(57)【要約】【課題】低コストで簡便な構成で回転子が回転軸方向に移動できるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。【解決手段】このアキシャルギャップ型回転電機は、回転シャフト（４０）を支持する第１及び第２軸受け（５０ａ，５０ｂ）と、ハウジング（６０）に固定され、複数の巻線付き磁芯（２０ｅ）を有する第１固定子（２０）と、前記ハウジングに配設された第２固定子（３０）と、前記第１および前記第２固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、複数の界磁部材（１０ｉ）を有し、前記第１固定子側または前記第２固定子側に移動自在である回転子（１０）と、前記回転子の前記第１固定子側への移動範囲を制限する第１ストッパ（７０ａ）と、前記回転子の前記第２固定子側への移動範囲を制限する第２ストッパ（７０ｂ）とを備える。【選択図】図１
2011254682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（７０）と、
回転軸（Ｑ１）に沿って配置された回転シャフト（４０，４０Ｃ）と、
前記ハウジングに配設され、前記回転シャフトを支持する第１および第２軸受け（５０ａ，５０ｂ，５０ａＢ，５０ｂＢ，５０ａＣ，５０ｂＣ）と、
前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の面（２０ｄ）に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯（２０ｅ）を有する第１固定子（２０）と、
前記第１固定子に対する前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）において前記第１固定子と間隔を空ける様に、前記ハウジングに配設された第２固定子（３０）と、
前記第１および前記第２固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第１固定子側の面（１０ｃ１）に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材（１０ｉ）を有し、前記回転軸方向に沿って前記第１固定子側または前記第２固定子側に移動自在である回転子（１０，１０Ｂ，１０Ｃ）と、
前記回転子の前記第１固定子側への移動範囲を制限する第１ストッパ（７０ａ，７０ａＢ，７０ａＣ）と、
前記回転子の前記第２固定子側への移動範囲を制限する第２ストッパ（７０ｂ，７０ｂＢ，７０ｂＣ）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。
【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（１００）であって、
前記回転子（１０）は前記回転シャフト（４０）に固定され、
前記第１および前記第２軸受け（５０ａ，５０ｂ）はそれぞれ、前記ハウジング（６０）に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸（Ｑ１）方向に移動自在に支持することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００）であって、
前記第１ストッパ（７０ａ）は、前記回転シャフト（４０）において前記第１軸受け（５０ａ）と前記第１固定子（２０）との間に固定され、
前記第２ストッパ（７０ｂ）は、前記回転シャフトにおいて前記第２軸受け（５０ｂ）と前記第２固定子（３０）との間に固定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。
【請求項４】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｂ）であって、
前記回転子（１０Ｂ）は前記回転シャフト（４０）に固定され、
、前記第１および第２軸受け（５０ａＢ，５０ｂＢ）はそれぞれ、前記回転シャフトに対しては固定され、前記ハウジング（６０）に対しては、前記回転軸方向（Ｑ１）には移動可能で且つ前記回転軸方向に直交する方向には固定される様に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。
【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（１００Ｂ）であって、
前記第１ストッパ（７０ａＢ）は、前記第１軸受け（５０ａ）の前記回転軸（Ｑ１）方向の他方側（Ｑ−）への移動範囲を制限する様に前記ハウジング（６０）に配設され、
前記第２ストッパ（７０ｂＢ）は、前記第２軸受け（５０ｂ）の前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）への移動範囲を制限する様に前記ハウジングに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。
【請求項６】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、
前記回転子（１０Ｃ）は、前記回転シャフト（４０Ｃ）に対して前記回転軸（Ｑ１）方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に回転できない様に配設され、
前記第１および前記第２軸受け（５０ａＣ，５０ｂＣ）はそれぞれ、前記ハウジング（６０）に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸回りには回転自在で且つ前記回転軸方向には固定する様に支持することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、
前記回転シャフト（４０Ｃ）は、前記第１および前記第２固定子（２０，３０）の間に配置する部分であって第１直径（ｄ３）を有する細径部分（４０ｄ）と、前記細径部分の両側の部分であって前記第１直径よりも大きい第２直径（ｄ４）を有する太径部分（４０ｅ）とを有し、
前記回転子（１０Ｃ）は、前記細径部分に対して前記回転軸方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に固定される様に配設され、
前記第１ストッパ（７０ａＣ）は、前記細径部分と一方側（Ｑ＋）の前記太径部分（４０ｅ＋）との境界の段差により構成され、
前記第２ストッパ（７０ｂＣ）は、前記細径部分と他方側（Ｑ−）の前記太径部分（４０ｅ−）との境界の段差により構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。
【請求項８】
請求項７に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、
前記細径部分（４０ｄ）における前記回転軸（Ｑ１）に直交する断面は、非円形に形成され、
前記回転子（１０Ｃ）には、その前記回転軸方向の両側の面を貫通する様に、前記断面が嵌合する中心孔（１０ｎ）が形成され、その中心孔に前記細径部分が嵌挿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。
【請求項９】
請求項８に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、
前記細径部分（４０ｄ）における前記回転軸（Ｑ１）に直交する前記断面は、歯車形または星形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。
【請求項１０】
容器（３００）と、
回転軸（Ｑ１）に沿って配置された回転シャフト（４０）と、
前記容器に配設され、前記回転シャフトを、前記回転軸方向には移動自在で且つ回転軸に直交する方向には固定する様に支持する第１および第２軸受け（５０ａ，５０ｂ）と、
前記容器に対して固定され、前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の面（２０ｄ）に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯（２０ｅ）を有する第１固定子（２０）と、
前記第１固定子に対する前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）において前記第１固定子と間隔を空ける様に、前記容器に配設された第２固定子（３０）と、
前記第１および前記第２固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第１固定子側の面（１０ｃ１）に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材（１０ｉ）を有し、前記回転軸方向に沿って前記第１固定子側または前記第２固定子側に移動自在である回転子（１０）と、
前記容器内に配設されたシリンダ状の本体部（４０１）と、
前記本端部の上側開口を閉塞する上端板（４０２）と、
前記本端部の下側開口を閉塞する下端板（４０３）と、
前記本体部内において、前記上端板および前記下端板を貫通して挿入された前記回転シャフトに配設されたクランクピン（４０６）と、
前記本体部内において、前記クランクピンの外周に嵌合する様に配置されたピストン（４０７）と、を備え、
前記クランクピンの前記回転軸方向の高さ（Ｄ１）は前記ピストンの同方向の高さ（Ｄ２）よりも短く設定されており、前記クランクは前記回転軸方向に移動自在に配置されており、前記上端板の下面（４０２ａ）は、前記クランクの前記回転軸方向の他方側（Ｑ−）の移動範囲を規制する第１ストッパとして機能し、前記下端板の上面（４０３ａ）は、前記クランクの前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の移動範囲を規制する第２ストッパとして機能することを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または請求項１０に記載の圧縮機と、
前記各巻線付き磁芯（２０ｅ）の巻線（２０ａ）に電流を選択的に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巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段（１００，１００Ｂ）と、
を備え、
前記第１および前記第２固定子（２０，３０）と前記回転子（１０，１０Ｂ，１０Ｃ）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と、前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力（Ｆ１）が、前記一方側から前記他方側に向かう方向を正として、その値が正値と負値の間を選択的に取る様に、前記制御手段が前記インバータ手段を制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機装置（１，１Ｂ）であって、
前記制御手段（１００，１００Ｂ）は、前記インバータ手段（８０）を制御して前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の電流値および位相角を制御することで、前記総合力に前記正値と前記負値との間の値を選択的に取らせることを特徴とする回転電機装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の回転電機装置（１）であって、
前記制御手段（１００）は、前記回転電機の駆動電圧が、前記制御手段の出力電圧上限値に達するまでは、前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の位相角（β）をゼロにして前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３の何れかに記載の回転電機装置であって、
前記制御手段（１００）は、前記回転電機の駆動電圧が前記制御手段の出力電圧上限値に達した場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第２固定子側を向く様に、前記回転子を弱め磁束制御によって回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１５】
請求項１１または１２に記載の回転電機装置（１Ｂ）であって、
前記制御手段（１００Ｂ）は、前記回転電機装置のトルクが所定値未満の場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第２固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１６】
請求項１１，１２および１５の何れかに記載の回転電機装置（１Ｂ）であって、
前記制御手段（１００Ｂ）は、前記回転電機装置のトルクが前記所定値以上の場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く様に、前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の電流値と位相角（β）とを制御することで前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１７】
請求項１〜９の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または請求項１０に記載の圧縮機と、
前記各巻線付き磁芯（２０ｅ）の巻線（２０ａ）に電流を選択的に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巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段（１００Ｃ）と、
を備え、
前記制御手段（１００Ｃ）は、前記合力の回転軸方向の成分と前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の回転電機装置であって、
前記制御手段（１００Ｃ）は、位相角（β）がゼロになる様に、または前記総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く範囲で前記回転子を弱め磁束制御する様に、前記回転子（１０）を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子が回転軸方向に移動可能なアキシャルギャップ型回転電機、圧縮機および回転電機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の回転電機の高効率化において、希土類磁石を代表とする永久磁石同期回転電機による影響は大きい。一方、永久磁石同期回転電機は、誘導回転電機と異なる点として、回転速度に比例した誘起電圧が生じるという特徴を有している。この様な永久磁石同期回転電機においては、駆動電圧制限内における高速化技術として、誘起電圧を抑制すべく界磁磁束を弱める、いわゆる弱め界磁制御（あるいは「弱め磁束制御」）が提案されている。これは例えば、無負荷回転時の誘起電圧位相に対して電流位相角を進角に制御することで実現される。この制御技術により低速運転時の大トルク、高速運転時の大出力および定格運転時の高効率を達成することができ、多くの製品にて同様の制御が使用されている。
【０００３】
しかしながら、更なる高速化および弱め磁束制御領域での高効率化（換言すれば更なる回転効率の向上）の要求の為、または電流位相の進角制御はトルク/電流比を低下させて銅損を上昇させる為、機械的に界磁磁束を弱められる技術（より広義には機械的に界磁磁束を増減制御できる技術）が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ラックとピニオンが付随したアクチュエータにより、固定子を回転子の回転軸方向に移動させ、回転子と固定子との間のエアギャップを広くする技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、駆動中の可変ではないが、組立て後のエアギャップ調整技術として軸受けハブと固定子内径側面のネジ部とを介して軸受けハブを回転させることにより、固定子と回転子とのエアギャップを調整する技術が開示されている。
【０００６】
アキシャルギャップ型の永久磁石同期回転電機においては、ラジアルギャップ型と異なり、回転軸方向に大きな磁気吸引力が固定子と回転子との間に生じる為、エアギャップを可変する際には大きな力が必要となる。その対策技術として、特許文献３には、回転子の外径部は移動せずに内径部のみ移動することで、移動に必要な力を低減する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、上述の大きな磁気吸引力に対抗する必要支持剛性を極力低減するべく、２つの固定子間のエアギャップを等長で可変させることで、コストおよび装置全体の重量を低減する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、固定子の可変電磁力を利用して、それと拮抗するバネにより、２つの固定子間のエアギャップを可変にする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2002-247822号公報
【特許文献２】特開平11-069697号公報
【特許文献３】特開2008-048497号公報
【特許文献４】特開2006-014466号公報
【特許文献５】特開2005-318718号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、各特許文献１−５では、自動車駆動用またはフライホイール電力貯蔵装置での用途を想定しており、そのような用途では許される機構・コストが、エアコン用圧縮機にとっては未だ複雑であり且つ高コストとなるという問題点があった。
【００１１】
上記の問題点に鑑みれば、より低コストで簡便な構成により、界磁磁束を増減制御できることが望ましい。従来のアキシャルギャップ型の回転電機では、回転子は、回転シャフトに固定され、回転シャフトは、軸受けにおいて回転軸方向への移動が規制されて配設されている。そのため、駆動電流を制御しても、回転子と固定子との間のギャップを調整できなかった。そのため、駆動電流の制御以外に、ギャップを調整するための制御が必要であるという問題点があった。
【００１２】
また従来のアキシャルギャップ型の回転電機のなかには、モータの各定数（例えば鎖交磁束φａ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線相抵抗Ｒa等）から回転子の回転位置を推定するセンサレス制御を用いるものがある。このセンサレス制御では、推定した回転子の回転位置に基づいて位相電流が制御される。しかし、各定数が量産のために各回転電機毎にばらつくことがあり、そのばらつきが原因で、推定した回転位置に誤差が生じ、この誤差が原因で、想定よりも大きな電流位相β（従って制限値以上に大きな負値のｄ軸電流）で回転子が回転制御される場合がある。この様な大きな負値のｄ軸電流により回転子が回転制御されると、回転子の界磁部材が減磁される場合があるという問題点があった。
【００１３】
尚、減磁の他の発生原因として下記の発生原因もある。即ち、外乱に制御が追随できずに脱調して電流位相βがｄｑ座標の第３象限（９０°＜β＜１８０°）で通電された場合、即ち回転電機の回生状態（発電状態）の場合は、ｄ軸電流およびｑ軸電流が共に負値となって相電流が逆向きになるため、大きな電流が流れても、その電流が最大電流制限（ＯＣＰ）のための機構により検知されなくなり、これにより電流値の制限ができなくなって絶対値が想定以上に大きな負値のｄ軸電流が流れて減磁が発生する。
【００１４】
この発明の課題は、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、第１に、低コストで簡便な構成により回転子が回転軸方向に移動できるアキシャルギャップ型回転電機および圧縮機を提供することにある。また第２に、低コストで簡便な構成により機械的に界磁磁束を増減制御でき、これにより回転電機の回転効率を向上できる回転電機装置を提供することにある。また第３に、低コストで簡便な構成により減磁を回避できる回転電機装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する為に、本発明の第１の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、ハウジング（７０）と、回転軸（Ｑ１）に沿って配置された回転シャフト（４０，４０Ｃ）と、前記ハウジングに配設され、前記回転シャフトを支持する第１および第２軸受け（５０ａ，５０ｂ，５０ａＢ，５０ｂＢ，５０ａＣ，５０ｂＣ）と、前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の面（２０ｄ）に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯（２０ｅ）を有する第１固定子（２０）と、前記第１固定子に対する前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）において前記第１固定子と間隔を空ける様に、前記ハウジングに配設された第２固定子（３０）と、前記第１および前記第２固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第１固定子側の面（１０ｃ１）に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材（１０ｉ）を有し、前記回転軸方向に沿って前記第１固定子側または前記第２固定子側に移動自在である回転子（１０，１０Ｂ，１０Ｃ）と、前記回転子の前記第１固定子側への移動範囲を制限する第１ストッパ（７０ａ，７０ａＢ，７０ａＣ）と、前記回転子の前記第２固定子側への移動範囲を制限する第２ストッパ（７０ｂ，７０ｂＢ，７０ｂＣ）と、を備えるものである。
【００１６】
本発明の第２の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第１の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００）であって、前記回転子（１０）は前記回転シャフト（４０）に固定され、前記第１および前記第２軸受け（５０ａ，５０ｂ）はそれぞれ、前記ハウジング（６０）に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸（Ｑ１）方向に移動自在に支持するものである。
【００１７】
本発明の第３の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第２の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００）であって、前記第１ストッパ（７０ａ）は、前記回転シャフト（４０）において前記第１軸受け（５０ａ）と前記第１固定子（２０）との間に固定され、前記第２ストッパ（７０ｂ）は、前記回転シャフトにおいて前記第２軸受け（５０ｂ）と前記第２固定子（３０）との間に固定されるものである。
【００１８】
本発明の第４の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第１の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｂ）であって、前記回転子（１０Ｂ）は前記回転シャフト（４０）に固定され、前記第１および第２軸受け（５０ａＢ，５０ｂＢ）はそれぞれ、前記回転シャフトに対しては固定され、前記ハウジング（６０）に対しては、前記回転軸方向（Ｑ１）には移動可能で且つ前記回転軸方向に直交する方向には固定される様に配設されるものである。
【００１９】
本発明の第５の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第４の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｂ）であって、前記第１ストッパ（７０ａＢ）は、前記第１軸受け（５０ａ）の前記回転軸（Ｑ１）方向の他方側（Ｑ−）への移動範囲を制限する様に前記ハウジング（６０）に配設され、前記第２ストッパ（７０ｂＢ）は、前記第２軸受け（５０ｂ）の前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）への移動範囲を制限する様に前記ハウジングに配設されるものである。
【００２０】
本発明の第６の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第１の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、前記回転子（１０Ｃ）は、前記回転シャフト（４０Ｃ）に対して前記回転軸（Ｑ１）方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に回転できない様に配設され、前記第１および前記第２軸受け（５０ａＣ，５０ｂＣ）はそれぞれ、前記ハウジング（６０）に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸回りには回転自在で且つ前記回転軸方向には固定する様に支持するものである。
【００２１】
本発明の第７の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第６の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、前記回転シャフト（４０Ｃ）は、前記第１および前記第２固定子（２０，３０）の間に配置する部分であって第１直径（ｄ３）を有する細径部分（４０ｄ）と、前記細径部分の両側の部分であって前記第１直径よりも大きい第２直径（ｄ４）を有する太径部分（４０ｅ）とを有し、前記回転子（１０Ｃ）は、前記細径部分に対して前記回転軸方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に固定される様に配設され、前記第１ストッパ（７０ａＣ）は、前記細径部分と一方側（Ｑ＋）の前記太径部分（４０ｅ＋）との境界の段差により構成され、前記第２ストッパ（７０ｂＣ）は、前記細径部分と他方側（Ｑ−）の前記太径部分（４０ｅ−）との境界の段差により構成されるものである。
【００２２】
本発明の第８の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第７の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、前記細径部分（４０ｄ）における前記回転軸（Ｑ１）に直交する断面は、非円形に形成され、前記回転子（１０Ｃ）には、その前記回転軸方向の両側の面を貫通する様に、前記断面が嵌合する中心孔（１０ｎ）が形成され、その中心孔に前記細径部分が嵌挿されるものである。
【００２３】
本発明の第９の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第８の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機（１００Ｃ）であって、前記細径部分（４０ｄ）における前記回転軸（Ｑ１）に直交する前記断面は、歯車形または星形であるものである。
【００２４】
本発明の第１０の態様に記載の圧縮機は、容器（３００）と、回転軸（Ｑ１）に沿って配置された回転シャフト（４０）と、前記容器に配設され、前記回転シャフトを、前記回転軸方向には移動自在で且つ回転軸に直交する方向には固定する様に支持する第１および第２軸受け（５０ａ，５０ｂ）と、前記容器に対して固定され、前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の面（２０ｄ）に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯（２０ｅ）を有する第１固定子（２０）と、前記第１固定子に対する前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）において前記第１固定子と間隔を空ける様に、前記容器に配設された第２固定子（３０）と、前記第１および前記第２固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第１固定子側の面（１０ｃ１）に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材（１０ｉ）を有し、前記回転軸方向に沿って前記第１固定子側または前記第２固定子側に移動自在である回転子（１０）と、前記容器内に配設されたシリンダ（４０１）と、前記シリンダの上側開口を閉塞する上端板（４０２）と、前記シリンダの下側開口を閉塞する下端板（４０３）と、前記シリンダ内において、前記上端板および前記下端板を貫通して挿入された前記回転シャフトに配設されたクランクピン（４０６）と、前記シリンダ内において、前記クランクピンの外周に嵌合する様に配置されたピストン（４０７）と、を備え、前記クランクピンの前記回転軸方向の高さ（Ｄ１）は前記ピストンの同方向の高さ（Ｄ２）よりも短く設定されており、前記クランクは前記回転軸方向に移動自在に配置されており、前記上端板の下面（４０２ａ）は、前記クランクの前記回転軸方向の他方側（Ｑ−）の移動範囲を規制する第１ストッパとして機能し、前記下端板の上面（４０３ａ）は、前記クランクの前記回転軸方向の一方側（Ｑ＋）の移動範囲を規制する第２ストッパとして機能するものである。
【００２５】
本発明の第１１の態様に記載の回転電機装置は、第１〜９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または第１０の態様に記載の圧縮機と、前記各巻線付き磁芯（２０ｅ）の巻線（２０ａ）に電流を選択的に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巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段（１００，１００Ｂ）と、を備え、前記第１および前記第２固定子（２０，３０）と前記回転子（１０，１０Ｂ，１０Ｃ）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と、前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力（Ｆ１）が、前記一方側から前記他方側に向かう方向を正として、その値が正値と負値の間を選択的に取る様に、前記制御手段が前記インバータ手段を制御するものである。
【００２６】
本発明の第１２の態様に記載の回転電機装置は、第１１の態様に記載の回転電機装置（１，１Ｂ）であって、前記制御手段（１００，１００Ｂ）は、前記インバータ手段（８０）を制御して前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の電流値および位相角を制御することで、前記総合力に前記正値と前記負値との間の値を選択的に取らせるものである。
【００２７】
本発明の第１３の態様に記載の回転電機装置は、第１１または１２の態様に記載の回転電機装置（１）であって、前記制御手段（１００）は、前記回転電機の駆動電圧が、前記制御手段の出力電圧上限値に達するまでは、前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の位相角（β）をゼロにして前記回転子を回転制御するものである。
【００２８】
本発明の第１４の態様に記載の回転電機装置は、第１１〜１３の態様の何れかに記載の回転電機装置であって、前記制御手段（１００）は、前記回転電機の駆動電圧が前記制御手段の出力電圧上限値に達した場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第２固定子側を向く様に、前記回転子を弱め磁束制御によって回転制御するものである。
【００２９】
本発明の第１５の態様に記載の回転電機装置は、第１１または１２の態様に記載の回転電機装置（１Ｂ）であって、前記制御手段（１００Ｂ）は、前記回転電機装置のトルクが所定値未満の場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第２固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御するものである。
【００３０】
本発明の第１６の態様に記載の回転電機装置は、第１１，１２および１５の態様の何れかに記載の回転電機装置（１Ｂ）であって、前記制御手段（１００Ｂ）は、前記回転電機装置のトルクが前記所定値以上の場合において、前記総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く様に、前記各巻線（２０ａ）に流れる電流の電流値と位相角（β）とを制御することで前記回転子を回転制御するものである。
【００３１】
本発明の第１７の態様に記載の回転電機装置は、第１〜９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または第１０の態様に記載の圧縮機と、前記各巻線付き磁芯（２０ｅ）の巻線（２０ａ）に電流を選択的に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巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段（１００Ｃ）と、を備え、前記制御手段（１００Ｃ）は、前記合力の回転軸方向の成分と前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御するものである。
【００３２】
本発明の第１８の態様に記載の回転電機装置は、第１７の態様に記載の回転電機装置であって、前記制御手段（１００Ｃ）は、位相角（β）がゼロになる様に、または前記総合力（Ｆ１）が前記第１固定子側を向く範囲で前記回転子を弱め磁束制御する様に、前記回転子（１０）を回転制御するものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第１の態様によれば、低コストで且つ簡便な構成で回転子を回転軸方向に移動自在にできる。また回転子が回転軸方向に移動自在なので、回転子に作用する磁気力の回転軸方向の成分と回転子に作用する前記磁気力以外の力の回転軸方向の成分との総合力が一方側または他方側の値を取った場合には、その総合力により回転子が回転軸方向の同側に移動されるので、回転子と固定子との間のギャップの大きさを調整できる。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、低コストで簡便な構成で回転子を回転軸方向に移動自在にできる。
【００３５】
本発明の第３の態様によれば、低コストで簡便な構成で、第１および第２ストッパを設ける事ができる。
【００３６】
本発明の第４の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を回転軸方向に移動可能にできる。
【００３７】
本発明の第５の態様によれば、低コストで簡便な構成で、第１および第２ストッパを設ける事ができる。
【００３８】
本発明の第６の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を回転軸方向に移動可能にできる。
【００３９】
本発明の第７の態様によれば、細径部分と太径部分との段差を第１ストッパおよび第２ストッパとして利用するので、第１ストッパおよび第２ストッパを別部材として備える必要が無くなる。
【００４０】
本発明の第８および９の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を、前記細径部分に対して回転軸方向には相対的に移動可能で且つ回転軸回りには相対的に固定される様に配設できる。
【００４１】
本発明の第１０の態様によれば、上端板および下端板を第１ストッパおよび第２ストッパとして機能でき、これにより第１ストッパおよび第２ストッパを別途設ける必要が無くなる。
【００４２】
本発明の第１１の態様によれば、総合力を正値と負値との間の値を選択的に取らせる事ができるので、その選択により、総合力を第１固定子側または第２固定子側に選択的に向ける事ができる。これにより、総合力が第１固定子側に向けられた場合は、回転子と第１固定子との間隔が縮められ、これにより従来のモータと比べて同じ電流値に対して鎖交磁束を増大できてトルクを効率的に出せ、これによりアキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上できる。また総合力が第２固定子側に向けられた場合は、回転子と第１固定子との間隔が拡げられ、これにより鎖交磁束を低減できて鉄損を低減でき、これによりアキシャルギャップ回転電機の回転効率を向上できる。
【００４３】
本発明の第１２の態様によれば、電流値および位相角の制御により（即ち簡単な制御により）、合力の回転軸方向の成分を制御できる。
【００４４】
本発明の第１３の態様によれば、位相角がゼロの状態では電流値の増大に伴って総合力は第１固定子側に増大するので、電流値の増大に伴って回転子と第１固定子との間隔を縮める事ができる。これにより駆動電圧が出力電圧の上限値に達するまでは、電流値の制御だけで、アキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上できる。
【００４５】
本発明の第１４の態様によれば、回転電機の駆動電圧が出力電圧の上限値に達した場合には、弱め磁束制御により総合力が第２固定子側に向く様に（即ち回転子と第１固定子との間隔を拡げる様に）制御することで、機械的にも鎖交磁束を低減して、弱め磁束制御用の電流値を削減しつつ、鉄損も削減しつつ、更に高速化することができる。回転率も同時に向上する。
【００４６】
本発明の第１５の態様によれば、特に低速回転領域且つ低トルク領域では、鎖交磁束の低減により銅損は若干増加するが、主要損失は鉄損であるので、銅損の上昇以上に鉄損が低減して、鉄損と銅損の損失合計は低減する。これにより回転電機の回転効率が高まる。
【００４７】
本発明の第１６の態様によれば、電流の増大に伴って、回転電機のトルクが増大すると共に総合力が正側に向かって増大する。そして総合力が正側に増大するほど、総合力により回転子が第１固定子側に益々移動されて、巻線を鎖交する鎖交磁束が益々増大する。一般に銅損はトルクの２乗に比例し且つ鎖交磁束の２乗に反比例するので、高トルク領域では、機械的な鎖交磁束の増大により銅損の増大が抑制される。また鉄損は鎖交磁束の２乗に比例するが、高トルク領域の主要損失は銅損なので、鎖交磁束の増大により鉄損が上昇しても銅損の上昇を抑制する方が損失の合計値は低減される。これにより回転電機の回転効率が高まる。
【００４８】
本発明の第１７の態様によれば、総合力が第１固定子側に向けられることで、巻線に減磁電流が流れない場合は、総合力により回転子が第１固定子側に移動されて回転子と第１固定子との間隔が縮められるので、電流値削減効果によりアキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上でき、巻線に減磁電流が流れた場合は、減磁電流により総合力が自立反射的に負側に増大され、これにより回転子が第２固定子側に自立反射的に移動されて回転子と第１固定子との間隔が増大されて、これにより回転子が減磁電流により減磁される事が防止される。
【００４９】
本発明の第１８の態様によれば、位相角の制御だけで総合力が前記第１固定子側を向く様に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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９０の断面概略図である。
【図２】図１の回転子１０、第１固定子２０および第２固定子３０の分解斜視図である。
【図３】図１の第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂの具体例を説明する図である。
【図４】樹脂板１２０ａ，１２０ｂの斜視図の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機９０Ｂの断面概略図である。
【図６】第３実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機９０Ｃの断面概略図である。
【図７】図６のVII−VII断面図である。
【図８】第５実施形態および第６実施形態に係る回転電機装置１，１Ｂの構成図の一例である。
【図９】総合力Ｆ１と位相角βとの関係を示す図の実測結果である。
【図１０】第５実施形態におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と回転速度指令値ω＊との関係を示す図である。
【図１１】第５実施形態におけるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と回転速度指令値ω＊との関係を示す図である。
【図１２】第５実施形態における総合力Ｆ１と回転速度指令値ω＊との関係を示す図である。
【図１３】初期値Ｆｓを第１固定子２０側にずらした場合の総合力Ｆ１と位相角βとの関係を示す図である。
【図１４】初期値Ｆｓを第２固定子３０側にずらした場合の総合力Ｆ１と位相角βとの関係を示す図である。
【図１５】第６実施形態における電流位相角βと出力トルクＴとの関係を示す図である。
【図１６】第６実施形態におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と出力トルクＴとの関係を示す図である。
【図１７】第６実施形態における電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値Ｉａと出力トルクＴとの関係を示す図である。
【図１８】第７実施形態に係る回転電機装置１００Ｃの構成図の一例図である。
【図１９】第７実施形態に係る回転電機装置１００Ｃの要部の動作を説明するフローチャートである。
【図２０】第４実施形態に係る圧縮機２００の断面図の一例図である。
【図２１】図１０の変形例を説明する図である。
【図２２】図１１の変形例を説明する図である。
【図２３】ｄ１が小さい場合（ｇ５０）とｄ１が大きい場合（ｇ６０）におけるモータ９０のトルクと損失の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
＜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９０（以下「モータ９０」とも称す）は、図１および図２の様に、回転子１０と、第１および第２固定子２０，３０と、回転シャフト４０と、第１および第２軸受け５０ａ，５０ｂと、ハウジング６０と、第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂとを備えている。
【００５２】
ハウジング６０は、図１の様に、内部に収容空間を有する箱状に形成されており、その内部に各構成要素１０，２０，３０，４０，５０ａ，５０ｂ，７０ａ，７０ｂが配設されている。ハウジング６０の一方側の面６０ａおよび反対側の面６０ｃにはそれぞれ孔６０ｂ，６０ｄが形成されており、各孔６０ｂ，６０ｄには、回転シャフト４０がその回転軸Ｑ１を中心に回転自在に挿通配置される。
【００５３】
回転子１０は、図１および図２の様に、複数の界磁部材１０ｉと、複数のコア部材１０ｆと、保持部材１０ｈと、鋼板１０ｇとを備えている。
【００５４】
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。各界磁部材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１０ｃとを備えている。
【００５５】
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。
【００５６】
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と例えば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。
【００５７】
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、隣り合う各界磁部材１０ｉの間に配置される。
【００５８】
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。
【００５９】
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が同心軸状に挿通されて固設される。
【００６０】
回転シャフト４０は、回転軸Ｑ１に沿って配置されており、その回転軸Ｑ１方向の一方側Ｑ−が第１軸受け５０ａにより支持され、その回転軸方向Ｑ１の他方側Ｑ＋が第２軸受け５０ｂにより支持されている。より詳細には、第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂはそれぞれ、ハウジング６０に固定された状態で、回転シャフト４０を、回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に移動自在に支持している。
【００６１】
この様な軸受けとして、第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂは、例えば焼結含油軸受けが使用される。即ち第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂは、鉄などからなる焼結材料により多孔子を含む様に形成され、その多孔子に潤滑油が含浸される。そして第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂの各々の内径は、回転シャフト４０の外径よりも若干（例えば数μｍ〜数十μｍ程度）大きく設計されており、これにより回転シャフト４０が第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂの内径部に挿通された状態で回転すると、その回転によるポンプ作用により、回転シャフト４０と各軸受け５０ａ，５０ｂとの接触部分付近の隙間において前記多孔子に含浸された潤滑油が染み出し、その潤滑油により回転シャフト４０が支持される。この様に回転シャフト４０が潤滑油で支持されることで、回転シャフト４０は、上記の様に、回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に移動自在に支持される。
【００６２】
またここでは、ハウジング６０の他方側Ｑ−の内面６０ｇには凹部６０ｈが形成されており、その凹部６０ｈ内に第１軸受け５０ａが例えば圧入されて嵌合配設されることで、第１軸受け５０ａはハウジング６０に固定されている。またハウジング６０の一方側Ｑ＋の内面６０ｅには凹部６０ｆが形成されており、その凹部６０ｆ内に第２軸受け５０ｂが例えば圧入されて嵌合配設されることで、第２軸受け５０ｂはハウジング６０に固定されている。尚、孔６０ｂは凹部６０ｈの底部に形成され、また孔６０ｄは凹部６０ｄの底部に形成されている。この様に回転シャフト４０が第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂに支持されることで、回転子１０は、回転軸Ｑ１方向に沿って一方側Ｑ−側または他方側Ｑ＋に移動自在にハウジング６０に配設されている。この様な構成により低コストで且つ簡便な構成で、回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動可能できる。
【００６３】
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。
【００６４】
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１０ｈ１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１０ｈ２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。
【００６５】
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。
【００６６】
第１固定子２０は、例えば、バックヨーク２０ｃと、複数の巻線付き磁芯２０ｅとを有している。第１固定子２０は、例えば、回転子１０と第１軸受け５０との間において、ハウジング６０に固定されて配設されている。
【００６７】
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、回転シャフト４０が回転軸Ｑ１回りに回転自在に挿通されている。バックヨーク２０ｃは、回転子１０と第１軸受け５０ａとの間において、回転子１０と同心軸状に配置する様にハウジング６０に固定されて配設されている。
【００６８】
各巻線付き磁芯２０ｅはそれぞれ、電機子磁芯２０ｂと電機子巻線２０ａとを備えている。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の回転子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、図１の様に、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の回転子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。
【００６９】
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、モータを構成する様に配線接続されて、モータ９０に備えられた各相Ｕ，Ｖ，Ｗ毎の電極（不図示）に接続される。
【００７０】
第２固定子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、回転シャフト４０が回転軸Ｑ１回りに回転自在に挿通される。第２固定子３０は、例えば、回転子１０と第２軸受け５０ｂとの間において、回転子１０と同心軸状に配置する様にハウジング６０に固定されて配設されている。
【００７１】
第１ストッパ７０ａは、回転子１０の第１固定子２０側への移動範囲を制限するものである。第１ストッパ７０ａは、例えば、回転シャフト４０において第１軸受け５０ａと第１固定子２０との間に固定されており、回転シャフト４０（従って回転子１０）と共に回転軸Ｑ１方向に移動し、第１ストッパ７０ａが第１軸受け５０ａに当接することで、回転子１０の第１固定子２０側への移動範囲を制限する。同様に、第２ストッパ７０ｂは、回転子１０の第２固定子３０側への移動範囲を制限するものである。第２ストッパ７０ｂは、例えば、回転シャフト４０において第２軸受け５０ｂと第２固定子３０との間に固定されており、回転シャフト４０（従って回転子１０）と共に回転軸Ｑ１方向に移動し、第２ストッパ７０ｂが第２軸受け５０ｂに当接することで、回転子１０の第２固定子２０側への移動範囲を制限する。ここでは、第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂはそれぞれ、その中央に孔（以後、中央孔と呼ぶ）を有する例えば円板状の金属板により形成される。第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂはそれぞれ、その中央孔に回転シャフト４０が圧入されることで回転シャフト４０に固定される。この様な構成により、簡便な構成で、第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０を設ける事ができる。
【００７２】
このモータ９０では、回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動した際に回転子１０が第１固定子２０および第２固定子３０と接触しない様に、第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂは下記（ａ）（ｂ）を満たす様に配設される。（ａ）第１ストッパ７０ａと第１軸受け５０ａとの間隔Ｇ１と、第２ストッパ７０ｂと第２軸受け５０ｂとの間隔Ｇ２との和（Ｇ１＋Ｇ２）は、第１固定子２０と回転子１０との間の間隔（より詳細には電機子磁芯２０ｅの端面２０ｇとコア部材１０ｃの主面１０ｃ１との間の間隔）ｄ１と、第２固定子３０と回転子１０との間の間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）よりも小さくなる。（ｂ）Ｇ１＝０のときに（即ち第１ストッパ７０ａが第１軸受け５０ａに接触したときに）ｄ１＞０となり（即ち回転子１０は第１固定子２０に接触しない）、且つＧ２＝０のときに（即ち第２ストッパ７０ｂが第２軸受け５０ｂに接触したときに）ｄ２＞０となる（即ち回転子１０は第２固定子３０に接触しない）。
【００７３】
このモータ９０では、所定のインバータ回路（不図示）から前記各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電極を介して各電機子巻線２０ａに電流が供給されることで、各電機子磁芯２０ｂが励磁される。この励磁された電機子磁芯２０ｂと回転子１０の各界磁部材１０ｉとの間で磁気力が発生し、この力により回転子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。その際、前記磁気力の合力の回転軸Ｑ１方向の成分（スラスト力）は、電機子巻線２０ａに供給される電流の電流値または位相角に応じて一方側Ｑ−と他方側Ｑ＋との間の値を取る。そしてそのスラスト力と、回転子１０に作用する前記磁気力以外の力（例えば回転子１０の自重）の回転軸Ｑ１方向の成分との総和力Ｆ１が一方側Ｑ−の値を取った場合は、総和力Ｆ１により回転子１０が同側Ｑ−に移動され、他方、総和力Ｆ１が他方側Ｑ＋の値を取った場合は、総和力Ｆ１により回転子１０が同側Ｑ＋に移動される。
【００７４】
以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機９０によれば、低コストで且つ簡便な構成で回転子１０を回転軸Ｑ１方向に移動可能にできる。また回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動自在なので、総合力Ｆ１が一方側Ｑ−または他方側Ｑ＋の値を取った場合には、その総合力Ｆ１により回転子１０が回転軸Ｑ１方向の同側に移動されるので、ギャップの大きさを調整することができる。詳細は後述するが、回転速度を上げるべく弱め界磁制御を行う場合には、総合力Ｆ１が他方側Ｑ＋を向くように制御することができ、ギャップを拡げて界磁磁束を実質的に低減し、以て弱め界磁制御の効果を高めることができる。逆に、統合力Ｆ１が一方側Ｑ−を向くように制御することもできる。この場合にはギャップが狭まるので、回転子１０と第１固定子２０との間の電磁気的相互作用を高め、出力トルクが増大する。
【００７５】
尚この実施形態において更に、第１ストッパ７０ａと第１軸受け５０ａとの間に配置される第１樹脂板と、第２ストッパ７０ｂと第２軸受け５０ｂとの間に配置される第２樹脂板とを備えてもよい。より詳細には、前記第１および第２樹脂板１２０ａ，１２０ｂはそれぞれ、図４の様に、樹脂部材により円板状に形成されている。第１樹脂板１２０ａは、第１ストッパ７０ａと第１軸受け５０ａとの間に位置する様に、その中心孔１２０ｉに回転シャフト４０が挿通されることで、回転シャフト４０に配設される。第２樹脂板１２０ｂは、第２ストッパ７０ｂと第２軸受け５０ｂとの間に位置する様に、その中心孔１２０ｉに回転シャフト４０が挿通されることで、回転シャフト４０に配設される。これにより、第１樹脂板１２０ａにより第１ストッパ７０ａと第１軸受け５０ａとの間の摩擦を低減でき、第２樹脂板１２０ｂにより第２ストッパ７０ｂと第２軸受け５０ｂとの間の摩擦を低減できる。
【００７６】
またこの実施形態では、第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂは、円板状の金属板により形成され、その中央孔に回転シャフト４０が圧入されることで回転シャフト４０に固定されたが、この様に限定されない。第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂはそれぞれ、サークリップとして構成されてもよい。より詳細には、第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂはそれぞれ、バネ部材等により、例えば図３の様に、略Ｃ字状部７０ｉと張出部７０ｊとを有する様に形成されている。略Ｃ字状部７０ｉは、サークリップとして機能する部分である。張出部７０ｊは、略Ｃ字状部７０ｉにおけるその周方向の両端部７０ｍにおいて、略Ｃ字状部７０ｉの外周側に張り出し且つ略Ｃ字状部７０ｉの周方向に折り返される様に延設されている。張出部７０ｊには、孔７０ｋが形成されている。第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂはそれぞれ、その略Ｃ字の分断箇所である開放空間７０ｐに面する部分の内側角部７０ｍが円弧状となる様に形成されており、且つその開放空間７０ｐに面する部分の外側角部７０ｎが円弧状となる様に形成されている。この様に形成された第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂは、その開放空間７０ｐの周方向の間隔ｄが広がる様に弾性変形可能になっている。また回転シャフト４０の外周面には、図３の様に、第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂが配設される各箇所に、第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂが嵌合する溝４０ａが周設されている。
【００７７】
この様に形成された第１ストッパ７０ａは、下記の様に回転シャフト４０の溝４０ａに配設される。即ち、第１ストッパ７０ａの両方の角部７０ｎを回転シャフト４０の溝４０ａの底部４０ｂに当接させる様にして、第１ストッパ７０ａを溝４０ａに押し込む。これにより、底部４０ｂは開放空間７０ｐの間隔ｄを拡げながら開放空間７０ｐの奥に進み、最終的に底部４０ｂは第１ストッパ７０ａの内周側に嵌る（即ち第１ストッパ７０ａが溝４０に嵌合する）。その際、第１ストッパ７０ａの両角部７０ｎが円弧状に形成されているので、底部４０ｂはスムーズに開放空間７０ｐの間隔ｄを拡げながら開放空間７０ｐの奥に進む事ができる。この様にして第１ストッパ７０ａは回転シャフト４０の溝４０ａに配設される。尚、第２ストッパ７０ｂも第１ストッパ７０ｂと同様にして回転シャフト４０の溝４０ａに配設される。
【００７８】
またこの様に形成された第１ストッパ７０ａは、下記の様に回転シャフト４０から外される。即ち、第１ストッパ７０ａの両方の張出部７０ｊをそれぞれそれらの対向方向の外側に引っ張ることで、開放空間７０ｐの間隔ｄを拡げる。そして回転シャフト４０が第１ストッパ７０ａの内周側から開放空間７０ｐを通じて外周側に移動する様に、第１ストッパ７０ａを回転シャフト４０から引き離す。その際、第１ストッパ７０ａの両角部７０ｍが円弧状に形成されているので、回転シャフト４０はスムーズに第１ストッパ７０ａの内周側から開放空間７０ｐを通過できる。この様にして第１ストッパ７０ａは回転シャフト４０から外される。尚、第２ストッパ７０ｂも第１ストッパ７０ｂと同様にして回転シャフト４０から外される。
【００７９】
この様に第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂがサークリップとして形成された場合は、第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂの回転シャフト４０への取り付けが容易にできる利点がある。
【００８０】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、図１の様に、第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂはそれぞれ、ハウジング６０に対しては回転軸Ｑ１方向に固定されて配設されたが、この実施形態では、第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂはそれぞれ、ハウジング６０に対しては回転軸Ｑ１方向に移動自在に配設される。以下、図５に基づいて、第１実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
この実施形態では、図５の様に、第１実施形態と比べて、（ａ１）第１実施形態の第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂ（図１参照）は省略され、且つ（ｂ１）第１軸受け５０ａＢおよび第２軸受け５０ｂＢはそれぞれ、ハウジング６０に対しては、回転軸Ｑ１方向には移動自在で且つ回転軸Ｑ１に直交する方向（以後、径方向と呼ぶ）Ｑ３には固定される様に配設され、且つ回転シャフト４０に対しては、回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に固定される様に配設される。
【００８２】
より詳細には、上記（ｂ１）では、第１軸受け５０ａＢおよび第２軸受け５０ｂＢはそれぞれ、例えばころがり軸受け（即ち内径部と外径部との間に配置された転動体のころがりを利用して摩擦抵抗を低減した軸受け、具体的には例えば玉軸受け）として構成される。そして第１軸受け５０ａＢおよび第２軸受け５０ｂＢの各々の内径部には、回転シャフト４０が挿通状に圧入されることで固定される。これにより第１軸受け５０ａＢおよび第２軸受け５０ｂＢは、上記の様に、回転シャフト４０に対して、回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に固定される様に配設される。
【００８３】
またハウジング６０の一方側Ｑ−の内面６０ｇには凹部６０ｈが形成されており、第２軸受け５０ａＢの外径部は、凹部６０ｈに対して、回転軸Ｑ１方向には移動自在に嵌合し且つ径方向Ｑ３には位置決めされる様に嵌合されることで、ハウジング６０に配設される。同様に、ハウジング６０の他方側Ｑ＋の内面６０ｅには凹部６０ｆが形成されており、第２軸受け５０ｂＢの外径部は、凹部６０ｆに対して、回転軸Ｑ１方向には移動自在に嵌合し且つ径方向Ｑ３には位置決めされる様に嵌合されることで、ハウジング６０に配設される。尚、孔６０ｂは凹部６０ｈの底部に形成され、また孔６０ｄは凹部６０ｄの底部に形成されている。尚、上記（ｂ１）により、低コストで且つ簡便な構成で、回転子１０を回転軸Ｑ１方向に移動可能にできる。
【００８４】
またこの実施形態では、ハウジング６０の凹部６０ｈの前記底部は、回転子１０の第１固定子１０側への移動範囲を制限する第１ストッパ７０ａＢとして機能する（即ちこの実施形態では第１ストッパ７０ａＢは凹部６０ｈの前記底部と一体的に形成されている）。またハウジング６０の凹部６０ｆの前記底部は、回転子１０の第１２定子２０側への移動範囲を制限する第２ストッパ７０ｂＢとして機能する（即ちこの実施形態では第２ストッパ７０ｂＢは凹部６０ｆの前記底部と一体的に形成されている）。これにより、簡便な構成で、第１ストッパ７０ａＢおよび第２ストッパ７０ｂＢを設ける事ができる。特に第１ストッパ７０ａＢおよび第２ストッパ７０ｂＢはハウジング６０と一体的に構成されるので、別途部材を追加すること無く、第１ストッパ７０ａＢおよび第２ストッパ７０ｂＢを設ける事ができる。
【００８５】
尚、この実施形態の他の構成要素は、第１実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。
【００８６】
またこの実施形態では、回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動した際に回転子１０が第１固定子２０および第２固定子３０と接触しない様に、第１ストッパ７０ａＢおよび第２ストッパ７０ｂＢは、下記（ａ２）（ｂ２）を満たす様に設定される。（ａ２）第１ストッパ７０ａＢと第１軸受け５０ａとの間隔Ｇ１と、第２ストッパ７０ｂと第２軸受け５０ｂとの間隔Ｇ２との和（Ｇ１＋Ｇ２）は、第１固定子２０と回転子１０との間の間隔ｄ１と、第２固定子３０と回転子１０との間の間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）よりも小さくなる。（ｂ２）Ｇ１＝０のときに（即ち第１軸受け５０ａが第１ストッパ７０ａＢに接触したときに）ｄ１＞０となり（即ち回転子１０は第１固定子２０に接触しない）、且つＧ２＝０のときに（即ち第２軸受け５０ｂが第２ストッパ７０ｂＢに接触したときに）ｄ２＞０となる（即ち回転子１０は第２固定子３０に接触しない）。
【００８７】
この実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、回転子１０と第１固定子２０との間に作用する磁気力により回転シャフト４０が回転される。また上記の様に、第１軸受け５０ａＢおよび第２軸受け５０ｂＢがハウジング６０に対して回転軸Ｑ１方向に移動自在に配設されることで、回転子１０Ｂが回転軸Ｑ１方向に移動自在になっており、これにより第１実施形態と同様に、総合力Ｆ１が一方側Ｑ−の値を取った場合は、その総合力Ｆ１により回転子１０が同側Ｑ−に移動され、他方、総合力Ｆ１が他方側Ｑ＋の値を取った場合は、その総合力Ｆ１により回転子１０が同側Ｑ＋に移動される。
【００８８】
以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機９０Ｂによっても、第１実施形態と同様の効果を得る事ができる。
【００８９】
＜第３実施形態＞
第１実施形態では、図１の様に、回転子１０が回転シャフト４０に固定され、回転シャフト４０が回転軸Ｑ１方向に移動することで、回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動したが、この実施形態では、図６の様に、回転シャフト４０において、回転子１０Ｃが回転軸Ｑ１方向に移動自在に配設されることで、回転子１０Ｃが回転軸Ｑ１方向に移動する。以下、図６に基づいて、第１実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９０】
この実施形態では、図６の様に、第１実施形態と比べて、（ａ３）第１実施形態の第１ストッパ７０ａおよび第２ストッパ７０ｂ（図１参照）は省略され、且つ（ｂ３）第１軸受け５０ａＣおよび第２軸受け５０ｂＣはそれぞれ、ハウジング６０に固定された状態で、回転シャフト４０を回転軸Ｑ１回りには回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向には固定される様に配設され、（ｃ３）回転子１０Ｃは、回転シャフト４０Ｃにおいて、回転軸Ｑ１方向には相対的に移動可能で且つ回転軸Ｑ１回りには相対的に回転できない様に配設される以外は、同様に構成される。
【００９１】
より詳細には、上記（ｂ３）では、第１軸受け５０ａＣおよび第２軸受け５０ｂＣはそれぞれ、例えばころがり軸受け（即ち内径部と外径部との間に配置された転動体のころがりを利用して摩擦抵抗を低減した軸受け、具体的には例えば玉軸受け）として構成される。そして第１軸受け５０ａＣの外径部は、ハウジング６０の凹部６０ｈ内に例えば圧入されて固定され、また第２軸受け５０ｂＣの外径部は、ハウジング６０の凹部６０ｆに例えば圧入されて固定される。また第１軸受け５０ａＣの内径部内には、回転シャフト４０Ｃの後述の太径部分４０ｅ＋が例えば圧入されて固定され、また第２軸受け５０ｂＣの内径部内には、回転シャフト４０Ｃの後述の太径部分４０ｅ−が例えば圧入されて固定される。
【００９２】
また回転シャフト４０Ｃは、第１固定子２０および第２固定子３０の間に配置する部分であって第１直径ｄ３を有する細径部分（第１部分）４０ｄと、細径部分４０ｄの両側の部分（換言すれば細径部分４０ｄ以外の部分）であって第１直径ｄ１よりも大きい第２直径ｄ４を有する太径部分（第２部分）４０ｅとを有して構成される。尚ここでは、細径部分４０ｄにおける回転軸Ｑ１に直交する断面は、図７の様に歯車形または星形等の非円形に形成されており、太径部分４０ｅにおける回転軸Ｑ１に直交する断面は、例えば円形状に形成されている。また細径部分４０ｄと他方側Ｑ−の太径部分４０ｅ（以後４０ｅ−と呼ぶ）との境界の段差により、回転子１０Ｃの第１固定子２０側への移動範囲を制限する第１ストッパ７０ａＣが構成され、細径部分４０ｅと一方側Ｑ＋の太径部分４０ｅ（以後４０ｅ＋と呼ぶ）との境界の段差により、回転子１０Ｃの第２固定子３０側への移動範囲を制限する第２ストッパ７０ｂＣが構成される。
【００９３】
また回転子１０Ｃは、細径部分４０ｄにおいて、回転軸Ｑ１方向には相対的に移動可能で且つ回転軸Ｑ１回りには相対的に固定される様に配設される。より詳細には、回転子１０Ｃの中央孔１０ｎにおける回転軸Ｑ１に直交する断面は、図７の様に、細径部分４０ｄの断面と比べて略同形で且つ若干大きい大きさに形成される。これにより回転子１０Ｃは、細径部分４０ｄにおいて、回転軸Ｑ１回りには相対的に固定される様に配設される。特に、回転子１０Ｃの前記断面が細径部分４０ｄの前記断面よりも若干大きく形成されることで、回転子１０Ｃが、細径部分４０ｄにおいて、スムーズに回転軸Ｑ１方向に相対的に移動可能になっている。
【００９４】
この実施形態では、回転子１０Ｃが回転軸Ｑ１方向に移動した際に回転子１０Ｃが第１固定子２０および第２固定子３０と接触しない様に、第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣは、下記（ａ４）（ｂ４）を満たす様に設定される。（ａ４）第１ストッパ７０ａＣと回転子１０Ｃとの間隔Ｇ１と、第２ストッパ７０ｂＣと回転子１０Ｃとの間隔Ｇ２との和（Ｇ１＋Ｇ２）は、第１固定子２０と回転子１０Ｃとの間の間隔ｄ１と、第２固定子３０と回転子１０Ｃとの間の間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）よりも小さくなる。（ｂ４）Ｇ１＝０のときに（即ち第１軸受け５０ａが第１ストッパ７０ａＣに接触したときに）ｄ１＞０となり（即ち回転子１０Ｃは第１固定子２０に接触しない）、且つＧ２＝０のときに（即ち第２軸受け５０ｂが第２ストッパ７０ｂＣに接触したときに）ｄ２＞０となる（即ち回転子１０Ｃは第２固定子３０に接触しない）。
【００９５】
この実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、回転子１０Ｃと第１固定子２０および第２固定子３０との間に作用する磁気力により回転シャフト４０Ｃが回転される。また上記の様に、回転子１０Ｃが回転シャフト４０Ｃにおいて回転軸Ｑ１方向に移動自在に配設されることで、回転子１０Ｃが回転軸Ｑ１方向に移動自在になっており、これにより第１実施形態と同様に、総合力Ｆ１が一方側Ｑ−の値を取った場合は、その総合力Ｆ１により回転子１０Ｃが同側Ｑ−に移動され、他方、総合力Ｆ１が他方側Ｑ＋の値を取った場合は、その総合力Ｆ１により回転子１０Ｃが同側Ｑ＋に移動される。
【００９６】
以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機９０Ｃによっても、第１実施形態と同様の効果を得る事ができる。また回転子１０Ｃは第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣに対して相対的に回転軸Ｑ１回りに回転しないので、回転子１０Ｃが第１ストッパ７０ａＣに接触しても、回転子１０Ｃと第１ストッパ７０ａＣとの間で摩擦が発生しない（即ち回転子１０Ｃの回転が減速しない）という利点がある。
【００９７】
尚この実施形態では、第１ストッパ７０ａＣは、細径部分４０ｄと太径部分４０ｅ−との境界により構成され、第２ストッパ７０ｂＣは、細径部分４０ｄと太径部分４０ｅ＋との境界により構成されたが、この様に限定されない。例えば、第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣはそれぞれ、第１実施形態の様に、金属板によりその中央に中央孔を有する円板状に形成されてもよい。この場合は、第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣはそれぞれ、その中央孔に細径部分４０ｄが例えば圧入されて固定されることで、回転シャフト４０Ｃに配設される。または、第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣはそれぞれ、上述した図３のサークリップとして形成されてもよい。この場合も、細径部分４０ｄの外周面に溝４０ａを周設し、その溝４０ａに第１ストッパ７０ａＣおよび第２ストッパ７０ｂＣが配設される。これらの場合に更に、第１ストッパ７０ａＣと回転子１０との間に、上述した図４の樹脂板１２０ａを配置し、且つ第２ストッパ７０ａＣと回転子１０との間に、上述した図４の樹脂板１２０ｂを配置してもよい。
【００９８】
＜第４実施形態＞
第１実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機９０に第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂが備えられた。この実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機が圧縮機において冷媒を圧縮するためのモータとして使用された場合のストッパの変形例を示す。
【００９９】
この実施形態に係る圧縮機２００は、例えば冷媒を圧縮するものであり、図２０の様に、容器３００と、３相モータ９０Ｄと、圧縮機構部４００とを備えている。図２０は、圧縮機２００の断面図であるが、３相モータ９０Ｄは側面視で図示されている。
【０１００】
容器３００は、例えば中空の円柱状に形成され、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２０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。
【０１０１】
３相モータ９０Ｄは、第１実施形態のアキシャルギャップ型回転電機９０において、第１および第２ストッパ７０ａ，７０ｂおよびハウジング６０が省略されたものである。ここでは、容器３００が第１実施形態のハウジング９０として機能している。３相モータ９０Ｄ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９０Ｄ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９０Ｄは、第１固定子２０が回転子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固定子３０が回転子１０の下側に配置した状態で、第２固定子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。
【０１０２】
圧縮機構部４００は、容器３００内において、３相モータ９０Ｄ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９０Ｄ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９０Ｄによって駆動される。
【０１０３】
圧縮機構部４００は、シリンダ４０１と、上端板４０２および下端板４０３とを備えている。
【０１０４】
シリンダ４０１の側面には、シリンダ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、シリンダ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、シリンダ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、シリンダ４０１の内部に挿入されている。回転シャフト４０は、上端板４０２に設けられた軸受け４０４と、下端板４０３に設けられた軸受け４０５により回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に移動自在に支持されている。即ち軸受け４０４が図１の軸受け５０ａとして機能し、軸受け４０５が図１の軸受け５０ｂとして機能している。
【０１０５】
シリンダ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シリンダ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、シリンダ４０１との隙間である圧縮室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。
【０１０６】
尚、シリンダ４０１の回転軸Ｑ１方向の高さＤ３とピストン４０７の同方向の高さＤ２は同じ高さに設定されている。またクランクピン４０６の回転軸Ｑ１方向の高さＤ１はピストン４０７の同方向の高さＤ２よりも短く設定されており、クランクピン４０６は、上端部４０２の下面４０２ａと下端部４０３の上面４０３ａとの間を回転軸Ｑ１方向に移動自在になっている。これにより回転子１０は、クランクピン４０６が上面４０２ａに当接するまで第１固定子２０側に移動可能となり、クランクピン４０６が下面４０３ａに当接するまで第２固定子３０側に移動可能となる。即ち上面４０２ａが第１実施形態の第１ストッパ７０ａとして機能し、下面４０３ａが第１実施形態の第２ストッパ７０ｂとして機能している。尚、各高さＤ１，Ｄ２の差（Ｄ２−Ｄ１）は、回転子１０と第１固定子２０および第２固定子３０との間隔ｄ１，ｄ２の和（ｄ１＋ｄ２）よりも小さく設定されている。
【０１０７】
この様にクランクピン４０６の高さＤ１がピストン４０７の高さＤ２よりも短いことで、クランクピン４０６と上端板４０２および下端板４０３との間の摩擦による損失が低減でき、更に上端板４０２および下端板４０３が圧力変形することで、クランクピン４０６が各板４０２，４０３により挟み込まれてロックする事を回避できる。尚、回転シャフト４０が回転軸Ｑ１方向に振動して異音が発生する事を防止するために、回転子１０に作用する総合力Ｆ１により、クランクピン４０６が上端板４０２または下端板４０３に押し付けられる事が望ましい。
【０１０８】
この圧縮機２００では、３相モータ９０Ｄ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）で前記冷媒が圧縮される。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固定子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、そして回転子１０と容器３００との間の空間を通過し、そして第１固定子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固定子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９０Ｄ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。
【０１０９】
以上の様に構成された圧縮機２００によれば、モータ９０Ｄに関して第１実施形態と同様の効果を得る事ができるほかに、クランク４０６の回転軸Ｑ１方向の高さＤ１をピストン４０７の同方向の高さＤ２よりも短くして、クランク４０６を上端板４０２と下端板４０３との間で回転軸Ｑ１方向に移動自在にすることで、上端板４０２および下端板４０３を第１ストッパおよび第２ストッパとして機能でき、これにより第１ストッパおよび第２ストッパを別途設ける必要が無くなる。
【０１１０】
＜第５実施形態＞
この実施形態に係る回転電機装置１は、回転子を、回転軸を中心として回転させつつ、モータの回転速度に応じて回転軸方向に移動可能とすることで、モータを効率的に回転駆動させるものである。
【０１１１】
この回転電機装置１は、図８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、前記各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する複数の電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ、１２０ｗと、各電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ、１２０ｗの検出結果に基づいてインバータ回路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。
【０１１２】
モータ９０は、例えば図１の様に、回転子１０が回転軸Ｑ１回りに回転自在で且つ回転軸Ｑ１方向に移動自在に配設され、且つ回転子１０における回転軸Ｑ１方向の一側Ｑ−に巻線付き固定子２０が配設され、回転子１０における回転軸Ｑ１方向の他方側Ｑ＋に巻線無しの固定子３０が配設された構造を有するセンサレス型のアキシャルギャップ型回転電機である。ここでは、この様なモータ９０として、第１実施形態のアキシャルギャップ型回転電機９０が用いられるが、アキシャルギャップ型回転電機９０の代わりに、第２または第３実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機９０Ｂ，９０Ｃが用いられてもよく、特に、回転電機装置１が圧縮機において冷媒を圧縮するためのモータに適用される場合は、第４実施形態のモータ９０Ｄが用いられてもよい。
【０１１３】
このモータ９０では、インバータ回路８０から各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを介して各電機子巻線２０ａに電流が供給されることで、各電機子磁芯２０ｂが励磁される。この励磁された電機子磁芯２０ｂと回転子１０の各界磁部材１０ｉとの間で磁気力が発生し、この磁気力により回転子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。
【０１１４】
尚ここでは、このモータ９０は、説明便宜上、回転軸Ｑ１が水平になる様に（即ちモータ９０の自重の回転軸Ｑ１方向の成分がゼロとなる様に）配置されている。
【０１１５】
またこのモータ９０では、回転子１０と第１固定子２０および第２固定子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（以後、スラスト力と呼ぶ）と、回転子１０に作用する前記磁気力以外の力（ここでは回転子１０の自重の回転軸Ｑ１方向の成分（ここではこの成分はゼロ））との総合力Ｆ１が、モータ９０の無通電状態（即ちモータ９０の停止状態）では、図９に示すように負値である初期値Ｆｓ（図９ではＦｓ≒−８０）となる様に設計されている。またモータ９０の通電状態（即ちモータ９０の回転状態）では、モータ９０のトルクが少なくとも一定の範囲内で、各巻線２０ａに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相角βが大きくなるにつれ総合力Ｆ１が正値から減少して負値に変化する様に設計されている。尚、総合力Ｆ１は、回転軸Ｑ１方向の一方側（第２固定子３０側）Ｑ＋から他方側（第１固定子２０側）Ｑ−に向かう方向を正としている。
【０１１６】
上記の設計に際しては、例えば、回転子１０と第１固定子２０および第２固定子３０との間の間隔ｄ１，ｄ２を調整してもよく、また鋼板１０ｇの厚みを調整してもよく、また磁芯２０ｅの回転子１０側の面２０ｇおよび第２固定子３０の回転子１０側の面３０ａの各々の形状または材質を変更してもよく、また各面２０ｇ，３０ａでの磁束密度を調整してもよく、また各面２０ｇ，３０ａを回転軸Ｑ１方向に対して傾斜させてもよい（尚、この実施形態では各面２０ｇ，３０ａは回転軸Ｑ１方向に対して直交している）。
【０１１７】
尚、図９では、モータ９０のトルクが０[Ｎｍ]（無負荷状態）の場合（グラフｇ５）、０．５[Ｎｍ]の場合（グラフｇ４）、１．０[Ｎｍ]の場合（グラフｇ３）、２．０[Ｎｍ]の場合（グラフｇ２）および３．０[Ｎｍ]の場合（グラフｇ１）の総合力Ｆ１と位相角βとの関係が示されている。またモータ９０のトルクが３．０[Ｎｍ]の場合および２．０[Ｎｍ]の場合では、総合力Ｆ１は位相角βに応じて正値から負値に変化し、０．５[Ｎｍ]の場合および１．０[Ｎｍ]の場合では、総合力Ｆ１は位相角βの全範囲で負値となる様に設計されている。
【０１１８】
インバータ回路８０は、図８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モータ９０のＷ相電極１１ｗに印加されている。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、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、モータ９０が回転駆動される。
【０１２１】
制御回路１００は、モータ９０に流れる各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（即ち各巻線２０ａに流れる電流）に基づいてモータ９０の回転速度を求める。また制御回路１００は、（ｉ）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（ii）回転子１０がモータ９０の回転速度ωに応じて回転軸Ｑ１方向に移動する様にインバータ回路８０を制御する。より詳細には、上記（ii）では、制御回路１００は、図１２に示す様にモータ９０の回転速度が高回転速度上限ω２に達するまでは、回転子１０が第１固定子２０側に移動し、他方、モータ９０の回転速度ωが前記高回転速度上限ω２以上の範囲では、回転子１０が第２固定子３０側に移動する様に、インバータ回路８０を制御する。
【０１２２】
尚、上記（ii）の様に総合力Ｆ１を制御するために、制御回路１００は、後述の動作説明の様にインバータ回路８０を制御して各巻線２０ａに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値および位相角βを制御することで、トルクを維持する場合でもスラスト力の値が正値と負値との間を選択的に取る事ができる様に設定されている。
【０１２３】
制御回路１００は、図８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信号生成部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。
【０１２４】
ＰＷＭ信号生成部１００ｉは、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からモータ９０の各電極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、モータ９０の回転停止状態で、モータ９０の各電極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。
【０１２５】
初期回転位置推定部１００ｑは、モータ９０の非通電相に対応する電流センサの検出結果および非導通相の電極に発生した電圧を用いて、回転子２０の初期回転位置θ０を検出する。より詳細には、モータ９０のインダクタンスはモータ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電流センサの検出結果および非導通相の電極に発生した電圧からモータ９０のインダクタンスを推定し、その推定値からモータ９０の初期回転位置θ０を推定する。
【０１２６】
第３の座標変換部１００ｂは、各電流センサ１２０ｖ，１２０ｗにより検出された電流Ｉｖ，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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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＊とに基づいて、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】
回転速度算出部１００ｍは、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に基づいて、またモータ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に基づいて、モータ９０の回転速度ωを算出する。
【０１３０】
第１の座標変換部１００ａは、各電流センサ１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗにより検出された各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対し、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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
回転速度指令値生成部１００ｊは、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。
【０１３３】
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演算（ＰＩ）してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。
【０１３４】
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、回転速度指令値ω＊におけるモータ９０の駆動電圧Ｖａを演算し、そこからｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。尚、定常状態におけるｄｑ軸モデル上での駆動電圧Ｖａは式１で表される。尚、式１中のＶｄ＊はｄ軸電圧指令値[Ｖ]であり、Ｖｑ＊はｑ軸電圧指令値[Ｖ]であり、φaは永久磁石鎖交磁束[ｗｂ]であり、Ｌｄは電機子ｄ軸インダクタンス[Ｈ]であり、Ｌｑ：電機子ｑ軸インダクタンス[Ｈ]であり、Ｒａは相抵抗[Ω]であり、Ｉｄはｄ軸電流[Ａ]であり、Ｉｑはｑ軸電流[Ａ]である。
【０１３５】
【数１】
2011254682.tif 000003
【０１３６】
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ω＊に応じて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。より詳細には、後述の様に、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、回転速度指令値ω＊が定格回転速度上限ω１に達するまでは、弱め磁界制御にならない様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成し、他方、回転速度指令値ω＊が定格回転速度上限ω１以上の範囲では、弱め磁界制御となる様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【０１３７】
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、回転速度指令値ω＊におけるモータ９０の駆動電圧Ｖａを演算し、そこからｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成する。
【０１３８】
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、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Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊を算出する。
【０１３９】
またＰＷＭ信号生成部１００ｉは、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、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、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。
【０１４０】
次に図１０〜図１２に基づいて、回転電機装置１の要部の動作（即ちｑ軸電流指令値生成部１００ｆおよびｄ軸電流指令値生成部１００ｄの動作）を中心に説明する。以下では、回転速度指令値ω＊がゼロから最高回転速度ωmaxまで増大する場合（即ちモータ９０の回転速度ωがゼロから最高回転速度ωmaxまで増大する場合）を例に挙げて説明する。尚、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊はＩｑmin≦Ｉｑ＊≦Ｉｑmaxの範囲に制限され、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊はＩｄmin≦Ｉｄ＊≦Ｉｄmaxの範囲に制限され、モータ９０に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、Ｉmin≦Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ≦Ｉmaxの範囲に制限されているものとする。尚、図１０〜図１２中の０〜ω３までの区間Ｋ１は、モータ９０の回転が安定する目標回転速度ω３に達するまでの始動領域であり、ω３〜ω４の区間Ｋ２は低速回転領域であり、ω４〜ω１の区間Ｋ３は定格回転速度領域であり、ω１〜ω２の区間Ｋ４は高速回転領域であり、ω２〜ωmaxの区間Ｋ５は高速回転領域よりも高速の超高速回転領域である。また以下では、説明便宜上、モータ９０が例えば圧縮機に用いられた場合で説明する。
【０１４１】
回転速度指令値ω＊がゼロのときは、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１０の様に、ｄ軸電流Ｉｄがゼロになる様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロにする。またこのとき、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、図１１の様に、ｑ軸電流Ｉｑがゼロになる様にｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をゼロにする。これにより各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗはゼロに制御されて、モータ９０の回転速度ωはゼロに制御される（即ちモータ９０は停止される）。この状態では、図１２（図９も参照）の様に、総合力Ｆ１は負の初期値Ｆｓとなる。
【０１４２】
そして回転速度指令値ω＊がゼロから上昇して定格回転速度領域上限ω１に達するまでの間（即ち区間Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）では、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１０の様に、位相角β＝０となる様に（従ってｄ軸電流Ｉｄ＝０となる様に）ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロにする。その間（０＜ω＊≦ω１）のうち、回転速度指令値ω＊が目標回転速度ω３に達するまでの区間Ｋ１では、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、図１１の様に、回転速度ωが目標回転速度ω３に達する様に（即ちｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が増大する様に）ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。そして回転速度指令値ω＊がω３からω４に達するまでの区間Ｋ２は、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、モータ９０が回転速度ωが回転速度指令値ω＊に達するのに必要なトルクを発揮する様に（ここでは回転速度指令値ω＊の上昇に伴ってｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が増大する様に）、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。即ち圧縮機の場合は、回転速度ωに対する圧縮トルクが冷媒条件やメカニカルロストルク等により自動的に決まってくるので、回転速度指令値ω＊を維持するための必要トルクが確保される様にｑ軸電流指令Ｉｑ＊が生成される。ここではｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ω＊＝ω４のときに上限値Ｉｑmaxとなる様に生成される。そして回転速度指令値ω＊がω４からω１に達するまでの間Ｋ３は、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、図１１の様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が上限値Ｉｑmaxに維持される様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。尚、定格回転速度領域上限ω１は、β＝０の場合にモータ９０の駆動電圧が制御回路１００の出力電圧の上限値に達する回転速度（換言すればβ＝０の場合の最高回転速度）である。
【０１４３】
よって始動領域Ｋ１および低速回転領域Ｋ２では、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、位相角β＝０で、且つ回転速度指令値ω＊の増大に伴って増大する。始動領域Ｋ１および低速回転領域Ｋ２では、この各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの増大に伴って、モータ９０のトルクが増大すると共に、図１２の様に総合力Ｆ１は始動領域Ｋ１において負値の初期値Ｆｓから正側に向かって増大して正値となり、低速回転領域Ｋ２において更に増大して回転速度ωがω４に達したときに所定値Ｆ１ａに達する。尚、Ｆ１ａは、ω＝ω４のときの総合力Ｆ１である。総合力Ｆ１が正側に移ることで総合力Ｆ１により回転子１０が第１固定子１０側に移動され、この移動によりモータ９０のトルクが増大する。この様に回転子１０が第１固定子１０側に移動されてモータ９０のトルクが増大することで、従来のモータ（即ち回転子１０の回転軸Ｑ１方向への移動が規制された構造）と比べて、同じ電流値に対してモータ９０のトルクは大きくなる（以後、この効果を電流値削減効果と呼ぶ）。これらの領域Ｋ１，Ｋ２では、回転速度が比較的小さいので第１および第２軸受け５０ａ，５０ｂでの軸受け損失は微小である。
【０１４４】
この低速回転領域Ｋ２のうち、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が所定値Ｉｑ１よりも小さい領域（即ちモータ９０のトルクが所定値よりも低い低トルク領域（図１１および図１２ではω＜ω５の領域））では、総合力Ｆ１は正であるので、第２軸受け５０ｂではスラスト損失は発生しない為、軸受け損失は微小である。また総合力Ｆ１の絶対値は図１２の様に比較的小さいので、第１ストッパ７０ａが第１軸受け５０ａに接触しても第１軸受け５０ａに掛かる力は小さく、第１軸受け５０aの軸受け損失も小さい。よってこの場合は、電流値削減効果および軸受け損失の低減により、モータ９０の回転効率が高まる。
【０１４５】
またこの低速回転領域Ｋ２のうち、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が所定値Ｉｑ１よりも大きい領域（即ちモータ９０のトルクが所定値よりも高い高トルク領域（図１１および図１２ではω５＜ω≦ω４の領域））では、モータ９０のトルクと共に総合力Ｆ１も増加するので、総合力Ｆ１は比較的大きくなるが、モータ９０の回転速度ωが低速回転領域であるので、一般的に荷重×回転速度に比例する軸受け損失、又、回転速度の１次に比例するヒステリシス損失と、回転速度の２乗に比例する渦電流損失とを合わせた鉄損共に定格回転速度領域Ｋ３の場合と比べると比較的小さな値となる。具体的には第１軸受け５０ａおよび第２軸受け５０ｂに掛かる軸受け損失および鉄損は共に比較的小さい。この場合のモータ９０の損失の大部分は電流値の２乗（即ちトルクの２乗）に比例する巻線２０ａでの銅損であるが、この場合も、電流値削減効果がより大きく発揮されて銅損が低減されるので、モータ９０の回転効率が高まる。
【０１４６】
そして回転速度指令値ω＊がω１よりも大きくなると（即ち高速回転領域Ｋ４に入ると）、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１０および図１２の様に、モータ９０のトルクに応じて（実際にはモータ９０のトルクはｑ軸電流Ｉｑ（従ってｑ軸電流指令値Ｉｑ＊）と正の相関を有するので、例えばｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じて）、総合力Ｆ１が正の範囲で弱め磁束制御となる様に（即ち総合力Ｆ１が正の範囲で位相角βが進角制御される様に）ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を負値Ｉｄ１に生成する。具体的には、図９を参照して、モータ９０のトルクが２．０Ｎｍの場合は、位相角βは０［ｄｅｇ］より大きく１５［ｄｅｇ］未満の値に進角制御され、またモータ９０のトルクが３．０Ｎｍの場合は、位相角βは０［ｄｅｇ］より大きく３７［ｄｅｇ］未満に進角制御される。またｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が増大することに対応して、図１１の様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の絶対値が減少する様にｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。図１１では、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が正値の所定値Ｉｑ２となる様に生成されている。
【０１４７】
この高速回転領域Ｋ４では、トルク／電流の比が低下しこの低下により銅損／トルクの比は上昇するが、上記の弱め磁束制御によりモータ９０の駆動電圧の制限範囲内でモータ９０は更に高速回転して回転速度ω２に達する。この回転速度ω２は、総合力Ｆ１が正の範囲で位相角βが進角制御された場合の最高回転速度である。この高速回転領域Ｋ４では、銅損が上昇するが、高速化によりモータ９０の損失の主要因は鉄損へと移行しつつあり且つ上記の弱め磁束制御により鉄損が低減されるので、この鉄損の低減効果により銅損上昇分が相殺され、これによりモータ９０の回転効率が比較的に高く保たれる。更にこの高速回転領域Ｋ４では、上記の弱め磁束制御により総合力Ｆ１も正の範囲で例えばＦ１ｂに低減されるので、その分、軸受け損失も低減して、モータ９０の回転効率が更に高まる。尚、図１２では、この間（ω１〜ω２の間）では、総合力Ｆ１は、作図便宜上、一定値で図示されているが、一定値になるとは限らない。
【０１４８】
そして回転速度指令値ω＊が高回転速度上限ω２よりも大きくなると、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１０および図１２の様に、総合力Ｆ１が負値となる範囲で弱め磁束制御される様に（換言すればｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が負値の所定値Ｉｄ１よりも絶対値が大きい負値の所定値Ｉｄ２となる様に）ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。具体的には図９を参照して、モータ９０のトルクが２．０Ｎｍの場合は、位相角βは例えば１５［ｄｅｇ］より大きい値に進角制御され、またモータ９０のトルクが３．０Ｎｍの場合は、位相角βは例えば４０［ｄｅｇ］より大きい値に進角制御される。またｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が更に増大することに対応して、図１１の様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の絶対値が更に減少してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊がＩｑ３となる様にｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。
【０１４９】
上記の弱め磁束制御により総合力Ｆ１が負値（例えば所定値Ｆ１ｃ）となることで、総合力Ｆ１により回転子１０は第２固定子３０側に移動される。この移動により、第１固定子１０の巻線２０ａを鎖交する鎖交磁束は低減し（以後、この鎖交磁束の低減を機械的な鎖交磁束の低減（機械的な弱め磁束制御）と呼ぶ）、更に弱め磁束制御自体による鎖交磁束低減の効果が加わることで、モータ９０の回転速度ωは更に高速化して最高回転速度ωmaxに達する。尚、図１２では、この間（ω２〜ωmaxの間）では、総合力Ｆ１は、作図便宜上、一定値で図示されているが、一定値になるとは限らない。
【０１５０】
モータの平均効率を最適化するため、その使用期間中における平均効率への寄与度の高い負荷点（例えば定格負荷点）で、銅損と鉄損をおおよそ半分づつに半分ずつに近づける駆動制御を想定する。詳細に説明すると、銅損は励磁周波数ｆには依存しないが、鉄損の内、一般にヒステリシス損は励磁周波数ｆに比例し、渦電流損は励磁周波数ｆの２乗に比例する。従来のモータでは、ある使用期間中における平均効率への寄与度の高い負荷点（例えば定格負荷点）で、銅損と鉄損をおおよそ半分づつに半分ずつに近づけることで、使用期間中における平均効率の最適化を指向する。よって上述の駆動制御を行う従来のモータにおいては、どうしてもこの高速回転領域Ｋ５では、損失の大半を鉄損が占めることが不可避である。他方、一般に鉄損は鎖交磁束の２乗に比例するので、本実施の形態にかかるモータではこの高速回転領域Ｋ５では、上述した機械的な鎖交磁束の低減により鉄損が大きく低減する。機械的な鎖交磁束低減により、従来モータで必要な弱め磁束制御の際に流す電流Ｉｄの値を削減できるために、銅損も抑制される。損失の主要因である鉄損低減と、銅損値抑制効果が重畳することで合計損失が低減する。よって、定格負荷点に比べて低下しがちなこの領域での、モータ９０の回転効率が高まる。
【０１５１】
尚、以上の動作説明では、モータ９０の駆動電圧がゼロから制御回路１００の出力電圧の上限値に達するまでは（即ち０≦ω＊≦ω１の範囲Ｋ１〜Ｋ３では）、位相角βをβ＝０とし、モータ９０の駆動電圧が制御回路１００の出力電圧の上限値に達すると、位相角βを進角制御（即ち弱め磁束制御）する場合で説明したが、この様に限定されない。例えば、モータ９０の駆動電圧がゼロから制御回路１００の出力電圧の上限値に達するまでの間Ｋ１〜Ｋ３も、位相角βを進角制御してもよい。その場合、例えば図２１の様に、ω３＜ω＊≦ω１の区間Ｋ２〜Ｋ３のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、ω１＜ω＊≦ω２の範囲Ｋ４のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の値Ｉｄ１よりも絶対値の小さい負値Ｉｄ５にされ、０＜ω≦ω３の範囲Ｋ１のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、ω３＜ω＊≦ω１の範囲Ｋ２〜Ｋ３のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の値Ｉｄ５よりも絶対値の小さい負値Ｉｄ４にされる。その際、図２２の様に、ω４＜ω≦ω１の範囲Ｋ３のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、値Ｉｄ５が非零であることに対応して、上限値Ｉｑmaxよりも小さい値Ｉｑ４にされる（例えばＩｑ４は、Ｉｄ５の２乗とＩｑ４の２乗との和がＩｑmaxの２乗となる様に決まる）。
【０１５２】
以上の様に構成された回転電機装置１によれば、スラスト力（即ち回転子１０と第１固定子２０および第２固定子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）を正値と負値との間を選択的に取らせる事ができるので、その選択により総合力Ｆ１を第１固定子２０側または第２固定子３０側に選択的に向ける事ができる。これにより、総合力Ｆ１が第１固定子２０側に向けられた場合は、回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が縮められ、これにより従来のモータ構造と比べて同じ電流値に対して鎖交磁束（界磁磁束）を増大できて効率良くトルクを出せ、これによりモータ９０の回転効率を向上できる。また総合力Ｆ１が第２固定子３０側に向けられた場合は、回転子１０と第１固定子３０との間隔ｄ２が拡げられ、これにより鎖交磁束を低減できて鉄損を低減でき、これによりモータ９０の回転効率を向上できる。また第１実施形態の回転電機９０を用いるので、低コストで簡便な構成で機械的に界磁磁束を増減制御できる。
【０１５３】
また各巻線２０ａに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値および位相角βの制御により（即ち簡単な制御により）、スラスト力（従って総合力Ｆ１）を制御できる。
【０１５４】
また位相角βがゼロの状態ではｑ軸電流Ｉｑ（この場合ｑ軸電流Ｉｑは巻線２０ａに流れる電流の電流値Iａと同じ）の増大に伴って総合力Ｆ１は第１固定子２０側に増大するので、ｑ軸電流Ｉｑの増大に伴って回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１を縮める事ができる。これによりｑ軸電流Ｉｑが駆動電圧の上限値に対応する電流値Ｉｑmaxに達するまでは、実質的にｑ軸電流Ｉｑの制御だけで、アキシャルギャップ型回転電機１の回転効率を向上できる。
【０１５５】
またｑ軸電流Ｉｑが駆動電圧の上限値に対応する電流値Ｉｑmaxに達した後にさらに高速回転させる場合には、弱め磁束制御により総合力Ｆ１が第２固定子３０側に向く様に（即ち回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１を拡げる様に）制御することで、鉄損を低減して更に高速化（即ち回転効率を向上）できる。
【０１５６】
尚この実施形態において、図１３の様に、総合力Ｆ１の初期値Ｆｓを図９の初期値Ｆｓの値（図９ではＦｓ≒−８０）よりも第１固定子２０側（Ｑ−側）にずれた値に設定してもよい。この設定により、各グラフｇ１〜ｇ４が第１固定子２０側にずれ、このずれにより各グラフｇ１，ｇ２の負値の範囲が（即ち総合力Ｆ１が負値となる位相角βの範囲）が位相角βが大きくなる方向にずれる。この設定の場合は、回転電機装置１の制御が堅牢であり、位相角βの上限値が大きい場合に適している。通常の弱め磁束制御における高速・高トルク、即ち高出力化の効果を最大限利用した上で、更なる超高速化を本発明の効果を使用することで得られるからである。
【０１５７】
また図１４の様に、総合力Ｆ１の初期値Ｆｓを図９の初期値Ｆｓの値よりも第２固定子３０側（Ｑ＋側）にずれた値に設定してもよい。この設定は先記理由の逆パターンであり、回転電機装置１が何らかの制御上における理由等により位相角βの上限値が小さい場合に適している。位相角β上限の範囲内で、本発明の効果を得られる範囲を確保、拡大できるからである。
【０１５８】
＜第６実施形態＞
第５実施形態では、高速回転領域で機械的な弱め磁束制御を行ったが、この実施形態では、低速回転領域で機械的な弱め磁束制御を行う。この実施形態の構成は、第５実施形態（図８）の構成と同じなので、その説明は省略する。以下、図１５〜図１７に基づいて、この実施形態に係る回転電機装置１Ｂの動作（即ちｑ軸電流指令値生成部１００ｆおよびｄ軸電流指令値生成部１００ｄの動作）を中心に説明する。以下では、回転速度指令値ω＊がゼロから増大する場合を例に挙げて説明する。また以下では、説明便宜上、モータ９０が例えば圧縮機に用いられた場合を想定して説明する。尚、ｑ軸電流ＩｑはＩｑmin≦Ｉｑ≦Ｉｑmaxの範囲に制限され、ｄ軸電流Ｉｄは−Ｉｄmax≦Ｉｄ≦Ｉｄminの範囲に制限されており、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値ＩａはＩａmin≦Ｉａ≦Ｉａmaxの範囲に制限されているものとする。
【０１５９】
回転速度指令値ω＊がゼロのときは、図１７の様に出力トルクＴは０である為、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値Ｉａも０とする。よってｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１６の様に、ｄ軸電流Ｉｄがゼロになる様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロにし、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、図１６の様に、ｑ軸電流Ｉｑがゼロになる様にｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をゼロにする。これにより各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗはゼロに制御されて、モータ９０の回転速度ωはゼロに制御される（即ちモータ９０は停止される）。この状態では、総合力Ｆ１は負の初期値Ｆｓとなる。
【０１６０】
そして回転速度指令値ω＊が上昇し、従って回転速度ωも上昇して、励磁周波数が上昇する事により鉄損が増大するが、モータ９０の損失のうち、銅損の最大時（即ちトルクがＴmaxとなり、電流がＴａmaxとなる時）には、銅損が鉄損よりも大きくなる回転数ωＬ以下の領域を低速領域とする。上記低速領域において、モータ９０の出力トルクＴに応じて電流位相角βが図１５の様に制御される。圧縮機の場合は、回転速度ωに対する圧縮トルクが冷媒条件やメカニカルロストルク等により自動的に決まってくるので、回転速度指令値ω＊を維持するための必要トルクが確保される様にｑ軸電流指令Ｉｑ＊が決定される。より具体的には、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、回転速度指令値ω＊に対して回転速度ωが小さい場合は、回転速度指令値ω＊の周波数に依存してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を増加させ、回転速度指令値ω＊に対して回転速度ωが大きい場合は、回転速度指令値ω＊の周波数に依存してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を減少させる。これによりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、図１６の様に出力トルクＴの増大に伴って増大する。ｄ軸電流指令生成部１００ｄは、ｑ軸電流指令値生成部１００ｆで生成されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【０１６１】
詳細には、図１５の０＜Ｔ＜Ｔ１の領域（低トルク領域）では、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１６の様に、ｄ軸電流Ｉｄをゼロに維持するためにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロに維持する。これにより各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、位相角β＝０で、且つ回転速度指令値ω＊の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域（０＜Ｔ＜Ｔ１）では、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値Ｉａの増大に伴って、モータ９０の出力トルクＴが増大する（図１７）と共に総合力Ｆ１が初期値Ｆｓからゼロに向かって増大する（但し、総合力Ｆ１が負値に保たれることで、回転子１０が第２固定子３０側に移動しており、回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が大きいまま維持される）。これにより、後述の様に、低トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。
【０１６２】
次に、図１５のＴ１≦Ｔ≦Ｔ２の領域（低トルク領域、即ちトルクが所定値以下の場合）では、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１６の様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊（この領域でＩｑ１＜Ｉｑ＊≦Ｉｑ２である）に応じたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ１（＝０）＜Ｉｄ＊≦Ｉｄ２）を生成する。これにより各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、図１５のＴ１からＴ２の間の位相角β（例えば０°≦β≦１０°、即ち総合力Ｆ１が負値となる位相角β）で、且つ回転速度指令値ω＊の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）では、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値Ｉａの増大に伴って、モータ９０の出力トルクＴが増大する（図１７）と共に総合力Ｆ１も負値の範囲で増大する（即ち、総合力Ｆ１が負値に保たれることで、回転子１０が第２固定子３０側に移動されて、回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が大きいまま維持される）。これにより、後述の様に、低トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。
【０１６３】
次に、図１５のＴ２＜Ｔ≦Ｔ３の領域（高トルク領域、即ちトルクが所定値以下の場合）では、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄは、図１６の様に、ｑ軸電流指令値Iｑ＊（この領域ではＩｑ２＜Ｉｑ＊≦Ｉｑ３である）に応じたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ２＜Ｉｄ＊≦Ｉｄ３）を生成する。これにより各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、図１５のＴ２からＴ３の間の位相角β（１０°＜β≦２０°、即ち総合力Ｆ１が正値となり且つリラクタンストルクを得る事ができる位相角β）で、且つ回転速度指令値ω＊の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域（Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ３）では、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値Ｉａの増大に伴って、モータ９０の出力トルクＴが増大する（図１７）と共に総合力Ｆ１も正値の範囲で増大する（即ち、総合力Ｆ１が正値に保たれることで、回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が小さく保たれる）。これにより、後述の様に、高トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。更にリラクタンストルクを利用するので、リラクタンストルクとマグネットトルクとの併用によりトルクが上昇することでトルク／電流比が上昇し、これによりトルク／銅損比も上昇して更に回転効率が向上する。尚、図１６中のＩｑ３およびＩｄ３はそれぞれ、トルクＴ３に対応するｑ軸電流の値およびｄ軸電流値の値である。
【０１６４】
図２３のｇ５０は、第１固定子２０と回転子１０との間隔ｄ１（図１参照）が小さい場合のモータ９０のトルクに対する損失のグラフであり、図２３のｇ６０は、間隔ｄ１が大きい場合のモータ９０のトルクに対する損失のグラフである。
【０１６５】
ｄ１が大きい場合（以後、ｇ６０の場合と呼ぶ）の第１固定子２０の鎖交磁束をφとすると、ｄ２が小さい場合（以後、ｇ５０の場合と呼ぶ）の第１固定子２０の鎖交磁束は、Ａφとなる。ここでは但しＡは１より大きい定数（ここではＡ＝√２）である。またｇ５０の場合の鎖交磁束はｇ６０の場合の鎖交磁束のＡ倍なので、一般論より鉄損は磁束密度Ｂの二乗に比例すると仮定すると、ｇ５０の場合の鉄損はｇ６０の場合の鉄損のＡ2倍（即ち２倍）になる。また三相モータの銅損は、３・Ｉ2・Ｒ（Ｉ：相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、Ｒ：相抵抗）の形で表せるので、ｇ５０の場合の銅損はｇ６０の場合の銅損の１／Ａ2倍（即ち１/２倍）になる。
【０１６６】
ｇ５０の場合とｇ６０の場合とで同一トルクで同一損失となる点（即ちｇ５０とｇ６０を同一座標上で表したときの交点）におけるトルクをＴｃ（上記の説明ではＴ２＝Ｔｃ）とし、Ｔｃ以下を低トルク領域とし、Ｔｃ以上を高トルク領域とする。低トルク領域内の或るトルクＴLにおいてｇ５０の場合の損失Ｗ１とｇ６０の場合の損失Ｗ２とを比べると、Ｗ１＞Ｗ２となるので、ｇ６０の場合（即ちｄ１が大きい場合）の方が高効率であることが分かる。また高トルク領域内の或るトルクＴH（例えばＴmax）においてｇ５０の場合の損失Ｗ３とｇ６０の場合の損失Ｗ３とを比べると、Ｗ３＜Ｗ４となるので、ｇ５０の場合（即ちｄ１が小さい場合）の方が高効率であることが分かる。
【０１６７】
よって、モータ９０のトルクがトルクＴｃを跨ぐ時に総合力Ｆ１がゼロを跨ぐ様に（換言すればＦ１＝０となるトルクとＴｃとを概略一致する様に）設計すれば、上記の動作説明での動作において目的の効果（即ちモータ９０の回転効率が高まるという効果）が発揮される。例えば電流位相角β＝０でモータ９０を制御する場合は、図９では、図示されていないが、総合力Ｆ１＝０となるトルクは約１．５Ｎｍとなるので、この１．５ＮｍがＴｃよりも大きい場合は、図１３の様にグラフ全体が上にずれてＴｃがＦ１＝０となるトルクに概略一致する様に設計すれば良く、逆にこの１．５ＮｍがＴｃよりも小さい場合は、図１４の様にグラフ全体が下にずれてＴｃがＦ１＝０となるトルクに概略一致する様に設計すれば良い。この様な設計をすれば、β＝０°としてｑ軸電流Ｉｑのみでトルク領域（例えば高トルク領域および低トルク領域）に応じて銅損と鉄損の比率を可変制御でき、簡単な制御で目的の効果が発揮できる。
【０１６８】
尚、上記の目的の効果の発揮を、上記の様な設計により行う代わりに、電流制御により行うことでもできる。例えばＴｃ＝２０Ｎｍの場合は、図９において、例えば位相角β＝２０°でトルクを可変制御すれば（即ちｇ５→ｇ４のβ＝２０°の点Ａ１→ｇ３のβ＝２０°の点Ａ２→ｇ２のβ＝２０°の点Ａ３→ｇ１のβ＝２０°の点Ａ４の順に変化する様にトルクを可変制御すれば）、Ｆ１＝０となるトルクを２．０Ｎｍ強（≒Ｔｃ）にシフトできる。無論、トルクの上昇に応じてリラクタンストルクの寄与も増大するため、位相角βをトルクの上昇と共に進角制御（例えば図９において、ｇ５→ｇ４のβ＝０°の点Ｂ１→ｇ３のβ＝５°の点Ｂ２→ｇ２のβ＝１０°の点Ｂ３→ｇ１のβ＝２０°の点Ａ４の順に進角制御）しても良い。この様にすれば、銅損の削減効果が得られる。
【０１６９】
以上の様に構成された回転電機装置１Ｂによれば、モータ９０のトルクに応じて回転子１０が回転軸Ｑ１方向に移動されるので、トルク領域（例えば高トルク領域および低トルク領域）に応じて銅損と鉄損の比率を制御でき、これによりモータ９０のトルクに応じてモータ９０の回転効率を高める事ができる。
【０１７０】
＜第７実施形態＞
第５実施形態では、回転子１０の回転軸Ｑ１方向への移動は、モータ９０の回転速度および効率を高めるために利用されたが、この実施形態では、回転子１０の回転軸Ｑ１方向への移動は、回転子１０の界磁部材１０ｉの減磁回避に利用される。以下、図１８に基づいて、第５実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略して異なる部分を中心に説明する。
【０１７１】
この実施形態の制御回路１００Ｃは、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄＣがｄ軸電流指令値生成部１００ｄに対して下記の様に変更されている以外は第５実施形態の制御回路１００と同様に構成される。ｄ軸電流指令値生成部１００ｄＣは、総合力Ｆ１が正値となる様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。より詳細には、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄＣは、総合力Ｆ１が正値となる様に（即ち総合力Ｆ１が第１固定子１０側を向く様に）、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。
【０１７２】
尚ここでは、説明便宜上、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄＣは、総合力Ｆ１が正値となる様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成するが、厳密にこの様に制御される必要はない。総合力Ｆ１が負値の場合は、回転子１０は第２固定子３０側に吸引されており、減磁回避の必要がないので、総合力Ｆ１が常に負値とならない様に電流指令値（ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Iｑ＊）が制御されれば、どの様な制御でもよい。
【０１７３】
またこの実施形態では、モータ９０の巻線２０ａに減磁電流が流れた事を検知する減磁回避モード検知部１００ｔを更に備えている。尚、上記の減磁電流は、界磁部材１０ｉに不可逆減磁を発生させ得る電流であり、ここでは、絶対値が所定値以上に大きい負値のｄ軸電流Ｉｄを有する電流である。
【０１７４】
減磁回避モード検知部１００ｔは、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値および位相角βが制御通りの値ならば、絶対値が所定値以上の負値のｄ軸電流Ｉｄが流れない状況において、絶対値が所定値以上の負値のｄ軸電流Ｉｄが流れたときに、減磁電流が流れたと判断する。また減磁電流が発生すると、総合力Ｆ１が正値から負値に急変して回転子１０が第２固定子３０側に移動され、巻線２０aの鎖交磁束が、先記例では例えばＡφaからφaに１／Ａに低減され、結果、鎖交磁束の誘起電圧であるωＡφaもωφaの１／Ａに低下する。これらから、減磁回避モード検知部１００ｔは、減磁電流の検知に加えて、回転速度ωから算出される誘起電圧ωAφaの値がωφaへの急変の検知との、両検知により、減磁回避モードが発生したと判断する。尚、減磁回避モード検出部１００ｔは、例えば、電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの電圧（即ちモータ９０の端子電圧）を検出し、その検出値に基づいて鎖交磁束を求め、その求めた鎖交磁束の値と回転速度算出部１００ｍで算出された回転速度ωとを用いて誘起電圧を求める。減磁回避モード検出部１００ｔは、上記の減磁回避モードの発生の判断の結果により、自己の制御で回転子１０を回転軸Ｑ１方向に移動させた場合との区別を行う。
【０１７５】
またこの実施形態の回転速度指令値生成部１００ｊCは、第１実施形態の回転速度指令値生成部１００ｊと同様の処理を行うほかに、下記の処理が追加されている。即ち回転速度指令値生成部１００ｊCは、減磁回避モード検知部１００ｔにより減磁回避モードに移行した事が検知されると、モータ９０を一旦停止させるべくｄ軸電流指令値Iｄ＊およびｑ軸電流指令値Iｑ＊を共にゼロにし、これにより初期回転位置推定部１００ｑおよび位置位による回転位置の推定処理をリセットさせる。
【０１７６】
またこの実施形態の制御回路１００Cは、第１実施形態の制御回路１００において更に、後述の様に、回転子１０の回転制御を開始する際、回転子１０の同期引込みを行うと同時に回転子１０の第１固定子２０側への吸引を行う同期引込み制御部１００ｘと、同期引込みが失敗したか否かを検知する同期引込み失敗検知部１００ｒと、回転子１０のセンサレス制御への移行が失敗したか否かを検知するセンサレス制御移行失敗検知部１００ｓとを備えている。
【０１７７】
次に図１９に基づいて、回転電機装置１Ｃの要部の動作を中心に説明する。
【０１７８】
ステップＳ１で、制御回路１００Ｃが起動する。そしてステップＳ２で、回転子１０の同期引込みが行われると同時に、回転子１０の第１固定子２０側への吸引が行われる。より詳細には、同期引込み制御部１００ｘは、ＰＷＭ信号生成部１００ｉを介して、回転子１０の回転位置が不明の状態で、インバータ８０からモータ９０に各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流すことで回転子１０に回転磁界を与え且つその際、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値が徐々に上昇する様に、インバータ８０を制御する。これにより、回転子１０は、徐々に回転し始めて、界磁部材１０ｉは回転磁界と同期して回転する（これを回転子１０の同期引込みと呼ぶ）。そして各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値の上昇に伴って総合力Ｆ１が正側に増大し、この総合力Ｆ１により回転子１０が第１固定子２０側に吸引される。
【０１７９】
ステップＳ３では、同期引込み失敗検知部１００ｒにより、ステップＳ２の回転子１０の同期引込みが失敗したか否かの検知が行われる。より詳細には、同期引込み失敗検知部１００ｒは、同期引き込み時のモータ９０の出力電圧（即ち電極１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの電圧）が所定電圧以上であるか否かを判断し、モータ９０の出力電圧が前記所定電圧未満の場合（即ちモータ９０の出力電圧が想定値未満の場合）は、回転子１０の同期引込みは失敗したと判断する。また同期引込み失敗検知部１００ｒは、モータ９０の出力電圧が前記所定電圧以上の場合は、回転子１０の同期引込みは成功したと判断する。尚、前記所定電圧は、回転子１０の同期引込み時にモータ９０に通電された電流の交番速度ωに対し、同期引込みが成功している場合に想定されるモータ９０の出力電圧ωφaよりも小さい所定値である。そして回転子１０の同期引込みが失敗した場合は、処理がステップＳ７に進み、回転子１０の同期引込みが成功した場合は、処理がステップＳ４に進む。
【０１８０】
ステップＳ４では、制御回路１００ｊCによりモータ９０がセンサレス制御される。より詳細には、制御回路１００Ｃは、位置推定部１００ｋにより推定した回転位置に基づいてモータ９０を回転駆動する。
【０１８１】
そしてステップＳ５で、センサレス制御移行失敗検知部１００ｓにより、ステップＳ４のセンサレス制御への以降が失敗したか否かの検知が行われる。より詳細には、センサレス制御移行失敗検知部１００ｓは、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値の実測値と制御値との差が所定値以上であるか（即ち前記差が想定以上に大きいか）否かを検出し、それら実測値と制御値との差が所定値以上である場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それら実測値と制御値との差が所定値未満の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断する。またはセンサレス制御移行失敗検知部１００ｓは、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相角βの実測値と制御値との差が所定値以上であるか否かを検出し、それら実測値と制御値との差が所定値以上である場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それら実測値と制御値との差が所定値未満の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断する。尚、電流値と位相角βの両方を検出して、両方共または何れか一方が所定値以上の場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それ以外の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断してもよい。
【０１８２】
尚、電流値の実測値としては、例えば、電流センサ１２０ｖ，１２０ｕ，１２０ｗにより検出された各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値が利用可能である。また電流値の制御値としては、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から求めたものが利用可能である。また位相角βの実測値としては、例えば、第１の座標変換部１００ａで求められたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑから求まるものが利用可能である。また位相角βの制御値としては、例えば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から求まるものが利用可能である。
【０１８３】
そしてステップＳ５で、センサレス制御への移行が成功した場合は、処理がステップＳ６に移行し、センサレス制御への移行が失敗した場合は、処理がステップＳ７に移行する。
【０１８４】
ステップＳ６では、制御回路１００Ｃにより回転子１０が減磁回避制御される（即ち総合力Ｆ１が第１固定子２０側を向く様に回転子１０が回転制御される）。より詳細には、ｄ軸電流指令値生成部１００ｄＣは、位相角β＝０となる様に、または総合力Ｆ１が正の範囲で位相角βが進角制御される様に、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。またｑ軸電流指令値生成部１００ｆは、回転速度指令値ω＊と回転速度ωとの差がゼロになる様にｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。この制御により、総合力Ｆ１が第１固定子２０側に向けられることで、回転子１０は第１固定子２０側に維持され、これにより電流値削減効果（第５実施形態参照）により、モータ９０が効率的に回転される。
【０１８５】
そしてステップＳ７で、絶対値が所定値以上の負値のｄ軸電流Ｉｄ（即ち減磁電流）が流れると、ステップＳ８で、その減磁電流の影響により総合力Ｆ１が自立反射的に第２固定子３０側に向けられ、これにより回転子１０が第２固定子３０側に自立反射的に移動される。これにより回転子１０と第１固定子２０との間隔が拡がり、回転子１０が減磁される事が防止される。そして処理がステップＳ９に進む。またステップＳ７で、減磁電流が流れない場合は、処理がステップＳ６に戻る。
【０１８６】
ステップＳ９では、減磁回避モード検知部１００ｔにより減磁回避モードへの移行が検知され、回転速度指令値生成部１００ｊCにより、モータ９０を一旦停止させるべくｄ軸電流指令値Iｄ＊およびｑ軸電流指令値Iｑ＊を共にゼロにされる。そして処理がステップＳ１に戻る。
【０１８７】
以上の様に構成された回転電機装置１Ｃによれば、減磁回避制御として、総合力Ｆ１が第１固定子２０側に向く様に回転子１０が回転制御されるので、巻線２０ａに減磁電流が流れない場合は、総合力Ｆ１により回転子１０が第１固定子２０側に移動されて回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が縮められるので、第５実施形態で説明した電流値削減効果によりモータ９０の回転効率を向上できる。また巻線２０ａに減磁電流が流れた場合は、減磁電流により総合力Ｆ１が自立反射的に負側に増大され、これにより回転子１０が第２固定子３０側に自立反射的に移動されて回転子１０と第１固定子２０との間隔ｄ１が増大され、これにより回転子１０が減磁電流により減磁される事が防止される。
【０１８８】
また減磁回避制御として、具体的には、位相角β＝０となる様に、または総合力Ｆ１が正の範囲で位相角βが進角制御される様に制御されるので、位相角の制御だけで総合力Ｆ１を第１固定子１０側へを向く様に制御できる。
【０１８９】
尚、上記のステップＳ２では、回転子１０の同期引込みと、回転子１０の第１固定子２０側への吸引とが同時に行われたが、先に回転子１０の第１固定子２０側への吸引を行い、その後に回転子１０の同期引込みを行ってもよい。この場合、上記のステップＳ２の代わりに、下記のステップＳ２−１およびＳ２−２が行われる。即ちステップＳ２−１で、制御回路１００Ｃにより、回転子１０の回転位置が不明の状態で、インバータ８０からモータ９０に各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとして直流電流（DC電流）が一定時間流され、且つその後、その直流電流の電流値が徐々に上昇する様に、インバータ８０が制御される。これにより回転子１０は、直流電流の通電の初期に、界磁部材１０ｉに「強め界磁」の磁界が掛かる位置へと回転しなから第１固定子２０側に少し移動され、その直流電流の上昇に伴って回転子１０が第１固定子２０側に移動される。そしてステップＳ２−２で、制御回路１００Ｃにより、回転子１０を回転制御させる様にインバータ８０が制御される。これにより回転子１０が同期引き込みされた状態で回転制御される。そして処理がステップＳ３に進む。
【符号の説明】
【０１９０】
１，１Ｂ，１Ｃ  回転電機装置
１０，１０Ｂ，１０Ｃ  回転子
２０  第１固定子
３０  第２固定子
４０，４０Ｃ  回転シャフト
５０ａ，５０ａＢ，５０ａＣ，第１軸受け
５０ｂ，５０ｂＢ，５０ｂＣ  第２軸受け
第１固定子（２０）
６０  ハウジング
７０ａ，７０ａＢ，７０ａＣ  第１ストッパ
７０ｂ，７０ｂＢ，７０ｂＣ  第２ストッパ
８０  インバータ手段
９０，９０Ｂ，９０Ｃ  アキシャルギャップ型回転電機
１００，１００Ｂ，１００Ｃ  制御手段
２００  圧縮機
３００  容器
４０１  シリンダ
４０２  上端板
４０３  下端板
４０６  クランクピン
４０７  ピストン
【図１】
2011254682.tif 000004
【図２】
2011254682.tif 000005
【図３】
2011254682.tif 000006
【図４】
2011254682.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
2011254682.tif 000010
【図８】
2011254682.tif 000011
【図９】
2011254682.tif 000012
【図１０】
2011254682.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011254682.tif 000016
【図１４】
2011254682.tif 000017
【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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【図２２】
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【図２３】
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