CN110574260B - 涡轮压缩机 - Google Patents

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Abstract

涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)的驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、784、787、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，该无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷。由此，能够提供一种应用了无轴承电机的涡轮压缩机。

Description

涡轮压缩机
技术领域
本发明涉及一种涡轮压缩机。
背景技术
迄今为止，一种涡轮压缩机已广为人知，该涡轮压缩机包括叶轮和安装在该叶轮上的驱动轴(例如，专利文献1)。该文献的涡轮压缩机包括用于驱动叶轮和驱动轴旋转的电动机、两个径向磁轴承以及一个推力磁轴承，这两个径向磁轴承利用电磁力非接触地支承驱动轴的径向载荷，这一个推力磁轴承利用电磁力非接触地控制驱动轴的轴向位置。两个径向磁轴承在电动机的两侧各布置有一个。
另一方面，近年来，无轴承电机的研究和实用化不断深入，该无轴承电机被定义为“在磁性上集成了磁轴承功能的电机”(例如，专利文献2)。该无轴承电机例如应用于辅助人工心脏等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报特开2016－114114号公报
专利文献2：日本公开专利公报特开2014－241725号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
在所述辅助人工心脏等用途中，因为工作流体是压缩性比气体小的液体，所以难以产生所谓的喘振现象。一直以来，无轴承电机的实用化局限于这种难以产生喘振现象的用途。并且，至今尚未发现将无轴承电机应用于下述装置中加以实用化的示例，该装置是像空调用涡轮压缩机那样，工作流体为气体(气态制冷剂)且在可能产生喘振现象的运转区域运转的装置。
本发明正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：提供一种应用了无轴承电机的涡轮压缩机。
－用以解决技术问题的技术方案－
本公开的第一方面以一种涡轮压缩机101、210、410、601、701、812为对象，所述涡轮压缩机设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩。该涡轮压缩机101、210、410、601、701、812包括叶轮120、221、421、603a、720、821、驱动轴130、240、440、605、730、831以及驱动支承部160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、784、787、840、850，所述驱动支承部160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、784、787、840、850利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴130、240、440、605、730、831旋转且非接触地支承所述驱动轴130、240、440、605、730、831的径向载荷，所述驱动支承部160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、784、787、840、850至少具有一个无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850，所述无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850具有一个转子161、171、251、451、641、761、771、841、851和一个定子164、174、254、454、644、762、772、844、854，并驱动所述驱动轴130、240、440、605、730、831旋转，且非接触地支承所述驱动轴130、240、440、605、730、831的径向载荷。
在所述第一方面中，在无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850中，当不需要为了驱动叶轮120、221、421、603a、720、821和驱动轴130、240、440、605、730、831旋转而产生较大的驱动扭矩时，能够有效地将由该转子161、171、251、451、641、761、771、841、851和定子164、174、254、454、644、762、772、844、854形成的磁回路用于产生支承驱动轴130、240、440、605、730、831的径向载荷的支承力。另一方面，在第一方面中，在无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850中，当不需要为了支承驱动轴130、240、440、605、730、831的径向载荷而产生较大的支承力时，能够有效地将由该转子161、171、251、451、641、761、771、841、851和定子164、174、254、454、644、762、772、844、854形成的磁回路用于驱动叶轮120、221、421、603a、720、821和驱动轴130、240、440、605、730、831旋转。
本公开的第二方面在所述第一方面的基础上，其特征在于：将为了驱动所述叶轮120和所述驱动轴130旋转而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为驱动用磁通BM，将为了支承所述驱动轴130的径向载荷而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为支承用磁通BS，所述涡轮压缩机包括电源部191和控制部190，所述电源部191用于使电流流向所述驱动支承部160、170、180，所述控制部190对所述电源部191进行控制，以便在使所述涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域运转之际，当以同一转速进行比较时，与正常运转时相比，使用于产生所述支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生所述驱动用磁通BM的电流IM的比率增大。
所述第二方面对应于下述情况：当以同一转速进行比较时，在产生旋转失速的区域和喘振区域中，驱动轴130的径向载荷比正常运转时大。即，当使涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域运转之际，与正常运转时相比，使用于产生支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生驱动用磁通BM的电流IM的比率增大。这样一来，涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域也能够毫无问题地运转。
本公开的第三方面在所述第一方面的基础上，其特征在于：将为了驱动所述叶轮120和所述驱动轴130旋转而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为驱动用磁通BM，将为了支承所述驱动轴130的径向载荷而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为支承用磁通BS，所述涡轮压缩机包括电源部191和控制部190，所述电源部191用于使电流流向所述驱动支承部160、170、180，所述控制部190对所述电源部191进行控制，以便在使所述涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域运转的情况下，当以同一转速进行比较时，使用于产生所述支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生所述驱动用磁通BM的电流IM的比率随着制冷剂体积流量的减少而增大。
所述第三方面对应于下述情况：在使涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域运转的情况下，当以同一转速进行比较时，驱动轴130的径向载荷随着制冷剂体积流量的减少而增大。即，在使涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域运转的情况下，当以同一转速进行比较时，使用于产生支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生驱动用磁通BM的电流IM的比率随着制冷剂体积流量的减少而增大。这样一来，涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域和喘振区域也能够毫无问题地运转。
本公开的第四方面在所述第一方面的基础上，其特征在于：将为了驱动所述叶轮120和所述驱动轴130旋转而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为驱动用磁通BM，将为了支承所述驱动轴130的径向载荷而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为支承用磁通BS，将所述涡轮压缩机101的规定的运转区域中所述驱动用磁通BM与所述支承用磁通BS之和的最大值设为(BM+BS)max，将为了产生与所述规定的运转区域中的最大扭矩负载对应的驱动扭矩而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为BMmax，将为了支承在所述规定的运转区域中所述驱动轴130的最大径向载荷而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为BSmax，将在所述驱动支承部160、170、180中流动的电流为所述规定的电流范围的上限值时在该驱动支承部160、170、180产生的磁通设为Bmax，在此情况下，所述驱动支承部160、170、180构成为：保证(BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax这一关系成立。
此处，常规思路是在驱动支承部160、170、180中可同时产生最大驱动扭矩和最大径向载荷支承力这两二者，如果遵循该常规思路，就要将驱动支承部160、170、180构成为：当在驱动支承部160、170、180中流动的电流为规定的电流范围的上限值时，在该驱动支承部160、170、180产生的磁通Bmax与BMmax+BSmax相一致(Bmax＝BMmax+BSmax)。
相对于此，在所述第四方面中，将驱动支承部160、170、180构成为：当在驱动支承部160、170、180中流动的电流为规定的电流范围的上限值时，在该驱动支承部160、170、180产生的磁通Bmax在(BM+BS)max以上且小于BMmax+BSmax((BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax)。这样一来，例如，与遵循常规思路构成驱动支承部160、170、180的情况相比，能够使无轴承电机160、170的定子164、174和转子161、171实现小型化。
这基于本申请发明人所发现的下述事实：在用于制冷装置的涡轮压缩机101中，需要最大驱动扭矩的运转区域(即，负载扭矩为最大的区域)与需要最大径向载荷支承力的运转区域(即，驱动轴130的径向载荷为最大的区域)互不相同。也就是说，不需要在驱动支承部160、170、180中同时产生最大驱动扭矩和最大径向载荷支承力这两者，因此，根据所述第四方面，将驱动支承部160、170、180构成为保证(BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax这一关系成立，由此能够在不影响涡轮压缩机101的功能和可靠性的情况下使该驱动支承部160、170、180实现小型化。
本公开的第五方面在所述第一方面的基础上，其特征在于：所述驱动支承部160、170、180具有供所述规定的电流范围内的电流流动的线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184，将为了驱动所述叶轮120和所述驱动轴130旋转而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为驱动用磁通BM，将为了支承所述驱动轴130的径向载荷而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为支承用磁通BS，将在所述涡轮压缩机101的规定的运转区域产生与最大扭矩负载对应的驱动扭矩时在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为BMmax，且将此时在所述线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184中流动的电流设为最大扭矩电流IBMmax，将在支承所述规定的运转区域中所述驱动轴130的最大径向载荷时在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为BSmax，且将此时在所述线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184中流动的电流设为最大支承力电流IBSmax，将通过使所述最大扭矩电流IBMmax与所述最大支承力电流IBSmax相加得到的电流流经所述线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184而在所述驱动支承部160、170、180产生的磁通设为BMSmax，在此情况下，所述驱动支承部160、170、180构成为：保证BMSmax＜BMmax+BSmax这一关系成立。
此处，常规思路是在驱动支承部160、170、180中可同时产生最大负载扭矩和最大径向载荷支承力这两者，如果遵循该常规思路，就要将驱动支承部160、170、180构成为：通过使最大扭矩电流IBMmax与最大支承力电流IBSmax相加得到的电流流经线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184而在驱动支承部160、170、180产生磁通BMSmax，使磁通BMSmax与BMmax+BSmax一致(BMSmax＝BMmax+BSmax)。
相对于此，在所述第五方面中，将驱动支承部160、170、180构成为：通过使最大扭矩电流IBMmax与最大支承力电流IBSmax相加得到的电流流经线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184而在驱动支承部160、170、180产生磁通BMSmax，使磁通BMSmax小于BMmax+BSmax(BMSmax＜BMmax+BSmax)。这样一来，例如，与遵循常规思路构成驱动支承部160、170、180的情况相比，能够使无轴承电机160、170的定子164、174和转子161、171实现小型化。
这基于本申请发明人所发现的下述事实：在用于制冷装置的涡轮压缩机101中，需要最大驱动扭矩的运转区域与需要最大径向载荷支承力的运转区域互不相同。也就是说，不需要在驱动支承部160、170、180中同时产生最大驱动扭矩和最大径向载荷支承力这两者，因此，根据所述第五方面，将驱动支承部160、170、180构成为保证BMSmax＜BMmax+BSmax这一关系成立，由此能够在不影响涡轮压缩机101的功能和可靠性的情况下使该驱动支承部160、170、180实现小型化。
本公开的第六方面在所述第一方面的基础上，其特征在于：所述涡轮压缩机包括电源部191和控制部190，所述电源部191用于使电流流向所述驱动支承部160、170、180，所述控制部190对所述电源部191进行控制，以便在喘振区域运转的情况下或在使所述驱动轴130的旋转运动正常停止的情况下，不使有助于驱动扭矩的电流流向所述驱动支承部160、170、180，而仅使用于非接触地支承所述驱动轴130的径向载荷的电流流向所述驱动支承部160、170、180。
在所述第六方面中，在喘振区域运转的情况下或在使驱动轴130的旋转运动正常停止的情况下(即，在不需要产生扭矩的情况下)，仅使用于支承驱动轴130的径向载荷的电流流向驱动支承部160、170、180。这样一来，在上述情况下能够使涡轮压缩机101高效率地运转。
本公开的第七方面在所述第一到第六方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述驱动支承部160、170、180仅由所述无轴承电机160、170构成。
在所述第七方面中，仅由无轴承电机160、170非接触地支承驱动轴130的径向载荷。
本公开的第八方面在所述第一到第六方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述驱动支承部160、170、180由所述无轴承电机160、170和磁轴承180构成，所述磁轴承180在所述驱动轴130的轴向上与所述无轴承电机160、170排列着布置，并且具有多个电磁铁且非接触地支承所述驱动轴130的径向载荷。
在所述第八方面中，由无轴承电机160、170和磁轴承180非接触地支承驱动轴130的径向载荷。
本公开的第九方面在所述第八方面的基础上，其特征在于：所述磁轴承260在所述驱动轴240的轴向上布置在比由所述无轴承电机250支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。
在所述第九方面中，由磁轴承260支承的径向载荷大于由无轴承电机250支承的径向载荷。即，磁轴承260布置在驱动轴240的径向载荷相对较大的位置处，无轴承电机250布置在驱动轴240的径向载荷相对较小的位置处。需要说明的是，就无轴承电机250而言，会将电磁力分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴240的力)和驱动力(用于驱动驱动轴240旋转的力)，而就磁轴承260而言，能够将电磁力全部分配给支承力。因此，与无轴承电机250相比，磁轴承260能够产生较大的支承力。
本公开的第十方面在所述第九方面的基础上，其特征在于：在所述驱动轴240的一端部连接有所述叶轮220，所述磁轴承260在所述驱动轴240的轴向上布置在比所述无轴承电机250靠近所述叶轮220的位置处。
在所述第十方面中，存在下述倾向：驱动轴240的轴向上的位置越靠近驱动轴240的一端部(即叶轮220)，在该位置处的驱动轴240的径向载荷就越大。因此，通过将磁轴承260布置在驱动轴240的轴向上且比无轴承电机250靠近叶轮220的位置处，而能够将磁轴承260布置在驱动轴240的径向载荷相对较大的位置处，并能够将无轴承电机250布置在驱动轴240的径向载荷相对较小的位置处。
本公开的第十一方面在所述第九或第十方面的基础上，其特征在于：所述无轴承电机250由磁铁表贴式无轴承电机构成。
在所述第十一方面中，无轴承电机250由磁铁表贴式无轴承电机构成。需要说明的是，磁铁表贴式无轴承电机250的永磁铁253的数量比交替极式无轴承电机250的永磁铁253的数量多。因此，磁铁表贴式无轴承电机250的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000071
的密度比交替极式无轴承电机250的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000072
的密度高。其结果是，与交替极式无轴承电机250相比，磁铁表贴式无轴承电机250能够产生较大的驱动扭矩T1。
本公开的第十二方面在所述第八方面的基础上，其特征在于：所述无轴承电机450在所述驱动轴440的轴向上布置在比由所述磁轴承460支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。
在所述第十二方面中，在驱动轴440的径向载荷相对较大的位置处布置有无轴承电机450，在驱动轴440的径向载荷相对较小的位置处布置有磁轴承460。即，磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷小的径向载荷所作用的位置处。需要说明的是，在磁轴承460中产生的电磁力取决于磁轴承460的尺寸(尤其是轴向长度、转子直径)，且存在下述倾向：磁轴承460的尺寸越大，在磁轴承460中产生的电磁力就越大。因此，通过将磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷小的径向载荷所作用的位置处，从而与将磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处的情况相比，能够减小磁轴承460的尺寸(尤其是轴向长度、转子直径)。
并且，就设置于制冷剂回路510中且对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机410而言，驱动轴440的负载扭矩(为了驱动驱动轴440旋转所需的扭矩)为最大的运转区域与驱动轴440的径向载荷为最大的运转区域互不相同，在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域(尤其是驱动轴440的径向载荷为最大的运转区域)，驱动轴440的负载扭矩相对较小。因此，在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域，能够将无轴承电机450的电磁力充分地分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。
本公开的第十三方面在所述第十二方面的基础上，其特征在于：在所述驱动轴440的一端部连接有所述叶轮421，所述无轴承电机450在所述驱动轴440的轴向上布置在比所述磁轴承460靠近所述叶轮421的位置处。
在所述第十三方面中，存在下述倾向：驱动轴440的轴向上的位置越靠近驱动轴440的一端部(即叶轮421)，在该位置处的驱动轴440的径向载荷就越大。因此，在驱动轴440的一端部连接有叶轮421的涡轮压缩机410中，通过将无轴承电机450布置在驱动轴440的轴向上且比径向磁轴承460靠近叶轮421的位置处，从而能够将无轴承电机450布置在驱动轴440的径向载荷相对较大的位置处，并将径向磁轴承460布置在驱动轴440的径向载荷相对较小的位置处。
本公开的第十四方面在所述第十二或第十三方面的基础上，其特征在于：所述无轴承电机450由交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机构成。
在所述第十四方面中，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，在交替极式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路的磁阻较低。因此，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，交替极式无轴承电机450能够产生较大的支承力。并且，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，在磁铁内置式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路的磁阻较低。因此，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，磁铁内置式无轴承电机450能够产生较大的支承力。
本公开的第十五方面在所述第八方面的基础上，其特征在于：所述磁轴承621分别布置在所述无轴承电机640的轴向两侧，且构成为利用多个所述电磁铁671～678向所述驱动轴605施加合成电磁力F，各个磁轴承621产生相位彼此相反的合成电磁力F。
在所述第十五方面中，两个磁轴承621布置在无轴承电机640的两侧，且向驱动轴605施加相位相反的电磁力。即，所述磁轴承621使电磁力相对于驱动轴605的倾斜方向产生作用。并且，能够由无轴承电机640支承径向上的载荷。这样一来，能够减小由磁轴承621分担的径向上的载荷，其结果是，能够实现磁轴承621的小型化。
本公开的第十六方面在所述第十五方面的基础上，其特征在于：一个磁轴承621的各电磁铁671～678与另一个磁轴承621中产生与该电磁铁671～678反相位的电磁力的电磁铁671～678接线。
在所述第十六方面中，只要有一个控制器，即可同时对两个磁轴承621进行控制。
本公开的第十七方面在所述第十五或第十六方面的基础上，其特征在于：所述无轴承电机640对平移方向上的位移进行控制，所述磁轴承621对倾斜方向上的位移进行控制。
本公开的第十八方面在所述第十七方面的基础上，其特征在于：所述涡轮压缩机具有彼此独立设置的用于所述无轴承电机640的控制器和用于所述磁轴承621的控制器。
本公开的第十九方面在所述第十五到第十八方面中任一方面的基础上，其特征在于：各电磁铁671～678的线圈的匝数、流入各线圈的电流的大小、磁回路的磁阻以及电磁铁的尺寸被设定成：保证使离所述叶轮603a较近的磁轴承621产生的所述合成电磁力F大于另一个磁轴承621产生的所述合成电磁力F。
本公开的第二十方面在所述第十九方面的基础上，其特征在于：离所述叶轮603a较近的磁轴承621所具有的各电磁铁671～678的线圈的匝数比另一个磁轴承621所具有的各电磁铁671～678的线圈的匝数多。
在所述第二十方面中，利用线圈665的匝数调节磁轴承621的合成电磁力F。
本公开的第二十一方面在所述第十九或第二十方面的基础上，其特征在于：离所述叶轮603a较近的磁轴承621的轴向长度比另一个磁轴承621的轴向长度长。
在所述第二十一方面中，利用磁轴承621的轴向长度调节磁轴承621的合成电磁力F。
本公开的第二十二方面在所述第十九到第二十一方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述驱动轴605的面向离所述叶轮603a较近的磁轴承621的部分的直径大于该驱动轴605的面向另一个磁轴承621的部分的直径。
在所述第二十二方面中，利用驱动轴605面向磁轴承621的部分的直径来调节磁轴承621的合成电磁力F。
本公开的第二十三方面在所述第一到第二十二方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述驱动支承部760、770、780、782、784、787具有气体轴承780、782、784、787，所述气体轴承780、782、784、787被组装在所述无轴承电机760、770中并非接触地支承所述驱动轴730的径向载荷。
在所述第二十三方面中，由无轴承电机760、770和气体轴承780、782、784、787非接触地支承驱动轴730的径向载荷。因此，与仅由无轴承电机760、770支承驱动轴730的径向载荷的情况相比，无轴承电机760、770所承受的径向载荷减少，从而能够与该减少量对应地提高无轴承电机760、770的驱动扭矩输出。并且，因为气体轴承780、782、784、787被组装在无轴承电机760、770中，所以与单独设置气体轴承780、782、784、787的情况相比，能够使旋转系统实现小型化。因此，能够扩大涡轮压缩机701可安全运转的区域。
本公开的第二十四方面在所述第二十三方面的基础上，其特征在于：所述无轴承电机760、770具有卷绕有线圈763、773的定子762、772，其中，所述规定的电流范围内的电流在所述线圈763、773中流动，所述气体轴承780、782、784、787的至少一部分在所述驱动轴730的径向上与所述定子762、772的线圈端部764、774重叠。
在所述第二十四方面中，通过使气体轴承780、782、784、787的至少一部分在驱动轴730的径向上与线圈端部764、774重叠，从而能够实现包括该气体轴承780、782、784、787、无轴承电机760、770以及驱动轴730在内的整个旋转系统的小型化。
本公开的第二十五方面在所述第二十四方面的基础上，其特征在于：所述气体轴承780、782、784、787由套筒780、782、784、787构成，所述套筒780、782、784、787被嵌入所述线圈端部764、774的模制树脂部件765、775中。
本公开的第二十六方面在所述第二十三到二十五方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述气体轴承780、782是气体动压轴承。
本公开的第二十七方面在所述第二十三到第二十五方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述气体轴承784、787是气体静压轴承。
本公开的第二十八方面在所述第一到第二十七方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述涡轮压缩机包括电枢绕组846a～846c、856a～856c、支承绕组847a～847c、857a～857c、电源部861、862以及控制部860，所述电枢绕组846a～846c、856a～856c和所述支承绕组847a～847c、857a～857c设置在无轴承电机840、850的所述定子844、854上，所述电源部861、862用于向所述电枢绕组846a～846c、856a～856c和所述支承绕组847a～847c、857a～857c施加电压，所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使施加在所述电枢绕组846a～846c、856a～856c上的电压即电枢电压VA与在所述支承绕组847a～847c、857a～857c中流动的电流即支承电流IS中的一者增大且另一者减小。
在所述第二十八方面中，通过使电枢电压VA与支承电流IS中的一者增大且另一者减小，从而能够按照涡轮压缩机812的工作状况，在电源部861、862的电源容量的范围内调节电枢电压VA和支承电流IS。
本公开的第二十九方面在所述第二十八方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS减小，或者使所述支承电流IS增大且所述电枢电压VA减小。
在所述第二十九方面中，既能够维持径向支承力，又能够使支承电流IS或电枢电压VA减小。
本公开的第三十方面在所述第二十八或第二十九方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS不超过规定的第一上限值。
在所述第三十方面中，能够使支承电流IS不超过第一上限值，另一方面，能够使在电枢绕组846a～846c、856a～856c中流动的电流即电枢电流IA所引起的径向支承力增大。对于在支承电流IS达到第一上限值或该第一上限值附近的状态下欲使径向支承力增大的情况尤其有效。
本公开的第三十一方面在所述第二十八到第三十方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述支承电流IS增大且所述电枢电压VA不超过规定的第二上限值。
在所述第三十一方面中，能够使电枢电压VA不超过第二上限值，但在例如使无轴承电机840、850的转速上升时，可能导致电枢电流IA所引起的径向支承力减小。相对于此，通过使支承电流IS增大，就能够利用其引起的径向支承力来弥补该减小的径向支承力。
本公开的第三十二方面在所述第二十八到第三十一方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA减小且所述支承电流IS增大，或者使所述支承电流IS减小且所述电枢电压VA增大。
在所述第三十二方面中，既能够维持径向支承力，又能够使支承电流IS或电枢电压VA增大。
本公开的第三十三方面在所述第二十八到第三十二方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA减小且所述支承电流IS超过规定的第一下限值。
在所述第三十三方面中，能够使支承电流IS超过第一下限值。这样一来，例如，能够根据需要利用支承绕组847a～847c、857a～857c的发热。
本公开的第三十四方面在所述第二十八到第三十三方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述支承电流IS减小且所述电枢电压VA超过规定的第二下限值。
在所述第三十四方面中，能够使电枢电压VA超过第二下限值。这样一来，例如，能够根据需要利用电枢绕组846a～846c、856a～856c的发热。
本公开的第三十五方面在所述第二十八到第三十四方面中任一方面的基础上，其特征在于：所述涡轮压缩机812设置在进行制冷循环的制冷剂回路811中且构成为利用所述叶轮821对制冷剂进行压缩，当使所述涡轮压缩机812在产生旋转失速的区域或喘振区域运转的情况下，所述控制部860对所述电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS不超过规定的第一上限值。
在所述第三十五方面中，当使涡轮压缩机812在产生旋转失速的区域C或喘振区域D运转的情况下，即在无轴承电机840、850的负载扭矩较小而所需要的径向支承力较大的情况下，能够使电枢电流IA所引起的径向支承力增大。因此，即使将支承电流IS抑制在第一上限值以下，也能够利用电枢电流IA的增大来使无轴承电机840、850的径向支承力增大。
本公开的第三十六方面以一种制冷装置900为对象。该制冷装置900包括热源机组910和利用机组921，所述热源机组910具有所述第一到第三十五方面中任一方面所涉及的涡轮压缩机101、210、410、601、701、812。
在所述第三十六方面中，通过使热源机组910的涡轮压缩机101、210、410、601、701、812运转，来例如对设有利用机组921的空间进行空气调节。
本公开的第三十七方面在所述第三十六方面的基础上，其特征在于：在所述制冷装置900中设有多台所述利用机组921，多台所述利用机组921对多个空调对象空间进行空气调节。
在所述第三十七方面中，利用多台利用机组921对多个空调对象空间进行空气调节。
－发明的效果－
根据所述第一方面，能够提供一种涡轮压缩机，该涡轮压缩机包括驱动支承部，该驱动支承部包括至少一个无轴承电机。
根据所述第二和第三方面，能够使涡轮压缩机在产生旋转失速的区域和喘振区域也毫无问题地运转。
根据所述第四和第五方面，例如，与遵循常规思路构成驱动支承部的情况相比，能够使无轴承电机的定子和转子实现小型化。
根据所述第六方面，当在喘振区域运转的情况下或在使驱动轴的旋转运动正常停止的情况下，能够使涡轮压缩机高效率地运转。
根据所述第九方面，与设置仅驱动驱动轴旋转的电机和仅非接触地支承驱动轴的磁轴承来代替无轴承电机的情况相比，通过用无轴承电机和磁轴承来驱动驱动轴旋转和非接触地支承驱动轴，从而能够使驱动支承部实现小型化。
根据所述第九方面，与无轴承电机相比，磁轴承能够产生较大的支承力，因此通过将径向磁轴承布置在驱动轴的径向载荷相对较大的位置处，并将无轴承电机布置在驱动轴的径向载荷相对较小的位置处，而能够确保驱动轴的支承力(用于非接触地支承驱动轴的力)。
根据所述第十方面，通过将磁轴承布置在驱动轴的轴向上且比无轴承电机靠近叶轮的位置处，而能够在驱动轴的一端部连接有叶轮的涡轮压缩机中，将磁轴承布置在驱动轴的径向载荷相对较大的位置处，并将无轴承电机布置在驱动轴的径向载荷相对较小的位置处。
根据所述第十一方面，通过由磁铁表贴式无轴承电机构成无轴承电机，从而与由交替极式无轴承电机构成无轴承电机的情况相比，能够增大无轴承电机的驱动力(用于驱动驱动轴旋转的力)。
根据所述第十二方面，通过用无轴承电机和磁轴承来驱动驱动轴旋转和非接触地支承驱动轴，从而与设置仅驱动驱动轴旋转的电机和仅非接触地支承驱动轴的两个磁轴承来代替无轴承电机的情况相比，能够使涡轮压缩机实现小型化。
根据所述第十二方面，与将磁轴承布置在比由无轴承电机支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处的情况相比，能够使磁轴承的尺寸(尤其是轴向长度、转子直径)减小，因而能够使涡轮压缩机进一步实现小型化。
根据所述第十二方面，在驱动轴的径向载荷相对较大的运转区域，能够将无轴承电机的电磁力充分地分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴的力)，因而在驱动轴的径向负载相对较大的运转区域能够确保驱动轴的支承力。
根据所述第十三方面，通过将无轴承电机布置在驱动轴的轴向上且比磁轴承靠近叶轮的位置处，从而能够在驱动轴的一端部连接有叶轮的涡轮压缩机中，将无轴承电机布置在驱动轴的径向载荷相对较大的位置处，并将磁轴承布置在驱动轴的径向载荷相对较小的位置处。
根据所述第十四方面，通过由交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机构成无轴承电机，从而与由磁铁表贴式无轴承电机构成无轴承电机的情况相比，能够增大无轴承电机的支承力(用于非接触地支承驱动轴的力)。
根据所述第十五方面，就非接触地支承驱动轴的驱动支承部而言，既能抑制驱动支承部的大型化，又能减少驱动轴在倾斜方向上的位移。
根据所述第十六方面，能够容易地对两个磁轴承进行控制。
根据所述第十七方面，能够更可靠地获得上述效果。
根据所述第十八方面，通过采用运算速度、输出容量分别与平移方向控制和倾斜方向控制最匹配的控制器，从而能够抑制控制器所花费的成本。
根据所述第十九到第二十二方面，磁轴承不仅承受用于减小倾斜位移角的力，还承受用于减少平移方向上的位移的力的一部分，因此能够减小无轴承电机为了减少平移方向上的位移而应输出的力，从而能够实现无轴承电机的小型化。
根据所述第二十三到第二十七方面，通过用气体轴承支承驱动轴的径向载荷中的至少一部分，从而能够减少无轴承电机承受的径向载荷。因此，能够提高无轴承电机的驱动扭矩输出。
根据所述第二十三到第二十七方面，能够将包括无轴承电机、气体轴承以及驱动轴在内的旋转系统的轴向长度设定得较小。因此，能够扩大涡轮压缩机可安全运转的区域。
根据所述第二十八、第二十九以及第三十二方面，能够按照涡轮压缩机812的工作状况，在电源部861、862的电源容量的范围内调节电枢电压VA和支承电流IS。
根据所述第三十方面，能够使支承电流IS不超过第一上限值，另一方面，能够使在电枢绕组846a～846c、856a～856c中流动的电流即电枢电流IA所引起的径向支承力增大。
根据所述第三十一方面，当在欲防止电枢电压VA超过第二上限值的情况下使得电枢电流IA所引起的径向支承力减小时，通过使支承电流IS增大，从而能够利用其引起的径向支承力来弥补该减小的径向支承力。
根据所述第三十三方面，例如，能够根据需要利用支承绕组847a～847c、857a～857c的发热。
根据所述第三十四方面，例如，能够根据需要利用电枢绕组846a～846c、856a～856c的发热。
根据所述第三十五方面，即使将支承电流IS抑制在第一上限值以下，也能够利用电枢电流IA的增大来使无轴承电机840、850的径向支承力增大。
根据所述第三十六和第三十七方面，在制冷装置900中能够获得上述效果。
附图说明
图1是主视图，其示出本发明的第一实施方式的涡轮压缩机的构成例。
图2是横向剖视图，其示出第一无轴承电机的构成例。
图3是第一无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通和驱动用磁通。
图4是第一无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通和支承用磁通。
图5是第一无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图6是示出第二无轴承电机的构成例的横向剖视图，其示出磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图7是用于说明涡轮压缩机的运转区域的图。
图8是主视图，其示出本发明的第二实施方式的涡轮压缩机的构成例。
图9是横向剖视图，其示出径向磁轴承的构成例。
图10是简图，其举例示出本发明的第三实施方式的空调机的构成。
图11是纵向剖视图，其举例示出涡轮压缩机的构成。
图12是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的构成。
图13是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通和驱动用磁通。
图14是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通和支承用磁通。
图15是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图16是横向剖视图，其举例示出径向磁轴承的构成。
图17是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的变形例的构成。
图18是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机的变形例中产生的磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图19是简图，其举例示出本发明的第四实施方式的空调机的构成。
图20是纵向剖视图，其举例示出涡轮压缩机的构成。
图21是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的构成。
图22是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通和驱动用磁通。
图23是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通和支承用磁通。
图24是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机中产生的磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图25是横向剖视图，其举例示出径向磁轴承的构成。
图26是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的变形例1。
图27是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机的变形例1中产生的磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图28是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的变形例2。
图29是横向剖视图，其举例示出在无轴承电机的变形例2中产生的磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图30示出本发明的第五实施方式的涡轮压缩机的构成例。
图31是横向剖视图，其示出无轴承电机的构成例。
图32是无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通和驱动用磁通。
图33是无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通和支承用磁通。
图34是无轴承电机的横向剖视图，其示出磁铁磁通、驱动用磁通以及支承用磁通。
图35是横向剖视图，其示出径向磁轴承的构成例。
图36是纵向剖视图，其示出径向磁轴承的构成例。
图37示出两个径向磁轴承之间的接线状态。
图38示出倾斜位移角、各传感器检测出的间隙以及全长的关系。
图39是主视图，其示出本发明的第六实施方式的涡轮压缩机的构成例。
图40是图39中的X部分的放大图。
图41是主视图，其示出本发明的第七实施方式的涡轮压缩机的构成例。
图42是图41中的Y部分的放大图。
图43是简图，其举例示出本发明的第八实施方式的空调装置的构成。
图44是纵向剖视图，其举例示出涡轮压缩机的构成。
图45是横向剖视图，其举例示出无轴承电机的构成。
图46是简图，其举例示出本发明的第九实施方式的制冷装置的构成。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下实施方式仅为本质上优选的示例，并没有限制本发明、其应用对象或其用途范围的意图。
(发明的第一实施方式)
对本发明的第一实施方式进行说明。本实施方式的涡轮压缩机101设置在进行制冷循环的制冷剂回路(未图示)中并对制冷剂进行压缩。如图1所示，涡轮压缩机101包括壳体110、叶轮120、驱动轴130、保护轴承(touch down bearing)140、141、推力磁轴承150、控制部190、电源部191、第一无轴承电机160以及第二无轴承电机170。第一无轴承电机160和第二无轴承电机170排列着布置在驱动轴130的轴向上。
需要说明的是，在本说明书的说明中，“轴向”是指旋转轴方向，即驱动轴130的轴心的方向，“径向”是指与驱动轴130的轴向正交的方向。“外周侧”是指离驱动轴130的轴心较远的一侧，“内周侧”是指离驱动轴130的轴心较近的一侧。
－壳体－
壳体110形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体110内的空间由壁部111隔开，壁部111右侧的空间构成收纳叶轮120的叶轮室112，壁部111左侧的空间构成收纳第一、第二无轴承电机160、170的电动机室114。在壳体110内沿轴向延伸的驱动轴130连结叶轮120与第一、第二无轴承电机160、170。第一、第二无轴承电机160、170构成驱动支承部。
－叶轮－
叶轮120由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状。叶轮120以固定在驱动轴130的一端上的状态，收纳在叶轮室112中。叶轮室112与吸入管115和喷出管116相连，在叶轮室112的外周部，形成有压缩空间113。吸入管115被设置为用于将制冷剂从外部引入叶轮室112内，喷出管116被设置为用于将在叶轮室112内被压缩后的高压制冷剂送回外部。
－保护轴承－
在涡轮压缩机101中设有两个保护轴承140、141。一个保护轴承140设在驱动轴130的一端部(图1的右侧端部)附近，另一个保护轴承141设在驱动轴130的另一端部附近。所述保护轴承140、141构成为在第一、第二无轴承电机160、170未通电时(即，驱动轴130未上浮时)支承驱动轴130。
－推力磁轴承－
如图1所示，推力磁轴承150具有第一、第二电磁铁151、152，且构成为利用电磁力非接触地支承设在驱动轴130的另一端部(即，与固定有叶轮120的一端部相反的一侧的端部)上的圆盘状的部分(以下称为圆盘部131)。推力磁轴承150通过对在第一、第二电磁铁151、152中流动的电流进行控制，从而能够对驱动轴130的被支承部(圆盘部131)在第一、第二电磁铁151、152相向的方向(即轴向，图1中为左右方向)上的位置进行控制。
－控制部－
控制部190根据能够检测圆盘部131与推力磁轴承150之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值、能够检测第一、第二无轴承电机160、170中定子164、174与转子161、171之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值、以及叶轮120和驱动轴130的目标转速的信息，输出用于控制向推力磁轴承150供给的电压的电压指令值(推力电压指令值)、用于控制向第一、第二无轴承电机160、170供给的电压的电压指令值(电机电压指令值)，以便使驱动轴130的位置成为所期望的位置。例如，控制部190能够由微型计算机(未图示)和指示该微型计算机工作的程序构成。
－电源部－
电源部191根据来自控制部190的推力电压指令值和电机电压指令值，分别向推力磁轴承150和第一、第二无轴承电机160、170供给电压。例如，电源部191能够由PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)放大器构成。电源部191构成电路。
－第一无轴承电机－
第一无轴承电机160布置在电动机室114中离叶轮120较近的一侧。第一无轴承电机160构成为利用电磁力驱动驱动轴130旋转且非接触地支承驱动轴130的径向载荷。第一无轴承电机160具有一个转子161和一个定子164。转子161被固定在驱动轴130上，定子164被固定在壳体110的内周壁上。
图2是横向剖视图，其示出第一无轴承电机160的构成例。如图2所示，第一无轴承电机160是交替极式无轴承电机。第一无轴承电机160的定子164具有后轭部165、省略图示的多个齿部、卷绕在齿部上的驱动用线圈166a～166c以及支承用线圈167a～167c。第一无轴承电机160的转子161具有铁芯部162和埋设在该铁芯部162中的多个(在该例中为四个)永磁铁163。
定子164由磁性材料(例如，叠层钢板)制成。定子164的后轭部165形成为圆筒状。驱动用线圈166a～166c和支承用线圈167a～167c通过分布绕组方式卷绕在各齿部上。需要说明的是，驱动用线圈166a～166c和支承用线圈167a～167c也可以通过集中绕组方式卷绕在各齿部上。
驱动用线圈166a～166c是卷绕在齿部的内周侧部分上的线圈。驱动用线圈166a～166c由图2中用粗实线圈出的U相驱动用线圈166a、用粗虚线圈出的V相驱动用线圈166b以及用细实线圈出的W相驱动用线圈166c构成。
支承用线圈167a～167c是卷绕在齿部的外周侧部分上的线圈。支承用线圈167a～167c由图2中用粗实线圈出的U相支承用线圈167a、用粗虚线圈出的V相支承用线圈167b以及用细实线圈出的W相支承用线圈167c构成。
转子161的铁芯部162形成为圆筒状。在铁芯部162的中央部形成有供驱动轴130插入的轴孔(未图示)。铁芯部162由磁性材料(例如，叠层钢板)制成。四个永磁铁163在转子161的周向上以90°节距角AP1埋设在铁芯部162的外周面附近，所述四个永磁铁163具有沿该外周面延伸的形状。所述四个永磁铁163的形状彼此相同。各永磁铁163的外周面侧为N极，各永磁铁163之间的铁芯部162的外周面为模拟S极。需要说明的是，也可以是各永磁铁163的外周面侧为S极。
在图3中，示出第一无轴承电机160中由各永磁铁163产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000201
以及为了驱动叶轮120和驱动轴130旋转而产生的驱动用磁通BM1。第一无轴承电机160构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000202
和驱动用磁通BM1之间的相互作用来产生图3所示的驱动扭矩T1(即，使驱动轴130沿图3的逆时针方向旋转的扭矩)。需要说明的是，在图3中，示出与在驱动用线圈166a～166c中流动的电流等效的电流IM1。
在图4中，示出第一无轴承电机160中由各永磁铁163产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000203
和为了非接触地支承驱动轴130的径向载荷而产生的支承用磁通BS1。第一无轴承电机160构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000204
和支承用磁通BS1之间的相互作用来产生图4所示的支承力F1(即，将驱动轴130向图4的右方推压的力)。需要说明的是，在图4中，示出了与在支承用线圈167a～167c中流动的电流等效的电流IS1。
由图4可知，支承用磁通BS1的磁路是通过定子164的后轭部165和齿部、气隙、转子161的铁芯部162的路径。后轭部165、齿部以及铁芯部162的磁阻小于永磁铁163的磁阻。因此，如下文所述，与永磁铁173布置在转子171的几乎整个外周面上的第二无轴承电机170(即，在磁路中包括永磁铁173的第二无轴承电机170，其中，该磁路用于产生支承驱动轴130的径向载荷的磁力)相比，在第一无轴承电机160中，磁路的磁阻较小，其中，该磁路用于产生支承驱动轴130的径向载荷的磁力。其结果是，与第二无轴承电机170相比，第一无轴承电机160能够产生更大的用于支承驱动轴130的径向载荷的支承力。
在图5中，示出了第一无轴承电机160中由各永磁铁163产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000205
为了驱动叶轮120和驱动轴130旋转而产生的驱动用磁通BM1以及为了非接触地支承驱动轴130的径向载荷而产生的支承用磁通BS1。第一无轴承电机160构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000206
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生图5所示的驱动扭矩T1和支承力F1。需要说明的是，在图5中，示出与在驱动用线圈166a～166c和支承用线圈167a～167c中流动的电流等效的电流IM1、IS1。
－第二无轴承电机－
第二无轴承电机170布置在电动机室114中离叶轮120较远的一侧。第二无轴承电机170构成为利用电磁力驱动驱动轴130旋转且非接触地支承驱动轴130的径向载荷。第二无轴承电机170具有一个转子171和一个定子174。转子171被固定在驱动轴130上，定子174被固定在壳体110上。
图6是横向剖视图，其示出第二无轴承电机170的构成例。如图6所示，第二无轴承电机170是表现出实质上与磁铁表贴式无轴承电机相同的动作的磁铁内置式无轴承电机。第二无轴承电机170的定子174的构成与第一无轴承电机160的定子164的构成相同。第二无轴承电机170的转子171具有铁芯部172和埋设在该铁芯部172中的多个(在该例中为八个)永磁铁173。
转子171的铁芯部172形成为圆筒状。在铁芯部172的中央部形成有供驱动轴130插入的轴孔(未图示)。铁芯部172由磁性材料(例如，叠层钢板)制成。八个永磁铁173在转子171的周向上以45°节距角AP2(即，第一无轴承电机60的90°节距角AP1的一半)埋设在铁芯部172的外周面附近，所述八个永磁铁173具有沿该外周面延伸的形状。所述八个永磁铁173的形状彼此相同，而且与第一无轴承电机160的四个永磁铁163的形状也彼此相同。各永磁铁173的外周面侧构成为在转子171的周向上N极和S极交替地出现。
在图6中，示出第二无轴承电机170中由各永磁铁173产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000211
为了驱动叶轮120和驱动轴130旋转而产生的驱动用磁通BM2以及为了非接触地支承驱动轴130的径向载荷而产生的支承用磁通BS2。第二无轴承电机170构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000212
驱动用磁通BM2以及支承用磁通BS2之间的相互作用来同时产生图6所示的驱动扭矩T2(即，使驱动轴130沿图6的逆时针方向旋转的扭矩)和支承力F2(即，将驱动轴130向图6的右方推压的力)。
由图6可知，支承用磁通BS2的磁路是通过定子174的后轭部175和齿部、气隙、转子171的永磁铁173和铁芯部172的路径。
另一方面，第二无轴承电机170的永磁铁173的数量比第一无轴承电机160的永磁铁163的数量多。因此，与第一无轴承电机160相比(参照图3)，在第二无轴承电机170中，由永磁铁173产生的磁通的密度较高。其结果是，与第一无轴承电机160相比，第二无轴承电机170能够产生更大的驱动扭矩T2，其中，该驱动扭矩T2用于驱动叶轮120和驱动轴130旋转。
〈涡轮压缩机的运转区域〉
图7是用于说明涡轮压缩机101的运转区域的图。在图7中，横轴表示制冷剂体积流量，纵轴表示压头。利用电源部191使规定的电流范围内的电流在驱动支承部(在本实施方式中，为第一、第二无轴承电机160、170)中流动，由此涡轮压缩机101能够在规定的运转区域运转。
该规定的运转区域主要包括图7中位于粗线所示的喘振线的内侧的稳态运转区域A、高负载扭矩区域B和湍流区域C、以及位于该喘振线的外侧的喘振区域D。在本说明书中，将涡轮压缩机101在稳态运转区域A和高负载扭矩区域B运转的情况又称为“正常运转时”。并且，将湍流区域C又称为“产生旋转失速的区域”。
稳态运转区域A是图7中符号A所示的区域，在该区域，叶轮120和驱动轴130的负载扭矩(即，用于驱动叶轮120和驱动轴130旋转的驱动扭矩T1、T2)相对较小，且驱动轴130的径向载荷也相对较小。
高负载扭矩区域B是图7中符号B所示的区域，在该区域，叶轮120和驱动轴130的负载扭矩相对较大，且驱动轴130的径向载荷也相对较大。
在图7中，涡轮压缩机101中叶轮120和驱动轴130的负载扭矩在该高负载扭矩区域B中最靠右上的点处成为最大。当使涡轮压缩机101在该负载扭矩为最大的点处运转时，驱动用磁通BM(即，第一无轴承电机160的驱动用磁通BM1与第二无轴承电机170的驱动用磁通BM2之和)的值成为其最大值BMmax。该BMmax是为了产生与所述规定的运转区域中的最大扭矩负载对应的驱动扭矩而在驱动支承部产生的磁通。当驱动用磁通BM的值成为其最大值BMmax时，电流总和为最大扭矩电流IBMmax的电流在第一、第二无轴承电机160、170的驱动用线圈166a～166c、176a～176c中流动。
在图7中，涡轮压缩机101中叶轮120和驱动轴130的负载扭矩和驱动轴130的径向载荷分别在该高负载扭矩区域B中最靠右上的点处增大(尤其是负载扭矩成为最大)。并且，在图7中，当使涡轮压缩机101在该高负载扭矩区域B中最靠右上的点处运转时，所述驱动用磁通BM与支承用磁通BS(即，第一无轴承电机160的支承用磁通BS1与第二无轴承电机170的支承用磁通BS2之和)之和成为其最大值(BM+BS)max。
湍流区域C是图7中符号C所示的区域，在该区域，叶轮120和驱动轴130的负载扭矩相对较小，而驱动轴130的径向载荷相对较大。在该湍流区域C，如上所述可能产生旋转失速。旋转失速是在下述情况产生的现象：例如，在冷凝温度(即，室外气温)相对较高的状态下，降低制冷负荷使涡轮压缩机101运转。这样的运转典型的是在下述情况下进行的：在大楼等有很多房间的建筑物中，仅要求对部分房间进行空气调节。如果产生旋转失速，在叶轮120的多个叶片之间会产生压力不平衡，这样一来，驱动轴130就会振动。在湍流区域C，驱动轴130的径向载荷由于该振动而相对较大。
喘振区域D是图7中符号D所示的区域，在停电时等紧急情况下，涡轮压缩机101有时会临时在该喘振区域D运转。在喘振区域D，叶轮120和驱动轴130的负载扭矩相对较小，而驱动轴130的径向载荷相对较大。涡轮压缩机101的驱动轴130的径向载荷在该喘振区域D中规定的点处成为最大。当使涡轮压缩机101在该径向载荷为最大的点处运转时，所述支承用磁通BS的值成为其最大值BSmax。该BSmax是为了非接触地支承所述规定的运转区域的驱动轴130的最大径向载荷而在驱动支承部产生的磁通。当支承用磁通BS的值为其最大值BSmax时，电流总和为最大支承力电流IBSmax的电流在第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c中流动。
此处，常规思路是在第一、第二无轴承电机160、170中可同时产生最大负载扭矩和最大径向载荷支承力这两者，如果遵循该常规思路，就要将第一、第二无轴承电机160、170构成为：通过使相当于所述规定的电流范围的上限值的电流在第一、第二无轴承电机160、170中流动，而在该第一、第二无轴承电机160、170产生磁通Bmax，使磁通Bmax与BMmax+BSmax一致(Bmax＝BMmax+BSmax)。
相对于此，在本实施方式中，将第一、第二无轴承电机160、170构成为：通过使总和相当于规定的电流范围的上限值的电流在第一、第二无轴承电机160、170中流动而在该第一、第二无轴承电机160、170产生磁通Bmax，使磁通Bmax在(BM+BS)max以上且小于BMmax+BSmax((BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax)。
具体而言，与遵循常规思路的构成相比，将第一、第二无轴承电机160、170构成为：定子164、174的外径、齿部的周向宽度和转子161、171的外径、以及定子164、174和转子161、171的轴向长度等较小。即，在本实施方式的构成中，与遵循常规思路的构成相比，能够使第一、第二无轴承电机160、170中构成磁路的部件即定子164、174和转子161、171实现小型化。
这基于本申请发明人所发现的下述事实：在用于制冷装置的涡轮压缩机101中，需要最大驱动扭矩的运转区域(即，高负载扭矩区域B)与需要最大径向载荷支承力的运转区域(即，喘振区域D)互不相同。也就是说，不需要在第一、第二无轴承电机160、170中同时产生最大驱动扭矩和最大径向载荷支承力这两者，因此，根据本实施方式，将第一、第二无轴承电机160、170构成为保证(BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax这一关系成立，由此能够在不影响涡轮压缩机101的功能和可靠性的情况下使该第一、第二无轴承电机160、170实现小型化。
〈控制部和电源部在喘振区域等的工作情况〉
在使涡轮压缩机101在喘振区域D运转之际，控制部190向电源部191发送电机指令值，以便当以同一转速进行比较时，与正常运转时相比，使用于产生支承用磁通BS的电流IS(即，在第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c中流动的电流之和IS1+IS2)相对于用于产生驱动用磁通BM(即，在第一、第二无轴承电机160、170产生的驱动用磁通之和BM1+BM2)的电流IM(即，在第一、第二无轴承电机160、170的驱动用线圈166a～166c、176a～176c中流动的电流之和IM1+IM2)的比率增大。
此时，电源部191根据从控制部190发送来的电机指令值，向该第一、第二无轴承电机160、170供给电压，以使在第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c中流动的电流IS相对于在驱动用线圈166a～166c、176a～176c中流动的电流IM的比率增大。
并且，在使涡轮压缩机101在产生旋转失速的区域(即，湍流区域C)和喘振区域D运转的情况下，控制部190向电源部191发送电机指令值，以便当以同一转速进行比较时，使用于产生支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生驱动用磁通BM(即，在第一、第二无轴承电机160、170产生的驱动用磁通之和BM1+BM2)的电流IM的比率随着制冷剂体积流量的减少而增大。
此时，电源部191根据从控制部190发送来的电机指令值，向该第一、第二无轴承电机160、170供给电压，以使在第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c中流动的电流IS相对于在驱动用线圈166a～166c、176a～176c中流动的电流IM的比率增大。
并且，在使涡轮压缩机101在喘振区域D运转的情况下或使驱动轴130的旋转运动正常停止的情况下，控制部190向电源部191发送电机指令值，以便不使电流IM流向第一、第二无轴承电机160、170的驱动用线圈166a～166c、176a～176c，而使电流IS流向第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c。
此时，电源部191根据从控制部190发送来的电机指令值，向该第一、第二无轴承电机160、170供给电压，以使电流IS在第一、第二无轴承电机160、170的支承用线圈167a～167c、177a～177c中流动。
－第一实施方式的效果－
当将第一、第二无轴承电机160、170应用于涡轮压缩机101中时，与遵循常规思路构成该第一、第二无轴承电机160、170的情况相比，在本实施方式中，能够使第一、第二无轴承电机160、170实现小型化。因此，能够实现涡轮压缩机101整体的小型化、涡轮压缩机101的低成本化等。
在本实施方式中，仅由第一、第二无轴承电机160、170支承驱动轴130的径向载荷，因此能够省去现有的涡轮压缩机(例如，参照专利文献1)中使用的两个径向磁轴承，从而能够使包括叶轮120和驱动轴130在内的旋转系统实现小型化。因此，该旋转系统的谐振频率比现有技术提高，这样一来，能够扩大能使涡轮压缩机101安全运转的运转区域。
在本实施方式中，在使涡轮压缩机101在喘振区域D运转的情况下，驱动轴130的径向载荷比正常运转时大，对应于这一点，与正常运转时相比，使用于产生支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生驱动用磁通BM的电流IM的比率增大。这样一来，能够使涡轮压缩机101在喘振区域D也毫无问题地运转。
在本实施方式中，在使涡轮压缩机101在湍流区域C和喘振区域D运转的情况下，当以同一转速进行比较时，驱动轴130的径向载荷随着制冷剂体积流量的减少而增大，对应于这一点，使用于产生支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生驱动用磁通BM的电流IM的比率增大。这样一来，能够使涡轮压缩机101在湍流区域C和喘振区域D也毫无问题地运转。
－第一实施方式的变形例－
对第一实施方式的变形例进行说明。本变形例的相当于规定的电流范围的上限值的电流与上述第一实施方式中不同。
在本变形例中，相当于规定的电流范围的上限值的电流是将最大扭矩电流IBMmax与最大支承力电流IBSmax相加而得到的电流。并且，在本变形例中，将第一、第二无轴承电机160、170构成为：通过使电流总和为最大扭矩电流IBMmax与最大支承力电流IBSmax相加得到的电流流向第一、第二无轴承电机160、170的线圈166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c而在该第一、第二无轴承电机160、170产生磁通BMSmax，使磁通BMSmax小于BMmax+BSmax(BMSmax＜BMmax+BSmax)。需要说明的是，能够认为：当在第一、第二无轴承电机160、170产生磁通BMSmax时，在驱动用磁通BM和支承用磁通BS的主磁路中产生磁饱和。
具体而言，与上述第一实施方式相同，与遵循常规思路的构成相比，将第一、第二无轴承电机160、170构成为：定子164、174的外径、齿部的周向宽度和转子161、171的外径、以及定子164、174和转子161、171的轴向长度等较小。即，在本变形例的构成中，与遵循常规思路的构成相比，也能够使第一、第二无轴承电机160、170中构成磁路的部件即定子164、174和转子161、171实现小型化。
(发明的第二实施方式)
对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的涡轮压缩机101的驱动支承部的构成与上述第一实施方式中不同。以下主要说明与第一实施方式的不同点。
如图8所示，本实施方式的涡轮压缩机101不包括第一、第二无轴承电机160、170，而是包括一个径向磁轴承180和一个无轴承电机170。径向磁轴承180和无轴承电机170构成驱动支承部。
径向磁轴承180布置在电动机室114中离叶轮120较近的一侧，无轴承电机170布置在电动机室114中离叶轮120较远的一侧。无轴承电机170的构成例如与上述第一实施方式的第二无轴承电机170的构成相同。需要说明的是，也可以是径向磁轴承180布置在电动机室114中离叶轮120较远的一侧，无轴承电机170布置在电动机室114中离叶轮120较近的一侧。
图9是横向剖视图，其示出径向磁轴承180的构成例。如图9所示，径向磁轴承180构成异极式径向磁轴承。径向磁轴承180具有定子181和多个线圈184，定子181具有后轭部182和多个齿部183，多个线圈184卷绕在齿部183上。径向磁轴承180构成为：利用电源部191使电流在各线圈184中流动而产生电磁力，由该电磁力非接触地支承驱动轴130的径向载荷。需要说明的是，在各线圈184中流动的电流的方向被设定为：保证在图9所示的方向上产生支承用磁通BS1。径向磁轴承180被固定在壳体110的内周壁上。
在第二实施方式中，为了驱动叶轮120和驱动轴130旋转而在无轴承电机170和径向磁轴承180产生的磁通即驱动用磁通BM是无轴承电机170的驱动用磁通BM2。为了支承驱动轴130的径向载荷而在无轴承电机170和径向磁轴承180产生的磁通即支承用磁通BS是径向磁轴承180的支承用磁通BS1(参照图9)与无轴承电机170的支承用磁通BS2之和。
在本实施方式中，也能够获得与上述第一实施方式相同的效果。
(发明的第三实施方式)
对本发明的第三实施方式进行说明。
〈空调机〉
图10举例示出了实施方式的空调装置300的构成。空调装置300包括制冷剂回路310。制冷剂回路310具有涡轮压缩机210、冷凝器320、膨胀阀330以及蒸发器340，且构成为制冷剂循环而进行制冷循环。例如，冷凝器320和蒸发器340由交叉翅片(cross fin)型热交换器构成，膨胀阀330由电动阀构成。
〈涡轮压缩机〉
图11举例示出图10所示的涡轮压缩机210的构成。涡轮压缩机210设在制冷剂回路310中且构成为对制冷剂进行压缩。在该例中，涡轮压缩机210包括壳体211、叶轮221以及电动机系统230。电动机系统230具有驱动轴240、无轴承电机250、径向磁轴承260、控制部280以及电源部281。在该例中，电动机系统230还具有第一保护轴承231、第二保护轴承232以及推力磁轴承233。
需要说明的是，在下述说明中，“轴向”是指旋转轴方向，即驱动轴240的轴心的方向，“径向”是指与驱动轴240的轴向正交的方向。“外周侧”是指离驱动轴240的轴心较远的一侧，“内周侧”是指离驱动轴240的轴心较近的一侧。
－壳体－
壳体211形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体211内的空间由壁部211a隔开，壁部211a右侧的空间构成收纳叶轮221的叶轮室S201，壁部211a左侧的空间构成收纳无轴承电机250的电动机室S202。在电动机室S202中，收纳有无轴承电机250、径向磁轴承260、第一保护轴承231、第二保护轴承232以及推力磁轴承233，它们被固定在电动机室S202的内周壁上。
－驱动轴－
驱动轴240是为了驱动负载220(在该例中为叶轮221)旋转而设置的。在该例中，驱动轴240在壳体211内沿轴向延伸，并连结叶轮221与无轴承电机250。具体而言，在驱动轴240的一端部固定有叶轮221，在驱动轴240的中间部布置有无轴承电机250。在驱动轴240的另一端部(即，与固定有叶轮221的一端部相反的一侧的端部)，设有圆盘状的部分(以下记作“圆盘部241”)。需要说明的是，圆盘部241由磁性材料(例如铁)制成。
－叶轮(负载)－
叶轮221由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状，且以固定在驱动轴240的一端部的状态，收纳在叶轮室S201中。叶轮室S201与吸入管P201和喷出管P202相连。吸入管P201被设置为用于从外部将制冷剂(流体)引入叶轮室S201。喷出管P202被设置为用于将在叶轮室S201内被压缩后的高压制冷剂(流体)送回外部。即，在该例中，由叶轮221和叶轮室S201构成压缩机构。
－无轴承电机－
无轴承电机250具有一个转子251和一个定子254，并构成为驱动驱动轴240旋转且非接触地支承驱动轴240的径向载荷。转子251被固定在驱动轴240上，定子254被固定在壳体211的内周壁上。
如图12所示，在该例中，无轴承电机250由交替极式无轴承电机构成。
无轴承电机250的转子251具有转子铁芯252和埋设在转子铁芯252中的多个(在该例中为四个)永磁铁253。转子铁芯252由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且形成为圆柱状。在转子铁芯252的中央部，形成有供驱动轴240插入的轴孔。
多个永磁铁253以规定的节距角布置在转子251的周向上。在该例中，四个永磁铁253以90°节距角布置在转子251的周向上。并且，在该例中，永磁铁253埋设在转子铁芯252的外周面附近(外周部)，且形成为沿转子铁芯252的外周面延伸的形状(圆弧状)。四个永磁铁253的形状彼此相同。四个永磁铁253的外周面侧为N极，在转子铁芯252的外周面上且位于转子251的周向上四个永磁铁253之间的部分为模拟S极。需要说明的是，也可以是四个永磁铁253的外周面侧为S极。在此情况下，在转子铁芯252的外周面上且位于转子251的周向上四个永磁铁253之间的部分为模拟N极。
无轴承电机250的定子254由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且具有后轭部255、多个齿部(省略图示)、卷绕在齿部上的驱动用线圈256a、256b、256c以及支承用线圈257a、257b、257c。后轭部255形成为圆筒状。驱动用线圈256a、256b、256c和支承用线圈257a、257b、257c通过分布绕组方式卷绕在各齿部上。需要说明的是，驱动用线圈256a、256b、256c和支承用线圈257a、257b、257c也可以通过集中绕组方式卷绕在各齿部上。
驱动用线圈256a、256b、256c是卷绕在齿部的内周侧部分上的线圈。驱动用线圈256a、256b、256c由图12中用粗实线圈出的U相驱动用线圈256a、图12中用粗虚线圈出的V相驱动用线圈256b以及图12中用细实线圈出的W相驱动用线圈256c构成。
支承用线圈257a、257b、257c是卷绕在齿部的外周侧部分上的线圈。支承用线圈257a、257b、257c由图12中用粗实线圈出的U相支承用线圈257a、图12中用粗虚线圈出的V相支承用线圈257b以及图12中用细实线圈出的W相支承用线圈257c构成。
图13举例示出在无轴承电机250中产生的磁铁磁通(由永磁铁253产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000291
)和驱动用磁通(为了驱动驱动轴240旋转而产生的驱动用磁通BM1)。驱动用磁通BM1是根据在驱动用线圈256a、256b、256c中流动的电流而产生的磁通。无轴承电机250构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000292
和驱动用磁通BM1之间的相互作用来产生用于使驱动轴240旋转的驱动扭矩(图13中为用于使驱动轴240沿逆时针方向旋转的驱动扭矩T1)。需要说明的是，在图13中，示出了与在驱动用线圈256a、256b、256c中流动的电流等效的电流IM1。
图14举例示出在无轴承电机250中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000293
和支承用磁通(为了非接触地支承驱动轴240的径向载荷而产生的支承用磁通BS1)。支承用磁通BS1是根据在支承用线圈257a、257b、257c中流动的电流而产生的磁通。无轴承电机250构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000294
和支承用磁通BS1之间的相互作用来产生用于非接触地支承驱动轴240的径向载荷的支承力(图14中为向右作用于驱动轴240上的支承力F1)。需要说明的是，在图14中，示出了与在支承用线圈257a、257b、257c中流动的电流等效的电流IS1。
图15举例示出在无轴承电机250中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000301
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1。无轴承电机250构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000302
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生驱动扭矩T1和支承力F1。需要说明的是，在图15中，示出了与在驱动用线圈256a、256b、256c中流动的电流等效的电流IM1和与在支承用线圈257a、257b、257c中流动的电流等效的电流IS1。
－径向磁轴承(磁轴承)－
径向磁轴承260具有多个电磁铁(在该例中为第一到第四电磁铁261～264)，并构成为非接触地支承驱动轴240的径向载荷。
如图16所示，在该例中，径向磁轴承260构成异极式径向磁轴承。第一、第二电磁铁261、262夹着驱动轴240彼此相向，并利用第一、第二电磁铁261、262的合成电磁力非接触地支承驱动轴240。第三、第四电磁铁263、264夹着驱动轴240彼此相向，并利用第三、第四电磁铁263、264的合成电磁力非接触地支承驱动轴240。当俯视时，第三、第四电磁铁263、264相向的方向(图16中为从左向右逐渐下降的方向)与第一、第二电磁铁261、262相向的方向(图16中为从左向右逐渐上升的方向)正交。
具体而言，径向磁轴承260包括磁轴承铁芯265和多个(在该例中为八个)线圈268。磁轴承铁芯265例如由多张电磁钢板层叠构成，且具有后轭266和多个(在该例中为八个)齿267。后轭266形成为圆筒状。八个齿267沿后轭266的内周面以规定间距(在该例中为45°间距)排列在周向上，分别从后轭266的内周面朝向径向内侧突出，且各自的内周面(突端面)隔着规定的间隙与驱动轴240的外周面相向。
八个线圈268分别卷绕在磁轴承铁芯265的八个齿267上。这样一来，在该例中，构成八个电磁铁部(第一到第八电磁铁部271～278)。具体而言，在图16的顺时针方向上，依次排列有第一电磁铁部271、第二电磁铁部272、第七电磁铁部277、第八电磁铁部278、第三电磁铁部273、第四电磁铁部274、第五电磁铁部275以及第六电磁铁部276。
第一、第二电磁铁部271、272各自的线圈268串联起来而构成第一电磁铁261。第三、第四电磁铁部273、274各自的线圈268串联起来而构成第二电磁铁262。通过对在第一电磁铁261的线圈(即第一、第二电磁铁部271、272的线圈268)中流动的电流与在第二电磁铁262的线圈(即第三、第四电磁铁部273、274的线圈268)中流动的电流进行控制，从而能够控制第一、第二电磁铁261、262的合成电磁力，由此来对驱动轴240在第一、第二电磁铁261、262相向的方向(即径向，图16中为从左向右逐渐上升的方向)上的位置进行控制。
第五、第六电磁铁部275、276各自的线圈268串联起来而构成第三电磁铁263。第七、第八电磁铁部277、278各自的线圈268串联起来而构成第四电磁铁264。通过对在第三电磁铁263的线圈(即第五、第六电磁铁部275、276的线圈268)中流动的电流和在第四电磁铁264的线圈(即第七、第八电磁铁部277、278的线圈268)中流动的电流进行控制，从而能够控制第三、第四电磁铁263、264的合成电磁力，由此来对驱动轴240在第三、第四电磁铁263、264相向的方向(即与第一、第二电磁铁261、262相向的方向正交的径向，图16中为从左向右逐渐下降的方向)上的位置进行控制。
需要说明的是，线圈268的卷绕方向和在线圈268中流动的电流的方向被设定成：保证在第一到第四电磁铁261～264的各个电磁铁中产生吸引力(即，沿着将驱动轴240拉近的方向作用的电磁力)。具体而言，线圈268的卷绕方向和在线圈268中流动的电流的方向被设定成：保证沿图16所示的箭头的方向产生磁通。
－保护轴承－
第一保护轴承231设在驱动轴240的一端部(图11中为右端部)附近，第二保护轴承232设在驱动轴240的另一端部(图11中为左端部)附近。第一、第二保护轴承231、232构成为在无轴承电机250和径向磁轴承260未通电时(即驱动轴240未上浮时)支承驱动轴240。
－推力磁轴承－
推力磁轴承233具有第一、第二推力电磁铁233a、233b，且构成为利用电磁力非接触地支承驱动轴240的圆盘部241。具体而言，第一、第二推力电磁铁233a、233b分别形成为圆环状，并夹着驱动轴240的圆盘部241彼此相向，且利用第一、第二推力电磁铁233a、233b的合成电磁力非接触地支承驱动轴240的圆盘部241。即，通过对在第一、第二推力电磁铁233a、233b中流动的电流进行控制，从而能够控制第一、第二推力电磁铁233a、233b的合成电磁力，由此来对驱动轴240在第一、第二推力电磁铁233a、233b相向的方向(即轴向，图11中为左右方向)上的位置进行控制。
－各种传感器－
在电动机系统230的各部分，设有位置传感器、电流传感器、转速传感器等各种传感器(省略图示)。例如，在无轴承电机250上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与转子251的径向上的位置对应的检测信号；在径向磁轴承260上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与驱动轴240的径向上的位置对应的检测信号；在推力磁轴承233上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与驱动轴240的推力方向(轴向)上的位置对应的检测信号。所述位置传感器例如由电涡流式位移传感器构成，该电涡流式位移传感器对与测量对象物之间的间隙(距离)进行检测。
－控制部－
控制部280构成为：根据来自设在电动机系统230的各部分的各种传感器的检测信号、驱动轴240的目标转速等信息，生成并输出电机电压指令值、径向电压指令值以及推力电压指令值，以便在驱动轴240被非接触地支承住的状态下使驱动轴240的转速达到预先设定的目标转速。电机电压指令值是用于对供往无轴承电机250的定子254的线圈(省略图示)的电压进行控制的指令值。径向电压指令值是用于对供往径向磁轴承260的第一到第四电磁铁261～264的线圈268的电压进行控制的指令值。推力电压指令值是用于对供往推力磁轴承233的第一、第二推力电磁铁233a、233b的线圈(省略图示)的电压进行控制的指令值。控制部280例如由CPU等运算处理部和存储部等构成，该存储部是存储用于指示运算处理部工作的程序和信息的存储器等。
－电源部－
电源部281构成为：根据从控制部280输出的电机电压指令值、径向电压指令值以及推力电压指令值，分别向无轴承电机250的定子254的线圈(具体而言是驱动用线圈256a、256b、256c和支承用线圈257a、257b、257c)、径向磁轴承260的第一到第四电磁铁261～264的线圈268以及推力磁轴承233的第一、第二推力电磁铁233a、233b的线圈(省略图示)供给电压。电源部281例如由PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)放大器构成。
通过对施加于无轴承电机250的定子254的线圈(具体而言是驱动用线圈256a、256b、256c和支承用线圈257a、257b、257c)上的电压进行控制，从而能够控制在定子254的线圈中流动的电流，由此来对在无轴承电机250中产生的磁通(具体而言是驱动用磁通BM1和支承用磁通BS1)进行控制。通过对供往径向磁轴承260的第一到第四电磁铁261～264的线圈268的电压进行控制，从而能够控制在第一到第四电磁铁261～264的线圈268中流动的电流，由此来对第一到第四电磁铁261～264的合成电磁力进行控制。与此相同，通过对供往推力磁轴承233的第一、第二推力电磁铁233a、233b的线圈(省略图示)的电压进行控制，从而能够控制在第一、第二推力电磁铁233a、233b的线圈中流动的电流，由此来对第一、第二推力电磁铁233a、233b的合成电磁力进行控制。
－无轴承电机和径向磁轴承的布置－
径向磁轴承260在驱动轴240的轴向上布置在比由无轴承电机250支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。在该例中，在驱动轴240的一端部连接有负载220(在该例中为叶轮221)。径向磁轴承260在驱动轴240的轴向上布置在比无轴承电机250靠近负载220的位置(在该例中为靠近叶轮221的位置)处。需要说明的是，存在下述倾向：驱动轴240的轴向上的位置越靠近驱动轴240的一端部(即负载220)，在该位置处的驱动轴240的径向载荷就越大。因此，通过将径向磁轴承260布置在驱动轴240的轴向上且比无轴承电机250靠近负载220的位置处，而能够在驱动轴240的一端部连接有负载220的电动机系统230中，将径向磁轴承260布置在驱动轴240的径向载荷相对较大的位置处，并将无轴承电机250布置在驱动轴240的径向载荷相对较小的位置处。
－第三实施方式的效果－
如上所述，在该实施方式所涉及的电动机系统230中，通过用无轴承电机250和径向磁轴承260驱动驱动轴240旋转并非接触地支承驱动轴240，从而与设置仅驱动驱动轴240旋转的电机和仅非接触地支承驱动轴240的磁轴承以代替无轴承电机250的情况相比，能够使电动机系统230实现小型化。具体而言，能够缩短驱动轴240。
在该实施方式所涉及的电动机系统230中，由径向磁轴承260支承的径向载荷大于由无轴承电机250支承的径向载荷。即，径向磁轴承260布置在驱动轴240的径向载荷相对较大的位置处，无轴承电机250布置在驱动轴240的径向载荷相对较小的位置处。
需要说明的是，就无轴承电机250而言，会将电磁力分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴240的力)和驱动力(用于驱动驱动轴240旋转的力)，而就径向磁轴承260而言，能够将电磁力全部分配给支承力。因此，与无轴承电机250相比，径向磁轴承260能够产生较大的支承力。
其结果是，通过将径向磁轴承260布置在驱动轴240的径向载荷相对较大的位置处，并将无轴承电机250布置在驱动轴240的径向载荷相对较小的位置处，从而能够确保驱动轴240的支承力(用于非接触地支承驱动轴240的力)。
并且，既能够确保驱动轴240的支承力，又能够使电动机系统230实现小型化，因此能够使涡轮压缩机210实现小型化。
需要说明的是，在电动机系统230中，存在下述倾向：就包括负载220(在该例中为叶轮221)和驱动轴240在内的旋转系统而言，其轴向长度越短则谐振频率越高。因此，通过缩短驱动轴240，而能够提高包括负载220和驱动轴240在内的旋转系统的谐振频率。这样一来，能够扩大电动机系统230可安全运转的安全运转区域。
〈无轴承电机的变形例〉
如图17所示，无轴承电机250也可以由磁铁表贴式无轴承电机构成。在图17所示的磁铁表贴式无轴承电机250中，转子251具有转子铁芯252、设在转子铁芯252的外周面上的多个(在该例中为八个)永磁铁253以及包围多个永磁铁253的外周的保护部件258。多个永磁铁253以规定的节距角布置在转子251的周向上。在该例中，八个永磁铁253以45°节距角布置在转子251的周向上。并且，永磁铁253形成为沿转子铁芯252的外周面延伸的形状(圆弧状)。需要说明的是，八个永磁铁253的形状彼此相同。八个永磁铁253各自的外周面和内周面成为磁极面(S极面/N极面)，且构成为在转子251的周向上不同的磁极(S极/N极)交替排列。保护部件258形成为圆筒状，且设在多个永磁铁253的外周。
图18举例示出在图17所示的磁铁表贴式无轴承电机250中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000341
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1。与图12所示的交替极式无轴承电机250相同，图17和图18所示的磁铁表贴式无轴承电机250构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000342
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生驱动扭矩T1和支承力F1。
如图17和图18所示，磁铁表贴式无轴承电机250的永磁铁253的数量(在该例中为八个)比图12所示的交替极式无轴承电机250的永磁铁253的数量(图12的例子中为四个)多。因此，磁铁表贴式无轴承电机250的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000351
的密度比交替极式无轴承电机250的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000352
的密度高。其结果是，与交替极式无轴承电机250相比，磁铁表贴式无轴承电机250能够产生较大的驱动扭矩T1。
在该例中，与图12所示的交替极式无轴承电机250相比，图17所示的磁铁表贴式无轴承电机250的转子251的周向上的多个永磁铁253之间的间隔较窄。具体而言，在图12所示的交替极式无轴承电机250中，转子251的周向上的多个永磁铁253之间的间隔与永磁铁253的周向长度大致相等，而在图17所示的磁铁表贴式无轴承电机250中，转子251的周向上的多个永磁铁253之间的间隔比永磁铁253的周向长度窄，多个永磁铁253覆盖了转子铁芯252的几乎整个一周。
如上所述，通过由磁铁表贴式无轴承电机构成无轴承电机250，从而与由交替极式无轴承电机构成无轴承电机250的情况相比，能够增大无轴承电机250的驱动力(用于驱动驱动轴240旋转的力)。
(发明的第四实施方式)
对本发明的第四实施方式进行说明。
〈空调机〉
图19举例示出实施方式的空调装置500的构成。空调装置500包括制冷剂回路510。制冷剂回路510具有涡轮压缩机410、冷凝器520、膨胀阀530以及蒸发器540，且构成为制冷剂循环而进行制冷循环。例如，冷凝器520和蒸发器540由交叉翅片型热交换器构成，膨胀阀530由电动阀构成。
〈涡轮压缩机〉
图20举例示出图19所示的涡轮压缩机410的构成。涡轮压缩机410设置在制冷剂回路510中且构成为对制冷剂进行压缩。在该例中，涡轮压缩机410包括壳体411、叶轮421以及电动机系统430。电动机系统430具有驱动轴440、无轴承电机450、径向磁轴承460、控制部480以及电源部481。在该例中，电动机系统430还具有第一保护轴承431、第二保护轴承432以及推力磁轴承433。
需要说明的是，在下述说明中，“轴向”是指旋转轴方向，即驱动轴440的轴心的方向，“径向”是指与驱动轴440的轴向正交的方向。“外周侧”是指离驱动轴440的轴心较远的一侧，“内周侧”是指离驱动轴440的轴心较近的一侧。
－壳体－
壳体411形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体411内的空间由壁部411a隔开，壁部411a右侧的空间构成收纳叶轮421的叶轮室S401，壁部411a左侧的空间构成收纳无轴承电机450的电动机室S402。在电动机室S402中，收纳有无轴承电机450、径向磁轴承460、第一保护轴承431、第二保护轴承432以及推力磁轴承433，它们被固定在电动机室S402的内周壁上。
－驱动轴－
驱动轴440是为了驱动叶轮421旋转而设置的。在该例中，驱动轴440在壳体411内沿轴向延伸，并连结叶轮421与无轴承电机450。具体而言，在驱动轴440的一端部固定有叶轮421，在驱动轴440的中间部布置有无轴承电机450。在驱动轴440的另一端部(即，与固定有叶轮421的一端部相反的一侧的端部)，设有圆盘状的部分(以下记作“圆盘部441”)。需要说明的是，圆盘部441由磁性材料(例如铁)制成。
－叶轮－
叶轮421由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状，且以固定在驱动轴440的一端部的状态，收纳在叶轮室S401中。叶轮室S401与吸入管P401和喷出管P402相连。吸入管P401被设置为用于从外部将制冷剂(流体)引入叶轮室S401。喷出管P402被设置为用于将在叶轮室S401内被压缩后的高压制冷剂(流体)送回外部。即，在该例中，由叶轮421和叶轮室S401构成压缩机构。
－无轴承电机－
无轴承电机450具有一个转子451和一个定子454，并构成为驱动驱动轴440旋转且非接触地支承驱动轴440的径向载荷。转子451被固定在驱动轴440上，定子454被固定在壳体411的内周壁上。
如图21所示，在该例中，无轴承电机450由交替极式无轴承电机构成。
无轴承电机450的转子451具有转子铁芯452和埋设在转子铁芯452中的多个(在该例中为四个)永磁铁453。转子铁芯452由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且形成为圆柱状。在转子铁芯452的中央部，形成有供驱动轴440插入的轴孔。
多个永磁铁453以规定的节距角布置在转子451的周向上。在该例中，四个永磁铁453以90°节距角布置在转子451的周向上。并且，在该例中，永磁铁453埋设在转子铁芯452的外周面附近(外周部)，且形成为沿转子铁芯452的外周面延伸的形状(圆弧状)。四个永磁铁453的形状彼此相同。四个永磁铁453的外周面侧为N极，在转子铁芯452的外周面上且位于转子451的周向上四个永磁铁453之间的部分为模拟S极。需要说明的是，也可以是四个永磁铁453的外周面侧为S极。在此情况下，在转子铁芯452的外周面上且位于转子451的周向上四个永磁铁453之间的部分为模拟N极。
无轴承电机450的定子454由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且具有后轭部455、多个齿部(省略图示)、卷绕在齿部上的驱动用线圈456a、456b、456c以及支承用线圈457a、457b、457c。后轭部455形成为圆筒状。驱动用线圈456a、456b、456c和支承用线圈457a、457b、457c通过分布绕组方式卷绕在各齿部上。需要说明的是，驱动用线圈456a、456b、456c和支承用线圈457a、457b、457c也可以通过集中绕组方式卷绕在各齿部上。
驱动用线圈456a、456b、456c是卷绕在齿部的内周侧部分上的线圈。驱动用线圈456a、456b、456c由图21中用粗实线圈出的U相驱动用线圈456a、图21中用粗虚线圈出的V相驱动用线圈456b以及图21中用细实线圈出的W相驱动用线圈456c构成。
支承用线圈457a、457b、457c是卷绕在齿部的外周侧部分上的线圈。支承用线圈457a、457b、457c由图21中用粗实线圈出的U相支承用线圈457a、图21中用粗虚线圈出的V相支承用线圈457b以及图21中用细实线圈出的W相支承用线圈457c构成。
图22举例示出在无轴承电机450中产生的磁铁磁通(由永磁铁453产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000371
)和驱动用磁通(为了驱动驱动轴440旋转而产生的驱动用磁通BM1)。驱动用磁通BM1是根据在驱动用线圈456a、456b、456c中流动的电流而产生的磁通。无轴承电机450构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000372
和驱动用磁通BM1之间的相互作用来产生用于使驱动轴440旋转的驱动扭矩(图22中为用于使驱动轴440沿逆时针方向旋转的驱动扭矩T1)。需要说明的是，在图22中，示出了与在驱动用线圈456a、456b、456c中流动的电流等效的电流IM1。
图23举例示出在无轴承电机450中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000373
和支承用磁通(为了非接触地支承驱动轴440的径向载荷而产生的支承用磁通BS1)。支承用磁通BS1是根据在支承用线圈457a、457b、457c中流动的电流而产生的磁通。无轴承电机450构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000381
和支承用磁通BS1之间的相互作用来产生用于非接触地支承驱动轴440的径向载荷的支承力(图23中为向右作用于驱动轴440上的支承力F1)。需要说明的是，在图23中，示出了与在支承用线圈457a、457b、457c中流动的电流等效的电流IS1。
图24举例示出在无轴承电机450中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000382
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1。无轴承电机450构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000383
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生驱动扭矩T1和支承力F1。需要说明的是，在图24中，示出了与在驱动用线圈456a、456b、456c中流动的电流等效的电流IM1和与在支承用线圈457a、457b、457c中流动的电流等效的电流IS1。
－径向磁轴承(磁轴承)－
径向磁轴承460具有多个电磁铁(在该例中为第一到第四电磁铁461～464)，并构成为非接触地支承驱动轴440的径向载荷。
如图25所示，在该例中，径向磁轴承460构成异极式径向磁轴承。第一、第二电磁铁461、462夹着驱动轴440彼此相向，并利用第一、第二电磁铁461、462的合成电磁力非接触地支承驱动轴440。第三、第四电磁铁463、464夹着驱动轴440彼此相向，并利用第三、第四电磁铁463、464的合成电磁力非接触地支承驱动轴440。当俯视时，第三、第四电磁铁463、464相向的方向(图25中为从左向右逐渐下降的方向)与第一、第二电磁铁461、462相向的方向(图25中为从左向右逐渐上升的方向)正交。
具体而言，径向磁轴承460包括磁轴承铁芯465和多个(在该例中为八个)线圈468。磁轴承铁芯465例如由多张电磁钢板层叠构成，且具有后轭466和多个(在该例中为八个)齿467。后轭466形成为圆筒状。八个齿467沿后轭466的内周面以规定间距(在该例中为45°间距)排列在周向上，分别从后轭466的内周面朝向径向内侧突出，且各自的内周面(突端面)隔着规定的间隙与驱动轴440的外周面相向。
八个线圈468分别卷绕在磁轴承铁芯465的八个齿467上。这样一来，在该例中，构成八个电磁铁部(第一到第八电磁铁部471～478)。具体而言，在图25的顺时针方向上，依次排列有第一电磁铁部471、第二电磁铁部472、第七电磁铁部477、第八电磁铁部478、第三电磁铁部473、第四电磁铁部474、第五电磁铁部475以及第六电磁铁部476。
第一、第二电磁铁部471、472各自的线圈468串联起来而构成第一电磁铁461。第三、第四电磁铁部473、474各自的线圈468串联起来而构成第二电磁铁462。通过对在第一电磁铁461的线圈(即第一、第二电磁铁部471、472的线圈468)中流动的电流与在第二电磁铁462的线圈(即第三、第四电磁铁部473、474的线圈468)中流动的电流进行控制，从而能够控制第一、第二电磁铁461、462的合成电磁力，由此来对驱动轴440在第一、第二电磁铁461、462相向的方向(即径向，图25中为从左向右逐渐上升的方向)上的位置进行控制。
第五、第六电磁铁部475、476各自的线圈468串联起来而构成第三电磁铁463。第七、第八电磁铁部477、478各自的线圈468串联起来而构成第四电磁铁464。通过对在第三电磁铁463的线圈(即第五、第六电磁铁部475、476的线圈468)中流动的电流和在第四电磁铁464的线圈(即第七、第八电磁铁部477、478的线圈468)中流动的电流进行控制，从而能够控制第三、第四电磁铁463、464的合成电磁力，由此来对驱动轴440在第三、第四电磁铁463、464相向的方向(即与第一、第二电磁铁461、462相向的方向正交的径向，图25中为从左向右逐渐下降的方向)上的位置进行控制。
需要说明的是，线圈468的卷绕方向和在线圈468中流动的电流的方向被设定成：保证在第一到第四电磁铁461～464的各个电磁铁中产生吸引力(即，沿着将驱动轴440拉近的方向作用的电磁力)。具体而言，线圈468的卷绕方向和在线圈468中流动的电流的方向被设定成：保证沿图25所示的箭头的方向产生磁通。
－保护轴承－
第一保护轴承431设在驱动轴440的一端部(图20中为右端部)附近，第二保护轴承432设在驱动轴440的另一端部(图20中为左端部)附近。第一、第二保护轴承431、432构成为在无轴承电机450和径向磁轴承460未通电时(即驱动轴440未上浮时)支承驱动轴440。
－推力磁轴承－
推力磁轴承433具有第一、第二推力电磁铁433a、433b，且构成为利用电磁力非接触地支承驱动轴440的圆盘部441。具体而言，第一、第二推力电磁铁433a、433b分别形成为圆环状，并夹着驱动轴440的圆盘部441彼此相向，且利用第一、第二推力电磁铁433a、433b的合成电磁力非接触地支承驱动轴440的圆盘部441。即，通过对在第一、第二推力电磁铁433a、433b中流动的电流进行控制，从而能够控制第一、第二推力电磁铁433a、433b的合成电磁力，由此来对驱动轴440在第一、第二推力电磁铁433a、433b相向的方向(即轴向，图20中为左右方向)上的位置进行控制。
－各种传感器－
在电动机系统430的各部分，设有位置传感器、电流传感器、转速传感器等各种传感器(省略图示)。例如，在无轴承电机450上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与转子451的径向上的位置对应的检测信号；在径向磁轴承460上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与驱动轴440的径向上的位置对应的检测信号；在推力磁轴承433上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与驱动轴440的推力方向(轴向)上的位置对应的检测信号。所述位置传感器例如由电涡流式位移传感器构成，该电涡流式位移传感器对与测量对象物之间的间隙(距离)进行检测。
－控制部－
控制部480构成为：根据来自设置在电动机系统430的各部分的各种传感器的检测信号、驱动轴440的目标转速等信息，生成并输出电机电压指令值、径向电压指令值以及推力电压指令值，以便在驱动轴440被非接触地支承住的状态下使驱动轴440的转速达到预先设定的目标转速。电机电压指令值是用于对供往无轴承电机450的定子454的线圈(省略图示)的电压进行控制的指令值。径向电压指令值是用于对供往径向磁轴承460的第一到第四电磁铁461～464的线圈468的电压进行控制的指令值。推力电压指令值是用于对供往推力磁轴承433的第一、第二推力电磁铁433a、433b的线圈(省略图示)的电压进行控制的指令值。控制部480例如由CPU等运算处理部和存储部等构成，该存储部是存储用于指示运算处理部工作的程序和信息的存储器等。
－电源部－
电源部481构成为：根据从控制部480输出的电机电压指令值、径向电压指令值以及推力电压指令值，分别向无轴承电机450的定子454的线圈(具体而言是驱动用线圈456a、456b、456c和支承用线圈457a、457b、457c)、径向磁轴承460的第一到第四电磁铁461～464的线圈468以及推力磁轴承433的第一、第二推力电磁铁433a、433b的线圈(省略图示)供给电压。电源部481例如由PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)放大器构成。
通过对施加于无轴承电机450的定子454的线圈(具体而言是驱动用线圈456a、456b、456c和支承用线圈457a、457b、457c)上的电压进行控制，从而能够控制在定子454的线圈中流动的电流，由此来对在无轴承电机450中产生的磁通(具体而言是驱动用磁通BM1和支承用磁通BS1)进行控制。通过对供往径向磁轴承460的第一到第四电磁铁461～464的线圈468的电压进行控制，从而能够控制在第一到第四电磁铁461～464的线圈468中流动的电流，由此来对第一到第四电磁铁461～464的合成电磁力进行控制。与此相同，通过对供往推力磁轴承433的第一、第二推力电磁铁433a、433b的线圈(省略图示)的电压进行控制，从而能够控制在第一、第二推力电磁铁433a、433b的线圈中流动的电流，由此来对第一、第二推力电磁铁433a、433b的合成电磁力进行控制。
－涡轮压缩机的运转区域－
下面，参照图7说明涡轮压缩机410的运转区域。在图7中，横轴表示制冷剂体积流量，纵轴表示压头。如图7所示，涡轮压缩机410的运转区域主要大致分为正常运转区域A、高负载扭矩区域B、湍流区域C以及喘振区域D。在图7中，正常运转区域A、高负载扭矩区域B以及湍流区域C是位于粗线所示的喘振线的内侧的区域，喘振区域D是位于喘振线的外侧的区域。即，在停电时等紧急情况下，涡轮压缩机410有时会临时在喘振区域D运转。需要说明的是，湍流区域C是涡轮压缩机410产生旋转失速的区域。
在正常运转区域A，驱动轴440的负载扭矩(为了驱动驱动轴440旋转所需要的扭矩)相对较小，驱动轴440的径向载荷也相对较小。在高负载扭矩区域B，驱动轴440的负载扭矩相对较大，驱动轴440的径向载荷也相对较大。需要说明的是，驱动轴440的负载扭矩在高负载扭矩区域B内的规定点(具体而言是图7的右上的顶点)处成为最大。在湍流区域C，驱动轴440的负载扭矩相对较小，而驱动轴440的径向载荷相对较大。在喘振区域D，驱动轴440的负载扭矩相对较小，而驱动轴440的径向载荷相对较大。需要说明的是，驱动轴440的径向载荷在喘振区域D内的规定点处成为最大。
如上所述，就设在制冷剂回路510中且对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机410而言，驱动轴440的负载扭矩为最大的运转区域(在该例中为高负载扭矩区域B)与驱动轴440的径向载荷为最大的运转区域(在该例中为喘振区域D)互不相同。在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域(在该例中为湍流区域C和喘振区域D)，驱动轴440的负载扭矩相对较小。即，在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域(尤其是驱动轴440的径向载荷成为最大的运转区域)，驱动轴440的负载扭矩相对较小，因此能够将无轴承电机450的电磁力充分地分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。需要说明的是，上述见解是由本申请发明人潜心钻研而得出的。
－无轴承电机和径向磁轴承的布置－
无轴承电机450在驱动轴440的轴向上布置在比由径向磁轴承460支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。在该例中，在驱动轴440的一端部连接有叶轮421。无轴承电机450在驱动轴440的轴向上布置在比径向磁轴承460靠近叶轮421的位置处。需要说明的是，存在下述倾向：驱动轴440的轴向上的位置越靠近驱动轴440的一端部(即叶轮421)，在该位置处的驱动轴440的径向载荷就越大。因此，通过将无轴承电机450布置在驱动轴440的轴向上且比径向磁轴承460靠近叶轮421的位置处，而能够在驱动轴440的一端部连接有叶轮421的涡轮压缩机410中，将无轴承电机450布置在驱动轴440的径向载荷相对较大的位置处，并将径向磁轴承460布置在驱动轴440的径向载荷相对较小的位置处。
－第四实施方式的效果－
如上所述，在该实施方式所涉及的涡轮压缩机410中，通过用无轴承电机450和磁轴承460驱动驱动轴440旋转并非接触地支承驱动轴440，从而与设置仅驱动驱动轴440旋转的电机和仅非接触地支承驱动轴440的两个磁轴承以代替无轴承电机450的情况相比，能够使涡轮压缩机410实现小型化。
在该实施方式所涉及的涡轮压缩机410中，无轴承电机450布置在驱动轴440的径向载荷相对较大的位置处，磁轴承460布置在驱动轴440的径向载荷相对较小的位置处。即，磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷小的径向载荷所作用的位置处。需要说明的是，在磁轴承460中产生的电磁力取决于磁轴承460的尺寸(尤其是轴向长度、转子直径)，且存在下述倾向：磁轴承460的尺寸越大，在磁轴承460中产生的电磁力就越大。因此，通过将磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷小的径向载荷所作用的位置处，从而与将磁轴承460布置在比由无轴承电机450支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处的情况相比，能够减小磁轴承460的尺寸(尤其是轴向长度、转子直径)。这样一来，能够使涡轮压缩机410进一步实现小型化。
并且，就设置于制冷剂回路510中且对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机410而言，驱动轴440的负载扭矩(为了驱动驱动轴440旋转所需要的扭矩)为最大的运转区域与驱动轴440的径向载荷为最大的运转区域互不相同，在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域(尤其是驱动轴440的径向载荷为最大的运转区域)，驱动轴440的负载扭矩相对较小。因此，在驱动轴440的径向载荷相对较大的运转区域，能够将无轴承电机450的电磁力充分地分配给支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。这样一来，在驱动轴440的径向负载相对较大的运转区域能够确保驱动轴440的支承力。
〈无轴承电机的变形例1〉
如图26所示，无轴承电机450也可以由磁铁表贴式无轴承电机构成。在图26所示的磁铁表贴式无轴承电机450中，转子451具有转子铁芯452、设在转子铁芯452的外周面上的多个(在该例中为八个)永磁铁453以及包围多个永磁铁453的外周的保护部件458。多个永磁铁453以规定的节距角布置在转子451的周向上。在该例中，八个永磁铁453以45°节距角布置在转子451的周向上。并且，永磁铁453形成为沿转子铁芯452的外周面延伸的形状(圆弧状)。需要说明的是，八个永磁铁453的形状彼此相同。八个永磁铁453各自的外周面和内周面成为磁极面(S极面/N极面)，且构成为在转子451的周向上不同的磁极(S极/N极)交替排列。保护部件458形成为圆筒状，且设在多个永磁铁453的外周。
图27举例示出在图26所示的磁铁表贴式无轴承电机450中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000431
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1。与图21所示的交替极式无轴承电机450相同，图26和图27所示的磁铁表贴式无轴承电机450构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000432
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生驱动扭矩T1和支承力F1。
〈无轴承电机的变形例2〉
如图28所示，无轴承电机450也可以由磁铁内置式无轴承电机构成。在图28所示的磁铁内置式无轴承电机450中，转子451具有转子铁芯452、以及埋设在转子铁芯452中的多个(在该例中为八个)永磁铁453。多个永磁铁453以规定的节距角布置在转子451的周向上。在该例中，八个永磁铁453以45°节距角布置在转子451的周向上。并且，永磁铁453形成为沿转子铁芯452的外周面延伸的形状(圆弧状)。需要说明的是，八个永磁铁453的形状彼此相同。八个永磁铁453各自的外周面和内周面成为磁极面(S极面/N极面)，且构成为在转子451的周向上不同的磁极(S极/N极)交替排列。
图29举例示出在图28所示的磁铁内置式无轴承电机450中产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000441
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1。与图21所示的交替极式无轴承电机450相同，图28和图29所示的磁铁内置式无轴承电机450构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000442
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生驱动扭矩T1和支承力F1。
〈各种无轴承电机的比较〉
需要说明的是，无轴承电机450优选由交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机构成。
对交替极式无轴承电机450和磁铁表贴式无轴承电机450进行比较，在图26和图27所示的磁铁表贴式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路是通过永磁铁453的路径，而在图21～图24所示的交替极式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路是没有通过永磁铁453的路径。需要说明的是，永磁铁453的磁阻比转子铁芯452的磁阻高。因此，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，在交替极式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路的磁阻较低。其结果是，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，交替极式无轴承电机450能够产生较大的支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。
对磁铁内置式无轴承电机450和磁铁表贴式无轴承电机450进行比较，在图26和图27所示的磁铁表贴式无轴承电机450中设有保护部件458，而在图28和图29所示的磁铁内置式无轴承电机450中未设置保护部件458。因此，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，在磁铁内置式无轴承电机450中，支承用磁通BS1的磁路的磁阻较低。其结果是，与磁铁表贴式无轴承电机450相比，磁铁内置式无轴承电机450能够产生较大的支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。
如上所述，通过由交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机构成无轴承电机450，从而与由磁铁表贴式无轴承电机构成无轴承电机450的情况相比，能够增大无轴承电机450的支承力(用于非接触地支承驱动轴440的力)。
(发明的第五实施方式)
对本发明的第五实施方式进行说明。在本实施方式中，说明包括磁轴承的涡轮压缩机。图30示出本发明的第五实施方式所涉及的涡轮压缩机601的构成例。该涡轮压缩机601连接在制冷剂回路(省略图示)中，并对制冷剂(流体)进行压缩，在该制冷剂回路中，制冷剂循环而进行制冷循环运转动作。如图30所示，涡轮压缩机601包括壳体602、压缩机构603以及电动机系统610。
〈壳体〉
壳体602形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体602内的空间由壁部602a隔开，壁部602a右侧的空间构成收纳叶轮603a(后述)的叶轮室S601，壁部602a左侧的空间构成收纳无轴承电机640(后述)的电动机室S602。在壳体602内沿轴向延伸的驱动轴605连结压缩机构603与无轴承电机640。
〈压缩机构〉
压缩机构603由叶轮室S601和叶轮603a构成，压缩机构603对流体(在该例中为制冷剂)进行压缩。叶轮603a由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状，且被固定在驱动轴605的一端。压缩机构603是本发明的负载之一例。
〈电动机系统〉
电动机系统610包括保护轴承606、无轴承电机640、电源635、两个径向磁轴承621、推力磁轴承622、多个(在该例中为五个)位移传感器631、632以及控制器690。
－无轴承电机－
无轴承电机640布置在电动机室S602中。无轴承电机640构成为利用电磁力驱动驱动轴605旋转且非接触地支承驱动轴605的径向载荷。无轴承电机640具有一个转子641和一个定子644。转子641被固定在驱动轴605上，定子644被固定在壳体602的内周壁上。
图31是横向剖视图，其示出无轴承电机640的构成例。如图31所示，无轴承电机640是交替极式无轴承电机。无轴承电机640的定子644具有后轭部645、省略图示的多个齿部、卷绕在齿部上的驱动用线圈646a～646c以及支承用线圈647a～647c。无轴承电机640的转子641具有铁芯部642和埋设在该铁芯部642中的多个(在该例中为四个)永磁铁643。
定子644由磁性材料(例如，叠层钢板)制成。定子644的后轭部645形成为圆筒状。驱动用线圈646a～646c和支承用线圈647a～647c通过分布绕组方式卷绕在各齿部上。需要说明的是，驱动用线圈646a～646c和支承用线圈647a～647c也可以通过集中绕组方式卷绕在各齿部上。
驱动用线圈646a～646c是卷绕在齿部的内周侧部分上的线圈。驱动用线圈646a～646c由图31中用粗线圈出的U相驱动用线圈646a、用粗虚线圈出的V相驱动用线圈646b以及用细线圈出的W相驱动用线圈646c构成。
支承用线圈647a～647c是卷绕在齿部的外周侧部分上的线圈。支承用线圈647a～647c由图31中用粗线圈出的U相支承用线圈647a、用粗虚线圈出的V相支承用线圈647b以及用细线圈出的W相支承用线圈647c构成。
转子641的铁芯部642形成为圆筒状。在铁芯部642的中央部形成有供驱动轴605插入的轴孔(未图示)。铁芯部642由磁性材料(例如，叠层钢板)制成。四个永磁铁643在转子641的周向上以90°节距角AP1埋设在铁芯部642的外周面附近，所述四个永磁铁643具有沿该外周面延伸的形状。所述四个永磁铁643的形状彼此相同。各永磁铁643的外周面侧为N极，各永磁铁643之间的铁芯部642的外周面为模拟S极。需要说明的是，也可以是各永磁铁643的外周面侧为S极。
在图32中，示出了无轴承电机640中由各永磁铁643产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000461
以及为了驱动叶轮603a和驱动轴605旋转而产生的驱动用磁通BM1。无轴承电机640构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000462
和驱动用磁通BM1之间的相互作用来产生图32所示的驱动扭矩T1(即，使驱动轴605沿图32的逆时针方向旋转的扭矩)。需要说明的是，在图32中，示出了与在驱动用线圈646a～646c中流动的电流等效的电流IM1。
在图33中，示出了无轴承电机640中由各永磁铁643产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000463
和为了非接触地支承驱动轴605的径向载荷而产生的支承用磁通BS1。无轴承电机640构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000464
和支承用磁通BS1之间的相互作用来产生图33所示的支承力F1(即，将驱动轴605向图33的右方推压的力)。需要说明的是，在图33中，示出了与在支承用线圈647a～647c中流动的电流等效的电流IS1。
由图33可知，支承用磁通BS1的磁路是通过定子644的后轭部645和齿部、气隙、转子641的铁芯部642的路径。后轭部645、齿部以及铁芯部642的磁阻小于永磁铁643的磁阻。
在图34中，示出了无轴承电机640中由各永磁铁643产生的磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000471
为了驱动叶轮603a和驱动轴605旋转而产生的驱动用磁通BM1以及为了非接触地支承驱动轴605的径向载荷而产生的支承用磁通BS1。无轴承电机640构成为利用所述磁铁磁通
Figure BDA0002249672700000472
驱动用磁通BM1以及支承用磁通BS1之间的相互作用来同时产生图34所示的驱动扭矩T1和支承力F1。需要说明的是，在图34中，示出了与在驱动用线圈646a～646c和支承用线圈647a～647c中流动的电流等效的电流IM1、IS1。
－径向磁轴承－
电动机系统610具有两个径向磁轴承621，所述径向磁轴承621分别布置在无轴承电机640的轴向两侧。各个径向磁轴承621具有电磁铁671～678，电磁铁671～678夹着被支承体(具体而言是驱动轴605)彼此相向，各个径向磁轴承621构成为：利用电磁铁671～678的电磁力的合成力(合成电磁力F)，使径向上的力作用于被支承体。在径向磁轴承621中，通过对在所述电磁铁671～678中流动的电流进行控制，从而能够控制该电磁铁671～678的合成电磁力F，由此来对被支承体在电磁铁671～678相向的方向上的位置进行控制。需要说明的是，在下述说明中，在需要对两个径向磁轴承621加以区分的情况下，有时会在附图标记加上子编号来进行识别(具体而言，621-1、621-2)。
图35是横向剖视图，其示出径向磁轴承621的构成例。图36是纵向剖视图，其示出径向磁轴承621的构成例。该径向磁轴承621是异极式径向磁轴承，且包括磁轴承铁芯661和八个线圈665。磁轴承铁芯661例如由多张电磁钢板层叠构成，且具有后轭662和八个齿663。后轭662形成为圆筒状。八个齿663沿后轭662的内周面以规定间距(在该例中为45°间距)排列在周向上，分别从后轭662的内周面朝向径向内侧突出，且各自的内周面(突端面)隔着规定的间隙与驱动轴605的被支承部的外周面相向。
八个线圈665分别卷绕在磁轴承铁芯661的八个齿663上。这样一来，在径向磁轴承621中，构成八个电磁铁(第一到第八电磁铁671～678)。具体而言，在径向磁轴承621中，第一电磁铁671、第二电磁铁672、第七电磁铁677、第八电磁铁678、第三电磁铁673、第四电磁铁674、第五电磁铁675以及第六电磁铁676按照这个顺序依次排列在图35的顺时针方向上。需要说明的是，各电磁铁671～678的线圈665的卷绕方向和在各线圈665中流动的电流的方向被设定为：保证沿图35所示的箭头的方向产生磁通。
如图35和图36所示，在各个径向磁轴承621中，第一电磁铁671与第二电磁铁672串联接线而构成第一电磁铁对651，第三电磁铁673与第四电磁铁674串联接线而构成第二电磁铁对652。第五电磁铁675与第六电磁铁676串联接线而构成第三电磁铁对653，第七电磁铁677与第八电磁铁678串联接线而构成第四电磁铁对654。
如图35所示，第一、第二电磁铁对651、652夹着驱动轴605的被支承部彼此相向，并利用第一、第二电磁铁对651、652的合成电磁力F非接触地支承驱动轴605的被支承部。同样，第三、第四电磁铁对653、654也夹着驱动轴605的被支承部彼此相向，并利用第三、第四电磁铁对653、654的合成电磁力F非接触地支承驱动轴605的被支承部。需要说明的是，当俯视时，第三、第四电磁铁对653、654相向的方向(图35中为左右方向)与第一、第二电磁铁对651、652相向的方向(图35中为上下方向)正交。
在电动机系统610中，两个径向磁轴承621的电磁铁对651～654彼此接线。图37示出两个径向磁轴承621之间的接线状态。如图37所示，在电动机系统610中，一个径向磁轴承621-1的第一电磁铁对651与另一个径向磁轴承621-2的第二电磁铁对652串联接线。并且，一个径向磁轴承621-1的第二电磁铁对652与另一个径向磁轴承621-2的第一电磁铁对651串联接线。
需要说明的是，在电动机系统610中，一个径向磁轴承621-1的第三电磁铁对653与另一个径向磁轴承621-2的第四电磁铁对654串联接线，在图37中省略了图示。而且，一个径向磁轴承621-1的第四电磁铁对654与另一个径向磁轴承621-2的第三电磁铁对653串联接线。即，在电动机系统610中，存在四组串联起来的电磁铁对651～654。从电源635的彼此独立的输出系统(后述)向串联起来的四组电磁铁对651～654供给直流电。需要说明的是，在图37中，仅图示出电源635的两个输出系统。
－推力磁轴承－
在电动机系统610中，设有一个推力磁轴承622。推力磁轴承622具有电磁铁对，该电磁铁对夹着被支承体(具体而言是后述的圆盘部605a)彼此相向，推力磁轴承622构成为利用电磁铁对的合成电磁力F非接触地支承被支承体。
具体而言，如图30所示，推力磁轴承622具有第一、第二电磁铁681、682。在驱动轴605的另一端部(与固定有叶轮603a的一端部相反的一侧的端部)有圆盘状的部分(以下称为圆盘部605a)。第一、第二电磁铁681、682夹着驱动轴605的被支承部即圆盘部605a彼此相向，并利用第一、第二电磁铁681、682的合成电磁力非接触地支承驱动轴605的被支承部(圆盘部605a)。即，通过对在第一、第二电磁铁681、682中流动的电流进行控制，从而能够对驱动轴605的被支承部(圆盘部605a)在第一、第二电磁铁681、682相向的方向(即轴向(以下又称为推力方向)，图30中为左右方向)上的位置进行控制。
－电源635－
电源635向各磁轴承621、622所具有的电磁铁671～678、681、682供给直流电。在该例中，电源635包括用于径向磁轴承621的四系统输出。即，电源635分别向串联起来的四组电磁铁对651～654中的每组单独供给直流电。电源635还包括用于推力磁轴承622的双系统输出。具体而言，电源635包括用于第一电磁铁681的输出系统和用于第二电磁铁682的输出系统。该电源635构成为能够对各个输出系统的电压分别进行控制。并不限于电源635，还能够采用各种构成的电源装置。
－保护轴承－
保护轴承606构成为在电动机系统610非通电时(即，驱动轴605未上浮时)，分别在径向和推力方向的各个方向上支承驱动轴605。
－位移传感器－
如图30所示，在该涡轮压缩机601中，设有径向位移传感器631和推力位移传感器632这两种位移传感器。在该例中，径向位移传感器631和推力位移传感器632均为电涡流式位移传感器。所述位移传感器631、632与夹着被支承体(在该例中为驱动轴605)彼此相向的两个电磁铁对(例如，第一、第二电磁铁对651、652这两组)对应(相邻)而设，并构成为在位移传感器631、632的安装位置处检测驱动轴605与该位移传感器631、632之间的间隙g。
在电动机系统610中，各径向磁轴承621上分别设有两个径向位移传感器631。也就是说，在涡轮压缩机601中有四个径向位移传感器631。所述径向位移传感器631检测驱动轴605与该径向位移传感器631之间的间隙g。在各径向磁轴承621中，一个径向位移传感器631检测第一电磁铁对651与第二电磁铁对652相向的方向(以下称为Y方向)上的间隙g。Y方向是径向磁轴承621的径向，在图35中为上下方向。另一个径向位移传感器631检测第三电磁铁对653与第四电磁铁对654相向的方向(即，与Y方向正交的径向(以下称为X方向)，在图35中为左右方向)上的间隙g。
在涡轮压缩机601中仅设有一个推力位移传感器632。该推力位移传感器632检测推力磁轴承622的第一电磁铁681与第二电磁铁682相向的方向(即，驱动轴605的轴向，在图30中为左右方向)上的间隙g。需要说明的是，以下有时也将驱动轴605的轴向称为Z方向。
－控制器－
控制器690对无轴承电机640和各磁轴承621、622进行控制，以便非接触地支承住被支承体(在该例中为驱动轴605的被支承部)。具体而言，控制器690通过对无轴承电机640和磁轴承621、622的电磁力进行控制，来进行驱动轴605的上浮控制。需要说明的是，具体而言，能够用微型计算机和存储装置等构成控制器690，该存储装置中存储有用于指示该微型计算机工作的软件。
〈驱动轴的位置控制〉
在本实施方式中，无轴承电机640主要分担对于驱动轴605的径向(X方向和Y方向，以下有时也称为平移方向)上的位移的控制(以下称为径向控制)，两个径向磁轴承621主要分担对于驱动轴605的倾斜方向上的位移(绕X轴或绕Y轴的旋转方向上的位移)的控制(以下称为倾斜方向控制)。需要说明的是，此处，X轴是沿所述X方向延伸且通过包括无轴承电机640在内的整个旋转系统的重心的轴，Y轴是沿所述Y方向延伸且通过所述重心的轴。可以将在倾斜方向上产生位移时的旋转中心看作包括无轴承电机640在内的整个旋转系统的重心。
在本实施方式的径向控制中，控制器690从径向位移传感器631中读取X方向上的间隙g和Y方向上的间隙g。例如，控制器690根据与一个径向磁轴承621对应的用于X方向的径向位移传感器631的检测值和与另一个径向磁轴承621对应的用于X方向的径向位移传感器631的检测值，计算在无轴承电机640的转子641位置处，驱动轴605的径向上的位移(此处为X方向上的位移)。同样，控制器690还计算驱动轴605的Y方向上的位移。
控制器690用反馈控制(例如，所谓的PID控制)等的算法，根据所求出的X方向上的位移，通过对无轴承电机640中X方向上的电磁力(详细而言是支承用磁通BS1)进行控制，从而来对驱动轴605的X方向(径向)上的位置进行控制以使其达到目标位置。目标位置例如是无轴承电机640的定子644的X方向上的中心。在Y方向(径向)上也相同，控制器690通过对无轴承电机640中Y方向上的电磁力进行控制，从而来对驱动轴605的Y方向(径向)上的位置进行控制以使其达到目标位置。
控制器690还进行驱动轴605的倾斜方向上的位移控制。当进行倾斜方向控制时，控制器690求取倾斜方向上的位移。此处，倾斜方向上的位移是指绕旋转中心的位移角度，以下又称为倾斜位移角。以下所示的式(1)是控制器690求取绕X轴的倾斜位移角θx时使用的式子。
θx＝(g1－g2)/L……式(1)
在式(1)中，g1是与一个径向磁轴承621对应的用于Y方向的径向位移传感器631的检测值。g2是与另一个径向磁轴承621对应的用于Y方向的径向位移传感器631的检测值。L是用于Y方向的两个径向位移传感器631之间的Z方向上的距离(称为全长L)。
图38示出倾斜位移角θx、各传感器检测出的间隙g1、g2以及全长L的关系。由图38可知，在与L相比g1和g2非常小的情况下，能够近似为tan(θx)＝θx，因此式(1)成立。同样，控制器690还计算绕Y轴的倾斜位移角θy。用与一个径向磁轴承621对应的用于X方向的径向位移传感器631的检测值、与另一个径向磁轴承621对应的用于X方向的径向位移传感器631的检测值以及用于X方向的两个径向位移传感器631之间的Z方向上的距离(即，全长L)求取绕Y轴的倾斜位移角θy。通过与式(1)同样的近似式也能够计算倾斜位移角θy。
在求得倾斜位移角θx后，控制器690按照倾斜位移角θx的目标值(例如0度)与求出的倾斜位移角θx之间的偏差，用反馈控制(例如，所谓的PID控制)等的算法，对各径向磁轴承621的第一、第二电磁铁对651、652进行控制，更详细而言，是对第一到第四电磁铁671、672、673、674进行控制。如图37所示，在该电动机系统610中，一个径向磁轴承621的第一电磁铁对651与另一个径向磁轴承621的第二电磁铁对652串联接线。因此，在反馈控制的过程中，两个径向磁轴承621会产生相对于Y方向而言相位彼此相反的合成电磁力F。即，一个径向磁轴承621使驱动轴605在Y方向上产生的位移与另一个径向磁轴承621使驱动轴605在Y方向上产生的位移彼此相反，从而驱动轴605沿倾斜方向(绕X轴)产生位移(旋转)。
同样地，控制器690按照倾斜位移角θy的目标值(例如0度)与求出的倾斜位移角θy之间的偏差，例如用反馈控制的算法，对第三、第四电磁铁对653、654进行控制，即，对第五到第八电磁铁675、676、677、678进行控制。在该电动机系统610中，另一个径向磁轴承621的第三电磁铁对653与一个径向磁轴承621的第四电磁铁对654串联接线，因此在反馈控制的过程中，两个径向磁轴承621会产生相对于X方向而言相位彼此相反的合成电磁力F。其结果是，一个径向磁轴承621使驱动轴605在X方向上产生的位移与另一个径向磁轴承621使驱动轴605在X方向上产生的位移彼此相反，从而驱动轴605沿倾斜方向(绕Y轴)产生位移(旋转)。
需要说明的是，在电动机系统610中，由控制器690对推力磁轴承622进行控制，还进行推力方向上的位移控制，不过在此省略说明。
－第五实施方式的效果－
如上所述，在本实施方式中，无轴承电机640分担了径向上的位移控制。因此，由径向磁轴承621所承担的径向上的负载减少。这样一来，在本实施方式中，与仅用径向磁轴承支承驱动轴的装置相比，能够使径向磁轴承621实现小型化。如果能够使径向磁轴承621实现小型化，则能够在不使电动机系统610大型化的情况下，延长从包括无轴承电机640在内的整个旋转系统的重心到各径向磁轴承621为止的距离。如上所述，如果能够增大从重心到径向磁轴承621为止的距离(即从力的作用点到重心为止的距离)，则有利于进行倾斜位移控制。即，在本实施方式中，既能够抑制电动机系统610的大型化，又能够减小驱动轴605的倾斜方向上的位移。
需要说明的是，在从负载(压缩机构603)到各磁轴承621为止的各距离互不相同的情况下，理想的是将各电磁铁671～678构成为：保证离所述负载较近的径向磁轴承621产生的合成电磁力F比另一个径向磁轴承621产生的合成电磁力F大。这样一来，能够均衡地产生用于减小倾斜位移角的力。
－第五实施方式的各种变形例－
在本实施方式中，要使两个磁轴承621的合成电磁力F的大小互不相同，例如能够通过对线圈665的匝数、流入各线圈665的电流的大小、磁回路的磁阻的大小以及电磁铁的尺寸中的至少一者进行改变来调节各电磁铁671～678的磁动势而实现。例如，能够想到使离所述负载603较近的径向磁轴承621所具有的电磁铁671～678的线圈665的匝数比另一个径向磁轴承621所具有的电磁铁671～678的线圈665的匝数多。要改变磁回路的磁阻的大小，能够想到改变磁路宽度的方法。
在本实施方式中，通过使离负载603较近的磁轴承621的轴向长度比另一个磁轴承621的轴向长度长，也能够使离负载603较近的磁轴承621的合成电磁力F较大。
在本实施方式中，通过使驱动轴605中面向离负载603较近的磁轴承621的部分的直径大于面向另一个磁轴承621的部分的直径，也能够使离负载603较近的磁轴承621的合成电磁力F较大。
在本实施方式中，也可以让径向磁轴承621还产生径向上的支承力。
在本实施方式中，也可以将电动机系统610用于驱动压缩机构603以外的负载。
在本实施方式中，也可以分别单独设置用于无轴承电机640的控制器和用于磁轴承621的控制器。
(发明的第六实施方式)
对本发明的第六实施方式进行说明。本实施方式的涡轮压缩机701设置在进行制冷循环的制冷剂回路(未图示)中并对制冷剂进行压缩。如图39所示，涡轮压缩机701包括壳体710、叶轮720、驱动轴730、保护轴承740、741、推力磁轴承750、控制部790、电源部791、第一无轴承电机760、第二无轴承电机770、第一气体动压轴承780以及第二气体动压轴承782。第一无轴承电机760和第二无轴承电机770排列着布置在驱动轴730的轴向上。第一、第二无轴承电机760、770和第一、第二气体动压轴承780、782构成驱动支承部。
需要说明的是，在本说明书的说明中，“轴向”是指旋转轴方向，即驱动轴730的轴心的方向，“径向”是指与驱动轴730的轴向正交的方向。“外周侧”是指离驱动轴730的轴心较远的一侧，“内周侧”是指离驱动轴730的轴心较近的一侧。
－壳体－
壳体710形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体710内的空间由壁部711隔开，壁部711右侧的空间构成收纳叶轮720的叶轮室712，壁部711左侧的空间构成收纳第一、第二无轴承电机760、770的电动机室714。在壳体710内沿轴向延伸的驱动轴730连结叶轮720与第一、第二无轴承电机760、770。第一、第二无轴承电机760、770构成驱动支承部。
－叶轮－
叶轮720由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状。叶轮720以固定在驱动轴730的一端上的状态，收纳在叶轮室712中。叶轮室712与吸入管715和喷出管716相连，在叶轮室712的外周部，形成有压缩空间713。吸入管715被设置为用于将制冷剂从外部引入叶轮室712内，喷出管716被设置为用于将在叶轮室712内被压缩后的高压制冷剂送回外部。
－保护轴承－
在涡轮压缩机701中设有两个保护轴承740、741。一个保护轴承740设在驱动轴730的一端部(图39的右侧端部)附近，另一个保护轴承741设在驱动轴730的另一端部附近。所述保护轴承740、741构成为在第一、第二无轴承电机760、770未通电时(即，驱动轴730未上浮时)支承驱动轴730。
－推力磁轴承－
如图39所示，推力磁轴承750具有第一、第二电磁铁751、752，且构成为利用电磁力非接触地支承设在驱动轴730的另一端部(即，与固定有叶轮720的一端部相反的一侧的端部)上的圆盘状的部分(以下称为圆盘部731)。推力磁轴承750通过对在第一、第二电磁铁751、752中流动的电流进行控制，从而能够对驱动轴730的被支承部(圆盘部731)在第一、第二电磁铁751、752相向的方向(即轴向，图39中为左右方向)上的位置进行控制。
－控制部－
控制部790根据能够检测圆盘部731与推力磁轴承750之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值、能够检测第一、第二无轴承电机760、770中定子764、774与转子761、771之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值、以及叶轮720和驱动轴730的目标转速的信息，输出用于对供往推力磁轴承750的电压进行控制的电压指令值(推力电压指令值)、用于对供往第一、第二无轴承电机760、770的电压进行控制电压指令值(电机电压指令值)，以便使驱动轴730的位置成为所期望的位置。例如，控制部790能够由微型计算机(未图示)和指示该微型计算机工作的程序构成。
－电源部－
电源部791根据来自控制部790的推力电压指令值和电机电压指令值，分别向推力磁轴承750和第一、第二无轴承电机760、770供给电压。例如，电源部791能够由PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)放大器构成。电源部791构成电路。
－第一无轴承电机－
第一无轴承电机760布置在电动机室714中离叶轮720较近的一侧。第一无轴承电机760构成为利用电磁力驱动驱动轴730旋转且非接触地支承驱动轴730的径向载荷。第一无轴承电机760具有一个转子761和一个定子764。转子761被固定在驱动轴730上，定子764被固定在壳体710的内周壁上。
转子761中埋设有多个永磁铁(未图示)且该转子761形成为圆筒状。转子761的直径实质上等于驱动轴730的直径。转子761被固定在形成于驱动轴730中的第一小直径部732(即，驱动轴730中直径比周围小的部分)上。需要说明的是，转子761的直径也可以与驱动轴730的直径不同。
定子762布置在转子761的外周侧且形成为圆筒状。在定子762上，卷绕有供规定的电流范围内的电流流动的线圈763。需要说明的是，线圈763既可以通过分布绕组方式卷绕，也可以通过集中绕组方式卷绕。
定子762的线圈端部764(即，线圈763在轴向上比定子762的铁芯部突出的部分)用第一模制树脂部件765模制成型。在该第一模制树脂部件765的与定子762的中心部相反一侧的内周面上，形成有向与定子762的中心部相反一侧敞开的例如环状的第一凹部766。
－第一气体动压轴承－
如图39和图40所示，在所述第一凹部766中，嵌有第一气体动压轴承780。该第一气体动压轴承780例如由导热系数相对较高的树脂所形成的圆筒状的套筒780构成。在第一气体动压轴承780的外周部，安装有例如两个O环781。第一气体动压轴承780藉由该O环781固定在第一模制树脂部件765上。整个第一气体动压轴承780与线圈端部764在驱动轴730的径向上重叠。需要说明的是，也可以是第一气体动压轴承780的一部分与线圈端部764在驱动轴730的径向上重叠。
第一气体动压轴承780在叶轮720和驱动轴730旋转时，非接触地支承该驱动轴730的径向载荷。在此情况下，支承力随叶轮720和驱动轴730的转速增大而增大。
－第二无轴承电机－
第二无轴承电机770布置在电动机室714中离叶轮720较远的一侧。第二无轴承电机770构成为利用电磁力驱动驱动轴730旋转且非接触地支承驱动轴730的径向载荷。第二无轴承电机770具有一个转子771和一个定子772。转子771被固定在驱动轴730上，定子772被固定在壳体710上。
转子771中埋设有多个永磁铁(未图示)且该转子771形成为圆筒状。转子771的直径实质上等于驱动轴730的直径。转子771被固定在形成于驱动轴730中的第二小直径部733(即，驱动轴730中直径比周围小的部分)上。需要说明的是，转子771的直径也可以与驱动轴730的直径不同。
定子772布置在转子771的外周侧且形成为圆筒状。在定子772上，卷绕有供规定的电流范围内的电流流动的线圈773。需要说明的是，线圈773既可以通过分布绕组方式卷绕，也可以通过集中绕组方式卷绕。
定子772的线圈端部764(即，线圈773在轴向上比定子772的铁芯部突出的部分)用第二模制树脂部件775模制成型。在该第二模制树脂部件775的与定子772的中心部相反一侧的内周面上，形成有向与定子772的中心部相反一侧敞开的例如环状的第二凹部776。
－第二气体动压轴承－
如图39和图40所示，在所述第二凹部776中，嵌有第二气体动压轴承782。需要说明的是，在图40中，示出了从图39的状态左右颠倒过来以后的第二气体动压轴承782。第二气体动压轴承782例如由导热系数相对较高的树脂所形成的圆筒状的套筒782构成。在第二气体动压轴承782的外周部，安装有例如两个O环783。第二气体动压轴承782藉由该O环783固定在第二模制树脂部件775上。整个第二气体动压轴承782与线圈端部774在驱动轴730的径向上重叠。需要说明的是，也可以是第二气体动压轴承782的一部分与线圈端部774在驱动轴730的径向上重叠。
第二气体动压轴承782在叶轮720和驱动轴730旋转时，非接触地支承该驱动轴730的径向载荷。在此情况下，支承力随叶轮720和驱动轴730的转速增大而增大。
－第六实施方式的效果－
在本实施方式中，通过用第一、第二气体动压轴承780、782支承驱动轴730的径向载荷中的至少一部分，从而能够减少第一、第二无轴承电机760、770承受的径向载荷。因此，能够提高第一、第二无轴承电机760、770的驱动扭矩输出。
在本实施方式中，能够将包括第一、第二无轴承电机760、770、第一、第二气体动压轴承780、782以及驱动轴730在内的旋转系统的轴向长度设定得较小。因此，能够扩大涡轮压缩机701可安全运转的区域。
在本实施方式中，第一、第二气体动压轴承780、782整体与定子762、772的线圈端部764、774在驱动轴730的径向上重叠。因此，与单独设置该气体轴承780、782的情况相比，能够减小旋转系统的轴向长度，其结果是，能够扩大涡轮压缩机701可安全运转的区域。
(发明的第七实施方式)
对本发明的第七实施方式进行说明。本实施方式的涡轮压缩机701的气体轴承的构成与上述第六实施方式中不同。以下主要说明与第六实施方式的不同点。
如图41和图42所示，在第一无轴承电机760的定子762的第一凹部766中，嵌有第一气体静压轴承784。该第一气体静压轴承784例如由导热系数相对较高的树脂所形成的圆筒状的套筒784构成。第一气体静压轴承784的内周部由多孔体784a构成，其外周部由实心体784b构成。在该内周部与外周部之间，优选在整个一周上形成了第一制冷剂用空腔785。
第一制冷剂用空腔785藉由沿径向贯穿第一气体静压轴承784的外周部的通孔与第一制冷剂引入路786相连。该第一制冷剂引入路786沿径向贯穿壳体710和第一无轴承电机760的线圈端部764。第一制冷剂引入路786与例如设有涡轮压缩机701的制冷剂回路(未图示)所具有的冷凝器连通，第一制冷剂引入路786向第一制冷剂用空腔785引入高压气态制冷剂。
在第一气体静压轴承784的外周部，安装有例如两个O环781。第一气体静压轴承784藉由该O环781固定在第一模制树脂部件765上。整个第一气体静压轴承784与线圈端部764在驱动轴730的径向上重叠。需要说明的是，也可以是第一气体静压轴承784的一部分与线圈端部764在驱动轴730的径向上重叠。
同样地，如图41和图42所示，在第二无轴承电机770的定子772的第二凹部776中，嵌有第二气体静压轴承787。需要说明的是，在图42中，示出了从图41的状态左右颠倒过来以后的第二气体静压轴承787。第二气体静压轴承787例如由导热系数相对较高的树脂所形成的圆筒状的套筒787构成。第二气体静压轴承787的内周部由多孔体787a构成，其外周部由实心体787b构成。在该内周部与外周部之间，优选在整个一周上形成了第二制冷剂用空腔788。
第二制冷剂用空腔788藉由沿径向贯穿第二气体静压轴承787的外周部的通孔与第二制冷剂引入路789相连。该第二制冷剂引入路789沿径向贯穿壳体710和第二无轴承电机770的线圈端部774。第二制冷剂引入路789与例如设有涡轮压缩机701的制冷剂回路所具有的冷凝器连通，第二制冷剂引入路789向第二制冷剂用空腔788引入高压气态制冷剂。
在第二气体静压轴承787的外周部，安装有例如两个O环783。第二气体静压轴承787藉由该O环783固定在第二模制树脂部件775上。整个第二气体静压轴承787与线圈端部774在驱动轴730的径向上重叠。需要说明的是，也可以是第二气体静压轴承787的一部分与线圈端部774在驱动轴730的径向上重叠。
第一、第二气体静压轴承784、787利用被引入第一、第二制冷剂用空腔785、788的气态制冷剂的压力来非接触地支承驱动轴730的径向载荷。
在本实施方式中，也能够获得与上述第六实施方式相同的效果。
(发明的第八实施方式)
对本发明的第八实施方式进行说明。
(空调装置)
图43举例示出第八实施方式的空调装置810的构成。空调装置810包括制冷剂回路811。制冷剂回路811具有涡轮压缩机812、冷凝器813、膨胀阀814以及蒸发器815，且构成为制冷剂循环而进行制冷循环。例如，冷凝器813和蒸发器815由交叉翅片型热交换器构成，膨胀阀814由电动阀构成。
(涡轮压缩机)
图44举例示出图43所示的涡轮压缩机812的构成。涡轮压缩机812设置在制冷剂回路811中且构成为利用后述的叶轮821对制冷剂进行压缩。在该例中，涡轮压缩机812包括壳体820、叶轮821以及电动机系统830。电动机系统830具有驱动轴831、第一、第二无轴承电机840、850、控制部860以及第一、第二电源部861、862。在该例中，电动机系统830还具有第一、第二保护轴承871、872以及推力磁轴承873。
需要说明的是，在下述说明中，“轴向”是指旋转轴方向，即驱动轴831的轴心的方向，“径向”是指与驱动轴831的轴向正交的方向。“外周侧”是指离驱动轴831的轴心较远的一侧，“内周侧”是指离驱动轴831的轴心较近的一侧。
〔壳体〕
壳体820形成为两端封闭的圆筒状，且布置为圆筒轴线呈水平的状态。壳体820内的空间由壁部820a隔开，壁部820a右侧的空间构成收纳叶轮821的叶轮室S801，壁部820a左侧的空间构成收纳第一、第二无轴承电机840、850的电动机室S802。在电动机室S802中，收纳有第一、第二无轴承电机840、850、第一、第二保护轴承871、872以及推力磁轴承873，它们被固定在电动机室S802的内周壁上。
〔驱动轴〕
驱动轴831是为了驱动负载821(在该例中为叶轮821)旋转而设置的。在该例中，驱动轴831在壳体820内沿轴向延伸，并连结叶轮821与第一、第二无轴承电机840、850。具体而言，在驱动轴831的一端部固定有叶轮821，在驱动轴831的中间部布置有第一、第二无轴承电机840、850。在驱动轴831的另一端部(即，与固定有叶轮821的一端部相反的一侧的端部)，设有圆盘状的部分(以下也称为圆盘部831a)。需要说明的是，圆盘部831a由磁性材料(例如铁)制成。
〔叶轮(负载)〕
叶轮821由多个叶片形成为外形近似圆锥形的形状，且以固定在驱动轴831的一端部的状态，收纳在叶轮室S801中。叶轮室S801与吸入管P801和喷出管P802相连。吸入管P801被设置为用于从外部将制冷剂(流体)引入叶轮室S801。喷出管P802被设置为用于将在叶轮室S801内被压缩后的高压制冷剂(流体)送回外部。即，在该例中，由叶轮821和叶轮室S801构成压缩机构。
〔无轴承电机〕
第一、第二无轴承电机840、850具有彼此相同的构成。因而，在此仅对第一无轴承电机840的构成进行说明。
第一无轴承电机840具有一个转子841和一个定子844，并构成为驱动驱动轴831旋转且非接触地支承驱动轴831的径向载荷。转子841被固定在驱动轴831上，定子844被固定在壳体820的内周壁上。
如图45所示，在该例中，第一无轴承电机840由交替极式无轴承电机构成。
第一无轴承电机840的转子841具有转子铁芯842和埋设在转子铁芯842中的多个(在该例中为四个)永磁铁843。转子铁芯842由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且形成为圆柱状。在转子铁芯842的中央部，形成有供驱动轴831插入的轴孔。
多个永磁铁843以规定的节距角(在该例中为90°节距角)布置在转子841的周向上。四个永磁铁843的外周面侧为N极，在转子铁芯842的外周面上且位于转子841的周向上四个永磁铁843之间的部分为模拟S极。需要说明的是，也可以是四个永磁铁843的外周面侧为S极。
第一无轴承电机840的定子844由磁性材料(例如叠层钢板)制成，且具有后轭部845、多个齿部(未图示)、卷绕在齿部上的电枢绕组846a～846c以及支承绕组847a～847c。后轭部845形成为圆筒状。电枢绕组846a～846c和支承绕组847a～847c通过分布绕组方式卷绕在各齿部上。需要说明的是，电枢绕组846a～846c和支承绕组847a～847c也可以通过集中绕组方式卷绕在各齿部上。
电枢绕组846a～846c是卷绕在齿部的内周侧部分上的绕组。电枢绕组846a～846c由图45中用粗实线圈出的U相电枢绕组846a、图45中用粗虚线圈出的V相电枢绕组846b以及图45中用细实线圈出的W相电枢绕组846c构成。
支承绕组847a～847c是卷绕在齿部的外周侧部分上的绕组。支承绕组847a～847c由图45中用粗实线圈出的U相支承绕组847a、图45中用粗虚线圈出的V相支承绕组847b以及图45中用细实线圈出的W相支承绕组847c构成。
〔保护轴承〕
第一保护轴承871设在驱动轴831的一端部(图43中的右端部)附近，第二保护轴承872设在驱动轴831的另一端部附近。第一、第二保护轴承871、872构成为在第一、第二无轴承电机840、850未通电时(即，驱动轴831未上浮时)支承驱动轴831。
〔推力磁轴承〕
推力磁轴承873具有第一、第二推力电磁铁874a、874b，且构成为利用电磁力非接触地支承驱动轴831的圆盘部831a。具体而言，第一、第二推力电磁铁874a、874b分别形成为圆环状，并夹着驱动轴831的圆盘部831a彼此相向，且利用第一、第二推力电磁铁874a、874b的合成电磁力非接触地支承驱动轴831的圆盘部831a。
〔各种传感器〕
在电动机系统830的各部分，设有位置传感器、电流传感器、转速传感器等各种传感器(省略图示)。例如，在第一、第二无轴承电机840、850上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与转子841、851的径向上的位置对应的检测信号；在推力磁轴承873上设有位置传感器(省略图示)，该位置传感器输出与驱动轴831的推力方向(轴向)上的位置对应的检测信号。所述位置传感器例如由电涡流式位移传感器构成，该电涡流式位移传感器对与测量对象物之间的间隙(距离)进行检测。
〔控制部〕
控制部860构成为：根据来自设在电动机系统830各部分的各种传感器的检测信号、驱动轴831的目标转速等信息，生成并输出电枢电压指令值、支承电压指令值以及推力电压指令值，以便在驱动轴831被非接触地支承住的状态下使驱动轴831的转速达到预先设定的目标转速。电枢电压指令值是用于对供往第一、第二无轴承电机840、850的电枢绕组846a～846c、856a～856c的电压进行控制的指令值。支承电压指令值是用于对供往第一、第二无轴承电机840、850的支承绕组847a～847c、857a～857c的电压进行控制的指令值。推力电压指令值是用于对供往推力磁轴承873的第一、第二推力电磁铁874a、874b的绕组(未图示)的电压进行控制的指令值。控制部860例如由CPU等运算处理部和存储部等构成，该存储部是存储用于指示运算处理部工作的程序和信息的存储器等。
〔电源部〕
第一电源部861构成为：根据从控制部860输出的电枢电压指令值，向第一、第二无轴承电机840、850的电枢绕组846a～846c、856a～856c供给电压。第二电源部862构成为：根据从控制部860输出的支承电压指令值，向第一、第二无轴承电机840、850的支承绕组847a～847c、857a～857c供给电压。通过对施加于第一、第二无轴承电机840、850的电枢绕组846a～846c、856a～856c和支承绕组847a～847c、857a～857c上的电压进行控制，从而能够控制在各绕组846a～846c、856a～856c、847a～847c、857a～857c中流动的电流，由此来对第一、第二无轴承电机840、850产生的扭矩和支承力进行控制。第一、第二电源部861、862例如由PWM(脉宽调制：Pulse Width Modulation)放大器构成。第一、第二电源部861、862构成电源部。
(涡轮压缩机的运转区域)
图7是用于说明涡轮压缩机812的运转区域的图。在图7中，横轴表示制冷剂体积流量，纵轴表示压头。涡轮压缩机812通过由第一、第二电源部861、862供给电力，从而能够在规定的运转区域进行运转。
该规定的运转区域主要包括图7中位于粗线所示的喘振线的内侧的稳态运转区域A、高负载扭矩区域B和湍流区域C、以及位于该喘振线的外侧的喘振区域D。在本说明书中，将高负载扭矩区域B又称为“需要涡轮压缩机812的最大驱动扭矩的区域”。并且，将湍流区域C又称为“产生旋转失速的区域”。
稳态运转区域A是图7中符号A所示的区域，在该区域，叶轮821和驱动轴831的负载扭矩(即，用于驱动叶轮821和驱动轴831旋转的扭矩)相对较小，且驱动轴831的径向载荷也相对较小。
高负载扭矩区域B是图7中符号B所示的区域，在该区域，叶轮821和驱动轴831的负载扭矩相对较大，且驱动轴831的径向载荷也相对较大。在图7中，涡轮压缩机812中叶轮821和驱动轴831的负载扭矩在该高负载扭矩区域B中最靠右上的点处成为最大。不过，涡轮压缩机812的驱动轴831的径向载荷在高负载扭矩区域B没有达到最大。
湍流区域C是图7中符号C所示的区域，在该区域，叶轮821和驱动轴831的负载扭矩相对较小，而驱动轴831的径向载荷相对较大。
喘振区域D是图7中符号D所示的区域，在停电时等紧急情况下，涡轮压缩机812有时会临时在该喘振区域D运转。在喘振区域D，叶轮821和驱动轴831的负载扭矩相对较小，而驱动轴831的径向载荷相对较大。涡轮压缩机812的驱动轴831的径向载荷在该喘振区域D中规定的点处成为最大。
(控制部和电源部的工作情况)
对控制部860和第一、第二电源部861、862的工作情况进行说明。控制部860向第一、第二无轴承电机840、850的电枢绕组846a～846c、856a～856c和支承绕组847a～847c、857a～857c供给电压，来通入电枢电流IA和支承电流IS，以便输出与涡轮压缩机812的状态对应的用于支承径向载荷的径向支承力。
此处，径向支承力是由支承电流IS所引起的径向支承力与由电枢电流IA和支承电流IS这两者所引起的径向支承力(在本说明书中，又称为由电枢电流IA所引起的径向支承力)之和。由电枢电流IA和支承电流IS这两者所引起的径向支承力随电枢电流IA的d轴分量(以下称为d轴电流)增加而增加，随d轴电流减少而减少，随电枢电流IA的q轴分量(以下称为q轴电流)的绝对值增加而增加，随q轴电流的绝对值减少而减少。
例如在稳态运转区域A，控制部860对第一电源部861进行控制以使电枢绕组846a～846c、856a～856c产生相对于电枢电流IA而言效率最高的扭矩(所谓的最大扭矩/电流控制)，并且对第二电源部862进行控制以使支承绕组847a～847c、857a～857c输出与涡轮压缩机812的状态对应的径向支承力。需要说明的是，在稳态运转区域A对第一电源部861的控制方法也可以是最大扭矩/电流控制以外的方法，例如也可以采用最大效率控制(使损失达到最小的控制)、功率因数1控制(使功率因数实质上为1的控制)。
例如在稳态运转区域A以外的区域，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使施加在第一、第二无轴承电机840、850的电枢绕组846a～846c、856a～856c上的电压即电枢电压VA与在支承绕组847a～847c、857a～857c中流动的电流即支承电流IS中的一者增大且另一者减小。以下对所述控制的几个例子进行说明。
〔磁通强化控制〕
例如，在负载扭矩相对较小而径向载荷较大的湍流区域C和喘振区域D，控制部860在涡轮压缩机812运转结束时以及涡轮压缩机812起动时，进行电枢绕组846a～846c、856a～856c的磁通强化控制(即，通入正d轴电流的控制)。
此处，控制部860使发送给第一电源部861的电枢电压指令值增大来使第一、第二无轴承电机840、850的电枢电压VA增大，且使发送给第二电源部862的支承电压指令值减小来使第一、第二无轴承电机840、850的支承电流IS减小。并且，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以保证第一、第二无轴承电机840、850的支承电流IS不超过规定的第一上限值(例如，由第二电源部862的电源容量决定)。这样一来，不使支承电流IS增大，而能够使在电枢绕组846a～846c、856a～856c中流动的电流即电枢电流IA增大来使径向支承力增大。因此，相对于第一、第二无轴承电机840、850可产生的最大径向支承力而言，能够将第二电源部862的电源容量设定得相对较小。
例如当支承绕组847a～847c、857a～857c的温度在规定的基准值以上时，控制部860也可以利用第一电源部861进行磁通强化控制，并利用第二电源部862使支承电流IS减小。这样一来，既能够维持径向支承力，又能够减小支承绕组847a～847c、857a～857c中的铜损而抑制其过度升温，因此能够提高涡轮压缩机812的可靠性。
例如在因第一、第二无轴承电机840、850的转速相对较小而使得电枢电压VA相对较小的情况下，控制部860也可以利用第一电源部861进行磁通强化控制，并利用第二电源部862使支承电流IS减小。这样一来，既能够维持径向支承力又能够使电枢电压VA增大，并能够通过电枢电压VA的输出精度的提高来提高第一、第二无轴承电机840、850的控制性。
在第一、第二无轴承电机840、850中转子841、851与定子844、854之间的气隙处有油存在的情况下，控制部860也可以利用第一电源部861进行磁通强化控制，并利用第二电源部862使支承电流IS减小。这样一来，就能够使电枢绕组846a～846c、856a～856c中的铜损和铁损增大而利用其发热来加热气隙内的油，降低该油的粘性，由此能够减小第一、第二无轴承电机840、850的旋转损失。
在空调装置810进行制热运转的情况下，控制部860也可以利用第一电源部861进行磁通强化控制，并利用第二电源部862使支承电流IS减小。这样一来，能够使电枢绕组846a～846c、856a～856c中的铜损和铁损增大而利用其发热来加热电动机室S802内存在的制冷剂。因该加热而储存到制冷剂中的热量在冷凝器813中释放到对象空间的空气中。因此，能够提高空调装置810的制热能力。
在第一、第二无轴承电机840、850的永磁铁843、853的抗退磁能力较小的情况下，控制部860也可以利用第一电源部861进行磁通强化控制，并利用第二电源部862使支承电流IS减小。虽然支承电流IS产生的磁通可能使永磁铁843、853产生退磁，但通过进行这样的控制能够难以产生退磁。因此，由于能够利用矫顽力较小的永磁铁843、853，所以可实现低成本化，同时能够提高第一、第二无轴承电机840、850的设计自由度。
〔磁通弱化控制〕
例如在高速运转区域，控制部860进行电枢绕组846a～846c、856a～856c的磁通弱化控制(即，通入负d轴电流的控制)。需要说明的是，高速运转区域是以下述转速进行运转的区域，该转速大于在不进行磁通弱化控制的情况下使电枢电压VA达到规定的第二上限值(例如，由第一电源部861的电源容量决定)的转速。并且，与不进行磁通弱化控制的情况相比，在进行磁通弱化控制的情况下电枢电流IA增大。
此处，控制部860使发送给第二电源部862的支承电压指令值增大来使第一、第二无轴承电机840、850的支承电流IS增大，且使发送给第一电源部861的电枢电压指令值减小来使第一、第二无轴承电机840、850的电枢电压VA减小。并且，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使第一、第二无轴承电机840、850的电枢电压VA不超过所述第二上限值。这样一来，能够在不使电枢电压VA增大的情况下使涡轮压缩机812在高速运转区域运转，且能够利用支承电流IS的增大来弥补随磁通弱化控制而减小的径向支承力。因此，相对于涡轮压缩机812的运转速度区域的范围而言，能够将第一电源部861的电源容量设定得相对较小。
例如在涡轮压缩机812起动时，控制部860也可以进行磁通弱化控制。在涡轮压缩机812起动时，驱动轴831由第一、第二保护轴承871、872支承，因此由于第一、第二无轴承电机840、850的永磁铁843、853的磁力而需要相对较大的径向支承力，不过利用磁通弱化控制在表面上减弱了永磁铁843、853的磁力，而使所需要的径向支承力减小，其结果是，能够提高第一、第二无轴承电机840、850的控制性。
当在第一、第二无轴承电机840、850中的转子841、851与定子844、854之间的气隙处有油存在的情况下，控制部860也可以进行磁通弱化控制，并使支承电流IS增大。这样一来，使支承绕组847a～847c、857a～857c中的铜损增大而利用其发热来加热气隙内的油，降低该油的粘性，因此能够减小第一、第二无轴承电机840、850的旋转损失。
在空调装置810进行制热运转的情况下，控制部860也可以进行磁通弱化控制，并使支承电流IS增大。这样一来，能够使支承绕组847a～847c、857a～857c中的铜损增大而利用其发热来加热电动机室S802内存在的制冷剂。因该加热而储存到制冷剂中的热量在冷凝器813中释放到对象空间的空气中。因此，能够提高空调装置810的制热能力。
〔再生控制〕
例如在径向载荷增大的运转结束时，控制部860进行再生控制(即，通入负q轴电流的控制)。
此处，控制部860使发送给第一电源部861的电枢电压指令值增大来使第一、第二无轴承电机840、850的电枢电压VA增大，且使发送给第二电源部862的支承电压指令值减小来使第一、第二无轴承电机840、850的支承电流IS减小。并且，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以保证第一、第二无轴承电机840、850的支承电流IS不超过所述第一上限值。这样一来，不使支承电流IS增大，而能够使电枢电流IA增大来使径向支承力增大。因此，相对于第一、第二无轴承电机840、850可产生的最大径向支承力而言，能够将第二电源部862的电源容量设定得相对较小。并且，能够通过再生旋转能量来实现涡轮压缩机812的节能化，且能够缩短用于停止旋转的时间。
在控制部860边利用第一电源部861通入正q轴电流边对第一、第二无轴承电机840、850进行控制的情况下，当径向载荷急剧增大时，控制部860也可以进行再生控制，即通入绝对值比该正q轴电流大的负q轴电流。这样一来，能够在不利用第二电源部862使支承电流IS增大的情况下，使径向支承力增大。需要说明的是，也能够想到下述能发挥相同效果的做法：在不使极性反转的情况下增大正q轴电流的绝对值。
－第八实施方式的效果－
本实施方式的电动机系统830包括控制部860，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使施加在电枢绕组846a～846c、856a～856c上的电压即电枢电压VA与在支承绕组847a～847c、857a～857c中流动的电流即支承电流IS中的一者增大且另一者减小。因此，通过使电枢电压VA与支承电流IS中的一者增大且另一者减小，从而能够按照应用了电动机系统830的应用程序的工作情况，在第一、第二电源部861、862各自的电源容量的范围内调节电枢电压VA和支承电流IS。即，第一电源部861和第二电源部862的电源容量分别受限，在此情况下，为了在第一、第二无轴承电机840、850中得到期望的输出，当一个电源部861、862的电源容量不足时，能够利用另一个电源部861、862弥补该不足量。
在本实施方式的电动机系统830中，所述控制部860对所述第一、第二电源部861、862进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS减小，或者使所述支承电流IS增大且所述电枢电压VA减小。通过进行这样的控制，而能够扩大电动机系统830的运转区域。
在本实施方式的电动机系统830中，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使电枢电压VA增大且保证支承电流IS不超过规定的第一上限值。因此，能够使支承电流IS不超过第一上限值，另一方面，能够使在电枢绕组846a～846c、856a～856c中流动的电流即电枢电流IA所引起的径向支承力增大。这相当于例如利用第一电源部861进行磁通强化控制的情况。对于在支承电流IS达到第一上限值或该第一上限值附近的状态下使径向支承力增大的情况尤其有效。
在本实施方式的电动机系统830中，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使支承电流IS增大且电枢电压VA不超过规定的第二上限值。因此，虽然能够使电枢电压VA不超过第二上限值，但在例如使第一、第二无轴承电机840、850的转速上升时，可能导致电枢电流IA所引起的径向支承力减小。这相当于例如利用第一电源部861进行磁通弱化控制的情况。相对于此，通过利用第二电源部862使支承电流IS增大，就能够利用其引起的径向支承力来弥补该减小的径向支承力。
在本实施方式的电动机系统830中，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使电枢电压VA减小且支承电流IS增大，或者使支承电流IS减小且电枢电压VA增大。通过进行这样的控制，例如，能够根据需要利用电枢绕组846a～846c、856a～856c或者支承绕组847a～847c、857a～857c的发热。
在本实施方式的电动机系统830中，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使电枢电压VA减小且支承电流IS超过规定的第一下限值。因此，能够使支承电流IS超过第一下限值。这样一来，例如，能够根据需要利用支承绕组847a～847c、857a～857c的发热，或者能够通过支承电流IS的检测精度的提高来提高第一、第二无轴承电机840、850的控制性。
在本实施方式的电动机系统830中，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使支承电流IS减小且电枢电压VA超过规定的第二下限值。因此，能够使电枢电压VA超过第二下限值。这样一来，例如，能够根据需要利用电枢绕组846a～846c、856a～856c的发热，或者能够通过电枢电压VA的输出精度的提高来提高第一、第二无轴承电机840、850的控制性。
本实施方式的涡轮压缩机812包括本实施方式的电动机系统830和叶轮821，叶轮821是连结在电动机系统830的驱动轴831上的负载821。因此，在涡轮压缩机812中，利用第一、第二无轴承电机840、850驱动叶轮821旋转。
本实施方式的涡轮压缩机812设置在进行制冷循环的制冷剂回路811中且构成为利用叶轮821对制冷剂进行压缩，当使涡轮压缩机812在产生旋转失速的区域C或喘振区域D运转的情况下，控制部860对第一、第二电源部861、862进行控制，以使电枢电压VA增大且支承电流IS不超过规定的第一上限值。因此，在第一、第二无轴承电机840、850的负载扭矩较小而所需要的径向支承力较大的情况下，能够使电枢电流IA所引起的径向支承力增大。其结果是，即使将支承电流IS抑制在第一上限值以下，也能够利用电枢电流IA的增大来使第一、第二无轴承电机840、850的径向支承力增大。
(发明的第九实施方式)
对本发明的第九实施方式进行说明。如图46所示，本实施方式的制冷装置900包括彼此相连的制冷剂回路911和水回路920，且构成空调设备用装置。制冷剂回路911中填充有制冷剂，水回路920中填充有水(或防冻液)。制冷装置900通过切换后述的四通换向阀912的状态，而能够进行空调对象空间的制冷和制热这两种运转。需要说明的是，制冷装置900也可以是不包括四通换向阀912的制冷专用装置或制热专用装置。
此处，作为空调对象空间的示例，能够列举出例如特定的建筑物(例如，大楼或船舶)中彼此分隔开的多个房间、特定的大型设施(例如，圆顶建筑物或综合竞技场)中相对较大的空间的一部分。并且，在该多个房间中的各个房间中，既可以各设置有一个后述的利用机组921，也可以设置有两个以上后述的利用机组921。设在该相对较大的空间中的利用机组921的数量也能够任意选择。制冷装置900优选构成为能够对与各利用机组921对应的空调对象空间单独进行温度调节。
制冷剂回路911被收纳在热源机组910中。制冷剂回路911具有上述第一到第八实施方式中的任一涡轮压缩机101、210、410、601、701、812、四通换向阀912、利用侧热交换器922、膨胀阀914以及水/制冷剂热交换器915。在热源侧热交换器913的附近，设有用于向其送出空气的热源侧风扇916。在制冷剂回路911中，涡轮压缩机101、210、410、601、701、812、四通换向阀912、利用侧热交换器922、膨胀阀914以及水/制冷剂热交换器915经由制冷剂管道彼此连接起来，制冷剂回路911构成为使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812和热源侧风扇916运转而进行制冷循环。
水回路920具有彼此并联起来的多个(在该例中为三个)利用侧热交换器922、流量调节阀923以及泵924，相对于各利用侧热交换器922分别设有一个流量调节阀923，流量调节阀923用于调节流向利用侧热交换器922的水的流量，泵924用于使水在水回路920中循环。在各利用侧热交换器922的附近，设有用于向其送出空气的利用侧风扇925。利用侧热交换器922、流量调节阀923以及利用侧风扇925被收纳在利用机组921(例如，风机盘管机组)中。各利用机组921布置在空调对象空间中。在水回路920中，多个利用侧热交换器922、泵924以及水/制冷剂热交换器915经由水管道彼此连接起来，水回路920构成为使泵924和利用侧风扇925运转来对空调对象空间进行空气调节。
〈制冷装置的运转动作〉
制冷装置900通过切换四通换向阀912的状态，而能够进行制热运转和制冷运转。此处，设用于进行制热运转的四通换向阀912的状态为第一状态(图46中以虚线示出的状态)，设用于进行制冷运转的四通换向阀912的状态为第二状态(图46中以实线示出的状态)。
制冷装置900将四通换向阀912切换到第一状态，并使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812、热源侧风扇916、泵924以及利用侧风扇925运转，由此进行空调对象空间的制热运转。此时，在水/制冷剂热交换器915中，从涡轮压缩机101、210、410、601、701、812喷出的高压气态制冷剂向水传热，接收到热量后的水在各利用侧热交换器922中对由利用侧风扇925送来的空调对象空间的空气进行加热。这样一来，对空调对象空间进行制热。需要说明的是，在热源侧热交换器913中，热量从被热源侧风扇916送来的空气(例如，室外空气)传递给低压液态制冷剂。
制冷装置900将四通换向阀912切换到第二状态，并使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812、热源侧风扇916、泵924以及利用侧风扇925运转，由此进行空调对象空间的制冷运转。此时，在水/制冷剂热交换器915中，被膨胀阀914减压后的低压液态制冷剂从水中吸收热量，失去热量后的水在各利用侧热交换器922中对由利用侧风扇925送来的空调对象空间的空气进行冷却。这样一来，对空调对象空间进行制冷。需要说明的是，在热源侧热交换器913中，热量从高压气态制冷剂传递给被热源侧风扇916送来的空气(例如，室外空气)。
在本实施方式的制冷装置900中，例如，存在下述情况：在冷凝温度(即，室外气温)相对较高的状态下降低制冷负荷来使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812运转，涡轮压缩机101、210、410、601、701、812有时会在湍流区域(图7中用符号C示出的区域)运转。这样的运转典型的是在下述情况下进行的：在大楼等有很多房间的建筑物中，仅要求对部分房间进行空气调节(即，仅由部分利用机组921进行温度调节)。与第一实施方式相同，在本实施方式中，能够使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812在湍流区域C也毫无问题地运转。这样一来，能够实现具有涡轮压缩机101、210、410、601、701、812的整个热源机组910的小型化、制冷装置900的低成本化等。并且，在设有多台利用机组921并对多个空调对象空间进行空气调节的制冷装置900中，即使在仅使部分利用机组921运转的状态下，也能够使涡轮压缩机101、210、410、601、701、812毫无问题地运转。
需要说明的是，除了空调设备用装置以外，制冷装置900还可以构成例如家用空调或商用空调。制冷装置900的用途例如能够列举出住宅、店铺、商业设施或船舶等各种建筑物。
(其他实施方式)
在上述各实施方式中，涡轮压缩机101、210、410、601、701、812包括一个或两个无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850，但也可以包括三个以上无轴承电机。
此外，在上述各实施方式中，各无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850为交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机，但各无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850的种类不限于此。例如，能够列举出在转子的表面贴装有永磁铁的磁铁表贴式(SPM：Surface Permanent Magnet)无轴承电机、内插式无轴承电机等无轴承电机。
此外，在上述各实施方式中，各无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850包括驱动用线圈166a～166c、176a～176c、256a～256c、456a～456c、646a～646c和支承用线圈167a～167c、177a～177c、257a～257c、457a～457c、647a～647c，但各无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850也可以包括共用的线圈，该线圈兼具两种线圈166a～166c、176a～176c、256a～256c、456a～456c、646a～646c、167a～167c、177a～177c、257a～257c、457a～457c、647a～647c的功能。
此外，在上述各实施方式中，转子161、171、251、451、641、761、771、841、851和定子164、174、254、454、644、762、772、844、854由叠层钢板制成，但也可以由叠层钢板以外的材料制成转子161、171、251、451、641、761、771、841、851和定子164、174、254、454、644、762、772、844、854。
此外，在上述各实施方式中，涡轮压缩机101、210、410、601、701、812仅包括一个叶轮120、221、421、603a、720、821，但也可以包括两个以上叶轮120、221、421、603a、720、821。例如，也可以是在驱动轴130、240、440、605、730、831的两端分别各安装有一个叶轮120、221、421、603a、720、821。
此外，在上述说明中，列举出设在无轴承电机160、170、250、450、640、760、770、840、850的转子161、171、251、451、641、761、771、841、851中的多个永磁铁163、173、253、453、643、843、853的形状彼此相同的示例，但所述多个永磁铁163、173、253、453、643、843、853的形状也可以互不相同。
－产业实用性－
综上所述，本发明对涡轮压缩机很有用。
－符号说明－
101 涡轮压缩机
120 叶轮
160 第一无轴承电机(驱动支承部)
161 转子
164 定子
166a～166c 驱动用线圈(线圈)
167a～167c 支承用线圈(线圈)
170 第二无轴承电机(驱动支承部)
171 转子
174 定子
176a～176c 驱动用线圈(线圈)
177a～177c 支承用线圈(线圈)
180 径向磁轴承(驱动支承部)
190 控制部
191 电源部
210 涡轮压缩机
211 壳体
220 负载
221 叶轮
230 电动机系统
240 驱动轴
241 圆盘部
250 无轴承电机(驱动支承部)
251 转子
254 定子
260 径向磁轴承(磁轴承、驱动支承部)
261 第一电磁铁
262 第二电磁铁
263 第三电磁铁
264 第四电磁铁
280 控制部
281 电源部
300 空调装置
310 制冷剂回路
320 冷凝器
330 膨胀阀
340 蒸发器
410 涡轮压缩机
411 壳体
421 叶轮
430 电动机系统
440 驱动轴
441 圆盘部
450 无轴承电机(驱动支承部)
451 转子
454 定子
460 径向磁轴承(磁轴承、驱动支承部)
461 第一电磁铁
462 第二电磁铁
463 第三电磁铁
464 第四电磁铁
480 控制部
481 电源部
500 空调装置
510 制冷剂回路
520 冷凝器
530 膨胀阀
540 蒸发器
601 涡轮压缩机
603 压缩机构(负载)
603a 叶轮
605 驱动轴
610 电动机系统
621 径向磁轴承(磁轴承、驱动支承部)
640 无轴承电机(驱动支承部)
671～678 电磁铁
701 涡轮压缩机
720 叶轮
730 驱动轴
760 第一无轴承电机(驱动支承部)
761 转子
762 定子
763 线圈
764 线圈端部
765 第一模制树脂部件(模制树脂部件)
770 第二无轴承电机(驱动支承部)
771 转子
772 定子
773 线圈
774 线圈端部
775 第二模制树脂部件(模制树脂部件)
780 第一气体动压轴承、套筒(气体轴承、驱动支承部)
782 第二气体动压轴承、套筒(气体轴承、驱动支承部)
784 第一气体静压轴承、套筒(气体轴承、驱动支承部)
787 第二气体静压轴承、套筒(气体轴承、驱动支承部)
811 制冷剂回路
812 涡轮压缩机
821 叶轮(负载)
830 电动机系统
831 驱动轴
840 第一无轴承电机(驱动支承部)
841 转子
844 定子
846a～846c 电枢绕组
847a～847c 支承绕组
850 第二无轴承电机(驱动支承部)
851 转子
854 定子
856a～856c 电枢绕组
857a～857c 支承绕组
860 控制部
861 第一电源部(电源部)
862 第二电源部(电源部)
900 制冷装置
910 热源机组
921 利用机组

Claims (34)

1.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
将为了驱动所述叶轮(120)和所述驱动轴(130)旋转而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为驱动用磁通BM，
将为了支承所述驱动轴(130)的径向载荷而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为支承用磁通BS，
所述涡轮压缩机包括电源部(191)和控制部(190)，
所述电源部(191)用于使电流流向所述驱动支承部(160、170、180)，
所述控制部(190)对所述电源部(191)进行控制，以便在使所述涡轮压缩机(101)在产生旋转失速的区域和喘振区域运转之际，当以同一转速进行比较时，与正常运转时相比，使用于产生所述支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生所述驱动用磁通BM的电流IM的比率增大。
2.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
将为了驱动所述叶轮(120)和所述驱动轴(130)旋转而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为驱动用磁通BM，
将为了支承所述驱动轴(130)的径向载荷而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为支承用磁通BS，
所述涡轮压缩机包括电源部(191)和控制部(190)，
所述电源部(191)用于使电流流向所述驱动支承部(160、170、180)，
所述控制部(190)对所述电源部(191)进行控制，以便在使所述涡轮压缩机(101)在产生旋转失速的区域和喘振区域运转的情况下，当以同一转速进行比较时，使用于产生所述支承用磁通BS的电流IS相对于用于产生所述驱动用磁通BM的电流IM的比率随着制冷剂体积流量的减少而增大。
3.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
将为了驱动所述叶轮(120)和所述驱动轴(130)旋转而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为驱动用磁通BM，
将为了支承所述驱动轴(130)的径向载荷而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为支承用磁通BS，
将所述涡轮压缩机(101)的规定的运转区域中所述驱动用磁通BM与所述支承用磁通BS之和的最大值设为(BM+BS)max，
将为了产生与所述规定的运转区域中的最大扭矩负载对应的驱动扭矩而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为BMmax，
将为了支承在所述规定的运转区域中所述驱动轴(130)的最大径向载荷而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为BSmax，
将在所述驱动支承部(160、170、180)中流动的电流为所述规定的电流范围的上限值时在该驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为Bmax，
在此情况下，所述驱动支承部(160、170、180)构成为：保证(BM+BS)max≤Bmax＜BMmax+BSmax这一关系成立。
4.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述驱动支承部(160、170、180)具有供所述规定的电流范围内的电流流动的线圈(166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184)，
将为了驱动所述叶轮(120)和所述驱动轴(130)旋转而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为驱动用磁通BM，
将为了支承所述驱动轴(130)的径向载荷而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为支承用磁通BS，
将在所述涡轮压缩机(101)的规定的运转区域产生与最大扭矩负载对应的驱动扭矩时在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为BMmax，且将此时在所述线圈(166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184)中流动的电流设为最大扭矩电流IBMmax，
将在支承所述规定的运转区域中所述驱动轴(130)的最大径向载荷时在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为BSmax，且将此时在所述线圈(166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184)中流动的电流设为最大支承力电流IBSmax，
将通过使所述最大扭矩电流IBMmax与所述最大支承力电流IBSmax相加得到的电流流经所述线圈(166a～166c、167a～167c、176a～176c、177a～177c、184)而在所述驱动支承部(160、170、180)产生的磁通设为BMSmax，
在此情况下，所述驱动支承部(160、170、180)构成为：保证BMSmax＜BMmax+BSmax这一关系成立。
5.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述涡轮压缩机包括电源部(191)和控制部(190)，
所述电源部(191)用于使电流流向所述驱动支承部(160、170、180)，
所述控制部(190)对所述电源部(191)进行控制，以便在喘振区域运转的情况下或在使所述驱动轴(130)的旋转运动正常停止的情况下，不使有助于驱动扭矩的电流流向所述驱动支承部(160、170、180)，而仅使用于非接触地支承所述驱动轴(130)的径向载荷的电流流向所述驱动支承部(160、170、180)。
6.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述涡轮压缩机包括电枢绕组(846a～846c、856a～856c)、支承绕组(847a～847c、857a～857c)、电源部(861、862)以及控制部(860)，
所述电枢绕组(846a～846c、856a～856c)和所述支承绕组(847a～847c、857a～857c)设置在无轴承电机(840、850)的所述定子(844、854)上，
所述电源部(861、862)用于向所述电枢绕组(846a～846c、856a～856c)和所述支承绕组(847a～847c、857a～857c)施加电压，
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使施加在所述电枢绕组(846a～846c、856a～856c)上的电压即电枢电压VA与在所述支承绕组(847a～847c、857a～857c)中流动的电流即支承电流IS中的一者增大且另一者减小。
7.根据权利要求6所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS减小，或者使所述支承电流IS增大且所述电枢电压VA减小。
8.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS不超过规定的第一上限值。
9.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述支承电流IS增大且所述电枢电压VA不超过规定的第二上限值。
10.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述电枢电压VA减小且所述支承电流IS增大，或者使所述支承电流IS减小且所述电枢电压VA增大。
11.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述电枢电压VA减小且所述支承电流IS超过规定的第一下限值。
12.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述支承电流IS减小且所述电枢电压VA超过规定的第二下限值。
13.根据权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述涡轮压缩机(812)设置在进行制冷循环的制冷剂回路(811)中且构成为利用所述叶轮(821)对制冷剂进行压缩，
当使所述涡轮压缩机(812)在产生旋转失速的区域或喘振区域运转的情况下，所述控制部(860)对所述电源部(861、862)进行控制，以使所述电枢电压VA增大且所述支承电流IS不超过规定的第一上限值。
14.根据权利要求1到6中任一项权利要求所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180)仅由所述无轴承电机(160、170)构成。
15.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述驱动支承部(160、170、180)由所述无轴承电机(160、170)和磁轴承(180)构成，所述磁轴承(180)在所述驱动轴(130)的轴向上与所述无轴承电机(160、170)排列着布置，并且具有多个电磁铁且非接触地支承所述驱动轴(130)的径向载荷，
所述磁轴承(621)分别布置在所述无轴承电机(640)的轴向两侧，且构成为利用多个所述电磁铁(671～678)向所述驱动轴(605)施加合成电磁力(F)，
各个磁轴承(621)产生相位彼此相反的合成电磁力(F)。
16.根据权利要求15所述的涡轮压缩机，其特征在于：
一个磁轴承(621)的各电磁铁(671～678)与另一个磁轴承(621)中产生与该电磁铁(671～678)反相位的电磁力的电磁铁(671～678)接线。
17.根据权利要求15或16所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述无轴承电机(640)对平移方向上的位移进行控制，所述磁轴承(621)对倾斜方向上的位移进行控制。
18.根据权利要求17所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述涡轮压缩机具有彼此独立设置的用于所述无轴承电机(640)的控制器和用于所述磁轴承(621)的控制器。
19.根据权利要求15或16所述的涡轮压缩机，其特征在于：
各电磁铁(671～678)的线圈的匝数、流入各线圈的电流的大小、磁回路的磁阻以及电磁铁的尺寸被设定成：保证使离所述叶轮(603a)较近的磁轴承(621)产生的所述合成电磁力(F)大于另一个磁轴承(621)产生的所述合成电磁力(F)。
20.根据权利要求19所述的涡轮压缩机，其特征在于：
离所述叶轮(603a)较近的磁轴承(621)所具有的各电磁铁(671～678)的线圈的匝数比另一个磁轴承(621)所具有的各电磁铁(671～678)的线圈的匝数多。
21.根据权利要求19所述的涡轮压缩机，其特征在于：
离所述叶轮(603a)较近的磁轴承(621)的轴向长度比另一个磁轴承(621)的轴向长度长。
22.根据权利要求19所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述驱动轴(605)的面向离所述叶轮(603a)较近的磁轴承(621)的部分的直径大于该驱动轴(605)的面向另一个磁轴承(621)的部分的直径。
23.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述驱动支承部(760、770、780、782、784、787)具有气体轴承(780、782、784、787)，所述气体轴承(780、782、784、787)被组装在所述无轴承电机(760、770)中并非接触地支承所述驱动轴(730)的径向载荷，
所述无轴承电机(760、770)具有卷绕有线圈(763、773)的定子(762、772)，其中，所述规定的电流范围内的电流在所述线圈(763、773)中流动，
所述气体轴承(780、782、784、787)的至少一部分在所述驱动轴(730)的径向上与所述定子(762、772)的线圈端部(764、774)重叠。
24.根据权利要求23所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述气体轴承(780、782、784、787)由套筒(780、782、784、787)构成，所述套筒(780、782、784、787)被嵌入所述线圈端部(764、774)的模制树脂部件(765、775)中。
25.根据权利要求23或24所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述气体轴承(780、782)是气体动压轴承。
26.根据权利要求23或24所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述气体轴承(784、787)是气体静压轴承。
27.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述驱动支承部(160、170、180)由所述无轴承电机(160、170)和磁轴承(180)构成，所述磁轴承(180)在所述驱动轴(130)的轴向上与所述无轴承电机(160、170)排列着布置，并且具有多个电磁铁且非接触地支承所述驱动轴(130)的径向载荷，
所述磁轴承(260)在所述驱动轴(240)的轴向上布置在比由所述无轴承电机(250)支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。
28.根据权利要求27所述的涡轮压缩机，其特征在于：
在所述驱动轴(240)的一端部连接有所述叶轮(220)，
所述磁轴承(260)在所述驱动轴(240)的轴向上布置在比所述无轴承电机(250)靠近所述叶轮(220)的位置处。
29.根据权利要求27或28所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述无轴承电机(250)由磁铁表贴式无轴承电机构成。
30.一种涡轮压缩机，其为设置在进行制冷循环的制冷剂回路中并对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)，所述涡轮压缩机包括叶轮(120、221、421、603a、720、821)、驱动轴(130、240、440、605、730、831)以及驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)，所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)利用通过规定的电流范围内的电流在该驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)中流动而产生的电磁力，驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，所述涡轮压缩机的特征在于：
所述驱动支承部(160、170、180、250、260、450、460、621、640、760、770、780、782、840、850)至少具有一个无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)，所述无轴承电机(160、170、250、450、640、760、770、840、850)具有一个转子(161、171、251、451、641、761、771、841、851)和一个定子(164、174、254、454、644、762、772、844、854)，并驱动所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)旋转，且非接触地支承所述驱动轴(130、240、440、605、730、831)的径向载荷，
所述驱动支承部(160、170、180)由所述无轴承电机(160、170)和磁轴承(180)构成，所述磁轴承(180)在所述驱动轴(130)的轴向上与所述无轴承电机(160、170)排列着布置，并且具有多个电磁铁且非接触地支承所述驱动轴(130)的径向载荷，
所述无轴承电机(450)在所述驱动轴(440)的轴向上布置在比由所述磁轴承(460)支承的径向载荷大的径向载荷所作用的位置处。
31.根据权利要求30所述的涡轮压缩机，其特征在于：
在所述驱动轴(440)的一端部连接有所述叶轮(421)，
所述无轴承电机(450)在所述驱动轴(440)的轴向上布置在比所述磁轴承(460)靠近所述叶轮(421)的位置处。
32.根据权利要求30或31所述的涡轮压缩机，其特征在于：
所述无轴承电机(450)由交替极式无轴承电机或磁铁内置式无轴承电机构成。
33.一种制冷装置，其特征在于：
所述制冷装置包括热源机组(910)和利用机组(921)，
所述热源机组(910)具有权利要求1到32中任一项权利要求所述的涡轮压缩机(101、210、410、601、701、812)。
34.根据权利要求33所述的制冷装置，其特征在于：
在所述制冷装置中设有多台所述利用机组(921)，
多台所述利用机组(921)对多个空调对象空间进行空气调节。
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