(57)【要約】  ターボ機械（１０２）と、間に延びるシャフト（１０６，１１０）によってターボ機械に結合された電気機械（１０８）とを含むターボ機械システム（１００，２００）のためのアクチュエータ（１１８）が提供される。アクチュエータは、シャフトに結合されたロータ（３０２，５０２，７０２）を含む。ロータは、複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）を含む。アクチュエータはまた、前記ロータに近接したシャフトの少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータ（３１０，５０６）を含む。ステータは、複数のロータ磁場発生要素に近接する複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を含む。複数のステータ磁場発生要素は交互に励磁および消磁されて、シャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される。【選択図】図３
2019524048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１０２）と、間に延びるシャフト（１０６，１１０）によって前記ターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）とを含むターボ機械システム（１００，２００）のためのアクチュエータ（１１８）であって、
前記シャフト（１０６，１１０）に結合され、複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）を備えたロータ（３０２，５０２，７０２）と、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接した前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータ（３１０，５０６）であって、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）に近接した複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、交互に励磁および消磁されて、前記シャフト（１０６，１１０）に補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される、ステータ（３１０，５０６）と、
を備える、アクチュエータ（１１８）。
【請求項２】
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）と、第１のロータ側（３０４）と、前記第１のロータ側（３０４）とは反対側の第２のロータ側（３０６）とを有するロータディスクをさらに備え、前記第１のロータ側（３０４）と前記第２のロータ側（３０６）の各々は、前記シャフト（１０６，１１０）から前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）まで半径方向外向きに延び、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記第１のロータ側（３０４）に所定の間隔を置いて結合され、
前記ステータ（３１０，５０６）がキャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）と、第１のステータ側（３１４）と、前記第１のステータ側（３１４）とは反対側の第２のステータ側（３１６）とをさらに備え、前記第１のステータ側（３１４）と前記第２のステータ側（３１６）の各々は、前記ステータ外周（３１３，５０９）から前記キャビティ（３１２，５０８）まで半径方向内向きに延び、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は前記第２のステータ側（３１６）に結合され、前記第２のステータ側（３１６）は前記第１のロータ側（３０４）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
請求項１に記載のアクチュエータ（１１８）。
【請求項３】
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）を有するロータディスクをさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）に沿って所定の間隔を置いて配置され、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
請求項１に記載のアクチュエータ（１１８）。
【請求項４】
前記複数のロータ磁場発生要素が、複数の永久磁石を含む、請求項１に記載のアクチュエータ（１１８）。
【請求項５】
前記ステータ（３１０，５０６）が、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を通る回転磁場を誘導するように構成された交流ステータをさらに備える、請求項１に記載のアクチュエータ（１１８）。
【請求項６】
ターボ機械（１０２）と、
電気機械（１０８）と、
前記電気機械（１０８）に結合され、前記ターボ機械（１０２）に結合され、それらの間に延びるシャフト（１０６，１１０）と、
アクチュエータ（１１８）と、
を備えたターボ機械システム（１００，２００）であって、前記アクチュエータ（１１８）は、
前記シャフト（１０６，１１０）に結合され、複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）を備えたロータ（３０２，５０２，７０２）と、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接した前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータ（３１０，５０６）であって、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）に近接した複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、交互に励磁および消磁されて、前記シャフト（１０６，１１０）に補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される、ステータ（３１０，５０６）と、
を備える、ターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項７】
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト（１０６，１１０）に円周方向に結合された少なくとも２つの環状ロータリング（７０８）をさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記少なくとも２つのロータリング（７０８）に結合され、前記シャフト（１０６，１１０）に近接してその間を軸方向に延び、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径（５１０）を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径（５１０）に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
請求項６に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項８】
前記シャフト（１０６，１１０）がシャフト外周（７０４）を有し、その中に円周方向に画定されたスロット（９０２）を含み、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト外周（７０４）と実質的に同一平面にある前記スロット（９０２）内に配置されている、
請求項７に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項９】
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）と前記シャフト（１０６，１１０）の両方よりも低い熱伝導率を有する結合層（７０５）をさらに備え、前記結合層（７０５）は、前記シャフト（１０６，１１０）と前記少なくとも２つのロータリング（７０８）および前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）の少なくとも一方との間に配置され、前記ロータ（３０２，５０２，７０２）は前記結合層（７０５）を介して前記シャフト（１０６，１１０）に結合されている、請求項７に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１０】
前記ステータ（３１０，５０６）が、前記ステータ（３１０，５０６）を前記シャフト（１０６，１１０）から取り外すのを容易にするように構成された分離リンク（４０２）をさらに備える、請求項６に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１１】
前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）に結合された電源（１２４）をさらに備え、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を通る回転磁場を誘導するように構成された交流（ＡＣ）ステータをさらに備える、請求項６に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１２】
前記電源（１２４）および前記アクチュエータ（１１８）に結合されたアクチュエータ電力変換器（１２０）をさらに備える、請求項１１に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１３】
前記アクチュエータ（１１８）に結合されたアクチュエータコントローラ（１２６）と、
前記アクチュエータコントローラ（１２６）に結合されたセンサ（１２８）であって、前記センサ（１２８）は、ねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００，２００）の物理的特性を検出し、前記アクチュエータ（１１８）を介して前記シャフト（１０６，１１０）に交互に前記補正トルクを印加および除去するように前記アクチュエータコントローラ（１２６）に制御信号（１３０）を送信するように構成され、前記センサ（１２８）は、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、および前記シャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも１つにさらに結合される、センサ（１２８）と、
をさらに備える、請求項６に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１４】
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６，１１０）と、
前記複数のシャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも２つの前記シャフト（１０６，１１０）に結合された複数のアクチュエータ（１１８）と
をさらに備える、請求項６に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【請求項１５】
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６，１１０）と、
前記複数のシャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも２つの前記シャフト（１０６，１１０）に結合された複数のアクチュエータ（１１８）と、
複数のアクチュエータコントローラ（１２６）であって、前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）の各々は、前記複数のアクチュエータ（１１８）のそれぞれのアクチュエータに結合されている、複数のアクチュエータコントローラ（１２６）と、
前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）に結合された複数のセンサ（１２８）であって、前記それぞれのアクチュエータ（１１８）は、前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）のそれぞれのアクチュエータコントローラ（１２６）によって制御される、複数のセンサ（１２８）と、
をさらに備える、請求項１３に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般にターボ機械システムに関し、より具体的には、ターボ機械システムにおけるねじり振動の低減のための電気アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械、例えばポンプ運転および圧縮プラントにおける電気モータを駆動するか、または発電機などのターボ機械によって駆動される電気機械を使用する公知のターボ機械システムでは、回転機器列のシャフトのねじり力学と電気ネットワークの複雑な相互作用がＳＳＴＩ（ｓｕｂ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を引き起こす。このような公知のターボ機械システム、例えば、液化天然ガス圧縮プラントでは、ＳＳＴＩがねじり振動を引き起こし、結果として、メンテナンスコストが増加し、運転効率が低下し、設備寿命が短縮される。
【０００３】
電気機械を使用する少なくともいくつかの公知のターボ機械システムでは、シャフトおよびこれに結合された回転機械によって経験されるＳＳＴＩは、モータおよび発電機を含む電気機械で生じるトルクの不均衡によって引き起こされる。このような電気機械、シャフト、および関連する回転機械は、多くの場合、列の一部で発生するＳＳＴＩが、その場所だけでなく、最初の起点から離れた様々な他の場所で望ましくない影響を及ぼす長い機器列を形成する。また、このような公知のターボ機械システムでは、ＳＳＴＩの緩和および結果として生じる異常トルクは高価であり、既存のシステムおよびプラント設備の大幅な変更を必要とし、既存の電気的および機械的負荷による設計上の制約を受ける。さらに、このような公知のターボ機械システムでは、公知のＳＳＴＩならびにトルク軽減装置およびシステムは複雑であり、精巧な制御システムを必要とし、既存のプラント運転に統合するのが煩雑であり、設置およびメンテナンスのためにプラントを完全に停止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６４３１２２号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、ターボ機械システム用のアクチュエータが提供される。ターボ機械システムは、ターボ機械と、間に延びるシャフトによってターボ機械に結合された電気機械とを含む。アクチュエータは、シャフトに結合されたロータを含む。ロータは、複数のロータ磁場発生要素を含む。アクチュエータはまた、ロータに近接したシャフトの少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータを含む。ステータは、複数のロータ磁場発生要素に近接した複数のステータ磁場発生要素を含む。複数のステータ磁場発生要素は交互に励磁および消磁されて、シャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される。
【０００６】
別の態様では、ターボ機械システムが提供される。ターボ機械システムは、ターボ機械、電気機械、および電気機械に結合され、ターボ機械に結合され、それらの間に延びるシャフトを含む。ターボ機械システムはまた、シャフトに結合されたロータを含むアクチュエータを含む。ロータは、複数のロータ磁場発生要素を含む。アクチュエータはまた、ロータに近接したシャフトの少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータを含む。ステータは、複数のロータ磁場発生要素に近接した複数のステータ磁場発生要素を含む。複数のステータ磁場発生要素は交互に励磁および消磁されて、シャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される。
【０００７】
さらに別の態様では、ターボ機械システムにおけるシャフトのねじり振動を減衰させる方法が提供される。ターボ機械システムは、間に延びるシャフトによってターボ機械に結合された電気機械と、ステータおよびステータに近接してシャフトに結合されたロータを含むアクチュエータとを含む。この方法は、ターボ機械システムに結合されたセンサを介して、ねじり振動を表すターボ機械システムの物理的特性を検出することを含む。この方法はまた、センサによって送信されたデータによりねじり振動の存在を判定することを含む。この方法は、シャフトのねじり振動を減衰させるためにシャフトに補正トルクを印加するように、アクチュエータのステータを励磁することをさらに含む。
【０００８】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なターボ機械システムの概略図である。
【図２】代替のターボ機械システムの概略図である。
【図３】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る例示的なアクチュエータの断面図である。
【図４】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る例示的な軸方向磁束機械アクチュエータの斜視図である。
【図５】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る代替のアクチュエータの断面図である。
【図６】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る例示的な半径方向磁束機械アクチュエータの斜視図である。
【図７】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る代替のアクチュエータの断面図である。
【図８】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る代替の半径方向磁束機械アクチュエータの斜視図である。
【図９】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る代替のアクチュエータの断面図である。
【図１０】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る代替の半径方向磁束機械アクチュエータの斜視図である。
【図１１】図１および図２に示すターボ機械システムと共に使用され得るターボ機械システムにおけるシャフトのねじり振動を減衰させる例示的な方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に明記のない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を例示することを意味する。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【００１１】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１２】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１３】
「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１４】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が他に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１５】
本明細書で用いられる「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、例えば「処理装置」、「コンピューティング装置」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＩＳＣ）、およびその他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１６】
さらにまた、本明細書で用いられる「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定のデータを測定および収集する時、データを処理する時、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時のうちの少なくとも１つを意味する。本明細書に記載する実施形態では、これらの動作および事象は、実質的に同時に起こる。
【００１７】
本明細書に記載のターボ機械システムならびに関連する制御システムおよび方法におけるねじり振動を低減するための電気アクチュエータ装置は、シャフトおよび回転機器列の電気機械を含む回転機械のＳＳＴＩ（ｓｕｂ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を低減する。本明細書に記載の実施形態はまた、ＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクのターボ機械システムにおける望ましくない影響を緩和する。本明細書に記載の実施形態は、ターボ機械システムに用いられる電気機械におけるトルクの不均衡をさらに低減する。本明細書に記載のターボ機械システムならびに関連する制御システムおよび方法におけるねじり振動を低減するための電気アクチュエータ装置はまた、ターボ機械システムの運転およびメンテナンスコストを低減し、運転効率を高める。本明細書に記載の実施形態は、既存のプラント設計に統合して運転するのが容易な、より複雑でなく安価なＳＳＴＩ緩和装置、システム、および方法をさらに提供する。本明細書に記載の実施形態はまた、ターボ機械システム運転を停止することなくＳＳＴＩ緩和装置およびシステムの設置およびメンテナンスを可能にする。
【００１８】
図１は、例示的なターボ機械システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、ターボ機械システム１００は、ターボ機械設備１０１に配置され、圧縮機およびタービンを含むガスタービンエンジンを含むがこれに限定されないターボ機械１０２を含む。ターボ機械システム１００はまた、ギアボックスを含むがこれに限定されない補助機械１０４を含む。補助機械１０４は、第１のシャフト１０６を介してターボ機械１０２に回転可能に結合される。ターボ機械システム１００は、第２のシャフト１１０を介して補助機械１０４に回転可能に結合された電気機械１０８をさらに含む。例示的な実施形態では、電気機械１０８は発電機１１２であり、ターボ機械１０２は発電機１１２の原動機であり、ターボ機械設備１０１は三相電力線１１６を介して電力をグリッド１１４に供給するように構成された発電設備である。図示されていない他の実施形態では、ターボ機械システム１００は、補助機械１０４および第２のシャフト１１０を含まず、ターボ機械１０２は、第１のシャフト１０６を介して発電機１１２に回転可能に結合される。
【００１９】
例示的な実施形態では、ターボ機械システム１００は、発電機１１２に近接して第２のシャフト１１０に結合されたアクチュエータ１１８を含む。図示されていない他の実施形態では、アクチュエータ１１８は、限定はしないが、補助機械１０４に近接して、発電機１１２の遠位で第２のシャフト１１０に結合される。図示されていないさらに別の実施形態では、少なくとも１つの追加のアクチュエータ１１８が、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つに結合される。例示的な実施形態では、ターボ機械システム１００は、少なくとも１つのアクチュエータ電線１２２を介してアクチュエータ１１８に結合されたアクチュエータ電力変換器１２０を含む。アクチュエータ電力変換器１２０は、限定はしないが、直流（ＤＣ）から交流（ＡＣ）への電力変換器、およびＡＣからＡＣへの電力変換器の少なくとも一方を含むＡＣ電力変換器であり、アクチュエータ１１８はＡＣアクチュエータである。限定はしないが、ＤＣ電源およびＡＣ電源の少なくとも一方を含む電源１２４は、少なくとも１つのアクチュエータ電線１２２を介してアクチュエータ電力変換器１２０に結合される。さらに、アクチュエータコントローラ１２６がアクチュエータ１１８に結合される。アクチュエータコントローラ１２６は、アクチュエータ電力変換器１２０および電源１２４のうちの少なくとも１つにさらに結合される。図示されていない他の実施形態では、複数のアクチュエータ１１８のうちの１つのアクチュエータ１１８が、複数のアクチュエータコントローラ１２６のそれぞれ１つのアクチュエータコントローラ１２６に結合される。図示されていないさらに別の実施形態では、複数のセンサ１２８のうちの１つのセンサ１２８が、複数のアクチュエータコントローラ１２６の２つ以上のアクチュエータコントローラ１２６に結合される。
【００２０】
例示的な実施形態では、ターボ機械システム１００は、アクチュエータコントローラ１２６に結合された少なくとも１つのセンサ１２８を含む。センサ１２８は、第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０の少なくとも１つにさらに結合され、少なくとも１つのセンサ１２８は、発電機１１２および三相電力線１１６の少なくとも１つにさらに結合される。図示されていない他の実施形態では、少なくとも１つのセンサ１２８が、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、発電機１１２、および三相電力線１１６のうちの少なくとも１つ以外のターボ機械システム１００内の他の位置にさらに結合される。
【００２１】
動作中、例示的な実施形態では、限定はしないが、ターボ機械システム１００の第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０を含むシャフトは、ターボ機械システム１００の動作中にねじり振動を受けやすい。センサ１２８は、ねじり振動を表すターボ機械システム１００の物理的特性を検出し、アクチュエータコントローラ１２６に制御信号１３０を送信するように構成される。
【００２２】
ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つの軸方向の撓みの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つが含まれる。また、ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つが含まれる。また、ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つのねじり振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つが含まれる。ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８のロータ巻線および電気機械１０８のステータ巻線の少なくとも一方に供給する電流の大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つがさらに含まれる。また、ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８のロータ巻線および電気機械１０８のステータ巻線の少なくとも一方の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つが含まれる。ターボ機械システム１００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８と、ターボ機械１０２と、補助機械１０４と、アクチュエータ１１８と、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、ターボ機械システム１００の任意の他の構成要素と、のうちの少なくとも１つに関連する振動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つがさらに含まれ、振動および加速度の少なくとも１つの発生は、ターボ機械システム１００におけるねじり振動を表す。例示的な実施形態では、センサ１２８は、限定はしないが、撓みセンサ、角速度センサ、トルクセンサ、電流センサ、電圧ポテンシャルセンサ、電気周波数センサ、振動センサ、および加速度センサを含む上述の物理的特性を検出し測定するように構成されたセンサタイプを含む。
【００２３】
例示的な実施形態の動作中、アクチュエータ１１８は、図３〜図７を参照して以下にさらに示され説明されるように、限定はしないが、第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０を含むターボ機械システム１００のシャフトに、補正トルクを交互に印加および除去するように構成される。限定はしないが、アクチュエータコントローラ１２６によるリアルタイムでの制御信号１３０の受信を含む制御信号１３０の受信は、ターボ機械システム１００内のねじり振動の存在を示す。例示的な実施形態では、制御信号１３０は、ねじり振動がターボ機械システム１００に存在する場合には第１の値を有するデータを含み、制御信号１３０はねじり振動がターボ機械システム１００に存在しない場合には第１の値とは異なる第２の値を有するデータを含む。
【００２４】
例示的な実施形態の動作中、アクチュエータコントローラ１２６によって第１の値を有する制御信号１３０を受信することにより、電源１２４からアクチュエータ１１８への電流の流れが可能になり、それにより、アクチュエータ１１８を励磁することによってアクチュエータ１１８による補正トルクの印加が可能になる。さらに、図３〜図７を参照して以下にさらに説明されるように、アクチュエータコントローラ１２６によって第２の値を有する制御信号１３０を受信することにより、電源１２４からアクチュエータ１１８への電流の流れが無効にされ、それにより、アクチュエータ１１８を消磁することでアクチュエータ１１８による補正トルクが除去される。図示されていない他の実施形態では、制御信号１３０は、ターボ機械システム１００のねじり振動を示すデータの第１の値のみを含み、ねじり振動がターボ機械システム１００に存在しない場合には、制御信号１３０は存在せず、データを含まない。さらに別の実施形態では、制御信号１３０は、ターボ機械システム１００内のねじり振動の存在を示すだけでなく、例えば動作傾向の目的のためのねじり振動の特性を定量化する様々なデータ値の範囲を含む。図示されていないさらに別の実施形態では、アクチュエータコントローラ１２６は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからアクチュエータ１１８への電流の流れを、０（ゼロ）アンペアを含む値の範囲内で調整して、補正トルクを必要とするねじり振動の強度に依存して、０ニュートンメートルを含む値の範囲内で、アクチュエータ１１８による特定量の補正トルクの印加を可能にするように構成される。
【００２５】
図２は、代替のターボ機械システム２００の概略図である。この代替の実施形態では、ターボ機械システム２００は、ターボ機械設備２０１内に配置される。ターボ機械システム２００は、電気機械１０８、すなわち限定はしないが、三相モータを含むモータ２０２を含む。ターボ機械システム２００はまた、三相電力線１１６を介してグリッド１１４に結合されたモータ電力変換器２０４を含む。モータ電力変換器２０４は、三相電力線１１６を介してモータ２０２にさらに結合される。さらに、ターボ機械システム２００は、限定はしないが、プロセス流体用の圧縮機を含む補助機械１０４を含む。補助機械１０４は、補助機械１０４を通って延び、ターボ機械１０２に回転可能に結合された第１のシャフト１０６を介してモータ２０２に回転可能に結合される。図示されていない他の実施形態では、第１のシャフト１０６は補助機械１０４を通って延びておらず、第１のシャフト１０６以外の少なくとも１つの他のシャフトは、ターボ機械システム２００の補助機械１０４とターボ機械１０２にそれらの間で回転可能に結合される。この代替の実施形態では、第２のシャフト１１０は、ターボ機械システム２００のターボ機械１０２の下流にある追加の回転機械（図示せず）とターボ機械１０２にそれらの間で回転可能に結合される。このように、ターボ機械設備２０１は圧縮列である。
【００２６】
ターボ機械システム２００は、モータ２０２に近接して第１のシャフト１０６に結合されたアクチュエータ１１８を含む。図示されていない他の実施形態では、アクチュエータ１１８は、限定はしないが、補助機械１０４に近接して、モータ２０２の遠位で第１のシャフト１０６に結合される。図示されていないさらに別の実施形態では、少なくとも１つの追加のアクチュエータ１１８が、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つに結合される。さらに、ターボ機械システム２００は、この代替の実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータ電線１２２を介してアクチュエータ１１８に結合されたアクチュエータ電力変換器１２０を含む。アクチュエータ電力変換器１２０は、限定はしないが、ＤＣからＡＣへの電力変換器およびＡＣからＡＣへの電力変換器の少なくとも１つを含むＡＣ電力変換器であり、アクチュエータ１１８はＡＣアクチュエータである。限定はしないが、ＤＣ電源およびＡＣ電源の少なくとも一方を含む電源１２４は、アクチュエータ電線１２２を介してアクチュエータ電力変換器１２０に結合される。アクチュエータコントローラ１２６は、アクチュエータ１１８、ならびにアクチュエータ電力変換器１２０および電源１２４のうちの少なくとも１つに結合される。図示されていない他の実施形態では、複数のアクチュエータ１１８のうちの１つのアクチュエータ１１８が、複数のアクチュエータコントローラ１２６のそれぞれ１つのアクチュエータコントローラ１２６に結合される。図示されていないさらに別の実施形態では、複数のセンサ１２８のうちの１つのセンサ１２８が、複数のアクチュエータコントローラ１２６の２つ以上のアクチュエータコントローラ１２６に結合される。
【００２７】
ターボ機械システム２００は、アクチュエータコントローラ１２６に結合された少なくとも１つのセンサ１２８をさらに含む。センサ１２８は、第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０の少なくとも１つにさらに結合され、少なくとも１つのセンサ１２８は、モータ２０２および三相電力線１１６の少なくとも１つにさらに結合される。図示されていない他の実施形態では、少なくとも１つのセンサ１２８が、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、モータ２０２、および三相電力線１１６の少なくとも１つ以外のターボ機械システム２００内の他の位置にさらに結合される。
【００２８】
限定はしないが、ターボ機械システム２００の第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０を含むシャフトは、ターボ機械システム２００の動作中にねじり振動を受けやすい。センサ１２８は、ねじり振動を表すターボ機械システム２００の物理的特性を検出し、制御信号１３０をアクチュエータコントローラ１２６に送信するように構成される。ターボ機械システム２００のねじり振動を表すこれらの物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つの軸方向の撓みの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つが含まれる。
【００２９】
また、ターボ機械システム２００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つが含まれる。また、ターボ機械システム２００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つのねじり振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つが含まれる。ターボ機械システム２００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８のロータ巻線および電気機械１０８のステータ巻線の少なくとも一方に供給する電流の大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つがさらに含まれる。また、ターボ機械システム２００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８のロータ巻線および電気機械１０８のステータ巻線の少なくとも一方の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つが含まれる。ターボ機械システム２００のねじり振動を表す物理的特性には、限定はしないが、電気機械１０８と、ターボ機械１０２と、補助機械１０４と、アクチュエータ１１８と、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、ターボ機械システム２００の任意の他の構成要素と、のうちの少なくとも１つに関連する振動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数のうちの少なくとも１つがさらに含まれ、振動および加速度の少なくとも１つの発生は、ターボ機械システム２００におけるねじり振動を表す。センサ１２８は、限定はしないが、撓みセンサ、角速度センサ、トルクセンサ、電流センサ、電圧ポテンシャルセンサ、電気周波数センサ、振動センサ、および加速度センサを含む上述の物理的特性を検出し測定するように構成されたセンサタイプを含む。
【００３０】
この代替の実施形態の動作中、アクチュエータ１１８は、図３〜図７を参照して以下にさらに示され説明されるように、限定はしないが、第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０を含むターボ機械システム２００のシャフトに、補正トルクを交互に印加および除去するように構成される。限定はしないが、アクチュエータコントローラ１２６によるリアルタイムでの制御信号１３０の受信を含む制御信号１３０の受信は、ターボ機械システム２００内のねじり振動の存在を示す。この代替の実施形態では、制御信号１３０は、ねじり振動がターボ機械システム２００に存在する場合には第１の値を有するデータを含み、制御信号１３０はねじり振動がターボ機械システム２００に存在しない場合には第１の値とは異なる第２の値を有するデータを含む。
【００３１】
この代替の実施形態の動作中、アクチュエータコントローラ１２６によって第１の値を有する制御信号１３０を受信することにより、電源１２４からアクチュエータ１１８への電流の流れが可能になり、それにより、アクチュエータ１１８を励磁することによってアクチュエータ１１８による補正トルクの印加が可能になる。さらに、図３〜図７を参照して以下にさらに説明されるように、アクチュエータコントローラ１２６によって第２の値を有する制御信号１３０を受信することにより、電源１２４からアクチュエータ１１８への電流の流れが無効にされ、それにより、アクチュエータ１１８を消磁することでアクチュエータ１１８による補正トルクが除去される。図示されていない他の実施形態では、制御信号１３０は、ターボ機械システム２００のねじり振動を示すデータの第１の値のみを含み、ねじり振動がターボ機械システム２００に存在しない場合には、制御信号１３０は存在せず、データを含まない。さらに別の実施形態では、制御信号１３０は、ターボ機械システム２００内のねじり振動の存在を示すだけでなく、例えば動作傾向の目的のためのねじり振動の特性を定量化する様々なデータ値の範囲を含む。図示されていないさらに別の実施形態では、アクチュエータコントローラ１２６は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからアクチュエータ１１８への電流の流れを、０アンペアを含む値の範囲内で調整して、補正トルクを必要とするねじり振動の強度に依存して、０ニュートンメートルを含む値の範囲内で、アクチュエータ１１８による特定量の補正トルクの印加を可能にするように構成される。
【００３２】
図３は、図１および図２にそれぞれ示されるターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００において使用され得る例示的なアクチュエータ１１８の断面図である。例示的な実施形態では、アクチュエータ１１８は、軸方向磁束機械３０１として構成され、第１のシャフト１０６に結合されたロータ３０２を含む。ロータ３０２は、第１のロータ側３０４と、第１のロータ側３０４に対向する第２のロータ側３０６とを含む。第１のロータ側３０４および第２のロータ側３０６は、第１のシャフト１０６の軸線Ａからロータ３０２のロータ外周３０７まで半径方向外向きに延びる。ロータ３０２はまた、第１のロータ側３０４に結合された複数のロータ磁場発生要素３０８を含む。例示的な実施形態では、複数のロータ磁場発生要素３０８は、例えば強磁性材料で形成された複数の永久磁石を含む。図示されていない他の実施形態では、複数のロータ磁場発生要素３０８は、限定はしないが、複数のロータ電磁要素を励磁するように結合され構成された電源に結合された複数のロータ電磁要素を含む永久磁石以外のタイプの磁場発生要素を含む。例示的な実施形態では、複数のロータ磁場発生要素３０８は、所定の間隔を置いて実質的に半径方向に配置された第１のロータ側３０４に結合され、所定の間隔は、限定はしないが、複数のロータ磁場発生要素３０８の各ロータ磁場発生要素３０８の間の等距離の間隔を含む。
【００３３】
例示的な実施形態では、軸方向磁束機械３０１は、ロータ３０２に近接して第１のシャフト１０６の周囲に円周方向に延びるステータ３１０を含む。ステータ３１０はまた、それを貫通して画定されたキャビティ３１２を含む。ステータ３１０は、第１のシャフト１０６に結合されていないが、ステータ３１０のキャビティ３１２は、第１のシャフト１０６を受け入れ、キャビティ３１２内の第１のシャフト１０６の回転を容易にするように構成される。例示的な実施形態では、ステータ３１０は、ステータ外周３１３を有するステータディスクであり、キャビティ３１２は、第１のシャフト１０６の軸線Ａから実質的に等距離に定められたキャビティ外周を中心として画定される。ステータ３１０はまた、第１のステータ側３１４と、第１のステータ側３１４に対向する第２のステータ側３１６とを含む。第２のステータ側３１６は、第１のロータ側３０４に近接して配置され、第１のステータ側３１４および第２のステータ側３１６は、ステータ外周３１３からキャビティ３１２まで半径方向内向きに延びる。
【００３４】
ステータ３１０は、第２のステータ側３１６に結合された複数のステータ磁場発生要素３１８をさらに含む。例示的な実施形態では、複数のステータ磁場発生要素３１８は、所定の間隔を置いて実質的に半径方向に配置された第２のステータ側３１６に結合され、所定の間隔は、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素３１８の各ステータ磁場発生要素３１８の間の等距離の間隔を含む。ステータ磁場発生要素３１８は、ロータ磁場発生要素３０８に近接して配置され、その間にエアギャップ３２０を画定する。
【００３５】
動作中、ステータ磁場発生要素３１８は、アクチュエータ電力変換器１２０、アクチュエータコントローラ１２６、および電源１２４（図示せず）のうちの少なくとも１つに結合される。ステータ３１０は、複数のステータ磁場発生要素３１８を通る回転磁場を誘導するように構成されたＡＣステータである。ステータ磁場発生要素３１８は交互に励磁および消磁されて、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、を含むターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方のシャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去するように構成される。複数のステータ磁場発生要素３１８を通る回転磁場は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからの電流の流れによって励磁されると、誘導される。ステータ３１０はまた、アクチュエータ電線１２２（図示せず）上のステータ３１０に伝達されるＡＣ電力の位相の整合に応じて、時計回り方向および反時計回り方向の両方で第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するように構成される。図示されていない他の実施形態では、ステータ３１０は、時計回りおよび反時計回りの一方向のみで第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するように構成される。また、動作中、ステータ３１０への電流の流れを無効にすることにより、複数のステータ磁場発生要素３１８が消磁され、第１のシャフト１０６から補正トルクが除去される。
【００３６】
例示的な実施形態の動作中、複数のステータ磁場発生要素３１８を通る回転磁場は、エアギャップ３２０を通ってロータ３０２上の複数のロータ磁場発生要素３０８と電気機械的に相互作用する。ステータ３１０の回転磁場が回転する方向に応じて、時計回りおよび反時計回りの少なくとも一方で補正トルクが第１のシャフト１０６に印加され、ねじり振動を減衰させる。ステータ３１０を励磁することで軸方向磁束機械３０１が第１のシャフト１０６に印加する補正トルクの量は、ターボ機械システム１００のユーザが決定したパラメータによって指定される。ユーザが決定したパラメータには、制御信号１３０に含まれるデータに依存するパラメータが含まれるが、これに限定されない。ユーザが決定したパラメータには、ターボ機械システム１００、電気機械１０８、アクチュエータ電力変換器１２０、およびアクチュエータコントローラ１２６のうちの少なくとも１つの設計パラメータも含まれるが、これに限定されない。ユーザが事前に決定したパラメータには、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素３１８を通る回転磁場を含む誘導磁場の時間、磁束強度、および磁場強度がさらに含まれるが、これに限定されない。
【００３７】
図４は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る例示的な軸方向磁束機械３０１アクチュエータ１１８の斜視図である。例示的な実施形態では、軸方向磁束機械３０１のステータ３１０は、少なくとも１つの分離リンク４０２を含み、ステータ３１０は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方に結合される。分離リンク４０２は、限定はしないが、ステータディスクの弧状部分を含むステータ３１０の少なくとも１つのセクションを画定する。分離リンク４０２は、軸方向磁束機械３０１をターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方から分解することおよび分離することの少なくとも一方を必要とせずに、ステータ３１０を第１のシャフト１０６から取り外すのを容易にするように構成される。分離リンク４０２はまた、限定はしないが、第１のシャフト１０６、ロータ３０２、ステータ３１０、電気機械１０８、補助機械１０４、およびターボ機械１０２のうちの少なくとも１つのメンテナンスを含むユーザが開始した活動に続いて、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の第１のシャフト１０６にステータ３１０を再組み立てすることおよび再結合することの少なくとも一方を容易にするように構成される。
【００３８】
図５は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る代替のアクチュエータ１１８の断面図である。この代替の実施形態では、アクチュエータ１１８は半径方向磁束機械５０１として構成される。半径方向磁束機械５０１は、第１のシャフト１０６に結合されたロータ５０２を含む。ロータ５０２は、ロータディスクとして、第１のシャフト１０６の軸線Ａからロータ５０２のロータ外周５０３まで半径方向外向きに延在する。ロータ５０２はまた、ロータ外周５０３に結合された複数のロータ磁場発生要素５０４を含む。図示されていない他の実施形態では、複数のロータ磁場発生要素５０４が第１のシャフト１０６に結合され、半径方向磁束機械５０１はロータ５０２を含まず、第１のシャフト１０６はシャフト一体型ロータとして機能する。この代替実施形態では、複数のロータ磁場発生要素５０４は、例えば強磁性材料で形成された複数の永久磁石を含む。図示されていない他の実施形態では、複数のロータ磁場発生要素５０４は、限定はしないが、複数のロータ電磁要素を励磁するように結合され構成された電源に結合された複数のロータ電磁要素を含む永久磁石以外のタイプの磁場発生要素を含む。この代替の実施形態では、複数のロータ磁場発生要素５０４は、所定の間隔を置いて実質的に半径方向に配置されたロータ外周５０３に結合され、所定の間隔は、限定はしないが、複数のロータ磁場発生要素５０４の各ロータ磁場発生要素５０４の間の等距離の間隔を含む。
【００３９】
半径方向磁束機械５０１は、ロータ５０２に近接して第１のシャフト１０６の周りに実質的に円周方向に延びる環状リング内に具現化されたステータ５０６を含む。ステータ５０６はキャビティ５０８を画定する。ステータ５０６は、第１のシャフト１０６に結合されていないが、ステータ５０６は、第１のシャフト１０６およびロータ５０２を受け入れ、キャビティ５０８内のロータ５０２および第１のシャフト１０６の回転を容易にするように構成される。ステータ５０６はまた、ステータ外周５０９を含む。ステータ５０６環状リングはまた、軸線Ａとステータ５０６環状リングの半径方向内側表面との間に画定された内側半径５１０を含む。内側半径５１０はまた、半径方向外向きのキャビティ５０８の境界を画定し、この代替実施形態では、キャビティ５０８は、ステータ５０６を通る環状キャビティ内に具現化される。ステータ５０６はまた、軸線Ａとステータ外周５０９との間に画定された外側半径５１２を含む。
【００４０】
ステータ５０６は、内側半径５１０に沿ってステータ５０６環状リングの半径方向内側に結合されることを含んで位置する、複数のステータ磁場発生要素５１４をさらに含む。複数のステータ磁場発生要素５１４は、所定の間隔を置いて実質的に半径方向に配置された内側半径５１０に沿ってステータ５０６環状リングに結合され、所定の間隔は、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素５１４の各ステータ磁場発生要素５１４の間の等距離の間隔を含む。ステータ磁場発生要素５１４は、ロータ磁場発生要素５０４に近接して配置され、その間にエアギャップ５１６を画定するのを容易にする。
【００４１】
動作中、ステータ磁場発生要素５１４は、アクチュエータ電力変換器１２０、アクチュエータコントローラ１２６、および電源１２４（図示せず）のうちの少なくとも１つに結合される。ステータ５０６は、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を誘導するように構成されたＡＣステータである。ステータ磁場発生要素５１４は交互に励磁および消磁されて、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、を含むターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方のシャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去するように構成される。複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからの電流の流れによって励磁されると、誘導される。ステータ５０６はまた、アクチュエータ電線１２２（図示せず）上のステータ５０６に伝達されるＡＣ電力の位相の整合に応じて、時計回り方向および反時計回り方向の両方で第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するように構成される。図示されていない他の実施形態では、ステータ５０６は、時計回りおよび反時計回りの一方向のみで第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するようにさらに構成されている。また、動作中、ステータ５０６への電流の流れを無効にすることにより、複数のステータ磁場発生要素５１４が消磁され、第１のシャフト１０６から補正トルクが除去される。
【００４２】
この代替実施形態の動作中、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、エアギャップ５１６を通ってロータ５０２上の複数のロータ磁場発生要素５０４と電気機械的に相互作用する。ステータ５０６の回転磁場が回転する方向に応じて、時計回りおよび反時計回りの少なくとも一方で補正トルクが第１のシャフト１０６に印加され、ねじり振動を減衰させる。ステータ５０６を励磁することで半径方向磁束機械５０１が第１のシャフト１０６に印加する補正トルクの量は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つのユーザが決定したパラメータによって指定される。ユーザが決定したパラメータには、制御信号１３０に含まれるデータに依存するパラメータが含まれるが、これに限定されない。ユーザが決定したパラメータには、ターボ機械システム２００、電気機械１０８、アクチュエータ電力変換器１２０、およびアクチュエータコントローラ１２６のうちの少なくとも１つの設計パラメータも含まれるが、これに限定されない。ユーザが事前に決定したパラメータには、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を含む誘導磁場の時間、磁束強度、および磁場強度がさらに含まれるが、これに限定されない。
【００４３】
図６は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る例示的な半径方向磁束機械５０１アクチュエータ１１８の斜視図である。例示的な実施形態では、半径方向磁束機械５０１のステータ５０６は、少なくとも１つの分離リンク４０２を含み、ステータ５０６は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方に結合される。分離リンク４０２は、限定はしないが、ステータ５０６環状リングの円弧セグメントを含むステータ５０６の少なくとも１つのセクションを画定する。分離リンク４０２は、半径方向磁束機械５０１をターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方から分解することおよび分離することの少なくとも一方を必要とせずに、ステータ５０６を第１のシャフト１０６から取り外すのを容易にするように構成される。分離リンク４０２はまた、限定はしないが、第１のシャフト１０６、ロータ５０２、ステータ５０６、電気機械１０８、補助機械１０４、およびターボ機械１０２のうちの少なくとも１つのメンテナンスを含むユーザが開始した活動に続いて、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の第１のシャフト１０６にステータ５０６を再組み立てすることおよび再結合することの少なくとも一方を容易にするように構成される。
【００４４】
図７は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る代替のアクチュエータ１１８の断面図である。この代替の実施形態では、アクチュエータ１１８はかご形誘導モータに具現化され、アクチュエータ１１８は、第１のシャフト１０６に結合された環状かご形ロータ７０２を含む半径方向磁束機械７０１として構成される。かご形ロータ７０２は、第１のシャフト１０６の軸線Ａからかご形ロータ７０２のロータ外周７０３まで半径方向外向きにロータケージとして延在する。かご形ロータ７０２は、限定はしないが、第１のシャフト１０６およびかご形ロータ７０２の両方よりも低い熱伝導率を有する熱可塑性ベースの接着剤層を含む結合層７０５を介してシャフト外周７０４に結合される。図示されていない他の実施形態では、かご形ロータ７０２は、結合層７０５を介することなく、結合プロセスを介してシャフト外周７０４に結合されるケージ式スリーブ構造としてシャフト外周７０４に結合され、この結合プロセスには、限定はしないが、溶接、熱膨張、熱収縮、成形、および押出が含まれる。かご形ロータ７０２はまた、導電性材料で形成された複数のクロスバー７０６を含む。複数のクロスバー７０６は、少なくとも２つの環状ロータリング７０８に結合され、その間に延びる。図示されていない他の実施形態では、ロータリング７０８なしでシャフト外周７０４に結合された例えば永久磁石などの強磁性材料で形成された複数のクロスバー７０６にかご形ロータ７０２を代わりに具現化する。
【００４５】
動作中、ステータ磁場発生要素５１４は、アクチュエータ電力変換器１２０、アクチュエータコントローラ１２６、および電源１２４（図示せず）のうちの少なくとも１つに結合される。ステータ５０６は、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を誘導するように構成されたＡＣステータである。ステータ磁場発生要素５１４は交互に励磁および消磁されて、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、を含むターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方のシャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去するように構成される。複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからの電流の流れによって励磁されると、誘導される。ステータ５０６はまた、アクチュエータ電線１２２（図示せず）上のステータ５０６に伝達されるＡＣ電力の位相の整合に応じて、時計回り方向および反時計回り方向の両方で第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するように構成される。図示されていない他の実施形態では、ステータ５０６は、時計回りおよび反時計回りの一方向のみで第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するようにさらに構成されている。また、動作中、ステータ５０６への電流の流れを無効にすることにより、複数のステータ磁場発生要素５１４が消磁され、第１のシャフト１０６から補正トルクが除去される。
【００４６】
この代替の実施形態の動作中、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、エアギャップ５１６を介してかご形ロータ７０２と電気機械的に相互作用し、クロスバー７０６およびロータリング７０８を通る電流の流れを誘発し、それにより、磁場および電磁トルクを発生させる。ステータ５０６の回転磁場が回転する方向に応じて、時計回りおよび反時計回りの少なくとも一方で補正トルクが第１のシャフト１０６に印加され、ねじり振動を減衰させる。ステータ５０６を励磁することで半径方向磁束機械７０１が第１のシャフト１０６に印加する補正トルクの量は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つのユーザが決定したパラメータによって指定される。ユーザが決定したパラメータには、制御信号１３０に含まれるデータに依存するパラメータが含まれるが、これに限定されない。ユーザが決定したパラメータには、ターボ機械システム２００、電気機械１０８、アクチュエータ電力変換器１２０、およびアクチュエータコントローラ１２６のうちの少なくとも１つの設計パラメータも含まれるが、これに限定されない。ユーザが事前に決定したパラメータには、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を含む誘導磁場の時間、磁束強度、および磁場強度がさらに含まれるが、これに限定されない。
【００４７】
図８は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る代替の半径方向磁束機械７０１アクチュエータ１１８の斜視図である。この代替の例示的な実施形態では、半径方向磁束機械７０１のステータ５０６（部分断面図で示す）は、少なくとも１つの分離リンク４０２を含み、ステータ５０６は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方に結合される。分離リンク４０２は、限定はしないが、ステータ５０６環状リングの円弧セグメントを含むステータ５０６の少なくとも１つのセクションを画定する。分離リンク４０２は、半径方向磁束機械７０１をターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方から分解することおよび分離することの少なくとも一方を必要とせずに、ステータ５０６を第１のシャフト１０６から取り外すのを容易にするように構成される。分離リンク４０２はまた、限定はしないが、第１のシャフト１０６、かご形ロータ７０２、ステータ５０６、電気機械１０８、補助機械１０４、およびターボ機械１０２のうちの少なくとも１つのメンテナンスを含むユーザが開始した活動に続いて、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の第１のシャフト１０６にステータ５０６を再組み立てすることおよび再結合することの少なくとも一方を容易にするように構成される。
【００４８】
図９は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る代替のアクチュエータ１１８の断面図である。この代替の実施形態では、アクチュエータ１１８はかご形誘導モータに具現化され、アクチュエータ１１８は、第１のシャフト１０６に結合されたかご形ロータ７０２を含む半径方向磁束機械９０１として構成される。かご形ロータ７０２は、第１のシャフト１０６の軸線Ａからかご形ロータ７０２のロータ外周７０３まで半径方向外向きにロータケージとして延在する。この代替の実施形態では、ロータ外周７０３は、シャフト外周７０４と実質的に同一平面であり、第１のシャフト１０６は、その中に円周方向に画定されたスロット９０２を含む。かご形ロータ７０２はスロット９０２内に配置され、限定はしないが、第１のシャフト１０６およびかご形ロータ７０２の両方よりも低い熱伝導率を有する熱可塑性ベースの接着剤層を含む結合層７０５を介して第１のシャフト１０６に結合される。図示されていない他の実施形態では、かご形ロータ７０２はスロット９０２内に配置され、スロット９０２内にかご形ロータ７０２を区分的に構成することによって第１のシャフト１０６に結合され、スロット９０２は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の第１のシャフト１０６の設置前または設置後に、第１のシャフト１０６に画定される。図示されていないさらに別の実施形態では、かご形ロータ７０２は、スロット９０２内に配置され、結合層７０５を介することなく、結合プロセスを介して第１のシャフト１０６に結合され、この結合プロセスには、限定はしないが、溶接、熱膨張、熱収縮、成形、および押出が含まれる。かご形ロータ７０２はまた、図７および図８を参照して上述したように、導電性材料で形成され、少なくとも２つの環状ロータリング７０８に結合され、それらの間に延びる複数のクロスバー７０６を含む。図示されていない他の実施形態では、スロット９０２内に配置され、ロータリング７０８なしで第１のシャフト１０６に結合された例えば永久磁石などの強磁性材料で形成された複数のクロスバー７０６にかご形ロータ７０２を代わりに具現化する。
【００４９】
動作中、ステータ磁場発生要素５１４（図示せず）は、アクチュエータ電力変換器１２０、アクチュエータコントローラ１２６、および電源１２４（図示せず）のうちの少なくとも１つに結合される。ステータ５０６は、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を誘導するように構成されたＡＣステータである。ステータ磁場発生要素５１４は交互に励磁および消磁されて、限定はしないが、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、を含むターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方のシャフトに補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去するように構成される。複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、電源１２４およびアクチュエータ電力変換器１２０の少なくとも１つからの電流の流れによって励磁されると、誘導される。ステータ５０６はまた、アクチュエータ電線１２２（図示せず）上のステータ５０６に伝達されるＡＣ電力の位相の整合に応じて、時計回り方向および反時計回り方向の両方で第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するように構成される。図示されていない他の実施形態では、ステータ５０６は、時計回りおよび反時計回りの一方向のみで第１のシャフト１０６に補正トルクを印加するようにさらに構成されている。また、動作中、ステータ５０６への電流の流れを無効にすることにより、複数のステータ磁場発生要素５１４が消磁され、第１のシャフト１０６から補正トルクが除去される。
【００５０】
この代替の実施形態の動作中、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場は、エアギャップ５１６を介してかご形ロータ７０２と電気機械的に相互作用し、クロスバー７０６およびロータリング７０８を通る電流の流れを誘発し、それにより、磁場および電磁トルクを発生させる。ステータ５０６の回転磁場が回転する方向に応じて、時計回りおよび反時計回りの少なくとも一方で補正トルクが第１のシャフト１０６に印加され、ねじり振動を減衰させる。ステータ５０６を励磁することで半径方向磁束機械９０１が第１のシャフト１０６に印加する補正トルクの量は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つのユーザが決定したパラメータによって指定される。ユーザが決定したパラメータには、制御信号１３０に含まれるデータに依存するパラメータが含まれるが、これに限定されない。ユーザが決定したパラメータには、ターボ機械システム２００、電気機械１０８、アクチュエータ電力変換器１２０、およびアクチュエータコントローラ１２６のうちの少なくとも１つの設計パラメータも含まれるが、これに限定されない。ユーザが事前に決定したパラメータには、限定はしないが、複数のステータ磁場発生要素５１４を通る回転磁場を含む誘導磁場の時間、磁束強度、および磁場強度がさらに含まれるが、これに限定されない。
【００５１】
図１０は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００に使用され得る代替の半径方向磁束機械９０１アクチュエータ１１８の斜視図である。この代替の実施形態では、ステータ５０６（部分断面図で示す）は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方に結合される。分離リンク４０２は、限定はしないが、ステータ５０６環状リングの円弧セグメントを含むステータ５０６の少なくとも１つのセクションを画定する。分離リンク４０２は、半径方向磁束機械９０１をターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方から分解することおよび分離することの少なくとも一方を必要とせずに、ステータ５０６を第１のシャフト１０６から取り外すのを容易にするように構成される。分離リンク４０２はまた、限定はしないが、第１のシャフト１０６、かご形ロータ７０２、ステータ５０６、電気機械１０８、補助機械１０４、およびターボ機械１０２のうちの少なくとも１つのメンテナンスを含むユーザが開始した活動に続いて、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の第１のシャフト１０６にステータ５０６を再組み立てすることおよび再結合することの少なくとも一方を容易にするように構成される。
【００５２】
図１１は、図１および図２に示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００で使用され得るターボ機械システムにおけるシャフトのねじり振動を減衰させる例示的方法１１００のフローチャート図である。図１〜図１０を参照すると、方法１１００は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方に結合されたセンサ１２８を介して、ねじり振動を表すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも一方の物理的特性を検出するステップ１１０２を含む。方法１１００はまた、センサ１２８によって送信されたデータにより、ねじり振動の存在を判定するステップ１１０４を含む。方法１１００はさらに、第１のシャフト１０６と、第２のシャフト１１０と、ターボ機械１０２、電気機械１０８、および補助機械１０４のうちの少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトと、のうちの少なくとも１つに補正トルクを印加して、ねじり振動を減衰させるために、アクチュエータ１１８のステータ３１０およびステータ５０６の少なくとも一方を励磁するステップ１１０６をさらに含む。
【００５３】
ターボ機械システムならびに関連するシステムおよび方法におけるねじり振動を低減するための上述の電気アクチュエータ装置は、シャフトおよび回転機器列の電気機械を含む回転機械のＳＳＴＩを低減する。上述の実施形態はまた、ＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクのターボ機械システムにおける望ましくない影響を緩和する。上述の実施形態は、ターボ機械システムに用いられる電気機械のトルク不均衡をさらに低減する。ターボ機械システムならびに関連する制御システムおよび方法におけるねじり振動を低減するための上述の電気アクチュエータ装置はまた、ターボ機械システムの運転およびメンテナンスコストを低減し、運転効率を高める。上述の実施形態は、既存のプラント設計に統合して運転するのが容易な、より複雑でなく安価なＳＳＴＩ緩和装置、システム、および方法をさらに提供する。上述の実施形態はまた、ターボ機械システム動作を停止することなくＳＳＴＩ緩和装置およびシステムの設置およびメンテナンスを可能にする。
【００５４】
ターボ機械システムならびに関連するシステムおよび方法におけるねじり振動の低減のための上述の電気アクチュエータ装置の例示的な技術的効果は：（ａ）シャフトおよび回転機器列の電気機械を含む回転機械のＳＳＴＩを低減すること；（ｂ）ＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクのターボ機械システムにおける望ましくない影響を緩和すること；（ｃ）ターボ機械システムに用いられる電気機械のトルク不均衡を低減すること；（ｄ）ターボ機械システムの運転およびメンテナンスコストを低減し、運転効率を高めること；（ｅ）既存のプラント設計に統合して運転するのが容易な、より複雑でなく安価なＳＳＴＩ緩和装置、システム、および方法を提供すること；および（ｆ）ターボ機械システム動作を停止することなくＳＳＴＩ緩和装置およびシステムの設置およびメンテナンスを可能にすること、の少なくとも１つを含む。
【００５５】
ターボ機械システムならびに関連するシステムおよび方法におけるねじり振動を低減するための電気アクチュエータ装置の例示的な実施形態は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本方法、システム、および装置は、限定するものではないが、シャフトおよび電気機械を含まない回転機械列に結合された回転機械のねじり振動の低減を必要とする他のシステムと組み合わせて使用することもでき、関連する方法は、本明細書に記載のシステムおよび方法のみで実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、ねじり振動の低減のための電気アクチュエータ装置ならびに関連システムおよび方法の上述した実施形態を使用することから利益を得ることができる多くの他の用途、機器、およびシステムに関連して実施され、利用され得、様々な用途の回転機械列および他の関連システムの運転効率を改善するためのものである。
【００５６】
本開示の種々の実施形態の特定の特徴は、一部の図に示され、他の図には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求され得る。
【００５７】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置またはコンピューティング装置の使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶装置および／またはメモリ装置を含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理装置に実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理装置という用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００５８】
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、また、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ターボ機械（１０２）と、間に延びるシャフト（１０６，１１０）によって前記ターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）とを含むターボ機械システム（１００，２００）のためのアクチュエータ（１１８）であって、
前記シャフト（１０６，１１０）に結合され、複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）を備えたロータ（３０２，５０２，７０２）と、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接した前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータ（３１０，５０６）であって、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）に近接した複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、交互に励磁および消磁されて、前記シャフト（１０６，１１０）に補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される、ステータ（３１０，５０６）と、
を備える、アクチュエータ（１１８）。
［実施態様２］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）と、第１のロータ側（３０４）と、前記第１のロータ側（３０４）とは反対側の第２のロータ側（３０６）とを有するロータディスクをさらに備え、前記第１のロータ側（３０４）と前記第２のロータ側（３０６）の各々は、前記シャフト（１０６，１１０）から前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）まで半径方向外向きに延び、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記第１のロータ側（３０４）に所定の間隔を置いて結合され、
前記ステータ（３１０，５０６）がキャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）と、第１のステータ側（３１４）と、前記第１のステータ側（３１４）とは反対側の第２のステータ側（３１６）とをさらに備え、前記第１のステータ側（３１４）と前記第２のステータ側（３１６）の各々は、前記ステータ外周（３１３，５０９）から前記キャビティ（３１２，５０８）まで半径方向内向きに延び、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は前記第２のステータ側（３１６）に結合され、前記第２のステータ側（３１６）は前記第１のロータ側（３０４）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様１に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様３］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）を有するロータディスクをさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）に沿って所定の間隔を置いて配置され、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様１または２に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様４］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト（１０６，１１０）に円周方向に結合された少なくとも２つの環状ロータリング（７０８）をさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記少なくとも２つのロータリング（７０８）に結合され、前記シャフト（１０６，１１０）に近接してその間を軸方向に延び、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様５］
前記シャフト（１０６，１１０）がシャフト外周（７０４）を有し、その中に円周方向に画定されたスロット（９０２）を含み、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト外周（７０４）と実質的に同一平面にある前記スロット（９０２）内に配置されている、
実施態様１乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様６］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）と前記シャフト（１０６，１１０）の両方よりも低い熱伝導率を有する結合層（７０５）をさらに備え、前記結合層（７０５）は、前記シャフト（１０６，１１０）と前記少なくとも２つのロータリング（７０８）および前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）の少なくとも一方との間に配置され、前記ロータ（３０２，５０２，７０２）は前記結合層（７０５）を介して前記シャフト（１０６，１１０）に結合されている、実施態様１乃至５のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様７］
前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）が、複数の永久磁石を含む、実施態様１乃至６のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様８］
前記ステータ（３１０，５０６）が、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を通る回転磁場を誘導するように構成された交流ステータをさらに備える、実施態様１乃至７のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１１８）。
［実施態様９］
ターボ機械（１０２）と、
電気機械（１０８）と、
前記電気機械（１０８）に結合され、前記ターボ機械（１０２）に結合され、それらの間に延びるシャフト（１０６，１１０）と、
アクチュエータ（１１８）と、
を備えたターボ機械システム（１００，２００）であって、前記アクチュエータ（１１８）は、
前記シャフト（１０６，１１０）に結合され、複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）を備えたロータ（３０２，５０２，７０２）と、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接した前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるように構成されたステータ（３１０，５０６）であって、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）に近接した複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、交互に励磁および消磁されて、前記シャフト（１０６，１１０）に補正トルクをそれぞれ交互に印加および除去して、ねじり振動を減衰させるように構成される、ステータ（３１０，５０６）と、
を備える、ターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１０］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）と、第１のロータ側（３０４）と、前記第１のロータ側（３０４）とは反対側の第２のロータ側（３０６）とを有するロータディスクをさらに備え、前記第１のロータ側（３０４）と前記第２のロータ側（３０６）の各々は、前記シャフト（１０６，１１０）から前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）まで半径方向外向きに延び、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記第１のロータ側（３０４）に所定の間隔を置いて結合され、
前記ステータ（３１０，５０６）がキャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）と、第１のステータ側（３１４）と、前記第１のステータ側（３１４）とは反対側の第２のステータ側（３１６）とをさらに備え、前記第１のステータ側（３１４）と前記第２のステータ側（３１６）の各々は、前記ステータ外周（３１３，５０９）から前記キャビティ（３１２，５０８）まで半径方向内向きに延び、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は前記第２のステータ側（３１６）に結合され、前記第２のステータ側（３１６）は前記第１のロータ側（３０４）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様９に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１１］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、ロータ外周（３０７，５０３，７０３）を有するロータディスクをさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記ロータ外周（３０７，５０３，７０３）に沿って所定の間隔を置いて配置され、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径（５１０）を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径（５１０）に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様９または１０に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１２］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト（１０６，１１０）に円周方向に結合された少なくとも２つの環状ロータリング（７０８）をさらに備え、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）は、前記少なくとも２つのロータリング（７０８）に結合され、前記シャフト（１０６，１１０）に近接してその間を軸方向に延び、
前記ステータ（３１０，５０６）が、キャビティ（３１２，５０８）を画定し、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記キャビティ（３１２，５０８）を通る前記シャフト（１０６，１１０）の少なくとも一部を受け入れるようにさらに構成され、前記ステータ（３１０，５０６）は、ステータ外周（３１３，５０９）および内側半径（５１０）を有する環状リングをさらに備え、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）は、前記内側半径（５１０）に沿って所定の間隔を置いて配置され、前記ステータ（３１０，５０６）は前記ロータ（３０２，５０２，７０２）に近接して配置され、前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）と前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）との間にエアギャップ（３２０，５１６）を画定する、
実施態様９乃至１１のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１３］
前記シャフト（１０６，１１０）がシャフト外周（７０４）を有し、その中に円周方向に画定されたスロット（９０２）を含み、
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記シャフト外周（７０４）と実質的に同一平面にある前記スロット（９０２）内に配置されている、
実施態様９乃至１２のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１４］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）と前記シャフト（１０６，１１０）の両方よりも低い熱伝導率を有する結合層（７０５）をさらに備え、前記結合層（７０５）は、前記シャフト（１０６，１１０）と前記少なくとも２つのロータリング（７０８）および前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）の少なくとも一方との間に配置され、前記ロータ（３０２，５０２，７０２）は前記結合層（７０５）を介して前記シャフト（１０６，１１０）に結合されている、実施態様９乃至１３のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１５］
前記複数のロータ磁場発生要素（３０８，５０４）が、複数の永久磁石を含む、実施態様９乃至１４のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１６］
前記ステータ（３１０，５０６）が前記ターボ機械システム（１００，２００）に結合されている、実施態様９乃至１５のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１７］
前記ステータ（３１０，５０６）が、前記ステータ（３１０，５０６）を前記シャフト（１０６，１１０）から取り外すのを容易にするように構成された分離リンク（４０２）をさらに備える、実施態様９乃至１６のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１８］
前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）に結合された電源（１２４）をさらに備え、前記ステータ（３１０，５０６）は、前記複数のステータ磁場発生要素（３１８，５１４）を通る回転磁場を誘導するように構成された交流（ＡＣ）ステータをさらに備える、実施態様９乃至１７のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様１９］
前記電源（１２４）および前記アクチュエータ（１１８）に結合されたアクチュエータ電力変換器（１２０）をさらに備える、実施態様９乃至１８のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２０］
前記アクチュエータ（１１８）に結合されたアクチュエータコントローラ（１２６）と、
前記アクチュエータコントローラ（１２６）に結合されたセンサ（１２８）であって、前記センサ（１２８）は、ねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００，２００）の物理的特性を検出し、前記アクチュエータ（１１８）を介して前記シャフト（１０６，１１０）に交互に前記補正トルクを印加および除去するように前記アクチュエータコントローラ（１２６）に制御信号（１３０）を送信するように構成され、前記センサ（１２８）は、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、および前記シャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも１つにさらに結合される、センサ（１２８）と、
をさらに備える、実施態様９乃至１９のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２１］
前記電気機械（１０８）が、モータ（２０２）および発電機（１１２）の少なくとも一方を備える、実施態様９乃至２０のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２２］
前記ロータ（３０２，５０２，７０２）が、前記電気機械（１０８）に近接して前記シャフト（１０６，１１０）に結合されている、実施態様９乃至２１のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２３］
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６，１１０）と、
前記複数のシャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも２つの前記シャフト（１０６，１１０）に結合された複数のアクチュエータ（１１８）と
をさらに備える、実施態様９乃至２２のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２４］
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６，１１０）と、
前記複数のシャフト（１０６，１１０）のうちの少なくとも２つの前記シャフト（１０６，１１０）に結合された複数のアクチュエータ（１１８）と、
複数のアクチュエータコントローラ（１２６）であって、前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）の各々は、前記複数のアクチュエータ（１１８）のそれぞれのアクチュエータに結合されている、複数のアクチュエータコントローラ（１２６）と、
前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）に結合された複数のセンサ（１２８）であって、前記それぞれのアクチュエータ（１１８）は、前記複数のアクチュエータコントローラ（１２６）のそれぞれのアクチュエータコントローラ（１２６）によって制御される、複数のセンサ（１２８）と、
をさらに備える、実施態様９乃至２３のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００，２００）。
［実施態様２５］
間に延びるシャフト（１０６，１１０）によってターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）と、ステータ（３１０，５０６）および前記ステータ（３１０，５０６）に近接した前記シャフト（１０６，１１０）に結合されたロータ（３０２，５０２，７０２）とを含むアクチュエータ（１１８）と、を含むターボ機械システム（１００，２００）における前記シャフト（１０６，１１０）のねじり振動を減衰させる方法（１１００）であって、
前記ターボ機械システム（１００，２００）に結合されたセンサ（１２８）を介して、ねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００，２００）の物理的特性を検出するステップと、
前記センサ（１２８）によって送信されたデータにより、ねじり振動の存在を判定するステップと、
補正トルクを印加して、ねじり振動を減衰させるために、前記アクチュエータ（１１８）の前記ステータ（３１０，５０６）を励磁するステップと
を含む、方法（１１００）。
［実施態様２６］
ねじり振動の存在を判定する前記ステップが、
前記アクチュエータ（１１８）に結合されたアクチュエータコントローラ（１２６）において、前記データを制御信号（１３０）として受け取るステップと、
前記データの値を、ねじり振動の存在を示す所定の設定値と比較するステップと、
前記アクチュエータ（１１８）の前記ステータ（３１０，５０６）を励磁するステップと、
を含み、
アクチュエータ（１１８）のステータを励磁する前記ステップは、
前記データの値がねじり振動の存在を示すときに前記ステータ（３１０，５０６）を励磁するステップ
を含む、実施態様２５に記載の方法（１１００）。
【符号の説明】
【００５９】
１００  ターボ機械システム
１０１  ターボ機械設備
１０２  ターボ機械
１０４  補助機械
１０６  第１のシャフト
１０８  電気機械
１１０  第２のシャフト
１１２  発電機
１１４  グリッド
１１６  三相電力線
１１８  アクチュエータ
１２０  アクチュエータ電力変換器
１２２  アクチュエータ電線
１２４  電源
１２６  アクチュエータコントローラ
１２８  センサ
１３０  制御信号
２００  ターボ機械システム
２０１  ターボ機械設備
２０２  モータ
２０４  モータ電力変換器
３０１  軸方向磁束機械
３０２  ロータ
３０４  第１のロータ側
３０６  第２のロータ側
３０７  ロータ外周
３０８  ロータ磁場発生要素
３１０  ステータ
３１２  キャビティ
３１３  ステータ外周
３１４  第１のステータ側
３１６  第２のステータ側
３１８  ステータ磁場発生要素
３２０  エアギャップ
４０２  分離リンク
５０１  半径方向磁束機械
５０２  ロータ
５０３  ロータ外周
５０４  ロータ磁場発生要素
５０６  ステータ
５０８  キャビティ
５０９  ステータ外周
５１０  内側半径
５１２  外側半径
５１４  ステータ磁場発生要素
５１６  エアギャップ
７０１  半径方向磁束機械
７０２  環状かご形ロータ
７０３  ロータ外周
７０４  シャフト外周
７０５  結合層
７０６  クロスバー
７０８  環状ロータリング
９０１  半径方向磁束機械
９０２  スロット
１１００  方法
【図１】
2019524048.tif 000003
【図２】
2019524048.tif 000004
【図３】
2019524048.tif 000005
【図４】
2019524048.tif 000006
【図５】
2019524048.tif 000007
【図６】
2019524048.tif 000008
【図７】
2019524048.tif 000009
【図８】
2019524048.tif 000010
【図９】
2019524048.tif 000011
【図１０】
2019524048.tif 000012
【図１１】
2019524048.tif 000013
【国際調査報告】
2019524048.tif 000014
2019524048.tif 000015