CN105794053A - 用于风力涡轮机的电气连接器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于在风力涡轮机(10)的机舱(14)和轮毂(16)之间提供电力的电气连接器。该电气连接器包括用于连接到该机舱和该轮毂之一的第一电气连接器部件(32)，和用于连接到该机舱和该轮毂中的另一个的第二电气连接器部件(34)。该电气连接器还包括用于使第一或第二电气连接器部件在第一方向中在伸展位置和缩进位置之间移动的致动器(46)，在该伸展位置中，第一和第二连接器部件接触并在该机舱和该轮毂之间形成电气连接，在该缩进位置中，第一和第二电气连接器部件间隔开并且不形成电气连接。第一和/或该第二电气连接器部件包括一个或多个磁体(84)，该一个或多个磁体被布置成当相应的部件接触时，将第一和第二连接器部件固定在一起。

Description

用于风力涡轮机的电气连接器

技术领域

本发明主要涉及用于风力涡轮机的电气连接器。更具体地，本发明涉及一种用于在风力涡轮机的机舱和轮毂之间提供电气连接的电气连接器，并且涉及一种包括这种连接器的风力涡轮机。

背景技术

将电气部件定位在风力涡轮机的叶片或轮毂内变得越来越常见。这种部件的示例包括用于融化累积在叶片的表面上的冰的除冰系统。已知的除冰系统通常包括一个或多个电加热器和定位在每个叶片内侧的一个或多个电风扇。除了除冰系统之外，定位在叶片内侧的其它电气部件可包括桨叶致动器、照明系统和传感器系统。

风力涡轮机通常包括诸如位于机舱内侧的辅助变压器之类的电源。用于将该电源连接到轮毂或叶片内侧的电气部件的电气连接器是已知的，并且通常包括电刷和滑环装置。

然而，诸如电刷和滑环连接器之类的已知的电气连接器通常不能越过位于机舱和轮毂之间的接口来供应大量的电力。因此，在例如除冰系统的情况下，它不能向轮毂提供足够的电力以便同时对多个叶片除冰。考虑到该限制，一些现有的除冰系统被构造成一次对一个叶片除冰。会需要一小时来对单个叶片除冰，由此电力方面的这种限制会导致风力涡轮机的相当长的停机时间，这最终降低了风力涡轮机的生产率。

在此背景下，本发明旨在提供一种改进的电气连接器。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于在风力涡轮机的机舱和轮毂之间提供电力的电气连接器，该电气连接器包括：用于连接到该机舱和该轮毂之一的第一电气连接器部件；和用于连接到该机舱和该轮毂中的另一个的第二电气连接器部件；以及用于使该第一电气连接器部件或第二电气连接器部件在第一方向中在伸展位置和缩进位置之间移动的致动器，在该伸展位置中，该第一连接器部件和第二连接器部件接触并在该机舱和该轮毂之间形成电气连接，在该缩进位置中，该第一电气连接器部件和该第二电气连接器部件间隔开并且不形成电气连接；其中，该第一电气连接器部件和/或第二电气连接器部件包括一个或多个磁体，该一个或多个磁体被布置成当相应的部件接触时，将该第一连接器部件和该第二连接器部件固定在一起。

该磁性连接确保了当部件被连接在一起时，该第一连接器部件和该第二连接器部件被牢固地保持接触。如稍后将更为详细描述的那样，在连接器部件被连接在一起的同时，该转子可相对于机舱轻微地滑移。在这两个连接器部件之间的磁引力确保了在该转子滑移的情况下，部件并不相对于彼此滑动，并且因此确保了越过机舱/轮毂接口的稳定而耐用的电气连接。当这些部件接触时，磁体也用于将部件正确地定位在一起。

该致动器可被构造成使该第一连接器部件移动成与该第二连接器部件接触以及脱离接触。作为选择，该致动器可被构造成使该第二连接器部件与该第一连接器部件接触以及脱离接触。该第一连接器部件可被构造成被安装到轮毂或机舱。同样，该第二连接器部件可被构造成被安装到轮毂和机舱中的另一个。在本发明的优选实施例中，该第一连接器部件被构造成被安装到该机舱，同时该第二连接器部件被构造成被安装到该轮毂，并且该致动器被优选地布置成使该第一连接器部件相对于该第二连接器部件移动。

该电气连接器的两个部件优选地被构造成当风力涡轮机转子停转时、即当施加制动时被连接起来。该转子停转处于致使该第一连接器部件和该第二连接器部件相对于彼此对齐的位置中。当该转子停转时，该电气连接器使位于该风力涡轮机内或远离该风力涡轮机的电源能够被连接到该轮毂，以便向位于轮毂和/或转子叶片内的电气装置供电。在本发明的优选实施例中，该电源为位于机舱内的辅助变压器。该电气连接器优选地被构造成从该电源越过机舱/轮毂接口提供三相电。

该电气连接器特别适用于越过机舱/轮毂接口向除冰系统的诸如位于转子叶片内的风扇和加热器之类的电气部件供电。该电气连接器提供了一种越过机舱/轮毂接口的适当耐用且稳定的电气连接，并且有利地能够提供足够的电力从而同时对所有的叶片除冰。

当向转子施加制动时，在转子和机舱之间可存在对应于高速轴的单转的微小滑移。这通常转化成机舱和轮毂之间的+/-4度的相对旋转。该电气连接器被构造成在于相应连接器部件之间建立连接的过程期间以及一旦将连接器部件联接在一起，就调节该相对运动。

为此，该第二连接器部件优选地限定用于该第一连接器部件的着陆区域。该着陆区域被构造成允许该第一连接器部件和该第二连接器部件在上述可调节转子滑移的连续区域上接触。在稍后描述的本发明的具体实施例中，该第二连接器部件呈具有环形节段的形状的工作台的形式。该环形节段具有8度的外弧长，从而调节上述的+/-4度的滑移公差。该工作台的曲率半径基本上为该工作台和该转子轴线之间的距离。

该第二连接器部件优选地包括一个或多个传导板，这一个或多个传导板被布置成在这两个连接器部件之间提供基本连续的电气接触区域。优选地，存在用于承载三相电源的三个相应相位的三个传导板。该传导板或每个传导板可以是适当弯曲的并且优选地在这两个连接器部件之间限定基本连续的圆周的电气接触区域。在使该第一连接器部件和该第二连接器部件移动成接触的同时，该连续的接触区域允许该电气连接器调节上述的可能的转子滑移。

该第二连接器部件优选地包括一个或多个磁板，这一个或多个磁板被布置成在这两个连接器部件之间提供基本连续的磁接触区域。该磁板或每个磁板优选地是适当弯曲的并且在这两个连接器部件之间限定相应的基本连续的圆周的磁接触区域。磁板可以是永磁体或铁质金属板。该第一连接器部件优选地包括一个或多个永磁体，这一个或多个永磁体被布置成接触该第二连接器部件的一个或多个磁接触区域。当使该第一连接器部件和该第二连接器部件接触时，该连续的磁接触区域允许该电气连接器调节上述可能的转子滑移。

该电气连接器在连续的接触区域上建立接触的能力与现有技术的连接器相比是特别有利的，这是因为它使得该电气连接器能够在转子停转时调节可能的转子滑移。相比之下，在能够建立电气连接之前，诸如插塞和插座类的连接器之类的现有技术连接器必须被精确地对齐，并且因此这类连接器不能调节转子滑移。有利地，因此，本发明的电气连接器在机舱和轮毂之间无需这种精确对齐。

在本发明的优选实施例中，该第一电气连接器部件包括被构造成接合被限定在该第二连接器部件上的电气接触区域的一个或多个电气接触销。优选地，存在用于承载三相电源的三个相应相位的三个电气接触销。该销或每个销均可被例如通过合适的弹簧偏置成当该第一连接器部件和该第二连接器部件接触时，与该电气接触区域接合。这确保了销与第二连接器部件上的相应的触点牢固地接触，并且由此确保该销和传导板之间的可靠连接以及防止其间的击穿或粘结。

有利地，该第一连接器部件或该第二连接器部件可包括一个或多个传感器，这一个或多个传感器被布置成当这些部件接触时，感测这些部件的相对位置。在本发明的优选实施例中，该传感器或每个传感器为感应传感器并且被布置成感测设置在另一连接器部件上的磁体的位置。如果该传感器不使磁体在相对部件上重合，则这表明这两个部件并未正确地对齐。在这种情况下，在尝试进行随后的连接之前，部件可被缩进以相对于彼此远离。

该第二连接器部件优选地可滑动地安装到该轮毂或该机舱。在本发明的带稍后进行描述的具体示例中，该第二连接器部件被安装在一个或多个轨道上，这一个或多个轨道在与圆形主轴承大致正切的方向中延伸，该圆形主轴承设置在风力涡轮机的该电气连接器在使用中连接到其上的轮毂和机舱之间。与如将稍后描述的该第一连接器部件的某些移动性相结合的该布置使得该电气连接器能够在该第一部件和该第二部件连接时，调节转子滑移。这意味着即使在这两个连接器部件接合时发生转子滑移，也保持了稳定的电气连接。优选地，该电气连接器包括用于沿着该轨道或每个轨道将该第二连接器部件偏置到中立位置中的偏置装置。因此，如果在部件连接的同时转子滑移确实发生，则一旦该部件断开连接，该偏置装置就沿着轨道重新定位该第二连接器部件，为随后的连接作好准备。

优选地，该电气连接器包括回转接头，该回转接头被构造成使第一连接器部件和第二连接器部件能够相对于彼此围绕大致平行于第一方向的回转轴线转动。该回转接头还使该电气连接器能够在这两个连接器部件连接时调节转子滑移。

在本发明的优选实施例中，该第一电气连接器安装在滑动框架的第一端，该滑动框架被构造成在第一方向中滑动，以便使该第一电气连接器移动成与该第二电气连接器接触或脱离接触。该第一电气连接器优选地经由该回转接头安装到该滑动框架。该第一电气连接器可相对于该滑动框架在大致垂直于第一方向的方向中移动，这再次使该电气连接器能够在这两个连接器部件连接时调节转子滑移。

该电气连接器可包括位于该滑动框架和该第一连接器部件之间的多个独立的偏置装置，这多个独立的偏置装置用于将该第一连接器部件偏置成与该第二连接器部件接合。可包括一组弹簧的该偏置装置使第一连接器部件和第二连接器部件能够相对于彼此正确地对齐并确保在这两个部件之间进行牢固的接触。偏置装置也允许在致动器的冲程中和在机舱/轮毂距离中存在公差，如将随后参考本发明的具体示例更为详细地解释的那样。

该致动器优选地被布置成可释放地联接到该滑动框架并且在第一方向中驱动该滑动框架。该致动器优选地为线性致动器并包括被构造成在第一方向中伸展和缩进的活塞。例如，该致动器可被构造成通过磁引力附接到该滑动框架。在本发明的优选实施例中，电磁体被安装于该滑动框架的第二端并且该致动器被布置成当启动该电磁体时联接到该电磁体。为此，该致动器可具有位于该活塞的端部的用于接合该电磁体的铁质金属板。该致动器被固定地安装到该机舱，以便移动该滑动框架，该致动器可将其活塞延伸成与该电磁体接触，并且随后一旦将该致动器联接到该电磁体，它就可缩进该活塞，从而致使该框架在轨道上滑动。

该电气连接器优选地包括故障安全装置，该故障安全装置被布置成在电力损失的情况下使该第一连接器部件和该第二连接器部件脱离接触。该故障安全装置可以是诸如气压弹簧之类的偏置装置，该偏置装置可在当该第一连接器部件和该第二连接器部件接触时的第一位置与当该第一连接器部件和该第二连接器部件间隔开时的第二位置之间移动，并且该偏置装置被朝向该第二位置偏置。

为了保护该敏感的电气部件免受雷击的影响，当该第一连接器部件和该第二连接器部件并不接触时，该第一连接器部件可有利地被封闭在电磁兼容盒中。优选地，当使该连接器部件移动成接触时，该第一连接器部件被布置成从该电磁兼容盒滑出。该电磁兼容盒可包括一个或多个外开门，这一个或多个外开门在该第一连接器部件位于该盒内时，被例如通过合适的弹簧偏置到关闭位置中。该电气连接器优选地被布置成，使得当该第一连接器部件从该盒滑出时，在使用中，这些门通过该第一连接器部件而被迫打开。一旦该第一连接器缩进回该盒内，该弹簧偏置门就随后自动关闭。

本发明还提供了一种风力涡轮机，其包括机舱；包括从中心轮毂径向向外延伸的一个或多个转子叶片的转子，该转子可旋转地安装到该机舱；以及上述电气连接器。

在优选实施例中，该电气连接器的第一连接器部件安装到该机舱以及该电气连接器的第二连接器部件安装到该轮毂。该第一连接器部件优选地连接到电源，例如位于该机舱内或其它位置的电源，诸如辅助变压器。优选地，该电源为三相电源，并且该连接器越过机舱/轮毂接口提供了三相电气连接。

该风力涡轮机优选地包括位于轮毂和/或叶片内的一个或多个电气部件。这些电气部件优选地电连接到该电气连接器。例如，这些电气部件可直接地连接到该第二连接器部件，或经由其它部件或经由接线盒间接地连接。通常，该第二连接器部件连接到位于轮毂内的接线盒并且电气部件进而连接到该接线盒。

在本发明的优选实施例中，位于该轮毂和/或叶片内的一个或多个电气部件为除冰系统的部件，例如加热器和风扇。因此，本发明的电气连接器可适当地越过机舱/轮毂接口向除冰系统供电。然而，应该理解的是，该电气连接器并不局限于该功能，并且可用于向该转子的诸如照明系统、传感器系统等之类的其它电气部件供电。

本发明的概念涵盖了如上所述的电气连接器用于越过风力涡轮机的机舱/轮毂接口向基于转子的电气系统供电的用途。

本发明也可在用于上述电气连接器的第一连接部件方面体现。此外，本发明可在用于上述电气连接器的第二连接部件方面体现。

本发明的电气连接器也称为电力传输单元。因此，本发明还提供了一种风力涡轮机，其包括：机舱；包括从中心轮毂径向向外延伸的一个或多个转子叶片的转子，该转子可旋转地安装到该机舱；以及用于在机舱和转子之间提供电气连接的电力传输单元，该电力传输单元包括：设置在该机舱上的第一电气连接器部件，该第一电气连接器部件电连接到电源；设置在该轮毂上的第二电气连接器部件，该第二电气连接器部件电连接到位于该轮毂或转子叶片内的一个或多个电气部件；以及用于使该电力传输单元在接合位置和脱离接合位置之间移动的致动器，在该接合位置中，该第一连接器部件和第二连接器部件接触并在机舱和轮毂之间形成电气连接，在该脱离接合位置中，该第一电气连接器部件和该第二电气连接器部件间隔开并且不形成电气连接；其中，该第一电气连接器部件和/或该第二电气连接器部件包括一个或多个磁体，这一个或多个磁体被布置成使得当该电力传输单元处于接合位置中时，该第一连接器部件和该第二连接器部件通过磁引力而被固定处于接触中。

当用上文使用的其它术语中的任一种进行表达时，与本发明的任一具体表达相关的上述可选择的和/或有利的特征同样适用于本发明。出于简洁的目的，已经完全避免了重复这些特征。

还将理解的是，上文描述的和在整个本专利说明书中所描述的许多可选择的和有利的特征具有独立于在第一连接器部件和第二连接器部件之间的磁联接的技术效果。示例包括使电气连接器适用于调节转子滑移的多种改变。因此，本发明可作为选择在一种具有这些可选择的和/或有利特征中的任一个但不必包括磁联接的电气连接器方面加以体现，和/或在一种具有这种电气连接器的风力涡轮机方面加以体现。在该方面中，设想出了涉及这些发明的一个或多个分案申请和/或同样设想出了要求本申请的优先权的一个或多个其它申请。

附图说明

现在将仅作为非限制性示例参考附图更为详细地描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机的机舱和转子，该风力涡轮机包括设置于位于该机舱和该转子的轮毂之间的接口处的根据本发明的实施例的电气连接器；

图2a示出了该电气连接器的处于间隔关系的第一部件和第二部件；

图2b示出了该电气连接器的处于接触中以建立电气连接的第一部件和第二部件；

图3是该第二连接器部件的前视图；

图4是该第二连接器部件的后视透视图；

图5a到图5b是该第二连接器部件的后视图，其图示了该第二连接器部件沿一组平行轨道的滑动运动；

图6是该第一连接器部件的插塞部分的透视图；

图7是该插塞的另一透视图，其中已经将该插塞的外部壳体制成为是透明的以展现出该插塞内侧的部件；

图8a示出了处于缩进位置中的该第一连接器部件；

图8b示出了处于伸展位置中的该第一连接器部件；

图9示出了一种用于容置该插塞的电磁兼容盒；以及

图10示出了当将该第一连接器部件和该第二连接器部件连接在一起时，该电气连接器如何能够调节转子滑移。

具体实施方式

图1示出了一种风力涡轮机组件10，其包括连接到机舱14的转子12。图1中仅提供了该机舱14的局部视图。转子12包括经由主轴承17安装到该机舱14的中心轮毂16。转子12被构造成围绕转子轴线R旋转。轮毂16包括围绕其圆周等距离地间隔开的三个圆形孔18。用虚线示意性地表示的三个风力涡轮机叶片20a、20b、20c经由环形桨叶轴承21分别连接到这些孔18。

辅助变压器22位于机舱14内。在本发明的其它实施例中，该辅助变压器22可位于其它位置，例如位于风力涡轮机塔架的底部或该塔架的外部。除冰系统的加热器24和多个风扇26位于每个叶片20a、20b、20c的内侧。为了清晰起见，图1中仅示意性地示出了与第一叶片20a相关联的加热器24和风扇26。

下文中被称为“电力传输单元”的电气连接器30安装在机舱14和轮毂16之间。如稍后将进一步详细描述的那样，该电力传输单元30包括分别与机舱14和轮毂16相关联的第一连接器部件32和第二连接器部件34(参见图2a)。机舱侧上的第一连接器部件32被电连接到位于机舱14内的辅助变压器22，同时轮毂侧上的第二连接器部件34被经由位于轮毂16内的接线盒(未示出)电连接到位于相应叶片20a、20b、20c内的除冰部件(例如风扇26和加热器24)。

电力传输单元30的第一连接器部件32和第二连接器部件34被构造成当转子12处于服务模式中时，即当向转子12施加制动以防止转子12转动时，彼此接合，并且第一叶片20a如图1中所示向下指向。当第一连接器部件32和第二连接器部件34接合时，该电力传输单元30在机舱14和轮毂16之间提供电气路径并且用于将位于叶片20a、20b、20c中的除冰部件24、26电连接到辅助变压器22。电力传输单元30被构造成允许在辅助变压器22和除冰系统之间传输足够的电力，从而能够同时对所有的三个叶片20a、20b、20c除冰。

现在将参考图2到图10来描述电力传输单元30的构造和操作的更多细节。

参考图2a和图2b，这些视图示出了该电力传输单元30的机舱侧连接器32和轮毂侧连接器34。在图2a中，该电力传输单元30被脱离接合(即处于脱离接合位置中)，其中这两个连接器部件32、34呈间隔关系布置。当该电力传输单元30脱离接合时，它并不越过机舱/轮毂接口供应电力。该电力传输单元30在该风力涡轮机的正常操作期间脱离接合，即当该风力涡轮机产生电力时脱离接合。图2b示出了当接合时、即处于连接位置中的该电力传输单元30，其中这两个连接器部件32、34物理地连接在一起。当被接合时，电力可经由该电力传输单元30越过机舱/轮毂接口供给到位于叶片20a、20b、20c内的除冰部件24、26。当需要对叶片除冰时以及当向转子12施加制动时，该电力传输单元30被接合。

该轮毂侧连接器34包括可滑动地安装在一对平行轨道38a、38b上的工作台36，这对轨道被固定到轮毂16(图1)。该工作台被构造成在轨道38a、38b上在图2a中由附图标记‘1’所表示的箭头方向中滑动。稍后将参考图3到图5更为详细地描述该工作台36。

机舱侧连接器32包括随后也将参考图6和图7更为详细地描述的插塞40。该插塞40安装到框架42，该框架可滑动地安装在被固定到机舱14的一对平行轨道44上。轨道44大致垂直于该工作台36的平面延伸。线性致动器46也固定到该机舱14。如稍后将参考图8a和图8b更为详细地描述的那样，该线性致动器46用于使该滑动框架42沿这平行轨道44移动，使得该插塞40在第一方向中朝向工作台36或远离工作台36移动。

将理解的是，图2a和图2b构成了本发明的微小变型：在图2a中，线性致动器46安装在滑动框架42的下方，而在图2b中，线性致动器46延伸穿过滑动框架42中的槽孔48。

如将通过随后的描述而变得明显的是，当插塞40移动成与工作台36相接触时，即当该电力传输单元30从图2a中所示的断开位置移动到图2b中所示的连接位置时，该工作台36限定了用于插塞40的‘着陆区域’。

现在将参考图3到图5更为详细地描述该工作台36。

现在参考图3的前视图，该工作台36是大致平坦的并且具有前表面50，该前表面具有环形区段的形状。该形状被设计成用于为插塞40提供适合的着陆区域，当向转子12施加制动时，该着陆区域可调节轮毂16和机舱14之间的轻微滑移。当施加制动时，转子12可滑移对应于高速轴的一个回转的量，其相当于轮毂16的约+/-四度的滑移。因此，如图3中所示，该工作台36包括八度的环形节段。工作台36的曲率半径大致对应于电力传输单元30和转子轴线R(如图1所示)之间的垂直距离‘d’。工作台36的曲率与位于机舱14和轮毂16之间的圆形主轴承17的曲率大致同心。

仍参考图3，该工作台36包括绝缘基板52。三个传导板54a、54b、54c安装到基板52的前表面50。当插塞40和工作台36对齐时，该基板52的前表面50面对该插塞40。传导板54a、54b、54c为金属条带，每个都具有与工作台36的曲率相对应的微小曲率。条带54a、54b、54c在圆周方向中(即在工作台36的曲率方向中)彼此平行地延伸。条带54a、54b、54c在径向方向中彼此间隔开，以防止在条带54a、54b、54c之间发生短路。

一对磁板56a、56b也被安装到基板52的前表面50。该磁板56a、56b由基本耐腐蚀并且因此能够承受风力涡轮机的环境状况的镀锌磁钢合金制成。磁板56a、56b也呈条带的形式，并且此外，这些条带具有与工作台36的曲率相对应的微小曲率。第一磁条56a通常安装在这组传导板54a、54b、54c的上方并且第二磁条56b通常安装在这组传导板54a、54b、54c的下方。磁条56a、56b圆周地并且大致平行于传导板54a、54b、54c延伸。相对术语“上方”和“下方”并非旨在限制本发明的范围，并且出于方便用于提及如图中所示的各个板的定向。换言之，这组传导板54a、54b、54c被布置在第一磁板56a和第二磁板56b之间。

磁板56a、56b与传导板54a、54b、54c间隔开，以便防止在这些板之间发生短路。如在图2a和图2b中最佳所见，各个板安装在位于基板52的前表面50中的相应凹槽60中。这些凹槽60用于防止水、冰和雪在这些板之间形成短路。

现在参考图4的后视图，工作台36还包括被安装到基板52的后表面的背板62。该背板62用于加强工作台36，以便当使插塞40移动成与工作台36接触时防止工作台36变形。为了防止短路，该背板62包括环绕将传导板54a、54b、54c固定到基板52的螺栓和紧固件66的切除部分64。

一组引导件66a、66b、66c被安装到背板62。第一引导件66a和第二引导件66b被分别安装在背板62的上拐角中并且第三引导件66c被沿着背板62的下边缘大致居中地安装。第一引导件66a和第二引导件66b可滑动地接合上文中参考图2a和图2b提及的平行轨道的上轨道38a并且第三引导件66c可滑动地接合这些平行轨道的下轨道38b。引导件66a、66b和66c均包括便于工作台36沿着轨道38a、38b滑动的滚珠轴承。

工作台36和引导轨道38a、38b之间的滑动布置允许工作台36在连接该插塞40以调节转子21中的任何微小的滑移时轻微地移动。如上所述，转子12可滑移对应于高速轴的一个回转的量，其相当于轮毂16的约+/-四度的滑移。将会通过附图了解到的是，平行轨道38a和38b与该工作台36的曲率大致正切地延伸，并且因此由于主轴承17和工作台36的相应曲率之间的同心性，而同样与主轴承17的曲率大致正切。因此，工作台36被构造成在轨道38a和38b上在正切方向中滑动。

仍然参考图4，第一气压弹簧68a和第二气压弹簧68b联接到工作台36，并且这些气压弹簧用于在使插塞40与工作台36脱离接合后，在转子12中已经发生了任何滑移的情况下，使工作台36沿着轨道38a、38b回到中心位置。气压弹簧68a、68b大致平行于轨道38a、38b并与工作台36的上边缘69相邻地布置。每个气压弹簧68a、68b均包括可在相应气缸72a、72b内滑动的活塞70a、70b。第一气压弹簧68a的气缸72a被安装到工作台36的背板62的上边缘69，同时第一气压弹簧68a的活塞70a被安装到第四引导件66d，该第四引导件被布置成沿着上轨道38a滑动，位于第二引导件66b的外侧并与该第二引导件66b相邻。第二气压弹簧68b的气缸72b也被安装到第四引导件66d，同时第二气压弹簧68b的活塞70b被安装到轮毂16。

现在将参考图5a-c简要描述用于在将插塞40断开之后以及在进行随后的重新连接之前，沿着滑动轨道38a、38b重新定位该工作台36的气压弹簧68a、68b的操作模式。参考图5a，该图示出了位于滑动轨道38a、38b上的中立位置中的工作台36。在该位置中，工作台36准备接收插塞40。参考图5b，该图示出了在一个方向中沿着滑动轨道38a、38b移动，例如用以在连接插塞40和工作台36时调节+4度的转子滑移的工作台36。这里，可以看出的是，工作台36沿着引导轨道38a、38b的平移致使第一气压弹簧68a的活塞70a伸展。一旦插塞40与工作台36断开连接，活塞70a就将缩回到其相应的气缸72a中，并且将工作台36拉回到图5a中所示的中立位置。现在参考图5c，该图示出了在相反方向中沿着滑动轨道38a、38b移动，例如用以在连接插塞40和工作台36时调节-4度的转子滑移的工作台36。这里，可以看出的是，工作台36沿着引导轨道38a、38b的平移致使第二气压弹簧68b的活塞70b伸展。一旦插塞40与工作台36断开连接，活塞70b将缩回到其相应的气缸72b中，并且将工作台36拉回到图5a中所示的中立位置。

现在将参考图6和图7更为详细地描述插塞40。

参考图6，该插塞40具有细长的矩形形状并且包括由绝缘材料制成的外部壳体80。外部壳体80形成插塞40的前表面82，该前表面在电力传输单元30处于连接位置中时与轮毂侧工作台连接器36接触。插塞40包括由钕制成的四个圆柱形永磁体84。这些磁体84分别被布置在插塞40的四个拐角。磁体84均被安装到插塞40的基板86(图7)，并且插塞40的壳体80包括处于插塞40的相应拐角中的四个孔88，这些孔在插塞40的前表面82中暴露出相应的磁体84。当使该电力传输单元30移动到连接位置中时，插塞40的磁体84与工作台36的磁板54a、54b、54c接触(上文参考图3所述)并在除冰过程期间用于维持插塞40和工作台36之间的固定的电气连接。

感应传感器90设置在插塞40的每个拐角中。传感器90确保了在启动通过该单元30的电力传输之前，该插塞40被相对于工作台36正确地定位。

仍参考图6，插塞40还包括在插塞40的大致中心区域94中被成排布置的一组三个传导销92a、92b、92c。销92a、92b、92c在平行于插塞40的纵向轴线‘L’的纵向方向中彼此间隔开。当插塞40与工作台36相对地布置时，该纵向方向通常对应于上文中提及的径向方向。每个销92a、92b、92c均具有相应的接触端96，该接触端延伸通过设置在插塞壳体80的前表面82中的相应的孔。当使插塞40和工作台36移动成相接触时，销92a、92b、92c的暴露的接触端96与工作台36的前表面50上的相应的传导板54a、54b、54c相接触。每个销92a、92b、92c均承载由辅助变压器22提供的三相输出的相应相位。

图7示出了被安装到滑动框架42的插塞40，并且插塞40的外部壳体80被示出为是透明的以展现出壳体80内的销92a、92b、92c和磁体84。参考图7，每个销92a、92b、92c均延伸通过设置在插塞40的基板86中的相应孔98。每个销92a、92b、92c均包括邻近于销92a、92b、92c的接触端96定位的圆形套环100。圆形套环100位于插塞壳体80的内侧，紧位于销92a、92b、92c的接触端96所突出穿过的相应的孔的后面。每个销92a、92b、92c还包括位于插塞40的基板86和销92a、92b、92c的套环100之间的相应弹簧102。该弹簧102用于在该电力传输单元30处于连接位置中时，将销92a、92b、92c偏置成与工作台36的相应传导板54a、54b、54c接合。每个弹簧102均提供了每个销92a、92b、92c7公斤的压力。弹簧102也确保相应的销92a、92b、92c的整个接触表面96与相应的传导板54a、54b、54c接触，这在于插塞40和工作台36之间进行接触时防止粘结和形成电弧。

仍参考图7，该插塞40被通过支架104安装到滑动框架42。一组四个弹簧106设置在支架104和插塞40的后表面之间。这些弹簧106彼此独立并且用于确保插塞40和工作台36稳固地接触和正确地对齐。这些弹簧106还用于在机舱14和轮毂16之间提供+/-5毫米的距离公差。

支架104进而被通过大致呈矩形的转接板108安装到滑动框架42。转接板108包括在转接板108的第一纵向侧112上被轴向地间隔开的一对细长的套筒110。杆114延伸穿过套筒110。尽管图7中是不可见的，但一对相同的套筒和对应的杆被设置在该转接板108的另一纵向侧上。支架104包括位于支架104的背面上的多个扣环116。这些扣环116牢固地连接到相应的杆114。杆114可在套筒110内滑动，以允许插塞40相对于滑动框架42在纵向方向中轻微地移动，如图7中由箭头‘2’所示。在每个杆114的一端，围绕杆114设置有相应的弹簧118。弹簧118均在相应的套筒110和支架104的相应的扣环116之间延伸。弹簧118用于在纵向方向2中相对于滑动框架42将插塞40偏置到中立位置中。

转接板108进而被通过回转接头120联接到滑动框架42。该回转接头120允许插塞40相对于滑动框架42围绕大致平行于滑动轨道44(即大致垂直于工作台36的平面)的回转轴线122转动(如在图7中由箭头‘3’所示)。由回转接头120提供的该旋转自由度3与上述纵向自由度2相结合使电力传输单元30能够在该单元30被接合时调节轮毂16中的轻微滑移，如将在稍后更为详细地描述的那样。

现在参考图8a和图8b，这些视图示出了被安装到滑动框架42的插塞40。图8a示出了处于缩进位置中、即当该电力传输单元30断开连接时的插塞40，并且图8b示出了处于伸展位置中、即当使插塞40移动成与工作台36相接触时的插塞40。参考图8a，插塞40、支架104和转接板108被安装于滑动框架42的第一端124并且电磁体126被安装于滑动框架42的第二端128。如早先参考图2a和图2b所述，设置线性致动器46用于将插塞40移动成与工作台36接合。线性致动器46被安装到机舱14并延伸穿过设置在该滑动框架42的基座130中的槽孔48。该槽孔48设置在基座130的中心区域中并且大致平行于滑动轨道44延伸。

线性致动器46被电力地操作并包括壳体132和活塞134。活塞134被布置成相对于壳体132伸展和缩进。由铁质金属制成的板136被安装到活塞134的一端。活塞134相对于壳体132延伸以使该板136移动成与电磁体126接触。一旦该板136与电磁体126接触，就接通该电磁体126以将该板136磁性地联接到电磁体126。活塞134随后缩回到线性致动器46的壳体132中，这致使电磁体126朝向线性致动器46的壳体132移动，并因此致使滑动框架42沿着轨道44移动并且使该插塞40移动成与工作台36接触(如图2b中所示)。活塞134的冲程超过从插塞40到工作台36的距离。通过位于插塞40和支架104之间的弹簧106来调节过度冲程，这在上文中参考图7给予了描述。这些弹簧106因此允许在致动器46的冲程上存在公差。

在位于该滑动框架42的基座130中的槽孔48中设置气压弹簧138。该气压弹簧138在线性致动器46和该槽孔48的与电磁体126相邻的端壁140之间延伸。当滑动框架42的电磁体端128朝向线性致动器46移动时，即当插塞40移动成与工作台36相接触时，气压弹簧138被压缩，如图8b和图2b中所示。气压弹簧138被朝向其延伸位置偏置(如图8a中所示)，并用作安全装置：在电力损失的情况下，电磁体126将停用，从而致使施加到线性致动器46的铁板136的磁引力损失并且气压弹簧138将随后延伸，从而致使滑动框架42沿着轨道44往回移动，并且因此致使插塞40移动成与工作台36脱离接触，从而断开了机舱14和轮毂16之间的电气连接。

参考图9，整个插塞40被安装在电磁兼容(EMC)盒142内以保护插塞40免受雷击。盒142由4毫米厚的不锈钢制成。当该电力传输单元30断开连接时，盒142通常是完全关闭的以保护部件。一组门144设置于盒142的前部，即当插塞40和工作台36对齐时与工作台36相对。门144向外打开并被通过扭矩弹簧146偏置到闭合位置中。盒142被安装到机舱14并被相对于滑动框架42固定住。因此，当线性致动器46延伸时，它推动插塞40靠在门144上，从而致使门144打开。当线性致动器46缩进时，插塞40在盒142的内侧向回移动并且门144依靠弹簧146关闭。

上文已经描述了在连接插塞40和工作台36之前，并且同样一旦连接插塞40和工作台36，该电力传输单元30就应该能够调节+/-4度的转子滑移。工作台36的尺寸和弧形形状被设计成用于在连接插塞40和工作台36之前调节该滑移量。在这方面，并且如上所述，该工作台36为插塞40提供了使插塞40能够在该滑移范围内连接到工作台36的着陆区域。这相对于插塞和插座类型的现有技术电气连接器而言具有显著的优点，该现有技术电气连接器并不提供等效的滑移公差并且必须被完全对齐以形成连接。

一旦插塞40和工作台36连接，并且向该除冰系统提供电源，本发明的电力传输单元30还能够调节+/-4度的转子滑移，同时维持插塞40和工作台36之间的固定的电气连接。这通过如上文参考图4和图5a到5c所述的工作台36的滑动安装布置和上文参考图7所述的在插塞40和滑动框架42之间的可移动联接的结合来实现。再次简要地参考图4，由工作台36的滑动安装布置提供的自由度在图4中用带有附图标记‘1’的箭头表示。现在简要地参考图7，在插塞40的纵向方向中的自由度用带有附图标记‘2’的箭头表示，同时由回转接头120提供的自由度在图7中用附图标记‘3’表示。这三个自由度如图10中所示组合以便在插塞40和工作台36连接时，调节转子12和机舱14之间的滑移。

参考图10，该电力传输单元30用两个矩形30a和30b表示。第一矩形30表示该电力传输单元30在插塞40和工作台36初始连接时的位置，并且第二矩形30b表示在插塞40和工作台36保持连接的同时，该电力传输单元30在由转子滑移所导致的轮毂16的轻微旋转之后的位置。为了调节轮毂16的轻微旋转，工作台36沿着其轨道38a、38b在箭头1的方向中移动，同时插塞40相对于转接板108在箭头2的方向中纵向地移动。此外，插塞40围绕图7中所示的旋转轴线122轻微地回转。设置于插塞40的相对拐角处的四个磁体84有利地防止该插塞40在转子转动时倾斜，并且更为通常地用于无论转子滑移如何，均保持插塞40和工作台36牢固地接触。

现在将再次参考上述附图概述一种涉及接合该电力传输单元30的对该风力涡轮机的叶片除冰的方法。该方法通过一种在图1中示意性地表示的程序控制器150自动实施。

参考图1，用竖直向下地指向的第一叶片20a使轮毂16停止并且施加制动。这确保了安装到轮毂16的工作台36与该插塞40在公差为±4度的范围内相对地定位。

接着，参考图2b，线性致动器46延伸以与电磁体126形成接触。该电磁体126随后被接通，使得它磁性地附接到该致动器46的铁质金属板46。致动器46再次缩进，并且在电磁体126仍联接到该铁板136的情况下，致使滑动框架42沿着轨道44滑动，这进而朝向工作台36驱动该插塞40。

现在也参考图6和图7，随着插塞40朝向工作台36移动，首先通过插塞40中的三个传导销92a、92b、92c形成与工作台36的接触。环绕销92a、92b、92c的弹簧102获得少量冲击(对应于7kg/销)并且使销92a、92b、92c对齐，以便在永磁体84到达工作台36之前获得最佳的电气连接。

永磁体84被固定在插塞40中，并且随着线性致动器46缩进，位于插塞40和后支架104之间的四个独立的弹簧106压缩，直到该致动器46到达完整冲程。弹簧106使整个插塞40与工作台36对齐，并且通过调节关于轮毂-机舱距离的±5毫米的公差来确保在插塞40和工作台36之间的接触。

通过感测工作台36的磁板56a、56b的位置，插塞40的前表面82上的四个感应传感器90确认了插塞40的正确位置。如果传感器90中的一个或多个未能感测工作台36的磁板56a、56b，则致动器46将再次缩进该插塞36。

在插塞40成功着陆之后，开始向除冰装置传输电力。

在电力传输过程中，轮毂16可滑移与在高速轴的一个回转的制动中的滑移相对应的±4度，如前所述。将在两个线性接头和上文参考图10所述的旋转接头中调节该轮毂16的旋转。通过合适的传感器来监控该轮毂16的位置并且将其位置馈送到该控制器150。如果轮毂16的位置表明已达到或超出外滑移公差，则该控制器150被构造成切断电力传输并且缩进该插塞40。

在出于任何理由切断失效并且轮毂16继续与连接的插塞40和工作台36一起旋转的情况下，该插塞40将滑过工作台36，直到一个或多个感应传感器90未能确认正确的位置为止。随后将在击穿发生之前切断电力，并且插塞40将被缩进。

同时对所有的三个叶片20a、20b、20c除冰。这是本发明的特别优点并且通过该电力传输单元30成为可能，该电力传输单元能够越过机舱/轮毂接口提供足够的电力，以便同时对所有的叶片除冰。

一旦完成了除冰过程，插塞40就被缩进，并且切断电磁体126的电源以节省电力，直到需要后续的除冰过程为止。

应该理解的是，在先前描述中所提及的各种公差仅作为示例提供，并非旨在限制本发明的范围。例如，在明确提及+/-4度的滑移公差时，将意识到的是，可通过适当地选择部件的多种尺寸来获得其它公差。特别地，增加工作台36的宽度和/或工作台36在其上滑动的轨道38a、38b的长度将增加滑移公差。

虽然已经在除冰系统的背景下描述了该电力传输单元30，但将明显的是，该电力传输单元30适用于越过机舱/轮毂接口向诸如照明装置或传感器系统之类的其它电气部件供应电力。

可对上述示例进行许多其它的修改，而并不背离本发明的如由所附权利要求限定的范围。

Claims (42)

1.一种用于在风力涡轮机的机舱和轮毂之间提供电力的电气连接器，所述电气连接器包括：

用于连接到所述机舱和所述轮毂中的一个的第一电气连接器部件；和

用于连接到所述机舱和所述轮毂中的另一个的第二电气连接器部件；以及

用于在第一方向中在伸展位置和缩进位置之间移动所述第一电气连接器部件或所述第二电气连接器部件的致动器，在所述伸展位置中，所述第一连接器部件和所述第二连接器部件接触并在所述机舱和所述轮毂之间形成电气连接，在所述缩进位置中，所述第一电气连接器部件和所述第二电气连接器部件间隔开并且不形成电气连接；

其中，所述第一电气连接器部件和/或所述第二电气连接器部件包括一个或多个磁体，所述一个或多个磁体被布置成当相应的部件接触时，将所述第一连接器部件和所述第二连接器部件固定在一起。

2.根据权利要求1所述的电气连接器，其中，所述致动器被构造成使所述第一连接器部件移动成与所述第二连接器部件接触或脱离接触。

3.根据权利要求1或2所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件限定用于所述第一连接器部件的着陆区域。

4.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件呈具有环形节段的形状的工作台的形式。

5.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件包括一个或多个传导板，所述一个或多个传导板被布置成在这两个连接器部件之间提供基本连续的电气接触区域。

6.根据权利要求5所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件包括用于承载三相电源的三个相应相位的三个传导板。

7.根据权利要求5或6所述的电气连接器，其中，所述传导板或每个传导板是弯曲的并在这两个连接器部件之间限定基本连续的圆周的电气接触区域。

8.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件包括一个或多个磁板，所述一个或多个磁板被布置成在这两个连接器部件之间提供基本连续的磁接触区域。

9.根据权利要求8所述的电气连接器，其中，所述磁板或每个磁板是弯曲的并且在这两个连接器部件之间限定相应的基本连续的圆周的磁接触区域。

10.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第一连接器部件包括一个或多个永磁体，所述一个或多个永磁体被布置成接触所述第二连接器部件的一个或多个磁接触区域。

11.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第一电气连接器部件包括一个或多个电气接触销，所述一个或多个电气接触销被构造成接合限定在所述第二连接器部件上的电气接触区域。

12.根据权利要求11所述的电气连接器，其中，所述第一电气连接器部件包括用于承载三相电源的三个相应相位的三个电气接触销。

13.根据权利要求11或12所述的电气连接器，其中，当所述第一连接器部件和所述第二连接器部件接触时，所述销或每个销被偏置成与所述电气接触区域接合。

14.根据权利要求13所述的电气连接器，其中，所述销或每个销通过与所述销相关联的相应的弹簧而被偏置成与所述电气接触区域接合。

15.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第一连接器部件和/或所述第二连接器部件包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置成在所述部件接触时，感测所述部件的相对位置。

16.根据权利要求15所述的电气连接器，其中，所述传感器或每个传感器为感应传感器并被布置成感测设置在另一连接器部件上的所述磁体的位置。

17.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件可滑动地安装到所述轮毂或所述机舱。

18.根据权利要求17所述的电气连接器，其中，所述第二连接器部件被安装在沿着与圆形主轴承大致正切的方向延伸的一个或多个轨道上，所述圆形主轴承设置在所述风力涡轮机的所述电气连接器在使用中连接其上的所述轮毂和所述机舱之间。

19.根据权利要求18所述的电气连接器，其中，所述电气连接器还包括用于沿着所述轨道或每个轨道将所述第二连接器部件偏置到中立位置中的偏置装置。

20.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述电气连接器还包括回转接头，所述回转接头被构造成使所述第一连接器部件和所述第二连接器部件能够相对于彼此围绕大致平行于所述第一方向的回转轴线转动。

21.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第一电气连接器安装在滑动框架的第一端，所述滑动框架被构造成在所述第一方向中滑动，以便使所述第一电气连接器移动成与所述第二电气连接器接触或脱离接触。

22.根据前述权利要求21所述的电气连接器，当从属于权利要求20时，其中，所述第一电气连接器被经由所述回转接头安装到所述滑动框架。

23.根据权利要求21或22所述的电气连接器，其中，所述第一电气连接器能够相对于所述滑动框架在大致垂直于所述第一方向的方向中移动。

24.根据权利要求21到23中的任一项所述的电气连接器，其中，所述电气连接器还包括位于所述滑动框架和所述第一连接器部件之间的多个独立的偏置装置，所述多个独立的偏置装置用于将所述第一连接器部件偏置成与所述第二连接器部件接合。

25.根据权利要求21到24中的任一项所述的电气连接器，其中，所述致动器被布置成可释放地联接到所述滑动框架并且在所述第一方向中驱动所述滑动框架。

26.根据权利要求25所述的电气连接器，其中，所述致动器被布置成通过磁引力联接到所述滑动框架。

27.根据权利要求26所述的电气连接器，其中，在所述滑动框架的第二端安装有电磁体并且所述致动器被布置成当启动所述电磁体时，联接到所述电磁体。

28.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述电气连接器还包括故障安全装置，所述故障安全装置被布置成在电力损失的情况下使所述第一连接器部件和所述第二连接器部件移动成脱离接触。

29.根据权利要求28的电气连接器，其中，所述故障安全装置是诸如气压弹簧之类的偏置装置，所述偏置装置能够在当所述第一连接器部件和所述第二连接器部件接触时的第一位置与当所述第一连接器部件和所述第二连接器部件间隔开时的第二位置之间移动，并且所述偏置装置被朝向所述第二位置偏置。

30.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述致动器为线性致动器并包括被构造成在所述第一方向中伸展和缩进的活塞。

31.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，当所述第一连接器部件和所述第二连接器部件不接触时，所述第一连接器部件被封闭在电磁兼容盒中。

32.根据权利要求31所述的电气连接器，其中，当使所述连接器部件移动成接触时，所述第一连接器部件被布置成从所述电磁兼容盒滑出。

33.根据权利要求32所述的电气连接器，其中，所述电磁兼容盒包括一个或多个外开门，所述一个或多个外开门当所述第一连接器部件位于所述盒内时被偏置到关闭位置中，并且所述电气连接器被布置成，使得在使用中，当所述第一连接器部件从所述盒滑出时，所述门通过所述第一连接器部件而被迫打开。

34.根据任一前述权利要求所述的电气连接器，其中，所述第一电气连接器被构造成安装到所述机舱并且所述第二电气连接器被构造成安装到所述风力涡轮机的所述轮毂。

35.如任一前述权利要求所述的电气连接器用于越过风力涡轮机的机舱/轮毂接口向基于转子的电气系统提供电力的用途。

36.一种风力涡轮机，包括：

机舱；

转子，所述转子包括从中心轮毂径向向外延伸的一个或多个转子叶片，所述转子可旋转地安装到所述机舱；以及

根据任一前述权利要求所述的电气连接器。

37.根据权利要求36所述的风力涡轮机，其中，所述电气连接器的所述第一连接器部件安装到所述机舱并且所述电气连接器的所述第二连接器部件安装到所述轮毂。

38.根据权利要求37所述的风力涡轮机，其中，所述第一连接器部件连接到电源。

39.根据权利要求38所述的风力涡轮机，其中，所述电源位于所述机舱内。

40.根据权利要求38或39所述的风力涡轮机，其中，所述电源为辅助变压器。

41.根据权利要求36到40中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机还包括位于所述轮毂和/或所述叶片内的一个或多个电气部件，所述电气部件电连接到所述电气连接器。

42.根据权利要求41所述的风力涡轮机，其中，位于所述轮毂和/或所述叶片内的所述一个或多个电气部件为除冰系统的部件。