JP6686662B2

JP6686662B2 - Switch reluctance motor

Info

Publication number: JP6686662B2
Application number: JP2016083479A
Authority: JP
Inventors: 監介吉末; 一哉荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: JP2017195679A

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータに関する。 The present invention relates to a switched reluctance motor.

互いに対向する複数のティースを各々備えたステータおよびロータと、ステータのティースに巻回されたコイルとを備え、ステータとロータのそれぞれのティース間に発生させた磁気吸引力によってロータを回転運動させるスイッチトリラクタンスモータが知られている。例えば特許文献１には、ステータに複数相からなる巻線構造を備えたスイッチトリラクタンスモータの構造およびその駆動方法が開示されている。同文献におけるスイッチトリラクタンスモータでは、ステータのティースに巻回されたコイル同士をつないで巻線構造を構成している。 A switch including a stator and a rotor each having a plurality of teeth facing each other, and a coil wound around the teeth of the stator, and rotating the rotor by a magnetic attraction force generated between the teeth of the stator and the rotor. Reluctance motors are known. For example, Patent Document 1 discloses a structure of a switched reluctance motor having a stator having a winding structure of a plurality of phases and a driving method thereof. In the switched reluctance motor in the document, the winding structure is formed by connecting the coils wound around the teeth of the stator.

特開２００６−２９６１２０号公報JP, 2006-296120, A

従来のスイッチトリラクタンスモータでは、駆動時に発生するラジアル力によってステータの変形が引き起こされる場合があり、このようなステータの変形が原因で騒音・振動（以下、「ＮＶ」という）が発生するという問題があった。特に、特許文献１におけるスイッチトリラクタンスモータのように、各相のコイルが同じ特性（例えばターン数）を持っている場合、ステータに働くラジアル力が周方向に同じ大きさとなるため、ステータが周方向に均等に変形し、ＮＶの問題が顕著となる。 In the conventional switched reluctance motor, the radial force generated during driving may cause the deformation of the stator, and noise and vibration (hereinafter referred to as “NV”) are generated due to the deformation of the stator. was there. In particular, when the coils of each phase have the same characteristics (for example, the number of turns) as in the switched reluctance motor in Patent Document 1, since the radial force acting on the stator is the same in the circumferential direction, the stator is It deforms evenly in the direction, and the problem of NV becomes noticeable.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＮＶ性能を向上させることができるスイッチトリラクタンスモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a switched reluctance motor capable of improving NV performance.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータは、複数のティースを備えるロータと、複数のティースを備えるステータと、前記ステータのティースに巻回された複数相のコイルと、前記ステータのティースに巻回されたコイル同士を接続するバスバーと、を備え、前記バスバーで接続された各コイルのターン数が不均一であることを特徴とする。 In order to solve the problems described above and achieve the object, a switched reluctance motor according to the present invention includes a rotor including a plurality of teeth, a stator including a plurality of teeth, and a plurality of coils wound around the teeth of the stator. A phase coil and a bus bar that connects the coils wound around the teeth of the stator are provided, and the number of turns of each coil connected by the bus bar is uneven.

これにより、スイッチトリラクタンスモータは、ステータに働くラジアル力の大きさが、当該ステータの周方向に不均一となる。 As a result, in the switched reluctance motor, the magnitude of the radial force acting on the stator becomes uneven in the circumferential direction of the stator.

本発明に係るスイッチトリラクタンスモータによれば、ステータに働くラジアル力の大きさが周方向に不均一となるため、ステータが周方向に均等に変形することが防止される。従って、ＮＶが低減し、ＮＶ性能が向上する。 According to the switched reluctance motor of the present invention, the magnitude of the radial force acting on the stator becomes non-uniform in the circumferential direction, so that the stator is prevented from being uniformly deformed in the circumferential direction. Therefore, NV is reduced and NV performance is improved.

図１は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a switched reluctance motor according to an embodiment of the present invention, (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a bottom view. 図２は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータのステータに作用するラジアル力を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing the radial force that acts on the stator of the switched reluctance motor according to the embodiment of the present invention. 図３は、従来技術に係るスイッチトリラクタンスモータのバスバーの配置を模式的に示す展開図である。FIG. 3 is a development view schematically showing an arrangement of bus bars of a switched reluctance motor according to a conventional technique. 図４は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータのバスバーの第１の配置を模式的に示す展開図である。FIG. 4 is a development view schematically showing a first arrangement of bus bars of the switched reluctance motor according to the embodiment of the present invention. 図５は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータのバスバーの第２の配置を模式的に示す展開図である。FIG. 5 is a development view schematically showing a second arrangement of bus bars of the switched reluctance motor according to the embodiment of the present invention.

本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 An embodiment of a switched reluctance motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments below. In addition, constituent elements in the following embodiments include elements that can be easily replaced by those skilled in the art, or substantially the same elements.

スイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」という）１は、回転子に永久磁石を使用しない三相誘導電動機であり、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、突極構造のステータ１０と、突極構造のロータ２０と、リード線３１，３２と、バスバー４０と、を備えている。 A switched reluctance motor (hereinafter referred to as “SR motor”) 1 is a three-phase induction motor that does not use a permanent magnet for a rotor, and has a salient pole structure as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). The stator 10, a rotor 20 having a salient pole structure, lead wires 31 and 32, and a bus bar 40 are provided.

ステータ１０は、図１に示すように、環状構造の内周部に、突極としてのティース（ステータ歯）１１を複数（同図では６個）備えている。ティース１１は、ステータ１０の径方向において、２つのティースごとに対向するように配置されており、それぞれにコイル１２が巻回されている。なお、同図では、三相のうちの一相分のティース１１およびコイル１２の構成を抜き出して示しており、他の二相分のティース１１およびコイル１２は図示を省略している（以降の図も同様）。すなわち、ステータ１０は、実際にはコイル１２が巻回されたティース１１を１８個（１８極）備えている。 As shown in FIG. 1, the stator 10 is provided with a plurality of teeth (stator teeth) 11 (six teeth in the figure) as salient poles on the inner peripheral portion of the annular structure. The teeth 11 are arranged so as to face each two teeth in the radial direction of the stator 10, and the coil 12 is wound around each of the teeth 11. In addition, in the figure, the configurations of the teeth 11 and the coils 12 for one phase of the three phases are extracted and shown, and the illustrations of the teeth 11 and the coils 12 for the other two phases are omitted. The same applies to the figure). That is, the stator 10 actually includes 18 teeth (18 poles) around which the coil 12 is wound.

ロータ２０は、図１に示すように、ステータ１０の径方向内側に配置されており、環状構造の外周部に、突極としてのティース（ロータ歯）２１を複数（同図では４個）備えている。なお、同図では、三相のうちの一相分のティース２１の構成を抜き出して示しており、他の二相分のティース２１は図示を省略している（以降の図も同様）。すなわち、ロータ２０は、実際にはティース２１を１２個（１２極）備えている。 As shown in FIG. 1, the rotor 20 is arranged inside the stator 10 in the radial direction, and is provided with a plurality of teeth (rotor teeth) 21 (four in the figure) as salient poles on the outer peripheral portion of the annular structure. ing. In addition, in the figure, the structure of the teeth 21 for one phase of the three phases is extracted and shown, and the illustration of the teeth 21 for the other two phases is omitted (the same applies to the subsequent figures). That is, the rotor 20 actually includes twelve teeth 21 (12 poles).

リード線３１，３２は、コイル１２に電流を供給するものである。なお、同図では、三相のうちの一相分（例えばＵ相）のリード線３１，３２の構成を抜き出して示しており、他の二相分のリード線３１，３２は図示を省略している（以降の図も同様）。 The lead wires 31 and 32 supply a current to the coil 12. In the figure, the structure of the lead wires 31, 32 for one phase (for example, U phase) of the three phases is extracted and shown, and the lead wires 31, 32 for the other two phases are omitted. (The same applies to the following figures).

バスバー４０は、ステータ１０のティース１１に巻回されたコイル１２同士を接続するものである。バスバー４０は、図１に示すように、ステータ１０の内周部の位置において、２つのティース１１の間に亘って設けられている。そして、バスバー４０は、同じ相を形成するコイル１２であって、ステータ１０の周方向に隣接するコイル１２の終端１２ｂと始端１２ａとを接続している（後記する図４参照）。バスバー４０は、同図に示したような、ステータ１０の内周部に沿って曲がったコの字状の金属部材や、プレート状の金属部材によって構成されている。また、バスバー４０は、隣接するコイル１２同士を電気的に接続する他に、後記するように、コイル１２を固定して脱落を防止する機能も有している。 The bus bar 40 connects the coils 12 wound around the teeth 11 of the stator 10. As shown in FIG. 1, the bus bar 40 is provided between the two teeth 11 at the position of the inner peripheral portion of the stator 10. The bus bar 40 is a coil 12 that forms the same phase, and connects the terminal end 12b and the starting end 12a of the coils 12 that are adjacent to each other in the circumferential direction of the stator 10 (see FIG. 4 described below). The bus bar 40 is configured by a U-shaped metal member that is bent along the inner peripheral portion of the stator 10 or a plate-shaped metal member as illustrated in FIG. In addition to electrically connecting the adjacent coils 12 to each other, the bus bar 40 also has a function of fixing the coils 12 and preventing the coils 12 from falling off, as described later.

（コイルの具体的構成）
ここで、本実施形態に係るＳＲモータ１は、従来技術と比較してコイル１２の構成が異なる。前記した特許文献１におけるＳＲモータでは、各相のコイルが同じターン数で巻回されている。従って、ステータに働くラジアル力の大きさが周方向（ステータの周方向）で等しくなり、ステータが周方向に均等に変形するため、ＮＶが大きくなるという問題があった。 (Specific configuration of coil)
Here, in the SR motor 1 according to the present embodiment, the configuration of the coil 12 is different from that in the conventional technique. In the SR motor in Patent Document 1 described above, the coils of each phase are wound with the same number of turns. Therefore, the magnitude of the radial force acting on the stator becomes equal in the circumferential direction (circumferential direction of the stator), and the stator is uniformly deformed in the circumferential direction, resulting in a problem that NV increases.

一方、本実施形態に係るＳＲモータ１では、上記問題を解決するために、バスバー４０で接続された各コイル１２のターン数（巻き数）を不均一にしている。これにより、ＳＲモータ１では、図２に示すように、ステータ１０に働くラジアル力Ｆｒの大きさが周方向に不均一となるため、ステータ１０が周方向に均等に変形することが防止される。従って、ラジアル力Ｆｒの大きさが周方向に等しい場合と比較して、ＮＶが低減し、ＮＶ性能が向上する。 On the other hand, in the SR motor 1 according to the present embodiment, in order to solve the above problem, the number of turns (number of turns) of each coil 12 connected by the bus bar 40 is made uneven. As a result, in the SR motor 1, as shown in FIG. 2, the radial force Fr acting on the stator 10 becomes uneven in the circumferential direction, so that the stator 10 is prevented from being uniformly deformed in the circumferential direction. . Therefore, compared with the case where the magnitudes of the radial forces Fr are equal in the circumferential direction, NV is reduced and NV performance is improved.

（バスバーの具体的構成）
本実施形態に係るＳＲモータ１は、従来技術と比較してバスバー４０の構成も異なる。従来のＳＲモータ１０１におけるバスバー４０は、例えば図３に示すように、隣接するコイル１２の終端１２ｂと始端１２ａとの間にそれぞれ設けられているとともに、コイル１２における一方のコイルエンドにのみ設けられている。すなわち、バスバー４０は、コイル１２によってステータ１０の一端側と他端側とにそれぞれ形成されたコイルエンドのうち、ステータ１０の一端側に形成されたコイルエンド（一方のコイルエンド）にのみ設けられている。これにより、ＳＲモータ１０１は、各コイル１２の巻始め（始端１２ａ）と巻終わり（終端１２ｂ）とが全て同じステータ１０の一端側となっている。なお、図３は、コイル１２による巻線構造をステータ１０の周方向に展開した状態を示している（以降の図４，５においても同様）。 (Specific configuration of bus bar)
In the SR motor 1 according to this embodiment, the configuration of the bus bar 40 is different from that of the conventional technique. The bus bar 40 in the conventional SR motor 101 is provided, for example, as shown in FIG. 3, between the terminal end 12b and the starting end 12a of the adjacent coils 12, and is provided only at one coil end of the coil 12. ing. That is, the bus bar 40 is provided only on the coil end (one coil end) formed on one end side of the stator 10 among the coil ends formed on the one end side and the other end side of the stator 10 by the coil 12. ing. As a result, in the SR motor 101, the winding start (start end 12a) and winding end (end 12b) of each coil 12 are all on the same end side of the stator 10. Note that FIG. 3 shows a state in which the winding structure of the coil 12 is developed in the circumferential direction of the stator 10 (the same applies to FIGS. 4 and 5 below).

上記のような構成を備える従来のＳＲモータ１０１は、一方のコイルエンドのみがバスバー４０によって固定されているため、コイル１２が脱落する可能性があり、脱落したコイル１２がロータ２０と接触することにより絶縁破壊される可能性がある。 In the conventional SR motor 101 having the above-mentioned configuration, only one coil end is fixed by the bus bar 40, and therefore the coil 12 may drop off, and the dropped coil 12 may come into contact with the rotor 20. May cause dielectric breakdown.

一方、本実施形態に係るＳＲモータ１では、上記問題を解決するために、バスバー４０がコイル１２における両方のコイルエンドに設けられている。すなわち、ＳＲモータ１におけるバスバー４０は、図４に示すように、一部（同図では４個）が一方のコイルエンドに設けられ、残りの一部（同図では１個）が他方のコイルエンドに設けられている。これにより、両方のコイルエンドがバスバー４０によってそれぞれ固定されることになるため、コイル１２の脱落を防止することができる。 On the other hand, in the SR motor 1 according to the present embodiment, the bus bars 40 are provided at both coil ends of the coil 12 in order to solve the above problem. That is, as shown in FIG. 4, the bus bar 40 in the SR motor 1 is partially (four in the same figure) provided on one coil end and the remaining part (one in the same figure) of the other coil. It is provided at the end. As a result, both coil ends are fixed by the bus bar 40, so that the coil 12 can be prevented from falling off.

また、本実施形態に係るＳＲモータ１は、図４に示すように、一方のコイルエンドに設けられるバスバー４０の数と、他方のコイルエンドに設けられるバスバー４０の数を不均一にしている。これにより、バスバー４０で接続された各コイル１２のターン数を不均一にすることができる。すなわち、各コイル１２の始端１２ａおよび終端１２ｂはバスバー４０を設ける位置によって変わるため、一方のコイルエンドと他方のコイルエンドにそれぞれバスバー４０を不均一に設けることにより、コイル１２のターン数も自然と不均一となる。 Further, in the SR motor 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the number of bus bars 40 provided at one coil end and the number of bus bars 40 provided at the other coil end are made uneven. Thereby, the number of turns of each coil 12 connected by the bus bar 40 can be made uneven. That is, since the starting end 12a and the terminating end 12b of each coil 12 change depending on the position where the bus bar 40 is provided, the number of turns of the coil 12 is naturally increased by providing the bus bar 40 unevenly at one coil end and the other coil end. It becomes uneven.

例えば図４で示した例では、６組のコイル１２のうち、一方のコイルエンド（紙面上側）にのみバスバー４０が設けられている４組のコイル１２のターン数と比較して、他方のコイルエンド（紙面下側）にバスバー４０が設けられている２組のコイル１２のターン数は、半巻分だけ増減した数となる。具体的には、同図で示した６組のコイル１２のうち、両側４組のコイル１２のターン数を２１とすると、真ん中２組のコイル１２のターン数は２０．５または２１．５となる。 For example, in the example shown in FIG. 4, among the six sets of coils 12, the number of turns of the four sets of coils 12 in which the bus bar 40 is provided only on one coil end (upper side of the paper) is larger than that of the other set. The number of turns of the two sets of coils 12 provided with the bus bar 40 at the end (on the lower side of the paper) is increased or decreased by half a turn. Specifically, among the six sets of coils 12 shown in the figure, if the number of turns of the four sets of coils 12 on both sides is 21, the number of turns of the middle two sets of coils 12 is 20.5 or 21.5. Become.

このように、ＳＲモータ１では、バスバー４０を両方のコイルエンドに設けることにより、コイル１２の脱落を防止することができる。また、一方および他方のコイルエンドに設けるバスバー４０の数を不均一にすることにより、例えば前記したように各コイル１２のターン数を積極的に不均一にしない場合であっても、各コイル１２のターン数を不均一にすることができる。これにより、ステータ１０に働くラジアル力Ｆｒの大きさを周方向に不均一にすることができ、ＮＶ性能を向上させることができる。 As described above, in the SR motor 1, by providing the bus bars 40 on both coil ends, the coil 12 can be prevented from falling off. Further, by making the number of bus bars 40 provided at one and the other coil ends non-uniform, for example, even when the number of turns of each coil 12 is not positively made non-uniform as described above, each coil 12 The number of turns can be made uneven. As a result, the magnitude of the radial force Fr acting on the stator 10 can be made uneven in the circumferential direction, and the NV performance can be improved.

なお、バスバー４０を両方のコイルエンドに設ける態様としては、例えば図５に示すようなものでも構わない。同図に示したＳＲモータ１Ａにおけるバスバー４０は、一方のコイルエンドおよび他方のコイルエンドに交互に設けられている。すなわち、ＳＲモータ１Ａにおけるバスバー４０は、図５に示すように、一部（同図では３個）が一方のコイルエンドに設けられ、残り一部（同図では２個）が他方のコイルエンドに設けられている。このような態様であっても、両方のコイルエンドをバスバー４０によって固定することができるため、前記したＳＲモータ１と同様に、コイル１２の脱落を防止することができる。 Note that the bus bar 40 may be provided on both coil ends as shown in FIG. 5, for example. The busbars 40 in the SR motor 1A shown in the figure are alternately provided at one coil end and the other coil end. That is, as shown in FIG. 5, a part (three in the figure) of the bus bar 40 in the SR motor 1A is provided at one coil end, and the remaining part (two in the figure) is at the other coil end. It is provided in. Even in such a mode, since both coil ends can be fixed by the bus bar 40, it is possible to prevent the coil 12 from falling off, like the SR motor 1 described above.

以上、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 As described above, the switched reluctance motor according to the present invention has been specifically described with reference to the modes for carrying out the invention, but the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and is described in the scope of claims. Must be broadly interpreted on the basis of. Further, it goes without saying that various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

１，１Ａ，１０１スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
１０ステータ
１１ティース（ステータ歯）
１２コイル
１２ａ始端
１２ｂ終端
２０ロータ
２１ティース（ロータ歯）
３１，３２リード線
４０バスバー 1,1A, 101 Switch reluctance motor (SR motor)
10 stator 11 teeth (stator teeth)
12 coil 12a start end 12b end 20 rotor 21 teeth (rotor teeth)
31, 32 Lead wire 40 Bus bar

Claims

複数のティースを備えるロータと、
複数のティースを備えるステータと、
前記ステータのティースに巻回された複数相のコイルと、
前記ステータのティースに巻回されたコイル同士を接続するバスバーと、
を備え、
前記ステータに働くラジアル力の大きさが、前記ステータの周方向に不均一となるように、前記バスバーで接続された各コイルのターン数が不均一であることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。 A rotor having a plurality of teeth,
A stator having a plurality of teeth,
A plurality of phase coils wound around the teeth of the stator,
A bus bar connecting the coils wound around the teeth of the stator,
Equipped with
A switched reluctance motor , wherein the number of turns of each coil connected by the bus bar is non-uniform so that the magnitude of the radial force acting on the stator is non-uniform in the circumferential direction of the stator .

前記バスバーは、前記コイルにおける両方のコイルエンドに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。The switched reluctance motor according to claim 1, wherein the bus bar is provided at both coil ends of the coil.

一方のコイルエンドに設けられる前記バスバーの数と、他方のコイルエンドに設けられる前記バスバーの数とが不均一であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。3. The switched reluctance motor according to claim 2, wherein the number of the bus bars provided on one coil end and the number of the bus bars provided on the other coil end are non-uniform.