JP2012167699A - 軸受機構、電動機、圧縮機及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動軸と円筒部材とのクリアランスを確保しつつ、磁気軸受の起動時に、駆動軸を磁気軸受の中心軸方向へ移動させる際に必要な最大電磁力を低減する。
【解決手段】水平方向に延びるように配置される駆動軸（13）を、通電時に非接触状態で回転自在に支持する磁気軸受（14）と、駆動軸（13）を囲む円筒状に形成され、磁気軸受（14）の非通電時に駆動軸（13）を内周下部で支持する円筒部材（19）と、磁気軸受（14）の通電開始時に円筒部材（19）の内周下部に支持される駆動軸（13）が、円筒部材（19）の内周面に沿って上方へ移動する旋回動作と、該旋回動作後の駆動軸（13）が磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動する軸移動動作と、を行うように、磁気軸受（14）の電磁力を制御する制御部（20）と、を備える軸受機構を構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気軸受と該磁気軸受の電磁力を制御する制御部とを備える軸受機構、電動機、圧縮機及び冷凍装置に関する。

従来より、駆動軸の軸受として、磁気軸受を用いることが知られている。例えば特許文献１には、水平方向に延びるように配置される駆動軸が連結されるロータを有する電動機と、駆動軸を非接触状態で支持するラジアル磁気軸受と、駆動軸を囲む円筒状に形成されるラジアル補助軸受（円筒部材）とを備える圧縮機が開示されている。

電動機の動作時には、磁気軸受が通電されているため、該磁気軸受によって駆動軸が非接触状態で支持される。これにより、軸受摩擦を作用させることなく、駆動軸を回転させることができる。一方、電動機の停止時に磁気軸受の通電が停止される場合や、磁気軸受が何らかの理由により制御不能になって非通電となり電動機が停止した場合には、駆動軸は円筒部材の内周下部によって支持される。これにより、磁気軸受に駆動軸が当たって該磁気軸受が破損してしまうことを抑制できる。

特開２００６−１０５３４６号公報

上述のように磁気軸受が非通電となり駆動軸が円筒部材の内周下部に支持される場合、磁気軸受と駆動軸との隙間が不均一になる。具体的には、駆動軸の周囲では、下側の隙間の方が、上側の隙間よりも狭くなる。その結果、駆動軸に作用する上向きの吸引力よりも、下向きの吸引力の方が大きくなるため、駆動軸に下向きの不平衡吸引力が作用することになる。

一方、前記磁気軸受を起動させる場合には、まず、駆動軸の軸心を、磁気軸受の中心軸方向へ移動させる必要がある。駆動軸を鉛直方向上方へ移動させる際に必要な電磁力は、前記不平衡吸引力（Ｆとする）と、駆動軸に作用する重力（ｍｇとする）とを加算した値、すなわちＦ＋ｍｇとなる（図５（Ａ）参照）。一般的に、磁気軸受では、駆動軸を浮上させる際に最も大きな電磁力が必要となることが多く、このような場合には、磁気軸受は、駆動軸を浮上させるのに必要な最大電磁力を出力可能なように設計される。このように最大電磁力を確保するためには、具体的には、磁気軸受や、該磁気軸受の電磁力を制御するためのパワーデバイス（ＩＧＢＴ等）を有する制御部を大型化しなければならない。これに対して、前記最大電磁力を小さくするために、駆動軸と円筒部材とのクリアランスを小さくすることも考えられる。しかしそうすると、駆動軸に高い寸法精度が要求されたり、円筒部材に駆動軸を組み付ける際に高い寸法精度が要求されたりするため、製品の加工コストや組立コストが上昇してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動軸と円筒部材とのクリアランスを確保しつつ、磁気軸受の起動時に、駆動軸を磁気軸受の中心軸方向へ移動させる際に必要な最大電磁力を低減することである。

第１の発明は、軸受機構を対象とし、水平方向に延びるように配置される駆動軸（13）を、通電時に非接触状態で回転自在に支持する磁気軸受（14）と、前記駆動軸（13）を囲む円筒状に形成され、前記磁気軸受（14）の非通電時に前記駆動軸（13）を内周下部で支持する円筒部材（19）と、前記磁気軸受（14）の通電開始時に前記円筒部材（19）の内周下部に支持される駆動軸（13）が、該円筒部材（19）の内周面に沿って上方へ移動する旋回動作と、該旋回動作後の駆動軸（13）が前記磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動する軸移動動作と、を行うように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御する制御部（20）と、を備えることを特徴とする。

第１の発明では、磁気軸受（14）の通電時には、駆動軸（13）は磁気軸受（14）によって非接触状態で支持される。これにより、軸受摩擦を作用させることなく駆動軸（13）を支持することができる。一方、磁気軸受（14）の非通電時には、駆動軸（13）は円筒部材（19）によって支持される。従って、磁気軸受（14）に駆動軸（13）が当たることによる磁気軸受（14）の破損を抑制できる。

第１の発明では、磁気軸受（14）の通電開始時には、駆動軸（13）が円筒部材（19）の内周下部に支持されている状態となっている。このような状態において、制御部（20）が磁気軸受（14）の電磁力を制御することにより、駆動軸（13）は、円筒部材（19）の内周面に沿って上方へ移動する旋回動作を行い、その後、駆動軸（13）は、駆動軸（13）が磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動する軸移動動作を行う。

前記旋回動作では、駆動軸（13）は、該駆動軸（13）に作用する不平衡吸引力と直交する向きに移動する（図５（Ａ）〜図（Ｃ）参照）ため、該不平衡吸引力の大きさに関係なく、駆動軸（13）を旋回動作させることができる。

一方、前記軸移動動作では、駆動軸（13）は、該駆動軸（13）に作用する不平衡吸引力と反対側へ移動する（図５（Ｂ）参照）。このように駆動軸（13）を移動させるのに必要な電磁力は、前記不平衡吸引力と、駆動軸（13）に作用する重力のうち不平衡吸引力と同じ方向の成分とを加算した値、となる。

上述のように、第１の発明では、旋回動作の際に必要な電磁力、及び軸移動動作の際に必要な電磁力の双方とも、従来必要であった最大電磁力Ｆ＋ｍｇよりも小さくなる。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御部（20）は、前記駆動軸（13）が、前記旋回動作において該駆動軸（13）の軸心が前記磁気軸受（14）の中心軸よりも上方となる位置まで移動するように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御することを特徴とする。

第２の発明では、図５（Ｃ）にも示すように、駆動軸（13）が軸移動動作する際の力に、駆動軸（13）に作用する重力を利用できるため、軸移動動作の際に必要な電磁力を軽減できる。

第３の発明は、第２の発明において、前記制御部（20）は、前記駆動軸（13）が、前記旋回動作において前記円筒部材（19）の内周上端部まで移動するように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御することを特徴とする。

第３の発明では、図５（Ｄ）にも示すように、駆動軸（13）が軸移動動作する際の力に、駆動軸（13）に作用する重力の大きさをそのまま利用できるため、軸移動動作の際に必要な電磁力を効果的に軽減できる。

第４の発明は、電動機を対象とし、第１から第３の発明のうちいずれか１つに記載の軸受機構（8）と、前記磁気軸受（14）によって支持される駆動軸（13）が連結されるロータ（12）と、該ロータ（12）を回転させるためのステータ（11）と、を備えることを特徴とする。

第４の発明では、第１から第３の発明のうちいずれか１つに記載の軸受機構（8）が、電動機に用いられる。

第５の発明は、第４の発明において、前記ステータ（11）又は前記ロータ（12）は、永久磁石（12a）を備えることを特徴とする。

第５の発明では、駆動軸（13）が円筒部材（19）によって支持されているとき、ステータ（11）とロータ（12）との間には、永久磁石（12a）の吸引力に起因する比較的大きな不平衡吸引力が発生する。そうなると、従来の場合だと、磁気軸受（14）に必要な最大電磁力（Ｆ＋ｍｇ）が非常に大きくなってしまう。これに対して、第５の発明では、第１から第３の発明に記載の軸受機構（8）を用いることにより、磁気軸受（14）に必要な最大電磁力が低減する。

第６の発明は、圧縮機を対象とし、第４又は第５の発明に記載の電動機（10）を備えることを特徴とする。

第６の発明では、第４又は第５の発明に記載の電動機（10）が、圧縮機に用いられる。

第７の発明は、第６の発明において、ターボ圧縮機（1）で構成されていることを特徴とする。

第７の発明では、圧縮機が、ターボ圧縮機（1）で構成されている。

第８の発明は、冷凍装置を対象とし、第６又は第７の発明に記載の圧縮機（1）が設けられた冷媒回路（41,51）を備え、該冷媒回路（41,51）で冷凍サイクルを行うことを特徴とする。

第８の発明では、第６又は第７の発明に記載の圧縮機（1）が、冷媒回路（41,51）で冷凍サイクルを行う冷凍装置に用いられる。

前記第１の発明によれば、磁気軸受（14）の通電開始時に、駆動軸（13）を、いったん円筒部材（19）の周方向に沿って上昇させた後、磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動させている。こうすると、駆動軸（13）を磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動させるのに必要な最大電磁力を低減できるため、磁気軸受（14）や、該磁気軸受（14）の電磁力を制御するためのパワーデバイス等を有する制御部（20）の大型化を抑制できる。しかも、前記最大電磁力を低減するために駆動軸（13）と円筒部材（19）とのクリアランスを小さくする必要がなくなる。これにより、駆動軸（13）の加工コストや、円筒部材（19）に駆動軸（13）を組み付ける際の組立コストを低減できる。

また、前記第２の発明によれば、駆動軸（13）に作用する重力を利用して該駆動軸（13）を磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動できるため、磁気軸受（14）の最大電磁力をより低減できる。

また、前記第３の発明によれば、駆動軸（13）に作用する重力を効果的に利用して該駆動軸（13）を磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動できるため、磁気軸受（14）の最大電磁力を更に低減できる。

また、前記第４の発明によれば、前記第１から第３の発明に記載の軸受機構（8）を、電動機（10）に用いることができる。

また、前記第５の発明によれば、ステータ（11）又はロータ（12）に永久磁石が設けられることにより不平衡吸引力が比較的大きくなる電動機（10）において、前記軸受機構（8）を設けることにより、磁気軸受（14）や制御部（20）の大型化を効果的に抑制できる。

また、前記第６の発明によれば、第４又は第５の発明に記載の電動機（10）を、圧縮機に用いることができる。

また、前記第７の発明によれば、ターボ圧縮機で構成される圧縮機に、前記第４又は第５の発明に記載の電動機（10）を用いることができる。

また、前記第８の発明によれば、前記第６又は第７に記載の圧縮機（1）を、冷凍装置に用いることができる。

図１は、実施形態１に係るターボ圧縮機の構造を示す概略図である。 図２は、図１におけるＡ方向から視た矢視図であって、磁気軸受の構造を示す平面図である。 図３は、図２におけるIII−III線断面図である。 図４は、制御部の制御動作を示すフローチャートである。 図５は、駆動軸がタッチダウン軸受の内周面に沿って上方へ移動する様子を示す図であって、図５（Ａ）は駆動軸がタッチダウン軸受の内周下部に位置する状態（磁気軸受が通電されていない時の状態）を示す図、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、移動途中の駆動軸を示す図、図５（Ｄ）は、駆動軸がタッチダウン軸受内の上端部に位置する状態を示す図である。 図６は、実施形態２に係る空調機の冷媒回路図である。 図７は、実施形態３に係るチラーの冷媒回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

〈発明の実施形態１〉
本発明の実施形態１は、本発明に係る軸受機構（8）を有するターボ圧縮機（1）である。ターボ圧縮機（1）は、冷媒が循環して冷凍サイクル運転動作を行う冷媒回路（図示省略）に接続され、冷媒を圧縮するものである。

ターボ圧縮機（1）は、図１に示すように、ケーシング（2）と、該ケーシング（2）内に収容される電動機（10）と、羽根車（30）とを備えている。

ケーシング（2）は、両端が閉塞された横長円筒状に形成されている。ケーシング（2）内の空間は、図１におけるケーシング（2）の右側端部から所定の距離を置いて配置される壁部（3）によって区画されている。該壁部（3）よりも右側の空間が、羽根車（30）を収容するインペラ室（4）を形成し、該壁部（3）よりも左側の空間が、電動機（10）を収容する電動機空間（5）を形成する。また、インペラ室（4）の外周側には、該インペラ室（4）と連通する圧縮空間（4a）が設けられている。

ケーシング（2）には、冷媒回路からの冷媒をインペラ室（4）内へ導くための吸入管（6）と、インペラ室（4）内で圧縮された高圧の冷媒を冷媒回路へ戻すための吐出管（7）とが接続されている。

羽根車（30）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。羽根車（30）は、駆動軸（13）の一端に固定された状態で、インペラ室（4）内に収容されている。

電動機（10）は、ケーシング（2）の内周壁に固定される略筒状のステータ（11）と、該ステータ（11）の内側に所定の隙間（エアギャップ）を介して挿通される円筒状のロータ（12）と、軸心が該ロータ（12）の軸心と同軸となるようにロータ（12）に挿通固定される駆動軸（13）とを備えている。ロータ（12）には、複数の永久磁石（12a）が埋設されている。ロータ（12）は、永久磁石（12a）がステータ（11）内で発生する回転磁界に引きつけられるように回転することにより、ステータ（11）内で回転する。駆動軸（13）は、水平方向に延びるように配置されている。

電動機（10）は、軸受機構（8）を更に備えている。軸受機構（8）は、略筒状に形成された２つの磁気軸受（14,14）と、円筒部材としての２つのタッチダウン軸受（19,19）と、磁気軸受（14）の電磁力を制御する制御部（20）とを備えている。なお、図示は省略するが、電動機（10）は、駆動軸（13）をスラスト方向に支持するタッチダウン軸受を備える場合もある。

磁気軸受（14）及びタッチダウン軸受（19）は、駆動軸（13）をラジアル方向に支持するためのものである。磁気軸受（14）及びタッチダウン軸受（19）は、ともにケーシング（2）内に固定されている。磁気軸受（14）は、通電時に駆動軸を非接触状態で支持するように構成されている。また、タッチダウン軸受（19）は、磁気軸受（14）の非通電時（具体的には、電動機（10）の停止時や、何らかの理由により磁気軸受（14）が制御不能となって非通電となっている場合等）に駆動軸（13）を支持するように構成されている。磁気軸受（14,14）は、駆動軸（13）の両端側を支持するように、それぞれ、駆動軸（13）の一端側と他端側とに配置されている。タッチダウン軸受（19,19）は、駆動軸（13）の両端部を支持するように、それぞれ、磁気軸受（14,14）よりも外側に配置されている。

磁気軸受（14）は、図２及び図３に示すように、いわゆるホモポーラ型のラジアル軸受で構成されている。磁気軸受（14）は、略筒状に形成される筒部（15a）と、該筒部（15a）の内周面から径方向内方へ向かって突出する複数の突出部（15b）とが一体形成されたコア部（15）と、突出部（15b）のそれぞれに巻回されるコイル線（16）とを備えている。コイル線（16）には、電源（図示省略）が接続されている。突出部（15b）は、実施形態１では、８つ設けられている。具体的には、８つのうちの４つの突出部（15b）は、筒部（15a）における軸方向の一端部（図３における左端部）から、該筒部（15a）の周方向に等間隔を置いて（すなわち互いに９０度の間隔を置いて）、径方向内方へ突出するように形成されている。残りの４つの突出部（15b）は、筒部（15a）における軸方向の他端部（図３における右端部）から、該筒部（15a）の周方向に互いに９０度の間隔を置いて、径方向内方へ突出するように形成されている。また、磁気軸受（14）は、永久磁石（17）を備えている。永久磁石（17）は、図３に示すように、磁気軸受（14）の軸方向に隣接する２つの突出部（15b,15b）の間に設けられている。なお、前記磁気軸受は、永久磁石を有さない、いわゆるヘテロポーラ型のラジアル軸受で構成されていてもよい。

タッチダウン軸受（19）は、玉軸受で構成されている。タッチダウン軸受（19）の内径は、磁気軸受（14）の内径よりも小さくなるように形成されている。これにより、磁気軸受（14）の非通電時に、駆動軸（13）を内周下部で支持することができるため、磁気軸受（14）の破損を防止できる。また、ケーシング（2）の内側には、ギャップセンサ（図示省略）が取り付けられていて、タッチダウン軸受（19）内における駆動軸（13）の位置が検出される。なお、本実施形態１では、タッチダウン軸受（19）は、上述のように玉軸受で構成されているが、この限りでなく、例えば単なる円筒状の部材で構成されていてもよい。

上述のように、タッチダウン軸受（19）は、磁気軸受（14）が通電されていない場合に、駆動軸（13）を支持する。タッチダウン軸受（19）は、内周下部で駆動軸（13）を支持するため、図５（Ａ）にも示す通り、駆動軸（13）とタッチダウン軸受（19）との隙間は、上側よりも下側の方が狭くなっている。このとき、駆動軸（13）と磁気軸受（14）との隙間についても、上側よりも下側の方が狭くなる。そうなると、磁気軸受（14）の下側の吸引力の方が、上側の吸引力よりも大きくなる。つまりこのとき、駆動軸（13）には、下向きの不平衡吸引力が作用している。なお、電動機（10）のステータ（11）とロータ（12）との隙間についても同様に、不平衡吸引力が作用している。

制御部（20）は、図示しないＩＧＢＴ等のパワーデバイスを有していて、磁気軸受（14）の電磁力を制御するように構成されている。具体的には、制御部（20）は、タッチダウン軸受（19）によって支持される駆動軸（13）が、詳しくは後述する旋回動作及び軸移動動作を行うように、コイル線（16）を流れる電流を調整することにより磁気軸受（14）内の電磁力を制御する。

−運転動作−
次に、ターボ圧縮機（1）の運転動作について説明する。

電動機（10）が起動されると、磁気軸受（14）の通電が開始される。すると駆動軸（13）は、磁気軸受（14）内に生成される電磁力によって、詳しくは後述する旋回動作及び軸移動動作を行うことにより、磁気軸受（14）によって非接触状態で支持される。

また、電動機（10）の起動によりロータ（12）が回転駆動すると、羽根車（30）がインペラ室（4）内で回転する。これにより、吸入管（6）から冷媒が吸入されるとともに、該吸入された冷媒が羽根車（30）によって圧縮空間（4a）へ送られて高圧まで圧縮される。このように圧縮された冷媒は、吐出管（7）から吐出されて冷媒回路へ戻される。

−電動機の起動時における制御部の動作−
電動機（10）が起動されると、磁気軸受（14）の通電が開始され、制御部（20）が磁気軸受（14）内の電磁力の制御を開始する。これに伴って、駆動軸（13）がタッチダウン軸受（19）内を移動する。このときの様子を、図４及び図５を用いて説明する。

図４におけるステップＳ１で電動機（10）の起動指令が出されると、ステップＳ２では、駆動軸（13）が、タッチダウン軸受（19）内の内周上端部（目標位置（P）とする）に到達しているか否かが判定される。具体的には、ギャップセンサで検出された駆動軸（13）が目標位置（P）に到達している場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５へ進む。一方、ギャップセンサで検出された駆動軸（13）が目標位置（P）に到達していない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ３へ進む。磁気軸受（14）の通電がなされていない場合、駆動軸（13）は通常、タッチダウン軸受（19）の下端部に位置するため（図５（Ａ）参照）、ステップ２では、駆動軸（13）の高さが目標位置（P）よりも低いと判定される場合が多い。なお、ステップＳ２は省略することも可能である。この場合、ステップＳ１からステップＳ３へ直接進めばよい。

次いで、ステップＳ３では、駆動軸（13）がタッチダウン軸受（19）の内周面に沿って上方へ移動する旋回動作を行うように、制御部（20）が磁気軸受（14）の電磁力を制御する。具体的には、制御部（20）は、駆動軸（13）が前記旋回動作を行うように、磁気軸受（14）のコイル線（16）を流れる電流を制御する。これにより、磁気軸受（14）内には、駆動軸（13）が旋回動作するような電磁力が生成される。その結果、駆動軸（13）は旋回動作を行い、タッチダウン軸受（19）の内周面に沿って上方へ移動する。

次いでステップＳ４では、ステップＳ２と同様、駆動軸（13）が目標位置（P）に到達しているか否かが判定される。駆動軸（13）の位置が目標位置（P）に到達していると判定された場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５へ進む。一方、駆動軸（13）の位置が目標位置（P）に到達していないと判定された場合（Ｎｏの場合）には、再びステップＳ３に戻り、駆動軸（13）の旋回動作が継続して行われる。つまり、駆動軸（13）は、図５（Ｂ）の状態及び図５（Ｃ）の状態を経て、目標位置（P）に到達するまで旋回動作を続ける。そして、駆動軸（13）が目標位置（P）に到達すると（図５（Ｄ）参照）、ステップＳ５へ進む。

なお、ステップＳ４を省略して、ステップＳ３からステップＳ５へ直接進むことも可能である。具体的には、駆動軸（13）が目標位置（P）に到達するために必要なコイル線（16）の電流値を予め算出しておく。この電流値をコイル線（16）に流すことにより、駆動軸（13）を目標位置（P）まで旋回させることができる。

駆動軸（13）の旋回は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）にも示すように、駆動軸（13）に作用する不平衡吸引力Ｆと直交する方向に向かって行われる。つまり、不平衡吸引力Ｆは、駆動軸（13）の旋回には影響を及ぼさない。従って、駆動軸（13）を旋回させるために必要な電磁力は、従来必要であった最大電磁力Ｆ＋ｍｇよりも小さくなる。

ステップＳ５では、駆動軸（13）が磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動する軸移動動作を行うように、制御部（20）が磁気軸受（14）の電磁力を制御する。具体的には、制御部（20）は、駆動軸（13）が前記軸移動動作を行うように、磁気軸受（14）のコイル線（16）を流れる電流を制御する。これにより、磁気軸受（14）内には、駆動軸（13）が軸移動動作するような電磁力が生成される。その結果、駆動軸（13）は軸移動動作を行う。

駆動軸（13）が軸移動動作を行う際に必要な電磁力は、図５（Ｄ）にも示すように、駆動軸（13）に作用する上向きの不平衡吸引力Ｆと、該駆動軸（13）に作用する下向きの重力ｍｇとの差分（Ｆ−ｍｇ）となる。

上述のように駆動軸（13）が軸移動動作を行うと、駆動軸（13）は磁気軸受（14）によって非接触状態で保持される。

−実施形態１の効果−
以上のように、実施形態１に係るターボ圧縮機（1）では、電動機（10）の初動時、駆動軸（13）をタッチダウン軸受（19）の周方向に沿って、該タッチダウン軸受（19）の内周上端部まで移動させた後、磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動させている。こうすると、従来、磁気軸受の最大電磁力がＦ＋ｍｇ必要であったのに対して、磁気軸受（14）の最大電磁力をＦ−ｍｇまで低減できる。その結果、磁気軸受（14）や、該磁気軸受（14）の電磁力を制御する制御部（20）を小型化できる。しかも、上述のように最大電磁力を低減できるため、コイル線（16）に流す電流を抑制できる。これにより、コイル線（16）にかかるストレスを低減できる。また、実施形態１によれば、磁気軸受の最大電磁力を低減するために駆動軸（13）とタッチダウン軸受（19）とのクリアランスを小さくする必要がないため、駆動軸（13）の加工コストや、円筒部材（19）に駆動軸（13）を組み付ける際の組立コストを低減できる。

〈発明の実施形態２〉
発明の実施形態２は、実施形態１に係る圧縮機（1）を備える空調機（40）である。

−全体構成−
空調機（40）は、冷媒が充填される冷媒回路（41）を備え、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷凍装置を構成している。冷媒回路（41）には、前記圧縮機（1）と、室外熱交換器（42）と、室内熱交換器（43）と、膨張弁（44）と、四路切換弁（45）とが接続されている。この冷媒回路（41）では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

室外熱交換器（42）は、室外空間に配置されている。室外熱交換器（42）では、その内部を流れる冷媒と室外空気とが熱交換する。室内熱交換器（43）は、室内空間に配置されている。室内熱交換器（43）では、その内部を流れる冷媒と室内空気とが熱交換する。

膨張弁（44）は、室外熱交換器（42）と室内熱交換器（43）との間に接続されている。膨張弁（44）は、例えば電子膨張弁で構成されている。

四路切換弁（45）は、第１から第４までの４つのポートを備えている。四路切換弁（45）では、第１ポートが室内熱交換器（43）と繋がり、第２ポートが圧縮機（1）の吐出管（7）と繋がり、第３ポートが圧縮機（1）の吸入管（6）と繋がり、第４ポートが室外熱交換器（42）と繋がっている。四路切換弁（45）は、第１ポートと第３ポートとを連通させると同時に第２ポートと第４ポートとを連通させる第１状態（図６の実線の状態）と、第１ポートと第２ポートとを連通させると同時に第３ポートと第４ポートとを連通させる第２状態（図６の破線の状態）とに切換可能となっている。

−運転動作−
次に、実施形態２に係る空調機（40）の運転動作について説明する。空調機（40）の冷媒回路（41）では、四路切換弁（45）の設定に応じて、冷媒の循環方向が切り換わる。具体的には、四路切換弁（45）は、冷房運転において図６の実線で示す状態となる。その結果、冷房運転では、室外熱交換器（42）が放熱器となり、室内熱交換器（43）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。一方、四路切換弁（45）は、暖房運転において図６の破線で示す状態となる。その結果、暖房運転では、室外熱交換器（42）が蒸発器となり、室内熱交換器（43）が放熱器となる冷凍サイクルが行われる。以下には、このような空調機（40）の冷房運転を代表に説明する。

図６に示す冷媒回路（41）において、圧縮機（1）で圧縮された冷媒は、吐出管（7）より吐出される。その後、冷媒は室外熱交換器（42）を流れる。室外熱交換器（42）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器（42）で放熱した後の高圧冷媒は、膨張弁（44）を通過する際に減圧されて、低圧冷媒となる。その後、冷媒は室内熱交換器（43）を流れる。室内熱交換器（43）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内の冷房が行われる。室内熱交換器（43）で蒸発した冷媒は、吸入管（6）を流れて圧縮機（1）に吸入され、再び圧縮される。

〈発明の実施形態３〉
発明の実施形態３は、実施形態１に係る圧縮機（1）を備えるチラー（50）である。実施形態３では、いわゆる水冷式のチラーを例として説明する。

−全体構成−
チラー（50）は、冷媒が充填される冷媒回路（51）を備え、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷凍装置を構成している。冷媒回路（51）には、前記圧縮機（1）と、放熱器（52）と、蒸発器（53）と、膨張弁（54）とが接続されている。この冷媒回路（51）では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

放熱器（52）は、冷媒回路（51）と接続する第１伝熱管（52a）と、冷却水回路（60）（詳しくは後述する）と接続する第２伝熱管（52b）とを有している。つまり、冷媒回路（51）は、放熱器（52）を介して冷却水回路（60）に接続している。放熱器（52）では、第１伝熱管（52a）を流れる冷媒と第２伝熱管（52b）を流れる冷却水とが熱交換する。

蒸発器（53）は、冷媒回路（51）と接続する第１伝熱管（53a）と、冷水回路（70）（詳しくは後述する）と接続する第２伝熱管（53b）とを有している。つまり、冷媒回路（51）は、蒸発器（53）を介して冷水回路（70）に接続している。蒸発器（53）では、第１伝熱管（53a）を流れる冷媒と第２伝熱管（53b）を流れる冷水が熱交換する。

冷却水回路（60）には、前記放熱器（52）と、冷却水ポンプ（61）と、クーリングタワー（62）とが接続されている。冷却水ポンプ（61）は、冷却水回路（60）内の冷却水を搬送して循環させる。クーリングタワー（62）では、冷却水回路（60）を循環する冷却水が冷却される。

冷水回路（70）には、前記蒸発器（53）と、冷水ポンプ（71）と、空気熱交換器（72）とが接続されている。蒸発器（53）では、冷水回路（70）を循環する冷水が冷却される。このように冷却された冷水回路（70）内の水は、空気熱交換器（72）を介して、該空気熱交換器（72）の周囲の空気と熱交換する。

−運転動作−
チラー（50）を起動すると、冷却水ポンプ（61）、冷水ポンプ（71）、圧縮機（1）が駆動される。

圧縮機（1）が駆動されると、該圧縮機（1）で圧縮された冷媒が、吐出管（7）より吐出される。その後、冷媒は放熱器（52）を流れる。放熱器（52）では、第１伝熱管（52a）を流れる冷媒が、第２伝熱管（52b）を流れる冷却水に放熱して凝縮する。放熱器（52）の第２伝熱管（52b）で加熱された冷却水は、クーリングタワー（62）によって冷却される。放熱器（52）で凝縮された冷媒は、膨張弁（54）を通過する際に減圧された後、蒸発器（53）を流れる。蒸発器（53）では、第１伝熱管（53a）を流れる冷媒が、第２伝熱管（53b）を流れる冷水から吸熱して蒸発する。蒸発器（53）で蒸発した冷媒は、圧縮機（1）に戻されて圧縮される。

冷水回路（70）では、蒸発器（53）の第２伝熱管（53b）で冷却された水は、冷水ポンプ（71）によって空気熱交換器（72）へ搬送される。この水は、空気熱交換器（72）を介して該空気熱交換器（72）の周囲の空気から吸熱する。これにより、該空気熱交換器（72）の周囲の空気が冷却される。空気熱交換器（72）を通過した水は、冷水回路（70）の蒸発器（53）へ戻されて、該蒸発器（53）で再び冷却される。

−その他の実施形態−
前記実施形態については、以下のような構成にしてもよい。

前記実施形態１では、旋回動作において、駆動軸（13）を磁気軸受（14）の内周上端部まで移動させたが、この限りでなく、磁気軸受（14）の中心軸よりも上方となる位置、より詳しくは、磁気軸受（14）の中心軸を含む仮想水平面よりも上方となる位置まで移動させてもよい。この後に軸移動動作を行う際に必要となる電磁力は、図５（Ｃ）にも示すように、Ｆ＋ｍｇcosθ（９０°＜θ＜２７０°）となる。このように、旋回動作において駆動軸（13）を磁気軸受（14）の中心軸よりも上方まで移動させることで、軸移動動作の際に駆動軸（13）に作用する重力を利用できる。その結果、磁気軸受（14）の最大電磁力を低減できる。

また、旋回動作において、駆動軸（13）を、磁気軸受（14）の中心軸よりも下方となる位置まで移動させてもよい。言いかえれば、駆動軸（13）が磁気軸受（14）の内周下端部に位置する状態（図５（Ａ）の状態）から、駆動軸（13）を少しでも上方へ移動させればよい。これにより、この後の軸移動動作を行う際に必要となる電磁力は、図５（Ｂ）にも示すように、Ｆ＋ｍｇcosθ（０°＜θ≦９０°、２７０°≦θ＜３６０°）となる。従って、従来必要であった磁気軸受の最大電磁力Ｆ＋ｍｇよりも、磁気軸受（14）の最大電磁力を小さくできる。

また、前記実施形態２では、実施形態１に係る圧縮機（1）を空調機（40）に適用し、実施形態３では、実施形態１に係る圧縮機（1）をチラー（50）に適用しているが、この限りでなく、その他の冷凍装置に適用することができる。例えば、実施形態１に係る圧縮機（1）を、給湯器や冷蔵庫、冷凍庫等に適用することもできる。

以上説明したように、本発明は、駆動軸が水平方向に延びるように配置される電動機を備えるターボ圧縮機に特に有用である。

１ ターボ圧縮機（圧縮機）
８ 軸受機構
１０ 電動機
１１ ステータ
１２ ロータ
１２ａ 永久磁石
１３ 駆動軸
１４ 磁気軸受
１９ タッチダウン軸受（円筒部材）
２０ 制御部
４０ 空調機（冷凍装置）
５０ チラー（冷凍装置）

Claims (8)

1. 水平方向に延びるように配置される駆動軸（13）を、通電時に非接触状態で回転自在に支持する磁気軸受（14）と、
   前記駆動軸（13）を囲む円筒状に形成され、前記磁気軸受（14）の非通電時に前記駆動軸（13）を内周下部で支持する円筒部材（19）と、
   前記磁気軸受（14）の通電開始時に前記円筒部材（19）の内周下部に支持される駆動軸（13）が、該円筒部材（19）の内周面に沿って上方へ移動する旋回動作と、該旋回動作後の駆動軸（13）が前記磁気軸受（14）の中心軸方向へ移動する軸移動動作と、を行うように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御する制御部（20）と、を備えることを特徴とする軸受機構。
2. 請求項１において、
   前記制御部（20）は、前記駆動軸（13）が、前記旋回動作において該駆動軸（13）の軸心が前記磁気軸受（14）の中心軸よりも上方となる位置まで移動するように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御することを特徴とする軸受機構。
3. 請求項２において、
   前記制御部（20）は、前記駆動軸（13）が、前記旋回動作において前記円筒部材（19）の内周上端部まで移動するように、前記磁気軸受（14）の電磁力を制御することを特徴とする軸受機構。
4. 請求項１から３のうちいずれか１つに記載の軸受機構（8）と、
   前記磁気軸受（14）によって支持される駆動軸（13）が連結されるロータ（12）と、
   前記ロータ（12）を回転させるためのステータ（11）と、を備えることを特徴とする電動機。
5. 請求項４において、前記ステータ（11）又は前記ロータ（12）は、永久磁石（12a）を備えることを特徴とする電動機。
6. 請求項４又は５に記載の電動機（10）を備えることを特徴とする圧縮機。
7. 請求項６において、ターボ圧縮機（1）で構成されていることを特徴とする圧縮機。
8. 請求項６又は７に記載の圧縮機（1）が設けられた冷媒回路（41,51）を備え、該冷媒回路（41,51）で冷凍サイクルを行うことを特徴とする冷凍装置。

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