WO2019003372A1 - センサマグネット、モータ、及び空気調和機 - Google Patents

センサマグネット、モータ、及び空気調和機 Download PDF

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WO2019003372A1
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magnetic
sensor
magnet
pole
pole portion
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PCT/JP2017/023887
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貴也 下川
洋樹 麻生
隆徳 渡邉
諒伍 ▲高▼橋
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2746—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets arranged with the same polarity, e.g. consequent pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a sensor magnet, a motor, and an air conditioner.
  • a magnetic sensor for detecting a rotational position of a rotor and a position detection magnet also referred to as a sensor magnet
  • a position detection magnet also referred to as a sensor magnet
  • the detection error of the rotational position of the rotor may become large due to the influence of disturbance or the like. If the detection error of the rotational position of the rotor is large, the motor control can not be performed accurately, and the motor efficiency is reduced.
  • An object of the present invention is to reduce detection errors in a magnetic sensor and to improve the accuracy of motor control.
  • the sensor magnet of the present invention is used with a motor provided with a magnetic sensor that detects the rotational position of the rotor.
  • the sensor magnet has a first magnetic pole part including a magnetic pole of a first polarity and a second magnetic pole part including a magnetic pole of a second polarity.
  • the thickness of the first magnetic pole portion in the direction toward the magnetic sensor is thicker than the thickness of the second magnetic pole portion in the direction toward the magnetic sensor.
  • detection errors in the magnetic sensor can be reduced, and motor control accuracy can be improved.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a structure of a motor according to Embodiment 1 of the present invention. It is a front view which shows the structure of a motor roughly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line C3-C3 shown in FIG. 2; It is a figure which shows the relationship of the magnetic field intensity H and the magnetic sensor output value Vout which are each flowed in into two magnetic sensors which have mutually different output characteristics.
  • It is a perspective view which shows the structure of a sensor magnet roughly. It is a figure which shows the change of the magnetic flux amount which flows in into the magnetic sensor at the time of using the sensor magnet which concerns on a comparative example in a motor.
  • FIG. 7 illustrates the change in magnetic flux density from the sensor magnet while the rotor is rotating. It is a figure which shows the relationship between ratio R2 / R1 of largest radius R1 of a main magnet part, and installation radius R2 of a magnetic sensor, and difference D [T] of the north-pole component of a leakage flux and a south pole component. It is a perspective view which shows roughly the structure of the sensor magnet which concerns on the modification 1.
  • FIG. 2 It is a perspective view which shows roughly the structure of the sensor magnet which concerns on the modification 2.
  • FIG. It is a top view which shows roughly the structure of the sensor magnet which concerns on the modification 3.
  • FIG. It is a figure which shows roughly the structure of the air conditioner concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows roughly the main components in the outdoor unit of an air conditioner.
  • Embodiment 1 A motor 1 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
  • the z-axis direction (z-axis) is parallel to the axis A1 of the shaft 23 of the motor 1 (that is, the rotation axis of the rotor 2) (hereinafter referred to as "axial direction").
  • the x-axis direction (x-axis) indicates a direction orthogonal to the z-axis direction (z-axis)
  • the y-axis direction indicates a direction orthogonal to both the z-axis direction and the x-axis direction.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing the structure of a motor 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing the structure of the motor 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line C3-C3 shown in FIG.
  • An arrow D1 shown in FIG. 3 indicates a direction along the outer periphery of each of the rotor 2, the main magnet portion 20, and the sensor magnet 8 (hereinafter, referred to as "circumferential direction").
  • the magnetic sensor 5 shown in FIG. 3 indicates the position of the magnetic sensor 5 on the xy plane.
  • the motor 1 includes a rotor 2, a stator 3, a circuit board 4, a magnetic sensor 5 for detecting the rotational position of the rotor 2, a bracket 6, bearings 7a and 7b, and a sensor magnet 8 (also referred to as a position detection magnet). And.
  • the motor 1 is, for example, a permanent magnet synchronous motor.
  • the circuit board 4 is provided on one end side of the stator 3 in the axial direction. Electronic components such as a control circuit and a magnetic sensor 5 are attached to the circuit board 4.
  • the magnetic sensor 5 detects the rotational position of the sensor magnet 8 to detect the rotational position of the rotor 2.
  • the rotor 2 has a sensor magnet 8, a main magnet unit 20, and a shaft 23.
  • the main magnet unit 20 includes a rotor core 21 and at least one permanent magnet 22 fixed to the rotor core 21.
  • the rotation axis of the rotor 2 coincides with the axis A1.
  • the rotor 2 is, for example, a permanent magnet embedded type.
  • the main magnet unit 20 is a consistent pole type. That is, in the present embodiment, the rotor 2 is a consistent pole type rotor.
  • the sensor magnet 8 is fixed to the rotor 2 (specifically, the main magnet unit 20) so as to face the magnetic sensor 5.
  • the sensor magnet 8 is formed in an annular shape.
  • the sensor magnet 8 may be formed in a disk shape.
  • the area between the permanent magnets 22 for example, the magnetic poles functioning as the N pole with respect to the stator 3 adjacent to each other in the circumferential direction is the other magnetic pole (for example, And a pseudo magnetic pole) functioning as an S pole with respect to the stator 3 in a pseudo manner.
  • the rotor 2 is provided inside the stator 3 via an air gap.
  • a bracket 6 is press-fit into the opening on the load side (the load side of the motor 1) of the stator 3.
  • the shaft 23 is inserted into the bearing 7 a, and the bearing 7 a is fixed on the load side of the stator 3.
  • the shaft 23 is inserted into the bearing 7 b, and the bearing 7 b is fixed on the non-load side of the stator 3.
  • the rotor 2 is rotatably supported by bearings 7a and 7b.
  • the central portion of the shaft 23 in the radial direction (hereinafter, also simply referred to as “radial direction”) of the rotor 2 (the rotor core 21) is formed inside the resin portion 24 in the radial direction.
  • the shaft 23 is formed of, for example, a material containing Ni (nickel) or Cr (chromium).
  • the rotor core 21 has at least one magnet insertion hole 21 a and a shaft insertion hole 21 b which is a through hole into which the shaft 23 is inserted.
  • the rotor core 21 has a plurality of magnet insertion holes 21a, and at least one permanent magnet 22 is inserted into each magnet insertion hole 21a.
  • the rotor core 21 may have a bridge portion which is a part of a thin plate (for example, a magnetic steel plate) formed between the magnet insertion hole 21 a and the outer surface (outer edge) of the rotor 2.
  • the bridge portion suppresses the occurrence of leakage flux.
  • the motor 1 may be an SPM (Surface Permanent Magnet) motor.
  • the magnet insertion hole 21 a is not formed in the rotor core 21, and the permanent magnet 22 is attached to the outer surface in the radial direction of the rotor core 21.
  • the motor 1 may be a reactance motor or an induction motor.
  • end plates 25 for fixing the permanent magnet 22 in the axial direction may be attached to both ends of the main magnet portion 20 in the axial direction.
  • resin may be filled on both sides of the magnet insertion hole 21 a in the axial direction instead of the end plate 25.
  • the resin may be formed to cover both sides of the rotor core 21 in the axial direction.
  • the rotor core 21 and the shaft 23 are integrated by a thermoplastic resin such as coking or PBT.
  • the plurality of magnet insertion holes 21a are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • the permanent magnet 22 is, for example, a rare earth magnet having Nd (neodymium) or Sm (samarium) as a main component.
  • the permanent magnet 22 may be a ferrite magnet mainly composed of iron.
  • the permanent magnets 22 in the magnet insertion holes 21 a are radially magnetized, whereby the magnetic flux from the main magnet portion 20 flows into the stator 3.
  • the rotor core 21 is formed, for example, by laminating a plurality of thin plates 211 which are magnetic bodies in the axial direction.
  • the thin plate 211 is, for example, an electromagnetic steel plate.
  • each thin plate 211 has a thickness of, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the rotor core 21 may be a resin core formed by mixing a soft magnetic material and a resin.
  • the stator 3 has a stator core 31, a coil 32 and an insulator 33.
  • the stator 3 is formed in an annular shape.
  • the stator core 31 is formed by laminating a plurality of thin plates, which are magnetic bodies, in the axial direction. For example, it is formed by axially laminating electromagnetic steel sheets containing iron as a main component.
  • the stator core 31 has, for example, a yoke portion formed in an annular shape, and a plurality of teeth portions protruding inward in the radial direction from the yoke portion.
  • the thickness of the magnetic steel sheet is, for example, 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the stator core 31 is formed in an annular shape.
  • the coil 32 is formed, for example, by winding a winding (for example, a magnet wire) around the teeth of the stator core 31 via the insulator 33.
  • the coil 32 is insulated by an insulator 33.
  • the windings are mainly composed of copper or aluminum.
  • the insulator 33 is formed of an insulating resin such as polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (Liquid Crystal Polymer: LCP), and polyethylene terephthalate (PolyEthylene Terephthalate: PET).
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • LCP liquid crystal polymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • the insulator 33 is integrally formed with the stator core 31.
  • the insulator 33 may be formed separately from the stator core 31. In this case, the insulator 33 is fitted to the stator core 31 after the insulator 33 is formed.
  • the stator core 31, the coil 32, and the insulator 33 are covered with a thermoplastic resin (also referred to as a mold resin) such as PBT and PPS.
  • the stator core 31, the coil 32, and the insulator 33 may be fixed by a cylindrical shell.
  • the cylindrical shell is, for example, mainly composed of iron, and the stator 3 can be covered with the rotor 2 by shrink fitting.
  • the magnetic sensor 5 detects the rotational position of the sensor magnet 8 to detect the rotational position of the rotor 2.
  • a Hall IC for example, a Hall IC, an MR (magnetic resistance) element, a GMR (giant magnetic resistance) element, a magnetic impedance element, or the like is used.
  • the magnetic sensor 5 is fixed at a position (detection position) through which the magnetic flux generated from the sensor magnet 8 passes.
  • the motor control circuit controls the current flowing through the coils of the stator 3 using the detection result of the magnetic sensor 5 (for example, a magnetic pole change point which is the boundary between the N pole and the S pole of the sensor magnet 8). The rotation of the rotor 2 is controlled.
  • the magnetic sensor 5 detects the positions (phases) of the magnetic poles of the sensor magnet 8 and the main magnet unit 20 based on the change of the magnetic field (magnetic field strength) flowing into the magnetic sensor 5. Specifically, the magnetic sensor 5 detects the magnetic flux from the N pole and the magnetic flux toward the S pole of the sensor magnet 8 to change the direction of the magnetic field in the circumferential direction (rotational direction) of the sensor magnet 8 (specifically Specifically, the magnetic pole change point of the sensor magnet 8 is determined. As described later, since the sensor magnet 8 has N poles and S poles alternately arranged in the circumferential direction, the magnetic sensor 5 periodically detects the magnetic pole change point of the sensor magnet 8 to thereby rotate the sensor magnet 8 in the rotational direction. The position (rotational angle and phase of the rotor 2) of each magnetic pole at can be grasped.
  • FIG. 4 shows magnetic field strength H (Hall IC input magnetic field) and magnetic sensor output value V out (Hall IC output) respectively flowing into two magnetic sensors (first and second magnetic sensors) having output characteristics different from each other.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the magnetic field strength H (input magnetic field) [N / Wb] (magnetic field strength between the N pole and the S pole) flowing into the first and second magnetic sensors.
  • the vertical axis represents the output signal (specifically, the voltage) V out [V] of the magnetic sensor.
  • the first and second magnetic sensors output, for example, binary values (signals) of the signal V 1 [V] or the signal V 2 [V].
  • the output characteristic of the first magnetic sensor will be described as an example. For example, when the first magnetic sensor detects a magnetic field (magnetic field strength) from the N pole side to the S pole side of the sensor magnet 8, the first magnetic sensor detects the magnetic field from the sensor magnet 8 at the N pole side. , Signal V 1 [V]. When the magnetic field flowing into the first magnetic sensor changes and the first magnetic sensor detects the magnetic field (magnetic field strength H 1 ) on the S pole side from the sensor magnet 8, a signal V 2 [V] is output.
  • the first magnetic sensor detects the magnetic field (magnetic field strength) from the S pole side to the N pole side of the sensor magnet 8
  • the first magnetic sensor detects the magnetic field from the sensor magnet 8 at the S pole side
  • the signal V 2 [V] is output.
  • the magnetic field flowing into the first magnetic sensor changes and the first magnetic sensor detects the magnetic field (magnetic field strength H 2 ) on the N pole side from the sensor magnet 8, it outputs a signal V 1 [V].
  • the output characteristic of the second magnetic sensor will be described.
  • the second magnetic sensor detects a magnetic field (magnetic field strength) from the N pole side to the S pole side of the sensor magnet 8
  • the second magnetic sensor detects the magnetic field from the sensor magnet 8 at the N pole side.
  • Signal V 1 [V] When the magnetic field flowing into the second magnetic sensor changes, and the second magnetic sensor detects the magnetic field (magnetic field strength H ′ 1 ) on the S pole side from the sensor magnet 8, a signal V 2 [V] is output .
  • the second magnetic sensor detects a magnetic field (magnetic field strength) from the S pole side to the N pole side of the sensor magnet 8
  • the second magnetic sensor detects the magnetic field from the sensor magnet 8 at the S pole side
  • the signal V 2 [V] is output.
  • the signal V 1 [V] is output .
  • the output signal of the magnetic sensor may not be instantaneously switched at the timing (magnetic pole change point) at which the direction of the magnetic field flowing into the magnetic sensor is switched.
  • output characteristics e.g., the difference between H '1 and H 1 which may differ, depending on the magnetic sensor 5 to be used, due to the error in the motor control, reduction or motor of the motor efficiency It may cause noise during rotation.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of the sensor magnet 8.
  • N shown in FIG. 5 indicates an N pole
  • S indicates an S pole.
  • the sensor magnet 8 is used together with a motor 1 having a magnetic sensor 5 for detecting the rotational position of the rotor 2.
  • the sensor magnet 8 is fixed to one end side of the rotor 2 (specifically, the main magnet portion 20) in the axial direction so as to face the magnetic sensor 5.
  • the sensor magnet 8 has a first magnetic pole part 81 including a magnetic pole of a first polarity, and a second magnetic pole part 82 including a magnetic pole of a second polarity.
  • the magnetic pole of the first polarity is the N pole
  • the magnetic pole of the second polarity is the S pole.
  • the magnetic pole of the first polarity may be a south pole
  • the magnetic pole of the second polarity is a north pole.
  • the first magnetic pole portions 81 and the second magnetic pole portions 82 are alternately arranged in the circumferential direction. The circumferential lengths of the first magnetic pole portion 81 and the second magnetic pole portion 82 are the same.
  • the sensor magnet 8 is axially magnetized so that the magnetic flux (in the present embodiment, the magnetic flux from the first magnetic pole portion 81) flows into the magnetic sensor 5. Thereby, the magnetic sensor 5 can be attached to one end side of the stator 3 in the axial direction so as to face the sensor magnet 8.
  • the number of poles of the sensor magnet 8 is the same as the number of poles of the main magnet unit 20.
  • the sensor magnet 8 is positioned such that the polarity of the sensor magnet 8 matches the polarity of the main magnet portion 20 in the circumferential direction.
  • the thickness T1 of the first magnetic pole portion 81 in the direction toward the magnetic sensor 5 is thicker than the thickness T2 of the second magnetic pole portion 82 in the direction toward the magnetic sensor 5. That is, the sensor magnet 8 satisfies T2 / T1 ⁇ 1.
  • the thickness T1 of the first magnetic pole portion 81 in the direction parallel to the axis A1 (that is, the rotation axis of the rotor 2) is thicker than the thickness T2 of the second magnetic pole portion 82 in the direction parallel to the axis A1. In this case, it is desirable that the sensor magnet 8 satisfy T2 / T1 ⁇ 0.7.
  • the shortest distance from the first magnetic pole portion 81 to the magnetic sensor 5 is shorter than the shortest distance from the second magnetic pole portion 82 to the magnetic sensor 5 Too short.
  • the amount of magnetic flux from the sensor magnet 8 increases or decreases according to the thickness of the magnetic pole portion. Furthermore, the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 is proportional to the square of the distance from the magnetic pole portion to the magnetic sensor 5. Therefore, the amount of magnetic flux from the sensor magnet 8 can be adjusted by changing the thicknesses T1 and T2 of the magnetic pole portion. Furthermore, the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 can be adjusted by adjusting the shortest distance from the magnetic pole part to the magnetic sensor 5.
  • the sensor magnet 8 is formed of a permanent magnet, specifically, a bonded magnet. That is, the first magnetic pole part 81 and the second magnetic pole part 82 are permanent magnets, specifically, bond magnets. This makes it easy to manufacture the sensor magnet 8 having a complicated shape. For example, manufacture of a sensor magnet satisfying T2 / T1 ⁇ 1 as described above is facilitated.
  • FIG. 6 is a diagram showing changes in the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 (that is, the amount of magnetic flux detected by the magnetic sensor 5) when the sensor magnet according to the comparative example is used in the motor 1 instead of the sensor magnet 8. It is.
  • the shortest distance from the N pole of the sensor magnet according to the comparative example to the magnetic sensor 5 and the shortest distance from the S pole to the magnetic sensor 5 are the same.
  • F1 shown in FIG. 6 indicates the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5
  • f2 indicates the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 from the sensor magnet (that is, the amount of magnetic flux excluding the disturbance).
  • F3 indicate disturbances flowing into the magnetic sensor 5.
  • the disturbance is, for example, a magnetic flux other than the magnetic flux from the sensor magnet, such as the magnetic flux from the main magnet unit 20 and the magnetic flux from the stator 3.
  • P1 shown in FIG. 6 indicates a magnetic pole change point (a position at which the S pole is switched to the N pole) detected by the magnetic sensor 5.
  • P2 shown in FIG. 6 indicates a magnetic pole change point (a position where the N pole is switched to the S pole) detected by the magnetic sensor 5.
  • A1 shown in FIG. 6 indicates a rotation angle from the magnetic pole change point P2 to the magnetic pole change point P1
  • a2 indicates a rotational angle from the magnetic pole change point P1 to the magnetic pole change point P2.
  • the section indicated by a1 is a section in which the south pole side of the sensor magnet passes through the magnetic sensor 5
  • the section indicated by a2 is a section in which the north pole side of the sensor magnet passes through the magnetic sensor 5 .
  • the magnetic sensor 5 detects the magnetic pole change points at the magnetic pole change points P1 and P2, detects the S pole side in the section a1, and detects the N pole side in the section a2.
  • a1 is larger than a2. That is, in the sensor magnet according to the comparative example, the section in which the S pole side is detected is long, and the section in which the N pole side is detected is short. Therefore, in the comparative example, a detection error occurs. In this case, errors in motor control may cause a reduction in motor efficiency or noise during motor rotation.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 (that is, the amount of magnetic flux detected by the magnetic sensor 5) when the sensor magnet 8 according to the present embodiment is used in the motor 1.
  • f1 represents the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5
  • f2 represents the amount of magnetic flux flowing into the magnetic sensor 5 from the sensor magnet 8 (i.e., the amount of magnetic flux excluding disturbance)
  • f 3 indicates a disturbance flowing into the magnetic sensor 5.
  • the disturbance is, for example, a magnetic flux other than the magnetic flux from the sensor magnet 8 such as the magnetic flux from the main magnet unit 20 and the magnetic flux from the stator 3.
  • P1 shown in FIG. 7 indicates a magnetic pole change point (a position where the S pole is switched to the N pole) detected by the magnetic sensor 5.
  • P2 shown in FIG. 7 indicates a magnetic pole change point (a position where the N pole is switched to the S pole) detected by the magnetic sensor 5.
  • a1 is approximately equal to a2. That is, in sensor magnet 8 according to the present embodiment, the section in which the S pole side is detected and the section in which the N pole side is detected are substantially equal to each other, and magnetic pole change points P1 and P2 are detected at substantially equal intervals. . Therefore, in the present embodiment, the detection error is reduced as compared to the comparative example.
  • the sensor magnet 8 according to the present embodiment satisfies T1> T2.
  • the amount of magnetic flux on the side of the first magnetic pole portion 81 (the amount of magnetic flux from the N pole in this embodiment) is on the side of the second magnetic pole portion 82 (the amount of magnetic flux from the S pole in this embodiment) More than the amount of magnetic flux of Therefore, the magnetic flux from the first magnetic pole portion 81 easily flows into the magnetic sensor 5, and the rotation angle of the section a2 is larger than that of the comparative example.
  • the rotation angle of the section a1 is smaller than that of the comparative example.
  • the balance between the magnetic flux amount on the N pole side and the magnetic flux amount on the S pole side with respect to the magnetic sensor 5 is improved, and detection errors in the magnetic sensor 5 can be reduced. This can improve the accuracy of motor control.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the erroneous detection angle [deg] detected by the magnetic sensor 5 and T2 / T1.
  • the erroneous detection angle means an actual magnetic pole change point in the sensor magnet 8 and a rotation angle [deg] detected as a magnetic pole change point by the magnetic sensor 5 (ie, the magnetic pole change points P1 and P2 shown in FIGS. 6 and 7).
  • the false detection angle can be reduced, and when the sensor magnet 8 satisfies T2 / T1 ⁇ 1, the false detection angle allows for less trouble in motor control.
  • the error can be suppressed to 15 [deg] or less.
  • the erroneous detection angle can be suppressed to 10 [deg] or less, and more accurate motor control becomes possible. As a result, the motor efficiency can be further enhanced.
  • the false detection angle can be reduced as T2 / T1 becomes smaller, so by adjusting T2 / T1 according to the characteristics of the magnetic sensor 5 or the influence of the disturbance, etc.
  • the positions of the magnetic pole change points P1 and P2 detected by the magnetic sensor 5 can be adjusted to desired positions.
  • the first magnetic pole portion 81 and the second magnetic pole portion 82 are bond magnets. This makes it easy to manufacture the sensor magnet 8 having a complicated shape. For example, in the case where the first magnetic pole part 81 and the second magnetic pole part 82 are sintered magnets, it is difficult to manufacture the sensor magnet 8 satisfying T2 / T1. If the first magnetic pole part 81 and the second magnetic pole part 82 are separately manufactured and adhered to each other, the erroneous detection angle may be increased. On the other hand, in the present embodiment, since the first magnetic pole portion 81 and the second magnetic pole portion 82 are bond magnets, the first magnetic pole portion 81 and the second magnetic pole portion 82 are easily formed integrally. It becomes easy to form the magnetic pole parts having different thicknesses.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change in magnetic flux density from the sensor magnet 8 while the rotor 2 is rotating.
  • the magnetic flux density on the + side shown in FIG. 9 indicates the N pole component
  • the magnetic flux density on the ⁇ side indicates the S pole component.
  • the rotor 2 is a consistent pole type rotor.
  • the leakage flux as disturbance from the main magnet unit 20 to the magnetic sensor 5 is generated from one of the magnetic poles (in the present embodiment, the N pole). Therefore, as shown in FIG. 9, an imbalance occurs between the N pole component and the S pole component of the magnetic flux.
  • the positions of the magnetic pole change points P1 and P2 detected by the magnetic sensor 5 can be adjusted to desired positions, so this unbalance can be made. It can be eliminated. That is, by adjusting T2 / T1 so as to eliminate this unbalance, the false detection angle can be reduced and motor control is improved. As a result, motor efficiency can be enhanced.
  • the maximum radius R1 is a radius passing through the magnetic pole part where the permanent magnet 22 is disposed (FIG. 3).
  • the installation radius R2 is the distance from the axis A1 to the magnetic sensor 5 (FIG. 3).
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the structure of a sensor magnet 8a according to a first modification.
  • the sensor magnet 8a has a first magnetic pole portion 81a including a magnetic pole of a first polarity, and a second magnetic pole portion 82a including a magnetic pole of a second polarity.
  • the first magnetic pole portion 81a corresponds to the first magnetic pole portion 81 of the sensor magnet 8 according to the first embodiment
  • the second magnetic pole portion 82a corresponds to the second magnetic pole of the sensor magnet 8 according to the first embodiment. This corresponds to the part 82.
  • the structure of the first magnetic pole portion 81a is different from the structure of the first magnetic pole portion 81 of the sensor magnet 8 according to the first embodiment, and the other structure in the sensor magnet 8a is the sensor It is the same as the magnet 8.
  • the broken line shown in FIG. 11 indicates the boundary between the first magnetic pole portion 81a and the second magnetic pole portion 82a.
  • the first magnetic pole portion 81a has a first portion 811 which is a permanent magnet and a second portion 812 which is a soft magnetic material.
  • the second portion 812 is provided on the surface of the first portion 811 (the surface facing the magnetic sensor 5).
  • the sensor magnet 8a according to the first modification has the same effect as the sensor magnet 8 according to the first embodiment.
  • the permeance coefficient can be increased by attaching the second portion 812 which is a soft magnetic material to the surface of the first portion 811 which is a permanent magnet.
  • the amount of magnetic flux from the first magnetic pole portion 81a increases more than the amount of magnetic flux from the second magnetic pole portion 82a. That is, by using the second portion 812, the positions of the magnetic pole change points P 1 and P 2 detected by the magnetic sensor 5 can be adjusted to desired positions according to the characteristics of the magnetic sensor 5 or the influence of disturbance. .
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing the structure of a sensor magnet 8b according to a second modification.
  • the sensor magnet 8b has a first magnetic pole portion 81b including a magnetic pole of a first polarity and a second magnetic pole portion 82b including a magnetic pole of a second polarity.
  • the first magnetic pole portion 81 b corresponds to the first magnetic pole portion 81 of the sensor magnet 8 according to the first embodiment
  • the second magnetic pole portion 82 b corresponds to the second magnetic pole of the sensor magnet 8 according to the first embodiment. This corresponds to the part 82.
  • the structure of the first magnetic pole portion 81b is different from the structure of the first magnetic pole portion 81 of the sensor magnet 8 according to the first embodiment, and the other structure in the sensor magnet 8b is the sensor It is the same as the magnet 8.
  • the first magnetic pole portion 81 b has a recess 813 formed on the surface facing the magnetic sensor 5.
  • the recess 813 may be formed on the surface of the second magnetic pole portion 82b.
  • the depression 813 may be formed at a position where the strength of the sensor magnet 8 b can be maintained, and may be formed at a position other than the position facing the magnetic sensor 5.
  • the recess 813 is formed, for example, at the center of the magnetic pole (in the present embodiment, the center of the N pole). Since the magnetic sensor 5 detects a magnetic pole change point, even if the depression 813 is formed at the center of the magnetic pole, the detection result of the magnetic sensor 5 is not disturbed.
  • the recess 813 may be a through hole.
  • the sensor magnet 8 b according to the second modification has the same effect as the sensor magnet 8 according to the first embodiment.
  • the material of the sensor magnet 8b (that is, the material of the permanent magnet) can be reduced by forming the depression 813 on the surface of the first magnetic pole part 81b. Thereby, the cost of the sensor magnet 8b can be reduced, and the weight reduction of the sensor magnet 8b can be realized.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing the structure of a sensor magnet 8c according to a third modification.
  • the sensor magnet 8c has a first magnetic pole portion 81c including a magnetic pole of a first polarity, and a second magnetic pole portion 82c including a magnetic pole of a second polarity.
  • the first magnetic pole portion 81c corresponds to the first magnetic pole portion 81 of the sensor magnet 8 according to the first embodiment
  • the second magnetic pole portion 82c corresponds to the second magnetic pole of the sensor magnet 8 according to the first embodiment. This corresponds to the part 82.
  • the sensor magnet 8 according to the first embodiment is axially magnetized
  • the sensor magnet 8c according to the third modification is radially magnetized.
  • the other structure of the sensor magnet 8c is the same as that of the sensor magnet 8.
  • the thickness T1 of the first magnetic pole portion 81c and the thickness T2 of the second magnetic pole portion 82c are thicknesses in the radial direction. Also in this case, the sensor magnet 8c satisfies T2 / T1 ⁇ 1. Furthermore, as described in the first embodiment, it is desirable that the sensor magnet 8c satisfy T2 / T1 ⁇ 0.7.
  • the sensor magnet 8c according to the third modification has the same effect as the sensor magnet 8 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of the air conditioner 10 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing main components in the outdoor unit 13 of the air conditioner 10. As shown in FIG.
  • An air conditioner 10 according to Embodiment 2 includes an indoor unit 11, a refrigerant pipe 12, and an outdoor unit 13 connected to the indoor unit 11 by the refrigerant pipe 12.
  • the indoor unit 11 includes a motor 11a and a blower 11b (also referred to as an indoor unit blower).
  • the outdoor unit 13 includes a motor 13a, a fan 13b as a blower (also referred to as an outdoor unit blower), a compressor 13c, and a heat exchanger (not shown).
  • the compressor 13c includes a motor 13d (for example, the motor 1 of the first embodiment), a compression mechanism 13e (for example, a refrigerant circuit) driven by the motor 13d, and a housing 13f accommodating the motor 13d and the compression mechanism 13e.
  • a motor 13d for example, the motor 1 of the first embodiment
  • a compression mechanism 13e for example, a refrigerant circuit driven by the motor 13d
  • a housing 13f accommodating the motor 13d and the compression mechanism 13e.
  • At least one of the indoor unit 11 and the outdoor unit 13 has the motor 1 described in the first embodiment.
  • the motor 1 described in the first embodiment is applied to at least one of the motors 11a and 13a as a drive source of the blower.
  • the motor 1 described in the first embodiment may be used as the motor 13d of the compressor 13c.
  • the air conditioner 10 can perform, for example, an operation such as a cooling operation in which cold air is blown from the indoor unit 11 or a heating operation in which warm air is blown.
  • the motor 11a is a drive source for driving the blower 11b.
  • the blower 11b can blow the adjusted air.
  • the motor 13a is a drive source for driving the fan 13b.
  • the motor 13a is fixed to the housing of the outdoor unit 13 by, for example, a screw.
  • the shaft of the motor 13a is connected to the fan 13b.
  • the fan 13b is rotated by the drive of the motor 13a.
  • the motor 1 described in the first embodiment is applied to at least one of the motors 11a and 13a, so the same effect as the effect described in the first embodiment can be obtained. can get.
  • the compressor 13c and the air conditioner 10 with good operation efficiency can be provided.
  • the motor 1 described in the first embodiment can be mounted on an apparatus having a drive source, such as a ventilation fan, a home appliance, or a machine tool, in addition to the air conditioner 10.
  • a drive source such as a ventilation fan, a home appliance, or a machine tool, in addition to the air conditioner 10.

Landscapes

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Abstract

センサマグネット（８）は、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部（８１）と、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部（８２）とを有する。磁気センサ（５）に向かう方向における第１の磁極部（８１）の厚み（Ｔ１）は、磁気センサ（５）に向かう方向における第２の磁極部（８２）の厚み（Ｔ２）よりも厚い。

Description

センサマグネット、モータ、及び空気調和機
　本発明は、センサマグネット、モータ、及び空気調和機に関する。
　一般に、モータにおいて、ロータの回転位置を検出するための磁気センサと、位置検出用マグネット（センサマグネットともいう）とが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３－５２１５９号公報
　従来の位置検出用マグネットでは、Ｎ極部分の形状とＳ極部分との形状が互いに同一であるため、外乱などの影響によってロータの回転位置の検出誤差が大きくなることがある。ロータの回転位置の検出誤差が大きい場合、モータ制御を精度良く行うことができず、モータ効率が低下するという問題がある。
　本発明の目的は、磁気センサにおける検出誤差を低減し、モータ制御の精度を改善することである。
　本発明のセンサマグネットは、ロータの回転位置を検出する磁気センサを備えたモータと共に用いられる。前記センサマグネットは、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部と、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部とを有する。前記磁気センサに向かう方向における前記第１の磁極部の厚みは、前記磁気センサに向かう方向における前記第２の磁極部の厚みよりも厚い。
　本発明によれば、磁気センサにおける検出誤差を低減し、モータ制御の精度を改善することができる。
本発明の実施の形態１に係るモータの構造を概略的に示す部分断面図である。 モータの構造を概略的に示す正面図である。 図２に示される線Ｃ３－Ｃ３に沿った断面図である。 互いに異なる出力特性を持つ２つの磁気センサにそれぞれ流入される磁界強度Ｈと磁気センサ出力値Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。 センサマグネットの構造を概略的に示す斜視図である。 比較例に係るセンサマグネットをモータにおいて用いた場合の磁気センサに流入する磁束量の変化を示す図である。 本実施の形態に係るセンサマグネットをモータにおいて用いた場合の磁気センサに流入する磁束量の変化を示す図である。 磁気センサによって検出される誤検出角度［ｄｅｇ］とＴ２／Ｔ１との関係を示す図である。 ロータが回転している間のセンサマグネットからの磁束密度の変化を示す図である。 メインマグネット部の最大半径Ｒ１と磁気センサの設置半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１と、漏れ磁束のＮ極成分とＳ極成分との差分Ｄ［Ｔ］との関係を示す図である。 変形例１に係るセンサマグネットの構造を概略的に示す斜視図である。 変形例２に係るセンサマグネットの構造を概略的に示す斜視図である。 変形例３に係るセンサマグネットの構造を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。 空気調和機の室外機内の主要な構成要素を概略的に示す図である。
実施の形態１．
　本発明の実施の形態１に係るモータ１について説明する。
　各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、モータ１のシャフト２３の軸線Ａ１（すなわち、ロータ２の回転軸）と平行な方向（以下「軸方向」という。）を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。
　図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ１の構造を概略的に示す部分断面図である。
　図２は、モータ１の構造を概略的に示す正面図である。
　図３は、図２に示される線Ｃ３－Ｃ３に沿った断面図である。図３に示される矢印Ｄ１は、ロータ２、メインマグネット部２０、及びセンサマグネット８の各々の外周に沿った方向（以下「周方向」という）を示す。図３に示される磁気センサ５は、ｘｙ平面上における磁気センサ５の位置を示す。
　モータ１は、ロータ２と、ステータ３と、回路基板４と、ロータ２の回転位置を検出する磁気センサ５と、ブラケット６と、ベアリング７ａ及び７ｂと、センサマグネット８（位置検出用マグネットともいう）とを有する。モータ１は、例えば、永久磁石同期モータである。
　回路基板４は、軸方向におけるステータ３の一端側に備えられている。回路基板４には、制御回路及び磁気センサ５などの電子部品が取り付けられている。磁気センサ５は、センサマグネット８の回転位置を検出することにより、ロータ２の回転位置を検出する。
　ロータ２は、センサマグネット８と、メインマグネット部２０と、シャフト２３とを有する。メインマグネット部２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１に固定された少なくとも１つの永久磁石２２とを有する。ロータ２の回転軸は、軸線Ａ１と一致する。ロータ２は、例えば、永久磁石埋め込み型である。
　メインマグネット部２０は、コンシクエントポール型である。すなわち、本実施の形態では、ロータ２は、コンシクエントポール型ロータである。
　センサマグネット８は、磁気センサ５に面するように、ロータ２（具体的には、メインマグネット部２０）に固定されている。本実施の形態では、センサマグネット８は、環状に形成されている。センサマグネット８は、円盤状に形成されていてもよい。
　本実施の形態で用いられるコンシクエントポール型のロータ２では、周方向において互いに隣接する永久磁石２２（例えば、ステータ３に対してＮ極として機能する磁極）間の領域が、他方の磁極（例えば、ステータ３に対してＳ極として機能する疑似磁極）を疑似的に形成する。
　ロータ２は、エアギャップを介してステータ３の内側に備えられている。ステータ３の負荷側（モータ１の負荷側）の開口部にはブラケット６が圧入されている。ベアリング７ａには、シャフト２３が挿入されており、ベアリング７ａはステータ３の負荷側において固定されている。同様に、ベアリング７ｂには、シャフト２３が挿入されており、ベアリング７ｂはステータ３の反負荷側において固定されている。ロータ２は、ベアリング７ａ及び７ｂによって回転可能に支持されている。
　ロータ２（ロータコア２１）の径方向（以下、単に「径方向」ともいう）におけるシャフト２３の中央部は、径方向における樹脂部２４の内側に形成されている。シャフト２３は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）又はＣｒ（クロム）などを含む材料で形成されている。
　ロータコア２１の構造について説明する。
　ロータコア２１は、少なくとも１つの磁石挿入孔２１ａと、シャフト２３が挿入される貫通孔であるシャフト挿入孔２１ｂとを有する。本実施の形態では、ロータコア２１は、複数の磁石挿入孔２１ａを有し、各磁石挿入孔２１ａには、少なくとも１つの永久磁石２２が挿入されている。
　ロータコア２１は、磁石挿入孔２１ａとロータ２の外側表面（外縁）との間に形成された薄板（例えば、電磁鋼板）の一部であるブリッジ部を有してもよい。このブリッジ部は、漏れ磁束の発生を抑制する。
　ただし、モータ１は、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータでもよい。この場合、ロータコア２１には、磁石挿入孔２１ａが形成されておらず、ロータコア２１の径方向における外側表面に永久磁石２２が取り付けられる。さらに、モータ１は、リアクタンスモータ又は誘導モータでもよい。
　図１に示されるように、メインマグネット部２０の軸方向における両端には、永久磁石２２を軸方向において固定するための端板２５が取り付けられていてもよい。永久磁石２２を軸方向において固定するため、端板２５の代わりに、軸方向における磁石挿入孔２１ａの両側に樹脂を充填してもよい。この場合、この樹脂が軸方向におけるロータコア２１の両側を覆うように形成されていてもよい。
　ロータコア２１とシャフト２３とは、コーキング又はＰＢＴなどの熱可塑性樹脂で一体化される。
　複数の磁石挿入孔２１ａは、周方向に等間隔で形成されている。永久磁石２２は、例えば、Ｎｄ（ネオジム）又はＳｍ（サマリウム）を主成分とする希土類磁石である。永久磁石２２は、鉄を主成分とするフェライト磁石でもよい。磁石挿入孔２１ａ内の永久磁石２２は、径方向に磁化されており、これによりメインマグネット部２０からの磁束は、ステータ３に流入する。
　図２に示されるように、ロータコア２１は、例えば、磁性体である複数の薄板２１１を軸方向に積層することにより形成されている。薄板２１１は、例えば、電磁鋼板である。この場合、各薄板２１１は、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚みを持つ。ロータコア２１は、軟磁性材料と樹脂とを混ぜて構成された樹脂鉄心でもよい。
　図１に示されるように、ステータ３は、ステータコア３１と、コイル３２と、インシュレータ３３とを有する。ステータ３は環状に形成されている。
　ステータコア３１は、磁性体である複数の薄板を軸方向に積層することにより形成されている。例えば、鉄を主成分とする電磁鋼板を軸方向に積層することにより形成されている。ステータコア３１は、例えば、環状に形成されたヨーク部と、ヨーク部から径方向内側に向けて突出する複数のティース部とを有する。電磁鋼板の厚さは、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍである。ステータコア３１は、環状に形成されている。
　コイル３２は、例えば、インシュレータ３３を介してステータコア３１のティース部に巻線（例えば、マグネットワイヤ）を巻回することにより形成されている。コイル３２は、インシュレータ３３によって絶縁されている。巻線は、銅又はアルミニウムを主成分として構成されている。
　インシュレータ３３は、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅ　Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）、液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ　Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）などの絶縁性樹脂で形成されている。例えば、インシュレータ３３は、ステータコア３１と一体的に成形される。ただし、ステータコア３１とは別にインシュレータ３３が成形されてもよい。この場合、インシュレータ３３が成形された後に、インシュレータ３３がステータコア３１に嵌められる。
　本実施の形態では、ステータコア３１、コイル３２、及びインシュレータ３３は、ＰＢＴ及びＰＰＳなどの熱可塑性樹脂（モールド樹脂ともいう）によって覆われている。ステータコア３１、コイル３２、及びインシュレータ３３は、円筒状シェルによって固定されてもよい。この場合、円筒状シェルは、例えば、鉄が主成分であり、焼き嵌めによって、ステータ３をロータ２と共に覆うことができる。
　磁気センサ５は、センサマグネット８の回転位置を検出することにより、ロータ２の回転位置を検出する。磁気センサ５には、例えば、ホールＩＣ、ＭＲ（磁気抵抗）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子、又は磁気インピーダンス素子などが用いられる。磁気センサ５は、センサマグネット８から発生する磁束が通る位置（検出位置）に固定されている。モータ制御回路は、磁気センサ５による検出結果（例えば、センサマグネット８のＮ極とＳ極との間の境界である磁極変更点）を用いてステータ３のコイルに流れる電流を制御することにより、ロータ２の回転を制御する。
　磁気センサ５は、磁気センサ５に流入される磁界（磁界強度）の変化に基づいて、センサマグネット８及びメインマグネット部２０の磁極の位置（位相）を検出する。具体的には、磁気センサ５は、センサマグネット８のＮ極からの磁束及びＳ極に向かう磁束を検出することにより、センサマグネット８の周方向（回転方向）において磁界の向きが変わるタイミング（具体的には、センサマグネット８の磁極変更点）を判別する。センサマグネット８は、後述するように、周方向にＮ極及びＳ極が交互に配列されているので、磁気センサ５が、センサマグネット８の磁極変更点を周期的に検出することにより、回転方向における各磁極の位置（ロータ２の回転角及び位相）が把握可能である。
　図４は、互いに異なる出力特性を持つ２つの磁気センサ（第１及び第２の磁気センサ）にそれぞれ流入される磁界強度Ｈ（ホールＩＣ入力磁界）と磁気センサ出力値Ｖｏｕｔ（ホールＩＣ出力）との関係を示す図である。図４に示されるグラフの横軸は、第１及び第２の磁気センサに流入される磁界強度Ｈ（入力磁界）［Ｎ／Ｗｂ］（Ｎ極とＳ極との間の磁界強度）を示し、縦軸は、磁気センサの出力信号（具体的には、電圧）Ｖｏｕｔ［Ｖ］を示す。
　図４に示されるように、第１及び第２の磁気センサは、例えば、信号Ｖ１［Ｖ］又は信号Ｖ２［Ｖ］の二値（信号）を出力する。一例として、第１の磁気センサの出力特性について説明する。例えば、第１の磁気センサがセンサマグネット８のＮ極側からＳ極側に向けて磁界（磁界強度）を検出する場合、第１の磁気センサがセンサマグネット８からＮ極側の磁界を検出すると、信号Ｖ１［Ｖ］を出力する。第１の磁気センサに流入される磁界が変化して、第１の磁気センサがセンサマグネット８からＳ極側の磁界（磁界強度Ｈ１）を検出すると、信号Ｖ２［Ｖ］を出力する。同様に、第１の磁気センサがセンサマグネット８のＳ極側からＮ極側に向けて磁界（磁界強度）を検出する場合、第１の磁気センサがセンサマグネット８からＳ極側の磁界を検出すると、信号Ｖ２［Ｖ］を出力する。第１の磁気センサに流入される磁界が変化して、第１の磁気センサがセンサマグネット８からＮ極側の磁界（磁界強度Ｈ２）を検出すると、信号Ｖ１［Ｖ］を出力する。
　他の例として、第２の磁気センサの出力特性について説明する。例えば、第２の磁気センサがセンサマグネット８のＮ極側からＳ極側に向けて磁界（磁界強度）を検出する場合、第２の磁気センサがセンサマグネット８からＮ極側の磁界を検出すると、信号Ｖ１［Ｖ］を出力する。第２の磁気センサに流入される磁界が変化して、第２の磁気センサがセンサマグネット８からＳ極側の磁界（磁界強度Ｈ´１）を検出すると、信号Ｖ２［Ｖ］を出力する。同様に、第２の磁気センサがセンサマグネット８のＳ極側からＮ極側に向けて磁界（磁界強度）を検出する場合、第２の磁気センサがセンサマグネット８からＳ極側の磁界を検出すると、信号Ｖ２［Ｖ］を出力する。第２の磁気センサに流入される磁界が変化して、第２の磁気センサがセンサマグネット８からＮ極側の磁界（磁界強度Ｈ´２）を検出すると、信号Ｖ１［Ｖ］を出力する。
　したがって、図４に示されるように、磁気センサの出力信号は、磁気センサに流入する磁界の向きが切り替わったタイミング（磁極変更点）において瞬時に切り替わらない場合がある。さらに、磁気センサの固体によって、出力特性（例えば、Ｈ´１とＨ１との差）が異なる場合があるため、使用する磁気センサ５によっては、モータ制御の誤差による、モータ効率の低下又はモータ回転時の騒音を引き起こす場合がある。
　次に、センサマグネット８の構造について詳細に説明する。
　図５は、センサマグネット８の構造を概略的に示す斜視図である。図５に示される「Ｎ」はＮ極を示し、「Ｓ」はＳ極を示す。
　センサマグネット８は、ロータ２の回転位置を検出する磁気センサ５を有するモータ１と共に用いられる。センサマグネット８は、磁気センサ５に面するように、軸方向におけるロータ２（具体的には、メインマグネット部２０）の一端側に固定されている。
　センサマグネット８は、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部８１と、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部８２とを有する。本実施の形態では、第１の極性の磁極はＮ極であり、第２の極性の磁極はＳ極である。ただし、第１の極性の磁極がＳ極でもよく、この場合、第２の極性の磁極はＮ極である。第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２は周方向において交互に配列されている。第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２の周方向における長さは互いに同じである。
　センサマグネット８は、磁束（本実施の形態では、第１の磁極部８１からの磁束）が磁気センサ５に流入するように、軸方向に磁化されている。これにより、磁気センサ５を、センサマグネット８と面するように、軸方向におけるステータ３の一端側に取り付けることができる。
　センサマグネット８の極数は、メインマグネット部２０の極数と同一である。センサマグネット８は、センサマグネット８の極性がメインマグネット部２０の極性と周方向において一致するように位置決めされている。
　磁気センサ５に向かう方向における第１の磁極部８１の厚みＴ１は、磁気センサ５に向かう方向における第２の磁極部８２の厚みＴ２よりも厚い。すなわち、センサマグネット８は、Ｔ２／Ｔ１＜１を満たす。言い換えると、軸線Ａ１（すなわち、ロータ２の回転軸）と平行な方向における第１の磁極部８１の厚みＴ１は、軸線Ａ１と平行な方向における第２の磁極部８２の厚みＴ２よりも厚い。この場合、センサマグネット８は、Ｔ２／Ｔ１≦０．７を満たすことが望ましい。
　上述のように、センサマグネット８は、Ｔ２／Ｔ１＜１を満たすので、第１の磁極部８１から磁気センサ５までの最短距離は、第２の磁極部８２から磁気センサ５までの最短距離よりも短い。センサマグネット８からの磁束量は、磁極部の厚み応じて増加又は減少する。さらに、磁気センサ５に流入する磁束量は、磁極部から磁気センサ５までの距離の２乗に比例する。したがって、磁極部の厚みＴ１及びＴ２を変化させることにより、センサマグネット８からの磁束量を調整することができる。さらに、磁極部から磁気センサ５までの最短距離を調整することにより、磁気センサ５に流入する磁束量を調整することができる。
　本実施の形態では、センサマグネット８は、永久磁石、具体的には、ボンド磁石で形成されている。すなわち、第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２は、永久磁石、具体的には、ボンド磁石である。これにより、複雑な形状を持つセンサマグネット８を製造することが容易になる。例えば、上述のようなＴ２／Ｔ１＜１を満たすセンサマグネットの製造が容易になる。
　図６は、センサマグネット８の代わりに比較例に係るセンサマグネットをモータ１において用いた場合の磁気センサ５に流入する磁束量（すなわち、磁気センサ５によって検出される磁束量）の変化を示す図である。
　比較例に係るセンサマグネットは、Ｔ１＝Ｔ２を満たす形状を持つ。比較例に係るセンサマグネットのＮ極から磁気センサ５までの最短距離及びＳ極から磁気センサ５までの最短距離は互いに同一である。
　図６に示されるｆ１は、磁気センサ５に流入する磁束量を示し、ｆ２は、磁気センサ５に流入する磁束のうちのセンサマグネットからの磁束量（すなわち、外乱を除いた磁束量）を示し、ｆ３は、磁気センサ５に流入する外乱を示す。外乱は、例えば、メインマグネット部２０からの磁束及びステータ３からの磁束などのセンサマグネットからの磁束以外の磁束である。図６に示されるＰ１は、磁気センサ５が検出する磁極変更点（Ｓ極からＮ極へ切り替わる位置）を示す。図６に示されるＰ２は、磁気センサ５が検出する磁極変更点（Ｎ極からＳ極へ切り替わる位置）を示す。
　図６に示されるａ１は、磁極変更点Ｐ２から磁極変更点Ｐ１までの回転角度を示し、ａ２は、磁極変更点Ｐ１から磁極変更点Ｐ２までの回転角度を示す。具体的には、ａ１で示される区間は、センサマグネットのＳ極側が磁気センサ５を通過する区間であり、ａ２で示される区間は、センサマグネットのＮ極側が磁気センサ５を通過する区間である。この場合、磁気センサ５は、磁極変更点Ｐ１及びＰ２で磁極変更点を検出し、区間ａ１でＳ極側を検出し、区間ａ２でＮ極側を検出する。
　比較例では、図６に示されるように、ａ１がａ２よりも大きい。すなわち、比較例に係るセンサマグネットでは、Ｓ極側が検出される区間が長く、Ｎ極側が検出される区間が短い。したがって、比較例では、検出誤差が生じている。この場合、モータ制御の誤差による、モータ効率の低下又はモータ回転中の騒音を引き起こす場合がある。
　図７は、本実施の形態に係るセンサマグネット８をモータ１において用いた場合の磁気センサ５に流入する磁束量（すなわち、磁気センサ５によって検出される磁束量）の変化を示す図である。
　図７に示されるｆ１は、磁気センサ５に流入する磁束量を示し、ｆ２は、磁気センサ５に流入する磁束のうちのセンサマグネット８からの磁束量（すなわち、外乱を除いた磁束量）を示し、ｆ３は、磁気センサ５に流入する外乱を示す。外乱は、例えば、メインマグネット部２０からの磁束及びステータ３からの磁束などのセンサマグネット８からの磁束以外の磁束である。図７に示されるＰ１は、磁気センサ５が検出する磁極変更点（Ｓ極からＮ極へ切り替わる位置）を示す。図７に示されるＰ２は、磁気センサ５が検出する磁極変更点（Ｎ極からＳ極へ切り替わる位置）を示す。
　本実施の形態では、図７に示されるように、ａ１がａ２にほぼ等しい。すなわち、本実施の形態に係るセンサマグネット８では、Ｓ極側が検出される区間と、Ｎ極側が検出される区間とが互いにほぼ等しく、磁極変更点Ｐ１及びＰ２が互いにほぼ等しい間隔で検出される。したがって、本実施の形態では、比較例に比べて、検出誤差が低減されている。
　本実施の形態に係るセンサマグネット８は、Ｔ１＞Ｔ２を満たす。これにより、第１の磁極部８１側の磁束量（本実施の形態では、Ｎ極からの磁束量）が、第２の磁極部８２（本実施の形態では、Ｓ極からの磁束量）側の磁束量よりも増える。したがって、磁気センサ５に第１の磁極部８１からの磁束が流入しやすくなり、比較例に比べて区間ａ２の回転角度が大きくなる。これに対し、比較例に比べて区間ａ１の回転角度が小さくなる。その結果、比較例に比べて、磁気センサ５に対するＮ極側の磁束量及びＳ極側の磁束量のバランスが改善され、磁気センサ５における検出誤差を低減することができる。これにより、モータ制御の精度を改善することができる。
　図８は、磁気センサ５によって検出される誤検出角度［ｄｅｇ］とＴ２／Ｔ１との関係を示す図である。誤検出角度とは、センサマグネット８における実際の磁極変更点と、磁気センサ５によって磁極変更点として検出される回転角度［ｄｅｇ］（すなわち、図６及び図７に示される磁極変更点Ｐ１及びＰ２に相当）との差である。
　図８に示されるように、Ｔ２／Ｔ１が小さくなるほど、誤検出角度を低減することができ、センサマグネット８がＴ２／Ｔ１＜１を満たすとき、誤検出角度を、モータ制御に支障が少ない許容誤差である１５［ｄｅｇ］以下に抑えることができる。
　さらに、センサマグネット８がＴ２／Ｔ１≦０．７を満たすとき、誤検出角度を１０［ｄｅｇ］以下に抑えることができ、より正確なモータ制御が可能となる。その結果、モータ効率をより高めることができる。
　さらに、図８に示されるように、Ｔ２／Ｔ１が小さくなるほど、誤検出角度を低減することができるので、磁気センサ５の特性又は外乱の影響などに応じて、Ｔ２／Ｔ１を調整することにより、磁気センサ５によって検出される磁極変更点Ｐ１及びＰ２の位置を望ましい位置に調整することができる。
　第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２はボンド磁石である。これにより、複雑な形状を持つセンサマグネット８を製造することが容易になる。例えば、第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２が焼結磁石である場合、Ｔ２／Ｔ１を満たすセンサマグネット８の製造が難しい。第１の磁極部８１と第２の磁極部８２とを別々に製造し、これらを互いに接着すると、誤検出角度が大きくなる場合がある。これに対し、本実施の形態では、第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２はボンド磁石であるので、第１の磁極部８１及び第２の磁極部８２を容易に一体的に形成することができ、互いに異なる厚みを持つ磁極部を形成することが容易になる。
　図９は、ロータ２が回転している間のセンサマグネット８からの磁束密度の変化を示す図である。図９に示される＋側の磁束密度はＮ極成分を示し、－側の磁束密度はＳ極成分を示す。
　本実施の形態では、ロータ２は、コンシクエントポール型ロータである。この場合、メインマグネット部２０から磁気センサ５へ向かう外乱としての漏れ磁束は、一方の磁極（本実施の形態では、Ｎ極）から生じる。したがって、図９に示されるように、磁束のＮ極成分とＳ極成分との間でアンバランスが生じる。本実施の形態では、上述のように、Ｔ２／Ｔ１を調整することにより、磁気センサ５によって検出される磁極変更点Ｐ１及びＰ２の位置を望ましい位置に調整することができるので、このアンバランスを解消することができる。すなわち、このアンバランスが解消されるように、Ｔ２／Ｔ１を調整することにより、誤検出角度を低減することができ、モータ制御が改善される。その結果、モータ効率を高めることができる。
　図１０は、メインマグネット部２０の最大半径Ｒ１（図３）と磁気センサ５の設置半径Ｒ２（図３）との比Ｒ２／Ｒ１と、メインマグネット部２０からの漏れ磁束のＮ極成分とＳ極成分との差分Ｄ［Ｔ］（Ｄ＝Ｎ極成分－Ｓ極成分）との関係を示す図である。最大半径Ｒ１は、永久磁石２２が配置された磁極部を通る半径である（図３）。設置半径Ｒ２とは、軸線Ａ１から磁気センサ５までの距離である（図３）。
　図１０に示されるように、Ｒ２／Ｒ１が０．９５以下であるとき、Ｓ極成分が増加する。すなわち、メインマグネット部２０からの磁束のＮ極成分とＳ極成分との間でアンバランスが生じる。したがって、Ｒ２／Ｒ１が０．９５以下であるとき、Ｔ２／Ｔ１＜１を満たす構造を持つセンサマグネット８を用いることにより、磁束のアンバランスを解消することができる。一方、Ｒ２／Ｒ１が０．９５よりも大きいとき、Ｎ極成分が増加する。この場合、Ｔ１／Ｔ２＜１を満たす構造を持つセンサマグネット８を用いれば磁束のアンバランスを解消することができる。
変形例１．
　図１１は、変形例１に係るセンサマグネット８ａの構造を概略的に示す斜視図である。
　センサマグネット８ａは、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部８１ａと、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部８２ａとを有する。第１の磁極部８１ａは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第１の磁極部８１に相当し、第２の磁極部８２ａは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第２の磁極部８２に相当する。変形例１に係るセンサマグネット８ａでは、第１の磁極部８１ａの構造が実施の形態１に係るセンサマグネット８の第１の磁極部８１の構造と異なり、センサマグネット８ａにおけるその他の構造は、センサマグネット８と同じである。
　図１１に示される破線は、第１の磁極部８１ａと第２の磁極部８２ａとの間の境界を示す。
　第１の磁極部８１ａは、永久磁石である第１の部分８１１と、軟磁性材料である第２の部分８１２とを有する。第２の部分８１２は、第１の部分８１１の表面（磁気センサ５に面する表面）に備えられている。
　変形例１に係るセンサマグネット８ａは、実施の形態１に係るセンサマグネット８と同じ効果を有する。
　さらに、永久磁石である第１の部分８１１の表面に軟磁性材料である第２の部分８１２を取り付けることにより、パーミアンス係数を大きくすることができる。これにより、第１の磁極部８１ａからの磁束量が第２の磁極部８２ａからの磁束量よりも増加する。すなわち、第２の部分８１２を用いることにより、磁気センサ５の特性又は外乱の影響などに応じて、磁気センサ５によって検出される磁極変更点Ｐ１及びＰ２の位置を望ましい位置に調整することができる。
変形例２．
　図１２は、変形例２に係るセンサマグネット８ｂの構造を概略的に示す斜視図である。
　センサマグネット８ｂは、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部８１ｂと、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部８２ｂとを有する。第１の磁極部８１ｂは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第１の磁極部８１に相当し、第２の磁極部８２ｂは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第２の磁極部８２に相当する。変形例２に係るセンサマグネット８ｂでは、第１の磁極部８１ｂの構造が実施の形態１に係るセンサマグネット８の第１の磁極部８１の構造と異なり、センサマグネット８ｂにおけるその他の構造は、センサマグネット８と同じである。
　第１の磁極部８１ｂは、磁気センサ５に面する表面に形成された窪み８１３を有する。窪み８１３は、第２の磁極部８２ｂの表面に形成されていてもよい。窪み８１３は、センサマグネット８ｂの強度を維持できる位置に形成されていればよく、磁気センサ５に面する位置以外の位置に形成されていてもよい。
　窪み８１３は、例えば、磁極中心（本実施の形態では、Ｎ極の中心）に形成される。磁気センサ５は、磁極変更点を検出するので、窪み８１３が磁極中心に形成されていても、磁気センサ５の検出結果に支障がない。窪み８１３は、貫通孔でもよい。
　変形例２に係るセンサマグネット８ｂは、実施の形態１に係るセンサマグネット８と同じ効果を有する。
　さらに、第１の磁極部８１ｂの表面に窪み８１３を形成することにより、センサマグネット８ｂの材料（すなわち、永久磁石の材料）を削減することができる。これにより、センサマグネット８ｂのコストを削減することができ、センサマグネット８ｂの軽量化を実現することができる。
　変形例３．
　図１３は、変形例３に係るセンサマグネット８ｃの構造を概略的に示す平面図である。
　センサマグネット８ｃは、第１の極性の磁極を含む第１の磁極部８１ｃと、第２の極性の磁極を含む第２の磁極部８２ｃとを有する。第１の磁極部８１ｃは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第１の磁極部８１に相当し、第２の磁極部８２ｃは、実施の形態１に係るセンサマグネット８の第２の磁極部８２に相当する。実施の形態１に係るセンサマグネット８は軸方向に磁化されているのに対し、変形例３に係るセンサマグネット８ｃは径方向に磁化されている。センサマグネット８ｃにおけるその他の構造は、センサマグネット８と同じである。
　変形例３に係るセンサマグネット８ｃでは、第１の磁極部８１ｃの厚みＴ１及び第２の磁極部８２ｃの厚みＴ２は径方向における厚みである。この場合においても、センサマグネット８ｃは、Ｔ２／Ｔ１＜１を満たす。さらに、実施の形態１で説明したように、センサマグネット８ｃは、Ｔ２／Ｔ１≦０．７を満たすことが望ましい。
　変形例３に係るセンサマグネット８ｃは、実施の形態１に係るセンサマグネット８と同じ効果を有する。
実施の形態２．
　本発明の実施の形態２に係る空気調和機１０について説明する。
　図１４は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機１０の構成を概略的に示す図である。
　図１５は、空気調和機１０の室外機１３内の主要な構成要素を概略的に示す図である。
　実施の形態２に係る空気調和機１０は、室内機１１と、冷媒配管１２と、冷媒配管１２によって室内機１１と接続された室外機１３とを備える。
　室内機１１は、モータ１１ａと、送風機１１ｂ（室内機用送風機ともいう）とを有する。室外機１３は、モータ１３ａと、送風機（室外機用送風機ともいう）としてのファン１３ｂと、圧縮機１３ｃと、熱交換器（図示しない）とを有する。圧縮機１３ｃは、モータ１３ｄ（例えば、実施の形態１のモータ１）と、モータ１３ｄによって駆動される圧縮機構１３ｅ（例えば、冷媒回路）と、モータ１３ｄ及び圧縮機構１３ｅを収容するハウジング１３ｆとを有する。
　実施の形態２に係る空気調和機１０において、室内機１１及び室外機１３の少なくとも一つは、実施の形態１で説明したモータ１を有する。具体的には、送風機の駆動源として、モータ１１ａ及び１３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明したモータ１が適用される。さらに、圧縮機１３ｃのモータ１３ｄとして、実施の形態１で説明したモータ１を用いてもよい。
　空気調和機１０は、例えば、室内機１１から冷たい空気を送風する冷房運転、又は温かい空気を送風する暖房運転等の運転を行うことができる。室内機１１において、モータ１１ａは、送風機１１ｂを駆動するための駆動源である。送風機１１ｂは、調整された空気を送風することができる。
　図１５に示されるように、室外機１３において、モータ１３ａは、ファン１３ｂを駆動するための駆動源である。モータ１３ａは、例えば、ねじによって室外機１３の筐体に固定されている。モータ１３ａのシャフトは、ファン１３ｂと連結されている。モータ１３ａの駆動によってファン１３ｂが回転する。
　実施の形態２に係る空気調和機１０によれば、モータ１１ａ及び１３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明したモータ１が適用されるので、実施の形態１で説明した効果と同じ効果が得られる。
　さらに、実施の形態２によれば、運転効率が良い圧縮機１３ｃ及び空気調和機１０を提供することができる。
　実施の形態１で説明したモータ１は、空気調和機１０以外に、換気扇、家電機器、又は工作機など、駆動源を有する機器に搭載できる。
　以上に説明した各実施の形態における特徴及び各変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。
　１　モータ、　２　ロータ、　３　ステータ、　４　回路基板、　５　磁気センサ、　６　ブラケット、　７ａ，７ｂ　ベアリング、　８，８ａ，８ｂ，８ｃ　センサマグネット、　１０　空気調和機、　１１　室内機、　１１ａ　モータ、　１１ｂ　送風機、　１２　冷媒配管、　１３　室外機、　１３ａ　モータ、　１３ｂ　ファン、　１３ｃ　圧縮機、　１３ｄ　モータ、　２０　メインマグネット部、　２１　ロータコア、　２１ａ　磁石挿入孔、　２１ｂ　シャフト挿入孔、　２２　永久磁石、　２３　シャフト、　３１　ステータコア、　３２　コイル、　３３　インシュレータ、　８１，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ　第１の磁極部、　８２，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ　第２の磁極部、　２１１　薄板。

Claims (10)

  1. 　ロータの回転位置を検出する磁気センサを備えたモータと共に用いられるセンサマグネットであって、
    　第１の極性の磁極を含む第１の磁極部と、
    　第２の極性の磁極を含む第２の磁極部と
    　を有し、
    　前記磁気センサに向かう方向における前記第１の磁極部の厚みが、前記磁気センサに向かう方向における前記第２の磁極部の厚みよりも厚い
    　センサマグネット。
  2. 　前記第１の磁極部から前記磁気センサまでの最短距離は、前記第２の磁極部から前記磁気センサまでの最短距離よりも短い請求項１に記載のセンサマグネット。
  3. 　前記第１の磁極部及び前記第２の磁極部はボンド磁石である請求項１又は２に記載のセンサマグネット。
  4. 　前記第１の磁極部は、
    　永久磁石である第１の部分と、
    　前記第１の部分の表面に備えられ、軟磁性材料である第２の部分と
    　を有する請求項１又は２に記載のセンサマグネット。
  5. 　前記第１の磁極部は、前記磁気センサに面する表面に形成された窪みを有する請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサマグネット。
  6. 　前記第１の磁極部の前記厚みをＴ１とし、前記第２の磁極部の前記厚みをＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≦０．７を満たす請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサマグネット。
  7. 　前記第１の磁極部及び前記第２の磁極部は、径方向に磁化されている請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサマグネット。
  8. 　ステータと、
    　前記ステータの内側に備えられたロータと、
    　前記ロータの回転位置を検出する磁気センサと
    　を備え、
    　前記ロータは、
    　メインマグネット部と、
    　前記磁気センサに面するように前記メインマグネット部に固定されたセンサマグネットと
    　を有し、
    　前記センサマグネットは、
    　第１の極性の磁極を含む第１の磁極部と、
    　第２の極性の磁極を含む第２の磁極部と
    　を有し、
    　前記磁気センサに向かう方向における前記第１の磁極部の厚みが、前記磁気センサに向かう方向における前記第２の磁極部の厚みよりも厚い
    　モータ。
  9. 　前記メインマグネット部は、
    　ロータコアと、
    　前記ロータコアに固定された永久磁石と
    　を有し、
    　前記メインマグネット部はコンシクエントポール型である
    　請求項８に記載のモータ。
  10. 　室内機と、
    　前記室内機に接続された室外機と
    　を備え、
    　前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つはモータを有し、
    　前記モータは、
    　ステータと、
    　前記ステータの内側に備えられたロータと、
    　前記ロータの回転位置を検出する磁気センサと
    　を備え、
    　前記ロータは、
    　メインマグネット部と、
    　前記磁気センサに面するように前記メインマグネット部に固定されたセンサマグネットと
    　を有し、
    　前記センサマグネットは、
    　第１の極性の磁極を含む第１の磁極部と、
    　第２の極性の磁極を含む第２の磁極部と
    　を有し、
    　前記磁気センサに向かう方向における前記第１の磁極部の厚みが、前記磁気センサに向かう方向における前記第２の磁極部の厚みよりも厚い
    　空気調和機。
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