JP2020162345A - 電動機システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動機システムにおいて、低コストにスキュー構造を実現する。【解決手段】第１電動機（60）の固定子である第１固定子（64）の磁極が、周方向において最も近い、第２電動機（70）の固定子である第２固定子（74）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、第１固定子（64）および第２固定子（74）によってスキューを形成する第１構成、及び、第１電動機（60）の回転子（61）の磁極が、周方向において最も近くて同極性となる、第２電動機（70）の回転子（71）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、第１電動機（60）の回転子（61）および第２電動機（70）の回転子（71）によってスキューを形成する第２構成の少なくとも一方の構成を採用する。【選択図】図５

Description

本開示は、電動機システムに関するものである。

電動機では、コギングトルクを低減するために、積層コアにスキュー構造を採用したものがある（例えば特許文献１を参照）。

特許第３６１９８８５号公報

電動機のスキューは、構造が複雑で組み立てにくい。従来のスキュー構造は、電動機のコストアップに繋がる。

本開示の目的は、電動機システムにおいて、低コストにスキュー構造を実現することにある。

本開示の第１の態様は、
駆動軸（30）と、それぞれが前記駆動軸（30）を回転駆動する第１電動機（60）および第２電動機（70）と、を備え、各電動機（60,70）の固定子（64,74）には、磁極を形成するコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が設けられ、前記第１電動機（60）の固定子である第１固定子（64）の磁極が、周方向において最も近い、前記第２電動機（70）の固定子である第２固定子（74）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、前記第１固定子（64）および前記第２固定子（74）によってスキューを形成する第１構成および、前記第１電動機（60）の回転子（61）の磁極が、周方向において最も近くて同極性となる、前記第２電動機（70）の回転子（71）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、第１電動機（60）の回転子（61）および前記第２電動機（70）の回転子（71）によってスキューを形成する第２構成の少なくとも一方の構成が採用されていることを特徴とする電動機システムである。

第１の態様では、第１構成および第２構成の少なくとも一方の構成によってスキューが構成される。何れの構成も従来のスキュー構造と比べ製造が容易である。換言すると、電動機システムにおいて、低コストにスキュー構造を実現できる。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に基づく前記磁極の位相のずれに応じて、前記コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）の電流の位相または電圧の位相を制御する制御部（90）を備えていることを特徴とする電動機システムである。

第２の態様では、スキューに応じてコイルに流す電流または電圧の位相が制御される。

本開示の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記第１固定子（64）および前記第２固定子（74）は、前記磁極を形成するコイルとして、回転磁界を発生させるための駆動用コイル（66a〜66c）と、前記駆動軸（30）を支持する電磁力を発生する支持用コイル（77a〜77c）とを備えていることを特徴とする電動機システムである。

第３の態様では、いわゆるベアリングレスモータにおいて、低コストにスキュー構造を実現できる。

本開示の第４の態様は、第３の態様において、前記第１構成が採用されており、
前記第１固定子（64）のそれぞれの駆動用コイル（66a〜66c）が、周方向に最も近い前記第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）に対して、周方向位置の位相をずらして、前記第１固定子（64）の駆動用コイル（66a〜66c）と第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）によってスキューを形成する構成、
および、
前記第１固定子（64）のそれぞれの支持用コイル（67a〜67c）が、周方向において最も近くて同極性となる前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）に対して、周方向位置の位相をずらして、第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）および前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）によってスキューを形成する構成の少なくとも一方の構成が採用されていることを特徴とする電動機システムである。

第４の態様では、駆動用コイル、または支持用コイルの周方向位置の設定に応じて、スキュー構造が実現される。

本開示の第５の態様は、第２の態様において、前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）の一方に対し、その固定子の磁極とその回転子の磁極との相対位置を示す値を出力する位置特定部（80）を備え、
前記制御部（90）は、
前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）の一方に対し、前記相対位置を示す値を用いて前記コイルの電流または電圧の位相を制御し、他方に対し、前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記相対位置を示す値を補正して前記コイルの電流または電圧の位相を制御することを特徴とする電動機システムである。

第５の態様では、ひとつの位置特定部（80）を、複数の電動機（60,70）で共用できる。

本開示の第６の態様は、第４の態様において、前記第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）および前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）によってスキューを形成する構成が採用され、前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）のそれぞれにおける支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）の電磁力を制御する支持用コイル制御部（90b）を備え、前記支持用コイル制御部（90b）は、前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記第１固定子（64）における支持用コイル（67a〜67c）の電磁力の方向、および前記第２固定子（74）における支持用コイル（77a〜77c）の電磁力の方向の少なくとも一方を修正することを特徴とする電動機システムである。

第６の態様では、スキューに起因する、支持用コイル（77a〜77c）の電磁力のずれが修正される。

図１は、ターボ圧縮機の構成例を示す断面図である。 図２は、第１ベアリングレスモータの断面図である。 図３は、第２ベアリングレスモータの断面図である。 図４は、第１固定子の構成を示す。 図５は、第２固定子の構成を示す。 図６は、実施形態１の変形例１にかかる第２固定子の構成を示す。 図７は、スキューの形成による効果を示す。 図８は、スキューの形成による効果を示す。 図９は、実施形態１の変形例２にかかる第２固定子の構成を示す。 図１０は、実施形態２にかかる第１回転子と、第２回転子の断面図である。 図１１は、実施形態２の変形例１にかかる第１回転子と第２回転子の断面図を示す。 図１２は、実施形態２の変形例２にかかる第１回転子と第２回転子の断面図である。 図１３は、並進制御における指令値の補正の概念を説明する図である。 図１４は、回転制御における指令値の補正の概念を説明する図である。 図１５は、ティースの周方向位置の位相を第１固定子と第２固定子とで異ならせてスキューを構成した例である。

《実施形態１》
電動機システムの実施形態について説明する。この電動機システムは、ターボ圧縮機に搭載されている。ターボ圧縮機は、冷媒回路（図示せず）に設けられて冷媒を圧縮する。本実施形態の電動機システムでは、２つのベアリングレスモータによって、スキューを形成している。スキューの形成については後に詳述する。

〈ターボ圧縮機の構成〉
図１は、ターボ圧縮機（1）の構成例を示す断面図である。図１に示すように、ターボ圧縮機（1）は、ケーシング（10）、インペラ（20）、および電動機システム（2）を備えている。電動機システム（2）は、駆動軸（30）、タッチダウン軸受（40,41）、スラスト磁気軸受（50）、制御部（90）、電源部（91）、第１ベアリングレスモータ（60）、第２ベアリングレスモータ（70）、および回転角度センサ（80）を有する。

第１ベアリングレスモータ（60）と第２ベアリングレスモータ（70）とは、駆動軸（30）の軸方向に並んで配置される。第１ベアリングレスモータ（60）は、第１電動機を構成している。第２ベアリングレスモータ（70）は、第２電動機を構成している。第１ベアリングレスモータ（60）と第２ベアリングレスモータ（70）とは、駆動軸（30）を回転駆動する。

なお、本明細書の説明において、「軸方向」とは、駆動軸（30）の軸心の方向のことである。「径方向」とは、軸方向と直交する方向のことである。「外周側」とは、駆動軸（30）の軸心からより遠い側のことである。「内周側」とは、駆動軸（30）の軸心により近い側のことである。「周方向」とは、駆動軸（30）の軸心まわりに回る方向である。

−ケーシング−
ケーシング（10）は、両端が閉塞された円筒状に形成されている。ケーシング（10）は、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（10）内の空間は、壁部（11）によって区画されている。壁部（11）よりも右側の空間は、インペラ（20）を収容するインペラ室（12）である。壁部（11）よりも左側の空間は、第１ベアリングレスモータ（60）および第２ベアリングレスモータ（70）を収容する電動機室（14）である。ケーシング（10）内を軸方向に延びる駆動軸（30）が、インペラ（20）と第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）とを連結している。

−インペラ−
インペラ（20）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。インペラ（20）は、駆動軸（30）の一端に固定されている。インペラ（20）は、インペラ室（12）に収容されている。インペラ室（12）には、吸入管（15）および吐出管（16）が接続されている。インペラ室（12）の外周部には、圧縮空間（13）が形成されている。吸入管（15）は、冷媒を外部からインペラ室（12）内に導くために設けられている。吐出管（16）は、インペラ室（12）内で圧縮された高圧の冷媒を外部へ戻すために設けられている。

−タッチダウン軸受−
ターボ圧縮機（1）には２つのタッチダウン軸受（40,41）が設けられている。一方のタッチダウン軸受（40）は、駆動軸（30）の一端（図１の右側端）の近傍に設けられている。他方のタッチダウン軸受（41）は、駆動軸（30）の他端の近傍に設けられている。これらのタッチダウン軸受（40,41）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）が非通電であるとき（換言すると、駆動軸（30）が浮上していないとき）に駆動軸（30）を支持するように構成されている。

−スラスト磁気軸受−
図１に示すように、スラスト磁気軸受（50）は、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）を有する。駆動軸（30）の他端部（換言すると、インペラ（20）が固定された一端部とは反対側の端部）には、円板状の部分（以下、円板部（31））がある。スラスト磁気軸受（50）は、円板部（31）を電磁力によって支持するように構成されている。

スラスト磁気軸受（50）では、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）に流れる電流が制御される。これにより、電動機システム（2）では、第１電磁石（51）および第２電磁石（52）の対向方向（換言すると、軸方向または図１の左右方向）における駆動軸（30）の被支持部（円板部（31））の位置を制御することができる。

−制御部−
制御部（90）は、例えば、マイクロコンピュータ（図示せず）と、そのマイクロコンピュータを動作させるプログラムを格納したメモリティバイスとを有している。制御部（90）は、電源部（91）を介して、スラスト磁気軸受（50）、第１ベアリングレスモータ（60）、及び第２ベアリングレスモータ（70）を制御する。制御部（90）は、前記マイクロコンピュータが前記プログラムを実行することによって、駆動用コイル制御部（90a）、支持用コイル制御部（90b）、およびスラスト磁気軸受制御（90c）として機能する。

駆動用コイル制御部（90a）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）の駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）を制御する。支持用コイル制御部（90b）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）の支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）を制御する。駆動用コイル制御部（90a）、および支持用コイル制御部（90b）による制御については後に詳述する。

スラスト磁気軸受制御（90c）は、スラスト磁気軸受（50）に供給する電圧を制御する。スラスト磁気軸受制御（90c）は、駆動軸（30）の軸方向の位置が所望の位置となるようにスラスト電圧指令値を生成する。より具体的には、制御部（90）は、円板部（31）とスラスト磁気軸受（50）との間のギャップを検出可能なギャップセンサ（図示せず）の検出値に基づいて、スラスト電圧指令値を生成する。スラスト電圧指令値は、電源部（91）に出力される。

−電源部−
電源部（91）は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプによって構成する。電源部（91）は、制御部（90）の指示に基づいて、スラスト磁気軸受（50）、および第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）に、前記指示に応じた電圧をそれぞれ供給する。

−第１ベアリングレスモータ−
第１ベアリングレスモータ（60）は、第２ベアリングレスモータ（70）よりも、インペラ（20）に近い位置に配置される。第１ベアリングレスモータ（60）は、電磁力によって駆動軸（30）を回転駆動し、かつ駆動軸（30）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。第１ベアリングレスモータ（60）は、回転子（以下、第１回転子（61）という）と固定子（以下、第１固定子（64））を有する。第１回転子（61）は、駆動軸（30）に固定されている。第１固定子（64）は、ケーシング（10）の内周壁に固定されている。

図２に、第１ベアリングレスモータ（60）の断面図（駆動軸（30）に直交する断面）を示す。図２に示すように、第１ベアリングレスモータ（60）は、表面磁石型のベアリングレスモータである。第１固定子（64）は、固定子コア（65）、駆動用コイル（66a〜66c）、および支持用コイル（67a〜67c）を有する。固定子コア（65）は、バックヨーク部（65a）、および複数のティース（図２では、図示は省略）を含んでいる。

固定子コア（65）には、２４個のティースが設けられている。駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）は、ティースに巻回されている。図２では、駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）との位置関係を模式的に示している。これらのコイル（66a〜66c,67a〜67c）の正確な位置関係については、スキューの形成の説明とともに後述する。

第１回転子（61）は、回転子コア（62）、複数の永久磁石（63）、および保護部材（68）を有する。永久磁石（63）は、この例では、４つ設けられている。これらの永久磁石（63）は、回転子コア（62）の外周面に設けられている。保護部材（68）は、各永久磁石（63）の外周を囲んでいる。第１固定子（64）のティースと、第１回転子（61）の保護部材（68）との間には、所定のエアギャップが形成されている。

固定子コア（65）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成されている。第１固定子（64）のバックヨーク部（65a）は、円筒状に形成されている。駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）は、各ティースに分布巻方式で巻回されている。

駆動用コイル（66a〜66c）は、支持用コイル（67a〜67c）よりも内周側においてティースに巻回されている。駆動用コイル（66a〜66c）は、図２において太実線で囲んで示すＵ相駆動用コイル（66a）、太破線で囲んで示すＶ相駆動用コイル（66b）、および、細実線で囲んで示すＷ相駆動用コイル（66c）とから構成されている。支持用コイル（67a〜67c）は、図２において太実線で囲んで示すＵ相支持用コイル（67a）、太破線で囲んで示すＶ相支持用コイル（67b）、および、細実線で囲んで示すＷ相支持用コイル（67c）とから構成されている。

回転子コア（62）は、円筒状である。回転子コア（62）の中央部には駆動軸（30）を通す貫通孔が形成されている。回転子コア（62）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成されている。回転子コア（62）の外周面には、この外周面に沿った形状を有する４つの永久磁石（63）が設けられている。これら４つの永久磁石（63）は、同形状である。

これらの永久磁石（63）は、第１回転子（61）の外周面に、９０°の角度ピッチで設けられている。第１回転子（61）では、周方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に現れるように、各永久磁石（63）の極性（磁極の向き）が定められている。保護部材（68）は、円筒状に形成されている。保護部材（68）は、４つの永久磁石（63）の外周に設けられている。

−第２ベアリングレスモータ−
第２ベアリングレスモータ（70）は、第１ベアリングレスモータ（60）よりも、インペラ（20）から遠い位置に配置されている。第２ベアリングレスモータ（70）は、電磁力によって駆動軸（30）を回転駆動し、かつ駆動軸（30）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成されている。第２ベアリングレスモータ（70）は、回転子（以下、第２回転子（71））と固定子（以下、第２固定子（74））を有する。第２回転子（71）は、駆動軸（30）に固定されている。第２固定子（74）は、ケーシング（10）の内周壁に固定されている。

図３に、第２ベアリングレスモータ（70）の断面図（駆動軸（30）に直交する断面）を示す。図３に示すように、第２ベアリングレスモータ（70）は、表面磁石型のベアリングレスモータである。第２固定子（74）は、固定子コア（75）、駆動用コイル（76a〜76c）、および支持用コイル（77a〜77c）を有する。固定子コア（75）は、バックヨーク部（75a）、および複数のティース（図示は省略）を含んでいる。

この例では、固定子コア（75）には、２４個のティースが設けられている。第２固定子（74）は、第１固定子（64）と磁極数が同じである。

駆動用コイル（76a〜76c）および支持用コイル（77a〜77c）は、ティースに巻回されている。図３では、駆動用コイル（76a〜76c）と支持用コイル（77a〜77c）の位置関係を模式的に示している。これらのコイル（76a〜76c,77a〜77c）の位置関係については、スキューの形成の説明とともに後述する。

第２回転子（71）は、回転子コア（72）、複数の永久磁石（73）、および保護部材（78）を有する。永久磁石（73）は、この例では、４つ設けられている。第２回転子（71）は、第１回転子（61）と磁極数が同じである。

これらの永久磁石（73）は、回転子コア（62）の外周面に設けられている。保護部材（68）は、各永久磁石（73）の外周を囲んでいる。第２固定子（74）のティースと、第２回転子（71）の保護部材（78）との間には、所定のエアギャップが形成されている。

第２固定子（74）の固定子コア（75）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成される。第２固定子（74）のバックヨーク部（75a）は、円筒状に形成されている。駆動用コイル（76a〜76c）および支持用コイル（77a〜77c）は、各ティースに分布巻方式で巻回されている。

駆動用コイル（76a〜76c）は、支持用コイル（77a〜77c）よりも内周側においてティースに巻回されている。駆動用コイル（76a〜76c）は、図３において太実線で囲んで示すＵ相駆動用コイル（76a）と、太破線で囲んで示すＶ相駆動用コイル（76b）と、細実線で囲んで示すＷ相駆動用コイル（76c）とから構成される。

支持用コイル（77a〜77c）は、図３において太実線で囲んで示すＵ相支持用コイル（77a）と、太破線で囲んで示すＶ相支持用コイル（77b）と、細実線で囲んで示すＷ相支持用コイル（77c）とから構成されている。

回転子コア（72）は、円筒状である。回転子コア（72）の中央部には駆動軸（30）を通す貫通孔が形成されている。回転子コア（72）は、磁性材料（例えば、積層鋼板）で構成されている。回転子コア（72）の外周面には、この外周面に沿った形状を有する４つの永久磁石（73）が設けられている。これら４つの永久磁石（73）は、同形状である。

これらの永久磁石（73）は、第２回転子（71）の外周面に９０°の角度ピッチで設けられている。第２回転子（71）では、周方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に現れるように、各永久磁石（63）の極性（磁極の向き）が定められている。保護部材（78）は、円筒状に形成されている。保護部材（68）は、４つの永久磁石（63）の外周に設けられている。

−回転角度センサ（位置特定部）−
回転角度センサ（80）は、第１固定子（64）の磁極と第１回転子（61）の磁極との相対位置を示す値（ここでは、回転角度値と呼ぶ）を出力する。回転角度センサ（80）は、回転角度値を制御部（90）に出力する。

回転角度センサ（80）は、第２固定子（74）の磁極と第２回転子（71）の磁極との相対位置を示す値を回転角度値として出力するように構成してもよい。換言すると、回転角度センサ（80）は、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）の何れか一方を基準として回転角度値を出力する。回転角度センサ（80）の設置位置は、任意である。図１に示した位置には限定されない。

〈スキューの形成〉
電動機システム（2）では、第１固定子（64）と、第２固定子（74）とを用いてスキューを形成する構成（以下、第１構成）を採用している。

本実施形態では、第１回転子（61）と第２回転子（71）は、同極性となる磁極の周方向における位置の位相が同じである。それに対して、第１固定子（64）と第２固定子（74）とについて、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）によって生ずる同じ向きの磁束を比べると、周方向の位相が互いにずれている。

図４、図５を用いて第１構成の具体例を示す。図４に、第１固定子（64）の構成を示す。図４に示すように、第１固定子（64）は、２４個のティース（t）を備えている。図５に、第２固定子（74）の構成を示す。図５に示すように、第２固定子（74）も２４個のティース（t）を備えている。

ティース（t）とティース（t）の間の空間は、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）を収容するスロット（s1〜s24）である。スロット（s1〜s24）も２４個ある。本実施形態では、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、同じ参照符合のスロット（s1〜s24）同士の周方向位置が同位相となるように、ケーシング（10）に固定されている。軸方向から第１および第２固定子（64,74）を見ると、同じ参照符合のスロット（s1〜s24）が重なって見える。

図４には、Ｕ相駆動用コイル（66a）とＵ相支持用コイル（67a）とを代表で記載してある（他のコイルは図示を省略）。図４に示すように、Ｕ相支持用コイル（67a）は、８つのスロット（s1〜s3,s24,s12〜s15）に収容されている。Ｕ相駆動用コイル（66a）は、８つのスロット（s4,s5,s10,s11,s16,s17s22,s23）に収容されている。

図５でも、Ｕ相駆動用コイル（76a）とＵ相支持用コイル（77a）とを代表で記載してある（他のコイルは図示を省略）。図５に示すように、第２固定子（74）でも、Ｕ相支持用コイル（77a）は、８つのスロット（s1〜s3,s24,s12〜s15）に収容されている。図４、図５には、第１固定子（64）のコイルの位置と第２固定子（74）のコイルの位置とを比較できるように、センターライン（CL）を記載してある。第２固定子（74）では、Ｕ相支持用コイル（77a）の周方向における位置は、第１固定子（64）のＵ相支持用コイル（67a）と周方向の位置が同じである。

Ｖ相、Ｗ相についても、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）の周方向の位置が同じである。換言すると、第１固定子（64）と第２固定子（74）について、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）への通電に応じて生成される同方向の磁束を比べると、周方向の位相が同じである。

第２固定子（74）のＵ相駆動用コイル（76a）は、８つのスロット（S5,s6,s11,s12,s17,s18,s23.s24）に収容されている。第２固定子（74）のＵ相駆動用コイル（76a）は、第１固定子（64）のＵ相駆動用コイル（66a）とは、周方向位置の位相が互いにずれている。Ｖ相、Ｗ相についても、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）の周方向位置の位相が互いにずれている。換言すると、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が異なっている。

〈本実施形態の効果〉
以上の通り、本実施形態では、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）の周方向の配置によってスキューを形成している。換言すると、固定子（64,74）の磁極の周方向位置によってスキューを形成している。固定子（64,74）の磁極の周方向位置の位相は、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が対応する。以上の構成により、電動機システムにおいて、低コストにスキュー構造を実現できる。

《実施形態１の変形例１》
実施形態１の変形例１として、第２固定子（74）の他の例を説明する。図６に、実施形態１の変形例１にかかる第２固定子（74）の構成を示す。本変形例では、第１固定子（64）の構成は、実施形態１の第１固定子（64）の構成と同じである（図４参照）。

図６には、第２固定子（74）におけるＵ相駆動用コイル（66a）とＵ相支持用コイル（67a）とを代表で記載してある（他のコイルは図示を省略）。第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）は、第１固定子（64）の駆動用コイル（66a〜66c）と同じ参照符合のスロット（s1〜s24）に収容されている。図６には、第２固定子（74）のコイルの位置を第１固定子（64）のコイルの位置（図４参照）と比較できるように、センターライン（CL）を記載してある。

例えば、第１固定子（64）のＵ相駆動用コイル（66a）と第２固定子（74）のＵ相駆動用コイル（76a）は、互いに同位相の周方向位置にある８つのスロット（s4,s5,s10,s11,s16,s17s22,s23）に収容されている（図６参照）。この構成では、第１固定子（64）と第２固定子（74）について、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）によって生ずる同じ向きの磁束を比べると、周方向の位相が同じになる。

第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）は、第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）に対して、周方向位置の位相がずれている。例えば、第２固定子（74）におけるＵ相支持用コイル（77a）は、８つのスロット（s1〜s4,s13〜s16）に収容されている。第２固定子（74）における支持用コイル（77a〜77c）は、第１固定子（64）に対して、スロットひとつ分だけ周方向位置の位相がずれている。換言すると、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が異なっている。

〈本変形例における効果〉
以上の構成では、固定子（64,74）の支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）によってスキューが形成されている。換言すると、固定子（64,74）の磁極の周方向位置によってスキューを形成している。固定子（64,74）の磁極の周方向位置の位相は、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が対応する。図７、および図８にスキューの形成による効果を示す。図７は、所定方向における支持力（絶対値の変動）のリプルをスキューの有無で評価した図である。図７は、第２ベアリングレスモータ（70）の評価結果である。図７の縦軸は支持力である。縦軸の支持力は、第２ベアリングレスモータ（70）の支持力の合力である。横軸は、駆動軸（30）の回転角度である。

図８は、角度誤差（駆動軸（30）の向きの変動）をスキューの有無で評価した図である。図８の縦軸は角度誤差である。ここで、「角度誤差」とは、以下の（２）で規定される向きの、（１）で規定される向きに対する角度である。（２）の支持力には、駆動軸（30）に対して、本来与えようとしている成分に加えて、本来与える必要のない変動の成分が加わっている。
（１）駆動軸（30）に対して、本来与えようとしている支持力の向き
（２）駆動軸（30）に対して、実際に発生する支持力の向き
図７、および図８から分かるように、電動機システム（2）では、支持力の変動、および角度誤差を低減できている。

《実施形態１の変形例２》
実施形態１の変形例２として、第２固定子（74）の他の例を説明する。図９に、実施形態１の変形例２にかかる第２固定子（74）の構成を示す。本変形例では、第１固定子（64）の構成は、実施形態１の第１固定子（64）の構成と同じである（図４参照）。

図９には、Ｕ相駆動用コイル（66a）とＵ相支持用コイル（67a）とを代表で記載してある（他のコイルは図示を省略）。図９には、第２固定子（74）のコイルの位置を第１固定子（64）のコイルの位置（図４参照）と比較できるように、センターライン（CL）を記載してある。本変形例では、第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）は、第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）に対して、周方向位置の位相がずれている。第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）も第１固定子（64）の駆動用コイル（66a〜66c）に対して、周方向位置の位相がずれている。換言すると、第１固定子（64）と第２固定子（74）とは、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が異なり、かつ駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）への通電に応じて生成される磁束の周方向における位相が異なっている。

換言すると、本変形例は、実施形態１と、実施形態１の変形例２とを組み合わせたものに相当する。この構成では、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）によるスキューに基づく効果と、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）によるスキューに基づく効果との双方を得ることができる。

《実施形態２》
実施形態２では、第１回転子（61）と第２回転子（71）とによってスキューを形成する構成（以下、第２構成という）の例を説明する。

図１０は、実施形態２にかかる第１回転子（61）と、第２回転子（71）の断面図である。図１０では、説明の便宜のため、駆動軸（30）に固定された状態の第１回転子（61）と第２回転子（71）とを上下二段に並べて表記してある。図１０では、上段が第１回転子（61）であり、下段が第２回転子（71）である。第１回転子（61）は、複数の永久磁石（63）を備えている。第２回転子（71）も複数の永久磁石（73）を備えている。第１回転子（61）、および第２回転子（71）は、表面磁石型の回転子である。第１回転子（61）の磁極数と、第２回転子（71）の磁極数は同数である。図１０では、各永久磁石（63,73）における外周面の極性（ＳまたはＮ）を図示してある。

図１０に示すように、第１回転子（61）の永久磁石（63）と第２回転子（71）の永久磁石（73）とは、駆動軸（30）に固定された状態において、周方向位置の位相が互いにずれている。こうすることで、本実施形態ではスキューが形成される。この構成においてもスキューによって得られる効果を得ることができる。

このスキューは、第１回転子（61）及び第２回転子（71）を駆動軸（30）へ固定する際に、それぞれの回転方向の位相を調整すれば実現できる。換言すると、従来のスキュー構造を実現するよりも低コストに実現できる。

《実施形態２の変形例１》
２つの回転子（61,71）によってスキューを形成する構成は、埋め込み磁石構造の回転子でも実現できる。図１１に、実施形態２の変形例１にかかる第１回転子（61）と第２回転子（71）とを断面図で示す。図１１でも説明の便宜のため、駆動軸（30）に固定された状態の第１回転子（61）と第２回転子（71）を上下二段に並べて表記してある。図１１では、上段が第１回転子（61）であり、下段が第２回転子（71）である。この例は、二極の回転子（61,71）の例である。図１１では、各永久磁石（63,73）における外周側の極性を図示してある。この構成においてもスキューによって得られる効果を得ることができる。

このスキュー構造も、第１回転子（61）及び第２回転子（71）を駆動軸（30）へ固定する際に、それぞれの回転方向の位相を調整すれば実現できる。換言すると、従来のスキュー構造を実現するよりも低コストに実現できる。

《実施形態２の変形例２》
図１２は、実施形態２の変形例２にかかる第１回転子（61）と第２回転子（71）の断面図である。図１１でも説明の便宜のため、駆動軸（30）に固定された状態の第１回転子（61）と第２回転子（71）を上下二段に並べて表記してある。図１１では、上段が第１回転子（61）であり、下段が第２回転子（71）である。この例は、二極の回転子（61,71）の例である。

図１２に示すように、第１回転子（61）と第２回転子（71）とは、永久磁石（63,73）を固定するスロット（62a,72a）の周方向位置が同位相である。図１２では、各永久磁石（63,73）における外周側の極性を図示してある。この構成においてもスキューによって得られる効果を得ることができる。

このスキュー構造も、永久磁石（63,73）を回転子コア（62,72）にセットする向きを調整することで実現できる。換言すると、従来のスキュー構造を実現するよりも低コストに実現できる。第１回転子（61）の回転子コア（62）と、第２回転子（71）の回転子コア（62）に同一のキーを設けても、スキューを形成できる。

《実施形態３》
実施形態３では、電動機システム（2）における制御の例を説明する。主には、制御部（90）の機能、および動作を説明する。

制御部（90）は、前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に基づく磁極の位相のずれに応じて、コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）の電流の位相または電圧の位相を制御する。

この実施形態では、制御部（90）（詳しくは駆動用コイル制御部（90a）および支持用コイル制御部（90b））は、第１ベアリングレスモータ（60）に対しては、回転角度センサ（80）が検出した回転角度値を用いてコイル（66a〜66c,67a〜67c）の電流の位相を制御する。制御部（90）は、第２ベアリングレスモータ（70）に対しては、第１構成および第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記回転角度値を補正してコイル（76a〜76c,77a〜77c）の電流の位相または電圧の位相を制御する。換言すると、制御部（90）は、第１回転子（61）の位置を基準にして第２回転子（71）を制御している。

具体的には、駆動用コイル制御部（90a）および支持用コイル制御部（90b）は、第２ベアリングレスモータ（70）に対する制御を行う場合には、スキューの量に応じて前記回転角度値を増加あるいは減少させる。制御部（90）は、このように補正した回転角度値を基にして、第２ベアリングレスモータ（70）の各コイル（76a〜76c,77a〜77c）に流すべき電流の位相または電圧の位相を制御する。

本実施形態の構成により、電動機システム（2）が複数の電動機（60,70）を備えていても、回転角度センサ（80）（位置特定部）はひとつ設けるのみでよい。換言すると、この制御を採用したことによって、電動機システム（2）のコストの低減が可能になる。

制御部（90）では、第２ベアリングレスモータ（70）を基準にして制御を行ってもよい。具体的には、制御部（90）において、第２ベアリングレスモータ（70）に対しては、回転角度センサ（80）が検出した回転角度値を用いてコイル（76a〜76c,77a〜77c）の電流の位相または電圧の位相を制御する。第１ベアリングレスモータ（60）に対しては、第１構成および第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記回転角度値を補正してコイル（66a〜66c,67a〜67c）の電流の位相または電圧の位相を制御する。

《実施形態４》
実施形態４でも、電動機システム（2）における制御の例を説明する。ここでも主には、制御部（90）の機能、および動作を説明する。本実施形態では、制御部（90）は、前記回転角度値を補正する代わりに、電源部（91）に対する指令値を補正する。

この場合においても、制御部（90）（詳しくは支持用コイル制御部（90b））は、一方のベアリングレスモータ（基準ベアリングレスモータという）を基準として、指令値を生成する。他方のベアリングレスモータに対しては、基準ベアリングレスモータ用の指令値を補正して、指令値を生成する。基準ベアリングレスモータは、第１および第２ベアリングレスモータ（60,70）の何れでもよい。具体的には、支持用コイル制御部（90b）は、以下のように機能する。

ベアリングレスモータの浮上制御（駆動軸（30）の支持の制御）には、一例として、駆動軸（30）の重心変位と、駆動軸（30）の重心周りの回転量を制御する方法がある(以下、モード制御という)。モード制御では、ベアリングレスモータの支持力を並進成分と回転成分に分けて制御を行う。ここで、「並進成分」とは、駆動軸（30）の重心を変位させる成分である。「回転成分」とは、重心回りの回転変位を生じさせる成分である。

本実施形態の制御部（90）には、モード制御が実装されている。具体的には、支持用コイル制御部（90b）によって、支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）における電磁力制御として、並進制御と、回転制御（回転成分の制御）とを行う。

支持用コイル制御部（90b）は、並進制御においては、第１固定子（64）の電磁力の方向と、第２固定子（74）の電磁力の方向が同じ方向となるように、電流または電圧の指令値をスキューの量に応じて補正する（図１３参照）。支持用コイル制御部（90b）は、回転制御においては、第１固定子（64）の電磁力の方向と、第２固定子（74）の電磁力の方向が逆方向となるように、電流または電圧の指令値をスキューの量に応じて補正する（図１４参照）。

《その他の実施形態》
前記実施形態や変形例の構成の適用は、ベアリングレスモータ（駆動軸を非接触で支持する機能を有した電動機）には限定されない。駆動軸を非接触で支持する機能がない電動機でも、前記実施形態および変形例を適用できる。

スキュー構造は、第１固定子（64）のティースの周方向位置と第２固定子（74）のティース（t）の周方向位置とを互いにずらすことで実現してもよい。図１５は、ティースの周方向位置の位相を、第１固定子（64）と第２固定子（74）とで異ならせてスキューを構成した例である。図１５は、駆動軸（30）を浮上させる機能がない電動機（支持用コイルを備えていない電動機）の例である。

図１５では、説明の便宜のため、ケーシング（10）に固定された状態の第１固定子（64）と第２固定子（74）を上下二段に並べて表記してある。図１５では、上段が第１固定子（64）であり、下段が第２固定子（74）である。図１５では、駆動用コイル（66a〜66c,76a〜76c）の記載を省略してある。

図１５に示すように、第１固定子（64）のティース（t）と第２回転子（71）のティース（t）とは、ケーシング（10）に固定された状態において、周方向位置の位相が互いにずれている。こうすることで、固定子（64,74）によってスキューが形成される。この構成においてもスキューによって得られる効果を得ることができる。勿論、図１５の構成は、ベアリングレスモータに適用してもよい。

回転角度値は、実際にセンサ（前記の例では回転角度センサ（80））で検出する他に、回転角度値に関連する他の情報から推定した推定値を用いてもよい。

駆動用コイル（66a〜66c）および支持用コイル（67a〜67c）は、各ティースに集中巻方式で巻回してもよい。

電動機システム（2）は、ターボ圧縮機（1）以外の用途に適用してもよい。

電動機システム（2）には、電動機を３つ以上設けてもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

以上説明したように、本開示は、電動機システムについて有用である。

２ 電動機システム
３０ 駆動軸
６０ 第１ベアリングレスモータ（第１電動機）
６１ 第１回転子（回転子）
６４ 第１固定子（固定子）
６６ａ〜６６ｃ 駆動用コイル
６７ａ〜６７ｃ 支持用コイル
７０ 第２ベアリングレスモータ（第２電動機）
７１ 第２回転子（回転子）
７４ 第２固定子（固定子）
７６ａ〜７６ｃ 駆動用コイル
７７ａ〜７７ｃ 支持用コイル
８０ 回転角度センサ（位置特定部）
９０ 制御部
９０ｂ 支持用コイル制御部

Claims (6)

1. 駆動軸（30）と、
   それぞれが前記駆動軸（30）を回転駆動する第１電動機（60）および第２電動機（70）と、
   を備え、
   各電動機（60,70）の固定子（64,74）には、磁極を形成するコイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）が設けられ、
   前記第１電動機（60）の固定子である第１固定子（64）の磁極が、周方向において最も近い、前記第２電動機（70）の固定子である第２固定子（74）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、前記第１固定子（64）および前記第２固定子（74）によってスキューを形成する第１構成
   および、
   前記第１電動機（60）の回転子（61）の磁極が、周方向において最も近くて同極性となる、前記第２電動機（70）の回転子（71）の磁極に対して周方向位置の位相をずらして、第１電動機（60）の回転子（61）および前記第２電動機（70）の回転子（71）によってスキューを形成する第２構成
   の少なくとも一方の構成が採用されていることを特徴とする電動機システム。
2. 請求項１において、
   前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に基づく前記磁極の位相のずれに応じて、前記コイル（66a〜66c,67a〜67c,76a〜76c,77a〜77c）の電流の位相または電圧の位相を制御する制御部（90）を備えていることを特徴とする電動機システム。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第１固定子（64）および前記第２固定子（74）は、前記磁極を形成するコイルとして、回転磁界を発生させるための駆動用コイル（66a〜66c）と、前記駆動軸（30）を支持する電磁力を発生する支持用コイル（77a〜77c）とを備えていることを特徴とする電動機システム。
4. 請求項３において、
   前記第１構成が採用されており、
   前記第１固定子（64）のそれぞれの駆動用コイル（66a〜66c）が、周方向に最も近い前記第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）に対して、周方向位置の位相をずらして、前記第１固定子（64）の駆動用コイル（66a〜66c）と第２固定子（74）の駆動用コイル（76a〜76c）によってスキューを形成する構成、
   および、
   前記第１固定子（64）のそれぞれの支持用コイル（67a〜67c）が、周方向において最も近くて同極性となる前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）に対して、周方向位置の位相をずらして、第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）および前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）によってスキューを形成する構成の少なくとも一方の構成が採用されていることを特徴とする電動機システム。
5. 請求項２において、
   前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）の一方に対し、その固定子の磁極とその回転子の磁極との相対位置を示す値を出力する位置特定部（80）を備え、
   前記制御部（90）は、
   前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）の一方に対し、前記相対位置を示す値を用いて前記コイルの電流または電圧の位相を制御し、他方に対し、前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記相対位置を示す値を補正して前記コイルの電流または電圧の位相を制御することを特徴とする電動機システム。
6. 請求項４において、
   前記第１固定子（64）の支持用コイル（67a〜67c）および前記第２固定子（74）の支持用コイル（77a〜77c）によってスキューを形成する構成が採用され、
   前記第１電動機（60）および前記第２電動機（70）のそれぞれにおける支持用コイル（67a〜67c,77a〜77c）の電磁力を制御する支持用コイル制御部（90b）を備え、
   前記支持用コイル制御部（90b）は、
   前記第１構成および前記第２構成の少なくとも一方に起因する周方向位置の位相のずれに応じて、前記第１固定子（64）における支持用コイル（67a〜67c）の電磁力の方向、および前記第２固定子（74）における支持用コイル（77a〜77c）の電磁力の方向の少なくとも一方を修正することを特徴とする電動機システム。

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