CN108799017B - 防雷装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种防雷装置及风力发电机组，该防雷装置包括：滑环，为圆柱形，并且包括相对可转动地连接的静止部分和转动部分；转子环，套设在静止部分上并与转动部分固定连接，转子环包括转子内环、转子外环以及导电圆盘，导电圆盘沿径向连接转子内环和转子外环，在转子内环和转子外环之间形成一端开口的环状容纳空间；定子环，套设在静止部分上，覆盖环状容纳空间的开口，定子环与静止部分固定连接；电刷，位于环状容纳空间中，并与导电圆盘接触。根据本公开的防雷装置可提高防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度，以提高防雷装置的工作效率。

Description

防雷装置及风力发电机组

技术领域

本发明涉及雷电安防领域，具体地说，本发明涉及一种防雷装置及风力发电机组。

背景技术

现有技术中，防雷装置包括定子侧和转子侧，雷电流流入转子侧，并通过设置在转子侧和定子侧之间的放电组件将雷电流引导至定子侧，通过定子侧的防雷引下线将雷电流引导至地面进行释放。

防雷装置中的构件由于受加工工艺的限制，每个构件都存在一定的形位误差，并且在组装各个构件的过程中，也会出现组装误差，造成防雷装置的定子侧和转子侧不同轴的现象。现有技术中的防雷装置的定子侧和转子侧之间通常采用直接套接的方式相对转动，因此无法避免定子侧和转子侧之间的误差，使防雷装置出现不同轴的现象，降低了防雷装置的工作效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种防雷装置及风力发电机组，该防雷装置通过定子滑轨和转子滑轨的同轴啮合，或者借助滑环的转动部分和静止部分的同轴转动提高防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度，从而提高防雷装置的工作效率。

根据本发明的一方面，提供了一种防雷装置，该防雷装置包括：滑环，滑环为圆柱形，并且包括相对可转动地连接的静止部分和转动部分；转子环，转子环套设在静止部分上并与转动部分固定连接，转子环包括转子内环、转子外环以及导电圆盘，导电圆盘沿径向连接转子内环和转子外环，在转子内环和转子外环之间形成一端开口的环状容纳空间；定子环，定子环套设在静止部分上，覆盖环状容纳空间的开口，并且定子环与静止部分固定连接；电刷，电刷位于环状容纳空间中，并且与导电圆盘接触。

优选地，防雷装置还包括滑环支撑，转子内环的第一端以及转动部分固定安装在滑环支撑上。

优选地，防雷装置还包括绝缘套，绝缘套固定安装在静止部分上，定子环固定在绝缘套上。

优选地，定子环为圆盘状，绝缘套为圆筒状，并在轴向第一端形成有法兰，定子环安装在法兰上，并位于转子环的第二端和绝缘套之间。

优选地，绝缘套的法兰的端面上形成有止口，定子环的内圆周支撑在止口中。

优选地，导电圆盘固定在转子内环的外圆周上，转子外环的第一端固定连接在导电圆盘上，定子环位于转子外环的第二端，并位于转子外环的内侧，防雷装置还包括圆环状的定子滑轨和转子滑轨，定子滑轨固定安装在定子环上，转子滑轨固定安装在转子外环上，在定子环和转子外环之间形成转动副，以抵消安装或者加工工艺导致的形位误差，同时，通过定子滑轨和转子滑轨的同轴啮合，提高防雷装置的同轴精度。

优选地，转子滑轨和定子滑轨中的一者上设置有环状滑槽，另一者上设置有环状突起，环状突起与环状滑槽相互啮合，并可相对转动。

优选地，定子环的外圆周上形成有法兰，转子外环的第二端形成有沿径向向内延伸的第一凸缘，定子滑轨固定在定子环的法兰上，转子滑轨固定在转子外环的第一凸缘的内侧，转子滑轨和定子滑轨沿轴向方向相互面对。

优选地，定子环的第二端形成有沿轴向延伸的支架，静止部分的第二端形成有径向延伸的滑环摇臂，支架与所滑环摇臂相对固定。

优选地，定子环上开设有沿轴向的通孔，电刷能够通过通孔进入环状容纳空间，防雷装置还包括齿形构件，齿形构件具有齿形端，齿形构件与电刷固定连接，并且齿形端位于环状容纳空间中。可通过齿形构件来提高雷电流的释放效率，释放导电圆盘上过载的雷电流，以确保防雷装置的安全性和稳定性。

优选地，转子内环的第一端设置有连接法兰，通过连接法兰与滑环支撑固定连接，并在连接法兰与滑环支撑之间设置有绝缘垫块，以使转子内环和滑环支撑之间实现绝缘。

优选地，转子内环的第一端相对于转子外环的第一端沿轴向向外延伸预定长度，在导电圆盘的外侧设置有连接耳，用于与防雷引下线连接。

优选地，在转子内环的第二端套设有密封圈，密封圈与定子环的第一侧端面接触，使得环状容纳空间密封。

根据本发明的另一方面，提供一种防雷装置，该防雷装置包括：转子环，转子环包括转子内环、转子外环以及导电圆盘，沿径向连接转子内环和转子外环，导电圆盘设置在转子内环的外圆周上，转子外环的第一端固定连接在导电圆盘上，在转子内环和转子外环之间形成一端开口的环状容纳空间；定子环，定子环位于在转子内环的一端，并位于转子外环的内侧，覆盖环状容纳空间的开口；电刷，电刷位于环状容纳空间中，并与导电圆盘接触；定子滑轨和转子滑轨，定子滑轨固定安装在定子环上，转子滑轨固定安装在转子外环的内侧，通过定子滑轨和转子滑轨在定子环和转子外环之间形成转动副。通过定子滑轨和转子滑轨形成轴向约束，以抵消安装误差，提高防雷装置的同轴精度。

优选地，转子滑轨和定子滑轨中的一者上设置有环状滑槽，另一者上设置有环状突起，环状突起与环状滑槽相互啮合，并可相对转动。

优选地，定子环的外圆周上形成有法兰，转子外环的第二端形成有沿径向向内延伸的第一凸缘，定子滑轨固定在定子环的法兰上，转子滑轨固定在转子外环的第一凸缘的内侧，转子滑轨和定子滑轨沿轴向方向相互面对。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的防雷装置。

综上所述，根据本发明的防雷装置至少具有以下优点：一方面，通过在防雷装置中设置相互啮合的转子滑轨和定子滑轨，以及通过电刷作用在导电圆盘上的作用力，分别形成防雷装置的转子侧和定子侧之间的轴向和径向的约束，可以将安装或者加工工艺导致的形位误差相互抵消掉，提高防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度；另一方面，借助滑环本身内部的转动副，将防雷装置的转子侧的构件集成在滑环的转动部分进行设计，定子侧的构件集成在滑环的静止部分进行设计，也提高了防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度，提高了防雷装置的工作效率。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出本发明实施例的防雷装置与风力发电机组的主轴系的装配关系的示意图；

图2是根据本发明实施例一的防雷装置的结构的立体示意图；

图3是根据本发明实施例一的防雷装置的结构的分解示意图；

图4是沿图1中的防雷装置的滑环的轴线截取的截面图；

图5是示出根据本发明实施例一的电刷的安装位置的示意图；

图6是根据本发明实施例二的防雷装置的结构的立体示意图；

图7是根据本发明实施例二的防雷装置的结构的分解示意图；

图8是沿图6中的防雷装置的滑环的轴线截取的截面图；

图9是示出根据本发明实施例二的电刷的安装位置的示意图。

附图标号说明：

100：防雷装置；201：主轴承；202：固定轴；203：转动轴；300：连接构件；401：防雷引下线:；402：接地引下线。

本发明实施例一中：

1：滑环；1a：静止部分；1b：转动部分；1c：连接法兰；2：定子环；2a：第三凸缘；2b：法兰；3：转子外环；4：滑环摇臂；5：滑环支撑；6：转子内环；6b：连接法兰；7：绝缘垫块；8：导电圆盘；8a：连接耳；9：排放孔；10：支架；11：密封圈；12：定子滑轨；13：转子滑轨；14：防雷引下线；15：电刷；16：支撑构件；18：齿形构件；19：转子环。

本发明实施例二中：

21：滑环；21a：静止部分；21b：转动部分；21c：定位孔；21d：滑环摇臂；21e：连接法兰；22：转子环；22a：内环；22b：外环；22c：导电圆盘；22e：连接法兰；22f：连接耳；23：定子环；24：滑环支撑；25：绝缘垫块；26：绝缘套；26a：定位孔；26b：法兰；27：第一密封圈；28：第二密封圈；29：电刷；30：支撑构件；31：齿形构件；32：排放孔。

具体实施方式

本发明实施例中提供一种防雷装置及风力发电机组，该防雷装置主要应用于安装在风力发电机组的机舱内，例如安装在风力发电机组的主轴系上，以保护主轴系中的主轴承不受雷电流的灼伤。

以下，将参照附图详细描述本发明的实施例，为了便于描述，将以防雷装置应用于风力发电机组为例进行描述，并且在下面的描述中，将防雷装置中相对于机舱底座转动的构件称为转子侧，将相对于机舱底座静止的构件称为定子侧。本发明可以以多种不同的形式实施，并不应该被解释为限于在此阐述的实施例。

图1是根据本发明实施例中的防雷装置100与风力发电机组的主轴系的装配关系的示意图。

参照图1，本发明实施例中提供的风力发电机组的主轴系包括：主轴承201、固定轴202和转动轴203。固定轴202可固定在机舱底座上以保持相对静止状态，转动轴203通过主轴承201套设在固定轴202的内部，并且能够相对于固定轴202转动。

根据本发明实施例的防雷装置100可安装在主轴系上，优选地，根据本发明实施例的防雷装置100安装在风力发电机组的主轴系内部并位于轴线上。

优选地，防雷装置100的定子侧通过连接构件300固定在固定轴202上，其转子侧通过滑环支撑5固定在转动轴203上，并且转动轴203通过滑环支撑5可以带动防雷装置100的转子侧转动。

防雷装置100上分别连接有防雷引下线401和接地引下线402，如图1中箭头方向所示，防雷引下线401用于接收风力发电机组的主轴系外部的雷电流，接地引下线用于将防雷装置100上的雷电流传输至大地进行释放。

为了更方便描述防雷装置100的结构，将防雷装置100朝向转动轴203内部的一端称为第一端，将朝向转动轴203外部的一端称为第二端。因此，当在下面提到某个部件的第一端或第一侧时，是指朝向防雷装置100的第一端的端部或侧表面，提到某个部件的第二端或第二侧时，是指朝向防雷装置100的第二端的端部或侧表面。

在下文中，将描述本发明实施例一提供的防雷装置100，在本发明实施例一中采用转子滑轨13和定子滑轨12的同轴啮合的技术方案，以提高防雷装置100的定子侧和转子侧同轴转动的精度。将参照图2至图5对本发明实施例一的防雷装置100的结构进行详细的描述。

参照图2和图3，本发明实施例一提供的防雷装置100包括：定子环2、转子环19和电刷15。

转子环19包括转子内环6和转子外环3，均为圆筒状，转子外环3从转子内环6的第二端套设在转子内环6的外侧，并与转子内环6固定连接。

导电圆盘8形成在转子内环6的外侧壁上并且沿径向向外延伸为圆盘状，导电圆盘8可以焊接在转子内环6的外壁上，也可以和转子内环6一体地形成，但不限于此。导电圆盘8形成在转子内环6的第一端和第二端之间，大概位于转子内环6的中部。优选地，导电圆盘8可以采用不锈钢材料形成以确保其导电性和耐磨性。

在导电圆盘8的外周边缘处形成有用于连接防雷引下线401的连接耳8a，例如，可以在导电圆盘8的边缘设置一个或多个连接耳8a，连接耳8a可以沿轴向延伸，从而减小整个防雷装置100的径向尺寸。雷电流可以通过连接在连接耳8a上的防雷引下线401传输至导电圆盘8上。

此外，导电圆盘8的外周边缘处还形成有用于连接转子外环3的沿轴向的通孔，转子外环3为圆筒状，并且转子外环3的直径尽量减小至仅能容纳下面描述的电刷15即可，以保证风力发电机组的主轴系内有足够的维护空间。转子外环3的轴向两端分别具有沿径向延伸的第一凸缘和第二凸缘，优选地，第一凸缘和第二凸缘分别沿径向向内延伸。第一凸缘位于转子外环3的第二端，第二凸缘位于转子外环3的第一端。在第二凸缘上形成有沿轴向的通孔，通过紧固件穿过导电圆盘8的通孔和第二凸缘的通孔，使转子外环3固定连接到转子内环6上，例如，为了便于安装，可将诸如铆钉等的紧固件从导电圆盘8的一侧穿入转子外环3。第一凸缘用于将转子滑轨13固定在转子外环3上。将在下面进行详细描述。

参照图3和图4，定子环2为圆筒状，包括沿轴向延伸的圆筒壁以及从圆筒壁的第二端沿径向向内延伸的第三凸缘2a，第三凸缘2a的内径大于将在下文中描述的滑环1的静止部分1a的外径，滑环1的静止部分1a穿过定子环2，使定子环2套设在滑环1的静止部分1a的外侧。

此外，定子环2的轴向长度小于转子环19的轴向长度，定子环2套设在转子外环3和转子内环6之间，并且紧靠转子内环6的第二端，转子内环6的第二端上套设有密封圈11，并通过密封圈11接触到定子环2的第三凸缘2a的第一侧的内边缘处的侧壁上。优选地，密封圈11的材料可以是诸如橡胶、硅胶等具有密封性能的材料，在此不作限定。

继续参照图3和图4，转子外环3套设在定子环2的外侧。在转子外环3和定子环2之间，设置有定子滑轨12和转子滑轨13。定子滑轨12固定在定子环2上，转子滑轨13固定在转子外环3的内侧，定子滑轨12和转子滑轨13沿轴向方向相互面对，两者之间相互接触并可相对滑动。

具体地，定子环2的第一端的外圆周还形成有法兰2b，法兰2b上预制有多个通孔，用于固定定子滑轨12。定子滑轨12为环状结构，并形成有环状滑槽，在该滑槽内沿圆周方向形成有多个沉孔，定子滑轨12中的沉孔与法兰2b上的通孔对准，通过紧固件将定子滑轨12固定到定子环2上。例如，可以在滑道内预制十二个沉孔，并采用M6内六角螺栓从定子滑轨12的沉孔一侧穿入，使螺栓的螺栓头位于沉孔内，以保证定子滑轨12的滑道的光滑性。为了防止M6内六角螺栓松动，可以在M6内六角螺栓上涂抹螺纹紧固胶。

转子滑轨13固定在转子外环3的第一凸缘上。转子滑轨13上设置有与定子滑轨12的滑槽相匹配的环状突起，并在该环状突起上可形成有多个沉孔，通过紧固件穿入该沉孔将转子滑轨13固定到转子外环3上。例如，可以在环状突起内预制十二个沉孔，并其可以采用例如M6内六角螺栓穿入该沉孔内将该转子滑轨13固定连接到转子外环3的第一凸缘上，螺栓头沉入该沉孔内，以保证转子滑轨13的环状突起的光滑性。为了防止M6内六角螺栓松动，还可以在M6内六角螺栓上涂抹螺纹紧固胶。

在此，上述沉孔的数量不受具体限制，可根据转子外环3的环状突起的尺寸来合理地改变或设置沉孔的数量，例如，少于十二个或多于十二个。

优选地，定子滑轨12和转子滑轨13由具有较好耐磨性的材料形成，例如可以由超高分子聚乙烯(Ultra-high molecular Weight Polyethylene，UPE)材料形成，但不仅限于此。

定子滑轨12与转子滑轨13相互啮合，将转子外环3的第二端与定子环2相对转动地连接在一起，并且定子环2的轴向长度与定子滑轨12与转子滑轨13啮合后的轴向长度相匹配，使得定子环2的第一端与转子外环3的第一端对齐，以减小防雷装置100的轴向尺寸。

定子滑轨12与转子滑轨13的啮合，可以在转子外环3与转子内环6之间形成径向的约束，以使定子滑轨12和转子滑轨13的因加工工艺导致的形位误差可以相互抵消，进而提高本发明实施例一的防雷装置100的定子侧和转子侧的同轴精度。

转子内环6在下文中描述的滑环1的转动部分1b的带动下相对于静止部分1a转动，并且转子内环6通过导电圆盘8带动转子外环3一起转动，以使固定在转子外环3上的转子滑轨13相对于固定在定子环2上的定子滑轨12转动，通过转子滑轨13和定子滑轨12之间的相互啮合，使防雷装置100的转子侧和定子侧之间形成径向约束的转动副，抵消了防雷装置100的定子侧和转子侧之间的安装误差，进一步地提高了防雷装置100的定子侧与转子侧的同轴转动精度。

参照图4和图5，转子外环3套设在转子内环6的外侧，定子环2套设在转子内环6的第二端并靠近转子外环3的第二端，由于转子外环3的第二端与导电圆盘8之间的轴向距离大于定子环2的轴向长度，因此，在转子内环6、导电圆盘8、转子外环3和定子环2之间形成环状的中空空间，将在下面描述的电刷15将沿轴向插入到该中空空间中，因此，在下面的描述中，将该中空空间称为环状容纳空间。

在定子环2的第二端的第三凸缘2a上形成有沿轴向穿透第三凸缘2a的通孔，该通孔与支架10的位置错开，避免与电刷15冲突。电刷15穿过该通孔进入环状容纳空间中并与导电圆盘8接触，该通孔的形状和尺寸可以通过本领域技术人员根据需要适当地设置，在此不作限定。

在定子环2的第三凸缘2a上的通孔相邻位置处形成有支撑构件16，支撑构件16从第三凸缘2a上沿轴向延伸，用于支撑和固定电刷15，使得电刷15稳定地保持在环状容纳空间中。支撑构件16可以通过焊接或者紧固件紧固等方式固定在第三凸缘2a上，但不限于此。例如，可以在第三凸缘2a上开设方孔，并在该方孔边缘焊接L型钢板作为支撑构件16。

电刷15穿过定子环2的第三凸缘2a上的通孔，电刷15的一端直接接触到导电圆盘8，并在导电圆盘8的表面上相对滑动以形成雷电流通路。通过紧固件将电刷15固定到该通孔处的支撑构件16上。电刷15另一端与接地引下线402相连接，电刷15可将导电圆盘8上的雷电流引导到接地引下线402，并通过接地引下线402将雷电流传输到地面进行释放。

优选地，导电圆盘8在与电刷15接触的端面的粗糙度不大于3.2，以防止电刷15被过快的磨损。

除了以上描述的电刷15可以用于释放导电圆盘8上的雷电流之外，优选地，当导电圆盘8上的雷电流过载时，还可以设置齿形构件18以释放导电圆盘8上过载的雷电流。

齿形构件18为优选的设计，并不是必须的构件，并且齿形构件18的具体形状不受限制，只要是能穿过定子环2的第二端的第三凸缘2a上的通孔并且具有齿形端的构件即可，例如，齿形构件18可以为长条板，并在长条板的一端为齿形端，齿形端伸入环状容纳空间中。

电刷15的刷握和齿形构件18通过紧固件连接的方式固定在一起，将电刷15安装在该刷握中，并使电刷15的一端进入环状容纳空间中并接触到导电圆盘8以形成放电回路，电刷15的另一端通过设置在刷握上的弹簧将电刷15压紧在导电圆盘8上，防止电刷15从刷握中脱落。齿形构件18的齿形端朝向导电圆盘并与导电圆盘8保持一定的间隙以形成放电间隙，该间隙的尺寸可以通过本领域技术人员根据需要适当地设置，在此不作限定。

优选地，电刷15的刷握和齿形构件18的均可由金属材料制成，例如Q235B材料，因此，电刷15可以通过刷握与齿形构件18电连接。

电刷15可整体位于环状容纳空间中，齿形构件18的另一端沿轴向从该通孔中向外伸出，位于定子环2第二端的外部，通过紧固件将齿形构件18固定到支撑构件16上，在齿形构件18上形成有连接接地引下线402的接线端，该接线端可以是通孔或焊盘，但不限于此。

电刷15和导电圆盘8可以从定子环2的第三凸缘2a上的通孔中单独进行拆卸，不需要拆卸防雷装置100的主体构件，因此，避免了防雷装置100因频繁拆卸导致部件损坏。

通过电刷15和齿形构件18可将导电圆盘8上的雷电流引导至接地引下线402上，并通过接地引下线402将雷电流传输至大地进行释放。

在使用电刷15的基础上增加齿形构件18不仅提高了雷电流的释放效率，防止导电圆盘8上雷电流过载，确保了防雷装置100的安全性，还通过电刷15作用在导电圆盘8和定子环2上的力使定子滑轨12和转子滑轨13之间形成轴向约束，防止定子滑轨12和转子滑轨13沿轴向松动，提高了定子滑轨12和转子滑轨13啮合的稳定性，进一步提高了防雷装置100的定子侧和转子侧的同轴精度。

当安装好电刷15和齿形构件18之后，优选地，可以采用由诸如聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料制成的构件密封定子环2的端面上的通孔，并作为观察转子外环3内侧的环状容纳空间的情况的观察孔。

转子内环6的导电圆盘8和电刷15发生相对转动并摩擦而产生粉末，此时可以通过定子环2端面的观察孔观察粉末在环状容纳空间中的堆积情况以及观察电刷15的磨损程度，以确定是否需要清理粉末或者更换电刷15。

在转子外环3的侧壁上，还沿径向设置有用于排除粉末的排放孔9，排放孔9采用具有密封性能的材料制成的密封塞密封，例如，可以采用橡胶塞密封。

参照图1至图3，本发明实施例一提供的防雷装置100还可以包括滑环1，滑环1总体上为圆柱形，包括能够相对转动地连接在一起的静止部分1a和转动部分1b，滑环1的转动部分1b上形成有连接法兰1c，连接法兰1c位于静止部分1a和转动部分1b的连接处，用于与上面描述的转子内环6固定连接。

转子内环6的第一端也形成有连接法兰6b，将转子内环6套设在滑环1的静止部分1a的外侧，并通过紧固件固定连接法兰6b和连接法兰1c，将转子内环6固定到滑环1的转动部分1b上，使转子内环6可以随转动部分1b一起相对于滑环1的静止部分1a转动。这样，可以使转子环19以及下面描述的安装在转子环19上的其它构件均集中设置在滑环1的静止部分1a，不仅减小了防雷装置100的整体尺寸，还使防雷装置100的转动构件和静止构件与滑环1处于同一轴线上。

优选地，沿轴向方向在转子内环6的连接法兰6b的两侧分别设置有绝缘垫块7，绝缘垫块7由具有绝缘性能的材料形成，因此在转动部分1b的连接法兰1c和转子内环6的连接法兰6b之间能够通过绝缘垫块7进行绝缘，从而防止传输到转子内环6上的雷电流从转子内环6传输到滑环1上。

定子环2的第三凸缘2a上设置有支架10，支架10从第三凸缘2a上沿轴线方向延伸预定长度。在滑环1的静止部分1a的第二端固定连接有滑环摇臂4。当将转子内环6从静止部分1a的第二端套装到静止部分1a上之后，将定子环2套设在转子内环6的第二端的外侧，然后将转子外环3套设在定子环2上，支架10从转子外环3的第二端伸出，并与滑环摇臂4相接。支架10可以通过紧固件与滑环摇臂4固定连接，以使定子环2相对于滑环1的静止部分1a固定在一起。在附图所示的示例中，滑环摇臂4从静止部分1a的第二端部沿径向向外延伸预定长度，从而与沿轴向延伸的支架10相接。支架10可以通过焊接的方式固定到定子环2的第三凸缘2a上，在支架10上可形成有插入孔，在滑环摇臂4上可形成插入销，通过使插入销插入到支架10的插入孔中而将定子环2固定到滑环摇臂4上。固定支架10与滑环摇臂4的紧固件采用具有绝缘性能的材料形成，防止雷电流从支架10传输到滑环摇臂4上。

继续参照图1和图3，滑环1与滑环支撑5固定连接。滑环1通过连接法兰1c固定到滑环支撑5上，滑环支撑5固定连接到风力发电机组的转动轴203上，随转动轴203一起转动。优选地，转子内环6的连接法兰6b可以和滑环支撑5一起同时固定到滑环1的连接法兰1c上。通过滑环支撑5带动滑环1的转动部分1b、转子外环3和转子内环6转动。因此，将滑环1的转动部分1b、转子外环3和转子内环6统称为防雷装置100的转子侧。

在根据本发明实施例一的防雷装置100中，滑环1的静止部分1a、定子环2、电刷15和齿形构件18相对静止不动，这里，将滑环1的静止部分1a、定子环2、滑环摇臂4、电刷15和齿形构件18统称为防雷装置100的定子侧。根据本发明实施例一的防雷装置100还可包括连接构件300，滑环摇臂4与连接构件300固定连接，从而将防雷装置100的第二端固定到固定轴202上，进一步增加定子侧的稳定性。

本发明实施例一的防雷装置100的定子侧和转子侧之间通过定子滑轨12和转子滑轨13的相互啮合，以及通过电刷15作用在导电圆盘8上的作用力，分别形成防雷装置100的转子侧和定子侧之间的轴向和径向的约束，以抵消各个构件之间因加工工艺或者安装导致的形位误差，提高了防雷装置100的同轴精度。

在下文中，将对本发明实施例二的防雷装置100进行描述，本发明实施例二借助滑环本身的转动部分和静止部分之间的转动副作为整个防雷装置100的定子侧与转子侧之间的转动副，以提高同轴转动的精度。将参照图6至图9对本发明实施例二的防雷装置100的结构进行详细的描述。

参照图6和图7，本发明实施例二提供的防雷装置100包括：滑环21、转子环22和定子环23和电刷29。

滑环21总体上为圆柱形，包括能够相互可转动地结合在一起的静止部分21a和转动部分21b。在转动部分21b的外侧形成有连接法兰21e，连接法兰21e位于静止部分21a和转动部分21b的连接处，用于与下面描述的转子环22固定连接。

转子环22为圆筒状，并且转子环22的第一端也形成有连接法兰22e，将转子环22套设在静止部分21a的外侧，并通过紧固件紧固连接法兰22e和连接法兰21e，使转子环22与转动部分21b固定连接。优选地，沿轴向方向在转子环22的连接法兰22e的两侧端面上还分别设置有绝缘垫块25，绝缘垫块25由具有绝缘性能的材料形成，因此在转动部分21b的连接法兰21e和转子环22的连接法兰22e之间能够通过绝缘垫块7进行绝缘，用于防止转子环22上的雷电流传输到滑环21上。

转子环22包括内环22a、外环22b以及导电圆盘22c，内环22a和外环22b均为圆筒状，外环22b的内径大于内环22a的外径，内环22a和外环22b之间通过导电圆盘22c连接，导电圆盘22c为圆盘状，沿径向延伸，导电圆盘22c的径向内圆周与内环22a的外圆周连接，导电圆盘22c的径向外圆周与外环22b的内圆周连接。为了减小防雷装置100的整体尺寸，为保证风力发电机组的主轴系通道内有足够的维护空间，可尽量减小外环22b的直径，外环22b与内环22a之间仅为下面描述的电刷29预留足够的容纳空间即可，优选地，内环22a、外环22b可以由Q235B材料形成，导电圆盘22c可以由不锈钢材料形成以确保其耐磨性，但不限于此，并且，内环22a、外环22b和导电圆盘22c可以通过焊接等方式形成，在此不作限定。

在导电圆盘22c的外周边缘处形成有用于连接防雷引下线401的连接耳22f，例如，可以在导电圆盘22c的外周边缘设置一个或多个连接耳22f，连接耳22f可以沿轴向延伸，从而减小整个防雷装置100的径向尺寸。

优选地，转子环22的内环22a的轴向的长度可以大于外环22b的轴向的长度，内环22a和外环22b的第二端在轴向端面上对齐定位以便于安装定子环23，内环22a的第一端沿轴向方向从外环22b的第一端伸出预定长度，并使得连接耳22f位于该轴向长度差的范围内，从而节约空间。导电圆盘22c位于转子外环22的第一端，因此，在内环22a和外环22b之间形成环状容纳空间，用于容纳将在后面描述的电刷29，因此，在下面的描述中，将该环状容纳空间称为环状容纳空间。

参照图7和图8，环状容纳空间的第二侧形成为轴向敞开，定子环23套设在滑环1的静止部分21a上并位于环状容纳空间的第二侧。在定子环23的轴向第二侧还设置有绝缘套26。绝缘套26为圆筒状。滑环1的静止部分21a的侧壁上形成有沿径向开设的定位孔21c，绝缘套26的圆筒侧壁上也形成有相对应的定位孔26a，通过将滑环1的定位孔21c与绝缘套26的定位孔26a对准并插入紧固件，将绝缘套26固定在静止部分21a上。

绝缘套26的轴向第一端形成有法兰26b，法兰26b沿绝缘套26的径向向外延伸，并且，法兰26b的外径大于内环22a的外径并且小于外环22b的内径。转子环22的内环22a的第二端套设有第一密封圈27，内环22a的第二端通过第一密封圈27接触到法兰26b的第一侧靠近内边缘的端面。

绝缘套26的法兰26b上形成有用于固定定子环23的止口和沿轴向的通孔，定子环23为圆盘状，其中心形成有直径大于内环22a的外径的通孔，在定子环23内侧边缘处形成有沿轴向的通孔，通过紧固件穿过法兰26b的通孔和定子环23的通孔，可将定子环23固定在到法兰26b的止口中，从而定子环23通过固定到绝缘套26上而固定安装到静止部分21a上。

外环22b第二端套设有第二密封圈28，并通过第二密封圈28接触到定子环23的第一侧端面。通过第一密封圈27和第二密封圈28使形成在内环22a、外环22b、绝缘套26和定子环23之间的环状容纳空间密封。

优选地，绝缘套26由具有绝缘性能的材料形成，以使滑环21和定子环23之间绝缘，例如，可以使用环氧树脂硬质层压板形成。第一密封圈27和第二密封圈28可采用具有密封性能的材料形成，例如可以采用硅橡胶材料形成，在此不作限定。

在定子环23上形成有沿轴向穿透定子环23的通孔，电刷29穿过该通孔进入环状容纳空间中，该通孔的形状和尺寸可以通过本领域技术人员根据需要适当地设置，在此不作限定，例如，该通孔的一侧边缘可以形成在绝缘套26上。

在定子环23的通孔的相邻位置处形成有支撑构件30，支撑构件30用于支撑电刷29，支撑构件30可以通过焊接或者紧固件紧固等方式固定在定子环23上，但不限于此。例如，可以在定子环23上开设方孔，并在该方孔边缘处焊接L型钢板作为支撑构件30。

参照图8和图9，电刷29穿过定子环23的通孔，使电刷29的一端直接接触到转子环22的导电圆盘22c上，并在导电圆盘22c的端面上相对滑动以形成雷电流通路。电刷29的另一端沿轴向从该通孔中向外伸出，位于定子环23的第一侧的外部，通过紧固件将电刷29固定到该通孔处的支撑构件30上，并且，电刷29另一端可以与接地引下线402相连接，电刷29将导电圆盘22c上的雷电流引导到接地引下线402，并通过接地引下线402将雷电流传输到地面进行释放。

优选地，导电圆盘22c在与电刷29接触的端面的粗糙度不大于3.2，以防止电刷过快的磨损。

除了以上描述的电刷29可以用于释放导电圆盘22c上的雷电流之外，优选地，当导电圆盘22c上的雷电流过载时，还可以设置齿形构件31以释放导电圆盘22c上过载的雷电流。

齿形构件31为优选的设计，并不是必须的构件，并且齿形构件31的具体形状不受限制，只要是能穿过定子环23的通孔并且具有齿形端的构件即可，例如，齿形构件31可以为长条板，并在长条板的一端为齿形端，齿形端伸入环状容纳空间中。

电刷29和齿形构件31通过紧固件连接固定在一起，并使电刷29的一端穿入环状容纳空间中并接触到导电圆盘22c以形成放电回路，齿形构件31的齿形端朝向导电圆盘并与导电圆盘22c保持一定的间隙以形成放电间隙，该间隙的尺寸可以通过本领域技术人员根据需要适当地设置，在此不作限定。

在包含齿形构件31的情况下，电刷29可以通过齿形构件31与接地引下线402连接。具体地，电刷29固定在齿形构件31上，并与齿形构件31电连接，可以在齿形构件31上形成刷握，电刷29位于刷握中，刷握与齿形构件31均是导电构件，例如刷握与齿形构件31可以使用Q235B金属材料制成，从而电刷29与齿形构件31之间能够电连接。

电刷29可整体位于环状容纳空间中，齿形构件31的另一端沿轴向从该通孔中向外伸出，位于定子环23的第二端的外部，通过紧固件将齿形构件18固定到支撑构件30上，在齿形构件31上形成有连接接地引下线402的接线端，该接线端可以是通孔或焊盘，但不限于此。

电刷29和导电圆盘22c可以从定子环23的的通孔中单独进行拆卸，不需要拆卸防雷装置100的主体构件，因此，避免了防雷装置100因频繁拆卸导致部件损坏。

通过电刷29和齿形构件31可将导电圆盘22c上的雷电流引导至接地引下线402上，并通过接地引下线402将雷电流传输至大地进行释放。

当安装好电刷29和齿形构件31后，优选地，可以采用由诸如聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料制成的构件密封定子环23上用于安装电刷29的通孔，并作为观察转子环22内部的环状容纳空间中的情况的观察孔。

转子环22的导电圆盘22c会和电刷29发生相对转动并摩擦而产生粉末，此时可以通过观察孔观察粉末在环状容纳空间中的堆积情况以及观察电刷29的磨损程度，以确定是否需要清理粉末或者更换电刷29。

在转子环22的外环22b的侧壁上，还沿径向设置有用于排除粉末的排放孔32，排放孔32采用具有密封性能的材料制成的密封塞密封，例如，可以采用橡胶制成的橡胶塞密封。

参照图1、图6和图7，防雷装置100还可包括滑环支撑24。滑环21的转动部分21b的连接法兰21e固定到滑环支撑24，滑环支撑24固定连接到风力发电机组的转动轴203上，随转动轴203一起转动。优选地，转子环22的连接法兰22e可以和滑环支撑24一起同时固定到滑环21的连接法兰21e上，通过滑环支撑24可以带动滑环21的转动部分21b和转子环22转动，因此，将滑环21的转动部分21b和转子环22称为防雷装置100的转子侧。

根据本发明实施例二的防雷装置100还包括连接构件300，滑环摇臂21d通过连接构件300固定到固定轴202上，以使滑环21的静止部分21a、定子环23、电刷29和齿形构件31相对静止不动，这里，将滑环21的静止部分21a、定子环23、滑环摇臂21d、电刷29和齿形构件31统称为防雷装置100的定子侧。

本发明实施例二的防雷装置100的转子侧固定在滑环21的转动部分21b上，定子侧固定在滑环21的静止部分21a上，使转子侧和定子侧之间借助滑环21本身内部的转动副以实现转子侧和定子侧的同轴转动，由于滑环21内部的转动副的同轴精度较高，因此，可以提高防雷装置100的定子侧和转子侧之间的同轴精度。

以上本发明实施例一和实施例二描述的防雷装置100除了应用于风力发电机组的主轴系上，还可以应用到其它的多个领域。

本发明实施例的又一实施例，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的防雷装置100。

综上所述，在本发明实施例中，一方面，通过在防雷装置中设置相互啮合的转子滑轨和定子滑轨，以及通过电刷作用在导电圆盘上的作用力，分别形成防雷装置的转子侧和定子侧之间的轴向和径向的约束，可以将安装或者加工工艺导致的形位误差相互抵消掉，提高防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度；另一方面，借助滑环本身内部的转动副，将防雷装置的转子侧的构件集成在滑环的转动部分进行设计，定子侧的构件集成在滑环的静止部分进行设计，也提高了防雷装置的定子侧和转子侧同轴转动的精度，提高了防雷装置的工作效率。

进一步地，在本发明实施例中，将防雷装置设置在风力发电机组的主轴系内部，使雷电流穿过主轴系的转动轴内侧传输到防雷装置上，再从防雷装置上沿着接地引下线连接到地面释放，雷电流的流通路径不经过主轴承，防止了主轴承受到雷电灼伤；防雷装置将各个构件集成设计在滑环的静止部分上，并且简化了结构，构件数量少，节约了制造成本；电刷和导电圆盘可以从定子环的凸缘上的通孔中单独进行拆卸，不需要拆卸防雷装置的主体构件，因此，避免了防雷装置因频繁拆卸导致部件损坏。

上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应落入本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种防雷装置，其特征在于，所述防雷装置(100)包括：

滑环(1，21)，所述滑环(1，21)为圆柱形，并且包括相对可转动地连接的静止部分(1a，21a)和转动部分(1b，21b)；

转子环(19，22)，所述转子环(19，22)套设在所述静止部分(1a，21a)上并与所述转动部分(1b，21b)固定连接，所述转子环(19，22)包括转子内环(6，22a)、转子外环(3，22b)以及导电圆盘(8，22c)，所述导电圆盘(8，22c)沿径向连接所述转子内环(6，22a)和转子外环(3，22b)，在所述转子内环(6，22a)和转子外环(3，22b)之间形成一端开口的环状容纳空间；

定子环(2，23)，所述定子环(2，23)套设在所述静止部分(1a，21a)上，覆盖所述环状容纳空间的开口，并且所述定子环(2，23)与所述静止部分(1a，21a)固定连接；

电刷(15，29)，所述电刷(15，29)位于所述环状容纳空间中，并且与所述导电圆盘(8，22c)接触。

2.如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于，所述防雷装置(100)还包括滑环支撑(5，24)，所述转子内环(6，22a)的第一端以及所述转动部分(1b，21b)固定安装在所述滑环支撑(5，24)上。

3.如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于，所述防雷装置(100)还包括绝缘套(26)，所述绝缘套(26)固定安装在所述静止部分(21a)上，所述定子环(23)固定在所述绝缘套(26)上。

4.如权利要求3所述的防雷装置，其特征在于，所述定子环(23)为圆盘状，所述绝缘套(26)为圆筒状并在轴向第一端形成有法兰(26b)，所述定子环(23)安装在所述法兰(26b)上，并位于所述转子环(22)的面对所述绝缘套(26)的一端和所述绝缘套(26)之间。

5.如权利要求4所述的防雷装置，其特征在于，所述绝缘套(26)的所述法兰(26b)的端面上形成有止口，所述定子环(23)的内圆周支撑在所述止口中。

6.如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于，所述导电圆盘(8)固定在所述转子内环(6)的外圆周上，所述转子外环(3)的第一端固定连接在所述导电圆盘(8)上，所述定子环(2)位于所述转子外环(3)的第二端，并位于所述转子外环(3)的内侧，所述防雷装置(100)还包括圆环状的定子滑轨(12)和转子滑轨(13)，所述定子滑轨(12)固定安装在所述定子环(2)上，所述转子滑轨(13)固定安装在所述转子外环(3)上，在所述定子环(2)和所述转子外环(3)之间形成转动副。

7.如权利要求6所述的防雷装置，其特征在于，所述转子滑轨(13)和所述定子滑轨(12)中的一者上设置有环状滑槽，另一者上设置有环状突起，所述环状突起与所述环状滑槽相互啮合，并可相对转动。

8.如权利要求7所述的防雷装置，其特征在于，所述定子环(2)的外圆周上形成有法兰(2b)，所述转子外环(3)的第二端形成有沿径向向内延伸的第一凸缘，所述定子滑轨(12)固定在所述定子环(2)的法兰(2b)上，所述转子滑轨(13)固定在所述转子外环(3)的第一凸缘的内侧，所述转子滑轨(13)和所述定子滑轨(12)沿轴向方向相互面对。

9.如权利要求6所述的防雷装置，其特征在于，所述定子环(2)的第二端形成有沿轴向延伸的支架(10)，所述静止部分(1a)的远离所述转动部分(1b)的一端形成有径向延伸的滑环摇臂(4)，所述支架(10)与所滑环摇臂(4)相对固定。

10.如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于，所述定子环(2，23)上开设有沿轴向的通孔，所述电刷(15，29)能够通过所述通孔进入所述环状容纳空间，所述防雷装置(100)还包括齿形构件(18，31)，所述齿形构件(18，31)具有齿形端，所述齿形构件(18，31)与所述电刷(15，29)固定连接，并且所述齿形端位于所述环状容纳空间中。

11.如权利要求2所述的防雷装置，其特征在于，所述转子内环(6，22a)的第一端设置有连接法兰(6b，22e)，通过所述连接法兰(6b，22e)与所述滑环支撑(5，24)固定连接，并在所述连接法兰(6b，22e)与所述滑环支撑(5，24)之间设置有绝缘垫块(7，25)。

12.如权利要求11所述的防雷装置，其特征在于，所述转子内环(6，22a)的第一端相对于所述转子外环(3，22b)的第一端沿轴向向外延伸预定长度，在所述导电圆盘(8，22c)的外侧设置有连接耳(8a，22f)，用于与防雷引下线(401)连接。

13.如权利要求1所述的防雷装置，在所述转子内环(6，22a)的第二端套设有密封圈(11，27，28)，所述密封圈(11，27，28)与所述定子环(2，23)的第一侧端面接触，使得所述环状容纳空间密封。

14.一种防雷装置，其特征在于，所述防雷装置(100)包括：

转子环(19)，所述转子环(19)包括转子内环(6)、转子外环(3)以及导电圆盘(8)，所述导电圆盘(8)沿径向连接所述转子内环(6)和转子外环(3)，所述导电圆盘(8)设置在所述转子内环(6)的外圆周上，所述转子外环(3)的第一端固定连接在所述导电圆盘(8)上，在所述转子内环(6)和转子外环(3)之间形成一端开口的环状容纳空间；

定子环(2)，所述定子环(2)位于在所述转子内环(6)的一端，并位于所述转子外环(3)的内侧，覆盖所述环状容纳空间的开口；

电刷(15)，所述电刷(15)位于所述环状容纳空间中，并与所述导电圆盘(8)接触；

定子滑轨(12)和转子滑轨(13)，所述定子滑轨(12)固定安装在所述定子环(2)上，所述转子滑轨(13)固定安装在所述转子外环(3)的内侧，通过所述定子滑轨(12)和所述转子滑轨(13)在所述定子环(2)和所述转子外环(3)之间形成转动副。

15.如权利要求14所述的防雷装置，其特征在于，所述转子滑轨(13)和所述定子滑轨(12)中的一者上设置有环状滑槽，另一者上设置有环状突起，所述环状突起与所述环状滑槽相互啮合，并可相对转动。

16.如权利要求15所述的防雷装置，其特征在于，所述定子环(2)的外圆周上形成有法兰(2b)，所述转子外环(3)的第二端形成有沿径向向内延伸的第一凸缘，所述定子滑轨(12)固定在所述定子环(2)的法兰(2b)上，所述转子滑轨(13)固定在所述转子外环(3)的第一凸缘的内侧，所述转子滑轨(13)和所述定子滑轨(12)沿轴向方向相互面对。

17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-16中任一项所述的防雷装置(100)。