電機子の製造方法及び電機子の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、絶縁シート40についての各方向は、絶縁シート40がコア10に対して配置された状態(コア10に装着された状態)での方向であり、コイル30についての各方向は、コイル30がコア10に対して配置された状態(コア10に巻装された状態)での方向である。
本明細書では、部材の形状に関して「ある方向に延びる」とは、当該方向を基準方向として、部材の延在方向が当該基準方向に平行な形状に限らず、部材の延在方向が当該基準方向に交差する方向であっても、その交差角度が所定範囲内(例えば、30度未満或いは45度未満)である形状も含む概念として用いている。また、本明細書では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。また、本明細書では、寸法、配置方向、及び配置位置等に関する用語(例えば、「平行」等)は、誤差(製造上許容され得る程度の誤差)による差異を有する状態も含む概念として用いている。
図1及び図2に示すように、電機子1は、スロット11を有するコア10と、コア10に巻装されるコイル30と、コア10とコイル30とを電気的に絶縁する絶縁シート40と、を備えている。図1では、簡略化のため、コイル30について、スロット11の外側に突出する部分で切断した状態を示している。電機子1は、永久磁石や電磁石等を備えた界磁2(図2参照)を、電機子1に対して相対移動させるための移動磁界を発生するように構成される。具体的には、コイル30に交流電力を供給することで、スロット11の配列方向(言い換えれば、隣接する2つのスロット11の間に形成されるティース16の配列方向)に移動する移動磁界が電機子1により形成され、界磁2は、当該移動磁界の移動方向に電機子1に対して相対移動する。
図1及び図2に示すように、本実施形態では、電機子1は、回転電機用の電機子であり、コイル30に交流電力が供給された状態で、周方向Cに移動する移動磁界(すなわち、回転磁界)を形成する。具体的には、電機子1は、回転界磁型の回転電機用の電機子である。そのため、電機子1は、ケース等の非回転部材に固定されるステータであり、界磁2は、電機子1が形成する回転磁界によって回転するロータである。なお、電機子1を、固定界磁型(回転電機子型)の回転電機用の電機子とすることもできる。また、電機子1を、リニアモータ等に用いられる電機子、すなわち、直線状に移動する移動磁界を形成する電機子とすることもできる。
図1及び図2に示すように、本実施形態では、電機子1が用いられる回転電機は、ラジアルギャップ型の回転電機である。そのため、コア10は、軸方向Lの両端部に開口部(軸方向開口部12)を有するスロット11が周方向Cに複数配置された円筒状(全体として円筒状)に形成されている。本実施形態では、軸方向開口部12が「スロットの開口部」に相当する。スロット11は、軸方向Lに延びるように形成され、コア10を軸方向Lに貫通している。本実施形態では、スロット11は、軸方向Lに平行に延びるように形成されている。なお、電機子1を、アキシャルギャップ型の回転電機に用いられる電機子とすることもできる。この場合、スロット11は、径方向Rの両端部に開口部(径方向開口部)を有し、径方向開口部が「スロットの開口部」に相当する。
図1及び図2に示すように、スロット11は、径方向Rにおける界磁2が配置される側(以下、「界磁側」という。)の端部に開口部(径方向開口部14)を有している。本実施形態では、電機子1が用いられる回転電機は、インナロータ型の回転電機であり、径方向内側R1(径方向Rの内側)が界磁側であり、径方向外側R2(径方向Rの外側)が反界磁側(径方向Rにおける界磁側とは反対側)である。スロット11は、径方向Rに延びるように形成されている。本実施形態では、スロット11(具体的には、スロット11における周方向Cの中心部)は、径方向Rに平行に延びるように形成されている。なお、電機子1を、アウタロータ型の回転電機に用いられる電機子とすることもできる。この場合、径方向外側R2が界磁側となり、径方向内側R1が反界磁側となる。
コア10は、円筒状(軸方向L視で円環状)に形成されたヨーク部17と、ヨーク部17から界磁側(本実施形態では、径方向内側R1)に延びる複数のティース16と、を備えている。周方向Cに隣接する2つのティース16の間に、反界磁側(本実施形態では、径方向外側R2)の端部に底部15を有するスロット11が形成される。複数のティース16のそれぞれの界磁側の端面によって、コア10の内周面10a及び外周面10bの一方(本実施形態では、内周面10a)が形成される。なお、軸方向L、径方向R、及び周方向Cの各方向は、コア10の軸心(コア10の内周面10a又は外周面10bの軸心)を基準として定義される。すなわち、コア10の内周面10a又はコア10の外周面10bは、軸方向L、径方向R、及び周方向Cの各方向の基準となる面(コア基準面)である。コア10は、磁性材料を用いて形成される。例えば、複数枚の磁性体板(例えば、ケイ素鋼板等の電磁鋼板)を積層してコア10が形成され、或いは、磁性材料の粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素としてコア10が形成される。
図1及び図2に示すように、コイル30は、スロット11に収容されたスロット収容部31と、スロット11の軸方向開口部12からスロット11の外部に突出したコイルエンド部32(渡り部)とを有している。図1ではコイルエンド部32の一部のみを示しているが、コイルエンド部32は、互いに異なるスロット11に収容された一対のスロット収容部31を接続している。コイル30は、線状の導体である線状導体3により構成される。線状導体3は、銅やアルミニウム等の導電性を有する材料により形成され、線状導体3の表面は、他の導体との接続部等の一部を除いて、樹脂等の電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁皮膜により被覆されている。線状導体3として、例えば、複数の細線を束ねた縒り線からなる導体や、延在方向に直交する断面形状が矩形状(正方形状を含む。)の導体を用いることができる。本実施形態では、線状導体3として、延在方向に直交する断面形状が長方形状の導体(平角線)を用いている。なお、線状導体3として、延在方向に直交する断面形状が矩形以外の形状(例えば、円形状)の導体を用いることもできる。
スロット収容部31は、軸方向Lに延びるようにスロット11内に配置される。本実施形態では、スロット収容部31は、軸方向Lに平行に延びるようにスロット11内に配置されている。1つのスロット11の内部には、複数本のスロット収容部31が配置される。本実施形態では、1つのスロット11の内部には、6本のスロット収容部31が一列に並んで径方向Rに沿って配置されている。
絶縁シート40は、電気的絶縁性を有する材料を用いて形成されるシート状部材(絶縁紙)である。図1及び図2に示すように、絶縁シート40は、スロット11の内面20に沿って配置されたスロット内配置部50と、スロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)からスロット11の外部に突出した突出部60とを有している。本実施形態では、突出部60は、軸方向開口部12から軸方向Lの外側(軸方向Lにおいてコア10の軸方向Lの中央部から離れる側)に突出するように形成されている。ここで、「スロット11の内面20に沿って配置」とは、スロット11の内面20の形状に合う形状でスロット11の内部に配置されることを意味し、スロット11の内面20に接触するように配置される場合と、スロット11の内面20から離れて配置される場合との双方を含む概念である。本実施形態では、スロット内配置部50は、スロット11の内面20に接触するように、スロット11の内面20に沿って配置されている。スロット内配置部50がコイル30(スロット収容部31)とスロット11の内面20との間に介在し、突出部60がコイル30(コイルエンド部32)とコア10の開口端面10cとの間に介在することで、コア10とコイル30とが絶縁シート40により電気的に絶縁される。コア10の開口端面10cは、コア10におけるスロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)の開口縁13の周囲の端面であり、本実施形態では、コア10における軸方向Lの端面である。
図9に示すように、スロット11の内面20には、スロット11の幅方向Wに対向する2つの内面である第1内面21及び第2内面22と、スロット11の底部15を規定する内面である第3内面23とが含まれる。本実施形態では、スロット11の幅方向Wは、周方向Cと一致(或いは実質的に一致)する。具体的には、軸方向Lに直交する断面において、スロット11の幅方向Wは、当該スロット11が配置される周方向Cの位置において径方向Rに直交する方向と一致する。そして、第1内面21及び第2内面22のそれぞれは、軸方向L及び径方向Rに延びるように形成され、第3内面23は、軸方向L及び幅方向W(周方向C)に延びるように形成されている。ここでは、幅方向W(周方向C)に対向する2つの内面のうちの、周方向Cの一方側である周方向第1側C1に配置される内面を第1内面21とし、当該2つの内面のうちの、周方向Cの他方側(すなわち、周方向第1側C1とは反対側)である周方向第2側C2に配置される内面を第2内面22としている。第3内面23は、第1内面21及び第2内面22のそれぞれの反界磁側(本実施形態では、径方向外側R2)の端部を連結している。
このように、スロット11の内面20には、第1内面21、第2内面22、及び第3内面23が含まれる。これに応じて、本実施形態では、絶縁シート40のスロット内配置部50には、第1内面21に沿って配置される第1スロット内配置部51と、第2内面22に沿って配置される第2スロット内配置部52と、第3内面23に沿って配置される第3スロット内配置部53とが含まれる。第1スロット内配置部51及び第2スロット内配置部52のそれぞれは、軸方向L及び径方向Rに延びるように形成され、第3スロット内配置部53は、軸方向L及び幅方向W(周方向C)に延びるように形成されている。そして、第3スロット内配置部53は、第1スロット内配置部51及び第2スロット内配置部52のそれぞれの反界磁側(本実施形態では、径方向外側R2)の端部を連結している。本実施形態では、第1内面21、第2内面22、及び第3内面23のそれぞれは、平面状に形成されており、これに応じて、第1スロット内配置部51、第2スロット内配置部52、及び第3スロット内配置部53のそれぞれは、平板状(具体的には、矩形平板状)に形成されている。
本実施形態では、絶縁シート40の突出部60には、第1スロット内配置部51から軸方向Lの外側に延びる第1突出部61と、第2スロット内配置部52から軸方向Lの外側に延びる第2突出部62と、第3スロット内配置部53から軸方向Lの外側に延びる第3突出部63とが含まれる。図3及び図5に示すように、突出部60は軸方向Lの両側に形成されている。すなわち、第1突出部61、第2突出部62、及び第3突出部63のそれぞれは、軸方向Lの両側に形成されている。本実施形態では、絶縁シート40は、1枚のシート状部材を折り曲げて形成されている。そのため、絶縁シート40における各部(第1スロット内配置部51、第2スロット内配置部52、第3スロット内配置部53、第1突出部61、第2突出部62、及び第3突出部63)は、互いに連続するように形成されている。
図1に示すように、本実施形態では、突出部60は、軸方向開口部12からスロット11の外部に向かう方向(本実施形態では、軸方向Lの外側に向かう方向)に沿って折り返し部を有さずに延在するように形成されている。すなわち、突出部60は、軸方向開口部12からスロット11の外部に向かって一様に延在するように形成されている。ここで、「折り返し部」とは、突出部60におけるスロット内配置部50との接続部から先端部(スロット内配置部50との接続部とは反対側の端部)に向かう延在方向を反転させる屈曲部(例えば、絶縁シート40のスロット11からの抜け落ちを抑制するためのカフス部を形成するための屈曲部)である。図1に示すように、突出部60は、軸方向開口部12から軸方向Lの外側に向かって軸方向Lに延びるように(本実施形態では、軸方向Lに平行に延びるように)形成されている。
このように突出部60が軸方向開口部12からスロット11の外部に向かう方向に沿って折り返し部を有さずに延在する構成とすることで、突出部60が折り返し部を有する場合に比べて、電機子1の軸方向Lにおける小型化を図ることが可能となっている。すなわち、コイルエンド部32における軸方向Lの外側の端部の位置は、一般に、突出部60を配置するための軸方向Lの配置領域が大きくなるに従って、軸方向Lのより外側に配置される。突出部60が折り返し部を有する場合には、絶縁シート40の寸法公差に加えて折り返し部の形成位置の公差を考慮して、軸方向Lの両側の折り返し部の間隔(軸方向Lの間隔)を設計する必要があり、その分、突出部60を配置するための軸方向Lの配置領域が大きくなりやすい。これに対して、本実施形態では、突出部60が折り返し部を有さないため、突出部60を配置するための軸方向Lの配置領域を、折り返し部の形成位置の公差を考慮する必要がない分小さく抑えることができ、コイルエンド部32における軸方向Lの外側の端部の位置をコア10の開口端面10cに近づけて、電機子1の軸方向Lにおける小型化を図ることが可能となっている。
絶縁シート40は、加熱により膨張する膨張性絶縁シートであり、膨張後の状態でコア10に対して配置されている。絶縁シート40は、加熱により膨張させた後に常温に戻した状態で、膨張後の状態が維持される膨張性絶縁シートである。本実施形態では、絶縁シート40は、加熱により発泡して膨張する発泡性絶縁シートであり、加熱により発泡する発泡成分の発泡後の状態でコア10に対して配置されている。本実施形態では、絶縁シート40は、発泡成分に加えて熱硬化成分を含んでおり、発泡成分が発泡した後に熱硬化成分が硬化した状態で、絶縁シート40がコア10に対して配置されている。
絶縁シート40は、加熱により膨張する層(膨張層)を少なくとも有する。本実施形態では、図9に示すように、絶縁シート40は、3層構造を有している。具体的には、絶縁シート40は、第1膨張層41、第2膨張層42、及び中間層43を有している。第1膨張層41及び第2膨張層42は、中間層43を挟んで両側に分かれて配置される膨張層である。具体的には、第1膨張層41は、中間層43に対してスロット収容部31側に配置され、第2膨張層42は、中間層43に対してスロット11の内面20側に配置されている。本実施形態では、第1膨張層41及び第2膨張層42の双方の膨張後の状態で、絶縁シート40がコア10に対して配置されている。本実施形態では、第1膨張層41及び第2膨張層42は、発泡成分及び熱硬化成分を含む層である。第1膨張層41や第2膨張層42を、例えば、エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂)を含む基材の中に加熱膨張するカプセルが配合された層(発泡樹脂層)とすることができる。このカプセルは、例えば、加熱によって気化する液体等が封入された熱可塑性樹脂のカプセルとされる。また、中間層43は、例えば、ポリイミド(PI)やポリフェニレンサルファイド(PPS)の層とすることができる。なお、絶縁シート40がこのような中間層43を有さず、絶縁シート40が単数又は複数の膨張層のみを有する構成とすることもできる。
本実施形態では、絶縁シート40の全体が、膨張後の状態でコア10に対して配置されている。すなわち、本実施形態では、絶縁シート40における突出部60だけでなく、絶縁シート40におけるスロット内配置部50も、膨張層(本実施形態では、第1膨張層41及び第2膨張層42)を有している。そして、図8及び図9に示すように、絶縁シート40の膨張後(本実施形態では、発泡による膨張後)の状態で、スロット収容部31とスロット11の内面20との間にスロット内配置部50が配置されている。すなわち、スロット収容部31は、スロット内配置部50の膨張による押し付け力によって、スロット11の内面20に対して固定されている。このように、スロット収容部31は、ワニスを用いずにスロット11の内面20に対して固定されている。なお、本実施形態では、スロット内配置部50が全体的に膨張した状態となっている。すなわち、本実施形態では、スロット内配置部50の全体が膨張層を有している。
図8に示すように、本実施形態では、絶縁シート40は、軸方向開口部12の開口縁13に沿って、開口縁13から離れる側に窪む凹部45を有している。凹部45は、絶縁シート40におけるコイル30が配置される側とは反対側の面(すなわち、スロット11の内面20に対向する面、或いは当該面から軸方向開口部12の外側に延出した面)に形成されている。また、凹部45は、絶縁シート40におけるスロット内配置部50と突出部60との境界部分に形成されている。図8に示すように、凹部45は、第1スロット内配置部51と第1突出部61との境界部分と、第2スロット内配置部52と第2突出部62との境界部分との双方に形成されている。図示は省略するが、本実施形態では、凹部45は、第3スロット内配置部53と第3突出部63との境界部分にも形成されている。また、本実施形態では、絶縁シート40は、軸方向Lの一方側である軸方向第1側L1の軸方向開口部12の開口縁13に沿って形成される凹部45と、軸方向Lの他方側(すなわち、軸方向第1側L1とは反対側)である軸方向第2側L2の軸方向開口部12の開口縁13に沿って形成される凹部45とを有している。
絶縁シート40がこのような凹部45を有する構成とすることで、絶縁シート40が振動等によってコア10に対して移動することを、軸方向開口部12の開口縁13に対する凹部45の引っ掛かりにより規制することが可能となっている。図8に示すように、本実施形態では、凹部45は、コア10の開口端面10cに対して軸方向Lの外側から接触する部分を有するように形成されている。
次に、本実施形態に係る電機子1の製造方法について説明する。図10に示すように、電機子1の製造方法には、絶縁シート配置工程P1と、部分膨張工程P2と、コイル配置工程P3とが含まれる。本実施形態では、更に、電機子1の製造方法には、追加膨張工程P4が含まれる。なお、詳細は省略するが、電機子1の製造方法には、当然ながら、コア10、コイル30、及び絶縁シート40等の各部品を準備する準備工程も含まれる。
絶縁シート配置工程P1は、加熱により膨張する絶縁シート40を用い、スロット11の内面20に沿って配置されるスロット内配置部50と、スロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)からスロット11の外部に突出する突出部60とを有するように、膨張前の絶縁シート40をコア10に対して配置する工程である。本実施形態では、1枚の絶縁シート40を軸方向Lに平行な2つの折り曲げ線で折り曲げることにより、絶縁シート40を図3に示す形状に成形する。そして、成形後の絶縁シート40を軸方向開口部12又は径方向開口部14からスロット11に挿入して、図3に示すように絶縁シート40をコア10に対して配置する。すなわち、絶縁シート配置工程P1では、軸方向Lの両側のそれぞれに突出部60が形成されるように、絶縁シート40を配置する。また、本実施形態では、絶縁シート配置工程P1では、突出部60は、軸方向開口部12からスロット11の外部に向かう方向に沿って折り返し部を有さずに延在するように配置される。
部分膨張工程P2は、絶縁シート配置工程P1の後、絶縁シート40におけるスロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)の開口縁13に沿う対象部分44を加熱して膨張させる工程である。図3及び図4に示すように、本実施形態では、突出部60におけるコア10の開口端面10cの近傍の部分(すなわち、突出部60におけるスロット内配置部50との接続部分)を対象部分44として、部分膨張工程P2を実行する。本実施形態では、第1突出部61、第2突出部62、及び第3突出部63のそれぞれに対象部分44を設定して、部分膨張工程P2を実行する。
本実施形態では、軸方向Lの両側の突出部60のそれぞれに対象部分44を設定して、部分膨張工程P2を実行する。すなわち、図10に示すように、部分膨張工程P2には、軸方向Lの一方側(軸方向第1側L1)の対象部分44を加熱して膨張させる第1部分膨張工程P21と、軸方向Lの他方側(軸方向第2側L2)の対象部分44を加熱して膨張させる第2部分膨張工程P22とが含まれる。図3及び図4では、第1部分膨張工程P21の実行中におけるコア10の一部を示している。そして、部分膨張工程P2では、第1部分膨張工程P21と第2部分膨張工程P22とを、同時に又は時間をずらして実行する。部分膨張工程P2において第1部分膨張工程P21と第2部分膨張工程P22とを時間をずらして実行する場合、例えば、第1部分膨張工程P21を実行した後にコア10を軸方向Lに反転させて(軸方向Lの向きを入れ替えて)、第2部分膨張工程P22を実行する構成とすることができる。
本実施形態では、図3及び図4に示すように、部分膨張工程P2では、レーザ80から出射されるレーザ光81を対象部分44に照射することで、対象部分44のみ(実質的に対象部分44のみ)を加熱して膨張させる。本実施形態では、軸方向開口部12の開口縁13に沿ってレーザ光81の照射位置を移動させることで、第1突出部61における対象部分44、第2突出部62における対象部分44、及び、第3突出部63における対象部分44のそれぞれを加熱して膨張させる。図3及び図4では、第2突出部62における対象部分44を膨張させる工程は終了し、第1突出部61における対象部分44を膨張させる工程を実行している状態を示している。
このように部分膨張工程P2を実行して対象部分44を膨張させることで、図3及び図4に示すように、コア10の開口端面10cに接触する段差部46を、絶縁シート40に形成することができる。すなわち、部分膨張工程P2の実行により、対象部分44は少なくともスロット11から離れる側(軸方向L視でスロット11から離れる側)に膨張し、当該膨張した部分により段差部46が形成される。本実施形態では、コア10の開口端面10cはコア10の軸方向Lの端面であり、段差部46は、開口端面10cに対して軸方向Lの外側から接触するように形成される。
図4に示すように、本実施形態では、スロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)の開口縁13に沿う形状に形成された支持面70を有する支持具7を用い、支持面70が開口縁13に対向する位置に支持具7を挿入し、支持面70と開口縁13とにより絶縁シート40を挟持した状態で、部分膨張工程P2を行う。本実施形態では、支持具7は、スロット11に対して軸方向Lの外側から挿入される。このように部分膨張工程P2を行う際に支持面70と開口縁13とにより絶縁シート40を挟持することで、絶縁シート40における開口縁13との接触部分の膨張を抑制しつつ対象部分44を膨張させることができる。なお、対象部分44及びその近傍においては、絶縁シート40と支持面70との接触により絶縁シート40から支持具7に熱が伝わるため、対象部分44は、実質的にスロット11から離れる側にのみ膨張する。このように対象部分44が膨張されるため、コア10の開口端面10cに接触するような段差部46を絶縁シート40に形成しやすくなっている。なお、本実施形態では、支持面70と開口縁13とにより絶縁シート40が挟持された状態で部分膨張工程P2を行うため、レーザ光81は、対象部分44に対して、支持具7が配置される側とは反対側から照射される。すなわち、レーザ光は、対象部分44における、スロット11の内面20に対向する面から軸方向開口部12の外側に延出した面に照射される。
本実施形態では、図4に示すように、支持具7は、先端部7a側に向かうに従ってスロット11の幅方向Wの厚さが小さくなるくさび状に形成され、部分膨張工程P2を行う際に、支持具7に対して幅方向Wの両側で絶縁シート40を挟持するように構成されている。すなわち、支持具7が有する支持面70には、幅方向Wの一方側(ここでは、周方向第1側C1)で絶縁シート40を挟持するための第1支持面71と、幅方向Wの他方側(ここでは、周方向第2側C2)で絶縁シート40を挟持するための第2支持面72とが含まれる。これにより、部分膨張工程P2を行う際に、支持具7の位置を維持した状態で、絶縁シート40における幅方向Wの両側の対象部分44を膨張させて、幅方向Wの両側に段差部46を形成することが可能となっている。
図示は省略するが、本実施形態では、支持具7は、部分膨張工程P2を行う際に、支持具7に対して幅方向Wの両側で絶縁シート40を挟持すると共に、支持具7に対して径方向外側R2で絶縁シート40を挟持するように構成されている。すなわち、図示は省略するが、支持具7が有する支持面70には、第1支持面71及び第2支持面72に加えて、径方向外側R2で絶縁シート40を挟持するための第3支持面が含まれる。これにより、部分膨張工程P2を行う際に、支持具7の位置を維持した状態で、絶縁シート40における幅方向Wの両側及び径方向外側R2の対象部分44を膨張させて、幅方向Wの両側及び径方向外側R2に段差部46を形成することが可能となっている。
コイル配置工程P3は、部分膨張工程P2の後、スロット収容部31とスロット11の内面20との間に絶縁シート40のスロット内配置部50が配置されるように(言い換えれば、介在するように)、コイル30をコア10に対して配置する工程である。図7に示すように、本実施形態では、コイル配置工程P3では、スロット収容部31と第1内面21との間に第1スロット内配置部51が配置され、スロット収容部31と第2内面22との間に第2スロット内配置部52が配置され、スロット収容部31(具体的には、最も反界磁側(ここでは、径方向外側R2)に配置されるスロット収容部31)と第3内面23との間に第3スロット内配置部53が配置されるように、コイル30をコア10に対して配置する。すなわち、コイル配置工程P3では、スロット収容部31(ここでは、6本のスロット収容部31)が、第1スロット内配置部51、第2スロット内配置部52、及び第3スロット内配置部53に囲まれるように(すなわち、スロット内配置部50によって周方向Cの両側及び径方向外側R2の三方から囲まれるように)、コイル30をコア10に対して配置する。なお、コイル30が、コア10に対して配置される前(コア10に巻装される前)に、コア10に巻装された状態と同じ形状(同芯巻状や波巻状等)に成形される構成とすることも、コイル30が、コア10に配置された状態の複数のセグメント導体を接合して形成される構成とすることもできる。前者の構成では、スロット収容部31は、スロット11に対して径方向内側R1から挿入される。後者の構成では、スロット収容部31がスロット11に対して径方向内側R1から挿入される構成とすることも可能であるが、スロット収容部31がスロット11に対して軸方向Lの外側から挿入される構成とすることができる。
絶縁シート配置工程P1とコイル配置工程P3との間に部分膨張工程P2が実行され、部分膨張工程P2では、上述したように、コア10の開口端面10cに接触する段差部46が絶縁シート40に形成される。これにより、コイル配置工程P3を実行する際に、段差部46と開口端面10cとの間に作用する摩擦力又は接着力によって、絶縁シート40のコア10に対する移動を規制することが可能となっている。この結果、コイル配置工程P3を実行する際に、スロット収容部31とスロット11の内面20との間に絶縁シート40のスロット内配置部50が配置されるようにコイル30をコア10に対して配置することが容易となっている。なお、本実施形態では、上述したように、部分膨張工程P2には第1部分膨張工程P21及び第2部分膨張工程P22が含まれるため、図5に示すように、絶縁シート40における軸方向Lの両側に、コア10の開口端面10cに接触する段差部46が形成される。よって、コイル配置工程P3を実行する際に、少なくとも、絶縁シート40のコア10に対する軸方向第1側L1への移動と、絶縁シート40のコア10に対する軸方向第2側L2への移動とを規制することが可能となっている。なお、段差部46と開口端面10cとの間の接着力の大きさによっては、絶縁シート40のコア10に対する軸方向Lに直交する方向への移動を規制することもできる。
追加膨張工程P4は、コイル配置工程P3の後、少なくともスロット内配置部50を加熱して膨張させる工程である。本実施形態では、追加膨張工程P4において、スロット内配置部50に加えて、突出部60における対象部分44以外の部分も加熱して膨張させる。追加膨張工程P4を実行することで、図6及び図7に示すようにコイル30がコア10に対して配置された状態(膨張前のスロット内配置部50がスロット収容部31の外周面とスロット11の内面20との間に配置された状態)から、スロット内配置部50(本実施形態では、スロット内配置部50、及び突出部60における対象部分44以外の部分)を膨張させて、図8及び図9に示すように、膨張後のスロット内配置部50によりスロット収容部31をスロット11の内面20に対して固定することができる。これにより、ワニスを含浸させてスロット収容部31をスロット11の内面20に対して固定させる工程が不要となっている。なお、追加膨張工程P4では、例えば、コイル30に電流を流すことによりスロット内配置部50等を加熱し、或いは、電気炉等の炉の内部にコア10を配置してスロット内配置部50等を加熱する。本実施形態では、絶縁シート40は発泡性絶縁シートであるため、発泡成分が発泡する発泡温度でスロット内配置部50等を加熱することでスロット内配置部50等を膨張させ、その後、熱硬化成分を硬化させる硬化温度でスロット内配置部50等を加熱してスロット内配置部50等を膨張後の形状で硬化させる。これにより、スロット内配置部50等は、常温に戻された後も、膨張後の形状を維持する。
なお、絶縁シート40の対象部分44は、部分膨張工程P2の実行により膨張後の形状で硬化されており、追加膨張工程P4の実行によっては基本的に変形しない。そのため、追加膨張工程P4を実行して図6に示す状態から図8に示す状態に遷移する過程において、段差部46が形成された対象部分44に対して隣接する部分(本実施形態では、軸方向Lの両側に隣接する部分)が膨張することで、スロット11の開口部(本実施形態では、軸方向開口部12)の開口縁13から離れる側に窪む凹部45が、軸方向開口部12の開口縁13に沿って絶縁シート40に形成される。
〔その他の実施形態〕
次に、電機子の製造方法及び電機子のその他の実施形態について説明する。
(1)上記の実施形態では、部分膨張工程P2において、対象部分44のみ(実質的に対象部分44のみ)を加熱して膨張させる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、部分膨張工程P2において、突出部60における対象部分44以外の部分も加熱して膨張させる構成、すなわち、突出部60の全体を加熱して膨張させる構成とすることもできる。
(2)上記の実施形態では、部分膨張工程P2に、第1部分膨張工程P21と第2部分膨張工程P22とが含まれる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、部分膨張工程P2に第1部分膨張工程P21のみが含まれる構成、すなわち、軸方向Lの一方側の突出部60のみに対象部分44を設定して部分膨張工程P2を実行する構成とすることもできる。
(3)上記の実施形態では、第1突出部61、第2突出部62、及び第3突出部63のそれぞれに対象部分44を設定して、部分膨張工程P2を実行する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、第1突出部61及び第2突出部62のみに対象部分44を設定して部分膨張工程P2を実行する構成とすることもできる。この場合、上記の実施形態とは異なり、凹部45は、第3スロット内配置部53と第3突出部63との境界部分には形成されない。
(4)上記の実施形態では、電機子1が製造された状態で、スロット内配置部50が全体的に膨張した状態となる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、スロット内配置部50が、膨張層を用いて形成される部分と、膨張層を用いずに形成される部分とを備え、電機子1が製造された状態で、スロット内配置部50が部分的に膨張した状態(スロット内配置部50における一部のみが膨張した状態)となる構成とすることもできる。この場合、スロット内配置部50における膨張層を用いずに形成された部分と、スロット11の内面20或いはスロット収容部31の外周面との間に、隙間(例えば冷媒を流すための隙間)を形成することができる。
(5)上記の実施形態では、突出部60が、スロット11の開口部(上記の実施形態では、軸方向開口部12)からスロット11の外部に向かう方向に沿って折り返し部を有さずに延在するように形成される構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、突出部60が、カフス部として機能しない折り返し部(例えば、絶縁シート40の強度或いは剛性を高めるための折り返し部)を有する構成とすることもできる。
(6)なお、上述した各実施形態で開示された構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示された構成と組み合わせて適用すること(その他の実施形態として説明した実施形態同士の組み合わせを含む)も可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。
〔上記実施形態の概要〕
以下、上記において説明した電機子の製造方法及び電機子の概要について説明する。
スロット(11)を有するコア(10)と、前記コア(10)に巻装されるコイル(30)と、前記コア(10)と前記コイル(30)とを電気的に絶縁する絶縁シート(40)と、を備えた電機子(1)の製造方法であって、加熱により膨張する前記絶縁シート(40)を用い、前記スロット(11)の内面(20)に沿って配置されるスロット内配置部(50)と、前記スロット(11)の開口部(12)から前記スロット(11)の外部に突出する突出部(60)とを有するように、膨張前の前記絶縁シート(40)を前記コア(10)に対して配置する絶縁シート配置工程(P1)と、前記絶縁シート配置工程(P1)の後、前記絶縁シート(40)における前記開口部(12)の開口縁(13)に沿う対象部分(44)を加熱して膨張させる部分膨張工程(P2)と、前記部分膨張工程(P2)の後、前記コイル(30)における前記スロット(11)に収容されるスロット収容部(31)と前記スロット(11)の内面(20)との間に前記スロット内配置部(50)が配置されるように、前記コイル(30)を前記コア(10)に対して配置するコイル配置工程(P3)と、を備える。
この構成によれば、絶縁シート配置工程(P1)とコイル配置工程(P3)との間に部分膨張工程(P2)が実行されるため、絶縁シート(40)のコア(10)に対する移動が規制された状態で、コイル配置工程(P3)を実行することができる。補足説明すると、部分膨張工程(P2)では、絶縁シート(40)におけるスロット(11)の開口部(12)の開口縁(13)に沿う対象部分(44)が膨張されるため、部分膨張工程(P2)を実行することで、コア(10)における開口縁(13)の周囲の端面である開口端面(10c)に接触する段差部(46)を、絶縁シート(40)に形成することができる。この結果、部分膨張工程(P2)の後にコイル配置工程(P3)を実行する際に、段差部(46)と開口端面(10c)との間に作用する摩擦力又は接着力によって、絶縁シート(40)のコア(10)に対する移動を規制することができる。
このように、上記の構成によれば、絶縁シート(40)のコア(10)に対する移動が規制された状態で、コイル配置工程(P3)を実行することができる。よって、コイル配置工程(P3)を実行する際に、スロット収容部(31)とスロット(11)の内面(20)との間に絶縁シート(40)のスロット内配置部(50)が配置されるようにコイル(30)をコア(10)に対して配置することが容易となる。また、コイル配置工程(P3)或いはその後の工程を実行する際に、絶縁シート(40)がコイル(30)等の他部材との接触或いは振動等によって移動することを防止し、或いは、このような移動が生じる場合であってもその移動量を小さく抑えることができる。よって、電機子(1)の製造過程において絶縁シート(40)のコア(10)に対する位置を適切な範囲内に維持して、コア(10)とコイル(30)との間の電気的絶縁性を適切に確保することができる。
以上のように、上記の構成によれば、絶縁シート(40)の突出部(60)に折り返し部が形成されない場合でも、コア(10)に配置された絶縁シート(40)のコア(10)に対する移動を規制することが可能となる。
ここで、前記開口部(12)の前記開口縁(13)に沿う形状に形成された支持面(70)を有する支持具(7)を用い、前記支持面(70)が前記開口縁(13)に対向する位置に前記支持具(7)を挿入し、前記支持面(70)と前記開口縁(13)とにより前記絶縁シート(40)を挟持した状態で、前記部分膨張工程(P2)を行うと好適である。
この構成によれば、部分膨張工程(P2)を行う際に、支持面(70)と開口縁(13)とにより絶縁シート(40)が挟持されるため、絶縁シート(40)をコア(10)に対して適切に位置決め保持できると共に、絶縁シート(40)における開口縁(13)との接触部分の膨張を抑制しつつ、絶縁シート(40)におけるスロット(11)の外側に配置される部分(すなわち、突出部(60)における少なくとも一部)を膨張させることができる。よって、部分膨張工程(P2)において、コア(10)の開口端面(10c)に接触する段差部(46)を絶縁シート(40)に形成しやすくなる。
上記のように前記支持面(70)と前記開口縁(13)とにより前記絶縁シート(40)を挟持した状態で前記部分膨張工程(P2)を行う構成において、前記支持具(7)は、先端部(7a)側に向かうに従って前記スロット(11)の幅方向(W)の厚さが小さくなるくさび状に形成され、前記部分膨張工程(P2)を行う際に、前記支持具(7)に対して前記幅方向(W)の両側で前記絶縁シート(40)を挟持すると好適である。
この構成によれば、部分膨張工程(P2)を行う際に、支持具(7)の位置を維持した状態で、絶縁シート(40)における幅方向(W)の両側の対象部分(44)を膨張させて、幅方向(W)の両側に段差部(46)を形成することができる。よって、部分膨張工程(P2)の作業性の向上を図ることができる。
上記の各構成の電機子の製造方法において、前記絶縁シート配置工程(P1)では、前記突出部(60)は、前記開口部(12)から前記スロット(11)の外部に向かう方向に沿って折り返し部を有さずに延在するように配置されると好適である。
この構成によれば、突出部(60)が折り返し部を有するように絶縁シート配置工程(P1)において絶縁シート(40)がコア(10)に対して配置される場合に比べて、絶縁シート(40)の使用量を低減して電機子(1)の製造コストの低減を図ることができる。
また、前記コア(10)は、軸方向(L)の両端部に前記開口部(12)を有する前記スロット(11)が周方向(C)に複数配置された円筒状に形成され、前記絶縁シート配置工程(P1)では、前記軸方向(L)の両側のそれぞれに前記突出部(60)が形成されるように前記絶縁シート(40)を配置し、前記部分膨張工程(P2)では、前記軸方向(L)の一方側の前記対象部分(44)を加熱して膨張させる工程(P21)と、前記軸方向(L)の他方側の前記対象部分(44)を加熱して膨張させる工程(P22)とを、同時に又は時間をずらして実行すると好適である。
この構成によれば、コア(10)が、スロット(11)が周方向(C)に複数配置された円筒状に形成される場合に、部分膨張工程(P2)を実行することで、絶縁シート(40)における軸方向(L)の両側に、コア(10)の開口端面(10c)となるコア(10)の軸方向端面に接触する段差部(46)を形成することができる。よって、部分膨張工程(P2)の後にコイル配置工程(P3)を実行する際に、少なくとも、絶縁シート(40)のコア(10)に対する軸方向(L)の一方側への移動と、絶縁シート(40)のコア(10)に対する軸方向(L)の他方側への移動とを規制することが可能となる。
また、前記コイル配置工程(P3)の後、少なくとも前記スロット内配置部(50)を加熱して膨張させる追加膨張工程(P4)を更に備えると好適である。
この構成によれば、スロット収容部(31)を、膨張後のスロット内配置部(50)によりスロット(11)の内面(20)に対して固定することができる。よって、ワニスを含浸させてスロット収容部(31)をスロット(11)の内面(20)に対して固定させる工程を行うことなく、電機子(1)を製造することが可能となる。
スロット(11)を有するコア(10)と、前記コア(10)に巻装されるコイル(30)と、前記コア(10)と前記コイル(30)とを電気的に絶縁する絶縁シート(40)と、を備えた電機子(1)であって、前記コイル(30)は、前記スロット(11)に収容されたスロット収容部(31)と、前記スロット(11)の開口部(12)から前記スロット(11)の外部に突出したコイルエンド部(32)とを有し、前記絶縁シート(40)は、前記スロット(11)の内面(20)に沿って配置されたスロット内配置部(50)と、前記開口部(12)から前記スロット(11)の外部に突出した突出部(60)とを有し、前記絶縁シート(40)は、加熱により膨張する膨張性絶縁シートであり、前記絶縁シート(40)の膨張後の状態で、前記スロット収容部(31)と前記スロット(11)の内面(20)との間に前記スロット内配置部(50)が配置され、前記絶縁シート(40)は、前記開口部(12)の開口縁(13)に沿って、前記開口縁(13)から離れる側に窪む凹部(45)を有する。
この構成によれば、絶縁シート(40)が振動等によってコア(10)に対して移動することを、スロット(11)の開口部(12)の開口縁(13)に対する絶縁シート(40)の凹部(45)の引っ掛かりにより規制することができる。従って、絶縁シート(40)の突出部(60)に折り返し部が形成されない場合でも、コア(10)に配置された絶縁シート(40)のコア(10)に対する移動を規制することが可能となる。
ここで、前記スロット内配置部(50)が全体的に膨張した状態となっていると好適である。
この構成によれば、スロット収容部(31)を、スロット内配置部(50)によりスロット(11)の内面(20)に対して強固に固定することができる。
また、前記突出部(60)は、前記開口部(12)から前記スロット(11)の外部に向かう方向に沿って折り返し部を有さずに延在するように形成されていると好適である。
この構成によれば、突出部(60)が折り返し部を有する場合に比べて、絶縁シート(40)の使用量を低減して電機子(1)の製造コストの低減を図ることができる。
本開示に係る電機子の製造方法及び電機子は、上述した各効果のうち、少なくとも1つを奏することができれば良い。