特許 7566218 ベアリングレスモータ制御装置、ベアリングレスモータ制御システム、および制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】ベアリングレスモータ制御装置、ベアリングレスモータ制御システム、および制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

H02P6/16

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024542386

(86)(22)【出願日】2024-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2024010540

【審査請求日】2024-07-17

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】上野 将

(72)【発明者】

【氏名】稲妻 一哉

(72)【発明者】

【氏名】林 佑磨

(72)【発明者】

【氏名】青木 成憲

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 貴英

(72)【発明者】

【氏名】戸田 星奈

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３０６７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／２２４３８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０８３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７１１６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ６／００－６／３４

２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベアリングレスモータが有する回転子の回転位置を制御する電動機コントローラと、
前記回転子の半径方向の位置である半径方向位置を制御する半径方向位置コントローラと、
を備え、
前記電動機コントローラは、前記回転子における前記回転位置の情報である回転位置情報を検出する回転位置センサから前記回転位置情報を受信し、前記回転位置情報に基づいて、前記回転子の回転位置を制御し、
前記半径方向位置コントローラは、前記回転位置センサから前記回転位置情報を受信し、前記回転子における前記半径方向位置の情報である半径方向位置情報を検出する半径方向位置センサから前記半径方向位置情報を受信し、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の半径方向位置を制御し、
前記電動機コントローラは、前記回転子の回転位置を制御できない故障を検出した場合、制御異常を示す第１の制御異常通知を、前記半径方向位置コントローラに送信し、
前記半径方向位置コントローラは、前記第１の制御異常通知を受信すると、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の回転軸の軸方向の位置を制御する、
ことを特徴とするベアリングレスモータ制御装置。

【請求項2】

前記電動機コントローラと前記半径方向位置コントローラとは、それぞれ独立したハードウェア構成を有し、前記半径方向位置コントローラは、前記電動機コントローラが実行する制御とは独立した制御を実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のベアリングレスモータ制御装置。

【請求項3】

前記半径方向位置コントローラは、前記第１の制御異常通知を受信した場合、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子が固定子から落下しないように前記回転軸の軸方向の位置を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載のベアリングレスモータ制御装置。

【請求項4】

前記半径方向位置コントローラは、前記半径方向位置を制御できない故障を検出した場合、制御異常を示す第２の制御異常通知を、前記電動機コントローラに送信し、
前記電動機コントローラは、前記第２の制御異常通知を受信すると、前記回転位置情報に基づいて、前記回転子の半径方向位置を制御する、
ことを特徴とする請求項１または３に記載のベアリングレスモータ制御装置。

【請求項5】

前記電動機コントローラは、前記第２の制御異常通知を受信した場合、前記回転子を停止する制御をする、
ことを特徴とする請求項４に記載のベアリングレスモータ制御装置。

【請求項6】

ベアリングレスモータと、
前記ベアリングレスモータが有する回転子の回転位置を制御する電動機コントローラと、
前記回転子の半径方向の位置である半径方向位置を制御する半径方向位置コントローラと、
前記回転子における前記回転位置の情報である回転位置情報を検出する回転位置センサと、
前記回転子における前記半径方向位置の情報である半径方向位置情報を検出する半径方向位置センサと、
を備え、
前記電動機コントローラは、前記回転位置センサから前記回転位置情報を受信し、前記回転位置情報に基づいて、前記回転子の回転位置を制御し、
前記半径方向位置コントローラは、前記回転位置センサから前記回転位置情報を受信し、前記半径方向位置センサから前記半径方向位置情報を受信し、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の半径方向位置を制御し、
前記電動機コントローラは、前記回転子の回転位置を制御できない故障を検出した場合、制御異常を示す第１の制御異常通知を、前記半径方向位置コントローラに送信し、
前記半径方向位置コントローラは、前記第１の制御異常通知を受信すると、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の回転軸の軸方向の位置を制御する、
ことを特徴とするベアリングレスモータ制御システム。

【請求項7】

ベアリングレスモータが有する回転子の回転位置の情報である回転位置情報を検出する回転位置センサから前記回転位置情報を受信する第１の受信ステップと、
前記回転子の半径方向の位置の情報である半径方向位置情報を検出する半径方向位置センサから前記半径方向位置情報を受信する第２の受信ステップと、
前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の半径方向位置を制御する第１の制御ステップと、
電動機コントローラから、前記電動機コントローラが前記回転子の回転位置を制御できない故障を検出したことを示す制御異常通知を受信すると、前記回転位置情報および前記半径方向位置情報に基づいて、前記回転子の回転軸の軸方向の位置を制御する第２の制御ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ベアリングレスモータを制御するベアリングレスモータ制御装置、ベアリングレスモータ制御システム、および制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ベアリングレスモータを制御するベアリングレスモータ制御装置は、回転子の回転方向の駆動を制御する電動機コントローラと、回転子の半径方向の位置（回転軸の支持）を制御する半径方向位置コントローラとで構成されている。ベアリングレスモータ制御装置では、回転子の回転方向の駆動を制御する処理と、回転子の半径方向の位置を制御する処理とが協調して実行される必要がある。

【0003】

このため、半径方向位置コントローラは、電動機コントローラのインバータが出力する回転磁界の回転角度位置（磁束の指令値）に基づいて、回転子の半径方向の位置を制御する電流を決定することで、電動機コントローラとの間で協調処理を行っていた。

【0004】

特許文献１に記載のベアリングレス回転機システムは、半径方向位置コントローラが、電動機コントローラによる制御によってトルクを発生させる巻線の端子電圧および電流に基づいて回転磁界の回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置に基づいて回転子の半径方向の位置を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－２５８２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１の技術では、電動機コントローラが故障した場合、半径方向位置コントローラは、トルクを発生させる巻線から正確な端子電圧および電流を検出することができず、回転子の半径方向の位置を制御できなくなるという問題があった。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機コントローラが故障した場合であっても回転子の半径方向の位置を制御できるベアリングレスモータ制御装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のベアリングレスモータ制御装置は、ベアリングレスモータが有する回転子の回転位置を制御する電動機コントローラと、回転子の半径方向の位置である半径方向位置を制御する半径方向位置コントローラと、を備える。電動機コントローラは、回転子における回転位置の情報である回転位置情報を検出する回転位置センサから回転位置情報を受信し、回転位置情報に基づいて、回転子の回転位置を制御する。半径方向位置コントローラは、回転位置センサから回転位置情報を受信し、回転子における半径方向位置の情報である半径方向位置情報を検出する半径方向位置センサから半径方向位置情報を受信し、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子の半径方向位置を制御する。電動機コントローラは、回転子の回転位置を制御できない故障を検出した場合、制御異常を示す第１の制御異常通知を、半径方向位置コントローラに送信し、半径方向位置コントローラは、第１の制御異常通知を受信すると、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子の回転軸の軸方向の位置を制御する。

【発明の効果】

【0009】

本開示にかかるベアリングレスモータ制御装置は、電動機コントローラが故障した場合であっても回転子の半径方向の位置を制御できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１にかかるベアリングレスモータ制御システムの構成を示す図

【図2】実施の形態１にかかるベアリングレスモータの構成を示す図

【図3】実施の形態１にかかる半径方向位置コントローラの構成を示す図

【図4】実施の形態１にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の処理手順を示すフローチャート

【図5】実施の形態１にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の処理手順を示すフローチャート

【図6】実施の形態２にかかるベアリングレスモータ制御システムの構成を示す図

【図7】実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラの構成を示す図

【図8】実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の第１例の処理手順を示すフローチャート

【図9】実施の形態２にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の第１例の処理手順を示すフローチャート

【図10】実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の第２例の処理手順を示すフローチャート

【図11】実施の形態２にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の第２例の処理手順を示すフローチャート

【図12】実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図

【図13】実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本開示の実施の形態にかかるベアリングレスモータ制御装置、ベアリングレスモータ制御システム、および制御プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるベアリングレスモータ制御システムの構成を示す図である。ベアリングレスモータ制御システム１Ａは、ベアリングレスモータ３０を制御するシステムである。

【0013】

ベアリングレスモータ制御システム１Ａは、ベアリングレスモータ制御装置２Ａと、ベアリングレスモータ３０と、回転位置センサ３１と、半径方向位置センサ３２とを備えている。

【0014】

ベアリングレスモータ制御装置２Ａは、ベアリングレスモータ３０を制御するコンピュータである。ベアリングレスモータ制御装置２Ａは、半径方向位置コントローラ（駆動軸支持アンプ）１０Ａと、電動機コントローラ（駆動軸回転アンプ）２０とを有している。

【0015】

半径方向位置コントローラ１０Ａと、電動機コントローラ２０とは、独立したハードウェア構成となっている。すなわち、半径方向位置コントローラ１０Ａは、電動機コントローラ２０が実行する制御とは、独立した制御を実行する。半径方向位置コントローラ１０Ａと電動機コントローラ２０とは、独立したハードウェア構成となっているので、電動機コントローラ２０が故障した場合であっても、半径方向位置コントローラ１０Ａは、電動機コントローラ２０とは独立して動作を継続する。半径方向位置コントローラ１０Ａと、電動機コントローラ２０とは、異なる筐体に配置されてもよいし、異なる基板上に配置されてもよい。

【0016】

ベアリングレスモータ３０は、機械的軸受であるベアリングを用いずに磁気力によって非接触でベアリングレスモータ３０が具備する回転軸を支持するモータである。以下、ベアリングレスモータ３０が具備する回転軸を、単に回転軸という場合がある。

【0017】

ベアリングレスモータ３０は、半径方向位置コントローラ１０Ａおよび電動機コントローラ２０に接続されている。ベアリングレスモータ３０には、回転位置センサ３１および半径方向位置センサ３２が配置されている。

【0018】

回転位置センサ３１は、ベアリングレスモータ３０が有する回転子（後述する回転子３６）における回転位置（回転角度位置）の情報である回転位置情報を検出する。回転位置情報は、回転子３６の回転軸の回転位置を示す情報であってもよいし、回転磁界の位置を示す情報であってもよい。

【0019】

回転位置センサ３１は、半径方向位置コントローラ１０Ａおよび電動機コントローラ２０に接続されている。このように、実施の形態１のベアリングレスモータ制御システム１Ａは、回転位置情報を検出する回転位置センサ３１が、半径方向位置コントローラ１０Ａと電動機コントローラ２０との両方に接続されている。回転位置センサ３１は、検出した回転位置情報を半径方向位置コントローラ１０Ａおよび電動機コントローラ２０に送信する。

【0020】

半径方向位置センサ３２は、ベアリングレスモータ３０が有する回転子（後述する回転子３６）の固定子３５に対する半径方向の位置の情報である半径方向位置情報を検出する。回転子３６の半径方向は、回転軸に垂直な平面（後述するＸＹ平面）に平行な方向である。したがって、半径方向位置は、ＸＹ平面に平行な面内におけるＸ座標およびＹ座標で示される。半径方向位置センサ３２は、半径方向位置コントローラ１０Ａに接続されている。半径方向位置センサ３２は、検出した半径方向位置情報を半径方向位置コントローラ１０Ａに送信する。

【0021】

電動機コントローラ２０は、ベアリングレスモータ３０が備える巻線（図示せず）のうち、回転軸の回転方向に力（トルク）を発生させる巻線（トルク発生巻線）（図示せず）に接続されている。電動機コントローラ２０は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信する。

【0022】

電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０が具備する回転子３６の回転軸の回転動作を制御する。すなわち、電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の回転軸の回転位置（回転方向位置）を制御する。電動機コントローラ２０は、回転軸の回転位置を制御するための電流をトルク発生巻線に出力する。

【0023】

半径方向位置コントローラ１０Ａは、ベアリングレスモータ３０が備える巻線のうち、回転子３６の半径方向に力を発生させる巻線（半径方向力発生巻線）に接続されている。半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信し、半径方向位置センサ３２から半径方向位置情報を受信する。

【0024】

半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６の固定子３５に対する半径方向位置を制御する。半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転子３６の半径方向の位置を制御するための電流を半径方向力発生巻線に出力する。このように、ベアリングレスモータ制御システム１Ａでは、回転軸の回転位置と、回転子３６の半径方向位置とが制御される。

【0025】

実施の形態１では、半径方向位置コントローラ１０Ａが、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信しているので、電動機コントローラ２０が故障して電動機コントローラ２０が回転位置を制御できなくなった場合であっても、半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転子３６の半径方向位置の制御を継続することができる。

【0026】

ところで、従来の電動機コントローラのように、電動機コントローラが回転位置情報を半径方向位置コントローラに提供する場合、従来の電動機コントローラは、回転位置情報を半径方向位置コントローラに提供できるコントローラである必要がある。実施の形態１では、電動機コントローラ２０は、回転位置情報を半径方向位置コントローラ１０Ａに提供しなくてもよいので、電動機コントローラ２０はベアリングを有したモータに適用されるコントローラであってもよい。すなわち、電動機コントローラ２０は、ベアリングレスモータ３０専用のコントローラでなくてもよい。

【0027】

なお、回転位置情報が回転磁界の位置を示す情報である場合、電動機コントローラ２０および半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置情報に基づいて、回転磁界の位置に対応する回転位置を算出する。

【0028】

図２は、実施の形態１にかかるベアリングレスモータの構成を示す図である。なお、以下では、ベアリングレスモータ３０の回転軸Ｃ１の軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な２つの軸であって互いに直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。図２では、ベアリングレスモータ３０をＸＹ平面に平行な面で切断してＺ軸方向から見た場合のベアリングレスモータ３０の断面図を示している。

【0029】

ベアリングレスモータ３０は、固定子（ベアリングレスモータ固定子）３５と、回転子（ベアリングレスモータ回転子）３６とを備えている。固定子３５および回転子３６は、Ｚ軸方向から見た場合、回転軸Ｃ１を同心円とした円環状となっている。すなわち、固定子３５および回転子３６は、ＸＹ平面に平行な面で切断した場合の断面形状が円環状である。固定子３５および回転子３６は、Ｚ軸方向に延設された筒状をなしている。

【0030】

固定子３５は、回転子３６を囲う位置に配置されている。固定子３５および回転子３６は、固定子３５のＺ軸方向に延びる内壁面と、回転子３６のＺ軸方向に延びる外壁面とが対向するように配置されている。

【0031】

電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて回転軸Ｃ１の回転位置を制御することで、回転軸Ｃ１のＸＹ平面内における回転角度（角度θ）を制御する。電動機コントローラ２０は、トルク発生巻線に回転位置情報に応じた電流を出力することで、回転子３６（すなわち回転軸Ｃ１）の回転位置を制御する。

【0032】

また、電動機コントローラ２０は、回転子３６に対してＺ軸方向に力を発生させることが可能な構成となっている。電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。電動機コントローラ２０は、トルク発生巻線に回転位置情報に応じた電流を出力することで、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。電動機コントローラ２０が発生させるＺ軸方向の力は、回転子３６に重力方向（Ｚ軸方向）に負荷がかかった場合であっても、回転子３６を固定子３５から落下させない役割がある。

【0033】

電動機コントローラ２０は、ベアリングレスモータ３０に対して弱め磁束制御または強め磁束制御を実行することで、回転子３６のＺ軸方向の位置（回転軸Ｃ１の軸方向の位置）を制御する。電動機コントローラ２０は、トルク発生巻線に出力する電流の大きさを制御することで弱め磁束制御および強め磁束制御を実行する。

【0034】

半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信し、半径方向位置センサ３２から半径方向位置情報（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置）を受信する。半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を制御する。半径方向位置コントローラ１０Ａは、半径方向力発生巻線に、回転位置情報および半径方向位置情報に応じた電流を出力することで、回転子３６のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を制御する。

【0035】

図３は、実施の形態１にかかる半径方向位置コントローラの構成を示す図である。半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置入力部１１と、半径方向位置入力部１２と、制御部１３とを備えている。

【0036】

回転位置入力部１１は、回転位置センサ３１に接続され、半径方向位置入力部１２は、半径方向位置センサ３２に接続されている。制御部１３は、ベアリングレスモータ３０に接続されている。

【0037】

回転位置入力部１１は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受け付けて制御部１３に送る。半径方向位置入力部１２は、半径方向位置センサ３２から半径方向位置情報を受け付けて制御部１３に送る。

【0038】

制御部１３は、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の半径方向位置を制御する。制御部１３は、ベアリングレスモータ３０の半径方向位置が、回転位置情報および半径方向位置情報に応じた位置となるように、ベアリングレスモータ３０の半径方向位置を制御する。制御部１３は、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６が固定子３５に接触しないように、回転子３６のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を制御する。

【0039】

図４は、実施の形態１にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の処理手順を示すフローチャートである。半径方向位置コントローラ１０Ａの回転位置入力部１１は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信する（ステップＳ１１０）。半径方向位置コントローラ１０Ａの半径方向位置入力部１２は、半径方向位置センサ３２から半径方向位置情報を受信する（ステップＳ１２０）。半径方向位置コントローラ１０Ａの制御部１３は、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の半径方向位置を制御する（ステップＳ１３０）。

【0040】

図５は、実施の形態１にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の処理手順を示すフローチャートである。電動機コントローラ２０は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信する（ステップＳ２１０）。電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の回転位置を制御する（ステップＳ２２０）。

【0041】

ベアリングレスモータ制御システム１Ａでは、電動機コントローラ２０が故障して電動機コントローラ２０が回転位置を制御できなくなる場合がある。例えば、電動機コントローラ２０が備えるインバータ（図示せず）が故障し、電動機コントローラ２０が、トルク発生巻線に回転位置を制御するための電流を出力できない場合がある。このような場合であっても、実施の形態１では、半径方向位置コントローラ１０Ａが、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信している。このため、電動機コントローラ２０が回転位置を制御できなくなった場合であっても、半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転軸Ｃ１の半径方向位置の制御を継続することができる。

【0042】

このように実施の形態１によれば、半径方向位置コントローラ１０Ａが、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信しているので、電動機コントローラ２０が故障した場合であっても、半径方向位置コントローラ１０Ａは、回転位置センサ３１から受信した回転位置情報に基づいて、回転軸Ｃ１の半径方向位置の制御を継続できる。これにより、半径方向位置コントローラ１０Ａは、ベアリングレスモータ３０が備える固定子３５と回転子３６とが接触することを防止することができるので、ベアリングレスモータ３０が損傷することを防止できる。

【0043】

また、半径方向位置コントローラ１０Ａは、ベアリングレスモータ３０が損傷することを防止できるので、損傷によるパーティクルの発生を防止でき、ベアリングレスモータ３０が汚染されることを防止できる。また、ベアリングレスモータ制御システム１Ａに対しては、電動機コントローラ２０が故障した場合に、電動機コントローラ２０の交換のみでベアリングレスモータ３０を再利用できる。

【0044】

実施の形態２．
つぎに、図６から図１１を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、半径方向位置コントローラ（後述する半径方向位置コントローラ１０Ｂ）と電動機コントローラ２０との間で制御異常を通知し合う。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、制御異常を受け付けた場合、回転位置センサ３１から受信した回転位置情報に基づいて、回転子３６が固定子３５から落下することを防止する。また、電動機コントローラ２０は、制御異常を受け付けた場合、回転位置センサ３１から受信した回転位置情報に基づいて、回転子３６が固定子３５に接触することを防止する。

【0045】

図６は、実施の形態２にかかるベアリングレスモータ制御システムの構成を示す図である。図６の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のベアリングレスモータ制御システム１Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

【0046】

実施の形態２のベアリングレスモータ制御システム１Ｂは、ベアリングレスモータ制御システム１Ａと同様に、ベアリングレスモータ３０を制御するシステムである。ベアリングレスモータ制御システム１Ｂは、ベアリングレスモータ制御システム１Ａと比較して、ベアリングレスモータ制御装置２Ａの代わりにベアリングレスモータ制御装置２Ｂを備えている。

【0047】

ベアリングレスモータ制御装置２Ｂは、半径方向位置コントローラ１０Ｂと、電動機コントローラ２０と、異常通信線４１とを有している。ベアリングレスモータ制御システム１Ｂでも、ベアリングレスモータ制御システム１Ａと同様に、半径方向位置コントローラ１０Ｂと、電動機コントローラ２０とは、独立したハードウェア構成となっている。すなわち、半径方向位置コントローラ１０Ｂは、電動機コントローラ２０が実行する制御とは、独立した制御を実行する。

【0048】

異常通信線４１は、半径方向位置コントローラ１０Ｂと電動機コントローラ２０とを接続する通信線である。異常通信線４１を用いた通信は、何れの通信方法であってもよい。異常通信線４１を用いた通信は、例えば、汎用ＩＯ（Input Output）を用いた通信であってもよいし、各種ネットワークを用いた通信であってもよい。

【0049】

電動機コントローラ２０は、電動機コントローラ２０が回転位置を制御できなくなるような制御異常が発生した際に、異常通信線４１を介して、半径方向位置コントローラ１０Ｂに異常を通知する。

【0050】

半径方向位置コントローラ１０Ｂは、半径方向力発生巻線を介してＺ軸方向に力を発生させることが可能な構成となっている。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、ベアリングレスモータ３０に対して弱め磁束制御または強め磁束制御を実行することで、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。

【0051】

半径方向位置コントローラ１０Ｂは、電動機コントローラ２０から制御異常を示す制御異常通知（第１の制御異常通知）を受信すると、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６に対し、ＸＹ平面内の位置の制御と、回転子３６の軸方向（Ｚ軸方向）の位置の制御とを実行する。

【0052】

図７は、実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラの構成を示す図である。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、回転位置入力部１１と、半径方向位置入力部１２と、制御部１３と、通信部１４を備えている。

【0053】

通信部１４は、異常通信線４１に接続されている。通信部１４は、異常通信線４１から送信されてくる制御異常通知を受信して制御部１３に送る。制御部１３は、制御異常通知を受け付けると、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置を制御する。

【0054】

制御部１３は、ベアリングレスモータ３０に対して弱め磁束制御または強め磁束制御を実行することで、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。制御部１３は、半径方向力発生巻線に出力する電流の大きさを制御することで弱め磁束制御および強め磁束制御を実行する。

【0055】

例えば、Ｚ軸方向が鉛直方向である場合に、電動機コントローラ２０が回転位置を制御できなくなるような制御異常が発生すると、回転子３６が、固定子３５から落下する場合がある。実施の形態２の制御部１３は、制御異常通知を受け付けると、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御するので、回転子３６が固定子３５から落下することを防止できる。このように、ベアリングレスモータ制御システム１Ｂは、フェールセーフにて回転子３６の落下を防止できる。

【0056】

なお、制御部１３は、Ｚ軸方向が水平方向である場合には、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御しなくてもよい。制御部１３は、Ｚ軸方向が水平方向以外の方向である場合に、制御異常通知を受け付けると、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。ただし、制御部１３は、Ｚ軸方向が水平方向である場合でも、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御してもよい。

【0057】

このように、電動機コントローラ２０が、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御できなくなった場合には、半径方向位置コントローラ１０Ｂが、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御するので、回転子３６の落下を防止できる。

【0058】

また、半径方向位置コントローラ１０Ｂは、半径方向位置を制御できなくなるような制御異常が発生した際に、異常通信線４１を介して、電動機コントローラ２０に異常を通知する。この場合、半径方向位置コントローラ１０Ｂの通信部１４が、異常通信線４１を介して、制御異常通知（第２の制御異常通知）を電動機コントローラ２０に送信する。電動機コントローラ２０は、半径方向位置コントローラ１０Ｂから異常を受信したら、回転を停止する制御をする。すなわち、電動機コントローラ２０は、半径方向位置コントローラ１０Ｂによるベアリングレスモータ３０の半径方向位置を制御ができない場合に、速やかに回転子３６の回転を停止するように制御する。

【0059】

このように、ベアリングレスモータ制御装置２Ｂでは、半径方向位置コントローラ１０Ｂと電動機コントローラ２０とは、自装置の故障を検出した際には、他方の装置に制御異常通知を送信する。

【0060】

ここで、半径方向位置コントローラ１０Ｂが、電動機コントローラ２０から制御異常通知を受信した場合の処理、および、電動機コントローラ２０が、制御異常を検出して半径方向位置コントローラ１０Ｂに制御異常通知を送信する場合の処理について説明する。

【0061】

図８は、実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の第１例の処理手順を示すフローチャートである。半径方向位置コントローラ１０Ｂの回転位置入力部１１は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信する（ステップＳ３１０）。半径方向位置コントローラ１０Ｂの半径方向位置入力部１２は、半径方向位置センサ３２から半径方向位置情報を受信する（ステップＳ３２０）。半径方向位置コントローラ１０Ｂの制御部１３は、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の半径方向位置を制御する（ステップＳ３３０）。

【0062】

制御部１３は、電動機コントローラ２０から制御異常通知を受信したか否かを判定する（ステップＳ３４０）。制御異常通知を受信していない場合（ステップＳ３４０、Ｎｏ）、半径方向位置コントローラ１０Ｂは、ステップＳ３１０～Ｓ３３０の処理を繰り返す。

【0063】

制御異常通知を受信した場合（ステップＳ３４０、Ｙｅｓ）、半径方向位置コントローラ１０Ｂの制御部１３は、回転位置センサ３１から受信した回転位置情報に基づいて、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する（ステップＳ３５０）。

【0064】

なお、半径方向位置コントローラ１０Ｂの制御部１３は、電動機コントローラ２０から制御異常通知を受信した場合であっても、ステップＳ３１０～Ｓ３３０の処理を継続するものとする。

【0065】

図９は、実施の形態２にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の第１例の処理手順を示すフローチャートである。電動機コントローラ２０は、回転位置センサ３１から回転位置情報を受信する（ステップＳ４１０）。電動機コントローラ２０は、回転位置情報に基づいて、ベアリングレスモータ３０の回転位置を制御する（ステップＳ４２０）。

【0066】

電動機コントローラ２０は、制御異常を検出したか否かを判定する（ステップＳ４３０）。制御異常を検出していない場合（ステップＳ４３０、Ｎｏ）、電動機コントローラ２０は、ステップＳ４１０，Ｓ４２０の処理を繰り返す。

【0067】

制御異常を検出した場合（ステップＳ４３０、Ｙｅｓ）、電動機コントローラ２０は、制御異常通知を半径方向位置コントローラ１０Ｂに送信する（ステップＳ４４０）。

【0068】

つぎに、半径方向位置コントローラ１０Ｂが、制御異常を検出して電動機コントローラ２０に制御異常通知を送信する場合の処理、および、電動機コントローラ２０が、半径方向位置コントローラ１０Ｂから制御異常通知を受信した場合の処理について説明する。

【0069】

図１０は、実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが半径方向位置を制御する処理の第２例の処理手順を示すフローチャートである。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、図８で説明したステップＳ３１０～Ｓ３３０と同様の処理を実行する。

【0070】

半径方向位置コントローラ１０Ｂは、図９で説明した電動機コントローラ２０が実行するステップＳ４３０，Ｓ４４０と同様の処理を実行する。すなわち、半径方向位置コントローラ１０Ｂの制御部１３は、制御異常を検出したか否かを判定する（ステップＳ３６０）。制御異常を検出していない場合（ステップＳ３６０、Ｎｏ）、制御部１３は、ステップＳ３１０～Ｓ３３０の処理を繰り返す。

【0071】

制御異常を検出した場合（ステップＳ３６０、Ｙｅｓ）、半径方向位置コントローラ１０Ｂの通信部１４は、制御異常通知を電動機コントローラ２０に送信する（ステップＳ３７０）。

【0072】

図１１は、実施の形態２にかかる電動機コントローラが回転位置を制御する処理の第２例の処理手順を示すフローチャートである。電動機コントローラ２０は、図９で説明したステップＳ４１０，Ｓ４２０と同様の処理を実行する。

【0073】

電動機コントローラ２０は、半径方向位置コントローラ１０Ｂから制御異常通知を受信したか否かを判定する（ステップＳ４５０）。制御異常通知を受信していない場合（ステップＳ４５０、Ｎｏ）、電動機コントローラ２０は、ステップＳ４１０，Ｓ４２０の処理を繰り返す。

【0074】

制御異常通知を受信した場合（ステップＳ４５０、Ｙｅｓ）、電動機コントローラ２０は、回転子３６の回転を停止する制御をする（ステップＳ４６０）。

【0075】

このように、ベアリングレスモータ制御システム１Ｂでは、電動機コントローラ２０が回転子３６のＺ軸方向の位置を制御できない場合、制御異常通知を半径方向位置コントローラ１０Ｂに送信する。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、制御異常通知を受信すると、回転子３６が固定子３５から落下しないように、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御する。

【0076】

また、ベアリングレスモータ制御システム１Ｂでは、半径方向位置コントローラ１０Ｂが回転子３６のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を制御できない場合、制御異常通知を電動機コントローラ２０に送信する。電動機コントローラ２０は、制御異常通知を受信すると、回転子３６の回転を停止する制御をする。

【0077】

このように実施の形態２によれば、電動機コントローラ２０が制御異常通知を半径方向位置コントローラ１０Ｂに送信するので、電動機コントローラ２０に制御異常があった場合に、半径方向位置コントローラ１０Ｂは、回転子３６のＺ軸方向の位置を制御することで、回転子３６が固定子３５から落下しないフェールセーフ動作を実現できる。

【0078】

また、半径方向位置コントローラ１０Ｂが制御異常通知を電動機コントローラ２０に送信するので、半径方向位置コントローラ１０Ｂに制御異常があった場合に、電動機コントローラ２０は、回転子３６の回転を停止するように制御することで、半径方向の位置を制御できない状態で回転子３６が回転し固定子３５と接触して破損することを抑制するフェールセーフ動作を実現できる。

【0079】

また、ベアリングレスモータ制御システム１Ｂに対しては、電動機コントローラ２０が故障した場合に、電動機コントローラ２０の交換のみでベアリングレスモータ３０を再利用できる。また、ベアリングレスモータ制御システム１Ｂに対しては、半径方向位置コントローラ１０Ｂが故障した場合に、半径方向位置コントローラ１０Ｂの交換のみでベアリングレスモータ３０を再利用できる。

【0080】

つぎに、半径方向位置コントローラ１０Ａ，１０Ｂおよび電動機コントローラ２０のハードウェア構成について説明する。なお、半径方向位置コントローラ１０Ａ，１０Ｂおよび電動機コントローラ２０は、同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは、半径方向位置コントローラ１０Ｂのハードウェア構成について説明する。半径方向位置コントローラ１０Ｂは、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

【0081】

図１２は、実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図である。図１２に示す処理回路９０は、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは制御プログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶された制御プログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、半径方向位置コントローラ１０Ｂの処理が結果的に実行されることになる制御プログラムを格納するためのメモリ９２を備える。この制御プログラムは、処理回路９０により実現される各機能を半径方向位置コントローラ１０Ａ，１０Ｂに実行させるためのプログラムであるともいえる。この制御プログラムは、制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

【0082】

上記制御プログラムは、図４のステップＳ１１０～Ｓ１３０の処理、図８のステップＳ３１０～Ｓ３５０の処理または図１０のステップＳ３１０～Ｓ３３０，Ｓ３６０，Ｓ３７０の処理を半径方向位置コントローラ１０Ａ，１０Ｂに実行させるプログラムであるとも言える。ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

【0083】

なお、半径方向位置コントローラ１０Ａまたは半径方向位置コントローラ１０Ａ，１０Ｂが実行する制御プログラム（半径方向位置制御プログラム）と、電動機コントローラ２０が実行する制御プログラム（電動機制御プログラム）とは、１組の制御プログラム（ベアリングレスモータ制御プログラム）として作成されてもよい。この場合、ベアリングレスモータ制御プログラムのうちの半径方向位置制御プログラムが、半径方向位置コントローラ１０Ａまたは半径方向位置コントローラ１０Ｂに適用され、電動機制御プログラムが、電動機コントローラ２０に適用される。

【0084】

図１３は、実施の形態２にかかる半径方向位置コントローラが備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図である。図１３に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

【0085】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0086】

１Ａ，１Ｂ ベアリングレスモータ制御システム、２Ａ，２Ｂ ベアリングレスモータ制御装置、１０Ａ，１０Ｂ 半径方向位置コントローラ、１１ 回転位置入力部、１２ 半径方向位置入力部、１３ 制御部、１４ 通信部、２０ 電動機コントローラ、３０ ベアリングレスモータ、３１ 回転位置センサ、３２ 半径方向位置センサ、３５ 固定子、３６ 回転子、４１ 異常通信線、９０，９３ 処理回路、９１ プロセッサ、９２ メモリ、Ｃ１ 回転軸。

【要約】

ベアリングレスモータ制御装置（１Ａ）は、ベアリングレスモータ（３０）が有する回転子の回転位置を制御する電動機コントローラ（２０）と、回転子の半径方向の位置である半径方向位置を制御する半径方向位置コントローラ（１０Ａ）とを備え、電動機コントローラ（２０）は、回転子における回転位置の情報である回転位置情報を検出する回転位置センサ（３１）から回転位置情報を受信し、回転位置情報に基づいて、回転子の回転位置を制御し、半径方向位置コントローラ（１０Ａ）は、回転位置センサ（３１）から回転位置情報を受信し、回転子における半径方向位置の情報である半径方向位置情報を検出する半径方向位置センサ（３２）から半径方向位置情報を受信し、回転位置情報および半径方向位置情報に基づいて、回転子の半径方向位置を制御する。

【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】