(57)【要約】【課題】回転磁界への影響を抑えて回転子に作用する軸方向の力を調整できる回転電機を提供する。【解決手段】固定子２は電機子巻線２１を有して電機子として機能する。回転子３は回転軸Ｐに平行な軸方向で固定子２と空隙を介して対面し、界磁子として機能する。スラスト力調整用固定子４は軸方向で空隙を介して回転子３と対面し、回転子３を固定子２と共に挟む位置に設けられる。スラスト力調整用固定子４は、回転軸Ｐを囲んで巻回されるコイル４２を含む。回転子３は、回転軸Ｐの周りで交互に異なる磁極を軸方向に呈する永久磁石３１と、コイル４２と軸方向において対面する回転子コア３２とを含む。【選択図】図５
2014036490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線(21)を有して電機子として機能する固定子(2)と、
回転軸(P)に平行な軸方向で前記固定子と空隙を介して対面し、界磁子として機能する回転子(3)と、
前記軸方向で空隙を介して前記回転子と対面し、前記回転子を前記固定子と共に挟む位置に設けられるスラスト力調整用固定子(4)と
を備え、
前記スラスト力調整用固定子は、前記回転軸を囲んで巻回されるコイル(42)を含み、
前記回転子は、
前記回転軸の周りで交互に異なる磁極を前記軸方向に呈する永久磁石(31)と、
前記コイルと前記軸方向において対面する回転子コア(32,35)と
を含む、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
前記スラスト力調整用固定子(4)は、
前記コイル(42)の内周側及び外周側にそれぞれ位置して前記コイルを挟み、前記回転子(3)側において前記回転軸(P)についての径方向で磁気的に分離する一対のコア部(412,413)を有する固定子コア(41)
を更に含み、
前記回転子コア(32,35)は前記磁極に対応してそれぞれ設けられ、前記回転軸についての周方向において互いに離間し、前記軸方向から見て、前記一対のコア部の一方から他方まで前記径方向において連続し、
前記一対のコア部(412,413)が前記回転軸を囲むように前記周方向に連続する、請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
前記固定子コア(41)は、前記回転軸(P)を巻回軸として帯状の鋼板を巻回して得られる巻鉄心で形成される、請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
前記鋼板のうち、Ｎ周目の鋼板部(41N)とＭ（Ｍ≧Ｎ＋２）周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる鋼板部の、前記回転子(3)側の表面(41a)が、他の鋼板部の前記回転子側の表面(41b)に対して前記回転子とは反対側に退くことで、溝(411)を形成し、
前記コイル(42)が前記溝に配置され、前記コイルよりも内周側の鋼板部と前記コイルよりも外周側の鋼板部が前記一対のコア部(412,413)としてそれぞれ機能する、請求項３に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
前記Ｎ周目の鋼板部(41N)と前記Ｍ周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる前記鋼板部の、前記軸方向における幅(H1)は、前記他の鋼板部の前記軸方向における幅(H2）よりも小さい、請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項６】
前記Ｎ周目の鋼板部(41N)と前記Ｍ周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる前記鋼板部は、前記他の鋼板部よりも前記軸方向で前記回転子(3)に対して遠くに位置する、請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項７】
前記回転子コア(32,35)は前記磁極に対応してそれぞれ設けられ、前記回転軸(P)についての周方向において互いに離間し、
前記コイル(42)は軟磁性体で形成される、請求項１から６のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項８】
前記コイル(42)は、帯状の導体層が形成されたシートを、前記回転軸(P)を巻回軸として巻回して形成され、前記導体層の前記軸方向における幅(H3)は、前記導体層の前記回転軸(P)についての径方向における幅(H4)よりも広い、請求項１から７のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項９】
前記コイル(42)の巻き始めの引き出し線(421)及び巻き終わりの引き出し線(422)は、前記回転軸(P)を介して互いに対面する位置でそれぞれ前記回転子コア(41)を貫通する、請求項２から８のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１０】
前記回転子コア(32)は前記周方向に積層される複数の鋼板を有する、請求項２から７のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１１】
前記回転子(3)は、
前記固定子(2)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられ、前記回転軸についての周方向で互いに離間する第２回転子コア(33)
を更に有し、
前記第２回転子コアは、前記回転軸(P)についての径方向において積層される複数の鋼板を有する、請求項１から１０のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１２】
前記固定子(2)と前記回転子(3)との間の前記軸方向における間隔(g1)は、前記スラスト力調整用固定子(4)と前記回転子(3)との間の前記軸方向における間隔(g2)よりも小さい、請求項２から７，１０のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１３】
前記永久磁石は前記磁極毎に分離しており、
前記回転子コア(32)は前記スラスト力調整用固定子(4)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられ、前記周方向において隣り合う前記回転子コア同士の前記周方向における距離(W3)は、前記周方向において隣り合う前記永久磁石同士の前記周方向における距離(W2)よりも短い、請求項２から７，１０から１２のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１４】
前記回転子コア(32)は前記スラスト力調整用固定子(4)側で前記磁極毎に前記永久磁石それぞれ設けられ、
前記回転子(3)は、前記固定子(2)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられる第２回転子コア(33)を更に有し、
前記周方向において隣り合う前記回転子コア同士の前記周方向における距離(W3)は、前記周方向において隣り合う前記第２回転子コア同士の前記周方向における距離(W1)よりも短い、請求項２から７，１０のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機(1)を駆動する駆動装置であって、
前記電機子巻線(21)に交流電圧を印加する第１電圧出力部(71)と、
前記コイル(41)に直流電圧を印加する第２電圧出力部(72)と、
前記第２電圧出力部を制御して前記コイルに前記直流電圧を印加する制御部(73)と
を備える、回転電機駆動装置。
【請求項１６】
前記制御部(73)は、前記回転子(3)が前記固定子(2)側にスラスト力を受けているときに、前記第２電圧出力部(72)に前記直流電圧を出力させる、請求項１５に記載の回転電機駆動装置。
【請求項１７】
前記電機子巻線(21)に流れる交流電流を検出する電流検出部(74)を更に備え、
前記制御部(73)は、前記コイル(41)に前記直流電圧を印加したことに起因して前記交流電流の振幅が低減したときに、前記回転子(3)が前記固定子(2)側に前記スラスト力を受けていると判断する、請求項１６に記載の回転電機駆動装置。
【請求項１８】
前記制御部(73)は、前記直流電圧を順次に増大させたときの前記交流電流の振幅の変化が低減から増大へと切り替わったことを契機として、前記直流電圧を維持する又は低減させる、請求項１７に記載の回転電機駆動装置。
【請求項１９】
前記制御部(73)は、前記直流電圧を順次に低減させたときの前記交流電流の振幅の変化が低減から増大へと切り替わったことを契機として、前記直流電圧を維持する又は増大させる、請求項１７又は１８に記載の回転電機駆動装置。
【請求項２０】
前記電機子巻線を流れる交流電流を、前記回転子の回転に応じて回転する回転座標に示した電流に対応して、前記直流電圧の値が予め記録された記録媒体(731)を更に備え、
前記制御部(731)は、前記記録媒体を参照して、前記交流電流に応じた前記直流電圧を前記第２電圧出力部(72)に出力させる、請求項１５に記載の回転電機駆動装置。
【請求項２１】
前記第１電圧出力部(71)の電力に関する物理量と、前記電機子巻線に流れる交流電流の回転座標系における振幅及び位相と、前記回転子に生じるスラスト力との関係が記録された記録媒体(731)と、
前記制御部(73)は、前記物理量に関する指令値(T*)を外部から受け取り、前記指令値と前記関係に基づいて、前記スラスト力が所定値よりも小さくなるように、電流指令を生成し、前記電流指令に基づいて前記交流電圧の振幅及び周波数を前記第１電圧出力部に制御させる、請求項１５に記載の回転電機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機および回転電機駆動装置に関し、特に回転子と、当該回転子を軸方向で挟む一対の固定子とを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、回転子と、回転軸に平行な軸方向で回転子を挟む上側固定子及び下側固定子とを有する電動機が記載されている。特許文献１では、上側固定子及び下側固定子の各々は回転駆動磁界（回転磁界とも呼ぶ）を形成する電磁コイルを備えている。また特許文献１では下側固定子は、傾きを制御するための傾き制御磁界を形成する電磁コイルを更に備えている。
【０００３】
各電磁コイルに電流が流れることで、上側固定子と回転子との間には磁気吸引力が作用すると共に、下側固定子と回転子との間にも磁気吸引力が作用する。特許文献１ではこれらの磁気吸引力を調整することで、回転子の上下位置を制御している。
【０００４】
なお本発明に関連する技術として特許文献２，３が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１-２１８１３０号公報
【特許文献２】特開２００９−８９５８１号公報
【特許文献３】特開２００９−８９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、下側固定子と回転子との磁気吸引力を調整すれば、下側固定子から回転子へと印加される回転磁界が変更されるので、これに応じて上側固定子の回転磁界を調整する必要がある。つまり、下側固定子の電磁コイルに流れる電流を調整すれば、これに応じて上側固定子の電磁コイルを流れる電流を調整する必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、回転磁界への影響を抑えつつ、回転子に作用する軸方向の力を調整する回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１の態様は、電機子巻線(21)を有して電機子として機能する固定子(2)と、回転軸(P)に平行な軸方向で前記固定子と空隙を介して対面し、界磁子として機能する回転子(3)と、前記軸方向で空隙を介して前記回転子と対面し、前記回転子を前記固定子と共に挟む位置に設けられるスラスト力調整用固定子(4)とを備え、前記スラスト力調整用固定子は、前記回転軸を囲んで巻回されるコイル(42)を含み、前記回転子は、前記回転軸の周りで交互に異なる磁極を前記軸方向に呈する永久磁石(31)と、前記コイルと前記軸方向において対面する回転子コア(32,35)とを含む。
【０００９】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第２の態様は、第１の態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記スラスト力調整用固定子(4)は、前記コイル(42)の内周側及び外周側にそれぞれ位置して前記コイルを挟み、前記回転子(3)側において前記回転軸(P)についての径方向で磁気的に分離する一対のコア部(412,413)を有する固定子コア(41)を更に含み、前記回転子コア(32,35)は前記磁極に対応してそれぞれ設けられ、前記回転軸についての周方向において互いに離間し、前記軸方向から見て、前記一対のコア部の一方から他方まで前記径方向において連続し、前記一対のコア部(412,413)が前記回転軸を囲むように前記周方向に連続する。
【００１０】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第３の態様は、第２の態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記固定子コア(41)は、前記回転軸(P)を巻回軸として帯状の鋼板を巻回して得られる巻鉄心で形成される。
【００１１】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第４の態様は、第３の態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記鋼板のうち、Ｎ周目の鋼板部(41N)とＭ（Ｍ≧Ｎ＋２）周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる鋼板部の、前記回転子(3)側の表面(41a)が、他の鋼板部の前記回転子側の表面(41b)に対して前記回転子とは反対側に退くことで、溝(411)を形成し、前記コイル(42)が前記溝に配置され、前記コイルよりも内周側の鋼板部と前記コイルよりも外周側の鋼板部が前記一対のコア部(412,413)としてそれぞれ機能する。
【００１２】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第５の態様は、第４の態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記Ｎ周目の鋼板部(41N)と前記Ｍ周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる前記鋼板部の、前記軸方向における幅(H1)は、前記他の鋼板部の前記軸方向における幅(H2）よりも小さい。
【００１３】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第６の態様は、第４の態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記Ｎ周目の鋼板部(41N)と前記Ｍ周目の鋼板部(41N)とによって挟まれる前記鋼板部は、前記他の鋼板部よりも前記軸方向で前記回転子(3)に対して遠くに位置する。
【００１４】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記回転子コア(32,35)は前記磁極に対応してそれぞれ設けられ、前記回転軸(P)についての周方向において互いに離間し、前記コイル(42)は軟磁性体で形成される。
【００１５】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第８の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記コイル(42)は、帯状の導体層が形成されたシートを、前記回転軸(P)を巻回軸として巻回して形成され、前記導体層の前記軸方向における幅(H3)は、前記導体層の前記回転軸(P)についての径方向における幅(H4)よりも広い。
【００１６】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第９の態様は、第２から第８のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記コイル(42)の巻き始めの引き出し線(421)及び巻き終わりの引き出し線(422)は、前記回転軸(P)を介して互いに対面する位置でそれぞれ前記回転子コア(41)を貫通する。
【００１７】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１０の態様は、第２から第７のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記回転子コア(32)は前記周方向に積層される複数の鋼板を有する。
【００１８】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１１の態様は、第１から第１０のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記回転子(3)は、前記固定子(2)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられ、前記回転軸についての周方向で互いに離間する第２回転子コア(33)を更に有し、前記第２回転子コアは、前記回転軸(P)についての径方向において積層される複数の鋼板を有する。
【００１９】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１２の態様は、第２から第７，第１０のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記固定子(2)と前記回転子(3)との間の前記軸方向における間隔(g1)は、前記スラスト力調整用固定子(4)と前記回転子(3)との間の前記軸方向における間隔(g2)よりも小さい。
【００２０】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１３の態様は、第２から第７，第１０から第１２のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記永久磁石は前記磁極毎に分離しており、前記回転子コア(32)は前記スラスト力調整用固定子(4)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられ、前記周方向において隣り合う前記回転子コア同士の前記周方向における距離(W3)は、前記周方向において隣り合う前記永久磁石同士の前記周方向における距離(W2)よりも短い。
【００２１】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１４の態様は、第２，第１０のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記回転子コア(32)は前記スラスト力調整用固定子(4)側で前記磁極毎に前記永久磁石それぞれ設けられ、前記回転子(3)は、前記固定子(2)側で前記磁極毎に前記永久磁石にそれぞれ設けられる第２回転子コア(33)を更に有し、前記周方向において隣り合う前記回転子コア同士の前記周方向における距離(W3)は、前記周方向において隣り合う前記第２回転子コア同士の前記周方向における距離(W1)よりも短い。
【００２２】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第１の態様は、第１から第１４のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ型回転電機(1)を駆動する駆動装置であって、前記電機子巻線(21)に交流電圧を印加する第１電圧出力部(71)と、前記コイル(41)に直流電圧を印加する第２電圧出力部(72)と、前記第２電圧出力部を制御して前記コイルに前記直流電圧を印加する制御部(73)とを備える。
【００２３】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第２の態様は、第１の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記制御部(73)は、前記回転子(3)が前記固定子(2)側にスラスト力を受けているときに、前記第２電圧出力部(72)に前記直流電圧を出力させる。
【００２４】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第３の態様は、第２の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記電機子巻線(21)に流れる交流電流を検出する電流検出部(74)を更に備え、前記制御部(73)は、前記コイル(41)に前記直流電圧を印加したことに起因して前記交流電流の振幅が低減したときに、前記回転子(3)が前記固定子(2)側に前記スラスト力を受けていると判断する。
【００２５】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第４の態様は、第３の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記制御部(73)は、前記直流電圧を順次に増大させたときの前記交流電流の振幅の変化が低減から増大へと切り替わったことを契機として、前記直流電圧を維持する又は低減させる。
【００２６】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第５の態様は、第３の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記制御部(73)は、前記直流電圧を順次に低減させたときの前記交流電流の振幅の変化が低減から増大へと切り替わったことを契機として、前記直流電圧を維持する又は増大させる。
【００２７】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第６の態様は、第１の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記電機子巻線を流れる交流電流を、前記回転子の回転に応じて回転する回転座標で示した電流に対応して前記直流電圧の値が予め記録された記録媒体(731)を更に備え、前記制御部(731)は、前記記録媒体を参照して、前記交流電流に応じた前記直流電圧を前記第２電圧出力部(72)に出力させる。
【００２８】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第７の態様は、第１の態様にかかる回転電機駆動装置であって、前記第１電圧出力部(71)の電力に関する物理量と、前記電機子巻線に流れる交流電流の回転座標系における振幅及び位相と、前記回転子に生じるスラスト力との関係が記録された記録媒体(731)と、前記制御部(73)は、前記物理量に関する指令値(T*)を外部から受け取り、前記指令値と前記関係に基づいて、前記スラスト力が所定値よりも小さくなるように、電流指令を生成し、前記電流指令に基づいて前記交流電圧の振幅及び周波数を前記第１電圧出力部に制御させる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１の態様によれば、固定子の巻線に電流を流して回転子に回転磁界を印加することで回転子を回転させる状態においては、固定子と回転子との間に磁気吸引力が働く。
【００３０】
またコイルに電流を流すことによって、コイルの周りに径方向に流れる磁場が生じる。これに伴う磁束（以下、調整磁束と呼ぶ）によって回転子とスラスト力調整用固定子との間に磁気吸引力が働く。この磁気吸引力はコイルを流れる電流の大きさに依存するので、コイルに流れる電流を調整することで回転子に生じる軸方向のスラスト力を調整することができる。
【００３１】
しかも回転子コアは調整磁束を径方向に流すので、回転子に印加される回転磁界に影響を与えにくい。よって、コイルの電流の大きさに応じて回転磁界を調整する必要性が低く、固定子の巻線に流れる電流についての制御が簡易となる。
【００３２】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第２の態様によれば、調整磁束は、一対のコア部の一方から固定子コアへと流れ、固定子コアの内部を径方向に流れた後に、一対のコア部の他方へと流れるので、調整磁束は回転子コアへ効率よく供給される。固定子コアはまた、永久磁石についてのバックヨークとしても機能するので、コイルに電流を流さない状態でも回転子とスラスト力調整用固定子の間には磁気吸引力が働く。よって、例えば固定子に電流を流して回転子を回転させる状態で、コイルに電流を流さなくても、固定子と回転子との間の磁気吸引力と、回転子とスラスト力調整用コアとの間の磁気吸引力とが釣り合うように、回転電機を設計することができる。
【００３３】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第３の態様によれば、回転子の回転に供する磁束（以下、主磁束と呼ぶ）は固定子コアを軸方向および周方向に流れるところ、固定子コアにおいて鋼板の境界はこれらに平行となり、主磁束を妨げずにこれに起因する渦電流を低減できる。
【００３４】
一方で、調整磁束は径方向に流れるので、その磁束量が変動すればこれに起因して、鋼板の境界を通らずに流れる渦電流が発生しえる。しかし調整磁束は回転子とスラスト力調整用固定子との間に磁気吸引力を働かせるためのものであって、主磁束のような交番磁束である必要はない。よって、調整磁束に起因する渦電流の発生を考慮する必要性が小さい。
【００３５】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第４の態様によれば、Ｎ周目からＭ周目までの鋼板によって溝が形成されるところ、コイルをこの溝に配置することで、スラスト力調整用固定子を簡単に製造できる。
【００３６】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第５の態様によれば、鋼板が等幅である場合に比べて固定子コアの軸方向におけるサイズを低減できる。
【００３７】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第６の態様によれば、等幅の帯状形状を有する鋼板を用いて固定子コアを形成することができるので、その設計が容易である。
【００３８】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第７の態様によれば、コイルが永久磁石のバックヨークの一部として機能するので、第２の態様による効果を得ることができる。また請求項２に従属する請求項７によれば、バックヨークとしての磁気特性を向上できる。
【００３９】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第８の態様によれば、所望のコイルの総断面積を得るに際し、断面の寸法が等方的な形状の導体に比べて軸方向に巻回する回数を低減できる。よって、比較的簡単にコイルを作成できる。
【００４０】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第９の態様によれば、一対のコア部のアンバランスを抑制できる。
【００４１】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１０の態様によれば、主磁束は回転子コアを軸方向に流れ、調整磁束は回転子コアを径方向に流れるところ、これらの磁束を妨げることなく、主磁束に起因する渦電流を低減することができる。
【００４２】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１１の態様によれば、主磁束は第２回転子コアを周方向および軸方向に流れるところ、第２回転子コアの鋼板の境界はこれらに平行となり、主磁束を妨げることがない。よって主磁束に起因する渦電流を低減することができる。
【００４３】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１２の態様によれば、主磁束による回転子とスラスト力調整用固定子との間の磁気吸引力を低減できる。よってコイルに電流を流さない状態で、回転子には固定子側に向かうスラスト力が働きやすい。この場合、コイルに電流を流すことで、回転子に生じるスラスト力を低減することができる。
【００４４】
本発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１３及び第１４の態様によれば、主磁束の一部が回転子コア同士の間を短絡しやすいので、主磁束による回転子とスラスト力調整用固定子との間の磁気吸引力を低減できる。よってコイルに電流を流さない状態で、回転子には固定子側に向かうスラスト力が働きやすい。この場合、コイルに電流を流すことで、回転子に生じるスラスト力を低減することができる。
【００４５】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第１の態様によれば、回転子に生じるスラスト力を調整することができる。
【００４６】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第２の態様によれば、回転子に生じるスラスト力を低減できる。
【００４７】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第３の態様によれば、巻線に流れる交流電流から回転子に生じるスラスト力の方向を判別するので、例えば応力センサなどの高価なセンサを不要にできる。また電流検出部によって検出される交流電流を、回転子の回転制御に用いることができる。
【００４８】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第４の態様によれば、交流電流の振幅が高いほどスラスト力が高まるところ、小さいスラスト力で回転子を回転させることができる。
【００４９】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第５の態様によれば、交流電流の振幅が高いほどスラスト力が高まるところ、小さいスラスト力で回転子を回転させることができる。
【００５０】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第６の態様によれば、簡単にコイルを制御できる。
【００５１】
本発明にかかる回転電機駆動装置の第７の態様によれば、第１電圧出力部の制御によりスラスト力を低減する。よってスラスト力の低減のために第２電圧出力部が直流電圧を出力する必要性が低減する。したがって、コイルで生じる消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】回転電機の概念的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図２】回転軸を通る断面における回転電機の概念的な構成の一例を示す図である。
【図３】固定子と回転子とを流れる磁束を示す模式的な図である。
【図４】回転電機の概念的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図５】回転軸を通る断面における回転電機の概念的な構成の一例を示す図である。
【図６】回転子の概念的な構成の一例を示す斜視図である。
【図７】回転子の概念的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図８】回転子の概念的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図９】回転軸を通る断面における回転電機の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１０】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１１】鋼板の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１２】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１３】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１４】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１５】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１６】スラスト力調整用固定子の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１７】軸方向に見た回転子コアの概念的な構成の一例を示す図である。
【図１８】軸方向に見た回転子コアの概念的な構成の一例を示す図である。
【図１９】径方向に見た回転子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２０】回転電機を制御する駆動装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２１】巻線に流れる交流電流の電流位相を横軸とし、スラスト力を縦軸とした座標において、交流電流の電流振幅が等しい曲線とトルクが等しい曲線とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
第１の実施の形態．
＜回転電機＞
図１に例示するように、本回転電機１は固定子２と回転子３とスラスト力調整用固定子４とを備える。なお以下では、回転軸Ｐに平行な方向を軸方向と呼び、回転軸Ｐを中心とした周方向及び径方向をそれぞれ単に周方向および径方向と呼ぶ。
【００５４】
図１では、固定子２及び回転子３の各々の構成要素を適宜に軸方向に分離させて表示している。ただしこれらは実際には図２に示すように一体的に組み合わされる。図２では、回転軸Ｐを含む断面における回転電機１の概念的な構成が示され、後に参照する図面においても適宜にこの断面における構成が示される。また回転子３の構成要素は図２に示すように、例えばホルダ３４によって互いに連結されるものの、図１においては各構成要素を見やすくするために、ホルダ３４を省略している。
【００５５】
固定子２と回転子３とスラスト力調整用固定子４とは、相互間に空隙を形成しつつ、軸方向でこの順に配置される（図２）。つまり固定子２は空隙を介して軸方向で回転子３と対面する。またスラスト力調整用固定子４は空隙を介して軸方向で回転子３と対面し、固定子２とともに回転子３を挟む位置に設けられる。
【００５６】
固定子２は電機子として機能し、回転子３へと回転磁界を印加する。回転子３は界磁子として機能し、この回転磁界に応じて回転軸Ｐを中心として回転する。このとき固定子２と回転子３との間には磁気吸引力Ｆ１が発生する。スラスト力調整用固定子４は後述するように自身と回転子３との間に磁気吸引力Ｆ２２を発生させて、回転子３に生じる軸方向のスラスト力Ｆ３を調整する。なお図２では、回転子３に生じる磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２２を回転子３の横に示している。また図２では磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２２を纏める形で符号「Ｆ３」を付記しているものの、スラスト力Ｆ３は磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２２の合成である。例えば固定子２側のスラスト力が正の値を有すると定義すると、スラスト力Ｆ３は（Ｆ１−Ｆ２２）で表される。以下で参照する図面においても適宜に磁気吸引力およびスラスト力が同様に示される。以下、固定子２、回転子３及びスラスト力調整用固定子４について詳述する。
【００５７】
固定子２は、複数の電機子巻線（以下、巻線と呼ぶ）２１と、複数のティース２２と、バックヨーク２３とを備えている。複数のティース２２は軟磁性体（例えば積層鋼板又は圧粉磁心）であって、周方向に沿って互いに離間して配置され、軸方向に延在する。このティース２２の個数は適宜に設定され、例えば１２個である。
【００５８】
バックヨーク２３は軟磁性体（例えば積層鋼板又は圧粉磁心）であって、ティース２２の回転子３とは反対側の一端同士を周方向で磁気的に連結する。例えばバックヨーク２３は回転軸Ｐを中心としたリング状かつ板状の形状を有する。またバックヨーク２３は回転電機１を収納するケース（不図示）に固定される。例えばバックヨーク２３は圧入又は焼き嵌めなどによって当該ケースに固定される。
【００５９】
複数の巻線２１は、軸方向に平行な軸を巻回軸として、複数のティース２２にそれぞれ巻回される。なお本願では特に断らない限り、電機子巻線は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。
【００６０】
また固定子２は、図２に例示するように、鍔部用コア２４を備えていてもよい。鍔部用コア２４はティース２２の各々の他端に設けられる。この鍔部用コア２４の周方向における幅はティース２２の周方向における幅よりも広い。これによってパーミアンスを増大することができ、効率を向上できる。また鍔部用コア２４はバックヨーク２３と共に巻線２１を軸方向で挟むことができる。よって巻線２１の巻崩れを防止できる。
【００６１】
鍔部用コア２４は、図１の例示するように、それぞれ内周側及び外周側で連結部２５によって周方向で互いに連結されてもよい。ただしこの連結部２５は、その径方向における幅が薄い薄肉部によって形成されることが望ましい。言い換えれば、連結部２５は容易に磁気飽和する薄肉部によって形成されることが望ましい。これによって、周方向で隣り合うティース２２の、連結部２５を介した磁気的な短絡を抑制できる。
【００６２】
回転子３は界磁子として機能し、永久磁石３１と回転子コア３２とを備える。永久磁石３１は周方向において交互に異なる磁極を軸方向に呈し、固定子２へと界磁磁束を供給する。図１の例示では永久磁石３１は磁極毎に分離される。換言すれば、複数の永久磁石３１が周方向に沿って並んで配置されている。ただしこれに限らず、永久磁石３１は周方向で連続するリング磁石であってもよい。また図１の例示では永久磁石３１は８極の磁極を軸方向に呈する。つまり８極の回転子３が例示されている。しかしながら回転子３の極数はこれに限らず、任意の偶数であってよい。
【００６３】
回転子コア３２は軟磁性体（例えば積層鋼板又は圧粉磁心）で形成され、軸方向において永久磁石３１を介すことなく空隙を介してスラスト力調整用固定子４と対面する。この回転子コア３２は、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力を発生させるために設けられる。この点は後述の説明によって明らかとなる。
【００６４】
また図１，２の例示では、回転子コア３２はスラスト力調整用固定子４側で永久磁石３１に設けられ、回転軸Ｐを囲んで周方向に連続する。例えば回転子コア３２は回転軸Ｐを中心としたリング状かつ板状の形状を有する。このような回転子コア３２は永久磁石３１についてのバックヨークとして機能する。
【００６５】
また回転子３は、図１，２の例示するように、回転子コア３３を有していてもよい。ただし回転子コア３３は回転子３の必須の要件ではない。よって回転子コア３３については後に述べる。
【００６６】
図２を参照して、永久磁石３１及び回転子コア３２（或いはさらに回転子コア３３）は例えば非磁性のホルダ３４によって相互に固定される。ホルダ３４には回転軸Ｐを含む領域において貫通孔が設けられる。この貫通孔には軸方向に伸びるシャフト６が配置されてホルダ３４とシャフト６とが互いに固定される。
【００６７】
シャフト６は、固定子２及びスラスト力調整用固定子４の少なくともいずれか一方（図２では両方）に軸方向で遊挿し、負荷（不図示）に接続される。
【００６８】
このような固定子２及び回転子３において、例えばインバータによって巻線２１に適切に交流電流を流すことで、固定子２は回転子３へと回転磁界を印加することができる。回転子３は当該回転磁界に応じて回転する。これによって回転子３の回転力がシャフト６を介して負荷に伝達される。
【００６９】
スラスト力調整用固定子４はコイル４２を備える。コイル４２は回転軸Ｐを囲んで巻回され、例えば軸方向に見てリング状の形状を有する。よって以下ではコイル４２をリングコイル４２とも呼ぶ。このリングコイル４２は軸方向において空隙を介して回転子コア３２と対面する。
【００７０】
このリングコイル４２に電流を流すと、破線で示されるように、リングコイル４２の周りに磁場が形成される。この磁場に起因する磁束は、リングコイル４２の内周側及び外周側の一方（図２では外周側）から回転子コア３２を介して他方へと流れる。そして当該磁束は回転子コア３２とリングコイル４２との間よりも透磁率が高い回転子コア３２の内部を、軸方向及び径方向に流れ易い。このため回転子コア３２の内部及びこれとリングコイル４２との間には軸方向に磁束強度の分布が発生する。これに伴って、回転子コア３２にはリングコイル４２側へと向かう磁気吸引力Ｆ２２が働く。つまり回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力Ｆ２２が働く。
【００７１】
この磁気吸引力Ｆ２２はリングコイル４２に流す電流の向きに依らず、当該電流が大きいほど大きいので、この電流の大きさを調整することで、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３を調整することができる。以下ではこの磁束を調整磁束とも称する。
【００７２】
しかもこの調整磁束は、回転子３に印加される回転磁界に影響を与えにくい。その理由について説明するに当たって、まず回転子３の回転に供する磁束（以下では、主磁束と呼ぶ）について図２，３を参照して説明する。図３は、固定子２のうち一つのティース２２に相当する部分と、回転子３のうち一つの磁極に相当する部分とを、径方向に沿って見た図である。
【００７３】
主磁束は二点鎖線で示すように、バックヨーク２３の内部を周方向（例えば図２の紙面手前側）に流れた後、ティース２２を軸方向に流れる。その後、主磁束はティース２２から周方向にも流れつつ回転子３へと向かって流れ（図３）、続けて回転子コア３２を周方向（例えば図２の紙面奥側）へと流れて、再び固定子２へと戻る。このような主磁束によって、回転子３を回転させる磁界ＲＭが回転子３に印加されることとなる。なおここでいう磁界ＲＭとは、固定子２と回転子３との間に生じる磁界のうち、回転子３の回転に供する周方向の磁界成分をいう。
【００７４】
磁界ＲＭは周方向の磁界成分であるところ、調整磁束は上述の通り回転子コア３２を軸方向及び径方向に流れ、周方向には流れない。よって調整磁束は磁界ＲＭに影響を与えにくい。したがって、スラスト力Ｆ３の調整のためにリングコイル４２に流す電流の大きさを変更したとしても回転子３の回転に対する影響は無視でき、これに応じて電機子巻線２１に流す交流電流を変更する必要性は低い。よって制御を容易にすることができる。
【００７５】
またリングコイル４２は固定子２の巻線２１のように複数設ける必要がないので、製造が容易であり、また製造コストを抑制できる。
【００７６】
また図１，２の回転電機１によれば、リングコイル４２に電流を流すことで、回転子３のスラスト力Ｆ３を低減することができる。回転子３のスラスト力Ｆ３はシャフト６を介して軸受に伝達されるので、軸受に生じる軸方向の力を低減できる。このような軸方向の力は軸受の損失を増大させ、軸受の寿命を低減させるところ、本回転電機１によれば軸受の損失の低減及び寿命の増大にも資する。
【００７７】
＜固定子コア＞
図１，２の例示では、スラスト力調整用固定子４は固定子コア４１を有している。固定子コア４１は軟磁性体であって、一対のコア部４１２，４１３を有する（図２参照）。一対のコア部４１２，４１３はリングコイル４２の内周側及び外周側にそれぞれ位置してリングコイル４２を径方向で挟む。また一対のコア部４１２，４１３は回転子３側において径方向で互いに磁気的に分離する。これにより、リングコイル４２からの磁束が一対のコア部４１２，４１３の間を短絡しにくく、適切に回転子コア３２へと流れる。
【００７８】
また回転子コア３２は永久磁石３１を介さずに空隙を介して軸方向で一対のコア部４１２，４１３とも対面する。より詳細には回転子コア３２は、軸方向で見て、コア部４１２，４１３の一方から他方まで径方向で連続する。
【００７９】
このような構造によれば、調整用磁束はコア部４１２，４１３の一方（図２ではコア部４１３）から空隙を介して軸方向に沿って回転子コア３２へと流れ、続けて回転子コア３２の内部において径方向に流れ、続けて空隙を介して軸方向に沿ってコア部４１２，４１３の他方（図２ではコア部４１２）へと流れる。以上のように、調整用磁束は回転子コア３２とコア部４１２との間及び回転子コア３２とコア部４１３との間をそれぞれ軸方向に流れる。したがって、比較的大きな軸方向の磁気吸引力Ｆ２２を回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に働かせることができる。しかも調整用磁束の経路に固定子コア４１が存在するので、当該経路における磁気抵抗を低減できる。よって調整磁束は回転子コア３２へ効率よく供給され、磁束密度を向上できる。よって磁気吸引力Ｆ２２を向上することができる。言い換えれば、リングコイル４２に流す電流が小さくても比較的大きな磁気吸引力Ｆ２２を、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に働かせることができる。
【００８０】
なお図２の例示では、一対のコア部４１２，４１３がリングコイル４２に対して回転子３とは反対側で径方向に互いに磁気的に連結される。調整用磁束はリングコイル４２に対して回転子３とは反対側でも径方向に流れる（図２参照）ので、かかる磁気的な連結によって、調整用磁束の経路における磁気抵抗を更に低減できる。
【００８１】
また図１の例示では、コア部４１２，４１３は回転軸Ｐを囲むように周方向に連続しており、コア部４１２，４１３の各々との間で調整用磁束が流れる回転子コア３２も、回転軸Ｐを囲むように周方向に連続している。これにより、磁気吸引力Ｆ２２の周方向のばらつきを低減することができる。
【００８２】
例えば固定子コア４１はリング状かつ板状の形状を有し（図１）、この固定子コア４１には溝４１１が形成されている（図２）。溝４１１は回転子３側に開口して回転軸Ｐを囲むように延在する。そして、この溝４１１にリングコイル４２が配置される。このような固定子コア４１において、リングコイル４２の内周側及び外周側に位置してリングコイル４２を径方向で挟む部分が一対のコア部４１２，４１３に相当する。
【００８３】
なお固定子コア４１は固定子２のコア（即ちティース２２及びバックヨーク２３）のように複雑な構造を有する必要がない。よって固定子コア４１の製造は比較的容易であり、製造コストの低減に資する。
【００８４】
なお図１，２の例示では、リングコイル４２は軸方向で回転子３側に露出しているものの、これに限らない。例えば軸方向に薄く容易に磁気飽和する薄肉部によって形成されるコアが、リングコイル４２を覆うように設けられても構わない。このコアは薄肉部によって形成されているので、リングコイル４２からの磁束は薄肉部を介して短絡しにくい。よって、調整用磁束が適切に上述の経路に流れ、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力Ｆ２２が働く。
【００８５】
したがって、コア部４１２，４１３が回転子３側で磁気的に分離する態様は、薄肉部によって形成されるコアが、回転子３側でリングコイル４２を覆う態様を含む。
【００８６】
＜回転子コア＞
図１，２の例示では、回転子３は回転子コア３３を有する。回転子コア３３は固定子２側で磁極毎に永久磁石３１にそれぞれ設けられ、周方向で互いに離間する。回転子コア３３は実質的に永久磁石３１の固定子コア側にあるコアの軸方向寸法を大きくして反磁界を軽減することができる。また回転子コア３３は固定子２と永久磁石３１との間に介在することにより、固定子２から発生する主磁束が永久磁石３１の内部で発生させる渦電流損を低減できる効果がある。特に、永久磁石３１として焼結のネオジム系の希土類磁石を採用した場合には、その導電率が高いので上記効果は顕著となる。よって回転子コア３３を設けることによって回転電機１の効率を向上できる。
【００８７】
＜固定部材＞
図１，２の例示では、スラスト力調整用固定子４は固定部材４３を有する。固定部材４３は例えば回転子３とは反対側で、固定子コア４１に設けられ、本回転電機１を収納するケース（不図示）に固定される。図１，２の例示では固定部材４３は軸方向に見て固定子コア４１よりも外周側にはみ出ている。固定部材４３は例えば圧入又は焼き嵌めによって自身の外周面において当該ケースに固定される。
【００８８】
以上のように固定子コア４１は直接にケースに固定されるのではなく、固定部材４３を介して固定される。よって、固定による応力が固定子コア４１側に伝達されにくく、応力に伴う固定子コア４１の磁気特性の劣化を抑制できる。なお固定部材４３はスラスト力調整用固定子４の必須の要件ではなく、固定子コア４１への応力が許容される場合は、固定子コア４１が当該ケースに固定されてもよい。
【００８９】
以下、回転電機１の他の実施の形態について説明する。ただし、第１の実施の形態で説明した内容と重複する内容は適宜に省略して説明する。
【００９０】
第２の実施の形態．
図４は第２の実施の形態にかかる回転電機１の概念的な構成の一例を示す。なお図４においても図１と同様に、固定子２及び回転子３の各々の構成要素を適宜に軸方向に分離させて表示している。ただしこれらは実際には、図５に示すように、一体的に組み合わされる。また回転子３の構成要素は図５〜７に示すように、例えばホルダ３４によって互いに連結される。ただし、各構成要素を見やすくするために、図４においてはホルダ３４を省略し、図６においてはホルダ３４の一部を省略し、図７においては回転子３の構成要素の一部を軸方向に分離して示している。
【００９１】
回転子コア３２は、第１の実施の形態とは異なって、永久磁石３１の磁極に対応して設けられ、周方向に磁気的に離間する（図４）。図４の例示では、回転子コア３２はスラスト力調整用固定子４側で磁極毎に永久磁石３１に設けられる。各回転子コア３２は、例えば回転軸Ｐを中心としたリング状かつ板状の部材を、径方向を分割面として分割して得られる形状を有している。
【００９２】
このような構造では、周方向で互いに隣り合う回転子コア３２同士の間で磁束が流れにくく、回転子コア３２は永久磁石３１のバックヨークとしてほとんど機能しない。
【００９３】
第２の実施の形態では、一対のコア部４１２，４１３が回転軸Ｐを囲んで周方向に連続し、永久磁石３１のバックヨークとして機能する。
【００９４】
以上のように、第２の実施の形態では永久磁石３１についてのバックヨークが回転子３には設けられずに、スラスト力調整用固定子４に設けられる。よって主磁束は回転子３からスラスト力調整用固定子４へと流れてスラスト力調整用固定子４を周方向に流れる。
【００９５】
一方で回転子コア３２は、第１の実施の形態と同様に、リングコイル４２及び一対のコア部４１２，４１３と軸方向で対面する（図５）。よって調整用磁束は回転子コア３３を軸方向及び径方向に流れ、磁界ＲＭへと影響を与えにくい。回転子３を回転させる磁界ＲＭは周方向の成分であるので、第１の実施の形態と同様に、スラスト力Ｆ３の調整のためにリングコイル４２に流す電流の大きさを変更したとしても、これに応じて電機子巻線２１に流す電流を変更する必要性は低い。よって、制御を容易にすることができる。
【００９６】
しかも第２の実施の形態では、主磁束が回転子３とスラスト力調整用固定子４との間にも流れる。よって、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に、主磁束に起因する磁気吸引力Ｆ２１を発生させることができる。つまり、リングコイル４２に電流を流さない状態でも回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力Ｆ２１が発生する。
【００９７】
したがって回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に所望の磁気吸引力（＞Ｆ２１）を発生させるための磁気吸引力Ｆ２２は、第１の実施の形態と比較して小さくて済む。言い換えれば、リングコイル４２に流す電流は小さくてよい。よってリングコイル４２の抵抗成分で生じる消費電力を低減できる。
【００９８】
さて、主磁束によって回転子３に生じるスラスト力（＝Ｆ１−Ｆ２１）は、電機子巻線２１に流れる交流電流に依存して変動する。一方で、交流電流が一定であるときの磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２１は、それぞれ回転電機１の構造的な設計によって調整することができる。例えば固定子２と回転子３との間の軸方向における距離を大きくすれば磁気吸引力Ｆ１を低減することができ、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間の軸方向における距離を調整すれば磁気吸引力Ｆ２１を低減することができる。
【００９９】
したがってある運転状態（これは電機子巻線２１に流れる交流電流の制御によって実現される）において、リングコイル４２に電流を流すことなく磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２１が釣り合うように、回転電機１を設計することができる。ここでいうある運転状態とは任意の運転状態であってよく、例えば起動時の運転状態、定格運転時の状態、最大出力運転時の状態が採用され得る。また最大出力運転としては、いわゆる弱め磁束制御を行うときの運転が採用できる。弱め磁束制御とは、界磁子の界磁を弱めることで電機子の巻線に生じる誘起電圧を低減し、これによって出力電圧の大きさを高めることなく回転速度を高める制御である。ここでは回転子３は永久磁石３１を有するものを想定しているので、界磁そのものを直接制御することはできない。そこで電機子巻線２１に流すｄ軸電流として負の値を採用することで、電機子反作用による減磁効果を利用してｄ軸方向の界磁磁束を低減する。なおここでいうｄ軸とは、回転子３の回転に応じて回転する回転座標系を形成する軸であって、永久磁石３１の極中心と同相の軸である。
【０１００】
＜回転子コア＞
回転子３は回転子コア３２の替わりに、図８に示すような回転子コア３５を有していても良い。回転子コア３５は回転子コア３２と同じく永久磁石３１に対応して設けられるものの、永久磁石３１の周方向における相互間に配置される。このような回転子コア３５も周方向で互いに分離しているので、回転子コア３５の周方向における相互間で磁束は流れない。またそもそも回転子コア３５は固定子２とは反対側で永久磁石３１と対面しないので、回転子コア３５は永久磁石３１のバックヨークとしては機能しない。
【０１０１】
よって図５の回転電機１において図８の回転子３を採用した場合であっても、固定子コア４１（一対のコア部４１２，４１３）が永久磁石３１についてのバックヨークとして機能する。
【０１０２】
また図９に例示するように、回転子コア３５は回転子コア３２と同じくリングコイル４２及び一対のコア部４１２，４１３と軸方向で空隙を介して対面し、またコア部４１２，４１３の一方から他方まで径方向に連続する。例えば回転子コア３５は四角柱形状を有し、その一辺が径方向に沿い、他の一辺が軸方向に沿う姿勢で配置される（図８）。このような回転子コア３５は回転子コア３２と同様に調整用磁束を流すことができる（図９）。
【０１０３】
したがってこの回転電機１であっても、図４〜７に示す回転電機１と同様の効果を招来する。
【０１０４】
なお図８の例示では回転子コア３２の替わりに回転子コア３５が設けられているものの、これらの両方が設けられていても良い。
【０１０５】
第３の実施の形態．
第３の実施の形態では、第２の実施の形態にかかる回転電機１の固定子コア４１について説明する。固定子コア４１は任意の軟磁性体（例えば圧粉磁心）であってよいものの、第３の実施の形態では巻鉄心によって形成される（図１０参照）。この巻鉄心は、帯状の鋼板を、回転軸Ｐを巻回軸として巻回することで得られる。
【０１０６】
このような巻鉄心で固定子コア４１を形成すれば次の点で有利である。即ち、主磁束は上述のように固定子コア４１を周方向及び軸方向に流れるところ、固定子コア４１は主磁束の流れを妨げない。なぜなら巻鉄心の鋼板は軸方向及び周方向に平行となるので、主磁束は巻鉄心の鋼板の相互間の絶縁体（鋼板の表面処理による絶縁層又は空気）を通過しないからである。一方、主磁束に起因する渦電流は巻鉄心の鋼板の相互間の絶縁体によって妨げられる。よって固定子コア４１は主磁束の流れを妨げることなく、主磁束に起因する渦電流を低減できる。
【０１０７】
なお調整用磁束が変動すれば、この変動に起因して渦電流が生じる。調整用磁束はリングコイル４２よりも回転子３とは反対側で固定子コア４１を径方向に流れるので、これに起因する渦電流は鋼板の境界を通過せずに鋼板内を流れ得るからである。しかしながら調整磁束は回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力Ｆ２２を働かせるための磁束であって、主磁束のような交番磁束である必要はない。よって、調整磁束に起因する渦電流の発生を考慮する必要性が小さい。
【０１０８】
図１０の例示では、固定子コア４１のＮ周目の鋼板部４１Ｎと、Ｍ（≧Ｎ＋２）周目の鋼板部４１Ｍとによって挟まれる鋼板部４１Ａの、回転子３側の表面４１ａは、他の鋼板部４１Ｂの回転子３側の表面４１ｂに対して、回転子３とは反対側に退く。よって鋼板部４１Ａ，４１Ｎ，４１Ｍが、回転子３側に開口する溝４１１を形成することができる。よってこの溝４１１にリングコイル４２を配置することで、簡単にスラスト力調整用固定子４を製造することができる。
【０１０９】
かかる構造において、リングコイル４２よりも内周側の鋼板部と外周側の鋼板部とがそれぞれ一対のコア部４１２，４１３として機能する。
【０１１０】
また図１０の例示では、鋼板部４１Ａの軸方向における幅Ｈ１は鋼板部４１Ｂの軸方向における幅Ｈ２よりも小さい。これによって、固定子コア４１の軸方向におけるサイズを低減できる。このサイズ低減は、スラスト力調整用固定子４の軸方向におけるサイズ低減に寄与しえる。例えば図１０では固定部材４３が設けられており、固定子コア４１の一部は固定部材４３に軸方向で埋め込まれている。固定子コア４１の固定部材４３への軸方向の埋め込み量が一定であれば、固定子コア４１の軸方向におけるサイズを低減することで、スラスト力調整用固定子４の軸方向のサイズを低減できるのである。
【０１１１】
このような固定子コア４１は例えば次のようにして形成することができる。即ち図１１に例示するように、帯状の鋼板４１０の一部に幅の狭い部分４１０ａを設けるとよい。この部分４１０ａによって、帯状の鋼板４１０の側面の一部において切り欠き４１０ｂが設けられる。そして、鋼板４１０の延在方向における部分４１０ａの幅および位置をそれぞれ適切に設定し、切り欠き４１０ｂが回転子３側に開口する姿勢で鋼板４１０を巻回する。これによって、部分４１０ａを鋼板部４１Ａとした固定子コア４１を実現できる（図１０参照）。
【０１１２】
また図１２に例示するように、帯状の鋼板のうち、鋼板部４１Ａに相当する部分を他の鋼板部４１Ｂに対して軸方向に沿って回転子３に対して遠くに位置させることで、固定子コア４１を形成してもよい。これによれば、等幅の帯状形状を有する鋼板を用いて回転子コアを形成できるので、その設計が容易である。
【０１１３】
第４の実施の形態．
第４の実施の形態ではリングコイル４２について述べる。
【０１１４】
＜リングコイルの材質＞
リングコイル４２は任意のコイルによって形成されればよいものの、その導体部分は例えば軟磁性体で形成されてもよい。第２及び第３の実施の形態では、周方向で固定子コア４１はバックヨークとしても機能するところ、リングコイル４２の導体部分を磁性体で形成すれば、固定子コア４１のみならずリングコイル４２もバックヨークとして機能する。この場合、周方向から見たバックヨークの断面積を向上できるので、バックヨークとしての磁気特性を向上できる。
【０１１５】
なおたとえ固定子コア４１が設けられなくても、リングコイル４２が軟磁性体で形成されていれば、永久磁石３１のバックヨークとして機能する。よってこの構造であっても第２の実施の形態と同様の効果を奏する。ただし調整磁束の密度の向上という観点でも、或いはバックヨークとしての磁気特性の向上という観点でも、固定子コア４１が設けられていることが望ましい。
【０１１６】
＜リングコイルの断面形状＞
リングコイル４２はシートコイルを巻回して形成されてもよい。より詳細には、帯状の導体層が形成されたシートを、回転軸Ｐを巻回軸として巻回することで、リングコイル４２を形成してもよい（図１３参照）。かかる導体層の軸方向における幅Ｈ３は径方向における幅Ｈ４よりも長い。これによれば所望のコイルの総断面積を得るに際し、断面の寸法が等方的な形状の導体（例えば図１４のコイル４２）に比べて軸方向に巻回する回数を低減できる。したがって簡単にリングコイル４２を作成できる。
【０１１７】
図１３の例示では、幅Ｈ３は溝４１１の軸方向における幅（深さ）と同程度である。これによれば、当該シートを、軸方向にずらすことなく径方向にのみ重ねて巻回することで、リングコイル４２を作成できる。よってさらに簡単にリングコイル４２を作成できる。
【０１１８】
なおリングコイル４２をシートコイルで形成することは、第１から第３の実施の形態で説明したいずれの回転電機１に対しても適用可能である。
【０１１９】
またこのようなシートコイルであれば、断面積が円形の導線を巻回する場合に比べて、導体間の絶縁領域を小さくできる（図１３，１４参照）。よって導体として磁性体を採用したときのバックヨークとしての磁気特性を向上することができる。
【０１２０】
＜リングコイルの引き出し線＞
図１５の例示では、リングコイル４２の巻き始めの引き出し線４２１及び巻き終わりの引き出し線４２２は、回転軸Ｐを介して互いに対面する位置でそれぞれ固定子コア４１を貫通する。例えば巻き始めの引き出し線４２１はコイル４２の内周側において固定子コア４１を軸方向に貫通し、巻き終わりの引き出し線４２２はコイル４２の外周側において固定子コア４１を軸方向に貫通する。
【０１２１】
このように引き出し線４２１，４２２は回転軸Ｐを介して互いに対面する位置で固定子コア４１を貫通するので、固定子コア４１の磁気的なアンバランスを抑制することができる。
【０１２２】
なお固定子コア４１の磁気的なアンバランスを抑制するという観点では、引き出し線４２１，４２２は必ずしも軸方向で固定子コア４１を貫通する必要はない。例えば図１６に示すように、引き出し線４２１，４２２は径方向で固定子コア４１を貫通しても良い。図１６の例示では、巻き始めの引き出し線４２１はリングコイル４２の内周側から回転軸Ｐ側へと向かって固定子コア４１を貫通し、巻き終わりの引き出し線４２２はリングコイル４２の外周側から回転軸Ｐとは反対側に向かって固定子コア４１を貫通する。
【０１２３】
なお図１５，１６の例示では、固定部材４３が設けられており、引き出し線４２１，４２２は固定部材４３を軸方向で貫通して外部に引き出される。
【０１２４】
第５の実施の形態．
第５の実施の形態では、回転子３に属するコアが積層構造を有する場合について説明する。
【０１２５】
スラスト力調整用固定子４が永久磁石３１のバックヨークとして機能する場合、回転子コア３２は図１７に例示するように、周方向に積層した複数の鋼板によって形成されてもよい。スラスト力調整用固定子４がバックヨークとして機能する場合、主磁束は回転子コア３２をほぼ軸方向に流れる。回転子コア３２の鋼板は軸方向に平行であるので、主磁束の流れは回転子コア３２の鋼板の境界によって妨げられにくい。つまり回転子コア３２は主磁束の流れを阻害しにくい。一方で主磁束に起因する渦電流が流れる経路は回転子コア３２の鋼板の境界を跨ぐ。よって回転子コア３２はこのような渦電流を低減することができる。
【０１２６】
また調整用磁束は回転子コア３２を軸方向および径方向に流れる（図５参照）。回転子コア３２の鋼板はこれらの方向に平行であるので、調整用磁束の流れはこれらの鋼板の境界によって妨げられにくい。つまり回転子コア３２は調整用磁束の流れを阻害しにくい。一方で調整用磁束が変動することによってこれに起因する渦電流が生じたとしても、この渦電流が流れる経路は鋼板の境界を跨ぐので、回転子コア３２は調整用磁束に起因する渦電流も低減できる。
【０１２７】
また回転子３が回転子コア３３を備える場合であれば、スラスト力調整用固定子４がバックヨークとして機能するかどうかにかかわらず、回転子コア３３は例えば図１８に示すように径方向に積層した複数の鋼板によって形成されてもよい。主磁束は、スラスト力調整用固定子４がバックヨークとして機能するかどうかにかかわらず、固定子２から周方向にも流れつつ回転子３へと向かって流れる（図３も参照）。したがって回転子コア３３には周方向及び軸方向に主磁束が流れる。図１８の回転子コア３３の鋼板は周方向および軸方向に平行であるので、主磁束の流れはこれらの鋼板の境界によって妨げられにくい。つまり主磁束の流れを阻害しにくい。他方、主磁束に起因する渦電流は、その流れがこれらの鋼板の境界を跨ぐので、低減される。
【０１２８】
第６の実施の形態．
第６の実施の形態では、スラスト力調整用固定子４が永久磁石３１のバックヨークとして機能する。よって固定子２が回転子３を回転させれば、リングコイル４２に電流を流さなくても、固定子２と回転子３との間には磁気吸引力Ｆ１が生じ回転子３とスラスト力調整用固定子４との間には磁気吸引力Ｆ２１が生じる。
【０１２９】
またリングコイル４２に電流を流せば、これに起因して、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に磁気吸引力Ｆ２２が発生する。
【０１３０】
ここでは、固定子２側のスラスト力が正の値を有すると定義するので、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３は（Ｆ１−Ｆ２１−Ｆ２２）で表される。
【０１３１】
したがって（Ｆ１−Ｆ２１）が負であるとき、即ちリングコイル４２に電流を流していない状態でスラスト力調整用固定子４側のスラスト力が回転子３に生じているときには、リングコイル４２に電流を流しても、当該スラスト力を低減することができない。
【０１３２】
そこで、少なくともある運転状態において、磁気吸引力Ｆ２１が磁気吸引力Ｆ１よりも小さくなるように、回転電機１を設計することが望ましい。よってここでは、磁気吸引力Ｆ２１を小さくする構造について述べる。
【０１３３】
図５に例示するように、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間の軸方向における距離ｇ２は、回転子３と固定子２との間の軸方向における距離ｇ１よりも長い。これにより回転子３とスラスト力調整用固定子４との間の磁気抵抗が増大するので、磁気吸引力Ｆ２１を小さくすることができる。
【０１３４】
また図１９に例示するように、周方向で隣り合う回転子コア３２同士の間の距離Ｗ３は、周方向で隣り合う永久磁石３１同士の間の距離Ｗ２よりも短くてもよい。これによって、主磁束の一部が周方向で隣り合う回転子コア３２の間で短絡しやすい。よって回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に流れる主磁束を低減することができ、磁気吸引力Ｆ２１を小さくすることができる。
【０１３５】
また図１９に例示するように、回転子コア３３が設けられる場合には、距離Ｗ３は周方向で隣り合う回転子コア３３同士の間の距離Ｗ１よりも短くてもよい。これによって、主磁束の一部が周方向で隣り合う回転子コア３２の間で短絡しやすい。よって回転子３とスラスト力調整用固定子４との間に流れる主磁束を低減することができ、磁気吸引力Ｆ２１を小さくすることができる。
【０１３６】
第７の実施の形態．
第７の実施の形態では回転電機１を駆動する回転電機駆動装置について説明する。図２０には回転電機１を駆動する回転電機制御装置の概念的な構成の一例が示されている。本回転電機駆動装置は、電圧出力部７１，７２と制御部７３とを備えている。
【０１３７】
電圧出力部７１は巻線２１へと交流電圧を印加する。なお図２０の例示では、スター結線された３つの巻線２１を有する三相の回転電機１が例示されているものの、各巻線２１は互いに直列又は並列に接続される複数の巻線によって構成されてよい。例えば図１の例示では、１２個の巻線２１が設けられており、１相の巻線が４つの巻線２１で構成される。ただし巻線２１の個数、相数及び結線は、任意に設定することができる。
【０１３８】
電圧出力部７１は例えばインバータであって、入力される直流電圧を所望の振幅及び周波数を有する交流電圧に変換し、これを巻線２１に印加する。これによって巻線２１に交流電流が流れて固定子２が回転子３へと回転磁界を印加する。
【０１３９】
電圧出力部７２はリングコイル４２へと直流電圧を印加する。電圧出力部７２は例えばＤＣ−ＤＣコンバータであって、入力される直流電圧を所望の直流電圧に変換し、これをリングコイル４２に出力する。
【０１４０】
図２０の例示では、電流検出部７４が設けられている。電流検出部７４は巻線２１に流れる交流電流を検出し、これを制御部７３へと出力する。
【０１４１】
制御部７３は電圧出力部７１，７２を制御する。なおここでは、制御部７３はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read-Only-Memory)、ＲＡＭ(Random-Access-Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable-Programmable-ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部７３はこれに限らず、制御部７３によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
【０１４２】
制御部７３は例えば電圧出力部７１の出力電力に関する物理量についての指令（例えばトルク指令又は回転速度指令など）を受け取り、当該指令に基づいて公知の手法により、巻線２１に流す交流電流についての電流指令を生成する。そして当該電流指令と巻線２１に流れる交流電流との偏差に基づいて、電圧出力部７１が出力する交流電圧についての電圧指令を生成し、当該電圧指令に基づいて電圧出力部７１を制御する。このような制御によって電圧出力部７１は所望の交流電圧を出力する。なおトルク指令が採用される場合、このトルク指令は公知の手法により回転子３の負荷トルクに応じて更新される。このような制御方法は従来から公知であるので、詳細な説明は省略する。
【０１４３】
制御部７３は電圧出力部７２を制御して、電圧出力部７２に所望の直流電圧を出力させる。これによって、回転子３とスラスト力調整用固定子４との間の磁気吸引力Ｆ２２を増大することができ、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３を調整することができる。
【０１４４】
また制御部７３は、回転子３が固定子２側に吸引されるスラスト力を受けているときに、電圧出力部７２に直流電圧を出力させることが望ましい。これによって回転子３に生じるスラスト力を低減することができる。
【０１４５】
＜スラスト力の向きの検出＞
回転子３が固定子２側に吸引されるスラスト力を受けているかどうかは、任意の手法で検出すればよいものの、例えば巻線２１に流れる交流電流に基づいて以下のように検出しても良い。
【０１４６】
なおここでは、回転子３を所望の回転速度で回転させるのに必要なトルクが高いほど、巻線２１に流れる交流電流の振幅が高まるように、制御部７３は電圧出力部７１を制御する。
【０１４７】
さて、回転子３はシャフト６を介して不図示の軸受に支持され、シャフト６は不図示の負荷に接続される。よって回転子３に生じるスラスト力はシャフト６を介して軸受および負荷にも発生する。これらの軸受及び負荷に生じるスラスト力の絶対値が大きいほど、例えば摩擦などによって軸受及び負荷が回転しにくくなる。言い換えれば、軸受及び負荷が要求する負荷トルク（即ち、回転子３を所望の回転速度で回転させるのに必要なトルク）が高まる。負荷トルクが高まれば、これに応じて回転子３のトルクを高めるべく、交流電流の振幅が増大することとなる。よって、スラスト力の絶対値が大きいほど交流電流の振幅は大きい。
【０１４８】
よってリングコイル４２に直流電圧を印加して、交流電流の振幅が増大すれば、回転子３にはスラスト力調整用固定子４側に吸引されるスラスト力が生じていたと考えることができる。逆に、直流電圧を印加して交流電流の振幅が低減すれば、回転子３には固定子２側に吸引されるスラスト力が生じていたと考えることができる。
【０１４９】
したがって制御部７３は、リングコイル４２に直流電圧を印加することに起因して交流電流の振幅が低減したときに、回転子３が固定子２側のスラスト力を受けていると判断して引き続き電圧出力部７２に直流電圧を出力させる。
【０１５０】
なお定常運転においてトルクが変動する場合であっても、この変動を超えるような直流電圧をリングコイル４２に印加することで、スラスト力の向きを検出してもよい。
【０１５１】
以上のように、制御部７３は、リングコイル４２に直流電圧を印加することに起因した交流電流の振幅の変動に基づいて、回転子３に生じるスラスト力の向きを検出する。このような検出方法によれば、例えば軸受に高価な応力センサなどを設ける場合に比べて製造コストを抑制できる。また電流検出部７４は電圧出力部７１の制御に用いることもできるので、スラスト力を検出するための検出部を別途に設ける必要が無く、全体として検出部の個数を低減することができる。
【０１５２】
＜直流電圧の第１決定方法＞
制御部７３はリングコイル４２に印加すべき直流電圧を例えば次のようにして決定してもよい。なおここでも、制御部７３は、回転子３を所望の回転速度で回転させるのに必要なトルクが高いほど、巻線２１に流れる交流電流の振幅が高まるように、電圧出力部７１を制御する。
【０１５３】
まず制御部７３は、電圧出力部７２を制御してリングコイル４２に印加される直流電圧を順次に増大させる。例えば直流電圧をステップ状に徐々に増大させる。そして直流電圧の増大に伴う交流電流の振幅の変動を検知する。即ちスラスト力の変更に伴う負荷トルクの変動を検知するのである。
【０１５４】
例えば回転子３に正のスラスト力が発生した状態で直流電圧を順次に増大させれば、スラスト力の絶対値は初期的には低減するので、交流電流の振幅は初期的には増大する。そして当該スラスト力の絶対値は最小値を採った後に増大する。スラスト力の絶対値と負荷トルクとは正の相間関係があるので交流電流の振幅も最小値を採った後に増大する。
【０１５５】
そこで、制御部７３は交流電流の振幅の変動が低減から増大へと転換したことを契機として、その時点の直流電圧を電圧出力部７２に維持させる。つまり、負荷トルクがほぼ最小となるときのスラスト力を維持するのである。これによってスラスト力をほぼ最小化することができる。なお、この変動が低減から増大へと転換したことを契機として、その時点の直流電圧を低減させても良い。例えばステップ状に直流電圧を増大させていた場合は、直前の直流電圧を電圧出力部７２に出力させる。この場合であっても、スラスト力をほぼ最小化することができる。
【０１５６】
なお、直流電圧を零から所定値を超えるまで順次に増大させているにも拘わらず、交流電流の振幅が低減しない場合には、直流電圧を出力しなければ良い。
【０１５７】
また上述の例では制御部７３は直流電圧を順次に増大させているが、順次に低減させてもよい。例えば回転子３に負のスラスト力が発生した状態で直流電圧を順次に低減させれば、スラスト力の絶対値は低減した後に増大する。よって交流電流の振幅の変動が低減から増大へと転換したことを契機として、その時点の直流電圧を電圧出力部７２に維持させてもよい。或いは制御部７３はこの変動が低減から増大へと転換したことを契機として、その時点の直流電圧を増大させても良い。
【０１５８】
以上のように、直流電圧を変動させたときの交流電流の振幅を検知し、この振幅が小さくなるように直流電圧を決定している。これによって、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３の大きさを所定値以下に抑制しつつ、回転子３を回転させることができる。
【０１５９】
また上述のような直流電圧の決定方法は所定の期間毎に繰り返し実行されてもよい。これによって、回転子３に生じる磁気吸引力Ｆ１，Ｆ２１が変動したとしても、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３を所定値以下に抑制することができる。
【０１６０】
＜直流電圧の第２決定方法＞
また直流電圧は次のようにして決定されてもよい。即ち、巻線２１の交流電流に応じて印加すべき直流電圧を予め決定し、これを記録媒体７３１に記録しておく。記録媒体７３１は例えば制御部７３に備わる記録媒体である。表１は巻線２１に流れる交流電流の電流振幅Ｉｍと電流位相βとに対応してリングコイル４２に印加すべき直流電圧を示している。なおここでいう電流位相βとは、回転子３の回転に同期するいわゆるｄｑ軸回転座標系において、例えばｑ軸に対する電流の位相である。
【０１６１】
【表１】
2014036490.tif 000003
【０１６２】
表１において、電流位相β１〜β４はβ１＜β２＜β３＜β４を満たし、電流振幅Ｉｍ１〜Ｉｍ４はＩｍ１＜Ｉｍ２＜Ｉｍ３＜Ｉｍ４を満たす。ここでは一例として、電流振幅Ｉｍと電流位相βとが（Ｉｍ１，β１），（Ｉｍ２，β２），（Ｉｍ３，β３）又は（Ｉｍ４，β４）であるときに、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３の大きさが最小値を採る。
【０１６３】
さて、リングコイル４２に電流が流れていない状態で回転子３に生じるスラスト力は、電流振幅Ｉｍが大きいほど固定子２側に増大するので、直流電圧Ｖ１２〜Ｖ１４はＶ１２＜Ｖ１３＜Ｖ１４を満たし、直流電圧Ｖ２３，Ｖ２４はＶ２３＜Ｖ２４を満たす。またこのスラスト力は電流位相βが小さいほど固定子２側に増大するので、直流電圧Ｖ１３，Ｖ２３はＶ１３＞Ｖ２３を満たし、直流電圧Ｖ１４，Ｖ２４，Ｖ３４はＶ１４＜Ｖ２４＜Ｖ３４を満たす。
【０１６４】
なお表１において、回転子３がスラスト力調整用固定子４側に吸引されるスラスト力を受けていることを「×」で示し、このとき電圧出力部７２は直流電圧を出力しない。なお、このような関係は予めシミュレーションまたは実験等により求めることができる。
【０１６５】
制御部７３は、交流電流（電流検出部７４によって検出された交流電流、又は電流指令）に基づいてその電流振幅Ｉｍと電流位相βとを算出する。かかる算出は例えば次のように実行される。即ち、まず交流電流（或いは電流指令）に公知の座標変換を行ってｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを算出し、これらに基づいた公知の演算式（後述の式（１）（２）を参照）によって、電流振幅Ｉｍと電流位相βとを算出する。
【０１６６】
そして制御部７３は、記録媒体７３１に記録された関係を参照して、電流振幅Ｉｍと電流位相βとに対応付けられた直流電圧を、電圧出力部７２に出力させる。
【０１６７】
これによって、回転子３に生じるスラスト力Ｆ３の大きさを低減しながら回転子３を回転させることができる。しかも出力すべき直流電圧が予め決められているので、簡単にリングコイル４２を制御できる。
【０１６８】
なお表１では、直流電圧が電流振幅Ｉｍと電流位相βとに対応付けられているものの、巻線２１を流れる交流電流を固定座標系で示した電流と、直流電圧とが対応づけられていればよい。例えば直流電圧は、回転座標系における電流を示すｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑと対応付けられても良い。ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑは電流振幅Ｉｍと電流位相βとを用いて次式で表される。
【０１６９】
Ｉｄ＝−Ｉｍ・ｓｉｎβ            ・・・（１）
Ｉｑ＝Ｉｍ・ｃｏｓβ              ・・・（２）
【０１７０】
よって、表１の電流振幅Ｉｍと電流位相βとに替えて、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとを採用することができる。つまり、記録媒体７３１にはｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとに対応して直流電圧が記録され、制御部７３は交流電流（或いは電流指令）からｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとを算出し、記録媒体７３１に記録された関係を参照して、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとに対応付けられた直流電圧を、電圧出力部７２に出力させる。
【０１７１】
＜巻線２１に印加する交流電流の決定方法＞
ここでは、巻線２１に流れる交流電流を調整することでスラスト力の低減を図る。図２１は、横軸を電流位相βとし、縦軸をスラスト力とする座標において、等電流線（電流振幅Ｉｍが等しい線）Ｌ１〜Ｌ３を模式的に示している。等電流線Ｌ１〜Ｌ３に示すように、当該電流振幅Ｉｍが一定であれば、電流位相βが大きいほど、スラスト力は小さい。また等電流線Ｌ１〜Ｌ３はその符号の数字が小さいほど、電流振幅Ｉｍは大きい。つまり電流位相βが一定であれば、スラスト力は電流振幅Ｉｍが大きいほど、大きい。
【０１７２】
また図２１には、電圧出力部７１の出力電力に関する物理量の一例たるトルクについての曲線（等トルク線）が破線で模式的に示されている。等トルク線Ｔ１，Ｔ２は回転子３に生じるトルクが等しいときの電流位相βとスラスト力との関係を示す。つまり、トルクは電流位相βが一定であればトルクが大きいほどスラスト力は大きく、トルクが一定であれば、電流位相βが大きいほどスラスト力は大きい。
【０１７３】
これらの関係は記録媒体７３１に記録される。
【０１７４】
制御部７３は、例えば外部から電圧出力部７１の出力電力に関する物理量（例えばトルク指令または回転速度指令など）についての指令値Ｔ*を受け取る。制御部７３は指令値Ｔ*と記録媒体７３１に記録された関係とに基づいて、スラスト力の大きさが所定値よりも小さくなるように、電流指令Ｉ*を生成し、電流指令Ｉ*に基づいて交流電圧の振幅及び周波数を電圧出力部７２に制御させる。
【０１７５】
より詳細には、例えば制御部７３は指令値Ｔ*に基づいて公知の手法により電流指令Ｉ*（電流振幅及び電流位相を含む）を生成する。そして制御部７３は記録媒体７３１を参照して、電流指令Ｉ*によるスラスト力の大きさが予め定められた所定値Ｆｒｅｆ以下にあるかどうかを判定し、肯定的に判定されるときには電流指令Ｉ*をそのまま採用する。否定的に判定されるときには、制御部７３は記録媒体７３１を参照して、スラスト力の大きさが所定値Ｆｒｅｆ以下となるように電流指令Ｉ*を補正する。
【０１７６】
例えば補正前の電流指令Ｉ*によるスラスト力が下限値Ｆｒｅｆ２（＝−Ｆｒｅｆ）よりも小さいとき（例えば図２１の黒丸）には、指令値Ｔ*と等しい等トルク線と下限値Ｆｒｅｆ２との交点（図２１の黒塗りで示された四角）における電流振幅Ｉｍと電流位相βとに基づいて電流指令Ｉ*を生成する。また例えば算出されたスラスト力が上限値Ｆｒｅｆ１（＝Ｆｒｅｆ）よりも大きいとき（例えば図２１の白丸）には、指令値Ｔ*と等しい等トルク線と上限値Ｆｒｅｆ１との交点（例えば図２１の白抜きの四角）における電流振幅Ｉｍと電流位相βとに基づいて電流指令Ｉ*を生成する。
【０１７７】
次に制御部７３は例えば電流検出部７４によって検出される交流電流の回転座標系における電流を算出し、当該電流と電流指令Ｉ*との偏差に基づいて、公知の手法により電圧指令を生成する。そして制御部７３は電圧指令に基づいて公知の手法により電圧出力部７１を制御する。
【０１７８】
このような制御によれば、電圧出力部７１によってスラスト力の大きさを所定値Ｆｒｅｆ以下に維持することができる。よって電圧出力部７１が直流電圧を出力する必要性が低減する。したがって、リングコイル４２で生じる消費電力を低減することができる。
【符号の説明】
【０１７９】
１  回転電機
２  固定子
３  回転子
４  スラスト力調整用固定子
２１  電機子巻線
３１  永久磁石
３２，３３，３５  回転子コア
４１  固定子コア
４２  リングコイル
７１，７２  電圧出力部
７３  制御部
４１Ａ，４１Ｎ，４１Ｍ  鋼板部
４１１  溝
４１２，４１３  コア部
７３１  記録媒体
【図１】
2014036490.tif 000004
【図２】
2014036490.tif 000005
【図３】
2014036490.tif 000006
【図４】
2014036490.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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