CN107110126B - 用于风轮机的雷电流传递单元 - Google Patents

Abstract

一种用于风轮机的雷电流传递单元，所述风轮机包括能相对于彼此旋转的第一部分和第二部分，其中，所述雷电流传递单元被布置成提供所述第一部分和所述第二部分之间的电接触，该雷电流传递单元包括：第一电流传递部分，其包括第一滑块并且被配置成电联接到所述风轮机的所述第一部分的导电的第一滑道，所述第一滑块能相对于所述第一滑道旋转；第二电流传递部分，其被配置成电联接到所述风轮机的所述第二部分的导电部分；第一主弹簧，其将所述第一滑块向着所述第一滑道偏置；其中，所述第一滑块包括：主接触件，其在所述第一主弹簧的作用下向着所述第一滑道偏置；副接触件，其被布置成相对于所述主接触件移动；以及副弹簧，其布置在所述第一主弹簧和所述副接触件之间，使得所述副弹簧将所述主接触件远离所述第一滑道偏置并且将所述副接触件向着所述第一滑道偏置。

Description

用于风轮机的雷电流传递单元

技术领域

本发明涉及用于风轮机的雷电流传递单元。本发明特别地涉及能够释放来自风轮机叶片的雷电流和静电荷的雷电流传递单元。

背景技术

图1例示了用于风电场上大规模发电的典型风轮机1。风轮机1包括塔架2和定位在塔架顶部上的风轮机机舱3。包括与轮毂4连接的三个风轮机叶片5的风轮机转子通过从机舱前方伸出的主轴(图1中未示出)连接到机舱。超过特定等级的风由于叶片上引起的升力而启动转子并且致使转子旋转。旋转被转换成供应到电网的电力。

这些高大的风轮机位于暴露的场地上，以最大限度地暴露于风中，但是风轮机也非常容易受到雷击，这会致使风轮机受损。因此，风轮机通常设置有防雷系统。

图2a和图2b例示了风轮机叶片5(在这些图中示出单个叶片)的每个中的典型防雷系统。这些叶片(特别地，叶片的梢端)是风轮机中易于受到雷击的最可能的部件，因为叶片是突出最高的部件。因此，图2a的风轮机叶片5包括带有拦截雷击7的金属接收器8的梢端，并且接收器接地或接零。接收器连接到风轮机叶片内部的避雷引下导体9。引下导体在纵向方向上贯穿叶片并且终止于轮毂4处。图2b示意性例示了一个已知布置，在该布置中，雷电流从避雷引下导体9传递到防雷系统的其余部分并且传递到地面。雷电流从引下导体9通过变桨轴承13或叶片和轴之间的任何其他机构被传递到风轮机的主轴10。在机舱3中，为了从主轴带走电流，存在与主轴接触的滑动接触件或滑环。滑环通过贯穿风轮机塔架2的引下导体连接到地面11。

以“Vestas Wind Systems A/S(维斯塔斯风力系统公司)”的名义的国际专利申请No.WO2005/050008中确认了这种类型布置的问题。这些问题包括：经过风轮机的不同部件(诸如，叶片变桨轴承13和主轴轴承)的雷电流的高能量会使这些部件受损；并且滑环布置的效率低下。

WO2005/050008描述了用于应对这些问题的改进的雷电流传递单元。在图3a至图5中例示了它。

图3a的雷电流传递单元15在经由围绕风轮机的每个叶片外部的导电环或叶片带18的转子的每个叶片5的避雷引下导体和经由机舱上的导电环或避雷环16的机舱3的避雷引下导体之间形成电连接。

如图3b中最佳示出的，雷电流传递单元15安装在轮毂4上，面对机舱3。雷电流传递单元15在风轮机叶片5和机舱3前方之间的空间中从轮毂4向外突出。当雷电流传递单元15安装于轮毂时，雷电流传递单元15随着轮毂旋转。

回头参照图3a，围绕每个叶片5外部的导电或金属带18包围叶片的根部。该带在风轮机叶片的根部上形成接触表面18，接触表面18在变桨机构上方并且与叶片的纵向方向垂直。该接触表面因此随着叶片的变桨而旋转。每个带均连接到如上所述的风轮机叶片内部的避雷引下导体9。

在机舱3外部面对轮毂4的导电环16机械连接到机舱。导电环16电连接到机舱的避雷引下导体14。环16与雷电流传递单元15形成机舱接触表面17。

图3b和图3c更详细例示了雷电流传递单元15相对于风轮机叶片上的接触表面18和机舱上的接触表面17的位置。还例示了雷电流传递单元15的不同区段，雷电流传递单元15包括底部支撑部分22、两个接触件19a、19b以及在底部支撑部分和两个接触件之间的柔性连杆26、27。柔性连杆确保这两个接触件分别被迫抵靠风轮机叶片5上的接触表面18和机舱3的接触表面17。两个接触件19a、19b和两个接触表面17、18创建了两个接触区域20a、20b。

接触区域20a中的第一个确保了与叶片5的导电带18接触，而另一个20b确保了与机舱3的导电环16接触。通过专用电连接件30(以电线或电缆的形式)来连接两个接触件19a、19b。

接触件19a、19b中的每个还包括用于专用电连接件30的固定螺栓28、29，允许在这两个接触件之间创建并且保持电连接。电连接件30由柔性材料制成，该柔性材料的长度与当处于其静止位置的两个接触件最远离时两个接触件之间的距离对应。如果雷电连接装置或雷电流传递单元15被暴露于力，则柔性连杆将弯曲，从而导致电连接件30更下垂。

图3d例示了接触件19a的横截面。应该清楚的是，接触件19b将具有相同构造。接触件19a包括金属接触件31，金属接触件31与被塑料绝缘材料32包围的叶片带18电接触。

图4示意性例示了在机舱3的导电环16的接触表面17上滑动的雷电流传递单元的接触区域。例示了具有包括接触件19b的三个雷电流传递单元的旋转三叶片风轮机转子的情形。当每个雷电流传递单元均安装在轮毂上时，雷电流传递单元将随着作为旋转中心的主轴而旋转。另外，接触件距中心的距离被定位成与环16的直径对应。接触件将因此在连续被迫抵靠环表面的同时，面对环执行圆形旋转。

图5例示了叶片5的接触表面18。接触件19a连续被迫抵靠接触表面或叶片带，并且当叶片如双头箭头所指示地向一侧或另一侧变桨时在该表面上滑动。

虽然该布置作为雷电流传递单元是有效的，但已经发现，在某些状况下，如果在接触表面17、18中存在任何缺陷，则接触件19a、19b会弹离它们相应的接触表面。另外，大型风轮机上的叶片根部的直径可以是大约4米，并且这意味着叶片上的叶片带18(如果它延伸大约叶片根部圆周的一半)将超过6米长。该6米长的接触表面具有恒定曲率是非常困难的，并且这意味着由于接触表面的曲率改变，导致接触件也可弹离接触表面。在某些场地和环境状况下，这可能导致接触件和接触表面之间有火花，进而会造成电磁干扰。有可能可以用大力将接触件19a、19b抵靠接触表面18、17偏置。然而，这将造成接触件19a、19b上的磨损高，结果是，接触件19a、19b将具有短寿命。

另外，接触件19a、19b和接触表面18、17不能真正平滑，因为所有真实表面都具有某种粗糙形式。(相应接触表面18、17上的接触件19a、19b的)实际接触区域只占接触件19a、19b的总表面区域的小部分。这可导致，接触件19a、19b和相应接触表面18、17之间的实际接触只是通过塑料绝缘材料32而不是通过金属接触件31进行的。在某些状况下，这还会造成接触表面18、17和金属接触件31之间有火花。

本发明的目的是克服接触件弹离其相应接触表面的问题。本发明的目的还在于确保接触件与其相应接触表面直接电连接。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于风轮机的雷电流传递单元，所述风轮机包括能相对于彼此旋转的第一部分和第二部分，其中，所述雷电流传递单元被布置成提供所述第一部分和所述第二部分之间的电接触，该雷电流传递单元包括：第一电流传递部分，所述第一电流传递部分包括第一滑块并且被配置成电联接到所述风轮机的所述第一部分的导电的第一滑道，所述第一滑块能相对于所述第一滑道旋转；第二电流传递部分，所述第二电流传递部分被配置成电联接到所述风轮机的所述第二部分的导电部分；第一主弹簧，所述第一主弹簧将所述第一滑块向着所述第一滑道偏置；其中，所述第一滑块包括：主接触件，所述主接触件在所述第一主弹簧的作用下向着所述第一滑道偏置；副接触件，所述副接触件被布置成相对于所述主接触件移动；以及副弹簧，所述副弹簧布置在所述第一主弹簧和所述副接触件之间，使得所述副弹簧将所述主接触件远离所述第一滑道偏置并且将所述副接触件向着所述第一滑道偏置。

可相对于主接触件移动并且向着滑道偏置的副接触件的设置确保了滑道和滑块之间的连续电连接，即使主接触件没有与滑道直接电连接也如此。副弹簧的设置还抵消了作用在主接触件上的主弹簧的力，用于增加主接触件的使用寿命。

所述风轮机的所述第一部分和所述第二部分可以是：叶片和机舱；或叶片和轮毂；或轮毂和机舱。所述滑道可以是叶片带或导电机舱环。

优选地，所述主接触件和所述第一滑道形成用于将电荷从所述第一部分释放的第一电流路径，并且所述副接触件和所述第一滑道形成用于将电荷从所述第一部分释放的第二电流路径。利用该布置，存在使电荷可从第一部分释放到第二部分的两条电流路径。在使用中，雷电荷将借助第一电流路径释放并且静电荷将借助第二电流路径释放。

优选地，所述第一主弹簧是非导电的能弹性弯曲的条带。所述非导电条带可由玻璃纤维形成。使用非导电条带允许滑块与它的安装处所(可以是风轮机的轮毂)电绝缘。

优选地，所述第一滑块铰接于所述能弹性弯曲的条带。这样允许滑块回转并且考虑到滑道表面上的变化。

所述副弹簧布置在所述主接触件和所述副接触件之间。该布置将主接触件和副接触件远离彼此偏置。

优选地，所述副弹簧是导电的。所述副弹簧可以是螺旋弹簧。螺旋弹簧相比于笔直弹簧具有较高电感并且将限制可通过副弹簧释放的电流，从而将防止弹簧受损。所述副弹簧可以是压缩弹簧或者可以是扭转弹簧。优选地，所述副弹簧提供用于所述副接触件和所述主接触件之间的电流的路径。

所述雷电流传递单元还可包括包围所述主接触件和所述副接触件的电绝缘材料，其中，所述电绝缘材料相对于所述主接触件是固定的。优选地，所述电绝缘材料由塑料形成。

优选地，所述主接触件和所述副接触件是滑动接触件。所述电绝缘材料可被配置成在所述第一滑道上滑动。

优选地，所述副接触件是包含铜和石墨的合金。

所述第二电流传递部分可包括第二滑块，所述第二滑块被配置成电联接到所述风轮机的所述第二部分的导电的第二滑道，所述第二滑块能相对于所述第二滑道旋转；所述雷电流传递单元还可包括第二主弹簧，所述第二主弹簧将所述第二滑块向着所述第二滑道偏置；其中，所述第二滑块包括：主接触件，所述主接触件在所述第二主弹簧的作用下向着所述第二滑道偏置；副接触件，所述副接触件被布置成相对于所述主接触件移动；以及副弹簧，所述副弹簧布置在所述第二主弹簧和所述副接触件之间，使得所述副弹簧将所述主接触件远离所述第二滑道偏置并且将所述副接触件向着所述第二滑道偏置。

根据本发明，提供了一种风轮机，所述风轮机包括轮毂、机舱、叶片和如上所述的雷电流传递单元，所述雷电流传递单元使得电荷能够从所述叶片释放到所述机舱。

在一个实施方式中，所述风轮机的所述第一部分可以是所述叶片，并且所述叶片可以能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上。或者，所述风轮机的所述第一部分可以是所述机舱，并且所述第一滑道安装在所述机舱上。或者，所述风轮机的所述第一部分可以是所述轮毂，并且所述第一滑道安装在所述轮毂上。

在另一实施方式中，所述风轮机的所述第一部分可以是所述叶片，并且所述叶片能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上；所述风轮机的所述第二部分是所述机舱并且所述第二滑道安装在所述机舱上；以及所述第一主弹簧和所述第二主弹簧安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；其中，所述第一滑块和所述第二滑块电连接，以创建从所述叶片到所述机舱的电流路径，由此电旁路所述轮毂。

在另一实施方式中，所述风轮机的所述第一部分可以是所述叶片，并且所述叶片能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上；所述风轮机的所述第二部分是所述机舱并且所述第二滑道安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；所述第一滑块在所述第一主弹簧的作用下安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；以及所述第二滑块在所述第二主弹簧的作用下安装在所述机舱上；其中，所述第一滑块和所述第二滑块电连接，以创建从所述叶片到所述机舱的电流路径，由此电旁路所述轮毂。

附图说明

现在，将只以举例方式参照附图来描述本发明，在附图中：

图1至图5例示了以上已经作为本发明背景描述的根据现有技术的风轮机和雷电流传递单元。

图6a是根据本发明的雷电流传递单元的立体图。

图6b和图6c示出了定位在风轮机上的根据本发明的雷电流传递单元。

图7a至图7c例示了本发明的雷电流传递单元的电流传递部分的示例。

图8和图9例示了抵靠风轮机叶片定位的雷电流传递单元的横截面；

图10a至图10c例示了电流传递部分的三个其他示例的横截面。

图11a和图11b例示了电流传递部分的另一示例。

图12a至图12e示意性例示了雷电流传递单元在风轮机上的可能位置。

具体实施方式

图6a例示了根据本发明的一个示例的雷电流传递单元100。雷电流传递单元100包括底部支撑件122，底部支撑件122被配置成安装在风轮机的轮毂上。从底部122伸出第一主弹簧126a和第二主弹簧126b。第一主弹簧126a和第二主弹簧126b均采用弹簧臂(sprungarm)的形式。在弹簧臂126a、126b的端部(与底部122对向)处，安装有第一电流传递部分120a和第二电流传递部分120b。第一电流传递部分120a和第二电流传递部分120b均采用滑块的形式。弹簧臂126a、126b是非导电的并且用于将电流传递部分120a、120b抵靠叶片和机舱上的接触表面推动。在这个示例中，弹簧臂由玻璃纤维形成。第一滑块120a和第二滑块120b因此与轮毂电绝缘。

以下将相对于附图更详细地描述滑块的细节，但简言之，滑块包括主导电接触件150、一对副导电接触件151，并且主接触件和副接触件被塑料滑块153包围。

借助铰链154a、154b将滑块120a、120b安装于弹簧臂126a、126b，使得滑块120a、120b可在双头箭头所指示的方向上回转。通过放电电缆130形式的电连接件来连接两个滑块120a、120b。放电电缆130具有导体，该导体的横截面是至少50mm²，以允许放电电缆130释放叶片和机舱之间的雷电流。

每个滑块120a、120b还包括用于放电电缆130的固定螺栓128a、128b，从而允许在滑块之间创建并且保持放电电缆。

图6b和图6c示出安装在风轮机轮毂上的本发明的雷电流传递单元100。如以上相对于以上现有技术描述的，雷电流传递电流100在经由围绕风轮机的每个叶片外部的导电滑道(下文中被称为叶片带180)的转子的每个叶片5的避雷引下导体9和经由机舱上的导电滑道(下文中被称为机舱环160)的机舱3的避雷引下导体之间形成电连接。雷电流传递单元100安装在轮毂4上并且在风轮机叶片5和机舱3前方之间的空间中从轮毂4向外突出。当雷电流传递单元100安装于轮毂时，雷电流传递单元100随着轮毂旋转。围绕每个叶片5外部的叶片带180包围叶片的根部。带180在变桨机构上方的风轮机叶片的根部上形成接触表面。叶片带180因此随着叶片的变桨而旋转。每个叶片带180均连接到如以上在介绍中描述的风轮机叶片内部的避雷引下导体9。导电机舱环160安装在机舱3的外部，面对轮毂4，并且电连接到机舱地面/避雷引下导体14。机舱环160与雷电流传递单元100形成接触表面170。弹簧臂126a、126b确保两个滑块120a、120b分别被迫抵靠风轮机叶片5上的接触表面180和机舱3的接触表面170。因此，利用放电电缆130，在叶片和机舱之间创建旁路轮毂的电连接。

图7a、图7b和图7c更详细示出了滑块120a的第一示例。滑块120b与滑块120a相同。图7a是滑块120a的立体图，图7b是滑块120a的端视图并且图7c是滑块120a的底视图。图7c的底视图是在叶片带180上滑动的滑块的视图。

滑块120a包括如上所述的主导电接触件150和一对副导电接触件151。这些接触件被绝缘塑料滑块153包围，在这个示例中，绝缘塑料滑块153是塑料。

在滑块120a的底表面处，主接触件150和一对副接触件151被暴露并且形成滑动表面150’、151’。这些滑动表面被配置成在叶片带或机舱环上方滑动。塑料滑块153的底表面153’也在叶片带或机舱环上方滑动。

主接触件150包括从塑料滑块153突出的杆155。杆155通过铰链154a连接到非导电板165a。板165a被栓接于弹簧臂126a(图7中未示出)，因此滑块可相对于弹簧臂126a回转。

主接触件150被安装在塑料滑块153中，使得主接触件150相对于塑料滑块被固定。也就是说，主接触件150和塑料滑块153不能相对于彼此移动。

副接触件151被安装在塑料滑块153中，但是被设置在塑料滑块中的孔中，使得副接触件151可在图7b中示出的双头箭头方向上上下移动。也就是说，副接触件151可相对于主接触件150在朝向和远离叶片带的方向上移动。在每个副接触件151和非导电板165a之间设置副弹簧171，在该示例中，副弹簧171采用压缩弹簧的形式。副弹簧171将副接触件151偏置，使其远离非导电板165a，从塑料滑块153的底部出来，朝向叶片带。如在图7b中可看到的，副接触件151正从塑料滑块153的底表面153’突出。

在主接触件150和副接触件151之间设置间隙175。间隙175是气隙并且意指主接触件150和副接触件151在塑料滑块153内没有彼此直接电连接。然而，连杆线176连接到副接触件151中的每个，贯穿相应的副弹簧171并且与主接触件150的杆155连接。以这种方式，借助连杆线176，主接触件150和一对副接触件151电连接在一起。

图8示出抵靠叶片5的叶片带180偏置的滑块120a的横截面。如上所述，弹簧臂126a充当弹簧并且将滑块120a抵靠叶片带180推动。源自叶片5的电荷被主接触件150和副接触件151传递到放电电缆130。

弹簧臂126a在这里被称为“主弹簧”，并且与副接触件连接的一对副弹簧171在这里被统称为“副弹簧”。主弹簧126a将滑块120a抵靠叶片带180偏置，但该偏置力被副弹簧171抵消。在非限制示例中，主弹簧提供50N的力并且副弹簧提供10N的力。因此，主接触件150对抗叶片带180的力是40N(也就是说，50N-10N)。副接触件151抵靠叶片带的力是由副弹簧171提供的，因此用5N的力将每个副接触件抵靠叶片带推动。技术人员应该理解，弹簧提供的实际力将取决于特定风轮机的特定布置。

主接触件150相对于主弹簧固定，而副接触件151可相对于主接触件150在朝向和远离叶片带180的方向上移动。

如果雷击击中叶片5，则雷电流借助引下导体9导向叶片带180。主接触件150和副接触件151将雷电流传递到放电电缆130。然而，如以下将描述的，实际期望雷电流中的大部分流过主接触件150，而非是雷电流流过副接触件151。

在风轮机的操作中，随着叶片旋转，静电荷累积在叶片上并且该静电荷需要被电流传递部分120a释放到放电电缆130。如相对于现有技术描述的，在特定场地状况下，接触件可弹离叶片带，从而导致滑块和叶片带之间丧失电连接，使得会出现火花和电磁干扰。

副接触件151在副弹簧171的作用下抵靠叶片带180偏置的设置意味着，即使主接触件150弹离叶片带，副接触件也将仍然保持与叶片带接触。这降低了出现火花和电磁干扰的可能性。

图9示出了主接触件150已经弹离叶片带180的情形。现在，在叶片带180和主接触件150之间没有直接电连接。然而，副弹簧171已经伸展，使得副接触件151保持与叶片带180接触。因此，累积在叶片5上的任何静电荷将借助副接触件151、连杆线176、杆155和放电电缆130释放。

应该理解，当滑块120a弹离时在叶片带180和主接触件150之间形成的空间190是0.1mm的量级，在最差情况下，可高达1mm。

因此，根据本发明，即使主接触件150不再与叶片带接触，也确保了雷电流传递单元100和叶片带180之间的永久电接触。因此，即使主接触件150与叶片分离，静电荷也可从叶片被连续释放。

如在以上介绍中注意的，将可能仅仅配置主弹簧126a，使得主弹簧126a用大力将滑块120a抵靠叶片带180推动，以防止接触件弹离叶片带。然而，这将造成电流传递单元的滑动部分上的磨损速率太高。具有主弹簧和副弹簧的本发明实际上减少了主接触件150和塑料滑块153上的磨损，使得主接触件150和塑料滑块153的使用寿命增加。

需要借助雷电流传递单元从叶片释放到机舱的两种类型的电荷是雷电电荷和静电荷。叶片被设计用于的峰值雷电流高达200千安(如在IEC 61400-24 2010中定义的)并且静电荷将具有100毫安的量级。滑块120a被配置成，使得雷电流将主要借助主接触件150释放并且静电荷将借助副接触件151释放。将副接触件连接到主接触件的杆155的连杆线176相对较薄，并且在该示例中，具有8x10^-8H的特定电感，限制了在雷击期间出现的电流的快速升高。因此，倘若有雷击，将主要通过主接触件150来释放雷电流。

相对于静电荷，静电流是直流，因此连杆线176没有限制静电流的流动。静电荷将借助副接触件151、连杆线176向杆155和放电电缆130释放。

在滑动接触件的情况下，为了释放高电流，必须具有作用在滑动接触件上的大力。该大力将造成滑动接触件的高机械磨损(即，表面的研磨)。因此，为了减少滑动接触件上的磨损，必须减小作用于滑动接触件上的力。因为副接触件151将不被暴露于充分高的雷电流，所以副接触件151释放的电流将是低幅度静电流。这样允许配置副接触件151，使得副接触件151不需要具有将它们抵靠叶片带180推动的大力，从而将减小副接触件151所暴露于的机械磨损。

在该示例中，副接触件151由石墨-铜合金形成。比率可以是40％的石墨与60％的铜(但是其他比率是可能的，诸如石墨：铜为53:47、67:33)。使用该石墨-铜合金是特别有益的，因为它是自润滑的，所以在接触件和叶片带180之间的滑动表面上不需要额外润滑。这减少了副接触件151上的磨损。

主接触件150由具有优良耐磨损性的黄铜形成，特别地，主接触件150可在没有显著磨损的情况下传输雷电流并且在外部环境中具有优良的耐腐蚀性。

图10a、图10b和图10c示出了滑块120a的三个其他示例。使用类似的附图标记指定之前附图中的类似元件。在图10a、图10b和图10c中，为了清晰起见，并未示出板165a和弹簧臂126a。机舱侧的滑块120b可与图10的滑块120a相同。

在图10a中，副弹簧是单个板簧201。该板簧201由不锈钢形成并且是导电的。板簧201电连接到副接触件151和主接触件150的杆155。使用导电板簧201意味着不需要单独的连杆线176，从而节省了部件和成本。如同图7至图9的连杆线176，板簧201将具有一定的电感，以防止雷电流中的大部分通过副接触件151导通。

在图10b中，副弹簧采用导电的压缩螺旋弹簧202的形式，并且定位在副接触件151和主接触件150的杆155的T形部分之间。在该示例中，压缩螺旋弹簧202由不锈钢形成。因此，在叶片带180、副接触件151、压缩螺旋弹簧202和放电电缆130之间创建电流路径。同样，根据图10a的示例，不再必须包括连杆线176。使用压缩螺旋弹簧202是特别有利的，因为相比于连杆线176和板簧201(由于它们的线圈配置)，压缩螺旋弹簧202具有较高电感。该较高电感限制将通过副接触件151释放的雷电流，从而将增加副接触件的寿命。在该示例中，据估计，压缩螺旋弹簧202的电感可以使得雷电流中只有2.5％将通过各副接触件151释放，这意味着雷电流中有95％通过主接触件150释放。

在图10c中，只有单个副接触件151并且被接纳在主接触件150的腔体内。在该示例中，副弹簧是将副接触件151和主接触件150连接的压缩螺旋弹簧203。在该示例中，压缩螺旋弹簧203由不锈钢形成。该布置的优点在于，保护弹簧203不受诸如冰雪的环境因素影响。

图11a和图11b用立体图和侧视图示出滑块120a的另一示例。机舱侧的滑块120b可以是相同的。为了清晰起见，没有示出板165a和弹簧臂126a。根据之前示例，滑块包括主接触件150和一对副接触件151。主接触件150相对于塑料滑块153固定。根据之前示例的副接触件151可在朝向和远离叶片带180(该图中未示出)的方向上在塑料滑块内相对于主接触件150移动。

在图11a中，抵靠副接触件151作用的副弹簧被设置为定名为210的四个扭转螺旋弹簧。扭转弹簧210连接在主接触件150和副接触件151之间。如图11a中所示，两个扭转弹簧作用于每个副接触件上并且抵靠主接触件150偏置。两个扭转弹簧被布置成，使得它们将副接触件推离塑料滑块153的滑动表面153’，如图11b中所示。因此，当通过弹簧臂126a将滑块120a抵靠叶片带180推动时，副接触件151被推入塑料滑块(远离叶片带180)中并且势能被存储在扭转弹簧210中。

如同图10b和图10c的示例，扭转弹簧210是导电的，并且在该示例中，由不锈钢形成。因此，扭转弹簧210在副接触件151、主接触件150和放电电缆130之间提供电连接。扭转螺旋弹簧210形成气芯电感器(air core inductor)。使用这些扭转弹簧202是特别有利的，因为相比于笔直线，扭转弹簧202具有高电感(因为线被卷绕)。该高电感限制可通过副接触件151释放的雷电流，从而将增加副接触件的寿命。在该示例中，据估计，扭转弹簧210的电感可以使得雷电流中只有2.5％将通过各副接触件151释放，这意味着雷电流中只有1.25％通过各扭转弹簧释放。限制电流通过扭转弹簧210还增加了它们的寿命，因为如果扭转弹簧210暴露于过高电流，则它们会蒸发。

在图7、图10a、图10b和图11的示例中，存在一对副接触件151。因使用两个副接触件，增加了在滑块和叶片带之间存在电连接件的可能性。然而，也可以具有一个副接触件。另选地，可存在超过两个副接触件。如果使用一对副接触件，则可在相对于叶片带的横向方向上布置这些副接触件(根据图7、图10a、图10b和图11)；另选地，副接触件可布置成与叶片带串联。

回头参照图7a，描述了在主接触件150和副接触件151之间的气隙175。在其他示例中，可能不存在该气隙175。例如，可在主接触件和副接触件之间设置塑料滑块153的一部分。或者，在另一个示例中，主接触件和副接触件彼此直接接触，并且副接触件的面抵靠主接触件的邻近面滑动。

回头参照图6c，可发现，存在抵靠叶片带180推动的叶片电流传递部分120a和抵靠机舱接触表面170推动的机舱电流传递部分120b。然而，图12a和特别地图12b、图12c、图12d和图12e示意性示出叶片电流传递部分和机舱电流传递部分的不同布置。

图12a实际上示出图6c的布置。也就是说，雷电流传递单元100包括安装在轮毂4上的两个弹簧臂126a、126b。滑块形式的叶片电流传递部分120a电联接到叶片带180并且相对于叶片带180旋转。滑块形式的机舱电流传递部分120b电联接到机舱环160并且相对于机舱环160旋转。叶片电流传递部分120a和机舱电流传递部分120b通过放电电缆130电连接。安装在轮毂4上的弹簧臂126a、126b迫使两个电流传递部分抵靠其相应的接触表面。

图12b示出雷电流传递单元100，在雷电流传递单元100中，叶片电流传递部分120a与图12a的叶片电流传递部分相同，是滑块形式。然而，放电电缆130的端子301直接连接到轮毂4。端子301充当机舱电流传递部分。在该示例中，来自叶片的电荷将只旁路叶片中的变桨轴承并且将不旁路机舱中的主轴。

图12c示出雷电流传递单元100，在雷电流传递单元100中，机舱电流传递部分120b与图12a的机舱电流传递部分相同，是滑块形式。然而，放电电缆130的端子302直接连接到叶片5。端子302充当叶片电流传递部分。可使用其中叶片5具有固定桨距并且没有变桨轴承的该示例。

图12d示出雷电流传递单元100，在雷电流传递单元100中，叶片电流传递部分120a位于轮毂4外部，并且机舱电流传递部分120b位于轮毂内部中。机舱环160被安装于机舱3的正面。这里，可看到，弹簧臂126a和126b实际上分开，并且放电电缆130从轮毂外部延伸到轮毂内部。

图12e示出雷电流传递单元100，在雷电流传递单元100中，叶片电流传递部分120a位于轮毂4外部，并且机舱电流传递部分120b位于轮毂内部中。在该示例中，机舱电流传递部分120b是滑块的形式并且被弹簧臂126b安装在机舱3上，所以轮毂4相对于滑块120b旋转。图12a、图12c和图12d的机舱环160已经被轮毂环250取代，轮毂环250是圆形滑道，相对于轮毂3固定，所以随着轮毂3旋转。轮毂环250安装在轮毂4上，但例如通过将玻璃纤维臂电绝缘而安装于轮毂来与轮毂电绝缘。弹簧臂126b将机舱电流传递部分120b抵靠轮毂环250偏置。轮毂环250通过放电电缆130电连接到叶片电流传递部分120a。其他电连接件(未示出)将把机舱电流传递部分120b电连接到机舱3中的地面。

本发明不限于上述示例，并且在不脱离随附权利要求限定的本发明的范围的情况下，技术人员将清楚许多其他变形形式或修改形式。

Claims (23)

1.一种用于风轮机的雷电流传递单元，所述风轮机包括能相对于彼此旋转的第一部分和第二部分，其中，所述雷电流传递单元被布置成提供所述第一部分和所述第二部分之间的电接触，该雷电流传递单元包括：

第一电流传递部分，所述第一电流传递部分包括第一滑块并且被配置成电联接到所述风轮机的所述第一部分的导电的第一滑道，所述第一滑块能相对于所述第一滑道旋转；

第二电流传递部分，所述第二电流传递部分被配置成电联接到所述风轮机的所述第二部分的导电部分；

第一主弹簧，所述第一主弹簧将所述第一滑块向着所述第一滑道偏置；

其中，所述第一滑块包括：

主接触件，所述主接触件在所述第一主弹簧的作用下向着所述第一滑道偏置；

副接触件，所述副接触件被布置成相对于所述主接触件移动；以及

副弹簧，所述副弹簧布置在所述第一主弹簧和所述副接触件之间，使得所述副弹簧将所述主接触件远离所述第一滑道偏置并且将所述副接触件向着所述第一滑道偏置。

2.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述主接触件和所述第一滑道形成用于将电荷从所述第一部分释放的第一电流路径，并且所述副接触件和所述第一滑道形成用于将电荷从所述第一部分释放的第二电流路径。

3.根据权利要求1或2所述的雷电流传递单元，其中，所述第一主弹簧是非导电的能弹性弯曲的条带。

4.根据权利要求3所述的雷电流传递单元，其中，所述第一滑块铰接于所述能弹性弯曲的条带。

5.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧布置在所述主接触件和所述副接触件之间。

6.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧是导电的。

7.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧是螺旋弹簧。

8.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧是压缩弹簧。

9.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧是扭转弹簧。

10.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副弹簧提供用于所述副接触件和所述主接触件之间的电流的路径。

11.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，所述雷电流传递单元还包括包围所述主接触件和所述副接触件的电绝缘材料，其中，所述电绝缘材料相对于所述主接触件是固定的。

12.根据权利要求11所述的雷电流传递单元，其中，所述电绝缘材料由塑料形成。

13.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述主接触件和所述副接触件是滑动接触件。

14.根据权利要求12所述的雷电流传递单元，其中，所述电绝缘材料被配置成在所述第一滑道上滑动。

15.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述副接触件是包含铜和石墨的合金。

16.根据权利要求1所述的雷电流传递单元，其中，所述第二电流传递部分包括第二滑块，所述第二滑块被配置成电联接到所述风轮机的所述第二部分的导电的第二滑道，所述第二滑块能相对于所述第二滑道旋转；

所述雷电流传递单元还包括第二主弹簧，所述第二主弹簧将所述第二滑块向着所述第二滑道偏置；

其中，所述第二滑块包括：

主接触件，所述主接触件在所述第二主弹簧的作用下向着所述第二滑道偏置；

副接触件，所述副接触件被布置成相对于所述主接触件移动；以及

副弹簧，所述副弹簧布置在所述第二主弹簧和所述副接触件之间，使得所述副弹簧将所述主接触件远离所述第二滑道偏置并且将所述副接触件向着所述第二滑道偏置。

17.一种风轮机，所述风轮机包括轮毂、机舱、叶片和根据之前权利要求中的任一项所述的雷电流传递单元，所述雷电流传递单元使得电荷能够从所述叶片释放到所述机舱。

18.根据权利要求17所述的风轮机，其中，所述风轮机的所述第一部分是所述叶片，并且所述叶片能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上。

19.根据权利要求17所述的风轮机，其中，所述风轮机的所述第一部分是所述机舱，并且所述第一滑道安装在所述机舱上。

20.根据权利要求17所述的风轮机，其中，所述风轮机的所述第一部分是所述轮毂，并且所述第一滑道安装在所述轮毂上。

21.一种风轮机，所述风轮机包括轮毂、机舱、叶片和根据权利要求16所述的雷电流传递单元，所述雷电流传递单元使得电荷能够从所述叶片释放到所述机舱。

22.根据权利要求21所述的风轮机，其中，所述风轮机的所述第一部分是所述叶片，并且所述叶片能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上；

所述风轮机的所述第二部分是所述机舱，并且所述第二滑道安装在所述机舱上；

以及所述第一主弹簧和所述第二主弹簧安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；

其中，所述第一滑块和所述第二滑块电连接，以创建从所述叶片到所述机舱的电流路径，由此电旁路所述轮毂。

23.根据权利要求21所述的风轮机，其中，所述风轮机的所述第一部分是所述叶片，并且所述叶片能变桨地安装在所述轮毂上并且所述第一滑道安装在所述叶片上；

所述风轮机的所述第二部分是所述机舱，并且所述第二滑道安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；

所述第一滑块在所述第一主弹簧的作用下安装在所述轮毂上并与所述轮毂电绝缘；以及

所述第二滑块在所述第二主弹簧的作用下安装在所述机舱上；

其中，所述第一滑块和所述第二滑块电连接，以创建从所述叶片到所述机舱的电流路径，由此电旁路所述轮毂。