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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024122848
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】磁気軸受システム、圧縮機、及び冷凍装置
(51)【国際特許分類】
F16C 32/04 20060101AFI20240902BHJP
H02K 7/09 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
F16C32/04 A
H02K7/09
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023183995
(22)【出願日】2023-10-26
(31)【優先権主張番号】P 2023029362
(32)【優先日】2023-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】桜木 拓也
(72)【発明者】
【氏名】入野 裕介
(72)【発明者】
【氏名】戸成 辰也
(72)【発明者】
【氏名】田上 剣汰
(72)【発明者】
【氏名】付 裕
(72)【発明者】
【氏名】千葉 明
(72)【発明者】
【氏名】藤井 勇介
(72)【発明者】
【氏名】清田 恭平
(72)【発明者】
【氏名】野口 孝浩
【テーマコード（参考）】
3J102
5H607
【Ｆターム（参考）】
3J102AA01
3J102BA03
3J102BA17
3J102BA18
3J102CA16
3J102DA03
3J102DA09
3J102DB10
3J102DB11
3J102DB26
3J102DB37
3J102GA20
5H607DD03
5H607GG21
(57)【要約】
【課題】磁気軸受システムにおいてインバータのコストを抑制する。
【解決手段】磁気軸受システム（100）は、回転軸（101）と、電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を有する磁気軸受（105,107,130）とを備える。電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続される。
【選択図】図２
【解決手段】磁気軸受システム（100）は、回転軸（101）と、電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を有する磁気軸受（105,107,130）とを備える。電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸（101）と、電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を有する磁気軸受（105,107,130）とを備えた磁気軸受システム（100）であって、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続される
磁気軸受システム。
【請求項2】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端が、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）と異なる少なくとも３相以上の第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点又は端部に接続される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端が、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）と異なる少なくとも３相以上の第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点又は端部に接続される
磁気軸受システム。
【請求項3】
請求項２の磁気軸受システム（100）において、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせるモータ巻線（115,125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じるラジアル支持巻線（113,123）とを有するベアリングレスモータ（110,120）をさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の他方である
磁気軸受システム。
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせるモータ巻線（115,125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じるラジアル支持巻線（113,123）とを有するベアリングレスモータ（110,120）をさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の他方である
磁気軸受システム。
【請求項4】
請求項３の磁気軸受システム（100）において、
前記ラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
前記ラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
【請求項5】
請求項２の磁気軸受システム（100）において、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第１モータ巻線（115）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第１ラジアル支持巻線（113）とを有する第１ベアリングレスモータ（110）と、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第２モータ巻線（125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第２ラジアル支持巻線（123）とを有する第２ベアリングレスモータ（120）とをさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第１モータ巻線（115）及び前記第１ラジアル支持巻線（113）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第２モータ巻線（125）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の一方である
磁気軸受システム。
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第１モータ巻線（115）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第１ラジアル支持巻線（113）とを有する第１ベアリングレスモータ（110）と、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第２モータ巻線（125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第２ラジアル支持巻線（123）とを有する第２ベアリングレスモータ（120）とをさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第１モータ巻線（115）及び前記第１ラジアル支持巻線（113）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第２モータ巻線（125）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の一方である
磁気軸受システム。
【請求項6】
請求項５の磁気軸受システム（100）において、
前記第１ラジアル支持巻線（113）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の少なくとも一方のラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
前記第１ラジアル支持巻線（113）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の少なくとも一方のラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
【請求項7】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）及び前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）は、同じ圧力容器（150）内に配置され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の前記一端は、前記圧力容器（150）内で前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）の前記中性点に接続される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）及び前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）は、同じ圧力容器（150）内に配置され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の前記一端は、前記圧力容器（150）内で前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）の前記中性点に接続される
磁気軸受システム。
【請求項8】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力と同じ方向又は逆の方向の電磁力を前記回転軸（101）に対して発生する他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域が、前記他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）の制御帯域よりも低くなるように構成される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力と同じ方向又は逆の方向の電磁力を前記回転軸（101）に対して発生する他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域が、前記他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）の制御帯域よりも低くなるように構成される
磁気軸受システム。
【請求項9】
請求項８の磁気軸受システム（100）において、
前記他の電磁石用コイル（106,108）を有する他の磁気軸受（105,107）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは互いに逆の方向である
磁気軸受システム。
前記他の電磁石用コイル（106,108）を有する他の磁気軸受（105,107）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは互いに逆の方向である
磁気軸受システム。
【請求項10】
請求項８の磁気軸受システム（100）において、
前記他の電磁石用コイル（108A,137）は、前記磁気軸受（107,130）に設けられ、
前記電磁石用コイル（108B,136）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（108A,137）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは同じ方向である
磁気軸受システム。
前記他の電磁石用コイル（108A,137）は、前記磁気軸受（107,130）に設けられ、
前記電磁石用コイル（108B,136）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（108A,137）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは同じ方向である
磁気軸受システム。
【請求項11】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記磁気軸受（105,107,130）は、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受である
磁気軸受システム。
前記磁気軸受（105,107,130）は、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受である
磁気軸受システム。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項の磁気軸受システム（100）を備える
圧縮機。
圧縮機。
【請求項13】
請求項１２の圧縮機（10）を備える
冷凍装置。
冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、磁気軸受システム、圧縮機、及び冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
回転軸の運動全てを能動的に位置決め制御する５軸制御の磁気軸受システムが知られている（特許文献１）。５軸制御の磁気軸受システムでは、回転軸を周方向に回転させるモータと、回転軸の軸方向位置を制御するスラスト磁気軸受と、回転軸の径方向位置を制御するラジアル磁気軸受とが設けられる。
【0003】
従来の５軸制御の磁気軸受システムにおいて、スラスト磁気軸受は、軸方向の電磁力を発生させることができ、軸方向の一方に電磁力を発生するフロント側スラスト磁気軸受と、軸方向の他方に電磁力を発生するリア側スラスト磁気軸受の２つのユニットから構成され、フロント側及びリア側のスラスト支持コイルに複数のスイッチング素子で構成されるインバータが１台使われている。ラジアル磁気軸受は、フロント側及びリア側にそれぞれ１つずつ配置される。各ラジアル磁気軸受及びモータのコイルに対しては個別にインバータが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００１－０４１２３６」号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
Back to Back方式の磁気軸受システムでは、モータ及び２つのラジアル磁気軸受に代えて、フロント側及びリア側にそれぞれベアリングレスモータを配置することもある。この場合、１台のベアリングレスモータのモータ駆動コイルにインバータが１台必要となると共に、１台のベアリングレスモータのラジアル支持コイルにPWMインバータが１台必要となる。
【0006】
以上のように、従来の磁気軸受システムでは、多数のインバータを設ける必要があるため、製品のコストアップが避けがたかった。
【0007】
本開示の目的は、磁気軸受システムにおいてインバータのコストを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の第１の態様は、回転軸（101）と、電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を有する磁気軸受（105,107,130）とを備えた磁気軸受システム（100）であって、前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続される。
【0009】
第１の態様では、第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の電流を調整することにより、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端に印加する電圧を調整することができる。従って、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端の電圧調整のために専用のスイッチング素子を設ける必要がなくなるので、インバータのコストを抑制することができる。
【0010】
本開示の第２の態様は、前記第１の態様において、前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端が、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）と異なる少なくとも３相以上の第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点又は端部に接続される。
【0011】
第２の態様では、第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の電流を調整することにより、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端に印加する電圧を調整することができる。従って、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の両端とも、電圧調整のために専用のスイッチング素子を設ける必要がなくなる。これにより、インバータのコストをより一層抑制することができる。
【0012】
本開示の第３の態様は、前記第２の態様において、電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせるモータ巻線（115,125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じるラジアル支持巻線（113,123）とを有するベアリングレスモータ（110,120）をさらに備え、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の一方であり、前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の他方である。
【0013】
第３の態様では、１台のベアリングレスモータ（110,120）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を動作させることができる。
【0014】
本開示の第４の態様は、前記第３の態様において、前記ラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である。
【0015】
第４の態様では、ラジアル支持巻線（113,123）に零相電流を流す場合に、ラジアル支持巻線（113,123）の軸支持力に対する零相電流の影響を抑制できるので、ベアリングレスモータ（110,120）の制御が容易になる。
【0016】
本開示の第５の態様は、前記第２の態様において、電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第１モータ巻線（115）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第１ラジアル支持巻線（113）とを有する第１ベアリングレスモータ（110）と、電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第２モータ巻線（125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第２ラジアル支持巻線（123）とを有する第２ベアリングレスモータ（120）とをさらに備え、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第１モータ巻線（115）及び前記第１ラジアル支持巻線（113）の一方であり、前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第２モータ巻線（125）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の一方である。
【0017】
第５の態様では、２台のベアリングレスモータ（110,120）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108,108B）を動作させることができる。
【0018】
本開示の第６の態様は、前記第５の態様において、前記第１ラジアル支持巻線（113）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の少なくとも一方のラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である。
【0019】
第６の態様では、ラジアル支持巻線（113,123）に零相電流を流す場合に、ラジアル支持巻線（113,123）の軸支持力に対する零相電流の影響を抑制できるので、ベアリングレスモータ（110,120）の制御が容易になる。
【0020】
本開示の第７の態様は、前記第１～第６の態様のいずれか１つにおいて、前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）及び前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）は、同じ圧力容器（150）内に配置され、前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の前記一端は、前記圧力容器（150）内で前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）の前記中性点に接続される。
【0021】
第７の態様では、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端に電圧を印加するために、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する専用の気密端子を設ける必要がなくなるので、インバータのコスト抑制だけでなく、さらに気密端子のコストを抑制することができる。
【0022】
本開示の第８の態様は、前記第１～第７の態様のいずれか１つにおいて、前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力と同じ方向又は逆の方向の電磁力を前記回転軸（101）に対して発生する他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）をさらに備え、前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域が、前記他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）の制御帯域よりも低くなるように構成される。
【0023】
第８の態様では、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域を低く設定しているため、電磁石用コイル（106,108,108B,136）のスイッチング周波数を下げることができ、スイッチングによる損失を抑えることができる。
【0024】
本開示の第９の態様は、前記第８の態様において、前記他の電磁石用コイル（106,108）を有する他の磁気軸受（105,107）をさらに備え、前記電磁石用コイル（106,108）にはバイアス電流が供給され、前記電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力の方向とは互いに逆の方向である。
【0025】
第９の態様では、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（106,108）のスイッチング周波数を下げることができ、スイッチングによる損失を抑えることができる。
【0026】
本開示の第１０の態様は、前記第８の態様において、前記他の電磁石用コイル（108A,137）は、前記磁気軸受（107,130）に設けられ、前記電磁石用コイル（108B,136）にはバイアス電流が供給され、前記電磁石用コイル（108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（108A,137）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは同じ方向である。
【0027】
第１０の態様では、磁気軸受（105,107,130）の電磁石用コイル（108B,136）のスイッチング周波数を下げることができ、スイッチングによる損失を抑えることができる。
【0028】
本開示の第１１の態様は、前記第１～第１０の態様のいずれか１つにおいて、前記磁気軸受（105,107,130）は、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受である。
【0029】
第１１の態様では、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受を有する磁気軸受システム（100）において、インバータのコストを抑制することができる。
【0030】
本開示の第１２の態様は、前記第１～第１１の態様のいずれか１つの磁気軸受システム（100）を備える圧縮機である。
【0031】
第１２の態様では、圧縮機（10）を構成する磁気軸受システム（100）において、インバータのコストを抑制することができるので、圧縮機（10）を低コストで製造することができる。
【0032】
本開示の第１３の態様は、前記第１２の態様の圧縮機（10）を備える冷凍装置である。
【0033】
第１３の態様では、冷凍装置に用いる圧縮機（10）を構成する磁気軸受システム（100）において、インバータのコストを抑制することができるので、冷凍装置を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、図面において、同一の符号は同一の構成要素を表わすが、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化及び簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法と対応しない場合がある。
【0036】
（第１実施形態）
＜磁気軸受システムの構成＞
以下、第１実施形態の磁気軸受システム（100）を圧力容器（150）の内部に設けて圧縮機（10）を構成する場合について例示するが、磁気軸受システム（100）の用途は特に限定されるものではない。
＜磁気軸受システムの構成＞
以下、第１実施形態の磁気軸受システム（100）を圧力容器（150）の内部に設けて圧縮機（10）を構成する場合について例示するが、磁気軸受システム（100）の用途は特に限定されるものではない。
【0037】
図１に示すように、磁気軸受システム（100）は、主として、回転軸（101）と、スラスト磁気軸受（105,107）と、ベアリングレスモータ（110,120）とを備える。以下の説明では、回転軸（101）の軸線に沿う方向を軸方向、回転軸（101）を中心とする円に沿う方向を周方向、回転軸（101）の軸線に対して垂直な方向を径方向と称する。
【0038】
回転軸（101）の軸方向の両端にはそれぞれ、圧縮機（10）の圧縮機構を構成するインペラ（102,103）が設けられる。具体的には、回転軸（101）のフロント側端部には第１インペラ（102）が設けられると共に、回転軸（101）のリア側端部には第２インペラ（103）が設けられる。すなわち、磁気軸受システム（100）はBack to Back方式である。尚、図１において、圧縮機構を構成する配管等の要素や制御部等の図示を省略している。
【0039】
スラスト磁気軸受（105,107）は、駆動軸（101）に対して軸方向の双方向に電磁力を作用させる構成を有する。具体的には、回転軸（101）の軸方向の中央部には、径方向に広がる円盤部（104）が設けられ、円盤部（104）のフロント側に軸方向の電磁力を発生する第１スラスト磁気軸受（105）と、リア側に軸方向の電磁力を発生する第２スラスト磁気軸受（107）とが配置されている。これにより、スラスト磁気軸受（105,107）は、円盤部（104）を電磁力によって非接触で支持することができる。
【0040】
第１スラスト磁気軸受（105）は、第１電磁石用コイル（106）を有する。第２スラスト磁気軸受（107）は、第２電磁石用コイル（108）を有する。スラスト磁気軸受（105,107）は、第１及び第２電磁石用コイル（106,108）に流れる電流を制御することにより、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御することができる。
【0041】
ベアリングレスモータ（110,120）は、電磁力によって駆動軸（101）を回転駆動し且つ駆動軸（101）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成される。具体的には、回転軸（101）における第１インペラ（102）と第１スラスト磁気軸受（105）との間には、第１ベアリングレスモータ（110）が配置されると共に、回転軸（101）における第２インペラ（103）と第２スラスト磁気軸受（105）との間には、第２ベアリングレスモータ（120）が配置される。
【0042】
第１ベアリングレスモータ（110）は、第１回転子（111）と第１固定子（112）とを有する。第１回転子（111）は、駆動軸（101）に固定される。第１固定子（112）は、圧力容器（150）の内周壁に固定される。第１回転子（111）のコア部には、複数の永久磁石（図示省略）が埋設される。第１固定子（112）は、複数のティース部（図示省略）を有し、各ティース部には第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）が巻回される。第１ラジアル支持巻線（113）は、電力供給により回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じさせる。第１モータ巻線（115）は、電力供給により回転軸（101）に回転トルクを生じさせる。第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）はそれぞれ、３相以上の多相巻線（本例ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線）である。
【0043】
第２ベアリングレスモータ（120）は、第２回転子（121）と第２固定子（122）とを有する。第２回転子（121）は、駆動軸（101）に固定される。第２固定子（122）は、圧力容器（150）の内周壁に固定される。第２回転子（121）のコア部には、複数の永久磁石（図示省略）が埋設される。第２固定子（122）は、複数のティース部（図示省略）を有し、各ティース部には第２ラジアル支持巻線（123）及び第２モータ巻線（125）が巻回される。第２ラジアル支持巻線（123）は、電力供給により回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じさせる。第２モータ巻線（125）は、電力供給により回転軸（101）に回転トルクを生じさせる。第２ラジアル支持巻線（123）及び第２モータ巻線（125）はそれぞれ、３相以上の多相巻線（本例ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線）である。
【0044】
＜磁気軸受システムの回路＞
図２に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）には、第１インバータ（114）から電力が供給されると共に、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）には、第２インバータ（116）から電力が供給される。インバータ（114,116）は、例えばスイッチング素子を用いて構成されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータであってもよい。インバータ（114,116）は、圧力容器（150）の外部に電気的に配置され、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する専用の気密端子を介して、巻線（113,115）と接続される。インバータ（114,116）は、入力された直流電流を変換して巻線（113,115）に供給するための三相交流電流を生成する。
図２に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）には、第１インバータ（114）から電力が供給されると共に、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）には、第２インバータ（116）から電力が供給される。インバータ（114,116）は、例えばスイッチング素子を用いて構成されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータであってもよい。インバータ（114,116）は、圧力容器（150）の外部に電気的に配置され、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する専用の気密端子を介して、巻線（113,115）と接続される。インバータ（114,116）は、入力された直流電流を変換して巻線（113,115）に供給するための三相交流電流を生成する。
【0045】
第１ラジアル支持巻線（113）において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線の一端は中性点で結線される。第１インバータ（114）は、Ｕ相の巻線の他端に電圧Ｖur1を印加し、Ｖ相の巻線の他端に電圧Ｖvr1を印加し、Ｗ相の巻線の他端に電圧Ｖwr1を印加する。これにより、Ｕ相の巻線にはラジアル支持電流ｉur1が流れ、Ｖ相の巻線にはラジアル支持電流ｉvr1が流れ、Ｗ相の巻線にはラジアル支持電流ｉwr1が流れる。
【0046】
第１モータ巻線（115）において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線の一端は中性点で結線される。第２インバータ（116）は、Ｕ相の巻線の他端に電圧Ｖum1を印加し、Ｖ相の巻線の他端に電圧Ｖvm1を印加し、Ｗ相の巻線の他端に電圧Ｖwm1を印加する。これにより、Ｕ相の巻線にはモータ駆動電流ｉum1が流れ、Ｖ相の巻線にはモータ駆動電流ｉvm1が流れ、Ｗ相の巻線にはモータ駆動電流ｉwm1が流れる。
【0047】
本実施形態の磁気軸受システム（100）では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）の一端は圧力容器（150）内で第１ラジアル支持巻線（113）の中性点に接続されると共に、第１電磁石用コイル（106）の他端は圧力容器（150）内で第１モータ巻線（115）の中性点に接続される。
【0048】
これにより、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第１ラジアル支持巻線（113）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、第１電磁石用コイル（106）に支持電流ｉzfを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzfは、第１電磁石用コイル（106）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、ラジアル支持電流（ｉur1、ｉvr1、ｉwr1）の振幅をＩr1、位相をφ1とし、モータ駆動電流（ｉum1、ｉvm1、ｉwm1）の振幅をＩm1、位相をβ1として、
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）＋ｉzf／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉzf／３
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）＋ｉzf／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉzf／３
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0049】
また、図３に示すように、第２ベアリングレスモータ（120）の第２ラジアル支持巻線（123）には、第３インバータ（124）から電力が供給されると共に、第２ベアリングレスモータ（120）の第２モータ巻線（125）には、第４インバータ（126）から電力が供給される。インバータ（124,126）は、例えばスイッチング素子を用いて構成される。インバータ（124,126）は、圧力容器（150）の外部に配置され、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する専用の気密端子を介して、巻線（123,125）と接続される。インバータ（124,126）は、入力された直流電流を変換して巻線（123,125）に供給するための三相交流電流を生成する。
【0050】
第２ラジアル支持巻線（123）において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線の一端は中性点で結線される。第３インバータ（124）は、Ｕ相の巻線の他端に電圧Ｖur2を印加し、Ｖ相の巻線の他端に電圧Ｖvr2を印加し、Ｗ相の巻線の他端に電圧Ｖwr2を印加する。これにより、Ｕ相の巻線にはラジアル支持電流ｉur2が流れ、Ｖ相の巻線にはラジアル支持電流ｉvr2が流れ、Ｗ相の巻線にはラジアル支持電流ｉwr2が流れる。
【0051】
第２モータ巻線（125）において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線の一端は中性点で結線される。第４インバータ（126）は、Ｕ相の巻線の他端に電圧Ｖum2を印加し、Ｖ相の巻線の他端に電圧Ｖvm2を印加し、Ｗ相の巻線の他端に電圧Ｖwm2を印加する。これにより、Ｕ相の巻線にはモータ駆動電流ｉum2が流れ、Ｖ相の巻線にはモータ駆動電流ｉvm2が流れ、Ｗ相の巻線にはモータ駆動電流ｉwm2が流れる。
【0052】
本実施形態の磁気軸受システム（100）では、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）の一端は圧力容器（150）内で第２ラジアル支持巻線（123）の中性点に接続されると共に、第２電磁石用コイル（108）の他端は圧力容器（150）内で第２モータ巻線（125）の中性点に接続される。
【0053】
これにより、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流そうとする場合、第２ラジアル支持巻線（123）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）に支持電流ｉzrを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzrは、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、第２モータ巻線（125）に流れ込む。従って、ラジアル支持電流（ｉur2、ｉvr2、ｉwr2）の振幅をＩr2、位相をφ2とし、モータ駆動電流（ｉum2、ｉvm2、ｉwm2）の振幅をＩm2、位相をβ2として、
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉum2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2）－ｉzr／３
ｉvm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（124,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉum2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2）－ｉzr／３
ｉvm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（124,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
【0054】
尚、図２、図３に示す例では、ラジアル支持巻線（113,123）からモータ巻線（115,125）に支持電流ｉzf、ｉzrを流したが、インバータ（114,116）及びインバータ（124,126）によって、ラジアル支持巻線（113,123）及びモータ巻線（115,125）の電圧を制御することにより、支持電流ｉzf、ｉzrの流れる向きや支持電流ｉzf、ｉzrの大きさを調整可能である。
【0055】
＜実施形態の特徴＞
以上に説明したように、本実施形態では、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の一端が、３相以上の多相巻線であるラジアル支持巻線（113,123）の中性点に接続される。このため、ラジアル支持巻線（113,123）の電流を調整することにより、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の一端に印加する電圧を調整することができる。また、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の他端が、３相以上の多相巻線であるモータ巻線（115,125）の中性点に接続される。このため、モータ巻線（115,125）の電流を調整することにより、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の他端に印加する電圧を調整することができる。従って、磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の両端において、電圧調整のために専用のスイッチング素子を設ける必要がなくなる。すなわち、スラスト磁気軸受（105,107）に対してインバータを設ける必要がないので、インバータのコストを抑制することができる。
以上に説明したように、本実施形態では、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の一端が、３相以上の多相巻線であるラジアル支持巻線（113,123）の中性点に接続される。このため、ラジアル支持巻線（113,123）の電流を調整することにより、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の一端に印加する電圧を調整することができる。また、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の他端が、３相以上の多相巻線であるモータ巻線（115,125）の中性点に接続される。このため、モータ巻線（115,125）の電流を調整することにより、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の他端に印加する電圧を調整することができる。従って、磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の両端において、電圧調整のために専用のスイッチング素子を設ける必要がなくなる。すなわち、スラスト磁気軸受（105,107）に対してインバータを設ける必要がないので、インバータのコストを抑制することができる。
【0056】
本実施形態では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）の一端が、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点に接続されると共に、第１電磁石用コイル（106）の他端が、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点に接続される。このため、１台の第１ベアリングレスモータ（110）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）を動作させることができる。
【0057】
本実施形態では、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）の一端が、第２ベアリングレスモータ（120）の第２ラジアル支持巻線（123）の中性点に接続されると共に、第２電磁石用コイル（108）の他端が、第２ベアリングレスモータ（120）の第２モータ巻線（125）の中性点に接続される。このため、１台の第２ベアリングレスモータ（1２0）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を動作させることができる。
【0058】
本実施形態では、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）の一端は圧力容器（150）内でラジアル支持巻線（113,123）の中性点に接続されると共に、電磁石用コイル（106,108）の他端は圧力容器（150）内でモータ巻線（115,125）の中性点に接続される。このため、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）に電圧を印加するために、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する専用の気密端子を設ける必要がなくなるので、インバータのコスト抑制だけでなく、さらに気密端子のコストを抑制することができる。
【0059】
本実施形態の磁気軸受システム（100）を備えた圧縮機（10）では、インバータのコストを抑制することができるので、圧縮機（10）を低コストで製造することができる。
【0060】
（第１実施形態の第１変形例）
本変形例が第１実施形態と異なる点は、図４に示すように、１つのモータ巻線（第１モータ巻線（115）又は第２モータ巻線（125）の中性点と、２つのラジアル支持巻線（第１ラジアル支持巻線（113）及び第２ラジアル支持巻線（123））のそれぞれの中性点とが、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、又は第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続されていることである。尚、図４において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
本変形例が第１実施形態と異なる点は、図４に示すように、１つのモータ巻線（第１モータ巻線（115）又は第２モータ巻線（125）の中性点と、２つのラジアル支持巻線（第１ラジアル支持巻線（113）及び第２ラジアル支持巻線（123））のそれぞれの中性点とが、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、又は第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続されていることである。尚、図４において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0061】
本変形例では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第１ラジアル支持巻線（113）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、第１電磁石用コイル（106）に支持電流ｉzfを零相電流として流すことができる。また、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流そうとする場合、第２ラジアル支持巻線（123）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）に支持電流ｉzrを零相電流として流すことができる。
【0062】
零相電流ｉzf、ｉzrはそれぞれ、第１電磁石用コイル（106）、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、両者が足し合わされた電流ｉzが第１モータ巻線（115）又は第２モータ巻線（125）に流れ込む。従って、第１ラジアル支持巻線（113）のラジアル支持電流（ｉur1、ｉvr1、ｉwr1）の振幅をＩr1、位相をφ1とし、第２ラジアル支持巻線（123）のラジアル支持電流（ｉur2、ｉvr2、ｉwr2）の振幅をＩr2、位相をφ2とし、第１モータ巻線（115）又は第２モータ巻線（125）のモータ駆動電流（ｉum1、ｉvm1、ｉwm1）の振幅をＩm1、位相をβ1として、
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）＋ｉzf／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉz
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉz
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉz
（但し、ｉz＝ｉzf＋ｉzr）
となるように、インバータ（114,116,124,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができると共に第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）＋ｉzf／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉz
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉz
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉz
（但し、ｉz＝ｉzf＋ｉzr）
となるように、インバータ（114,116,124,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができると共に第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
【0063】
以上に説明したように、本変形例では、２台のベアリングレスモータ（110,120）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、２台の磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）をそれぞれ動作させることによって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0064】
尚、本変形例では、１つのモータ巻線（第１モータ巻線（115）又は第２モータ巻線（125）の中性点と、２つのラジアル支持巻線（第１ラジアル支持巻線（113）及び第２ラジアル支持巻線（123））のそれぞれの中性点とを、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、又は第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続した。しかし、これに代えて、図５に示すように、１つのラジアル支持巻線（第１ラジアル支持巻線（113）又は第２ラジアル支持巻線（123））の中性点と、２つのモータ巻線（第１モータ巻線（115）及び第２モータ巻線（125））のそれぞれの中性点とを、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、又は第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続しても、本変形例と同様の効果を得ることができる。
【0065】
（第１実施形態の第２変形例）
本変形例が第１実施形態と異なる点は、図６に示すように、第１モータ巻線（115）の中性点と第２モータ巻線（125）の中性点とが、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）を介して接続されていると共に、図７に示すように、第１ラジアル支持巻線（113）の中性点と第２ラジアル支持巻線（123）の中性点とが、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続されていることである。尚、図６、図７において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
本変形例が第１実施形態と異なる点は、図６に示すように、第１モータ巻線（115）の中性点と第２モータ巻線（125）の中性点とが、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）を介して接続されていると共に、図７に示すように、第１ラジアル支持巻線（113）の中性点と第２ラジアル支持巻線（123）の中性点とが、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を介して接続されていることである。尚、図６、図７において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0066】
本変形例では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第２モータ巻線（125）の各相の巻線に本来のモータ駆動電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、第１電磁石用コイル（106）に支持電流ｉzfを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzfは、第１電磁石用コイル（106）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、第２モータ巻線（125）のモータ駆動電流（ｉum2、ｉvm2、ｉwm2）の振幅をＩm2、位相をβ2とし、第１モータ巻線（115）のモータ駆動電流（ｉum1、ｉvm1、ｉwm1）の振幅をＩm1、位相をβ1として、
ｉum2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2）＋ｉzf／３
ｉvm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉzf／３
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（116,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
ｉum2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2）＋ｉzf／３
ｉvm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwm2＝Ｉm2・ｓｉｎ（β2＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1）－ｉzf／３
ｉvm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm1＝Ｉm1・ｓｉｎ（β1＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（116,126）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0067】
また、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流そうとする場合、第２ラジアル支持巻線（123）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）に支持電流ｉzrを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzrは、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、第１ラジアル支持巻線（113）に流れ込む。従って、第２ラジアル支持巻線（123）のラジアル支持電流（ｉur2、ｉvr2、ｉwr2）の振幅をＩr2、位相をφ2とし、第１ラジアル支持巻線（113）のラジアル支持電流（ｉur1、ｉvr1、ｉwr1）の振幅をＩr1、位相をφ1として、
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）－ｉzr／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,124）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
ｉur2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2）＋ｉzr／３
ｉvr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwr2＝Ｉr2・ｓｉｎ（φ2＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1）－ｉzr／３
ｉvr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr1＝Ｉr1・ｓｉｎ（φ1＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,124）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
【0068】
以上に説明したように、本変形例では、２台のベアリングレスモータ（110,120）を用いて、スイッチング素子を追加することなく、２台の磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）をそれぞれ動作させることによって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0069】
尚、図６、図７に示す例では、第２モータ巻線（125）から第１モータ巻線（115）に支持電流ｉzfを流すと共に、第２ラジアル支持巻線（123）から第１ラジアル支持巻線（113）に支持電流ｉzrを流したが、インバータ（114,116,124,126）によって、モータ巻線（115,125）及びラジアル支持巻線（113,123）の電圧を制御することにより、支持電流ｉzf、ｉzrの流れる向きや支持電流ｉzf、ｉzrの大きさを調整可能である。
【0070】
（第２実施形態）
＜磁気軸受システムの構成＞
本実施形態の磁気軸受システム（100）が第１実施形態と異なる点は、図８に示すように、回転軸（101）のフロント側端部に第１インペラ（102）及び第２インペラ（103）が設けられ、回転軸（101）のリア側端部にスラスト磁気軸受（105,107）が設けられ、第２ベアリングレスモータ（120）に代えて、ラジアル磁気軸受（130）が設けられることである。すなわち、本実施形態の磁気軸受システム（100）は、第１実施形態のようなBack to Back方式では無い。尚、図８において、図１に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
＜磁気軸受システムの構成＞
本実施形態の磁気軸受システム（100）が第１実施形態と異なる点は、図８に示すように、回転軸（101）のフロント側端部に第１インペラ（102）及び第２インペラ（103）が設けられ、回転軸（101）のリア側端部にスラスト磁気軸受（105,107）が設けられ、第２ベアリングレスモータ（120）に代えて、ラジアル磁気軸受（130）が設けられることである。すなわち、本実施形態の磁気軸受システム（100）は、第１実施形態のようなBack to Back方式では無い。尚、図８において、図１に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0071】
図８に示す例では、第１ベアリングレスモータ（110）とラジアル磁気軸受（130）とは、回転軸（101）の軸方向に並ぶように配置され、第１ベアリングレスモータ（110）は回転軸（101）のリア側に位置し、ラジアル磁気軸受（130）は回転軸（101）のフロント側に位置する。
【0072】
ラジアル磁気軸受（130）は、駆動軸（101）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成される。ラジアル磁気軸受（130）は、圧力容器（150）の内周壁に固定される。回転軸（101）におけるラジアル磁気軸受（130）と対向する部分（131）の径は、他の部分の径よりも太くてもよい。ラジアル磁気軸受（130）は、複数のティース部（図示省略）を有する固定子（132）と、各ティース部に巻回された電磁石用コイル（135）とを有する。
【0073】
＜磁気軸受システムの回路＞
本実施形態の磁気軸受システム（100）の回路が第１実施形態と異なる点は、図９に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、及び第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）が並列に接続されることである。尚、図９において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
本実施形態の磁気軸受システム（100）の回路が第１実施形態と異なる点は、図９に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、及び第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）が並列に接続されることである。尚、図９において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0074】
本実施形態では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第１ラジアル支持巻線（113）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、第１電磁石用コイル（106）に支持電流ｉzfを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzfは、第１電磁石用コイル（106）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとし、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとして、
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0075】
一方、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流そうとする場合、第１モータ巻線（115）の各相の巻線に本来のモータ駆動電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）に支持電流ｉzrを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzrは、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、第１ラジアル支持巻線（113）に流れ込む。従って、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとし、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとして、
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第２電磁石用コイル（108）に所定の支持電流ｉzrを流すことができる。
【0076】
尚、図９に示す例では、インバータ（114,116）によって、ラジアル支持巻線（113）及びモータ巻線（115）の電圧を制御することにより、第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間を流れる電流の向き及び大きさを調整可能である。
【0077】
以上に説明したように、本実施形態によれば、２台のベアリングレスモータを用いたBack to Back方式以外の磁気軸受システム（100）においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0078】
（第２実施形態の第１変形例）
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態と異なる点は、図１０、図１１に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）において、第２電磁石用コイル（108）に代えて、磁石（109）が設けられ、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）のみが接続されることである。すなわち、第２スラスト磁気軸受（107）がリア側に発生する軸方向の電磁力は一定であり、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御する。尚、図１０、図１１において、図８、図９に示す第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態と異なる点は、図１０、図１１に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）において、第２電磁石用コイル（108）に代えて、磁石（109）が設けられ、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）のみが接続されることである。すなわち、第２スラスト磁気軸受（107）がリア側に発生する軸方向の電磁力は一定であり、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御する。尚、図１０、図１１において、図８、図９に示す第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0079】
本変形例では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第１ラジアル支持巻線（113）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、第１電磁石用コイル（106）に支持電流ｉzfを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzfは、第１電磁石用コイル（106）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとし、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとして、
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0080】
以上に説明した本変形例によれば、図９に示す第２実施形態のようにダイオードを設けることなく、Back to Back方式以外の磁気軸受システム（100）において、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0081】
尚、図１１に示す例では、ラジアル支持巻線（113）からモータ巻線（115）に支持電流ｉzfを流したが、インバータ（114,116）によって、ラジアル支持巻線（113）及びモータ巻線（115）の電圧を制御することにより、支持電流ｉzfの流れる向きや支持電流ｉzfの大きさを調整可能である。
【0082】
また、本変形例では、第２スラスト磁気軸受（107）に磁石（109）を設けたが、これに代えて、第１スラスト磁気軸受（105）に磁石を設け、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）を接続してもよい。すなわち、第１スラスト磁気軸受（105）がフロント側に発生する軸方向の電磁力を一定とし、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御してもよい。
【0083】
（第２実施形態の第２変形例）
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態と異なる点は、図１２に示すように、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）には、専用のパワーモジュール（161）から電力を供給する一方、図１３に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）が接続されることである。ここで、第２電磁石用コイル（108）にはバイアス電流が供給される。すなわち、第２スラスト磁気軸受（107）がリア側に発生する軸方向の電磁力は一定であり、インバータ（161）を用いた第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御する。尚、図１２、図１３において、図８、図９に示す第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態と異なる点は、図１２に示すように、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）には、専用のパワーモジュール（161）から電力を供給する一方、図１３に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）が接続されることである。ここで、第２電磁石用コイル（108）にはバイアス電流が供給される。すなわち、第２スラスト磁気軸受（107）がリア側に発生する軸方向の電磁力は一定であり、インバータ（161）を用いた第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御する。尚、図１２、図１３において、図８、図９に示す第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0084】
本変形例では、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に所定のバイアス電流ｉzrを流そうとする場合、第１モータ巻線（115）の各相の巻線に本来のモータ駆動電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）にバイアス電流ｉzrを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzrは、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、第１ラジアル支持巻線（113）に流れ込む。従って、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとし、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとして、
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第２電磁石用コイル（108）に所定のバイアス電流ｉzrを流すことができる。
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第２電磁石用コイル（108）に所定のバイアス電流ｉzrを流すことができる。
【0085】
以上に説明した本変形例によれば、図９に示す第２実施形態のようにダイオードを設けることなく、また、図１０に示す第２実施形態の第１変形例のように磁石を設けることなく、Back to Back方式以外の磁気軸受システム（100）において、インバータのコストを低減することができる。具体的には、従来のスラスト磁気軸受用のインバータと比べて、図１２に示すように、スイッチング素子を２つ削減することが可能となる。
【0086】
また、本変形例によれば、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に通電することで回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力と、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108）に通電することで回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力とは互いに逆向きであり、バイアス電流が供給される第２電磁石用コイル（108）の制御帯域は、第１電磁石用コイル（106）の制御帯域よりも低くなるように構成される。ここで、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）と第１ラジアル支持巻線（113）との間に第２電磁石用コイル（108）が接続されているので、インダクタンスが大きくなって第２電磁石用コイル（108）の制御帯域は低くなる。このため、第２電磁石用コイル（108）のスイッチング周波数を下げることができ、スイッチングによる損失を抑えることができる。
【0087】
尚、図１３に示す例では、インバータ（114,116）によって、ラジアル支持巻線（113）及びモータ巻線（115）の電圧を制御することにより、バイアス電流ｉzrの向き及び大きさを調整可能である。これにより、第２電磁石用コイル（108）の定電圧制御のみならず、インペラ（102,103）の負荷等に応じた第２電磁石用コイル（108）の低帯域電圧制御も可能である。
【0088】
また、本変形例では、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）にインバータ（161）から電力を供給し、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、バイアス電流が供給される第２電磁石用コイル（108）を接続した。しかし、これに代えて、バイアス電流が供給される第２電磁石用コイル（108）に専用のインバータから電力を供給し、第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に、スラスト制御用の第１電磁石用コイル（106）を接続してもよい。この場合でも、従来のスラスト磁気軸受用のインバータと比べて、バイアス電流用インバータの方が構成が簡単となり、コストを抑制できる。
【0089】
（第２実施形態の第３変形例）
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態の第２変形例と異なる点は、図１４に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）に、スラスト制御用の第２電磁石用コイル（108A）と共にバイアス用の第３電磁石用コイル（108B）が設けられることである。ここで、図１５に示すように、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、及び、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108A）には、専用のインバータ（162）から電力が供給される。一方、図１６に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）の第３電磁石用コイル（108B）は、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続される。尚、図１４～図１６において、図８、図９に示す第２実施形態、又は図１２、図１３に示す第２実施形態の第２変形例と同様の要素には同様の符号を付している。
本変形例の磁気軸受システム（100）が第２実施形態の第２変形例と異なる点は、図１４に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）に、スラスト制御用の第２電磁石用コイル（108A）と共にバイアス用の第３電磁石用コイル（108B）が設けられることである。ここで、図１５に示すように、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）、及び、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108A）には、専用のインバータ（162）から電力が供給される。一方、図１６に示すように、第２スラスト磁気軸受（107）の第３電磁石用コイル（108B）は、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続される。尚、図１４～図１６において、図８、図９に示す第２実施形態、又は図１２、図１３に示す第２実施形態の第２変形例と同様の要素には同様の符号を付している。
【0090】
本変形例では、第３電磁石用コイル（108B）によりリア側に一定の軸方向の電磁力を発生させつつ、インバータ（162）を用いた第１電磁石用コイル（106）及び第２電磁石用コイル（108A）に流れる電流の制御によって、円盤部（104）の位置、つまり駆動軸（101）の位置を制御する。第２電磁石用コイル（108A）に流れる電流の制御は、第３電磁石用コイル（108B）による軸方向の電磁力を微調整するためのものである。
【0091】
本変形例では、第２スラスト磁気軸受（107）の第３電磁石用コイル（108B）に所定のバイアス電流ｉzrを流そうとする場合、第１モータ巻線（115）の各相の巻線に本来のモータ駆動電流に加えて、ｉzr／３を重畳すれば、第２電磁石用コイル（108）にバイアス電流ｉzrを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzrは、第２電磁石用コイル（108）を流れた後、第１ラジアル支持巻線（113）に流れ込む。従って、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとし、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとして、
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第３電磁石用コイル（108B）に所定のバイアス電流ｉzrを流すことができる。
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）＋ｉzr／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）＋ｉzr／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）＋ｉzr／３
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）－ｉzr／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）－ｉzr／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）－ｉzr／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第２スラスト磁気軸受（106）の第３電磁石用コイル（108B）に所定のバイアス電流ｉzrを流すことができる。
【0092】
以上に説明した本変形例によれば、図９に示す第２実施形態のようにダイオードを設けることなく、また、図１０に示す第２実施形態の第１変形例のように磁石を設けることなく、Back to Back方式以外の磁気軸受システム（100）において、インバータのコストを低減することができる。具体的には、第２スラスト磁気軸受（106）にバイアス用の第３電磁石用コイル（108B）を設けることによって、スラスト制御用の第２電磁石用コイル（108A）に流す電流の大きさを小さくすることができる。このため、従来のスラスト磁気軸受用のインバータと比べて、インバータ（162）の電流容量を小さくすることができので、コストダウンが可能となる。
【0093】
また、本変形例によれば、第２スラスト磁気軸受（107）の第２電磁石用コイル（108A）に通電することで回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力と、同じ第２スラスト磁気軸受（107）の第３電磁石用コイル（108B）に通電することで回転軸（101）に対して発生する軸方向の電磁力とは互いに同じ向きであり、バイアス電流が供給される第３電磁石用コイル（108B）の制御帯域は、第２電磁石用コイル（108A）の制御帯域よりも低くなるように構成される。ここで、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）と第１ラジアル支持巻線（113）との間に第３電磁石用コイル（108B）が接続されているので、インダクタンスが大きくなって第３電磁石用コイル（108B）の制御帯域は低くなる。このため、第３電磁石用コイル（108B）のスイッチング周波数を下げることができ、スイッチングによる損失を抑えることができる。
【0094】
尚、本変形例において、図１５に示すインバータ（162）の制御により、スラスト制御用の第２電磁石用コイル（108A）に流れる電流の向きを調整可能にしてもよい。
【0095】
また、図１６に示す例では、インバータ（114,116）によって、ラジアル支持巻線（113）及びモータ巻線（115）の電圧を制御することにより、バイアス電流ｉzrの向き及び大きさを調整可能である。これにより、第３電磁石用コイル（108B）の定電圧制御のみならず、インペラ（102,103）の負荷等に応じた第３電磁石用コイル（108B）の低帯域電圧制御も可能である。
【0096】
（第３実施形態）
本実施形態の磁気軸受システム（100）が第２実施形態（図８、図９参照）と異なる点は、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）ではなく、ラジアル磁気軸受（130）の電磁石用コイル（135）が、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続されることである。これにより、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の磁気軸受システム（100）が第２実施形態（図８、図９参照）と異なる点は、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108）ではなく、ラジアル磁気軸受（130）の電磁石用コイル（135）が、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続されることである。これにより、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0097】
尚、本実施形態において、図１７、図１８に示すように、ラジアル磁気軸受（130）に、ラジアル制御用の電磁石用コイル（135）とは別に、バイアス用の電磁石用コイル（136）を設けて、当該電磁石用コイル（136）を、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続してもよい。この場合、ラジアル制御用の電磁石用コイル（135）には、専用のインバータから電力が供給される。
【0098】
具体的には、ラジアル磁気軸受（130）は、バックヨーク部（133）及び複数のティース部（134）を有する固定子（132）と、ティース部（134）に巻回された電磁石用コイル（135）と備える。電磁石用コイル（135）は、例えば、第１径方向と、第１径方向に対して垂直な第２径方向のそれぞれにおいて、回転軸（101）（拡径部（102））を挟んで一対ずつ配置される。ここで、一対の電磁石用コイル（135）のうちの１つを、バイアス用の電磁石用コイル（136）に置換し、第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間にバイアス用の電磁石用コイル（136）を接続する。バイアス用の電磁石用コイル（136）が発生する径方向の電磁力は一定であり、ラジアル制御用の電磁石用コイル（135）に流れる電流の制御によって、拡径部（102）の位置、つまり駆動軸（101）の位置が制御される。尚、図１８において、図９に示す第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0099】
バイアス用の電磁石用コイル（136）に所定のバイアス電流ｉzfを流そうとする場合、第１ラジアル支持巻線（113）の各相の巻線に本来のラジアル支持電流に加えて、ｉzf／３を重畳すれば、電磁石用コイル（136）にバイアス電流ｉzfを零相電流として流すことができる。零相電流ｉzfは、バイアス用の電磁石用コイル（136）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、ラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとし、モータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとして、
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、バイアス用の電磁石用コイル（136）に所定のバイアス電流ｉzfを流すことができる。
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzf／３
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）＋ｉzf／３
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）＋ｉzf／３
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、バイアス用の電磁石用コイル（136）に所定のバイアス電流ｉzfを流すことができる。
【0100】
【0101】
（第３実施形態の変形例）
本変形例の磁気軸受システム（100）が第３実施形態と異なる点は、図１９に示すように、回転軸（101）（拡径部（102））を挟んで配置された一対の電磁石用コイル（135）のうちの１つを、バイアス用の電磁石用コイル（136）及びラジアル制御用の電磁石用コイル（137）に置換することである。ここで、バイアス用の電磁石用コイル（136）は、図１８に示す第３実施形態と同様に、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続される。また、ラジアル制御用の電磁石用コイル（135,137）には、専用のインバータから電力が供給される。
本変形例の磁気軸受システム（100）が第３実施形態と異なる点は、図１９に示すように、回転軸（101）（拡径部（102））を挟んで配置された一対の電磁石用コイル（135）のうちの１つを、バイアス用の電磁石用コイル（136）及びラジアル制御用の電磁石用コイル（137）に置換することである。ここで、バイアス用の電磁石用コイル（136）は、図１８に示す第３実施形態と同様に、第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）の中性点と第１ラジアル支持巻線（113）の中性点との間に接続される。また、ラジアル制御用の電磁石用コイル（135,137）には、専用のインバータから電力が供給される。
【0102】
本変形例によれば、第２実施形態の第３変形例と同様の効果を得ることができる。
【0103】
（第４実施形態）
前述の第１～第３実施形態（変形例を含む。以下同じ。）の磁気軸受システム（100）では、第１ベアリングレスモータ（110）及び／又は第２ベアリングレスモータ（120）に零相電流を流すと、軸支持力がその影響を受けて、モータ制御が難しくなる場合がある。具体的には、軸支持力を２軸（ｘ軸、ｙ軸）制御しようとした場合に、零相電流を通電すると、ｘ軸方向の軸支持力Ｆxと、ｙ軸方向の軸支持力Ｆyに脈動が生じ、軸支持力Ｆxと軸支持力Ｆyとの間で干渉が生じる場合がある。
前述の第１～第３実施形態（変形例を含む。以下同じ。）の磁気軸受システム（100）では、第１ベアリングレスモータ（110）及び／又は第２ベアリングレスモータ（120）に零相電流を流すと、軸支持力がその影響を受けて、モータ制御が難しくなる場合がある。具体的には、軸支持力を２軸（ｘ軸、ｙ軸）制御しようとした場合に、零相電流を通電すると、ｘ軸方向の軸支持力Ｆxと、ｙ軸方向の軸支持力Ｆyに脈動が生じ、軸支持力Ｆxと軸支持力Ｆyとの間で干渉が生じる場合がある。
【0104】
そこで、本実施形態では、ベアリングレスモータ（110,120）のラジアル支持巻線（113,123）を短節巻きで巻回し、ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上に設定する。これにより、ラジアル支持巻線（113,123）に零相電流を流しても、ラジアル支持巻線（113,123）の軸支持力に対する零相電流の影響を抑制できるので、ベアリングレスモータ（110,120）の制御が容易になる。
【0105】
尚、ベアリングレスモータ（110,120）のラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数とは、「全スロット数／支持巻線の極数」であり、ベアリングレスモータ（110,120）のラジアル支持巻線（113,123）の各極各相のスロット数とは、「各極のスロット数／ラジアル支持巻線（113,123）の相数」である。
【0106】
以下、第１ベアリングレスモータ（110）がＣＰＭモータ（コンシクエントポールモータ）である場合を例として、具体的に説明する。図２０は、モータ巻線８極、支持巻線２極、２４スロットのＣＰＭモータにおける軸方向に対して垂直な断面を示す概略模式図である。図２０において、図１に示す磁気軸受システム（100）と同じ構成要素には同じ符号を付す。
【0107】
図２０に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）は、第１回転子（111）と第１固定子（112）とを有する。第１回転子（111）は、駆動軸（101）に固定される。第１回転子（111）のコア部には、複数の永久磁石（111a）が埋設される。第１固定子（112）は、複数（本例では２４個）のティース部（112a）を有し、ティース部（112a）同士の間の空間であるスロット（112b）に第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）が配置される。本例では、第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）はそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線である。
【0108】
図２１は、図２０に示す第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）を８極全節分布巻（２層）で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ巻線配置を示す。各モータ巻線は、例えば、線径０．７５ｍｍの導線を４本束ねて（４パラ）８ターン巻とする。尚、図２１において、各相のモータ巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。
【0109】
図２２は、図２０に示す第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）を２極全節（１２ピッチ）分布巻で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各支持巻線配置を示す。尚、図２２において、各相の支持巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。図２２に示すように、各支持巻線配置において、対応する巻線同士の間には１２個のティース部（112a）が介在しており、巻線ピッチは１２に設定されている。
【0110】
以下、単位支持電流あたりの軸支持力が最も大きくなる全節分布巻の支持巻線配置における軸支持力に対する零相電流の影響について説明する。
【0111】
図２３は、図２０～図２２に示す第１ベアリングレスモータ（110）におけるｘ軸方向の磁気支持力とｙ軸方向の磁気支持力との間の支持力干渉角を示している。本来、ｘ軸方向の磁気支持力が生じる場合、ｙ軸方向の磁気支持力は生じないことが好ましいが、両方の支持力が生じた場合の相互干渉の程度を、図２３に示す支持力干渉角によって表している。
【0112】
図２４は、図２０に示す第１ベアリングレスモータ（110）におけるｘ軸方向の支持力Ｆx、ｙ軸方向の支持力Ｆy及び支持力干渉角のそれぞれと電気角との関係に対する零相電流ｉz（単位：Ａ）の影響を示す。図２４に示すように、零相電流ｉzを流しても、支持力Ｆxの平均値は変わらないが、零相電流ｉzが大きくなるほど、支持力Ｆyの脈動が増大して支持力干渉角が増加している。尚、図２４に示す数値は、例示として、外径１３０ｍｍ、内径６５ｍｍ、積厚２５ｍｍの固定子コアと、外径６３ｍｍ、積厚２５ｍｍの回転子コアにより、図２０に示すＣＰＭモータを構成した場合の値である。固定子コア及び回転子コアの材料には３５Ｈ３６０を用い、回転子コアに埋め込む磁石には、厚さ３ｍｍのＮ４８を用いた。
【0113】
そこで、本実施形態では、第１ラジアル支持巻線（113）の軸支持力に対する零相電流の影響を抑制するために、第１ラジアル支持巻線（113）を短節巻きで巻回すると共に、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の１／２以上に設定する。以下、零相電流通電時の支持力Ｆx、Ｆyの理論算出式に基づき、本実施形態の第１ベアリングレスモータ（110）の構成について具体的に説明する。
【0114】
支持力Ｆx、Ｆyの算出式は、下記の式（１）、（２）で表される。
【0115】
【数1】
【0116】
【数2】
【0117】
式（１）、（２）において、Ｒは、回転軸（101）の軸心からエアギャップ部（回転子コアと固定子コアとの間の空間）中心までの半径であり、Ｌは、モータの積厚であり、φは位相（固定座標）であり、μ0は、真空の透磁率であり、Ｂｒは、エアギャップ部の径方向磁束密度である。
【0118】
磁束密度Ｂｒは、パーミアンスＰと起磁力Ｆ（磁石起磁力Ｆpm、支持巻線の起磁力Ｆs、モータ巻線の起磁力Ｆm）の積として、下記の式（３）で表される。
【0119】
【数3】
【0120】
パーミアンスＰは、下記の式（４）で表される。
【0121】
【数4】
【0122】
式（４）において、ｇはエアギャップ部の径方向長さ、Ｐ0は、空間及び位相によって変化しないパーミアンス成分、Ｐ4は、空間及び位相によって変化するパーミアンス成分、ωは電気角周波数、ｔは時間である。
【0123】
磁石起磁力Ｆpmは、４極対を基本波として、下記の式（５）で表される。
【0124】
【数5】
【0125】
式（５）において、Ｆpm4は、起磁力Ｆpmの振幅である。
【0126】
支持巻線の起磁力Ｆsは、支持巻線分布Ｎs（φ）（Ｕ相分布Ｎsu（φ）、Ｖ相分布Ｎsv（φ）、Ｗ相分布Ｎsw（φ））と支持電流ｉs（Ｕ相電流ｉsu、Ｖ相電流ｉsv、Ｗ相電流ｉsw）の積として、下記の式（６）で表される。
【0127】
【数6】
【0128】
支持巻線分布Ｎs（φ）は、１極対を基本波とし、３倍及び５倍の空間高調波を考慮して、下記の式（７）～（９）で表される。
【0129】
【数7】
【0130】
【数8】
【0131】
【数9】
【0132】
式（７）～（９）において、Ｎsは、支持巻線のターン数であり、Ｎs1、Ｎs3、Ｎs5はそれぞれ、１次、３次、５次の支持巻線係数である。
【0133】
また、支持電流ｉs（Ｕ相電流ｉsu、Ｖ相電流ｉsv、Ｗ相電流ｉsw）は、直流のラジアル支持電流Ｉsに零相電流ｉzを重畳して
ｉsu＝－Ｉs＋ｉz／３
ｉsv＝Ｉs／２＋ｉz／３
ｉsw＝Ｉs／２＋ｉz／３
と表される。
ｉsu＝－Ｉs＋ｉz／３
ｉsv＝Ｉs／２＋ｉz／３
ｉsw＝Ｉs／２＋ｉz／３
と表される。
【0134】
モータ巻線の起磁力Ｆmは、モータ巻線分布Ｎm（φ）（Ｕ相分布Ｎmu（φ）、Ｖ相分布Ｎmv（φ）、Ｗ相分布Ｎmw（φ））とモータ電流ｉm（Ｕ相電流ｉmu、Ｖ相電流ｉmv、Ｗ相電流ｉmw）の積として、下記の式（１０）で表される。
【0135】
【数10】
【0136】
モータ巻線分布Ｎm（φ）は４極対を基本波とし、３倍の空間高調波を考慮して、下記の式（１１）～（１３）で表される。
【0137】
【数11】
【0138】
【数12】
【0139】
【数13】
【0140】
式（１１）～（１３）において、Ｎmは、モータ巻線のターン数であり、Ｎm4、Ｎm12はそれぞれ、１次、３次のモータ巻線係数である。
【0141】
また、モータ電流ｉm（Ｕ相電流ｉmu、Ｖ相電流ｉmv、Ｗ相電流ｉmw）は、モータ電流Ｉmに零相電流ｉzを重畳して
ｉmu＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ）－ｉz／３
ｉmv＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－２π／３）－ｉz／３
ｉmw＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－４π／３）－ｉz／３
と表される。
ｉmu＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ）－ｉz／３
ｉmv＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－２π／３）－ｉz／３
ｉmw＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－４π／３）－ｉz／３
と表される。
【0142】
以上の各式を式（１）、（２）に代入することによって、支持力Ｆx、Ｆyはそれぞれ、下記の式（１４）、（１５）のように表される。
【0143】
【数14】
【0144】
【数15】
【0145】
式（１４）において、第１項は、支持電流による直流支持力であり、第２項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）による干渉を含み、第３項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる基本波電流（Ｎm4Ｉm）による干渉を含み、第４項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる零相電流（Ｎm12ｉz）による干渉を含む。式（１４）の第２項及び第３項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にすれば、零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。式（１４）の第４項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にしても、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm12がｉzと作用しｃｏｓ２ωtの脈動（干渉）が生じるが、パーミアンス成分（回転子パーミアンス）Ｐ4の二乗は小さいので、干渉の影響は小さく、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm12を０にすることによって非干渉化も可能である。
【0146】
式（１５）において、第１項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）による干渉を含み、第２項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる基本波電流（Ｎm4Ｉm）による干渉を含み、第３項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる零相電流（Ｎm12ｉz）による干渉を含む。式（１５）の第１項及び第２項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にすれば、零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。式（１５）の第３項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にしても、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm12がｉzと作用しｓｉｎ２ωtの脈動（干渉）が生じるが、パーミアンス成分（回転子パーミアンス）Ｐ4の二乗は小さいので、干渉の影響は小さく、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm12を０にすることによって非干渉化も可能である。
【0147】
図２５は、図２０に示す第１ベアリングレスモータ（110）において第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを変えた場合における１次、３次及び５次の各支持巻線係数Ｎs1、Ｎs3、Ｎs5の絶対値の変化を示す。尚、各次数の支持巻線係数Ｎs(2n-1)は、下記の式（１６）によって算出される。
【0148】
【数16】
【0149】
式（１６）において、Ｎshは、短節巻係数であり、Ｎdisは、分布巻係数であり、ｐnは、極対数であり、ｑは、各極各相のスロット数（本例ではｑ＝４）であり、αは、各スロットあたりの角度（α＝２π／スロット数であり、本例ではα＝π／１２）、Ｎpは、巻線ピッチ（ピッチ数）であり、θcpは、コイルピッチ角（θcp＝α×Ｎpであり、本例ではθcp＝π／１２×Ｎp）である。
【0150】
図２５に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）が、図２０に示すＣＰＭモータである場合、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを、ラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の１／２以上（つまり６以上）、例えば８に設定することにより、３次巻線係数Ｎs3が０となり、支持力Ｆxを表す式（１４）の第２項及び第３項並びに支持力Ｆyを表す式（１５）の第１項及び第２項において零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。
【0151】
図２６は、本実施形態の第１ベアリングレスモータ（110）として、図２０に示すＣＰＭモータの第１ラジアル支持巻線（113）を２極短節８ピッチ分布巻（２層）で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各支持巻線配置を示す。尚、図２６において、各相の支持巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。図２６に示すように、各支持巻線配置において、対応する巻線同士の間には８個のティース部（112a）が介在しており、巻線ピッチは８に設定されている。各支持巻線は、例えば、線径０．８ｍｍの導線を８ターン巻とする。
【0152】
図２７は、図２６に示すように構成した本実施形態の第１ベアリングレスモータ（110）におけるｘ軸方向の支持力Ｆx及び支持力干渉角のそれぞれと電気角との関係に対する零相電流ｉz（単位：Ａ）の影響を示す。図２７に示すように、零相電流ｉzを流しても、支持力Ｆx及び支持力干渉角に変化はみられない。従って、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを８に設定することにより、第１ラジアル支持巻線（113）の軸支持力に対する零相電流の影響を除外（非干渉化）できている。尚、図２７に示す数値は、例示として、外径１３０ｍｍ、内径６５ｍｍ、積厚２５ｍｍの固定子コア、外径６３ｍｍ、積厚２５ｍｍの回転子コアにより、図２０に示すＣＰＭモータを構成した場合の値である。固定子コア及び回転子コアの材料には３５Ｈ３６０を用い、回転子コアに埋め込む磁石には、厚さ３ｍｍのＮ４８を用いた。
【0153】
尚、以上の説明では、３次巻線係数Ｎs3が０となるように第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを設定する場合を例示した。しかし、これに限定されず、図２５に示す各次数の支持巻線係数と巻線ピッチとの関係に基づいて、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の２／３近傍（本例では８近傍）に設定し、３次の支持巻線係数Ｎs3を最小化してもよい。或いは、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の２／３近傍以上（本例では８以上）に設定し、３次の支持巻線係数Ｎs3を低減しつつ１次の支持巻線係数Ｎs1の低下を抑制してもよい。これにより、必要な軸支持力を確保しつつ零相電流の干渉を低減できる。
【0154】
（第４実施形態の変形例）
本変形例が、前記第４実施形態と異なる点は、第１ベアリングレスモータ（110）として、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータを用いることである。尚、ＳＰＭモータでは、回転子コアは円筒状であるため、パーミアンスは直流値（平均値）のみとなり、変動成分は無い。また、ＳＰＭモータは４極モータであり、支持電流は交流である。
本変形例が、前記第４実施形態と異なる点は、第１ベアリングレスモータ（110）として、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータを用いることである。尚、ＳＰＭモータでは、回転子コアは円筒状であるため、パーミアンスは直流値（平均値）のみとなり、変動成分は無い。また、ＳＰＭモータは４極モータであり、支持電流は交流である。
【0155】
【0156】
図２８に示すように、第１ベアリングレスモータ（110）は、第１回転子（111）と第１固定子（112）とを有する。第１回転子（111）は、駆動軸（101）に固定される。第１回転子（111）のコア部外周には、環状に永久磁石（111a）が配置される。第１固定子（112）は、複数（本例では２４個）のティース部（112a）を有し、ティース部（112a）同士の間の空間であるスロット（112b）に第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）が配置される。本例では、第１ラジアル支持巻線（113）及び第１モータ巻線（115）はそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線である。
【0157】
図２９は、図２８に示す第１ベアリングレスモータ（110）の第１モータ巻線（115）を４極全節分布巻（２層）で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ巻線配置を示す。各モータ巻線は、例えば、線径０．７５ｍｍの導線を４本束ねて（４パラ）８ターン巻とする。尚、図２９において、各相のモータ巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。
【0158】
図３０は、図２８に示す第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）を２極全節（１２ピッチ）分布巻で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各支持巻線配置を示す。尚、図３０において、各相の支持巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。図３０に示すように、各支持巻線配置において、対応する巻線同士の間には１２個のティース部（112a）が介在しており、巻線ピッチは１２に設定されている。
【0159】
以下、単位支持電流あたりの軸支持力が最も大きくなる全節分布巻の支持巻線配置における軸支持力に対する零相電流の影響について説明する。
【0160】
図３１は、図２８～図３０に示す第１ベアリングレスモータ（110）におけるｘ軸方向の支持力Ｆx、ｙ軸方向の支持力Ｆy及び支持力干渉角のそれぞれと電気角との関係に対する零相電流ｉz（単位：Ａ）の影響を示す。図３１に示すように、零相電流ｉzを流しても、支持力Ｆxの平均値は変わらないが、零相電流ｉzが大きくなるほど、支持力Ｆyの脈動が増大して支持力干渉角が増加している。尚、図３１に示す数値は、例示として、外径１３０ｍｍ、内径６５ｍｍ、積厚２５ｍｍの固定子コアと、外径６３ｍｍ、積厚２５ｍｍの回転子コアにより、図２８に示すＳＰＭモータを構成した場合の値である。固定子コア及び回転子コアの材料には３５Ｈ３６０を用い、回転子コアに埋め込む磁石には、厚さ３ｍｍのＮ４８を用いた。
【0161】
そこで、本変形例では、第１ラジアル支持巻線（113）の軸支持力に対する零相電流の影響を抑制するために、第１ラジアル支持巻線（113）を短節巻きで巻回すると共に、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の１／２以上に設定する。以下、零相電流通電時の支持力Ｆx、Ｆyの理論算出式に基づき、本変形例の第１ベアリングレスモータ（110）の構成について具体的に説明する。
【0162】
支持力Ｆx、Ｆyの算出式は、前記第４実施形態と同様に、式（１）、（２）で表される。式（１）、（２）の磁束密度Ｂｒは、前記第４実施形態と同様に、パーミアンスＰと起磁力Ｆ（磁石起磁力Ｆpm、支持巻線の起磁力Ｆs、モータ巻線の起磁力Ｆm）の積として、式（３）で表される。
【0163】
パーミアンスＰは、下記の式（１７）で表される。
【0164】
【数17】
【0165】
式（１７）において、μ0は、真空の透磁率であり、ｇはエアギャップ部の径方向長さ、Ｐ0は、空間及び位相によって変化しないパーミアンス成分である。
【0166】
磁石起磁力Ｆpmは、２極対を基本波として、下記の式（１８）で表される。
【0167】
【数18】
【0168】
式（１８）において、Ｆpm2は、起磁力Ｆpmの振幅である。
【0169】
支持巻線の起磁力Ｆsは、支持巻線分布Ｎs（φ）（Ｕ相分布Ｎsu（φ）、Ｖ相分布Ｎsv（φ）、Ｗ相分布Ｎsw（φ））と支持電流ｉs（Ｕ相電流ｉsu、Ｖ相電流ｉsv、Ｗ相電流ｉsw）の積として、前記第４実施形態と同様に、式（６）で表される。
【0170】
支持巻線分布Ｎs（φ）は、１極対を基本波とし、３倍及び５倍の空間高調波を考慮して、前記第４実施形態と同様に、式（７）～（９）で表される。
【0171】
また、支持電流ｉs（Ｕ相電流ｉsu、Ｖ相電流ｉsv、Ｗ相電流ｉsw）は、交流のラジアル支持電流Ｉsに零相電流ｉzを重畳して
ｉsu＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ）＋ｉz／３
ｉsv＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ－２π／３）＋ｉz／３
ｉsw＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ－４π／３）＋ｉz／３
と表される。
ｉsu＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ）＋ｉz／３
ｉsv＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ－２π／３）＋ｉz／３
ｉsw＝Ｉs・ｃｏｓ（ωｔ－４π／３）＋ｉz／３
と表される。
【0172】
モータ巻線の起磁力Ｆmは、モータ巻線分布Ｎm（φ）（Ｕ相分布Ｎmu（φ）、Ｖ相分布Ｎmv（φ）、Ｗ相分布Ｎmw（φ））とモータ電流ｉm（Ｕ相電流ｉmu、Ｖ相電流ｉmv、Ｗ相電流ｉmw）の積として、前記第４実施形態と同様に、式（１０）で表される。
【0173】
モータ巻線分布Ｎm（φ）は２極対を基本波とし、３倍の空間高調波を考慮して、下記の式（１９）～（２１）で表される。
【0174】
【数19】
【0175】
【数20】
【0176】
【数21】
【0177】
式（１９）～（２１）において、Ｎmは、モータ巻線のターン数であり、Ｎm2、Ｎm6はそれぞれ、１次、３次のモータ巻線係数である。
【0178】
また、モータ電流ｉm（Ｕ相電流ｉmu、Ｖ相電流ｉmv、Ｗ相電流ｉmw）は、モータ電流Ｉmに零相電流ｉzを重畳して
ｉmu＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ）－ｉz／３
ｉmv＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－２π／３）－ｉz／３
ｉmw＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－４π／３）－ｉz／３
と表される。
ｉmu＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ）－ｉz／３
ｉmv＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－２π／３）－ｉz／３
ｉmw＝－Ｉm・ｓｉｎ（ωｔ－４π／３）－ｉz／３
と表される。
【0179】
以上の各式を式（１）、（２）に代入することによって、支持力Ｆx、Ｆyはそれぞれ、下記の式（２２）、（２３）のように表される。
【0180】
【数22】
【0181】
【数23】
【0182】
式（２２）において、第１項は、支持電流による直流支持力であり、第２項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）による干渉を含み、第３項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる基本波電流（Ｎm2Ｉm）による干渉を含み、第４項は、支持巻線に流れる基本波電流（Ｎs5Ｉs）とモータ巻線に流れる零相電流（Ｎm6ｉz）による干渉を含む。式（２２）の第２項及び第３項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にすれば、零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。式（２２）の第４項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にしても、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm6がｉzと作用しｃｏｓωtの脈動（干渉）が生じるが、支持巻線の５次巻線係数Ｎs5とモータ巻線の３次巻線係数Ｎm6の積は小さいので、干渉の影響は小さく、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm6を０にすることによって非干渉化も可能である。
【0183】
式（２３）において、第１項は、電機子反作用の影響を示し、第２項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）による干渉を含み、第３項は、支持巻線に流れる零相電流（Ｎs3ｉz）とモータ巻線に流れる基本波電流（Ｎm2Ｉm）による干渉を含み、第４項は、支持巻線に流れる基本波電流（Ｎs5Ｉs）とモータ巻線に流れる零相電流（Ｎm6ｉz）による干渉を含む。式（２３）の第２項及び第３項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にすれば、零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。式（２３）の第４項では、支持巻線の３次巻線係数Ｎs3を０にしても、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm6がｉzと作用しｓｉｎωtの脈動（干渉）が生じるが、支持巻線の５次巻線係数Ｎs5とモータ巻線の３次巻線係数Ｎm6の積は小さいので、干渉の影響は小さく、モータ巻線の３次巻線係数Ｎm６を０にすることによって非干渉化も可能である。
【0184】
図２８に示す第１ベアリングレスモータ（110）において第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを変えた場合における１次、３次及び５次の各支持巻線係数Ｎs1、Ｎs3、Ｎs5の絶対値の変化は、前記第４実施形態と同様に、図２５に示される。また、各次数の支持巻線係数Ｎs(2n-1)も、前記第４実施形態と同様に、式（１６）によって算出される。
【0185】
従って、第１ベアリングレスモータ（110）が、図２８に示すＳＰＭモータである場合、図２５に示すように、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを、ラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の１／２以上（つまり６以上）、例えば８に設定することにより、３次巻線係数Ｎs3が０となり、支持力Ｆxを表す式（２２）の第２項及び第３項並びに支持力Ｆyを表す式（２３）の第２項及び第３項において零相電流の影響を除外（非干渉化）することができる。
【0186】
図３２は、本変形例の第１ベアリングレスモータ（110）として、図２８に示すＳＰＭモータの第１ラジアル支持巻線（113）を２極短節８ピッチ分布巻（２層）で構成した場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各支持巻線配置を示す。尚、図３２において、各相の支持巻線を○（○の中の×は電流の向きが紙面手前から奥に向かう方向であることを表し、・は電流の向きが紙面奥から手前に向かう方向であることを表す）で示し、対応する巻線同士には同じ番号を付している。図３２に示すように、各支持巻線配置において、対応する巻線同士の間には８個のティース部（112a）が介在しており、巻線ピッチは８に設定されている。各支持巻線は、例えば、線径０．８ｍｍの導線を８ターン巻とする。
【0187】
図３３は、図３２に示すように構成した本変形例の第１ベアリングレスモータ（110）におけるｘ軸方向の支持力Ｆx、ｙ軸方向の支持力Ｆy及び支持力干渉角のそれぞれと電気角との関係に対する零相電流ｉz（単位：Ａ）の影響を示す。図３３に示すように、零相電流ｉzを流しても、支持力Ｆx、Ｆy及び支持力干渉角に変化はみられない。従って、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを８に設定することにより、第１ラジアル支持巻線（113）の軸支持力に対する零相電流の影響を除外（非干渉化）できている。尚、図３３に示す数値は、例示として、外径１３０ｍｍ、内径６５ｍｍ、積厚２５ｍｍの固定子コア、外径６３ｍｍ、積厚２５ｍｍの回転子コアにより、図２８に示すＳＰＭモータを構成した場合の値である。固定子コア及び回転子コアの材料には３５Ｈ３６０を用い、回転子コアに埋め込む磁石には、厚さ３ｍｍのＮ４８を用いた。
【0188】
尚、以上の説明では、３次巻線係数Ｎs3が０となるように第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチを設定する場合を例示した。しかし、これに限定されず、図２５に示す各次数の支持巻線係数と巻線ピッチとの関係に基づいて、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の２／３近傍（本例では８近傍）に設定し、３次の支持巻線係数Ｎs3を最小化してもよい。或いは、第１ラジアル支持巻線（113）の巻線ピッチをラジアル支持巻線（113）の各極のスロット数の２／３近傍以上（本例では８以上）に設定し、３次の支持巻線係数Ｎs3を低減しつつ１次の支持巻線係数Ｎs1の低下を抑制してもよい。これにより、必要な軸支持力を確保しつつ零相電流の干渉を低減できる。
【0189】
（第５実施形態）
以下、第１～第４実施形態（変形例を含む。以下同じ。）の磁気軸受システム（100）が設けられた圧縮機（10）を備える冷凍装置の一例として、図３４に示す空気調和装置（1）について説明する。
以下、第１～第４実施形態（変形例を含む。以下同じ。）の磁気軸受システム（100）が設けられた圧縮機（10）を備える冷凍装置の一例として、図３４に示す空気調和装置（1）について説明する。
【0190】
空気調和装置（1）は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対象空間の空調を行う装置である。空気調和装置（1）は、冷房運転を実行可能であり、主として、圧縮機（10）と、熱源側熱交換器（3）と、膨張機構（4）と、利用側熱交換器（5）とを備える。
【0191】
圧縮機（10）は、吸入管（6）を流れる低圧の冷媒を、吸入口（11）を介して吸入し、吸入口（11）を介して吸入した冷媒を圧縮して高圧の冷媒とした後に、吐出口（12）を介して吐出管（7）へと吐出する。尚、吸入管（6）は、利用側熱交換器（5）から出た冷媒を圧縮機（10）の吸入側（吸入口（11））へと導く冷媒管であり、吐出管（7）は、圧縮機（10）から吐出口（12）を介して吐出された冷媒を熱源側熱交換器（3）の入口へと導く冷媒管である。
【0192】
圧縮機（10）は、例えば第１実施形態で述べたように、主として、駆動軸（101）と、インペラ（102,103）と、ベアリングレスモータ（110,120）とを備える。インペラ（102,103）には、駆動軸（101）からベアリングレスモータ（110,120）の駆動力が伝達され、駆動軸（101）を軸心としてインペラ（102,103）は回転する。これにより、圧縮機（10）は、吸入口（11）を介して流入する吸入冷媒を圧縮する。
【0193】
熱源側熱交換器（3）は、冷却源としての水又は空気と熱交換させることにより、圧縮機（10）から吐出された冷媒の放熱を行う冷媒の放熱器として機能する。熱源側熱交換器（3）の一端は、吐出管（7）を介して圧縮機（10）の吐出口（12）に接続される。熱源側熱交換器（3）の他端は、膨張機構（4）に接続される。
【0194】
膨張機構（4）は、熱源側熱交換器（3）で放熱された冷媒の減圧を行う機構であり、例えば、電動膨張弁から構成される。膨張機構（4）の一端は、熱源側熱交換器（3）に接続される。膨張機構（4）の他端は、利用側熱交換器（5）に接続される。
【0195】
利用側熱交換器（5）は、加熱源としての水又は空気と熱交換させることにより、膨張機構（4）で減圧された冷媒の加熱を行う冷媒の加熱器として機能する。利用側熱交換器（5）の一端は、膨張機構（4）に接続される。利用側熱交換器（5）の他端は、吸入管（6）を介して圧縮機（10）の吸入口（11）に接続される。
【0196】
以上に説明したように、空気調和装置（1）において、圧縮機（10）、熱源側熱交換器（3）、膨張機構（4）及び利用側熱交換器（5）は、吸入管（6）及び吐出管（7）を含む冷媒配管によって順次接続されることにより、冷媒が循環する経路（8）を構成する。
【0197】
本実施形態の冷凍装置（空気調和装置（1））によると、第１～第４実施形態の磁気軸受システム（100）により駆動される圧縮機（10）を用いるため、インバータのコストを抑制して、冷凍装置を低コストで製造することができる。
【0198】
（その他の実施形態）
前記実施形態（変形例を含む。以下同じ。）では、磁気軸受システム（100）を圧縮機（10）に適用する場合を例示したが、磁気軸受システム（100）の用途は特に限定されず、モータ若しくは発電機等の回転電機、又はその回転電機を備えた各種機器等に適用可能である。
前記実施形態（変形例を含む。以下同じ。）では、磁気軸受システム（100）を圧縮機（10）に適用する場合を例示したが、磁気軸受システム（100）の用途は特に限定されず、モータ若しくは発電機等の回転電機、又はその回転電機を備えた各種機器等に適用可能である。
【0199】
前記実施形態では、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108,108B）又はラジアル磁気軸受（130）の電磁石用コイル（135,136）を、ベアリングレスモータ（110,120）のモータ巻線（115,125）及びラジアル支持巻線（113,123）のうちの２つの多相巻線の中性点の間に接続した。しかし、これに限定されず、例えば図３５に示すように、２つの多相巻線のうちの一方の中性点と他方の端部との間に電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を接続してもよい。或いは、例えば図３６（ａ）、（ｂ）に示すように、多相巻線の中性点と、当該多相巻線に電力供給を行うインバータのＤＣバス中点又は１レグ中点との間に電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を接続してもよい。尚、図３５、図３６（ａ）、（ｂ）において、図２、図３に示す第１実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0200】
図３５に示す例では、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の端部（本例ではＵ相巻線の端部）と第１モータ巻線（115）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）が接続されている。ここで、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流そうとする場合、第１インバータ（114）から第１ラジアル支持巻線（113）のＵ相の巻線端部に向けて、本来のモータ駆動電流に加えてｉzfを重畳した電流ｉur_inを流す。Ｕ相の巻線端部で電流ｉur_inは分岐し、第１電磁石用コイル（106）には支持電流ｉzfが流れる。支持電流ｉzfは、第１電磁石用コイル（106）を流れた後、第１モータ巻線（115）に流れ込む。従って、第１ラジアル支持巻線（113）のラジアル支持電流（ｉur、ｉvr、ｉwr）の振幅をＩr、位相をφとして、第１モータ巻線（115）のモータ駆動電流（ｉum、ｉvm、ｉwm）の振幅をＩm、位相をβとして、
ｉur_in＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzr
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm1・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
ｉur_in＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）＋ｉzr
ｉur＝Ｉr・ｓｉｎ（φ）
ｉvr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋２π／３）
ｉwr＝Ｉr・ｓｉｎ（φ＋４π／３）
ｉum＝Ｉm・ｓｉｎ（β）－ｉzf／３
ｉvm＝Ｉm・ｓｉｎ（β＋２π／３）－ｉzf／３
ｉwm＝Ｉm1・ｓｉｎ（β＋４π／３）－ｉzf／３
となるように、インバータ（114,116）を制御すれば、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0201】
図３６（ａ）に示す例では、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点と、第１インバータ（114）のＤＣバス中点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）が接続されている。図３６（ｂ）に示す例では、第１ベアリングレスモータ（110）の第１ラジアル支持巻線（113）の中性点と、第１インバータ（114）の１レグ中点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）が接続されている。図３６（ａ）、（ｂ）に示すような構成においても、零相電流を利用して、スイッチング素子を追加することなく、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）に所定の支持電流ｉzfを流すことができる。
【0202】
前記実施形態では、スラスト磁気軸受（105,107）の電磁石用コイル（106,108,108B）又はラジアル磁気軸受（130）の電磁石用コイル（135,136）に支持電流を流すための多相巻線として、ベアリングレスモータ（110,120）の多相巻線（113,115,123,125）を用いた。しかし、これに限定されず、例えば図３７に示すような磁気軸受システム（100）を構成し、ベアリングレスモータ（110,120）の多相巻線（113,115,123,125）に代えて、通常のモータ（170）のモータ巻線（173）を用いてもよい。或いは、図３８、図３９に示すような磁気軸受システム（100）を構成し、静止器の一例であるリアクトル（180）のリアクトル巻線（181）を用いてもよい。尚、図３７～図３９において、図１～３、図８に示す第１又は第２実施形態と同様の要素には同様の符号を付している。
【0203】
図３７に示す磁気軸受システム（100）が、図８に示す第２実施形態と異なる点は、第１ベアリングレスモータ（110）に代えて、通常のモータ（170）が設けられ、モータ（170）とスラスト磁気軸受（105,107）との間に他のラジアル磁気軸受（140）が設けられることである。すなわち、図３７に示す磁気軸受システム（100）では、軸方向においてモータ（170）を挟むように２つのラジアル磁気軸受（130,140）が配置される。他のラジアル磁気軸受（140）は、ラジアル磁気軸受（130）と同様に、駆動軸（101）のラジアル荷重を非接触で支持するように構成される。他のラジアル磁気軸受（140）は、圧力容器（150）の内周壁に固定される。回転軸（101）における他のラジアル磁気軸受（140）と対向する部分（141）の径は、他の部分の径よりも太くてもよい。他のラジアル磁気軸受（140）は、複数のティース部（図示省略）を有する固定子（142）と、各ティース部に巻回された電磁石用コイル（145）とを有する。モータ（170）は、回転子（171）と固定子（172）とを有する。回転子（171）は、駆動軸（101）に固定される。固定子（172）は、圧力容器（150）の内周壁に固定される。回転子（171）のコア部には、複数の永久磁石（図示省略）が埋設される。固定子（172）は、複数のティース部（図示省略）を有し、各ティース部にはモータ巻線（173）が巻回される。モータ巻線（173）は、電力供給により回転軸（101）に回転トルクを生じさせる。モータ巻線（173）は、３相以上の多相巻線（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線）である。
【0204】
図３８、図３９に示す磁気軸受システム（100）が、図１に示す第１実施形態と異なる主な点は、圧力容器（150）の外部に、リアクトル巻線（181）を有するリアクトル（180）が設けられることである。リアクトル巻線（181）は、３相以上の多相巻線（本例では３相巻線）である。リアクトル巻線（181）の各相の巻線の一端は中性点で結線される。リアクトル巻線（181）の各相の巻線の他端には、第１モータ巻線（115）と同じく第２インバータ（116）から所定の電圧が印加される。第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）の一端はリアクトル巻線（181）の中性点に接続されると共に、第１電磁石用コイル（106）の他端は第１モータ巻線（115）の中性点に接続される。尚、リアクトル（180）は、インバータ（本例では第２インバータ（116）のみ図示）と同じく圧力容器（150）の外部に設けられる。このため、第２インバータ（116）から第１モータ巻線（115）に電圧を印加するために、圧力容器（150）の内外を電気的に接続する気密端子（191）が設けられると共に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）とリアクトル巻線（181）とを接続するために、気密端子（192）が設けられる。
【0205】
尚、リアクトル巻線（181）に代えて、他の種類の静止器（例えば変圧器）が有する多相巻線を用いてもよい。また、図３７に示す磁気軸受システム（100）にリアクトル（180）を設けて、当該リアクトル（180）のリアクトル巻線（181）の中性点と、通常のモータ（170）のモータ巻線（173）の中性点との間に、第１スラスト磁気軸受（105）の第１電磁石用コイル（106）を接続してもよい。
【0206】
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及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、以上の実施形態及び変形例は、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0207】
以上に説明したように、本開示は、磁気軸受システム、圧縮機、及び冷凍装置について有用である。
【符号の説明】
【0208】
1 空気調和装置（冷凍装置）
10 圧縮機
100 磁気軸受システム
101 回転軸
105 第１スラスト磁気軸受（磁気軸受又は他の磁気軸受）
106 第１電磁石用コイル（電磁石用コイル又は他の電磁石用コイル）
107 第２スラスト磁気軸受（磁気軸受又は他の磁気軸受）
108 第２電磁石用コイル（電磁石用コイル又は他の電磁石用コイル）
108A 第２電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
108B 第３電磁石用コイル（電磁石用コイル）
110 第１ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
113 第１ラジアル支持巻線（第１又は第２多相巻線）
115 第１モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
120 第２ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
123 第２ラジアル支持巻線（第１又は第２多相巻線）
125 第２モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
130 ラジアル磁気軸受（磁気軸受）
135 電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
136 電磁石用コイル
137 電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
150 圧力容器
173 モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
181 リアクトル巻線（第１又は第２多相巻線）
10 圧縮機
100 磁気軸受システム
101 回転軸
105 第１スラスト磁気軸受（磁気軸受又は他の磁気軸受）
106 第１電磁石用コイル（電磁石用コイル又は他の電磁石用コイル）
107 第２スラスト磁気軸受（磁気軸受又は他の磁気軸受）
108 第２電磁石用コイル（電磁石用コイル又は他の電磁石用コイル）
108A 第２電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
108B 第３電磁石用コイル（電磁石用コイル）
110 第１ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
113 第１ラジアル支持巻線（第１又は第２多相巻線）
115 第１モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
120 第２ベアリングレスモータ（ベアリングレスモータ）
123 第２ラジアル支持巻線（第１又は第２多相巻線）
125 第２モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
130 ラジアル磁気軸受（磁気軸受）
135 電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
136 電磁石用コイル
137 電磁石用コイル（他の電磁石用コイル）
150 圧力容器
173 モータ巻線（第１又は第２多相巻線）
181 リアクトル巻線（第１又は第２多相巻線）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸（101）と、電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）を有する磁気軸受（105,107,130）とを備えた磁気軸受システム（100）であって、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端が、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）と異なる少なくとも３相以上の第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点又は端部に接続される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の一端が、少なくとも３相以上の第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点に接続され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の他端が、前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）と異なる少なくとも３相以上の第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）の中性点又は端部に接続される
磁気軸受システム。
【請求項2】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせるモータ巻線（115,125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じるラジアル支持巻線（113,123）とを有するベアリングレスモータ（110,120）をさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の他方である
磁気軸受システム。
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせるモータ巻線（115,125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じるラジアル支持巻線（113,123）とを有するベアリングレスモータ（110,120）をさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記モータ巻線（115,125）及び前記ラジアル支持巻線（113,123）の他方である
磁気軸受システム。
【請求項3】
請求項２の磁気軸受システム（100）において、
前記ラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
前記ラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
【請求項4】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第１モータ巻線（115）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第１ラジアル支持巻線（113）とを有する第１ベアリングレスモータ（110）と、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第２モータ巻線（125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第２ラジアル支持巻線（123）とを有する第２ベアリングレスモータ（120）とをさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第１モータ巻線（115）及び前記第１ラジアル支持巻線（113）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第２モータ巻線（125）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の一方である
磁気軸受システム。
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第１モータ巻線（115）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第１ラジアル支持巻線（113）とを有する第１ベアリングレスモータ（110）と、
電力供給により前記回転軸（101）に回転トルクを生じさせる第２モータ巻線（125）と、電力供給により前記回転軸（101）を非接触で支持する軸支持力を生じる第２ラジアル支持巻線（123）とを有する第２ベアリングレスモータ（120）とをさらに備え、
前記第１多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第１モータ巻線（115）及び前記第１ラジアル支持巻線（113）の一方であり、
前記第２多相巻線（113,115,123,125,173,181）は、前記第２モータ巻線（125）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の一方である
磁気軸受システム。
【請求項5】
請求項４の磁気軸受システム（100）において、
前記第１ラジアル支持巻線（113）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の少なくとも一方のラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
前記第１ラジアル支持巻線（113）及び前記第２ラジアル支持巻線（123）の少なくとも一方のラジアル支持巻線（113,123）は、短節巻きで巻回され、
前記ラジアル支持巻線（113,123）の巻線ピッチは、前記ラジアル支持巻線（113,123）の各極のスロット数の１／２以上である
磁気軸受システム。
【請求項6】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）及び前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）は、同じ圧力容器（150）内に配置され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の前記一端は、前記圧力容器（150）内で前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）の前記中性点に接続される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）及び前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）は、同じ圧力容器（150）内に配置され、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,135,136）の前記一端は、前記圧力容器（150）内で前記第１多相巻線（113,115,123,125,173）の前記中性点に接続される
磁気軸受システム。
【請求項7】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力と同じ方向又は逆の方向の電磁力を前記回転軸（101）に対して発生する他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域が、前記他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）の制御帯域よりも低くなるように構成される
磁気軸受システム。
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力と同じ方向又は逆の方向の電磁力を前記回転軸（101）に対して発生する他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108,108B,136）の制御帯域が、前記他の電磁石用コイル（106,108,108A,135,137）の制御帯域よりも低くなるように構成される
磁気軸受システム。
【請求項8】
請求項７の磁気軸受システム（100）において、
前記他の電磁石用コイル（106,108）を有する他の磁気軸受（105,107）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは互いに逆の方向である
磁気軸受システム。
前記他の電磁石用コイル（106,108）を有する他の磁気軸受（105,107）をさらに備え、
前記電磁石用コイル（106,108）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（106,108）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは互いに逆の方向である
磁気軸受システム。
【請求項9】
請求項７の磁気軸受システム（100）において、
前記他の電磁石用コイル（108A,137）は、前記磁気軸受（107,130）に設けられ、
前記電磁石用コイル（108B,136）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（108A,137）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは同じ方向である
磁気軸受システム。
前記他の電磁石用コイル（108A,137）は、前記磁気軸受（107,130）に設けられ、
前記電磁石用コイル（108B,136）にはバイアス電流が供給され、
前記電磁石用コイル（108B,136）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向と、前記他の電磁石用コイル（108A,137）に通電することで前記回転軸（101）に対して発生する電磁力の方向とは同じ方向である
磁気軸受システム。
【請求項10】
請求項１の磁気軸受システム（100）において、
前記磁気軸受（105,107,130）は、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受である
磁気軸受システム。
前記磁気軸受（105,107,130）は、スラスト磁気軸受又はラジアル磁気軸受である
磁気軸受システム。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか１項の磁気軸受システム（100）を備える
圧縮機。
圧縮機。
【請求項12】
請求項１１の圧縮機（10）を備える
冷凍装置。
冷凍装置。