4c，相对于该安装部24从翼根侧固定在翼2内部。通过这样的各种方法，能够将翼安装板4a、4b、4c固定在翼2。为了进行固定，可以采用焊接、螺栓紧固等结合方法。

在翼轴承3的与翼2相对侧的面上，安装有作为板状部件的连结轴安装板5。连结轴安装板5具有孔。孔例如形成在连结轴安装板5的中心部。在连结轴安装板5安装有连结轴11。连结轴11安装在仰俯角驱动装置12。仰俯角驱动装置12通过利用促动器推拉连结轴11，驱动翼2至控制信号指定的仰俯角。

在翼2的内部空间，配置有作为引导雷击电流的导线的下行导体7。下行导体7的端部与相当于图9的接受部110的接受部连接。在翼2的内壁面安装有连接金属件8。在翼安装板4的翼侧（翼轴承3的相反侧）的面上安装有固定金属件9。下行导体7的翼根侧的端部通过连接金属件8与接地线7a电连接。接地线7a的一部分通过固定金属件9沿着在翼2的内部确定的路径配线。进一步地，接地线7a的另外一部分通过由翼安装板4的孔、翼轴承3的内周侧的空间、连结轴安装板5的孔形成的孔6被引导至旋翼毂1的内部，安装在连结轴安装板5的与翼2相反侧的面上。

优先地，接地线7a是由绝缘性部件覆盖的绝缘线缆。考虑到抑制雷击电流被连续地施加所引起的形状的变化，绝缘覆盖物优选地采用EPR（乙烯丙烯橡胶）或者XLPE（交联聚乙烯）。这些材料在电绝缘性、抗老化性、难燃性、耐弯曲性（难以扭曲、折曲）的特性方面适合本实施方式的接地线7a。进一步地，由于在轴承周边使用润滑油，所以也要求接地线7a具有耐油性，而这些材料在耐油性方面也优异。

翼2相对于旋翼毂1旋转。因此，在接地线7a产生伴随着翼的旋转的扭曲。接地线7a在翼轴承3的部分以具有松弛的方式（比张紧的状态长）固定，使这些扭曲能够被允许。此外作为接地线7a，使用将翼2内的接地线和旋翼毂1内的接地线通过滑环、旋转连接装置等可相互旋转地连接的导线。

在图1的例子中，在连结轴安装板5的与翼轴承3相反侧的面上安装有固定金属件10。从孔6向旋翼毂1内部引出的接地线7a通过固定金属件10沿着在旋翼毂1内确定的路径配线。

如果具有这样的结构的风车受到雷击，从接受部侵入的雷击电流沿着下行导体7在翼2的内部向翼根方向被引导，被送到接地线7a。流过接地线7a的雷击电流通过孔6被引导至旋翼毂1内部的路径。雷击电流进一步地通过未图示的路径经由机舱、塔内的导线被引导至接地电极。在这样的结构中，不使翼2的接受部受到的雷击电流流过翼轴承3就能够被引导至旋翼毂1的内部。

图2是在本发明的第二实施方式中表示风车的旋翼毂1和一根翼2的翼根的剖视图。仅说明与第一实施方式的区别点。接地线7a通过翼安装板4的孔6a、翼轴承3以及连结轴安装板5的孔6b向旋翼毂1内部被引入，当雷击电流通过该接地线7a时，产生强电磁波。为了抑制该电磁波对配置在旋翼毂1的内部的控制设备类的影响，在旋翼毂内部20安装有金属制的屏蔽部件18。在图2的例中，屏蔽部件18通过安装金属件19被安装在旋翼毂内部20的金属部件17（用于将任意设备接地的结构梁等）。屏蔽部件18在接地线7a的延长方向上的至少一部分范围内覆盖接地线7a。作为屏蔽部件18的替代，也可以在旋翼毂20内部设置金属制的导管。被引入到旋翼毂内部20的接地线7a通过屏蔽部件18的内部，被引导至旋翼毂1的外部。由于流过接地线7a的雷击电流而产生的电磁波被屏蔽部件18屏蔽。因此，减少了对旋翼毂内部20的控制设备类的影响。

当雷击电流通过时，接地线7a和支承该接地线7a的金属部件之间产生大的电位差。在利用接地线7a的绝缘覆盖物的绝缘承受力的余量幅不大的情况下，为了进一步提高安全性，优选地，用绝缘材料覆盖金属部件的接地线7a侧的面。在图2的例中，用绝缘部件13覆盖沿着翼安装板4的接地线7a的配线路径位置处的表面。进一步地，孔6a和孔6b的各自内周面也用绝缘部件14、15覆盖。进一步地，上述屏蔽部件18也经由绝缘部件16相对于金属部件17固定。通过这样的结构，能够以确保高安全性以及可靠性的方式，使雷击电流的路径经由翼轴承3的内周侧通过。

下面，对本发明的第三实施方式进行说明。仅说明与第一、第二实施方式不同的部位。图3是用于说明第三实施方式所要解决的技术问题的、翼轴承3附近的剖视图。在该图的例中，接地线7a在翼安装板4的翼2侧的部位和连结轴安装板5的与翼2相反侧的部位相互平行（电流的流动方向反平行）地配置。将接地线7a这样平行地配置，根据弗莱明左手法则（フレミングの左手の法則），在接地线之间将有斥力起作用。在如图3所示的配置情况下，通过接地线7a对固定金属件9作用有从翼安装板4向拉拔的方向的力。因此，在固定金属件9，要求能够承受该力的强度。

图4表示本发明的第三实施方式中接地线7a的配置。在该图的例中，通过孔6c形成于从翼安装板4a的中心偏离的周缘部，孔6c和连结轴安装板5的孔6b的位置错开。接地线7a从翼2内通过孔6c被引导至翼轴承3的内周侧的空间。在翼安装板4a的与翼2相反侧的面，即，在由翼安装板4a、翼轴承3的内周部以及连结轴安装板5形成的空间侧的面上，安装有安装金属件22。接地线7a通过安装金属件22沿着翼安装板4a上的规定路径配置。接地线7a进一步地通过孔6b被引导至旋翼毂1的内部。在图4的例中，接地线7a在翼安装板4a上的路径和旋翼毂1内的路径上是平行的。流过接地线7a的电流方向在翼安装板4a上的路径和旋翼毂1内的路径上是反平行的。在这样的结构适用在图2说明的绝缘部件的情况下，在孔6c的内周侧和配置接地线7a的路径上的翼安装板4a的面上安装绝缘性部件。

在具有这样的结构的风车受到雷击的情况下，雷击电流21在接地线7a流动。接地线7a的翼安装板4a上的路径和旋翼毂1内的路径是平行的。因此通过洛伦兹力，翼安装板4a上的接地线7a被压付在翼安装板4a上。翼安装板4a由于是用于固定翼2，所以强度高，并且，相对于翼轴承3被坚固地固定。因此，能够以高强度抵挡施加在接地线7a的洛伦兹力。由于施加在安装金属件22的力降低，所以与图3的例子相比，安装金属件22的强度可以小。通过这样的结构，即使在接地线7a施加有大的洛伦兹力的情况下，也能够可靠地抵挡该力。

图5是用于说明本发明的第四实施方式的风车的、翼轴承3附近的剖视图。仅说明与第三实施方式不同的部位。在本实施方式中，翼安装板4的孔6a和连结轴安装板6的孔6b与第一实施方式相同地，形成在对应于平面方向的相同位置，例如，可以形成在各自的中心部。在翼安装板4的翼2侧的面，接地线7a通过未图示的固定金属件固定在规定的路径。接地线7a通过孔6a以及孔6b，被引导至旋翼毂1的内部。在旋翼毂1的内部，接地线7a通过未图示的固定金属件，在连结轴安装板5上沿着规定的路径配置。

在垂直方向（与连结轴安装板5的主面垂直的方向）观察，即，从翼轴承3的旋转轴的方向观察的平面配置中，翼安装板4上的接地线7a的路径和连结轴安装板5上的接地线7a的路径是一条直线。在这样的结构中，如果雷击电流流过接地线7a，则从垂直方向观察时翼安装板4侧的接地线7a和连结轴安装板5侧的接地线7a不重叠而分离，所以相互之间作用的洛伦兹力小。因此，能够使施加在固定金属件的力变小。

翼安装板4侧的接地线7a和连结轴安装板5侧的接地线7a无需是精确的一条直线。连结轴安装板5侧的接地线7a相对于翼安装板4侧的接地线的至少一部分，只要安装成大致延长方向（电流流动的方向）在90度以下即可。进一步地，在垂直方向观察，也能够具有如图5所示的接地线7a的平面配置，并且配置接地线7a为：沿着翼安装板4的路径成为如图4所示的翼安装板4的与翼2相反侧的面。

参照图6和图7，对第四实施方式中接地线7a的配置进行详细的说明。图6是从连结轴安装板5侧观察的、当风车停止，翼2的仰俯角被控制为顺桨状态时的接地线7a的配置的图。图7是表示在通常运转时的翼2的仰俯角被控制成迎风的情况的图。接地线7b、7c分别表示图5的接地线7a的第一部分和第二部分。翼安装板4侧（翼2的翼根部）的接地线7b以点线画出，连结轴安装板5侧（旋翼毂内部）的接地线7c以实线画出。

在有可能发生雷击的情况下，风车停止通常运转。通过仰俯角驱动装置12驱动连结轴11，翼2的仰俯角被控制成顺桨状态。此时，为了抑制由于洛伦兹力施加在接地线7a的力，优选地，使接地线7b的路径和接地线7c的路径形成的角度在90度以下，更优选地，两者大致平行（平面配置为大致一条直线）。即使不是接地线7a的整体，如果从孔6a以及孔6b在规定的长度范围内满足这样的角度条件，则能够抑制作用在接地线7b和接地线7c之间的洛伦兹力的大小。具体地，接地线7b和接地线7c的形成角度优选地在±30度以内的范围，使雷击电流通过时产生的电磁力的影响变成能够被忽略的水平。

在风车的通常运转时，仰俯角驱动装置12相对于旋翼毂1（连结轴安装板5）使翼2（翼安装板4）旋转，使翼2成为迎风状态。在这种情况下，如图7所示，相对于翼安装板4通过确定的路径的接地线7b，相对于旋翼毂1内的接地线7c进行旋转。在通常运转时由于不存在遭受雷击的可能性，因此，接地线7b和接地线7c的电流的流动方向从0度大幅地偏离也不会产生问题。

以上说明的本发明的若干实施方式，也可以适用于图9的风车101的塔102和机舱103之间的偏转轴承109。在这种情况下，机舱103的内部的接地线通过偏转轴承109被引导至塔102侧。根据该结构，能够使雷击电流不通过偏转轴承109而将接地线接地。

以上，参照实施方式说明了本发明，但是本发明并不限于上述实施方式。能够在上述实施方式进行各种变更。例如，在上述实施方式的相互没有矛盾的范围内进行任意组合，也属于本发明的实施方式。

本申请以2011年5月10日申请的日本专利申请2011-105629号为基础主张优先权，在此引用其全部的公开内容。

Claims (8)

1.一种风车，包括：

旋翼毂；

安装有接受雷击放电的接受部的翼；

连接所述旋翼毂和所述翼，使所述翼的仰俯角可变的轴承；

经过所述翼和所述轴承的内周侧的空间，将所述雷击放电向所述旋翼毂侧引导的接地线。

2.根据权利要求1所述的风车，其特征在于，

进一步包括翼安装板，该翼安装板利用结合部件固定下述部位的至少一处：所述翼的翼根的端面、所述翼的翼根的内周面、设在所述翼的翼根的内周面的台阶，

所述翼安装板具有使所述接地线通过的贯通孔。

3.根据权利要求2所述的风车，其特征在于，

进一步包括安装在所述贯通孔的内周侧的绝缘性部件。

4.根据权利要求2或者3所述的风车，其特征在于，

进一步包括安装在所述轴承的所述翼安装板的相对侧的板状部件，

从所述贯通孔向所述翼的相反侧引入的所述接地线，沿着所述翼安装板的所述轴承侧的面配线，进一步地，沿着所述板状部件的所述翼的相反侧的面配线。

5.根据权利要求2或者3所述的风车，其特征在于，

进一步包括安装在所述轴承的所述翼安装板的相对侧的板状部件，

所述接地线的第一部分安装在所述翼安装板的所述翼侧的面，

所述接地线的第二部分安装成：在所述板状部件的所述翼的相反侧，其延长方向相对所述接地线的第一部分在90度以下。

6.根据权利要求5所述的风车，其特征在于，

当所述翼在顺桨位置时，所述接地线的第一部分和所述接地线的第二部分形成的角度在30度以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的风车，其特征在于，

所述接地线在所述轴承的部分具有松弛部。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的风车，其特征在于，

进一步包括固定在所述旋翼毂内部，作为覆盖所述接地线的导电性部件的屏蔽部件。

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