(57)【要約】【課題】ロータの回転軸方向の変動を抑制し、その変動による騒音を防止するアキシャルギャップ型回転電機装置を提供する。【解決手段】ロータにおける回転軸方向の一方側に電機子巻線を有する第１ステータが配置され、前記ロータにおける回転軸方向の他方側に電機子巻線を有さない第２ステータが配置されたアキシャルギャップ型回転電機を使用する場合において、第１ステータおよび第２ステータとロータとの間に作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分Ｆ１が、前記ロータが前記第１ステータ側に吸引される方向に作用する様に、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸電流Ｉｄを制御する。【選択図】図４
2011010481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その回転軸（Ｑ１）の周囲に環状に複数の界磁部材（１０ｉ）が配設されたロータ（１０）と、
前記ロータに対して前記回転軸方向の一方側（Ｑ−）に配置され、その前記ロータ側の面（２０ｄ）に、前記複数の界磁部材に対向する様に、電機子巻線（２０ａ）が巻回された複数の電機子磁芯（２０ｂ）が配設された第１ステータ（２０）と、
前記ロータに対して前記回転軸方向の他方側（Ｑ＋）に配置された磁性体である第２ステータ（３０）と、
を含むアキシャルギャップ型回転電機（９０）と、
前記各電機子磁芯に巻回された前記電機子巻線に選択的に電流を流すインバータ手段（８０）と、
前記インバータ手段を制御して前記各電機子巻線に電流を選択的に流して電機子磁界を発生させ、前記ロータを回転制御する制御手段（１００）と、
を備え、
前記制御手段は、前記ロータの回転起動時（０＜ω≦ω１）およびその後の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において、前記第１ステータおよび前記第２ステータと前記ロータとの間に作用する磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）が、前記ロータが前記第１ステータ側に吸引される方向に作用する様に、前記インバータ手段を制御することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）において、前記インバータ手段（８０）を制御して、前記磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）を最大値（Ｆ１max）に制御することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の最高速回転状態（ωmax）において、前記インバータ手段（８０）を制御して、前記磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）を最小値（Ｆ１min）に制御することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記界磁部材（１０ｉ）が発生させる界磁磁束の向きにｄ軸方向を取り、
前記電流のうち、前記電機子磁界の前記ｄ軸方向に寄与する成分をｄ軸電流とし、
前記界磁磁束を弱める作用を有する前記ｄ軸電流の値を負値とし、
前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の最高速回転状態（ωmax）からそれよりも低い所定の回転状態（ω２）までの回転状態において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流（Ｉｄ）を負値に制御することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記ｄ軸方向に直交する方向をｑ軸方向とし、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向の各々に対応する前記電機子巻線のインダクタンスをそれぞれｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとし、
前記ｑ軸インダクタンスは、前記ｄ軸インダクタンスよりも大きいことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項６】
請求項５に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記界磁部材（１０ｉ）は、
界磁磁石（１０ａ）と、
前記界磁磁石の前記第１ステータ（２０）側の面（１０ａ１）に配設され、磁性を有する第１コア部材（１０ｃ）と、
を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記ロータ（１０）において、その回転軸（Ｑ１）方向の両側の面（１０ｈ１，１０ｈ２）の間を貫通する様に、隣り合う前記各界磁部材（１０ｉ）の間に、磁性を有する第２コア部材（１０ｆ）が配設されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項８】
請求項１〜７に何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記電機子磁芯（２０ｂ）の前記ロータ（１０）側の磁極面（２０ｅ）と前記界磁部材（１０ｉ）の前記第１ステータ（２０）側の磁極面（１０ｃ１）との間隔（ｄ１）は、前記第２ステータ（３０）の前記ロータ側の面（３０ａ）と前記界磁部材の前記第２ステータ側の磁極面（１０ａ２）との間隔（ｄ２）よりも小さいことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項９】
請求項１〜７の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記ロータ（１０）の前記第２ステータ（３０）側の面（１０ａ２）に、鋼板（１０ｇ）が配設されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記第２ステータ（３０）の前記ロータ（１０）側の面（３０ａ）に、複数の凹部（３０ｂ）が形成されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記複数の凹部（３０ｂ）は、略同心状に配置された複数の環状溝であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１２】
請求項９に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記複数の凹部（３０ｂ）は、放射状に配置された複数の略直線状溝であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記界磁部材（１０ｉ）が発生させる界磁磁束の向きにｄ軸方向を取り、
前記電流のうち、前記電機子磁界の前記ｄ軸方向に寄与する成分をｄ軸電流とし、
前記界磁磁束を弱める作用を有する前記ｄ軸電流の値を負値とし、
前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）以外の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流を負値にすることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、
前記制御手段（１００）は、更に前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流を負値にすることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置を用いた圧縮機であって、
容器（３００）と、
前記容器に配設され、前記容器内に冷媒を供給する吸入管（３０１）と、
前記容器に配設され、前記容器内から前記冷媒を吐出する吐出管（３０２）と、
前記容器内において、前記第１ステータ（２０）が前記ロータ（１０）よりも前記冷媒の流れの下流側に配置された前記アキシャルギャップ型回転電機（９０）と、
前記制御手段（１００）と、
前記インバータ手段（８０）と、
を備えることを特徴とする圧縮機。
【請求項１６】
請求項１〜１４の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置を用いた圧縮機であって、
前記第１ステータ（２０）が前記ロータ（１０）よりも鉛直方向下側に配置された前記アキシャルギャップ型回転電機（９０）と、
前記制御手段（１００）と、
前記インバータ手段（８０）と、
を備えることを特徴とする圧縮機。
【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装置およびそれを用いた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型モータは、ロータとステータとの間に作用する回転軸方向の磁気力（スラストカ）が大きいため、ロータの両側にステータを配置して、ロータに作用するスラストカを相殺するのが好ましい。しかし、ステータには通常、電機子巻線が配設されるので、電機子巻線がロータの両側に配置し、電機子巻線の結線が煩雑になる。
【０００３】
この問題を解消するために、ロータの一方側だけに、電機子巻線を設けた第１ステータを配置し、ロータの他方側には、電機子巻線を設けない第２ステータを配置する構成が提案されている（特許文献１−３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０９６７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２９６０４８号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしその様な構成では、電機子巻線に流れる電流の条件によって、ロータに作用するスラストカが変動する。例えば、ロータの中速回転状態において、ロータに作用するスラストカの合力がゼロとなる様にすると、ロータのセンサレス回転起動時では、ロータと第１ステータとの間の吸引力が中速回転状態よりも強く、ロータが第１ステータ側に吸引される。しかし弱め磁束制御が行われる高速回転状態では、ロータと第１ステータとの間の吸引力が中速回転状態よりも弱まり、ロータが第２ステータ側に吸引される。従って、ロータが回転起動時から高速回転状態に移行する過渡状態では、ロータの吸引方向が変化してロータが回転軸方向に変動し、その変動による騒音が発生する。
【０００６】
また、ロータに作用するスラストカの合力がゼロをクロスして脈動すれば、ロータが回転軸方向に脈動して定常的に騒音が発生する。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ロータの回転軸方向の変動を抑制し、その変動による騒音を防止するアキシャルギャップ型回転電機装置および圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する為に、本発明の第１の態様に係るアキシャルギャップ型回転電機装置は、その回転軸（Ｑ１）の周囲に環状に複数の界磁部材（１０ｉ）が配設されたロータ（１０）と、前記ロータに対して前記回転軸方向の一方側（Ｑ−）に配置され、その前記ロータ側の面（２０ｄ）に、前記複数の界磁部材に対向する様に、電機子巻線（２０ａ）が巻回された複数の電機子磁芯（２０ｂ）が配設された第１ステータ（２０）と、前記ロータに対して前記回転軸方向の他方側（Ｑ＋）に配置された磁性体である第２ステータ（３０）と、を含むアキシャルギャップ型回転電機（９０）と、前記各電機子磁芯に巻回された前記電機子巻線に選択的に電流を流すインバータ手段（８０）と、前記インバータ手段を制御して前記各電機子巻線に電流を選択的に流して電機子磁界を発生させ、前記ロータを回転制御する制御手段（１００）と、を備え、前記制御手段は、前記ロータの回転起動時（０＜ω≦ω１）およびその後の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において、前記第１ステータおよび前記第２ステータと前記ロータとの間に作用する磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）が、前記ロータが前記第１ステータ側に吸引される方向に作用する範囲内で、前記インバータ手段を制御するものである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）において、前記インバータ手段（８０）を制御して、前記磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）を最大値（Ｆ１max）に制御するものである。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１または２の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の最高速回転状態（ωmax）付近において、前記インバータ手段（８０）を制御して、d軸電流を負の最大値にすることで、前記磁気力の合力の前記回転軸方向の成分（Ｆ１）を最小値（Ｆ１min）に制御するものである。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜３の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記界磁部材（１０ｉ）が発生させる界磁磁束の向きにｄ軸方向を取り、前記電流のうち、前記電機子磁界の前記ｄ軸方向に寄与する成分をｄ軸電流とし、前記界磁磁束を弱める作用を有する前記ｄ軸電流の値を負値とし、前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の最高速回転状態（ωmax）からそれよりも低い所定の回転状態（ω２）までの回転状態において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流（Ｉｄ）を負値に制御するものである。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記ｄ軸方向に直交する方向をｑ軸方向とし、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向の各々に対応する前記電機子巻線のインダクタンスをそれぞれｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとし、前記ｑ軸インダクタンスは、前記ｄ軸インダクタンスよりも大きいものである。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記界磁部材（１０ｉ）は、界磁磁石（１０ａ）と、前記界磁磁石の前記第１ステータ（２０）側の面（１０ａ１）に配設され、磁性を有する第１コア部材（１０ｃ）と、を備えるものである。
【００１４】
本発明の第７の態様は、第５または６の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記ロータ（１０）において、その回転軸（Ｑ１）方向の両側の面（１０ｈ１，１０ｈ２）の間を貫通する様に、隣り合う前記各界磁部材（１０ｉ）の間に、磁性を有する第２コア部材（１０ｆ）が配設されるものである。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第１〜７の態様に何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記電機子磁芯（２０ｂ）の前記ロータ（１０）側の磁極面（２０ｅ）と前記界磁部材（１０ｉ）の前記第１ステータ（２０）側の磁極面（１０ｃ１）との間隔（ｄ１）は、前記第２ステータ（３０）の前記ロータ側の面（３０ａ）と前記界磁部材の前記第２ステータ側の磁極面（１０ａ２）との間隔（ｄ２）よりも小さいものである。
【００１６】
本発明の第９の態様は、第１〜７の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記ロータ（１０）の前記第２ステータ（３０）側の面（１０ａ２）に、界磁磁石（１０ａ）の磁束の一部を短絡させる鋼板（１０ｇ）が配設されるものである。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、第１〜８の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記第２ステータ（３０）の前記ロータ（１０）側の面（３０ａ）に、複数の凹部（３０ｂ）が形成されるものである。
【００１８】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記複数の凹部（３０ｂ）は、略同心状に配置された複数の環状溝であるものである。
【００１９】
本発明の第１２の態様は、第９の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記複数の凹部（３０ｂ）は、放射状に配置された複数の略直線状溝であるものである。
【００２０】
本発明の第１３の態様は、第１〜１０の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記界磁部材（１０ｉ）が発生させる界磁磁束の向きにｄ軸方向を取り、前記電流のうち、前記電機子磁界の前記ｄ軸方向に寄与する成分をｄ軸電流とし、前記界磁磁束を弱める作用を有する前記ｄ軸電流の値を負値とし、前記制御手段（１００）は、前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）以外の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流を負値にするものである。
【００２１】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機装置であって、前記制御手段（１００）は、更に前記ロータ（１０）の回転起動時（０＜ω≦ω１）において、前記インバータ手段（８０）を制御して前記ｄ軸電流を負値にするものである。
【００２２】
本発明の第１５の態様は、第１〜１４の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置を用いた圧縮機であって、容器（３００）と、前記容器に配設され、前記容器内に冷媒を供給する吸入管（３０１）と、前記容器に配設され、前記容器内から前記冷媒を吐出する吐出管（３０２）と、前記容器内において、前記第１ステータ（２０）が前記ロータ（１０）よりも前記冷媒の流れの下流側に配置された前記アキシャルギャップ型回転電機（９０）と、前記制御手段（１００）と、前記インバータ手段（８０）と、を備えるものである。
【００２３】
本発明の第１６の態様は、第１〜１４の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機装置を用いた圧縮機であって、前記第１ステータ（２０）が前記ロータ（１０）よりも鉛直方向下側に配置された前記アキシャルギャップ型回転電機（９０）と、前記制御手段（１００）と、前記インバータ手段（８０）と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の態様によれば、ロータの回転起動時およびその後の回転状態において、ロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分（スラスト力）が、ロータが第１ステータ側に吸引される方向に作用するので、当該成分の作用方向が逆転することを防止でき、これによりロータの回転軸方向の変動を防止でき、その変動による騒音を防止できる。さらに回転速度が増すほどｄ軸電流を小さくすれば回転速度が増すほどスラスト力が小さくなるので、特に高速時の回転時の機械損増大を抑えることができる。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、ロータの回転起動時に発生するロータの回転軸方向の初期振動を効果的に抑える事ができ、その振動による騒音を防止できる。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、ロータの最高速回転時において、ロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を最小値にするので、回転シャフトの軸受けロスを最小にでき、ロータを最高速回転させ易くなる。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、ｄ軸電流を負値にして、ロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を小さくするので、回転シャフトの軸受けロスを低減できて、ロータを最高速回転させ易くなる。
【００２８】
本発明の第５の態様によれば、リラクタンストルクを利用してロータを回転できるので、電流位相を進めてもリラクタンストルクを併用してロータを回転でき、これによりトルク低下を防止でき且つロータを高速回転させ易くなる。
【００２９】
本発明の第６の態様によれば、界磁磁石の第１ステータ側の面に第１コア部材が配設されるので、ｑ軸インダクタンスを大きくでき、ｑ軸インダクタンス＞ｄ軸インダクタンスの関係の実現に寄与できる。
【００３０】
本発明の第７の態様によれば、ｑ軸インダクタンスを大きくでき、ｑ軸インダクタンス＞ｄ軸インダクタンスの関係の実現に寄与できる。
【００３１】
本発明の第８の態様によれば、ロータに作用する電磁力の合力の回転軸方向の成分を、ロータが第１ステータ側に吸引される方向に作用させ易くできる。
【００３２】
本発明の第９の態様によれば、鋼板により界磁磁束が部分的に短絡されるので、第２ステータとロータとの間に作用する磁気吸引力を低減でき、これによりロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を、ロータが第１ステータ側に吸引される方向に増大させる事ができる。
【００３３】
本発明の第１０の態様によれば、複数の凹部により第２ステータのロータ側の面の平均的な位置がロータから後退するので、第２ステータとロータとの間隔が実質的に拡がり、ロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を、ロータが第１ステータ側に吸引される方向に一層強く作用させる事ができる。
【００３４】
本発明の第１１の態様によれば、凹部は周方向に一様であるので、第２のステータとロータとの間に作用する磁気吸引力はロータの回転位置に依存せず、従って、ロータの回転に伴って当該磁気吸引力の大きさが変化する事を防止でき、その変化によるロータの回転軸方向の振動を防止できる。
【００３５】
本発明の第１２の態様によれば、凹部を簡単に形成できる。
【００３６】
本発明の第１３の態様によれば、ｄ軸電流を負値にして、ロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を小さくするので、ロータの回転起動時以外の回転状態において、回転シャフトの軸受けロスを低減でき、ロータを効率的に回転できる。
【００３７】
本発明の第１４の態様によれば、ロータの回転起動時とその後の回転状態との各々においてロータに作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分を小さくでき、それらの成分の差を小さくできる。これにより、ロータの回転起動時からその以外の回転状態への移行する際に発生するそれらの成分の差に起因するロータの回転軸方向の揺れを抑制できる。
【００３８】
本発明の第１５の態様によれば、冷媒の流れによる圧力を利用してロータを第１ステータ側に吸引させる事ができ、ロータの回転軸方向の変動をより一層抑制できる。
【００３９】
本発明の第１６の態様によれば、重力を利用してロータを第１ステータ側に吸引させる事ができ、ロータの回転軸方向の揺れをより一層抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１の構成概略図である。
【図２】図１のモータ９０についての回転軸に沿った断面の概略図である。
【図３】図１のモータ９０の分解斜視図である。
【図４】回転速度指令値ω＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との関係の一例を示した図である。
【図５】ｄ軸電流Ｉｄと、ロータ１０に作用する磁気力の合力の回転軸方向の成分力Ｆ１との関係の一例を示した図である。
【図６】第２実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｂのモータ９０の分解斜視図である。
【図７】第３実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｃの第２ステータ３０の平面視図である。
【図８】第４実施形態に係る圧縮機２００の断面概略図である。
【図９】第５実施形態に係る圧縮機２００Ｂの断面概略図である。
【図１０】第６実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｄの構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
＜第１実施形態＞
この実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１は、図１の様に、直流電源７０と、３相モータ９０と、直流電源７０の直流電力を３相交流電力に変換して３相モータ９０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに電流を供給するインバータ回路（インバータ手段）８０と、前記各相に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する複数の相電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ、１２０ｗと、各相電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ、１２０ｗの検出結果に基づきインバータ回路８０を制御する制御回路（制御手段）１００とを備えている。直流電源は交流電源とコンバータによって形成されてもよい。
【００４２】
３相モータ９０は、ロータ（回転子）の両側にステータ（固定子）が配置された構造を有し且つセンサレス型のアキシャルギャップ型回転電機である。より詳細には、３相モータ９０は、図２および図３の様に、ロータ１０と、第１ステータ２０と、第２ステータ３０と、回転シャフト４０とを備える。
【００４３】
ロータ１０は、複数の界磁部材１０ｉと、複数のコア部材（第２コア部材）１０ｆと、保持部材１０ｈと、鋼板１０ｇとを備えている。
【００４４】
各界磁部材１０ｉは、回転軸Ｑ１の周囲において相互に離間して環状に配置されている。各界磁部分１０ｉは、例えば平面視略台形状の板状に形成されており、界磁磁石１０ａと、コア部材（第１コア部材）１０ｃとを備えている。
【００４５】
界磁磁石１０ａは、例えばネオジム、鉄、ホウ素を主成分とした希土類磁石である。界磁磁石１０ａは、例えば平面視略台形状の板状に形成されている。ここでは、界磁磁石１０ａの前記略台形の下底に対応する辺１０ａ３は、円弧状に外周側に凸形成されている。界磁磁石１０ａは、その両側の主面１０ａ１，１０ａ２が磁極面となっている。各界磁磁石１０ａはそれぞれ、その両側の主面１０ａ１，１０ａ２が回転軸Ｑ１方向と略直交し、且つその下底に対応する辺１０ａ３が外側を向く様にして、回転軸Ｑ１の周囲において相互に離間して配置される。尚、各界磁磁石１０ａは、それらの同じ側（例えば回転軸Ｑ１方向のＱ−側）の主面（例えば主面１０ａ１）の磁極の極性が、回転軸Ｑ１に対する周方向Ｑ２に沿って交互に異なる様に、配置される。
【００４６】
コア部材１０ｃは、磁性材（例えば鉄等の軟磁性材）により、界磁磁石１０ａと同形同大の平面視形状（ここでは略台形状）の板状に形成されている。コア部材１０ｃは、界磁磁石１０ａの一方の主面１０ａ１に配設されている。
【００４７】
各コア部材１０ｆは、磁性材（例えば鉄等の軟磁性材）により例えば略直方体状に形成されている。各コア部材１０ｆは、その長手方向が回転軸Ｑ１に対する径方向Ｑ３に沿う様にして、隣合う各界磁部材１０ｉの間に配置される。
【００４８】
保持部材１０ｈは、複数の界磁部材１０ｉおよび複数のコア部材１０ｆを保持するものである。保持部材１０ｈは、非磁性材料、例えば非磁性金属からなり、内周枠部１０ｊと、外周枠部１０ｋと、複数の連結部１０ｍとを備えている。
【００４９】
内周枠部１０ｊは、環状（例えば略円環板状）に形成されている。ここでは内周枠部１０ｊの外周形状は、回転軸Ｑ１方向に沿って見た平面視で、例えば略六角形状に形成されている。また外周枠部１０ｋは、環状（例えば円環状）に形成されており、内周枠部１０ｊの外周側に同心軸状に配置される。内周枠部１０ｊの中央孔１０ｎには、回転シャフト４０が同心軸状に配設される。尚、回転シャフト４０は、所定の軸受け（不図示）により回転自在に支持される。
【００５０】
各連結部１０ｍは、内周枠部１０ｊと外周枠部１０ｍとの間においてほぼ径方向Ｑ３に沿って配置されて、内周枠部１０ｊと外周枠部１０ｍとを連結する。隣り合う各連結部１０ｍの間隔は、相対的に小さい間隔と相対的に大きい間隔とが周方向Ｑ２に沿って交互に繰り返されている。前記相対的に小さい間隔に対応する区間１０ｐ１には、コア部材１０ｆが嵌合配設され、前記相対的に大きい間隔に対応する空間１０ｐ２には、界磁部材１０ｉが嵌合配設される。
【００５１】
即ち各界磁部材１０ｉは、回転軸Ｑ１の周囲に相互に離間して環状に配置し、且つ界磁磁石１０ａの一方側Ｑ＋の主面１０ａ２が保持部材１０ｈの同側Ｑ＋の主面１０ｈ２から露出すると共にコア部材１０ｃの他方側Ｑ−の主面（磁極面）１０ｃ１が保持部材１０ｈの同側Ｑ−の主面１０ｈ１から露出した状態で、保持部材１０ｈに配設される。またコア部材１０ｆは、保持部材１０ｈの両側の主面１０ｈ１，１０ｈ２の間を貫通する様に、隣り合う各界磁部材１０ｉの間に配設される。
【００５２】
鋼板１０ｇは、磁性材（例えば鉄等の軟磁性材）により例えば略環板状（例えば円環板状）に形成されており、各界磁磁石１０ａの主面１０ａ２を被覆する様に、保持部材１０ｈの一方側Ｑ＋の面に同心軸状に配設される。
【００５３】
第１ステータ２０は、例えば、バックヨーク２０ｃと、電機子磁芯２０ｂと、電機子巻線２０ａとを有している。
【００５４】
バックヨーク２０ｃは、例えば略環板状（例えば円環板状）に形成され、その中央孔２０ｆに、ロータ１０の中央孔１０ｎに配設された回転シャフト４０が挿通される。バックヨーク２０ｃは、回転軸Ｑ１方向の他方側Ｑ−において、ロータ１０と対向し且つロータ１０と同心軸状に配置される。
【００５５】
電機子磁芯２０ｂは、例えば略台形柱状に形成されており、その外周に電機子巻線２０ａが巻回されている。電機子磁芯２０ｂは、バックヨーク２０ｃのロータ１０側の主面２０ｄにおいて、その略台形の下底に対向する側面２０ｂ３が外側を向く様にして、回転軸Ｑ１の周りに環状に複数配置されている。尚、電機子磁芯２０ｂは、電機子巻線２０ａが巻回される例えば略台形柱状の磁芯本体部２０ｂ１と、磁芯本体部２０ｂ１のロータ１０側の面に、磁芯本体部２０ｂ１の外周側に張り出す様に磁芯本体部２０ｂ１と一体的に形成された例えば略台形板状の幅広磁芯部２０ｂ２とを有している。
【００５６】
電機子巻線２０ａは、電機子磁芯２０ｂの外周に絶縁体（図示省略）を介して巻回される。尚、本願では特に断りのない限り、電機子巻線２０ａは、これを構成する導線の１本１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ものとする。また、巻始めおよび巻終わりの引出線、および、それらの結線も図面においては省略している。各電機子巻線２０ａは、３相モータ９０を構成する様に配線接続されて、３相モータ９０に備えられた各相Ｕ，Ｖ，Ｗ毎の電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに接続されている。
【００５７】
第２ステータ３０は、磁性材により例えば略環板状（例えば円環板状）に形成されており、その中央孔３０ｃに、ロータ１０の中央孔１０ｎに配設された回転シャフト４０が挿通される。第２ステータ３０は、回転軸Ｑ１方向の一方側Ｑ＋において、ロータ１０と対向し且つロータ１０と同心軸状に配置される。
【００５８】
この３相モータ９０では、図２の様に、電機子磁芯２０ｂの磁極面２０ｅと界磁部材１０ｉの磁極面１０ｃ１との間隔ｄ１は、第２ステータ３０のロータ１０側の主面３０ａと界磁部材１０ｉの磁極面１０ａ２との間隔ｄ２よりも小さい。これにより、ロータ１０と第１ステータ２０および第２ステータ３０との間に作用する磁気力の合力の回転軸Ｑ１方向の成分が、ロータ１０を第１ステータ２０側に吸引する方向に作用し易くする。
【００５９】
またこの３相モータ９０では、（１）各界磁部材１０ｉ間にコア部材１０ｆが配置され、且つ（２）鋼板１０ｇが保持部材１０ｈの第２ステータ３０側の面１０ｈ２に配設され、且つ（３）界磁磁石１０ａの第１ステータ２０側の主面１０ａ１にコア部材１０ｃが配設され、これにより３相モータ９０のｑ軸インダクタンスＬｑが大きくされている。これにより、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄよりも大きくなり、リラクタンストルクを利用して３相モータ９０が回転駆動される。尚ここでは、上記（１）〜（３）の全てが実施されるが、上記（１）〜（３）のうち、少なくとも１つが実施される事が望ましい。
【００６０】
尚、ｄ軸は、界磁磁石１０ａが発生させる界磁磁束の向きに取った軸であり、ｑ軸は、ｄ軸に直交する軸である。ｄ軸インダクタンスＬｄは、ｄ軸方向に対応する電機子巻線２０ａのインダクタンスである。またｑ軸インダクタンスＬｑは、ｑ軸方向に対応する電機子巻線２０ａのインダクタンスである。
【００６１】
この３相モータ９０は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに、インバータ回路８０から各電機子巻線２０ａに電流が供給されて各電機子巻線２０ａが励磁される。この励磁した電機子巻線２０ａとロータ１０の各界磁部材１０ｉとの間で磁気吸引力または磁気反発力が発生し、これらの力によりロータ１０が回転軸Ｑ１回りに回転され、この回転力が回転シャフト４０を介して外部に出力される。
【００６２】
インバータ回路８０は、図１の様に、複数（ここでは６個）のスイッチ素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２を備えている。各スイッチ素子ＳＵ１，ＳＵ２は、互いに直列接続された状態で直流電源７０の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位が３相負荷９０のＵ相電極１１ｕに印加されている。また各スイッチ素子ＳＶ１，ＳＶ２は、互いに直列接続された状態で直流電源７０の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位が３相モータ９０のＶ相電極１１ｖに印加されている。また各スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は、互いに直列接続された状態で直流電源７０の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位が３相モータ９０のＷ相電極１１ｗに印加されている。
【００６３】
各スイッチ素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２はそれぞれ、トランジスタＴと、トランジスタＴの主電極間に設けられたダイオードＤとを備えている。ダイオードＤは、その通電方向が、トランジスタＴの通電方向に対して逆向きになる様にトランジスタＴの主電極間に設けられている。各スイッチ素子の制御電極Ｇはそれぞれ、制御回路１００に接続されている。スイッチ素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２としては、還流ダイオードを備えたＩＧＢＴ等を使用する事ができる。
【００６４】
このインバータ回路８０は、制御回路１００により、各スイッチ素子ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２の制御電極Ｇに電圧が印加されて、それら各スイッチ素子の導通／非導通が制御される。これにより直流電源７０の直流電力が３相交流電力に変換されて、３相モータ９０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに電流が供給されて、３相モータ９０が回転駆動される。
【００６５】
制御回路１００は、３相モータ９０の回転速度ωが回転速度指令値ω＊に一致する様に、且つロータ１０と第１ステータ１０および第２ステータ２０との間に作用する磁気力の合力の回転軸Ｑ１方向の成分（以後、トラスト力と呼ぶ）が第１ステータ２０側に作用する様に、インバータ回路８０を制御する。制御回路１００は、図１の様に、回転速度指令値生成部１００ｊと、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄと、ｄ軸電圧指令値生成部１００ｅと、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆと、ｑ軸電圧指令値生成部１００ｇと、第１の座標変換部１００ａと、第２の座標変換部１００ｈと、ＰＷＭ信号発生部１００ｉと、第３の座標変換部１００ｂと、第４の座標変換部１００ｃと、位置推定出部１００ｋと、回転速度算出部１００ｍと、初期回転推定部１００ｑとを備えている。
【００６６】
ＰＷＭ信号生成部１００ｉは、３相モータ９０の回転起動の直前に、インバータ回路８０の各制御電極ＧにＰＷＭ信号を印加して、インバータ回路８０から３相モータ９０の各相電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのうちの所定の２つ（例えば１１ｖ，１１ｗ）に所定の電圧（例えば３相モータ９０が動作反応しない程度の高周波電圧）を印加させる。これにより、３相モータ９０の回転停止状態で、３相モータ９０の各相電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのうちの所定の１つ（例えば１１ｕ）に電圧を発生させる。以後、前記所定の電圧が印加されなかった相を非導通相（ここではＵ相）と呼ぶ。
【００６７】
初期回転位置推定部１００ｑは、３相モータ９０の非通電相に対応する相電流センサの検出結果および非導通相の相電極に発生した電圧を用いて、ロータ２０の初期回転位置θ０を検出する。より詳細には、３相モータ９０のインダクタンスは３相モータ９０の回転位置θに依存するので、初期回転位置推定部１００ｑは、非通電相に対応する相電流センサの検出結果および非導通相の相電極に発生した電圧から３相モータ９０のインダクタンスを推定し、その推定値から３相モータ９０の初期回転位置θ０を推定する。
【００６８】
第３の座標変換部１００ｂは、各相電流センサ１２０ｖ，１２０ｗにより検出されたＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗに対し、所定の座標変換（即ち各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応する３軸の３次元座標系からα軸およびβ軸の２次元座標系（２相直交固定子座標系）への座標変換）を行って、α軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβを算出する。
【００６９】
第４の座標変換部１００ｃは、第２の座標変換部１００ｈにより算出された後述のＶ相電圧指令値Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に対し、所定の座標変換（即ち各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応する３軸の３次元座標系からα軸およびβ軸の２次元座標系（２相直交固定子座標系）への座標変換）を行って、α軸電圧指令値Ｖα＊およびβ軸電圧Ｖβ＊を算出する。
【００７０】
位置推定部１００ｋは、第３の座標変換部１００ｂにより算出されたα軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβと、第４の座標変換部１００ｃにより算出されたα軸電圧指令値Ｖα＊およびβ軸電圧指令値Ｖβ＊とに基づき、３相モータ９０の回転時の回転位置（位置推定値）θを算出する。
【００７１】
回転速度算出部１００ｍは、３相モータ９０の回転起動の直前は、初期回転位置推定部１００ｇにより推定された初期回転位置θ０に基づき、また３相モータ９０の回転時は、位置推定部１００ｋにより推定された回転位置θに基づき、３相モータ９０の回転速度ωを算出する。
【００７２】
第１の座標変換部１００ａは、各相電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗにより検出された各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対し、３相モータ９０の回転起動の直前は、初期位置推定部１００ｇにより算出された初期回転位置θ０を用いて、また３相モータ９０の回転時は、位置推定部１００ｋにより算出された回転位置θを用いて所定の座標変換（即ち各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応する３軸の３次元座標系からｄ軸およびｑ軸の２次元座標系への座標変換）を行って、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。
【００７３】
尚、ｄ軸電流Ｉｄは、電機子巻線２０ａの励磁により発生する磁界（電機子磁界）のｄ軸方向に寄与する電流成分であり、ｑ軸電流Ｉｑは、電機子巻線２０ａの励磁により発生する磁界のｑ軸方向に寄与する電流成分である。
【００７４】
回転速度指令値生成部１００ｊは、３相モータ９０を所望の回転速度ωで回転させるための回転速度指令値ω＊を生成する。
【００７５】
ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、回転速度算出部１００ｍにより算出された回転速度ωが、回転速度指令値生成部１００ｊからの回転速度指令値ω＊に近づく様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。具体的には、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、回転速度ωと回転速度指令値ω＊との偏差を比例積分微分演算（ＰＩＤ）してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。
【００７６】
ｑ軸電圧指令値生成部１００ｇは、第１の座標変換部１００ａにより算出されたｑ軸電流Ｉｑが、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆにより生成されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に近づく様に、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。具体的には、ｑ軸電圧指令値生成部１００ｇは、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との偏差を比例積分微分演算（ＰＩＤ）してｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。
【００７７】
ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、回転速度指令値生成部１００ｊからの回転速度指令値ω＊に応じて異なる値のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。より詳細には、例えば図４の様に、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の取り得る範囲は、例えば、正値の最大値Ｉｄmaxから負値の最小値Ｉｄminまでの範囲に設定されており、また回転速度指令値ω＊の取り得る範囲は、例えば、０から最高速回転ωmaxまでの範囲に設定されている。尚この設定は、図４に限定されるわけではなく、任意に設定可能であるが、例えば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、３相モータ９０の回転起動時（即ち０＜ω＊≦ω１）には正値の最大値Ｉｄmaxを取り、ω＊＝ωｍａｘの時には負値の最小値Ｉｄminをとるものとする。尚、ｄ軸電流Ｉｄはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に一致し、また回転速度ωも回転速度指令値ω＊に一致する様に制御されるので、図４は、Ｉｄ＊とω＊の関係であると共にＩｄとωの関係であると言える。
【００７８】
尚、図５の様に、最小値Ｉｄminは、ｄ軸電流Ｉｄ＝Ｉｄminのときのスラスト力Ｆ１が、ロータ１０を第１ステータ２０側に吸引する方向に作用する範囲内で取られた値とする。即ちｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の取り得る範囲は、スラスト力Ｆ１が常にロータ１０を第１ステータ２０側に吸引する方向に作用する様に設定されている。
【００７９】
尚、図４では例えば、回転速度指令値ω＊が０からω１（ω１：低速回転状態）まで増加する間（即ち３相モータ９０の回転起動時）は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、最大値Ｉｄmaxに生成される。そして回転指令値ω＊がω１からω２（ω２：例えば中速回転状態）まで増加する間は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、３相モータ９０のリラクタンストルクとマグネットトルクの和が最大になる様な値（例えば０以下で所定の負値Ｉｄ１以上の範囲の値、図４ではＩｄ１の場合で図示）に生成される。そして回転指令値ω＊がω２から最大値ωmaxまで増加する間は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、回転速度指令値ω＊の増加に伴って減少する様に生成される。
【００８０】
特に３相モータ９０の回転起動時（０＜ω＊≦ω１）にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が正値の最大値Ｉｄmaxにされることで、図５の様にスラスト力Ｆ１が最大値Ｆ１maxとなり、ロータ１０が第１ステータ２０側に最大限に吸引されて、３相モータ９０の回転起動時に発生する回転軸Ｑ１方向の揺れが十分に抑えられる。
【００８１】
また特に３相モータ９０の最高速回転時（ω＊＝ωmax）にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が負値の最小値Ｉｄminにされることで、図５の様にスラスト力Ｆ１が最小値Ｆ１minになり、回転シャフト４０の軸受け（不図示）でのロスが低減されて３相モータ９０が高速回転し易くなる。
【００８２】
尚、図４では、ω＊とＩｄ＊の関係を与える関数ｆ（ω＊）は、一例として、ω＊＝０でｆ（ω＊）＝０となり、０＜ω＊≦ω１の範囲ではｆ（ω＊）＝Ｉｄmaxとなり、ω１＜ω＊≦ω２の範囲ではｆ（ω＊）＝Ｉｄ１となり、ω２＜ω＊≦ωmaxの範囲でｆ（ω＊）は単調減少関数となり、ω＊＝ωmaxではｆ（ω＊）＝Ｉｄminとなる。
【００８３】
ｄ軸電圧指令値生成部１００ｅは、第１の座標変換部１００ａにより算出されたｄ軸電流Ｉｄが、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄにより生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に近づく様に、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成する。具体的には、ｄ軸電圧指令値生成部１００ｅは、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差を比例積分微分演算（ＰＩＤ）してｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成する。
【００８４】
第２の座標変換１００ｈは、ｄ軸電圧指令値生成部１００ｅおよびｑ軸電圧指令値生成部１００ｇにより生成されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に対し、３相モータ９０の回転起動前は、初期位置推定部１００ｇにより算出された初期回転位置θ０を用いて、また３相モータ９０の回転時は、位置推定部１００ｋにより算出された回転位置θを用いて所定の座標変換（即ちｄ軸およびｑ軸の２次元座標系から各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応する３軸の３次元座標系への座標変換）を行って、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｕ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊を算出する。
【００８５】
またＰＷＭ信号生成部１００ｉは、３相モータ９０の回転時は、インバータ回路８０の各制御電極ＧにＰＷＭ信号を印加して、３相モータ９０の各相電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ、第３の座標変換部１００ｂにより算出された各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に一致する電圧が印加される様に、インバータ回路８０を制御する。これにより、３相モータ９０の回転速度ωが回転速度指令値ω＊に一致する様に制御される。
【００８６】
次にアキシャルギャップ型回転電機装置１の動作を説明する。
【００８７】
３相モータ９０の回転起動の直前に、ＰＷＭ信号生成部１００ｉおよび初期回転位置推定部１００ｇにより、上述の様に３相モータ９０の初期回転位置θ０が算出される。そして第１の座標変換部１００ａにより、その初期回転位置θ０を用いて、各相電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗにより検出された各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗからｑ軸電流Ｉｄおよびｄ軸電流Ｉｄが算出される。また回転速度算出部１００ｍにより、その初期回転位置θ０から、３相モータ９０の回転速度ωが算出される。
【００８８】
そしてそれら各部１００ｍ，１００ｍの処理に平衡して、回転速度指令値生成部１００ｊにより回転速度指令値ω＊が生成される。そしてｑ軸電流指令値生成部１００ｆにより、その回転速度指令値ω＊と回転速度算出部１００ｍにより生成された回転速度ωとに基づき、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が生成される。そしてｑ軸電圧指令値生成部１００ｇにより、そのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と第１の座標変換部１００ａにより生成されたｑ軸電流Ｉｑとに基づき、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が生成される。
【００８９】
またそれら各部１００ｆ，１００ｇの処理に平衡して、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄにより、回転速度指令値生成部１００ｊからの回転速度指令値ω＊に応じた値のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が生成される。そしてｄ軸電圧指令値生成部１００ｅにより、そのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と第１の座標変換部１００ａにより算出されたｄ軸電流Ｉｄとに基づきｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊が生成される。
【００９０】
そして第２の座標変換部１００ｈにより、初期回転位置推定部１００ｇにより算出された初期回転位置θ０を用いて、それらｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊から各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが生成される。そしてＰＷＭ信号生成部１００ｉにより、インバータ回路８０が制御されて、３相モータ９０の各相電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに、各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に一致する各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが印加される。これにより３相モータ９０が回転速度指令値ω＊に応じた回転速度で回転制御される。
【００９１】
そして初期回転位置推定部１００ｇが機能停止すると共に、第３の座標変換部１００ｂ、第４の座標変換部１００ｃおよび位置推定部１００ｋが機能開始する。即ち第３の座標変換部１００ｂにより、各相電流センサ１２０ｖ，１２０ｗにより検出されたＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗからα軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβが算出される。またｑ軸電圧指令値生成部１００ｇおよびｄ軸電圧指令値生成部１００ｅにより生成されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊からα軸電圧指令値Ｖα＊およびβ軸電圧指令値Ｖβ＊が算出される。そして位置推定部１００ｋにより、それらα軸電流Ｉα，β軸電流Ｉβ，α軸電圧指令値Ｖα＊およびβ軸電圧指令値Ｖβ＊から３相モータ９０の回転位置θが算出される。
【００９２】
そして第１の座標変換部１００ａでは、３相モータ９０の回転時では、初期回転位置推定部１００ｇからの初期回転位置θ０の変わりに、位置推定部１００ｋにより算出された回転位置θを用いて、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑが算出される。同様に第２の座標変換部１００ｈでも、３相モータ９０の回転時では、位置推定部１００ｋにより算出された回転位置θを用いて、各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊が算出される。また回転速度算出部１００ｍでも、３相モータ９０の回転時では、位置推定部１００ｋにより算出された回転位置θから３相モータ９０の回転速度ωが算出される。そして上記同様に３相モータ９０が回転速度指令値ω＊に応じた回転速度で回転制御される。
【００９３】
この様に、このアキシャルギャップ型回転電機装置１では、制御回路１００により、３相モータ９０の回転速度ωが回転速度指令値ω＊に近づく様に、且つ３相モータ９０に流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのｄ軸電流Ｉｄが回転速度指令値ω＊（従って３相モータ９０の回転速度ω）に応じた所定の値に制御される様に、インバータ回路８０を介して３相モータ９０が回転制御される。
【００９４】
ここでは、ｄ軸電流Ｉｄが回転速度指令値ω＊に応じて例えば図４の様に制御されることで、スラスト力Ｆ１がｄ軸電流Ｉｄに応じて例えば図５の様に制御される。以下、図４および図５に基づき、回転速度指令値ω＊、ｄ軸電流Ｉｄおよびスラスト力Ｆ１の関係を説明する。
【００９５】
ω＊＝０のときは、３相モータ９０は回転が停止しており、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＝０（従ってｄ軸電流Ｉｄ＝０）である。この場合、スラスト力Ｆ１は、界磁磁石１０ａの磁気力からの寄与のみであり、ここではロータ１０を第１ステータ２０側に吸引する方向に作用している。
【００９６】
０＜ω＊≦ω１の範囲（即ち３相モータ９０の回転起動時）では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は最大値Ｉｄmaxとなる。従って、ｄ軸電流Ｉｄも最大値Ｉｄmaxとなる。図５の様に、スラスト力Ｆ１は、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用し、従ってこの場合は、最大値Ｆ１maxとなる。従ってこの場合は、スラスト力Ｆ１の作用方向が一定になるので、スラスト力Ｆ１の作用方向の変動に起因するロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動が防止される。特にロータ１０が第１ステータ２０側に最も強く吸引されるので、３相モータ９０の回転起動時に発生する回転軸Ｑ１方向の初期振動が十分に抑えられる。
【００９７】
ω１＜ω＊≦ω２の範囲（即ち３相モータ９０の回転起動後から所定速度の回転状態（例えば中速回転状態）までの回転状態）では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は０以下で所定の負値Ｉｄ１以上の範囲の値（図４ではＩｄ１）に制御される（従ってｄ軸電流Ｉｄも０以下で所定の負値以上の範囲の値に制御される）。具体的には、マグネットトルクとリラクタンストルクの和が最大になる電流位相になる様に、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が制御される。これは、例えば３相モータ９０を冷媒圧縮用として低負荷で運転する場合に相当し、断熱の優れた近年の住宅に用いられるような空気調和機であれば、このような運転範囲の比率が大きくなる。必要トルクに対して電流が最小になるため、３相モータ９０を低入力で運転できる。この場合は、図５の様に、スラスト力Ｆ１は、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用し、且つｄ軸電流Ｉｄが０または負値なので比較的弱い力に維持される。従ってこの場合も、スラスト力Ｆ１の作用方向が一定になるので、スラスト力Ｆ１の作用方向の変動に起因するロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動が防止される。尚、この範囲（ω１＜ω＊≦ω２）には、３相モータ９０の回転起動時に動機運転からセンサレス駆動に移行した後、所定の運転速度に加速する範囲も含まれるが、この場合は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、正の範囲で、回転速度ωが増すに従って値を減少させる様に制御しても良い。
【００９８】
ω１＜ω＊＜ωmaxの範囲（即ち３相モータ９０の例えば中速回転状態から高速回転状態までの回転状態）では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は負値で且つ回転速度指令値ω＊に反比例して減少する。具体的には、この範囲（ω１＜ω＊＜ωmax）は、３相モータ９０において誘起電圧が入力電圧値に達し、弱め磁束制御により運転範囲を拡大している範囲である。従って、ｄ軸電流Ｉｄも負値で且つ回転速度ωに反比例して減少する。図５の様に、スラスト力Ｆ１は、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用し、この場合は、ｄ軸電流Ｉｄが負値なので比較的弱い力に維持される。従ってこの場合も、スラスト力Ｆ１の作用方向が変わらないので、スラスト力Ｆ１の作用方向の変動に起因するロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動が防止される。特にスラスト力Ｆ１が比較的弱い力に維持されるので、軸受ロスは、一般に高速回転ほど増大するところ、スラスト力低減により回転シャフト４０の軸受けロスが低減されて、３相モータ９０は高速回転し易くなる。
【００９９】
ω＊＝ωmax（即ち３相モータ９０の最高速回転時）では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は最小値Ｉｄmin（＜０）となる。従ってｄ軸電流Ｉｄも最小値Ｉｄminとなる。この場合は、図５の様に、スラスト力Ｆ１は、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用し、且つ最小値Ｆminとなる。従ってこの場合も、スラスト力Ｆ１の作用方向が変わらないので、スラスト力Ｆ１の作用方向の変動に起因するロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動が防止される。特にスラスト力Ｆ１が最小値Ｆ１minに維持されるので、回転シャフト４０の軸受けロスが最小となって、３相モータ９は高速回転し易くなる。
【０１００】
この様に、制御回路１００により、３相モータ９０の回転起動時およびその後の回転状態に亘って、スラスト力Ｆ１が第１ステータ２０側に作用する様に、インバータ回路８０が制御される。
【０１０１】
以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機装置１によれば、ロータ１０の回転起動時およびその後の回転状態において、スラスト力（即ちロータ１０に作用する磁気力の合力の回転軸Ｑ１方向の成分）Ｆ１が、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用するので、スラスト力Ｆ１の作用方向が逆転することを防止でき、これによりロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動を防止でき、その変動による騒音を防止できる。
【０１０２】
またロータ１０の回転起動時においてスラスト力Ｆ１を最大値Ｆ１maxにするので、ロータ１０の回転起動時に発生するロータ１０の回転軸Ｑ１方向の初期振動を効果的に抑制でき、その振動による騒音を防止できる。
【０１０３】
またロータ１０の最高速回転時ωmaxにおいて、スラスト力Ｆ１を最小値Ｆ１minにするので、回転シャフト４０の軸受けロスを最小にでき、ロータ１０を最高速回転させ易くなる。
【０１０４】
またロータ１０の最高速回転ωmaxからそれよりも低い所定速度の回転状態（例えば中速回転状態）ω２までの回転状態では、ｄ軸電流Ｉｄを負値にしてスラスト力Ｆ１を小さくするので、回転シャフト４０の軸受けロスを低減できて、ロータ１を高速回転させ易くなる。
【０１０５】
またｄ軸電流Ｉｄを、３相モータ９０の回転起動時以外の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において負値にするので、３相モータ９０の回転起動時以外の全ての回転状態において、スラスト力Ｆ１を比較的弱く維持でき、３相モータ９０を効率良く回転駆動できる。
【０１０６】
尚、この実施形態において、ｄ軸電流Ｉｄを、３相モータ９０の回転起動時（０＜ω≦ω１）およびその後の回転状態（ω１＜ω≦ωmax）において負値にしても良い。この場合は、３相モータ９０の回転起動時およびその後の回転状態において、スラスト力Ｆ１を比較的弱く維持でき、３相モータ９０を効率良く回転駆動できる。また３相モータ９０の回転起動時およびその後の回転状態の各々でのスラスト力Ｆ１を小さくでき、それらのスラスト力Ｆ１の差を小さくできる。これにより、ロータ１０の回転起動時からその後の回転状態への移行する際に発生するそれらの力１の差に起因する３相モータ９０の回転軸Ｑ１方向の揺れを抑制できる。
【０１０７】
またｄ軸電流Ｉｄを、３相モータ９０の最高速回転（ωmax）以外の全ての回転状態（０＜ω＜ωmax）において正値にしても良い。この様にすれば、最高速回転以外の全ての回転状態において、スラスト力Ｆ１を、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に増大させる事ができ、ロータ１０の回転軸Ｑ１方向の揺れを抑制できる。
【０１０８】
またｄ軸電流Ｉｄを、３相モータ９０の全ての回転状態（０＜ω≦ωmax）において正値にしても良い。この場合は、各間隔ｄ１，ｄ２（図２）においてｄ１＞ｄ２の関係が満たされなくても、３相モータ９０の全ての回転状態において、スラスト力Ｆ１をロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に作用させる事ができる。
【０１０９】
＜第２実施形態＞
この実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｂは、第１実施形態において、例えば図６の様に、第２ステータ３０のロータ１０側の主面３０ａに、複数の凹部３０ｂを形成したものである。図６では、複数の凹部３０ｂは、第２ステータ３０の主面３０ａに、例えば、放射状に配置された複数の略直線状溝として形成されている。
【０１１０】
この様にすることで、複数の凹部３０ｂにより第２ステータ３０のロータ１０側の主面３０ａの平均的な位置（回転軸Ｑ軸方向の位置）がロータ１０から後退するので、第２ステータ３０とロータ１０との間隔ｄ２（図２）が実質的に拡がり、ロータ１０に作用する磁気力の合力の回転軸Ｑ１方向の成分Ｆ１を、ロータ１０が第１ステータ２０側に吸引される方向に一層強く作用させる事ができる。
【０１１１】
尚、図６では、電機子磁芯２０ｂの磁芯本体部２０ｂ１および幅広磁芯部２０ｂ２は、互いに別体に形成されている。また、隣り合う各幅広磁芯部２０ｂ２は、互いに間隔を空けた状態で、それらの外側円弧部２０ｂ５の端部同士が連結部２０ｂ３により連結され、且つそれらの内側円弧部２０ｂ６の端部同士が連結部２０ｂ４により連結される様にして、一体的に形成されている。また図６では、ロータ１０の保持部材１０ｈ、コア部材１０ｆ，１０ｃおよび鋼板１０ｇは図示省略されている。
【０１１２】
＜第３実施形態＞
この実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｃは、第２実施形態において、複数の凹部３０ｂを、例えば図７の様に、第２ステータ３０のロータ１０側の主面３０ａに、例えば略同心状に配置された直径の異なる複数の環状溝として形成したものである。
【０１１３】
この様にした場合は、凹部３０ｂは周方向Ｑ３に一様であるので、第２のステータ３０とロータ１０との間に作用する磁気吸引力はロータ１０の回転位置に依存せず、従って、ロータ１０の回転に伴って当該磁気吸引力の大きさが変化する事を防止でき、その変化によるロータ１０の回転軸Ｑ１方向の振動を防止できる。
【０１１４】
＜第４実施形態＞
この実施形態に係る圧縮機２００は、第１実施形態のアキシャルギャップ型回転電機装置１を用いたものである。
【０１１５】
圧縮機２００は、冷媒を圧縮するものであり、図８の様に、容器３００と、３相モータ９０と、圧縮機構部４００とを備えている。図８は、圧縮機２００の断面図であるが、３相モータ９０は側面視で図示されている。図８では、アキシャルギャップ型回転電機装置１の制御回路１００，インバータ回路８０および電源７０は、図示省略されている。
【０１１６】
容器３００は、例えば中空円柱状に形成され、その柱軸Ｑ４が鉛直となる様に配置されている。容器３００の例えば下部側面には、容器３００内に冷媒を供給する吸入管３０１が接続されている。また容器３００の天井部には、容器３００内から前記冷媒を吐出する吐出管３０２が接続されている。尚、図８では、吸入管３０１および吐出管３０２は、側面視で図示されている。
【０１１７】
３相モータ９０は、容器３００内の上部側に収容配設されている。より詳細には、３相モータ９０は、その回転軸Ｑ１が鉛直となる様に配置されている。また３相モータ９０は、第１ステータ２０がロータ１０の上側に配置した状態で、バックヨーク２０ｃの外周側面が容器３００の内周面に固定され、且つ第２ステータ３０がロータ１０の下側に配置した状態で、第２ステータ３０の外周側面が容器３００の内周面に固定される様にして、配設されている。
【０１１８】
圧縮機構部４００は、容器３００内において、３相モータ９０の下側に位置する様に収容配設されている。圧縮機構部４００は、３相モータ９０の回転シャフト４０に連結されており、回転シャフト４０を介して３相モータ９０によって駆動される。
【０１１９】
圧縮機構部４００は、シリンダ状の本体部４０１と、上端板４０２および下端板４０３とを備えている。
【０１２０】
本体部４０１の側面には、本体部４０１内に吸入管３０１からの冷媒を吸入する吸入ポート４１０が設けられている。上端板４０２は、本体部４０１の上側開口を閉塞する様に配設されており、下端板４０３は、本体部４０１の下側開口を閉塞する様に配設されている。回転シャフト４０は、上端板４０２および下端板４０３を貫通して、本体部４０１の内部に挿入されている。回転シャフト４０は、上端板４０２に設けられた軸受４０４と、下端板４０３に設けられた軸受４０５により回転自在に支持されている。
【０１２１】
本体部４０１内では、回転シャフト４０にクランクピン４０６が設けられ、クランクピン４０６の外周にはピストン４０７が嵌合されている。ピストン４０７およびこれに対応する本体部４０１との間の空間により、圧縮室４０８が形成されている。回転シャフト４０の回転に伴って、ピストン４０７が偏芯した状態で回転しまたは公転運動を行うことで、圧縮室４０８の容積が変化される。この変化により、圧縮室４０８において、吸入管３０１から供給された冷媒が圧縮される。
【０１２２】
この圧縮機２００では、３相モータ９０が回転駆動して圧縮機構部４００が駆動されると、吸入管３０１から圧縮機構部４００に冷媒が供給され、圧縮機構部４００（とりわけ圧縮室４０８）で当該冷媒が圧縮される。圧縮機構部４００で圧縮された高圧冷媒は、圧縮機構部４００の吐出ポート４０９から容器３００内に吐出される。そして高圧冷媒は、第２ステータ３０と回転シャフト４０または容器３００との間の空間を通過し、そしてロータ１０と容器３００との間の空間を通過し、そして第１ステータ３０と容器３００または回転シャフト４０との間の空間、または第１ステータ３０に設けられた回転軸Ｑ１方向の貫通孔（不図示）を通過して、３相モータ９０の上部空間に運ばれ、吐出管３０２を介して容器３００の外部に吐出される。この冷媒の流れによる圧力により、ロータ１０が第１ステータ３０側に押し付けられて、電機子磁芯２０ｂの磁極面２０ｅと界磁部材１０ｉの磁極面１０ｃ１との間隔ｄ１が、第２ステータ３０の主面３０ａと界磁部材１０ｉの磁極面１０ａ２との間隔ｄ２よりも一層短くなる。
【０１２３】
以上の様に構成された圧縮機２００によれば、冷媒の流れによる圧力を利用してロータ１０を第１ステータ２０側に一層吸引させる事ができ、ロータ１０の回転軸Ｑ１方向の変動をより一層抑制できる。
【０１２４】
尚、この実施形態では、第１実施形態のアキシャルギャップ型回転電機装置１を用いた場合で説明したが、第２または第３実施形態のアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｂ，１Ｃを用いても良い。
【０１２５】
＜第５実施形態＞
この実施形態に係る圧縮機２００Ｂは、第４実施形態において、図９の様に、第１ステータ２０と第２ステータ３０との配置を逆にしたものである。即ち３相モータ９０は、第１ステータ２０がロータ１０の下側に配置した状態で、バックヨーク２０ｃの外周側面が容器３００の内周面に固定され、且つ第２ステータ３０がロータ１０の上側に配置した状態で、第２ステータ３０の外周側面が容器３００の内周面に固定される様にして、配設されている。この状態では、ロータ１０は、重力により下方に引っ張られて、第１ステータ２０側に一層吸引される。
【０１２６】
以上の様に構成された圧縮機２００Ｂによれば、重力を利用してロータ１０を第１ステータ２０側に一層吸引させる事ができ、ロータ１０の回転軸Ｑ１方向の揺れをより一層抑制できる。
【０１２７】
＜第６実施形態＞
この実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｄは、図１０の様に、第１実施形態において、第３の座標変換部１００ｂおよび第４の座標変換部１００ｃを省略したものである。以下、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、第１実施形態と異なる構成だけ説明する。
【０１２８】
この実施形態の位置推定部１００ｋＤは、第１座標変換部１００ａにより算出されたｄ軸電流およびｑ軸電流と、ｑ軸電圧指令生成部１００ｇにより生成されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、ｄ軸電圧指令生成部１００ｅにより生成されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とに基づき、３相モータ９０の回転時の回転位置（位置推定値）θを算出する。
【０１２９】
この様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機装置１Ｄによれば、第１実施形態と同様の効果を得る他に、第３の座標変換部１００ｂおよび第４の座標変換部１００ｃが省略されるので、演算処理負担が軽減できる。
【符号の説明】
【０１３０】
１，１Ｂ，１Ｃ  アキシャルギャップ型回転電機装置
１０  ロータ
１０ａ  界磁磁石
１０ａ２，１０ｃ１，２０ｅ  磁極面
１０ｃ  第１コア部材
１０ａ１  主面
１０ｆ  第２コア部材
１０ｇ  鋼板
１０ｈ  保持部材
１０ｈ１，１０ｈ２  面
１０ｉ  界磁部材
１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ  電極
２０  第１ステータ
２０ａ  電機子巻線
２０ｂ  電機子磁芯
２０ｃ  バックヨーク
３０  第２ステータ
３０ａ  主面
３０ｂ  凹部
４０  回転シャフト
８０  インバータ回路
９０  ３相モータ
１００  制御回路
１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗ  相電流センサ
２００，２００Ｂ  圧縮機  
Ｑ１  回転軸
Ｑ２  径方向
Ｑ３  周方向
【図１】
2011010481.tif 000003
【図２】
2011010481.tif 000004
【図３】
2011010481.tif 000005
【図４】
2011010481.tif 000006
【図５】
2011010481.tif 000007
【図６】
2011010481.tif 000008
【図７】
2011010481.tif 000009
【図８】
2011010481.tif 000010
【図９】
2011010481.tif 000011
【図１０】
2011010481.tif 000012