[发明专利]用于空中风力发电站的电能传输系绳

说明书

提供了一种用于空中风力发电站(1)的电能传输系绳(3)，该系绳包括：弹性芯(4)；第一一个或更多个电导体层(5)，其中，该第一电导体层的电导体围绕弹性芯(4)螺旋缠绕；围绕第一电导体层(5)的电绝缘层(7)；第二一个或更多个电导体层(9)，其中，第二电导体层的电导体围绕电绝缘层(7)螺旋缠绕；以及围绕第二电导体层(9)的承载层(10)，用于吸收作用在系绳上的拉力和径向压力。

技术领域

本发明涉及用于空中风力发电站的电能传输系绳。电能传输系绳用于将电能从空中风力发电站传输到地面站，并且吸收在操作期间由空中风力发电站引起的拉力。本发明还涉及包括这样的电能传输系绳和用于缠绕系绳的卷筒的系绳单元，并且本发明还涉及具有空中风力发电站、地面站和用于将风力发电站连接到地面站的这样的电能传输系绳的电力单元。

现有技术

为了将风能转化成电能，空中风力发电站是已知的并且正在不断发展。空中风力发电站包括安装在通常具有飞机状结构的飞行体上的一个或更多个发电机。配备有螺旋桨的发电机由风和特定飞行机动驱动以产生电能。电能借助于将空中风力发电站连接到地面站的系绳转移到地面。因此，系绳部分地用于控制空中风力发电站的飞行机动并且将电能从发电机传输到地面。为了将空中风力发电站从地面站带到空中用于发电的最佳位置或为了将空中风力发电站从空中的位置收回到地面站，发电机可以用作电动机。在操作的这些启动和收回阶段中，借助于一个或更多个系绳从地面站向空中风力发电站馈送电能。

由于风强烈且经常变化，在某些飞行机动期间，系绳受到变化幅度的高机械拉伸应力。在高载荷状况下，系绳可以显示出超过其原始长度1％的明显伸长。然而，存在于系绳内的电导体的材料例如铜显示出非常低的约0.1％的弹性范围。因此，即使在相对较小的伸长的情况下，常规电导体也将塑性地并且不可逆地变形。在系绳的轴向拉力随后减小之后，变形的电导体趋于屈曲并且趋于断裂。

在收回阶段期间，系绳在被缠绕在地面站中的卷筒上时也受到机械应力。将系绳弯曲到卷筒的周界外表面使得系绳的面向卷筒中心的部分受到压缩并且使得面向径向向外的部分受到拉伸。因此，通过将系绳缠绕到卷筒上引起的机械应力也可以导致设置在系绳内的电导体的塑性变形。

US 2012/0070122 A1中示出了一种将空中风力发电站物理上并且电耦接到地面的系绳。该系绳包括高强度芯，电导体围绕该高强度芯螺旋缠绕。然而，这种结构导致系绳相对较粗且重。因此，系绳的重量和风阻可能影响空中风力发电站的飞行特性，因此尤其降低总体发电效率。此外，系绳的粗而重的结构导致系绳卷筒上的重量较高，从而导致惯性增加并且因此导致拉伸调节较慢。另外的缺点是运输成本增加以及地面站的成本更密集且更宽敞的建造。此外，当导体被缠绕在卷筒上时，位于高强度芯外侧的导体不足以防止径向压缩力，这将导致塑性变形和失效。芯与卷筒表面之间的高径向压缩力不仅可能由于系绳围绕卷筒的弯曲引起，而且还可能由于大风状况或特定飞行机动而作用在系绳上的高拉力引起。

在WO 2009/049616 A2中，公开了一种围绕两个相互绝缘的电导体层编制有化学纤维绳的线缆。化学纤维绳用于保护线缆免受拉力和径向压缩力。然而，当被缠绕在卷筒上时，由于高的径向力，线缆的横截面积朝向椭圆形状的明显形变仍然发生。此外，空中风力发电站的应用中的大量轴向载荷变化导致线缆寿命明显缩短。由于这些原因，需要实现对抗径向压缩力的另外的措施以达到足够的疲劳寿命。

US 4,116,153、US 4,975,543、US 2,759,990和US 4,514,058中公开了有弹性的并且能够在一定程度上抵抗拉力的其它电能传输线缆。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于空中风力发电站的电能传输系绳，该电能传输系绳不仅能够抵抗高拉力并且具有轻质结构，而且还能很好地免受外部径向力影响。该目的通过如权利要求1所述的电能传输系绳来解决。在权利要求14中，示出了包括这样的电能传输系绳和卷筒的系绳单元。此外，权利要求16提供了具有空中风力发电站、地面站和这样的电能传输系绳的电力单元。在从属权利要求2至13以及15中提供了本发明的其它实施方式。