WO2022044765A1 - 固定子 - Google Patents

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裕司 佐々木
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
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    • H02K3/325—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for windings on salient poles, such as claw-shaped poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings

Definitions

  • This disclosure relates to a stator.
  • Patent Document 1 discloses a stator in which the teeth of the stator core are covered with an insulator provided with a hole. The holes are filled with a highly thermally conductive insulating resin. The winding is wound over the insulator and the high thermal conductive insulating resin.
  • the present disclosure describes a stator that can ensure the rigidity of the insulator and the stator core while making it easier for heat to be transferred from the winding to the stator core.
  • One aspect of the present disclosure is a stator core in which a plurality of teeth project radially on the inner peripheral side of an annular stator core, the stator cores are arranged in the circumferential direction, an insulator covering the teeth, and a winding wound around the teeth via an insulator.
  • the tooth has a pair of long sides extending along the central axis of the stator core and a pair of short sides adjacent to the long side and extending in the direction intersecting the central axis. It has a through hole that penetrates from the short side to the other short side, and the insulator has a pair of long side coverings that cover each of the pair of long sides and a pair of short sides that cover each of the pair of short sides.
  • the long side covering portion and the short side surface covering portion adjacent to each other are integrated with each other, and each of the pair of short side surface covering portions penetrates.
  • the long side covering includes an opening that is open while exposing the long side, and the portion exposed from the opening on the long side has higher thermal conductivity than the insulator. It is a stator in which a heat conductive substance is installed.
  • stator on one side of the present disclosure, it is possible to ensure the rigidity of the insulator and the stator core while making it easier for heat to be transferred from the winding to the stator core.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ⁇ of FIG. 2 (A).
  • A) is a side view seen from the circumferential direction of the stator core of the conventional stator
  • B) is a cross-sectional view taken along line ⁇ of (A)
  • C) is a cross-sectional view taken along line ⁇ of (A). Is.
  • One aspect of the present disclosure is a stator core in which a plurality of teeth project radially on the inner peripheral side of an annular stator core, the stator cores are arranged in the circumferential direction, an insulator covering the teeth, and a winding wound around the teeth via an insulator.
  • the tooth has a pair of long sides extending along the central axis of the stator core and a pair of short sides adjacent to the long side and extending in the direction intersecting the central axis. It has a through hole that penetrates from the short side to the other short side, and the insulator has a pair of long side coverings that cover each of the pair of long sides and a pair of short sides that cover each of the pair of short sides.
  • the long side covering portion and the short side surface covering portion adjacent to each other are integrated with each other, and each of the pair of short side surface covering portions penetrates.
  • the long side covering includes an opening that is open while exposing the long side, and the portion exposed from the opening on the long side has higher thermal conductivity than the insulator. It is a stator in which a heat conductive substance is installed.
  • Teeth are a pair of long sides extending along the central axis of the stator core, a pair of short sides adjacent to the long side and extending in a direction intersecting the central axis, and one short side to the other. It has a through hole portion that penetrates to the short side surface.
  • the insulator has a pair of long side surface covering portions covering each of the pair of long side surfaces, a pair of short side surface covering portions covering each of the pair of short side surfaces, and a through hole filling portion filled in the through hole portion.
  • the long side covering includes an opening that is open while exposing the long side.
  • a heat conductive substance having higher heat conductivity than an insulator is installed in a portion exposed from the opening on the long side surface.
  • the long side covering includes an opening.
  • the long side surface covering portion and the short side surface covering portion adjacent to each other are integrated with each other, and each of the pair of short side surface covering portions is integrated with each other via the through hole filling portion. Therefore, the rigidity of the insulator and the stator core can be ensured.
  • each of the pair of long side surface covering portions is a boundary between the pair of short side surface covering portions adjacent to each other so that the short side surface covering portion and the long side surface are flush with each other when viewed from the direction along the central axis.
  • the long side surface may be covered between the two openings, including the two openings opened in.
  • each of the pair of long side surface covering portions is adjacent to each other so that the short side surface covering portion and the long side surface are flush with each other when viewed from the direction along the central axis. Includes two openings opened at the boundary with. Therefore, undercut is less likely to occur when the insulator is insert-molded around the teeth of the stator core inserted in the mold, and it is easy to manufacture. Further, since each of the pair of long side surface covering portions covers the long side surface between the two openings, the distance between the winding and the teeth wound around the teeth via the insulator of the long side surface covering portions is stable.
  • the motor provided with the stator 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 is applied to, for example, a supercharged engine for a 48V mild hybrid system, which is a two-stage supercharging system in which transient responsiveness and wide range are required. Will be done.
  • the motor provided with the stator 1 according to the present embodiment realizes the electric compressor of the two-stage supercharging system and the electric assist turbo that regenerates the surplus turbine output at the time of high load.
  • the stator 1 includes a stator core 2, an insulator 4, and a winding 5.
  • a plurality of teeth 3 project in the radial direction R on the inner peripheral side of the annular stator core 2 and are arranged in the circumferential direction C.
  • the stator core 2 is divided into a plurality of core pieces in the circumferential direction C for each tooth 3.
  • the stator core 2 is composed of a plurality of steel plates laminated in a direction along the central axis X of the stator core 2. ing.
  • the insulator 4 covers the teeth 3.
  • the insulator 4 is a molded product made of a synthetic resin.
  • the insulator 4 is formed by an insert molding method in which the insulator 4 is directly molded on the teeth 3 of the stator core 2.
  • the winding 5 is wound around the teeth 3 via the insulator 4.
  • the winding 5 is wound around one tooth 3 by a centralized winding.
  • the winding 5 is an extra-thick single copper wire having a diameter of about several mm in order to reduce copper loss.
  • the teeth 3 has a pair of long side surfaces 6 extending in a direction along the central axis X of the stator core 2. Further, the teeth 3 have a pair of short side surfaces 7 adjacent to the long side surface 6 and extending in a direction intersecting the central axis X, that is, in the circumferential direction C.
  • the direction along the central axis X does not necessarily have to be the direction parallel to the central axis X, and may not be the direction orthogonal to the central axis X.
  • the direction intersecting the central axis X does not necessarily have to be a direction orthogonal to the central axis X, and may not be a direction parallel to the central axis X.
  • the directions in which the long side surface 6 and the short side surface 7 extend may not be the same on the entire surface thereof, and may vary depending on their positions.
  • the teeth 3 has a through hole portion 8 penetrating from one short side surface 7 to the other short side surface 7.
  • the width of the circumferential direction C of the teeth 3 is increased by the width of the circumferential direction C of the through hole portion 8. It is wider than the teeth 30 of the conventional stator core 20 as shown in FIGS. 4 (A), 4 (B) and 4 (C).
  • the teeth 3 of the present embodiment are from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the stator core 2 in the vicinity of the tip end portion on the inner peripheral side of the stator core 2.
  • the teeth 3 of the present embodiment has a widening portion 17 provided on the outer peripheral side of the stator core 2 of the narrowing portion 16 and whose width in the circumferential direction C increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the stator core 2. .. That is, in the teeth 3 of the present embodiment, a constriction is formed in the vicinity of the tip portion when viewed from the direction along the central axis X of the stator core 2. Further, the through hole portion 8 is formed on the outer peripheral side of the stator core 2 from the narrowed width portion 16.
  • the insulator 4 has a pair of long side surface covering portions 9 that cover each of the pair of long side surfaces 6. Further, the insulator 4 has a pair of short side surface covering portions 10 that cover each of the pair of short side surfaces 7. Further, the insulator 4 has a through hole filling portion 11 filled in the through hole portion 8. Further, the insulator 4 has a base covering portion 12 that covers the base portion of the teeth 3 and a tip covering portion 13 that covers the tip portion of the teeth 3.
  • the long side surface covering portion 9 and the short side surface covering portion 10 adjacent to each other are integrated with each other via the base covering portion 12 and the tip portion covering portion 13.
  • each of the pair of short side covering portions 10 is integrated with each other via the through hole filling portion 11.
  • the long side surface covering portion 9 includes an opening portion 14 which is opened while exposing the long side surface 6.
  • six openings are formed in the insulator 4 of this embodiment. Four of the six openings are openings 14, exposing the long side surface 6.
  • One of the six openings is an opening that exposes a part of the tip of the teeth 3 in the tip covering portion 13.
  • the other of the six openings is an opening on the outer peripheral side of the stator core 2 along the shape of the base of the teeth 3 in the base covering portion 12, assuming that the stator core 2 is absent.
  • each of the pair of long side surface covering portions 9 is adjacent to each other so that the short side surface covering portion 10 and the long side surface 6 are flush with each other when viewed from the direction along the central axis X. Includes two openings 14 that are open at the boundary with the pair of short side coverings 10. As shown in FIGS. 2A, 2B and 3, each of the pair of long side coverings 9 covers the long side 6 between the two openings 14.
  • the short side surface covering portion 10 has a sufficient thickness so that the hard-to-bend extra-thick winding 5 does not come into contact with the long side surface 6 exposed at the opening 14.
  • a heat conductive substance 15 having a higher heat conductivity than the insulator 4 is installed in a portion exposed from the opening 14 of the long side surface 6.
  • the heat conductive substance 15 is a paste-like heat conductive compound such as silicone grease. By applying the paste-like heat conductive compound to the opening 14, the heat conductive substance 15 is installed in the portion exposed from the opening 14 on the long side surface 6.
  • the thermal conductivity of the insulator 4 is about 0.3 to 0.5 W / mK.
  • the thermal conductivity of the heat conductive substance 15 is about 2 W / mK.
  • the heat conductive material 15 should be filled only between the first layer of the winding 5 wound in at least a plurality of layers and the teeth 3 of the stator core 2. Just do it. Since the extra-thick winding 5 is difficult to bend, the first layer of the winding 5 wound on a plurality of layers does not necessarily follow the teeth 3 and the insulator 4 over the entire circumference. Therefore, it is necessary that the heat conductive substance 15 is filled between the first layer of the winding 5 wound on the plurality of layers and the teeth 3 of the stator core 2.
  • the winding radius of the winding 5 is always larger than that of the first layer over the entire circumference, so that the winding 5 and the second layer of the first layer are used. It is in close contact with the subsequent winding 5. If the windings 5 are in contact with each other, heat is easily transferred between the windings 5. Therefore, the heat conductive substance 15 may be filled only between the first layer of the winding wire 5 wound around at least a plurality of layers and the teeth 3 of the stator core 2.
  • a highly fluid cast resin such as epoxy resin and silicone with improved thermal conductivity is poured and cured. It is common to increase the contact area between the winding and the stator core to reduce the thermal resistance.
  • this method uses a large amount (100 g or more) of expensive cast resin and requires a curing time (about 30 to 60 minutes in the case of heat curing). Therefore, there is a problem that the component cost increases.
  • the degree of adhesion between the insulator 40 and the stator core 20 is determined by an insert molding method in which the insulator 40 is directly molded on the teeth 30 of the stator core 20.
  • a way to increase it has been proposed.
  • the insulator 40 insert molding resin can wind the winding 5 around the teeth 30 with high tension in order to increase the rigidity of the stator core 20. Therefore, an extra-thick single copper wire can be adopted for the winding 5, and the reliability of the connection portion of the winding 5 can be improved while handling a large current.
  • the extra-thick winding 5 wound around the teeth 30 is difficult to bend and is difficult to follow the teeth 30 and the insulator 40 of the stator core 20, as shown in FIG. 4C, the winding 5 and the insulator 40 are in close contact with each other. Is only near the boundary between the long side surface covering portion 9 and the short side surface covering portion 10, and contact with other portions cannot be obtained. Therefore, it becomes difficult for heat to be transferred from the winding wire 5 to the stator core 20, and there arises a problem that the heat extraction capacity is insufficient.
  • the plurality of teeth 3 are on the inner peripheral side of the annular stator core 2.
  • a stator 1 having a stator core 2 protruding in the radial direction R and arranged in the circumferential direction C, an insulator 4 covering the teeth 3, and a winding 5 wound around the teeth 3 via the insulator 4, the teeth 3 Is a pair of long side surfaces 6 extending in a direction along the central axis X of the stator core 2, a pair of short side surfaces extending in a direction intersecting the central axis X, and one short side surface 7 to the other short side surface. It has a through hole portion 8 penetrating to the side surface 7.
  • the insulator 4 includes a pair of long side surface covering portions 9 that cover each of the pair of long side surfaces 6, a pair of short side surface covering portions 10 that cover each of the pair of short side surfaces 7, and a through hole filled in the through hole portion 8. It has a filling portion 11.
  • the long side surface covering portion 9 includes an opening portion 14 which is opened while exposing the long side surface 6.
  • a heat conductive substance 15 having a higher heat conductivity than that of the insulator 4 is installed in a portion exposed from the opening 14 of the long side surface 6.
  • the long side covering portion 9 includes an opening 14. However, the long side surface covering portion 9 and the short side surface covering portion 10 adjacent to each other are integrated with each other, and each of the pair of short side surface covering portions 10 is integrated with each other via the through hole filling portion 11. Therefore, the rigidity of the insulator 4 and the stator core 2 can be ensured.
  • the rigidity of the insulator 4 is maintained by the resin clinging to the teeth 3 of the stator core 2 due to the molding shrinkage of the resin.
  • the insulator 4 surrounds the entire circumference of the teeth 3 of the stator core 2, the cross section of the insulator 4 is closed, and the rigidity of the insulator 4 becomes the rigidity of the teeth 3 of the stator core 2 and becomes maximum.
  • the hole is formed on the long side surface 6, the hole is opened on the entire surface of the long side surface 6 of the tooth 3 of the stator core 2 due to the limitation of molding (die cutting), and the insulator 4 is formed. Only the short side 7 will hug the teeth 3. Therefore, the material that supports the insulator 4 near the boundary between the long side surface covering portion 9 and the short side surface covering portion 10 is minimized, and the rigidity is reduced.
  • the through hole portion 8 is provided inside the stator core 2, and the resin of the through hole filling portion 11 filled in the through hole portion 8 is used to cover the short side surface of the teeth 3 of the stator core 2 on the short side surface 7.
  • the insulator 4 will be attached to the teeth 3 of the stator core 2 with a surface area similar to that surrounding the insulator 4, and the rigidity is relatively well maintained.
  • the winding 5 and the insulator 4 are in close contact with each other in the long side surface covering portion 9 and the short side surface covering portion 10. Only near the boundary with. Therefore, if the insulator 4 comes into contact with the winding 5 only in the vicinity of the boundary, the insulator 4 other than the vicinity of the boundary is removed, and the space between the teeth 3 and the winding 5 of the stator core 2 is filled with a heat conductive substance. This makes it easier for heat to be transferred from the winding 5 to the stator core 2.
  • each of the pair of long side surface covering portions 9 is adjacent to each other so that the short side surface covering portion 10 and the long side surface 6 are flush with each other when viewed from the direction along the central axis X.
  • each of the pair of long side surface covering portions 9 covers the long side surface 6 between the two openings 14, the winding 5 and the teeth 3 wound around the teeth 3 via the insulator 4 of the long side surface covering portions 9. The distance to and is stable.
  • the insulator 4 when the insulator 4 is molded by insert molding on the teeth 3 of the stator core 2, considering that the dividing direction of the molding die is the direction along the central axis X, in order to prevent undercuts from occurring.
  • the opening 14 needs to be open so that the short side surface covering portion 10 and the long side surface 6 are flush with each other when viewed from the direction along the central axis X. In this case, the proximity of the winding wire 5 and the long side surface 6 becomes a problem.
  • the opening 14 is arranged only in the portion of the teeth 3 where the winding 5 does not come into contact.
  • An insulator 4 is formed at the center of the short side surface 7 and the long side surface 6.
  • the winding 5 is wound around the tooth 3 in a hexagonal shape or an octagonal shape when viewed from the radial direction R, so that the distance between the stator core 2 and the winding 5 is stable. Further, as a result, the force with which the winding wire 5 is pressed against the teeth 3 by the tension increases, so that the amount of the heat conductive substance 15 used is reduced and the ease of heat transfer is stabilized.
  • the thickness of the opening 14 which is the undercut removing portion is thicker than the short side surface 7 of the teeth 3 while guiding the bending of the winding 5 halfway.
  • the heat conductive substance 15 may be a sheet-shaped heat transfer body sandwiched between the winding 5 and the teeth 3 of the stator core 2 instead of the heat conductive compound.
  • the heat conductive substance 15 may be a molding material (potting material) filled in the entire area of the electric motor including the opening 14.
  • stator on one side of the present disclosure, it is possible to ensure the rigidity of the insulator and the stator core while making it easier for heat to be transferred from the winding to the stator core.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

固定子は、ティースが突出したステータコア、ティースを覆うインシュレータ及びインシュレータを介してティースに巻かれた巻線を備える。ティースは、ステータコアの中心軸に沿った方向に延在する一対の長側面に隣接し、中心軸に交差する方向に延在する一対の短側面及び一方の短側面から他方の短側面へと貫通する貫通孔部とを有する。インシュレータは、一対の長側面を覆う一対の長側面被覆部、一対の短側面を覆う一対の短側面被覆部及び貫通孔部に充填された貫通孔充填部とを有する。長側面被覆部は長側面を露出させつつ開口した開口部を含む。長側面の開口部から露出した部位には、インシュレータより高い熱伝導性を有する熱伝導性物質が設置されている。

Description

固定子
　本開示は、固定子に関するものである。
　電動機において、複数のティースが円環状のステータコアの内周側の径方向に突出し、周方向に配列されたステータコアと、ティースを覆うインシュレータと、インシュレータを介してティースに巻かれた巻線とを備えた固定子が知られている。小型化及び高出力化が求められる電動機においては、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くし、巻線から冷却水への熱抵抗を低下させることが設計上の課題となる。そこで特許文献１には、ステータコアのティースが孔部を設けられたインシュレータにより被覆されている固定子が開示されている。孔部には高熱伝導性絶縁樹脂が充填されている。インシュレータ及び高熱伝導性絶縁樹脂の上から巻線が巻かれている。
特開２００１‐１２８４０２号公報
　ところで、上記のような技術では、孔部に充填された高熱伝導性絶縁樹脂により、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くなる。しかし、インシュレータに孔部が設けられているため、インシュレータ及びステータコアの剛性が低下する問題がある。
　そこで本開示は、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くしつつ、インシュレータ及びステータコアの剛性を担保することができる固定子を説明する。
　本開示の一側面は、複数のティースが円環状のステータコアの内周側の径方向に突出し、周方向に配列されたステータコアと、ティースを覆うインシュレータと、インシュレータを介してティースに巻かれた巻線とを備え、ティースは、ステータコアの中心軸に沿った方向に延在する一対の長側面と、長側面に隣接し、中心軸に交差する方向に延在する一対の短側面と、一方の短側面から他方の短側面へと貫通する貫通孔部とを有し、インシュレータは、一対の長側面のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部と、一対の短側面のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部と、貫通孔部に充填された貫通孔充填部とを有し、互いに隣接する長側面被覆部と短側面被覆部とは、互いに一体化され、一対の短側面被覆部のそれぞれは貫通孔充填部を介して互いに一体化され、長側面被覆部は、長側面を露出させつつ開口した開口部を含み、長側面の開口部から露出した部位には、インシュレータより高い熱伝導性を有する熱伝導性物質が設置されている固定子である。
　本開示の一側面の固定子によれば、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くしつつ、インシュレータ及びステータコアの剛性を担保することができる。
実施形態に係る固定子の中心軸に沿った方向から視た正面図である。 （Ａ）は実施形態に係る固定子のステータコアの周方向から視た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のα線による断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のβ線による断面図である。 図２（Ａ）のγ線による断面図である。 （Ａ）は従来の固定子のステータコアの周方向から視た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のδ線による断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のε線による断面図である。
　本開示の一側面は、複数のティースが円環状のステータコアの内周側の径方向に突出し、周方向に配列されたステータコアと、ティースを覆うインシュレータと、インシュレータを介してティースに巻かれた巻線とを備え、ティースは、ステータコアの中心軸に沿った方向に延在する一対の長側面と、長側面に隣接し、中心軸に交差する方向に延在する一対の短側面と、一方の短側面から他方の短側面へと貫通する貫通孔部とを有し、インシュレータは、一対の長側面のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部と、一対の短側面のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部と、貫通孔部に充填された貫通孔充填部とを有し、互いに隣接する長側面被覆部と短側面被覆部とは、互いに一体化され、一対の短側面被覆部のそれぞれは貫通孔充填部を介して互いに一体化され、長側面被覆部は、長側面を露出させつつ開口した開口部を含み、長側面の開口部から露出した部位には、インシュレータより高い熱伝導性を有する熱伝導性物質が設置されている固定子である。
　この構成によれば、固定子において、複数のティースが円環状のステータコアの内周側の径方向に突出し、周方向に配列されたステータコアと、ティースを覆うインシュレータと、インシュレータを介してティースに巻かれた巻線とを備える。ティースは、ステータコアの中心軸に沿った方向に延在する一対の長側面と、長側面に隣接し、中心軸に交差する方向に延在する一対の短側面と、一方の短側面から他方の短側面へと貫通する貫通孔部とを有する。
　インシュレータは、一対の長側面のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部と、一対の短側面のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部と、貫通孔部に充填された貫通孔充填部とを有する。長側面被覆部は長側面を露出させつつ開口した開口部を含む。長側面の開口部から露出した部位には、インシュレータより高い熱伝導性を有する熱伝導性物質が設置されている。
　このため、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くなる。長側面被覆部は開口部を含む。しかし、互いに隣接する長側面被覆部と短側面被覆部とは互いに一体化され、一対の短側面被覆部のそれぞれは貫通孔充填部を介して互いに一体化されている。このため、インシュレータ及びステータコアの剛性を担保することができる。
　この場合、一対の長側面被覆部のそれぞれは、中心軸に沿った方向から視て短側面被覆部と長側面とが同一平面になるように、互いに隣接する一対の短側面被覆部との境界で開口した２つの開口部を含み、２つの開口部の間で長側面を覆ってもよい。
　この構成によれば、一対の長側面被覆部のそれぞれは、中心軸に沿った方向から視て短側面被覆部と長側面とが同一平面になるように、互いに隣接する一対の短側面被覆部との境界で開口した２つの開口部を含む。このため、金型内に挿入したステータコアのティースの周りにインシュレータをインサート成形する際にアンダーカットが生じ難く、製造し易い。また、一対の長側面被覆部のそれぞれは２つの開口部の間で長側面を覆うため、長側面被覆部のインシュレータを介してティースに巻かれた巻線とティースとの距離が安定する。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示される本実施形態に係る固定子１を備えた電動機は、例えば、４８Ｖマイルドハイブリッドシステム向けの過給エンジンにおいて、過渡応答性及びワイドレンジ性が要求される２段過給システムに適用される。本実施形態に係る固定子１を備えた電動機は、当該２段過給システムの電動コンプレッサ及び高負荷時の余剰タービン出力を回生する電動アシストターボを実現する。
　図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、固定子１は、ステータコア２と、インシュレータ４と、巻線５とを備える。ステータコア２では、複数のティース３が円環状のステータコア２の内周側の径方向Ｒに突出し、周方向Ｃに配列されている。ステータコア２は、１つのティース３ごとに周方向Ｃに複数のコアピースに分割されている。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、ステータコア２は、ステータコア２の中心軸Ｘに沿った方向に積層された複数の鋼板から構成されている。
　インシュレータ４は、ティース３を覆う。インシュレータ４は、合成樹脂により形成された成形品である。インシュレータ４は、ステータコア２のティース３にインシュレータ４を直接成形するインサート成形方式により形成されている。巻線５は、インシュレータ４を介してティース３に巻かれている。巻線５は、１つのティース３に対して集中巻により巻かれている。巻線５は、銅損を低下させるために数ｍｍ程度の直径を有する極太の単銅線である。
　ティース３は、ステータコア２の中心軸Ｘに沿った方向に延在する一対の長側面６を有する。また、ティース３は、長側面６に隣接し、中心軸Ｘに交差する方向、つまり周方向Ｃに延在する一対の短側面７を有する。なお、中心軸Ｘに沿った方向とは、必ずしも中心軸Ｘに平行な方向でなくてもよく、中心軸Ｘに直交する方向でなければよい。また、中心軸Ｘに交差する方向とは、必ずしも中心軸Ｘに直交する方向でなくてもよく、中心軸Ｘに平行な方向でなければよい。また、長側面６及び短側面７が延在する方向は、それらの全面で同一でなくてもよく、それらの位置によって変動してもよい。
　ティース３は、一方の短側面７から他方の短側面７へと貫通する貫通孔部８を有する。本実施形態では、貫通孔部８を設けたことにより減ったティース３の体積分の磁路を取り戻すために、貫通孔部８の周方向Ｃの幅だけ、ティース３の周方向Ｃの幅が図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示されるような従来のステータコア２０のティース３０に比べて広い。また、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示されるように、本実施形態のティース３は、ステータコア２の内周側の先端部の近傍において、ステータコア２の内周側から外周側に到るにつれて周方向Ｃの幅が減少する縮幅部１６を有する。また、本実施形態のティース３は、縮幅部１６のステータコア２の外周側に設けられ、ステータコア２の内周側から外周側に到るにつれて周方向Ｃの幅が増大する拡幅部１７を有する。つまり、本実施形態のティース３では、ステータコア２の中心軸Ｘに沿った方向から視て、先端部の近傍にくびれが形成されている。また、貫通孔部８は、縮幅部１６よりステータコア２の外周側に形成されている。
　図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、インシュレータ４は、一対の長側面６のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部９を有する。また、インシュレータ４は、一対の短側面７のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部１０を有する。また、インシュレータ４は、貫通孔部８に充填された貫通孔充填部１１を有する。さらにインシュレータ４は、ティース３の基部を被覆する基部被覆部１２と、ティース３の先端部を被覆する先端部被覆部１３とを有する。
　図２（Ａ）に示されるように、互いに隣接する長側面被覆部９と短側面被覆部１０とは、基部被覆部１２及び先端部被覆部１３を介して互いに一体化されている。図３に示されるように、一対の短側面被覆部１０のそれぞれは貫通孔充填部１１を介して互いに一体化されている。図２（Ａ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、長側面被覆部９は、長側面６を露出させつつ開口した開口部１４を含む。なお、本実施形態のインシュレータ４には６つの開口が形成されている。６つの開口の内の４つは開口部１４であり、長側面６を露出させる。６つの開口の内の１つは、先端部被覆部１３においてティース３の先端部の一部を露出させる開口となっている。６つの開口の内のもう１つは、ステータコア２が無いと仮定した場合に、基部被覆部１２において、ティース３の基部の形状に沿って、ステータコア２の外周側に開口している。
　図３に示されるように、一対の長側面被覆部９のそれぞれは、中心軸Ｘに沿った方向から視て短側面被覆部１０と長側面６とが同一平面になるように、互いに隣接する一対の短側面被覆部１０との境界で開口した２つの開口部１４を含む。図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３に示されるように、一対の長側面被覆部９のそれぞれは、２つの開口部１４の間で長側面６を覆う。短側面被覆部１０は、曲がり難い極太の巻線５が開口部１４で露出した長側面６に接触しないように、十分な厚さを有する。
　図２（Ａ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、長側面６の開口部１４から露出した部位には、インシュレータ４より高い熱伝導性を有する熱伝導性物質１５が設置されている。熱伝導性物質１５は、シリコーングリース等のペースト状の熱伝導性コンパウンドである。ペースト状の熱伝導性コンパウンドが開口部１４に塗布されることにより、長側面６の開口部１４から露出した部位に熱伝導性物質１５が設置されている。
　一般にインシュレータ４の熱伝導率は０．３～０．５Ｗ／ｍＫ程度である。これに対して、熱伝導性物質１５の熱伝導率は２Ｗ／ｍＫ程度である。ティース３に巻線５が巻き付けられると、巻線５によって熱伝導性物質１５が押し潰される。巻線５とステータコア２のティース３との間の空間が熱伝導性物質１５によって充填されることによって、巻線５からステータコア２に熱がより伝わり易くなる。
　図２（Ｃ）及び図３に示されるように、熱伝導性物質１５は、少なくとも複数の層に巻かれる巻線５の１層目とステータコア２のティース３との間にのみ充填されていればよい。極太の巻線５は曲がり難いため、複数の層に巻かれる巻線５の１層目は必ずしもティース３及びインシュレータ４に全周に亘って追随しない。そのため、複数の層に巻かれる巻線５の１層目とステータコア２のティース３との間には、熱伝導性物質１５が充填されている必要がある。
　一方、複数の層に巻かれる巻線５の２層目以降は巻線５の巻き付けの半径が全周に亘って必ず１層目より大きくなるため、１層目の巻線５と２層目以降の巻線５とは密着する。巻線５同士が接触していれば、巻線５同士の間では熱は伝わり易い。そのため、熱伝導性物質１５は、少なくとも複数の層に巻かれる巻線５の１層目とステータコア２のティース３との間にのみ充填されていればよい。
　本実施形態に係る固定子１を備えた電動機の上記のような用途では、通常のターボチャージャーと同程度の大きさで４．５ｋＷ～８ｋＷ程度の出力が求められることから、基本的に水冷が適用される。遠心コンプレッサを扱うことから電動機としては超高速（電動コンプレッサでは最大８０ｋｒｐｍ、電動アシストターボでは最大２００ｋｒｐｍ)であり、４８Ｖでこれを駆動するために低インダクタンス設計が求められる。これはマグネットトルクの低下を意味するため、上記の出力を発生するためには必然的に扱う電流値は最大１５０Ａ程度の大きなものとなる。従って抜熱すべき電動機の損失は銅損が主体となる。経済的な電動機を成立させるには巻線の許容温度は１８０℃程度に制限されるため、巻線から冷却水への熱抵抗を低下させることが設計上の課題となる。
　通常、このような小型高出力の求められる電動機においては、ステータコアに巻線を巻き付けた後、熱伝導性を高めたエポキシ樹脂及びシリコーン等の流動性の高い注型樹脂を流し込み、硬化させることで巻線とステータコアとの接触面積を増やして熱抵抗を下げることが一般的である。しかし、この方法では価格の高い注型樹脂を大量（１００ｇ以上）に用い、かつ硬化時間(加熱硬化の場合３０～６０分程度)を要する。このため、部品コストが増大するという問題がある。
　より簡便な方法としては、例えば、上記特許文献１のように、ステータコアを覆うインシュレータの一部を高熱伝導性絶縁樹脂とすることが提案されている。また、インシュレータを中心軸に沿った方向に２分割し、長側面を熱伝導シートに置き換える方法が提案されている。しかし、これらの提案では、いずれもインシュレータの一部に孔部を設けるか、インシュレータそのものがステータコアと分離しているため、ステータコアおよびインシュレータの剛性が低下する。
　図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示されるように、ステータコア２０のティース３０にインシュレータ４０を直接成形するインサート成形方式により、インシュレータ４０とステータコア２０との密着度を高める方法が提案されている。この方法では、インシュレータ４０インサート成形樹脂がステータコア２０の剛性を高めるために、高い張力でティース３０に巻線５を巻き付けることができる。このため、巻線５に極太の単銅線を採用することができ、大電流を扱いつつ巻線５の接続部の信頼性を高めることができる。
　しかし、ティース３０に巻き付けられる極太の巻線５は曲がり難く、ステータコア２０のティース３０及びインシュレータ４０に追随し難いため、図４（Ｃ）に示されるように、巻線５とインシュレータ４０との密着は、長側面被覆部９と短側面被覆部１０との境界付近のみとなり、他の部分での接触が得られない。このため、巻線５からステータコア２０に熱が伝わり難くなり、抜熱能力が不足するという問題が生じる。
　一方、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）及び図３に示されるように、本実施形態では、複数のティース３が円環状のステータコア２の内周側の径方向Ｒに突出し、周方向Ｃに配列されたステータコア２と、ティース３を覆うインシュレータ４と、インシュレータ４を介してティース３に巻かれた巻線５とを備える固定子１において、ティース３は、ステータコア２の中心軸Ｘに沿った方向に延在する一対の長側面６と、中心軸Ｘに交差する方向に延在する一対の短側面７と、一方の短側面７から他方の短側面７へと貫通する貫通孔部８とを有する。
　インシュレータ４は、一対の長側面６のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部９と、一対の短側面７のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部１０と、貫通孔部８に充填された貫通孔充填部１１とを有する。長側面被覆部９は長側面６を露出させつつ開口した開口部１４を含む。長側面６の開口部１４から露出した部位には、インシュレータ４より高い熱伝導性を有する熱伝導性物質１５が設置されている。
　このため、巻線５からステータコア２に熱がより伝わり易くなる。長側面被覆部９は開口部１４を含む。しかし、互いに隣接する長側面被覆部９と短側面被覆部１０とは互いに一体化され、一対の短側面被覆部１０のそれぞれは貫通孔充填部１１を介して互いに一体化されている。このため、インシュレータ４及びステータコア２の剛性を担保することができる。
　インシュレータ４の剛性は、樹脂の成形収縮によってステータコア２のティース３に樹脂が抱き着くことで保たれる。ステータコア２のティース３の周囲全周をインシュレータ４が囲む場合は、インシュレータ４の断面は閉じており、インシュレータ４の剛性はステータコア２のティース３の剛性そのものとなり最大となる。
　一方、長側面６に孔部が穿設された場合は、成形(型抜き)上の制約から、孔部はステータコア２のティース３の長側面６の全面で開口することになり、インシュレータ４は短側面７のみでティース３に抱き着くことなる。従って、長側面被覆部９と短側面被覆部１０との境界付近のインシュレータ４を支える材料が最小となり、剛性が低下する。
　しかし、本実施形態では、ステータコア２の内部に貫通孔部８を設け、貫通孔部８に充填された貫通孔充填部１１の樹脂でステータコア２のティース３の短側面７に位置する短側面被覆部１０を繋ぐことで、インシュレータ４は周囲を囲んだものと同程度の表面積でステータコア２のティース３に抱き着くことになり、剛性が比較的よく維持される。
　上記のように、極太の巻線５は曲がり難く、ステータコア２のティース３及びインシュレータ４に追随し難いため、巻線５とインシュレータ４との密着は、長側面被覆部９と短側面被覆部１０との境界付近のみとなる。したがって、当該境界付近のみでインシュレータ４が巻線５と接触するのであれば、当該境界付近以外のインシュレータ４を取り除き、熱伝導性物質でステータコア２のティース３と巻線５との間を埋めた方が、巻線５からステータコア２に熱がより伝わり易くなる。
　また、本実施形態によれば、一対の長側面被覆部９のそれぞれは、中心軸Ｘに沿った方向から視て短側面被覆部１０と長側面６とが同一平面になるように、互いに隣接する一対の短側面被覆部１０との境界で開口した２つの開口部１４を含む。このため、金型内に挿入したステータコア２のティース３の周りにインシュレータ４をインサート成形する際にアンダーカットが生じ難く、製造し易い。また、一対の長側面被覆部９のそれぞれは２つの開口部１４の間で長側面６を覆うため、長側面被覆部９のインシュレータ４を介してティース３に巻かれた巻線５とティース３との距離が安定する。
　つまり、ステータコア２のティース３にインサート成形によりインシュレータ４を成形する際に、成形型の分割方向が中心軸Ｘに沿った方向であることを考慮すると、アンダーカットが生じないようにするためには、開口部１４は、中心軸Ｘに沿った方向から視て短側面被覆部１０と長側面６とが同一平面になるように開口部１４が開口している必要がある。この場合、巻線５と長側面６との接近が問題となる。
　そこで、本実施形態では、開口部１４は、ティース３における巻線５が接触しない箇所のみに配置されている。短側面７及び長側面６の中央部にはインシュレータ４が成形される。これによって、図３に示されるように、径方向Ｒから視てティース３に巻線５が六角形状又は八角形状に巻き付くため、ステータコア２と巻線５との距離が安定する。また、これによって巻線５が張力によってティース３に押し付けられる力が増大するため、熱伝導性物質１５の使用量が削減され、かつ熱の伝わり易さが安定する。
　さらに、本実施形態では、極太の巻線５は曲がり難いため、巻線５の曲がりを途中まで誘導しつつ、アンダーカット除去部である開口部１４において、ティース３の短側面７に対して厚みの余裕を持つことで、巻線５とティース３の長側面６との接触を避けつつ、巻線５のティース３への巻き付けを安定させることができる。
　以上、本開示の実施形態及び変形例について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、熱伝導性物質１５は、熱伝導性コンパウンドに代えて、巻線５とステータコア２のティース３との間に挟み込まれたシート状の伝熱体でもよい。また、熱伝導性物質１５は、開口部１４を含む電動機の全域に充填されたモールド材（ポッティング材）でもよい。
　本開示の一側面の固定子によれば、巻線からステータコアに熱がより伝わり易くしつつ、インシュレータ及びステータコアの剛性を担保することができる。
１　固定子
２　ステータコア
３　ティース
４　インシュレータ
５　巻線
６　長側面
７　短側面
８　貫通孔部
９　長側面被覆部
１０　短側面被覆部
１１　貫通孔充填部
１２　基部被覆部
１３　先端部被覆部
１４　開口部
１５　熱伝導性物質
１６　縮幅部
１７　拡幅部
２０　ステータコア
３０　ティース
４０　インシュレータ
Ｘ　中心軸
Ｒ　径方向
Ｃ　周方向

Claims (2)

  1. 　複数のティースが円環状のステータコアの内周側の径方向に突出し、周方向に配列された前記ステータコアと、
    　前記ティースを覆うインシュレータと、
    　前記インシュレータを介して前記ティースに巻かれた巻線と、
    を備え、
    　前記ティースは、
    　前記ステータコアの中心軸に沿った方向に延在する一対の長側面と、
    　前記長側面に隣接し、前記中心軸に交差する方向に延在する一対の短側面と、
    　一方の前記短側面から他方の前記短側面へと貫通する貫通孔部と、
    を有し、
    　前記インシュレータは、
    　一対の前記長側面のそれぞれを覆う一対の長側面被覆部と、
    　一対の前記短側面のそれぞれを覆う一対の短側面被覆部と、
    　前記貫通孔部に充填された貫通孔充填部と、
    を有し、
    　互いに隣接する前記長側面被覆部と前記短側面被覆部とは、互いに一体化され、
    　一対の前記短側面被覆部のそれぞれは前記貫通孔充填部を介して互いに一体化され、
    　前記長側面被覆部は、前記長側面を露出させつつ開口した開口部を含み、
    　前記長側面の前記開口部から露出した部位には、前記インシュレータより高い熱伝導性を有する熱伝導性物質が設置されている、固定子。
  2. 　一対の前記長側面被覆部のそれぞれは、
    　前記中心軸に沿った方向から視て前記短側面被覆部と前記長側面とが同一平面になるように、互いに隣接する一対の前記短側面被覆部との境界で開口した２つの前記開口部を含み、
    　２つの前記開口部の間で前記長側面を覆う、請求項１に記載の固定子。
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