JP2011032859A - パワーモジュール用のガイドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パワーモジュール用のガイドシステムを提供すること。
【解決手段】塔（１００）は、塔のための外側カバーを形成する外側部分（１０４）と、外側部分の内部に配置された内側部分（１０２）とを含む。内側部分は、上方に延びる支持体（１１６）、および上方に延びる支持体を越えて外側に延びる電気構成部品を含む、事前組立パワーモジュールと、上方に延びる支持体に第１の端部で結合した、電気構成部品を越えて外側に延びるガイド支持体（１３０）とを含む。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する主題は、塔（ｔｏｗｅｒｓ）の電気セクションに関し、詳細には、塔の電気セクション内のモジュールのための安全ガイドシステムに関する。

風力タービンは、従来技術で公知のように、塔部分と、塔部分の上に据え付けられたロータとを含む。ロータ部分は、風があるときに中心点の周りを回転する１つまたは複数のブレード（ロータ）を含むことができる。ロータの運動を、次いで、公知の手段によって、電気エネルギーまたは他のエネルギーに変換することができる。

多くの風力塔は、それらの内部に、回転エネルギー（ロータ部分から）を電気エネルギーに変換する電気機械を含む。スペースを節約するために、電気機械は、塔部分の内部に配置される。電気機械は、例えば、変換電子機器、電圧スイッチギア、および変圧器を含むことができる。場合によっては、これらの各構成要素を、事前組立パワーモジュール（ＰＰＭ：ｐｒｅａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）で作製することができる。ＰＰＭは、互いに積み重ねられ、次いで、塔部分によって取り囲まれる。

風力塔の建造には、通常、初めに、複数の積重ねＰＰＭを含む発電塔（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｏｗｅｒ）を建造することが含まれる。次いで、塔部分（１部品として、またはばらばらの部品で）は、上方からＰＰＭを取り囲むように降下される。降下された後、塔セクション下部は、基礎に、または基礎の上に配置された塔基礎アダプタに、しっかり固定される。

米国特許出願公開第２００７／０２９６２２０号公報

通常、塔セクションが降下されるとき、その塔セクションが、各積重ねＰＰＭ上の電子機器に接触し、したがって損傷を与えることが確実にないように、各内部レベルに技術者が配置される。風力塔は、通常、定常気流（ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｗｉｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）のある地域に配置されるので、塔セクションが降下されるときにそれらの塔セクションが突風によって動くことは、よく起こることである。このため、移動している塔セクションが電子機器に接触した場合、それらの電子機器の損傷をまねくおそれがある。

本発明の一態様によれば、塔のための外側カバーを形成する外側部分を含む、塔が提供される。この態様の塔は、外側部分の内部に配置された内側部分を含む。内側部分は、上方に延びる支持体、および上方に延びる支持体を越えて外側に延びる電気構成部品を含む、事前組立パワーモジュールと、上方に延びる支持体に第１の端部で結合した、電気構成部品を越えて外側に延びるガイド支持体とを含む。

本発明の他の態様によれば、塔で使用するための事前組立パワーモジュールが提供される。この態様のこのモジュールは、上方に延びる支持体と、上方に延びる支持体を越えて外側に延びる電気構成部品とを含む。当該モジュールは、また、上方に延びる支持体に第１の端部で結合した、電気構成部品を越えて外側に延びるガイド支持体を含む。

前述および他の利点および特徴は、以下の説明を諸図面と併せて読めば、より明らかになる。

本発明と見なされる主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において、特に指摘し、明確に請求する。本発明の前述および他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読めば、明らかになる。

建設中の塔の電気セクションの一部分の側面図である。 一実施形態による塔の電気セクションの切欠上面図である。 建設中の塔の電気セクションの代替的な実施形態の側面図である。

詳細な説明では、一例として諸図面に即し、本発明の諸実施形態について、利点および特徴とともに説明する。

図１は、本発明の一実施形態による塔１００の電気セクションの一部分を示す。一実施形態では、塔１００の電気セクションは、風力タービンの塔部分とすることができるが、そのような応用例に限定するものではない。

塔１００の電気セクションは、内側部分１０２と、外側部分１０４とを含む。外側部分１０４は、内側部分１０２を取り囲むように、矢印Ａによって示した方向で上方から降下させることができる。前述のように、外側部分１０４が横方向に動くことが原因で、外側部分１０４が内側部分１０２に接触するおそれがあるので、風の強い条件下で外側部分１０４を降下させるのは、従来技術では困難となることがある。これは、例えば、内側部分１０２に収容された電気構成部品の損傷をまねくおそれがある。そのような損傷を避けるために、従来技術では、外側部分１０４が内側部分１０２の周りに降下されるとき、各レベル（例えば、１０６、１０８、１１０）に技術者が必要となることがあった。しかし、技術者が存在するとしても、発電塔１００の電気構成部品を損傷する可能性は、依然として残っている。

塔１００の電気セクションは、この例では、３つのレベル１０６、１０８、および１１０を含む。一実施形態では、これらのレベルの一部またはすべてを事前組立パワーモジュール（ＰＰＭ）とすることができる。言うまでもなく、任意の数のレベルを含めることができ、図１に示した３つのレベルは、単なる一例にすぎない。

一実施形態では、最上レベル１０６は、変換器レベルである。最上レベル１０６は、（１つまたは複数の）電気変換ユニット１１２を含むことができる。最上レベル１０６は、また、ＰＰＭの基本構造を形成する構造要素を含むことができる。この例では、最上レベル１０６は、ＰＰＭの基部を形成する水平支持体１１４と、上方に延びる支持体１１６とを含む。各ＰＰＭが、諸図面に示した上方に延びる多数の支持体ではなく、ほぼ中央に配置された、上方に延びるただ１つの支持体だけを含むことができることを理解されたい。

最上レベル１０６の下には、中間レベル１０８がある。一実施形態では、中間レベル１０８は、制御装置レベルである。中間レベル１０８は、（１つまたは複数の）制御装置ユニット１１８を含むことができる。中間レベル１０８は、また、ＰＰＭの基本構造を形成する構造要素を含むことができる。この例では、中間レベル１０８は、最上レベル１０６と同様に、ＰＰＭの基部を形成する水平支持体１１４と、上方に延びる支持体１１６とを含む。

中間レベル１０８の下には、基部レベル１１０がある。一実施形態では、基部１１０は、変圧器レベルである。最下レベル１１０は、電気変圧器ユニット１２０を含むことができる。最下レベル１１０は、また、ＰＰＭの基本構造を形成する構造要素を含むことができる。この例では、最下レベル１１０は、ＰＰＭの基部を形成する水平支持体１１４と、上方に延びる支持体１１６とを含む。

基部レベル１１０は、基礎１４０の上に載せることができる。一実施形態では、図１に示したように、外側部分１０４が基礎１４０上に位置するときに外側部分１０４を支持するように構成された塔基礎アダプタ１４２を、基礎１４０に取り付けておくことができる。

塔１００の電気セクション内の各レベルは、上方に延びる支持体１１６に結合したガイド支持体１３０を含む。これらのガイド支持体１３０は、上方に延びる支持体１１６から外側に延びる。一実施形態では、ガイド支持体１３０は、また、外側に延び、水平支持体１１４に結合することができる。

一実施形態では、ガイド支持体１３０は、特定のレベルで少なくとも電気構成部品または他の構成要素を越えて延びる。一実施形態では、ガイド支持体１３０は、それが取り付けられた特定のレベルの水平支持体１１４を越えて外側に延びることができる。言うまでもなく、必ずしもすべてのレベルがガイド支持体１３０を含む必要があるわけではない。一実施形態では、１つのレベルだけがガイド支持体１３０を含むことができる。他の諸実施形態では、２つ以上のレベルがガイド支持体１３０を含むことができる。

ここに示したように、ガイド支持体１３０は、外部レール１３２に結合される。外部レールの数は、多様なものとすることができるが、一実施形態では、内側部分１０２は、２つの外部レール１３２を含む。ただし、外部レール１３２は、必ずしも必要ではなく、例えば、ガイド支持体１３０の遠位端のホイールで置き換えることができることを理解されたい。いずれにせよ、レール１３２（またはホイール）は、技術者を必要とすることなく、任意のレベルで外側部分１０４が電気構成部品に接触するのを防ぐ障害物を提供する。

図２は、発電塔１００の切欠俯瞰図である。図２に示した図は、電気レベルを取り囲む外側部分１０４を含む。図２では、図示した電気レベルは、変換器レベル１０６である。言うまでもなく、電気レベルは、任意のタイプのレベルとすることができる。

変換器レベル１０６は、構造要素２０２を含む。これらの構造要素２０２は、上方に延びる支持体１１６に結合してＰＰＭ構造を形成することができる。ＰＰＭ構造は、それに結合した電気構成部品、例えば、変換器ユニット１１２を含むことができる。

変換器レベル１０６（または他の任意のレベル）は、また、ガイド支持体１３０を含むことができる。ここに示したように、ガイド支持体１３０は、上方に延びる支持体１１６に結合される。言うまでもなく、ガイド支持体１３０は、ＰＰＭ構造の任意の部分に結合することができる。例えば、ガイド支持体１３０は、構造要素２０２に結合することができる。

ガイド支持体１３０は、一実施形態では、ＰＰＭ構造からＰＰＭ構造の他のいずれかの部分を越えて外側に延びる。すなわち、ガイド支持体１３０は、外側部分１０４の内部に配置したときには、外側部分１０４が、初めにガイド支持体に接触しなければＰＰＭ構造のいずれの部分にも、またはＰＰＭ構造に取り付けられたいずれの電気構成部品にも接触できないように、ＰＰＭ構造から離れるように延びる。

一実施形態では、図２に示したように、ガイド支持体１３０は、それらの遠位端でガイドレール１３２に結合される。ガイドレール１３２は、水平というよりも垂直の方向に延びることができる。したがって、ガイドレール１３２は、ＰＰＭを取り囲む外部構造を作り出すことができる。この外部構造は、外側部分１０４がＰＰＭを取り囲むように降下されるときに、ＰＰＭのすべての部分が外側部分１０４に接触しないように保護する。

一実施形態では、ガイド支持体１３０は、外側部分１０４がしっかり固定された後で除去することができる。言うまでもなく、そのような実施形態では、また、ガイドレール１３２も除去することができる。他の実施形態では、ガイド支持体１３０もしくはガイドレール１３２、またはその両方を、ＰＰＭ構造に結合したままとすることができる。

図３は、塔１００の電気セクションの代替的な実施形態を示す。一実施形態では、塔１００の電気セクションは、風力タービンの塔部分とすることができるが、そのような応用例に限定するものではない。

塔１００の電気セクションは、内側部分１０２と、外側部分１０４とを含む。外側部分１０４は、内側部分１０２を取り囲むように、矢印Ａによって示した方向で上方から降下させることができる。前述のように、外側部分１０４が横方向に動くことが原因で、外側部分１０４が内側部分１０２に接触するおそれがあるので、風の強い条件下で外側部分１０４を降下させるのは、従来技術では困難となることがある。これは、例えば、内側部分１０２に収容された電気構成部品の損傷をまねくおそれがある。

ここに示したように、内側部分１０２は、最上層１０６、中間層１０８、および最下層１１０を含む。各層は、例えば、個々のＰＰＭから作製することができる。

塔１００の電気セクション内の各レベルは、上方に延びる支持体１１６に結合したガイド支持体１３０を含む。これらのガイド支持体１３０は、上方に延びる支持体１１６から外側に延びる。一実施形態では、ガイド支持体１３０は、また、外側に延び、水平支持体１１４に連結することができる。

一実施形態では、ガイド支持体１３０は、特定のレベルで少なくとも電気構成部品または他の構成要素を越えて延びる。一実施形態では、ガイドは、それが取り付けられた特定のレベルの水平支持体１１４を越えて外側に延びることができる。言うまでもなく、必ずしもすべてのレベルがガイド支持体１３０を含む必要があるわけではない。一実施形態では、１つのレベルだけがガイド支持体１３０を含むことができる。他の諸実施形態では、２つ以上のレベルがガイド支持体１３０を含むことができる。

この実施形態では、各ガイド支持体１３０は、前述のレールではなく、ガイド支持体１３０の遠位端に取り付けられたホイール３０２を含むことができる。これらのホイール３０２は、可撓性のものとすることができ、一実施形態では回転することができる。本発明の諸実施形態が、図２および図３に示した実施形態のいくつかの部分またはすべての部分を含むことができることを理解されたい。すなわち、一部のガイド支持体１３０がレールに結合し、他のガイド支持体１３０がホイールに結合することができる。

一実施形態では、ガイド支持体１３０は、応力下でそれらの元の向きから撓むことができるように取り付けることができる。例えば、ガイド支持体１３０は、それらの撓みを可能にする、ばね部分を含むことができる。さらに、ガイド支持体１３０は、外側部分１０４が基礎に向かって降下されるときに、外側部分１０４にもう少しで触れる距離までガイド支持体１３０が延びるように、サイズ設定することができる。したがって、強風下でも、外側部分１０４の運動を制限することができ、また、外側部分１０４がガイド支持体１３０と接触した場合に外側部分１０４が内側部分に与える可能性のある運動エネルギーの量を制限することができる。

本発明について、限られた数の実施形態だけに関して詳細に記載したが、本発明がそのような開示した実施形態だけに限定されないことが容易に理解されるはずである。より正確にいえば、本発明は、上述していない、しかし本発明の趣旨および範囲と同等である任意の数の変形、変更、置換、または均等な構成を組み込むように修正することができる。さらに、本発明の様々な実施形態を記載したが、本発明の諸態様が、ここに記載の実施形態のうちの一部だけを含むことができることを理解されたい。したがって、本発明を以上の記載によって制限されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限される。

１００ 塔
１０２ 内側部分
１０４ 外側部分
１０６ 変換器レベル
１０８ 制御装置レベル
１１０ 変圧器レベル
１１２ 電気変換ユニット
１１４ 水平支持体
１１６ 上方に延びる支持体
１４０ 基礎
１３０ ガイド支持体
１３２ 外部レール
２０２ 構造要素
３０２ ホイール

Claims (10)

1. 塔のための外側カバーを形成する外側部分（１０４）と、
   前記外側部分の内部に配置された内側部分（１０２）とを含んでおり、前記内側部分が、
   上方に延びる支持体（１１６）、および前記上方に延びる支持体を越えて外側に延びる電気構成部品を含む、事前組立パワーモジュールと、
   前記上方に延びる支持体に第１の端部で結合した、前記電気構成部品を越えて外側に延びるガイド支持体（１３０）とを含む、塔（１００）。
2. 前記内側部分が、
   前記ガイド支持体のうちの少なくとも１つの第２の端部に結合した、前記内側部分の少なくとも一部分に沿って延びる外部レール（１３２）をさらに含む、請求項１記載の塔。
3. 前記内側部分が、
   前記ガイド支持体のうちの別の少なくとも１つの第２の端部に結合したホイール（３０２）をさらに含む、請求項２記載の塔。
4. 前記内側部分が、
   前記ガイド支持体のうちの別のものの第２の端部に結合した、前記内側部分の少なくとも一部分に沿って延びる追加の外部レール（１３２）をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塔。
5. 前記内側部分が、
   前記ガイド支持体のうちの少なくとも１つの第２の端部に結合したホイールをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塔。
6. 前記ガイド支持体が外力に応答して撓む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塔。
7. 前記事前組立パワーモジュールが、
   追加の１つまたは複数の、上方に延びる支持体をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の塔。
8. 前記内側部分および前記外側部分が基礎によって支持される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塔。
9. 前記内側部分が、
   追加の事前組立パワーモジュールをさらに含んでおり、前記追加の事前組立パワーモジュールが、上方に延びる支持体と、前記上方に延びる支持体を越えて外側に延びる、前記事前組立パワーモジュールの上に配置された電気構成部品とを含んでおり、前記追加の事前組立パワーモジュールが、また、前記上方に延びる支持体に第１の端部で結合した、前記電気構成部品を越えて外側に延びるガイド支持体を含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の塔。
10. 前記事前組立パワーモジュールの前記ガイド支持体のうちの１つに結合し、また前記追加の事前組立パワーモジュールの前記ガイド支持体のうちの１つに結合した、外部レールをさらに含む、請求項９記載の塔。

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