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技術 発電機のための減衰システム

出願人 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
発明者 ワン,カイユジェミン,ポール・ロバートウッドバーン,デビット
出願日 2017年8月10日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2019-510394
公開日 2019年9月19日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-527014
状態 拒絶査定
技術分野 発電機の制御
主要キーワード 機械的ダンパ フィードフォワード制御回路 公称回転速度 フィルタリングキャパシタ 電圧信号値 コーナ周波数 機械的トルク 公称動作
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重要な関連分野

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図面 (8)

課題・解決手段

減衰システムは、発電機の駆動シャフト速度リップル振幅を測定するように配置されたセンサを含むことができ、センサおよび発電機に接続されたフィードフォワード回路を含むことができる。フィードフォワード回路は、発電機によって駆動される負荷抵抗負荷容量とによって形成される位相角を決定することができ、振幅および位相角に基づいて電圧信号値を計算し、電圧信号値に従って、発電機によって負荷抵抗の両端に供給されるDCリンク電圧を調整することができる。

概要

背景

発電機は、駆動シャフトの望ましくない振動または機械的剪断をもたらす可能性がある不均一な速度またはトルクを有する駆動シャフトによって駆動されることがある。例えば、航空機は、ガスタービンエンジンなどの原動機から駆動シャフトに回転を与えることができる。駆動シャフトに挿入された機械的ダンパーを使用して駆動シャフトのねじり振動を低減させることが知られている。しかし、航空機などの、重量または容積パラメータが重要な用途では、機械的ダンパーは貴重スペース消費し、重量を増す。さらに、機械的ダンパーは、変化するトルク条件に動的に適応することができない。ダンパーへの電気的な負荷の大きさを変えることによって機械的トルクリップルを吸収する電気的ダンパーを設けることも知られている。しかしながら、発電機への電気的な負荷は、電圧が変化すると、多かれ少なかれ電力を吸収することによって発電機の電圧の変化に応答する定電力負荷である場合がある。そのため、機械的トルクのリップルと位相がずれている電気的負荷の変動をリアクタンス的に(reactively)吸収することができるキャパシタを使用して発電機の整流出力フィルタすることが知られている。それでも、そのようなシステムでは、いくらか電力損失が残る。

概要

減衰システムは、発電機の駆動シャフトの速度リップル振幅を測定するように配置されたセンサを含むことができ、センサおよび発電機に接続されたフィードフォワード回路を含むことができる。フィードフォワード回路は、発電機によって駆動される負荷抵抗と負荷容量とによって形成される位相角を決定することができ、振幅および位相角に基づいて電圧信号値を計算し、電圧信号値に従って、発電機によって負荷抵抗の両端に供給されるDCリンク電圧を調整することができる。

目的

発電機12は、高効率のエネルギー変換器とすることができ、発電機12によって送出される電力は、結果としてシャフト入力15においてほぼ同じ機械的動力を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

直流(DC)リンク電圧(18)を平滑化するDCリンクキャパシタ(50)によってシャントされた負荷抵抗(40)の両端にDCリンク電圧(18)を供給する発電機(12)の駆動シャフト(14)のねじり振動減衰させるための減衰システム(10)において、前記駆動シャフト(14)の速度リップル振幅(22)を測定するように配置されたセンサ(20)と、前記センサ(20)および前記発電機(12)に接続されたフィードフォワード回路(30)であって、前記負荷抵抗(40)と前記DCリンクキャパシタ(50)の負荷容量(52)とによって形成されるDCリンク位相角(34)を決定し、前記速度リップル振幅(22)および前記DCリンク位相角(34)に基づいて電圧信号値(80)を計算し、前記電圧信号値(80)に従って前記DCリンク電圧(18)を調整するように構成された、フィードフォワード回路と、を特徴とする、減衰システム(10)。

請求項2

前記電圧信号値(80)の大きさが前記速度リップル振幅(22)に比例する、請求項1記載の減衰システム(10)。

請求項3

前記フィードフォワード回路(30)が調整された前記DCリンク電圧(18)の位相を前記DCリンク位相角(34)だけ前記速度リップルからオフセットさせるようにさらに構成されている、請求項1記載の減衰システム(10)。

請求項4

前記センサ(20)が前記速度リップルの角周波数(24)を測定するように構成されている、請求項1記載の減衰システム(10)。

請求項5

前記DCリンク位相角(34)が、前記角周波数(24)と前記負荷容量(52)と前記負荷抵抗(40)との積の2分の1のアークタンジェントとして計算される、請求項4記載の減衰システム(10)。

請求項6

前記速度リップルが前記駆動シャフト(14)のねじり振動である、請求項1記載の減衰システム(10)。

請求項7

前記発電機(12)が交流(AC)発電機であり、前記DCリンク電圧(18)を供給する整流器(60)を含み、前記フィードフォワード回路(30)が前記発電機(12)の制御入力(16)において前記DCリンク電圧(18)を調整する、請求項1記載の減衰システム(10)。

請求項8

前記整流器(60)が能動整流器であり、前記フィードフォワード回路(30)が前記能動整流器の制御入力(62)において前記DCリンク電圧(18)を調整する、請求項7記載の減衰システム(10)。

請求項9

前記DCリンク位相角(34)が、前記負荷容量(52)が本質的にゼロの場合は、ほぼ0度であり、前記負荷抵抗が本質的に無限大の場合は、ほぼ90度である、請求項1記載の減衰システム(10)

技術分野

0001

本発明は、発電機のための減衰システム等に関する。

背景技術

0002

発電機は、駆動シャフトの望ましくない振動または機械的剪断をもたらす可能性がある不均一な速度またはトルクを有する駆動シャフトによって駆動されることがある。例えば、航空機は、ガスタービンエンジンなどの原動機から駆動シャフトに回転を与えることができる。駆動シャフトに挿入された機械的ダンパーを使用して駆動シャフトのねじり振動を低減させることが知られている。しかし、航空機などの、重量または容積パラメータが重要な用途では、機械的ダンパーは貴重スペース消費し、重量を増す。さらに、機械的ダンパーは、変化するトルク条件に動的に適応することができない。ダンパーへの電気的な負荷の大きさを変えることによって機械的トルクリップルを吸収する電気的ダンパーを設けることも知られている。しかしながら、発電機への電気的な負荷は、電圧が変化すると、多かれ少なかれ電力を吸収することによって発電機の電圧の変化に応答する定電力負荷である場合がある。そのため、機械的トルクのリップルと位相がずれている電気的負荷の変動をリアクタンス的に(reactively)吸収することができるキャパシタを使用して発電機の整流出力フィルタすることが知られている。それでも、そのようなシステムでは、いくらか電力損失が残る。

先行技術

0003

米国特許出願公開第2007/0279012号明細書

0004

一態様では、直流(DC)リンク電圧平滑化するDCリンクキャパシタによってシャントされた負荷抵抗の両端にDCリンク電圧を供給する発電機の駆動シャフトのねじり振動を減衰させるための減衰システムが開示される。減衰システムは、駆動シャフトの速度リップル振幅を測定するように配置されたセンサと、センサおよび発電機に接続されたフィードフォワード回路と、を含むことができる。フィードフォワード回路は、負荷抵抗とDCリンクキャパシタの負荷容量とによって形成される位相角を決定するように構成されたモジュールを有することができ、振幅および位相角に基づいて電圧信号値を計算することができ、電圧信号値に従ってDCリンク電圧を調整することができる。

0005

別の態様では、発電機と、発電機と定電力負荷との間に接続された整流器と、を備えることができる電源回路を開示する。発電機は、定電力負荷および負荷抵抗の両端にDCリンク電圧を供給することができる。電源回路は、DCリンク電圧を平滑化するための、負荷抵抗をシャントするDCリンクキャパシタを含むことができ、発電機の速度リップルの振幅を測定するように配置されたセンサをさらに含むことができる。フィードフォワード回路は、センサおよび発電機に接続され得て、フィードフォワード回路のモジュールは、負荷抵抗とDCリンクキャパシタの負荷容量とによって形成される位相角を決定するように構成することができる。フィードフォワード回路は、振幅および位相角に基づいて電圧信号値を計算することをさらに含むことができ、電圧信号値に従ってDCリンク電圧を調整することを含むことができる。

0006

さらなる別の態様では、直流(DC)リンク電圧を平滑化するDCリンクキャパシタによってシャントされた負荷抵抗の両端にDCリンク電圧を供給する発電機の駆動シャフトのねじり振動を減衰させる方法が開示される。本方法は、駆動シャフトの速度リップルの振幅を決定するステップを含むことができる。本方法は、負荷抵抗とDCリンクキャパシタの負荷容量とによって形成される位相角を決定するステップをさらに含むことができる。本方法は、フィードフォワード回路において振幅および位相角に基づいて電圧信号値を計算するステップをさらに含むことができる。本方法は、電圧信号値に従ってDCリンク電圧を調整するステップをさらに含むことができる。

図面の簡単な説明

0007

本明細書に記載された様々な態様による、DCリンク電圧を供給する発電機のための減衰システムである。
本明細書に記載された様々な態様による、定電力負荷を駆動する整流器を有する発電機のための減衰システムである。
本明細書に記載された様々な態様による、図1および図2の発電機の駆動シャフトの速度リップルのグラフである。
本明細書に記載された様々な態様による、駆動シャフトによって伝達されるリップル電力の変動を示す図3Aの速度リップルの振幅のグラフである。
本明細書に記載された様々な態様による、速度リップルから位相がオフセットされている図1および図2のDCリンク電圧の調整のグラフである。
本明細書に記載された様々な態様による、図3Cの減衰システムによって提供される電力減衰のグラフである。
本明細書に記載された様々な態様による、図1および図2の減衰システムのDCリンク電圧を調整するためのフィードフォワード回路である。

実施例

0008

本開示に基づいて理解することができるように、当技術分野において、発電機の駆動シャフトの機械的トルクまたは速度におけるリップルを吸収するための電気的ダンパーが必要である。さらに、当技術分野において、発電機の定電力負荷と一体化された電気的ダンパーが必要である。加えて、当技術分野において、発電機の整流器の出力にフィルタリングキャパシタが存在する状態で不要なリップル電力を吸収または反射する電気的ダンパーが必要である。

0009

図1を参照すると、本開示の一態様では、減衰システム10は、駆動シャフト14を有し負荷抵抗(R)40の両端に直流(DC)リンク電圧18を供給する発電機12と組み合わせることができる。DCリンクキャパシタ50は、発電機12のDCリンク電圧18を平滑化する負荷容量(C)52を有することができる。例えば、DCリンク電圧18は、負荷抵抗40に安定した調整されたDCリンク電圧18を供給するためにローパスフィルタリングを必要とする交流(AC)リップルを有する整流器の出力である場合がある。例えば、負荷抵抗40によって表わされる電気的な負荷は、DCリンク電圧18の+/−5%、10%、または20%の変動を許容することができ、ノイズまたは高周波成分をフィルタ除去するためにDCリンクキャパシタ50を必要とすることがある。ガスタービンエンジンなどの原動機70は、発電機12へのシャフト入力15を有する駆動シャフト14に公称回転速度72を与えることができる。加えて、駆動シャフト14は、ねじり振動(または速度リップル)を有する。負荷抵抗40は、減衰作用がない場合は速度リップルを持続させるかまたは悪化させる可能性がある実質的に一定の機械的負荷をシャフト入力15に反映する可能性がある。

0010

ここで図3も参照すると、速度リップルは、速度リップル振幅22および速度リップル位相26を有する正弦波によって表わされるように、定常的に周期的であってもよく、または速度リップル振幅22もしくは速度リップル位相26が変化する前に角周波数24で限られたサイクル数持続してもよく、あるいは原動機70、駆動シャフト14、および発電機12に関連付けられた構成要素の安定度に応じてインパルス的または間欠的であってもよい。例えば、減衰されない発電機は、駆動シャフトに一定の馬力負荷を与えることがあり、この一定の馬力負荷が速度リップルを積極的(positively)にまたは消極的(negatively)に反応させることがある。発電機12は、高効率のエネルギー変換器とすることができ、発電機12によって送出される電力は、結果としてシャフト入力15においてほぼ同じ機械的動力を提供することができる。例えば、シャフト入力15に伝達される機械的動力の90%超が、負荷抵抗40および負荷容量52の両端に電力として現れることができる。発電機効率は、90%よりも低くなることもある。

0011

引き続き図1を参照すると、一態様では、減衰システム10は、駆動シャフト14の速度リップル振幅22を測定するように配置されたリップルセンサ20を含むことができる。リップルセンサ20は、機械的手段、電気的手段、もしくは無線手段によって、駆動シャフト14または発電機12に接続することができ、駆動シャフト14の速度、トルク、馬力周波数、または加速度の表示も提供することができる。減衰システム10は、リップルセンサ20および発電機12に接続されたフィードフォワード回路30をさらに含むことができる。フィードフォワード回路30のモジュール32は、負荷抵抗とDCリンクキャパシタ50の負荷容量52とによって形成されるDCリンク位相角34を決定するように構成することができる。DCリンク位相角34は、発電機12のRC負荷46に対する電力対電圧の関係を規定することができ、RC負荷46は、負荷容量52と並列に負荷抵抗40を含む。モジュール32は、速度リップル振幅22およびDCリンク位相角34に基づいて電圧信号値80を計算し、電圧信号値80に従ってDCリンク電圧18を調整するようにさらに構成することができる。有益には、速度リップル振幅22およびDCリンク位相角34に基づいてDCリンク電圧18を調整することによって、駆動シャフト14のねじり振動を実質的に減衰または排除する減衰電力をRC負荷46に供給することができる。

0012

減衰システム10の一態様では、フィードフォワード回路30は、DCリンク電圧18が、駆動シャフト14の速度またはトルクが増加するとともに増加するように、かつ駆動シャフト14の速度またはトルクが減少するとともに減少するように、電圧信号値80の大きさ(図示せず)を速度リップルの速度リップル振幅22に比例するように設定することができ、それによって、発電機12に伝達される速度リップル(またはねじり振動)のリップル電力を吸収することができる。有益には、フィードフォワード回路30は、RC負荷46に供給される減衰電力が発電機12に伝達されるリップル電力と同相になるように、調整されたDCリンク電圧18の位相をDCリンク位相角34だけ速度リップルからオフセットさせることもできる(図3C)。周期的な速度リップルが存在する状態でのフィードフォワード回路30によるDCリンク電圧18の調整は、減衰電力を生成するDCリンク電圧18のウィグリング(wiggling)として見ることができる。減衰電力の一部は、負荷抵抗40で消費され、一部は、負荷容量52に一時的に蓄積される。

0013

さらに図1を参照すると、リップルセンサ20は、速度リップルの角周波数(ω)24を測定するように構成することもでき、この角周波数24から、モジュール32は、角周波数24における負荷容量52のインピーダンス(1/jωC)を決定することができる。DCリンク位相角34は、減衰電力が、負荷容量52、負荷抵抗40、および角周波数24の大きさに応じてウィグリングするDCリンク電圧の位相に対してどれくらい進んでいるかによって表現することができる。本開示の一態様では、フィードフォワード回路30は、リップル電力が減衰電力と同相になるように、速度リップルに対してDCリンク電圧18のウィグリングを、0〜90度であるDCリンク位相角34だけ遅らせることができ、それによって、ねじり振動(速度リップル)を実質的に減衰または排除することができる。別の態様では、DCリンク位相角(Φ)34は、角周波数24と負荷容量52と負荷抵抗40との積の2分の1のアークタンジェント、すなわちΦ=arctan(ωRC/2)として計算することができる。

0014

上記のアークタンジェント関係を適用すると、負荷容量52が本質的にゼロの場合は、DCリンク位相角34は、発電機12から流れ出電流(図示せず)のすべてがDCリンク電圧18と同相であるため、ほぼ0度となり得る。例えば、インピーダンス(1/jωC)が負荷抵抗40の3倍である負荷容量52は、arctan(ωRC/2)の位相シフトがarctan(1/6)=9度、またはほぼ0度であるため、本質的にゼロと見なすことができる。あるいは、負荷抵抗40が本質的に無限大の場合は、DCリンク位相角34は、発電機12から流れ出る電流が90度だけまたは90度よりもわずかに少なく、DCリンク電圧18よりも進んでいるため、ほぼ90度となり得る。例えば、角周波数ωにおける負荷容量52のインピーダンス(1/jωC)よりも10倍大きい負荷抵抗40は、arctan(ωRC/2)の位相シフトがarctan(5)=79度、またはほぼ90度であるため、本質的に無限大と見なすことができる。有益には、DCリンク容量50は、負荷抵抗を使用することなく、単独でねじり減衰を提供することができる。本開示は、フィードフォワード回路30を様々な値の負荷抵抗40および負荷容量52に適応させることによって、ねじり振動の減衰を改善するものであり、これらの構成部品は、フィルタリングなどの他の機能を実行する。さらなる利点を以下に記載する。

0015

引き続き図1を参照すると、様々な態様において、DCリンク電圧18に対する公称動作設定点として、DCリンク基準(Vref)56をフィードフォワード回路30の出力に提供することができる。加えて、DCリンク基準56は、加算ノード38において電圧値信号80と結合されて、上述の減衰機能を重ね合わせることができる。一態様では、加算ノード38の出力は、DCリンク電圧18を制御するために、発電機12の制御入力16に接続することができる。例えば、発電機12は、可変AC出力周波数および内部整流器(図2)によって整流された出力電圧を有する可変速発電機とすることができ、制御入力16が出力電圧を設定することができる。この場合、DCリンク容量50の値は、出力周波数の範囲に応じてフィルタリングを実行するように選択することができる。あるいは、発電機12は、DCリンク容量の選択に対する制約が少ない場合は、固定出力周波数を有する固定速度発電機とすることができる。他の態様では、電圧値信号80は、加算ノード38またはDCリンク基準56を使用することなく、制御入力16に直接接続することができ、発電機出力電圧に対する公称動作点は、別個の制御入力などによって他の場所に設定されてもよい。

0016

ここで図2を参照すると、別の態様では、整流器60は、発電機12と定電力負荷44との間に接続され、DCリンク電圧18を定電力負荷44および負荷抵抗40に供給することができる。整流器60は、発電機12からのAC電圧をDCリンク電圧18に変換するダイオード整流器などの受動整流器とすることができる。整流器60は、整流器の制御入力62がフィードフォワード回路30からDCリンク電圧調整を受け取ることができる能動整流器とすることもできる。定電力負荷44は、定電力負荷44によって消費される電力の変化なしに、DCリンク電圧18によって供給される電圧の範囲を受け入れることができる。航空機に搭載されるタービン発電機などの発電機システムは、通常、AC出力を生成する電圧インバータなどの、またはDC出力を生成する電圧コンバータなどの定電力負荷44を駆動することができる。有利には、定電力負荷44は、誤動作することなく公称DCリンク電圧18からの偏差を許容することができ、高い電力変換効率で動作することができる。しかしながら、減衰電力を生成するためのDCリンク電圧の調整は、定電力負荷44の大きさまたは動作とは無関係であってもよい。有益には、負荷抵抗40は、定抵抗であり、実効的なDCリンク位相角34は、負荷抵抗40および負荷容量52の値を単に知ることによって管理することができる。

0017

負荷抵抗40は、様々な航空機の負荷がオンおよびオフされるとともに、動的に変化する可能性があるため、抵抗器電流42をフィードフォワード回路30によって測定して、DCリンク電圧18についての知識を使用して、正確な負荷抵抗を計算することができる。その場合、減衰システム10は、負荷抵抗40および定電力負荷44が様々な電力量を引き出す間、最適のDCリンク位相角34を維持することができる。DCリンク容量50は、値を固定することができるが、定電力負荷44は、全体的な負荷容量52を決定する際に含めることができる容量を含むこともできる。負荷電流42は、負荷抵抗40と並列の電流シャント(図示せず)を用いて、またはどの負荷回路がDCリンク電圧および負荷回路のそれぞれの電流ドレインから動作しているか示す1つまたは複数のデータ値を受け取ることによって、あるいは当技術分野で知られている他の手段によって決定することができる。

0018

負荷抵抗40は、フィードフォワード制御回路30によって印加される所与の変動(ウィグル)に対して多かれ少なかれ減衰を提供するように選択された抵抗性負荷とすることができ、動作環境内の電力を発電機12に依存する既存の負荷回路(図示せず)も含むことができる。一態様では、負荷抵抗40をDCリンク電圧18の両端に意図的に追加して、駆動シャフト14の機械的振動の所望の減衰を達成することができる。負荷抵抗40は、DCリンクの「ウィグル(wiggle)」が定電力負荷44の最大電圧許容範囲を犯さないように、十分に小さくなるように設定することができる。負荷抵抗40は、駆動シャフト14の機械的振動の減衰を提供しながら、不必要な電力損失を回避するのに十分に大きくなるように選択することもできる。別の態様では、負荷抵抗40は、動作環境内の既存の負荷回路によって決定され、減衰目的のために無作為に調整することはできない。さらなる別の態様では、意図的に追加された負荷抵抗と既存の負荷回路との組合せが負荷抵抗40を決定することがある。また、負荷抵抗40は、整流器60から不要な高周波信号を除去するために最適化されたローパスフィルタコーナ周波数を提供するRC時定数を提供するように選択することができる。

0019

図3A図3Dは、上記の図1および図2によって説明した減衰システム10に存在する可能性がある位相関係の態様を例示する。図3Aに示すように、回転する駆動シャフトの速度またはトルクには周期的なリップルがあり得て、ここで周期Tは、2π/ωと等してもよく、ωは、速度リップルの角周波数である。また、リップルは、方形波に向かう傾向があるなどの非正弦波であってもよく、またはインパルス的であってもよく、あるいは2つ以上の周波数成分を有してもよい。図3Bを参照すると、リップルセンサ(図1および図2)は、速度リップルの振幅22を検出することができ、それによって、ねじり振動のリップル電力74の指標を有することができる。例えば、リップル電力は、速度リップルの振幅22の2乗に比例することができる。速度リップルの位相は、振幅22のゼロ交差26を検出するリップルセンサによって決定することができる。あるいは、位相検出器またはピーク検出器を使用して、速度リップルの相対位相を決定することができる。図3Cでは、DCリンク位相角34は、フィードフォワード回路30によって決定されて、フィードフォワード回路30によって引き起こされる減衰電力が、負荷容量、負荷抵抗、および角周波数の大きさに応じてDCリンク電圧のウィグリングの位相よりもどれだけ進むかによって表現することができる。

0020

フィードフォワード回路30は、振幅22に比例し図3Aの速度リップルに対してDCリンク位相角34だけ位相が遅れたDCリンク電圧18をその公称動作点の周りで調整することができる。図3Dは、リップル電力が、DCリンク電圧によって駆動される負荷抵抗および負荷容量によって実質的にまたは完全に吸収されるように、減衰電力76をリップル電力74と同相にすることができることを示す。あるいは、DCリンク電圧18は、ねじり振動の様々な安定度ダイナミックス試験するか、またはそれに適応するために、DCリンク位相角34とは反対方向に180度の量だけ、または中間の量だけ位相を遅らせるか、もしくは進めることができる。例えば、ねじり振動の安定度特性を決定するために、非相殺(non−cancelling)減衰電力に対する駆動シャフトの応答を試験することが望ましい場合がある。

0021

図4は、フィードフォワード回路30の1つの可能な態様を示し、ここで積分器ブロック36がDCリンク位相角34を計算することができ、リップルセンサ20からの速度リップルのサンプルを積分器ブロック36に印加することができ、結果が加算ノード38で加算される。利得ブロック39は、値Kを設定して、加算ノード38の加算結果をフィードフォワード回路および発電機12内の利得および効率係数に対して較正し、図1および図2に示す、駆動シャフト14のねじり振動を実質的に減衰する制御入力16を提供することができる。点線は、発電機12から速度リップルのサンプルを取得するセンサ20を示すが、センサ20は、駆動シャフト14から、発電機12の出力を整流する整流器から、または駆動シャフト14もしくは発電機12に関連付けられた他の構成要素から速度リップルのサンプルを取得することもできる。

0022

上記の図に示されたものに加えて、他の多くの可能な実施形態および構成が本開示によって企図されている。まだ記載されていない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を必要に応じて互い組み合わせて使用することができる。1つの特徴を実施形態のすべてにおいて示すことができないということは、それができないと解釈されることを意味しておらず、記載を簡単にするためになされている。したがって、異なる実施形態の様々な特徴を、必要に応じて混合および適合させて、新しい実施形態が明示的に記載されているかどうかにかかわらず、新しい実施形態を形成することができる。さらに、「一組の」または「複数の」様々な要素が記載されているが、「一組」または「複数」は、1つだけの要素を含めて、任意の数のそれぞれの要素を含むことができることを理解されよう。本明細書に記載された特徴の組合せまたは並べ替えは、本開示によって包含される。

0023

本明細書は、最良の形態を含む本開示の実施形態を開示するために、また任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む、任意の当業者が本開示の実施形態を実施することを可能にするために例を使用している。本開示の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。他のそのような例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの文言相違しない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的な差異がない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

0024

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
直流(DC)リンク電圧(18)を平滑化するDCリンクキャパシタ(50)によってシャントされた負荷抵抗(40)の両端にDCリンク電圧(18)を供給する発電機(12)の駆動シャフト(14)のねじり振動を減衰させるための減衰システム(10)であって、
駆動シャフト(14)の速度リップルの振幅(22)を測定するように配置されたセンサ(20)と、
センサ(20)および発電機(12)に接続されたフィードフォワード回路(30)であり、負荷抵抗(40)とDCリンクキャパシタ(50)の負荷容量(52)とによって形成される位相角(34)を決定し、振幅(22)および位相角(34)に基づいて電圧信号値(80)を計算し、電圧信号値(80)に従ってDCリンク電圧(18)を調整するように構成された、フィードフォワード回路(30)と、
を備える、減衰システム(10)。
[実施態様2]
電圧信号値(80)の大きさが速度リップルの振幅(22)に比例する、実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様3]
調整されたDCリンク電圧(18)の位相が位相角(34)だけ速度リップルからオフセットされている、実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様4]
センサ(20)が速度リップルの角周波数(24)を測定するように構成されている、実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様5]
位相角(34)が、角周波数(24)と負荷容量(52)と負荷抵抗(40)との積の2分の1のアークタンジェントとして計算される、実施態様4に記載の減衰システム(10)。
[実施態様6]
速度リップルが駆動シャフト(14)のねじり振動である、実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様7]
発電機(12)が交流(AC)発電機であり、DCリンク電圧(18)を供給する整流器(60)を含み、フィードフォワード回路(30)が発電機(12)の制御入力(16)においてDCリンク電圧(18)を調整する、実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様8]
位相角(34)が、負荷容量(52)が本質的にゼロの場合は、ほぼ0度であり、負荷抵抗(40)が本質的に無限大の場合は、ほぼ90度である。実施態様1に記載の減衰システム(10)。
[実施態様9]
発電機(12)と、
発電機(12)と定電力負荷(44)との間に接続され、定電力負荷(44)および負荷抵抗(40)の両端にDCリンク電圧(18)を供給する整流器(60)と、
DCリンク電圧(18)を平滑化するための、負荷抵抗(40)をシャントするDCリンクキャパシタ(50)と、
発電機(12)の速度リップルの振幅(22)を測定するように配置されたセンサ(20)と、
センサ(20)および発電機(12)に接続されたフィードフォワード回路(30)であり、負荷抵抗(40)とDCリンクキャパシタ(50)の負荷容量(52)とによって形成される位相角(34)を決定し、振幅(22)および位相角(34)に基づいて電圧信号値(80)を計算し、電圧信号値(80)に従ってDCリンク電圧(18)を調整するように構成された、フィードフォワード回路(30)と、
を備える、電源回路。
[実施態様10]
電圧信号値(80)の大きさが速度リップルの振幅(22)に比例し、DCリンク電圧(18)調整の位相が位相角(34)だけ速度リップルからオフセットされている、実施態様9に記載の電源回路。
[実施態様11]
DCリンク電圧(18)調整の位相が、0〜90度の範囲にある位相角(34)だけ速度リップルから遅れている、実施態様10の電源回路。
[実施態様12]
速度リップルが発電機(12)の駆動シャフト(14)のねじり振動である、実施態様9に記載の電源回路。
[実施態様13]
センサ(20)が速度リップルの角周波数(24)を測定するように構成されている、実施態様9に記載の電源回路。
[実施態様14]
位相角(34)が、角周波数(24)と負荷容量(52)と負荷抵抗(40)との積の2分の1のアークタンジェントとして計算される、実施態様13に記載の電源回路。
[実施態様15]
整流器(60)が能動整流器(60)であり、フィードフォワード回路(30)が能動整流器(60)の制御入力(62)においてDCリンク電圧(18)を調整する、実施態様9に記載の電源回路。
[実施態様16]
DCリンク電圧(18)から負荷抵抗(40)を計算するために負荷抵抗(40)の負荷電流(42)を決定するフィードフォワード回路(30)をさらに備える、実施態様9に記載の電源回路。
[実施態様17]
DCリンク電圧(18)を平滑化するDCリンクキャパシタ(50)によってシャントされた負荷抵抗(40)の両端に直流(DC)リンク電圧(18)を供給する発電機(12)の駆動シャフト(14)のねじり振動を減衰させる方法であって、
駆動シャフト(14)の速度リップルの振幅(22)を決定するステップと、
負荷抵抗(40)とDCリンクキャパシタ(50)の負荷容量(52)とによって形成される位相角(34)を決定するステップと、
振幅(22)および位相角(34)に基づいて電圧信号値(80)を計算するステップと、
電圧信号値(80)に従ってDCリンク電圧(18)を調整するステップと、
を含む、方法。
[実施態様18]
電圧信号値(80)の大きさが速度リップルの振幅(22)に比例し、DCリンク電圧(18)調整の位相が位相角(34)だけ速度リップルからオフセットされている、実施態様17に記載の方法。
[実施態様19]
センサ(20)によって速度リップルの角周波数(24)を測定するステップをさらに含み、位相角(34)が、角周波数(24)と負荷容量(52)と負荷抵抗(40)との積の2分の1のアークタンジェントとして決定される、実施態様17に記載の方法。
[実施態様20]
DCリンク電圧(18)の調整によって、負荷抵抗(40)および負荷容量(52)の減衰電力(76)がねじり振動のリップル電力(74)と同相になるようにする、実施態様17に記載の方法。

0025

10減衰システム
12発電機
14駆動シャフト
15シャフト入力
16制御入力
18DCリンク電圧
20センサ
22速度リップル振幅
24角周波数
26ゼロ交差または速度リップル位相
30フィードフォワード回路
32モジュール
34DCリンク位相角
36積分器ブロック
38加算ノード
39利得ブロック
40負荷抵抗
42負荷電流
44定電力負荷
46 RC負荷
50DCリンクキャパシタ
52 負荷容量
60整流器
62 制御入力
70原動機
72公称回転速度
74リップル電力
76減衰電力
80電圧信号値または電圧値信号

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