JP2011254682A - Axial gap type rotary electric machine, compressor, and rotary electric machine apparatus - Google Patents

Axial gap type rotary electric machine, compressor, and rotary electric machine apparatus Download PDF

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Shin Nakamasu
伸 中増
Yoshinari Asano
能成 浅野
Tatsushi Yasumoto
竜志 安本
Keiji Aota
桂治 青田
Nobuyuki Kifuji
敦之 木藤
Ryuzo Toshima
隆造 外島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial gap type rotary electric machine in which a rotator can move in a rotary shaft direction at a low cost with a simple structure.SOLUTION: The axial gap type rotary electric machine comprises: first and second bearings (50a and 50b) for supporting a rotary shaft (40); a first stator (20) which is fixed to a housing (60) and has a plurality of magnetic cores (20e) with windings; a second stator (30) arranged in the housing; a rotator (10) which is arranged on the rotary shaft so as to be arranged between the first and second stators, has a plurality of magnetic field members (10i) and is movable to the first stator side or the second stator side; a first stopper (70a) which controls a range of moving the rotator to the first stator side; and a second stopper (70b) which controls a range of moving the rotator to the second stator side.

Description

本発明は、回転子が回転軸方向に移動可能なアキシャルギャップ型回転電機、圧縮機および回転電機装置に関する。   The present invention relates to an axial gap type rotating electrical machine, a compressor, and a rotating electrical machine apparatus in which a rotor can move in the direction of a rotation axis.

昨今の回転電機の高効率化において、希土類磁石を代表とする永久磁石同期回転電機による影響は大きい。一方、永久磁石同期回転電機は、誘導回転電機と異なる点として、回転速度に比例した誘起電圧が生じるという特徴を有している。この様な永久磁石同期回転電機においては、駆動電圧制限内における高速化技術として、誘起電圧を抑制すべく界磁磁束を弱める、いわゆる弱め界磁制御(あるいは「弱め磁束制御」)が提案されている。これは例えば、無負荷回転時の誘起電圧位相に対して電流位相角を進角に制御することで実現される。この制御技術により低速運転時の大トルク、高速運転時の大出力および定格運転時の高効率を達成することができ、多くの製品にて同様の制御が使用されている。   In recent high efficiency of rotating electrical machines, the influence of permanent magnet synchronous rotating electrical machines represented by rare earth magnets is large. On the other hand, the permanent magnet synchronous rotating electric machine has a feature that an induced voltage proportional to the rotation speed is generated as a difference from the induction rotating electric machine. In such a permanent magnet synchronous rotating electric machine, so-called field weakening control (or “weakening magnetic flux control”) is proposed in which the field magnetic flux is weakened to suppress the induced voltage as a high-speed technique within the drive voltage limit. This is realized, for example, by controlling the current phase angle to an advance angle with respect to the induced voltage phase during no-load rotation. With this control technology, it is possible to achieve large torque during low-speed operation, large output during high-speed operation, and high efficiency during rated operation, and similar control is used in many products.

しかしながら、更なる高速化および弱め磁束制御領域での高効率化(換言すれば更なる回転効率の向上)の要求の為、または電流位相の進角制御はトルク/電流比を低下させて銅損を上昇させる為、機械的に界磁磁束を弱められる技術(より広義には機械的に界磁磁束を増減制御できる技術)が提案されている。   However, due to demands for higher speed and higher efficiency in the flux-weakening control region (in other words, further improvement of rotational efficiency) or current phase advance control, the torque / current ratio is lowered to reduce the copper loss. In order to increase the magnetic field flux, a technique that can weaken the field magnetic flux mechanically (in a broader sense, a technique that can mechanically increase / decrease the field magnetic flux) has been proposed.

例えば特許文献1には、ラックとピニオンが付随したアクチュエータにより、固定子を回転子の回転軸方向に移動させ、回転子と固定子との間のエアギャップを広くする技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for widening an air gap between the rotor and the stator by moving the stator in the direction of the rotation axis of the rotor by an actuator with a rack and a pinion.

特許文献2には、駆動中の可変ではないが、組立て後のエアギャップ調整技術として軸受けハブと固定子内径側面のネジ部とを介して軸受けハブを回転させることにより、固定子と回転子とのエアギャップを調整する技術が開示されている。   In Patent Document 2, although not variable during driving, as an air gap adjustment technique after assembly, the stator hub and the rotor are rotated by rotating the bearing hub via the bearing hub and the screw portion on the inner surface of the stator. A technique for adjusting the air gap is disclosed.

アキシャルギャップ型の永久磁石同期回転電機においては、ラジアルギャップ型と異なり、回転軸方向に大きな磁気吸引力が固定子と回転子との間に生じる為、エアギャップを可変する際には大きな力が必要となる。その対策技術として、特許文献3には、回転子の外径部は移動せずに内径部のみ移動することで、移動に必要な力を低減する技術が開示されている。   In the axial gap type permanent magnet synchronous rotating electric machine, unlike the radial gap type, a large magnetic attraction force is generated between the stator and the rotor in the direction of the rotation axis. Therefore, a large force is required when changing the air gap. Necessary. As a countermeasure technique, Patent Document 3 discloses a technique for reducing the force required for movement by moving only the inner diameter portion without moving the outer diameter portion of the rotor.

特許文献4には、上述の大きな磁気吸引力に対抗する必要支持剛性を極力低減するべく、2つの固定子間のエアギャップを等長で可変させることで、コストおよび装置全体の重量を低減する技術が開示されている。   In Patent Document 4, the air gap between two stators is made to be equal in length so as to reduce the necessary support rigidity against the above-described large magnetic attraction force, thereby reducing the cost and the weight of the entire apparatus. Technology is disclosed.

特許文献5には、固定子の可変電磁力を利用して、それと拮抗するバネにより、2つの固定子間のエアギャップを可変にする技術が開示されている。   Patent Document 5 discloses a technology that uses a variable electromagnetic force of a stator and makes an air gap between two stators variable by a spring that antagonizes it.

特開2002-247822号公報JP 2002-247822 JP 特開平11-069697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-069697 特開2008-048497号公報JP 2008-048497 特開2006-014466号公報JP 2006-014466 A 特開2005-318718号公報JP 2005-318718

しかしながら、各特許文献1−5では、自動車駆動用またはフライホイール電力貯蔵装置での用途を想定しており、そのような用途では許される機構・コストが、エアコン用圧縮機にとっては未だ複雑であり且つ高コストとなるという問題点があった。   However, in each of Patent Documents 1-5, an application for driving an automobile or a flywheel power storage device is assumed, and the mechanism and cost allowed for such an application are still complicated for an air conditioner compressor. In addition, there is a problem of high cost.

上記の問題点に鑑みれば、より低コストで簡便な構成により、界磁磁束を増減制御できることが望ましい。従来のアキシャルギャップ型の回転電機では、回転子は、回転シャフトに固定され、回転シャフトは、軸受けにおいて回転軸方向への移動が規制されて配設されている。そのため、駆動電流を制御しても、回転子と固定子との間のギャップを調整できなかった。そのため、駆動電流の制御以外に、ギャップを調整するための制御が必要であるという問題点があった。   In view of the above problems, it is desirable to be able to increase / decrease the field magnetic flux with a simpler configuration at a lower cost. In a conventional axial gap type rotating electrical machine, a rotor is fixed to a rotating shaft, and the rotating shaft is disposed in a bearing so that movement in the direction of the rotating shaft is restricted. Therefore, even if the drive current is controlled, the gap between the rotor and the stator cannot be adjusted. Therefore, there is a problem that control for adjusting the gap is necessary in addition to control of the drive current.

また従来のアキシャルギャップ型の回転電機のなかには、モータの各定数(例えば鎖交磁束φa、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、巻線相抵抗Ra等)から回転子の回転位置を推定するセンサレス制御を用いるものがある。このセンサレス制御では、推定した回転子の回転位置に基づいて位相電流が制御される。しかし、各定数が量産のために各回転電機毎にばらつくことがあり、そのばらつきが原因で、推定した回転位置に誤差が生じ、この誤差が原因で、想定よりも大きな電流位相β(従って制限値以上に大きな負値のd軸電流)で回転子が回転制御される場合がある。この様な大きな負値のd軸電流により回転子が回転制御されると、回転子の界磁部材が減磁される場合があるという問題点があった。   In addition, among conventional axial gap type rotating electrical machines, sensorless for estimating the rotational position of the rotor from each constant of the motor (for example, linkage flux φa, d-axis inductance Ld, q-axis inductance Lq, winding phase resistance Ra, etc.). Some use control. In this sensorless control, the phase current is controlled based on the estimated rotational position of the rotor. However, each constant may vary for each rotating electrical machine due to mass production, and due to the variation, an error occurs in the estimated rotational position, and this error causes a current phase β larger than expected (and therefore limited). In some cases, the rotor is controlled to rotate with a negative d-axis current greater than the value. When the rotor is controlled to rotate by such a large negative d-axis current, there is a problem in that the field member of the rotor may be demagnetized.

尚、減磁の他の発生原因として下記の発生原因もある。即ち、外乱に制御が追随できずに脱調して電流位相βがdq座標の第3象限(90°<β<180°)で通電された場合、即ち回転電機の回生状態(発電状態)の場合は、d軸電流およびq軸電流が共に負値となって相電流が逆向きになるため、大きな電流が流れても、その電流が最大電流制限(OCP)のための機構により検知されなくなり、これにより電流値の制限ができなくなって絶対値が想定以上に大きな負値のd軸電流が流れて減磁が発生する。   In addition, there are the following generation causes as other generation causes of demagnetization. That is, when the control cannot follow the disturbance and step out and the current phase β is energized in the third quadrant (90 ° <β <180 °) of the dq coordinate, that is, in the regenerative state (power generation state) of the rotating electrical machine. In this case, both the d-axis current and the q-axis current are negative values and the phase currents are reversed, so even if a large current flows, the current is not detected by the mechanism for maximum current limit (OCP). As a result, the current value cannot be limited, and a negative d-axis current whose absolute value is larger than expected will flow, causing demagnetization.

この発明の課題は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、第1に、低コストで簡便な構成により回転子が回転軸方向に移動できるアキシャルギャップ型回転電機および圧縮機を提供することにある。また第2に、低コストで簡便な構成により機械的に界磁磁束を増減制御でき、これにより回転電機の回転効率を向上できる回転電機装置を提供することにある。また第3に、低コストで簡便な構成により減磁を回避できる回転電機装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. First, an axial gap type rotating electrical machine in which a rotor can move in the direction of a rotating shaft with a simple structure at a low cost and a compression are provided. Is to provide a machine. A second object of the present invention is to provide a rotating electrical machine apparatus capable of mechanically increasing / decreasing the field magnetic flux with a low-cost and simple configuration, thereby improving the rotational efficiency of the rotating electrical machine. A third object is to provide a rotating electrical machine apparatus that can avoid demagnetization with a simple structure at low cost.

上記課題を解決する為に、本発明の第1の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、ハウジング(70)と、回転軸(Q1)に沿って配置された回転シャフト(40,40C)と、前記ハウジングに配設され、前記回転シャフトを支持する第1および第2軸受け(50a,50b,50aB,50bB,50aC,50bC)と、前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸方向の一方側(Q+)の面(20d)に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯(20e)を有する第1固定子(20)と、前記第1固定子に対する前記回転軸方向の一方側(Q+)において前記第1固定子と間隔を空ける様に、前記ハウジングに配設された第2固定子(30)と、前記第1および前記第2固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第1固定子側の面(10c1)に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材(10i)を有し、前記回転軸方向に沿って前記第1固定子側または前記第2固定子側に移動自在である回転子(10,10B,10C)と、前記回転子の前記第1固定子側への移動範囲を制限する第1ストッパ(70a,70aB,70aC)と、前記回転子の前記第2固定子側への移動範囲を制限する第2ストッパ(70b,70bB,70bC)と、を備えるものである。   In order to solve the above-described problem, an axial gap type rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention includes a housing (70), a rotating shaft (40, 40C) disposed along the rotating shaft (Q1), and the like. , First and second bearings (50a, 50b, 50aB, 50bB, 50aC, 50bC) disposed in the housing and supporting the rotating shaft, fixed to the housing, and one side in the rotating shaft direction A first stator (20) having a plurality of winding cores (20e) arranged in a ring around the rotation axis on the surface (20d) of (Q +), and the rotation axis with respect to the first stator It arrange | positions between the said 2nd stator (30) arrange | positioned at the said housing, and the said 1st and 2nd stator so that the said 1st stator may be spaced apart in the one side (Q +) of a direction. Like the above rotation The first stator side surface (10c1) is disposed on the shaft, and has a plurality of field members (10i) arranged around the rotation axis, and the first stator along the rotation axis direction. A rotor (10, 10B, 10C) that is movable toward the stator side or the second stator side, and a first stopper (70a, 70aB) that limits the range of movement of the rotor toward the first stator side , 70aC) and second stoppers (70b, 70bB, 70bC) for limiting the range of movement of the rotor toward the second stator.

本発明の第2の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第1の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100)であって、前記回転子(10)は前記回転シャフト(40)に固定され、前記第1および前記第2軸受け(50a,50b)はそれぞれ、前記ハウジング(60)に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸(Q1)方向に移動自在に支持するものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the second aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100) according to the first aspect, wherein the rotor (10) is connected to the rotating shaft (40). The first and second bearings (50a, 50b) are fixed and support the rotary shaft movably in the direction of the rotary axis (Q1) while being fixed to the housing (60). is there.

本発明の第3の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第2の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100)であって、前記第1ストッパ(70a)は、前記回転シャフト(40)において前記第1軸受け(50a)と前記第1固定子(20)との間に固定され、前記第2ストッパ(70b)は、前記回転シャフトにおいて前記第2軸受け(50b)と前記第2固定子(30)との間に固定されるものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the third aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100) according to the second aspect, wherein the first stopper (70a) is the rotating shaft (40). ) Is fixed between the first bearing (50a) and the first stator (20), and the second stopper (70b) is fixed to the second bearing (50b) and the second fixed on the rotating shaft. It is fixed between the child (30).

本発明の第4の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第1の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100B)であって、前記回転子(10B)は前記回転シャフト(40)に固定され、前記第1および第2軸受け(50aB,50bB)はそれぞれ、前記回転シャフトに対しては固定され、前記ハウジング(60)に対しては、前記回転軸方向(Q1)には移動可能で且つ前記回転軸方向に直交する方向には固定される様に配設されるものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the fourth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100B) according to the first aspect, wherein the rotor (10B) is connected to the rotating shaft (40). The first and second bearings (50aB, 50bB) are fixed with respect to the rotating shaft, and are movable in the rotating shaft direction (Q1) with respect to the housing (60). And it is arrange | positioned so that it may fix in the direction orthogonal to the said rotating shaft direction.

本発明の第5の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第4の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100B)であって、前記第1ストッパ(70aB)は、前記第1軸受け(50a)の前記回転軸(Q1)方向の他方側(Q−)への移動範囲を制限する様に前記ハウジング(60)に配設され、前記第2ストッパ(70bB)は、前記第2軸受け(50b)の前記回転軸方向の一方側(Q+)への移動範囲を制限する様に前記ハウジングに配設されるものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the fifth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100B) according to the fourth aspect, wherein the first stopper (70aB) is the first bearing ( 50a) is disposed in the housing (60) so as to limit the movement range of the rotation axis (Q1) in the direction of the rotation axis (Q1), and the second stopper (70bB) 50b) is arranged in the housing so as to limit the movement range to one side (Q +) in the rotation axis direction.

本発明の第6の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第1の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、前記回転子(10C)は、前記回転シャフト(40C)に対して前記回転軸(Q1)方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に回転できない様に配設され、前記第1および前記第2軸受け(50aC,50bC)はそれぞれ、前記ハウジング(60)に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸回りには回転自在で且つ前記回転軸方向には固定する様に支持するものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the sixth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100C) according to the first aspect, wherein the rotor (10C) is the rotating shaft (40C). The first and second bearings (50aC, 50bC) are arranged so as to be relatively movable in the direction of the rotation axis (Q1) and not relatively rotatable around the rotation axis. Each of the rotating shafts is supported so as to be rotatable around the rotating shaft and fixed in the rotating shaft direction while being fixed to the housing (60).

本発明の第7の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第6の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、前記回転シャフト(40C)は、前記第1および前記第2固定子(20,30)の間に配置する部分であって第1直径(d3)を有する細径部分(40d)と、前記細径部分の両側の部分であって前記第1直径よりも大きい第2直径(d4)を有する太径部分(40e)とを有し、前記回転子(10C)は、前記細径部分に対して前記回転軸方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に固定される様に配設され、前記第1ストッパ(70aC)は、前記細径部分と一方側(Q+)の前記太径部分(40e+)との境界の段差により構成され、前記第2ストッパ(70bC)は、前記細径部分と他方側(Q−)の前記太径部分(40e−)との境界の段差により構成されるものである。   An axial gap type rotating electric machine according to a seventh aspect of the present invention is the axial gap type rotating electric machine (100C) according to the sixth aspect, wherein the rotating shaft (40C) includes the first and the first A portion arranged between the two stators (20, 30) and having a first diameter (d3), and a portion (40d) on both sides of the narrow portion and being larger than the first diameter A large-diameter portion (40e) having a large second diameter (d4), and the rotor (10C) is movable relative to the small-diameter portion in the rotational axis direction and the rotation The first stopper (70aC) is configured by a step at the boundary between the small diameter portion and the large diameter portion (40e +) on one side (Q +). The second stopper (70bC) It said portion and the other side (Q-) is formed using the steps of the boundary between the thick diameter portion (40e-).

本発明の第8の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第7の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、前記細径部分(40d)における前記回転軸(Q1)に直交する断面は、非円形に形成され、前記回転子(10C)には、その前記回転軸方向の両側の面を貫通する様に、前記断面が嵌合する中心孔(10n)が形成され、その中心孔に前記細径部分が嵌挿されるものである。   An axial gap type rotating electric machine according to an eighth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electric machine (100C) according to the seventh aspect, wherein the rotating shaft (Q1) in the small diameter portion (40d). The rotor (10C) is formed with a central hole (10n) into which the cross section is fitted so as to penetrate the surfaces on both sides in the rotation axis direction. The small-diameter portion is inserted into the center hole.

本発明の第9の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、第8の態様に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、前記細径部分(40d)における前記回転軸(Q1)に直交する前記断面は、歯車形または星形であるものである。   The axial gap type rotating electrical machine according to the ninth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine (100C) according to the eighth aspect, wherein the rotating shaft (Q1) in the small diameter portion (40d). The cross-section orthogonal to is a gear shape or a star shape.

本発明の第10の態様に記載の圧縮機は、容器(300)と、回転軸(Q1)に沿って配置された回転シャフト(40)と、前記容器に配設され、前記回転シャフトを、前記回転軸方向には移動自在で且つ回転軸に直交する方向には固定する様に支持する第1および第2軸受け(50a,50b)と、前記容器に対して固定され、前記回転軸方向の一方側(Q+)の面(20d)に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯(20e)を有する第1固定子(20)と、前記第1固定子に対する前記回転軸方向の一方側(Q+)において前記第1固定子と間隔を空ける様に、前記容器に配設された第2固定子(30)と、前記第1および前記第2固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第1固定子側の面(10c1)に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材(10i)を有し、前記回転軸方向に沿って前記第1固定子側または前記第2固定子側に移動自在である回転子(10)と、前記容器内に配設されたシリンダ(401)と、前記シリンダの上側開口を閉塞する上端板(402)と、前記シリンダの下側開口を閉塞する下端板(403)と、前記シリンダ内において、前記上端板および前記下端板を貫通して挿入された前記回転シャフトに配設されたクランクピン(406)と、前記シリンダ内において、前記クランクピンの外周に嵌合する様に配置されたピストン(407)と、を備え、前記クランクピンの前記回転軸方向の高さ(D1)は前記ピストンの同方向の高さ(D2)よりも短く設定されており、前記クランクは前記回転軸方向に移動自在に配置されており、前記上端板の下面(402a)は、前記クランクの前記回転軸方向の他方側(Q−)の移動範囲を規制する第1ストッパとして機能し、前記下端板の上面(403a)は、前記クランクの前記回転軸方向の一方側(Q+)の移動範囲を規制する第2ストッパとして機能するものである。   The compressor according to the tenth aspect of the present invention includes a container (300), a rotation shaft (40) disposed along the rotation axis (Q1), the container disposed on the container, and the rotation shaft. First and second bearings (50a, 50b) that are movable in the direction of the rotation axis and supported so as to be fixed in a direction orthogonal to the rotation axis, and fixed to the container, A first stator (20) having a plurality of winding cores (20e) disposed around the rotation axis on one side (Q +) surface (20d), and the first stator (20) with respect to the first stator Between the second stator (30) disposed in the container and the first and second stators so as to be spaced from the first stator on one side (Q +) in the rotation axis direction. The first stator side surface (1) is disposed on the rotating shaft so as to be disposed. c1) has a plurality of field members (10i) annularly arranged around the rotation axis, and is movable to the first stator side or the second stator side along the rotation axis direction. A rotor (10), a cylinder (401) disposed in the container, an upper end plate (402) for closing the upper opening of the cylinder, and a lower end plate (403) for closing the lower opening of the cylinder And a crank pin (406) disposed on the rotating shaft inserted through the upper end plate and the lower end plate in the cylinder, and fitted on the outer periphery of the crank pin in the cylinder. The height (D1) of the crank pin in the rotational axis direction is set to be shorter than the height (D2) of the piston in the same direction. Said The lower surface (402a) of the upper end plate functions as a first stopper that regulates the movement range of the other side (Q-) of the crank in the rotation axis direction. The upper surface (403a) of the lower end plate functions as a second stopper that regulates the movement range of one side (Q +) of the crank in the rotation axis direction.

本発明の第11の態様に記載の回転電機装置は、第1〜9の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または第10の態様に記載の圧縮機と、前記各巻線付き磁芯(20e)の巻線(20a)に電流を選択的に流すインバータ手段(80)と、前記インバータ手段を制御して前記各巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段(100,100B)と、を備え、前記第1および前記第2固定子(20,30)と前記回転子(10,10B,10C)との間に作用する磁気力の合力の前記回転軸方向の成分と、前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力(F1)が、前記一方側から前記他方側に向かう方向を正として、その値が正値と負値の間を選択的に取る様に、前記制御手段が前記インバータ手段を制御するものである。   A rotating electrical machine apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the axial gap rotating electrical machine according to any one of the first to ninth aspects or the compressor according to the tenth aspect, and the magnetic core with each winding. Inverter means (80) for selectively passing a current through the winding (20a) of (20e), and a control means for controlling the rotation of the rotor by selectively passing a current through each of the windings by controlling the inverter means. (100, 100B), and the direction of the rotation axis of the resultant force of the magnetic force acting between the first and second stators (20, 30) and the rotor (10, 10B, 10C) And the total force (F1) of the components other than the magnetic force acting on the rotor in the direction of the rotation axis is positive in the direction from the one side to the other side, and the value is positive. In order to selectively take between a negative value and a negative value, There is for controlling said inverter means.

本発明の第12の態様に記載の回転電機装置は、第11の態様に記載の回転電機装置(1,1B)であって、前記制御手段(100,100B)は、前記インバータ手段(80)を制御して前記各巻線(20a)に流れる電流の電流値および位相角を制御することで、前記総合力に前記正値と前記負値との間の値を選択的に取らせるものである。   A rotating electrical machine apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus (1, 1B) according to the eleventh aspect, wherein the control means (100, 100B) is the inverter means (80). By controlling the current value and the phase angle of the current flowing through each of the windings (20a), the total force can selectively take a value between the positive value and the negative value. .

本発明の第13の態様に記載の回転電機装置は、第11または12の態様に記載の回転電機装置(1)であって、前記制御手段(100)は、前記回転電機の駆動電圧が、前記制御手段の出力電圧上限値に達するまでは、前記各巻線(20a)に流れる電流の位相角(β)をゼロにして前記回転子を回転制御するものである。   The rotating electrical machine apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus (1) according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the control means (100) Until the upper limit of the output voltage of the control means is reached, the rotor is rotationally controlled with the phase angle (β) of the current flowing through each winding (20a) being zero.

本発明の第14の態様に記載の回転電機装置は、第11〜13の態様の何れかに記載の回転電機装置であって、前記制御手段(100)は、前記回転電機の駆動電圧が前記制御手段の出力電圧上限値に達した場合において、前記総合力(F1)が前記第2固定子側を向く様に、前記回転子を弱め磁束制御によって回転制御するものである。   The rotating electrical machine apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus according to any one of the eleventh to thirteenth aspects, wherein the control means (100) is configured such that the drive voltage of the rotating electrical machine is When the output voltage upper limit value of the control means is reached, the rotor is weakened and the rotation is controlled by magnetic flux control so that the total force (F1) faces the second stator side.

本発明の第15の態様に記載の回転電機装置は、第11または12の態様に記載の回転電機装置(1B)であって、前記制御手段(100B)は、前記回転電機装置のトルクが所定値未満の場合において、前記総合力(F1)が前記第2固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御するものである。   A rotating electrical machine apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus (1B) according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the control means (100B) has a predetermined torque of the rotating electrical machine apparatus. When the value is less than the value, the rotation of the rotor is controlled so that the total force (F1) faces the second stator side.

本発明の第16の態様に記載の回転電機装置は、第11,12および15の態様の何れかに記載の回転電機装置(1B)であって、前記制御手段(100B)は、前記回転電機装置のトルクが前記所定値以上の場合において、前記総合力(F1)が前記第1固定子側を向く様に、前記各巻線(20a)に流れる電流の電流値と位相角(β)とを制御することで前記回転子を回転制御するものである。   A rotating electrical machine apparatus according to a sixteenth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus (1B) according to any of the eleventh, twelfth and fifteenth aspects, wherein the control means (100B) is the rotating electrical machine. When the torque of the device is equal to or greater than the predetermined value, the current value of the current flowing through each winding (20a) and the phase angle (β) are set so that the total force (F1) faces the first stator side. By controlling the rotation of the rotor, the rotation of the rotor is controlled.

本発明の第17の態様に記載の回転電機装置は、第1〜9の態様の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または第10の態様に記載の圧縮機と、前記各巻線付き磁芯(20e)の巻線(20a)に電流を選択的に流すインバータ手段(80)と、前記インバータ手段を制御して前記各巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段(100C)と、を備え、前記制御手段(100C)は、前記合力の回転軸方向の成分と前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力(F1)が前記第1固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御するものである。   A rotating electrical machine apparatus according to a seventeenth aspect of the present invention is the axial gap type rotating electrical machine according to any one of the first to ninth aspects or the compressor according to the tenth aspect, and the magnetic core with each winding. Inverter means (80) for selectively passing a current through the winding (20a) of (20e), and a control means for controlling the rotation of the rotor by selectively passing a current through each of the windings by controlling the inverter means. (100C), and the control means (100C) includes a total force (F1) of a component of the resultant force in the rotation axis direction and a component of the force other than the magnetic force acting on the rotor in the rotation axis direction. ) Controls the rotation of the rotor so that it faces the first stator.

本発明の第18の態様に記載の回転電機装置は、第17の態様に記載の回転電機装置であって、前記制御手段(100C)は、位相角(β)がゼロになる様に、または前記総合力(F1)が前記第1固定子側を向く範囲で前記回転子を弱め磁束制御する様に、前記回転子(10)を回転制御するものである。   A rotating electrical machine apparatus according to an eighteenth aspect of the present invention is the rotating electrical machine apparatus according to the seventeenth aspect, wherein the control means (100C) is configured such that the phase angle (β) becomes zero, or The rotation of the rotor (10) is controlled so that the rotor is weakened and the magnetic flux is controlled in a range where the total force (F1) faces the first stator.

本発明の第1の態様によれば、低コストで且つ簡便な構成で回転子を回転軸方向に移動自在にできる。また回転子が回転軸方向に移動自在なので、回転子に作用する磁気力の回転軸方向の成分と回転子に作用する前記磁気力以外の力の回転軸方向の成分との総合力が一方側または他方側の値を取った場合には、その総合力により回転子が回転軸方向の同側に移動されるので、回転子と固定子との間のギャップの大きさを調整できる。   According to the first aspect of the present invention, the rotor can be moved in the direction of the rotation axis with a low-cost and simple configuration. Further, since the rotor is movable in the direction of the rotation axis, the total force of the component in the rotation axis direction of the magnetic force acting on the rotor and the component in the rotation axis direction of the force other than the magnetic force acting on the rotor is on one side. Alternatively, when the value on the other side is taken, the rotor is moved to the same side in the rotation axis direction by the total force, so that the size of the gap between the rotor and the stator can be adjusted.

本発明の第2の態様によれば、低コストで簡便な構成で回転子を回転軸方向に移動自在にできる。   According to the second aspect of the present invention, the rotor can be moved in the direction of the rotation axis with a simple and low-cost configuration.

本発明の第3の態様によれば、低コストで簡便な構成で、第1および第2ストッパを設ける事ができる。   According to the third aspect of the present invention, the first and second stoppers can be provided with a low-cost and simple configuration.

本発明の第4の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を回転軸方向に移動可能にできる。   According to the fourth aspect of the present invention, the rotor can be moved in the direction of the rotation axis with a simple and low-cost configuration.

本発明の第5の態様によれば、低コストで簡便な構成で、第1および第2ストッパを設ける事ができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the first and second stoppers can be provided with a low-cost and simple configuration.

本発明の第6の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を回転軸方向に移動可能にできる。   According to the sixth aspect of the present invention, the rotor can be moved in the direction of the rotation axis with a simple and low-cost configuration.

本発明の第7の態様によれば、細径部分と太径部分との段差を第1ストッパおよび第2ストッパとして利用するので、第1ストッパおよび第2ストッパを別部材として備える必要が無くなる。   According to the seventh aspect of the present invention, since the step between the small diameter portion and the large diameter portion is used as the first stopper and the second stopper, there is no need to provide the first stopper and the second stopper as separate members.

本発明の第8および9の態様によれば、低コストで簡便な構成で、回転子を、前記細径部分に対して回転軸方向には相対的に移動可能で且つ回転軸回りには相対的に固定される様に配設できる。   According to the eighth and ninth aspects of the present invention, the rotor can be moved relative to the small-diameter portion in the direction of the rotation axis and relatively around the rotation axis with a low-cost and simple configuration. It can arrange | position so that it may be fixed.

本発明の第10の態様によれば、上端板および下端板を第1ストッパおよび第2ストッパとして機能でき、これにより第1ストッパおよび第2ストッパを別途設ける必要が無くなる。   According to the tenth aspect of the present invention, the upper end plate and the lower end plate can function as the first stopper and the second stopper, thereby eliminating the need to separately provide the first stopper and the second stopper.

本発明の第11の態様によれば、総合力を正値と負値との間の値を選択的に取らせる事ができるので、その選択により、総合力を第1固定子側または第2固定子側に選択的に向ける事ができる。これにより、総合力が第1固定子側に向けられた場合は、回転子と第1固定子との間隔が縮められ、これにより従来のモータと比べて同じ電流値に対して鎖交磁束を増大できてトルクを効率的に出せ、これによりアキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上できる。また総合力が第2固定子側に向けられた場合は、回転子と第1固定子との間隔が拡げられ、これにより鎖交磁束を低減できて鉄損を低減でき、これによりアキシャルギャップ回転電機の回転効率を向上できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, the total force can be selectively set to a value between a positive value and a negative value. Can be directed selectively to the stator side. As a result, when the total force is directed to the first stator side, the distance between the rotor and the first stator is reduced, so that the interlinkage magnetic flux is reduced with respect to the same current value as compared with the conventional motor. It is possible to increase the torque efficiently, thereby improving the rotational efficiency of the axial gap type rotating electrical machine. In addition, when the total force is directed to the second stator side, the distance between the rotor and the first stator is widened, thereby reducing the interlinkage magnetic flux and iron loss, thereby rotating the axial gap. The rotation efficiency of the electric machine can be improved.

本発明の第12の態様によれば、電流値および位相角の制御により(即ち簡単な制御により)、合力の回転軸方向の成分を制御できる。   According to the twelfth aspect of the present invention, the component of the resultant force in the rotation axis direction can be controlled by controlling the current value and the phase angle (that is, by simple control).

本発明の第13の態様によれば、位相角がゼロの状態では電流値の増大に伴って総合力は第1固定子側に増大するので、電流値の増大に伴って回転子と第1固定子との間隔を縮める事ができる。これにより駆動電圧が出力電圧の上限値に達するまでは、電流値の制御だけで、アキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上できる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, in the state where the phase angle is zero, the total force increases toward the first stator as the current value increases, so the rotor and the first force increase as the current value increases. The distance from the stator can be reduced. Thereby, until the drive voltage reaches the upper limit value of the output voltage, the rotational efficiency of the axial gap rotating electrical machine can be improved only by controlling the current value.

本発明の第14の態様によれば、回転電機の駆動電圧が出力電圧の上限値に達した場合には、弱め磁束制御により総合力が第2固定子側に向く様に(即ち回転子と第1固定子との間隔を拡げる様に)制御することで、機械的にも鎖交磁束を低減して、弱め磁束制御用の電流値を削減しつつ、鉄損も削減しつつ、更に高速化することができる。回転率も同時に向上する。   According to the fourteenth aspect of the present invention, when the drive voltage of the rotating electrical machine reaches the upper limit value of the output voltage, the total force is directed to the second stator side by the flux weakening control (ie, the rotor and By controlling (to widen the gap with the first stator), the interlinkage magnetic flux is reduced mechanically, the current value for flux-weakening control is reduced, the iron loss is reduced, and the speed is further increased. Can be The rotation rate is improved at the same time.

本発明の第15の態様によれば、特に低速回転領域且つ低トルク領域では、鎖交磁束の低減により銅損は若干増加するが、主要損失は鉄損であるので、銅損の上昇以上に鉄損が低減して、鉄損と銅損の損失合計は低減する。これにより回転電機の回転効率が高まる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, particularly in the low speed rotation region and the low torque region, the copper loss slightly increases due to the reduction of the interlinkage magnetic flux, but the main loss is the iron loss. The iron loss is reduced and the total loss of iron loss and copper loss is reduced. This increases the rotation efficiency of the rotating electrical machine.

本発明の第16の態様によれば、電流の増大に伴って、回転電機のトルクが増大すると共に総合力が正側に向かって増大する。そして総合力が正側に増大するほど、総合力により回転子が第1固定子側に益々移動されて、巻線を鎖交する鎖交磁束が益々増大する。一般に銅損はトルクの2乗に比例し且つ鎖交磁束の2乗に反比例するので、高トルク領域では、機械的な鎖交磁束の増大により銅損の増大が抑制される。また鉄損は鎖交磁束の2乗に比例するが、高トルク領域の主要損失は銅損なので、鎖交磁束の増大により鉄損が上昇しても銅損の上昇を抑制する方が損失の合計値は低減される。これにより回転電機の回転効率が高まる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, as the current increases, the torque of the rotating electrical machine increases and the total force increases toward the positive side. As the total force increases to the positive side, the rotor is moved to the first stator side by the total force, and the interlinkage magnetic flux interlinking the windings is further increased. In general, the copper loss is proportional to the square of the torque and inversely proportional to the square of the interlinkage magnetic flux. Therefore, in the high torque region, the increase of the copper loss is suppressed by the increase of the mechanical interlinkage magnetic flux. Iron loss is proportional to the square of the interlinkage magnetic flux, but the main loss in the high torque region is copper loss. Therefore, even if the iron loss increases due to the increase of interlinkage magnetic flux, it is better to suppress the increase in copper loss. The total value is reduced. This increases the rotation efficiency of the rotating electrical machine.

本発明の第17の態様によれば、総合力が第1固定子側に向けられることで、巻線に減磁電流が流れない場合は、総合力により回転子が第1固定子側に移動されて回転子と第1固定子との間隔が縮められるので、電流値削減効果によりアキシャルギャップ型回転電機の回転効率を向上でき、巻線に減磁電流が流れた場合は、減磁電流により総合力が自立反射的に負側に増大され、これにより回転子が第2固定子側に自立反射的に移動されて回転子と第1固定子との間隔が増大されて、これにより回転子が減磁電流により減磁される事が防止される。   According to the seventeenth aspect of the present invention, when the total force is directed to the first stator side, and the demagnetizing current does not flow through the winding, the rotor moves to the first stator side by the total force. Since the distance between the rotor and the first stator is reduced, the rotational efficiency of the axial gap type rotating electrical machine can be improved due to the current value reduction effect. If a demagnetizing current flows through the winding, the demagnetizing current The total force is increased to the negative side in a self-supporting manner, whereby the rotor is moved in a self-supporting manner to the second stator side, and the distance between the rotor and the first stator is increased, thereby the rotor. Is prevented from being demagnetized by the demagnetizing current.

本発明の第18の態様によれば、位相角の制御だけで総合力が前記第1固定子側を向く様に制御できる。   According to the eighteenth aspect of the present invention, the total force can be controlled to face the first stator side only by controlling the phase angle.

第1実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機90の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an axial gap type rotating electrical machine 90 according to a first embodiment. 図1の回転子10、第1固定子20および第2固定子30の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the rotor 10, the first stator 20, and the second stator 30 of FIG. 図1の第1および第2ストッパ70a,70bの具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the 1st and 2nd stoppers 70a and 70b of FIG. 樹脂板120a,120bの斜視図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the perspective view of resin board 120a, 120b. 第2実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機90Bの断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the axial gap type rotary electric machine 90B which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機90Cの断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the axial gap type rotary electric machine 90C which concerns on 3rd Embodiment. 図6のVII−VII断面図である。It is VII-VII sectional drawing of FIG. 第5実施形態および第6実施形態に係る回転電機装置1,1Bの構成図の一例である。It is an example of the block diagram of the rotary electric machine apparatuses 1 and 1B which concern on 5th Embodiment and 6th Embodiment. 総合力F1と位相角βとの関係を示す図の実測結果である。It is the actual measurement result of the figure which shows the relationship between total force F1 and phase angle (beta). 第5実施形態におけるd軸電流指令値Id*と回転速度指令値ω*との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between d-axis current command value Id * and rotational speed command value (omega) * in 5th Embodiment. 第5実施形態におけるq軸電流指令値Iq*と回転速度指令値ω*との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between q-axis electric current command value Iq * and rotational speed command value (omega) * in 5th Embodiment. 第5実施形態における総合力F1と回転速度指令値ω*との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total force F1 and rotational speed command value (omega) * in 5th Embodiment. 初期値Fsを第1固定子20側にずらした場合の総合力F1と位相角βとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total force F1 at the time of shifting the initial value Fs to the 1st stator 20 side, and phase angle (beta). 初期値Fsを第2固定子30側にずらした場合の総合力F1と位相角βとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the total force F1 at the time of shifting the initial value Fs to the 2nd stator 30 side, and phase angle (beta). 第6実施形態における電流位相角βと出力トルクTとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between electric current phase angle (beta) and the output torque T in 6th Embodiment. 第6実施形態におけるd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*と出力トルクTとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * and output torque T in 6th Embodiment. 第6実施形態における電流Iu,Iv,Iwの絶対値Iaと出力トルクTとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the absolute value Ia of the electric currents Iu, Iv, and Iw and output torque T in 6th Embodiment. 第7実施形態に係る回転電機装置100Cの構成図の一例図である。It is an example of the block diagram of the rotary electric machine apparatus 100C which concerns on 7th Embodiment. 第7実施形態に係る回転電機装置100Cの要部の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the principal part of the rotary electric machine apparatus 100C which concerns on 7th Embodiment. 第4実施形態に係る圧縮機200の断面図の一例図である。It is an example of sectional drawing of the compressor 200 which concerns on 4th Embodiment. 図10の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of FIG. 図11の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of FIG. d1が小さい場合(g50)とd1が大きい場合(g60)におけるモータ90のトルクと損失の相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the torque of a motor 90, and loss when d1 is small (g50) and d1 is large (g60).

<第1実施形態>
この実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機90(以下「モータ90」とも称す)は、図1および図2の様に、回転子10と、第1および第2固定子20,30と、回転シャフト40と、第1および第2軸受け50a,50bと、ハウジング60と、第1および第2ストッパ70a,70bとを備えている。
<First Embodiment>
An axial gap type rotating electrical machine 90 (hereinafter also referred to as “motor 90”) according to this embodiment includes a rotor 10, first and second stators 20 and 30, and a rotating shaft as shown in FIGS. 40, first and second bearings 50a and 50b, a housing 60, and first and second stoppers 70a and 70b.

ハウジング60は、図1の様に、内部に収容空間を有する箱状に形成されており、その内部に各構成要素10,20,30,40,50a,50b,70a,70bが配設されている。ハウジング60の一方側の面60aおよび反対側の面60cにはそれぞれ孔60b,60dが形成されており、各孔60b,60dには、回転シャフト40がその回転軸Q1を中心に回転自在に挿通配置される。   As shown in FIG. 1, the housing 60 is formed in a box shape having an accommodation space therein, and each component 10, 20, 30, 40, 50a, 50b, 70a, 70b is disposed therein. Yes. Holes 60b and 60d are formed in one surface 60a and the opposite surface 60c of the housing 60, respectively, and the rotation shaft 40 is inserted into the holes 60b and 60d so as to be rotatable around the rotation axis Q1. Be placed.

回転子10は、図1および図2の様に、複数の界磁部材10iと、複数のコア部材10fと、保持部材10hと、鋼板10gとを備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotor 10 includes a plurality of field members 10i, a plurality of core members 10f, a holding member 10h, and a steel plate 10g.

各界磁部材10iは、回転軸Q1の周囲において相互に離間して環状に配置されている。各界磁部材10iは、例えば平面視略台形状の板状に形成されており、界磁磁石10aと、コア部材10cとを備えている。   The field members 10i are annularly arranged apart from each other around the rotation axis Q1. Each field member 10i is formed in a substantially trapezoidal plate shape in plan view, for example, and includes a field magnet 10a and a core member 10c.

界磁磁石10aは、例えばネオジム、鉄、ホウ素を主成分とした希土類磁石である。界磁磁石10aは、例えば平面視略台形状の板状に形成されている。ここでは、界磁磁石10aの前記略台形の下底に対応する辺10a3は、円弧状に外周側に凸形成されている。界磁磁石10aは、その両側の主面10a1,10a2が磁極面となっている。各界磁磁石10aはそれぞれ、その両側の主面10a1,10a2が回転軸Q1方向と略直交し、且つその下底に対応する辺10a3が外側を向く様にして、回転軸Q1の周囲において相互に離間して配置される。尚、各界磁磁石10aは、それらの同じ側(例えば回転軸Q1方向のQ−側)の主面(例えば主面10a1)の磁極の極性が、回転軸Q1に対する周方向Q2に沿って交互に異なる様に、配置される。   The field magnet 10a is a rare earth magnet whose main component is, for example, neodymium, iron, or boron. The field magnet 10a is formed in, for example, a substantially trapezoidal plate shape in plan view. Here, the side 10a3 corresponding to the lower base of the substantially trapezoidal shape of the field magnet 10a is convexly formed on the outer peripheral side in an arc shape. In the field magnet 10a, main surfaces 10a1 and 10a2 on both sides thereof are magnetic pole surfaces. Each field magnet 10a has its principal surfaces 10a1 and 10a2 on both sides thereof substantially orthogonal to the direction of the rotation axis Q1 and the side 10a3 corresponding to the bottom of the field magnet 10a faces the outside so that they are mutually connected around the rotation axis Q1. Spaced apart. In addition, each field magnet 10a has the polarity of the magnetic pole of the main surface (for example, main surface 10a1) on the same side (for example, the Q-side in the direction of the rotation axis Q1) alternately along the circumferential direction Q2 with respect to the rotation axis Q1. Arranged differently.

コア部材10cは、磁性材(例えば鉄等の軟磁性材)により、界磁磁石10aと例えば同形同大の平面視形状(ここでは略台形状)の板状に形成されている。コア部材10cは、界磁磁石10aの一方の主面10a1に配設されている。   The core member 10c is formed of a magnetic material (for example, a soft magnetic material such as iron) into a plate shape having a planar view shape (here, substantially trapezoidal shape) that is the same shape and size as the field magnet 10a. The core member 10c is disposed on one main surface 10a1 of the field magnet 10a.

各コア部材10fは、磁性材(例えば鉄等の軟磁性材)により例えば略直方体状に形成されている。各コア部材10fは、その長手方向が回転軸Q1に対する径方向Q3に沿う様にして、隣り合う各界磁部材10iの間に配置される。   Each core member 10f is formed, for example, in a substantially rectangular parallelepiped shape from a magnetic material (for example, a soft magnetic material such as iron). Each core member 10f is disposed between adjacent field members 10i so that the longitudinal direction thereof is along the radial direction Q3 with respect to the rotation axis Q1.

保持部材10hは、複数の界磁部材10iおよび複数のコア部材10fを保持するものである。保持部材10hは、非磁性材料、例えば非磁性金属からなり、内周枠部10jと、外周枠部10kと、複数の連結部10mとを備えている。   The holding member 10h holds the plurality of field members 10i and the plurality of core members 10f. The holding member 10h is made of a nonmagnetic material, such as a nonmagnetic metal, and includes an inner peripheral frame portion 10j, an outer peripheral frame portion 10k, and a plurality of connecting portions 10m.

内周枠部10jは、環状(例えば略円環板状)に形成されている。ここでは内周枠部10jの外周形状は、回転軸Q1方向に沿って見た平面視で、例えば略六角形状に形成されている。また外周枠部10kは、環状(例えば円環状)に形成されており、内周枠部10jの外周側に同心軸状に配置される。内周枠部10jの中央孔10nには、回転シャフト40が同心軸状に挿通されて固設される。   The inner peripheral frame portion 10j is formed in an annular shape (for example, a substantially annular plate shape). Here, the outer peripheral shape of the inner peripheral frame portion 10j is formed in, for example, a substantially hexagonal shape in a plan view viewed along the direction of the rotation axis Q1. The outer peripheral frame portion 10k is formed in an annular shape (for example, an annular shape), and is arranged concentrically on the outer peripheral side of the inner peripheral frame portion 10j. A rotating shaft 40 is inserted into a central hole 10n of the inner peripheral frame portion 10j in a concentric shaft shape and fixed.

回転シャフト40は、回転軸Q1に沿って配置されており、その回転軸Q1方向の一方側Q−が第1軸受け50aにより支持され、その回転軸方向Q1の他方側Q+が第2軸受け50bにより支持されている。より詳細には、第1軸受け50aおよび第2軸受け50bはそれぞれ、ハウジング60に固定された状態で、回転シャフト40を、回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に移動自在に支持している。   The rotation shaft 40 is disposed along the rotation axis Q1, one side Q− in the direction of the rotation axis Q1 is supported by the first bearing 50a, and the other side Q + in the rotation axis direction Q1 is supported by the second bearing 50b. It is supported. More specifically, the first bearing 50a and the second bearing 50b are respectively fixed to the housing 60 and support the rotary shaft 40 so as to be rotatable about the rotary axis Q1 and movable in the direction of the rotary axis Q1. ing.

この様な軸受けとして、第1軸受け50aおよび第2軸受け50bは、例えば焼結含油軸受けが使用される。即ち第1軸受け50aおよび第2軸受け50bは、鉄などからなる焼結材料により多孔子を含む様に形成され、その多孔子に潤滑油が含浸される。そして第1軸受け50aおよび第2軸受け50bの各々の内径は、回転シャフト40の外径よりも若干(例えば数μm〜数十μm程度)大きく設計されており、これにより回転シャフト40が第1軸受け50aおよび第2軸受け50bの内径部に挿通された状態で回転すると、その回転によるポンプ作用により、回転シャフト40と各軸受け50a,50bとの接触部分付近の隙間において前記多孔子に含浸された潤滑油が染み出し、その潤滑油により回転シャフト40が支持される。この様に回転シャフト40が潤滑油で支持されることで、回転シャフト40は、上記の様に、回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に移動自在に支持される。   As such bearings, for example, sintered oil-impregnated bearings are used as the first bearing 50a and the second bearing 50b. That is, the first bearing 50a and the second bearing 50b are formed so as to include a porous material by a sintered material made of iron or the like, and the porous material is impregnated with a lubricating oil. The inner diameter of each of the first bearing 50a and the second bearing 50b is designed to be slightly larger (for example, about several μm to several tens of μm) than the outer diameter of the rotating shaft 40, whereby the rotating shaft 40 is designed to be the first bearing. When rotating in a state of being inserted into the inner diameter portions of 50a and the second bearing 50b, lubrication impregnated in the porous member in a gap near the contact portion between the rotating shaft 40 and each of the bearings 50a and 50b is caused by a pumping action due to the rotation. Oil oozes out and the rotating shaft 40 is supported by the lubricating oil. As described above, the rotation shaft 40 is supported by the lubricating oil, so that the rotation shaft 40 is supported so as to be rotatable around the rotation axis Q1 and movable in the direction of the rotation axis Q1 as described above.

またここでは、ハウジング60の他方側Q−の内面60gには凹部60hが形成されており、その凹部60h内に第1軸受け50aが例えば圧入されて嵌合配設されることで、第1軸受け50aはハウジング60に固定されている。またハウジング60の一方側Q+の内面60eには凹部60fが形成されており、その凹部60f内に第2軸受け50bが例えば圧入されて嵌合配設されることで、第2軸受け50bはハウジング60に固定されている。尚、孔60bは凹部60hの底部に形成され、また孔60dは凹部60dの底部に形成されている。この様に回転シャフト40が第1軸受け50aおよび第2軸受け50bに支持されることで、回転子10は、回転軸Q1方向に沿って一方側Q−側または他方側Q+に移動自在にハウジング60に配設されている。この様な構成により低コストで且つ簡便な構成で、回転子10が回転軸Q1方向に移動可能できる。   Further, here, a recess 60h is formed in the inner surface 60g of the other side Q− of the housing 60, and the first bearing 50a is press-fitted and fitted in the recess 60h, for example, so that the first bearing 50 a is fixed to the housing 60. Further, a recess 60f is formed in the inner surface 60e on one side Q + of the housing 60, and the second bearing 50b is fitted into the recess 60f, for example, by being press-fitted, so that the second bearing 50b is fitted into the housing 60. It is fixed to. The hole 60b is formed at the bottom of the recess 60h, and the hole 60d is formed at the bottom of the recess 60d. In this way, the rotating shaft 40 is supported by the first bearing 50a and the second bearing 50b, so that the rotor 10 can move to the one side Q− side or the other side Q + along the direction of the rotating shaft Q1. It is arranged. With such a configuration, the rotor 10 can move in the direction of the rotation axis Q1 with a simple and low-cost configuration.

各連結部10mは、内周枠部10jと外周枠部10mとの間においてほぼ径方向Q3に沿って配置されて、内周枠部10jと外周枠部10mとを連結する。隣り合う各連結部10mの間隔は、相対的に小さい間隔と相対的に大きい間隔とが周方向Q2に沿って交互に繰り返されている。前記相対的に小さい間隔に対応する区間10p1には、コア部材10fが嵌合配設され、前記相対的に大きい間隔に対応する空間10p2には、界磁部材10iが嵌合配設される。   Each connecting portion 10m is arranged along the radial direction Q3 between the inner peripheral frame portion 10j and the outer peripheral frame portion 10m, and connects the inner peripheral frame portion 10j and the outer peripheral frame portion 10m. As for the interval between the adjacent connecting portions 10m, a relatively small interval and a relatively large interval are alternately repeated along the circumferential direction Q2. A core member 10f is fitted and disposed in the section 10p1 corresponding to the relatively small interval, and a field member 10i is fitted and disposed in the space 10p2 corresponding to the relatively large interval.

即ち各界磁部材10iは、回転軸Q1の周囲に相互に離間して環状に配置し、且つ界磁磁石10aの一方側Q+の主面10a2が保持部材10hの同側Q+の主面10h1から露出すると共にコア部材10cの他方側Q−の主面(磁極面)10c1が保持部材10hの同側Q−の主面10h2から露出した状態で、保持部材10hに配設される。またコア部材10fは、保持部材10hの両側の主面10h1,10h2の間を貫通する様に、隣り合う各界磁部材10iの間に配設される。   That is, the field members 10i are annularly arranged around the rotation axis Q1, and the main surface 10a2 on one side Q + of the field magnet 10a is exposed from the main surface 10h1 on the same side Q + of the holding member 10h. At the same time, the main surface (magnetic pole surface) 10c1 on the other side Q− of the core member 10c is disposed on the holding member 10h with the main surface 10h2 on the same side Q− of the holding member 10h exposed. The core member 10f is disposed between adjacent field member 10i so as to penetrate between the main surfaces 10h1 and 10h2 on both sides of the holding member 10h.

鋼板10gは、磁性材(例えば鉄等の軟磁性材)により例えば略環板状(例えば円環板状)に形成されており、各界磁磁石10aの主面10a2を被覆する様に、保持部材10hの一方側Q+の面に同心軸状に配設される。   The steel plate 10g is formed, for example, in a substantially annular plate shape (for example, an annular plate shape) by a magnetic material (for example, a soft magnetic material such as iron), and the holding member is covered so as to cover the main surface 10a2 of each field magnet 10a. It is arranged concentrically on the surface of one side Q + of 10h.

第1固定子20は、例えば、バックヨーク20cと、複数の巻線付き磁芯20eとを有している。第1固定子20は、例えば、回転子10と第1軸受け50との間において、ハウジング60に固定されて配設されている。   The first stator 20 includes, for example, a back yoke 20c and a plurality of winding cores 20e. For example, the first stator 20 is fixed to the housing 60 between the rotor 10 and the first bearing 50.

バックヨーク20cは、例えば略環板状(例えば円環板状)に形成され、その中央孔20fに、回転シャフト40が回転軸Q1回りに回転自在に挿通されている。バックヨーク20cは、回転子10と第1軸受け50aとの間において、回転子10と同心軸状に配置する様にハウジング60に固定されて配設されている。   The back yoke 20c is formed in, for example, a substantially annular plate shape (for example, an annular plate shape), and the rotation shaft 40 is inserted through the center hole 20f so as to be rotatable around the rotation axis Q1. The back yoke 20c is fixedly disposed on the housing 60 between the rotor 10 and the first bearing 50a so as to be disposed concentrically with the rotor 10.

各巻線付き磁芯20eはそれぞれ、電機子磁芯20bと電機子巻線20aとを備えている。電機子磁芯20bは、例えば略台形柱状に形成されており、その外周に電機子巻線20aが巻回されている。電機子磁芯20bは、バックヨーク20cの回転子10側の主面20dにおいて、その略台形の下底に対向する側面20b3が外側を向く様にして、回転軸Q1の周りに環状に複数配置されている。尚、電機子磁芯20bは、図1の様に、電機子巻線20aが巻回される例えば略台形柱状の磁芯本体部20b1と、磁芯本体部20b1の回転子10側の面に、磁芯本体部20b1の外周側に張り出す様に磁芯本体部20b1と一体的に形成された例えば略台形板状の幅広磁芯部20b2とを有している。   Each winding core 20e includes an armature core 20b and an armature winding 20a. The armature core 20b is formed in a substantially trapezoidal column shape, for example, and an armature winding 20a is wound around the outer periphery thereof. A plurality of armature cores 20b are annularly arranged around the rotation axis Q1 so that the side surface 20b3 facing the lower base of the substantially trapezoidal shape faces the outside on the main surface 20d of the back yoke 20c on the rotor 10 side. Has been. As shown in FIG. 1, the armature core 20b is, for example, a substantially trapezoidal columnar magnetic core body 20b1 around which the armature winding 20a is wound, and the rotor 10 side surface of the magnetic core body 20b1. For example, a substantially trapezoidal plate-like wide magnetic core portion 20b2 is formed integrally with the magnetic core main body portion 20b1 so as to project to the outer peripheral side of the magnetic core main body portion 20b1.

電機子巻線20aは、電機子磁芯20bの外周に絶縁体(図示省略)を介して巻回される。尚、本願では特に断りのない限り、電機子巻線20aは、これを構成する導線の1本1本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指すものとする。また、巻始めおよび巻終わりの引出線、および、それらの結線も図面においては省略している。各電機子巻線20aは、モータを構成する様に配線接続されて、モータ90に備えられた各相U,V,W毎の電極(不図示)に接続される。   The armature winding 20a is wound around the outer periphery of the armature core 20b via an insulator (not shown). In the present application, unless otherwise specified, the armature winding 20a does not indicate one of the conductive wires constituting the armature winding 20a, but indicates a mode in which the conductive wires are wound together. Further, the lead lines at the beginning and the end of the winding, and their connection are also omitted in the drawings. Each armature winding 20a is connected by wiring so as to constitute a motor, and is connected to an electrode (not shown) for each phase U, V, W provided in the motor 90.

第2固定子30は、磁性材により例えば略環板状(例えば円環板状)に形成されており、その中央孔30cに、回転シャフト40が回転軸Q1回りに回転自在に挿通される。第2固定子30は、例えば、回転子10と第2軸受け50bとの間において、回転子10と同心軸状に配置する様にハウジング60に固定されて配設されている。   The second stator 30 is formed of a magnetic material, for example, in a substantially annular plate shape (for example, an annular plate shape), and the rotation shaft 40 is inserted through the central hole 30c so as to be rotatable around the rotation axis Q1. For example, the second stator 30 is disposed between the rotor 10 and the second bearing 50b by being fixed to the housing 60 so as to be disposed concentrically with the rotor 10.

第1ストッパ70aは、回転子10の第1固定子20側への移動範囲を制限するものである。第1ストッパ70aは、例えば、回転シャフト40において第1軸受け50aと第1固定子20との間に固定されており、回転シャフト40(従って回転子10)と共に回転軸Q1方向に移動し、第1ストッパ70aが第1軸受け50aに当接することで、回転子10の第1固定子20側への移動範囲を制限する。同様に、第2ストッパ70bは、回転子10の第2固定子30側への移動範囲を制限するものである。第2ストッパ70bは、例えば、回転シャフト40において第2軸受け50bと第2固定子30との間に固定されており、回転シャフト40(従って回転子10)と共に回転軸Q1方向に移動し、第2ストッパ70bが第2軸受け50bに当接することで、回転子10の第2固定子20側への移動範囲を制限する。ここでは、第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bはそれぞれ、その中央に孔(以後、中央孔と呼ぶ)を有する例えば円板状の金属板により形成される。第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bはそれぞれ、その中央孔に回転シャフト40が圧入されることで回転シャフト40に固定される。この様な構成により、簡便な構成で、第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70を設ける事ができる。   The first stopper 70a limits the movement range of the rotor 10 toward the first stator 20 side. For example, the first stopper 70a is fixed between the first bearing 50a and the first stator 20 in the rotary shaft 40, moves together with the rotary shaft 40 (and thus the rotor 10) in the direction of the rotary axis Q1, 1 stopper 70a contacts the 1st bearing 50a, and the range of movement to the 1st stator 20 side of rotor 10 is restricted. Similarly, the second stopper 70b limits the range of movement of the rotor 10 toward the second stator 30 side. For example, the second stopper 70b is fixed between the second bearing 50b and the second stator 30 on the rotary shaft 40, moves together with the rotary shaft 40 (and thus the rotor 10) in the direction of the rotary axis Q1, 2 The stopper 70b abuts on the second bearing 50b, thereby limiting the range of movement of the rotor 10 toward the second stator 20 side. Here, each of the first stopper 70a and the second stopper 70b is formed of, for example, a disk-shaped metal plate having a hole (hereinafter referred to as a central hole) in the center thereof. Each of the first stopper 70a and the second stopper 70b is fixed to the rotating shaft 40 by press-fitting the rotating shaft 40 into the center hole thereof. With such a configuration, the first stopper 70a and the second stopper 70 can be provided with a simple configuration.

このモータ90では、回転子10が回転軸Q1方向に移動した際に回転子10が第1固定子20および第2固定子30と接触しない様に、第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bは下記(a)(b)を満たす様に配設される。(a)第1ストッパ70aと第1軸受け50aとの間隔G1と、第2ストッパ70bと第2軸受け50bとの間隔G2との和(G1+G2)は、第1固定子20と回転子10との間の間隔(より詳細には電機子磁芯20eの端面20gとコア部材10cの主面10c1との間の間隔)d1と、第2固定子30と回転子10との間の間隔d2との和(d1+d2)よりも小さくなる。(b)G1=0のときに(即ち第1ストッパ70aが第1軸受け50aに接触したときに)d1>0となり(即ち回転子10は第1固定子20に接触しない)、且つG2=0のときに(即ち第2ストッパ70bが第2軸受け50bに接触したときに)d2>0となる(即ち回転子10は第2固定子30に接触しない)。   In the motor 90, the first stopper 70a and the second stopper 70b are as follows so that the rotor 10 does not contact the first stator 20 and the second stator 30 when the rotor 10 moves in the direction of the rotation axis Q1. (A) It arrange | positions so that (b) may be satisfy | filled. (A) The sum (G1 + G2) of the gap G1 between the first stopper 70a and the first bearing 50a and the gap G2 between the second stopper 70b and the second bearing 50b is the difference between the first stator 20 and the rotor 10. An interval (more specifically, an interval between the end surface 20g of the armature core 20e and the main surface 10c1 of the core member 10c) d1 and an interval d2 between the second stator 30 and the rotor 10 It becomes smaller than the sum (d1 + d2). (B) When G1 = 0 (that is, when the first stopper 70a contacts the first bearing 50a), d1> 0 (that is, the rotor 10 does not contact the first stator 20), and G2 = 0 (That is, when the second stopper 70b contacts the second bearing 50b), d2> 0 (that is, the rotor 10 does not contact the second stator 30).

このモータ90では、所定のインバータ回路(不図示)から前記各相U,V,Wの電極を介して各電機子巻線20aに電流が供給されることで、各電機子磁芯20bが励磁される。この励磁された電機子磁芯20bと回転子10の各界磁部材10iとの間で磁気力が発生し、この力により回転子10が回転軸Q1回りに回転され、この回転力が回転シャフト40を介して外部に出力される。その際、前記磁気力の合力の回転軸Q1方向の成分(スラスト力)は、電機子巻線20aに供給される電流の電流値または位相角に応じて一方側Q−と他方側Q+との間の値を取る。そしてそのスラスト力と、回転子10に作用する前記磁気力以外の力(例えば回転子10の自重)の回転軸Q1方向の成分との総和力F1が一方側Q−の値を取った場合は、総和力F1により回転子10が同側Q−に移動され、他方、総和力F1が他方側Q+の値を取った場合は、総和力F1により回転子10が同側Q+に移動される。   In this motor 90, each armature core 20b is excited by supplying current to each armature winding 20a from the electrodes of the respective phases U, V, W from a predetermined inverter circuit (not shown). Is done. A magnetic force is generated between the excited armature core 20b and each field member 10i of the rotor 10, and the rotor 10 is rotated about the rotation axis Q1 by this force. Is output to the outside. At that time, the component (thrust force) of the resultant magnetic force in the direction of the rotation axis Q1 is the difference between the one side Q− and the other side Q + according to the current value or phase angle of the current supplied to the armature winding 20a. Take the value between. When the total force F1 of the thrust force and the component other than the magnetic force acting on the rotor 10 (for example, the weight of the rotor 10) in the direction of the rotation axis Q1 takes the value of one side Q− When the total force F1 moves the rotor 10 to the same side Q−, and the total force F1 takes the value of the other side Q +, the rotor 10 is moved to the same side Q + by the total force F1.

以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機90によれば、低コストで且つ簡便な構成で回転子10を回転軸Q1方向に移動可能にできる。また回転子10が回転軸Q1方向に移動自在なので、総合力F1が一方側Q−または他方側Q+の値を取った場合には、その総合力F1により回転子10が回転軸Q1方向の同側に移動されるので、ギャップの大きさを調整することができる。詳細は後述するが、回転速度を上げるべく弱め界磁制御を行う場合には、総合力F1が他方側Q+を向くように制御することができ、ギャップを拡げて界磁磁束を実質的に低減し、以て弱め界磁制御の効果を高めることができる。逆に、統合力F1が一方側Q−を向くように制御することもできる。この場合にはギャップが狭まるので、回転子10と第1固定子20との間の電磁気的相互作用を高め、出力トルクが増大する。   According to the axial gap type rotating electrical machine 90 configured as described above, the rotor 10 can be moved in the direction of the rotation axis Q1 at a low cost and with a simple configuration. Further, since the rotor 10 is movable in the direction of the rotation axis Q1, when the total force F1 takes the value of one side Q− or the other side Q +, the total force F1 causes the rotor 10 to move in the direction of the rotation axis Q1. Since it is moved to the side, the size of the gap can be adjusted. Although details will be described later, when field-weakening control is performed to increase the rotation speed, the total force F1 can be controlled to face the other side Q +, and the field magnetic flux is substantially reduced by widening the gap. Thus, the effect of field weakening control can be enhanced. Conversely, the integration force F1 can be controlled to face the one side Q-. In this case, since the gap is narrowed, the electromagnetic interaction between the rotor 10 and the first stator 20 is enhanced, and the output torque is increased.

尚この実施形態において更に、第1ストッパ70aと第1軸受け50aとの間に配置される第1樹脂板と、第2ストッパ70bと第2軸受け50bとの間に配置される第2樹脂板とを備えてもよい。より詳細には、前記第1および第2樹脂板120a,120bはそれぞれ、図4の様に、樹脂部材により円板状に形成されている。第1樹脂板120aは、第1ストッパ70aと第1軸受け50aとの間に位置する様に、その中心孔120iに回転シャフト40が挿通されることで、回転シャフト40に配設される。第2樹脂板120bは、第2ストッパ70bと第2軸受け50bとの間に位置する様に、その中心孔120iに回転シャフト40が挿通されることで、回転シャフト40に配設される。これにより、第1樹脂板120aにより第1ストッパ70aと第1軸受け50aとの間の摩擦を低減でき、第2樹脂板120bにより第2ストッパ70bと第2軸受け50bとの間の摩擦を低減できる。   In this embodiment, the first resin plate disposed between the first stopper 70a and the first bearing 50a, and the second resin plate disposed between the second stopper 70b and the second bearing 50b are further provided. May be provided. More specifically, the first and second resin plates 120a and 120b are each formed in a disk shape by a resin member as shown in FIG. The first resin plate 120a is disposed on the rotary shaft 40 by inserting the rotary shaft 40 through the center hole 120i so as to be positioned between the first stopper 70a and the first bearing 50a. The second resin plate 120b is disposed on the rotation shaft 40 by inserting the rotation shaft 40 through the center hole 120i so as to be positioned between the second stopper 70b and the second bearing 50b. Thereby, the friction between the first stopper 70a and the first bearing 50a can be reduced by the first resin plate 120a, and the friction between the second stopper 70b and the second bearing 50b can be reduced by the second resin plate 120b. .

またこの実施形態では、第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bは、円板状の金属板により形成され、その中央孔に回転シャフト40が圧入されることで回転シャフト40に固定されたが、この様に限定されない。第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bはそれぞれ、サークリップとして構成されてもよい。より詳細には、第1および第2ストッパ70a,70bはそれぞれ、バネ部材等により、例えば図3の様に、略C字状部70iと張出部70jとを有する様に形成されている。略C字状部70iは、サークリップとして機能する部分である。張出部70jは、略C字状部70iにおけるその周方向の両端部70mにおいて、略C字状部70iの外周側に張り出し且つ略C字状部70iの周方向に折り返される様に延設されている。張出部70jには、孔70kが形成されている。第1および第2ストッパ70a,70bはそれぞれ、その略C字の分断箇所である開放空間70pに面する部分の内側角部70mが円弧状となる様に形成されており、且つその開放空間70pに面する部分の外側角部70nが円弧状となる様に形成されている。この様に形成された第1および第2ストッパ70a,70bは、その開放空間70pの周方向の間隔dが広がる様に弾性変形可能になっている。また回転シャフト40の外周面には、図3の様に、第1および第2ストッパ70a,70bが配設される各箇所に、第1および第2ストッパ70a,70bが嵌合する溝40aが周設されている。   In this embodiment, the first stopper 70a and the second stopper 70b are formed of a disk-shaped metal plate, and are fixed to the rotary shaft 40 by press-fitting the rotary shaft 40 into the center hole. It is not limited to like. Each of the first stopper 70a and the second stopper 70b may be configured as a circlip. More specifically, each of the first and second stoppers 70a and 70b is formed by a spring member or the like so as to have a substantially C-shaped portion 70i and a protruding portion 70j as shown in FIG. The substantially C-shaped part 70i is a part that functions as a circlip. The overhanging portion 70j is extended at the both ends 70m in the circumferential direction of the substantially C-shaped portion 70i so as to project to the outer peripheral side of the substantially C-shaped portion 70i and to be folded back in the circumferential direction of the substantially C-shaped portion 70i. Has been. A hole 70k is formed in the overhanging portion 70j. Each of the first and second stoppers 70a and 70b is formed such that the inner corner portion 70m of the portion facing the open space 70p, which is a substantially C-shaped dividing portion, has an arc shape, and the open space 70p. The outer corner portion 70n of the portion facing the surface is formed in an arc shape. The first and second stoppers 70a and 70b formed in this way can be elastically deformed so that the interval d in the circumferential direction of the open space 70p increases. Further, on the outer peripheral surface of the rotary shaft 40, as shown in FIG. 3, grooves 40a into which the first and second stoppers 70a and 70b are fitted are provided at respective locations where the first and second stoppers 70a and 70b are disposed. It is installed around.

この様に形成された第1ストッパ70aは、下記の様に回転シャフト40の溝40aに配設される。即ち、第1ストッパ70aの両方の角部70nを回転シャフト40の溝40aの底部40bに当接させる様にして、第1ストッパ70aを溝40aに押し込む。これにより、底部40bは開放空間70pの間隔dを拡げながら開放空間70pの奥に進み、最終的に底部40bは第1ストッパ70aの内周側に嵌る(即ち第1ストッパ70aが溝40に嵌合する)。その際、第1ストッパ70aの両角部70nが円弧状に形成されているので、底部40bはスムーズに開放空間70pの間隔dを拡げながら開放空間70pの奥に進む事ができる。この様にして第1ストッパ70aは回転シャフト40の溝40aに配設される。尚、第2ストッパ70bも第1ストッパ70bと同様にして回転シャフト40の溝40aに配設される。   The first stopper 70a formed in this way is disposed in the groove 40a of the rotating shaft 40 as described below. That is, the first stopper 70a is pushed into the groove 40a so that both corners 70n of the first stopper 70a are brought into contact with the bottom 40b of the groove 40a of the rotating shaft 40. As a result, the bottom 40b advances to the back of the open space 70p while increasing the interval d of the open space 70p, and finally the bottom 40b fits on the inner peripheral side of the first stopper 70a (that is, the first stopper 70a fits in the groove 40). Match). At this time, since both corner portions 70n of the first stopper 70a are formed in an arc shape, the bottom portion 40b can advance deeply into the open space 70p while widening the interval d of the open space 70p. In this way, the first stopper 70 a is disposed in the groove 40 a of the rotating shaft 40. The second stopper 70b is also disposed in the groove 40a of the rotating shaft 40 in the same manner as the first stopper 70b.

またこの様に形成された第1ストッパ70aは、下記の様に回転シャフト40から外される。即ち、第1ストッパ70aの両方の張出部70jをそれぞれそれらの対向方向の外側に引っ張ることで、開放空間70pの間隔dを拡げる。そして回転シャフト40が第1ストッパ70aの内周側から開放空間70pを通じて外周側に移動する様に、第1ストッパ70aを回転シャフト40から引き離す。その際、第1ストッパ70aの両角部70mが円弧状に形成されているので、回転シャフト40はスムーズに第1ストッパ70aの内周側から開放空間70pを通過できる。この様にして第1ストッパ70aは回転シャフト40から外される。尚、第2ストッパ70bも第1ストッパ70bと同様にして回転シャフト40から外される。   The first stopper 70a formed in this way is detached from the rotating shaft 40 as described below. That is, the distance d of the open space 70p is widened by pulling both the protruding portions 70j of the first stopper 70a to the outside in the facing direction. Then, the first stopper 70a is pulled away from the rotary shaft 40 so that the rotary shaft 40 moves from the inner peripheral side of the first stopper 70a to the outer peripheral side through the open space 70p. At this time, since both corners 70m of the first stopper 70a are formed in an arc shape, the rotary shaft 40 can smoothly pass through the open space 70p from the inner peripheral side of the first stopper 70a. In this way, the first stopper 70a is detached from the rotary shaft 40. The second stopper 70b is also detached from the rotating shaft 40 in the same manner as the first stopper 70b.

この様に第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bがサークリップとして形成された場合は、第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70bの回転シャフト40への取り付けが容易にできる利点がある。   Thus, when the 1st stopper 70a and the 2nd stopper 70b are formed as a circlip, there exists an advantage which can attach to the rotating shaft 40 of the 1st stopper 70a and the 2nd stopper 70b easily.

<第2実施形態>
第1実施形態では、図1の様に、第1軸受け50aおよび第2軸受け50bはそれぞれ、ハウジング60に対しては回転軸Q1方向に固定されて配設されたが、この実施形態では、第1軸受け50aおよび第2軸受け50bはそれぞれ、ハウジング60に対しては回転軸Q1方向に移動自在に配設される。以下、図5に基づいて、第1実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
Second Embodiment
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the first bearing 50 a and the second bearing 50 b are respectively fixed to the housing 60 in the direction of the rotation axis Q <b> 1. The first bearing 50a and the second bearing 50b are respectively disposed so as to be movable in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the housing 60. Hereinafter, based on FIG. 5, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences from the first embodiment will be mainly described.

この実施形態では、図5の様に、第1実施形態と比べて、(a1)第1実施形態の第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70b(図1参照)は省略され、且つ(b1)第1軸受け50aBおよび第2軸受け50bBはそれぞれ、ハウジング60に対しては、回転軸Q1方向には移動自在で且つ回転軸Q1に直交する方向(以後、径方向と呼ぶ)Q3には固定される様に配設され、且つ回転シャフト40に対しては、回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に固定される様に配設される。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, compared to the first embodiment, (a1) the first stopper 70a and the second stopper 70b (see FIG. 1) of the first embodiment are omitted, and (b1) the first Each of the first bearing 50aB and the second bearing 50bB is movable in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the housing 60 and fixed to a direction Q3 (hereinafter referred to as a radial direction) orthogonal to the rotation axis Q1. The rotating shaft 40 is arranged so as to be rotatable around the rotation axis Q1 and fixed in the direction of the rotation axis Q1.

より詳細には、上記(b1)では、第1軸受け50aBおよび第2軸受け50bBはそれぞれ、例えばころがり軸受け(即ち内径部と外径部との間に配置された転動体のころがりを利用して摩擦抵抗を低減した軸受け、具体的には例えば玉軸受け)として構成される。そして第1軸受け50aBおよび第2軸受け50bBの各々の内径部には、回転シャフト40が挿通状に圧入されることで固定される。これにより第1軸受け50aBおよび第2軸受け50bBは、上記の様に、回転シャフト40に対して、回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に固定される様に配設される。   More specifically, in the above (b1), the first bearing 50aB and the second bearing 50bB are each frictioned by using, for example, a rolling bearing (that is, rolling of a rolling element disposed between the inner diameter portion and the outer diameter portion). It is configured as a bearing with reduced resistance, specifically a ball bearing, for example. The rotary shaft 40 is fixed by being press-fitted into the inner diameter portions of the first bearing 50aB and the second bearing 50bB. As a result, the first bearing 50aB and the second bearing 50bB are disposed so as to be rotatable about the rotation axis Q1 and fixed in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the rotation shaft 40 as described above.

またハウジング60の一方側Q−の内面60gには凹部60hが形成されており、第2軸受け50aBの外径部は、凹部60hに対して、回転軸Q1方向には移動自在に嵌合し且つ径方向Q3には位置決めされる様に嵌合されることで、ハウジング60に配設される。同様に、ハウジング60の他方側Q+の内面60eには凹部60fが形成されており、第2軸受け50bBの外径部は、凹部60fに対して、回転軸Q1方向には移動自在に嵌合し且つ径方向Q3には位置決めされる様に嵌合されることで、ハウジング60に配設される。尚、孔60bは凹部60hの底部に形成され、また孔60dは凹部60dの底部に形成されている。尚、上記(b1)により、低コストで且つ簡便な構成で、回転子10を回転軸Q1方向に移動可能にできる。   A recess 60h is formed in the inner surface 60g on one side Q- of the housing 60, and the outer diameter portion of the second bearing 50aB is movably fitted in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the recess 60h. By being fitted so as to be positioned in the radial direction Q3, it is disposed in the housing 60. Similarly, a recess 60f is formed on the inner surface 60e of the other side Q + of the housing 60, and the outer diameter portion of the second bearing 50bB is movably fitted in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the recess 60f. And it is arrange | positioned in the housing 60 by fitting so that it may be positioned in radial direction Q3. The hole 60b is formed at the bottom of the recess 60h, and the hole 60d is formed at the bottom of the recess 60d. Note that (b1) makes it possible to move the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1 with a low-cost and simple configuration.

またこの実施形態では、ハウジング60の凹部60hの前記底部は、回転子10の第1固定子10側への移動範囲を制限する第1ストッパ70aBとして機能する(即ちこの実施形態では第1ストッパ70aBは凹部60hの前記底部と一体的に形成されている)。またハウジング60の凹部60fの前記底部は、回転子10の第12定子20側への移動範囲を制限する第2ストッパ70bBとして機能する(即ちこの実施形態では第2ストッパ70bBは凹部60fの前記底部と一体的に形成されている)。これにより、簡便な構成で、第1ストッパ70aBおよび第2ストッパ70bBを設ける事ができる。特に第1ストッパ70aBおよび第2ストッパ70bBはハウジング60と一体的に構成されるので、別途部材を追加すること無く、第1ストッパ70aBおよび第2ストッパ70bBを設ける事ができる。   In this embodiment, the bottom portion of the recess 60h of the housing 60 functions as a first stopper 70aB that limits the range of movement of the rotor 10 toward the first stator 10 (that is, in this embodiment, the first stopper 70aB). Is formed integrally with the bottom of the recess 60h). Further, the bottom portion of the recess 60f of the housing 60 functions as a second stopper 70bB that restricts the range of movement of the rotor 10 toward the twelfth stator 20 (that is, in this embodiment, the second stopper 70bB is the bottom portion of the recess 60f). And is formed integrally.) Accordingly, the first stopper 70aB and the second stopper 70bB can be provided with a simple configuration. In particular, since the first stopper 70aB and the second stopper 70bB are integrally formed with the housing 60, the first stopper 70aB and the second stopper 70bB can be provided without adding additional members.

尚、この実施形態の他の構成要素は、第1実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。   In addition, since the other component of this embodiment is comprised similarly to 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

またこの実施形態では、回転子10が回転軸Q1方向に移動した際に回転子10が第1固定子20および第2固定子30と接触しない様に、第1ストッパ70aBおよび第2ストッパ70bBは、下記(a2)(b2)を満たす様に設定される。(a2)第1ストッパ70aBと第1軸受け50aとの間隔G1と、第2ストッパ70bと第2軸受け50bとの間隔G2との和(G1+G2)は、第1固定子20と回転子10との間の間隔d1と、第2固定子30と回転子10との間の間隔d2との和(d1+d2)よりも小さくなる。(b2)G1=0のときに(即ち第1軸受け50aが第1ストッパ70aBに接触したときに)d1>0となり(即ち回転子10は第1固定子20に接触しない)、且つG2=0のときに(即ち第2軸受け50bが第2ストッパ70bBに接触したときに)d2>0となる(即ち回転子10は第2固定子30に接触しない)。   Further, in this embodiment, the first stopper 70aB and the second stopper 70bB are provided so that the rotor 10 does not contact the first stator 20 and the second stator 30 when the rotor 10 moves in the direction of the rotation axis Q1. Are set so as to satisfy the following (a2) and (b2). (A2) The sum (G1 + G2) of the gap G1 between the first stopper 70aB and the first bearing 50a and the gap G2 between the second stopper 70b and the second bearing 50b is the difference between the first stator 20 and the rotor 10. It becomes smaller than the sum (d1 + d2) of the space | interval d1 between and the space | interval d2 between the 2nd stator 30 and the rotor 10. FIG. (B2) When G1 = 0 (that is, when the first bearing 50a contacts the first stopper 70aB), d1> 0 (that is, the rotor 10 does not contact the first stator 20), and G2 = 0 (I.e., when the second bearing 50b comes into contact with the second stopper 70bB), d2> 0 (i.e., the rotor 10 does not come into contact with the second stator 30).

この実施形態では、第1実施形態の場合と同様に、回転子10と第1固定子20との間に作用する磁気力により回転シャフト40が回転される。また上記の様に、第1軸受け50aBおよび第2軸受け50bBがハウジング60に対して回転軸Q1方向に移動自在に配設されることで、回転子10Bが回転軸Q1方向に移動自在になっており、これにより第1実施形態と同様に、総合力F1が一方側Q−の値を取った場合は、その総合力F1により回転子10が同側Q−に移動され、他方、総合力F1が他方側Q+の値を取った場合は、その総合力F1により回転子10が同側Q+に移動される。   In this embodiment, as in the case of the first embodiment, the rotating shaft 40 is rotated by the magnetic force acting between the rotor 10 and the first stator 20. Further, as described above, the first bearing 50aB and the second bearing 50bB are arranged to be movable in the direction of the rotation axis Q1 with respect to the housing 60, so that the rotor 10B is movable in the direction of the rotation axis Q1. Thus, as in the first embodiment, when the total force F1 takes the value of one side Q-, the rotor 10 is moved to the same side Q- by the total force F1, and on the other hand, the total force F1 Takes the value of the other side Q +, the rotor 10 is moved to the same side Q + by the total force F1.

以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機90Bによっても、第1実施形態と同様の効果を得る事ができる。   Also with the axial gap type rotating electrical machine 90B configured as described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

<第3実施形態>
第1実施形態では、図1の様に、回転子10が回転シャフト40に固定され、回転シャフト40が回転軸Q1方向に移動することで、回転子10が回転軸Q1方向に移動したが、この実施形態では、図6の様に、回転シャフト40において、回転子10Cが回転軸Q1方向に移動自在に配設されることで、回転子10Cが回転軸Q1方向に移動する。以下、図6に基づいて、第1実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
<Third Embodiment>
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the rotor 10 is fixed to the rotating shaft 40, and the rotating shaft 40 moves in the direction of the rotation axis Q <b> 1, so that the rotor 10 moves in the direction of the rotation axis Q <b> 1. In this embodiment, as shown in FIG. 6, in the rotating shaft 40, the rotor 10C is disposed so as to be movable in the direction of the rotation axis Q1, so that the rotor 10C moves in the direction of the rotation axis Q1. In the following, based on FIG. 6, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この実施形態では、図6の様に、第1実施形態と比べて、(a3)第1実施形態の第1ストッパ70aおよび第2ストッパ70b(図1参照)は省略され、且つ(b3)第1軸受け50aCおよび第2軸受け50bCはそれぞれ、ハウジング60に固定された状態で、回転シャフト40を回転軸Q1回りには回転自在で且つ回転軸Q1方向には固定される様に配設され、(c3)回転子10Cは、回転シャフト40Cにおいて、回転軸Q1方向には相対的に移動可能で且つ回転軸Q1回りには相対的に回転できない様に配設される以外は、同様に構成される。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, compared to the first embodiment, (a3) the first stopper 70a and the second stopper 70b (see FIG. 1) of the first embodiment are omitted, and (b3) Each of the first bearing 50aC and the second bearing 50bC is disposed so as to be rotatable around the rotation axis Q1 and fixed in the direction of the rotation axis Q1 while being fixed to the housing 60. c3) The rotor 10C is configured similarly except that the rotor 10C is arranged so as to be relatively movable in the direction of the rotation axis Q1 and not to be relatively rotatable around the rotation axis Q1. .

より詳細には、上記(b3)では、第1軸受け50aCおよび第2軸受け50bCはそれぞれ、例えばころがり軸受け(即ち内径部と外径部との間に配置された転動体のころがりを利用して摩擦抵抗を低減した軸受け、具体的には例えば玉軸受け)として構成される。そして第1軸受け50aCの外径部は、ハウジング60の凹部60h内に例えば圧入されて固定され、また第2軸受け50bCの外径部は、ハウジング60の凹部60fに例えば圧入されて固定される。また第1軸受け50aCの内径部内には、回転シャフト40Cの後述の太径部分40e+が例えば圧入されて固定され、また第2軸受け50bCの内径部内には、回転シャフト40Cの後述の太径部分40e−が例えば圧入されて固定される。   More specifically, in the above (b3), the first bearing 50aC and the second bearing 50bC are each frictioned by using, for example, a rolling bearing (that is, rolling of a rolling element disposed between the inner diameter portion and the outer diameter portion). It is configured as a bearing with reduced resistance, specifically a ball bearing, for example. The outer diameter portion of the first bearing 50aC is, for example, press-fitted and fixed in the recess 60h of the housing 60, and the outer diameter portion of the second bearing 50bC is, for example, press-fitted and fixed in the recess 60f of the housing 60. Further, a later-described large-diameter portion 40e + of the rotary shaft 40C is, for example, press-fitted and fixed in the inner diameter portion of the first bearing 50aC, and a later-described large-diameter portion 40e of the rotation shaft 40C is fixed in the inner diameter portion of the second bearing 50bC. -Is pressed and fixed, for example.

また回転シャフト40Cは、第1固定子20および第2固定子30の間に配置する部分であって第1直径d3を有する細径部分(第1部分)40dと、細径部分40dの両側の部分(換言すれば細径部分40d以外の部分)であって第1直径d1よりも大きい第2直径d4を有する太径部分(第2部分)40eとを有して構成される。尚ここでは、細径部分40dにおける回転軸Q1に直交する断面は、図7の様に歯車形または星形等の非円形に形成されており、太径部分40eにおける回転軸Q1に直交する断面は、例えば円形状に形成されている。また細径部分40dと他方側Q−の太径部分40e(以後40e−と呼ぶ)との境界の段差により、回転子10Cの第1固定子20側への移動範囲を制限する第1ストッパ70aCが構成され、細径部分40eと一方側Q+の太径部分40e(以後40e+と呼ぶ)との境界の段差により、回転子10Cの第2固定子30側への移動範囲を制限する第2ストッパ70bCが構成される。   The rotating shaft 40C is a portion disposed between the first stator 20 and the second stator 30 and has a small diameter portion (first portion) 40d having a first diameter d3 and both sides of the small diameter portion 40d. A portion (in other words, a portion other than the small-diameter portion 40d) and a large-diameter portion (second portion) 40e having a second diameter d4 larger than the first diameter d1 are configured. Here, the cross section orthogonal to the rotation axis Q1 in the small diameter portion 40d is formed in a non-circular shape such as a gear shape or a star shape as shown in FIG. 7, and the cross section orthogonal to the rotation axis Q1 in the large diameter portion 40e. Is formed in a circular shape, for example. Further, a first stopper 70aC that limits the range of movement of the rotor 10C toward the first stator 20 due to a step at the boundary between the small-diameter portion 40d and the large-diameter portion 40e on the other side Q- (hereinafter referred to as 40e-). And a second stopper that limits the range of movement of the rotor 10C toward the second stator 30 due to a step at the boundary between the small-diameter portion 40e and the large-diameter portion 40e on one side Q + (hereinafter referred to as 40e +). 70bC is configured.

また回転子10Cは、細径部分40dにおいて、回転軸Q1方向には相対的に移動可能で且つ回転軸Q1回りには相対的に固定される様に配設される。より詳細には、回転子10Cの中央孔10nにおける回転軸Q1に直交する断面は、図7の様に、細径部分40dの断面と比べて略同形で且つ若干大きい大きさに形成される。これにより回転子10Cは、細径部分40dにおいて、回転軸Q1回りには相対的に固定される様に配設される。特に、回転子10Cの前記断面が細径部分40dの前記断面よりも若干大きく形成されることで、回転子10Cが、細径部分40dにおいて、スムーズに回転軸Q1方向に相対的に移動可能になっている。   Further, the rotor 10C is disposed in the small diameter portion 40d so as to be relatively movable in the direction of the rotation axis Q1 and relatively fixed around the rotation axis Q1. More specifically, the cross section perpendicular to the rotation axis Q1 in the central hole 10n of the rotor 10C is substantially the same shape and slightly larger than the cross section of the small diameter portion 40d as shown in FIG. Thus, the rotor 10C is disposed so as to be relatively fixed around the rotation axis Q1 in the small diameter portion 40d. In particular, since the cross section of the rotor 10C is slightly larger than the cross section of the small diameter portion 40d, the rotor 10C can move relatively smoothly in the direction of the rotation axis Q1 in the small diameter portion 40d. It has become.

この実施形態では、回転子10Cが回転軸Q1方向に移動した際に回転子10Cが第1固定子20および第2固定子30と接触しない様に、第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCは、下記(a4)(b4)を満たす様に設定される。(a4)第1ストッパ70aCと回転子10Cとの間隔G1と、第2ストッパ70bCと回転子10Cとの間隔G2との和(G1+G2)は、第1固定子20と回転子10Cとの間の間隔d1と、第2固定子30と回転子10Cとの間の間隔d2との和(d1+d2)よりも小さくなる。(b4)G1=0のときに(即ち第1軸受け50aが第1ストッパ70aCに接触したときに)d1>0となり(即ち回転子10Cは第1固定子20に接触しない)、且つG2=0のときに(即ち第2軸受け50bが第2ストッパ70bCに接触したときに)d2>0となる(即ち回転子10Cは第2固定子30に接触しない)。   In this embodiment, the first stopper 70aC and the second stopper 70bC are configured so that the rotor 10C does not contact the first stator 20 and the second stator 30 when the rotor 10C moves in the direction of the rotation axis Q1. It is set so as to satisfy the following (a4) and (b4). (A4) The sum (G1 + G2) of the gap G1 between the first stopper 70aC and the rotor 10C and the gap G2 between the second stopper 70bC and the rotor 10C is between the first stator 20 and the rotor 10C. It becomes smaller than the sum (d1 + d2) of the distance d1 and the distance d2 between the second stator 30 and the rotor 10C. (B4) When G1 = 0 (that is, when the first bearing 50a contacts the first stopper 70aC), d1> 0 (that is, the rotor 10C does not contact the first stator 20), and G2 = 0 (I.e., when the second bearing 50b contacts the second stopper 70bC), d2> 0 (that is, the rotor 10C does not contact the second stator 30).

この実施形態では、第1実施形態の場合と同様に、回転子10Cと第1固定子20および第2固定子30との間に作用する磁気力により回転シャフト40Cが回転される。また上記の様に、回転子10Cが回転シャフト40Cにおいて回転軸Q1方向に移動自在に配設されることで、回転子10Cが回転軸Q1方向に移動自在になっており、これにより第1実施形態と同様に、総合力F1が一方側Q−の値を取った場合は、その総合力F1により回転子10Cが同側Q−に移動され、他方、総合力F1が他方側Q+の値を取った場合は、その総合力F1により回転子10Cが同側Q+に移動される。   In this embodiment, as in the case of the first embodiment, the rotating shaft 40C is rotated by the magnetic force acting between the rotor 10C and the first stator 20 and the second stator 30. Further, as described above, the rotor 10C is disposed on the rotary shaft 40C so as to be movable in the direction of the rotation axis Q1, so that the rotor 10C can be moved in the direction of the rotation axis Q1. Similarly to the configuration, when the total force F1 takes the value of the one side Q−, the rotor 10C is moved to the same side Q− by the total force F1, while the total force F1 has the value of the other side Q +. When it is taken, the rotor 10C is moved to the same side Q + by the total force F1.

以上の様に構成されたアキシャルギャップ型回転電機90Cによっても、第1実施形態と同様の効果を得る事ができる。また回転子10Cは第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCに対して相対的に回転軸Q1回りに回転しないので、回転子10Cが第1ストッパ70aCに接触しても、回転子10Cと第1ストッパ70aCとの間で摩擦が発生しない(即ち回転子10Cの回転が減速しない)という利点がある。   The effect similar to that of the first embodiment can be obtained also by the axial gap type rotating electric machine 90C configured as described above. Further, since the rotor 10C does not rotate around the rotation axis Q1 relative to the first stopper 70aC and the second stopper 70bC, even if the rotor 10C contacts the first stopper 70aC, the rotor 10C and the first stopper There is an advantage that friction does not occur with 70aC (that is, the rotation of the rotor 10C does not decelerate).

尚この実施形態では、第1ストッパ70aCは、細径部分40dと太径部分40e−との境界により構成され、第2ストッパ70bCは、細径部分40dと太径部分40e+との境界により構成されたが、この様に限定されない。例えば、第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCはそれぞれ、第1実施形態の様に、金属板によりその中央に中央孔を有する円板状に形成されてもよい。この場合は、第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCはそれぞれ、その中央孔に細径部分40dが例えば圧入されて固定されることで、回転シャフト40Cに配設される。または、第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCはそれぞれ、上述した図3のサークリップとして形成されてもよい。この場合も、細径部分40dの外周面に溝40aを周設し、その溝40aに第1ストッパ70aCおよび第2ストッパ70bCが配設される。これらの場合に更に、第1ストッパ70aCと回転子10との間に、上述した図4の樹脂板120aを配置し、且つ第2ストッパ70aCと回転子10との間に、上述した図4の樹脂板120bを配置してもよい。   In this embodiment, the first stopper 70aC is configured by the boundary between the small diameter portion 40d and the large diameter portion 40e−, and the second stopper 70bC is configured by the boundary between the small diameter portion 40d and the large diameter portion 40e +. However, it is not limited to this. For example, each of the first stopper 70aC and the second stopper 70bC may be formed in a disk shape having a central hole at the center thereof by a metal plate as in the first embodiment. In this case, each of the first stopper 70aC and the second stopper 70bC is disposed on the rotary shaft 40C by, for example, press-fitting and fixing the small-diameter portion 40d in the center hole thereof. Alternatively, each of the first stopper 70aC and the second stopper 70bC may be formed as the circlip of FIG. 3 described above. Also in this case, the groove 40a is provided around the outer peripheral surface of the small-diameter portion 40d, and the first stopper 70aC and the second stopper 70bC are disposed in the groove 40a. In these cases, the above-described resin plate 120a of FIG. 4 is disposed between the first stopper 70aC and the rotor 10, and the above-described resin plate 120a of FIG. 4 is disposed between the second stopper 70aC and the rotor 10. A resin plate 120b may be disposed.

<第4実施形態>
第1実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機90に第1および第2ストッパ70a,70bが備えられた。この実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機が圧縮機において冷媒を圧縮するためのモータとして使用された場合のストッパの変形例を示す。
<Fourth embodiment>
In the first embodiment, the axial gap type rotating electrical machine 90 includes the first and second stoppers 70a and 70b. In this embodiment, a modified example of a stopper when an axial gap type rotating electrical machine is used as a motor for compressing a refrigerant in a compressor is shown.

この実施形態に係る圧縮機200は、例えば冷媒を圧縮するものであり、図20の様に、容器300と、3相モータ90Dと、圧縮機構部400とを備えている。図20は、圧縮機200の断面図であるが、3相モータ90Dは側面視で図示されている。   The compressor 200 according to this embodiment compresses a refrigerant, for example, and includes a container 300, a three-phase motor 90D, and a compression mechanism unit 400 as shown in FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view of the compressor 200, but the three-phase motor 90D is shown in a side view.

容器300は、例えば中空の円柱状に形成され、その柱軸Q4が鉛直となる様に配置されている。容器300の例えば下部側面には、容器300内に冷媒を供給する吸入管301が接続されている。また容器300の天井部には、容器300内から前記冷媒を吐出する吐出管302が接続されている。尚、図20では、吸入管301および吐出管302は、側面視で図示されている。   The container 300 is formed in a hollow cylindrical shape, for example, and is arranged so that its column axis Q4 is vertical. For example, a suction pipe 301 for supplying a refrigerant into the container 300 is connected to the lower side surface of the container 300. Further, a discharge pipe 302 that discharges the refrigerant from the inside of the container 300 is connected to the ceiling of the container 300. In FIG. 20, the suction pipe 301 and the discharge pipe 302 are shown in a side view.

3相モータ90Dは、第1実施形態のアキシャルギャップ型回転電機90において、第1および第2ストッパ70a,70bおよびハウジング60が省略されたものである。ここでは、容器300が第1実施形態のハウジング90として機能している。3相モータ90Dは、容器300内の上部側に収容配設されている。より詳細には、3相モータ90Dは、その回転軸Q1が鉛直となる様に配置されている。また3相モータ90Dは、第1固定子20が回転子10の上側に配置した状態で、バックヨーク20cの外周側面が容器300の内周面に固定され、且つ第2固定子30が回転子10の下側に配置した状態で、第2固定子30の外周側面が容器300の内周面に固定される様にして、配設されている。   The three-phase motor 90D is obtained by omitting the first and second stoppers 70a and 70b and the housing 60 in the axial gap type rotating electrical machine 90 of the first embodiment. Here, the container 300 functions as the housing 90 of the first embodiment. The three-phase motor 90D is accommodated and disposed on the upper side in the container 300. More specifically, the three-phase motor 90D is arranged so that the rotation axis Q1 is vertical. In the three-phase motor 90D, the outer peripheral side surface of the back yoke 20c is fixed to the inner peripheral surface of the container 300 in a state where the first stator 20 is disposed above the rotor 10, and the second stator 30 is the rotor. 10, the outer peripheral side surface of the second stator 30 is disposed so as to be fixed to the inner peripheral surface of the container 300.

圧縮機構部400は、容器300内において、3相モータ90Dの下側に位置する様に収容配設されている。圧縮機構部400は、3相モータ90Dの回転シャフト40に連結されており、回転シャフト40を介して3相モータ90Dによって駆動される。   The compression mechanism 400 is accommodated and disposed in the container 300 so as to be positioned below the three-phase motor 90D. The compression mechanism 400 is connected to the rotary shaft 40 of the three-phase motor 90D and is driven by the three-phase motor 90D via the rotary shaft 40.

圧縮機構部400は、シリンダ401と、上端板402および下端板403とを備えている。   The compression mechanism unit 400 includes a cylinder 401, an upper end plate 402 and a lower end plate 403.

シリンダ401の側面には、シリンダ401内に吸入管301からの冷媒を吸入する吸入ポート410が設けられている。上端板402は、シリンダ401の上側開口を閉塞する様に配設されており、下端板403は、シリンダ401の下側開口を閉塞する様に配設されている。回転シャフト40は、上端板402および下端板403を貫通して、シリンダ401の内部に挿入されている。回転シャフト40は、上端板402に設けられた軸受け404と、下端板403に設けられた軸受け405により回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に移動自在に支持されている。即ち軸受け404が図1の軸受け50aとして機能し、軸受け405が図1の軸受け50bとして機能している。   On the side surface of the cylinder 401, a suction port 410 for sucking the refrigerant from the suction pipe 301 is provided in the cylinder 401. The upper end plate 402 is disposed so as to close the upper opening of the cylinder 401, and the lower end plate 403 is disposed so as to close the lower opening of the cylinder 401. The rotating shaft 40 passes through the upper end plate 402 and the lower end plate 403 and is inserted into the cylinder 401. The rotary shaft 40 is supported by a bearing 404 provided on the upper end plate 402 and a bearing 405 provided on the lower end plate 403 so as to be rotatable about the rotation axis Q1 and movable in the direction of the rotation axis Q1. That is, the bearing 404 functions as the bearing 50a in FIG. 1, and the bearing 405 functions as the bearing 50b in FIG.

シリンダ401内では、回転シャフト40にクランクピン406が設けられ、クランクピン406の外周にはピストン407が嵌合されている。ピストン407およびこれに対応するシリンダ401との間の空間により、圧縮室408が形成されている。回転シャフト40の回転に伴って、ピストン407が偏芯した状態で回転しまたは公転運動を行うことで、シリンダ401との隙間である圧縮室408の容積が変化される。この変化により、圧縮室408において、吸入管301から供給された冷媒が圧縮される。   In the cylinder 401, a crank pin 406 is provided on the rotary shaft 40, and a piston 407 is fitted on the outer periphery of the crank pin 406. A compression chamber 408 is formed by a space between the piston 407 and the corresponding cylinder 401. As the rotating shaft 40 rotates, the volume of the compression chamber 408, which is a gap with the cylinder 401, is changed by rotating or revolving with the piston 407 eccentric. Due to this change, the refrigerant supplied from the suction pipe 301 is compressed in the compression chamber 408.

尚、シリンダ401の回転軸Q1方向の高さD3とピストン407の同方向の高さD2は同じ高さに設定されている。またクランクピン406の回転軸Q1方向の高さD1はピストン407の同方向の高さD2よりも短く設定されており、クランクピン406は、上端部402の下面402aと下端部403の上面403aとの間を回転軸Q1方向に移動自在になっている。これにより回転子10は、クランクピン406が上面402aに当接するまで第1固定子20側に移動可能となり、クランクピン406が下面403aに当接するまで第2固定子30側に移動可能となる。即ち上面402aが第1実施形態の第1ストッパ70aとして機能し、下面403aが第1実施形態の第2ストッパ70bとして機能している。尚、各高さD1,D2の差(D2−D1)は、回転子10と第1固定子20および第2固定子30との間隔d1,d2の和(d1+d2)よりも小さく設定されている。   The height D3 of the cylinder 401 in the direction of the rotation axis Q1 and the height D2 of the piston 407 in the same direction are set to the same height. Further, the height D1 of the crank pin 406 in the direction of the rotation axis Q1 is set to be shorter than the height D2 of the piston 407 in the same direction, and the crank pin 406 has a lower surface 402a of the upper end portion 402 and an upper surface 403a of the lower end portion 403. Is freely movable in the direction of the rotation axis Q1. As a result, the rotor 10 can move toward the first stator 20 until the crank pin 406 contacts the upper surface 402a, and can move toward the second stator 30 until the crank pin 406 contacts the lower surface 403a. That is, the upper surface 402a functions as the first stopper 70a of the first embodiment, and the lower surface 403a functions as the second stopper 70b of the first embodiment. The difference (D2−D1) between the heights D1 and D2 is set to be smaller than the sum (d1 + d2) of the distances d1 and d2 between the rotor 10, the first stator 20, and the second stator 30. .

この様にクランクピン406の高さD1がピストン407の高さD2よりも短いことで、クランクピン406と上端板402および下端板403との間の摩擦による損失が低減でき、更に上端板402および下端板403が圧力変形することで、クランクピン406が各板402,403により挟み込まれてロックする事を回避できる。尚、回転シャフト40が回転軸Q1方向に振動して異音が発生する事を防止するために、回転子10に作用する総合力F1により、クランクピン406が上端板402または下端板403に押し付けられる事が望ましい。   Since the height D1 of the crank pin 406 is shorter than the height D2 of the piston 407 in this way, loss due to friction between the crank pin 406 and the upper end plate 402 and the lower end plate 403 can be reduced. By the pressure deformation of the lower end plate 403, it is possible to avoid the crank pin 406 being caught between the plates 402 and 403 and being locked. Note that the crank pin 406 is pressed against the upper end plate 402 or the lower end plate 403 by the total force F1 acting on the rotor 10 in order to prevent the rotating shaft 40 from vibrating in the direction of the rotating shaft Q1 and generating abnormal noise. It is desirable that

この圧縮機200では、3相モータ90Dが回転駆動して圧縮機構部400が駆動されると、吸入管301から圧縮機構部400に冷媒が供給され、圧縮機構部400(とりわけ圧縮室408)で前記冷媒が圧縮される。圧縮機構部400で圧縮された高圧冷媒は、圧縮機構部400の吐出ポート409から容器300内に吐出される。そして高圧冷媒は、第2固定子30と回転シャフト40または容器300との間の空間を通過し、そして回転子10と容器300との間の空間を通過し、そして第1固定子30と容器300または回転シャフト40との間の空間、または第1固定子30に設けられた回転軸Q1方向の貫通孔(不図示)を通過して、3相モータ90Dの上部空間に運ばれ、吐出管302を介して容器300の外部に吐出される。   In the compressor 200, when the three-phase motor 90D is rotationally driven to drive the compression mechanism unit 400, the refrigerant is supplied from the suction pipe 301 to the compression mechanism unit 400, and the compression mechanism unit 400 (particularly, the compression chamber 408). The refrigerant is compressed. The high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism unit 400 is discharged into the container 300 from the discharge port 409 of the compression mechanism unit 400. The high-pressure refrigerant passes through the space between the second stator 30 and the rotary shaft 40 or the container 300, and passes through the space between the rotor 10 and the container 300, and the first stator 30 and the container. 300 or through a through hole (not shown) in the direction of the rotation axis Q1 provided in the first stator 30 and carried to the upper space of the three-phase motor 90D, and the discharge pipe It is discharged to the outside of the container 300 through 302.

以上の様に構成された圧縮機200によれば、モータ90Dに関して第1実施形態と同様の効果を得る事ができるほかに、クランク406の回転軸Q1方向の高さD1をピストン407の同方向の高さD2よりも短くして、クランク406を上端板402と下端板403との間で回転軸Q1方向に移動自在にすることで、上端板402および下端板403を第1ストッパおよび第2ストッパとして機能でき、これにより第1ストッパおよび第2ストッパを別途設ける必要が無くなる。   According to the compressor 200 configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with respect to the motor 90D, and the height D1 of the crank 406 in the direction of the rotation axis Q1 is set to the same direction as the piston 407. And the crank 406 is movable in the direction of the rotation axis Q1 between the upper end plate 402 and the lower end plate 403, whereby the upper end plate 402 and the lower end plate 403 are moved to the first stopper and the second end. It can function as a stopper, thereby eliminating the need to provide a first stopper and a second stopper separately.

<第5実施形態>
この実施形態に係る回転電機装置1は、回転子を、回転軸を中心として回転させつつ、モータの回転速度に応じて回転軸方向に移動可能とすることで、モータを効率的に回転駆動させるものである。
<Fifth Embodiment>
The rotating electrical machine apparatus 1 according to this embodiment efficiently drives the motor to rotate by allowing the rotor to move in the direction of the rotation axis according to the rotation speed of the motor while rotating the rotor about the rotation axis. Is.

この回転電機装置1は、図8の様に、直流電源70と、3相モータ90と、直流電源70の直流電力を3相交流電力に変換して3相モータ90の各相U,V,Wに電流を供給するインバータ回路(インバータ手段)80と、前記各相に流れる電流Iu,Iv,Iwを検出する複数の電流センサ120u,120v、120wと、各電流センサ120u,120v、120wの検出結果に基づいてインバータ回路80を制御する制御回路(制御手段)100とを備えている。直流電源は交流電源とコンバータによって形成されてもよい。   As shown in FIG. 8, the rotating electrical machine 1 converts a DC power source 70, a three-phase motor 90, and DC power of the DC power source 70 into three-phase AC power to convert each phase U, V, Inverter circuit (inverter means) 80 for supplying current to W, a plurality of current sensors 120u, 120v, 120w for detecting currents Iu, Iv, Iw flowing in the respective phases, and detection of each of current sensors 120u, 120v, 120w And a control circuit (control means) 100 for controlling the inverter circuit 80 based on the result. The direct current power source may be formed by an alternating current power source and a converter.

モータ90は、例えば図1の様に、回転子10が回転軸Q1回りに回転自在で且つ回転軸Q1方向に移動自在に配設され、且つ回転子10における回転軸Q1方向の一側Q−に巻線付き固定子20が配設され、回転子10における回転軸Q1方向の他方側Q+に巻線無しの固定子30が配設された構造を有するセンサレス型のアキシャルギャップ型回転電機である。ここでは、この様なモータ90として、第1実施形態のアキシャルギャップ型回転電機90が用いられるが、アキシャルギャップ型回転電機90の代わりに、第2または第3実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機90B,90Cが用いられてもよく、特に、回転電機装置1が圧縮機において冷媒を圧縮するためのモータに適用される場合は、第4実施形態のモータ90Dが用いられてもよい。   For example, as shown in FIG. 1, the motor 90 is arranged such that the rotor 10 is rotatable about the rotation axis Q1 and is movable in the direction of the rotation axis Q1, and one side Q− of the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1. Is a sensorless axial gap type rotating electrical machine having a structure in which a stator 20 with a winding is disposed on the other side and a stator 30 without a winding is disposed on the other side Q + of the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1. . Here, the axial gap type rotating electrical machine 90 of the first embodiment is used as such a motor 90, but the axial gap type rotating electrical machine according to the second or third embodiment is used instead of the axial gap type rotating electrical machine 90. 90B and 90C may be used. In particular, when the rotating electrical machine apparatus 1 is applied to a motor for compressing a refrigerant in a compressor, the motor 90D of the fourth embodiment may be used.

このモータ90では、インバータ回路80から各相U,V,Wの電極11u,11v,11wを介して各電機子巻線20aに電流が供給されることで、各電機子磁芯20bが励磁される。この励磁された電機子磁芯20bと回転子10の各界磁部材10iとの間で磁気力が発生し、この磁気力により回転子10が回転軸Q1回りに回転され、この回転力が回転シャフト40を介して外部に出力される。   In the motor 90, each armature core 20b is excited by supplying current from the inverter circuit 80 to each armature winding 20a via the electrodes 11u, 11v, and 11w of each phase U, V, and W. The A magnetic force is generated between the energized armature core 20b and each field member 10i of the rotor 10, and the rotor 10 is rotated around the rotation axis Q1 by the magnetic force, and the rotation force is applied to the rotating shaft. It is output to the outside via 40.

尚ここでは、このモータ90は、説明便宜上、回転軸Q1が水平になる様に(即ちモータ90の自重の回転軸Q1方向の成分がゼロとなる様に)配置されている。   Here, for convenience of explanation, the motor 90 is disposed so that the rotation axis Q1 is horizontal (that is, the component of the motor 90 in the direction of the rotation axis Q1 is zero).

またこのモータ90では、回転子10と第1固定子20および第2固定子30との間に作用する磁気力の合力の回転軸Q1方向の成分(以後、スラスト力と呼ぶ)と、回転子10に作用する前記磁気力以外の力(ここでは回転子10の自重の回転軸Q1方向の成分(ここではこの成分はゼロ))との総合力F1が、モータ90の無通電状態(即ちモータ90の停止状態)では、図9に示すように負値である初期値Fs(図9ではFs≒−80)となる様に設計されている。またモータ90の通電状態(即ちモータ90の回転状態)では、モータ90のトルクが少なくとも一定の範囲内で、各巻線20aに流れる電流Iu,Iv,Iwの位相角βが大きくなるにつれ総合力F1が正値から減少して負値に変化する様に設計されている。尚、総合力F1は、回転軸Q1方向の一方側(第2固定子30側)Q+から他方側(第1固定子20側)Q−に向かう方向を正としている。   Further, in this motor 90, a component in the direction of the rotation axis Q1 of the resultant magnetic force acting between the rotor 10, the first stator 20 and the second stator 30 (hereinafter referred to as thrust force), the rotor The total force F1 with a force other than the magnetic force acting on the motor 10 (here, a component in the direction of the rotation axis Q1 of the weight of the rotor 10 (here, this component is zero)) is a non-energized state of the motor 90 (that is, the motor 9 is designed to be a negative initial value Fs (Fs≈-80 in FIG. 9) as shown in FIG. Further, in the energized state of the motor 90 (that is, the rotational state of the motor 90), the total force F1 is increased as the phase angle β of the currents Iu, Iv, and Iw flowing through the windings 20a increases while the torque of the motor 90 is at least within a certain range. Is designed to decrease from a positive value to a negative value. The total force F1 is positive in the direction from one side (second stator 30 side) Q + to the other side (first stator 20 side) Q− in the direction of the rotation axis Q1.

上記の設計に際しては、例えば、回転子10と第1固定子20および第2固定子30との間の間隔d1,d2を調整してもよく、また鋼板10gの厚みを調整してもよく、また磁芯20eの回転子10側の面20gおよび第2固定子30の回転子10側の面30aの各々の形状または材質を変更してもよく、また各面20g,30aでの磁束密度を調整してもよく、また各面20g,30aを回転軸Q1方向に対して傾斜させてもよい(尚、この実施形態では各面20g,30aは回転軸Q1方向に対して直交している)。   In the above design, for example, the distances d1 and d2 between the rotor 10 and the first stator 20 and the second stator 30 may be adjusted, and the thickness of the steel plate 10g may be adjusted. The shape or material of each of the surface 20g on the rotor 10 side of the magnetic core 20e and the surface 30a on the rotor 10 side of the second stator 30 may be changed, and the magnetic flux density on each surface 20g, 30a may be changed. The surfaces 20g and 30a may be inclined with respect to the direction of the rotation axis Q1 (in this embodiment, the surfaces 20g and 30a are orthogonal to the direction of the rotation axis Q1). .

尚、図9では、モータ90のトルクが0[Nm](無負荷状態)の場合(グラフg5)、0.5[Nm]の場合(グラフg4)、1.0[Nm]の場合(グラフg3)、2.0[Nm]の場合(グラフg2)および3.0[Nm]の場合(グラフg1)の総合力F1と位相角βとの関係が示されている。またモータ90のトルクが3.0[Nm]の場合および2.0[Nm]の場合では、総合力F1は位相角βに応じて正値から負値に変化し、0.5[Nm]の場合および1.0[Nm]の場合では、総合力F1は位相角βの全範囲で負値となる様に設計されている。   In FIG. 9, when the torque of the motor 90 is 0 [Nm] (no load state) (graph g5), 0.5 [Nm] (graph g4), and 1.0 [Nm] (graph) The relationship between the total force F1 and the phase angle β is shown for g3), 2.0 [Nm] (graph g2), and 3.0 [Nm] (graph g1). When the torque of the motor 90 is 3.0 [Nm] and 2.0 [Nm], the total force F1 changes from a positive value to a negative value according to the phase angle β, and is 0.5 [Nm]. And 1.0 [Nm], the total force F1 is designed to be negative over the entire range of the phase angle β.

インバータ回路80は、図8の様に、複数(ここでは6個)のスイッチ素子SU1,SU2,SV1,SV2,SW1,SW2を備えている。各スイッチ素子SU1,SU2は、互いに直列接続された状態で直流電源70の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位が3相負荷90のU相電極11uに印加されている。また各スイッチ素子SV1,SV2は、互いに直列接続された状態で直流電源70の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位がモータ90のV相電極11vに印加されている。また各スイッチ素子SW1,SW2は、互いに直列接続された状態で直流電源70の陽極および陰極間に接続されており、それらの間の電位がモータ90のW相電極11wに印加されている。   As shown in FIG. 8, the inverter circuit 80 includes a plurality (six in this case) of switch elements SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, and SW2. Each switch element SU1, SU2 is connected between the anode and the cathode of the DC power supply 70 in a state of being connected in series with each other, and the potential between them is applied to the U-phase electrode 11u of the three-phase load 90. The switch elements SV1 and SV2 are connected between the anode and the cathode of the DC power supply 70 in a state of being connected in series, and the potential between them is applied to the V-phase electrode 11v of the motor 90. The switch elements SW1 and SW2 are connected between the anode and the cathode of the DC power supply 70 in a state of being connected in series with each other, and the potential therebetween is applied to the W-phase electrode 11w of the motor 90.

各スイッチ素子SU1,SU2,SV1,SV2,SW1,SW2はそれぞれ、トランジスタTと、トランジスタTの主電極間に設けられたダイオードDとを備えている。ダイオードDは、その通電方向が、トランジスタTの通電方向に対して逆向きになる様にトランジスタTの主電極間に設けられている。各スイッチ素子の制御電極Gはそれぞれ、制御回路100に接続されている。スイッチ素子SU1,SU2,SV1,SV2,SW1,SW2としては、還流ダイオードを備えたIGBT等を使用する事ができる。   Each switch element SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, SW2 includes a transistor T and a diode D provided between the main electrodes of the transistor T. The diode D is provided between the main electrodes of the transistor T so that the energization direction is opposite to the energization direction of the transistor T. The control electrode G of each switch element is connected to the control circuit 100. As the switch elements SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, and SW2, an IGBT or the like including a reflux diode can be used.

このインバータ回路80は、制御回路100により、各スイッチ素子SU1,SU2,SV1,SV2,SW1,SW2の制御電極Gに電圧が印加されて、それら各スイッチ素子の導通/非導通が制御される。これにより直流電源70の直流電力が3相交流電力に変換されて、モータ90の各相U,V,Wの電極11u,11v,11wに電流が供給されて、モータ90が回転駆動される。   In the inverter circuit 80, a voltage is applied by the control circuit 100 to the control electrodes G of the switch elements SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, SW2, and the conduction / non-conduction of these switch elements is controlled. As a result, the DC power of the DC power supply 70 is converted into three-phase AC power, current is supplied to the electrodes 11u, 11v, and 11w of the phases U, V, and W of the motor 90, and the motor 90 is rotationally driven.

制御回路100は、モータ90に流れる各電流Iu,Iv,Iw(即ち各巻線20aに流れる電流)に基づいてモータ90の回転速度を求める。また制御回路100は、(i)モータ90の回転速度ωが回転速度指令値ω*に一致する様に、且つ(ii)回転子10がモータ90の回転速度ωに応じて回転軸Q1方向に移動する様にインバータ回路80を制御する。より詳細には、上記(ii)では、制御回路100は、図12に示す様にモータ90の回転速度が高回転速度上限ω2に達するまでは、回転子10が第1固定子20側に移動し、他方、モータ90の回転速度ωが前記高回転速度上限ω2以上の範囲では、回転子10が第2固定子30側に移動する様に、インバータ回路80を制御する。   The control circuit 100 obtains the rotational speed of the motor 90 based on the currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor 90 (that is, the current flowing through the windings 20a). Further, the control circuit 100 (i) makes the rotational speed ω of the motor 90 coincide with the rotational speed command value ω *, and (ii) the rotor 10 moves in the direction of the rotation axis Q1 according to the rotational speed ω of the motor 90. The inverter circuit 80 is controlled so as to move. More specifically, in the above (ii), the control circuit 100 moves the rotor 10 toward the first stator 20 until the rotational speed of the motor 90 reaches the high rotational speed upper limit ω2, as shown in FIG. On the other hand, the inverter circuit 80 is controlled so that the rotor 10 moves to the second stator 30 side in the range where the rotational speed ω of the motor 90 is equal to or higher than the high rotational speed upper limit ω2.

尚、上記(ii)の様に総合力F1を制御するために、制御回路100は、後述の動作説明の様にインバータ回路80を制御して各巻線20aに流れる電流Iu,Iv,Iwの電流値および位相角βを制御することで、トルクを維持する場合でもスラスト力の値が正値と負値との間を選択的に取る事ができる様に設定されている。   Note that, in order to control the total force F1 as in (ii) above, the control circuit 100 controls the inverter circuit 80 as described below for the operation, and the currents Iu, Iv, and Iw flowing through the windings 20a. By controlling the value and the phase angle β, the thrust force value is set so that it can selectively take a positive value and a negative value even when the torque is maintained.

制御回路100は、図8の様に、回転速度指令値生成部100jと、d軸電流指令値生成部100dと、d軸電圧指令値生成部100eと、q軸電流指令値生成部100fと、q軸電圧指令値生成部100gと、第1の座標変換部100aと、第2の座標変換部100hと、PWM信号生成部100iと、第3の座標変換部100bと、第4の座標変換部100cと、位置推定部100kと、回転速度算出部100mと、初期回転推定部100qとを備えている。   As shown in FIG. 8, the control circuit 100 includes a rotational speed command value generation unit 100j, a d-axis current command value generation unit 100d, a d-axis voltage command value generation unit 100e, a q-axis current command value generation unit 100f, q-axis voltage command value generation unit 100g, first coordinate conversion unit 100a, second coordinate conversion unit 100h, PWM signal generation unit 100i, third coordinate conversion unit 100b, and fourth coordinate conversion unit 100c, a position estimation unit 100k, a rotation speed calculation unit 100m, and an initial rotation estimation unit 100q.

PWM信号生成部100iは、モータ90の回転起動の直前に、インバータ回路80の各制御電極GにPWM信号を印加して、インバータ回路80からモータ90の各電極11u,11v,11wのうちの所定の2つ(例えば11v,11w)に所定の電圧(例えばモータ90が動作反応しない程度の高周波電圧)を印加させる。これにより、モータ90の回転停止状態で、モータ90の各電極11u,11v,11wのうちの所定の1つ(例えば11u)に電圧を発生させる。以後、前記所定の電圧が印加されなかった相を非導通相(ここではU相)と呼ぶ。   The PWM signal generation unit 100i applies a PWM signal to each control electrode G of the inverter circuit 80 immediately before the rotation of the motor 90 is started, and the predetermined one of the electrodes 11u, 11v, 11w of the motor 90 from the inverter circuit 80 is applied. A predetermined voltage (for example, a high frequency voltage at which the motor 90 does not react) is applied to the two (for example, 11v, 11w). Thus, a voltage is generated at a predetermined one (for example, 11u) of the electrodes 11u, 11v, and 11w of the motor 90 in a state where the rotation of the motor 90 is stopped. Hereinafter, the phase to which the predetermined voltage is not applied is referred to as a non-conducting phase (here, U phase).

初期回転位置推定部100qは、モータ90の非通電相に対応する電流センサの検出結果および非導通相の電極に発生した電圧を用いて、回転子20の初期回転位置θ0を検出する。より詳細には、モータ90のインダクタンスはモータ90の回転位置θに依存するので、初期回転位置推定部100qは、非通電相に対応する電流センサの検出結果および非導通相の電極に発生した電圧からモータ90のインダクタンスを推定し、その推定値からモータ90の初期回転位置θ0を推定する。   The initial rotational position estimation unit 100q detects the initial rotational position θ0 of the rotor 20 using the detection result of the current sensor corresponding to the non-energized phase of the motor 90 and the voltage generated at the non-conducting phase electrode. More specifically, since the inductance of the motor 90 depends on the rotational position θ of the motor 90, the initial rotational position estimating unit 100q detects the detection result of the current sensor corresponding to the non-conduction phase and the voltage generated at the electrode of the non-conduction phase. From this, the inductance of the motor 90 is estimated, and the initial rotational position θ0 of the motor 90 is estimated from the estimated value.

第3の座標変換部100bは、各電流センサ120v,120wにより検出された電流Iv,Iwに対し、所定の座標変換(即ち各相U,V,Wに対応する3軸の3次元座標系からα軸およびβ軸の2次元座標系(2相直交固定子座標系)への座標変換)を行って、α軸電流Iαおよびβ軸電流Iβを算出する。   The third coordinate conversion unit 100b performs predetermined coordinate conversion on the currents Iv and Iw detected by the current sensors 120v and 120w (ie, from a three-axis three-dimensional coordinate system corresponding to each phase U, V, and W). The α-axis current Iα and the β-axis current Iβ are calculated by performing a coordinate conversion of the α-axis and the β-axis into a two-dimensional coordinate system (two-phase orthogonal stator coordinate system).

第4の座標変換部100cは、第2の座標変換部100hにより算出された後述のV相電圧指令値Vv*およびW相電圧指令値Vw*に対し、所定の座標変換(即ち各相U,V,Wに対応する3軸の3次元座標系からα軸およびβ軸の2次元座標系(2相直交固定子座標系)への座標変換)を行って、α軸電圧指令値Vα*およびβ軸電圧Vβ*を算出する。   The fourth coordinate conversion unit 100c performs predetermined coordinate conversion (that is, each phase U, V) with respect to a V-phase voltage command value Vv * and a W-phase voltage command value Vw * described later calculated by the second coordinate conversion unit 100h. Coordinate conversion from the three-axis three-dimensional coordinate system corresponding to V and W to the two-dimensional coordinate system (two-phase orthogonal stator coordinate system) of the α-axis and β-axis), and the α-axis voltage command value Vα * and A β-axis voltage Vβ * is calculated.

位置推定部100kは、第3の座標変換部100bにより算出されたα軸電流Iαおよびβ軸電流Iβと、第4の座標変換部100cにより算出されたα軸電圧指令値Vα*およびβ軸電圧指令値Vβ*とに基づいて、モータ90の回転時の回転位置(位置推定値)θを算出する。   The position estimation unit 100k includes an α-axis current Iα and a β-axis current Iβ calculated by the third coordinate conversion unit 100b, and an α-axis voltage command value Vα * and a β-axis voltage calculated by the fourth coordinate conversion unit 100c. Based on the command value Vβ *, a rotational position (position estimation value) θ during rotation of the motor 90 is calculated.

回転速度算出部100mは、モータ90の回転起動の直前は、初期回転位置推定部100gにより推定された初期回転位置θ0に基づいて、またモータ90の回転時は、位置推定部100kにより推定された回転位置θに基づいて、モータ90の回転速度ωを算出する。   The rotational speed calculation unit 100m is estimated based on the initial rotational position θ0 estimated by the initial rotational position estimation unit 100g immediately before the rotation start of the motor 90, and is estimated by the position estimation unit 100k when the motor 90 rotates. Based on the rotational position θ, the rotational speed ω of the motor 90 is calculated.

第1の座標変換部100aは、各電流センサ120u,120v,120wにより検出された各電流Iu,Iv,Iwに対し、モータ90の回転起動の直前は、初期位置推定部100gにより算出された初期回転位置θ0を用いて、またモータ90の回転時は、位置推定部100kにより算出された回転位置θを用いて所定の座標変換(即ち各相U,V,Wに対応する3軸の3次元座標系からd軸およびq軸の2次元座標系への座標変換)を行って、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。   The first coordinate conversion unit 100a performs the initial calculation calculated by the initial position estimation unit 100g immediately before the rotation of the motor 90 with respect to the currents Iu, Iv, and Iw detected by the current sensors 120u, 120v, and 120w. Using the rotational position θ0 and when the motor 90 rotates, the rotational position θ calculated by the position estimation unit 100k is used to perform predetermined coordinate transformation (that is, three-axis three-dimensional corresponding to each phase U, V, W). Coordinate conversion from a coordinate system to a two-dimensional coordinate system of d-axis and q-axis) is performed to calculate d-axis current Id and q-axis current Iq.

尚、d軸は、界磁磁石10aが発生させる界磁磁束の向きに取った軸であり、q軸は、d軸に直交する軸である。d軸電流Idは、電機子巻線20aの励磁により発生する磁界(電機子磁界)のd軸方向に寄与する電流成分であり、q軸電流Iqは、電機子巻線20aの励磁により発生する磁界のq軸方向に寄与する電流成分である。   The d-axis is an axis taken in the direction of the field magnetic flux generated by the field magnet 10a, and the q-axis is an axis orthogonal to the d-axis. The d-axis current Id is a current component that contributes to the d-axis direction of a magnetic field (armature magnetic field) generated by excitation of the armature winding 20a, and the q-axis current Iq is generated by excitation of the armature winding 20a. It is a current component that contributes to the q-axis direction of the magnetic field.

回転速度指令値生成部100jは、モータ90を所望の回転速度ωで回転させるための回転速度指令値ω*を生成する。   The rotation speed command value generation unit 100j generates a rotation speed command value ω * for rotating the motor 90 at a desired rotation speed ω.

q軸電流指令値生成部100fは、回転速度算出部100mにより算出された回転速度ωが、回転速度指令値生成部100jからの回転速度指令値ω*に近づく様に、q軸電流指令値Iq*を生成する。具体的には、q軸電流指令値生成部100fは、回転速度ωと回転速度指令値ω*との偏差を比例積分演算(PI)してq軸電流指令値Iq*を生成する。   The q-axis current command value generation unit 100f is configured such that the rotation speed ω calculated by the rotation speed calculation unit 100m approaches the rotation speed command value ω * from the rotation speed command value generation unit 100j. * Is generated. Specifically, the q-axis current command value generation unit 100f generates a q-axis current command value Iq * by performing a proportional-integral calculation (PI) on the deviation between the rotation speed ω and the rotation speed command value ω *.

q軸電圧指令値生成部100gは、第1の座標変換部100aにより算出されたq軸電流Iqが、q軸電流指令値生成部100fにより生成されたq軸電流指令値Iq*に近づく様に、回転速度指令値ω*におけるモータ90の駆動電圧Vaを演算し、そこからq軸電圧指令値Vq*を生成する。尚、定常状態におけるdq軸モデル上での駆動電圧Vaは式1で表される。尚、式1中のVd*はd軸電圧指令値[V]であり、Vq*はq軸電圧指令値[V]であり、φaは永久磁石鎖交磁束[wb]であり、Ldは電機子d軸インダクタンス[H]であり、Lq:電機子q軸インダクタンス[H]であり、Raは相抵抗[Ω]であり、Idはd軸電流[A]であり、Iqはq軸電流[A]である。   The q-axis voltage command value generation unit 100g is configured such that the q-axis current Iq calculated by the first coordinate conversion unit 100a approaches the q-axis current command value Iq * generated by the q-axis current command value generation unit 100f. Then, the driving voltage Va of the motor 90 at the rotational speed command value ω * is calculated, and the q-axis voltage command value Vq * is generated therefrom. The driving voltage Va on the dq axis model in the steady state is expressed by Equation 1. In Equation 1, Vd * is a d-axis voltage command value [V], Vq * is a q-axis voltage command value [V], φa is a permanent magnet interlinkage magnetic flux [wb], and Ld is an electric machine Child d-axis inductance [H], Lq: armature q-axis inductance [H], Ra is phase resistance [Ω], Id is d-axis current [A], and Iq is q-axis current [H]. A].

Figure 2011254682
Figure 2011254682

d軸電流指令値生成部100dは、回転速度指令値生成部100jからの回転速度指令ω*に応じて、d軸電流指令値Id*を生成する。より詳細には、後述の様に、d軸電流指令値生成部100dは、回転速度指令値ω*が定格回転速度上限ω1に達するまでは、弱め磁界制御にならない様にd軸電流指令値Id*を生成し、他方、回転速度指令値ω*が定格回転速度上限ω1以上の範囲では、弱め磁界制御となる様にd軸電流指令値Id*を生成する。   The d-axis current command value generation unit 100d generates a d-axis current command value Id * according to the rotation speed command ω * from the rotation speed command value generation unit 100j. More specifically, as will be described later, the d-axis current command value generation unit 100d determines that the d-axis current command value Id does not perform the weak magnetic field control until the rotation speed command value ω * reaches the rated rotation speed upper limit ω1. On the other hand, in the range where the rotational speed command value ω * is equal to or higher than the rated rotational speed upper limit ω1, the d-axis current command value Id * is generated so that the weak magnetic field control is performed.

d軸電圧指令値生成部100eは、第1の座標変換部100aにより算出されたd軸電流Idが、d軸電流指令値生成部100dにより生成されたd軸電流指令値Id*に近づく様に、回転速度指令値ω*におけるモータ90の駆動電圧Vaを演算し、そこからd軸電圧指令値Vd*を生成する。   The d-axis voltage command value generation unit 100e is configured such that the d-axis current Id calculated by the first coordinate conversion unit 100a approaches the d-axis current command value Id * generated by the d-axis current command value generation unit 100d. Then, the driving voltage Va of the motor 90 at the rotational speed command value ω * is calculated, and the d-axis voltage command value Vd * is generated therefrom.

第2の座標変換100hは、d軸電圧指令値生成部100eおよびq軸電圧指令値生成部100gにより生成されたd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*に対し、モータ90の回転起動前は、初期位置推定部100gにより算出された初期回転位置θ0を用いて、またモータ90の回転時は、位置推定部100kにより算出された回転位置θを用いて所定の座標変換(即ちd軸およびq軸の2次元座標系から各相U,V,Wに対応する3軸の3次元座標系への座標変換)を行って、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*およびW相電圧指令値Vw*を算出する。   The second coordinate conversion 100h is performed on the motor 90 with respect to the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * generated by the d-axis voltage command value generation unit 100e and the q-axis voltage command value generation unit 100g. Before starting the rotation, a predetermined coordinate transformation (ie, using the initial rotational position θ0 calculated by the initial position estimation unit 100g and using the rotational position θ calculated by the position estimation unit 100k when the motor 90 rotates). (coordinate conversion from a two-dimensional coordinate system of d-axis and q-axis to a three-dimensional three-dimensional coordinate system corresponding to each phase U, V, W), U-phase voltage command value Vu *, V-phase voltage command value Vv * and W-phase voltage command value Vw * are calculated.

またPWM信号生成部100iは、モータ90の回転時は、インバータ回路80の各制御電極GにPWM信号を印加して、モータ90の各相電極11u,11v,11wにそれぞれ、第3の座標変換部100bにより算出された各相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に一致する電圧が印加される様に、インバータ回路80を制御する。これにより、モータ90の回転速度ωが回転速度指令値ω*に一致する様に制御される。   Further, the PWM signal generation unit 100i applies a PWM signal to each control electrode G of the inverter circuit 80 during rotation of the motor 90, and performs third coordinate conversion on each phase electrode 11u, 11v, 11w of the motor 90, respectively. The inverter circuit 80 is controlled so that voltages that match the phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * calculated by the unit 100b are applied. As a result, the rotational speed ω of the motor 90 is controlled to coincide with the rotational speed command value ω *.

次に図10〜図12に基づいて、回転電機装置1の要部の動作(即ちq軸電流指令値生成部100fおよびd軸電流指令値生成部100dの動作)を中心に説明する。以下では、回転速度指令値ω*がゼロから最高回転速度ωmaxまで増大する場合(即ちモータ90の回転速度ωがゼロから最高回転速度ωmaxまで増大する場合)を例に挙げて説明する。尚、q軸電流指令値Iq*はIqmin≦Iq*≦Iqmaxの範囲に制限され、d軸電流指令値Id*はIdmin≦Id*≦Idmaxの範囲に制限され、モータ90に流れる電流Iu,Iv,Iwは、Imin≦Iu,Iv,Iw≦Imaxの範囲に制限されているものとする。尚、図10〜図12中の0〜ω3までの区間K1は、モータ90の回転が安定する目標回転速度ω3に達するまでの始動領域であり、ω3〜ω4の区間K2は低速回転領域であり、ω4〜ω1の区間K3は定格回転速度領域であり、ω1〜ω2の区間K4は高速回転領域であり、ω2〜ωmaxの区間K5は高速回転領域よりも高速の超高速回転領域である。また以下では、説明便宜上、モータ90が例えば圧縮機に用いられた場合で説明する。   Next, based on FIGS. 10 to 12, the operation of the main part of the rotating electrical machine apparatus 1 (that is, the operation of the q-axis current command value generation unit 100f and the d-axis current command value generation unit 100d) will be mainly described. Hereinafter, a case where the rotational speed command value ω * increases from zero to the maximum rotational speed ωmax (that is, a case where the rotational speed ω of the motor 90 increases from zero to the maximum rotational speed ωmax) will be described as an example. The q-axis current command value Iq * is limited to a range of Iqmin ≦ Iq * ≦ Iqmax, and the d-axis current command value Id * is limited to a range of Idmin ≦ Id * ≦ Idmax, and the currents Iu and Iv flowing through the motor 90 , Iw is limited to the range of Imin ≦ Iu, Iv, Iw ≦ Imax. 10 to 12, a section K1 from 0 to ω3 is a starting area until the rotation of the motor 90 reaches a target rotational speed ω3, and a section K2 from ω3 to ω4 is a low speed rotation area. , Ω4 to ω1 is a rated rotational speed region, ω1 to ω2 is a high-speed rotational region, and ω2 to ωmax is a super-high-speed rotational region. In the following, for convenience of explanation, the motor 90 will be described as being used in a compressor, for example.

回転速度指令値ω*がゼロのときは、d軸電流指令値生成部100dは、図10の様に、d軸電流Idがゼロになる様にd軸電流指令値Id*をゼロにする。またこのとき、q軸電流指令値生成部100fは、図11の様に、q軸電流Iqがゼロになる様にq軸電流指令値Iq*をゼロにする。これにより各電流Iu,Iv,Iwはゼロに制御されて、モータ90の回転速度ωはゼロに制御される(即ちモータ90は停止される)。この状態では、図12(図9も参照)の様に、総合力F1は負の初期値Fsとなる。   When the rotational speed command value ω * is zero, the d-axis current command value generation unit 100d sets the d-axis current command value Id * to zero so that the d-axis current Id becomes zero as shown in FIG. At this time, the q-axis current command value generation unit 100f sets the q-axis current command value Iq * to zero so that the q-axis current Iq becomes zero as shown in FIG. As a result, the currents Iu, Iv, and Iw are controlled to zero, and the rotational speed ω of the motor 90 is controlled to zero (that is, the motor 90 is stopped). In this state, as shown in FIG. 12 (see also FIG. 9), the total force F1 becomes a negative initial value Fs.

そして回転速度指令値ω*がゼロから上昇して定格回転速度領域上限ω1に達するまでの間(即ち区間K1,K2,K3)では、d軸電流指令値生成部100dは、図10の様に、位相角β=0となる様に(従ってd軸電流Id=0となる様に)d軸電流指令値Id*をゼロにする。その間(0<ω*≦ω1)のうち、回転速度指令値ω*が目標回転速度ω3に達するまでの区間K1では、q軸電流指令値生成部100fは、図11の様に、回転速度ωが目標回転速度ω3に達する様に(即ちq軸電流指令値Iq*が増大する様に)q軸電流指令値Iq*を生成する。そして回転速度指令値ω*がω3からω4に達するまでの区間K2は、q軸電流指令値生成部100fは、モータ90が回転速度ωが回転速度指令値ω*に達するのに必要なトルクを発揮する様に(ここでは回転速度指令値ω*の上昇に伴ってq軸電流指令値Iq*が増大する様に)、q軸電流指令値Iq*を生成する。即ち圧縮機の場合は、回転速度ωに対する圧縮トルクが冷媒条件やメカニカルロストルク等により自動的に決まってくるので、回転速度指令値ω*を維持するための必要トルクが確保される様にq軸電流指令Iq*が生成される。ここではq軸電流指令値Iq*は、ω*=ω4のときに上限値Iqmaxとなる様に生成される。そして回転速度指令値ω*がω4からω1に達するまでの間K3は、q軸電流指令値生成部100fは、図11の様に、q軸電流指令値Iq*が上限値Iqmaxに維持される様に、q軸電流指令値Iq*を生成する。尚、定格回転速度領域上限ω1は、β=0の場合にモータ90の駆動電圧が制御回路100の出力電圧の上限値に達する回転速度(換言すればβ=0の場合の最高回転速度)である。   Then, during the period until the rotational speed command value ω * rises from zero and reaches the rated rotational speed region upper limit ω1 (that is, the sections K1, K2, and K3), the d-axis current command value generation unit 100d is as shown in FIG. The d-axis current command value Id * is set to zero so that the phase angle β = 0 (and thus the d-axis current Id = 0). During this period (0 <ω * ≦ ω1), in the section K1 until the rotational speed command value ω * reaches the target rotational speed ω3, the q-axis current command value generation unit 100f performs the rotational speed ω as shown in FIG. Q-axis current command value Iq * is generated so that reaches the target rotational speed ω3 (that is, q-axis current command value Iq * increases). In the section K2 until the rotational speed command value ω * reaches from ω3 to ω4, the q-axis current command value generation unit 100f provides the torque necessary for the motor 90 to reach the rotational speed command value ω *. The q-axis current command value Iq * is generated so that the q-axis current command value Iq * increases as the rotational speed command value ω * increases. That is, in the case of a compressor, the compression torque for the rotational speed ω is automatically determined by the refrigerant conditions, mechanical loss torque, etc., so q is required to ensure the necessary torque for maintaining the rotational speed command value ω *. A shaft current command Iq * is generated. Here, the q-axis current command value Iq * is generated so as to be the upper limit value Iqmax when ω * = ω4. During the period K3 until the rotational speed command value ω * reaches from ω4 to ω1, the q-axis current command value generation unit 100f maintains the q-axis current command value Iq * at the upper limit value Iqmax as shown in FIG. Similarly, a q-axis current command value Iq * is generated. Note that the rated rotational speed range upper limit ω1 is a rotational speed at which the drive voltage of the motor 90 reaches the upper limit value of the output voltage of the control circuit 100 when β = 0 (in other words, the maximum rotational speed when β = 0). is there.

よって始動領域K1および低速回転領域K2では、各電流Iu,Iv,Iwは、位相角β=0で、且つ回転速度指令値ω*の増大に伴って増大する。始動領域K1および低速回転領域K2では、この各電流Iu,Iv,Iwの増大に伴って、モータ90のトルクが増大すると共に、図12の様に総合力F1は始動領域K1において負値の初期値Fsから正側に向かって増大して正値となり、低速回転領域K2において更に増大して回転速度ωがω4に達したときに所定値F1aに達する。尚、F1aは、ω=ω4のときの総合力F1である。総合力F1が正側に移ることで総合力F1により回転子10が第1固定子10側に移動され、この移動によりモータ90のトルクが増大する。この様に回転子10が第1固定子10側に移動されてモータ90のトルクが増大することで、従来のモータ(即ち回転子10の回転軸Q1方向への移動が規制された構造)と比べて、同じ電流値に対してモータ90のトルクは大きくなる(以後、この効果を電流値削減効果と呼ぶ)。これらの領域K1,K2では、回転速度が比較的小さいので第1および第2軸受け50a,50bでの軸受け損失は微小である。   Therefore, in the starting region K1 and the low-speed rotation region K2, the currents Iu, Iv, Iw increase with an increase in the rotational speed command value ω * at the phase angle β = 0. In the starting region K1 and the low-speed rotation region K2, the torque of the motor 90 increases as the currents Iu, Iv, and Iw increase, and the total force F1 is initially negative in the starting region K1 as shown in FIG. The value increases from the value Fs toward the positive side to become a positive value, and further increases in the low-speed rotation region K2 and reaches the predetermined value F1a when the rotation speed ω reaches ω4. Note that F1a is the total force F1 when ω = ω4. When the total force F1 moves to the positive side, the rotor 10 is moved to the first stator 10 side by the total force F1, and the torque of the motor 90 increases due to this movement. In this way, the rotor 10 is moved to the first stator 10 side and the torque of the motor 90 is increased, so that the conventional motor (that is, the structure in which the movement of the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1 is restricted) and In comparison, the torque of the motor 90 increases for the same current value (hereinafter, this effect is referred to as a current value reduction effect). In these regions K1 and K2, since the rotational speed is relatively low, the bearing loss in the first and second bearings 50a and 50b is very small.

この低速回転領域K2のうち、q軸電流指令値Iq*が所定値Iq1よりも小さい領域(即ちモータ90のトルクが所定値よりも低い低トルク領域(図11および図12ではω<ω5の領域))では、総合力F1は正であるので、第2軸受け50bではスラスト損失は発生しない為、軸受け損失は微小である。また総合力F1の絶対値は図12の様に比較的小さいので、第1ストッパ70aが第1軸受け50aに接触しても第1軸受け50aに掛かる力は小さく、第1軸受け50aの軸受け損失も小さい。よってこの場合は、電流値削減効果および軸受け損失の低減により、モータ90の回転効率が高まる。   Of the low speed rotation region K2, the region where the q-axis current command value Iq * is smaller than the predetermined value Iq1 (that is, the low torque region where the torque of the motor 90 is lower than the predetermined value (region of ω <ω5 in FIGS. 11 and 12). )), Since the total force F1 is positive, no thrust loss occurs in the second bearing 50b, so the bearing loss is very small. Further, since the absolute value of the total force F1 is relatively small as shown in FIG. 12, even if the first stopper 70a contacts the first bearing 50a, the force applied to the first bearing 50a is small, and the bearing loss of the first bearing 50a is also small. small. Therefore, in this case, the rotational efficiency of the motor 90 is increased due to the current value reduction effect and the reduction in bearing loss.

またこの低速回転領域K2のうち、q軸電流指令値Iq*が所定値Iq1よりも大きい領域(即ちモータ90のトルクが所定値よりも高い高トルク領域(図11および図12ではω5<ω≦ω4の領域))では、モータ90のトルクと共に総合力F1も増加するので、総合力F1は比較的大きくなるが、モータ90の回転速度ωが低速回転領域であるので、一般的に荷重×回転速度に比例する軸受け損失、又、回転速度の1次に比例するヒステリシス損失と、回転速度の2乗に比例する渦電流損失とを合わせた鉄損共に定格回転速度領域K3の場合と比べると比較的小さな値となる。具体的には第1軸受け50aおよび第2軸受け50bに掛かる軸受け損失および鉄損は共に比較的小さい。この場合のモータ90の損失の大部分は電流値の2乗(即ちトルクの2乗)に比例する巻線20aでの銅損であるが、この場合も、電流値削減効果がより大きく発揮されて銅損が低減されるので、モータ90の回転効率が高まる。   Further, in this low speed rotation region K2, a region where the q-axis current command value Iq * is larger than the predetermined value Iq1 (that is, a high torque region where the torque of the motor 90 is higher than the predetermined value (in FIGS. 11 and 12, ω5 <ω ≦ In the region of ω4), the total force F1 increases with the torque of the motor 90, so the total force F1 is relatively large. However, since the rotational speed ω of the motor 90 is in the low-speed rotation region, generally load × rotation Compared to the rated rotational speed range K3, both the bearing loss proportional to the speed, the hysteresis loss proportional to the primary speed of the rotational speed, and the eddy current loss proportional to the square of the rotational speed are combined. Small value. Specifically, both the bearing loss and the iron loss applied to the first bearing 50a and the second bearing 50b are relatively small. Most of the loss of the motor 90 in this case is a copper loss in the winding 20a that is proportional to the square of the current value (that is, the square of the torque), but in this case also, the current value reduction effect is exhibited more greatly. Thus, the copper loss is reduced, and the rotational efficiency of the motor 90 is increased.

そして回転速度指令値ω*がω1よりも大きくなると(即ち高速回転領域K4に入ると)、d軸電流指令値生成部100dは、図10および図12の様に、モータ90のトルクに応じて(実際にはモータ90のトルクはq軸電流Iq(従ってq軸電流指令値Iq*)と正の相関を有するので、例えばq軸電流指令値Iq*に応じて)、総合力F1が正の範囲で弱め磁束制御となる様に(即ち総合力F1が正の範囲で位相角βが進角制御される様に)d軸電流指令値Id*を負値Id1に生成する。具体的には、図9を参照して、モータ90のトルクが2.0Nmの場合は、位相角βは0[deg]より大きく15[deg]未満の値に進角制御され、またモータ90のトルクが3.0Nmの場合は、位相角βは0[deg]より大きく37[deg]未満に進角制御される。またq軸電流指令値生成部100fは、d軸電流指令値Id*の絶対値が増大することに対応して、図11の様に、q軸電流指令値Iq*の絶対値が減少する様にq軸電流指令値Iq*を生成する。図11では、q軸電流指令値Iq*は、q軸電流指令値Iq*が正値の所定値Iq2となる様に生成されている。   When the rotational speed command value ω * becomes larger than ω1 (that is, when entering the high speed rotation region K4), the d-axis current command value generation unit 100d responds to the torque of the motor 90 as shown in FIGS. (Actually, since the torque of the motor 90 has a positive correlation with the q-axis current Iq (and therefore the q-axis current command value Iq *), for example, according to the q-axis current command value Iq *), the total force F1 is positive. The d-axis current command value Id * is generated as a negative value Id1 so that the flux-weakening control is performed in the range (that is, the phase angle β is advanced while the total force F1 is in the positive range). Specifically, referring to FIG. 9, when the torque of motor 90 is 2.0 Nm, phase angle β is advanced to a value greater than 0 [deg] and less than 15 [deg], and motor 90 When the torque is 3.0 Nm, the phase angle β is advanced to 0 [deg] and less than 37 [deg]. Further, the q-axis current command value generation unit 100f causes the absolute value of the q-axis current command value Iq * to decrease as shown in FIG. 11 in response to the increase of the absolute value of the d-axis current command value Id *. Q-axis current command value Iq * is generated. In FIG. 11, the q-axis current command value Iq * is generated so that the q-axis current command value Iq * becomes a predetermined value Iq2 which is a positive value.

この高速回転領域K4では、トルク/電流の比が低下しこの低下により銅損/トルクの比は上昇するが、上記の弱め磁束制御によりモータ90の駆動電圧の制限範囲内でモータ90は更に高速回転して回転速度ω2に達する。この回転速度ω2は、総合力F1が正の範囲で位相角βが進角制御された場合の最高回転速度である。この高速回転領域K4では、銅損が上昇するが、高速化によりモータ90の損失の主要因は鉄損へと移行しつつあり且つ上記の弱め磁束制御により鉄損が低減されるので、この鉄損の低減効果により銅損上昇分が相殺され、これによりモータ90の回転効率が比較的に高く保たれる。更にこの高速回転領域K4では、上記の弱め磁束制御により総合力F1も正の範囲で例えばF1bに低減されるので、その分、軸受け損失も低減して、モータ90の回転効率が更に高まる。尚、図12では、この間(ω1〜ω2の間)では、総合力F1は、作図便宜上、一定値で図示されているが、一定値になるとは限らない。   In this high-speed rotation region K4, the torque / current ratio decreases, and the copper loss / torque ratio increases due to this decrease. However, the motor 90 operates at a higher speed within the drive voltage limit range of the motor 90 by the above-described weakening magnetic flux control. It rotates and reaches the rotational speed ω2. The rotational speed ω2 is the maximum rotational speed when the phase angle β is advanced while the total force F1 is in the positive range. In this high-speed rotation region K4, the copper loss increases, but the main cause of the loss of the motor 90 is shifting to the iron loss due to the increase in speed, and the iron loss is reduced by the above-described weakening magnetic flux control. The increase in copper loss is offset by the effect of reducing the loss, whereby the rotational efficiency of the motor 90 is kept relatively high. Further, in the high speed rotation region K4, the total force F1 is also reduced to, for example, F1b within a positive range by the above-described weakening magnetic flux control. Therefore, the bearing loss is also reduced, and the rotation efficiency of the motor 90 is further increased. In FIG. 12, during this period (between ω1 and ω2), the total force F1 is shown as a constant value for convenience of drawing, but it is not always a constant value.

そして回転速度指令値ω*が高回転速度上限ω2よりも大きくなると、d軸電流指令値生成部100dは、図10および図12の様に、総合力F1が負値となる範囲で弱め磁束制御される様に(換言すればd軸電流指令値Id*が負値の所定値Id1よりも絶対値が大きい負値の所定値Id2となる様に)d軸電流指令値Id*を生成する。具体的には図9を参照して、モータ90のトルクが2.0Nmの場合は、位相角βは例えば15[deg]より大きい値に進角制御され、またモータ90のトルクが3.0Nmの場合は、位相角βは例えば40[deg]より大きい値に進角制御される。またq軸電流指令値生成部100fは、d軸電流指令値Id*の絶対値が更に増大することに対応して、図11の様に、q軸電流指令値Iq*の絶対値が更に減少してq軸電流指令値Iq*がIq3となる様にq軸電流指令値Iq*を生成する。   When the rotational speed command value ω * becomes larger than the high rotational speed upper limit ω2, the d-axis current command value generation unit 100d controls the flux weakening within a range where the total force F1 becomes a negative value as shown in FIGS. In other words, the d-axis current command value Id * is generated (in other words, the d-axis current command value Id * becomes a predetermined negative value Id2 whose absolute value is larger than the negative predetermined value Id1). Specifically, referring to FIG. 9, when the torque of motor 90 is 2.0 Nm, phase angle β is advanced to a value larger than, for example, 15 [deg], and torque of motor 90 is 3.0 Nm. In this case, the advance angle of the phase angle β is controlled to a value larger than 40 [deg], for example. Further, the q-axis current command value generation unit 100f further decreases the absolute value of the q-axis current command value Iq * as shown in FIG. 11 in response to the increase of the absolute value of the d-axis current command value Id *. Then, the q-axis current command value Iq * is generated so that the q-axis current command value Iq * becomes Iq3.

上記の弱め磁束制御により総合力F1が負値(例えば所定値F1c)となることで、総合力F1により回転子10は第2固定子30側に移動される。この移動により、第1固定子10の巻線20aを鎖交する鎖交磁束は低減し(以後、この鎖交磁束の低減を機械的な鎖交磁束の低減(機械的な弱め磁束制御)と呼ぶ)、更に弱め磁束制御自体による鎖交磁束低減の効果が加わることで、モータ90の回転速度ωは更に高速化して最高回転速度ωmaxに達する。尚、図12では、この間(ω2〜ωmaxの間)では、総合力F1は、作図便宜上、一定値で図示されているが、一定値になるとは限らない。   When the total force F1 becomes a negative value (for example, a predetermined value F1c) by the above-described weakening magnetic flux control, the rotor 10 is moved to the second stator 30 side by the total force F1. As a result of this movement, the interlinkage magnetic flux interlinking the winding 20a of the first stator 10 is reduced (hereinafter, the interlinkage magnetic flux is reduced by reducing the mechanical interlinkage magnetic flux (mechanical weakening magnetic flux control)). In addition, the effect of reducing the flux linkage by the flux weakening control itself is added, so that the rotational speed ω of the motor 90 is further increased and reaches the maximum rotational speed ωmax. In FIG. 12, during this period (between ω2 and ωmax), the total force F1 is shown as a constant value for convenience of drawing, but it is not always a constant value.

モータの平均効率を最適化するため、その使用期間中における平均効率への寄与度の高い負荷点(例えば定格負荷点)で、銅損と鉄損をおおよそ半分づつに半分ずつに近づける駆動制御を想定する。詳細に説明すると、銅損は励磁周波数fには依存しないが、鉄損の内、一般にヒステリシス損は励磁周波数fに比例し、渦電流損は励磁周波数fの2乗に比例する。従来のモータでは、ある使用期間中における平均効率への寄与度の高い負荷点(例えば定格負荷点)で、銅損と鉄損をおおよそ半分づつに半分ずつに近づけることで、使用期間中における平均効率の最適化を指向する。よって上述の駆動制御を行う従来のモータにおいては、どうしてもこの高速回転領域K5では、損失の大半を鉄損が占めることが不可避である。他方、一般に鉄損は鎖交磁束の2乗に比例するので、本実施の形態にかかるモータではこの高速回転領域K5では、上述した機械的な鎖交磁束の低減により鉄損が大きく低減する。機械的な鎖交磁束低減により、従来モータで必要な弱め磁束制御の際に流す電流Idの値を削減できるために、銅損も抑制される。損失の主要因である鉄損低減と、銅損値抑制効果が重畳することで合計損失が低減する。よって、定格負荷点に比べて低下しがちなこの領域での、モータ90の回転効率が高まる。   In order to optimize the average efficiency of the motor, drive control that makes the copper loss and the iron loss approximately half by half at a load point (for example, rated load point) that contributes greatly to the average efficiency during the period of use. Suppose. More specifically, although the copper loss does not depend on the excitation frequency f, among the iron loss, the hysteresis loss is generally proportional to the excitation frequency f, and the eddy current loss is proportional to the square of the excitation frequency f. In conventional motors, the load point that has a high contribution to the average efficiency during a certain period of use (for example, the rated load point), the copper loss and the iron loss are approximated in half by half, and the average during the period of use Oriented to optimize efficiency. Therefore, in the conventional motor that performs the drive control described above, it is inevitable that the iron loss occupies most of the loss in the high-speed rotation region K5. On the other hand, since the iron loss is generally proportional to the square of the interlinkage magnetic flux, in the motor according to the present embodiment, the iron loss is greatly reduced in the high-speed rotation region K5 due to the reduction of the mechanical interlinkage magnetic flux described above. By reducing the interlinkage magnetic flux, the value of the current Id that flows when the magnetic flux weakening control required by the conventional motor can be reduced, so that the copper loss is also suppressed. The total loss is reduced by superimposing the iron loss reduction, which is the main cause of the loss, and the copper loss value suppression effect. Therefore, the rotational efficiency of the motor 90 increases in this region, which tends to be lower than the rated load point.

尚、以上の動作説明では、モータ90の駆動電圧がゼロから制御回路100の出力電圧の上限値に達するまでは(即ち0≦ω*≦ω1の範囲K1〜K3では)、位相角βをβ=0とし、モータ90の駆動電圧が制御回路100の出力電圧の上限値に達すると、位相角βを進角制御(即ち弱め磁束制御)する場合で説明したが、この様に限定されない。例えば、モータ90の駆動電圧がゼロから制御回路100の出力電圧の上限値に達するまでの間K1〜K3も、位相角βを進角制御してもよい。その場合、例えば図21の様に、ω3<ω*≦ω1の区間K2〜K3のd軸電流指令値Id*は、ω1<ω*≦ω2の範囲K4のd軸電流指令値Id*の値Id1よりも絶対値の小さい負値Id5にされ、0<ω≦ω3の範囲K1のd軸電流指令値Id*は、ω3<ω*≦ω1の範囲K2〜K3のd軸電流指令値Id*の値Id5よりも絶対値の小さい負値Id4にされる。その際、図22の様に、ω4<ω≦ω1の範囲K3のq軸電流指令値Iq*は、値Id5が非零であることに対応して、上限値Iqmaxよりも小さい値Iq4にされる(例えばIq4は、Id5の2乗とIq4の2乗との和がIqmaxの2乗となる様に決まる)。   In the above description of the operation, the phase angle β is set to β until the driving voltage of the motor 90 reaches zero from the zero value of the output voltage of the control circuit 100 (that is, in the range K1 to K3 of 0 ≦ ω * ≦ ω1). Although the case where the drive angle of the motor 90 reaches the upper limit value of the output voltage of the control circuit 100 and the phase angle β is controlled to advance (that is, the magnetic flux weakening control) has been described, it is not limited to this. For example, the phase angle β may be advanced by K1 to K3 until the drive voltage of the motor 90 reaches zero from the upper limit value of the output voltage of the control circuit 100. In this case, for example, as shown in FIG. 21, the d-axis current command value Id * in the section K2 to K3 in ω3 <ω * ≦ ω1 is the value of the d-axis current command value Id * in the range K4 in ω1 <ω * ≦ ω2. The negative value Id5 having an absolute value smaller than Id1 is set, and the d-axis current command value Id * in the range K1 of 0 <ω ≦ ω3 is the d-axis current command value Id * in the range K2 to K3 of ω3 <ω * ≦ ω1. The negative value Id4 is smaller in absolute value than the value Id5. At this time, as shown in FIG. 22, the q-axis current command value Iq * in the range K3 of ω4 <ω ≦ ω1 is set to a value Iq4 smaller than the upper limit value Iqmax in correspondence with the non-zero value Id5. (For example, Iq4 is determined so that the sum of the square of Id5 and the square of Iq4 becomes the square of Iqmax).

以上の様に構成された回転電機装置1によれば、スラスト力(即ち回転子10と第1固定子20および第2固定子30との間に作用する磁気力の合力の回転軸Q1方向の成分)を正値と負値との間を選択的に取らせる事ができるので、その選択により総合力F1を第1固定子20側または第2固定子30側に選択的に向ける事ができる。これにより、総合力F1が第1固定子20側に向けられた場合は、回転子10と第1固定子20との間隔d1が縮められ、これにより従来のモータ構造と比べて同じ電流値に対して鎖交磁束(界磁磁束)を増大できて効率良くトルクを出せ、これによりモータ90の回転効率を向上できる。また総合力F1が第2固定子30側に向けられた場合は、回転子10と第1固定子30との間隔d2が拡げられ、これにより鎖交磁束を低減できて鉄損を低減でき、これによりモータ90の回転効率を向上できる。また第1実施形態の回転電機90を用いるので、低コストで簡便な構成で機械的に界磁磁束を増減制御できる。   According to the rotating electrical machine apparatus 1 configured as described above, the thrust force (that is, the resultant force of the magnetic force acting between the rotor 10, the first stator 20, and the second stator 30) in the direction of the rotation axis Q1. Component) can be selectively taken between a positive value and a negative value, so that the total force F1 can be selectively directed to the first stator 20 side or the second stator 30 side by the selection. . As a result, when the total force F1 is directed to the first stator 20 side, the distance d1 between the rotor 10 and the first stator 20 is reduced, so that the current value is the same as that of the conventional motor structure. On the other hand, the flux linkage (field magnetic flux) can be increased and the torque can be efficiently generated, whereby the rotational efficiency of the motor 90 can be improved. Further, when the total force F1 is directed to the second stator 30 side, the distance d2 between the rotor 10 and the first stator 30 is widened, whereby the interlinkage magnetic flux can be reduced and the iron loss can be reduced. Thereby, the rotational efficiency of the motor 90 can be improved. Moreover, since the rotary electric machine 90 of 1st Embodiment is used, field flux can be increased / decreased mechanically with a low-cost and simple structure.

また各巻線20aに流れる電流Iu,Iv,Iwの電流値および位相角βの制御により(即ち簡単な制御により)、スラスト力(従って総合力F1)を制御できる。   Further, the thrust force (and hence the total force F1) can be controlled by controlling the current values of the currents Iu, Iv, Iw flowing through the windings 20a and the phase angle β (that is, by simple control).

また位相角βがゼロの状態ではq軸電流Iq(この場合q軸電流Iqは巻線20aに流れる電流の電流値Iaと同じ)の増大に伴って総合力F1は第1固定子20側に増大するので、q軸電流Iqの増大に伴って回転子10と第1固定子20との間隔d1を縮める事ができる。これによりq軸電流Iqが駆動電圧の上限値に対応する電流値Iqmaxに達するまでは、実質的にq軸電流Iqの制御だけで、アキシャルギャップ型回転電機1の回転効率を向上できる。   When the phase angle β is zero, the total force F1 is increased toward the first stator 20 as the q-axis current Iq (in this case, the q-axis current Iq is the same as the current value Ia of the current flowing through the winding 20a) increases. Since it increases, the space | interval d1 of the rotor 10 and the 1st stator 20 can be shortened with the increase in the q-axis current Iq. Thereby, until the q-axis current Iq reaches the current value Iqmax corresponding to the upper limit value of the drive voltage, the rotational efficiency of the axial gap type rotating electrical machine 1 can be improved substantially only by controlling the q-axis current Iq.

またq軸電流Iqが駆動電圧の上限値に対応する電流値Iqmaxに達した後にさらに高速回転させる場合には、弱め磁束制御により総合力F1が第2固定子30側に向く様に(即ち回転子10と第1固定子20との間隔d1を拡げる様に)制御することで、鉄損を低減して更に高速化(即ち回転効率を向上)できる。   In addition, when the q-axis current Iq reaches a current value Iqmax corresponding to the upper limit value of the drive voltage and is further rotated at a higher speed, the total force F1 is directed toward the second stator 30 by the weakening magnetic flux control (that is, the rotation). By controlling so that the distance d1 between the child 10 and the first stator 20 is increased, the iron loss can be reduced and the speed can be further increased (that is, the rotation efficiency can be improved).

尚この実施形態において、図13の様に、総合力F1の初期値Fsを図9の初期値Fsの値(図9ではFs≒−80)よりも第1固定子20側(Q−側)にずれた値に設定してもよい。この設定により、各グラフg1〜g4が第1固定子20側にずれ、このずれにより各グラフg1,g2の負値の範囲が(即ち総合力F1が負値となる位相角βの範囲)が位相角βが大きくなる方向にずれる。この設定の場合は、回転電機装置1の制御が堅牢であり、位相角βの上限値が大きい場合に適している。通常の弱め磁束制御における高速・高トルク、即ち高出力化の効果を最大限利用した上で、更なる超高速化を本発明の効果を使用することで得られるからである。   In this embodiment, as shown in FIG. 13, the initial value Fs of the total force F1 is set to the first stator 20 side (Q-side) from the initial value Fs value of FIG. 9 (Fs≈-80 in FIG. 9). You may set to the value shifted | deviated. With this setting, the graphs g1 to g4 shift to the first stator 20 side, and due to this shift, the negative value ranges of the graphs g1 and g2 (that is, the range of the phase angle β where the total force F1 is a negative value). The phase angle β is shifted in the increasing direction. This setting is suitable when the control of the rotating electrical machine apparatus 1 is robust and the upper limit value of the phase angle β is large. This is because a further ultra-high speed can be obtained by using the effect of the present invention while making full use of the effect of high speed and high torque, that is, high output in normal magnetic flux weakening control.

また図14の様に、総合力F1の初期値Fsを図9の初期値Fsの値よりも第2固定子30側(Q+側)にずれた値に設定してもよい。この設定は先記理由の逆パターンであり、回転電機装置1が何らかの制御上における理由等により位相角βの上限値が小さい場合に適している。位相角β上限の範囲内で、本発明の効果を得られる範囲を確保、拡大できるからである。   Further, as shown in FIG. 14, the initial value Fs of the total force F1 may be set to a value shifted to the second stator 30 side (Q + side) from the value of the initial value Fs of FIG. This setting is a reverse pattern of the reason described above, and is suitable when the rotating electrical machine apparatus 1 has a small upper limit value of the phase angle β for some control reasons. This is because the range in which the effects of the present invention can be obtained can be secured and expanded within the upper limit of the phase angle β.

<第6実施形態>
第5実施形態では、高速回転領域で機械的な弱め磁束制御を行ったが、この実施形態では、低速回転領域で機械的な弱め磁束制御を行う。この実施形態の構成は、第5実施形態(図8)の構成と同じなので、その説明は省略する。以下、図15〜図17に基づいて、この実施形態に係る回転電機装置1Bの動作(即ちq軸電流指令値生成部100fおよびd軸電流指令値生成部100dの動作)を中心に説明する。以下では、回転速度指令値ω*がゼロから増大する場合を例に挙げて説明する。また以下では、説明便宜上、モータ90が例えば圧縮機に用いられた場合を想定して説明する。尚、q軸電流IqはIqmin≦Iq≦Iqmaxの範囲に制限され、d軸電流Idは−Idmax≦Id≦Idminの範囲に制限されており、各電流Iu,Iv,Iwの絶対値IaはIamin≦Ia≦Iamaxの範囲に制限されているものとする。
<Sixth Embodiment>
In the fifth embodiment, the mechanical flux-weakening control is performed in the high-speed rotation region, but in this embodiment, the mechanical flux-weakening control is performed in the low-speed rotation region. Since the configuration of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment (FIG. 8), description thereof is omitted. Hereinafter, the operation of the rotating electrical machine apparatus 1B according to this embodiment (that is, the operation of the q-axis current command value generation unit 100f and the d-axis current command value generation unit 100d) will be mainly described with reference to FIGS. Hereinafter, a case where the rotational speed command value ω * increases from zero will be described as an example. Moreover, below, for convenience of explanation, the case where the motor 90 is used in, for example, a compressor will be described. The q-axis current Iq is limited to the range of Iqmin ≦ Iq ≦ Iqmax, the d-axis current Id is limited to the range of −Idmax ≦ Id ≦ Idmin, and the absolute values Ia of the currents Iu, Iv, and Iw are Iamin. It is assumed that the range is limited to a range of ≦ Ia ≦ Iamax.

回転速度指令値ω*がゼロのときは、図17の様に出力トルクTは0である為、各電流Iu,Iv,Iwの絶対値Iaも0とする。よってd軸電流指令値生成部100dは、図16の様に、d軸電流Idがゼロになる様にd軸電流指令値Id*をゼロにし、q軸電流指令値生成部100fは、図16の様に、q軸電流Iqがゼロになる様にq軸電流指令値Iq*をゼロにする。これにより各電流Iu,Iv,Iwはゼロに制御されて、モータ90の回転速度ωはゼロに制御される(即ちモータ90は停止される)。この状態では、総合力F1は負の初期値Fsとなる。   When the rotational speed command value ω * is zero, the output torque T is zero as shown in FIG. 17, and therefore the absolute values Ia of the currents Iu, Iv, Iw are also zero. Therefore, as shown in FIG. 16, the d-axis current command value generation unit 100d sets the d-axis current command value Id * to zero so that the d-axis current Id becomes zero, and the q-axis current command value generation unit 100f In this way, the q-axis current command value Iq * is set to zero so that the q-axis current Iq becomes zero. As a result, the currents Iu, Iv, and Iw are controlled to zero, and the rotational speed ω of the motor 90 is controlled to zero (that is, the motor 90 is stopped). In this state, the total force F1 becomes a negative initial value Fs.

そして回転速度指令値ω*が上昇し、従って回転速度ωも上昇して、励磁周波数が上昇する事により鉄損が増大するが、モータ90の損失のうち、銅損の最大時(即ちトルクがTmaxとなり、電流がTamaxとなる時)には、銅損が鉄損よりも大きくなる回転数ωL以下の領域を低速領域とする。上記低速領域において、モータ90の出力トルクTに応じて電流位相角βが図15の様に制御される。圧縮機の場合は、回転速度ωに対する圧縮トルクが冷媒条件やメカニカルロストルク等により自動的に決まってくるので、回転速度指令値ω*を維持するための必要トルクが確保される様にq軸電流指令Iq*が決定される。より具体的には、q軸電流指令値生成部100fは、回転速度指令値ω*に対して回転速度ωが小さい場合は、回転速度指令値ω*の周波数に依存してq軸電流指令値Iq*を増加させ、回転速度指令値ω*に対して回転速度ωが大きい場合は、回転速度指令値ω*の周波数に依存してq軸電流指令値Iq*を減少させる。これによりq軸電流指令値Iq*は、図16の様に出力トルクTの増大に伴って増大する。d軸電流指令生成部100dは、q軸電流指令値生成部100fで生成されたq軸電流指令値Iq*に応じたd軸電流指令値Id*を生成する。   Then, the rotational speed command value ω * increases, and thus the rotational speed ω also increases, and the iron loss increases due to the increase of the excitation frequency. When Tmax is reached and the current is Tamax), the low speed region is defined as the region below the rotational speed ωL where the copper loss is greater than the iron loss. In the low speed region, the current phase angle β is controlled as shown in FIG. 15 according to the output torque T of the motor 90. In the case of a compressor, the compression torque for the rotational speed ω is automatically determined by the refrigerant conditions, mechanical loss torque, etc., so that the q axis is set so as to ensure the necessary torque for maintaining the rotational speed command value ω *. Current command Iq * is determined. More specifically, the q-axis current command value generation unit 100f determines that the q-axis current command value depends on the frequency of the rotation speed command value ω * when the rotation speed ω is smaller than the rotation speed command value ω *. When Iq * is increased and the rotational speed ω is larger than the rotational speed command value ω *, the q-axis current command value Iq * is decreased depending on the frequency of the rotational speed command value ω *. As a result, the q-axis current command value Iq * increases as the output torque T increases as shown in FIG. The d-axis current command generation unit 100d generates a d-axis current command value Id * corresponding to the q-axis current command value Iq * generated by the q-axis current command value generation unit 100f.

詳細には、図15の0<T<T1の領域(低トルク領域)では、d軸電流指令値生成部100dは、図16の様に、d軸電流Idをゼロに維持するためにd軸電流指令値Id*をゼロに維持する。これにより各電流Iu,Iv,Iwは、位相角β=0で、且つ回転速度指令値ω*の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域(0<T<T1)では、各電流Iu,Iv,Iwの絶対値Iaの増大に伴って、モータ90の出力トルクTが増大する(図17)と共に総合力F1が初期値Fsからゼロに向かって増大する(但し、総合力F1が負値に保たれることで、回転子10が第2固定子30側に移動しており、回転子10と第1固定子20との間隔d1が大きいまま維持される)。これにより、後述の様に、低トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。   Specifically, in the region of 0 <T <T1 (low torque region) in FIG. 15, the d-axis current command value generation unit 100d performs d-axis in order to maintain the d-axis current Id at zero as shown in FIG. The current command value Id * is maintained at zero. As a result, the currents Iu, Iv, and Iw are controlled to current values that can maintain the rotational speed of the rotational speed command value ω * with the phase angle β = 0. Therefore, in this region (0 <T <T1), the output torque T of the motor 90 increases as the absolute value Ia of each current Iu, Iv, Iw increases (FIG. 17) and the total force F1 becomes the initial value Fs. Increases from zero to zero (however, the total force F1 is maintained at a negative value, the rotor 10 is moved to the second stator 30 side, and the rotor 10 and the first stator 20 The distance d1 remains large). As a result, as will be described later, in the low torque region, the loss with respect to the torque is relatively small and the rotation efficiency is high.

次に、図15のT1≦T≦T2の領域(低トルク領域、即ちトルクが所定値以下の場合)では、d軸電流指令値生成部100dは、図16の様に、q軸電流指令値Iq*(この領域でIq1<Iq*≦Iq2である)に応じたd軸電流指令値Id*(Id1(=0)<Id*≦Id2)を生成する。これにより各電流Iu,Iv,Iwは、図15のT1からT2の間の位相角β(例えば0°≦β≦10°、即ち総合力F1が負値となる位相角β)で、且つ回転速度指令値ω*の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域(T1≦T≦T2)では、各電流Iu,Iv,Iwの絶対値Iaの増大に伴って、モータ90の出力トルクTが増大する(図17)と共に総合力F1も負値の範囲で増大する(即ち、総合力F1が負値に保たれることで、回転子10が第2固定子30側に移動されて、回転子10と第1固定子20との間隔d1が大きいまま維持される)。これにより、後述の様に、低トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。   Next, in the region of T1 ≦ T ≦ T2 in FIG. 15 (low torque region, that is, when the torque is equal to or less than a predetermined value), the d-axis current command value generation unit 100d performs the q-axis current command value as shown in FIG. A d-axis current command value Id * (Id1 (= 0) <Id * ≦ Id2) corresponding to Iq * (Iq1 <Iq * ≦ Iq2 in this region) is generated. As a result, the currents Iu, Iv, and Iw are rotated at a phase angle β (for example, 0 ° ≦ β ≦ 10 °, that is, a phase angle β at which the total force F1 is a negative value) between T1 and T2 in FIG. The current value is controlled to maintain the rotational speed of the speed command value ω *. Therefore, in this region (T1 ≦ T ≦ T2), the output torque T of the motor 90 increases as the absolute values Ia of the currents Iu, Iv, and Iw increase (FIG. 17), and the total force F1 also has a negative value. Increases in the range (that is, when the total force F1 is maintained at a negative value, the rotor 10 is moved to the second stator 30 side, and the distance d1 between the rotor 10 and the first stator 20 is large. Maintained). As a result, as will be described later, in the low torque region, the loss with respect to the torque is relatively small and the rotation efficiency is high.

次に、図15のT2<T≦T3の領域(高トルク領域、即ちトルクが所定値以下の場合)では、d軸電流指令値生成部100dは、図16の様に、q軸電流指令値Iq*(この領域ではIq2<Iq*≦Iq3である)に応じたd軸電流指令値Id*(Id2<Id*≦Id3)を生成する。これにより各電流Iu,Iv,Iwは、図15のT2からT3の間の位相角β(10°<β≦20°、即ち総合力F1が正値となり且つリラクタンストルクを得る事ができる位相角β)で、且つ回転速度指令値ω*の回転速度を維持できる電流値に制御される。よってこの領域(T2<T≦T3)では、各電流Iu,Iv,Iwの絶対値Iaの増大に伴って、モータ90の出力トルクTが増大する(図17)と共に総合力F1も正値の範囲で増大する(即ち、総合力F1が正値に保たれることで、回転子10と第1固定子20との間隔d1が小さく保たれる)。これにより、後述の様に、高トルク領域では、トルクに対する損失が比較的小さくなり回転効率が高くなる。更にリラクタンストルクを利用するので、リラクタンストルクとマグネットトルクとの併用によりトルクが上昇することでトルク/電流比が上昇し、これによりトルク/銅損比も上昇して更に回転効率が向上する。尚、図16中のIq3およびId3はそれぞれ、トルクT3に対応するq軸電流の値およびd軸電流値の値である。   Next, in the region of T2 <T ≦ T3 in FIG. 15 (high torque region, that is, when the torque is equal to or less than a predetermined value), the d-axis current command value generation unit 100d performs the q-axis current command value as shown in FIG. A d-axis current command value Id * (Id2 <Id * ≦ Id3) corresponding to Iq * (Iq2 <Iq * ≦ Iq3 in this region) is generated. As a result, each of the currents Iu, Iv, and Iw has a phase angle β between T2 and T3 in FIG. 15 (10 ° <β ≦ 20 °, that is, a phase angle at which the total force F1 becomes a positive value and reluctance torque can be obtained. β) and a current value that can maintain the rotational speed of the rotational speed command value ω *. Therefore, in this region (T2 <T ≦ T3), as the absolute value Ia of each current Iu, Iv, Iw increases, the output torque T of the motor 90 increases (FIG. 17) and the total force F1 is also a positive value. It increases in a range (that is, the total force F1 is maintained at a positive value, whereby the distance d1 between the rotor 10 and the first stator 20 is kept small). As a result, as will be described later, in the high torque region, the loss with respect to the torque is relatively small and the rotation efficiency is high. Further, since the reluctance torque is used, the torque / current ratio is increased by increasing the torque by the combined use of the reluctance torque and the magnet torque, thereby increasing the torque / copper loss ratio and further improving the rotation efficiency. Note that Iq3 and Id3 in FIG. 16 are the q-axis current value and the d-axis current value corresponding to the torque T3, respectively.

図23のg50は、第1固定子20と回転子10との間隔d1(図1参照)が小さい場合のモータ90のトルクに対する損失のグラフであり、図23のg60は、間隔d1が大きい場合のモータ90のトルクに対する損失のグラフである。   23 is a graph of loss with respect to the torque of the motor 90 when the distance d1 (see FIG. 1) between the first stator 20 and the rotor 10 is small, and g60 in FIG. 23 is when the distance d1 is large. It is a graph of the loss with respect to the torque of the motor 90 of.

d1が大きい場合(以後、g60の場合と呼ぶ)の第1固定子20の鎖交磁束をφとすると、d2が小さい場合(以後、g50の場合と呼ぶ)の第1固定子20の鎖交磁束は、Aφとなる。ここでは但しAは1より大きい定数(ここではA=√2)である。またg50の場合の鎖交磁束はg60の場合の鎖交磁束のA倍なので、一般論より鉄損は磁束密度Bの二乗に比例すると仮定すると、g50の場合の鉄損はg60の場合の鉄損のA2倍(即ち2倍)になる。また三相モータの銅損は、3・I2・R(I:相電流Iu,Iv,Iw、R:相抵抗)の形で表せるので、g50の場合の銅損はg60の場合の銅損の1/A2倍(即ち1/2倍)になる。 When d1 is large (hereinafter referred to as g60), the linkage magnetic flux of the first stator 20 is φ, and when d2 is small (hereinafter referred to as g50), the linkage of the first stator 20 The magnetic flux is Aφ. Here, A is a constant larger than 1 (A = √2 here). Also, since the flux linkage in the case of g50 is A times the flux linkage in the case of g60, assuming that the iron loss is proportional to the square of the magnetic flux density B by general theory, the iron loss in the case of g50 is the iron loss in the case of g60. to double a of loss (ie, 2-fold). The copper loss of a three-phase motor can be expressed in the form of 3 · I 2 · R (I: phase currents Iu, Iv, Iw, R: phase resistance), so the copper loss for g50 is the copper loss for g60. 1 / A 2 times (ie 1/2).

g50の場合とg60の場合とで同一トルクで同一損失となる点(即ちg50とg60を同一座標上で表したときの交点)におけるトルクをTc(上記の説明ではT2=Tc)とし、Tc以下を低トルク領域とし、Tc以上を高トルク領域とする。低トルク領域内の或るトルクTLにおいてg50の場合の損失W1とg60の場合の損失W2とを比べると、W1>W2となるので、g60の場合(即ちd1が大きい場合)の方が高効率であることが分かる。また高トルク領域内の或るトルクTH(例えばTmax)においてg50の場合の損失W3とg60の場合の損失W3とを比べると、W3<W4となるので、g50の場合(即ちd1が小さい場合)の方が高効率であることが分かる。 In the case of g50 and g60, the torque at the same torque and the same loss (that is, the intersection when g50 and g60 are represented on the same coordinate) is Tc (T2 = Tc in the above description), and Tc or less Is a low torque region, and Tc or higher is a high torque region. When a loss W1 in the case of g50 and a loss W2 in the case of g60 are compared with a loss W2 in the case of g60 at a certain torque T L in the low torque region, W1> W2, so that the case of g60 (that is, when d1 is large) is higher. It turns out that it is efficiency. Further, when a loss W3 in the case of g50 and a loss W3 in the case of g60 are compared with a loss W3 in the case of g60 at a certain torque T H (for example, Tmax) in the high torque region, W3 <W4. ) Is more efficient.

よって、モータ90のトルクがトルクTcを跨ぐ時に総合力F1がゼロを跨ぐ様に(換言すればF1=0となるトルクとTcとを概略一致する様に)設計すれば、上記の動作説明での動作において目的の効果(即ちモータ90の回転効率が高まるという効果)が発揮される。例えば電流位相角β=0でモータ90を制御する場合は、図9では、図示されていないが、総合力F1=0となるトルクは約1.5Nmとなるので、この1.5NmがTcよりも大きい場合は、図13の様にグラフ全体が上にずれてTcがF1=0となるトルクに概略一致する様に設計すれば良く、逆にこの1.5NmがTcよりも小さい場合は、図14の様にグラフ全体が下にずれてTcがF1=0となるトルクに概略一致する様に設計すれば良い。この様な設計をすれば、β=0°としてq軸電流Iqのみでトルク領域(例えば高トルク領域および低トルク領域)に応じて銅損と鉄損の比率を可変制御でき、簡単な制御で目的の効果が発揮できる。   Therefore, when the design is made so that the total force F1 crosses zero when the torque of the motor 90 crosses the torque Tc (in other words, the torque at which F1 = 0 and Tc are approximately the same), The desired effect (that is, the effect of increasing the rotational efficiency of the motor 90) is exhibited in the operation. For example, when the motor 90 is controlled at the current phase angle β = 0, although not shown in FIG. 9, the torque at which the total force F1 = 0 is about 1.5 Nm. Is larger so that the entire graph is shifted upward as shown in FIG. 13 so that Tc substantially matches the torque at which F1 = 0. Conversely, when 1.5 Nm is smaller than Tc, As shown in FIG. 14, the entire graph may be shifted downward, and the design may be made so as to roughly match the torque at which Tc becomes F1 = 0. With such a design, the ratio of copper loss to iron loss can be variably controlled in accordance with the torque region (for example, the high torque region and the low torque region) only with the q-axis current Iq with β = 0 °. The desired effect can be exhibited.

尚、上記の目的の効果の発揮を、上記の様な設計により行う代わりに、電流制御により行うことでもできる。例えばTc=20Nmの場合は、図9において、例えば位相角β=20°でトルクを可変制御すれば(即ちg5→g4のβ=20°の点A1→g3のβ=20°の点A2→g2のβ=20°の点A3→g1のβ=20°の点A4の順に変化する様にトルクを可変制御すれば)、F1=0となるトルクを2.0Nm強(≒Tc)にシフトできる。無論、トルクの上昇に応じてリラクタンストルクの寄与も増大するため、位相角βをトルクの上昇と共に進角制御(例えば図9において、g5→g4のβ=0°の点B1→g3のβ=5°の点B2→g2のβ=10°の点B3→g1のβ=20°の点A4の順に進角制御)しても良い。この様にすれば、銅損の削減効果が得られる。   It should be noted that the effect of the above purpose can be achieved by current control instead of the above design. For example, in the case of Tc = 20 Nm, in FIG. 9, for example, if the torque is variably controlled at the phase angle β = 20 ° (that is, the point A1 at β = 20 ° of g5 → g4 → the point A2 at β = 20 ° of g3 → If the torque is variably controlled so as to change in the order of the point A3 at β = 20 ° of g2 to the point A4 at β = 20 ° of g1, the torque at which F1 = 0 is shifted to slightly over 2.0 Nm (≈Tc). it can. Of course, as the torque increases, the contribution of the reluctance torque also increases, so that the phase angle β is advanced as the torque increases (for example, in FIG. 9, the point B1 of g5 → g4 = 0 ° → β = β3 of g3 = (Advance angle control in the order of 5 ° point B2 → g2 β = 10 ° point B3 → g1 β = 20 ° point A4). In this way, an effect of reducing copper loss can be obtained.

以上の様に構成された回転電機装置1Bによれば、モータ90のトルクに応じて回転子10が回転軸Q1方向に移動されるので、トルク領域(例えば高トルク領域および低トルク領域)に応じて銅損と鉄損の比率を制御でき、これによりモータ90のトルクに応じてモータ90の回転効率を高める事ができる。   According to the rotating electrical machine apparatus 1B configured as described above, the rotor 10 is moved in the direction of the rotation axis Q1 in accordance with the torque of the motor 90. Therefore, according to the torque region (for example, the high torque region and the low torque region). Thus, the ratio between the copper loss and the iron loss can be controlled, whereby the rotational efficiency of the motor 90 can be increased in accordance with the torque of the motor 90.

<第7実施形態>
第5実施形態では、回転子10の回転軸Q1方向への移動は、モータ90の回転速度および効率を高めるために利用されたが、この実施形態では、回転子10の回転軸Q1方向への移動は、回転子10の界磁部材10iの減磁回避に利用される。以下、図18に基づいて、第5実施形態と同じ部分は同一符号を付して説明を省略して異なる部分を中心に説明する。
<Seventh embodiment>
In the fifth embodiment, the movement of the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1 was used to increase the rotation speed and efficiency of the motor 90. In this embodiment, the movement of the rotor 10 in the direction of the rotation axis Q1 is performed. The movement is used to avoid demagnetization of the field member 10 i of the rotor 10. In the following, based on FIG. 18, the same parts as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted and different parts will be mainly described.

この実施形態の制御回路100Cは、d軸電流指令値生成部100dCがd軸電流指令値生成部100dに対して下記の様に変更されている以外は第5実施形態の制御回路100と同様に構成される。d軸電流指令値生成部100dCは、総合力F1が正値となる様にd軸電流指令値Id*を生成する。より詳細には、d軸電流指令値生成部100dCは、総合力F1が正値となる様に(即ち総合力F1が第1固定子10側を向く様に)、d軸電流指令値Id*を生成する。   The control circuit 100C of this embodiment is the same as the control circuit 100 of the fifth embodiment except that the d-axis current command value generation unit 100dC is changed as follows with respect to the d-axis current command value generation unit 100d. Composed. The d-axis current command value generation unit 100dC generates the d-axis current command value Id * so that the total force F1 becomes a positive value. More specifically, the d-axis current command value generation unit 100dC sets the d-axis current command value Id * so that the total force F1 becomes a positive value (that is, the total force F1 faces the first stator 10 side). Is generated.

尚ここでは、説明便宜上、d軸電流指令値生成部100dCは、総合力F1が正値となる様にd軸電流指令値Id*を生成するが、厳密にこの様に制御される必要はない。総合力F1が負値の場合は、回転子10は第2固定子30側に吸引されており、減磁回避の必要がないので、総合力F1が常に負値とならない様に電流指令値(d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*)が制御されれば、どの様な制御でもよい。   Here, for convenience of explanation, the d-axis current command value generation unit 100dC generates the d-axis current command value Id * so that the total force F1 becomes a positive value, but it is not necessary to strictly control in this way. . When the total force F1 is a negative value, the rotor 10 is attracted to the second stator 30 side, and there is no need to avoid demagnetization. Therefore, the current command value ( Any control is possible as long as the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *) are controlled.

またこの実施形態では、モータ90の巻線20aに減磁電流が流れた事を検知する減磁回避モード検知部100tを更に備えている。尚、上記の減磁電流は、界磁部材10iに不可逆減磁を発生させ得る電流であり、ここでは、絶対値が所定値以上に大きい負値のd軸電流Idを有する電流である。   In this embodiment, a demagnetization avoidance mode detection unit 100t that detects that a demagnetization current flows through the winding 20a of the motor 90 is further provided. The demagnetizing current is a current that can cause irreversible demagnetization in the field member 10i. Here, the demagnetizing current is a current having a negative d-axis current Id whose absolute value is larger than a predetermined value.

減磁回避モード検知部100tは、各電流Iu,Iv,Iwの電流値および位相角βが制御通りの値ならば、絶対値が所定値以上の負値のd軸電流Idが流れない状況において、絶対値が所定値以上の負値のd軸電流Idが流れたときに、減磁電流が流れたと判断する。また減磁電流が発生すると、総合力F1が正値から負値に急変して回転子10が第2固定子30側に移動され、巻線20aの鎖交磁束が、先記例では例えばAφaからφaに1/Aに低減され、結果、鎖交磁束の誘起電圧であるωAφaもωφaの1/Aに低下する。これらから、減磁回避モード検知部100tは、減磁電流の検知に加えて、回転速度ωから算出される誘起電圧ωAφaの値がωφaへの急変の検知との、両検知により、減磁回避モードが発生したと判断する。尚、減磁回避モード検出部100tは、例えば、電極11u,11v,11wの電圧(即ちモータ90の端子電圧)を検出し、その検出値に基づいて鎖交磁束を求め、その求めた鎖交磁束の値と回転速度算出部100mで算出された回転速度ωとを用いて誘起電圧を求める。減磁回避モード検出部100tは、上記の減磁回避モードの発生の判断の結果により、自己の制御で回転子10を回転軸Q1方向に移動させた場合との区別を行う。   The demagnetization avoidance mode detection unit 100t is in a situation where a negative d-axis current Id whose absolute value is equal to or greater than a predetermined value does not flow if the current value of each of the currents Iu, Iv, Iw and the phase angle β are values as controlled. When a negative d-axis current Id having an absolute value greater than or equal to a predetermined value flows, it is determined that a demagnetizing current has flowed. When a demagnetizing current is generated, the total force F1 changes suddenly from a positive value to a negative value, the rotor 10 is moved to the second stator 30 side, and the interlinkage magnetic flux of the winding 20a is, for example, Aφa in the previous example. Is reduced to 1 / A from φa to φa, and as a result, ωAφa, which is the induced voltage of the flux linkage, also decreases to 1 / A of ωφa. From these, the demagnetization avoidance mode detection unit 100t avoids demagnetization by detecting both the demagnetization current and the detection of the sudden change in the induced voltage ωAφa calculated from the rotational speed ω to ωφa. It is determined that a mode has occurred. The demagnetization avoidance mode detection unit 100t detects, for example, the voltages of the electrodes 11u, 11v, and 11w (that is, the terminal voltage of the motor 90), obtains the interlinkage magnetic flux based on the detected value, and obtains the obtained interlinkage. The induced voltage is obtained using the value of the magnetic flux and the rotation speed ω calculated by the rotation speed calculation unit 100m. The demagnetization avoidance mode detection unit 100t makes a distinction from the case where the rotor 10 is moved in the direction of the rotation axis Q1 by its own control based on the determination result of the occurrence of the demagnetization avoidance mode.

またこの実施形態の回転速度指令値生成部100jCは、第1実施形態の回転速度指令値生成部100jと同様の処理を行うほかに、下記の処理が追加されている。即ち回転速度指令値生成部100jCは、減磁回避モード検知部100tにより減磁回避モードに移行した事が検知されると、モータ90を一旦停止させるべくd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を共にゼロにし、これにより初期回転位置推定部100qおよび位置位による回転位置の推定処理をリセットさせる。   In addition to the rotation speed command value generation unit 100jC of this embodiment performing the same processing as the rotation speed command value generation unit 100j of the first embodiment, the following processing is added. That is, when the demagnetization avoidance mode detection unit 100t detects that the rotation speed command value generation unit 100jC has shifted to the demagnetization avoidance mode, the d-axis current command value Id * and the q-axis current are temporarily stopped. The command value Iq * is both set to zero, thereby resetting the initial rotational position estimation unit 100q and the rotational position estimation process based on the position.

またこの実施形態の制御回路100Cは、第1実施形態の制御回路100において更に、後述の様に、回転子10の回転制御を開始する際、回転子10の同期引込みを行うと同時に回転子10の第1固定子20側への吸引を行う同期引込み制御部100xと、同期引込みが失敗したか否かを検知する同期引込み失敗検知部100rと、回転子10のセンサレス制御への移行が失敗したか否かを検知するセンサレス制御移行失敗検知部100sとを備えている。   In addition, the control circuit 100C of this embodiment further performs synchronous pull-in of the rotor 10 and starts the rotor 10 at the same time when the rotation control of the rotor 10 is started in the control circuit 100 of the first embodiment as will be described later. The synchronous pull-in control unit 100x that performs suction toward the first stator 20 side, the synchronous pull-in failure detection unit 100r that detects whether the synchronous pull-in has failed, and the transition to the sensorless control of the rotor 10 have failed. A sensorless control transition failure detection unit 100s for detecting whether or not.

次に図19に基づいて、回転電機装置1Cの要部の動作を中心に説明する。   Next, based on FIG. 19, it demonstrates centering around operation | movement of the principal part of the rotary electric machine apparatus 1C.

ステップS1で、制御回路100Cが起動する。そしてステップS2で、回転子10の同期引込みが行われると同時に、回転子10の第1固定子20側への吸引が行われる。より詳細には、同期引込み制御部100xは、PWM信号生成部100iを介して、回転子10の回転位置が不明の状態で、インバータ80からモータ90に各電流Iu,Iv,Iwを流すことで回転子10に回転磁界を与え且つその際、各電流Iu,Iv,Iwの電流値が徐々に上昇する様に、インバータ80を制御する。これにより、回転子10は、徐々に回転し始めて、界磁部材10iは回転磁界と同期して回転する(これを回転子10の同期引込みと呼ぶ)。そして各電流Iu,Iv,Iwの電流値の上昇に伴って総合力F1が正側に増大し、この総合力F1により回転子10が第1固定子20側に吸引される。   In step S1, the control circuit 100C is activated. In step S2, the rotor 10 is synchronously retracted, and at the same time, the rotor 10 is sucked toward the first stator 20 side. More specifically, the synchronous pull-in control unit 100x causes the currents Iu, Iv, and Iw to flow from the inverter 80 to the motor 90 through the PWM signal generation unit 100i with the rotational position of the rotor 10 unknown. The inverter 80 is controlled so that a rotating magnetic field is applied to the rotor 10 and the current values of the currents Iu, Iv, and Iw gradually increase. Thereby, the rotor 10 starts to rotate gradually, and the field member 10i rotates in synchronization with the rotating magnetic field (this is called synchronous pull-in of the rotor 10). As the current values of the currents Iu, Iv, and Iw increase, the total force F1 increases to the positive side, and the rotor 10 is attracted to the first stator 20 side by the total force F1.

ステップS3では、同期引込み失敗検知部100rにより、ステップS2の回転子10の同期引込みが失敗したか否かの検知が行われる。より詳細には、同期引込み失敗検知部100rは、同期引き込み時のモータ90の出力電圧(即ち電極11u,11v,11wの電圧)が所定電圧以上であるか否かを判断し、モータ90の出力電圧が前記所定電圧未満の場合(即ちモータ90の出力電圧が想定値未満の場合)は、回転子10の同期引込みは失敗したと判断する。また同期引込み失敗検知部100rは、モータ90の出力電圧が前記所定電圧以上の場合は、回転子10の同期引込みは成功したと判断する。尚、前記所定電圧は、回転子10の同期引込み時にモータ90に通電された電流の交番速度ωに対し、同期引込みが成功している場合に想定されるモータ90の出力電圧ωφaよりも小さい所定値である。そして回転子10の同期引込みが失敗した場合は、処理がステップS7に進み、回転子10の同期引込みが成功した場合は、処理がステップS4に進む。   In step S3, the synchronous pull-in failure detection unit 100r detects whether or not the synchronous pull-in of the rotor 10 in step S2 has failed. More specifically, the synchronization pulling failure detection unit 100r determines whether or not the output voltage of the motor 90 at the time of synchronous pulling (that is, the voltages of the electrodes 11u, 11v, and 11w) is equal to or higher than a predetermined voltage. When the voltage is less than the predetermined voltage (that is, when the output voltage of the motor 90 is less than the assumed value), it is determined that the synchronous pull-in of the rotor 10 has failed. Further, the synchronization pull-in failure detection unit 100r determines that the synchronization pull-in of the rotor 10 has succeeded when the output voltage of the motor 90 is equal to or higher than the predetermined voltage. The predetermined voltage is smaller than the output voltage ωφa of the motor 90 assumed when the synchronous pulling is successful with respect to the alternating speed ω of the current supplied to the motor 90 when the rotor 10 is synchronously pulled. Value. If the synchronous pull-in of the rotor 10 has failed, the process proceeds to step S7. If the synchronous pull-in of the rotor 10 has succeeded, the process proceeds to step S4.

ステップS4では、制御回路100jCによりモータ90がセンサレス制御される。より詳細には、制御回路100Cは、位置推定部100kにより推定した回転位置に基づいてモータ90を回転駆動する。   In step S4, the motor 90 is sensorlessly controlled by the control circuit 100jC. More specifically, the control circuit 100C rotationally drives the motor 90 based on the rotational position estimated by the position estimation unit 100k.

そしてステップS5で、センサレス制御移行失敗検知部100sにより、ステップS4のセンサレス制御への以降が失敗したか否かの検知が行われる。より詳細には、センサレス制御移行失敗検知部100sは、各電流Iu,Iv,Iwの電流値の実測値と制御値との差が所定値以上であるか(即ち前記差が想定以上に大きいか)否かを検出し、それら実測値と制御値との差が所定値以上である場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それら実測値と制御値との差が所定値未満の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断する。またはセンサレス制御移行失敗検知部100sは、各電流Iu,Iv,Iwの位相角βの実測値と制御値との差が所定値以上であるか否かを検出し、それら実測値と制御値との差が所定値以上である場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それら実測値と制御値との差が所定値未満の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断する。尚、電流値と位相角βの両方を検出して、両方共または何れか一方が所定値以上の場合は、センサレス制御への移行は失敗したと判断し、それ以外の場合は、センサレス制御への移行は成功したと判断してもよい。   In step S5, the sensorless control transition failure detection unit 100s detects whether or not the subsequent processing to the sensorless control in step S4 has failed. More specifically, the sensorless control transition failure detection unit 100s determines whether the difference between the measured value of each current Iu, Iv, Iw and the control value is equal to or greater than a predetermined value (that is, whether the difference is greater than expected). ) If the difference between the measured value and the control value is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the transition to sensorless control has failed, and the difference between the measured value and the control value is less than the predetermined value. In this case, it is determined that the transition to the sensorless control is successful. Alternatively, the sensorless control transition failure detection unit 100s detects whether or not the difference between the measured value of the phase angle β of each of the currents Iu, Iv, and Iw and the control value is equal to or greater than a predetermined value, If the difference is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the transition to sensorless control has failed, and if the difference between the actual measurement value and the control value is less than the predetermined value, it is determined that the transition to sensorless control has succeeded. To do. If both the current value and the phase angle β are detected and either or both are greater than or equal to the predetermined value, it is determined that the transition to the sensorless control has failed. Otherwise, the sensorless control is entered. It may be determined that the migration has succeeded.

尚、電流値の実測値としては、例えば、電流センサ120v,120u,120wにより検出された各電流Iu,Iv,Iwの電流値が利用可能である。また電流値の制御値としては、d軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*から求めたものが利用可能である。また位相角βの実測値としては、例えば、第1の座標変換部100aで求められたd軸電流Idおよびq軸電流Iqから求まるものが利用可能である。また位相角βの制御値としては、例えば、d軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*から求まるものが利用可能である。   For example, the current values of the currents Iu, Iv, and Iw detected by the current sensors 120v, 120u, and 120w can be used as the measured values of the current values. As the control value of the current value, a value obtained from the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * can be used. As the actual measurement value of the phase angle β, for example, a value obtained from the d-axis current Id and the q-axis current Iq obtained by the first coordinate conversion unit 100a can be used. As the control value of the phase angle β, for example, a value obtained from the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * can be used.

そしてステップS5で、センサレス制御への移行が成功した場合は、処理がステップS6に移行し、センサレス制御への移行が失敗した場合は、処理がステップS7に移行する。   In step S5, if the transition to sensorless control is successful, the process proceeds to step S6. If the transition to sensorless control fails, the process proceeds to step S7.

ステップS6では、制御回路100Cにより回転子10が減磁回避制御される(即ち総合力F1が第1固定子20側を向く様に回転子10が回転制御される)。より詳細には、d軸電流指令値生成部100dCは、位相角β=0となる様に、または総合力F1が正の範囲で位相角βが進角制御される様に、d軸電流指令値Id*を生成する。またq軸電流指令値生成部100fは、回転速度指令値ω*と回転速度ωとの差がゼロになる様にq軸電流指令値Iq*を生成する。この制御により、総合力F1が第1固定子20側に向けられることで、回転子10は第1固定子20側に維持され、これにより電流値削減効果(第5実施形態参照)により、モータ90が効率的に回転される。   In step S6, the rotor 10 is controlled to avoid demagnetization by the control circuit 100C (that is, the rotor 10 is controlled to rotate so that the total force F1 faces the first stator 20 side). More specifically, the d-axis current command value generation unit 100dC performs the d-axis current command so that the phase angle β = 0 or the phase angle β is advanced while the total force F1 is positive. Generate the value Id *. The q-axis current command value generation unit 100f generates the q-axis current command value Iq * so that the difference between the rotation speed command value ω * and the rotation speed ω becomes zero. By this control, the total force F1 is directed to the first stator 20 side, so that the rotor 10 is maintained on the first stator 20 side, and thereby the current value reduction effect (see the fifth embodiment) causes the motor to 90 is rotated efficiently.

そしてステップS7で、絶対値が所定値以上の負値のd軸電流Id(即ち減磁電流)が流れると、ステップS8で、その減磁電流の影響により総合力F1が自立反射的に第2固定子30側に向けられ、これにより回転子10が第2固定子30側に自立反射的に移動される。これにより回転子10と第1固定子20との間隔が拡がり、回転子10が減磁される事が防止される。そして処理がステップS9に進む。またステップS7で、減磁電流が流れない場合は、処理がステップS6に戻る。   When a negative d-axis current Id (that is, a demagnetizing current) having an absolute value greater than or equal to a predetermined value flows in step S7, the total force F1 is secondarily reflected by the influence of the demagnetizing current in step S8. The rotor 10 is directed to the stator 30 side, and thereby the rotor 10 is moved to the second stator 30 side in a self-reflection manner. Thereby, the space | interval of the rotor 10 and the 1st stator 20 spreads, and it is prevented that the rotor 10 is demagnetized. Then, the process proceeds to step S9. If no demagnetizing current flows in step S7, the process returns to step S6.

ステップS9では、減磁回避モード検知部100tにより減磁回避モードへの移行が検知され、回転速度指令値生成部100jCにより、モータ90を一旦停止させるべくd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を共にゼロにされる。そして処理がステップS1に戻る。   In step S9, the transition to the demagnetization avoidance mode is detected by the demagnetization avoidance mode detection unit 100t, and the d-axis current command value Id * and the q-axis current are used to temporarily stop the motor 90 by the rotation speed command value generation unit 100jC. Both command values Iq * are made zero. Then, the process returns to step S1.

以上の様に構成された回転電機装置1Cによれば、減磁回避制御として、総合力F1が第1固定子20側に向く様に回転子10が回転制御されるので、巻線20aに減磁電流が流れない場合は、総合力F1により回転子10が第1固定子20側に移動されて回転子10と第1固定子20との間隔d1が縮められるので、第5実施形態で説明した電流値削減効果によりモータ90の回転効率を向上できる。また巻線20aに減磁電流が流れた場合は、減磁電流により総合力F1が自立反射的に負側に増大され、これにより回転子10が第2固定子30側に自立反射的に移動されて回転子10と第1固定子20との間隔d1が増大され、これにより回転子10が減磁電流により減磁される事が防止される。   According to the rotating electrical machine apparatus 1C configured as described above, as the demagnetization avoidance control, the rotation of the rotor 10 is controlled so that the total force F1 is directed toward the first stator 20 side. When the magnetic current does not flow, the rotor 10 is moved to the first stator 20 side by the total force F1 and the distance d1 between the rotor 10 and the first stator 20 is shortened. Therefore, the fifth embodiment will be described. The rotational efficiency of the motor 90 can be improved due to the reduced current value. Further, when a demagnetizing current flows through the winding 20a, the total force F1 is increased to the negative side in a self-reflex manner by the demagnetizing current, whereby the rotor 10 is moved in a self-reflex manner to the second stator 30 side. As a result, the distance d1 between the rotor 10 and the first stator 20 is increased, thereby preventing the rotor 10 from being demagnetized by the demagnetizing current.

また減磁回避制御として、具体的には、位相角β=0となる様に、または総合力F1が正の範囲で位相角βが進角制御される様に制御されるので、位相角の制御だけで総合力F1を第1固定子10側へを向く様に制御できる。   Further, as demagnetization avoidance control, specifically, control is performed so that the phase angle β = 0 or the phase angle β is advanced while the total force F1 is in a positive range. The total force F1 can be controlled to be directed toward the first stator 10 only by the control.

尚、上記のステップS2では、回転子10の同期引込みと、回転子10の第1固定子20側への吸引とが同時に行われたが、先に回転子10の第1固定子20側への吸引を行い、その後に回転子10の同期引込みを行ってもよい。この場合、上記のステップS2の代わりに、下記のステップS2−1およびS2−2が行われる。即ちステップS2−1で、制御回路100Cにより、回転子10の回転位置が不明の状態で、インバータ80からモータ90に各電流Iu,Iv,Iwとして直流電流(DC電流)が一定時間流され、且つその後、その直流電流の電流値が徐々に上昇する様に、インバータ80が制御される。これにより回転子10は、直流電流の通電の初期に、界磁部材10iに「強め界磁」の磁界が掛かる位置へと回転しなから第1固定子20側に少し移動され、その直流電流の上昇に伴って回転子10が第1固定子20側に移動される。そしてステップS2−2で、制御回路100Cにより、回転子10を回転制御させる様にインバータ80が制御される。これにより回転子10が同期引き込みされた状態で回転制御される。そして処理がステップS3に進む。   In step S2, the synchronous pull-in of the rotor 10 and the suction of the rotor 10 toward the first stator 20 are performed at the same time, but first the rotor 10 toward the first stator 20 side. Then, the rotor 10 may be synchronously drawn. In this case, the following steps S2-1 and S2-2 are performed instead of the above step S2. That is, in step S2-1, the control circuit 100C causes a direct current (DC current) to flow from the inverter 80 to the motor 90 as the currents Iu, Iv, and Iw for a certain period of time with the rotational position of the rotor 10 unknown. Thereafter, the inverter 80 is controlled so that the current value of the direct current gradually increases. As a result, the rotor 10 does not rotate to the position where the magnetic field of “strong field” is applied to the field member 10i in the initial stage of the application of the direct current. As the angle rises, the rotor 10 is moved to the first stator 20 side. In step S2-2, the inverter 80 is controlled by the control circuit 100C so as to control the rotation of the rotor 10. Thereby, rotation control is performed in a state where the rotor 10 is synchronously drawn. Then, the process proceeds to step S3.

1,1B,1C 回転電機装置
10,10B,10C 回転子
20 第1固定子
30 第2固定子
40,40C 回転シャフト
50a,50aB,50aC,第1軸受け
50b,50bB,50bC 第2軸受け
第1固定子(20)
60 ハウジング
70a,70aB,70aC 第1ストッパ
70b,70bB,70bC 第2ストッパ
80 インバータ手段
90,90B,90C アキシャルギャップ型回転電機
100,100B,100C 制御手段
200 圧縮機
300 容器
401 シリンダ
402 上端板
403 下端板
406 クランクピン
407 ピストン
1, 1B, 1C Rotating electrical machine 10, 10B, 10C Rotor 20 First stator 30 Second stator 40, 40C Rotating shaft 50a, 50aB, 50aC, first bearing 50b, 50bB, 50bC Second bearing first fixed Child (20)
60 Housing 70a, 70aB, 70aC First stopper 70b, 70bB, 70bC Second stopper 80 Inverter means 90, 90B, 90C Axial gap type rotating electrical machine 100, 100B, 100C Control means 200 Compressor 300 Container 401 Cylinder 402 Upper end plate 403 Lower end Plate 406 Crankpin 407 Piston

Claims (18)

ハウジング(70)と、
回転軸(Q1)に沿って配置された回転シャフト(40,40C)と、
前記ハウジングに配設され、前記回転シャフトを支持する第1および第2軸受け(50a,50b,50aB,50bB,50aC,50bC)と、
前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸方向の一方側(Q+)の面(20d)に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯(20e)を有する第1固定子(20)と、
前記第1固定子に対する前記回転軸方向の一方側(Q+)において前記第1固定子と間隔を空ける様に、前記ハウジングに配設された第2固定子(30)と、
前記第1および前記第2固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第1固定子側の面(10c1)に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材(10i)を有し、前記回転軸方向に沿って前記第1固定子側または前記第2固定子側に移動自在である回転子(10,10B,10C)と、
前記回転子の前記第1固定子側への移動範囲を制限する第1ストッパ(70a,70aB,70aC)と、
前記回転子の前記第2固定子側への移動範囲を制限する第2ストッパ(70b,70bB,70bC)と、
を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
A housing (70);
A rotation shaft (40, 40C) disposed along the rotation axis (Q1);
First and second bearings (50a, 50b, 50aB, 50bB, 50aC, 50bC) disposed in the housing and supporting the rotating shaft;
First fixed having a plurality of winding cores (20e) fixed to the housing and annularly arranged around the rotation axis on one side (Q +) surface (20d) in the rotation axis direction. Child (20),
A second stator (30) disposed in the housing so as to be spaced from the first stator on one side (Q +) in the rotational axis direction with respect to the first stator;
A plurality of field magnets disposed on the rotary shaft so as to be disposed between the first and second stators and annularly disposed around the rotation axis on the first stator side surface (10c1). A rotor (10, 10B, 10C) which has a member (10i) and is movable to the first stator side or the second stator side along the rotation axis direction;
A first stopper (70a, 70aB, 70aC) for limiting a range of movement of the rotor toward the first stator;
A second stopper (70b, 70bB, 70bC) for limiting a range of movement of the rotor to the second stator side;
An axial gap type rotating electrical machine comprising:
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100)であって、
前記回転子(10)は前記回転シャフト(40)に固定され、
前記第1および前記第2軸受け(50a,50b)はそれぞれ、前記ハウジング(60)に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸(Q1)方向に移動自在に支持することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100) according to claim 1,
The rotor (10) is fixed to the rotating shaft (40);
Each of the first and second bearings (50a, 50b) is fixed to the housing (60) and supports the rotating shaft so as to be movable in the direction of the rotating shaft (Q1). Axial gap type rotating electrical machine.
請求項2に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100)であって、
前記第1ストッパ(70a)は、前記回転シャフト(40)において前記第1軸受け(50a)と前記第1固定子(20)との間に固定され、
前記第2ストッパ(70b)は、前記回転シャフトにおいて前記第2軸受け(50b)と前記第2固定子(30)との間に固定されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100) according to claim 2,
The first stopper (70a) is fixed between the first bearing (50a) and the first stator (20) in the rotating shaft (40),
The axial gap type rotating electrical machine, wherein the second stopper (70b) is fixed between the second bearing (50b) and the second stator (30) in the rotating shaft.
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100B)であって、
前記回転子(10B)は前記回転シャフト(40)に固定され、
、前記第1および第2軸受け(50aB,50bB)はそれぞれ、前記回転シャフトに対しては固定され、前記ハウジング(60)に対しては、前記回転軸方向(Q1)には移動可能で且つ前記回転軸方向に直交する方向には固定される様に配設されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100B) according to claim 1,
The rotor (10B) is fixed to the rotating shaft (40),
The first and second bearings (50aB, 50bB) are respectively fixed to the rotating shaft, are movable in the rotating shaft direction (Q1) with respect to the housing (60), and An axial gap type rotating electrical machine characterized by being disposed so as to be fixed in a direction orthogonal to the rotational axis direction.
請求項4に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100B)であって、
前記第1ストッパ(70aB)は、前記第1軸受け(50a)の前記回転軸(Q1)方向の他方側(Q−)への移動範囲を制限する様に前記ハウジング(60)に配設され、
前記第2ストッパ(70bB)は、前記第2軸受け(50b)の前記回転軸方向の一方側(Q+)への移動範囲を制限する様に前記ハウジングに配設されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100B) according to claim 4,
The first stopper (70aB) is disposed on the housing (60) so as to limit a movement range of the first bearing (50a) to the other side (Q-) in the direction of the rotation axis (Q1),
The axial gap is characterized in that the second stopper (70bB) is disposed in the housing so as to limit a movement range of the second bearing (50b) to one side (Q +) in the rotation axis direction. Type rotating electric machine.
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、
前記回転子(10C)は、前記回転シャフト(40C)に対して前記回転軸(Q1)方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に回転できない様に配設され、
前記第1および前記第2軸受け(50aC,50bC)はそれぞれ、前記ハウジング(60)に固定された状態で、前記回転シャフトを前記回転軸回りには回転自在で且つ前記回転軸方向には固定する様に支持することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100C) according to claim 1,
The rotor (10C) is disposed so as to be relatively movable in the direction of the rotation axis (Q1) with respect to the rotation shaft (40C) and not to be relatively rotatable around the rotation axis.
The first and second bearings (50aC, 50bC) are fixed to the housing (60), respectively, and the rotary shaft is rotatable about the rotary shaft and fixed in the direction of the rotary shaft. An axial gap type rotating electrical machine characterized by supporting in the same manner.
請求項6に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、
前記回転シャフト(40C)は、前記第1および前記第2固定子(20,30)の間に配置する部分であって第1直径(d3)を有する細径部分(40d)と、前記細径部分の両側の部分であって前記第1直径よりも大きい第2直径(d4)を有する太径部分(40e)とを有し、
前記回転子(10C)は、前記細径部分に対して前記回転軸方向には相対的に移動可能で且つ前記回転軸回りには相対的に固定される様に配設され、
前記第1ストッパ(70aC)は、前記細径部分と一方側(Q+)の前記太径部分(40e+)との境界の段差により構成され、
前記第2ストッパ(70bC)は、前記細径部分と他方側(Q−)の前記太径部分(40e−)との境界の段差により構成されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100C) according to claim 6,
The rotating shaft (40C) is a portion disposed between the first and second stators (20, 30) and has a small diameter portion (40d) having a first diameter (d3), and the small diameter. A large-diameter portion (40e) on both sides of the portion and having a second diameter (d4) larger than the first diameter;
The rotor (10C) is disposed so as to be relatively movable in the direction of the rotation axis with respect to the small diameter portion and relatively fixed around the rotation axis,
The first stopper (70aC) is constituted by a step at the boundary between the small diameter portion and the large diameter portion (40e +) on one side (Q +),
The second stopper (70bC) is constituted by a step at a boundary between the small diameter portion and the large diameter portion (40e-) on the other side (Q-).
請求項7に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、
前記細径部分(40d)における前記回転軸(Q1)に直交する断面は、非円形に形成され、
前記回転子(10C)には、その前記回転軸方向の両側の面を貫通する様に、前記断面が嵌合する中心孔(10n)が形成され、その中心孔に前記細径部分が嵌挿されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100C) according to claim 7,
A cross section perpendicular to the rotation axis (Q1) in the small diameter portion (40d) is formed in a non-circular shape,
The rotor (10C) is formed with a center hole (10n) into which the cross section is fitted so as to penetrate both surfaces in the rotation axis direction, and the small diameter portion is inserted into the center hole. An axial gap type rotating electrical machine characterized by that.
請求項8に記載のアキシャルギャップ型回転電機(100C)であって、
前記細径部分(40d)における前記回転軸(Q1)に直交する前記断面は、歯車形または星形であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
An axial gap type rotating electrical machine (100C) according to claim 8,
The axial gap type rotating electrical machine characterized in that the cross section perpendicular to the rotation axis (Q1) in the small diameter portion (40d) is a gear shape or a star shape.
容器(300)と、
回転軸(Q1)に沿って配置された回転シャフト(40)と、
前記容器に配設され、前記回転シャフトを、前記回転軸方向には移動自在で且つ回転軸に直交する方向には固定する様に支持する第1および第2軸受け(50a,50b)と、
前記容器に対して固定され、前記回転軸方向の一方側(Q+)の面(20d)に前記回転軸回りに環状に配設された複数の巻線付き磁芯(20e)を有する第1固定子(20)と、
前記第1固定子に対する前記回転軸方向の一方側(Q+)において前記第1固定子と間隔を空ける様に、前記容器に配設された第2固定子(30)と、
前記第1および前記第2固定子の間に配置する様に前記回転シャフトに配設され、前記第1固定子側の面(10c1)に前記回転軸回りに環状に配置された複数の界磁部材(10i)を有し、前記回転軸方向に沿って前記第1固定子側または前記第2固定子側に移動自在である回転子(10)と、
前記容器内に配設されたシリンダ状の本体部(401)と、
前記本端部の上側開口を閉塞する上端板(402)と、
前記本端部の下側開口を閉塞する下端板(403)と、
前記本体部内において、前記上端板および前記下端板を貫通して挿入された前記回転シャフトに配設されたクランクピン(406)と、
前記本体部内において、前記クランクピンの外周に嵌合する様に配置されたピストン(407)と、を備え、
前記クランクピンの前記回転軸方向の高さ(D1)は前記ピストンの同方向の高さ(D2)よりも短く設定されており、前記クランクは前記回転軸方向に移動自在に配置されており、前記上端板の下面(402a)は、前記クランクの前記回転軸方向の他方側(Q−)の移動範囲を規制する第1ストッパとして機能し、前記下端板の上面(403a)は、前記クランクの前記回転軸方向の一方側(Q+)の移動範囲を規制する第2ストッパとして機能することを特徴とする圧縮機。
A container (300);
A rotation shaft (40) disposed along the rotation axis (Q1);
First and second bearings (50a, 50b) disposed in the container and supporting the rotation shaft so as to be movable in the direction of the rotation axis and fixed in a direction perpendicular to the rotation axis;
First fixed having a plurality of magnetic cores (20e) with windings, which are fixed to the container and arranged in a ring around the rotation axis on one side (Q +) of the rotation axis direction (20d). Child (20),
A second stator (30) disposed in the container so as to be spaced from the first stator on one side (Q +) in the rotation axis direction with respect to the first stator;
A plurality of field magnets disposed on the rotary shaft so as to be disposed between the first and second stators and annularly disposed around the rotation axis on the first stator side surface (10c1). A rotor (10) having a member (10i) and movable to the first stator side or the second stator side along the rotation axis direction;
A cylindrical body (401) disposed in the container;
An upper end plate (402) for closing the upper opening of the main end;
A lower end plate (403) for closing the lower opening of the main end;
In the main body portion, a crank pin (406) disposed on the rotating shaft inserted through the upper end plate and the lower end plate,
A piston (407) disposed within the main body so as to be fitted to the outer periphery of the crankpin;
The height (D1) of the crank pin in the rotational axis direction is set to be shorter than the height (D2) of the piston in the same direction, and the crank is arranged to be movable in the rotational axis direction, The lower surface (402a) of the upper end plate functions as a first stopper that regulates the movement range of the other side (Q-) of the crank in the rotation axis direction, and the upper surface (403a) of the lower end plate A compressor that functions as a second stopper that regulates a movement range on one side (Q +) in the rotation axis direction.
請求項1〜9の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または請求項10に記載の圧縮機と、
前記各巻線付き磁芯(20e)の巻線(20a)に電流を選択的に流すインバータ手段(80)と、
前記インバータ手段を制御して前記各巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段(100,100B)と、
を備え、
前記第1および前記第2固定子(20,30)と前記回転子(10,10B,10C)との間に作用する磁気力の合力の前記回転軸方向の成分と、前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力(F1)が、前記一方側から前記他方側に向かう方向を正として、その値が正値と負値の間を選択的に取る様に、前記制御手段が前記インバータ手段を制御することを特徴とする回転電機装置。
The axial gap type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, or the compressor according to claim 10,
Inverter means (80) for selectively passing a current through the winding (20a) of each winding core (20e);
Control means (100, 100B) for controlling the inverter means to selectively flow a current to each of the windings to control the rotation of the rotor;
With
A component of the resultant magnetic force acting between the first and second stators (20, 30) and the rotor (10, 10B, 10C) in the direction of the rotation axis, and acting on the rotor. The total force (F1) with the component in the rotation axis direction of the force other than the magnetic force is positive when the direction from the one side toward the other side is positive, and the value is selectively between a positive value and a negative value. The rotating electrical machine apparatus, wherein the control means controls the inverter means.
請求項11に記載の回転電機装置(1,1B)であって、
前記制御手段(100,100B)は、前記インバータ手段(80)を制御して前記各巻線(20a)に流れる電流の電流値および位相角を制御することで、前記総合力に前記正値と前記負値との間の値を選択的に取らせることを特徴とする回転電機装置。
The rotating electrical machine apparatus (1, 1B) according to claim 11,
The control means (100, 100B) controls the inverter means (80) to control the current value and the phase angle of the current flowing through the windings (20a), so that the total force includes the positive value and the A rotating electrical machine apparatus that selectively takes a value between negative values.
請求項11または12に記載の回転電機装置(1)であって、
前記制御手段(100)は、前記回転電機の駆動電圧が、前記制御手段の出力電圧上限値に達するまでは、前記各巻線(20a)に流れる電流の位相角(β)をゼロにして前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
The rotating electrical machine apparatus (1) according to claim 11 or 12,
The control means (100) sets the phase angle (β) of the current flowing through the windings (20a) to zero until the drive voltage of the rotating electrical machine reaches the output voltage upper limit value of the control means, and A rotating electrical machine apparatus that controls rotation of a child.
請求項11〜13の何れかに記載の回転電機装置であって、
前記制御手段(100)は、前記回転電機の駆動電圧が前記制御手段の出力電圧上限値に達した場合において、前記総合力(F1)が前記第2固定子側を向く様に、前記回転子を弱め磁束制御によって回転制御することを特徴とする回転電機装置。
The rotating electrical machine apparatus according to any one of claims 11 to 13,
When the driving voltage of the rotating electrical machine reaches the output voltage upper limit value of the control means, the control means (100) is configured so that the total force (F1) faces the second stator side. The rotating electrical machine apparatus is characterized in that the rotation is controlled by magnetic flux control.
請求項11または12に記載の回転電機装置(1B)であって、
前記制御手段(100B)は、前記回転電機装置のトルクが所定値未満の場合において、前記総合力(F1)が前記第2固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
The rotating electrical machine apparatus (1B) according to claim 11 or 12,
The control means (100B) controls the rotation of the rotor so that the total force (F1) faces the second stator when the torque of the rotating electrical machine apparatus is less than a predetermined value. Rotating electrical machine device.
請求項11,12および15の何れかに記載の回転電機装置(1B)であって、
前記制御手段(100B)は、前記回転電機装置のトルクが前記所定値以上の場合において、前記総合力(F1)が前記第1固定子側を向く様に、前記各巻線(20a)に流れる電流の電流値と位相角(β)とを制御することで前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
A rotating electrical machine apparatus (1B) according to any one of claims 11, 12 and 15,
When the torque of the rotating electrical machine apparatus is equal to or greater than the predetermined value, the control means (100B) is configured to allow a current to flow through the windings (20a) so that the total force (F1) faces the first stator side. The rotor is controlled to rotate by controlling the current value and the phase angle (β).
請求項1〜9の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機または請求項10に記載の圧縮機と、
前記各巻線付き磁芯(20e)の巻線(20a)に電流を選択的に流すインバータ手段(80)と、
前記インバータ手段を制御して前記各巻線に電流を選択的に流して前記回転子を回転制御する制御手段(100C)と、
を備え、
前記制御手段(100C)は、前記合力の回転軸方向の成分と前記回転子に作用する前記磁気力以外の力の前記回転軸方向の成分との総合力(F1)が前記第1固定子側を向く様に、前記回転子を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
The axial gap type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, or the compressor according to claim 10,
Inverter means (80) for selectively passing a current through the winding (20a) of each winding core (20e);
Control means (100C) for controlling the inverter means to selectively flow a current to each of the windings to control the rotation of the rotor;
With
The control means (100C) is configured such that a total force (F1) of a component in the rotation axis direction of the resultant force and a component in the rotation axis direction of a force other than the magnetic force acting on the rotor is the first stator side. The rotating electrical machine apparatus is characterized in that the rotation of the rotor is controlled so as to face.
請求項17に記載の回転電機装置であって、
前記制御手段(100C)は、位相角(β)がゼロになる様に、または前記総合力(F1)が前記第1固定子側を向く範囲で前記回転子を弱め磁束制御する様に、前記回転子(10)を回転制御することを特徴とする回転電機装置。
The rotating electrical machine apparatus according to claim 17,
The control means (100C) is configured so that the phase angle (β) becomes zero, or the rotor is weakened and the magnetic flux control is performed in a range where the total force (F1) faces the first stator side. A rotating electrical machine apparatus that controls rotation of a rotor (10).
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