JP6509347B2 - 回転電機及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転電機及び空気調和装置に関する。

回転電機は、装置の動力源として使用される。回転電機は、回転子の位置に基づいて制御されるものがある。このような回転電機には、特許文献１及び特許文献２に示されるように、回転子の位置を検出するためのセンサ及び検出用の磁石を備えたものがある。

特開２０００−３３３４２８号公報 特開２０１２−２０５３５５号公報

特許文献１に記載された技術は、回転軸の方向から見ると、回転子に埋め込まれた永久磁石と、位置検出用の磁石とが重なっているため、位置検出用の磁石は永久磁石の漏れ磁束の影響を受けて、センサの検出精度が低下する可能性がある。特許文献２に記載された技術は、回転子の径方向外側から見ると、回転子に埋め込まれた永久磁石と、位置検出用の磁石とが重なっているため、位置検出用の磁石は永久磁石の磁束の影響を受けて、センサの検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、永久磁石を備えた回転子の位置を検出する際の精度の低下を抑制できる回転電機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、回転子コアと、複数の第１磁石と、第２磁石と、固定子とを含む。回転子コアは、回転軸を中心として回転する。第１磁石は、回転子コアの周方向に並んで配置され、かつ回転子コアに埋め込まれる。第２磁石は、回転子コアの周方向に並んで複数の磁極を有し、回転軸が延在する方向において回転子コアの端面に配置され、かつ複数の磁極の全領域が、回転軸と直交する方向において複数の第１磁石の全領域よりも外側の位置に配置される。固定子は、回転軸と直交する方向において、回転子コアの外側に設けられる。

本発明によれば、永久磁石を備えた回転子の位置を検出する際の精度の低下を抑制できる回転電機を得ることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る回転電機の斜視図 実施の形態１に係る回転電機を回転軸と平行かつ回転軸を通る平面で切った状態を示す断面図 実施の形態１に係る回転電機が備える回転子の斜視図 実施の形態１に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図 実施の形態１に係る回転子コアを第２端面側から見た平面図 実施の形態１に係る位置検出用磁石の平面図 実施の形態１に係る位置検出用磁石の斜視図 図４のＡ−Ａ矢視図 センサが検出した位置検出用磁石の磁束密度の波形を示す図 位置検出用磁石の磁束と駆動用永久磁石の磁束とを示す図 位置検出用磁石の磁束と駆動用永久磁石の磁束とを示す図 実施の形態１の変形例に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図 実施の形態２に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図 実施の形態２に係る位置検出用磁石を示す平面図 位置検出用磁石の磁束密度の波形を示す図 実施の形態３に係る空気調和装置を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機用回転子、回転電機及び空気調和装置を図面に基づいて詳細に説明する。以下に示される実施の形態により本発明が限定されるものではない。以下の実施の形態において、回転電機は固定子コアに電線が巻き付けされた固定子を備えていればよく、種類は限定されるものではない。また、回転電機はモータ、すなわち動力を発生させる装置に限定されるものではなく、電力を発生する発電機であってもよい。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る回転電機を回転軸と平行かつ回転軸を通る平面で切った状態を示す断面図である。図１に示されるように、回転電機１は、筐体２と、シャフト３とを備えている。図２に示されるように、筐体２は、シャフト３を支持する一対の軸受４Ｔ，４Ｂ、固定子６、回転電機用回転子である回転子１０及びセンサ９を収納する。回転子１０は、シャフト３が取り付けられた回転子コア５と、回転子コア５に埋め込まれた第１磁石である駆動用永久磁石７と、回転子コア５の端面に配置された第２磁石である位置検出用磁石８とを含む。シャフト３及び回転子１０は、回転軸Ｚｒを中心として回転する。以下において、軸Ｚｒを適宜回転軸Ｚｒと称する。

筐体２は、筒状の側部２Ｓと、側部２Ｓの一端に取り付けられる第１フランジ２Ｔと、側部２Ｓの他端に取り付けられる第２フランジ２Ｂとを有する。側部２Ｓは、図２に示されるように、シャフト３及び回転子１０の回転軸Ｚｒと平行な方向に貫通する貫通孔２ＳＨを有する。実施の形態１において、側部２Ｓは、円柱形状であるが、側部２Ｓの形状は円柱形状に限定されない。

側部２Ｓは、内面２ＳＩに固定子６が取り付けられる。側部２Ｓの内面２ＳＩは、回転軸Ｚｒと直交する平面で切ったときの断面が円形である。固定子６は、側部２Ｓの貫通孔２ＳＨに配置される。固定子６は、回転軸Ｚｒと直交する方向ＤＲにおいて、回転子１０が有する回転子コア５の外側に設けられる。回転子１０は、回転軸Ｚｒと直交する方向ＤＲにおいて、固定子６の内側に配置される。側部２Ｓの貫通孔２ＳＨは、側部２Ｓの一方の端部に取り付けられた第１フランジ２Ｔと他方の端部に取り付けられた第２フランジ２Ｂとによって閉じられる。このような構造により、固定子６及び回転子１０は、側部２Ｓと、第１フランジ２Ｔと、第２フランジ２Ｂとで囲まれる空間、すなわち貫通孔２ＳＨ内に収納される。

第１フランジ２Ｔは、回転子コア５が取り付けられたシャフト３が貫通する貫通孔２ＴＨを有している。第１フランジ２Ｔの貫通孔２ＴＨには、軸受４Ｔが取り付けられている。第２フランジ２Ｂには、軸受４Ｂが取り付けられている。前述したように、シャフト３の一端部と他端部とは一対の軸受４Ｔ，４Ｂによって支持されているので、シャフト３及び回転子１０は、一対の軸受４Ｔ，４Ｂを介して第１フランジ２Ｔと第２フランジ２Ｂとによって支持される。実施の形態１において、一対の軸受４Ｔ，４Ｂは玉軸受であるが、これには限定されない。

第１フランジ２Ｔは、回転電機１のシャフト３が突出する側の部材である。第２フランジ２Ｂには、回転電機１の固定子６に電力を供給するための端子及びセンサ９の出力を回転電機１の外部に取り出すための端子が取り付けられる。

センサ９は、第２フランジ２Ｂの回転子１０と対向する側に取り付けられる。センサ９は、磁気センサであり、実施の形態１ではホール素子である。センサ９は、ホール素子に限定されない。センサ９は、位置検出用磁石８からの磁束を検出する。

回転電機１の回転子１０は、永久磁石埋込型（Interior Permanent Magnet：ＩＰＭ）である。すなわち、回転子１０は、回転子コア５に駆動用永久磁石７が埋め込まれた形式である。回転子１０は、駆動用永久磁石７からの磁束及び固定子６からの磁束によりトルクを発生し、回転軸Ｚｒの周りを回転する。位置検出用磁石８は、回転子１０の位置を検出するために用いられる。制御装置２０は、回転電機１を制御する。制御装置２０は、センサ９によって検出された位置検出用磁石８からの磁束を用いて回転電機１を制御する。

図３は、実施の形態１に係る回転電機が備える回転子の斜視図である。回転子１０の回転子コア５は、円筒形状の側面５Ｓと、円形の第１端面５ＴＴと、円形の第２端面５ＴＢとを有した円柱形状の構造体である。図２が示すように、第１端面５ＴＴは第１フランジ２Ｔと対向し、第２端面５ＴＢは第２フランジ２Ｂと対向する。実施の形態１において、回転子コア５は、円板形状の電磁鋼板が複数積層されて形成されるが、このような構造に限定されない。回転子コア５は、磁性材料の粉末を成形した構造体であってもよい。

回転軸Ｚｒは、回転子コア５の第１端面５ＴＴの中心と第２端面５ＴＢの中心とを通る。位置検出用磁石８は、回転軸Ｚｒが延在する方向において、回転子コア５の端面、より具体的には第２端面５ＴＢに配置される。以下において、回転軸Ｚｒが延在する方向を、適宜軸方向と称する。位置検出用磁石８は、回転軸Ｚｒと直交する方向ＤＲ、すなわち回転子コア５の径方向ＤＲにおいて複数の駆動用永久磁石７とは異なる位置に配置される。実施の形態１において、位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、複数の駆動用永久磁石７の外側に配置される。位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、複数の駆動用永久磁石７と重ならない位置であればよく、径方向ＤＲにおいて複数の駆動用永久磁石７の内側に配置されていてもよい。

図４は、実施の形態１に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図である。図５は、実施の形態１に係る回転子コアを第２端面側から見た平面図である。図６は、実施の形態１に係る位置検出用磁石の平面図である。図７は、実施の形態１に係る位置検出用磁石の斜視図である。図８は、図４のＡ−Ａ矢視図である。図５が示す回転子コア５は、複数の駆動用永久磁石７が取り外された状態を示している。

図４が示すように、複数の駆動用永久磁石７は、回転子コア５の周方向Ｃに並んで配置される。実施の形態１において、複数の駆動用永久磁石７は、回転軸Ｚｒを中心とした第１の円ＣＬ１に並んで配置される。第１の円ＣＬ１は、回転子コア５よりも直径が小さい円である。実施の形態１において、駆動用永久磁石７は、図４及び図５が示す、回転子コア５の回転軸Ｚｒが延びる方向、すなわち軸方向に回転子コア５を貫通する貫通孔１１に設置される。以下において、貫通孔１１を、適宜第１貫通孔１１と称する。実施の形態１において、複数の駆動用永久磁石７及び複数の第１貫通孔１１は、第１の円ＣＬ１の周上に配置される。

実施の形態１において、駆動用永久磁石７は、板状かつ長方形形状の磁石である。すなわち、駆動用永久磁石７は、６個の長方形の平面で囲まれた立方体形状の磁石である。駆動用永久磁石７の６個の平面のうち、最も大きい２つの平面が対向して配置され、残りの４個の平面が最も大きい２つの平面を接続する。駆動用永久磁石７の最も大きい２つの平面と直交する方向は、駆動用永久磁石７の厚み方向である。駆動用永久磁石７は、厚み方向が回転子コア５の径方向ＤＲと平行になっている。このため、回転軸Ｚｒと直交する断面において、駆動用永久磁石７及び第１貫通孔１１が延びる方向は、第１の円ＣＬ１の接線と平行になっている。実施の形態１において、駆動用永久磁石７は、板状かつ長方形形状であるとしたが、駆動用永久磁石７はこのような形状に限定されず、円柱形状であってもよい。

図４が示すように、回転子コア５は、２個の貫通孔１２，１２を、隣接する駆動用永久磁石７，７の間に有している。図５が示すように、２個の貫通孔１２，１２は、軸方向に回転子コア５を貫通し、かつ回転子コア５の周方向Ｃに並んで配置される。以下において、貫通孔１２を、適宜第２貫通孔１２と称する。実施の形態１において、第２貫通孔１２の数は２個に限定されるものではなく、１個でもよいし、３個以上でもよい。第２貫通孔１２が１個の場合、第２貫通孔１２は隣接する第１貫通孔１１と接続されていてもよいし、第１貫通孔１１とは独立していてもよい。

駆動用永久磁石７の漏れ磁束は、隣接する駆動用永久磁石７に流れるものがある。この漏れ磁束は、位置検出用磁石８を流れるため、位置検出用磁石８の磁束に影響を与える。隣接する駆動用永久磁石７，７の間に設けられた第２貫通孔１２は、磁気抵抗となるので、駆動用永久磁石７の漏れ磁束を小さくすることができる。その結果、第２貫通孔１２は、駆動用永久磁石７の漏れ磁束が位置検出用磁石８の磁束に与える影響を低減できる。

第２貫通孔１２は、回転子コア５の径方向ＤＲと平行な方向に沿って延びている。このような構造により、回転軸Ｚｒと直交する断面において、第２貫通孔１２は、第１貫通孔１１に対して傾斜している。実施の形態１において、第２貫通孔１２は、第１貫通孔１１と連結しているが、第１貫通孔１１とは連結せず、独立していてもよい。以下において、回転子コア５の周方向Ｃにおいて、第１貫通孔１１の一方の端部に接続している第２貫通孔１２を適宜、第２貫通孔１２Ａと称し、第１貫通孔１１の他方の端部に接続している第２貫通孔１２を適宜、第２貫通孔１２Ｂと称する。

複数の駆動用永久磁石７の磁極は、回転子コア５の側面５Ｓ側、すなわち図２が示す固定子６側において、回転子コア５の周方向Ｃに並んで、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。隣接する駆動用永久磁石７，７の間は、回転子１０の極間ＩＭＲである。以下において、回転子１０の極間ＩＭＲを、適宜第１極間ＩＭＲと称する。実施の形態１において、回転子１０は、６個の駆動用永久磁石７を有するので、Ｎ極とＳ極との磁極対が３個になる。すなわち、回転子１０は、６極である。この場合、第１極間ＩＭＲも６個になる。回転子１０が有する駆動用永久磁石７の数は６個に限定されるものではない。次に、位置検出用磁石８について説明する。

位置検出用磁石８は、回転子コア５の周方向Ｃに並んで複数の磁極であるＮ極及びＳ極を有する。実施の形態１において、複数の磁極は、回転軸Ｚｒを中心とした第２の円ＣＬ２に並んで配置される。第２の円ＣＬ２は、回転子コア５よりも直径が小さく、かつ第１の円ＣＬ１よりも直径が大きい円である。図４、図６及び図７が示すように、実施の形態１において、位置検出用磁石８は、回転子コア５の周方向Ｃに沿って延びる環状の磁石である。位置検出用磁石８を環状の磁石とすることにより、位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおける専有面積が小さくなる。このため、環状の位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、複数の駆動用永久磁石７とは異なる位置に容易に配置できる。

位置検出用磁石８は、図４及び図６が示すように、周方向に並んでＮ極とＳ極とが交互に配置されている。Ｎ極とＳ極との間が、位置検出用磁石８の極間ＩＭＤである。以下において、極間ＩＭＤを、適宜第２極間ＩＭＤと称する。第２極間ＩＭＤは、位置検出用磁石８の磁束密度が０になる部分である。隣接する第２極間ＩＭＤ，ＩＭＤが、磁極中心ＣＭである。図２が示すセンサ９は、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤで回転子１０の位置を検出する。位置検出用磁石８の着磁の方向は、軸方向である。すなわち、位置検出用磁石８は、センサ９と対向する端面８ＰＤから回転子コア５側の端面８ＰＨに向かう方向に着磁される部分と、端面８ＰＨから端面８ＰＤに向かう方向の着磁される部分とが、位置検出用磁石８の周方向に並んで交互に繰り返される。位置検出用磁石８の着磁の方向を軸方向とすることにより、センサ９は、回転子コア５の第２端面５ＴＢ側から位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤを検出できる。

位置検出用磁石８は、図７が示すように、軸方向に突出する突起８Ｔを有する。突起８Ｔは、位置検出用磁石８の回転子コア５側の端面８ＰＨから軸方向に向かって突出する、円柱形状の部分である。突起８Ｔの形状は円柱形状に限定されず、四角柱又は六角柱のような多角柱形状であってもよい。実施の形態１において、位置検出用磁石８は、周方向に並んで複数、具体的には６個の突起８Ｔを有する。突起８Ｔは、回転子コア５と位置検出用磁石８との位置決めをする。位置決めのために、位置検出用磁石８は、少なくとも２個の突起を有していればよいので、この条件を満たしていれば、突起８Ｔの数は限定されない。

回転子コア５は、図５が示すように、位置検出用磁石８が有する突起８Ｔが差し込まれる孔１３を有する。実施の形態１において、回転子コア５は、突起８Ｔの同数の孔１３を有する。実施の形態１において、突起８Ｔは６個なので、孔１３も６個である。図８が示すように、実施の形態１において、それぞれの孔１３は、第１端面５ＴＴから第２端面５ＴＢまで、回転子コア５の軸方向に沿って貫通するが、貫通しない底付き孔であってもよい。この場合、孔１３は、第２端面５ＴＢに開口し、かつ突起８Ｔの高さよりも深くなっていればよい。

実施の形態１において、位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、複数の駆動用永久磁石７の外側に配置される。このため、孔１３は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、駆動用永久磁石７の外側に設けられる。回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、位置検出用磁石８が複数の駆動用永久磁石７の内側に配置される場合、それぞれの孔１３は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、駆動用永久磁石７の内側に設けられる。

位置検出用磁石８の突起８Ｔが回転子コア５の孔１３に差し込まれることにより、位置検出用磁石８は、回転子コア５の第２端面５ＴＢに取り付けられる。突起８Ｔと孔１３とを用いることにより、簡単な構造で位置検出用磁石８が回転子コア５に取り付けられ、かつ位置検出用磁石８と回転子コア５との位置決めを実現できる。位置検出用磁石８と回転子コア５とを確実に固定するため、さらに接着剤又はねじを併用して両者を結合してもよい。

回転子コア５が有する孔１３は空隙であるため、駆動用永久磁石７の磁束に影響を与える。実施の形態１において、孔１３は、駆動用永久磁石７の、回転子コア５の周方向Ｃにおける中心、かつ径方向ＤＲの外側に配置されるので、それぞれの孔１３は、回転軸Ｚｒに対して対称に配置される。また、回転子コア５は、駆動用永久磁石７の、回転子コア５の周方向Ｃにおける中心での径方向ＤＲ外側の寸法が、周方向Ｃにおける駆動用永久磁石７の端部よりも大きい。このため、駆動用永久磁石７の、回転子コア５の周方向Ｃにおける中心、かつ径方向ＤＲの外側に孔１３が配置されることにより、駆動用永久磁石７の磁束に与える影響が低減される。

実施の形態１において、図４が示すように、隣接する駆動用永久磁石７，７の間である第１極間ＩＭＲと、位置検出用磁石８の隣接する磁極、すなわちＮ極とＳ極との間である第２極間ＩＭＤとは、回転子コア５の周方向Ｃにおいて同一の位置に配置される。この場合、図４が示すように、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、位置検出用磁石８の隣接する磁極の間、すなわち第２極間ＩＭＤの内側を避けて、駆動用永久磁石７が配置される。

位置検出用磁石８は、図２が示すセンサ９が第２極間ＩＭＤを読み取るので、センサ９が第２極間ＩＭＤを検出する精度を向上させることが、回転子１０の位置の検出精度を向上させることになる。実施の形態１において、位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、駆動用永久磁石７の外側に配置される。このような配置により、センサ９が極間ＩＭＤを検出する際の分解能が向上するので、センサ９による回転子１０の位置の検出精度が向上する。

永久磁石埋込型の回転電機１は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて駆動用永久磁石７の内側に位置検出用磁石８を配置する場合、シャフト３の存在により位置検出用磁石８を配置するためのスペースを確保できないことがある。また、シャフト３の近傍に位置検出用磁石８を配置すると、シャフト３を支持する軸受４Ｂ存在により、軸方向において位置検出用磁石８と対向する位置に、センサ９を設置することが難しくなる可能性もある。回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、駆動用永久磁石７の外側に位置検出用磁石８が配置されると、シャフト３及び軸受４Ｂから離れた位置に位置検出用磁石８が配置されることになる。前述した位置検出用磁石８の配置により、永久磁石埋込型の回転電機１であっても、位置検出用磁石８及びセンサ９を配置するスペースを確保しやすくなるという利点がある。

実施の形態１において、回転子１０の第１極間ＩＭＲと、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤとは、回転子コア５の周方向Ｃにおいて同一の位置に配置される。このような構造により、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。また、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤの内側を避けて駆動用永久磁石７が配置されることにより、第２極間ＩＭＤと駆動用永久磁石７とは互いに重ならない位置関係となる。このような構造により、駆動用永久磁石７が位置検出用磁石８の磁束に与える影響を小さくすることができるので、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。

図９は、センサが検出した位置検出用磁石の磁束密度の波形を示す図である。図９の縦軸は磁束密度Ｂ、横軸は位置検出用磁石８の電気角θｅである。電気角θｅが０度の位置が、図６が示す位置検出用磁石８の磁極中心ＣＭである。第２極間ＩＭＤは、磁束密度Ｂが０になる部分、すなわち電気角θｅが−９０度及び９０度の位置である。位置検出用磁石８の磁束密度Ｂは、第２極間ＩＭＤの近傍、より具体的には電気角θｅが−９０度±１０度及び電気角θｅが９０度±１０度で急激に変化している。センサ９が位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤの位置を検出する場合、駆動用永久磁石７からの漏れ磁束の影響を受けない方が好ましい。このため、駆動用永久磁石７は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤの内側、すなわち回転子コア５の径方向ＤＲ内側において、電気角θｅが−９０度±１０度及び電気角θｅが９０度±１０度の範囲を避けて配置されることが好ましい。このようにすることで、駆動用永久磁石７からの漏れ磁束が、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤに与える影響を極めて小さくすることができるので、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。

また、位置検出用磁石８は、回転子コア５の径方向ＤＲにおいて複数の駆動用永久磁石７の外側に、これらと重ならない位置関係で配置されるので、駆動用永久磁石７の漏れ磁束が位置検出用磁石８に与える影響が低減される。その結果、センサ９が検出した磁束密度Ｂの波形の乱れが抑制されるので、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。さらに、複数の駆動用永久磁石７の径方向ＤＲの外側のみに位置検出用磁石８が配置されることにより、径方向ＤＲの内側の位置検出用磁石８は不要になる。結果として、回転子１０が備える位置検出用磁石８の体積を小さくできるので、位置検出用磁石８の材料を低減すること及び位置検出磁石８の小型化が実現される。

実施の形態１において、図４及び図５が示すように、回転子コア５の周方向Ｃにおける第２貫通孔１２の寸法Ｗは、回転子コア５と固定子６との隙間の大きさの１．５倍以上としていることが好ましい。第２貫通孔１２の寸法Ｗは、図５が示すように、回転子コア５の周方向Ｃにおいて対向する内壁１２Ｉと内壁１２Ｅとの距離である。内壁１２Ｉは、第１貫通孔１１側における第２貫通孔１２の壁であり、内壁１２Ｅは、隣接する第２貫通孔１２側における第２貫通孔１２の壁である。回転子コア５と固定子６との隙間は、図４が示す、回転子コア５の側面５Ｓと、固定子６が有するティース６Ｔの回転子１０側の面６ＴＩとの隙間ＧＰである。以下において、この隙間ＧＰの大きさをｔとする。

駆動用永久磁石７の磁束は、隙間ＧＰを通り固定子６側に流れる磁束と、第２貫通孔１２を通り、隣接する駆動用永久磁石７に流れる漏れ磁束とがある。漏れ磁束の一部は、位置検出用磁石８を流れるため、位置検出用磁石８の磁束に影響を与える。実施の形態１において、回転子１０は、隣接する駆動用永久磁石７，７の間に２個の第２貫通孔１２を有する。前述したように、第２貫通孔１２は磁気抵抗となることから、第２貫通孔１２の寸法Ｗを隙間ＧＰの大きさｔの１．５倍以上とすると、第２貫通孔１２による磁気抵抗は、隙間ＧＰの磁気抵抗の３倍となる。第２貫通孔１２の磁気抵抗を、隙間ＧＰの磁気抵抗よりも大きくすることで、駆動用永久磁石７の漏れ磁束を小さくできる。その結果、駆動用永久磁石７の漏れ磁束が位置検出用磁石８の磁束に与える影響が低減されるので、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。

第２貫通孔１２の寸法Ｗを大きくし過ぎると、駆動用永久磁石７の大きさを十分に確保できない可能性がある。このため、第２貫通孔１２の寸法Ｗは、隙間ＧＰの大きさｔの２．０倍以下とすることが好ましい。このようにすれば、駆動用永久磁石７の大きさを確保するとともに、第２貫通孔１２の磁気抵抗を確保してセンサ９による第２極間ＩＭＤの検出度を向上させることができる。

隣接する駆動用永久磁石７，７のうち一方に近い第２貫通孔１２Ａの内壁１２ＩＡと、回転軸Ｚｒと、隣接する駆動用永久磁石７，７のうち他方に近い第２貫通孔１２Ｂの内壁１２ＩＢと、のなす角度を角度θａとする。角度θａを規定するにあたって、センサ９の検出位置における貫通孔１２Ａの内壁１２ＩＡの位置ＰＩＡと、センサ９の検出位置における貫通孔１２Ｂの内壁１２ＩＢの位置ＰＩＢとを基準とする。したがって、角度θａは、位置ＰＩＡと、回転軸Ｚｒと、位置ＰＩＢとのなす角度である。実施の形態１において、センサ９の検出位置は、第２の円ＣＬ２の円周上であるが、センサ９と対向する位置検出用磁石８の端面上であれば、第２の円ＣＬ２の円周上に限定されない。

実施の形態１において、角度θａは、位置検出用磁石８の電気角θｅの２０度以上であることが好ましい。位置検出用磁石８は、６極でありＮ極とＳ極との磁極対が３個なので、回転軸Ｚｒを中心とした回転子コア５の中心角に角度θａを換算すると、角度θａは６．６７度以上とすることが好ましい。

図２が示すセンサ９は、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤを検出するので、駆動用永久磁石７の磁束が位置検出用磁石８の磁束に与える影響を低減するためには、第２極間ＩＭＤの周囲には回転子コア５の電磁鋼板が存在しないことが好ましい。角度θａを、位置検出用磁石８の電気角θｅの２０度以上とすることで、位置検出用磁石８の第２極間ＩＭＤの周囲に空隙、すなわち第２貫通孔１２が存在することになる。結果として、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。

角度θａが大きくなり過ぎると、駆動用永久磁石７の大きさを十分に確保できない可能性がある。このため、角度θａは、位置検出用磁石８の電気角θｅの３０度以下とすることが好ましい。位置検出用磁石８は、６極である場合、角度θａは１０度以下とすることが好ましい。このようにすれば、駆動用永久磁石７の大きさを確保しつつ、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度を向上させることができる。

図１０及び図１１は、位置検出用磁石の磁束と駆動用永久磁石の磁束とを示す図である。図１０及び図１１は、回転軸Ｚｒを含み、かつ回転軸Ｚｒと平行な平面で回転子１０を切ったときの断面を示している。実施の形態１において、回転子１０は、軸方向における駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬの向きと、位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣの向きとが同一方向になっている。駆動用永久磁石７が発生する磁束ＭＬＤは、固定子６からの磁束と作用して回転子１０を回転させる。また、回転子１０には、駆動用永久磁石７からの漏れ磁束ＭＬＬが発生する。

駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬと位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣの向きとを同一にすると、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬが位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣに影響を与えたとしても、両者の方向が同一であれば、影響は最小限に抑制される。結果として、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度の低下が抑制される。

図１０は、回転子コア５の側面５Ｓ側における駆動用永久磁石７の極性と、位置検出用磁石８の極性とがいずれもＮ極である場合を示している。この場合、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬは、駆動用永久磁石７と回転子コア５の側面５Ｓとの間から漏れて、駆動用永久磁石７よりも径方向ＤＲの内側に入る。位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣは、センサ９と対向する端面８ＰＤから離れる方向に向かう。図１１は、回転子コア５の側面５Ｓ側における駆動用永久磁石７の極性と、位置検出用磁石８の極性とがいずれもＳ極である場合を示している。この場合、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬは、駆動用永久磁石７よりも径方向ＤＲ内側から漏れて、駆動用永久磁石７と回転子コア５の側面５Ｓとの間に入る。位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣは、センサ９と対向する端面８ＰＤに向かう。

このように、回転軸Ｚｒを含み、かつ回転軸Ｚｒと平行な平面で回転子１０を切ったときの断面内において、回転子コア５の側面５Ｓ側における駆動用永久磁石７の極性と、位置検出用磁石８の極性とを同一にすることにより、軸方向における駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬの向きと、位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣの向きとが同一方向になる。すなわち、回転子コア５の周方向Ｃにおける、回転子コア５の側面５Ｓ側における駆動用永久磁石７の極性と、位置検出用磁石８の極性とを同一にすれば、軸方向における駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬの向きと、位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣの向きとが同一方向となる。

位置検出用磁石８は、図１０及び図１１が示すように、軸方向の寸法ｈが、回転軸Ｚｒと直交する方向、すなわち回転子コア５の径方向ＤＲにおける駆動用永久磁石７の寸法である厚みｔｍ以上であることが好ましい。駆動用永久磁石７の軸方向の漏れ磁束ＭＬＬは、センサ９と対向する端面８ＰＤ、すなわち軸方向において突起８Ｔとは反対側の端面を通る。駆動用永久磁石７の軸方向における漏れ磁束ＭＬＬは円弧を描いて漏れるため、位置検出用磁石８の軸方向の寸法ｈを駆動用永久磁石７の厚みｔｍ以上とすることで、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬが位置検出用磁石８の磁束ＭＬＣに与える影響が低減される。結果として、回転子１０は、センサ９による第２極間ＩＭＤの検出精度の低下を抑制できる。位置検出用磁石８の軸方向の寸法ｈが大きくなり過ぎると、回転電機１の軸方向における寸法が大きくなる。このため、位置検出用磁石８の軸方向の寸法ｈは、駆動用永久磁石７の厚みｔｍの２倍以下、好ましくは１．５倍以下とする。このようにすれば、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬの影響を抑制しつつ、回転電機１の軸方向における寸法が過大になることを抑制できる。

図１２は、実施の形態１の変形例に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図である。変形例において、位置検出用磁石８の突起８Ｔは、回転子コア５ａの第２貫通孔１２に差し込まれている。位置検出用磁石８は、突起８Ｔと第２貫通孔１２とで回転子コア５ａに位置決めされる。前述した回転子コア５は、突起８Ｔが差し込まれる孔１３を有しているが、孔１３は空隙なので、駆動用永久磁石７の磁束ＭＬＤに影響を与える。変形例に係る回転子１０ａは、突起８Ｔを第２貫通孔１２に差し込むことにより孔１３が不要になる。結果として、回転子１０ａは、駆動用永久磁石７の磁束ＭＬＤに与えられる影響を最小限に抑えて、位置検出用磁石８を回転子コア５ａに位置決めすることができる。このため、回転子１０ａは、駆動用永久磁石７の磁束ＭＬＤを有効に利用することができる。

実施の形態１及びその変形例において、回転子１０，１０ａは、位置検出用磁石８が回転子コア５の軸方向における第２端面５ＴＢ、かつ径方向ＤＲにおいて複数の駆動用永久磁石７とは異なる位置に配置される。このような構造により、位置検出用磁石８は、回転子コア５の軸方向及び径方向ＤＲの両方向で、複数の駆動用永久磁石７とは重ならない。このため、位置検出用磁石８は、駆動用永久磁石７の漏れ磁束ＭＬＬ及び固定子６の磁束と作用して回転子１０を回転させる、駆動用永久磁石７の磁束ＭＬＤの影響が抑制される。結果として、回転子１０，１０ａは、センサ９が回転子１０，１０ａの位置を検出する際の精度の低下を抑制させることができる。

実施の形態１及びその変形例に係る回転子１０，１０ａを備えた回転電機１は、センサ９が回転子１０，１０ａの位置を検出する際の精度を向上させることができるので、誤作動が抑制されるとともに、高い効率での運転が実現できる。回転子１０，１０ａを備えた回転電機１は効率が向上するので、回転電機１のエネルギー消費が抑制される。回転子１０，１０ａを備えた回転電機１は誤作動が抑制されるので、誤作動に起因する耐久性の低下が抑制される。実施の形態１及びその変形例の構成は、以下の実施の形態に対して適宜適用することができる。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２に係る回転子を位置検出用磁石側から見た平面図である。図１４は、実施の形態２に係る位置検出用磁石を示す平面図である。実施の形態２に係る位置検出用磁石８ａは、実施の形態１及びその変形例に係る環状の位置検出用磁石８を３分割したものである。実施の形態２の他の構成は実施の形態１及びその変形例と同様である。

分割前における位置検出用磁石８ａの極数をＰ，Ｎを自然数とすると、分割数はＰ／Ｎの関係を満たしていればよいので、分割数は３に限定されない。実施の形態２において、分割前における位置検出用磁石８ａの極数Ｐは６、Ｎは２である。Ｎ＝１のとき１分割となるので、位置検出用磁石８ａは分割されない。すなわち、Ｎ＝１の場合、実施の形態１に係る位置検出用磁石８となる。

回転子１０ｂの位置検出用磁石８ａは、第１位置検出用磁石８ａ１、第２位置検出用磁石８ａ２及び第３位置検出用磁石８ａ３を含む。第１位置検出用磁石８ａ１、第２位置検出用磁石８ａ２及び第３位置検出用磁石８ａ３は、回転軸Ｚｒが延びる方向から見たときの形状が円弧形状であり、これらが組み合わされて、環状の位置検出用磁石８ａとなる。

実施の形態１に係る位置検出用磁石８は、センサ９による検出精度を向上させるため、できるだけ径方向の寸法が大きい方が好ましい。しかし、径方向の寸法が大きいと位置検出用磁石８を成形するための金型が大きくなり、生産性が低下する可能性がある。このため、実施の形態２において、１つの環状の位置検出用磁石８ａは、複数の第１位置検出用磁石８ａ１、第２位置検出用磁石８ａ２及び第３位置検出用磁石８ａ３が組み合わされる。このような構造により、第１位置検出用磁石８ａ１、第２位置検出用磁石８ａ２及び第３位置検出用磁石８ａ３を成形するための金型を小さく、かつ共用とすることができる。結果として、位置検出用磁石８ａの生産性の低下を抑制でき、かつ金型の製造コストも低減できる。

図１５は、位置検出用磁石の磁束密度の波形を示す図である。図１５の縦軸は磁束密度Ｂ、横軸は分割前における位置検出用磁石８ａの電気角θｅである。電気角θｅが０度及び±１８０度の位置が、位置検出用磁石８ａ、すなわち実施の形態１に係る位置検出用磁石８の磁極中心ＣＭである。位置検出用磁石８が分割されると、分割された部分ＰＳは磁束密度Ｂが低下する。このため、分割前における位置検出用磁石８ａは、磁束密度Ｂが相対的に高い部分で分割されることが好ましい。

分割前における位置検出用磁石８ａは、電気角θｅが３０度以上７０度以下の範囲ＲＳ１、電気角θｅが１１０度以上１５０度以下の範囲ＲＳ２、電気角θｅが−１５０度以上−１１０度以下の範囲ＲＳ３及び電気角θｅが−７０度以上−３０度以下の範囲ＲＳ４の磁束密度Ｂが相対的に高い。範囲ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４は、いずれも磁極中心ＣＭと第２極間ＩＭＤとの間である。分割前における位置検出用磁石８ａは、範囲ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４のいずれか１つで分割されることにより、分割された部分ＰＳは、範囲ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４のいずれか１つに設けられる。結果として、位置検出用磁石８ａは、分割された部分ＰＳの磁束密度Ｂの低下が抑制される。また、分割された部分ＰＳは磁束密度Ｂが相対的に高い範囲ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４のいずれか１つに設けられる。このため、分割された部分ＰＳは、磁束密度Ｂが０になる第２極間ＩＭＤから離れた位置に配置される。センサ９が位置検出用磁石８ａの第２極間ＩＭＤの位置を検出する際の精度低下が抑制される。

実施の形態３．
図１６は、実施の形態３に係る空気調和装置を示す図である。空気調和装置５０は、室外機５１と、室内機５２とを備える。室外機５１は、回転電機１によって駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機５３と、圧縮機５３によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器５４とを含む。室外機５１は、凝縮器５４に送風する送風機５８をさらに含む。送風機５８は、回転電機１と、回転電機１によって駆動される羽根車５８Ｂとを含む。圧縮機５３と凝縮器５４とは冷媒を通過させる配管５７Ａで接続されている。

室内機５２は、凝縮器５４によって凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器５５を含む。室内機５２は、蒸発器５５に送風する送風機５９と、凝縮器５４によって凝縮された液相の冷媒を膨張させて蒸発器５５に流入させる膨張弁５６とをさらに含む。送風機５９は、回転電機１と、回転電機１によって駆動される羽根車５９Ｂとを含む。凝縮器５４と蒸発器５５とは、冷媒を通過させる配管５７Ｂで接続されている。膨張弁５６は、配管５７Ｂの途中に取り付けられる。蒸発器５５と圧縮機５３とは、冷媒を通過させる配管５７Ｃで接続されている。

圧縮機５３、送風機５８の羽根車５８Ｂ及び送風機５９の羽根車５９Ｂを駆動する回転電機１は、実施の形態１に係る回転子１０、実施の形態１の変形例に係る回転子１０ａ又は実施の形態２に係る回転子１０ｂのいずれか１つを備える。このため、回転電機１は、センサ９が回転子１０，１０ａ，１０ｂの位置を検出する際の精度を向上させることができるので、回転電機１の誤作動の抑制及び効率の向上を実現できる。このような回転電機１を備えた空気調和装置５０は、誤作動が抑制され、かつ高い効率での運転を実現できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の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、本発明の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。

１ 回転電機、２ 筐体、３ シャフト、５，５ａ 回転子コア、５Ｓ 側面、５ＴＴ 第１端面、５ＴＢ 第２端面、６ 固定子、６Ｔ ティース、６ＴＩ 面、７ 駆動用永久磁石、８，８ａ 位置検出用磁石、８ａ１ 第１位置検出用磁石、８ａ２ 第２位置検出用磁石、８ａ３ 第３位置検出用磁石、８ＰＤ，８ＰＨ 端面、８Ｔ 突起、９ センサ、１０，１０ａ，１０ｂ 回転子、１１ 第１貫通孔、１２，１２Ａ，１２Ｂ 第２貫通孔、１２Ｅ，１２Ｉ 内壁、１３ 孔、２０ 制御装置、５０ 空気調和装置、５３ 圧縮機、５４ 凝縮器、５５ 蒸発器、Ｃ 周方向、ＣＬ１ 第１の円、ＣＬ２ 第２の円、ＣＭ 磁極中心、ＤＲ 径方向、ＧＰ 隙間、ＩＭＤ，ＩＭＲ 極間、ＭＬＣ，ＭＬＤ 磁束、ＭＬＬ 漏れ磁束、Ｚｒ 回転軸。

Claims (10)

1. 回転軸を中心として回転する回転子コアと、
   前記回転子コアの周方向に並んで配置され、かつ前記回転子コアに埋め込まれる複数の第１磁石と、
   前記回転子コアの周方向に並んで複数の磁極を有し、前記回転軸が延在する方向において前記回転子コアの端面に配置され、かつ前記複数の磁極の全領域が、前記回転軸と直交する方向において前記複数の第１磁石の全領域よりも外側の位置に配置される第２磁石と、
   前記回転軸と直交する方向において、前記回転子コアの外側に設けられる固定子と、
   を含む、回転電機。
2. 隣接する前記第１磁石の間である第１極間と、隣接する前記磁極の間である第２極間とは、前記周方向において同一の位置に配置される、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記回転軸が延在する方向における前記第１磁石の漏れ磁束の向きと、前記第２磁石の磁束の向きとが同一方向である、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記第２磁石は、前記回転軸が延在する方向の寸法が、前記回転軸と直交する方向における前記第１磁石の寸法以上、かつ２倍以下である、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記回転子コアは、
   前記回転軸が延在する方向に前記回転子コアを貫通し、かつ前記周方向に並んで配置される２個の貫通孔を、隣接する前記第１磁石の間に有し、
   前記周方向における前記貫通孔の寸法は、
   前記回転軸と直交する方向において、前記回転子コアと前記固定子との隙間の大きさの１．５倍以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記回転子コアは、
   前記回転軸が延在する方向に前記回転子コアを貫通し、かつ前記周方向に並んで配置される２個の貫通孔を、隣接する前記第１磁石の間に有し、
   隣接する前記第１磁石のうち一方に近い前記貫通孔の内壁と、前記回転軸と、隣接する前記第１磁石のうち他方に近い前記貫通孔の内壁と、のなす角度が、前記第２磁石の電気角の２０度以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記回転子コアは、
   前記回転軸が延在する方向に前記回転子コアを貫通し、かつ前記回転子コアの周方向に並んで配置される２個の貫通孔を、隣接する前記第１磁石の間であって前記第１磁石の外側に有し、
   前記第２磁石は、前記回転軸が延在する方向に突出し、前記貫通孔に差し込まれる突起を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記第２磁石は、前記回転軸が延在する方向に突出する突起を有し、
   前記回転子コアは、前記回転軸と直交する方向において、前記第１磁石の外側に、前記突起が差し込まれる孔を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 前記第２磁石は、
   前記回転軸が延在する方向の寸法が、前記回転軸と直交する方向における前記第１磁石の寸法以上である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機と、
    前記回転電機によって駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記凝縮器によって凝縮された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    を含む、空気調和装置。

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