JP2021090256A

JP2021090256A - Electric motor system and turbo compressor having the same

Info

Publication number: JP2021090256A
Application number: JP2019218666A
Authority: JP
Inventors: 貴晃小野; Takaaki Ono; 裕介入野; Yusuke Irino
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-10

Abstract

To enhance a braking brake of an electric motor system at low cost.SOLUTION: A plurality of electromagnetic apparatuses (50, 60, 70, 80, 90) provided in an electric motor system (2) include at least one electric motor (60, 70, 90) for rotationally driving a shaft (30). The plurality of electromagnetic apparatuses (50, 60, 70, 80, 90) are connected to a common DC bus (120). The electric motor system (2) includes a controller (130) for increasing power consumption to a level higher than average power consumption during a predetermined time period before switching in at least one of the electromagnetic apparatuses (50, 60, 70, 80, 90) other than the same electric motor (60, 70, 90) after switching the electric motor (60, 70, 90) from a power running state to a regenerative state.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機に関するものである。 The present disclosure relates to an electric motor system and a turbo compressor equipped with the electric motor system.

従来より、シャフトを回転駆動する電動機を備えた電動機システムが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、電源異常時に電動機と直列接続される抵抗を含む強制ブレーキ回路を備える。この電動機システムは、シャフトの回転エネルギーを最終的に上記抵抗で熱に変換することにより、電源異常時に短時間でシャフトを減速させることができる。 Conventionally, an electric motor system including an electric motor for rotationally driving a shaft has been known (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 includes a forced braking circuit including a resistor connected in series with an electric motor when a power supply is abnormal. In this motor system, the rotational energy of the shaft is finally converted into heat by the above resistance, so that the shaft can be decelerated in a short time in the event of a power failure.

特開平９−６８２２２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-68222

しかしながら、特許文献１の電動機システムは、シャフトの回転エネルギーを消費するために、抵抗を含む強制ブレーキ回路を必要とする。このため、シャフトを短時間で減速させることができるものの、強制ブレーキ回路を設けるのに別途のコストを要するという問題がある。 However, the motor system of Patent Document 1 requires a forced braking circuit including a resistor in order to consume the rotational energy of the shaft. Therefore, although the shaft can be decelerated in a short time, there is a problem that a separate cost is required to provide the forced brake circuit.

本開示の目的は、電動機システムの制動ブレーキを低コストに強めることにある。 An object of the present disclosure is to enhance the braking brake of an electric motor system at low cost.

本開示の第１の態様は、シャフト（30）と、該シャフト（30）に対して能動的に電磁力を付与する複数の電磁機器（50,60,70,80,90）とを備え、複数の上記電磁機器（50,60,70,80,90）は、上記シャフト（30）を回転駆動する少なくとも１つの電動機（60,70,90）を含む電動機システム（2）を対象とする。複数の上記電磁機器（50,60,70,80,90）は、共通のＤＣバス（120）に接続されている。電動機システム（2）は、上記電動機（60,70,90）を力行状態から回生状態に切り替えた後で、同じ上記電動機（60,70,90）以外の上記電磁機器（50,60,70,80,90）の少なくとも１つにおいて、該切替え前の所定時間にわたる平均消費電力よりも消費電力を増加させる制御器（130）を備える。 The first aspect of the present disclosure comprises a shaft (30) and a plurality of electromagnetic devices (50,60,70,80,90) that actively apply electromagnetic force to the shaft (30). The plurality of electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are intended for a motor system (2) including at least one motor (60,70,90) that rotationally drives the shaft (30). The plurality of electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are connected to a common DC bus (120). In the electric motor system (2), after switching the electric motor (60,70,90) from the power running state to the regenerative state, the electromagnetic equipment (50,60,70,) other than the same electric motor (60,70,90) is used. At least one of 80,90) includes a controller (130) that increases power consumption above the average power consumption over a predetermined time before the switching.

第１の態様では、電動機（60,70,90）が力行状態から回生状態に切り替えられた後に、当該電動機（60,70,90）の回生電力が、消費電力が増加する電磁機器（50,60,70,80,90）で消費される。よって、ＤＣバス（120）の電圧が過度に上昇しにくく、電動機（60,70,90）の回生ブレーキを有効に活用できる。抵抗などの別部品を設けることなく、電動機システム（2）の制動ブレーキを強めることができる。 In the first aspect, after the motor (60,70,90) is switched from the power running state to the regenerative state, the regenerative power of the motor (60,70,90) increases the power consumption of the electromagnetic device (50, 70,90). It is consumed at 60,70,80,90). Therefore, the voltage of the DC bus (120) is unlikely to rise excessively, and the regenerative brake of the motor (60,70,90) can be effectively used. The braking brake of the motor system (2) can be strengthened without providing separate parts such as resistors.

本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記電磁機器（50,60,70,80,90）は、上記シャフト（30）を磁気浮上させる電磁機器（50,60,70,80）を含むことを特徴とする。 In the second aspect of the present disclosure, in the first aspect, the electromagnetic device (50,60,70,80,90) is an electromagnetic device (50,60,70,) that magnetically levitates the shaft (30). It is characterized by including 80).

第２の態様では、磁気浮上機能を有する電磁機器（50,60,70,80）により、シャフト（30）が非接触で支持される。 In the second aspect, the shaft (30) is non-contact supported by an electromagnetic device (50,60,70,80) having a magnetic levitation function.

本開示の第３の態様は、上記第２の態様において、上記制御器（130）は、停電時において、上記切替えを実行して、上記電動機（60,70,90）の回生電力が消費されるように、同じ該電動機（60,70,90）以外の上記電磁機器（50,60,70,80）の少なくとも１つにおいて、上記シャフト（30）を磁気浮上させるための消費電力を増加させることを特徴とする。 In the third aspect of the present disclosure, in the second aspect, the controller (130) executes the switching in the event of a power failure, and the regenerative power of the electric motor (60,70,90) is consumed. As described above, in at least one of the electromagnetic devices (50,60,70,80) other than the same electric motor (60,70,90), the power consumption for magnetically levitating the shaft (30) is increased. It is characterized by that.

第３の態様では、停電時に、電動機（60,70,90）の回生電力を利用して、磁気浮上機能を有する電磁機器（50,60,70,80）によりシャフト（30）が非接触で支持される。その状態でシャフト（30）の回転速度を十分に低下させることが可能であり、電動機システム（2）の損傷を抑止することができる。 In the third aspect, in the event of a power failure, the shaft (30) is not in contact with the electromagnetic device (50,60,70,80) having a magnetic levitation function by utilizing the regenerative power of the motor (60,70,90). Be supported. In that state, the rotation speed of the shaft (30) can be sufficiently reduced, and damage to the motor system (2) can be suppressed.

本開示の第４の態様は、上記第２または第３の態様において、上記制御器（130）は、上記シャフト（30）を磁気浮上させる上記電磁機器（50,60,70,80）のバイアス電流を増大させることで上記電磁機器（50,60,70,80）の消費電力を増加させることを特徴とする。 A fourth aspect of the present disclosure is the bias of the electromagnetic device (50,60,70,80) in which the controller (130) magnetically levitates the shaft (30) in the second or third aspect. It is characterized in that the power consumption of the electromagnetic device (50,60,70,80) is increased by increasing the current.

第４の態様では、バイアス電流が増大する電磁機器（50,60,70,80）において、消費電力が増加すると共に、当該電磁機器（50,60,70,80）でシャフト（30）の回転に対するブレーキ力が生じる。電動機システム（2）の制動ブレーキをより一層強めることができる。 In the fourth aspect, in the electromagnetic device (50,60,70,80) in which the bias current increases, the power consumption increases and the shaft (30) rotates in the electromagnetic device (50,60,70,80). Braking force is generated. The braking brake of the motor system (2) can be further strengthened.

本開示の第５の態様は、上記第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、上記制御器（130）は、上記電磁機器（50,60,70,80,90）の電流に高調波成分を重畳させることで上記電磁機器（50,60,70,80,90）の消費電力を増加させることを特徴とする。 A fifth aspect of the present disclosure is that in any one of the first to fourth aspects, the controller (130) is harmonic to the current of the electromagnetic device (50,60,70,80,90). It is characterized in that the power consumption of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) is increased by superimposing wave components.

第５の態様では、電流に高調波成分が重畳される電磁機器（50,60,70,80,90）において、消費電力が増加すると共に、当該電磁機器（50,60,70,80,90）でシャフト（30）の回転に対するブレーキ力が生じる。電動機システム（2）の制動ブレーキをより一層強めることができる。 In the fifth aspect, in the electromagnetic device (50,60,70,80,90) in which the harmonic component is superimposed on the current, the power consumption is increased and the electromagnetic device (50,60,70,80,90) is concerned. ) Generates a braking force against the rotation of the shaft (30). The braking brake of the motor system (2) can be further strengthened.

本開示の第６の態様は、上記第１〜第５の態様のいずれか１つにおいて、上記電動機（60,70,90）は、回転駆動のための電磁力および磁気浮上のための電磁力を上記シャフト（30）に付与するベアリングレスモータ（60,70）であり、上記制御器（130）は、上記切替え後において、上記ベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が消費されるように、同じ該ベアリングレスモータ（60,70）以外の上記電磁機器（50,60,70,80,90）の少なくとも１つにおいて消費電力を増加させることを特徴とする。 A sixth aspect of the present disclosure is that in any one of the first to fifth aspects, the motor (60,70,90) has an electromagnetic force for rotational driving and an electromagnetic force for magnetic levitation. Is a bearingless motor (60,70) that imparts power to the shaft (30), and the controller (130) consumes the regenerative power of the bearingless motor (60,70) after the switching. In addition, at least one of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the same bearingless motor (60,70) is characterized by increasing power consumption.

第６の態様では、少なくともベアリングレスモータ（60,70）によってシャフト（30）が回転駆動されると共に非接触で支持される。ベアリングレスモータ（60,70）の回生電力は、消費電力が増加する電磁機器（50,60,70,80,90）で主に消費される。 In a sixth aspect, the shaft (30) is rotationally driven and non-contact supported by at least a bearingless motor (60,70). The regenerative power of the bearingless motor (60,70) is mainly consumed by the electromagnetic equipment (50,60,70,80,90) whose power consumption increases.

本開示の第７の態様は、上記第１〜第６の態様のいずれか１つにおいて、複数の上記電磁機器（50,60,70,80,90）は、複数の上記電動機（60,70,90）を含み、上記制御器（130）は、２つ以上の上記電動機（60,70,90）を回生状態にして、該２つ以上の電動機（60,70,90）の回生電力が消費されるように、該２つ以上の電動機（60,70,90）以外の上記電磁機器（50,60,70,80,90）の少なくとも１つの消費電力を増加させることを特徴とする。 A seventh aspect of the present disclosure is that in any one of the first to sixth aspects, the plurality of the electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are the plurality of the motors (60,70). , 90), the controller (130) regenerates two or more of the motors (60,70,90), and the regenerative power of the two or more motors (60,70,90) is generated. It is characterized by increasing the power consumption of at least one of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the two or more electric motors (60,70,90) so as to be consumed.

第７の態様では、２つ以上の電動機（60,70,90）の回生電力が、消費電力が増加する電磁機器（50,60,70,80,90）で主に消費される。 In the seventh aspect, the regenerative power of two or more electric motors (60,70,90) is mainly consumed by the electromagnetic device (50,60,70,80,90) whose power consumption increases.

本開示の第８の態様は、上記第１〜第７の態様のいずれか１つにおいて、複数の上記電磁機器（50,60,70,80,90）は、複数の上記電動機（60,70,90）を含み、上記制御器（130）は、１つの上記電動機（60,70,90）を回生状態にして、該１つの電動機（60,70,90）の回生電力が消費されるように、他の上記電動機（60,70,90）および上記電磁機器（50,60,70,80,90）の少なくとも１つの消費電力を増加させることを特徴とする。 In the eighth aspect of the present disclosure, in any one of the first to seventh aspects, the plurality of the electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are the plurality of the motors (60,70). , 90), the controller (130) regenerates one of the motors (60,70,90) so that the regenerative power of the one motor (60,70,90) is consumed. In addition, it is characterized by increasing the power consumption of at least one of the other electric motor (60,70,90) and the electromagnetic device (50,60,70,80,90).

第８の態様では、１つの電動機（60,70,90）の回生電力が、消費電力が増加する他の電動機（60,70,90）および電磁機器（50,60,70,80,90）で主に消費される。 In the eighth aspect, the regenerative power of one motor (60,70,90) increases the power consumption of the other motor (60,70,90) and the electromagnetic device (50,60,70,80,90). Is mainly consumed in.

本開示の第９の態様は、上記第１〜第８の態様のいずれか１つの電動機システム（2）と、上記シャフト（30）に固定されるインペラ（20）とを備えるターボ圧縮機（1）を対象とする。上記制御器（130）は、上記ターボ圧縮機（1）がサージング領域で運転されるときに上記切替えを実行して、上記電動機（60,70,90）の回生電力が消費されるように、同じ該電動機（60,70,90）以外の上記電磁機器（50,60,70,80,90）の少なくとも１つの消費電力を増加させる。 A ninth aspect of the present disclosure is a turbo compressor (1) including an electric motor system (2) according to any one of the first to eighth aspects and an impeller (20) fixed to the shaft (30). ). The controller (130) executes the switching when the turbo compressor (1) is operated in the surging region so that the regenerative power of the motor (60,70,90) is consumed. It increases the power consumption of at least one of the electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the same electric motor (60,70,90).

第９の態様では、ターボ圧縮機（1）がサージング領域で運転されるとき、電動機システム（2）の制動ブレーキを強めることにより、シャフト（30）の回転速度を安全な領域まで速やかに下げることができる。 In a ninth aspect, when the turbo compressor (1) is operated in the surging region, the rotational speed of the shaft (30) is quickly reduced to a safe region by increasing the braking brake of the motor system (2). Can be done.

図１は、実施形態１のターボ圧縮機の構成例を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a configuration example of the turbo compressor of the first embodiment. 図２は、実施形態１の電動機システムを示す概略構成図であって、供給状態における運転動作の例を示す。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the motor system of the first embodiment, and shows an example of an operation operation in a supply state. 図３は、実施形態１の電動機システムを示す概略構成図であって、非供給状態における運転動作の例を示す。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the motor system of the first embodiment, and shows an example of an operation operation in a non-supply state. 図４は、実施形態１の電動機システムを示す概略構成図であって、非供給状態における運転動作の別の例を示す。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the motor system of the first embodiment, and shows another example of the operation operation in the non-supply state. 図５は、スラスト磁気軸受のバイアス電流について、高調波成分の重畳前と重畳後を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the bias current of the thrust magnetic bearing before and after superimposition of harmonic components. 図６は、ターボ圧縮機の運転領域について説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an operating region of the turbo compressor. 図７は、実施形態２の電動機システムを示す概略構成図であって、供給状態における運転動作の例を示す。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the motor system of the second embodiment, and shows an example of an operation operation in a supply state. 図８は、実施形態２の電動機システムを示す概略構成図であって、非供給状態における運転動作の例を示す。FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the motor system of the second embodiment, and shows an example of an operation operation in a non-supply state. 図９は、ラジアル磁気軸受のバイアス電流について、増大前と増大後を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the bias current of the radial magnetic bearing before and after the increase.

《実施形態１》
実施形態１について説明する。本実施形態のターボ圧縮機（1）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（図示せず）に設けられて冷媒を圧縮する。図１に示すように、ターボ圧縮機（1）は、ケーシング（10）と、インペラ（20）と、タッチダウン軸受（40,41）と、電動機システム（2）とを備える。 << Embodiment 1 >>
The first embodiment will be described. The turbo compressor (1) of the present embodiment is provided in a refrigerant circuit (not shown) that performs a refrigeration cycle to compress the refrigerant. As shown in FIG. 1, the turbo compressor (1) includes a casing (10), an impeller (20), touchdown bearings (40,41), and a motor system (2).

なお、本明細書の説明において、「軸方向」とは、後述するシャフト（30）の軸心の方向のことであり、「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、シャフト（30）の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、シャフト（30）の軸心により近い側のことである。 In the description of the present specification, the "axial direction" is the direction of the axial center of the shaft (30) described later, and the "diameter direction" is the direction orthogonal to the axial direction. The "outer peripheral side" is the side farther from the axis of the shaft (30), and the "inner peripheral side" is the side closer to the axis of the shaft (30).

ケーシング（10）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置される。ケーシング（10）内の空間は、壁部（11）によって区画される。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）を構成する。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）を構成する。ケーシング（10）内を軸方向（この例では、水平方向）に延びるシャフト（30）が、インペラ（20）と第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）とを連結している。 The casing (10) is formed in a cylindrical shape with both ends closed, and is arranged so that the cylindrical axis is oriented horizontally. The space inside the casing (10) is partitioned by the wall portion (11). The space to the right of the wall (11) constitutes the impeller chamber (12) that houses the impeller (20). The space to the left of the wall (11) constitutes an electric motor chamber (14) that houses the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70). A shaft (30) extending axially (horizontally in this example) in the casing (10) connects the impeller (20) with the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70). ing.

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る。インペラ（20）は、シャフト（30）の一端に固定された状態で、インペラ室（12）に収容される。インペラ室（12）には、吸入管（15）および吐出管（16）が接続される。インペラ室（12）の外周部には、圧縮空間（13）が形成される。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る。 The impeller (20) is formed by a plurality of blades so that the outer shape is substantially conical. The impeller (20) is housed in the impeller chamber (12) in a state of being fixed to one end of the shaft (30). A suction pipe (15) and a discharge pipe (16) are connected to the impeller chamber (12). A compressed space (13) is formed on the outer periphery of the impeller chamber (12). The suction pipe (15) is provided to guide the refrigerant from the outside into the impeller chamber (12). The discharge pipe (16) is provided to return the high-pressure refrigerant compressed in the impeller chamber (12) to the outside.

タッチダウン軸受（40,41）は、ターボ圧縮機（1）に２つ設けられる。一方のタッチダウン軸受（40）は、シャフト（30）の一端部（図１の右側端部）近傍に設けられる。他方のタッチダウン軸受（41）は、シャフト（30）の他端部近傍に設けられる。これらのタッチダウン軸受（40,41）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）が非通電であるとき（換言すると、シャフト（30）が浮上していないとき）にシャフト（30）を支持するように構成される。 Two touch-down bearings (40,41) are provided in the turbo compressor (1). One touch-down bearing (40) is provided near one end (right end in FIG. 1) of the shaft (30). The other touchdown bearing (41) is provided near the other end of the shaft (30). These touch-down bearings (40,41) are used when the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) are de-energized (in other words, when the shaft (30) is not levitated). It is configured to support the shaft (30).

電動機システム（2）は、図１〜図４に示すように、シャフト（30）と、スラスト磁気軸受（50）と、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、スラストインバータ（100）と、第１トルクインバータ（101）と、第１支持インバータ（102）と、第２トルクインバータ（103）と、第２支持インバータ（104）と、電源部（110）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）と、制御器（130）とを備える。 As shown in FIGS. 1 to 4, the electric motor system (2) includes a shaft (30), a thrust magnetic bearing (50), a first bearingless motor (60), and a second bearingless motor (70). , Thrust inverter (100), 1st torque inverter (101), 1st support inverter (102), 2nd torque inverter (103), 2nd support inverter (104), power supply unit (110) , A DC / DC converter (107) and a controller (130).

スラスト磁気軸受（50）、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）は、共通のＤＣバス（120）に接続されている。スラスト磁気軸受（50）、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）は、シャフト（30）に対して能動的に電磁力を付与する電磁機器をそれぞれ構成する。 The thrust magnetic bearing (50), the first bearingless motor (60), and the second bearingless motor (70) are connected to a common DC bus (120). The thrust magnetic bearing (50), the first bearingless motor (60), and the second bearingless motor (70) each constitute an electromagnetic device that actively applies an electromagnetic force to the shaft (30).

シャフト（30）は、水平方向に延びる細長い円柱状の部材である。シャフト（30）の一端部（図１の右端部、または図２の左端部）には、インペラ（20）が固定される。シャフト（30）には、第１ベアリングレスモータ（60）の回転子（61）および第２ベアリングレスモータの回転子（71）がそれぞれ固定される。 The shaft (30) is an elongated columnar member extending in the horizontal direction. An impeller (20) is fixed to one end of the shaft (30) (the right end in FIG. 1 or the left end in FIG. 2). The rotor (61) of the first bearingless motor (60) and the rotor (71) of the second bearingless motor are fixed to the shaft (30), respectively.

スラスト磁気軸受（50）は、図１に示すように、２つの電磁石（51）を有する。スラスト磁気軸受（50）は、シャフト（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）に設けられた円板状の部分（以下、円板部（31））を電磁力によって非接触で支持するように構成される。スラスト磁気軸受（50）は、２つの電磁石（51）に流れる電流を制御することにより、２つの電磁石（51）の対向方向（換言すると、軸方向）におけるシャフト（30）の被支持部（円板部（31））の位置を制御することができる。 The thrust magnetic bearing (50) has two electromagnets (51), as shown in FIG. The thrust magnetic bearing (50) is a disk-shaped portion (hereinafter referred to as a disc-shaped portion) provided at the other end of the shaft (30) (in other words, the end opposite to the one end to which the impeller (20) is fixed). The disk portion (31)) is configured to be non-contactly supported by an electromagnetic force. The thrust magnetic bearing (50) controls the current flowing through the two electromagnets (51) to support the supported portion (circle) of the shaft (30) in the opposite direction (in other words, the axial direction) of the two electromagnets (51). The position of the plate (31)) can be controlled.

第１ベアリングレスモータ（60）は、電動機室（14）のうちインペラ（20）に近い側に配置される。第１ベアリングレスモータ（60）は、電磁力によってシャフト（30）を回転駆動しかつシャフト（30）のラジアル荷重を非接触で支持する（換言すると、シャフト（30）に回転駆動のための電磁力および磁気浮上のための電磁力を付与する）ように構成される。第１ベアリングレスモータ（60）は、シャフト（30）に対して能動的にトルクを付与する電動機を構成する。 The first bearingless motor (60) is arranged on the side of the motor chamber (14) closer to the impeller (20). The first bearingless motor (60) rotationally drives the shaft (30) by electromagnetic force and supports the radial load of the shaft (30) in a non-contact manner (in other words, electromagnetic force for rotationally driving the shaft (30). It is configured to apply force and electromagnetic force for magnetic levitation). The first bearingless motor (60) constitutes an electric motor that actively applies torque to the shaft (30).

第１ベアリングレスモータ（60）は、回転子（61）と固定子（62）を備える。回転子（61）は、シャフト（30）に固定される。回転子（61）は、鋼板を積層することによって構成される。回転子（61）は、複数の永久磁石（図示せず）を有する。固定子（62）は、ケーシング（10）の内周壁に固定される。固定子（62）は、それぞれ不図示の固定子コアおよびコイル部を有する。固定子コアは、鋼板を積層することによって構成される。コイル部は、駆動用コイルおよび浮上用コイルを含む。駆動用コイルは、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生させるためのコイルである。浮上用コイルは、シャフト（30）を浮上させ、かつシャフト（30）に作用するラジアル荷重を支持するための電磁力を発生させるためのコイルである。 The first bearingless motor (60) includes a rotor (61) and a stator (62). The rotor (61) is fixed to the shaft (30). The rotor (61) is constructed by laminating steel plates. The rotor (61) has a plurality of permanent magnets (not shown). The stator (62) is fixed to the inner peripheral wall of the casing (10). The stator (62) has a stator core and a coil portion (not shown, respectively). The stator core is constructed by laminating steel plates. The coil portion includes a driving coil and a levitation coil. The drive coil is a coil for generating torque for rotationally driving the shaft (30). The levitation coil is a coil for levitation of the shaft (30) and generating an electromagnetic force for supporting a radial load acting on the shaft (30).

第２ベアリングレスモータ（70）は、電動機室（14）のうちインペラ（20）から遠い側に配置される。第２ベアリングレスモータ（70）は、電磁力によってシャフト（30）を回転駆動しかつシャフト（30）のラジアル荷重を非接触で支持する（換言すると、シャフト（30）に回転駆動のための電磁力および磁気浮上のための電磁力を付与する）ように構成される。第２ベアリングレスモータ（70）は、シャフト（30）に対して能動的にトルクを付与する電動機を構成する。 The second bearingless motor (70) is arranged on the side of the motor chamber (14) far from the impeller (20). The second bearingless motor (70) rotationally drives the shaft (30) by electromagnetic force and supports the radial load of the shaft (30) in a non-contact manner (in other words, electromagnetic force for rotationally driving the shaft (30). It is configured to apply force and electromagnetic force for magnetic levitation). The second bearingless motor (70) constitutes an electric motor that actively applies torque to the shaft (30).

第２ベアリングレスモータ（70）は、回転子（71）と固定子（72）を備える。回転子（71）は、シャフト（30）に固定される。回転子（71）は、鋼板を積層することによって構成される。回転子（71）は、複数の永久磁石（図示せず）を有する。固定子（72）は、ケーシング（10）の内周壁に固定される。固定子（72）は、それぞれ不図示の固定子コアおよびコイル部を有する。固定子コアは、鋼板を積層することによって構成される。コイル部は、駆動用コイルおよび浮上用コイルを含む。駆動用コイルは、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生させるためのコイルである。浮上用コイルは、シャフト（30）を浮上させ、かつシャフト（30）に作用するラジアル荷重を支持するための電磁力を発生させるためのコイルである。 The second bearingless motor (70) includes a rotor (71) and a stator (72). The rotor (71) is fixed to the shaft (30). The rotor (71) is constructed by laminating steel plates. The rotor (71) has a plurality of permanent magnets (not shown). The stator (72) is fixed to the inner peripheral wall of the casing (10). The stator (72) has a stator core and a coil portion (not shown, respectively). The stator core is constructed by laminating steel plates. The coil portion includes a driving coil and a levitation coil. The drive coil is a coil for generating torque for rotationally driving the shaft (30). The levitation coil is a coil for levitation of the shaft (30) and generating an electromagnetic force for supporting a radial load acting on the shaft (30).

スラストインバータ（100）は、ＤＣバス（120）とスラスト磁気軸受（50）との間に設けられる。スラストインバータ（100）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換してスラスト磁気軸受（50）に供給するように構成される。それにより、スラスト磁気軸受（50）は、シャフト（30）を非接触で支持するためのスラスト支持力を発生することができる。 The thrust inverter (100) is provided between the DC bus (120) and the thrust magnetic bearing (50). The thrust inverter (100) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the thrust magnetic bearing (50). Thereby, the thrust magnetic bearing (50) can generate a thrust bearing force for non-contactly supporting the shaft (30).

第１トルクインバータ（101）は、ＤＣバス（120）と第１ベアリングレスモータ（60）との間に設けられる。第１トルクインバータ（101）は、第１ベアリングレスモータ（60）の電機子巻線（図示せず）に接続される。第１トルクインバータ（101）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換して力行状態の第１ベアリングレスモータ（60）に供給するように構成される。それにより、第１ベアリングレスモータ（60）は、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生することができる。さらに、第１トルクインバータ（101）は、回生状態の第１ベアリングレスモータ（60）から供給される交流電力を、直流電力に変換してＤＣバス（120）へ導くように構成される。 The first torque inverter (101) is provided between the DC bus (120) and the first bearingless motor (60). The first torque inverter (101) is connected to an armature winding (not shown) of the first bearingless motor (60). The first torque inverter (101) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the first bearingless motor (60) in a power running state. As a result, the first bearingless motor (60) can generate torque for rotationally driving the shaft (30). Further, the first torque inverter (101) is configured to convert the AC power supplied from the regenerated first bearingless motor (60) into DC power and guide it to the DC bus (120).

第１支持インバータ（102）は、ＤＣバス（120）と第１ベアリングレスモータ（60）との間に設けられる。第１支持インバータ（102）は、第１ベアリングレスモータ（60）の支持巻線（図示せず）に接続される。第１支持インバータ（102）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換して第１ベアリングレスモータ（60）に供給するように構成される。それにより、第１ベアリングレスモータ（60）は、シャフト（30）を非接触で支持するためのラジアル支持力を発生することができる。 The first support inverter (102) is provided between the DC bus (120) and the first bearingless motor (60). The first support inverter (102) is connected to a support winding (not shown) of the first bearingless motor (60). The first support inverter (102) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the first bearingless motor (60). Thereby, the first bearingless motor (60) can generate a radial bearing capacity for non-contactly supporting the shaft (30).

第２トルクインバータ（103）は、ＤＣバス（120）と第２ベアリングレスモータ（70）との間に設けられる。第２トルクインバータ（103）は、第２ベアリングレスモータ（70）の電機子巻線（図示せず）に接続される。第２トルクインバータ（103）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換して力行状態の第２ベアリングレスモータ（70）に供給するように構成される。それにより、第２ベアリングレスモータ（70）は、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生することができる。さらに、第２トルクインバータ（103）は、回生状態の第２ベアリングレスモータ（70）から供給される交流電力を、直流電力に変換してＤＣバス（120）へ導くように構成される。 The second torque inverter (103) is provided between the DC bus (120) and the second bearingless motor (70). The second torque inverter (103) is connected to the armature winding (not shown) of the second bearingless motor (70). The second torque inverter (103) is configured to convert the DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the second bearingless motor (70) in the power running state. As a result, the second bearingless motor (70) can generate torque for rotationally driving the shaft (30). Further, the second torque inverter (103) is configured to convert the AC power supplied from the regenerated second bearingless motor (70) into DC power and guide it to the DC bus (120).

第２支持インバータ（104）は、ＤＣバス（120）と第２ベアリングレスモータ（70）との間に設けられる。第２支持インバータ（104）は、第２ベアリングレスモータ（70）の支持巻線（図示せず）に接続される。第２支持インバータ（104）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換して第２ベアリングレスモータ（70）に供給するように構成される。それにより、第２ベアリングレスモータ（70）は、シャフト（30）を非接触で支持するためのラジアル支持力を発生することができる。 The second support inverter (104) is provided between the DC bus (120) and the second bearingless motor (70). The second support inverter (104) is connected to a support winding (not shown) of the second bearingless motor (70). The second support inverter (104) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the second bearingless motor (70). Thereby, the second bearingless motor (70) can generate a radial bearing capacity for non-contactly supporting the shaft (30).

電源部（110）は、ＤＣバス（120）の一端（図２の左端）に接続される。電源部（110）は、ＤＣバス（120）に直流電力を供給する直流電源である。 The power supply unit (110) is connected to one end (left end in FIG. 2) of the DC bus (120). The power supply unit (110) is a DC power supply that supplies DC power to the DC bus (120).

ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）は、ＤＣバス（120）の他端（図２の右端）に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、所望の直流電力に変換して制御器（130）に供給するように構成される。 The DC / DC converter (107) is connected to the other end (right end in FIG. 2) of the DC bus (120). The DC / DC converter (107) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into desired DC power and supply it to the controller (130).

制御器（130）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）に対して電気的に接続されると共に、各インバータ（100〜105）に対して通信可能に接続される。制御器（130）は、例えば、ＣＰＵと、ＣＰＵによって実行可能なプログラムを格納するメモリとで構成される。制御器（130）は、電動機システム（2）に設けられた各種センサ（図示せず）からの検出信号を受信し、当該検出信号に応じて各インバータ（100〜105）の動作を制御するように構成される。 The controller (130) is electrically connected to the DC / DC converter (107) and communicably connected to each inverter (100 to 105). The controller (130) is composed of, for example, a CPU and a memory for storing a program that can be executed by the CPU. The controller (130) receives detection signals from various sensors (not shown) provided in the motor system (2), and controls the operation of each inverter (100 to 105) according to the detection signals. It is composed of.

−運転動作−
ターボ圧縮機（1）の運転動作（具体的には、電動機システム（2）の運転動作）について、図２〜図５を参照して説明する。なお、図２〜図４では、電力の流れを白抜き矢印で示してある（図７および図８でも同様）。 -Driving operation-
The operation operation of the turbo compressor (1) (specifically, the operation operation of the motor system (2)) will be described with reference to FIGS. 2 to 5. In FIGS. 2 to 4, the flow of electric power is indicated by a white arrow (the same applies to FIGS. 7 and 8).

〈供給状態の運転動作〉
図２は、電動機システム（2）の供給状態の運転動作を示す。ここで、「供給状態」とは、電源部（110）からＤＣバス（120）へ直流電力が供給されている状態をいう。供給状態では、電源部（110）から供給される直流電力は、各インバータ（100〜105）によって交流電力に変換されて各電磁機器に供給されるか、またはＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 <Operating operation in the supply state>
FIG. 2 shows the operating operation of the electric motor system (2) in the supply state. Here, the "supply state" means a state in which DC power is supplied from the power supply unit (110) to the DC bus (120). In the supply state, the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by each inverter (100 to 105) and supplied to each electromagnetic device, or is desired by the DC / DC converter (107). It is converted to DC power and supplied to the controller (130).

具体的に、電源部（110）から供給される直流電力の一部は、スラストインバータ（100）によって交流電力に変換されてスラスト磁気軸受（50）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、第１トルクインバータ（101）または第１支持インバータ（102）によって交流電力に変換されて第１ベアリングレスモータ（60）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、第２トルクインバータ（103）または第２支持インバータ（104）によって交流電力に変換されて第２ベアリングレスモータ（70）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 Specifically, a part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the thrust inverter (100) and supplied to the thrust magnetic bearing (50). A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the first torque inverter (101) or the first support inverter (102) and supplied to the first bearingless motor (60). .. A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the second torque inverter (103) or the second support inverter (104) and supplied to the second bearingless motor (70). .. A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into a desired DC power by the DC / DC converter (107) and supplied to the controller (130).

スラスト磁気軸受（50）は、供給された電力により、スラスト支持力を生じてシャフト（30）の被支持部（円板部（31））を非接触で支持する。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）は、供給された電力により、トルクおよびラジアル支持力を生じてシャフト（30）を回転駆動すると共に非接触で支持する。制御器（130）は、供給された電力により、各インバータ（100〜105）の動作を制御する。 The thrust magnetic bearing (50) generates a thrust bearing force by the supplied electric power to support the supported portion (disk portion (31)) of the shaft (30) in a non-contact manner. The first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) generate torque and radial bearing capacity by the supplied electric power to rotationally drive the shaft (30) and support it in a non-contact manner. The controller (130) controls the operation of each inverter (100 to 105) by the supplied electric power.

〈非供給状態の運転動作〉
図３および図４は、電動機システム（2）の非供給状態の運転動作を示す。ここで、「非供給状態」とは、電源部（110）からＤＣバス（120）へ直流電力が供給されない状態（例えば、停電時に生じる状態）をいう。非供給状態では、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）の少なくとも一方が回生状態とされ、それにより生じる回生電力が、対応するトルクインバータ（101,103）により直流電力に変換されてＤＣバス（120）に導かれる。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力は、所望形態の電力に変換されて他の電磁機器または制御器（130）に供給される。 <Operation operation in non-supply state>
3 and 4 show the operation operation of the motor system (2) in the non-supply state. Here, the "non-supply state" means a state in which DC power is not supplied from the power supply unit (110) to the DC bus (120) (for example, a state that occurs during a power failure). In the non-supply state, at least one of the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) is in the regenerative state, and the regenerative power generated thereby is converted into DC power by the corresponding torque inverters (101,103). It is led to the DC bus (120). The DC power led to the DC bus (120) is converted into a desired form of power and supplied to another electromagnetic device or controller (130).

具体的に、図３に示すように、第１ベアリングレスモータ（60）のみが回生状態とされる場合、それにより生じる回生電力は、第１トルクインバータ（101）で直流電力に変換されてＤＣバス（120）に導かれる。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、スラストインバータ（100）によって交流電力に変換されてスラスト磁気軸受（50）に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、第１支持インバータ（102）または第２支持インバータ（104）によって交流電力に変換されて第１ベアリングレスモータ（60）または第２ベアリングレスモータ（70）の支持巻線に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 Specifically, as shown in FIG. 3, when only the first bearingless motor (60) is in the regenerative state, the regenerative power generated by the regenerative power is converted into DC power by the first torque inverter (101) and DC. You will be led to the bus (120). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the thrust inverter (100) and supplied to the thrust magnetic bearing (50). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the first support inverter (102) or the second support inverter (104), and is converted into AC power by the first bearingless motor (60) or the second bearing. It is supplied to the support winding of the less motor (70). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into the desired DC power by the DC / DC converter (107) and supplied to the controller (130).

一方、図４に示すように、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）が回生状態とされる場合、それにより生じる回生電力は、第１トルクインバータ（101）および第２トルクインバータ（103）で直流電力に変換されてＤＣバス（120）に導かれる。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、スラストインバータ（100）によって交流電力に変換されてスラスト磁気軸受（50）に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、第１支持インバータ（102）または第２支持インバータ（104）によって交流電力に変換されて第１ベアリングレスモータ（60）または第２ベアリングレスモータ（70）の支持巻線に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 On the other hand, as shown in FIG. 4, when the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) are in the regenerative state, the regenerative power generated by the regenerative power is the first torque inverter (101) and the first torque inverter (101). It is converted into DC power by a 2-torque inverter (103) and guided to a DC bus (120). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the thrust inverter (100) and supplied to the thrust magnetic bearing (50). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the first support inverter (102) or the second support inverter (104), and is converted into AC power by the first bearingless motor (60) or the second bearing. It is supplied to the support winding of the less motor (70). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into the desired DC power by the DC / DC converter (107) and supplied to the controller (130).

スラスト磁気軸受（50）は、供給された電力により、スラスト支持力を生じてシャフト（30）の被支持部（円板部（31））を非接触で支持する。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）は、供給された電力により、ラジアル支持力を生じてシャフト（30）を非接触で支持する。制御器（130）は、供給された電力により、各インバータ（100〜105）の動作を制御する。 The thrust magnetic bearing (50) generates a thrust bearing force by the supplied electric power to support the supported portion (disk portion (31)) of the shaft (30) in a non-contact manner. The first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) generate radial bearing capacity by the supplied electric power to support the shaft (30) in a non-contact manner. The controller (130) controls the operation of each inverter (100 to 105) by the supplied electric power.

〈供給状態から非供給状態に移行する際の運転動作〉
次に、停電が生じる場合を例にとって、供給状態から非供給状態に移行する際の運転動作について説明する。 <Operation operation when shifting from the supply state to the non-supply state>
Next, the operation operation when shifting from the supply state to the non-supply state will be described by taking the case where a power failure occurs as an example.

停電が生じると、電源部（110）から直流電力が供給されなくなる。この場合、制御器（130）は、第１ベアリングレスモータ（60）を力行状態から回生状態に切り替えるか（図３）、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）を力行状態から回生状態に切り替える（以下、力行状態から回生状態への切替えを、単に「切替え」ともいう）。前者と後者の両方において、制御器（130）は、スラスト磁気軸受（50）において、当該切替え前の所定時間にわたる平均消費電力よりも消費電力を増加させる。前者において、制御器（130）は、さらに第２ベアリングレスモータ（70）において、当該切替え前の所定時間にわたる平均消費電力よりも消費電力を増加させてもよい。 When a power failure occurs, DC power is not supplied from the power supply unit (110). In this case, the controller (130) switches the first bearingless motor (60) from the power running state to the regenerative state (FIG. 3), or switches the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70). Switching from the power running state to the regenerative state (hereinafter, switching from the power running state to the regenerative state is also simply referred to as "switching"). In both the former and the latter, the controller (130) increases the power consumption of the thrust magnetic bearing (50) above the average power consumption over a predetermined time before the switching. In the former, the controller (130) may further increase the power consumption of the second bearingless motor (70) than the average power consumption over a predetermined time before the switching.

ここで、「切替え前の所定時間」は、例えば、切替え前の第１ベアリングレスモータ（60）もしくは第２ベアリングレスモータ（70）の電気角１周期分に対応する時間、切替え前の第１ベアリングレスモータ（60）もしくは第２ベアリングレスモータ（70）の機械角１周期分に対応する時間、切替え前の１秒間、または切替え前の１分間であってもよい。なお、切替え前の所定時間は、ここで例示したものに限らない。 Here, the "predetermined time before switching" is, for example, the time corresponding to one cycle of the electric angle of the first bearingless motor (60) or the second bearingless motor (70) before switching, and the first before switching. The time corresponding to one mechanical angle of the bearingless motor (60) or the second bearingless motor (70), 1 second before switching, or 1 minute before switching may be used. The predetermined time before switching is not limited to the one illustrated here.

制御器（130）は、スラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させる場合、図５に示すように、スラスト磁気軸受（50）の２つの電磁石（51）を流れるバイアス電流（換言すると、制御電流とスラスト支持力との関係に線形性をもたせるための電流）に高調波成分を重畳させてもよい。高調波成分の基本周波数は、シャフト（30）を含む回転系の軸方向変位を実質的に生じさせない程度に高いことが好ましい。なお、図５では、高調波成分を重畳させない場合のバイアス電流を細い実線で、高調波成分を重畳させる場合のバイアス電流を太い実線で、それぞれ示してある。 When the controller (130) increases the power consumption of the thrust magnetic bearing (50), as shown in FIG. 5, the controller (130) controls the bias current flowing through the two electromagnets (51) of the thrust magnetic bearing (50). A harmonic component may be superimposed on the current (current for giving linearity to the relationship between the current and the thrust bearing capacity). The fundamental frequency of the harmonic component is preferably high enough to substantially not cause axial displacement of the rotating system including the shaft (30). In FIG. 5, the bias current when the harmonic components are not superimposed is shown by a thin solid line, and the bias current when the harmonic components are superimposed is shown by a thick solid line.

制御器（130）は、第２ベアリングレスモータ（70）の消費電力を増加させる場合、スラスト磁気軸受（50）の場合と同様に、第２ベアリングレスモータ（70）の支持巻線を流れる電流に高調波成分を重畳させてもよい。高調波成分の基本周波数は、シャフト（30）を含む回転系の径方向変位を実質的に生じさせない程度に高いことが好ましい。 When the controller (130) increases the power consumption of the second bearingless motor (70), the current flowing through the support winding of the second bearingless motor (70) is the same as in the case of the thrust magnetic bearing (50). A harmonic component may be superimposed on the. The fundamental frequency of the harmonic component is preferably high enough to substantially not cause radial displacement of the rotating system including the shaft (30).

制御器（130）は、第２ベアリングレスモータ（70）の消費電力を増加させる場合、第２ベアリングレスモータ（70）の電機子巻線を流れる電流（以下、電機子電流ともいう）を増大させてもよい。この場合において、制御器（130）は、第２ベアリングレスモータ（70）でトルクを実質的に生じない制御、具体的にはｄ軸上で電機子電流を流す強め磁束制御または弱め磁束制御を行うことが好ましい。制御器（130）は、第２ベアリングレスモータ（70）における銅損や鉄損を高めてそれによるブレーキ力を得るために、第２ベアリングレスモータ（70）で弱め磁束制御よりも強め磁束制御を行うことが好ましい。なお、制御器（130）は、第２ベアリングレスモータ（70）において、シャフト（30）の回転を加速させない範囲のトルクを生じる力行制御を行ってもよい。 When the controller (130) increases the power consumption of the second bearingless motor (70), the controller (130) increases the current flowing through the armature winding of the second bearingless motor (70) (hereinafter, also referred to as armature current). You may let me. In this case, the controller (130) controls the second bearingless motor (70) so as not to generate torque substantially, specifically, strong magnetic flux control or weak magnetic flux control in which an armature current flows on the d-axis. It is preferable to do so. In order to increase the copper loss and iron loss in the second bearingless motor (70) and obtain the braking force due to the increase, the controller (130) controls the magnetic flux stronger than the weak magnetic flux control in the second bearingless motor (70). Is preferable. The controller (130) may perform power running control in the second bearingless motor (70) to generate torque in a range that does not accelerate the rotation of the shaft (30).

−ターボ圧縮機の運転領域−
図６は、ターボ圧縮機（1）の運転領域について説明するための図である。同図において、横軸は冷媒体積流量を、縦軸はヘッドをそれぞれ示す。ターボ圧縮機（1）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）に電力が供給されることにより、所定の運転領域において運転され得る。 -Turbo compressor operating area-
FIG. 6 is a diagram for explaining an operating region of the turbo compressor (1). In the figure, the horizontal axis represents the volumetric flow rate of the refrigerant, and the vertical axis represents the head. The turbo compressor (1) can be operated in a predetermined operating region by supplying electric power to the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70).

この所定の運転領域は、主に、図６に太線で示すサージラインの内側の定常運転領域（Ａ）、高負荷トルク領域（Ｂ）、およびタービュランス領域（Ｃ）と、当該サージラインの外側のサージング領域（Ｄ）とを含む。 The predetermined operating regions are mainly the steady operating region (A), the high load torque region (B), and the turbulence region (C) inside the surge line shown by the thick line in FIG. 6, and the outside of the surge line. Includes a surging area (D).

定常運転領域（Ａ）は、図６に符号Ａで示す領域である。定常運転領域（Ａ）は、インペラ（20）およびシャフト（30）の負荷トルク（換言すると、インペラ（20）およびシャフト（30）を回転駆動するために必要なトルク）が比較的小さく、かつシャフト（30）のラジアル荷重も比較的小さい領域である。 The steady operation region (A) is a region indicated by reference numeral A in FIG. In the steady operation region (A), the load torque of the impeller (20) and the shaft (30) (in other words, the torque required to rotationally drive the impeller (20) and the shaft (30)) is relatively small, and the shaft The radial load of (30) is also a relatively small region.

高負荷トルク領域（Ｂ）は、図６に符号Ｂで示す領域である。高負荷トルク領域（Ｂ）は、インペラ（20）およびシャフト（30）の負荷トルクが比較的大きく、かつシャフト（30）のラジアル荷重も比較的大きい領域である。 The high load torque region (B) is a region indicated by reference numeral B in FIG. The high load torque region (B) is a region in which the load torque of the impeller (20) and the shaft (30) is relatively large and the radial load of the shaft (30) is also relatively large.

タービュランス領域（Ｃ）は、図６に符号Ｃで示す領域である。タービュランス領域（Ｃ）は、インペラ（20）およびシャフト（30）の負荷トルクは比較的小さい一方、シャフト（30）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。 The turbulence region (C) is a region represented by reference numeral C in FIG. The turbulence region (C) is a region in which the load torque of the impeller (20) and the shaft (30) is relatively small, while the radial load of the shaft (30) is relatively large.

サージング領域（Ｄ）は、図６に符号Ｄで示す領域である。ターボ圧縮機（1）は、停電時などの非常の事態においてこのサージング領域（Ｄ）で一時的に運転されることがある。サージング領域（Ｄ）は、インペラ（20）およびシャフト（30）の負荷トルクは比較的小さい一方、シャフト（30）のラジアル荷重は比較的大きい領域である。ターボ圧縮機（1）におけるシャフト（30）のラジアル荷重は、このサージング領域（Ｄ）中の所定の点において最大となる。 The surging region (D) is a region represented by reference numeral D in FIG. The turbo compressor (1) may be temporarily operated in this surging area (D) in an emergency situation such as a power failure. The surging region (D) is a region in which the load torque of the impeller (20) and the shaft (30) is relatively small, while the radial load of the shaft (30) is relatively large. The radial load of the shaft (30) in the turbo compressor (1) is maximized at a predetermined point in this surging region (D).

本実施形態の制御器（130）は、ターボ圧縮機（1）がサージング領域（Ｄ）で運転されるときに、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）の少なくとも一方において力行状態から回生状態への切替えを実行して、その回生電力が消費されるように少なくともスラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させてもよい。例えば、第１ベアリングレスモータ（60）において切替えを実行して、第２ベアリングレスモータ（70）およびスラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させること、または第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）において切替えを実行して、スラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させることが考えられる。 The controller (130) of the present embodiment is at least one of the first bearingless motor (60) and the second bearingless motor (70) when the turbo compressor (1) is operated in the surging region (D). In, switching from the power running state to the regenerative state may be performed to increase the power consumption of at least the thrust magnetic bearing (50) so that the regenerative power is consumed. For example, switching is performed in the first bearingless motor (60) to increase the power consumption of the second bearingless motor (70) and the thrust magnetic bearing (50), or the first bearingless motor (60) and It is conceivable to execute switching in the second bearingless motor (70) to increase the power consumption of the thrust magnetic bearing (50).

−実施形態１の効果−
本実施形態の電動機システム（2）は、シャフト（30）と、該シャフト（30）に対して能動的に電磁力を付与する複数の電磁機器（50,60,70）とを備え、複数の上記電磁機器（50,60,70）は、上記シャフト（30）を回転駆動する少なくとも１つの電動機（60,70）を含み、複数の上記電磁機器（50,60,70）は、共通のＤＣバス（120）に接続されており、上記電動機システム（2）は、上記電動機（60,70）を力行状態から回生状態に切り替えた後で、同じ上記電動機（60,70）以外の上記電磁機器（50,60,70）の少なくとも１つにおいて、該切替え前の所定時間にわたる平均消費電力よりも消費電力を増加させる制御器（130）を備える。この構成によると、電動機（60,70）が力行状態から回生状態に切り替えられた後に、当該電動機（60,70）の回生電力が、消費電力が増加する電磁機器（50,60,70）で消費される。よって、ＤＣバス（120）の電圧が過度に上昇しにくく、電動機（60,70）の回生ブレーキを有効に活用できる。抵抗などの別部品を設けることなく、電動機システム（2）の制動ブレーキを強めることができる。 -Effect of Embodiment 1-
The motor system (2) of the present embodiment includes a shaft (30) and a plurality of electromagnetic devices (50, 60, 70) that actively apply an electromagnetic force to the shaft (30), and a plurality of electromagnetic devices (50, 60, 70) are provided. The electromagnetic device (50,60,70) includes at least one electric motor (60,70) for rotationally driving the shaft (30), and the plurality of electromagnetic devices (50,60,70) have a common DC. It is connected to the bus (120), and the motor system (2) is an electromagnetic device other than the same motor (60,70) after switching the motor (60,70) from the power running state to the regenerative state. At least one of (50,60,70) includes a controller (130) that increases power consumption above the average power consumption over a predetermined time before the switching. According to this configuration, after the motor (60,70) is switched from the power running state to the regenerative state, the regenerative power of the motor (60,70) is increased in the electromagnetic device (50,60,70) whose power consumption increases. Be consumed. Therefore, the voltage of the DC bus (120) is unlikely to rise excessively, and the regenerative brake of the motor (60,70) can be effectively used. The braking brake of the motor system (2) can be strengthened without providing separate parts such as resistors.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記電磁機器（50,60,70）が、上記シャフト（30）を磁気浮上させる電磁機器であるスラスト磁気軸受（50）、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）を含む。したがって、磁気浮上機能を有する電磁機器（50,60,70）により、シャフト（30）が非接触で支持される。 Further, in the motor system (2) of the present embodiment, the electromagnetic device (50,60,70) is a thrust magnetic bearing (50), which is an electromagnetic device that magnetically levitates the shaft (30), and a first bearingless motor. (60), and a second bearingless motor (70). Therefore, the shaft (30) is non-contact supported by an electromagnetic device (50,60,70) having a magnetic levitation function.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記制御器（130）が、停電時において、上記切替えを実行して、上記電動機（60,70）の回生電力が消費されるように、同じ該電動機（60,70）以外の上記電磁機器（50,60,70）の少なくとも１つにおいて、上記シャフト（30）を磁気浮上させるための消費電力を増加させる。したがって、停電時に、電動機（60,70）の回生電力を利用して、磁気浮上機能を有する電磁機器（50,60,70）によりシャフト（30）が非接触で支持される。その状態でシャフト（30）の回転速度を十分に低下させることが可能であり、電動機システム（2）の損傷を抑止することができる。 Further, the electric motor system (2) of the present embodiment is the same so that the controller (130) executes the above switching in the event of a power failure and the regenerative power of the electric motor (60,70) is consumed. In at least one of the electromagnetic devices (50,60,70) other than the motor (60,70), the power consumption for magnetically levitating the shaft (30) is increased. Therefore, in the event of a power failure, the shaft (30) is non-contactly supported by an electromagnetic device (50,60,70) having a magnetic levitation function by utilizing the regenerative power of the motor (60,70). In that state, the rotation speed of the shaft (30) can be sufficiently reduced, and damage to the motor system (2) can be suppressed.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記制御器（130）が、上記スラスト磁気軸受（50）のバイアス電流に高調波成分を重畳させることで上記スラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させる。バイアス電流に高調波成分が重畳されるスラスト磁気軸受（50）において、消費電力が増加すると共に、当該スラスト磁気軸受（50）でシャフト（30）の回転に対するブレーキ力が生じる。電動機システム（2）の制動ブレーキをより一層強めることができる。 Further, in the motor system (2) of the present embodiment, the controller (130) superimposes a harmonic component on the bias current of the thrust magnetic bearing (50) to consume the power of the thrust magnetic bearing (50). To increase. In the thrust magnetic bearing (50) in which the harmonic component is superimposed on the bias current, the power consumption is increased, and the thrust magnetic bearing (50) generates a braking force against the rotation of the shaft (30). The braking brake of the motor system (2) can be further strengthened.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記電動機（60,70）が、回転駆動のための電磁力および磁気浮上のための電磁力を上記シャフト（30）に付与するベアリングレスモータ（60,70）であり、上記制御器（130）が、上記切替え後において、上記ベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が消費されるように、同じ該ベアリングレスモータ（60,70）以外の上記電磁機器（50,60,70）の少なくとも１つにおいて消費電力を増加させる。したがって、少なくともベアリングレスモータ（60,70）によってシャフト（30）が回転駆動されると共に非接触で支持される。ベアリングレスモータ（60,70）の回生電力は、消費電力が増加する電磁機器（50,60,70）で主に消費される。 Further, in the motor system (2) of the present embodiment, the motor (60,70) is a bearingless motor (60,70) that applies an electromagnetic force for rotational driving and an electromagnetic force for magnetic levitation to the shaft (30). 60,70), except for the same bearingless motor (60,70) so that the controller (130) consumes the regenerative power of the bearingless motor (60,70) after the switching. Increase power consumption in at least one of the above electromagnetic devices (50,60,70). Therefore, the shaft (30) is rotationally driven and non-contact supported by at least the bearingless motors (60,70). The regenerative power of the bearingless motor (60,70) is mainly consumed by the electromagnetic equipment (50,60,70) whose power consumption increases.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、複数の上記電磁機器（50,60,70）が、複数の上記ベアリングレスモータ（60,70）を含み、上記制御器（130）が、２つの上記ベアリングレスモータ（60,70）を回生状態にして、該２つのベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が消費されるように、上記スラスト磁気軸受（50）の消費電力を増加させる。したがって、２つのベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が、消費電力が増加するスラスト磁気軸受（50）で主に消費される。 Further, in the electric motor system (2) of the present embodiment, the plurality of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70) include the plurality of the above-mentioned bearingless motors (60,70), and the above-mentioned controller (130) includes two. The two bearingless motors (60,70) are put into a regenerated state, and the power consumption of the thrust magnetic bearing (50) is increased so that the regenerated power of the two bearingless motors (60,70) is consumed. .. Therefore, the regenerative power of the two bearingless motors (60,70) is mainly consumed by the thrust magnetic bearing (50) whose power consumption increases.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、複数の上記電磁機器（50,60,70）が、複数の上記ベアリングレスモータ（60,70）を含み、上記制御器（130）が、１つの上記ベアリングレスモータ（60,70）を回生状態にして、該１つのベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が消費されるように、他の上記ベアリングレスモータ（60,70）およびスラスト磁気軸受（50）の少なくとも一方の消費電力を増加させる。したがって、１つのベアリングレスモータ（60,70）の回生電力が、消費電力が増加する他のベアリングレスモータ（60,70）およびスラスト磁気軸受（50）で主に消費される。 Further, in the electric motor system (2) of the present embodiment, the plurality of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70) include the plurality of the above-mentioned bearingless motors (60,70), and the above-mentioned controller (130) is 1. The other bearingless motor (60,70) and thrust so that one of the bearingless motors (60,70) is regenerated so that the regenerated power of the one bearingless motor (60,70) is consumed. Increase the power consumption of at least one of the magnetic bearings (50). Therefore, the regenerated power of one bearingless motor (60,70) is mainly consumed by the other bearingless motor (60,70) and the thrust magnetic bearing (50), which consume more power.

また、本実施形態のターボ圧縮機（1）は、上記電動機システム（2）と、上記シャフト（30）に固定されるインペラ（20）とを備え、上記制御器（130）が、上記ターボ圧縮機（1）がサージング領域で運転されるときに上記切替えを実行して、上記電動機（60,70）の回生電力が消費されるように、同じ該電動機（60,70）以外の上記電磁機器（50,60,70）の少なくとも１つの消費電力を増加させる。この構成によると、ターボ圧縮機（1）がサージング領域で運転されるとき、電動機システム（2）の制動ブレーキを強めることにより、シャフト（30）の回転速度を安全な領域まで速やかに下げることができる。 Further, the turbo compressor (1) of the present embodiment includes the electric motor system (2) and an impeller (20) fixed to the shaft (30), and the controller (130) controls the turbo compressor. The above switching is executed when the machine (1) is operated in the surging region, and the above electromagnetic devices other than the same motor (60,70) are consumed so that the regenerative power of the motor (60,70) is consumed. Increase the power consumption of at least one (50,60,70). According to this configuration, when the turbo compressor (1) is operated in the surging region, the rotational speed of the shaft (30) can be quickly reduced to the safe region by strengthening the braking brake of the motor system (2). it can.

《実施形態２》
実施形態２について説明する。本実施形態のターボ圧縮機（1）は、電動機システム（2）の構成が上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。 << Embodiment 2 >>
The second embodiment will be described. In the turbo compressor (1) of the present embodiment, the configuration of the electric motor system (2) is different from that of the first embodiment. Hereinafter, the differences from the first embodiment will be mainly described.

図７および図８に示すように、電動機システム（2）は、シャフト（30）と、スラスト磁気軸受（50）と、２つのラジアル磁気軸受（80）と、駆動モータ（90）と、スラストインバータ（100）と、２つのラジアルインバータ（105）と、駆動インバータ（106）と、電源部（110）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）と、制御器（130）とを備える。 As shown in FIGS. 7 and 8, the motor system (2) includes a shaft (30), a thrust magnetic bearing (50), two radial magnetic bearings (80), a drive motor (90), and a thrust inverter. It includes (100), two radial inverters (105), a drive inverter (106), a power supply unit (110), a DC / DC converter (107), and a controller (130).

スラスト磁気軸受（50）、２つのラジアル磁気軸受（80）、および駆動モータ（90）は、共通のＤＣバス（120）に接続されている。スラスト磁気軸受（50）、２つのラジアル磁気軸受（80）、および駆動モータ（90）は、シャフト（30）に対して能動的に電磁力を付与する電磁機器をそれぞれ構成する。 The thrust magnetic bearing (50), the two radial magnetic bearings (80), and the drive motor (90) are connected to a common DC bus (120). The thrust magnetic bearing (50), the two radial magnetic bearings (80), and the drive motor (90) each constitute an electromagnetic device that actively applies an electromagnetic force to the shaft (30).

２つのラジアル磁気軸受（80）は、複数の電磁石（図示せず）を有する。２つのラジアル磁気軸受（80）は、駆動モータ（90）の両側に１つずつ配置される。２つのラジアル磁気軸受（80）は、複数の電磁石に流れる電流を制御することにより、シャフト（30）を非接触で支持する。 The two radial magnetic bearings (80) have a plurality of electromagnets (not shown). Two radial magnetic bearings (80) are arranged one on each side of the drive motor (90). The two radial magnetic bearings (80) non-contactly support the shaft (30) by controlling the currents flowing through the plurality of electromagnets.

駆動モータ（90）は、電磁力によってシャフト（30）を回転駆動する（換言すると、シャフト（30）に回転駆動のための電磁力を付与する）ように構成される。駆動モータ（90）は、シャフト（30）に対して能動的にトルクを付与する電動機を構成する。 The drive motor (90) is configured to rotationally drive the shaft (30) by an electromagnetic force (in other words, apply an electromagnetic force for rotational drive to the shaft (30)). The drive motor (90) constitutes an electric motor that actively applies torque to the shaft (30).

駆動モータ（90）は、回転子と固定子（共に図示せず）を備える。回転子は、シャフト（30）に固定される。回転子は、鋼板を積層することによって構成される。回転子は、複数の永久磁石を有する。固定子は、ケーシング（10）の内周壁に固定される。固定子は、固定子コアおよびコイルを有する。固定子コアは、鋼板を積層することによって構成される。コイルは、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生させるためのものである。 The drive motor (90) includes a rotor and a stator (both not shown). The rotor is fixed to the shaft (30). The rotor is constructed by laminating steel plates. The rotor has a plurality of permanent magnets. The stator is fixed to the inner peripheral wall of the casing (10). The stator has a stator core and a coil. The stator core is constructed by laminating steel plates. The coil is for generating torque for rotationally driving the shaft (30).

２つのラジアルインバータ（105）は、ＤＣバス（120）と２つのラジアル磁気軸受（80）との間に設けられる。ラジアルインバータ（105）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換してラジアル磁気軸受（80）に供給するように構成される。それにより、ラジアル磁気軸受（80）は、シャフト（30）を非接触で支持するためのラジアル支持力を発生することができる。 The two radial inverters (105) are provided between the DC bus (120) and the two radial magnetic bearings (80). The radial inverter (105) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the radial magnetic bearing (80). Thereby, the radial magnetic bearing (80) can generate a radial bearing capacity for non-contactly supporting the shaft (30).

駆動インバータ（106）は、ＤＣバス（120）と駆動モータ（90）との間に設けられる。駆動インバータ（106）は、ＤＣバス（120）を介して供給される直流電力を、交流電力に変換して力行状態の駆動モータ（90）に供給するように構成される。それにより、駆動モータ（90）は、シャフト（30）を回転駆動するためのトルクを発生することができる。さらに、駆動インバータ（106）は、回生状態の駆動モータ（90）から供給される交流電力を、直流電力に変換してＤＣバス（120）へ導くように構成される。 The drive inverter (106) is provided between the DC bus (120) and the drive motor (90). The drive inverter (106) is configured to convert DC power supplied via the DC bus (120) into AC power and supply it to the power running drive motor (90). Thereby, the drive motor (90) can generate torque for rotationally driving the shaft (30). Further, the drive inverter (106) is configured to convert the AC power supplied from the regenerative drive motor (90) into DC power and guide it to the DC bus (120).

−運転動作−
ターボ圧縮機（1）の運転動作（具体的には、電動機システム（2）の運転動作）について、図７〜図９を参照して説明する。 -Driving operation-
The operation operation of the turbo compressor (1) (specifically, the operation operation of the motor system (2)) will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

〈供給状態の運転動作〉
図７は、電動機システム（2）の供給状態の運転動作を示す。供給状態では、電源部（110）から供給される直流電力は、各インバータ（100,105,106）によって交流電力に変換されて各電磁機器に供給されるか、またはＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 <Operating operation in the supply state>
FIG. 7 shows the operating operation of the electric motor system (2) in the supply state. In the supply state, the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by each inverter (100, 105, 106) and supplied to each electromagnetic device, or the desired DC power is supplied by the DC / DC converter (107). It is converted into electric power and supplied to the controller (130).

具体的に、電源部（110）から供給される直流電力の一部は、スラストインバータ（100）によって交流電力に変換されてスラスト磁気軸受（50）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、ラジアルインバータ（105）によって交流電力に変換されてラジアル磁気軸受（80）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、駆動インバータ（106）によって交流電力に変換されて駆動モータ（90）に供給される。電源部（110）から供給される直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 Specifically, a part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the thrust inverter (100) and supplied to the thrust magnetic bearing (50). A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the radial inverter (105) and supplied to the radial magnetic bearing (80). A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into AC power by the drive inverter (106) and supplied to the drive motor (90). A part of the DC power supplied from the power supply unit (110) is converted into a desired DC power by the DC / DC converter (107) and supplied to the controller (130).

スラスト磁気軸受（50）は、供給された電力により、スラスト支持力を生じてシャフト（30）の被支持部（円板部（31））を非接触で支持する。ラジアル磁気軸受（80）は、供給された電力により、ラジアル支持力を生じてシャフト（30）を非接触で支持する。駆動モータ（90）は、供給された電力により、トルクを生じてシャフト（30）を回転駆動する。制御器（130）は、供給された電力により、各インバータ（100,105,106）の動作を制御する。 The thrust magnetic bearing (50) generates a thrust bearing force by the supplied electric power to support the supported portion (disk portion (31)) of the shaft (30) in a non-contact manner. The radial magnetic bearing (80) generates a radial bearing capacity by the supplied electric power to support the shaft (30) in a non-contact manner. The drive motor (90) generates torque to drive the shaft (30) to rotate by the supplied electric power. The controller (130) controls the operation of each inverter (100, 105, 106) by the supplied electric power.

〈非供給状態の運転動作〉
図８は、電動機システム（2）の非供給状態の運転動作を示す。非供給状態では、駆動モータ（90）が回生状態とされ、それにより生じる回生電力が、駆動インバータ（106）により直流電力に変換されてＤＣバス（120）に導かれる。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力は、所望形態の電力に変換されて他の電磁機器または制御器（130）に供給される。 <Operation operation in non-supply state>
FIG. 8 shows the operation operation of the motor system (2) in the non-supply state. In the non-supply state, the drive motor (90) is in the regenerative state, and the regenerative power generated by the regenerative power is converted into DC power by the drive inverter (106) and guided to the DC bus (120). The DC power led to the DC bus (120) is converted into a desired form of power and supplied to another electromagnetic device or controller (130).

具体的に、図８に示すように、駆動モータ（90）が回生状態とされることで生じる回生電力は、駆動インバータ（106）で直流電力に変換されてＤＣバス（120）に導かれる。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、スラストインバータ（100）によって交流電力に変換されてスラスト磁気軸受（50）に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、ラジアルインバータ（105）によって交流電力に変換されてラジアル磁気軸受（80）に供給される。ＤＣバス（120）に導かれた直流電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（107）によって所望の直流電力に変換されて制御器（130）に供給される。 Specifically, as shown in FIG. 8, the regenerative power generated when the drive motor (90) is put into the regenerative state is converted into DC power by the drive inverter (106) and guided to the DC bus (120). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the thrust inverter (100) and supplied to the thrust magnetic bearing (50). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into AC power by the radial inverter (105) and supplied to the radial magnetic bearing (80). A part of the DC power led to the DC bus (120) is converted into the desired DC power by the DC / DC converter (107) and supplied to the controller (130).

スラスト磁気軸受（50）は、供給された電力により、スラスト支持力を生じてシャフト（30）の被支持部（円板部（31））を非接触で支持する。ラジアル磁気軸受（80）は、供給された電力により、ラジアル支持力を生じてシャフト（30）を非接触で支持する。制御器（130）は、供給された電力により、各インバータ（100,105,106）の動作を制御する。 The thrust magnetic bearing (50) generates a thrust bearing force by the supplied electric power to support the supported portion (disk portion (31)) of the shaft (30) in a non-contact manner. The radial magnetic bearing (80) generates a radial bearing capacity by the supplied electric power to support the shaft (30) in a non-contact manner. The controller (130) controls the operation of each inverter (100, 105, 106) by the supplied electric power.

〈供給状態から非供給状態に移行する際の運転動作〉
次に、シャフト（30）の回転を停止する場合を例にとって、供給状態から非供給状態に移行する際の運転動作について説明する。 <Operation operation when shifting from the supply state to the non-supply state>
Next, the operation operation when shifting from the supply state to the non-supply state will be described by taking the case where the rotation of the shaft (30) is stopped as an example.

シャフト（30）の回転を速やかに停止したい場合、制御器（130）は、電源部（110）から各電磁機器への電力供給が停止されるように電源部（110）を制御する。さらに、制御器（130）は、駆動モータ（90）を力行状態から回生状態に切り替える。この場合において、制御器（130）は、スラスト磁気軸受（50）および各ラジアル磁気軸受（80）の少なくとも１つにおいて、当該切替え前の所定時間にわたる平均消費電力よりも消費電力を増加させる。なお、制御器（130）は、スラスト磁気軸受（50）および各ラジアル磁気軸受（80）において消費電力を増加させることが好ましい。 When it is desired to stop the rotation of the shaft (30) promptly, the controller (130) controls the power supply unit (110) so that the power supply from the power supply unit (110) to each electromagnetic device is stopped. Further, the controller (130) switches the drive motor (90) from the power running state to the regenerative state. In this case, the controller (130) increases the power consumption of at least one of the thrust magnetic bearing (50) and each radial magnetic bearing (80) from the average power consumption over a predetermined time before the switching. The controller (130) preferably increases the power consumption of the thrust magnetic bearing (50) and each radial magnetic bearing (80).

ここで、「切替え前の所定時間」は、例えば、切替え前の駆動モータ（90）の電気角１周期分に対応する時間、切替え前の駆動モータ（90）の機械角１周期分に対応する時間、切替え前の１秒間、または切替え前の１分間であってもよい。なお、切替え前の所定時間は、ここで例示したものに限らない。 Here, the "predetermined time before switching" corresponds to, for example, the time corresponding to one cycle of the electric angle of the drive motor (90) before switching and the time corresponding to one cycle of the mechanical angle of the drive motor (90) before switching. The time may be 1 second before switching, or 1 minute before switching. The predetermined time before switching is not limited to the one illustrated here.

制御器（130）は、ラジアル磁気軸受（80）の消費電力を増加させる場合、図９に示すようにラジアル磁気軸受（80）の電磁石（51）を流れるバイアス電流（換言すると、制御電流とラジアル支持力との関係に線形性をもたせるための電流）を増大させてもよい。なお、図９では、増大前のバイアス電流を細線で、増大後のバイアス電流を太線で、それぞれ示してある。また、図９では、シャフト（30）を上方に吸引する電磁力を生じるためのバイアス電流を実線で、シャフト（30）を下方に吸引する電磁力を生じるためのバイアス電流を破線で、それぞれ示してある。 When the controller (130) increases the power consumption of the radial magnetic bearing (80), the bias current (in other words, the control current and the radial) flowing through the electromagnet (51) of the radial magnetic bearing (80) is shown in FIG. The current for making the relationship with the bearing capacity linear) may be increased. In FIG. 9, the bias current before the increase is shown by a thin line, and the bias current after the increase is shown by a thick line. Further, in FIG. 9, the bias current for generating the electromagnetic force that attracts the shaft (30) upward is shown by a solid line, and the bias current for generating the electromagnetic force that attracts the shaft (30) downward is shown by a broken line. There is.

制御器（130）は、ターボ圧縮機（1）がサージング領域（Ｄ）で運転されるときに、駆動モータ（90）において力行状態から回生状態への切替えを実行して、その回生電力が消費されるようにスラスト磁気軸受（50）および各ラジアル磁気軸受（80）の少なくとも１つの消費電力を増加させてもよい。例えば、駆動モータ（90）において切替えを実行して、スラスト磁気軸受（50）および各ラジアル磁気軸受（80）の消費電力を増加させること、または各ラジアル磁気軸受（80）の消費電力を増加させることが考えられる。 When the turbo compressor (1) is operated in the surging region (D), the controller (130) executes switching from the power running state to the regenerative state in the drive motor (90), and the regenerative power is consumed. The power consumption of at least one of the thrust magnetic bearing (50) and each radial magnetic bearing (80) may be increased so as to be performed. For example, switching is performed in the drive motor (90) to increase the power consumption of the thrust magnetic bearing (50) and each radial magnetic bearing (80), or to increase the power consumption of each radial magnetic bearing (80). Is possible.

−実施形態２の効果−
本実施形態の電動機システム（2）によっても、上記実施形態１と同様の効果が得られる。 -Effect of Embodiment 2-
The electric motor system (2) of the present embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.

また、本実施形態の電動機システム（2）は、上記制御器（130）が、上記ラジアル磁気軸受（80）のバイアス電流を増大させることで上記ラジアル磁気軸受（80）の消費電力を増加させる。したがって、ラジアル磁気軸受（80）において、消費電力が増加すると共に、当該ラジアル磁気軸受（80）でシャフト（30）の回転に対するブレーキ力が生じる。電動機システム（2）の制動ブレーキをより一層強めることができる。 Further, in the motor system (2) of the present embodiment, the controller (130) increases the bias current of the radial magnetic bearing (80) to increase the power consumption of the radial magnetic bearing (80). Therefore, the power consumption of the radial magnetic bearing (80) is increased, and the radial magnetic bearing (80) generates a braking force against the rotation of the shaft (30). The braking brake of the motor system (2) can be further strengthened.

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。 << Other Embodiments >>
The above embodiment may have the following configuration.

例えば、電動機システム（2）が備える電磁機器（50,60,70,80,90）は、２つ以上のベアリングレスモータ（60,70）のみであってもよい。この場合、２つ以上のベアリングレスモータ（60,70）の少なくとも１つで力行状態から回生状態への切替えが実行され、それにより生じる回生電力が消費されるように、他のベアリングレスモータ（60,70）の消費電力が増大される。 For example, the electromagnetic device (50,60,70,80,90) included in the electric motor system (2) may be only two or more bearingless motors (60,70). In this case, the other bearingless motor (60,70) so that at least one of the two or more bearingless motors (60,70) performs the switching from the power running state to the regenerative state and consumes the regenerative power generated thereby. The power consumption of 60,70) is increased.

また、例えば、消費電力を増大させるためのバイアス電流の増大は、任意のタイプの磁気軸受に対して行ってもよい。その一例として、スラスト磁気軸受（50）のバイアス電流を増大させることが考えられる。 Further, for example, the bias current for increasing the power consumption may be increased for any type of magnetic bearing. As an example, it is conceivable to increase the bias current of the thrust magnetic bearing (50).

また、例えば、消費電力を増大させるための高調波成分の重畳は、任意のタイプの電磁機器（50,60,70,80,90）に対して行ってもよい。その例として、各種電動機（60,70,90）の巻線を流れる電流に高調波成分を重畳させること、または各種磁気軸受（50,80）の巻線を流れる電流に高調波成分を重畳させることが考えられる。 Further, for example, the superposition of harmonic components for increasing power consumption may be performed on any type of electromagnetic device (50,60,70,80,90). As an example, the harmonic component is superimposed on the current flowing through the windings of various motors (60,70,90), or the harmonic component is superimposed on the current flowing through the windings of various magnetic bearings (50,80). Can be considered.

また、例えば、電動機システム（2）は、３つ以上の任意のタイプの電動機（60,70,90）を備えてもよい。 Also, for example, the motor system (2) may include three or more motors of any type (60,70,90).

また、例えば、ターボ圧縮機（1）は、２つ以上のインペラ（20）を備えてもよい。その一例として、シャフト（30）の両端にインペラ（20）が１つずつ取り付けられることが考えられる。 Further, for example, the turbo compressor (1) may include two or more impellers (20). As an example, it is conceivable that one impeller (20) is attached to both ends of the shaft (30).

以上、実施形態および変形例を説運転状態明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。 Although the embodiments and modifications have been explained above, it will be understood that various modifications of the embodiments and details are possible without deviating from the purpose and scope of the claims. Further, the above embodiments and modifications may be appropriately combined or replaced as long as the functions of the subject of the present disclosure are not impaired.

以上説明したように、本開示は、電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機について有用である。 As described above, the present disclosure is useful for motor systems and turbo compressors comprising them.

1 ターボ圧縮機
2 電動機システム
20 インペラ
30 シャフト
50 スラスト磁気軸受（電磁機器）
60 第１ベアリングレスモータ（電磁機器、電動機）
70 第２ベアリングレスモータ（電磁機器、電動機）
80 ラジアル磁気軸受（電磁機器）
90 駆動モータ（電磁機器、電動機）
120 ＤＣバス
130 制御器 1 turbo compressor
2 Motor system
20 impeller
30 shaft
50 Thrust magnetic bearing (electromagnetic equipment)
60 1st bearingless motor (electromagnetic equipment, motor)
70 2nd bearingless motor (electromagnetic equipment, motor)
80 Radial magnetic bearing (electromagnetic equipment)
90 Drive motor (electromagnetic equipment, motor)
120 DC bus
130 controller

Claims

A shaft (30) and a plurality of electromagnetic devices (50,60,70,80,90) that actively apply electromagnetic force to the shaft (30) are provided.
The plurality of electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are motor systems (2) including at least one motor (60,70,90) that rotationally drives the shaft (30).
The plurality of above electromagnetic devices (50,60,70,80,90) are connected to a common DC bus (120).
After switching the motor (60,70,90) from the power running state to the regenerative state, at least one of the electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the same motor (60,70,90). A motor system comprising a controller (130) that increases power consumption more than the average power consumption over a predetermined time before the switching.

In claim 1,
The electromagnetic device (50,60,70,80,90) is an electric motor system including an electromagnetic device (50,60,70,80) that magnetically levitates the shaft (30).

In claim 2,
In the event of a power failure, the controller (130) executes the above switching and consumes the regenerative power of the motor (60,70,90) other than the same motor (60,70,90). An electric motor system characterized in that in at least one of the electromagnetic devices (50,60,70,80), the power consumption for magnetically levitating the shaft (30) is increased.

In claim 2 or 3,
The controller (130) of the electromagnetic device (50,60,70,80) by increasing the bias current of the electromagnetic device (50,60,70,80) that magnetically levitates the shaft (30). An electric motor system characterized by increasing power consumption.

In any one of claims 1 to 4,
The controller (130) consumes power of the electromagnetic device (50,60,70,80,90) by superimposing a harmonic component on the current of the electromagnetic device (50,60,70,80,90). An electric motor system characterized by increasing.

In any one of claims 1 to 5,
The electric motor (60,70,90) is a bearingless motor (60,70) that applies an electromagnetic force for rotational driving and an electromagnetic force for magnetic levitation to the shaft (30).
The controller (130) uses the electromagnetic device (50, 50,) other than the same bearingless motor (60, 70) so that the regenerative power of the bearingless motor (60,70) is consumed after the switching. An electric motor system characterized by increasing power consumption in at least one of 60,70,80,90).

In any one of claims 1 to 6,
The plurality of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) include the plurality of the above-mentioned electric motors (60,70,90).
The controller (130) regenerates two or more of the motors (60,70,90) so that the regenerative power of the two or more motors (60,70,90) is consumed. An electric motor system characterized by increasing the power consumption of at least one of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the two or more electric motors (60,70,90).

In any one of claims 1 to 7,
The plurality of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) include the plurality of the above-mentioned electric motors (60,70,90).
The controller (130) regenerates one of the motors (60,70,90) so that the regenerative power of the one motor (60,70,90) is consumed by the other motors. (60,70,90) and the motor system characterized by increasing the power consumption of at least one of the electromagnetic devices (50,60,70,80,90).

The electric motor system (2) according to any one of claims 1 to 8 and
A turbo compressor (1) equipped with an impeller (20) fixed to the shaft (30).
The controller (130) executes the switching when the turbo compressor (1) is operated in the surging region so that the regenerative power of the motor (60,70,90) is consumed. A turbo compressor characterized by increasing the power consumption of at least one of the above-mentioned electromagnetic devices (50,60,70,80,90) other than the same electric motor (60,70,90).