JP2674138B2 - 回転電機用フレームの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転電機用フレームの製造方法に係り、
特に脚部の取付、放熱フィンの取付方法の改良に関する
ものである。

［従来の技術］ まず、従来の回転電機用フレームの脚部の取付方法に
ついて説明する。

第４図は一部を断面で示した通常の回転電機の側面
図、第５図はその正面図である。図において、（１）は
固定子、（２）は内周に固定子（１）が装着固定された
フレーム、（３）はその胴部、（４）は胴部（３）の下
方に取付けられた脚部で、胴部（３）と脚部（４）とは
いずれも鋼製部材によって製作されている。（５）は回
転子、（６）はこの回転子（５）が装着された回転軸
で、軸受を介してブラケット（７）に支持されている。
（８），（９）は脚部（４）を構成する台座及び支柱
で、支柱（９）と胴部（３）及び支柱（９）と台座
（８）とは、何れもアーク溶接（Ａ），（Ｂ）によって
接合されている。

上記のような従来の回転電機は、薄鋼板からなる円筒
状の胴部（３）に、厚鋼板製の脚部（４）をアーク溶接
により直接溶接し、その後固定子（１）をプレス等によ
り胴部（３）内の所定の位置に圧入し、他の部材と共に
回転電機として組立てていた。

上記ように構成した従来の回転電機においては、胴部
（３）に脚部（４）を取付ける際、アーク溶接（Ａ）の
熱影響による胴部（３）の変形は避けられなかった。こ
のため、固定子（１）の外周面と胴部（３）の内周面と
の接触が不均一となって一部に空間を生じるための回転
電機の冷却効果が低下し、温度上昇によってコイルが焼
損することがあり、また、回転電機は固定子（１）と回
転子（５）との間のエアーギャップの不均一によって小
さい音を発生することがあるが、この音が上記固定子
（１）と胴部（３）との接触の不均一によって増幅され
騒音となることもある。

このような課題を解決するため、従来は固定子（１）
を胴部（３）に圧入する前に、胴部（３）の内周面を切
削加工して熱変形を修正していたが、フレームの製造作
業が複雑になり、コストアップの要因となっていた。

このため、脚部（４）溶接時におけるフレーム（２）
の熱変形を小さくして、従来必要とされていた溶接後の
フレーム（２）の胴部（３）内周面の切削加工を省略す
るか、または安価な拡管によるサイジングで代行した回
転電機の脚部取付方法の提供が広く需要者に要望されて
いる。

そこで、発明者等は、この課題を改善するため第６
図、第７図に示すようなもの（詳細は特開昭63−228938
号公報参照）を提案した。

即ち第６図、第７図において、（10）は台座（８）を
嵌合し一端が台座（８）にアーク溶接された支柱（９）
の他端をフレーム（２）の胴部（３）に添接するための
固定用治具、（38）は支柱（９）と胴部（３）との添接
部である。（11）はレーザ照射ガン、（12）はレーザ照
射ガン（11）から照射されたレーザビームである。

かかる構成から成る脚部取付方法は、まず、台座
（８）にアーク溶接等で溶接された支柱（９）の他端
を、固定用治具（10）を使用して胴部（３）の外周面に
添接し、その添接部（38）に添接面とほぼ平行な角度か
らレーザ照射ガン（11）によりレーザビーム（12）を照
射し、レーザ照射ガン（11）を支柱（９）の添接部（3
8）に沿って移動させ溶接する。このようにして添接部
（38）をレーザビーム溶接するため、溶接時の胴部
（３）への熱の投入がアーク溶接の場合に比べてきわめ
て少なく、したがって胴部（３）の熱変形はほとんど生
じない。

次に、従来の回転電機用フレームの放熱フィンの取付
方法について説明する。一般に、回転電機を運転すると
内部電力損失のための温度が上昇する。この上昇が過ぎ
ると絶縁物の劣化を早め、延いては焼損を招くことにな
る。このため回転電機においては、フレーム本体の外周
面に空気との接触面積を大きくする放熱フィンを取付け
て内部熱を外部に放散させ、温度上昇を防止することが
行われている。

従来、この種の回転電機用フレーム材として鋼板製の
材料が採用されている。ところが、この場合第８図
（ａ）および（ｂ）に示すようにフレームの胴部（３）
の外周面に短冊状の放熱フィン（39）の継手部をアーク
溶接により溶接して溶接ビード16を形成するため、フレ
ーム本体（13）が溶接による熱歪によってその内周面が
変形する。このため上述したごとくコイルを図示しない
固定子（１）の外周面とフレームの胴部（３）の内周面
との接触が不均一となって一部に空間を生じるため回転
電機の冷却効果が低下し、温度上昇によってコイルが焼
損することがあり、また回転電機はコイルを図示しない
固定子（１）と回転子（５）との間のエアーギャップの
不均一によって小さい音を発生することがあるが、この
音が上記コイルを図示しない固定子（１）とフレームの
胴部（３）との接触の不均一によって増幅され騒音とな
ることもある。

このような課題を解決するため、従来はフレームの胴
部（３）内にステータとなるスロット（17）付き積層鉄
心（18）を圧入する前にフレームの胴部（３）の内径切
削加工を必要とし、フレーム製造作業が複雑になり、コ
ストアップの要因となっていた。

このため、放熱フィン（39）溶接時におけるフレーム
の胴部（３）の熱変形を小さくして、従来必要とされて
いた溶接後のフレームの胴部（３）の内周面の切削加工
を省略するか、または安価な拡管によるサイジングで代
行した回転電機の放熱フィンの取付方法の提供が広く需
要者に要望されている。

そこで発明者は、この課題を改善するため第９図、第
10図に示すようなもの（詳細は特開昭60−84945号公報
参照）を提案した。即ち、第８図と同一の部材について
は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。第９図
（ａ）（ｂ）において、（39）は金属板からなる放熱フ
ィンである。

次に、上記構成による回転電機用フレームの製造方法
について第10図（ａ）（ｂ）で説明する。

まず、放熱フィン（39）を予め円筒状に形成されたフ
レームの胴部（３）の外周面に、該添接部（43）にて添
接した後、これをフレームの胴部（３）の内部に挿入さ
れた芯金（21）と受け金（22）により挟持し、レーザ照
射ガン（23）から照射されるレーザ光（24）を放熱フィ
ン（39）とフレームの胴部（３）の外周面との添接部
（43）に沿って、該添接面と略平行に照射し、もってこ
のレーザ光（24）によって放熱フィン（39）をフレーム
の胴部（３）にレーザ溶接したものである。（25）は噴
射ノズルでシールドガスとしてアルゴンまたはヘリウム
等を噴射して溶接部の雰囲気を空気から遮へいし、溶接
部の酸化、窒化を防止するものである。このように放熱
フィン（39）をフレームの胴部（３）にレーザ溶接する
と、放熱フィン（39）とフレームの胴部（３）との接触
面にレーザ光（24）を直接照射することになるので、レ
ーザ光（24）をフレームの胴部（３）の中心軸方向に照
射する場合に比し、レーザ光（24）によってフレームの
胴部（３）に貫通穴が形成される恐れがなくなり、かつ
フレームの胴部（３）の熱歪が極めて小さくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の回転電機用フレームの製造方法で
は、フレームの胴部（３）に脚部である支柱（９）をレ
ーザ溶接する場合、また同じくフレームの胴部（３）に
放熱フィン（39）をレーザ溶接する場合においても、次
に述べる課題がある。

フレームの胴部（３）に支柱（９）をレーザ溶接する
場合を例に、第11図によって説明する。第11図はフレー
ムの胴部（３）に支柱（９）をレーザ溶接する場合の添
接部（38）を拡大した拡大断面図で、支柱（９）の平坦
な支柱端面（28）の一部（29）が胴部（３）の外周面に
線接触している。そこでビーム角θをもつレーザビーム
（30）のビームセンタ軸（31）を胴部（３）へ接近すぎ
ると、レーザビームの大半が胴部（３）に当接してしま
い目標とする側面（32）よりＬの深さの点（33）に焦点
を結ぶことができなくなり溶接不良となる。また胴部
（３）からレーザビームを離し過ぎると添接部（38）に
融合しない部分ができ、融合不良を発生するなどの課題
があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになさ
れたもので、脚部溶接時における胴部と支柱、放熱フィ
ン溶接時における胴部と放熱フィンとの融合不良を防止
するとともに、フレームの熱変形を小さくして、従来必
要としていた溶接後のフレームの胴部内周面の切削加工
を省略できるか、または安価な拡管によるサイジングで
代行することができる回転電機用フレームの製造方法を
提供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明による回転電機
用フレームの製造方法は、予め筒状に形成された回転電
機用のフレームの胴部の外周面に、予め筒状に形成され
た回転電機用のフレームの胴部の外周面に、被溶接部材
の端面を添接して、該添接面にレーザビームを照射して
レーザ溶接される回転電機用フレームの製造方法におい
て、上記被溶接部材のレーザビーム照射側の側面を、上
記フレームの胴部外周面方向に延長して得られる胴部外
周面上の交点における胴部外周面の接線が、 ａ、レーザビームのセンタ軸と上記接線とのなす角度を
４゜〜10゜とする。

ｂ、上記レーザビームの焦点を、上記添接面で上記接線
に対し、直角方向で０〜0.5mm以内の範囲に接近させる
こと。

以上の条件を満たしレーザ溶接を行うようにしたもの
である。

［作用］ この発明における回転電機用フレームの製造方法は、
レーザビームの照射条件がフレームの胴部と被溶接部材
の胴部との溶接に良好な状態に条件設定されているの
で、溶接欠陥を防止する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図は脚部（４）の支柱（９）と胴部（３）の添接面
（38）をレーザ溶接する状況を説明する拡大断面図であ
る。フレームの胴部（３）の外表面に脚部（４）の支柱
端面（28）を添接し、該添接面（38）に略平行にビーム
角θをもつレーザビーム（30）を照射してレーザ溶接す
る例を示す。なお、支柱（９）は支柱端面（28）の一部
（29）で胴部（３）に線接触している。この際、上記支
柱（９）のレーザビーム照射側の支柱側面（32）を、上
記フレームの胴部（３）外周面方向に延長して得られる
胴部（３）外周面上の交点（34）における胴部（３）外
周面の接線を（35）とする。

この発明の実施例ではないが、この発明を一層理解さ
せる補足説明を以下にする。補足説明１の溶接条件の設
定は、 1,脚部の支柱（９）のレーザビーム照射側の側面（32）
を、フレームの胴部（３）の外周面へ延長して得られる
線上を通過するレーザビーム（30）の外壁（36）を、上
記接線（35）よりフレームの胴部（３）より反対側へ少
なくとも０〜0.5mm以下の距離を離し隙間を設けるこ
と。

2,レーザビームの焦点（33）を、上記添接範囲Ｂの上記
接線（35）に対し、直角方向で少なくとも０〜0.5mm以
内の範囲に接近させること。

実施例１の溶接条件の設定は、 1,レーザビームのセンタ軸（31）と上記接線（35）との
なす角度Ａを４゜〜10゜とすること。

2,上記レーザビームの焦点（33）を、上記添接範囲Ｂの
上記接線（35）に対し、直角方向で少なくとも０〜0.5m
m以内の範囲に接近させること。

以上のように条件設定して、レーザ溶接を行うと、溶
接中継手部の裏面まで貫通するキーホールを安定に確立
できるので、安定な裏波溶接が可能となり、継手部以外
を溶かしたり、融合不良を生じたりすることがなくな
る。

なぜならば、レーザビームのセンタ軸（31）と接線
（35）とのなす角度Ａが４゜以下で、かつレーザビーム
の焦点位置がフレームの胴部（３）側へ接近すぎると、
レーザビームの大半が胴部（３）に当接してしまい溶接
不良となる。またレーザビームの焦点位置がフレームの
胴部（３）と反対方向へ離し過ぎると、継手部全般にわ
たって融合不良となる。

一方、レーザビームのセンタ軸（31）と接線（35）と
のなす角度Ａが７゜以上で、かつレーザビームの焦点位
置がフレームの胴部（３）側へ接近すぎると、添接部
（38）裏側での融合不良となる。また、レーザビームの
焦点位置がフレームの胴部（３）と反対方向へ離し過ぎ
ると、照射側での融合不良となる。

以上、上述した発明はフレームの胴部（３）と脚部
（４）の支柱（９）をレーザ溶接する場合について述べ
たが、第３図（ａ）（ｂ）夫々に示すように断面略長方
形状の放熱フィン（39）、断面略Ｕ字状の放熱フィン
（41）をフレームの胴部（３）へ添接して、夫々その端
面（43）、底部（44）を、第１図にて詳述したフレーム
の胴部（３）へレーザ溶接する場合にも適用できるもの
である。但し、上記放熱フィン（39）（41）の胴部
（３）へ添接する添接幅（Ｗ）が比較的小さく約5mm以
下の場合、上記第１図に示すレーザビーム照射側の放熱
フィン（39）（41）の側面（37）を、上記フレームの胴
部（３）外周面方向に延長して得られる胴部（３）外周
面上の交点（34）における胴部（３）外周面の接線を
（35）とする。

この発明の実施例ではないが、この発明を一層理解さ
せる補足説明を以下にする。補足説明２の溶接条件の設
定は、 1,放熱フィン（39）（41）のレーザビーム照射側の側面
（37）を、上記フレームの胴部（３）へ延長して得られ
る線上を通過するレーザビーム（30）の外壁（36）を、
上記接線（35）よりフレームの胴部（３）より反対側へ
少なくとも0.5mm以下の距離を離し隙間を設けること。

2,フレームの胴部（３）に添接する時の添接巾が5mm以
下の上記放熱フィン（39）（41）のレーザビーム照射側
の側面（37）を、上記フレームの胴部（３）の外周面へ
延長して得られる線上を通過するレーザビーム（30）の
外壁（36）を、上記接線（35）よりフレームの胴部
（３）より反対方側へ少なくとも0.5mm以下の距離を離
し隙間を設けるか、または、フレームの胴部（３）側へ
0.2mm以下くい込ませること。

3,レーザビームの焦点（33）を、上記添接範囲Ｂの上記
接線（35）に対し、直角方向で少なくとも０〜0.5mm以
内の範囲に接近させること。

実施例２の溶接条件の設定は、 1,レーザビームのセンタ軸（31）と上記接線（35）との
なす角度Ａを４゜〜10゜とする。

2,レーザビームの焦点（33）を、上記添接範囲Ｂの上記
接線（35）に対し、直角方向で少なくとも０〜0.5mm以
内の範囲に接近させること。

以上のように条件設定して、レーザ溶接を行うと、溶
接中継手部の裏面まで貫通するキーホールを安定に確立
できるので、安定な裏波溶接が可能となり、継手部以外
を溶かしたり、融合不良を生じたりすることがなくな
る。

なぜならば、上記実施例１にて説明したように、なぜ
ならば、レーザビームのセンタ軸（31）と接線（35）と
のなす角度Ａが４゜以下で、かつレーザビームの焦点位
置がフレームの胴部（３）側へ接近すぎると、レーザビ
ームの大半が胴部（３）に当接してしまい溶接不良とな
る。また レーザビームの焦点位置がフレームの胴部（３）と反
対方向へ離し過ぎると、継手部全般にわたって融合不良
となる。

一方、レーザビームのセンタ軸（31）と接線（35）と
のなす角度Ａが７゜以上で、かつレーザビームの焦点位
置がフレームの胴部（３）側へ接近すぎると、添接部
（38）裏側での融合不良となる。また、レーザビームの
焦点位置がフレームの胴部（３）と反対方向へ離し過ぎ
ると、照射側での融合不良となる。

また、第１図では支柱（９）の端面（28）や放熱フィ
ン（39）（41）の各端面（43）（44）が平坦な場合を述
べているが、第２図に示すように上記端面（28）（43）
（44）が腕曲していて、フレームの胴部（３）の外周上
の上記交点（34）にて、これら端面が胴部（３）に接し
ていてもよい。

さらに、胴部（３）へ添接する添接巾が約5mm以下の
放熱フィンに関する補足説明２の溶接条件の設定におい
て、レーザビーム（30）の外壁（36）をフレーム胴部
（３）側へ0.2mm以下くい込ませてもよいと述べている
が、脚部の支柱（９）の場合でも支柱（９）の厚さが約
5mm以下の場合には、放熱フィンの場合と同様レーザビ
ーム（30）の外壁（36）をフレーム胸部（３）側へ0.2m
m以下くい込ませても良好に溶接できることは言うまで
もない。

なお、上記実施例においてはフィラーメタルを用いな
い場合を示したが、フィラーメタルを溶接部に添加する
と、溶接部の組織的改善やビード形状の改善を達成で
き、さらに支柱端面（28）、放熱フィン端面（43）（4
4）をテーパー状等にして添接面（38）に所定の隙間を
作れば、添接面（38）の全般にわたってフィラーメタル
を添加できるので、溶接部の品質が改善できる。

また、胴部（３）に添接して該添接面を胴部（３）の
外面にレーザ溶接する他の部品にも適用できることは言
うまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明から明かなように、この発明によれば回転
電機のフレームへ脚部、または放熱フィンを取付けるに
あたり、脚部の支柱または放熱フィンの添接面に対して
照射するレーザビームの設定条件を適正化したので、無
欠陥で安定な裏波溶接が、フレームの熱変形が小なる状
態で達成される。このため溶接後にフレームの内周面を
切削加工して修正する必要がなく、切削加工を省略でき
るか、または安価な拡管によるサイジングにより代行で
き、回転電機のフレームの製造作業が容易になり、コス
トを低減することができる回転電機用フレームの製造方
法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の一実施例に係り、第１図は
レーザビームの設定状態を示す拡大断面図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す拡大断面図、第３図（ａ）
（ｂ）はこの発明の他の実施例で胴部に溶接される放熱
フィンの断面図、第４図、第５図は通常の回転電機を示
し、第４図は一部を断面で示した側面図、第５図はその
正面図、第６図〜第11図は従来の回転電機用フレームの
製造方法に係り、第６図は回転電機の側面図、第７図は
回転電機の脚部をフレームにレーザビーム溶接している
状態を説明する図、第８図は回転電機に放熱フィンを溶
接した場合を示し、第８図（ａ）は側面図、第８図
（ｂ）は正面図、第９図は第10図に用いられた放熱フィ
ンを示し、第９図（ａ）は側面図、第９図（ｂ）は正面
図、第10図は回転電機用フレームの製造方法を説明する
ための装置を示し、第10図（ａ）は断面図、第10図
（ｂ）は側面図、第11図はフレームの胴部に支柱をレー
ザ溶接する場合の添接部を拡大した拡大断面図である。 図において、（３）は胴部、（４）は脚部、（９）は支
柱、（28）は支柱端面、（30）はレーザビーム、（31）
はセンタ軸、（32）は支柱のレーザビーム照射側の側面
図、（33）はレーザビームの焦点、（34）は脚部の支柱
側面または、放熱フィン側面を延長して胴部外周面と交
わる交点、（35）は交点における胴部外周面の接線、
（36）はレーザビームの外壁、（37）は放熱フィンのレ
ーザビーム照射側の側面、（38）添接面、（39）（41）
は放熱フィン、（43）（44）は放熱フィン端面である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め筒状に形成された回転電機用のフレー
   ムの胴部の外周面に、被溶接部材の端面を添接して、該
   添接面にレーザビームを照射してレーザ溶接される回転
   電機用フレームの製造方法において、上記被溶接部材の
   レーザビーム照射側の側面を、上記フレームの胴部外周
   面方向に延長して得られる胴部外周面上の交点における
   胴部外周面の接線が、 （ａ）レーザビームのセンタ軸と上記接線とのなす角度
   を４゜〜10゜とする。 （ｂ）上記レーザビームの焦点を、上記添接面内で上記
   接線に対し、直角方向で０〜0.5mm以内の範囲に接近さ
   せること。 以上の条件を満たしレーザ溶接を行うことを特徴とする
   回転電機用フレームの製造方法。