CN1860654A - 电位均衡件 - Google Patents

Abstract

提供了风轮机叶片中的在第一导电件如包括碳纤维件和第二导电件如避雷线之间的电位均衡件。还提供了制造这种电位均衡件的方法。此电位均衡件包括适用于连接包括碳纤维的导电件的第一接触部、第二接触部以及在这些接触件与第一接触部之间的导线，其中所述第一接触部基本上形成带状。

Description

电位均衡件

技术领域

本发明涉及在两个导电元件例如包括碳纤维的导电件与避雷线之间均衡风轮机叶片的电位。特别是，本发明涉及在第一导电件如包括碳纤维的元件与第二导电件如避雷线之间均衡风叶轮机叶片电位的叶元件。

背景技术

易受雷击的结构如风叶轮机叶片通常装配有避雷线，将雷电的至少是绝大部分电流经由或通过这种结构传到地面，而不损伤此结构的敏感部件。

若是在上述结构中除避雷线外还存在其他导电材料，当避雷线与该其他导电材料之间的电位差很大时，则这两者之间就可能发生跳火。设置电位均衡装置可以防止跳火或至少是可以大大减少跳火风险。

电位均衡装置通常包括在避雷线与另一导电材料之间的一或多个导电软线。但当此另一导电材料在一或多个方向上不是很好的导电体时，就不能通过导电软线直接实现足够良好的电位均衡来防止跳火，尤其是对于包含例如作为增强纤维的碳纤维的风轮机叶片的情形。

复合材料中的碳纤维其导电性能在正交纤维长度的方向远劣于平行纤维长度的方向。这主要是由于在正交长向的纤维之间有着较高的接触电阻和较小的接触面积。为了实现电位均衡，就需在均衡电位的元件间确立良好的电接触，由于碳纤维的上述性质，这通常不能通过对电缆用点接触实现。

一般地说，为了实现电位均衡，只需传输无穷小的电流。另一方面，在风轮机叶片中或附近避雷的情形，有可能为雷电直接击中的导电部件则应该用能传输雷电电流的电位均衡件与避雷线连接。雷电电流可能在短时间内超过100kA，这同电位均衡所需传输无穷小电流的情形相比是完全不同的情形。

发明内容

本发明的目的之一在于提供在风轮机叶片的两导电件的间用于电位均衡的部件，使在此电位均衡件与所述两导电件中的至少一个改进了电接触。

本发明的另一目的则在于提供制造易于使用的上述电位均衡件的方法。

上述的和更多的目的可通过描述于附图，最佳实施例与权利要求书中的本发明逐一地或综合地实现。

本发明在其第一个方面提供了在风轮机叶片的第一导电件与第二导电件之间的电位均衡件，此均衡件包括：

导线；

用来在所述风轮机叶片的上述第一导电件与所述导线之间提供电位均衡连接的第一接触部；

用来在所述风轮机叶片的上述第二导电件与所述导线之间提供电位均衡连接的第二接触部；

其中所述第一接触部基本形成带状件而所述第一导电件包括碳纤维。

在本发明的原理内的上述方面和其他方面将在下面参考附图所示范围的多个非限制性最佳实施例中作进一步论述。

附图说明

本发明将于下面参考具体实施例与附图作更详细的说明。

图1示明用电位均衡件进行电位均衡的两个导电件；

图2示明电位均衡件；

图3示明具有在第二接触部中的夹具的电位均衡件。

图4示明具有另一接触件的均衡件；

图5示明接触件的最佳实施例；

图6示明接触件的另一最佳实施例；

图7示明接触件的剖面图的细节；

图8示明风轮机叶片中梁的电位均衡件的最佳实施例；

图9示明风轮机叶片中梁的电位均衡件的最佳实施例；

图10示明风轮机叶片中梁的电位均衡件的最佳实施例；

图11示明风轮机叶片中梁的电位均衡件的最佳实施例；

图12示明由夹具连接的最佳实施例的剖面；

图13示明具有电位均衡件的风轮机叶片剖面的种种设计；

图14表明电位均衡件沿风轮机叶片长度的定位形式；

图15表明电位均衡件沿风轮机叶片长度的另一种定位形式。

        识别表

标号	说明
		2	电位均衡件
4	第一导电件
		6	第二导电件
8	风轮机叶片
		10	导线
11	导线的卷拢段
		12	第一接触部
14	第二接触部
		16	其他接触件
20	导电金属带
		22	接触增强层
24	盖层
		26	内空间
30	避雷电缆
		40	前沿侧
42	后沿侧

44	风轮机叶片梁
		46	最终的碳纤维带
48	夹具
		50	包括碳纤维的增强件
52	支承件
		54	风轮机叶片
56	避雷器

具体实施方式

图1示意表明了本发明的电位均衡件的典型使用情形。第一导电件4位于第二导电件6的邻近，此导电件4例如是包含导电纤维如主要取向如图中影线方向的碳纤维的纤维增强塑料件，而导电件6例如是避雷线。这些导电件可以位于风轮机叶片中。

若是通过这两个导电件4与6之一来传导雷电，当它们的电位极为不同时，就会发生从传导雷电的这一导电件到另一的跳火的危险。跳火是特别有害的，它将严重地损伤不适于传导雷电的导电件。特别是包含碳纤维的导电件如第一导电件4通常是不适于传导雷电的。

为此，在导电件4与6之间用电位均衡件2来均衡它们之间的电位，以确保这两者的电位近似相等。通常，沿风轮机叶片的长度分布着若干个电位均衡件。雷电电流于是将对应于导电件的电导率分布在导电件之间。由于在风轮机叶片中避雷线的电导率要比其他导电件的大几个数量级，绝大部分雷电电流就将经由专用的避雷线传导通过风轮机叶片。这样就可显著减少和有可能完全消除跳火的风险和损伤其他导电件。

图1所示电位均衡件包括导线10，它连接第一接触部12与第二接触部14。此第一接触部特别适用于连接到包含导电纤维如碳纤维的导电件上，而图1所示的第二接触部为一用来将导线10连接到避雷线电缆的夹具。在本发明原理内的电位均衡件，接触件与导线的其他许多实施形式将于下面描述。

图2中示明一电位均衡件2，它包括连接到导线10上的第一接触部12与第二接触部14两者。使用时，第一接触部12连到第一导电件上，而此第一导电件则是特别难以实现与之作良好的电接触或在其内实现良好的横向传导的。此第一导电件可包括例如碳纤维的导电纤维。为了确保第一接触部与第一导电件在使用中有充分良好的接触，此第一接触部基本形成带状，便于与第一导电件接触。如果第一导电件包含碳纤维，这就能保证对各个表面碳纤维有大的接触面积并能与大量碳纤维接触。由于碳纤维在横切纤维长度方向上的电导率很差，综合大的接触面积以及在横切纤维长度的方向与大量碳纤维接触这两者，就能大大增强电位均衡能力。

拟进行电位均衡的导电件例如可以是金属导体或其他导电材料如碳纤维，或是包括一或多种导电材料的复合材料，如可选择地还包括玻璃纤维之类纤维的碳纤维增强塑料。这样的导电件因而通常是避雷线，传动装置例如用于制动器或插塞尖端，传感器电缆，包含碳纤维的支承件，包含碳纤维的增强带，包含碳纤维的叶片壁部，等等。

虽则本发明的电位均衡件可以用于金属件的电位均衡，但本发明的电位均衡件特别适用在包括碳纤维的第一导电件和第二导电件之间均衡电位。

第二接触部14基本上可等同于图2所示的第一接触部以及这里所述的第一接触部的任何其他实施形式与最佳实施形式。但在一最佳实施形式中，第一接触部14可构成一用于连接图3所示第二导电件的夹具，或可制备成上述导线的一部分或可适用于连接到一供选择的外部夹具上。这里所谓的外部夹具指的是不必固定到电位均衡件上的夹具。这一实施例例如当第二导电件是金属导体如避雷线电缆时就特别有利。

图4示明两个电位均衡件2，它们具有另设的接触件16用来给另一导电件提供电位均衡连接。图4上部所示的电位均衡件具有三个基本等同的接触件12、14、16。这一实施例特别有利于连接包含有高接触电阻的材料如碳纤维的多个导电件。图4下部所示电位均衡件具有同于第一接触部所述类型的两个接触件12、16和一个夹具型的或适于连接到夹具上的接触件14。这种电位均衡件的一个应用例示于图8。

一个电位均衡件可具有多于一个的另设接触件如两个、三个、四个或更多的另设接触件，分别相当于总数为四个、五个、六个或更多的接触件。这种另设的接触件对于上述的第一与第二接触部可以具有任何类型，而不考虑此第一与第二接触部的实际类型以及具有另设接触件的电位均衡件的其他供选择的接触件类型。

图5与6中示明了第一接触部的最佳实施例的某些细节。此第一接触部基本形成带状，最好包括导电金属带20，但也可用其他材料例如碳纤维或包含碳纤维的复合材料或是它们与金属带组合。此种金属带可以是较硬的，尤其是在要它能输送较大的电流时(参考下述)，但在最佳实施例中，此种金属带则是金属的挠性板或挠性网。挠性金属带的优点是它较能仿随导电件的形状，因而不太会给第一导电件的碳纤维造成局部弯曲，那样将导致减弱第一导电件的硬度和/或强度。此外，挠性金属带与硬性的金属带相比通常能对碳纤维有较大的接触面积。

为了实现大的接触面积，这种金属带的宽度最好大于1cm。另一方面，太宽的金属带不于表面上形成皱褶可能很难使用，因而比较理想的宽度是2～30cm。业已发现当此导电材料带的宽度在3～10cm之间例如5cm时可获得最佳结果。

此金属带的厚度与横剖面积取决于金属成分与风轮机叶片的设计。为了大致指明相关的尺寸范围，可以指出：厚约0.25～1mm如0.5mm或是横剖面积在15至5mm²之间，如果是指望只有有限的电流通过连接处时(亦即仅仅是均衡电位而不是避雷电时)，如6mm²对于铜金属带是合适的。

为了增强金属带20与第一导电件的接触，可在应用电位均衡件时，在金属带20与第一导电件之间设置一个可以均衡电位均衡件的接触增强层22。这一接触增强层主要用来增强金属带与第一导电件之间的电接触与电位均衡。但在本发明的另一方面，此种接触增强层22还可或代之以在金属带与第一导电件之间提供更好的机械和/或化学连接。在另一方面，此接触增强层可防止在金属带20与导电件之间作直接接触，从而使金属带和/或导电件避免了相互反应。

在最佳实施例中，此接触增强层22至少沿一个方向延伸到金属带20之外。在图5与6中，此接触增强层沿朝上，向下与左向延伸到金属带之外。此外延的大小分别表示为箭头a+b与c+d的结合长度，且不必在各个方向上等同。图4上部所示电位均衡件的接触件14只在朝上和/或朝下方向超过金属带。这种增强层外延的大小通常约为金属带的宽度，但可以作显著的变动。一般为此宽度的0～4倍而最好为1～2.5倍，典型的数值为15～0cm，例如约10cm。

在另一实施例中，第一接触部12还包括盖层24。当该接触件附着到第一导电件上时，此盖层连接到导电金属带取远离第一导电件方向的这一侧上。换言之，如果此第一接触部具有接触增强层与盖层两者，这两个层应分别连接到导电金属带的相对侧。

上述盖层能起到下述的一种或多种作用：第一接触部的较平滑的上侧，更好地均衡电位，对导电金属带和/或供选择的接触增强层作机械的和/或化学的保护。

在最佳实施例中，此盖层24至少沿一个方向延伸到金属带20之外，在图5与6中此盖层沿朝上，向下与左向延伸到金属带之外，此外延的大小分别由箭头a与c的长度表示且不必在各个方向上等同。图4上部所示的电位均衡件的接触件14通常只在朝上和/或朝下方向延伸到金属带之外。此盖层外延的大小通常约为金属带的宽度，但可以作显著变动，一般为此宽度的0～3倍而最好为1～2倍，典型的数值为10～0cm，例如约5cm。

在图5与6所示的最佳实施例中，电位均衡件2的接触件包括接触增强层22与盖层24，盖层24于导电金属带20的平面中至少沿两个方向延伸到导电金属带20之外，同时此接触增强层22则于相同的两个方向上延伸到盖层24之外。例如这两个方向分别对应于图5与6中的朝上和向下方向。此实施例的优点将于图7中说明，在此示明了沿图6中A-A线的一部分的剖面。

从图7A可以看到，当前述各个部件20、22与24的边缘定位成直接地一个在一个之上，而用所描述的宽度差进行比较时，则此电位均衡件的厚度变化较为平缓。这种情形特别有利于包含碳纤维的导电件，此时的强度和/或刚度在某种程度上取决于碳纤维的平直度。窄而较厚的带状接触件可能会较显著地影响到碳纤维的平直度。类似地，若是盖层24延伸到接触增强层之外，也会出现相应的情况(即在厚度上有较平缓的改变)。

内部的空间26例如可以用树脂充填，或可让金属带取能减小此空间尺寸的形状。

图7B例示的第一接触部中使接触增强层22，导电金属带20与盖层24这三者的边缘一个正好在一个之上。这一实施例如当第一导电件较刚硬从而不易为第一接触部压印时可能是有用的。

盖层24和/或接触增强层22的材料最好是高度挠性的和导电的材料。在最佳实施例中，此接触增强层包括松驰的非织造材料如网状件，面纱或羊毛状材料，而也可采用具有类似性质的其他材料。之所以重视可挠性与导电性是因为这会增强接触件与导电件之间的电接触。用于接触增强层的理想材料的松弛非织造性质可以确保导电件的表面能为接触件密切地仿形。此外，接触增强层的多孔性质还能进一步减小接触电阻。

盖层24和/或接触增强层22可以至少是部分由树脂例如通过预浸渍或半浸渍进行浸渍。试验结果表明只在一侧的半浸渍(即单侧半浸渍)特别有利于确保有重复性的连接。在特别最佳的实施例中，此接触增强层22以及盖层24都是单侧半浸渍的，且最好是使两者定向成以浸渍侧面向导电件。这样就能保证具有极其良好电性质的可重复的接触件。

这种浸渍的或半浸渍的树脂层应该与用于风轮机叶片的其他部件的主要树脂或多种树脂相匹配。最好这种树脂基本上用于用来制备待由电位均衡件连接的叶片的导电件的主要树脂，例如聚酯基树脂或环氧基树脂而最好是环氧基树脂。

导线10可以有许多不同的设计，包括简单的金属电缆，但这类导线最好是导电金属带。这样将显著地简化电位均衡件的设计，因为接触件的导电金属带20可以是此种导线10的导电金属带的整体部分和/或延伸部分。这里所谓整体部分是指采用一根金属件，即一个金属片或一件金属网从第一接触部内延伸到第二接触部(必要时可到其内)。于是，就可避免要在导线10和导电金属带20之间形成能充分良好接触的问题。

导电金属带20与导线10原则上可由任何导电材料或由多种这类材料组合来制造。但这种材料最好是良导体且能对所存在的其他材料如树脂与空气和水的化学浸蚀有较好的稳定性。导电金属带20与导线10两者最好至少是其中之一包含一种金属或由几种金属组成，而其中至少一种成分是选自铜、钢、不锈钢、铅、镍、铬、锡与银之中。最理想的材料是铜，这是因为它有很高的电导率而且铜本身并非贵金属。

盖层24与金属增强层22原则上可以由任何导电材料或由多种这类材料相组合制成。但这种材料最好是良导体且能对所存在的其他材料如树脂与空气和水的化学浸蚀有较好的稳定性。盖层24与接触增强层22二者中最好至少是其中之一包含一种金属或由几种金属组成，而其中至少一种成份是选自铜、钢、不锈钢、铅、镍、铬、锡与银之中。最理想的材料是不锈钢，因为它可以作为具有适当挠性，松弛的，非织造的材料件提供。

关于导电金属带20，盖层24，接触增强层22与导线10。上面提到的供选择的材料组合形式可以组成为同类的混合物或不同类的混合物。同类混合物的例子是固溶合金如黄铜、Cu-Ni系的与Cr-Fe系的等等，但也包括多于两种金属的系，例如某种钢材。不同类混合物包括微观与宏观尺度下的不同类材料，不同类材料的例子包括：

-分层结构如夹层结构，涂层材料或多层结构，例如镀银的锡或铜，它们与锡或铜比较可以显著地提高导电性能和/或降低接触电阻。

-具有粒料集成体的结构，如具有填料的金属或具有粒状导电物质，如碳黑、金属粒料(如钢、Fe、Cu、Al等粒料)的聚合物。

-包含纤维的结构，如纤维增强塑料或其他纤维复合材料；如果基体材料是导电的则纤维可以用任何类型的纤维如玻璃纤维(因其价廉)，芳族聚酰胺纤维或碳纤维(因其高强度和/或良好的导电性能)，但碳纤维最为理想；如果基体材料是不导电的，则碳纤维因其导电性能而最为理想；这类纤维可以涂层(例如由镍或其他金属)以提高电导率和/或降低接触电阻。

具有多于一种状态材料的结构如许多种钢、不锈钢和包括上述金属的合金的广大一类也都包括在本发明之内。

在图8～11中示明了在风轮机叶片44的梁与避雷电缆30之间的电位均衡件的多个最佳实施例的横剖面，电位均衡件的最外层的碳纤维带46和许多部件的部件分解图示明来提高清晰，但在实际的梁与电位均衡件内，这些部件应该是密集堆砌的，甚至可能在某种程度上延伸到一或多个其他部件之内。

梁44具有前缘侧40与后缘侧42。最好是将避雷电缆30设于梁44的后缘侧42附近，这样在风轮机叶片内就能有较大的空间用于此后缘侧。但也存在其他可能供避雷电缆30用的位置，例如在前缘侧上，在叶片壁内或在叶片的外侧上。

图8～11中所示的梁44包括导电材料，至少是在最后一层(所最外层)中包括例如碳纤维，最外层的碳纤维带46。所示的电位均衡件具有三层，即接触增强层22、导电金属带20与盖层24。但也可采用本发明的其他类型的电位均衡件，它们具有一层、两层或多于三层的结构。

此电位均衡件连接到导电件上的使与之有关的梁均衡电位。这种连接可能要用到图9～11中所示的一种夹具或与之等效的工具，或也可以采用其他连接方式，例如将导线10绕到导电件30上或采用粘接剂。

如图10与11所示，此电位均衡件可以围绕着拟均衡电位的所述梁或其他导电件。这在该梁较小例如在靠近梁的梢部处或是当此梁的所有周边都包含导电材料如碳纤维时是特别有利的。

另一方面，这种电位均衡件也可只覆盖此梁周缘的一部分，如图8与9所示。这有利于电位均衡件较易使用，即能防止其起皱，并能省料从而可轻量化和/廉价化。

梁中碳纤维的至少是部分地但通常基本上是沿梁的长度取向。因此，图8～11中的电位均衡件应与梁中至少是某些碳纤维大致正交。由于与梁长度方向正交的碳纤维的电导率显著地低于此长度方向上的电导率，于是图8～11中所示电位均衡件的取向与只与导电件表面少量碳纤维作点接触的情形相比，能显著改进梁内的电位均衡。这相当于图1所示的情形，同点接触或平行于碳纤维长向的线接触相比是极其有利的。

图9与11所示的电位均衡件有两个接触件，即与所述梁连接的第一接触部和与第二导电部连接的第二接触部。由于对接触件的精度要求一般是低的，这样的设计可能是有利的。

图8与10所示的电位均衡件有三个接触件。图8中，朝向电位均衡件2端部的两个接触件与梁连接，而中央的接触件则与导电件连接用于电位均衡。在图10中，此中央接触部与梁连接而朝向电位均衡件2端部的两接触件则与导电件连接。图10中的设计允许有两个可能的电流通路因而代表着较耐用的设计。图8中的设计在某些情形下可提供对导电件的简便连接。

图8与9所概示的实施例特别适用于只是梁的边部(此梁在此是按上下方向描述，但在本发明范围内也可取其他定向)包括导电纤维的情形。并非平等地良好的均衡了电位的左侧与右侧可以包括以其他纤维例如玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维增强的塑料，木料或其他非导电材料。

图12示明带状导线10与避雷电缆30之间连接用夹具48的最佳实施例。背离夹具48延伸的带状导线10的端部与第一导电件连接。此第一导电件未予图示，但其状态例如可类似于图9或10中所示的。面向避雷电缆30与夹具48的带状导线10的端部可最好卷拢成具有轴线大致平行于避雷电缆30的卷拢部11。然后用C形夹具48或其他适当夹具来确保导线10的卷拢部11与避雷电缆30之间有安全和良好的导电连接。最后，此夹具例如是用适当的工具如液压机、钳子等压紧到边部上固定。

上述实施例是特别便利的，这是因为导线10的卷拢段与卷拢部分会良好地依随避雷电缆30的形状因而至少是部分地不会滑落。在这种情形下，电位均衡件的第二接触部可以视作为带状导线10的端部，此导线10的卷拢端部11，夹具48或两或多个所述部件的任意组合形式。但所有这些说明内容都在本发明的范围之内。

尽管如此，但图12所示连接方式与类似于图9所示情形相当，故可用类似方法只将一根带状导线连接到第二导电件如避雷电缆之上。

存在有多种其他方法将带形导线10连接到避雷电缆上，例如用两块金属扳件锁定到此带形导线上的夹具，必要时也可由一个通过此夹具和此带两者上的孔的部件将此带形导线固定。或也可采用本项技术内的任何其他周知方法。

图13示意地表明了本发明的风轮机叶片的剖面。在依照本发明的另一个方面的风轮机叶片中将设置本发明的多个电位均衡件2。要是在此风轮机叶片的横剖面中存在有两个以上的导电件时，就可用一或多个本发明的电位均衡件来连接这些导电件。这些电位均衡件2可以任意地成组排列于与风轮机叶片长向正交的大致为同一的平面内。这种方式特别有利于图13A所示的最佳实施例中，基本在风轮机叶片内存在若干未经连接的导电件50。这些导电件例如可以是包含碳纤维的条状件和/或包含碳纤维的支承件和/或一些多个避雷线如避雷电缆30或是叶片—壁部型的避雷线和/或是以前或以后所述的任何其他类型导电件。此种风轮机叶片54例如可以包括木材，聚合物，玻璃增强塑料或碳纤维塑料。

除非是采用具有承重梁44的结构，通常都存在有内部支承件52。内部支承件52在其包括导电材料如碳纤维时，也最好是通过电位均衡件连接到导电件50上。

避雷线例如可以是内部或外部的避雷电缆或是叶片—壁部型导体，例如位于叶片壁部表面上或其附近的导电网状件或片状件。此避雷线应通过能传送雷电能量而无实质性损伤的连接器连接到一或多个避雷接收器(未图示)上。这样的连接件在导电件10具有充分大的剖面来载运雷电电流时，可以构成本发明的电位均衡件，业已发现，对于基本上是由铜构成的导电件10而言，横剖面积至少约50mm²时便足以用于本发明的电位均衡件来传输雷电能量。当如图13A所示，用作接收器和/或避雷线的导电件包含碳纤维时，应用本发明的电位均衡件来传输雷电电流就特别有利。在此可将包含碳纤维的增强件50用作接收器，因为它们是位于叶片壁内的。于是，最好是采用这样的电位均衡件，它们能将雷电电流传输到其他的导电件和/或一或多个避雷线上。

正如在其他处讨论到的，将电流从碳纤维传输到另外的导体上时常涉及到较大的接触电阻，因而会在传输雷电电流时于接触点附近导致结构发生有害的局部加热，这在采用本发明的电位均衡件时就能防止或至少是显著减少上述影响。

在图13B中采用了具有包含碳纤维的梁的风轮机叶片结构。这种风轮机叶片可以装配叶片—壁型的避雷线(如图13B中的56所示)，避雷电缆(如8～11中30所示)或是两或多个避雷线的组合形式(未图示)。若是采用这种具有梁的风轮机叶片结构而碳纤维又是唯一存在于此梁中，则碳纤维就不可能直接为雷电击穿。这样，此电位均衡件通常就不需要能够传输雷电电流而只要传输用于均衡电位的很小的电流。但要是选择综合型的避雷线的策略，即使得避雷线与梁两者都将传导显著部分的雷电电流时，就会有较多的电流传输给电位均衡件，因而此导电件应具有较大的横剖面。

图13C示明的叶片具有两个导电增强片，例如位于叶片壁内侧的碳纤维增强塑料件。这些片件在此需要相互相对地和相对于任何避雷线(在此为避雷电缆30但其他类型的避雷线也是可以的)通过按本发明的电位均衡件2来均衡电位。上述片件为U形支承件52支承，支承件52可以包含或不包含导电材料如碳纤维或金属。如果支承件52是导电的，则可能不需某些电位均衡件。

图13D示明了内设有两个工字形增强件50的风轮机叶片。这两个增强件最好要相互相对地并相对于任何随意选择的避雷线均衡电位。

图13E所示的叶片中有两个增强件，它们各有两个由支承件52连接的导电增强片50。同样，电位均衡件2最好要连接包括避雷线在内的所有导电件。

内行的人根据上述例子是能够在本发明的范围内导出风轮机叶片的一系列设计及其组合形式的。

风轮机叶片中各导电件的电阻可以极其不同，为了实现可靠的电位均衡就必须沿叶片的长度采用多于一个的电位均衡点。在图14与15中给出了沿风轮机叶片8的长度定位电位均衡件或电位均衡件组的例子(参考前面有关图13A与图13B的讨论)。

在图14中，电位均衡件或电位均衡件组基本上分开相同的距离，这样就简化了设计与制造，同时/或者可较容易地使电位均衡件的应用自动化。

在图15中，至少是由箭头指示的电位均衡件或它们的组是分开不同的距离。沿着此叶片的长度上的各处为雷电击中的可能性有显著不同，而通常是叶片梢端更易击中。一般地说，由于电位差与电位梯度在靠近雷击点处较大，因而在最可能受雷击的区域需要更有效的电位均衡。通过在较大可能或不可能雷击区中加大电位均衡件或其组之间的距离可以减少电位均衡件的总数，于是可以在省钱省时的条件下取得相同或甚至更好的保护叶片的结果。

电位均衡件或其组之间的最佳距离取决于多种因素，例如下述因素中的一或多种：防雷类型、雷电接受器的类型、叶片与导电件的材料、叶片尺寸、地理位置，等等。模拟试验的结果表明，电位均衡件或其组定位的距离应在约1～10米之间，最好在2～7米之间，但在叶片梢端邻近处，电位均衡件应设显得更近。

本发明的电位均衡件既可以制成为独立的部件供以后使用，或可以制成为在现场直接连接到导电件上。

制备电位均衡件的最佳方法包括下述步骤：

在第一接触部(12)处或其附近以任意形式提供接触增强层(24)；

至少在上述第一接触部(12)处提供导电金属带(20)；

提供导线(10)；

在上述第一接触部(12)处以任意形式提供盖层(24)；以及

提供第二接触部(14)。

上述方法特别适用于需要许多等效的电位均衡件的情形。此外，上述方法简便，适于自动化。

在制造第一接触部时涉及的各个步骤其秩序可以颠倒，由此可提供一个上侧的下面的第一接触部。这有利于依随待均衡电位的导电件的实际取向。

于现场制造本发明的电位均衡件的最佳方法包括下述步骤：

提供拟进行电位均衡的第一导电件；

以任意方式提供至少是与所述第一导电件(4)部分接触的接触增强层(24)；

提供与所述第一导电件(4)和/或所述任意接触增强层(12)的至少一部分接触的导电金属带(20)；

提供导线(10)；

以任意方式提供与上述导电金属带(20)接触的盖层(20)；

提供第二接触部(14)。

此第一导电件最好要包含碳纤维以实现本发明的全面性的优点。上述方法特别适用于只需少数电位均衡件的情形，但也适用于需要数量大的电位均衡件的情形。在风轮机叶片的电位均衡件情形，这种电位均衡的尺寸和/或类型可以在沿着此叶片的长度上有显著不同。这有利用上述制造方法。这种方法可以用于手动或自动方式。

如果导电金属带20与导线10如上所述一体化的，则上述两种方法都可简化，这时提供这两个部件的两个步骤可以代之以单一的或组合的步骤。

在上述方法的最佳实施例中，此任意的接触增强层与任意的盖层两者中至少之一是预浸渍的，半浸渍的或干松散的非织造材料，如网状件，面纱或羊毛状材料，而最好是单侧浸渍的半浸渍。

在某些情形下，另加树脂和/或粘合剂来接触该接触增强层22和/或导电金属带20和/或所述盖层24可能是有利的。这在电位均衡件未含有充分多的树脂或电位均衡件在制造过程中需临时固定到导电件上时，例如就可能涉及到上述情形。

在许多情形下，电位均衡件经制造后进行预固结处理可能是有利的。所谓预固结指的是将部件内可能造成的孔隙予以除去或至少显著减少的工序。这种工序可能关联到将电位均衡件的树脂部分固化。预固结工序由于能提高电位均衡件的可靠性与重复性会是有利的。通常，预固结是用于与拟均衡电位的导电件分开制造的电位均衡件上，但在某些情形下，预固结也可用在连接到导电件上的电位均衡件上。

最后，要是电位均衡件的任何部分中包含有树脂，它就最好要进行固化处理。这可与或可不与风轮机叶片的至少另一部分中一或多个导电件一起进行固化即所谓的共同固化。这种固化可在或可不在真空中或外部压力(例如由压液机提供的外部压力)下进行，但最好是在减压下例如在真空中进行。

Claims (33)

1.一种电位均衡件(2)，位于风轮机叶片(8)的第一导电件(4)与第二导电件(6)之间，包括：

导线(10)；

用以在所述风轮机叶片(8)的第一导电件(4)与上述导线(10)之间提供电位均衡连接的第一接触部(12)；

用以在所述风轮机叶片(8)的第二导电件(6)与上述导线(10)之间提供电位均衡连接的第二接触部(14)；

其中所述第一接触部(12)基本形成带状而所述第一导电件(4)则包括碳纤维。

2.根据权利要求1的电位均衡件(2)，其中所述第一接触部(12)包括例如挠性片件或挠性网件的导电金属带(20)。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述导电金属带(20)的宽度应大于1cm，最好为2～30cm而尤为最好为3～10cm，例如为5cm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述第一接触部(12)还包括连接到所述金属带(20)的朝向所述第一导电件(4)方向这一侧上的接触增强层(22)。

5.根据权利要求4的电位均衡件(2)，其中所述接触增强层(22)在导电金属带(20)的平面中至少沿一个方面延伸到此导电金属带(20)之外。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述第一接触部(12)还包括连接到所述导电金属带(20)的背离所述第一导电件(4)方向这一侧上的盖层(24)。

7.根据权利要求6的电位均衡件(2)，其中所述盖层(24)在导电金属带(20)平面中的至少一个方向上延伸到导电金属带(20)之外。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的电位均衡件(2)，它具有接触增强层(22)与盖层(24)，其中所述接触层(22)和盖层(24)在导电金属带(20)的平面中至少沿两个方向延伸到导电金属带(20)之外，而所述接触增强层则在此导电金属的平面中至少沿两个方向延伸到上述盖层之外。

9.根据权利要求4～8中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述盖层(24)和/或所述接触增强层(22)是挠性的导电材料，而上述接触增强层最好包括松弛的非织造材料如网件、面纱或羊毛状材料。

10.根据权利要求4～9中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述盖层(24)和/或所述接触增强层(22)至少是部分地用树脂浸渍，例如预浸渍或半浸渍，且最好是单侧浸渍的半浸渍。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述第二接触部(14)包括用来连接到避雷线上的夹具，且最好是用来连接到避雷电缆上的夹具。

12.根据权利要求1～10中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述第二接触部(14)实质上等同于所述第一接触部(12)。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述导线(10)是导电金属带。

14.根据权利要求13所述的电位均衡件(2)，其中所述导电金属带(20)是所述导线(10)的所述金属带的一部分和/或延伸部。

15.根据权利要求2～14中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述导电金属带(20)与所述导线(10)是良导体和较为惰性的，而最好是所述导电金属带(20)和/或所述导线(10)包括选自铜、钢、不锈钢、铝、镍、铬、锡与银这个组中的金属，而尤为最好是所述导电金属带(20)和/或所述导线(10)包括铜。

16.根据权利要求4～10中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述盖层(24)和/或接触增强层(22)两者中至少之一为良导体和较为惰性的，而最好是所述盖层(24)和/或所述接触增强层(22)包括选自铜、钢、不锈钢、铝、镍、铬、锡与银这个组中的金属，而尤为最好是所述盖层(24)和/或接触增强层(22)包括不锈钢。

17.根据权利要求15～16中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述导电金属带(20)，盖层(24)，接触增强层(22)与导线(10)四者中至少一个包括多种材料的组合形式。

18.根据权利要求17的电位均衡件(2)，其中所述多种材料的组合形式是不同类的，而最好是：

分层结构，例如镀银的锡或镀银的铜，和/或

具有粒料集成体的结构，如具有填料的金属或具有碳黑或金属粒的聚合物，和/或

包含纤维的如包含玻璃纤维，芳族聚酰胺纤维和/或碳纤维的结构。

19.根据权利要求1～16中任一项所述的电位均衡件(2)，它还包括至少另一个接触部(16)，用来在所述风轮机叶片(8)的一或多个另外的导电件与所述导线(10)之间提供电位均衡连接。

20.根据权利要求1～19中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述第一接触部(12)适用于给所述第一导电件(4)提供电位均衡连接，

其特征在于：所述第一导电件(4)包括纤维如碳纤维的增强纤维和/或玻璃纤维的增强塑料，且最好是所述第一导电件的导电性能有效的部分是由上述第一导电件的碳纤维成分提供。

21.根据权利要求1～20中任一项所述的电位均衡件(2)，其中所述导电金属带(20)基本上取正交于所述第一导电件中至少某些碳纤维的方向，且最好是所述导电金属带(20)基本上取正交于所述第一导电件中碳纤维主要取向的方向。

22.一种风叶轮机叶片，包括：

权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件；

与上述电位均衡件的所述第一接触部连接的第一导电件，而所述第一导电件可有选择地包含碳纤维；

连接到所述电位均衡件的所述第二接触部上的第二导电件。

23.包括多个根据权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件的风轮机叶片，其中连接到所述第一与第二导电件上的电位均衡件是沿此风轮机叶片的长度按规则的或不规则的间隔定位。

24.应用权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件(2)对风轮机叶片(8)的导电件(4，6)进行电位均衡。

25.应用权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件(2)对风轮机叶片(8)的两或多个导电件(4，6)沿所述风轮机叶片(8)的长度以规则的或不规则的间隔进行电位均衡。

26.应用权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件(2)将雷电电流的至少一部传输到避雷器如从包括碳纤维的导电件传到避雷电缆(30)。

27.一种用于制造权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件(2)的方法，包括下列步骤：

在第一接触部(12)处或其附近提供接触增强层(24)；

至少在所述第一接触部(12)处提供导电金属带(20)；

提供导线(10)；

在上述第一接触部(12)处或其附近有选择地提供盖层(24)；

提供第二接触部(14)。

28.一种用于制造权利要求1～21中任一项所述的电位均衡件(2)的方法，包括下列步骤：

提供拟均衡电位的第一导电件；

提供与所述第一接触部(4)至少是部分接触的接触增强层(24)；

提供与所述第一导电件(4)和/或所述供选择的接触增强层(24)的至少一部分接触的导电金属带(20)；

提供导线(10)；

有选择地提供与上述导电金属带(20)接触的盖层(24)；

提供第二接触部(14)。

29.根据权利要求27～28中任一项所述的制造方法，其中所述导电金属带(20)与所述导线(10)是一体化的。

30.根据权利要求27～29中任一项所述的制造方法，其中所述接触增强层与所述供选择的盖层两者中至少之一是预浸渍、半浸渍或干松散的非织造材料如网件、面纱或羊毛状材料，而最好是单侧浸渍的半浸渍的。

31.根据权利要求27～30中任一项所述的制造方法，还包括下述步骤：

提供与所述接触增强层(22)和/或所述导电金属带(20)和/或所述盖层接触的树脂和/或粘接剂。

32.根据权利要求27～31中任一项所述的制造方法，还包括下述步骤：

预固结所述的电位均衡件(2)。

33.根据权利要求27～32中任一项所述的制造方法，还包括下述步骤：

有选择地通过共同固化工序固化所述电位均衡件(2)，其中此电位均衡件(2)是与所述风轮机叶片(2)至少一部分在一起固化的。

Images