(57)【要約】【課題】所定の電源容量に合わせてベアリングレスモータを運転する。【解決手段】電動機システム（30）は、ベアリングレスモータ（40,50）と、ベアリングレスモータ（40,50）の固定子（44,54）に設けられた電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための電源部（61,62）と、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える。【選択図】図２
2019198209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（21）を回転駆動する駆動軸（31）と、
回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するベアリングレスモータ（40,50）と、
上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための電源部（61,62）と、
上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項２】
請求項１において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが増大するように、または、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが増大するように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機システム（30）と、
上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてのインペラ（21）とを備える
ことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項９】
請求項８において、
上記ターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、
上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とするターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転子を回転駆動する電動機機能と、回転子のラジアル方向の位置を制御する磁気軸受機能とを有するベアリングレスモータが知られている（例えば、特許文献１）。同文献のベアリングレスモータでは、磁気的な線形性を維持すると共に回転子を磁気支持する支持力を効率よく発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３６９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ベアリングレスモータを運転する場合、これに電力を供給するための電源が必要となる。このような電源は、それぞれに電源容量が限られており、出力可能な電流や電圧に制限がある。しかしながら、そのように限られた電源容量に合わせてベアリングレスモータの運転を行うための試みはあまりなされていない。
【０００５】
本開示の目的は、所定の電源容量に合わせてベアリングレスモータを運転することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、電動機システム（30）を対象とする。この電動機システム（30）は、回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するベアリングレスモータ（40,50）と、上記電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）および上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための電源部（61,62）と、上記電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える。
【０００７】
第１の態様では、電機子電圧ＶＡと支持電流ＩＳの一方を増大させかつ他方を低減させることにより、電動機システム（30）が適用されるアプリケーションの動作状況に応じて、電源部（61,62）の電源容量の範囲内で電機子電圧ＶＡおよび支持電流ＩＳを調節することができる。
【０００８】
本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【０００９】
第２の態様では、ラジアル支持力を維持しつつ、支持電流ＩＳまたは電機子電圧ＶＡを低減させることができる。
【００１０】
本開示の第３の態様は、上記第１または上記第２の態様において、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１１】
第３の態様では、支持電流ＩＳが第１上限値を超えないようにできる一方、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。支持電流ＩＳが第１上限値またはその近傍に達した状態でラジアル支持力を増大させる場合に特に効果的である。
【００１２】
本開示の第４の態様は、上記第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１３】
第４の態様では、電機子電圧ＶＡが第２上限値を超えないようにできるが、例えばベアリングレスモータ（40,50）の回転速度を上昇させていくと電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力が低下するおそれがある。これに対し、支持電流ＩＳを増大させることによってそれに起因するラジアル支持力で当該低下を補うことができる。
【００１４】
本開示の第５の態様は、上記第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが増大するように、または、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが増大するように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１５】
第５の態様では、ラジアル支持力を維持しつつ、支持電流ＩＳまたは電機子電圧ＶＡを増大させることができる。
【００１６】
本開示の第６の態様は、上記第１〜第５の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１７】
第６の態様では、支持電流ＩＳが第１下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００１８】
本開示の第７の態様は、上記第１〜第６の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１９】
第７の態様では、電機子電圧ＶＡが第２下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００２０】
本開示の第８の態様は、ターボ圧縮機（12）を対象とする。このターボ圧縮機（12）は、上記第１〜第７の態様のいずれか１つに係る電動機システム（30）と、上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてインペラ（21）とを備える。
【００２１】
第８の態様では、ターボ圧縮機（12）において、ベアリングレスモータ（40,50）によりインペラ（21）が回転駆動される。
【００２２】
本開示の第９の態様は、上記第６の態様において、上記ターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００２３】
第９の態様では、旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）でターボ圧縮機（12）を運転する場合、すなわちベアリングレスモータ（40,50）の負荷トルクが小さい一方で必要なラジアル支持力が大きい場合に、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。したがって、支持電流ＩＳを第１上限値以下に抑制していても、電機子電流ＩＡの増大によってベアリングレスモータ（40,50）のラジアル支持力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施形態の空気調和装置の構成を例示する概略図である。
【図２】図２は、ターボ圧縮機の構成を例示する縦断面図である。
【図３】図３は、ベアリングレスモータの構成を例示する横断面図である。
【図４】図４は、ターボ圧縮機の運転領域について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（空気調和装置）
図１は、実施形態の空気調和装置（10）の構成を例示している。空気調和装置（10）は、冷媒回路（11）を備える。冷媒回路（11）は、ターボ圧縮機（12）と、凝縮器（13）と、膨張弁（14）と、蒸発器（15）とを有していて、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われるように構成されている。例えば、凝縮器（13）および蒸発器（15）は、クロスフィン型の熱交換器により構成され、膨張弁（14）は、電動弁により構成されている。
【００２６】
（ターボ圧縮機）
図２は、図１に示したターボ圧縮機（12）の構成を例示している。ターボ圧縮機（12）は、冷媒回路（11）に設けられて後述のインペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成されている。この例では、ターボ圧縮機（12）は、ケーシング（20）と、インペラ（21）と、電動機システム（30）とを備える。電動機システム（30）は、駆動軸（31）と、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、制御部（60）と、第１および第２電源部（61,62）とを有する。また、この例では、電動機システム（30）は、第１および第２タッチダウン軸受（71,72）と、スラスト磁気軸受（73）とをさらに有する。
【００２７】
なお、以下の説明において、「軸方向」とは、回転軸方向のことであって、駆動軸（31）の軸心の方向のことであり、「径方向」とは、駆動軸（31）の軸方向と直交する方向のことである。また、「外周側」とは、駆動軸（31）の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、駆動軸（31）の軸心により近い側のことである。
【００２８】
〔ケーシング〕
ケーシング（20）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（20）内の空間は、壁部（20a）によって区画され、壁部（20a）よりも右側の空間がインペラ（21）を収容するインペラ室（S1）を構成し、壁部（20a）よりも左側の空間が第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）を収容する電動機室（S2）を構成している。また、電動機室（S2）には、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、第１および第２タッチダウン軸受（71,72）と、スラスト磁気軸受（73）とが収容され、これらが電動機室（S2）の内周壁に固定されている。
【００２９】
〔駆動軸〕
駆動軸（31）は、負荷（21）（この例では、インペラ（21））を回転駆動するために設けられている。この例では、駆動軸（31）は、ケーシング（20）内を軸方向に延びてインペラ（21）と第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）とを連結している。具体的には、駆動軸（31）の一端部にインペラ（21）が固定され、駆動軸（31）の中間部に第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が配置されている。また、駆動軸（31）の他端部（すなわち、インペラ（21）が固定された一端部とは反対側の端部）には、円盤状の部分（以下、円盤部（31a）とも言う）が設けられている。なお、円盤部（31a）は、磁性材料（例えば、鉄）で構成されている。
【００３０】
〔インペラ（負荷）〕
インペラ（21）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成され、駆動軸（31）の一端部に固定された状態で、インペラ室（S1）に収容されている。インペラ室（S1）には、吸入管（P1）および吐出管（P2）が接続されている。吸入管（P1）は、冷媒（流体）を外部からインペラ室（S1）に導くために設けられている。吐出管（P2）は、インペラ室（S1）内で圧縮された高圧の冷媒（流体）を外部へ戻すために設けられている。すなわち、この例では、インペラ（21）とインペラ室（S1）とによって圧縮機構が構成されている。
【００３１】
〔ベアリングレスモータ〕
第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）は、互いに同じ構成を有する。このため、ここでは、第１ベアリングレスモータ（40）の構成のみを説明する。
【００３２】
第１ベアリングレスモータ（40）は、一対の回転子（41）と固定子（44）とを有して駆動軸（31）を回転駆動しかつ駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。回転子（41）は、駆動軸（31）に固定され、固定子（44）は、ケーシング（20）の内周壁に固定されている。
【００３３】
図３に示すように、この例では、第１ベアリングレスモータ（40）は、コンセクエントポール型のベアリングレスモータによって構成されている。
【００３４】
第１ベアリングレスモータ（40）の回転子（41）は、回転子コア（42）と、回転子コア（42）に埋設された複数（この例では、４つ）の永久磁石（43）とを有する。回転子コア（42）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成され、円柱状に形成されている。回転子コア（42）の中央部には、駆動軸（31）を挿通するためのシャフト孔が形成されている。
【００３５】
複数の永久磁石（43）は、回転子（41）の周方向において所定の角度ピッチ（この例では、９０°の角度ピッチ）で配置されている。そして、４つの永久磁石（43）の外周面側がＮ極となっており、回転子コア（42）の外周面のうち回転子（41）の周方向において４つの永久磁石（43）の間に位置する部分が擬似的にＳ極となっている。なお、４つの永久磁石（43）の外周面側がＳ極となっていてもよい。
【００３６】
第１ベアリングレスモータ（40）の固定子（44）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成されていて、バックヨーク部（45）と、複数のティース部（図示せず）と、ティース部に巻回された電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）とを有する。バックヨーク部（45）は、円筒状に構成されている。電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）は、各ティース部に分布巻方式で巻回されている。なお、電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）は、各ティース部に集中巻方式で巻回されていてもよい。
【００３７】
電機子巻線（46a〜46c）は、ティース部のうち内周側に巻回された巻線である。電機子巻線（46a〜46c）は、図３において太実線で囲んで示したＵ相電機子巻線（46a）と、図３において太破線で囲んで示したＶ相電機子巻線（46b）と、図３において細実線で囲んで示したＷ相電機子巻線（46c）とから構成されている。
【００３８】
支持巻線（47a〜47c）は、ティース部のうち外周側に巻回された巻線である。支持巻線（47a〜47c）は、図３において太実線で囲んで示したＵ相支持巻線（47a）と、図３において太破線で囲んで示したＶ相支持巻線（47b）と、図３において細実線で囲んで示したＷ相支持巻線（47c）とから構成されている。
【００３９】
〔タッチダウン軸受〕
第１タッチダウン軸受（71）は、駆動軸（31）の一端部（図１における右端部）の近傍に設けられ、第２タッチダウン軸受（72）は、駆動軸（31）の他端部の近傍に設けられている。第１および第２タッチダウン軸受（71,72）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が非通電であるとき（すなわち、駆動軸（31）が浮上していないとき）に駆動軸（31）を支持するように構成されている。
【００４０】
〔スラスト磁気軸受〕
スラスト磁気軸受（73）は、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）を有し、駆動軸（31）の円盤部（31a）を電磁力によって非接触で支持するように構成されている。具体的には、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）は、それぞれが円環状に形成され、駆動軸（31）の円盤部（31a）を挟んで互いに対向し、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）の合成電磁力により駆動軸（31）の円盤部（31a）を非接触に支持する。
【００４１】
〔各種センサ〕
電動機システム（30）の各部には、位置センサや電流センサや回転速度センサなどの各種センサ（図示を省略）が設けられている。例えば、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）には、回転子（41,51）のラジアル方向（径方向）における位置に応じた検出信号を出力する位置センサ（図示を省略）が設けられ、スラスト磁気軸受（73）には、駆動軸（31）のスラスト方向（軸方向）における位置に応じた検出信号を出力する位置センサ（図示を省略）が設けられている。これらの位置センサは、例えば、測定対象物との間のギャップ（距離）を検出する渦電流式の変位センサによって構成されている。
【００４２】
〔制御部〕
制御部（60）は、駆動軸（31）が非接触で支持された状態で駆動軸（31）の回転速度が予め定められた目標回転速度となるように、電動機システム（30）の各部に設けられた各種センサからの検出信号や駆動軸（31）の目標回転速度などの情報に基づいて、電機子電圧指令値および支持電圧指令値と、スラスト電圧指令値とを生成して出力するように構成されている。電機子電圧指令値は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に供給される電圧を制御するための指令値である。支持電圧指令値は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に供給される電圧を制御するための指令値である。スラスト電圧指令値は、スラスト磁気軸受（73）の第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）の巻線（図示せず）に供給される電圧を制御するための指令値である。制御部（60）は、例えば、ＣＰＵなどの演算処理部や、演算処理部を動作させるためのプログラムや情報を記憶するメモリなどの記憶部などによって構成されている。
【００４３】
〔電源部〕
第１電源部（61）は、制御部（60）から出力された電機子電圧指令値に基づいて、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に電圧を供給するように構成されている。第２電源部（62）は、制御部（60）から出力された支持電圧指令値に基づいて、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を供給するように構成されている。第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に印加される電圧を制御することにより、各巻線（46a〜46c,56a〜56c, 47a〜47c,57a〜57c）を流れる電流を制御して第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が発生するトルクおよび支持力を制御することができる。第１および第２電源部（61,62）は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプによって構成されている。第１および第２電源部（61,62）は、電源部を構成している。
【００４４】
（ターボ圧縮機の運転領域）
図４は、ターボ圧縮機（12）の運転領域について説明するための図である。同図において、横軸は冷媒体積流量を、縦軸はヘッドをそれぞれ示す。ターボ圧縮機（12）は、第１および第２電源部（61,62）によって電力を供給されることにより、所定の運転領域において運転され得る。
【００４５】
この所定の運転領域は、主に、図４に太線で示すサージラインの内側の定常運転領域（Ａ）、高負荷トルク領域（Ｂ）およびタービュランス領域（Ｃ）と、当該サージラインの外側のサージング領域（Ｄ）とを含む。本明細書では、高負荷トルク領域（Ｂ）のことを、「ターボ圧縮機（12）の最大駆動トルクが必要となる領域」とも呼ぶ。また、タービュランス領域（Ｃ）のことを「旋回失速が生じる領域」とも呼ぶ。
【００４６】
定常運転領域（Ａ）は、図４に符号Ａで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルク（すなわち、インペラ（21）および駆動軸（31）を回転駆動するためのトルク）が比較的小さく、かつ駆動軸（31）のラジアル荷重も比較的小さい領域である。
【００４７】
高負荷トルク領域（Ｂ）は、図４に符号Ｂで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクが比較的大きく、かつ駆動軸（31）のラジアル荷重も比較的大きい領域である。ターボ圧縮機（12）におけるインペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは、この高負荷トルク領域（Ｂ）のうち図４中で最も右上の点において最大となる。ただし、ターボ圧縮機（12）における駆動軸（31）のラジアル荷重は、高負荷トルク領域（Ｂ）では最大にはならない。
【００４８】
タービュランス領域（Ｃ）は、図４に符号Ｃで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは比較的小さい一方、駆動軸（31）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。
【００４９】
サージング領域（Ｄ）は、図４に符号Ｄで示す領域であって、停電時などの非常の事態においてターボ圧縮機（12）がこのサージング領域（Ｄ）において一時的に運転されることがある。サージング領域（Ｄ）は、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは比較的小さい一方、駆動軸（31）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。ターボ圧縮機（12）における駆動軸（31）のラジアル荷重は、このサージング領域（Ｄ）中の所定の点において最大となる。
【００５０】
（制御部および電源部の動作）
制御部（60）および第１および第２電源部（61,62）の動作について説明する。制御部（60）は、ターボ圧縮機（12）の状態に応じたラジアル荷重を支持するためのラジアル支持力を出力するよう、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）と支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を供給し、電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳを流す。
【００５１】
ここで、ラジアル支持力は、支持電流ＩＳに起因するラジアル支持力と、電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力（本明細書では、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力とも言う）との和である。電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力は、電機子電流ＩＡのｄ軸成分（以下、ｄ軸電流）を増加させると増加し、ｄ軸電流を減少させると減少し、電機子電流ＩＡのｑ軸成分（以下、ｑ軸電流）の絶対値を増加させると増加し、ｑ軸電流の絶対値を減少させると減少する。
【００５２】
制御部（60）は、例えば定常運転領域（Ａ）において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に対し、電機子電流ＩＡに対して最も効率的にトルクを発生させるように第１電源部（61）を制御し（いわゆる、最大トルク／電流制御）、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に対してはターボ圧縮機（12）の状態に応じたラジアル支持力を出力するよう第２電源部（62）を制御する。
【００５３】
また、制御部（60）は、例えば定常運転領域（Ａ）以外の領域において、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように第１および第２電源部（61,62）を制御する。以下、そのような制御のいくつかの例について説明する。
【００５４】
〔強め磁束制御〕
制御部（60）は、例えば、負荷トルクが比較的小さい一方でラジアル荷重が大きくなるタービュランス領域（Ｃ）およびサージング領域（Ｄ）、ターボ圧縮機（12）の運転終了時、ならびにターボ圧縮機（12）の始動時において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）の強め磁束制御（すなわち、正のｄ軸電流を流す制御）を行う。
【００５５】
ここで、制御部（60）は、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを増大させると共に、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳが所定の第１上限値（例えば、第２電源部（62）の電源容量によって定まる）を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、支持電流ＩＳを増大させるのではなく、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡを増大させてラジアル支持力を増大させることができる。よって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によって発生可能な最大ラジアル支持力に対して、第２電源部（62）の電源容量を比較的小さく設定することが可能となる。
【００５６】
また、制御部（60）は、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）の温度が所定の基準値以上になった場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、ラジアル支持力を維持しつつ、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）での銅損を低減してその過剰な温度上昇を抑止することができ、よってターボ圧縮機（12）の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
また、制御部（60）は、例えば、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転速度が比較的小さく、そのために電機子電圧ＶＡが比較的小さい場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、ラジアル支持力を維持しつつ電機子電圧ＶＡを増大させることができ、電機子電圧ＶＡの出力精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００５８】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における回転子（41,51）と固定子（44,54）との間のエアギャップに油が存在する場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における銅損および鉄損を増大させてその発熱によってエアギャップ内の油を温め、当該油の粘性を低くし、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転損失を低減することができる。
【００５９】
また、制御部（60）は、空気調和装置（10）が暖房運転を行う場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における銅損および鉄損を増大させてその発熱によって電動機室（S2）内に存在する冷媒を加熱することができる。当該加熱によって冷媒に蓄えられた熱は、凝縮器（13）において対象空間の空気中に放出される。したがって、空気調和装置（10）の暖房能力を向上させることができる。
【００６０】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の永久磁石（43,53）の減磁耐力が小さい場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。支持電流ＩＳが作る磁束は永久磁石（43,53）の減磁を生じさせるおそれがあるが、このような制御を行うことによって減磁を生じさせにくくすることができる。したがって、保磁力の小さな永久磁石（43,53）を利用できるため低コスト化が可能となると同時に、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の設計自由度を高めることができる。
【００６１】
〔弱め磁束制御〕
制御部（60）は、例えば、高速運転領域において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）の弱め磁束制御（すなわち、負のｄ軸電流を流す制御）を行う。なお、高速運転領域とは、弱め磁束制御を行わない場合に電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値（例えば、第１電源部（61）の電源容量によって定まる）に達する回転速度を上回る回転速度での運転を行う領域を言う。また、弱め磁束制御を行う場合にはそれを行わない場合よりも電機子電流ＩＡが増大する。
【００６２】
ここで、制御部（60）は、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを増大させると共に、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡが上記第２上限値を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、電機子電圧ＶＡを増大させることなく高速運転領域でターボ圧縮機（12）を運転することができると共に、支持電流ＩＳの増大によって弱め磁束制御に伴うラジアル支持力の低下を補うことができる。よって、ターボ圧縮機（12）の運転速度領域の広さに対して、第１電源部（61）の電源容量を比較的小さく設定することができる。
【００６３】
また、制御部（60）は、例えば、ターボ圧縮機（12）の始動時において弱め磁束制御を行ってもよい。ターボ圧縮機（12）の始動時には、駆動軸（31）が第１および第２タッチダウン軸受（71,72）で支持されているため、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の永久磁石（43,53）の磁力に起因して比較的大きなラジアル支持力が必要となるところ、弱め磁束制御によって永久磁石（43,53）の磁力を擬似的に弱め、必要なラジアル支持力を低減させ、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００６４】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における回転子（41,51）と固定子（44,54）との間のエアギャップに油が存在する場合に、弱め磁束制御を行うと共に支持電流ＩＳを増大させてもよい。これにより、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における銅損を増大させてその発熱によってエアギャップ内の油を温め、当該油の粘性を低くし、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転損失を低減することができる。
【００６５】
また、制御部（60）は、空気調和装置（10）が暖房運転を行う場合に、弱め磁束制御を行うと共に支持電流ＩＳを増大させてもよい。これにより、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における銅損を増大させてその発熱によって電動機室（S2）内に存在する冷媒を加熱することができる。当該加熱によって冷媒に蓄えられた熱は、凝縮器（13）において対象空間の空気中に放出される。したがって、空気調和装置（10）の暖房能力を向上させることができる。
【００６６】
〔回生制御〕
制御部（60）は、例えば、ラジアル荷重が大きくなる運転終了時において、回生制御（すなわち、負のｑ軸電流を流す制御）を行う。
【００６７】
ここで、制御部（60）は、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを増大させると共に、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳが上記第１上限値を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、支持電流ＩＳを増大させるのではなく、電機子電流ＩＡを増大させてラジアル支持力を増大させることができる。よって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によって発生可能な最大ラジアル支持力に対して、第２電源部（62）の電源容量を比較的小さく設定することが可能となる。また、回転エネルギーを回生することによってターボ圧縮機（12）の省エネルギー化を図ると共に、回転を停止するための時間を短縮することができる。
【００６８】
また、制御部（60）は、第１電源部（61）で正のｑ軸電流を流しながら第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）を制御している場合にラジアル荷重が急激に大きくなったとき、当該正のｑ軸電流よりも絶対値の大きい負のｑ軸電流を流す回生制御を行ってもよい。これにより、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを増大させることなく、ラジアル支持力を増大させることができる。なお、同様の効果を奏するものとして、正のｑ軸電流の絶対値を極性の反転なく大きくすることも考えられる。
【００６９】
−実施形態の効果−
本実施形態の電動機システム（30）は、回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持する第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に電圧を印加するための第１電源部（61）と、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための第２電源部（62）と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える。
【００７０】
したがって、電機子電圧ＶＡと支持電流ＩＳの一方を増大させかつ他方を低減させることにより、電動機システム（30）が適用されるアプリケーションの動作状況に応じて、第１および第２電源部（61,62）の各々の電源容量の範囲内で電機子電圧ＶＡおよび支持電流ＩＳを調節することができる。すなわち、第１電源部（61）および第２電源部（62）の電源容量がそれぞれ限られているところ、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）において所望の出力を得るために一方の電源部（61,62）の電源容量が不足する場合に、他方の電源部（61,62）によってこの不足分を補うことができる。
【００７１】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記第１および第２電源部（61.62）を制御する。このような制御によると、電動機システム（30）の運転領域を広げることができる。
【００７２】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、支持電流ＩＳが第１上限値を超えないようにできる一方、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。このことは、例えば第１電源部（61）で強め磁束制御を行う場合に相当する。支持電流ＩＳが第１上限値またはその近傍に達した状態でラジアル支持力を増大させる場合に特に効果的である。
【００７３】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、電機子電圧ＶＡが第２上限値を超えないようにできるが、例えば第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転速度を上昇させていくと電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力が低下するおそれがある。このことは、例えば第１電源部（61）で弱め磁束制御を行う場合に相当する。これに対し、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを増大させることによってそれに起因するラジアル支持力で当該低下を補うことができる。
【００７４】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが増大するように、または、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが増大するように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。このような制御によると、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）または支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００７５】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、支持電流ＩＳが第１下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用したり、支持電流ＩＳの検出精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００７６】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、電機子電圧ＶＡが第２下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における発熱を必要に応じて利用したり、電機子電圧ＶＡの出力精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態のターボ圧縮機（12）は、本実施形態の電動機システム（30）と、上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてインペラ（21）とを備える。したがって、ターボ圧縮機（12）において、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によりインペラ（21）が回転駆動される。
【００７８】
また、本実施形態のターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の負荷トルクが小さい一方で必要なラジアル支持力が大きい場合に、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。したがって、支持電流ＩＳを第１上限値以下に抑制していても、電機子電流ＩＡの増大によって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）のラジアル支持力を増大させることができる。
【００７９】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００８０】
例えば、電動機システム（30）は、ベアリングレスモータを１つのみ、または３つ以上有していてもよい。ここで、前者の場合、電動機システム（30）は、ラジアル磁気軸受を有することが好ましい。
【００８１】
また、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の種類は、コンセクエントポール型に限られるものではなく、例えば、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石型（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石内蔵型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）、インセット型、ＢＰＭ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型、順突極型などであってもよい。また、両ベアリングレスモータ（40,50）の種類は互いに異なっていてもよい。また、各ベアリングレスモータ（40,50）は、電機子のｄ軸自己インダクタンスとｑ軸自己インダクタンスが略等しく突極性を有しないベアリングレスモータ、電機子のｄ軸自己インダクタンスがｑ軸自己インダクタンスよりも小さく逆突極性を有するベアリングレスモータ、および電機子のｄ軸自己インダクタンスがｑ軸自己インダクタンスよりも大きく順突極性を有するベアリングレスモータのいずれであってもよい。ここで、突極性を有しないベアリングレスモータとしては、コンセクエントポール型、表面磁石型などが挙げられ、逆突極性を有するベアリングレスモータとしては、埋込磁石内蔵型、インセット型、ＢＰＭ型などが挙げられ、順突極性を有するベアリングレスモータとしては順突極型などが挙げられる。
【００８２】
また、ターボ圧縮機（12）が備えるインペラ（21）の数は２つ以上であってもよく、例えば駆動軸（31）の両端にインペラ（21）が１つずつ取り付けられていてもよい。
【００８３】
また、定常運転領域（Ａ）での第１電源部（61）の制御方法は、最大トルク／電流制御以外であってもよく、例えば最大効率制御（損失を最小とする制御）や、力率１制御（力率を実質的に１とする制御）を採用してもよい。
【００８４】
なお、電動機システム（30）の用途がターボ圧縮機（12）に限られるものでないことは言うまでもない。
【００８５】
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機について有用である。
【符号の説明】
【００８７】
11  冷媒回路
12  ターボ圧縮機
21  インペラ（負荷）
30  電動機システム
31  駆動軸
40  第１ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
41  回転子
46a〜46c  電機子巻線
47a〜47c  支持巻線
50  第２ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
51  回転子
56a〜56c  電機子巻線
57a〜57c  支持巻線
60  制御部
61  第１電源部（電源部）
62  第２電源部（電源部）
【図１】
2019198209.tif 000003
【図２】
2019198209.tif 000004
【図３】
2019198209.tif 000005
【図４】
2019198209.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月29日(2019.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転子を回転駆動する電動機機能と、回転子のラジアル方向の位置を制御する磁気軸受機能とを有するベアリングレスモータが知られている（例えば、特許文献１）。同文献のベアリングレスモータでは、磁気的な線形性を維持すると共に回転子を磁気支持する支持力を効率よく発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３６９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ベアリングレスモータを運転する場合、これに電力を供給するための電源が必要となる。このような電源は、それぞれに電源容量が限られており、出力可能な電流や電圧に制限がある。しかしながら、そのように限られた電源容量に合わせてベアリングレスモータの運転を行うための試みはあまりなされていない。
【０００５】
本開示の目的は、所定の電源容量に合わせてベアリングレスモータを運転することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、電動機システム（30）を対象とする。この電動機システム（30）は、回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するベアリングレスモータ（40,50）と、上記電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）および上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための電源部（61,62）と、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳに起因するラジアル支持力と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡおよび上記支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力との和としてのラジアル支持力を出力するように、かつ上記電機子巻線（46a〜46c，56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える。
【０００７】
第１の態様では、電機子電圧ＶＡと支持電流ＩＳの一方を増大させかつ他方を低減させることにより、電動機システム（30）が適用されるアプリケーションの動作状況に応じて、電源部（61,62）の電源容量の範囲内で電機子電圧ＶＡおよび支持電流ＩＳを調節することができる。
【０００８】
本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【０００９】
第２の態様では、ラジアル支持力を維持しつつ、支持電流ＩＳまたは電機子電圧ＶＡを低減させることができる。
【００１０】
本開示の第３の態様は、上記第１または上記第２の態様において、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１１】
第３の態様では、支持電流ＩＳが第１上限値を超えないようにできる一方、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。支持電流ＩＳが第１上限値またはその近傍に達した状態でラジアル支持力を増大させる場合に特に効果的である。
【００１２】
本開示の第４の態様は、上記第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１３】
第４の態様では、電機子電圧ＶＡが第２上限値を超えないようにできるが、例えばベアリングレスモータ（40,50）の回転速度を上昇させていくと電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力が低下するおそれがある。これに対し、支持電流ＩＳを増大させることによってそれに起因するラジアル支持力で当該低下を補うことができる。
【００１４】
本開示の第５の態様は、上記第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１５】
第５の態様では、支持電流ＩＳが第１下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００１６】
本開示の第６の態様は、上記第１〜第５の態様のいずれか１つにおいて、上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００１７】
第６の態様では、電機子電圧ＶＡが第２下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００１８】
本開示の第７の態様は、ターボ圧縮機（12）を対象とする。このターボ圧縮機（12）は、上記第１〜第６の態様のいずれか１つに係る電動機システム（30）と、上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてインペラ（21）とを備える。
【００１９】
第７の態様では、ターボ圧縮機（12）において、ベアリングレスモータ（40,50）によりインペラ（21）が回転駆動される。
【００２０】
本開示の第８の態様は、上記第７の態様において、上記ターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御することを特徴とする。
【００２１】
第８の態様では、旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）でターボ圧縮機（12）を運転する場合、すなわちベアリングレスモータ（40,50）の負荷トルクが小さい一方で必要なラジアル支持力が大きい場合に、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。したがって、支持電流ＩＳを第１上限値以下に抑制していても、電機子電流ＩＡの増大によってベアリングレスモータ（40,50）のラジアル支持力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態の空気調和装置の構成を例示する概略図である。
【図２】図２は、ターボ圧縮機の構成を例示する縦断面図である。
【図３】図３は、ベアリングレスモータの構成を例示する横断面図である。
【図４】図４は、ターボ圧縮機の運転領域について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（空気調和装置）
図１は、実施形態の空気調和装置（10）の構成を例示している。空気調和装置（10）は、冷媒回路（11）を備える。冷媒回路（11）は、ターボ圧縮機（12）と、凝縮器（13）と、膨張弁（14）と、蒸発器（15）とを有していて、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われるように構成されている。例えば、凝縮器（13）および蒸発器（15）は、クロスフィン型の熱交換器により構成され、膨張弁（14）は、電動弁により構成されている。
【００２４】
（ターボ圧縮機）
図２は、図１に示したターボ圧縮機（12）の構成を例示している。ターボ圧縮機（12）は、冷媒回路（11）に設けられて後述のインペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成されている。この例では、ターボ圧縮機（12）は、ケーシング（20）と、インペラ（21）と、電動機システム（30）とを備える。電動機システム（30）は、駆動軸（31）と、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、制御部（60）と、第１および第２電源部（61,62）とを有する。また、この例では、電動機システム（30）は、第１および第２タッチダウン軸受（71,72）と、スラスト磁気軸受（73）とをさらに有する。
【００２５】
なお、以下の説明において、「軸方向」とは、回転軸方向のことであって、駆動軸（31）の軸心の方向のことであり、「径方向」とは、駆動軸（31）の軸方向と直交する方向のことである。また、「外周側」とは、駆動軸（31）の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、駆動軸（31）の軸心により近い側のことである。
【００２６】
〔ケーシング〕
ケーシング（20）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（20）内の空間は、壁部（20a）によって区画され、壁部（20a）よりも右側の空間がインペラ（21）を収容するインペラ室（S1）を構成し、壁部（20a）よりも左側の空間が第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）を収容する電動機室（S2）を構成している。また、電動機室（S2）には、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、第１および第２タッチダウン軸受（71,72）と、スラスト磁気軸受（73）とが収容され、これらが電動機室（S2）の内周壁に固定されている。
【００２７】
〔駆動軸〕
駆動軸（31）は、負荷（21）（この例では、インペラ（21））を回転駆動するために設けられている。この例では、駆動軸（31）は、ケーシング（20）内を軸方向に延びてインペラ（21）と第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）とを連結している。具体的には、駆動軸（31）の一端部にインペラ（21）が固定され、駆動軸（31）の中間部に第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が配置されている。また、駆動軸（31）の他端部（すなわち、インペラ（21）が固定された一端部とは反対側の端部）には、円盤状の部分（以下、円盤部（31a）とも言う）が設けられている。なお、円盤部（31a）は、磁性材料（例えば、鉄）で構成されている。
【００２８】
〔インペラ（負荷）〕
インペラ（21）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成され、駆動軸（31）の一端部に固定された状態で、インペラ室（S1）に収容されている。インペラ室（S1）には、吸入管（P1）および吐出管（P2）が接続されている。吸入管（P1）は、冷媒（流体）を外部からインペラ室（S1）に導くために設けられている。吐出管（P2）は、インペラ室（S1）内で圧縮された高圧の冷媒（流体）を外部へ戻すために設けられている。すなわち、この例では、インペラ（21）とインペラ室（S1）とによって圧縮機構が構成されている。
【００２９】
〔ベアリングレスモータ〕
第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）は、互いに同じ構成を有する。このため、ここでは、第１ベアリングレスモータ（40）の構成のみを説明する。
【００３０】
第１ベアリングレスモータ（40）は、一対の回転子（41）と固定子（44）とを有して駆動軸（31）を回転駆動しかつ駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。回転子（41）は、駆動軸（31）に固定され、固定子（44）は、ケーシング（20）の内周壁に固定されている。
【００３１】
図３に示すように、この例では、第１ベアリングレスモータ（40）は、コンセクエントポール型のベアリングレスモータによって構成されている。
【００３２】
第１ベアリングレスモータ（40）の回転子（41）は、回転子コア（42）と、回転子コア（42）に埋設された複数（この例では、４つ）の永久磁石（43）とを有する。回転子コア（42）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成され、円柱状に形成されている。回転子コア（42）の中央部には、駆動軸（31）を挿通するためのシャフト孔が形成されている。
【００３３】
複数の永久磁石（43）は、回転子（41）の周方向において所定の角度ピッチ（この例では、９０°の角度ピッチ）で配置されている。そして、４つの永久磁石（43）の外周面側がＮ極となっており、回転子コア（42）の外周面のうち回転子（41）の周方向において４つの永久磁石（43）の間に位置する部分が擬似的にＳ極となっている。なお、４つの永久磁石（43）の外周面側がＳ極となっていてもよい。
【００３４】
第１ベアリングレスモータ（40）の固定子（44）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成されていて、バックヨーク部（45）と、複数のティース部（図示せず）と、ティース部に巻回された電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）とを有する。バックヨーク部（45）は、円筒状に構成されている。電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）は、各ティース部に分布巻方式で巻回されている。なお、電機子巻線（46a〜46c）および支持巻線（47a〜47c）は、各ティース部に集中巻方式で巻回されていてもよい。
【００３５】
電機子巻線（46a〜46c）は、ティース部のうち内周側に巻回された巻線である。電機子巻線（46a〜46c）は、図３において太実線で囲んで示したＵ相電機子巻線（46a）と、図３において太破線で囲んで示したＶ相電機子巻線（46b）と、図３において細実線で囲んで示したＷ相電機子巻線（46c）とから構成されている。
【００３６】
支持巻線（47a〜47c）は、ティース部のうち外周側に巻回された巻線である。支持巻線（47a〜47c）は、図３において太実線で囲んで示したＵ相支持巻線（47a）と、図３において太破線で囲んで示したＶ相支持巻線（47b）と、図３において細実線で囲んで示したＷ相支持巻線（47c）とから構成されている。
【００３７】
〔タッチダウン軸受〕
第１タッチダウン軸受（71）は、駆動軸（31）の一端部（図１における右端部）の近傍に設けられ、第２タッチダウン軸受（72）は、駆動軸（31）の他端部の近傍に設けられている。第１および第２タッチダウン軸受（71,72）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が非通電であるとき（すなわち、駆動軸（31）が浮上していないとき）に駆動軸（31）を支持するように構成されている。
【００３８】
〔スラスト磁気軸受〕
スラスト磁気軸受（73）は、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）を有し、駆動軸（31）の円盤部（31a）を電磁力によって非接触で支持するように構成されている。具体的には、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）は、それぞれが円環状に形成され、駆動軸（31）の円盤部（31a）を挟んで互いに対向し、第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）の合成電磁力により駆動軸（31）の円盤部（31a）を非接触に支持する。
【００３９】
〔各種センサ〕
電動機システム（30）の各部には、位置センサや電流センサや回転速度センサなどの各種センサ（図示を省略）が設けられている。例えば、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）には、回転子（41,51）のラジアル方向（径方向）における位置に応じた検出信号を出力する位置センサ（図示を省略）が設けられ、スラスト磁気軸受（73）には、駆動軸（31）のスラスト方向（軸方向）における位置に応じた検出信号を出力する位置センサ（図示を省略）が設けられている。これらの位置センサは、例えば、測定対象物との間のギャップ（距離）を検出する渦電流式の変位センサによって構成されている。
【００４０】
〔制御部〕
制御部（60）は、駆動軸（31）が非接触で支持された状態で駆動軸（31）の回転速度が予め定められた目標回転速度となるように、電動機システム（30）の各部に設けられた各種センサからの検出信号や駆動軸（31）の目標回転速度などの情報に基づいて、電機子電圧指令値および支持電圧指令値と、スラスト電圧指令値とを生成して出力するように構成されている。電機子電圧指令値は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に供給される電圧を制御するための指令値である。支持電圧指令値は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に供給される電圧を制御するための指令値である。スラスト電圧指令値は、スラスト磁気軸受（73）の第１および第２スラスト電磁石（74a,74b）の巻線（図示せず）に供給される電圧を制御するための指令値である。制御部（60）は、例えば、ＣＰＵなどの演算処理部や、演算処理部を動作させるためのプログラムや情報を記憶するメモリなどの記憶部などによって構成されている。
【００４１】
〔電源部〕
第１電源部（61）は、制御部（60）から出力された電機子電圧指令値に基づいて、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に電圧を供給するように構成されている。第２電源部（62）は、制御部（60）から出力された支持電圧指令値に基づいて、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を供給するように構成されている。第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に印加される電圧を制御することにより、各巻線（46a〜46c,56a〜56c, 47a〜47c,57a〜57c）を流れる電流を制御して第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）が発生するトルクおよび支持力を制御することができる。第１および第２電源部（61,62）は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプによって構成されている。第１および第２電源部（61,62）は、電源部を構成している。
【００４２】
（ターボ圧縮機の運転領域）
図４は、ターボ圧縮機（12）の運転領域について説明するための図である。同図において、横軸は冷媒体積流量を、縦軸はヘッドをそれぞれ示す。ターボ圧縮機（12）は、第１および第２電源部（61,62）によって電力を供給されることにより、所定の運転領域において運転され得る。
【００４３】
この所定の運転領域は、主に、図４に太線で示すサージラインの内側の定常運転領域（Ａ）、高負荷トルク領域（Ｂ）およびタービュランス領域（Ｃ）と、当該サージラインの外側のサージング領域（Ｄ）とを含む。本明細書では、高負荷トルク領域（Ｂ）のことを、「ターボ圧縮機（12）の最大駆動トルクが必要となる領域」とも呼ぶ。また、タービュランス領域（Ｃ）のことを「旋回失速が生じる領域」とも呼ぶ。
【００４４】
定常運転領域（Ａ）は、図４に符号Ａで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルク（すなわち、インペラ（21）および駆動軸（31）を回転駆動するためのトルク）が比較的小さく、かつ駆動軸（31）のラジアル荷重も比較的小さい領域である。
【００４５】
高負荷トルク領域（Ｂ）は、図４に符号Ｂで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクが比較的大きく、かつ駆動軸（31）のラジアル荷重も比較的大きい領域である。ターボ圧縮機（12）におけるインペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは、この高負荷トルク領域（Ｂ）のうち図４中で最も右上の点において最大となる。ただし、ターボ圧縮機（12）における駆動軸（31）のラジアル荷重は、高負荷トルク領域（Ｂ）では最大にはならない。
【００４６】
タービュランス領域（Ｃ）は、図４に符号Ｃで示す領域であって、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは比較的小さい一方、駆動軸（31）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。
【００４７】
サージング領域（Ｄ）は、図４に符号Ｄで示す領域であって、停電時などの非常の事態においてターボ圧縮機（12）がこのサージング領域（Ｄ）において一時的に運転されることがある。サージング領域（Ｄ）は、インペラ（21）および駆動軸（31）の負荷トルクは比較的小さい一方、駆動軸（31）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。ターボ圧縮機（12）における駆動軸（31）のラジアル荷重は、このサージング領域（Ｄ）中の所定の点において最大となる。
【００４８】
（制御部および電源部の動作）
制御部（60）および第１および第２電源部（61,62）の動作について説明する。制御部（60）は、ターボ圧縮機（12）の状態に応じたラジアル荷重を支持するためのラジアル支持力を出力するよう、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）と支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を供給し、電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳを流す。
【００４９】
ここで、ラジアル支持力は、支持電流ＩＳに起因するラジアル支持力と、電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力（本明細書では、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力とも言う）との和である。電機子電流ＩＡと支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力は、電機子電流ＩＡのｄ軸成分（以下、ｄ軸電流）を増加させると増加し、ｄ軸電流を減少させると減少し、電機子電流ＩＡのｑ軸成分（以下、ｑ軸電流）の絶対値を増加させると増加し、ｑ軸電流の絶対値を減少させると減少する。
【００５０】
制御部（60）は、例えば定常運転領域（Ａ）において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に対し、電機子電流ＩＡに対して最も効率的にトルクを発生させるように第１電源部（61）を制御し（いわゆる、最大トルク／電流制御）、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に対してはターボ圧縮機（12）の状態に応じたラジアル支持力を出力するよう第２電源部（62）を制御する。
【００５１】
また、制御部（60）は、例えば定常運転領域（Ａ）以外の領域において、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように第１および第２電源部（61,62）を制御する。以下、そのような制御のいくつかの例について説明する。
【００５２】
〔強め磁束制御〕
制御部（60）は、例えば、負荷トルクが比較的小さい一方でラジアル荷重が大きくなるタービュランス領域（Ｃ）およびサージング領域（Ｄ）、ターボ圧縮機（12）の運転終了時、ならびにターボ圧縮機（12）の始動時において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）の強め磁束制御（すなわち、正のｄ軸電流を流す制御）を行う。
【００５３】
ここで、制御部（60）は、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを増大させると共に、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳが所定の第１上限値（例えば、第２電源部（62）の電源容量によって定まる）を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、支持電流ＩＳを増大させるのではなく、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡを増大させてラジアル支持力を増大させることができる。よって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によって発生可能な最大ラジアル支持力に対して、第２電源部（62）の電源容量を比較的小さく設定することが可能となる。
【００５４】
また、制御部（60）は、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）の温度が所定の基準値以上になった場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、ラジアル支持力を維持しつつ、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）での銅損を低減してその過剰な温度上昇を抑止することができ、よってターボ圧縮機（12）の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、制御部（60）は、例えば、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転速度が比較的小さく、そのために電機子電圧ＶＡが比較的小さい場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、ラジアル支持力を維持しつつ電機子電圧ＶＡを増大させることができ、電機子電圧ＶＡの出力精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００５６】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における回転子（41,51）と固定子（44,54）との間のエアギャップに油が存在する場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における銅損および鉄損を増大させてその発熱によってエアギャップ内の油を温め、当該油の粘性を低くし、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転損失を低減することができる。
【００５７】
また、制御部（60）は、空気調和装置（10）が暖房運転を行う場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。これにより、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における銅損および鉄損を増大させてその発熱によって電動機室（S2）内に存在する冷媒を加熱することができる。当該加熱によって冷媒に蓄えられた熱は、凝縮器（13）において対象空間の空気中に放出される。したがって、空気調和装置（10）の暖房能力を向上させることができる。
【００５８】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の永久磁石（43,53）の減磁耐力が小さい場合に、第１電源部（61）で強め磁束制御を行うと共に、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを低減させてもよい。支持電流ＩＳが作る磁束は永久磁石（43,53）の減磁を生じさせるおそれがあるが、このような制御を行うことによって減磁を生じさせにくくすることができる。したがって、保磁力の小さな永久磁石（43,53）を利用できるため低コスト化が可能となると同時に、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の設計自由度を高めることができる。
【００５９】
〔弱め磁束制御〕
制御部（60）は、例えば、高速運転領域において、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）の弱め磁束制御（すなわち、負のｄ軸電流を流す制御）を行う。なお、高速運転領域とは、弱め磁束制御を行わない場合に電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値（例えば、第１電源部（61）の電源容量によって定まる）に達する回転速度を上回る回転速度での運転を行う領域を言う。また、弱め磁束制御を行う場合にはそれを行わない場合よりも電機子電流ＩＡが増大する。
【００６０】
ここで、制御部（60）は、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを増大させると共に、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡが上記第２上限値を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、電機子電圧ＶＡを増大させることなく高速運転領域でターボ圧縮機（12）を運転することができると共に、支持電流ＩＳの増大によって弱め磁束制御に伴うラジアル支持力の低下を補うことができる。よって、ターボ圧縮機（12）の運転速度領域の広さに対して、第１電源部（61）の電源容量を比較的小さく設定することができる。
【００６１】
また、制御部（60）は、例えば、ターボ圧縮機（12）の始動時において弱め磁束制御を行ってもよい。ターボ圧縮機（12）の始動時には、駆動軸（31）が第１および第２タッチダウン軸受（71,72）で支持されているため、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の永久磁石（43,53）の磁力に起因して比較的大きなラジアル支持力が必要となるところ、弱め磁束制御によって永久磁石（43,53）の磁力を擬似的に弱め、必要なラジアル支持力を低減させ、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００６２】
また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における回転子（41,51）と固定子（44,54）との間のエアギャップに油が存在する場合に、弱め磁束制御を行うと共に支持電流ＩＳを増大させてもよい。これにより、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における銅損を増大させてその発熱によってエアギャップ内の油を温め、当該油の粘性を低くし、よって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転損失を低減することができる。
【００６３】
また、制御部（60）は、空気調和装置（10）が暖房運転を行う場合に、弱め磁束制御を行うと共に支持電流ＩＳを増大させてもよい。これにより、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における銅損を増大させてその発熱によって電動機室（S2）内に存在する冷媒を加熱することができる。当該加熱によって冷媒に蓄えられた熱は、凝縮器（13）において対象空間の空気中に放出される。したがって、空気調和装置（10）の暖房能力を向上させることができる。
【００６４】
〔回生制御〕
制御部（60）は、例えば、ラジアル荷重が大きくなる運転終了時において、回生制御（すなわち、負のｑ軸電流を流す制御）を行う。
【００６５】
ここで、制御部（60）は、第１電源部（61）に対する電機子電圧指令値を増大させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における電機子電圧ＶＡを増大させると共に、第２電源部（62）に対する支持電圧指令値を低減させて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳを低減させる。また、制御部（60）は、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）における支持電流ＩＳが上記第１上限値を超えないように第１および第２電源部（61,62）を制御する。これにより、支持電流ＩＳを増大させるのではなく、電機子電流ＩＡを増大させてラジアル支持力を増大させることができる。よって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によって発生可能な最大ラジアル支持力に対して、第２電源部（62）の電源容量を比較的小さく設定することが可能となる。また、回転エネルギーを回生することによってターボ圧縮機（12）の省エネルギー化を図ると共に、回転を停止するための時間を短縮することができる。
【００６６】
また、制御部（60）は、第１電源部（61）で正のｑ軸電流を流しながら第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）を制御している場合にラジアル荷重が急激に大きくなったとき、当該正のｑ軸電流よりも絶対値の大きい負のｑ軸電流を流す回生制御を行ってもよい。これにより、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを増大させることなく、ラジアル支持力を増大させることができる。なお、同様の効果を奏するものとして、正のｑ軸電流の絶対値を極性の反転なく大きくすることも考えられる。
【００６７】
−実施形態の効果−
本実施形態の電動機システム（30）は、回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持する第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に電圧を印加するための第１電源部（61）と、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための第２電源部（62）と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える。
【００６８】
したがって、電機子電圧ＶＡと支持電流ＩＳの一方を増大させかつ他方を低減させることにより、電動機システム（30）が適用されるアプリケーションの動作状況に応じて、第１および第２電源部（61,62）の各々の電源容量の範囲内で電機子電圧ＶＡおよび支持電流ＩＳを調節することができる。すなわち、第１電源部（61）および第２電源部（62）の電源容量がそれぞれ限られているところ、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）において所望の出力を得るために一方の電源部（61,62）の電源容量が不足する場合に、他方の電源部（61,62）によってこの不足分を補うことができる。
【００６９】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記第１および第２電源部（61.62）を制御する。このような制御によると、電動機システム（30）の運転領域を広げることができる。
【００７０】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、支持電流ＩＳが第１上限値を超えないようにできる一方、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。このことは、例えば第１電源部（61）で強め磁束制御を行う場合に相当する。支持電流ＩＳが第１上限値またはその近傍に達した状態でラジアル支持力を増大させる場合に特に効果的である。
【００７１】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、電機子電圧ＶＡが第２上限値を超えないようにできるが、例えば第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の回転速度を上昇させていくと電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力が低下するおそれがある。このことは、例えば第１電源部（61）で弱め磁束制御を行う場合に相当する。これに対し、第２電源部（62）で支持電流ＩＳを増大させることによってそれに起因するラジアル支持力で当該低下を補うことができる。
【００７２】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが増大するように、または、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが増大するように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。このような制御によると、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）または支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用することができる。
【００７３】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、支持電流ＩＳが第１下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）における発熱を必要に応じて利用したり、支持電流ＩＳの検出精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００７４】
また、本実施形態の電動機システム（30）は、上記制御部（60）が、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、電機子電圧ＶＡが第２下限値を超えるようにすることができる。これにより、例えば、電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）における発熱を必要に応じて利用したり、電機子電圧ＶＡの出力精度の向上を通じて第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の制御性を向上させることができる。
【００７５】
また、本実施形態のターボ圧縮機（12）は、本実施形態の電動機システム（30）と、上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてインペラ（21）とを備える。したがって、ターボ圧縮機（12）において、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）によりインペラ（21）が回転駆動される。
【００７６】
また、本実施形態のターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記第１および第２電源部（61,62）を制御する。したがって、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の負荷トルクが小さい一方で必要なラジアル支持力が大きい場合に、電機子電流ＩＡに起因するラジアル支持力を増大させることができる。したがって、支持電流ＩＳを第１上限値以下に抑制していても、電機子電流ＩＡの増大によって第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）のラジアル支持力を増大させることができる。
【００７７】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００７８】
例えば、電動機システム（30）は、ベアリングレスモータを１つのみ、または３つ以上有していてもよい。ここで、前者の場合、電動機システム（30）は、ラジアル磁気軸受を有することが好ましい。
【００７９】
また、第１および第２ベアリングレスモータ（40,50）の種類は、コンセクエントポール型に限られるものではなく、例えば、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石型（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石内蔵型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）、インセット型、ＢＰＭ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型、順突極型などであってもよい。また、両ベアリングレスモータ（40,50）の種類は互いに異なっていてもよい。また、各ベアリングレスモータ（40,50）は、電機子のｄ軸自己インダクタンスとｑ軸自己インダクタンスが略等しく突極性を有しないベアリングレスモータ、電機子のｄ軸自己インダクタンスがｑ軸自己インダクタンスよりも小さく逆突極性を有するベアリングレスモータ、および電機子のｄ軸自己インダクタンスがｑ軸自己インダクタンスよりも大きく順突極性を有するベアリングレスモータのいずれであってもよい。ここで、突極性を有しないベアリングレスモータとしては、コンセクエントポール型、表面磁石型などが挙げられ、逆突極性を有するベアリングレスモータとしては、埋込磁石内蔵型、インセット型、ＢＰＭ型などが挙げられ、順突極性を有するベアリングレスモータとしては順突極型などが挙げられる。
【００８０】
また、ターボ圧縮機（12）が備えるインペラ（21）の数は２つ以上であってもよく、例えば駆動軸（31）の両端にインペラ（21）が１つずつ取り付けられていてもよい。
【００８１】
また、定常運転領域（Ａ）での第１電源部（61）の制御方法は、最大トルク／電流制御以外であってもよく、例えば最大効率制御（損失を最小とする制御）や、力率１制御（力率を実質的に１とする制御）を採用してもよい。
【００８２】
なお、電動機システム（30）の用途がターボ圧縮機（12）に限られるものでないことは言うまでもない。
【００８３】
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上説明したように、本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機について有用である。
【符号の説明】
【００８５】
11  冷媒回路
12  ターボ圧縮機
21  インペラ（負荷）
30  電動機システム
31  駆動軸
40  第１ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
41  回転子
46a〜46c  電機子巻線
47a〜47c  支持巻線
50  第２ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
51  回転子
56a〜56c  電機子巻線
57a〜57c  支持巻線
60  制御部
61  第１電源部（電源部）
62  第２電源部（電源部）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（21）を回転駆動する駆動軸（31）と、
回転子（41,51）と電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）が設けられた固定子（44,54）とを有し、上記駆動軸（31）を回転駆動しかつ上記駆動軸（31）のラジアル荷重を非接触で支持するベアリングレスモータ（40,50）と、
上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）および上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に電圧を印加するための電源部（61,62）と、
上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳに起因するラジアル支持力と、上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）に流れる電流である電機子電流ＩＡおよび上記支持電流ＩＳの両方に起因するラジアル支持力との和としてのラジアル支持力を出力するように、かつ上記電機子巻線（46a〜46c,56a〜56c）にかかる電圧である電機子電圧ＶＡと、上記支持巻線（47a〜47c,57a〜57c）に流れる電流である支持電流ＩＳとの一方を増大させかつ他方を低減させるように、上記電源部（61,62）を制御する制御部（60）とを備える
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項２】
請求項１において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが低減するように、または、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが低減するように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを増大させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを低減させて上記支持電流ＩＳが所定の第１下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記制御部（60）は、上記支持電流ＩＳを低減させて上記電機子電圧ＶＡが所定の第２下限値を超えるように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とする電動機システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機システム（30）と、
上記電動機システム（30）の上記駆動軸（31）に連結された上記負荷（21）としてのインペラ（21）とを備える
ことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項８】
請求項７において、
上記ターボ圧縮機（12）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）に設けられて上記インペラ（21）によって冷媒を圧縮するように構成され、
上記ターボ圧縮機（12）を旋回失速が生じる領域（Ｃ）またはサージング領域（Ｄ）で運転する場合、上記制御部（60）は、上記電機子電圧ＶＡを増大させて上記支持電流ＩＳが所定の第１上限値を超えないように、上記電源部（61,62）を制御する
ことを特徴とするターボ圧縮機。