(57)【要約】【課題】電動機システムの効率を広い運転領域で高める。【解決手段】電動機システム（2）は、軸心回りに回転可能な駆動軸（30）と、それぞれが駆動軸（30）を回転駆動する第１電動機（60）および第２電動機（70）とを備える。第１電動機（60）における固定子（64）と回転子（61）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさと、第２電動機（70）における固定子（74）と回転子（71）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさとは、互いに異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心回りに回転可能な駆動軸（30）と、
それぞれが上記駆動軸（30）を回転駆動する第１電動機（60）および第２電動機（70）とを備え、
上記第１電動機（60）における固定子（64）と回転子（61）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさと、上記第２電動機（70）における固定子（74）と回転子（71）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさとは、互いに異なる
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が上記固定子（64,74）に集中巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回され、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方が上記固定子（64,74）に分布巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回されている
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方よりも固定子コア（65,75）および回転子コア（62,72）の軸方向長さが長い
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、ベアリングレスモータで構成されている
ことを特徴とする電動機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動機システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動軸と、駆動軸を回転駆動する複数の電動機とを備えた電動機システムが知られている（例えば、特許文献１）。この電動機システムでは、所定の電動機の発生力の最大値が、他の所定の電動機の発生力の最大値よりも大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１９１４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の電動機に異なる特性を備えさせるための構成として、特許文献１には複数の構成が開示されている。これに対し、本願発明者は、特許文献１に開示されていない構成によって複数の電動機に異なる特性を備えさせ、それにより電動機システムの効率を高められないか研究を重ねている。
【０００５】
本開示の目的は、電動機システムの効率を広い運転領域で高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、電動機システム（2）を対象とする。電動機システム（2）は、軸心回りに回転可能な駆動軸（30）と、それぞれが上記駆動軸（30）を回転駆動する第１電動機（60）および第２電動機（70）とを備え、上記第１電動機（60）における固定子（64）と回転子（61）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさと、上記第２電動機（70）における固定子（74）と回転子（71）との間のエアギャップ（AG1,AG2）の大きさとは、互いに異なる。
【０００７】
第１の態様では、第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方は高速回転領域で、エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方は低速回転領域でそれぞれ他方よりも効率が高い。そのような第１電動機（60）と第２電動機（70）を組み合わせることにより、広い運転領域で効率の高い電動機システム（2）を提供することができる。
【０００８】
なお、本明細書において、エアギャップ（AG1,AG2）の「大きさ」とは、各電動機（60,70）が備える固定子（64,74）および回転子（61,71）の互いに対する対向方向（換言すると、各電動機（60,70）の径方向）におけるエアギャップ（AG1,AG2）の長さを意味する。
【０００９】
本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が上記固定子（64,74）に集中巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回され、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方が上記固定子（64,74）に分布巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回されていることを特徴とする。
【００１０】
第２の態様では、第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方において、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）を集中巻方式で巻回することでコイルエンド長および巻線加工コストを低減できる。第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方において、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）を分布巻方式で巻回することで発生トルクを増大しかつ空間高調波を低減できる。
【００１１】
本開示の第３の態様は、上記第１または第２の態様において、上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方よりも固定子コア（65,75）および回転子コア（62,72）の軸方向長さが長いことを特徴とする。
【００１２】
第３の態様では、第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方の発生トルクを増大することができる。
【００１３】
本開示の第４の態様は、上記第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、上記第１電動機（60）および上記第２電動機（70）は、ベアリングレスモータで構成されていることを特徴とする。
【００１４】
第４の態様では、それぞれがベアリングレスモータである第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方において、エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方よりも大きな支持力を発生させることができる。例えば、第１電動機（60）および第２電動機（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方を、要求支持力が相対的に大きい箇所に配置するといったことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態のターボ圧縮機の構成例を示す正面図である。
【図２】図２は、第１ベアリングレスモータの構成例を示す横断面図である。
【図３】図３は、第２ベアリングレスモータの構成例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態について説明する。本実施形態の電動機システム（2）は、冷媒回路（図示せず）に設けられて冷媒を圧縮するターボ圧縮機（1）に搭載されるが、その他の用途にも適用できる。
【００１７】
〈ターボ圧縮機の構成〉
図１に示すように、ターボ圧縮機（1）は、ケーシング（10）と、インペラ（20）と、電動機システム（2）とを備える。電動機システム（2）は、駆動軸（30）と、タッチダウン軸受（40,41）と、スラスト磁気軸受（50）と、制御部（90）と、電源部（91）と、第１ベアリングレスモータ（60）と、第２ベアリングレスモータ（70）とを有する。第１ベアリングレスモータ（60）と第２ベアリングレスモータ（70）とは、駆動軸（30）の軸方向に並んで配置される。第１ベアリングレスモータ（60）は、第１電動機を構成している。第２ベアリングレスモータ（70）は、第２電動機を構成している。
【００１８】
なお、本明細書の説明において、「軸方向」とは、回転軸方向のことであって、駆動軸（30）の軸心の方向のことであり、「径方向」とは、軸方向と直交する方向のことである。また、「外周側」とは、駆動軸（30）の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、駆動軸（30）の軸心により近い側のことである。
【００１９】
−ケーシング−
ケーシング（10）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置される。ケーシング（10）内の空間は、壁部（11）によって区画される。壁部（11）よりも右側の空間は、インペラ（20）を収容するインペラ室（12）を構成する。壁部（11）よりも左側の空間は、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）を収容する電動機室（14）を構成する。ケーシング（10）内を軸方向に延びる駆動軸（30）が、インペラ（20）と第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）とを連結している。
【００２０】
−インペラ−
インペラ（20）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成される。インペラ（20）は、駆動軸（30）の一端に固定された状態でインペラ室（12）に収容される。インペラ室（12）には、吸入管（15）および吐出管（16）が接続される。インペラ室（12）の外周部には、圧縮空間（13）が形成される。吸入管（15）は、冷媒を外部からインペラ室（12）内に導くために設けられている。吐出管（16）は、インペラ室（12）内で圧縮された高圧の冷媒を外部へ戻すために設けられている。
【００２１】
−タッチダウン軸受−
ターボ圧縮機（1）には２つのタッチダウン軸受（40,41）が設けられている。一方のタッチダウン軸受（40）は、駆動軸（30）の一端部（図１の右側端部）近傍に設けられている。他方のタッチダウン軸受（41）は、駆動軸（30）の他端部近傍に設けられている。これらのタッチダウン軸受（40,41）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）が非通電であるとき（換言すると、駆動軸（30）が浮上していないとき）に駆動軸（30）を支持するように構成されている。
【００２２】
−スラスト磁気軸受−
図１に示すように、スラスト磁気軸受（50）は、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）を有する。スラスト磁気軸受（50）は、駆動軸（30）の他端部（換言すると、インペラ（20）が固定された一端部とは反対側の端部）に設けられた円板状の部分（以下、円板部（31））を電磁力によって支持するように構成されている。スラスト磁気軸受（50）は、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）に流れる電流を制御することにより、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）の対向方向（換言すると、軸方向または図１の左右方向）における駆動軸（30）の被支持部（円板部（31））の位置を制御することができる。
【００２３】
−制御部−
制御部（90）は、駆動軸（30）の位置が所望の位置となるように、円板部（31）とスラスト磁気軸受（50）との間のギャップを検出可能なギャップセンサ（図示せず）の検出値に基づいて、スラスト磁気軸受（50）に供給する電圧を制御するための電圧指令値（スラスト電圧指令値）を出力する。制御部（90）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）における固定子（64,74）と回転子（61,71）との間のギャップを検出可能なギャップセンサ（図示せず）の検出値と、回転子（61,71）の固定子（64,74）に対する相対的な回転角度を検出可能な回転角度センサ（図示せず）の検出値と、インペラ（20）および駆動軸（30）の目標回転速度の情報とに基づいて、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）に供給する電圧を制御するための電圧指令値（モータ電圧指令値および支持電圧指令値）を出力する。例えば、制御部（90）は、１つまたは複数のマイクロコンピュータ（図示せず）と、マイクロコンピュータを動作させるプログラムとによって構成することが可能である。
【００２４】
なお、固定子（64,74）と回転子（61,71）との間のギャップの検出には、必ずしもギャップセンサを用いなくてもよい。例えば、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）や支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）のインダクタンスに基づいてギャップを検出してもよい。また、回転子（61,71）の固定子（64,74）に対する相対的な回転角度の検出には、必ずしも回転角度センサを用いなくてもよい。例えば、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）の電流および電圧に基づいて回転角度を推定してもよいし、既知のセンサレス制御を採用して回転角度センサを用いずに電圧指令値を出力してもよい。
【００２５】
−電源部−
電源部（91）は、制御部（90）からのスラスト電圧指令値、モータ電圧指令値、および支持電圧指令値に基づいて、スラスト磁気軸受（50）ならびに第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）に電圧をそれぞれ供給する。例えば、電源部（91）は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプによって構成することが可能である。
【００２６】
−第１ベアリングレスモータ−
第１ベアリングレスモータ（60）は、電動機室（14）のうちインペラ（20）に近い側に配置される。第１ベアリングレスモータ（60）は、電磁力によって駆動軸（30）を回転駆動しかつ駆動軸（30）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。第１ベアリングレスモータ（60）は、一対の回転子（61）と固定子（64）を有する。回転子（61）は、駆動軸（30）に固定されている。固定子（64）は、ケーシング（10）の内周壁に固定されている。
【００２７】
図２に示すように、第１ベアリングレスモータ（60）は、表面磁石型のベアリングレスモータである。第１ベアリングレスモータ（60）の固定子（64）は、バックヨーク部（65a）および図示を省略する複数のティース部を含む固定子コア（65）と、ティース部に巻回された駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）とを有する。第１ベアリングレスモータ（60）の回転子（61）は、回転子コア（62）と、回転子コア（62）の外周面に設けられた複数（この例では、４つ）の永久磁石（63）と、複数の永久磁石（63）の外周を囲う保護部材（68）とを有する。
【００２８】
固定子（64）の固定子コア（65）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成される。固定子（64）のバックヨーク部（65a）は、円筒状に形成されている。駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）は、各ティース部に分布巻方式で巻回されている。なお、駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）は、各ティース部に集中巻方式で巻回されていてもよい。
【００２９】
駆動用コイル（66a〜66c）は、ティース部のうち内周側に巻回されたコイルである。駆動用コイル（66a〜66c）は、図２において太実線で囲んで示すＵ相駆動用コイル（66a）と、太破線で囲んで示すＶ相駆動用コイル（66b）と、細実線で囲んで示すＷ相駆動用コイル（66c）とから構成される。なお、駆動用コイル（66a〜66c）は、ティース部のうち外周側に巻回されていてもよい。
【００３０】
支持用コイル（67a〜67c）は、ティース部のうち外周側に巻回されたコイルである。支持用コイル（67a〜67c）は、図２において太実線で囲んで示すＵ相支持用コイル（67a）と、太破線で囲んで示すＶ相支持用コイル（67b）と、細実線で囲んで示すＷ相支持用コイル（67c）とから構成される。なお、支持用コイル（67a〜67c）は、ティース部のうち内周側に巻回されていてもよい。
【００３１】
回転子（61）の回転子コア（62）は、円筒状に形成されている。回転子コア（62）の中央部には駆動軸（30）を挿通するためのシャフト孔が形成されている。回転子コア（62）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成される。回転子コア（62）の外周面には、この外周面に沿った形状を有する４つの永久磁石（63）が、回転子（61）の周方向において９０°の角度ピッチで設けられている。これら４つの永久磁石（63）は、互いに同形状である。各永久磁石（63）の外周面側は、回転子（61）の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に現れるようになっている。回転子（61）の保護部材（68）は、円筒状に形成されていて、４つの永久磁石（63）の外周に設けられている。なお、図２の回転子（61）の極数は４であるが、４でなくてもよい。複数の永久磁石によって回転子（61）の各極が構成されていてもよい。
【００３２】
固定子（64）のティース部と、回転子（61）との間には、大きさがＬｇ１の第１エアギャップ（AG1）が形成されている。ここで、第１エアギャップ（AG1）の大きさは、固定子（64）のティース部と回転子（61）の磁性材料部との間の径方向距離である。回転子（61）の保護部材（68）が非磁性材料で構成される場合、第１エアギャップ（AG1）の大きさは、固定子（64）のティース部と回転子（61）の回転子コア（62）との間の径方向距離である。回転子（61）の保護部材（68）が磁性材料で構成される場合、図２に示すように、第１エアギャップ（AG1）の大きさは、固定子（64）のティース部と回転子（61）の保護部材（68）との間の径方向距離である。第１エアギャップ（AG1）の大きさは、全周にわたって実質的にＬｇ１で一定である。なお、第１エアギャップ（AG1）の大きさは、周方向において変動していてもよく、その場合、全周にわたる第１エアギャップ（AG1）の大きさの平均値をＬｇ１とする。
【００３３】
−第２ベアリングレスモータ−
第２ベアリングレスモータ（70）は、電動機室（14）のうちインペラ（20）から遠い側に配置される。第２ベアリングレスモータ（70）は、電磁力によって駆動軸（30）を回転駆動しかつ駆動軸（30）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。第２ベアリングレスモータ（70）は、一対の回転子（71）と固定子（74）を有する。回転子（71）は、駆動軸（30）に固定されている。固定子（74）は、ケーシング（10）の内周壁に固定されている。
【００３４】
図３に示すように、第２ベアリングレスモータ（70）は、表面磁石型のベアリングレスモータである。第２ベアリングレスモータ（70）の固定子（74）は、バックヨーク部（75a）および図示を省略する複数のティース部を含む固定子コア（75）と、ティース部に巻回された駆動用コイル（76a〜76c）および支持用コイル（77a〜77c）とを有する。第２ベアリングレスモータ（70）の回転子（71）は、回転子コア（72）と、回転子コア（72）の外周面に設けられた複数（この例では、４つ）の永久磁石（73）と、複数の永久磁石（73）の外周を囲う保護部材（78）とを有する。
【００３５】
固定子（74）の固定子コア（75）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成される。固定子（74）のバックヨーク部（75a）は、円筒状に形成されている。駆動用コイル（76a〜76c）および支持用コイル（77a〜77c）は、各ティース部に集中巻方式で巻回されている。なお、駆動用コイル（76a〜76c）および支持用コイル（77a〜77c）は、各ティース部に分布巻方式で巻回されていてもよい。なお、第２ベアリングレスモータ（70）の固定子コア（75）の形状（例えば、外径、内径、スロット数など）は、第１ベアリングレスモータ（60）の固定子コア（65）の形状と異なっていてもよい。第２ベアリングレスモータ（70）の固定子コア（75）を構成する材料は、第１ベアリングレスモータ（60）の固定子コア（65）を構成する材料と異なっていてもよい。
【００３６】
駆動用コイル（76a〜76c）は、ティース部のうち内周側に巻回されたコイルである。駆動用コイル（76a〜76c）は、図３において太実線で囲んで示すＵ相駆動用コイル（76a）と、太破線で囲んで示すＶ相駆動用コイル（76b）と、細実線で囲んで示すＷ相駆動用コイル（76c）とから構成される。なお、駆動用コイル（76a〜76c）は、ティース部のうち外周側に巻回されていてもよい。第２ベアリングレスモータ（70）の駆動用コイル（76a〜76c）の巻数は、第１ベアリングレスモータ（60）の駆動用コイル（66a〜66c）の巻数と異なっていてもよい。
【００３７】
支持用コイル（77a〜77c）は、ティース部のうち外周側に巻回されたコイルである。支持用コイル（77a〜77c）は、図３において太実線で囲んで示すＵ相支持用コイル（77a）と、太破線で囲んで示すＶ相支持用コイル（77b）と、細実線で囲んで示すＷ相支持用コイル（77c）とから構成される。なお、支持用コイル（77a〜77c）は、ティース部のうち内周側に巻回されていてもよい。第２ベアリングレスモータ（70）の支持用コイル（77a〜77c）の巻数は、第１ベアリングレスモータ（60）の支持用コイル（67a〜67c）の巻数と異なっていてもよい。
【００３８】
回転子（71）の回転子コア（72）は、円筒状に形成されている。回転子コア（72）の中央部には駆動軸（30）を挿通するためのシャフト孔が形成されている。回転子コア（72）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成される。回転子コア（72）の外周面には、この外周面に沿った形状を有する４つの永久磁石（73）が、回転子（71）の周方向において９０°の角度ピッチで設けられている。これら４つの永久磁石（73）は、互いに同形状である。各永久磁石（73）の外周面側は、回転子（71）の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に現れるようになっている。回転子（71）の保護部材（78）は、円筒状に形成されていて、４つの永久磁石（73）の外周に設けられている。回転子（71）の極数は４であるが、４でなくてもよい。第２ベアリングレスモータ（70）の回転子（71）の極数は、第１ベアリングレスモータ（60）の回転子（61）の極数と異なっていてもよい。複数の永久磁石（73）によって回転子（71）の各極が構成されていてもよい。第２ベアリングレスモータ（70）の回転子（71）の各極を構成する永久磁石（73）の数は、第１ベアリングレスモータ（60）の回転子（61）の各極を構成する永久磁石（63）の数と異なっていてもよい。
【００３９】
第２ベアリングレスモータ（70）の固定子コア（75）および回転子コア（72）の軸方向長さＬ２（図１を参照）は、第１ベアリングレスモータ（60）の固定子コア（65）および回転子コア（62）の軸方向長さＬ１（図１を参照）よりも長い（Ｌ２＞Ｌ１）。なお、第２ベアリングレスモータ（70）の固定子コア（75）および回転子コア（72）の軸方向長さＬ２は、第１ベアリングレスモータ（60）の固定子コア（65）および回転子コア（62）の軸方向長さＬ１以下であってもよい（Ｌ２≦Ｌ１）。
【００４０】
固定子（74）のティース部と、回転子（71）との間には、大きさがＬｇ２の第２エアギャップ（AG2）が形成されている。ここで、第２エアギャップ（AG2）の大きさは、固定子（74）のティース部と回転子（71）の磁性材料部との間の径方向距離である。回転子（71）の保護部材（78）が非磁性材料で構成される場合、第２エアギャップ（AG2）の大きさは、固定子（74）のティース部と回転子（71）の回転子コア（72）との間の径方向距離である。回転子（71）の保護部材（78）が磁性材料で構成される場合、図３に示すように、第２エアギャップ（AG2）の大きさは、固定子（74）のティース部と回転子（71）の保護部材（78）との間の径方向距離である。第２エアギャップ（AG2）の大きさは、全周にわたって実質的にＬｇ２で一定である。なお、第２エアギャップ（AG2）の大きさは、周方向において変動していてもよく、その場合、全周にわたる第２エアギャップ（AG2）の大きさの平均値をＬｇ２とする。
【００４１】
図２および図３に示すように、第１ベアリングレスモータ（60）の第１エアギャップ（AG1）の大きさＬｇ１と、第２ベアリングレスモータ（70）の第２エアギャップ（AG2）の大きさＬｇ２とは、互いに異なる。具体的に、第１エアギャップ（AG1）は、第２エアギャップ（AG2）よりも小さい。第１エアギャップ（AG1）の大きさＬｇ１と、第２エアギャップ（AG2）の大きさＬｇ２との比率（Ｌｇ１：Ｌｇ２）は、１：２〜１：４であることが好ましい。
【００４２】
−部分運転時における電動機システムの制御方法−
部分運転時における電動機システム（2）の制御方法について説明する。ここで、部分運転とは、電動機システム（2）の定格トルク出力未満のトルク出力を電動機システム（2）により出力する運転を意味する。以下では、部分運転の典型的な２つの例として、相対的に回転速度が高くて相対的にトルク負荷が小さい高速部分運転と、相対的に回転速度が低くて相対的にトルク負荷が大きい低速部分運転とにそれぞれ対応する電動機システム（2）の制御方法について説明する。
【００４３】
高速部分運転時には、制御部（90）は、低速部分運転時よりも、第１ベアリングレスモータ（60）の出力トルクに対する第２ベアリングレスモータ（70）の出力トルクの比率を高める。例えば、制御部（90）は、高速部分運転において、第２ベアリングレスモータ（70）の出力トルクを、第１ベアリングレスモータ（60）の出力トルクよりも大きくする。このような制御により、第１ベアリングレスモータ（60）よりも高速運転時の効率が高い第２ベアリングレスモータ（70）を有効に活用して電動機システム（2）全体としての運転効率を高めることができる。なお、高速部分運転では、制御部（90）は、第１ベアリングレスモータ（60）の出力トルクを実質的にゼロにしてもよい。
【００４４】
低速部分運転時には、制御部（90）は、高速部分運転時よりも、第２ベアリングレスモータ（70）の出力トルクに対する第１ベアリングレスモータ（60）の出力トルクの比率を高める。例えば、制御部（90）は、低速部分運転において、第１ベアリングレスモータ（60）の出力トルクを、第２ベアリングレスモータ（70）の出力トルクよりも大きくする。このような制御により、第２ベアリングレスモータ（70）よりも低速運転時の効率が高い第１ベアリングレスモータ（60）を有効に活用して電動機システム（2）全体としての運転効率を高めることができる。なお、低速部分運転では、制御部（90）は、第２ベアリングレスモータ（70）の出力トルクを実質的にゼロにしてもよい。
【００４５】
−実施形態１の効果−
本実施形態の電動機システム（2）は、軸心回りに回転可能な駆動軸（30）と、それぞれが上記駆動軸（30）を回転駆動する第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）とを備え、上記第１ベアリングレスモータ（60）における固定子（64）と回転子（61）との間のエアギャップ（AG1）の大きさと、上記第２ベアリングレスモータ（70）における固定子（74）と回転子（71）との間のエアギャップ（AG2）の大きさとが、互いに異なる。ここで、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方は高速回転領域で、エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方は低速回転領域でそれぞれ他方よりも効率が高い。そのような第１ベアリングレスモータ（60）と第２ベアリングレスモータ（70）を組み合わせることにより、広い運転領域で効率の高い電動機システム（2）を提供することができる。
【００４６】
また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記第１ベアリングレスモータ（60）および上記第２ベアリングレスモータ（70）は、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が上記固定子（64,74）に集中巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回され、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方が上記固定子（64,74）に分布巻方式でコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が巻回されている。したがって、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方において、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）を集中巻方式で巻回することでコイルエンド長および巻線加工コストを低減できる。第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方において、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）を分布巻方式で巻回することで発生トルクを増大しかつ空間高調波を低減できる。
【００４７】
また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記第１ベアリングレスモータ（60）および上記第２ベアリングレスモータ（70）が、上記エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方が、上記エアギャップ（AG1,AG2）が小さい方よりも固定子コア（65,75）および回転子コア（62,72）の軸方向長さが長い。したがって、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が大きい方の発生トルクを増大することができる。
【００４８】
また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記第１ベアリングレスモータ（60）および上記第２ベアリングレスモータ（70）を備える。したがって、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方において、エアギャップ（AG1,AG2）が大きい方よりも大きな支持力を発生させることができる。例えば、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）のうちエアギャップ（AG1,AG2）が小さい方を、要求支持力が相対的に大きい箇所（例えば、ターボ圧縮機（1）の駆動軸（30）においてインペラ（20）により近い箇所）に配置するといったことが可能となる。
【００４９】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００５０】
例えば、第１電動機および第２電動機は、ベアリングレスモータ以外の任意のタイプの電動機によって構成されていてもよい。例えば、第１電動機および第２電動機は、表面磁石型同期モータ、埋込磁石同期モータ、巻線界磁同期モータ、同期リラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスモータ、および誘導モータのいずれかのタイプの電動機によって構成されていてもよい。第１電動機および第２電動機は、同じタイプの電動機によって構成されていてもよいし、異なるタイプの電動機によって構成されていてもよい。第１電動機および第２電動機は、互いに同じ特性のものであってもよいし、互いに異なる特性のものであってもよい。
【００５１】
また、例えば、各ベアリングレスモータ（60,70）は、表面磁石型のベアリングレスモータ以外の任意のタイプのベアリングレスモータであってもよい。例えば、各ベアリングレスモータ（60,70）は、コンシクエントポール型、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石内蔵型（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）、インセット型、ＢＰＭ（Buried Permanent Magnet）型、順突極型、同期リラクタンス型、スイッチトリラクタンス型、および誘導型のいずれかのタイプのベアリングレスモータであってもよい。
【００５２】
また、例えば、第１ベアリングレスモータ（60）の第１エアギャップ（AG1）の方が、第２ベアリングレスモータ（70）の第２エアギャップ（AG2）よりも大きくてもよい。
【００５３】
また、例えば、電動機システム（2）が備える電動機の数は、３つ以上であってもよい。
【００５４】
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本開示は、電動機システムについて有用である。
【符号の説明】
【００５６】
2  電動機システム
30  駆動軸
60  第１ベアリングレスモータ（第１電動機）
61  回転子
62  回転子コア
64  固定子
65  固定子コア
66a〜66c  駆動用コイル（コイル）
67a〜67c  支持用コイル（コイル）
70  第２ベアリングレスモータ（第２電動機）
71  回転子
72  回転子コア
74  固定子
75  固定子コア
76a〜76c  駆動用コイル（コイル）
77a〜77c  支持用コイル（コイル）
AG1  （第１ベアリングレスモータの）エアギャップ
AG2  （第２ベアリングレスモータの）エアギャップ
【図１】
2020162349.tif 000003
【図２】
2020162349.tif 000004
【図３】
2020162349.tif 000005