WO2021199419A1 - 電動機、圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

電動機（１）は、ステータ（３）と、ロータ（２）と、センサ部（４１）とを有する。センサ部（４１）は、軸方向におけるロータ（２）の端部（２ａ）に面しており、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号（ＳＧ１）を出力する。ロータ（２）の回転軸を中心として径方向における永久磁石（２２）の内側端部を通る円を第１の円（Ｃ１）とし、ロータ（２）の回転軸を中心として径方向における永久磁石（２２）の外側端部を通る円を第２の円（Ｃ２）としたとき、軸方向に直交する平面において、センサ部（４１）は、第１の円（Ｃ１）と第２の円（Ｃ２）との間に位置する。

Description

電動機、圧縮機、及び空気調和機

　本開示は、電動機に関する。

　一般に、ロータ内の永久磁石の温度が高くなると、永久磁石の保持力が低下する。永久磁石の保持力が低下すると、永久磁石に減磁が発生しやすい。そのため、永久磁石の温度に応じた駆動を行うための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の駆動システムでは、ステータ上にホール素子が配置されており、このホール素子がロータ内の永久磁石の近くに配置された磁化素子からの磁界を測定し、ロータ内の永久磁石の温度が推定される。

特開２００４－２２２３８７号公報

　しかしながら、従来の技術では、ロータの回転中におけるロータ内の永久磁石の温度推定の精度が低いという問題がある。

　本開示は、以上に述べた課題を解決し、ロータの回転中におけるロータ内の永久磁石の温度推定の精度を改善することを目的とする。

　本開示の一態様に係る電動機は、
　ステータコアを有するステータと、
　永久磁石を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと、
　軸方向における前記ロータの端部に面しており、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号を出力する第１のセンサ部と
　を備え、
　前記ロータの回転軸を中心として径方向における前記永久磁石の内側端部を通る円を第１の円とし、前記ロータの前記回転軸を中心として前記径方向における前記永久磁石の外側端部を通る円を第２の円としたとき、前記軸方向に直交する平面において、前記第１のセンサ部は、前記第１の円と前記第２の円との間に位置する。
　本開示の他の態様に係る圧縮機は、
　密閉容器と、
　前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
　前記圧縮装置を駆動する前記電動機と
　を備える。
　本開示の他の態様に係る空気調和機は、
　前記圧縮機と、
　熱交換器と
　を備える。

　本開示によれば、ロータの回転中におけるロータ内の永久磁石の温度推定の精度を改善することができる。

実施の形態１に係る電動機の構造を概略的に示す断面図である。 電動機の構造を概略的に示す断面図である。 ロータの構造を概略的に示す断面図である。 磁束を検出するセンサ部を示す図である。 電動機の出力と永久磁石の温度との関係を示すグラフである。 センサ部によって検出された物理量に対応する電圧の波形の一例を示す図である。 温度推定システムの構成を示すブロック図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。 制御部のハードウェア構成の他の例を示す図である。 変形例１におけるセンサ部を示す図である。 変形例２におけるセンサ部を示す図である。 電動機の他の例を示す図である。 変形例３における２つのセンサ部の配置を示す図である。 変形例４におけるＮ個（Ｎは２以上の整数）のセンサ部の配置を示す図である。 ロータの他の例を示す図である。 実施の形態２に係る圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。 実施の形態３に係る冷凍空調装置の構成を概略的に示す図である。

実施の形態１．
　各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、電動機１の軸線Ａｘと平行な方向を示し、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（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａｘは、ロータ２の回転中心であり、ロータ２の回転軸である。軸線Ａｘと平行な方向は、「ロータ２の軸方向」又は単に「軸方向」とも称する。径方向は、ロータ２又はステータ３の半径方向であり、軸線Ａｘと直交する方向である。ｘｙ平面は、軸方向と直交する平面である。矢印Ａ１は、軸線Ａｘを中心とする周方向を示す。ロータ２又はステータ３の周方向を、単に「周方向」とも称する。

〈電動機１〉
　図１は、実施の形態１に係る電動機１の構造を概略的に示す断面図である。
　図２は、電動機１の構造を概略的に示す断面図である。
　電動機１は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の磁極を持つロータ２と、ロータ２の外側に配置されたステータ３と、少なくとも１つのセンサ部４１（第１のセンサ部とも称する）とを有する。電動機１は、例えば、永久磁石埋込型電動機などの永久磁石同期電動機（ブラシレスＤＣモータとも称する）である。磁極数Ｎの範囲は、望ましくは、４から１０の偶数、すなわち、４，６，８，又は１０である。電動機１は、さらに、ステータ３を覆うモータフレーム（単に「フレーム」とも称する）を有してもよい。

　電動機１は、例えば、インバータ制御で駆動する。これにより、電動機１に生じるコギングトルクを考慮したモータ制御が可能になる。特に、電動機１が、インバータ制御で駆動するブラシレスＤＣモータである場合、電動機１の駆動中に生じるトルクリップルの変動を抑えることができ、電動機１における振動及び騒音を低減することができる。

〈ロータ２〉
　図３は、ロータ２の構造を概略的に示す断面図である。
　ロータ２は、ステータ３の内側に回転可能に配置されている。ロータ２は、ロータコア２１と、少なくとも１つの永久磁石２２と、シャフト２３とを有する。本実施の形態では、ロータ２は、永久磁石埋込型ロータである。

　ロータコア２１は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板を持つ。これらの電磁鋼板はカシメで互いに固定されている。ロータコア２１の複数の電磁鋼板の各々は、予め定められた形状を持つように打ち抜かれている。ロータコア２１の複数の電磁鋼板の各々の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、ロータコア２１の複数の電磁鋼板の各々の厚さは、０．３５ｍｍである。

　ロータコア２１は、少なくとも１つの磁石挿入孔２１１と、シャフト孔２１２とを持っている。

　本実施の形態では、ロータコア２１は、複数の磁石挿入孔２１１（具体的には、６個の磁石挿入孔２１１）を有する。ｘｙ平面において、複数の磁石挿入孔２１１は、周方向に配列されている。ロータ２の磁極数Ｎは、２以上である。磁極数Ｎの範囲は、望ましくは、４から１０の偶数、すなわち、４，６，８，又は１０である。

　各磁石挿入孔２１１は、ロータ２の各磁極に対応する。したがって、本実施の形態では、ロータ２の磁極数は、６極である。各磁石挿入孔２１１には、少なくとも１つの永久磁石２２が配置されている。

　ｘｙ平面において、磁石挿入孔２１１の中央部は、軸線Ａｘに向けて突出している。すなわち、ｘｙ平面において、各磁石挿入孔２１１はＶ字形状を持っている。各磁石挿入孔２１１の形状は、Ｖ字形状に限定されるものではなく、例えばストレート形状であってもよい。

　本実施の形態では、１つの磁石挿入孔２１１内には、２つの永久磁石２２が配置されている。すなわち、１つの磁石挿入孔２１１内の２つの永久磁石２２がロータ２の１磁極を形成する。ｘｙ平面において、１組の永久磁石２２は、Ｖ字形状を持つように１つの磁石挿入孔２１１内に配置されている。本実施の形態では、ロータ２は、１２個の永久磁石２２を有する。

　シャフト２３は、焼き嵌め、圧入などの方法で、シャフト孔２１２に固定されている。

　各永久磁石２２は、軸方向に長い平板状の磁石である。各永久磁石２２は、ｘｙ平面において永久磁石２２の長手方向と直交する方向に磁化されている。すなわち、ｘｙ平面において、各永久磁石２２は、各永久磁石２２の短手方向に磁化されている。各永久磁石２２は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石である。ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石を、「Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石」又は「Ｎｄ希土類磁石」とも称する。

　１つの磁石挿入孔２１１内に配置された、２つの永久磁石２２のＮ極又はＳ極は、ロータ２の径方向における外側又は内側に面している。これにより、１つの磁石挿入孔２１１内に配置された、１組の永久磁石２２（具体的には、２つの永久磁石２２）は、ロータ２の１つの磁極の役目をする。すなわち、ロータ２の１つの磁極において、１組の永久磁石２２（具体的には、２つの永久磁石２２）は、ステータ３に対してＮ極又はＳ極として機能する。

　各磁石挿入孔２１１は、少なくとも１つの永久磁石２２が配置された磁石配置部２１１０と、磁石配置部２１１０に連通している第１のフラックスバリア部２１１１と、磁石配置部２１１０に連通している第２のフラックスバリア部２１１２とを有する。

　ｘｙ平面において、磁石挿入孔２１１の両側に第１のフラックスバリア部２１１１及び第２のフラックスバリア部２１１２がそれぞれ位置している。すなわち、磁石配置部２１１０は、第１のフラックスバリア部２１１１と第２のフラックスバリア部２１１２との間に位置する。

　第１のフラックスバリア部２１１１は、ロータ２の軸方向に貫通している貫通孔である。これにより、第１のフラックスバリア部２１１１は、互いに隣り合う磁極間における漏れ磁束を低減する。同様に、第２のフラックスバリア部２１１２は、ロータ２の軸方向に貫通している貫通孔である。これにより、第２のフラックスバリア部２１１２は、互いに隣り合う磁極間における漏れ磁束を低減する。

　径方向における第１のフラックスバリア部２１１１の外側に存在するロータコア２１の一部、すなわち、ロータコア２１の外周面２１ａと第１のフラックスバリア部２１１１との間の領域は、漏れ磁束を低減する薄肉部である。同様に、径方向における第２のフラックスバリア部２１１２の外側に存在するロータコア２１の一部、すなわち、ロータコア２１の外周面２１ａと第２のフラックスバリア部２１１２との間の領域は、漏れ磁束を低減する薄肉部である。

　この薄肉部の径方向における幅は、例えば、ロータコア２１の各電磁鋼板の厚み以上である。ただし、薄肉部の径方向における幅は、例えば、ロータコア２１の各電磁鋼板の厚みと同様の幅を持つことが望ましい。これにより、漏れ磁束の増加を効果的に抑えることができる。本実施の形態では、薄肉部の径方向における幅は、０．３５ｍｍである。

　各薄肉部を「ブリッジ部」とも称する。

　ロータ２は、複数の磁極部及び複数の極間部を持つ。各極間部は、周方向において隣接する２つの磁極部（すなわち、ロータ２のＮ極及びＳ極）の境界である。言い換えると、磁極部は、２つの極間部の間の領域である。ロータ２の各磁極部（単に「各磁極部」又は「磁極部」とも称する）は、少なくとも１つの永久磁石２２によって形成されている。すなわち、各磁極部とは、ロータ２のＮ極又はＳ極の役目をする領域を意味する。

　ロータ２（具体的には、ロータコア２１）とステータ３との間には、エアギャップが存在する。ロータ２とステータ３との間のエアギャップは、例えば、０．３ｍｍから１ｍｍである。指令回転数に同期した周波数を持つ電流がステータ３の巻線３２に供給されると、ステータ３に回転磁界が発生し、ロータ２が回転する。

　ロータコア２１は、焼き嵌め、圧入などの固定方法でシャフト２３に固定されている。ロータ２が回転すると、回転エネルギーがロータコア２１からシャフト２３に伝達される。

　図１に示されるように、軸方向におけるロータ２の端部２ａは、軸方向におけるステータコア３１の端部の外側に位置している。すなわち、ロータ２の軸方向において、ロータコア２１の一部は、ステータコア３１の外側に位置している。

〈ステータ３〉
　ステータ３は、ステータコア３１と、ステータコア３１に集中巻きで巻かれた少なくとも１つの巻線３２と、巻線３２が配置される少なくとも１つのスロット３３と、少なくとも１つのインシュレータ３４とを有する。ステータコア３１は、円環状のヨーク３１１と、複数のティース３１２とを有する。図２に示される例では、ステータコア３１は、９個のティース３１２と、９個のスロット３３とを有する。各スロット３３は、互いに隣接するティース３１２間の空間である。

　ただし、ティース３１２の数は９個に限定されない。同様に、スロット３３の数は、９個に限定されない。

　複数のティース３１２は、放射状に位置している。言い換えると、複数のティース３１２は、ステータコア３１の周方向に等間隔に配列されている。各ティース３１２は、ヨーク３１１からロータ２の回転中心に向けて延びている。

　各ティース３１２は、例えば、径方向に延在する本体部と、本体部の先端に位置しており周方向に延在するティース先端部とを有する。

　複数のティース３１２及び複数のスロット３３は、ステータコア３１の周方向に交互に等間隔で配列されている。

　ステータコア３１は、環状の鉄心である。ステータコア３１は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板を持つ。これらの電磁鋼板はカシメで互いに固定される。ステータコア３１の複数の電磁鋼板の各々は、予め定められた形状を持つように打ち抜かれている。ステータコア３１の複数の電磁鋼板の各々の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、ステータコア３１の複数の電磁鋼板の各々の厚さは、０．３５ｍｍである。

　各ティース３１２には、巻線３２が集中巻で巻かれており、これにより、各スロット３３には、巻線３２が配置されている。

　巻線３２は、回転磁界を発生させるコイルを形成する。コイルは、例えば、３相コイルである。この場合、結線方式は、例えば、Ｙ結線である。巻線３２は、例えば、直径１ｍｍのマグネットワイヤーである。巻線３２に電流が流れると、回転磁界が発生する。巻線３２の巻回数及び直径は、巻線３２に印加される電圧、電動機１の回転数又はスロット３３の断面積などに応じて設定される。巻線３２の巻回数は、例えば、８０ターンである。

　図１に示されるように、インシュレータ３４は、軸方向におけるステータコア３１の端部に設けられている。インシュレータ３４は、センサ部４１を保持する連結部３４ａを有する。

〈センサ部〉
　図１に示されるように、センサ部４１は、軸方向におけるロータ２の端部２ａに面している。センサ部４１は、ロータ２に接触していない。図１に示されるように、ｘｙ平面において、センサ部４１は、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間に位置する。第１の円Ｃ１は、図１及び図３において破線で示されている。図３に示されるように、第１の円Ｃ１は、ロータ２の回転軸を中心として径方向における永久磁石２２の内側端部を通る円である。第２の円Ｃ２は、図１及び図３において破線で示されている。図３に示されるように、第２の円Ｃ２は、ロータ２の回転軸を中心として径方向における永久磁石２２の外側端部を通る円である。

　センサ部４１は、「センサ」とも称する。センサ部４１は、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号ＳＧ１を出力する。センサ部４１が磁束を検出する場合、具体的には、センサ部４１は、永久磁石２２からの漏れ磁束を検出する。センサ部４１から出力される信号ＳＧ１は、ロータ２内の永久磁石２２の温度を推定するための信号である。

　センサ部４１は、ロータ２内の永久磁石２２の温度を推定可能な物理量を検出すればよい。この場合、センサ部４１によって検出される物理量は、温度及び磁束の量に限定されない。

　本実施の形態では、センサ部４１は、磁束を検出するホール素子４１ａを有する。センサ部４１（具体的には、ホール素子４１ａ）が磁束を検出したとき、検出された磁束の量に対応する電圧ＶＴ１が生成される。センサ部４１は、その電圧ＶＴ１に対応する信号ＳＧ１を出力する。すなわち、センサ部４１は、検出された磁束の量に対応する信号ＳＧ１を出力する。センサ部４１は、ホール素子４１ａを覆うハウジングを有してもよい。磁束の量は、例えば、磁束密度である。

　図４は、磁束を検出するセンサ部４１を示す図である。
　図５は、電動機１の出力と永久磁石２２の温度との関係を示すグラフである。
　図６は、センサ部４１によって検出された物理量に対応する電圧の波形の一例を示す図である。図６における横軸は、角度（電気角）を示す。

　図４に示される例では、センサ部４１は、永久磁石２２からの漏れ磁束を検出する。通常、永久磁石からの漏れ磁束が増加するほど、電動機の効率が低下する。この場合、ステータのコイルに供給される電力が増加し、図５に示されるように、永久磁石２２の温度が上がる。センサ部４１によって検出される物理量（本実施の形態では、磁束の量）は、図６に示されるように、センサ部４１から出力される信号ＳＧ１に対応する電圧ＶＴ１と関連付けられている。すなわち、センサ部４１によって検出される物理量は、電圧ＶＴ１に対応している。そのため、センサ部４１から出力される信号ＳＧ１に対応する電圧ＶＴ１を用いて、ロータ２内の永久磁石２２の温度が推定される。

　図７は、温度推定システム４０の構成を示すブロック図である。
　電動機１は、センサ部４１を含む温度推定システム４０を有してもよい。温度推定システム４０は、センサ部４１と、センサ部４１からの信号ＳＧ１を受信する制御部４２とを有する。

　制御部４２は、検出部４３と、演算部４４と、温度推定部４５とを有する。

　図７に示される例では、検出部４３は、センサ部４１に電気的に接続されている。図７に示される例では、センサ部４１は、制御部４２の検出部４３に向けて信号ＳＧ１を出力する。検出部４３は、センサ部４１から出力された信号ＳＧ１を受信する。検出部４３は、センサ部４１から受信した信号ＳＧ１に対応する電圧ＶＴ１を検出する。検出部４３は、その電圧ＶＴ１に対応する信号を演算部４４に向けて出力する。

　図７に示される例では、演算部４４は、検出部４３に電気的に接続されている。演算部４４は、検出部４３から出力された信号を受信する。演算部４４は、受信した信号に対応する電圧ＶＴ１を用いて演算を行う。本実施の形態では、演算部４４は、次の式（１）によって永久磁石２２の推定温度Ｔ１を算出する。
　ＶＴ１／ＶＴ０＝１＋｛（Ｔ１－Ｔ０）×Ｂｒ｝／１００　・・・（１）

　式（１）より、次の式（２）が得られる。
　ＶＴ１＝ＶＴ０×［１＋｛（Ｔ１－Ｔ０）×Ｂｒ｝／１００］
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）

　ＶＴ１は、センサ部４１によって検出された検出結果に対応する電圧［Ｖｒｍｓ］である。本実施の形態では、ＶＴ１は、センサ部４１によって検出された磁束の量に対応する電圧［Ｖｒｍｓ］である。Ｔ１は、電動機１の駆動中における永久磁石２２の推定温度［℃］である。Ｔ０は、予め定められた基準温度［℃］である。ＶＴ０は、電動機１の負荷条件と同じ負荷条件下での基準温度に対応する電圧［Ｖｒｍｓ］である。Ｂｒは、推定温度Ｔ１における永久磁石２２の温度係数［℃／％］である。

　基準温度Ｔ０は、例えば、２５［℃］である。永久磁石２２がネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石である場合、温度係数Ｂｒは、例えば、－０．１１［℃／％］である。

　演算部４４は、演算結果に対応する信号を温度推定部４５に向けて出力する。この場合、演算部４４は、推定温度Ｔ１に対応する信号を温度推定部４５に向けて出力してもよい。

　図７に示される例では、温度推定部４５は、演算部４４に電気的に接続されている。温度推定部４５は、演算部４４から出力された信号を受信する。温度推定部４５は、受信した信号を用いて永久磁石２２の温度を推定する。その結果、温度推定部４５は、推定温度Ｔ１を取得する。

　図８は、制御部４２の動作の一例を示すフローチャートである。
　ステップＳ１では、制御部４２（例えば、検出部４３）は、センサ部４１から信号ＳＧ１を受信する。

　ステップＳ２では、制御部４２（例えば、温度推定部４５）は、ロータ２内の永久磁石２２の推定温度Ｔ１を取得する。

　ステップＳ３では、制御部４２（例えば、温度推定部４５）は、推定温度Ｔ１が予め定められた温度Ｔ２以上かどうか判定する。

　推定温度Ｔ１が予め定められた温度Ｔ２以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御部４２（例えば、温度推定部４５）は、ロータ２の回転を停止するための制御信号ＳＧ２を出力する（ステップＳ４）。制御信号ＳＧ２は、例えば、インバータを制御するための信号である。この場合、制御部４２は、インバータを制御する。

　推定温度Ｔ１が予め定められた温度Ｔ２よりも小さい場合（ステップＳ３においてＮＯ）、処理はステップＳ１に戻る。

　図９は、制御部４２のハードウェア構成の一例を示す図である。
　図１０は、制御部４２のハードウェア構成の他の例を示す図である。

　制御部４２は、例えば、少なくとも１つのプロセッサ４２ａ及び少なくとも１つのメモリ４２ｂで構成される。プロセッサ４２ａは、例えば、メモリ４２ｂに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。この場合、検出部４３、演算部４４、及び温度推定部４５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又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。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとしてメモリ４２ｂに格納することができる。この構成により、制御部４２の機能を実現するためのプログラムは、コンピュータによって実行される。

　メモリ４２ｂは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性メモリ、不揮発性メモリ、又は揮発性メモリと不揮発性メモリとの組み合わせである。

　制御部４２は、単一回路及び複合回路などの専用のハードウェアとしての処理回路４２ｃで構成されてもよい。この場合、検出部４３、演算部４４、及び温度推定部４５の機能は、処理回路４２ｃで実現される。

〈電動機１の利点〉
　Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石の保磁力は、温度により低下する性質を持つ。例えば、圧縮機のように１００℃以上の高温雰囲気中でＮｄ希土類磁石を用いた電動機を使用する場合、磁石の保磁力は温度により、約－０．５％／ΔＫから－０．６％／ΔＫ劣化するため、ディスプロシウム（Ｄｙ）元素を添加して保磁力を高める必要がある。保磁力は、Ｄｙ元素の含有量にほぼ比例して向上する。一般的な圧縮機では、電動機の雰囲気温度上限は１５０℃程度であり、２０℃に対して、１３０℃程度の温度上昇の範囲で使用する。例えば、－０．５％／ΔＫの温度係数では保磁力は６５％低下する。

　圧縮機の最大負荷で減磁しないようにするためには、１１００Ａ／ｍから１５００Ａ／ｍ程度の保磁力が必要である。１５０℃の雰囲気温度中で保磁力を保証するためには、常温保磁力を１８００Ａ／ｍから２３００Ａ／ｍ程度に設計する必要がある。

　Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石にＤｙ元素が添加されていない状態では、常温保磁力は１８００Ａ／ｍ程度である。２３００ｋＡ／ｍ程度の保磁力を得るためには、２ｗｔ％程度のＤｙ元素を添加する必要がある。しかしながら、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永久磁石にディスプロシウム元素を添加すると、保磁力特性は向上するが、残留磁束密度特性が低下する。残留磁束密度が低下すると、電動機のマグネットトルクが低下し、通電電流が増加するため、銅損が増加する。そのため、電動機の効率を考慮すると、ディスプロシウム添加量を低減することが望まれる。

　本実施の形態では、ｘｙ平面において、センサ部４１は、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間に位置する。この構成により、ロータ２の回転中におけるロータ２内の永久磁石２２の温度推定の精度を改善することができる。その結果、電動機１の運転限界がリアルタイムで検出され、ロータ２の回転速度の制御が改善され、ロータ２の回転中における永久磁石２２の減磁を抑えることができる。したがって、永久磁石２２がディスプロシウムを含まない場合でも、ロータ２の回転中における永久磁石２２の減磁を抑えることができ、電動機１の効率を改善することができる。

　センサ部４１は、ロータ２に接触していない。そのため、センサ部４１とロータ２との間の領域に、熱がこもることを防止することができる。その結果、永久磁石２２の温度の上昇を防止することができる。

　ｘｙ平面において、センサ部４１は、第１の円Ｃ１に比べて第２の円Ｃ２の近くに配置されていることが望ましい。この場合、センサ部４１は、永久磁石２２からの漏れ磁束を検出しやすい。そのため、センサ部４１が第１の円Ｃ１の近くに配置された構成に比べて、永久磁石２２の温度変化に対する応答を早くすることができる。

　各永久磁石２２は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石である。この場合、各永久磁石２２は、ディスプロシウム元素を有していなくてもよい。本実施の形態では、各永久磁石２２がディスプロシウム元素を有していなくても、ロータ２の回転中における永久磁石２２の減磁を抑えることができ、電動機１の効率を改善することができる。

　永久磁石２２とセンサ部４１との間の領域には、端板などの磁化素子が配置されていなくてもよい。この場合、センサ部４１は、永久磁石２２からの漏れ磁束を検出しやすい。そのため、永久磁石２２とセンサ部４１との間の領域に磁化素子が配置された構成に比べて、永久磁石２２の温度変化に対する応答を早くすることができる。

　実施の形態１に係る電動機１の変形例を以下に説明する。各変形例では、実施の形態１と異なる点を説明する。

変形例１．
　図１１は、変形例１におけるセンサ部４１を示す図である。
　変形例１では、センサ部４１の構成が、実施の形態１で説明した構成と異なる。変形例１において説明されない構成は、実施の形態１と同じ構成とすることができる。
　変形例１では、センサ部４１は、ホール素子４１ａの代わりに、磁束を検出するコイル４１ｂを有する。変形例１におけるセンサ部４１は、図６に示される特性を持つ。この場合、コイル４１ｂが磁束を検出したとき、検出された磁束の量に対応する電圧ＶＴ１が生成される。センサ部４１は、その電圧ＶＴ１に対応する信号ＳＧ１を出力する。

　図１１に示される例では、コイル４１ｂの中心軸Ｂ１は、ｘｙ平面において、ロータ２の径方向に対して垂直である。この場合、ｘｙ平面において、コイル４１ｂは、周方向において互いに隣接する２つの永久磁石２２の間の領域である極間部に位置していることが望ましい。すなわち、ｘｙ平面において、コイル４１ｂは、ロータ２の２つの磁極間の領域に位置していることが望ましい。この構成により、永久磁石２２からの漏れ磁束がコイル４１ｂ内に入り込みやすい。その結果、センサ部４１は、永久磁石２２からの漏れ磁束を検出しやすい。したがって、永久磁石２２の温度変化に対する応答を早くすることができる。

変形例２．
　図１２は、変形例２におけるセンサ部４１を示す図である。
　変形例２では、センサ部４１の構成が、実施の形態１で説明した構成と異なる。変形例２において説明されない構成は、実施の形態１と同じ構成とすることができる。
　変形例２では、センサ部４１は、ホール素子４１ａの代わりに、磁石４１ｃ及び磁石４１ｃに接続された熱電対４１ｄを有する。磁石４１ｃは、センサ用磁石である。ロータ２内の永久磁石２２の温度は、センサ部４１の磁石４１ｃに伝達される。熱電対４１ｄはセンサ部４１の磁石４１ｃの温度を検出する。この構成により、センサ部４１は、温度（具体的には、推定温度Ｔ１）を検出することができる。変形例２では、センサ部４１が推定温度Ｔ１を取得したとき、取得された推定温度Ｔ１に対応する電圧ＶＴ１が生成される。センサ部４１は、その電圧ＶＴ１に対応する信号ＳＧ１を出力する。

　図１３は、電動機１の他の例を示す図である。
　変形例２では、電動機１は、図１３に示されるように、ロータ２の端部２ａに設けられた端板５を有してもよい。端板５は、ロータコア２１から永久磁石２２がはずれるのを防止することができる。端板５は、例えば、アルミニウムで作られている。この場合、永久磁石２２の熱が端板５に伝達され、センサ部４１が永久磁石２２の温度を精度よく検出することができる。

変形例３．
　図１４は、変形例３における２つのセンサ部４１の配置を示す図である。
　変形例３では、電動機１は、２つのセンサ部４１を有する。この場合、２つのセンサ部４１の一方を「第１のセンサ部４１」と称し、他方を「第２のセンサ部４１」と称する。第１のセンサ部４１は、実施の形態１で説明したセンサ部４１、変形例１で説明したセンサ部４１、又は変形例２で説明したセンサ部４１である。第２のセンサ部４１は、実施の形態１で説明したセンサ部４１、変形例１で説明したセンサ部４１、又は変形例２で説明したセンサ部４１である。

　ｘｙ平面において、第１のセンサ部４１及び第２のセンサ部４１は、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間に位置している。第１のセンサ部４１の位置及び第２のセンサ部４１の位置は、ロータ２の回転軸に対して点対称である。

　変形例３に係る電動機１によれば、実施の形態１に係る電動機１に比べて電動機１における機械的なバランスを改善することができる。さらに、変形例３に係る電動機１によれば、実施の形態１に係る電動機１に比べてロータ２の回転中におけるロータ２内の永久磁石２２の温度推定の精度をより改善することができる。

変形例４．
　図１５は、変形例４におけるＮ個（Ｎは２以上の整数）のセンサ部４１の配置を示す図である。
　変形例４では、電動機１は、Ｎ個のセンサ部４１を有する。ロータ２は、Ｎ個の磁極を持つ。すなわち、変形例４では、センサ部４１の数は、ロータ２の磁極の数と同じである。図１５に示される例では、Ｎは、６である。したがって、図１５に示される例では、ロータ２は６個の磁極及び６個のセンサ部４１を有する。各センサ部４１は、実施の形態１で説明したセンサ部４１、変形例１で説明したセンサ部４１、又は変形例２で説明したセンサ部４１である。

　Ｎ個のセンサ部４１は、周方向に等間隔に配列されている。各センサ部４１は、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間に位置しており、ｘｙ平面において極間部に位置している。

　変形例４に係る電動機１によれば、実施の形態１に係る電動機１に比べて電動機１における機械的なバランスを改善することができる。さらに、変形例４に係る電動機１によれば、実施の形態１に係る電動機１に比べてロータ２の回転中におけるロータ２内の永久磁石２２の温度推定の精度をより改善することができる。

変形例５．
　図１６は、ロータ２の他の例を示す図である。
　各磁石挿入孔２１１の形状は、ｘｙ平面においてストレート形状である。各磁石挿入孔２１１には、少なくとも１つの永久磁石２２が配置されている。各永久磁石２２は、平板状の磁石である。ｘｙ平面において、各磁石挿入孔２１１は、長手方向に真っ直ぐに延在している。したがって、ｘｙ平面において、各永久磁石２２は、ストレート形状を持つ。

実施の形態２．
　実施の形態２に係る圧縮機６について説明する。
　図１７は、実施の形態２に係る圧縮機６の構造を概略的に示す断面図である。

　圧縮機６は、電動要素としての電動機１と、ハウジングとしての密閉容器６１と、圧縮要素（圧縮装置とも称する）としての圧縮機構６２とを有する。本実施の形態では、圧縮機６は、ロータリー圧縮機である。ただし、圧縮機６は、ロータリー圧縮機に限定されない。

　圧縮機６内の電動機１は、実施の形態１で説明した電動機１である。電動機１は、圧縮機構６２を駆動する。

　密閉容器６１は、電動機１及び圧縮機構６２を覆う。密閉容器６１は、円筒状の容器である。密閉容器６１の底部には、圧縮機構６２の摺動部分を潤滑する冷凍機油が貯留されている。

　圧縮機６は、さらに、密閉容器６１に固定されたガラス端子６３と、アキュムレータ６４と、吸入パイプ６５と、吐出パイプ６６とを有する。

　圧縮機構６２は、シリンダ６２ａと、ピストン６２ｂと、上部フレーム６２ｃ（第１のフレームとも称する）と、下部フレーム６２ｄ（第２のフレームとも称する）と、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄに取り付けられた複数のマフラ６２ｅとを有する。圧縮機構６２は、さらに、シリンダ６２ａ内を吸入側と圧縮側とに分けるベーンを有する。圧縮機構６２は、密閉容器６１内に配置されている。圧縮機構６２は、電動機１によって駆動される。

　電動機１は、圧入又は焼き嵌めで密閉容器６１内に固定されている。圧入及び焼き嵌めの代わりに溶接で電動機１を密閉容器６１に直接取り付けてもよい。

　電動機１のコイル（例えば、実施の形態１で説明した巻線３２）には、ガラス端子６３を通して電力が供給される。

　電動機１のロータ２（具体的には、シャフト２３の片側）は、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄの各々に備えられた軸受けによって回転自在に支持されている。

　ピストン６２ｂには、シャフト２３が挿通されている。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄには、シャフト２３が回転自在に挿通されている。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄは、シリンダ６２ａの端面を閉塞する。アキュムレータ６４は、吸入パイプ６５を通して冷媒（例えば、冷媒ガス）をシリンダ６２ａに供給する。

　次に、圧縮機６の動作について説明する。アキュムレータ６４から供給された冷媒は、密閉容器６１に固定された吸入パイプ６５からシリンダ６２ａ内へ吸入される。電動機１が回転することにより、シャフト２３に嵌合されたピストン６２ｂがシリンダ６２ａ内で回転する。これにより、シリンダ６２ａ内で冷媒が圧縮される。

　圧縮された冷媒は、マフラ６２ｅを通り、密閉容器６１内を上昇する。このようにして、圧縮された冷媒が、吐出パイプ６６を通って冷凍サイクルの高圧側へ供給される。

　圧縮機６の冷媒として、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、又はＲ２２等を用いることができる。ただし、圧縮機６の冷媒は、これらの種類に限られない。圧縮機６の冷媒として、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が小さい冷媒、例えば、下記の冷媒を用いることができる。

（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、例えばＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｒｅｆｉｎ）－１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）を用いることができる。ＨＦＯ－１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えばＲ１２７０（プロピレン）を用いてもよい。Ｒ１２７０のＧＷＰは３であり、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより低いが、可燃性はＨＦＯ－１２３４ｙｆより高い。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素又は組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えばＨＦＯ－１２３４ｙｆとＲ３２との混合物を用いてもよい。上述したＨＦＯ－１２３４ｙｆは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル（特に蒸発器）の性能低下を招く可能性がある。そのため、ＨＦＯ－１２３４ｙｆよりも高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１との混合物を用いることが実用上は望ましい。

　実施の形態２に係る圧縮機６は、実施の形態１で説明した利点を持つ。

　さらに、実施の形態２に係る圧縮機６は、実施の形態１に係る電動機１を有するので、圧縮機６の効率を改善することができる。

実施の形態３．
　実施の形態２に係る圧縮機６を有する、空気調和機としての冷凍空調装置７について説明する。
　図１８は、実施の形態３に係る冷凍空調装置７の構成を概略的に示す図である。

　冷凍空調装置７は、例えば、冷暖房運転が可能である。図１８に示される冷媒回路図は、冷房運転が可能な空気調和機の冷媒回路図の一例である。

　実施の形態３に係る冷凍空調装置７は、室外機７１と、室内機７２と、室外機７１及び室内機７２を接続する冷媒配管７３とを有する。

　室外機７１は、圧縮機６と、熱交換器としての凝縮器７４と、絞り装置７５と、室外送風機７６（「送風機」とも称する）とを有する。凝縮器７４は、圧縮機６によって圧縮された冷媒を凝縮する。絞り装置７５は、凝縮器７４によって凝縮された冷媒を減圧し、冷媒の流量を調節する。絞り装置７５は、減圧装置とも言う。

　室内機７２は、熱交換器としての蒸発器７７と、室内送風機７８（「送風機」とも称する）とを有する。蒸発器７７は、絞り装置７５によって減圧された冷媒を蒸発させ、室内空気を冷却する。

　冷凍空調装置７における冷房運転の基本的な動作について以下に説明する。冷房運転では、冷媒は、圧縮機６によって圧縮され、凝縮器７４に流入する。凝縮器７４によって冷媒が凝縮され、凝縮された冷媒が絞り装置７５に流入する。絞り装置７５によって冷媒が減圧され、減圧された冷媒が蒸発器７７に流入する。蒸発器７７において冷媒は蒸発し、冷媒（具体的には、冷媒ガス）が再び室外機７１の圧縮機６へ流入する。室外送風機７６によって空気が凝縮器７４に送られると冷媒と空気との間で熱が移動し、同様に、室内送風機７８によって空気が蒸発器７７に送られると冷媒と空気との間で熱が移動する。

　以上に説明した冷凍空調装置７の構成及び動作は、一例であり、上述した例に限定されない。

　実施の形態３に係る冷凍空調装置７によれば、実施の形態１から２で説明した利点を持つ。

　さらに、実施の形態３に係る冷凍空調装置７は、実施の形態２に係る圧縮機６を有するので、冷凍空調装置７の効率を改善することができる。

　以上に説明したように、好ましい実施の形態を具体的に説明したが、本開示の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

　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　電動機、　２　ロータ、　３　ステータ、　５　端板、　６　圧縮機、　７　冷凍空調装置、　２１　ロータコア、　２２　永久磁石、　２３　シャフト、　４１　センサ部、　４１ａ　ホール素子、　４１ｂ　コイル、　４１ｃ　磁石、　４１ｄ　熱電対、　４２　制御部、　６１　密閉容器。

Claims (18)

1. 　ステータコアを有するステータと、
   　永久磁石を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと、
   　軸方向における前記ロータの端部に面しており、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号を出力する第１のセンサ部と
   　を備え、
   　前記ロータの回転軸を中心として径方向における前記永久磁石の内側端部を通る円を第１の円とし、前記ロータの前記回転軸を中心として前記径方向における前記永久磁石の外側端部を通る円を第２の円としたとき、前記軸方向に直交する平面において、前記第１のセンサ部は、前記第１の円と前記第２の円との間に位置する
   　電動機。
2. 　前記ステータは、前記軸方向における前記ステータコアの端部に設けられたインシュレータを有し、
   　前記インシュレータは、前記第１のセンサ部を保持する連結部を有する
   　請求項１に記載の電動機。
3. 　前記第１のセンサ部によって検出された前記磁束の量に対応する電圧［Ｖｒｍｓ］をＶＴ１とし、前記永久磁石の推定温度［℃］をＴ１とし、予め定められた基準温度［℃］をＴ０とし、前記基準温度に対応する電圧［Ｖｒｍｓ］をＶＴ０とし、前記推定温度Ｔ１における前記永久磁石の温度係数［℃／％］をＢｒとしたとき、
   　前記第１のセンサ部は、前記電圧ＶＴ１に対応する前記信号を出力し、
   　前記電圧ＶＴ１は、ＶＴ０×［１＋｛（Ｔ１－Ｔ０）×Ｂｒ｝／１００］である
   　請求項１又は２に記載の電動機。
4. 　前記第１のセンサ部は、磁束を検出する第１のホール素子を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
5. 　前記第１のセンサ部は、磁束を検出する第１のコイルを有し、
   　前記第１のコイルの中心軸は、前記平面において、前記ロータの前記径方向に対して垂直である
   　請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
6. 　前記第１のセンサ部は、第１の磁石と、前記第１の磁石に接続された第１の熱電対とを有する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
7. 　前記ロータの前記端部にアルミニウムで作られた端板が設けられている請求項６に記載の電動機。
8. 　前記軸方向における前記ロータの前記端部に面しており、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号を出力する第２のセンサ部をさらに備え、
   　前記平面において、前記第２のセンサ部は、前記第１の円と前記第２の円との間に位置しており、
   　前記第１のセンサ部の位置及び前記第２のセンサ部の位置は、前記ロータの前記回転軸に対して点対称である
   　請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機。
9. 　前記軸方向における前記ロータの前記端部に面しており、温度又は磁束を検出し、検出結果に対応する信号を出力する（Ｎ－１）個（Ｎは２以上の整数）のセンサ部をさらに備え、
   　前記ロータは、Ｎ個の磁極を持ち、
   　前記平面において、前記（Ｎ－１）個のセンサ部は、前記第１の円と前記第２の円との間に位置している
   　請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機。
10. 　前記（Ｎ－１）個のセンサ部の各々は、磁束を検出するホール素子を有する請求項９に記載の電動機。
11. 　前記（Ｎ－１）個のセンサ部の各々は、磁束を検出するコイルを有する請求項９に記載の電動機。
12. 　前記（Ｎ－１）個のセンサ部の各々は、磁石と、前記磁石に接続された熱電対とを有する請求項９に記載の電動機。
13. 　前記ロータの前記端部は、前記軸方向における前記ステータコアの端部の外側に位置している請求項１から１２のいずれか１項に記載の電動機。
14. 　前記永久磁石は、平板状の磁石である請求項１から１３のいずれか１項に記載の電動機。
15. 　前記ステータは、前記ステータコアに集中巻きで巻かれた巻線を有する請求項１から１４のいずれか１項に記載の電動機。
16. 　インバータ制御で駆動する請求項１から１５のいずれか１項に記載の電動機。
17. 　密閉容器と、
    　前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
    　前記圧縮装置を駆動する請求項１から１６のいずれか１項に記載の電動機と
    　を備える圧縮機。
18. 　請求項１７に記載の圧縮機と、
    　熱交換器と
    　を備える空気調和機。

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