JP6162327B2 - 風力発電装置および風力発電装置用の雷保護ユニット - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置および風力発電装置用の雷保護ユニットに関する。

風力発電装置を開けた土地に設置する場合、および構造高さが高い場合には、落雷の危険性が存在することが不可避である。

DE 44 36 197 C2は、雷保護装置を有する風力発電装置を開示する。雷を確実に導くことができるようにするため、ロータブレードの根元に近傍の領域内には導電性金属から成るアルミニウムリングが設けられる。ナセルの不動部分には雷保護ロッドが設けられており、この雷保護ロッド（ないし放電端子棒、Blitzfangstange）は金属リングに対して所定の間隔を置いて配置されている。雷が落雷すると、雷はリングと雷保護ロッドのとの間の放電ギャップを越えることができ、したがって導くことができる。

EP 1 561 030 B1も同様に、風力発電装置用の雷保護装置を開示する。ここでも同様に、導電性リングがロータブレードの根元に近傍の領域内に設けられている。放電ギャップに対して平行にスライディング接触接続部が設けられている。

DE 10 2009 017 824 A1は、静電エネルギーと雷電流を、ロータシャフトと回転しない接地装置との間で伝達するための伝達装置を開示する。この伝達装置は、摺動接触装置と、雷電流を伝達するための電極と、２つのローラとを有する。

DE 44 36 197 C2 EP 1 561 030 B1 DE 10 2009 017 824 A1

本発明の課題は、改善された雷保護装置を有する風力発電装置を提供することである。

この課題は、請求項１による、ナセルと、少なくとも２つのロータブレードを有するロータとを備える風力発電装置であって、前記ロータブレードはそれぞれ、ロータブレード根元と、落雷した雷を導くための少なくとも１つの金属導体と、該金属導体に接続された導電性リングとを有しており、前記リングは、前記ロータブレード根元の領域内に配置されており、少なくとも１つの雷保護ユニットがナセルの非回転部分に、当該少なくとも１つの雷保護ユニットがロータブレードにある前記リング上に載置されており、これによりロータブレードに落雷した雷が導出されるように固定されており、前記雷保護ユニットは、２つのローラと雷保護ロッドとを有しており、当該雷保護ロッドの自由端部は、前記ローラの一外側端部に対して、該雷保護ロッドの自由端部と前記ロータブレードにある前記リングの間の放電ギャップを規定する間隔を有しており、前記ローラは、非導電性である、風力発電装置、および請求項５による、風力発電装置用の雷保護ユニットであって、風力発電装置のナセルの非回転部分にある第１の端部に固定可能な弾性金属板と、前記弾性金属板の第２の端部に配置された揺り腕ユニットと、前記揺り腕ユニットに連結された非導電性の２つのローラと、前記揺り腕ユニットに連結された雷保護ロッドと、を備えており、前記雷保護ロッドの自由端部は、ローラの外側端部に対して、放電ギャップを規定する間隔を有している雷保護ユニットによって解決される。

本発明によれば以下の形態が可能である。
（形態２）前記雷保護ユニットは揺り腕ユニットを有しており、当該揺り腕ユニットは、弾性金属板を介してナセルの非回転部分に固定されていることが好ましい。
（形態３）雷保護ロッドの自由端部とローラの外側端部との間の間隔は調整可能であることが好ましい。
（形態４）前記ローラは、非導電性に構成されていることが好ましい。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
かくて風力発電装置にはナセルとロータが設けられ、ロータは少なくとも２つのロータブレードを有する。ロータブレードはそれぞれ、落雷した雷を導くための少なくとも１つの金属導体と、これに接続された導電性のリングとをロータブレード根元の領域内に有する。さらに雷保護ユニットはナセルの非回転部分に、雷保護ユニットがロータブレードにあるリング上に接して載置されるよう固定されている。雷保護ユニットは、非導電性の２つのローラと雷保護ロッドとを有しており、この雷保護ロッドの自由端部は、ローラの外側端部に対して、放電ギャップを規定する間隔を有している。したがって雷保護ユニットのローラ（複数）だけがリングに当接する。

本発明の一側面によれば、雷保護ユニットは揺り腕（ないし揺動）ユニット（Wippeneinheit）を有し、この揺り腕ユニットは弾性金属板を介してナセルの非回転部分に固定されている。

本発明は同様に、風力発電装置用の雷保護ユニットに関するものである。雷保護ユニットは弾性金属板を有し、この弾性金属板は、風力発電装置のナセルの非回転部分の第１の端部に固定可能である。この雷保護ユニットはさらに揺り腕ユニットを有し、この揺り腕ユニットは弾性金属板の第２の端部に固定されている。さらに雷保護ユニットは非導電性の２つのローラを有し、これらのローラは揺り腕ユニットと連結されている。さらに雷保護ユニットは雷保護ロッドを有し、この雷保護ロッドは揺り腕ユニットと連結されている。雷保護ロッドの自由端部は、ローラの外側端部に対して、放電ギャップを規定する間隔を有して離れており、したがってローラだけがロータブレードにあるリングと接触している。

本発明は、雷保護ロッドの代わりに雷保護装置を設け、この雷保護装置は何れの時点でも、ロータブレードの根元に近傍の領域内にある導電性リングと雷導出部材との間に規定の間隔を提供するというコンセプトに関連する。これは本発明によれば、雷保護装置が、非導電性材料から成る２つのローラを備える揺り腕を有しており、ローラはロータブレードの根元に近傍の領域内で導電性リングと接触していることによって達成される。したがって雷導出部材とローラとの間の間隔によって、雷導出部材とロータブレードにある非導電性リングとの間の規定の間隔を調整することができる。これにより非円形のロータブレードに対しても、導電性リングと雷保護ロッドとの間に規定の間隔（すなわち放電ギャップの幅）を設けることができる。この規定の間隔により放電間隔を比較的に小さく選択することができる。

本発明の一側面によれば、本発明の雷保護装置は後から装備することができる。

本発明のさらなる構成は従属請求項の対象である。

本発明の利点および実施例を以下、図面を参照して詳細に説明する。

本発明による一風力発電装置の概略図である。 第１実施例による風力発電装置の一部分の概略図である。 第１実施例による雷保護装置の概略図である。

図１は、本発明による一風力発電装置の概略図を示す。風力発電装置１００は、タワー１０２とナセル１０４を有する。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を備えるロータ１０６が設けられている。ロータ１０６は稼働時に風によって回転運動され、これによりナセル１０４内の発電機のロータないし回転子も回転する。ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータブレード１０８のロータブレード根元にあるピッチモータによって変更することができる。

図２は、第１実施例による風力発電装置の一部分の概略図を示す。ロータブレード１０８は任意で金属先端部２１０および少なくとも１つの金属導体２２０を有し、金属導体はロータブレード先端部２１０を金属リング２３０に接続する。金属リング２３０はロータブレード根元領域内１０８ａに設けられている。リング２３０は、ロータブレード１０８を少なくとも部分的に取り囲むことができ、これによりロータブレード１０８のピッチ角が変更される場合でも、導電性リング２３０が雷保護ユニット２４０と接触していることを保証できる。雷保護ユニット２４０は、ナセル１０４の不動部分に固定されており、金属製（導電性）リング２３０と接触している。

図３は、第１実施例による雷保護装置の概略図を示す。雷保護装置２４０は、弾性金属板２４４を介して直接または間接的にナセル１０４の不動部分２４５に取り付け固定することができる。弾性金属板２４４の一（自由）端部には任意で揺り腕ユニット２４３が設けられており、この揺り腕ユニットはさらに２つの可動のローラ２４１と（材料的かつ電気的に）接続されている。ローラ２４１（複数）の間には雷保護ロッド２４２が設けられている。雷保護ロッド２４２の自由端部とローラ２４１の端部（複数）との間には前もって決定可能な、または調整可能な間隔が存在する。ローラ２４１はリング２３０と接触され、これによりリング２３０と雷保護ロッド２４２の自由端部との間の放電ギャップが規定される。ローラ２４１は、弾性金属板２４４により導電性リング２３０に対して押圧されるから、リング２３０と雷保護ロッド２４２との間には規定の間隔（放電ギャップ）が存在する。

ローラ２４１は、好ましくは非導電性材料、例えばプラスチックまたはテフロン（登録商標）から形成されている。ローラ２４１の幅は、例えば２０ｃｍとすることができる。

金属板２４４の第２の端部を基準にして旋回可能な揺り腕ユニット２４３を設けることにより、２つのローラ２４１が何れの時点でもリング２３０上に載置されていることを保証できる。

本発明の雷保護ユニット、とりわけ旋回可能な揺り腕ユニットにより、雷保護ロッド２４２と導電性リング２３０との間の規定の間隔を、リング２３０またはロータブレード１０８が非円形の場合でも保証することができる。

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ ロータ
１０８ ロータブレード
１０８ａ ロータブレード根元
１１０ スピナ
２１０ 金属先端部
２２０ 金属導体
２３０ （導電性）金属リング
２４０ 雷保護ユニット、雷保護装置
２４１ ローラ
２４２ 雷保護ロッド（放電端子棒）
２４３ 揺り腕ユニット
２４４ 弾性金属板（Blech）
２４５ 不動部分、非回転部分

Claims (3)

1. ナセル（１０４）と、少なくとも２つのロータブレード（１０８）を有するロータとを備える風力発電装置であって、
   前記ロータブレード（１０８）はそれぞれ、ロータブレード根元（１０８ａ）と、落雷した雷を導くための少なくとも１つの金属導体（２２０）と、該金属導体に接続された導電性リング（２３０）とを有しており、
   前記リング（２３０）は、前記ロータブレード根元（１０８ａ）の領域内に配置されており、
   少なくとも１つの雷保護ユニット（２４０）がナセル（１０４）の非回転部分に、当該少なくとも１つの雷保護ユニット（２４０）がロータブレード（１０８）にある前記リング（２３０）上に載置されており、これによりロータブレード（１０８）に落雷した雷が導出されるように固定されており、
   前記雷保護ユニット（２４０）は、２つのローラ（２４１）と雷保護ロッド（２４２）とを有しており、当該雷保護ロッド（２４２）の自由端部は、前記ローラ（２４１）の一外側端部に対して、該雷保護ロッド（２４２）の自由端部と前記ロータブレード（１０８）にある前記リング（２３０）の間の放電ギャップを規定する間隔を有しており、
   前記ローラ（２４１）は、非導電性である、
   風力発電装置。
2. 前記雷保護ユニット（２４０）は揺り腕ユニット（２４３）を有しており、当該揺り腕ユニットは、弾性金属板（２４４）を介してナセルの非回転部分（２４５）に固定されている、請求項１に記載の風力発電装置。
3. 雷保護ロッド（２４２）の自由端部とローラの外側端部との間の間隔は調整可能である、請求項１または２に記載の風力発電装置。

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