CN114270032B - 用于电力系统防雷的大电感器 - Google Patents

Abstract

本文中的实施例描述了位于风力涡轮机叶片的根部中的放电滤波器，其包括缠绕成使用根部的内表面或外表面作为芯轴的大规模电感器的一根或多根电缆。这些电缆向用于位于风力涡轮机叶片的主体中的一个或多个用电系统的配电板提供电输入。配电板连接到防雷系统，该防雷系统选择性地提供到地路径，并且电感器形成高阻抗屏障，该高阻抗屏障在雷击或其他放电从用电系统行进到配电板的情况下将电力从电缆分流到防雷系统上。

Description

用于电力系统防雷的大电感器

技术领域

本公开中呈现的实施例总体涉及用于风力涡轮机的保护系统。更具体地，本发明涉及具有改进的操作和制造特性的雷闪放电过滤系统。

背景技术

风力涡轮机发电机是用于发电的日益流行的来源，并且可以单独地或以若干风力涡轮机的组(通常称为风电场)来部署。为了提高风力涡轮机和风电场的效率、安全性和耐久性，设计者可以将各种用电系统(例如灯、除冰系统、传感器等)结合到风力涡轮机的叶片中。这些用电系统可以接收经由沿叶片的长度延伸的一个或多个电引线递送的操作电力。这些电引线在正常操作期间将电力传送到用电系统，但也提供雷电或其他放电可能采取的导电路径。雷击是风力涡轮机操作者关心的问题，因为风力涡轮机通常是附近最高的物体，并且结合在叶片中的一个或多个电引线可以提供通过敏感元件的具有最小阻抗的路径。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种风力涡轮机叶片，其包括：放电滤波器，其位于所述风力涡轮机叶片的根部中，包括第一电缆，所属第一电缆缠绕成使用所述根部作为芯轴的第一电感器；用电系统，其位于所述风力涡轮机叶片的主体中；配电板，其在所述放电滤波器和所述用电系统之间位于所述风力涡轮机叶片的所述主体中，其中，所述第一电缆被配置为通过所述配电板向所述用电系统提供电力。

在本公开中，表述“使用根部作为芯轴”是指电缆围绕风力涡轮机叶片的根部缠绕。该表述并不意味着电缆只能缠绕在根部的外部。电缆也可以缠绕在根部的内部。换句话说，电感器由根部的直径支撑。

在一些实施方案中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机片组合，其中，所述芯轴是所述根部的外表面或所述根部的内表面。

在一些实施方案中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机片组合，所述第一电感器至少部分地嵌入构成所述根部的材料中。

在一些实施例中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机叶片组合，所述第一电缆是包括带电线、中性线和保护接地线的成束电缆。

在一些实施方案中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机片组合，所述放电滤波器还包括：第二电缆，其缠绕成使用所述根部作为芯轴的第二电感器，所述第二电感器与所述第一电感器交织；以及第三电缆，其缠绕成使用所述根部作为芯轴的第三电感器。

在一些实施例中，与上面或下面描述的任何风力涡轮机片组合，所述第一电缆和所述用电系统之间的路径经由电涌保护装置链接到防雷系统，所述防雷系统与所述第一电缆相比提供阻抗更低的到地路径。

在一个实施例中，提供了一种风力涡轮机叶片，其包括：配电板，其在输入端接收：第一电缆；第二电缆；以及第三电缆；以及放电滤波器，其在电源与所述配电板之间位于所述叶片的根部中，所述放电滤波器包括：第一电感器，其包括所述第一电缆的围绕作为芯轴的所述根部缠绕的部分；第二电感器，其包括所述第二电缆的围绕作为芯轴的所述根部缠绕的部分；以及第三电感器，其包括围绕作为芯轴的所述根部缠绕的所述第三电缆的一部分。

在一些实施方案中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机片组合，所述根部是中空圆柱体，并且所述芯轴是所述根部的内表面。

在一些实施方案中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机片组合，其中，所述配电板还在所述输入端接收第四电缆，并且所述放电滤波器还包括：第四电感器，其包括围绕作为芯轴的所述根部缠绕的所述第四电缆的一部分。在另外的实施例中，其中，该配电板进一步在该输入端接纳第五电缆，并且所述放电滤波器进一步包括：第五电感器，其包括围绕作为芯轴的所述根部缠绕的所述第五电缆的一部分。

在一些实施例中，与上文或下文所述的任何风力涡轮机叶片组合，所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆被包括在单个成束电缆中，所述单个成束电缆缠绕成成束电感器。

在一些实施例中，结合上文或下文所述的任何风力涡轮机片，所述第一电感器与所述第二电感器交织在一起。

在一些实施例中，结合上文或下文所述的任何风力涡轮机片，所述第一电感器、所述第二电感器和所述第三电感器围绕所述根部顺序地缠绕。

在一个实施例中，提供了一种风力涡轮机，其包括多个叶片，其中，所述多个叶片中的每个叶片经由机舱中的可旋转触点电连接到电源，所述叶片的根部从所述机舱朝向所述叶片的尖端延伸，每个叶片包括：第一电缆，所述第一电缆经由所述机舱电连接到所述电源，并且缠绕成第一电感器，所述第一电感器由所述根部的直径支撑并且连接到配电板的输入端；以及用电系统，其经由电引线连接到所述配电板的输出端并且位于所述配电板的向着尖端的方向；

在一个实施例中，提供了一种风力涡轮机，其包括：多个叶片，其中，所述多个叶片中的每个叶片经由机舱中的可旋转触点电连接到电源，所述叶片的根部从所述机舱朝向所述叶片的尖端延伸，每个叶片包括：第一电缆，所述第一电缆经由所述机舱电连接到所述电源，并且缠绕成第一电感器，所述第一电感器由所述根部的直径支撑并且连接到配电板的输入端；第二电缆，所述第二电缆经由所述机舱电连接到所述电源，并且缠绕成第二电感器，所述第二电感器由所述根部的直径支撑并且连接到所述配电板的所述输入端；第三电缆，所述第三电缆经由所述机舱电连接到保护接地，并缠绕成第三电感器，所述第三电感器由所述根部的直径支撑并连接到所述配电板的所述输入端；用电系统，其经由电引线连接到所述配电板的输出端并且位于所述配电板的向着尖端的方向；以及防雷系统，其与所述叶片中的所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆电隔离，经由所述机舱连接到地，并且选择性地连接到所述配电板，其中，当所述防雷系统连接到所述配电板时，所述防雷系统与所述第一电缆、所述第二电缆和所述第三电缆相比提供阻抗更低的到地路径。

附图说明

为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对以上简要概述的本公开进行更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本公开的范围，因为本公开可容许其他等效实施例。

图1示出了根据本公开的实施例的示例性风力涡轮机发电机的示意图。

图2示出了根据本公开的实施例的风力涡轮机发电机内部的典型部件的示意图。

图3示出了根据本公开的实施例的风力涡轮机叶片的若干电气部件的相对布置。

图4是根据本公开的实施例的用于经由由雷闪放电过滤系统供电的配电板向用电系统供电的电路的框图。

图5A至图5F示出根据本公开的实施例的使用根部的内表面作为芯轴的电感器。

图6A至图6F示出根据本公开的实施例的使用根部的外表面作为芯轴的电感器。

图7A至图7D示出了根据本公开的实施例的用于雷闪放电过滤系统的附加电缆绕组图案，该雷闪放电过滤系统使用四条电缆来产生四个相应的电感器。

图8A至图8E示出了根据本公开的实施例的用于雷闪放电过滤系统的附加电缆绕组图案，该雷闪放电过滤系统使用五条电缆来产生五个相应的电感器。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。可以设想，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其他实施例，而无需具体叙述。

具体实施方式

为了保护风力涡轮机(其使用包含用电系统的叶片)免受雷击或其他放电，操作者可以在有雷电风险时从涡轮机物理地断开电导线(从而使用电系统断电)，或者可以在电缆上包括雷闪放电过滤系统(LDFS)和电涌保护装置以将雷电电流从敏感系统分流到地，该电缆向叶片中的用电系统供电。LDFS包括在到叶片的电输入处的一个或多个电感器，所述电感器可以包括在带电(单相或多相)线、中性线和保护接地线上的电感器。因为已经观察到与雷击相关联的对风力涡轮机部件的大部分损坏是由于与从涡轮机供应到叶片的电相比雷电的较高频率分量，所以LDFS的电感器提供低通滤波器，其阻挡来自雷击的电流，但允许50Hz(赫兹)或60Hz的电继续流动到用电系统。

由于被包括在LDFS中的电感器的质量，电感器优选地被包括在每个叶片的基部或根部中，以减小风力涡轮机上的旋转应力。虽然LDFS可以使用现成的分立电感器来提供低通滤波器以阻挡雷电并允许电流动，但是这种电感器体积大、难以安装在旨在旋转的叶片组件内，并且具有相对较差的热传递特性，并且因此在传导连续电力时遭受热问题。因此，本公开提供了使用适合于叶片的根部(LDFS部署在该根部中)的尺寸的大规模制造的电感器的LDFS。每个大规模电感器形成低通滤波器，并使用叶片的物理结构来支撑，从而提高安装的容易性和安全性，并减小叶片的质量(以及相关的旋转应力)。另外，由于叶片根部的结构的直径可以超过1m(米)，因此大规模电感器表现出大于现有LDFS电感器的表面积与体积比，并因此表现出优异的传热性能。

示例性实施例

图1示出了示例性风力涡轮机发电机(WTG)100的示意图。虽然WTG 100被示为水平轴风力涡轮机，但是本文描述的原理和技术可以应用于其他风力涡轮机实现方式，诸如竖直轴风力涡轮机。WTG 100典型地包括塔架102和位于塔架102顶部的机舱104。转子106可以通过从机舱104伸出的低速轴与机舱104连接。如图所示，转子106包括安装在毂110上的三个叶片108(叶片108在转子平面中旋转)，但是转子106可以包括任何合适数量的叶片108，例如一个、两个、四个、五个或更多个叶片108。叶片108(或翼型)通常各自具有空气动力学形状，该形状具有用于面向风的前缘112、在叶片108的弦的相对端处的后缘114、尖端116和用于以任何合适的方式附接到毂110的根部118。

对于一些实施例，叶片108可以使用螺距轴承120连接到毂110，使得每个叶片108可以围绕相应的纵向轴线旋转以调节叶片的螺距。叶片108相对于转子平面的螺距角可由例如连接在毂110和叶片108之间的线性致动器、液压致动器或步进马达控制。

图2示出了WTG 100的机舱104和塔架102内部的典型部件的示意图。当风200入射到叶片108上时，转子106旋转并使低速轴202旋转。变速箱204中的齿轮将低速轴202的低转速机械地转换成高速轴208的适于使用发电机206发电的相对高的转速。

控制器210可感测低速轴202和高速轴208中的一个或两个的转速。如果控制器210确定轴旋转过快，则控制器210可以使叶片108倾斜出风200，或者通过增加来自发电机206的转矩，该转矩使转子106的旋转减速，即减小每分钟转数(RPM)。制动系统212可以通过在毂110已经处于或非常接近静止时禁止毂110旋转来防止对WTG 100的部件的损坏。控制器210还可以接收来自风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)的输入。基于接收到的信息，控制器210可以向一个或多个叶片108发送控制信号以调节叶片108的螺距218。通过调节叶片108的螺距218，转子106(以及因此低速轴202、高速轴208)的转速可以增加或减小。例如，基于风向，控制器210可以向包括偏航马达220和偏航驱动器222的组件发送控制信号以使机舱104相对于塔架102旋转，使得转子106可以定位成面向更多(或在某些情况下更少)逆风。

图3示出了根据本公开的实施例的叶片108的若干电气部件的相对布置。叶片108的主体通常是中空的，这减小了叶片108的重量并允许各种部件全部或部分地包含在叶片108的内部。例如，传感器可以安装到叶片108的外表面并且包括在叶片的内表面上或在叶片108的材料中延伸的导线。

叶片108包括配电板310，配电板310经由相关联的电引线330a－330n(通常为电引线330)选择性地向一个或多个用电系统320供电。配电板310靠近根部118或在根部118中安装在叶片108内部。用电系统320位于叶片108中的从配电板310向着尖端的各种位置处，并且可以包括除冰系统、风传感器、旋转传感器、弯曲传感器、灯等，它们可以安装在叶片108的外部、内部、嵌入叶片108的材料中，并且穿过叶片108的表面。电引线330可以包括带电线和中性线，用于向相关联的用电系统320传送电力/从相关联的用电系统320传送电力，并且可以包括光通信信道或电通信信道，用于从各种用电系统传送数据或向各种用电系统传送命令信号。每个用电系统320可以经由相关联的电引线330与配电板310并联连接，或者几个用电系统320可以经由共用的电引线330彼此串联连接。

为了保护为各种用电系统320供电的WTG免受沿着电引线330向着根部传送的雷电和其他放电的影响，根部118包括位于配电板310的向着根部方向的LDFS和一个或多个电涌保护装置470，以将雷电电流分流到地。例如，在向叶片108提供单相电的系统中，LDFS包括由分别提供带电线(例如，供电路径或“火”线)、中性线(例如，返回路径)和保护接地线(例如，接地路径)的电缆形成的电感器340。在其他实施例中，给叶片108提供承载不同功率选项的更多或更少的电缆和相关联的电感器340，例如：两相和接地；两相，中性和接地；三相和接地；三相，中性和接地；等等。在一些方面，参照图5A至图6F更详细地讨论如何形成用于三电缆系统中的每一电缆的各个电感器340并将电感器340相对于彼此放置的若干实例。分别参照图7A至图7D和图8A至图8E更详细地讨论了如何形成用于四电缆系统和五电缆系统的各个电缆和将电缆相对于彼此放置的几个例子。

通常，电感器340使用根部118的物理结构作为芯轴和物理支撑。电感器可位于根部的外部或内部，或嵌入根部的材料内。电缆绕根部118缠绕成期望数量的线圈，以提供电感值，该电感值能够在配电板310和经由电缆穿过过机舱104连接的电源之间提供低通滤波器。电缆可以经由机舱104中的各种可旋转触点连接到电源。

可以根据公式1来确定线圈电感器的电感(在此描述的由到配电板310的电缆形成的电感器340的电感)，其中，L是电感，μ是芯材料的磁导率，N是匝数，r是芯的半径，并且l是电感器的长度。

L＝μ*N²*(πr²)/l (1)

因此，使用直径可大于1m的根部118的结构作为电缆缠绕的芯轴提供了类似大的r值。通过使用较大的半径，与具有类似电感但较小半径的分立电感器相比，电感器340可以缠绕较少次数并因此延伸较短的距离，从而允许制造者将电感器的质量放置得更靠近叶片108和毂110的安装点，从而减小叶片108的力矩。围绕根部118缠绕的电感器340的大半径还为电感器340提供了比具有较小半径但等效电感的分立电感器更大的表面积体积比。与具有较小半径的分立电感器相比，较大的表面积体积比为电感器340提供了优良的散热特性。

在各种实施例中，μ的值是自由空间磁导率的值(例如，当使用根部118的内部的中空空间的空气芯时)，但也可包括根部118的材料的磁导率效应(例如，当电感器340围绕根部118的外部缠绕或嵌入在根部118的材料中时)或共同位于根部118中的任何其他装置或电缆的磁导率效应。线圈可以布置成使得它们形成共模扼流圈，该共模扼流圈对于从毂110到用电系统320的电力呈现低阻抗，但是对于从叶片108到毂110的雷电瞬变呈现高阻抗。

根据根部118的半径、芯的磁导率和低通滤波器的期望截止频率，制造者可以确定在针对期望的电感设计和制造电感器340时使用的线圈的相关长度和数量。另外，根据各个电感器340相对于彼此的布置，电感器340可以呈现互感，当针对期望的截止频率设计和制造电感器340时，制造者也考虑该互感。

图4是根据本公开的实施例的电路400的框图，电路400用于经由配电板310给用电系统320供电，配电板310由LDFS供电。在所示的配电板310中，电路被配置为与提供电力和参考值的三根电缆，即，第一电缆410a至第三电缆410c(通常为电缆410)一起操作，尽管在其他示例中，配电板310可以接收承载附加相的电力或参考值的更多电缆。

在一个实施例中，配电板310在输入侧经由缠绕成第一电感器340a的第一电缆410a接收带电线，经由缠绕成第二电感器340b的第二电缆410b接收中性线以及经由缠绕成第三电感器340c的第三电缆410c接收保护接地线。保护接地线向配电板提供接地参考，而带电线和中性线提供电力和返回路径以选择性地激活一个或多个用电系统320。在其他三电缆配置中，配电板310和相关联的电路400经由第一电缆410a接收第一相电力，经由第二电缆410b接收第二(不同)相电力以及经由第三电缆410c接收保护接地。在另一实施例中，配电板310和相关联的电路400接收缠绕成相关电感器340的四根电缆410，电感器340提供两个不同相的电力、中性和接地参考或三个不同相的电力和接地参考。在另一实施例中，配电板310和相关联的电路400接收缠绕成相关电感器340的五个电缆410，电感器340提供三个不同相的电力、中性和接地参考。虽然主要关于三电缆实施例的带电/中性/接地配置来讨论图4，但是本公开设想使用各种数量的电缆的各种配置来部署由提供给WTG 100的叶片108中的配电板310的电缆410形成的大规模电感器340。

配电板310在输出侧选择性地为每个用电系统320提供相关的带电线和中性线，作为电引线330的相应的主引线440和次引线450，主引线440和次引线450提供带电/中性电输入或不同相的电力作为电输入。例如，第一用电系统320a包括将第一用电系统320a连接到配电板310的第一主引线440a和第一次引线450a，配电板310选择性地向第一用电系统320a供电。类似地，第n用电系统320n包括将第n用电系统320n连接到配电板310的第n主引线440n和第n次引线450n，配电板310选择性地向第n用电系统320n供电。

另外，配电板310可以从控制单元460接收控制信号或向控制单元460输出状态信号，控制单元460位于配电板310内部或作为单独的装置。控制单元460可以将数据中继到用电系统320，从用电系统320接收数据以及监视和控制配电板310的各种部件。在各种实施例中，控制单元460是包括处理器、存储器存储装置(例如，硬盘驱动器)的计算装置，所述计算装置被包括在每个叶片108中以用于控制其系统，被包括在WTG 100中以用于控制其系统以及被包括在若干叶片108中，或者被包括在风电场中以用于控制其系统以及被包括在若干WTG 100中。

在内部，配电板310包括将第一电缆410a连接到第一用电系统320a至第n用电系统320n的主引线440a至440n的主路径313a和将第二电缆410b连接到第一用电系统320a至第n用电系统320n的第一次引线450a至第n次引线450n的次路径313b。通常，主路径313a和次路径313b可以被称为内部路径313(与第三路径，第四路径等一起分别连接到第三、第四等电缆(未示出))。主路径313a包括第一选择开关311a(通常为选择开关311)和第一断路器312a(通常为断路器312)。类似地，次路径313b包括第二选择开关311b和第二断路器312b。选择开关311被选择性地控制(例如，经由来自控制单元460的信号)以打开或闭合，从而建立或断开到用电系统320的相关联的内部路径。断路器312由内部路径上经历的热和/或电特性控制，以自动打开和断开到用电系统320的相关内部路径313。在各种实施例中，选择开关311和断路器312的相对位置可以与图4所示的顺序互换，或者给定内部路径313上的选择开关311和断路器312可以组合成一个部件(例如，选择性开关断路器)。

每个用电系统320通过相应的系统开关314a至314n连接到两个或更多个内部路径313，系统开关314a至314n可以被控制以选择性地向各个用电系统320提供电力。

每个内部路径313通过一个或多个电涌保护装置470连接到叶片108的防雷系统480。与由电缆410和相关联的电感器340提供的阻抗更高的路径相比，防雷系统480为袭击叶片108的雷电提供替代的阻抗更低的路径行进。防雷系统480是从叶片108的尖端116(例如，经由尖端116处的固体金属触点或导电帽)延伸到叶片108的根部118(例如，延伸到与电缆410电隔离的套圈或导电带)的导电路径，并且经由雷电电流传输单元490经由穿过塔架102的导电路径连接到地。

与防雷系统480呈现的较低阻抗相比，电感器340呈现的较高阻抗为雷电提供到地的较不吸引力的路径。电涌保护装置470是选择性激活的或非线性装置，其在雷击或对叶片108的其他放电的情况下将电流从电引线330分流到防雷系统480。电涌保护装置470包括以下中的一个或多个：火花隙；金属氧化物变阻器；气体放电管；瞬态电压抑制(TVS)二极管；或其他非线性装置，其在电感器340两端的电压足够高时将雷击或其他放电的电流从电缆分流到防雷系统480。

电感器340在配电板310和电源之间提供共模扼流圈连接。作为围绕共用芯缠绕的共模扼流圈，电感器为潜在电路径提供了不同的阻抗，从电源的角度来看，该阻抗抵消而表现为零阻抗链路，但是从用电系统320或者在配电板310的向着尖端的方向的雷击的角度来看，该阻抗表现为高阻抗链路。

图5A至图6F示出了LDFS的各种截面图，其参照用作芯轴的根部118的截面和用于限定电感器340的电缆的部分突出了电感器340的各种相对位置和布置。图5A至图5F示出了使用根部118的内表面作为芯轴的电感器340。图6A至图6F示出了使用根部的外表面作为芯轴的电感器340。在图5A至图6F中的横截面中示出的根部118的部分是中空的并且在形状上是总体上圆柱形的，尽管其他形状是可预期的并且各种支撑件和其他部件可以被包括在根部118的其他部分中。图5A至图6F示出了使用三条电缆，即，第一电缆410a至第三电缆410c来产生三个相应电感器，即，第一电感器340a至第三电感器340c的绕组图案。在各种实施例中，单独的三根电缆中的每一根可以向配电板310提供具有相电力、中性线或接地线的电输入，并且制造者可以根据叶片108中的用电系统320的功率要求来选择绕组图案并指定任何电缆410来处理特定的电输入。

图5A和图5B分别示出了相互交织的电感器340的布置，其中，电感器340不受根部118的材料禁锢或者至少部分地由根部118的材料固定。第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c在作为芯轴的根部118的内表面上缠绕成线圈，以形成相应的电感器340，并且彼此顺序地缠绕以产生交织的电感器340。

图5C和图5D示出了与第一电缆410a和第二电缆410b分开缠绕第三电缆430的电感器340的布置，其中，电感器340不受根部118的材料禁锢或者至少部分地由根部118的材料固定。第一电缆410a和第二电缆410b相互交织，而第三电缆430c分开缠绕。如图5A至图5D所示，在根部118的内表面上缠绕电感器340导致基于根部118的内径和第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c的直径的电感器340的直径D(和相关半径)。

图5E和图5F示出了使用成束电缆510的电感器340的布置，成束电缆510包括第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c作为限定在其中的子电缆。成束电缆510缠绕在作为芯轴的根部118内部，并将线圈施加到所包括的第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c中的每一个以形成第一电感器340a至第三电感器340c。成束电缆510内的各个电缆410之间的内部距离限定了确定电感器340的电感的各个直径和相关半径(即，第一电缆410a的D1、第二电缆410b的D2和第三电缆410c的D3)。在各种实施例中，D1＝D2＝D3，但在其他实施例中，可通过改变电缆在成束电缆510内的布置或改变各个电缆410的尺寸来限定各个电缆410的不同直径。

在各种实施例中，例如在图5A、图5C和图5E中，一个或多个安装到或内置于根部118的内表面中的电缆夹(未示出)将缠绕的电缆保持在适当位置以限定电感器。在其他实施例中，例如在图5B、图5D和图5F中，根部118的主体可固定电感器340的一部分或全部。例如，图5A(或图5C或图5E)可以是旋转预定视角的图5B(或图5D或图5F)中呈现的截面的替代视图。

图6A和图6B分别示出了相互交织的电感器340的布置，其中，电感器340不受根部118的材料的禁锢或者至少部分地由根部118的材料固定。第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c在作为芯轴的根部118的外表面上缠绕成线圈，以形成相应的电感器340，并且彼此顺序地缠绕以产生交织的电感器340。

图6C和图6D示出与第一电缆410a和第二电缆410b分开地缠绕第三电缆430的电感器340的布置，其中，电感器340不受根部118的材料禁锢或者至少部分地由根部118的材料固定。第一电缆410a第二电缆410b相互交织，而第三电缆410c分开缠绕。如图6A至图6D所示，在根部118的外表面上缠绕电感器340导致基于根部118的外径和第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c的直径的电感器340的直径D(和相关半径)。

图6E和图6F示出了采用成束电缆510的电感器340的布置，成束电缆510包括第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c作为限定在其中的子电缆。成束电缆510缠绕到作为芯轴的根部118的外部，并将线圈施加到所包括的第一电缆410a、第二电缆410b和第三电缆410c中的每一个以形成电感器340。成束电缆510内的各个电缆之间的内部距离限定了确定电感器340的电感的各个直径和相关半径(即，第一电缆410a的D1、第二电缆410b的D2和第三电缆410c的D3)。在各种实施例中，D1＝D2＝D3，但在其他实施例中，可通过改变电缆在成束电缆510内的布置或改变各个电缆410的尺寸来限定各种电缆的不同直径。

在各种实施例中，例如在图6A、图6C和图6E中，安装到根部118的外表面上或内置于根部118的外表面上的一个或多个电缆夹(未示出)将缠绕的电缆保持在适当位置以限定电感器340。在其他实施例中，例如在图6B、图6D和图6F中，根部118的主体可固定电感器340的一部分或全部。例如，图6A(或图6C或图6E)可以是旋转预定视角的图6B(或图6D或图6F)中呈现的截面的替代视图。尽管未示出，但是外部缠绕的电感器340可以在根部118安装到毂110时由保护帽覆盖和/或由毂110的罩或其他部分覆盖，并且与防雷系统480电隔离。外部限定的电感器340的电缆410可以经由在根部118的主体中限定的各种通孔(未示出)进入和离开叶片108。

制造者可以基于电感器340的不同的可能的内部/外部直径、根部118的结构强度(例如，包括通孔对结构坚固性的影响)、叶片根部118和毂110之间使用的安装硬件、用于根部118的材料的磁导率等来确定是内部地(例如，如图5A至图5F中)还是外部地(例如，如图6A至图6F中)安装电缆410，以产生具有期望电感和期望物理特性的电感器340。因此，与使用内部的分立电感器的LDFS相比，制造者可以采用由向配电板310供电的电缆410制成的大规模电感器340作为具有更大散热潜力、更低旋转力矩和更少材料的LDFS。

图7A至图7D示出了LDFS的附加电缆缠绕图案，其使用四根电缆，即，第一电缆410a至第四电缆410d以产生四个相应的电感器，即，第一电感器340a至第四电感器340d。可以理解，图7A至图7D中所示的电缆缠绕图案没有示出电缆410相对于根部118的相对位置，根部118用作电感器340的芯轴；在各种实施例中，电缆缠绕图案可与内部绕组(例如，如图5A至图5F中)或外部绕组(例如，如图6A至图6F中)一起使用，并且可完全地、部分地或不捕获在根部118的材料中。在各种实施例中，单独的四根电缆中的每一根可以向配电板310提供具有相电、中性线或地线的电输入，并且制造者可以根据叶片108中的用电系统320的电力要求来选择缠绕图案并指定任何电缆410来处理特定的电输入。

图7A示出了四个电缆，即，第一电缆410a至第四电缆410d可以围绕芯轴共同缠绕以产生四个电感器，即，第一电感器340a至第四电感器340d。图7B示出了第一电缆410a(例如，承载接地电输入)可以与第二电缆410b至第四电缆410d(例如，承载两相电和中性线或承载三相电)分开地绕共用芯轴缠绕到第一电感器340a中，第二电缆410b至第四电缆410d绕芯轴彼此共同缠绕以产生第二电感器340b至第四电感器340d。图7C示出了第一电缆410a和第二电缆410b可以与第三电缆410c和第四电缆410d分开地绕共用芯轴共同缠绕以用第一电感器340a和第二电感器340b形成第一共模扼流圈，第三电缆410c和第四电缆410d围绕芯轴彼此共同缠绕以用第三电感器340c和第四电感器340d形成第二共模扼流圈。图7D示出了成束电缆510可以包括作为其子电缆的第一电缆410a至第四电缆410d，它们围绕芯轴缠绕以产生电感器340。

图8A至图8E示出了LDFS的附加电缆缠绕图案，其使用五根电缆，即，第一电缆410a至第五电缆410e以产生五个相应的电感器，即，第一电感器340a至第五电感器340e。可以理解，图8A至图8E中所示的电缆缠绕图案没有示出电缆410相对于根部118的相对位置，根部118用作电感器340的芯轴；在各种实施例中，电缆缠绕图案可与内部绕组(例如，如图5A至图5F中)或外部绕组(例如，如图6A至图6F中)一起使用，且可完全地、部分地或不捕获在根部118的材料中。在各种实施例中，单独的五根电缆中的每一根可以向配电板310提供具有相电、中性线或地线的电输入，并且制造者可以根据叶片108中的用电系统320的电力要求来选择缠绕图案并指定任何电缆410来处理特定的电输入。

图8A示出了五个电缆可以围绕芯轴共同缠绕以产生五个电感器。图8B示出了第一电缆410a(例如，承载接地电输入)可以与第二电缆410b至第五电缆410e(例如，承载三相电和中性)分开地绕共用芯轴缠绕成第一电感器340a，第二电缆410b至第五电缆410e围绕芯轴彼此共同缠绕以产生第二电感器340b至第五电感器340e。图8C示出了第一电缆410a和第二电缆410b可以与第三电缆410c至第五电缆410e分开地围绕共用芯轴共同缠绕以用第一电感器340a和第二电感器340b形成第一共模扼流圈，第三电缆410c至第五电缆410e围绕芯轴彼此共同缠绕以用第三电感器340c至第五电感器340e形成第二共模扼流圈。图8D示出了五根电缆410可以以三个单独的组缠绕成相关联的电感器340，其中，第一电缆410a自身缠绕成第一电感器340a，第二电缆410b和第三电缆410c共同缠绕以用第二电感器340b和第三电感器340c形成第一共模扼流圈，并且第四电缆410d和第五电缆410e共同缠绕以用第四电感器340d和第五电感器340e形成第二共模扼流圈。图8E示出了成束电缆510可以包括作为其子电缆的第一电缆410a至第五电缆410e，第一410a至第五电缆410e围绕芯轴缠绕以产生电感器340。然而，本公开的范围不限于特定描述的实施例。相反，上面提供的特征和元件的任何组合，无论是否涉及不同的实施例，都被预期用于实现和实践预期的实施例。此外，尽管本文所公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是无论给定实施例是否实现了特定优点都不限制本公开的范围。因此，本文中所描述的方面、特征、实施例和优点仅是说明性的，且不被视为所附权利要求书的元件或限制，除非在权利要求书中明确陈述。

鉴于上述内容，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (18)

1.一种风力涡轮机叶片(108)，其包括：

放电滤波器，其位于所述风力涡轮机叶片(108)的根部(118)中，包括第一电缆(410a)，所述第一电缆(410a)缠绕成使用所述根部(118)作为芯轴的第一电感器(340a)；

用电系统(320)，其位于所述风力涡轮机叶片(108)的主体中；

配电板(310)，其在所述放电滤波器和所述用电系统(320)之间位于所述风力涡轮机叶片(108)的所述主体中，其中，所述第一电缆(410a)被配置为通过所述配电板(310)向所述用电系统(320)提供电力。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述芯轴是所述根部(118)的外表面。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述芯轴是所述根部(118)的内表面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述第一电感器(340a)至少部分地嵌入构成所述根部(118)的材料中。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述第一电缆(410a)是包括带电线、中性线和保护接地线的成束电缆(510)。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述放电滤波器还包括：

第二电缆(410b)，其缠绕成使用所述根部(118)作为芯轴的第二电感器(340b)；以及

第三电缆(410c)，其缠绕成使用所述根部作为芯轴的第三电感器(340c)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一电缆(410a)和所述用电系统(320)之间的路径经由电涌保护装置(470)链接到防雷系统(480)，所述防雷系统(480)与所述第一电缆(410a)相比提供阻抗更低的到地路径。

8.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，其中，所述配电板(310)在输入端接收：

所述第一电缆(410a)；

所述第二电缆(410b)和第三电缆(410c)；

其中，所述放电滤波器在电源与所述配电板(310)之间位于所述叶片(108)的所述根部(118)中。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述根部(118)是中空圆柱体。

10.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述配电板(310)还在所述输入端接收第四电缆(410d)，并且所述放电滤波器还包括：

第四电感器(340d)，其包括所述第四电缆(410d)的围绕作为芯轴的所述根部(118)缠绕的部分。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述配电板还在所述输入端接收第五电缆(410e)，并且所述放电滤波器还包括：

第五电感器(340e)，其包括所述第五电缆(410e)的围绕作为芯轴的所述根部(118)缠绕的部分。

12.根据权利要求6、8、10或11所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述第一电缆(410a)、所述第二电缆(410b)和所述第三电缆(410c)被包括在单个成束电缆(510)中，所述单个成束电缆缠绕成成束电感器。

13.根据权利要求6、8、10或11所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一电感器(340a)与所述第二电感器(340b)交织在一起。

14.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一电感器(340a)、所述第二电感器(340b)和所述第三电感器(340c)围绕所述根部(118)顺序地缠绕。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述配电板(310)在输入端接收所述第一电缆(410a)；

其中，所述放电滤波器在电源与所述配电板(310)之间位于所述叶片(108)的所述根部(118)中。

16.一种风力涡轮机(100)，其包括多个根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(108)，其中，所述多个风力涡轮机叶片中的每个风力涡轮机叶片(108)经由机舱(104)中的可旋转触点电连接到电源，所述叶片(108)的根部(118)从所述机舱(104)朝向所述叶片(108)的尖端(116)延伸。

17.根据权利要求16所述的风力涡轮机(100)，其包括：

第二电缆(410b)，其经由所述机舱(104)电连接到所述电源，并且缠绕成第二电感器(340b)，所述第二电感器(340b)由所述根部(118)的直径支撑并且连接到所述配电板(310)的输入端；

第三电缆(410c)，其经由所述机舱(104)电连接到保护接地，并且缠绕成第三电感器(340c)，所述第三电感器(340c)由所述根部(118)的直径支撑并且连接到所述配电板(310)的所述输入端。

18.根据权利要求16或17所述的风力涡轮机(100)，其包括：

防雷系统(480)，其与所述风力涡轮机叶片(108)中的所述第一电缆(410a)、第二电缆(410b)和第三电缆(410c)电隔离，经由所述机舱(104)连接到地，并且选择性地连接到所述配电板(310)，其中，当所述防雷系统(480)电连接到所述配电板时，所述防雷系统(480)与所述第一电缆(410a)、所述第二电缆(410b)和所述第三电缆(410c)相比提供阻抗更低的到地路径。