具体实施方式

在以下对实施例的描述中，对附图的参考通过举例说明可以实施本发明的示例来进行。应当理解，在不脱离所公开的本发明范围的情况下，可以做出其他实施例。

在一个实施例中，本电连接布置特别设计成在设置于固定元件/物体上的电导体与设置于旋转元件/物体上的其他电导体之间提供高效和/或安全的电连接，比如在设有偏航驱动器的风力涡轮机中。事实上，在这种风力涡轮机中，嵌入发电机的机舱根据风回转和旋转，而用于将产生的电力输送到风力涡轮机的底部的导体通常顺着沿着风力涡轮机的杆的导体路径固定地固接。

参考图1和2，示出了根据一个实施例的滑环组件100，其用于在例如可定向风力涡轮机(未示出)的发电机的电输出导体与固定的配电导体(未示出)之间提供电连接。

在该实施例中，滑环组件100安装在壳体102内部，该壳体可以固定地附接到风力涡轮机的杆(未示出)。壳体102由电绝缘材料制成，并且包括设有用于电连接目的的开口104的上壁106、底壁108和侧壁，侧壁具有四个面板/面并且在上壁106与底壁108之间延伸。但是可以考虑各种其他布置，这将在下面变得显而易见。在所示的实施例中，壳体102包括底壁。

依据给定应用，滑环组件100可以适于与任何数量的输入电导体和/或任何数量的输出电导体一起使用。例如，在所示的实施例中，滑环组件100被设计成将七个输入导体各自电连接到七个输出导体中的对应一个。七个输入导体可以包括用于发电机的转子的三个输入导体(每相1个)、用于发电机的定子的三个输入导体(每相1个)和用于接地的一个输入导体。应当理解，在这种情况下，七个输出导体还包括用于转子的三个输出导体、用于定子的三个输出导体和用于接地的一个输出导体。对于另一个示例性应用，还可以考虑仅带有或不带有中性和/或接地的使用一相或两相的其他布置。

如图2中更好地示出的，滑环组件100包括堆叠安装的七个间隔开的旋转导电圆盘200，即圆盘200共享相同的旋转轴线并且沿着旋转轴线定位在不同的位置。每个圆盘200可旋转地固接到壳体102。在一个实施例中，圆盘200具有固定的相对位置，使得其中一个圆盘200的旋转触发其他圆盘200的旋转。每个圆盘200由导电材料制成。在一个实施例中，相邻的圆盘200彼此电绝缘。在这种情况下，应当理解，可以使用用于电绝缘相邻的圆盘200的任何适当的装置。

技术人员将会理解，在另一个实施例中，如果在给定应用中需要，可以考虑提供一种导电圆盘200可以独立于其它圆盘旋转的布置。类似地，相邻的圆盘200可以彼此不电绝缘。

如图2所示，由电绝缘材料制成并且分布在导电圆盘200的表面区域周围的各个位置处的多个圆盘电隔离器202定位在两个相邻的导电圆盘200之间，以将它们固接在一起并且使它们彼此电隔离。在所示的实施例中，八个圆盘隔离器202用于使两个相邻的导电圆盘200电隔离。八个圆盘隔离器202被分组为每组两个圆盘隔离器202的四组，并且同一组的两个圆盘隔离器202围绕导电圆盘200的圆周具有相同的角位置。在所示的实施例中，四组圆盘隔离器202围绕导电圆盘200的圆周具有不同的对应角位置，并且以均匀的角度间隔开，即各组圆盘隔离器围绕导电圆盘200的圆周以0度、90度、180度和270度定位。此外，连接两个给定的相邻导电圆盘200的四组圆盘隔离器202各自与连接两个其他导电圆盘200的四组圆盘隔离器202中的对应一组对齐。

应当理解，圆盘隔离器202的数量和/或位置可以变化。

应当理解，可以使用用于将圆盘隔离器202固接到导电圆盘200的任何适当的方法和/或装置。例如，螺纹杆或销(未示出)可以穿过设置在导电圆盘200中的孔安装，以将在导电圆盘200上面和/或下面延伸的圆盘隔离器202固接到导电圆盘200。

在一个实施例中，最低的圆盘200固定地固接到安装圆盘230，该安装圆盘可旋转地固接到壳体102的底壁，以便围绕导电圆盘200的旋转轴线可旋转。因为导电圆盘200由于圆盘隔离器202而全部固接在一起，并且最低的导电圆盘200固接到旋转的安装圆盘230，所以任何导电圆盘200的旋转都会触发由所有导电圆盘200和安装圆盘230组成的组件的旋转。应当理解，可以使用用于将最低的导电圆盘200固接到安装圆盘230的任何适当的手段，并且也可以使用用于将安装圆盘230可旋转地固接到壳体202的任何适当的手段。

在所示的实施例中，使用圆盘隔离器202将最低的圆盘200固接到安装圆盘230。在这种情况下，安装圆盘230可以由导电材料制成。然而，应当理解，安装圆盘可以替代地由电隔离材料制成。在所示的实施例中，安装圆盘230可旋转地固接到壳体102的底部，其中支架232约束安装圆盘230的横向移动。在一个实施例中，安装圆盘230适于在支架232上提供的相应滑动表面上滑动，但也可以使用其他布置。在一个实施例中，安装圆盘230和支架232由绝缘材料制成。

在一个实施例中，圆盘隔离器202由任何适当的导电材料制成，比如环氧树脂、玻璃纤维或三元乙丙橡胶(EPDM)高抗蠕变材料。在另一个实施例中，当在振动很重要的应用中使用时，圆盘隔离器202也可以用作系统阻尼装置。在这种实施例中，比如EPDM高抗蠕变材料之类的橡胶材料可以是优选的。

再次参考图2并且也参考图5，在一个实施例中，壳体102设有安装到孔口104中的上盖240，用于完全封闭堆叠的圆盘200。上盖240由绝缘材料制成，并且可旋转地安装到壳体102。在所示的实施例中，上盖240通过如上所述的圆盘隔离器202附接到相邻的最上面的圆盘200。在另一个实施例中，如图2B中更好地示出的，孔口104设有径向支撑凸缘112，用于将上盖240可旋转地支撑在其上，但是也可以考虑其他布置。

图5示出了根据一个实施例的上盖240。上盖240具有圆盘形板242，该圆盘形板设有围绕其分布的7个孔口244，用于接收穿过其中的对应电导体，这将在下面变得显而易见。每个孔口244具有圆形孔246和与之连接的矩形孔口248，以便于组件100的安装和拆卸，这将在下面变得显而易见。上盖240还设有四个圆弧形板250、252、254、256，这些圆弧形板利用螺栓和螺母布置(未示出)安装到圆盘形板242并且围绕该圆盘形板分布，用于一旦导体安装在矩形孔口248中就覆盖所述矩形孔口，如下所述。在所示的实施例中，其中三个圆弧形板250、252、254具有内边缘258，该内边缘设有两个间隔开的弧形凹部260、262，每个凹部260、262与对应的导体配合。第四圆弧形板256具有内边缘264，该内边缘设有单个弧形凹部266，用于与对应导体配合。这种实施例可以保护壳体102的内部免受周围环境的影响。

再次参考图2，每个圆盘200利用用于每个圆盘200的电连接组件机械连接和电连接到发电机。在一个实施例中，电连接组件包括用于每个导电圆盘200的细长电导体210。每个细长电导体210在电连接到对应导电圆盘200的第一端与电连接到发电机的第二端之间纵向地延伸。在所示的组件中，电连接组件进一步包括连接板216，每个连接板固接在对应的细长电导体210的第二端处，并且每个连接板216固接到发电机的对应输出。虽然在所示的实施例中，连接板216是矩形的并且焊接到细长电导体210，但是应当理解，连接板216的形状和尺寸可以变化，并且可以使用用于将连接板216固接到细长电导体210的任何适当的方法。类似地，虽然细长电导体210在所示的实施例中具有管状形状，但是应当理解，细长电导体210的形状可以变化，并且例如可以是矩形。

类似地，虽然每个细长电导体210的第二端设有狭槽，对应的连接板216插入该狭槽中，但是应当理解，可以使用用于将连接板216固接到细长电导体210的任何其他适当的手段。

在一个实施例中，连接板216被省略，并且发电机的电输出各自直接电连接到对应的细长电导体210。

在所示的实施例中，导电圆盘200是同样的，即它们具有相同的内径、相同的外径和相同的厚度。每个导电圆盘200设有限定内边缘206的同心孔口204和从边缘206向内突出的突起或安装元件208。导电圆盘200一个堆叠在另一个的顶部上，使得它们的孔口204对齐，以形成细长电连接器210插入其中的通道或空腔。此外，选择导电圆盘200的相对位置，使得突起208各自处于不同的角位置，并且不竖直对齐。在一个实施例中，选择导电圆盘200的相对位置，使得突起208围绕堆叠的导电圆盘200的圆周均匀地成角度分布。

每个细长电导体210部分地定位在由堆叠的导电圆盘200的同心孔口204形成的空腔内，使得其第一端214固接到对应导电圆盘200的突起208，并且其第二端位于壳体102的外部。在所示的实施例中，细长电导体210的长度根据细长电导体所固接的导电圆盘200的堆叠内的给定导电圆盘200的位置而从一个细长电导体210变化到另一个细长电导体，即，根据给定导电圆盘200与壳体102的顶板之间的纵向距离而变化。因此，细长电导体210的位于壳体102外部的第二端共面。

虽然在所示的实施例中，细长电导体210设有不同的长度，使得它们的第二端共面，但是应当理解，其他配置也是可能的。例如，细长电导体210都具有相同的长度。

由于细长电导体210与导电圆盘200之间的上述布置，每个细长电导体210电连接到对应的导电圆盘200，而与其他导电圆盘200电隔离。在连接板216固接到发电机的实施例中，发电机固接到风力涡轮机的机舱，机舱的旋转触发发电机的旋转，发电机的旋转进而触发细长电导体210的旋转。细长电导体210的旋转触发导电圆盘200的旋转，而壳体102保持不动，因为它固接到风力涡轮机的杆。因此，壳体102跟随风力涡轮机的杆的运动，即，它保持不动，而导电圆盘200跟随风力涡轮机的机舱的运动，即，它根据机舱的旋转而旋转。

应当理解，选择相邻突起208之间的角间距，使得固接到给定导电圆盘200的给定突起208的细长电导体210不与任何其他突起208物理接触，从而仅电连接到给定导电圆盘200并且与其他导电圆盘200电隔离。

在一个实施例中，导电圆盘200由镀银的高导电铝合金制成。在示例性实施例中，对于2500A的应用，导电圆盘200的直径通常为1米。

返回参考图2并且也参考图3，滑环组件100进一步包括七个滑环装置300，每个滑环装置可电连接到用于将电力从组件100输送到风力涡轮机的底部的固定配电导体(未示出)中相应一个。每个滑环装置300包括指状导电板306以及多个上导电指302和多个下导电指304。每个指状导电板306在第一端与第二端之间纵向地延伸，并且上导电指302和下导电指304在指状导电板306的相对面上安装到指状导电板306的第二端，并且每个都从指状导电板306纵向向外突出。

壳体102的侧壁设有七个孔口114，每个孔口的尺寸和形状用于在其中接收对应的指状导电板306，并且每个孔口基本上面向对应的导电圆盘200。在所示的实施例中，三个孔口114位于壳体102的侧壁的第一面上，而其他四个孔口114位于壳体102的侧壁的另一面上。然而，应当理解，其他配置也是可能的。例如，七个孔口114可以位于壳体102的侧壁的相同面上。

每个指状导电板306插入壳体的对应孔口114中，使得其第一端在壳体102的外部延伸，并且其第二端位于壳体102的内部，邻近对应的导电圆盘200。在一个实施例中，孔口114的尺寸基本上对应于指状导电板306的横截面尺寸，使得每个指状导电板306被紧密地接收在其相应的孔口114中，并且壳体102为指状导电板306提供支撑。在另一个实施例中，孔口114的尺寸大于指状导电板306的横截面尺寸。

每个指状导电板306相对于其相应的导电圆盘200定位，使得相应的导电圆盘200被夹在固接到指状导电板306的顶面的上指状件302与固接到指状导电板306的顶面的下指状件304之间。上指状件302和下夹304一起形成可移动地固接到导电圆盘200的夹子。因为它们都由导电材料制成，所以导电圆盘200、指状件302和304以及指状导电板306都是电连接的。应当理解，一旦导电圆盘200插入指状件302和304之间，导电圆盘200可以围绕其旋转轴线旋转，同时仍然与指状件302和304物理接触，使得在导电圆盘200旋转期间，电流可以经由指状件302和304在导电圆盘200与指状导电板306之间流动。

在比如所示实施例的一个实施例中，由电绝缘材料制成的板隔离器308将指状导电板306固定地固接到壳体102。第一板隔离器308延伸有固接到壳体102的底壁的第一端和固接到最低的指状导电板306的第二端，以将最低的指状导电板306固定地固接到壳体102，并且可选地将最低的指状导电板306与壳体102电隔离。板隔离器308进一步插入在两个相邻的指状导电板306之间，以将指状导电板306固定地固接在一起，并且经由最低的指状导电板306固接到壳体102。

在指状导电板306布置成两列或更多列的实施例中，每列中最低的指状导电板306经由至少一个板隔离器308固接到壳体102的底壁。在一个实施例中，将指状导电板306固接到壳体102的指状板隔离器308设有弹性元件，使指状板306能够相对于壳体102进行轻微的独立弯曲运动。这在连接到电连接器110的导体可能受到振动恶劣振动环境中可能有很大的优势。当然，也可以使用用于安装指状板306的其他布置。在一个实施例中，指状板隔离器308可以由环氧树脂、玻璃纤维或EPDM高抗蠕变材料制成。在另一个实施例中，当在振动很重要的应用中使用时，指状板隔离器308也可以用作系统阻尼装置。在这种实施例中，EPDM高抗蠕变材料可以是优选的。

虽然在所示的实施例中，每个滑环300具有并排安装在指状导电板306的顶面上的六个上导电指302和并排安装在指状导电板306上的六个下导电指304，但是应当理解，指状件的数量可以变化，只要滑环300包括至少一个上指状件302和/或至少一个下指状件304。在一个实施例中，导电指302和304的数量可以根据给定应用中所需的载流容量和所需的短路水平来确定。

仍然参考图3并且也参考图4，在一个实施例中，上指状件302和下指状件304中的每一个都具有第一端310和相对的第二端314，第一端具有用于安装在指状导电板306上的圆形表面312，第二端用于接触旋转的导电圆盘200。在一个实施例中，第二端314设有凸起表面316，该凸起表面设计成即使在容易振动的环境中(如在风力涡轮机中的环境)也易于与导电圆盘200物理接触，这将在下面变得显而易见。

在一个实施例中，上导电指302和下导电指304中的每一个由镀银的铜制成。在另一个实施例中，每个导电圆盘200还在其周围设有外部上镀银表面220和外部下镀银表面222，分别与上导电指302和下导电指304接触，如图3中所示。镀银防止导电圆盘200的铝氧化。镀银的厚度可以根据滑环的用途来确定。换句话说，维护之间的平均时间可以通过较厚的镀银来降低，这对于技术人员来说应该是显而易见的。

仍然参考图3和图4，滑环组件100还设有多个弹性装置400，每个弹性装置安装有相应的滑环300，用于推动相应的导电指302和304抵靠导电圆盘200，以维持它们之间的电连接，并且从而在导电圆盘200与设置在指状导电板306的相对端处的电连接器110之间提供电连接。在一个实施例中，每个弹性装置400包括至少一个弹簧402，每个弹簧402与相应的一对上指状件302和下指状件304相关联。更具体地，在一个实施例中，如图所示，每对面对的上指状件302和下指状件304设有弹簧402，用于推动指状件302和304抵靠圆盘表面220和222并且抵靠指状导电板306。在一个实施例中，使用贯穿的螺栓和螺钉组件500来将指状件302和304附接到指状板306，并且弹簧402围绕螺钉轴502安装在下指状件304与螺栓504之间。这种布置可以允许每对导电指302、304相对于相应的导电圆盘200独立的轻微运动。螺栓504可以用于或多或少地拧紧指状件302和304以及导电圆盘200组件。这种实施例在易于振动的环境中可能非常有趣。

现在应该显而易见，当风力涡轮机的机舱旋转时，每个旋转圆盘200将由连接到发电机的刚性导体210的运动驱动而相应地旋转，而壳体102具有固定的位置。在机舱的旋转期间，导电圆盘200在由固定地固接到壳体102的上指状件和下指状件形成的夹子内侧旋转，从而允许电流从发电机流向指状导电板306，该指状导电板电连接到沿着风力涡轮机的杆延伸的电导体。

图6示出了第一和第二指状导电板306，它们可以用在图1至图3中示出的滑环组件100中，并且使用两列指状导电板306来提供两列电连接器110。事实上，在使用单列指状导电板306的布置中，这种指状导电板306可以安装成与导电圆盘200的中心纵向对齐。在这种情况下，指状导电板306可以是矩形的，其中第二端处的直边缘靠近相应的导电圆盘200延伸，并且第一端处的相对直边缘提供电连接器110。在两列布置中，指状导电板306可以各自设有在第一端处用于提供在壳体102外部对齐的平行电连接器110的第一纵向矩形部分360，以及在第二端处相对于第一部分360成角度延伸的第二部分362，第二部分362在导电圆盘200的中心的方向上延伸，以便于导电指302、304与导电圆盘200之间的电接触。可以考虑其他布置，因为这对技术人员来说是显而易见的。

与目前使用的现有技术的电气布置相比，先前描述的滑环组件100可以具有很大的优势，因为维护操作可以大大减少。例如，据信这种滑环组件100可以免维护长达40年，与需要更频繁的维护操作的现有使用解决方案相比，这具有很大优势。此外，由于其特定的设计，滑环组件100可以在需要高达2000A至3000A电流的高载流容量和功率应用中使用。如对技术人员来说显而易见的，导电圆盘200的尺寸以及导电指302和304的数量将决定滑环组件100能够处理的最大载流容量和短路水平。

虽然在上述实施例中，导电圆盘200是同样的，但是应当理解，其他配置也是可能的。例如，导电圆盘200可以设有内孔口，该内孔口的直径随着导电圆盘200的不同而变化。最低的导电圆盘200设有具有最小直径的内孔口，并且内孔口的直径从最低的导电圆盘200到最高的导电圆盘200增加。因此，内边缘的位置从一个导电板到相邻的导电板在正交于旋转轴线的方向上偏移。然后，每个细长电导体210固接到对应的导电圆盘200，或者邻近其内边缘直接固接到导电圆盘200，或者固定到突起(如上所述)而不与其他导电圆盘200物理接触。根据细长电导体210的尺寸，选择两个相邻导电圆盘200的内边缘之间的偏移，使得每个细长电导体210仅与单个导电圆盘200物理接触。

虽然壳体102的侧壁包括四个面板，但是应当理解，面板的数量可以变化。例如，侧壁上存在滑环的一侧可以不包括面板。

尽管上面的描述涉及发明人目前设想的特定优选实施例，但是应当理解，本发明在其广义方面包含本文中描述的元件的机械和功能等效物。