特開 2024-147493 電流伝達エレメント並びに電流伝達エレメントを備える電気機械及び風力タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147493

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】電流伝達エレメント並びに電流伝達エレメントを備える電気機械及び風力タービン

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/40 20160101AFI20241008BHJP

   F03D 80/30 20160101ALI20241008BHJP

   H05F 3/04 20060101ALI20241008BHJP

   H05F 3/02 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H02K11/40

F03D80/30

H05F3/04 G

H05F3/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024024163

(22)【出願日】2024-02-21

(31)【優先権主張番号】23382208.9

(32)【優先日】2023-03-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】513131419

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック レノバブレス エスパーニャ， エセ．エレ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】ホアン・サンチェス・アラーコン

(72)【発明者】

【氏名】フランチェスカ・カペリ

(57)【要約】

【課題】電気機械において、変形及び運動による電流伝達エレメントと回転子の間の距離の変動の問題を解決する。
【解決手段】機械の第１の部品（３００）に装着されるように構成された電流伝達エレメント（１００）を提供する。機械は、第１の部品に対して回転するように構成された第２の部品（２００）を備えており、第２の部品は導電体を含む。電流伝達エレメント（１００）は、遊動式導体アセンブリと支持体（１２０）とを備えており、遊動式導体アセンブリは、支持体（１２０）に弾性連結された遊動式シャーシ（１１１）を備えており、遊動式シャーシは、第２の部品（２００）に接触するように構成されたローラ（１１２）上に配置され、かつ第２の部品（２００）の導電体から電流を伝達するように構成された遊動式導体（１１３）を担持する。遊動式導体アセンブリを含む発電機及び電気機械、並びにかかる発電機を含む直接駆動風力タービンも提供する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械の第１の部品（３００）に装着されるように構成された電流伝達エレメント（１００）であって、前記機械が、第１の部品に対して回転するように構成された第２の部品（２００）を備えており、第２の部品が導電体を含んでおり、
当該電流伝達エレメント（１００）が、遊動式導体アセンブリと支持体（１２０）とを備えており、
前記遊動式導体アセンブリが、前記支持体（１２０）に弾性連結された遊動式シャーシ（１１１）を備えており、前記遊動式シャーシが、第２の部品（２００）に接触するように構成されたローラ（１１２）上に配置され、かつ第２の部品（２００）の導電体から電流を伝達するように構成された遊動式導体（１１３）を担持する、電流伝達エレメント（１００）。

【請求項2】

前記ローラ（１１２）が、実質的に非導電性の材料で作られている、請求項１に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項3】

前記遊動式導体（１１３）が接地システムの一部である、請求項１又は請求項２に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項4】

前記遊動式導体（１１３）が避雷システムの一部である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項5】

前記遊動式導体（１１３）が、カーボンブラシ又はスパークギャップの少なくとも一方である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項6】

前記遊動式導体（１１３）が、平行に配置された２以上の導電体を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項7】

前記遊動式シャーシ（１１１）が、少なくとも電気絶縁体（１１５）を介して前記遊動式導体（１１３）に取り付けられている、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項8】

前記遊動式シャーシ（１１１）が、バネ及び油圧式ショックアブソーバの一方を介して前記支持体（１２０）に弾性連結されている、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項9】

前記遊動式シャーシ（１１１）が、２つの遊動式導体（１１３）を担持する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項10】

前記遊動式導体（１１３）が、第２の部品（２００）の導電体から接地に電流を伝達するように構成されている、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項11】

第１の部品（３００）が電気機械の固定子であり、第２の部品（２００）が前記電気機械の回転子である、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電流伝達エレメント（１００）。

【請求項12】

固定子、回転子及び固定子と回転子の間に半径方向に配置されたエアギャップを備える電気機械であって、
前記固定子が、請求項１１に記載の電流伝達エレメント（１００）を備える、電気機械。

【請求項13】

前記遊動式導体（１１３）が、軸方向に延在して前記回転子に接触するカーボンブラシであるか、或いは、前記遊動式導体（１１３）が、前記回転子のスパークギャップの第２の電極から軸方向に隔てられたスパークギャップの第１の電極である、請求項１２に記載の電気機械。

【請求項14】

当該電気機械が発電機である、請求項１２又は請求項１３に記載の電気機械。

【請求項15】

請求項１４に記載の発電機を備える直接駆動風力タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電流伝達エレメント並びにかかるエレメントを含む電気機械及び風力タービンに関する。

【背景技術】

【0002】

モータ及び発電機のような電気機械は、一般に、固定子構造に対して回転する回転子構造を備える。かかる発電機は、例えば風力タービンに使用し得る。

【0003】

回転子は内部構造体であり、固定子は外部構造体である。この場合の固定子は、回転子を半径方向に取り囲んでいてもよい。或いは、構成はこれと逆であってもよく、回転子が固定子を半径方向に取り囲んでいてもよい。

【0004】

様々な状況下で回転子から固定子への電流伝達が必要とされることがある。例えば、落雷の場合、機械部品の損傷を回避し、機械の正しい機能を担保するために、回転子から固定子への、さらに風力タービンのタワーの下方への電流経路を設ける必要があることがある。この目的には、スパークギャップ又はカーボンブラシを使用し得る。

【0005】

接地システムを用いて、電気機械の回転子を大地に電気的に接続して、電気的に接地した構成要素を通して不要な静電気などを放電するための経路を与えることが知られている。この目的には、カーボンブラシを使用できる。

【0006】

場合によっては、接地システムを構成する電気機械は、変形及び望ましくない運動に付されることがある。これらの運動及び変形は、電気機械に慎重に取り付けられた電流伝達エレメントと回転子の間の距離に影響を与えかねない。その結果、電流伝達エレメントの正しい機能、ひいては接地システム全体の機能に影響を与えかねない。

【0007】

かかる問題は、例えば直接駆動風力タービン発電機で発生するおそれがある。直接駆動発電機は非常に大きな電気機械であるが、スパークギャップ素子間の距離は好ましくは非常に小さい。たとえ小さな変形及び運動（突風その他の部品負荷などに起因するもの）であっても、問題を生じかねない。ただし、同様の問題は、他の電気機械（特に大型電気機械、とりわけ大きな外部負荷に付される大型電気機械）でも起こりかねない。

【0008】

本開示は、上述の短所の幾つかを少なくとも部分的に解決するための方法及び装置を提供する。

【発明の概要】

【0009】

本開示技術の態様では、電流伝達エレメントを提供する。電流伝達エレメントは、機械の第１の部品に装着されるように構成されており、機械は、第１の部品に対して回転するように構成された第２の部品を備えており、第２の部品は導電体を含む。電流伝達エレメントは、遊動式導体アセンブリと支持体とを備える。さらに、遊動式導体アセンブリは、支持体に弾性連結された遊動式シャーシを備える。遊動式シャーシは、第２の部品に接触するように構成されたローラ上に配置される。遊動式シャーシは、第２の部品の導電体から電流を伝達するように構成された遊動式導体を担持する。

【0010】

この態様では、遊動式導体アセンブリと第２の部品の間の調整可能な接触圧力が達成され、遊動式導体と第２の部品の間の距離を維持し得る。第２の部品の位置は、作動中に変化し得る。第２の部品に接触するように構成されたローラ上に配置され、かつ支持体に弾性連結された遊動式シャーシを設けることによって、第２の部品の運動に伴って電流伝達エレメントの位置を調整することができる。すると、最適な距離を維持することができる。

【0011】

別の態様では、固定子、回転子、及び固定子と回転子の間に半径方向に配置されたエアギャップを備える電気機械を提供する。固定子は、回転子から固定子に電流を流すように構成された電流伝達エレメントを備える。電流伝達エレメントは、回転子に接触するように構成されたローラと、ローラに担持され、かつ固定子に弾性連結された遊動式シャーシとを備える。遊動式シャーシは、回転子から固定子に電流を伝達するように構成された遊動式導体を担持する。

【0012】

本開示技術の別の態様では、固定子、回転子、及び固定子と回転子の間に半径方向に配置されたエアギャップを備える直接駆動風力タービン発電機を提供する。固定子は、回転子から固定子に電流を流すように構成された電流伝達エレメントを備える。電流伝達エレメントは、回転子に接触するように構成されたローラと、ローラに担持され、かつ固定子に弾性連結された遊動式シャーシとを備える。遊動式シャーシは、回転子から固定子に電流を伝達するように構成された遊動式導体を担持する。

【0013】

本開示技術の実施形態のその他の目的、利点及び特徴については、以下の詳細な説明から当業者には明らかとなろうし、或いは本技術の実施を通して習得できるものもあろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】風力タービンの一例の概略斜視図。

【図2】風力タービンのハブ及びナセルの一例を示す図。

【図3】本開示技術に係る電流伝達エレメントの一例の概略斜視図。

【図4】電流伝達エレメントの別の例の概略斜視図。

【図5a】図４の電流伝達エレメントを備える電気機械の概略図。

【図5b】図５ａに示す電気機械に取り付けられた電流伝達エレメント１００のうちの１つの拡大概略斜視図。

【図6】本開示技術に従って機械に電流伝達エレメントを取り付ける方法の一例のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示技術の様々な実施形態について詳細に説明し、その１以上の実施例を図面に示す。各実施例は、本技術を限定するものではなく、例示のためのものである。実際、特許請求の範囲に記載された技術的範囲及び技術的思想を逸脱することなく、本技術に様々な修正及び変更をなし得ることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示又は記載された特徴を、別の実施形態と共に用いてさらに別の実施形態とすることができる。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲に属する修正及び変更を包含する。

【0016】

図１は、風力タービン１０の一例の斜視図である。この例では、風力タービン１０は水平軸風力タービンである。或いは、風力タービン１０は、垂直軸風力タービンであってもよい。この例では、風力タービン１０は、地表面１２の支持システム１４から延在するタワー１５と、タワー１５に取り付けられたナセル１６と、ナセル１６に結合したロータ１８とを含む。ロータ１８は、回転可能なハブ２０と、ハブ２０に結合しかつハブ２０から外側に延在する１枚以上のロータブレード２２とを含む。この例では、ロータ１８は３枚のロータブレード２２を有する。別の実施形態では、ロータ１８は、３枚未満又は３枚超のロータブレード２２を含む。タワー１５は、支持システム１４とナセル１６の間の空洞（図１には図示せず）を画成するための管状鋼から製造し得る。別の実施形態では、タワー１５は、任意の適切な高さを有する任意の適切なタイプのタワーである。別の実施形態では、タワーは、コンクリート製部分と管状鋼部分とを含むハイブリッドタワーであってもよい。また、タワーは部分的又は完全な格子タワーであってもよい。

【0017】

ロータブレード２２は、ロータ１８を回転させて運動エネルギーを風から使用可能な機械的エネルギー、ひいては電気エネルギーへと伝達できるように、ハブ２０の周りに離間して配置される。ロータブレード２２は、ブレード根元部２４を複数の荷重伝達領域２６でハブ２０に結合することによってハブ２０に連結される。荷重伝達領域２６は、ハブ荷重伝達領域及びブレード荷重伝達領域（いずれも図１には図示せず）を有していてもよい。ロータブレード２２で惹起された荷重は、荷重伝達領域２６を介してハブ２０に伝達される。

【0018】

幾つかの例では、ロータブレード２２は、約１５ｍ～約９０ｍ以上の範囲の長さを有し得る。ロータブレード２２は、本明細書に記載の機能を風力タービン１０が発揮し得る任意の適切な長さを有し得る。例えば、ブレード長の非限定的な例として、２０ｍ以下、３７ｍ、４８．７ｍ、５０．２ｍ、５２．２ｍ又は９１ｍ超の長さが挙げられる。風向２８からロータブレード２２に風が当たると、ロータ１８はロータ軸３０の周りで回転する。ロータブレード２２が回転して遠心力を受けると、ロータブレード２２にも様々な力及びモーメントが加わる。そこで、ロータブレード２２は、中立又は非撓み位置から撓み位置まで撓む及び／又は回転し得る。

【0019】

さらに、ロータブレード２２のピッチ角（すなわち風向に対するロータブレード２２の向きを定める角度）は、風ベクトルに対する１以上のロータブレード２２の角度位置の調整によって風力タービン１０で発生する荷重及び電力を制御するためのピッチシステム３２によって変更し得る。ロータブレード２２のピッチ軸３４が示してある。風力タービン１０の運転中、ピッチシステム３２は、特にロータブレード（の部分）の迎角が小さくなるようにロータブレード２２のピッチ角を変化させることができ、回転速度の低下を促進し、及び／又はロータ１８の失速を促進する。

【0020】

この例では、各ロータブレード２２のブレードピッチは、風力タービンコントローラ３６又はピッチ制御システム８０によって個々に制御される。或いは、全てのロータブレード２２に対するブレードピッチは、制御システムによって同時に制御してもよい。

【0021】

また、この例では、風向２８の変化に伴って、ロータブレード２２を風向２８に対して位置付けるため、ナセル１６のヨー方向をヨー軸３８の周りで回転させてもよい。

【0022】

この例では、風力タービンコントローラ３６は、ナセル１６内に集中化したものとして示してあるが、風力タービンコントローラ３６は、風力タービン１０全体、支持システム１４上、風力発電所内及び／又は遠隔制御センターにおける分散システムとしてもよい。風力タービンコントローラ３６は、本明細書に記載の方法及び／又はステップを実行するように構成されたプロセッサ４０を含む。さらに、本明細書に記載の他の部品の多くは、プロセッサを含む。

【0023】

本明細書で用いる「プロセッサ」という用語は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されず、広義に、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路その他のプログラマブル回路をいい、これらの用語は、本明細書で互換的に用いられる。プロセッサ及び／又は制御システムは、メモリ、入力チャネル及び／又は出力チャネルも含むことができる。

【0024】

図２は、風力タービン１０の一部の拡大断面図である。この例では、風力タービン１０は、ナセル１６と、ナセル１６に回転可能に結合したロータ１８とを含む。さらに具体的には、ロータ１８のハブ２０は、主軸４４、ギアボックス４６、高速軸４８及びカップリング５０によってナセル１６内に位置する電動発電機４２に回転可能に結合している。この例では、主軸４４は、ナセル１６の長手軸（図示せず）に対して少なくとも部分的に同軸に配置されている。主軸４４の回転はギアボックス４６を駆動し、次いでギアボックス４６はロータ１８及び主軸４４の比較的遅い回転運動を高速軸４８の比較的速い回転運動に変換することによって高速軸４８を駆動する。後者は、カップリング５０によって電気エネルギーを生成するための発電機４２に接続されている。さらに、４００Ｖ～１０００Ｖの間の電圧を有する発電機４２によって生成された電気エネルギーを中電圧（１０～３５ＫＶ）の電気エネルギーに変換するために、変圧器９０及び／又は適切な電子機器、スイッチ、及び／又はインバータがナセル１６内に配置されることもある。電気エネルギーは、ナセル１６からタワー１５へ電力ケーブルを介して伝導される。

【0025】

ギアボックス４６、発電機４２及び変圧器９０は、ナセル１６の主支持構造フレームによって支持してもよく、適宜メインフレーム５２として具現化される。ギアボックス４６は、１以上のトルクアーム１０３によってメインフレーム５２に接続されたギアボックスハウジングを含んでいてもよい。この例では、ナセル１６は、主前方支持軸受６０及び主後方支持軸受６２も含む。さらに、発電機４２は、特に発電機４２の振動がメインフレーム５２に導入され、それによって騒音発生源となるのを防止するために、デカップリング支持手段５４によってメインフレーム５２に取り付けることができる。

【0026】

適宜、メインフレーム５２は、ロータ１８及びナセル１６の部品の重量並びに風及び回転荷重によって生じる全荷重を担持するように構成され、さらに、これらの荷重を風力タービン１０のタワー１５に導入する。ロータシャフト４４、発電機４２、ギアボックス４６、高速軸４８、カップリング５０、並びに限定されるものではないが、支持体５２、前方支持軸受６０及び後方支持軸受６２を始めとする関連する締結、支持、及び／又は固定装置は、駆動トレイン６４と呼ばれることもある。

【0027】

幾つかの例では、風力タービンは、ギアボックス４６のない直接駆動風力タービンであってもよい。発電機４２は、直接駆動風力タービンにおけるロータ１８と同じ回転数で作動する。従って、それらは一般に、同程度の電力を供給するためのギアボックス４６を有する風力タービンで使用される発電機よりもはるかに大きい直径を有する。

【0028】

ナセル１６は、風向２８に対するロータブレード２２の全体的位置を制御するために、ヨー軸３８の周りでナセル１６、さらにはロータ１８を回転させるために使用し得るヨー駆動機構５６を含んでいてもよい。

【0029】

ナセル１６を風向２８に対して適切に位置決めするために、ナセル１６は、風向計及び風速計を始めとする１以上の気象測定システム５８を含んでいてもよい。気象測定システム５８は、風向２８及び／又は風速を始めとする情報を風力タービンコントローラ３６に供給し得る。この例では、ピッチシステム３２は、ピッチアセンブリ６６としてハブ２０内に少なくとも部分的に配置されている。ピッチアセンブリ６６は、１以上のピッチ駆動システム６８及び１以上のセンサ７０を含む。各ピッチ駆動システム６８は、ピッチ軸３４に沿ってロータブレード２２のピッチ角を変調するため各ロータブレード２２（図１に示す）に結合している。図２には、３つのピッチ駆動システム６８の１つだけを示す。

【0030】

この例では、ピッチアセンブリ６６は、ハブ２０に結合した１以上のピッチ軸受７２と、ピッチ軸３４の周りで各ロータブレード２２を回転させるための各ロータブレード２２（図１に示す）とを含む。ピッチ駆動システム６８は、ピッチ駆動モータ７４と、ピッチ駆動ギアボックス７６と、ピッチ駆動ピニオン７８とを備える。ピッチ駆動モータ７４は、ピッチ駆動ギアボックス７６に機械的な力を与えるようにピッチ駆動ギアボックス７６に結合している。ピッチ駆動ギアボックス７６はピッチ駆動ピニオン７８に結合しており、ピッチ駆動ギアボックス７６によってピッチ駆動ピニオン７８が回転する。ピッチ軸受７２はピッチ駆動ピニオン７８に結合しており、ピッチ駆動ピニオン７８の回転によってピッチ軸受７２の回転を生じる。

【0031】

ピッチ駆動システム６８は、風力タービンコントローラ３６から１以上の信号を受信したときにロータブレード２２のピッチ角を調整するため、風力タービンコントローラ３６に連結している。この例では、ピッチ駆動モータ７４は、ピッチアセンブリ６６が本明細書に記載の通り機能できるようにする電力及び／又は油圧システムによって駆動される任意の適切なモータである。或いは、ピッチアセンブリ６６は、任意の適切な構造、構成、配置並びに／或いは、限定されるものではないが、油圧シリンダ、バネ及び／又はサーボ機構などの部品を含んでいてもよい。ある実施形態では、ピッチ駆動モータ７４は、ハブ２０の回転慣性及び／又は風力タービン１０の部品にエネルギーを供給する備蓄エネルギー源（図示せず）から抽出されるエネルギーによって駆動される。

【0032】

ピッチアセンブリ６６は、特定の優先的状況及び／又はロータ１８の過速度の場合に、風力タービンコントローラ３６からの制御信号に従ってピッチ駆動システム６８を制御するための１以上のピッチ制御システム８０を含んでいてもよい。この例では、ピッチアセンブリ６６は、風力タービンコントローラ３６から独立してピッチ駆動システム６８を制御するための各ピッチ駆動システム６８に通信可能に結合した１以上のピッチ制御システム８０を含む。この例では、ピッチ制御システム８０は、ピッチ駆動システム６８及びセンサ７０に結合している。風力タービン１０の正常運転中、風力タービンコントローラ３６は、ロータブレード２２のピッチ角を調整するようにピッチ駆動システム６８を制御して得る。

【0033】

一実施形態では、例えば、電池及び電気キャパシタを含む電力発生器８４は、ハブ２０に又はハブ２０内に配置され、センサ７０、ピッチ制御システム８０及びピッチ駆動システム６８に電力源を提供するためこれらの部品に結合される。この例では、電力発生器８４は、風力タービン１０の運転中にピッチアセンブリ６６に継続的な電力源を提供する。別の実施形態では、電力発生器８４は、風力タービン１０の電力喪失時にだけピッチアセンブリ６６に電力を供給する。電力喪失事象としては、電力網の喪失又はディップ、風力タービン１０の電気システムの誤作動、及び／又は風力タービンコントローラ３６の故障が挙げられる。電力喪失の際に、電力発生器８４は、ピッチアセンブリ６６が電力喪失事象中も作動できるように、ピッチアセンブリ６６に電力を供給するように作動する。

【0034】

この例では、ピッチ駆動システム６８、センサ７０、ピッチ制御システム８０、ケーブル及び電力発生器８４は、各々、ハブ２０の内面８８によって画成されるキャビティ８６内に配置される。別の実施形態では、これらの部品は、ハブ２０の外側屋根面に対して配置され、外側屋根面に直接的又は間接的に結合し得る。

【0035】

図３は、本開示技術の一例に係る電流伝達エレメント１００の一例の概略斜視図を示す。電流伝達エレメント１００は、機械の第１の部品に装着されるように構成されており、機械は、第１の部品に対して回転するように構成された第２の部品を備えており、第２の部品は導電体を含む。特に、図３は、遊動式導体アセンブリ及び支持体１２０を含む電流伝達エレメント１００を示す。遊動式導体アセンブリは、支持体１２０に弾性連結され、ローラ１１２上に配置された遊動式シャーシ１１１を備える。ローラ１１２は、第２の部品に接触するように構成されている。遊動式シャーシ１１１は、遊動式導体１１３を担持する。遊動式導体１１３は、第２の部品の導電体から電流を流すように構成されている。

【0036】

支持体に弾性連結した遊動式シャーシを設けることによって、電流伝達エレメントの軸方向位置の調整、したがって遊動式導体と第２の部品の間の距離の調整が可能となる。機械の第２の部品は傾斜、又はその他の運動もしくは変形することがある。これらの運動は、電流の転送に影響を与えかねない。遊動式シャーシを支持体に弾性連結することによって、第２の部品が様々な種類の（望ましくない）運動を起こした場合であっても、機械の第２の部品から公称距離にとどまる電流伝達エレメントが得られる。顕著な運動又は変形の場合出会っても、電流伝達エレメントの損傷を回避できる。

【0037】

電流伝達エレメント１００は、回転子と固定子とを備える電気機械に装着されるように構成し得る。したがって、電流伝達エレメントの支持体１２０は、電気機械の固定部品、すなわち固定子に装着されるように構成し得る。さらに、電流伝達エレメントのローラ１１２は、電気機械の回転子に接触するように構成し得る。すなわち、この例では、第１の部品は電気機械の固定子であってもよく、第２の部品は電気機械の回転子であってもよい。電気機械の回転子からの電流は電流伝達エレメントに伝達され、電流伝達エレメントによって電流は接地に伝達され、電気機械の損傷を防止することができる。

【0038】

別の例では、電流伝達エレメントの支持体１２０を電気機械の回転子に装着し、ローラ１１２を固定子に接触させてもよく、すなわち、第１の部品は回転子であってもよく、第２の部品は固定子であってもよい。

【0039】

幾つかの例では、遊動式シャーシ１１１は、実質的に直方体形状を有し得る。遊動式シャーシは、他の適切な形状、例えば、丸い形状を有していてもよい。加えて、遊動式シャーシ１１１は、支持体１２０の１以上のシャフトを少なくとも部分的に受け入れるように構成された１以上の穴を備えていてもよい。幾つかの例では、穴は貫通穴であってもよい。遊動式シャーシは、穴を通して支持体に弾性連結してもよく、遊動式シャーシ１１１を軸方向に移動させることができるようになる。

【0040】

図３に示すように、遊動式シャーシ１１１は、ローラ１１２上に配置される。ローラ１１２は、電流が電流伝達エレメントから機械の第２の部品に伝達される（例えばローラを介して回転子に戻る）ことがないように、実質的に非導電性の材料で作ることができる。ローラは、機械の第２の部品に接触するように構成されるので、適切な耐摩耗性材料で作成してもよい。遊動式シャーシ１１１は、支持体のシャフトに沿って軸方向に移動してもよく、ローラ１１２と機械の第２の部品の間の接触圧力を調整し得る。

【0041】

遊動式シャーシ１１１は、遊動式導体１１３を担持する。遊動式導体１１３は、機械の第２の部品の導電体から電流を伝達するように構成し得るいかなる構成要素であってもよい。遊動式導体１１３は、カーボンブラシ１１６又はスパークギャップ１１７の少なくとも一方であってもよい。

【0042】

幾つかの例では、遊動式導体は、接地システムの一部であってもよく、機械の第２の部品の導電体から接地への電流経路をもたらす。別の例では、遊動式導体１１３は、避雷システムの一部であってもよく、機械の第２の部品の導電体から接地に雷電流を伝える経路をもたらして、機械を雷から保護し得る。

【0043】

本開示を通して、接地とは、例えば風力タービンタワーを通しての、アースへの直接接続と解される。

【0044】

幾つかの例では、遊動式導体は、避雷システムの一部としてのスパークギャップであってもよく、機械の第２の部品から軸方向に隔てられていてもよい。幾つかの例では、遊動式導体は、機械の第２の部品上のスパークギャップの第２の電極から軸方向に隔てられたスパークギャップの第１の電極とし得る。第１の電極と第２の電極は、それらの間の電流伝達が担保されるように、最小距離（例えば２ｍｍ未満）にある必要がある。スパークギャップを担持し、第２の部品に接触するローラ上に配置され、かつ支持体に弾性連結された遊動式シャーシを設けることによって、第２の部品がチルト運動していても、スパークギャップの第１の電極と第２の電極の間の最小距離を確保し得る。

【0045】

幾つかの例では、遊動式導体１１３はカーボンブラシ１１６であってもよく、軸方向に延在し、第２の部品と接触して、第２の部品から接地への電流経路を形成し得る。カーボンブラシと第２の部品の間の接触圧力は、有効な電流伝達を確保する上で決定的なものとなり得る。カーボンブラシ１１６は、ブラシホルダと共に遊動式シャーシ１１１に配置し得る。カーボンブラシは、放電のため並びに回転子と固定子の間の静電気の蓄積防止のために使用できる。

【0046】

機械の運動は、カーボンブラシと機械の第２の部品の間の接触圧力を変化させるおそれがあり、カーボンブラシの適切な機能に重要である。過度の接触圧力はブラシの急速な摩耗を招き、カーボンブラシの致命的な損傷をもたらしかねないのに対して、カーボンブラシと第２の部品との接触不良は電流の伝達に支承をきたす。本開示技術の電流伝達エレメント１００は、遊動式シャーシ１１１によって担持されるカーボンブラシの軸方向位置の調整が可能であり、カーボンブラシと機械の第２の部品の間の適切な接触圧力を確保し得る。

【0047】

さらに、遊動式導体１１３を遊動式シャーシ１１１に固定して取り付けて、遊動式シャーシ１１１の軸方向移動が遊動式導体１１３の軸方向移動を生じるようにしてもよい。これによって遊動式導体アセンブリの軸方向位置の調整が可能となって、効果的な電流伝達を確保することができるが、最適な機能には、電流を効果的に伝達するために遊動式導体１１３が、機械の第２の部品から一定の距離に位置する必要があるからである。

【0048】

幾つかの例では、電流伝達エレメント１００は、第１の導電体と第２の導電体とを備えていてもよい。図３に示すように、電流伝達エレメント１００は、平行に配置された２つの導電体を備えていてもよい。図３の例示的な電流伝達エレメントは、遊動式シャーシ１１１に取り付けられたスパークギャップ１１７と、ブラシホルダ内に配置され、スパークギャップ１１７と平行に配置されたカーボンブラシ１１６とを備える。２つの導電体を含む電流伝達エレメントは、追加の電流経路がもたらされるので、１つの導電体しか含まない電流伝達エレメントよりも信頼性が高くなる。第２の導電体は、第１の導電体が故障した場合のバックアップとしても機能し得る。

【0049】

遊動式シャーシ１１１は、少なくとも電気絶縁体１１５を介して遊動式導体１１３に取り付けてもよい。図３は、２つの電気絶縁体と共に遊動式導体１１３に取り付けられた遊動式シャーシ１１１を示す。電気絶縁体を使用すると、電流が接地経路を辿るように担保できる。

【0050】

さらに、電流伝達エレメント１００は、支持体１２０を備える。支持体１２０は、機械の第１の部品に取り付けることのできる電流伝達エレメントの一部であってもよい。加えて、支持体１２０は１以上のシャフトを備えていてもよく、シャフトは、遊動式シャーシ１１１の穴を貫通して延在し、支持体を遊動式シャーシに接続する。図３の例では、支持体１２０は、遊動式シャーシの２つの穴を貫通して延在する２つのシャフト１２２を備える。

【0051】

図３に示すように、電流伝達エレメントの遊動式シャーシ１１１は、支持体１２０に弾性連結される。幾つかの例では、遊動式シャーシ１１１は、バネ１２３及び油圧式ショックアブソーバの一方を介して支持体に弾性連結し得る。バネ１２３は、シャフト１２２の周囲に配置されたコイルバネであってもよい。バネ又は油圧式ショックアブソーバは、遊動式シャーシに圧力を伝達して、遊動式導体アセンブリの軸方向移動をもたらし、ローラと第２の部品の間の接触圧力を調整する。

【0052】

したがって、遊動式シャーシを支持体に弾性連結すると、チルト運動が関与する場合であっても、機械の第２の部品と一定の距離を維持できる電流伝達エレメントが得られる。遊動式導体アセンブリの位置の軸方向調整が可能となり、遊動式導体と機械の第２の部品の間の距離を調整し得る。

【0053】

図４は、電流伝達エレメント１００の別の例を示す。図４の例では、電流伝達エレメント１００は、第１及び第２の支持体１２０と、第１及び第２の遊動式導体１１３を含む遊動式導体アセンブリとを備える。図４は、遊動式導体アセンブリのローラ１１２が機械の第２の部品２００（例えば電気機械の回転子）に接触していることを示す。

【0054】

図４に示す遊動式導体アセンブリは、第１及び第２の支持体１２０に弾性連結し得る遊動式シャーシ１１１を備えていてもよい。支持体の各々は、遊動式シャーシ内の穴を貫通して延在し得る１以上のシャフトを備えており、各支持体を遊動式シャーシに接続する。

【0055】

さらに、遊動式シャーシ１１１は、２つの支持体１２０の間に位置し得るローラ１１２上に配置してもよい。遊動式シャーシ１１１は、第２部品の導電体から電流を伝達するように構成された第１及び第２の遊動式導体１１３を担持し得る。第１及び第２の遊動式導体１１３は、ローラ１１２の両側に配置してもよく、換言すると、ローラ１１２は、第１の遊動式導体１１３と第２の遊動式導体１１３の間に配置し得る。

【0056】

図４の例では、遊動式導体１１３の各々は、平行に配置されたスパークギャップ１１７とブラシホルダ１１６とを備えており、これらは、第２の部品２００の導電体から接地に電流を伝達するように構成されている。２つの遊動式導体１１３及び２つの支持体１２０を含む電流伝達エレメント１００は、第２の部品から接地への電流伝達を促進し、信頼性の高い電流伝達エレメントをもたらす。

【0057】

別の例では、第１及び第２の遊動式導体１１３は異なる導電体を備えてもよく、例えば、第１の遊動式導体はスパークギャップ１１７を備えてもよく、第２の遊動式導体はカーボンブラシ１１６を備えてもよい。

【0058】

図５ａに、図４の電流伝達エレメント１００を備える電気機械４００の概略図を示す。電気機械４００は、固定子、回転子、及び固定子と回転子の間に半径方向に配置されたエアギャップを備える。固定子は、回転子から固定子に電流を流すように構成された電流伝達エレメント１００を備える。電流伝達エレメント１００は、回転子に接触するように構成されたローラ１１２と、ローラによって担持され、かつ固定子に弾性連結された遊動式シャーシ１１１とを備えており、遊動式シャーシは、回転子から固定子に電流を伝達するように構成された遊動式導体を有する。

【0059】

電気機械４００は、１以上の電流伝達エレメント１００を備える。図５ａに概略を示すように、電気機械４００は、電気機械に沿って周方向に離間し、回転子から固定子に電流を伝導するように構成された８つの電流伝達エレメント１００を備えていてもよい。

【0060】

図５ｂは、図５ａに示す電気機械４００に装着された電流伝達エレメント１００の１つの拡大斜視図である。電流伝達エレメント１００は、機械の回転子２００に接触するローラ１１２を備える。図５ｂは、電流伝達エレメント１００の遊動式シャーシ１１１が、機械の固定部品３００に弾性連結されていることを示す。

【0061】

固定部品３００は、回転子から軸方向に隔てられている。ローラ１１２は、回転子からの軸方向運動又は変形に伴って移動する。遊動式導体アセンブリも運動及び変形に伴って軸方向に移動し、バネ（上述）が圧縮及び伸長される。

【0062】

本開示技術の別の態様では、直接駆動風力タービンを提供する。直接駆動風力タービンは、固定子、回転子、及び固定子と回転子の間に半径方向に配置されたエアギャップを備える。固定子は、回転子から固定子に電流を流すように構成された電流伝達エレメント１００を備える。電流伝達エレメント１００は、回転子に接触するように構成されたローラ１１２と、ローラ１１２によって担持され、かつ固定子に弾性連結された遊動式シャーシ１１１とを備えており、遊動シャーシ１１１は、回転子から固定子に電流を伝達するように構成された遊動式導体１１３を担持する。

【0063】

遊動式導体１１３はカーボンブラシ１１６であってもよく、カーボンブラシ１１６は軸方向に延在して直接駆動風力タービンの回転子と接触する。さらに、遊動式導体１１３はスパークギャップ１１７の第１の電極であってもよく、直接駆動風力タービンの回転子上のスパークギャップ１１７の第２の電極から軸方向に隔てられていてもよい。幾つかの例では、遊動式シャーシ１１１は２つの遊動式導体１１３を担持し得る。

【0064】

遊動式シャーシ１１１は、バネ１２３及び油圧式ショックアブソーバの一方を介して支持体に弾性連結し得る。

【0065】

加えて、遊動式導体１１３は、接地システム及び／又は避雷システムの一部であってもよい。

【0066】

本開示技術のさらに別の態様では、電流伝達エレメント１００を機械に取り付ける方法について開示する。方法６００の概略を図６に示す。

【0067】

方法６００は、ブロック６０２で、支持体１２０に弾性連結された遊動式シャーシ１１１を含む電流伝達エレメント１００を用意することを含んでおり、遊動式シャーシ１１１は、遊動式導体１１３を担持しており、かつローラ１１２上に配置される。さらに、本方法は、ブロック６０４で、電流伝達エレメントの支持体１２０を機械の固定部品３００に取り付けることを含んでおり、伝達エレメントのローラ１１２を機械の回転部品２００と接触させる導電体を備える。

【0068】

機械の回転部品は、チルト運動に付されることがある。こうした運動は、遊動式導体の正しい機能に影響を与えるおそがあり、電流が回転部品から遊動式導体に正常に伝達されないおそれがある。本方法は、回転部品及び固定部品がチルト運動の影響下にあっても、それらを電気的に接続する信頼性の高い方法を提供する。

【0069】

遊動式導体と回転部品の間の距離は、弾性支持体によって調整し得る。弾性支持体は、ローラ上に配置された遊動式シャーシの軸方向位置を調整し得る。

【0070】

幾つかの例では、遊動式導体と回転部品の間の距離の調整は、実質的に一定の距離を維持することを含む。遊動式導体と回転部品の間の距離が短すぎるときは、弾性支持体で遊動式導体アセンブリを支持体に向かって移動させる。遊動式導体と回転部品の間の距離が閾値を超えると、弾性支持体で遊動式導体アセンブリを回転部品に向かって軸方向に移動させる。したがって、浮遊導体と回転部品の間の距離の調整によって、第２の部品が様々な種類の（望ましくない）運動及び変形に付されていても、導電体を機械の第２の部品から一定の距離に保つことができる。

【0071】

回転部品から電流伝達エレメントに伝達される電流は、固定部品を介して接地に伝達してもよい。

【0072】

本明細書では、本発明を好ましい実施形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な別の例も包含する。かかる別の例は、特許請求の範囲と文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と非本質的な差しかない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。当業者であれば、本願に記載した様々な実施形態の様々な態様並びにかかる各態様について公知の他の均等物を適宜組み合わせて、本願の原則に則した追加の実施形態及び技術を構成することができる。図面に関する符号が特許請求の範囲に括弧書きで記載されている場合、そうした符号は、特許請求の範囲の記載を理解し易くするためのものにすぎず、特許請求の範囲に記載された技術的範囲を限定するものと解すべきではない。

【符号の説明】

【0073】

１００ 電流伝達エレメント
１１１ 遊動式シャーシ
１１２ ローラ
１１３ 遊動式導体
１１５ 電気絶縁体
１１６ カーボンブラシ
１１７ スパークギャップ
１２０ 支持体
１２３ バネ
２００ 第２の部品
３００ 第１の部品
４００ 電気機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【外国語明細書】