特表 2024-546083 電力接続モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-17

(54)【発明の名称】電力接続モジュール

(51)【国際特許分類】

   H02B 1/20 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

H02B1/20 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024532659

(86)(22)【出願日】2022-11-29

(85)【翻訳文提出日】2024-05-30

(86)【国際出願番号】 EP2022083705

(87)【国際公開番号】W WO2023099491

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】21211317.9

(32)【優先日】2021-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519081710

【氏名又は名称】シーメンス ガメサ リニューアブル エナジー エー／エス

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｇａｍｅｓａ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ａ／Ｓ

【住所又は居所原語表記】Ｂｏｒｕｐｖｅｊ １６， ７３３０ Ｂｒａｎｄｅ， Ｄｅｎｍａｒｋ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ブリアン ラスムッセン

(72)【発明者】

【氏名】カグリベイ エセン

【テーマコード（参考）】

5G016

【Ｆターム（参考）】

5G016DA51

(57)【要約】

電力接続モジュールが提供される。電力接続デバイスは、第１および第２のサブモジュールと、中間サブモジュールと、中間サブモジュールに配置された複数の導線とを含む。第１および第２のサブモジュールの各々は、複数の内部接続点および複数の外部接続点を含む。中間サブモジュールは、第１および第２のサブモジュールの間に配置され、中央部分を含む。複数の導線は、中間サブモジュールに配置され、少なくとも第１の相グループと第２の相グループとにグループ化され、ここで、第１の相グループにおける導線の電気相は、第２の相グループの導線の電気相とは異なる。中間サブモジュールのほぼ全ての中央部分において、複数の導線は、予め定められた行列断面を形成し、そのような予め定められた行列断面は、行および列を含む。そのような行列断面の隣接する行および／または列に配置された導線は、異なる相グループに属する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの別個のコンポーネントを共に電気的に結合するための電力接続モジュールであって、電力接続デバイスが、
第１および第２のサブモジュールであって、前記第１および第２のサブモジュールの各々は、複数の内部接続点および複数の外部接続点を含む、第１および第２のサブモジュールと、
前記第１のサブモジュールと前記第２のサブモジュールとの間に配置された中間サブモジュールであって、該中間サブモジュールは中央部分を含む、中間サブモジュールと、
前記中間サブモジュールに配置された複数の導線とを含み、
前記複数の導線は、少なくとも第１の相グループと第２の相グループとにグループ化され、
前記第１の相グループにおける導線によって導通される電気相は、前記第２の相グループの導線によって現下で導通される電気相とは異なり、
少なくとも、前記中間サブモジュールの断面において、前記複数の導線は、予め定められた行列断面を形成し、前記予め定められた行列断面は、行および列を含み、
そのような行列断面の隣接する行および／または列に配置された導線は、異なる相グループに属する、
電力接続モジュール。

【請求項2】

前記行列断面は、基本パターンを含む、請求項１記載の電力接続モジュール。

【請求項3】

前記基本パターンは、前記行列断面の隣接する列において１行ずつシフトされる、請求項２記載の電力接続モジュール。

【請求項4】

前記中間サブモジュールは、ハウジングを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の電力接続モジュール。

【請求項5】

前記ハウジングは、導電性材料から作製される、請求項４記載の電力接続モジュール。

【請求項6】

前記ハウジングは、非導電性材料から作製され、導電性メッシュを含む、請求項４記載の電力接続モジュール。

【請求項7】

前記複数の導線と外部電力コンポーネントとの間の角度のある接続を可能にするように構成された相互接続要素をさらに含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の電力接続モジュール。

【請求項8】

前記相互接続要素は、接合部によって共に結合された２つの側面を含む、請求項７記載の電力接続モジュール。

【請求項9】

前記相互接続要素は、複数の結合孔部を含む、請求項７または８記載の電力接続モジュール。

【請求項10】

２つ以上の相互接続モジュールを含む、請求項１から９までのいずれか１項記載の電力接続モジュール。

【請求項11】

風力タービンであって、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電力接続モジュールを含む、風力タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力コンポーネント接続モジュールに関する。

【0002】

背景技術
風力タービンの主電力コンポーネント、例えば変圧器、変換器、発電機などの間の電力接続には、第１の電力コンポーネントにおいて予め定められた接続点に接続される、すなわちボルト固定されるケーブルもしくはバスバーなどの長くて重い導線が必要とされ、次いで、それが作業員により、第２の電力コンポーネントまで運ばれ、そこで導線が予め定められた接続点に固定される。この組み立て手順は、多数の導線または導線端部について繰り返さなければならないため、非常に時間がかかり、複雑である。その他に、導線の長さは約１０ｍになる場合があり、あるいはいくつかの例ではそれ以上になることがあり、このことがさらに組み立てプロセスを複雑にしている。

【0003】

付加的に、ケーブルの誤配置は、性能不足、特定のケーブルの過負荷、不均一な電磁場の増加、さらには風力タービンの損傷または破壊、および／または操作者の重篤な負傷の原因になり得る火災につながる可能性がある。

【0004】

その結論として、合理的なコストで安全性を向上させながら、電力コンポーネント接続の組み立て時間と複雑さとを軽減する解決手段を提供する必要がある。

【0005】

発明の概要
第１の態様では、電力接続モジュールが提供される。この電力接続モジュールは、第１および第２のサブモジュールと、中間サブモジュールと、中間サブモジュールに配置された複数の導線とを含む。第１および第２のサブモジュールの各々は、複数の内部接続点および複数の外部接続点を含む。中間サブモジュールは、第１のサブモジュールと第２のサブモジュールとの間に配置され、中央部分を含む。複数の導線は、中間サブモジュールに配置され、少なくとも第１の相グループと第２の相グループとにグループ化され、ここで、第１の相グループにおける導線によって導通される電気相は、第２の相グループの導線によって導通される電気相とは異なる。中間サブモジュールのほぼ全ての中央部分において、複数の導線は、予め定められた行列断面を形成し、そのような予め定められた行列断面は、行および列を含む。そのような行列断面の隣接する行および／または列に配置された導線は、異なる相グループに属する。

【0006】

予め定められた行列断面を使用することにより、隣接する行および／または列において同じ電気相の導線を伴うことが回避され、これにより、中間サブモジュールにおける不均一な電流共有などの電気的な問題が防止され、付加的に、接続モジュールは、ケーブルの全容量を使用することができる。

【0007】

別個の（独立した）サブモジュールの使用は、接続モジュールのスケーラビリティを向上させる。中間サブモジュールを有することにより、第１および第２のサブモジュールを変更することなく、接続モジュールの長さを特定の状況に、すなわち２つの風力タービンコンポーネントの接続（距離）に適合化させることができる。つまり、２つ以上の中間サブモジュールを、要求なしで相互接続される２つのタービンコンポーネント間の距離に適合化させるために使用してよい。したがって、接続モジュールのモジュール性により、基本サブモジュール（第１、第２のサブモジュールおよび中間サブモジュール）を、例えば風力タービンの異なるコンポーネントへの異なる接続または異なる風力タービンモデルの構成への異なる接続を達成するために適合化することができるため、製造コストを低く抑えることができよう。

【0008】

その上さらに、異なるサブモジュールを使用することは、接続モジュールを予め組み立てられたユニットにさせ得るため、風力タービン内の発電機およびコンバータなどの２つの電力コンポーネント間の接続プロセスの複雑さが低減されよう。予め作製されたもしくは予め組み立てられたユニットは、その製造プロセスをサプライヤーに委託させてよいため、コストをさらに低減することができる。

【0009】

特許請求の範囲に記載の接続モジュールを使用することにより、操作者は複数の個別の導線を扱うのではなく、モジュールを使用するので誤配置のリスクが軽減され、これは接続品質の向上に寄与する。

【0010】

付加的に、特許請求の範囲に記載の接続モジュールを使用することにより、接続プロセスにおける所要時間が短縮される。

【0011】

一例では、行列断面は、基本パターンを含むことができる。

【0012】

一例では、基本パターンは、行列断面の隣接する列において１行ずつシフトされてよく、これにより、導線において電気的な問題を伴う確率がさらに低減される。

【0013】

一例では、モジュールは、ハウジングをさらに含むことができ、このハウジングは、導電性材料で作製されていてもよいし、非導電性材料で作製され、導電性メッシュを含んでいてもよい。導電性要素を有することによれば、電磁両立性（ＥＭＣ）および接地の利点が提供されよう。

【0014】

一例では、モジュールは、複数の導線と電力部品との間の角度のある接続を可能にするように構成された相互接続要素をさらに含むことができ、これにより、接続プロセスがさらに容易になり、接続モジュールの適合性が向上する。

【0015】

一例では、相互接続要素は、複数の結合孔部を含むことができる。

【0016】

さらなる態様では、電力接続システムが提供される。この電力接続システムは、それらの間に結合され、開示された例のいずれかによる少なくとも２つの電力接続モジュールを含むことができる。システムの柔軟性およびスケーラビリティは、モジュールの任意の所要数が共に結合されてもよいため向上されよう。

【0017】

さらなる態様では、開示された例のいずれかによる電力接続モジュールを含む風力タービンが提供される。

【0018】

本発明の上記および他の特徴および利点は、添付の図面と併せて読む以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。図面において、同様の参照数字は同様の要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一例による電力接続デバイスを概略的に示す図である。

【図2A】一例による相互接続要素を概略的に示す図である。

【図2B】一例による複数の相互接続要素を含む電力接続モジュールの一部を概略的に示す図である。

【図3】一例による電力接続デバイスを概略的に示す図である。

【図4A】一例によるサブモジュールの内部接続点を概略的に示す図である。

【図4B】一例によるサブモジュールの内部接続点を概略的に示す図である。

【図5A】一例による中間サブモジュールにおける導線行列パターンを概略的に示す図である。

【図5B】一例による基本パターンおよび繰り返しパターンの一部を概略的に示す図である。

【0020】

詳細な説明
図１は、風力タービンの２つの電力コンポーネント、例えば発電機およびコンバータなどを共に電気的に結合するための電力接続モジュール１を示している。モジュール１は、第１および第２の端子サブモジュール１００，２００と、中に配置された複数の導線６（図３参照）を含む中間サブモジュール３００とを含むことができる。

【0021】

第１および第２の（端子）サブモジュール１００，２００は、複数の内部接続点１２０Ａ～１２０Ｃ、２２０Ａ～２２０Ｃおよび複数の外部接続点１１０Ａ～１１０Ｃ，２１０Ａ～２１０Ｃを含むことができる。外部接続点は、サブモジュール１００，２００の任意の点に配置されていてよい。一例では、内部接続点１２０Ａ～１２０Ｃ、２２０Ａ～２２０Ｃおよび外部接続点１１０Ａ～１１０Ｃ、２１０Ａ～２１０Ｃは、直線状の接続を形成することができる。一例では、内部接続点１２０Ａ～１２０Ｃ、２２０Ａ～２２０Ｃおよび外部接続点１１０Ａ～１１０Ｃ、２１０Ａ～２１０Ｃは、角度のある（例えば９０度または他の任意の角度の）接続を形成することができる。

【0022】

接続点は、例えばボルトまたは他の適切な手法により、そこに導線を結合できるようにするための固定孔部を含むことができる。

【0023】

接続点は、外部デバイス、例えば別のモジュールまたはコンバータなどの電力コンポーネントの接続を適切に整合させるために、予め定義された標準スキームに従って配置されていてよい。一例では、複数の接続点は並列であってよく、各電気相に従って集約させることができる。すなわち、同じ電気相を共有する導線または同じ電気相を導通もしくは搬送するように構成された導線は、並列に（図４Ａ参照）、すなわち同じ行において相互に隣接して配置されていてよい。

【0024】

内部および／または外部接続方式もしくは配置は、第１のサブモジュール１００と第２のサブモジュール２００とにおいて同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0025】

接続点は、個々のオリフィス、例えば雄雌コネクタであってもよいし、同相の複数の導線が接続されてよいバスバーであってもよい。

【0026】

第１のサブモジュール１００は、外部接続点１１０Ａ～１１０Ｃと内部接続点１２０Ａ～１２０Ｃとの間の角度のある接続を含むことができる細長いまたはＬ字形の本体であってよい。

【0027】

第２のサブモジュール２００は、外部接続点２１０Ａ～２１０Ｃと内部接続点２２０Ａ～２２０Ｃとの間の角度のある接続を含むことができる細長いまたはＬ字形の本体であってよい。

【0028】

接続モジュール１または各第１、第２、および中間サブモジュールは、ハウジングをさらに含むことができる。ハウジングは、導電性材料、例えば金属もしくは金属合金で作製されていてよい。他の例では、ハウジングは、非導電性材料、例えばプラスチックで作製されていてよく、導電性材料メッシュをさらに含むことができる。各第１、第２、および中間サブモジュールがハウジングを含む例では、これらのハウジングは、サブモジュールを一緒に組み立てるための結合要素を含むことができる。

【0029】

ハウジングは、接続モジュールの搬送および接続プロセス、すなわち風力タービンの発電機などの外部デバイスへの接続を容易にするためのハンドル（図示せず）を含むことができる。

【0030】

ハウジングは、第１および第２の端子サブモジュールの外部接続点と一致するように構成された複数の孔部（図示せず）を含むことができ、これにより電力接続デバイスと外部コンポーネント、例えばコンバータとの間の接続を可能にすることができる。

【0031】

接続モジュール１は、接続プロセスの複雑さをさらに軽減し、コスト削減を可能にする、予め作製されたもしくは予め組み立てられたユニットであってよい。

【0032】

いくつかの例では、接続モジュール１は、モジュール１と外部コンポーネント、例えばコンバータとの間の角度のある接続、すなわち直線状もしくは０度とは異なる接続を可能にする相互接続要素５０（少なくとも相当たり１つ）をさらに含むことができる。

【0033】

図２Ａは、一例による相互接続要素５００を示す。

【0034】

この相互接続要素５００は、接合部５３０によって共に結合された２つの側面５１０，５２０を含むことができる。これらの２つの側面は、例えば４５度、９０度などの任意の所要角度を形成することができる。図２Ａの例では、両側面は垂直であり、これによって９０度の接続角度が可能になる。

【0035】

各側面５１０，５２０は、相互接続要素５００を例えばバスバーに固定するための複数の結合孔部５４０を含むことができる。

【0036】

図２Ｂは、内部接続点例えば内部バスバーと、外部接続点例えば外部バスバーとに結合された６つの相互接続要素５００（相当たり２つ）を含む第１または第２の端子サブモジュール１００，２００を示す。この例では、相互接続要素５００は、例えば発電機が接続される外部接続点またはバスバーが、導線６に関して９０度を形成することを可能にしている。

【0037】

相互接続要素５００は、金属または任意の他の導電性材料または合金で作製されていてよい。

【0038】

図３は、さらに図１の電力接続モジュール１の中間サブモジュールの内部図を示している。

【0039】

中間区分内の複数の導線６は、一端が第１のサブモジュール１００の内部接続点１２０Ａ～１２０Ｃに結合され、他端が第２のサブモジュール２００の内部接続点２２０Ａ～２２０Ｃに結合されていてよい。導線は、直線状に配置されていなくてよく、すなわち両端の間で約０度を形成していなくてよい。分かりやすくするために、図３では、三相Ａ、Ｂ、Ｃの例が実装されており、ここでは、各（電気）相のための導線が異なる破線によって表されているが、相ごとに任意の数の導線が使用されてよい。

【0040】

中間サブモジュール３００は、中間サブモジュール３００の全長の約２０～６０％であってよい中央部分３５０を含むことができる。

【0041】

複数の導線６は、予め定義された（電気）相を導通するように構成されていてよく、それらは少なくとも第１の相グループと第２の相グループとにグループ化されていてよく、ここで、第１の相グループにおける導線によって導通される相は、第２の相グループの導線の相とは異なる。相グループの数は、相の数に比例していてよい。デバイスが三相デバイスであってよいケースでは、導線は、第１、第２、および第３の相グループにグループ化されてよい。

【0042】

分かりやすくかつ簡素にするために、図３では、（異なる破線の）３つの導線６、すなわち電気相当たり１つの導線が示されている。

【0043】

導線６の長さ、したがって中間サブモジュール３００の長さは、例えば外部電力コンポーネント間の距離に従って変化させることができ、あるいは予め固定された長さを有することができる。

【0044】

いくつかの例では、複数の導線の長さは、約１０ｍ、５ｍ、または任意の他の所要長さであってよい。

【0045】

いくつかの例では、接続モジュール１は、長い中間サブモジュールの製造を回避するために、２つ以上の相互接続された中間サブモジュールを含むことができる。それゆえ、接続モジュールは、特定のケースに容易に適合化させてよいため、より柔軟であろう。

【0046】

複数の導線６の端部は、標準的な方式、すなわち隣接するケーブルが同じ相グループに属する列に従って、同じ電気相導線を用いて第１および第２のサブモジュールに並列に接続されてよい。その他に、電流共有などの電気的な問題を回避するために、導線は、少なくとも中間サブモジュール３００の中央区分３５０の断面において、予め定められた行列形状に配置されてよい。

【0047】

予め定められた行列断面は、行および列を含むことができる。そのような予め定められた行列断面４０において、導線６は、隣接する行および列において、異なる電気相を有する導線が、すなわち、異なる相グループ（図５Ａ及び図５Ｂを参照）に属する導線が配置されるように配置されてよい。

【0048】

いくつかの例では、予め定められた行列断面は、中間サブモジュールの中央部分３５０の全体もしくは実質的な部分に沿って連続していてもよい。すなわち、導線の配置は、中央部分３５０の少なくとも一部において位置を保持することができる。他の例では、予め定められた行列断面は、中間サブモジュール３００に沿って、異なる部分、すなわち異なる断面において、複数回、すなわち２回以上繰り返されてよい。それらの例では、導線は、様々な回数だけ撚られていてよく、これにより、予め定められた行列断面が中間サブモジュールの中央部分３５０に沿って２回以上形成される。したがって、中間サブモジュール内の導線は、いくつかの部分もしくは領域では、直線状であってよい。導線間に存在する分離もしくは空隙のために、冷却効果が得られるであろう。その他に、他の部分、すなわち中央部分では、導線は、予め定められた行列断面を形成し、不均一な電流共有を回避もしくは少なくとも最小にするために、すなわち各導線により導通される電流を最大化するために、撚られていてよい。

【0049】

図４Ａは、一例による第１および／または第２のサブモジュール１００，２００の複数の内部接続点またはバスバー１２０Ａ～１２０Ｃ、１２０Ａ’～１２０Ｃ’の（標準的な）配置を概略的に示す。図では、（２つのそれぞれ別個のバスバーに配置されている）電気相当たり１２本の導線を有する３相サブモジュールが示されている。同じ列の導線６は、同じ相を有し得るか、または同じ相を伝送するように構成されてよい。

【0050】

図４Ｂは、図４Ａの配置に従って相互接続点（バスバー）１２０Ａ～１２０Ｃ、１２０Ａ’～１２０Ｃ’に結合された複数の導線３を含むサブモジュール２００を示す。

【0051】

図５Ａは、電気相当たり１２本の導線を含む三相接続モジュールの中間サブモジュール３００の中央部分における行列断面４０を示す。図５Ａの例の行列断面は、６つの行および６つの列を含み、ここで、隣接する行および列における導線は、異なる相を有し得るか、または異なる相を導通させるように構成されてよい。

【0052】

一例では、行列断面は、予め定められた行列断面４０がそれによって形成されるように繰り返されてよい基本パターン５０を含むことができる。この基本パターン５０は、隣接する行および／または列において同じ相を導通する導線の位置決めを回避するように構成された導線の予め定められた配置であってよい。

【0053】

基本パターン５０は、隣接する列において１行ずつシフト可能であり、これによって繰り返しパターン５１が作成される。

【0054】

図５Ｂは、基本パターン５０のシフトと、これによる繰り返しパターン５１の作製とが３相の例で示されている。

【0055】

本明細書には特定の実施形態が開示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を行うことができる。本発明の実施形態は、あらゆる点で例示的でかつ非制限的であると考えられ、添付の特許請求の範囲の意義および等価性の範疇に入る全ての変更は、本明細書に含まれるべきことが意図される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの別個のコンポーネントを共に電気的に結合するための電力接続モジュールであって、電力接続デバイスが、
第１および第２のサブモジュールであって、前記第１および第２のサブモジュールの各々は、複数の内部接続点および複数の外部接続点を含む、第１および第２のサブモジュールと、
前記第１のサブモジュールと前記第２のサブモジュールとの間に配置された中間サブモジュールであって、該中間サブモジュールは中央部分を含む、中間サブモジュールと、
前記中間サブモジュールに配置された複数の導線とを含み、
前記複数の導線は、少なくとも第１の相グループと第２の相グループとにグループ化され、
前記第１の相グループにおける導線によって導通される電気相は、前記第２の相グループの導線によって現下で導通される電気相とは異なり、
少なくとも、前記中間サブモジュールの断面において、前記複数の導線は、予め定められた行列断面を形成し、前記予め定められた行列断面は、行および列を含み、
そのような行列断面の隣接する行および／または列に配置された導線は、異なる相グループに属する、
電力接続モジュール。

【請求項2】

前記行列断面は、基本パターンを含む、請求項１記載の電力接続モジュール。

【請求項3】

前記基本パターンは、前記行列断面の隣接する列において１行ずつシフトされる、請求項２記載の電力接続モジュール。

【請求項4】

前記中間サブモジュールは、ハウジングを含む、請求項１記載の電力接続モジュール。

【請求項5】

前記ハウジングは、導電性材料から作製される、請求項４記載の電力接続モジュール。

【請求項6】

前記ハウジングは、非導電性材料から作製され、導電性メッシュを含む、請求項４記載の電力接続モジュール。

【請求項7】

前記複数の導線と外部電力コンポーネントとの間の角度のある接続を可能にするように構成された相互接続要素をさらに含む、請求項１記載の電力接続モジュール。

【請求項8】

前記相互接続要素は、接合部によって共に結合された２つの側面を含む、請求項７記載の電力接続モジュール。

【請求項9】

前記相互接続要素は、複数の結合孔部を含む、請求項７記載の電力接続モジュール。

【請求項10】

２つ以上の相互接続モジュールを含む、請求項１記載の電力接続モジュール。

【請求項11】

風力タービンであって、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電力接続モジュールを含む、風力タービン。

【国際調査報告】