JP5457753B2

JP5457753B2 - 積層鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP5457753B2
Application number: JP2009181691A
Authority: JP
Inventors: 亮長井; 剛加藤; 健一菊池
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2011036077A

Description

本発明はステータコア（固定子積層鉄心）の製造方法に係り、高効率で高品質の製品を製造可能な積層鉄心の製造方法に関する。

電動機のステータコアは一般に、打ち抜き加工された磁性鋼板（鉄心片）を積層し、一体化することによって製造される。この鉄心片の一体化に際し、鋼板の外周面を溶接する工法として、高温で母材を溶かすアーク溶接が知られているが、アーク溶接で溶融している金属に空気が巻き込まれると、この溶接金属が凝固する際にブローホールが発生し溶接部分の強度が著しく低下する。
そこで、空気中でのアーク溶接を可能とするために、例えば、特許文献１に記載のように、空気とアークを遮断して酸化を防止するシールドガス（アルゴンガス）を用いたＴＩＧ（ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接がステータコアの溶接には使用されている。

特開２００７−１４１２９号公報

しかしながら、特許文献１記載のＴＩＧ溶接を行う方法を用いても、ＴＩＧ溶接を行う際に、鉄心材料に付着しているオイル等の有機物が分解し、溶接箇所にガスが発生し、そのガスの抜けが悪いと、溶接部が硬化しているときにガスが残ってしまい、前述した「ブローホール」や、溶接間隔が開いてしまう「ピット」等の溶接不良が起こっていた。

更に、近年では環境保全の観点から、電磁鋼板の材料がクロム等の環境負荷物質を含まない電磁鋼板の材料、特に絶縁被膜にシリコンを多く使用する高シリコン含有材に変わりつつあり、このシリコンの燃焼温度が通常材の燃焼温度より高いため、同じ入熱量なら高シリコン含有材は不完全燃焼してガスが発生するタイミングが通常材より遅くなる。従って、通常材と同じ条件で溶接すると溶接速度が速すぎて溶融池が通り過ぎてビードが硬化するタイミングでガスが抜けようとするため、「ブローホール」や「ピット」といった溶接不良が発生して、製品の品質に悪影響を及ぼしていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ステータコアを溶接する場合に、ブローホール及びピット等の溶接不良がなくなって、更に既存の設備でも適用可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る積層鉄心の製造方法は、複数の鉄心片を積層して形成され、外周部には上下方向に向かう溶接部が複数箇所形成された固定子積層鉄心の前記溶接部をそれぞれ溶接する積層鉄心の製造方法において、
上下方向に向かう前記溶接部の溶接はＴＩＧ溶接で行い、かつ時間間隔をあけて行う下進の短距離溶接であって、しかも前記短距離溶接をした後アークを止めて溶接トーチの上進を行って、前記短距離溶接した部分は一部ラップさせている（以下、この溶接方法を「ラップ溶接」という）。

ここで、短距離溶接の距離は、溶接部を連続して溶接した場合、ブローホールが発生する距離Ｌより短い距離をいうが、実験によってその距離Ｌを求め、（０．５〜０．９）Ｌ、より好ましくは、（０．８〜０．９）Ｌの範囲を短距離溶接の距離とするのがよい。また、短距離溶接の時間間隔は、溶接によって溶けた溶融金属が凝固するまでの時間があれば十分であり、通常は０．３〜２秒の範囲である。

なお、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、実験結果によれば、前記短距離溶接の距離は１〜１０ｍｍであって、前記一部ラップする距離は０．５〜３ｍｍの範囲であるのがよい。これによって、ブローホールが発生する前に短距離溶接が完了し、溶接トーチが後退する間に前の溶接部は凝固する。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記複数箇所の溶接部の溶接は同時に行われるのが好ましく、これによって、積層鉄心の厚みの偏りや変形を防止できる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法においては、上下方向に向かう溶接部は、下進の短距離溶接で時間間隔をあけて行い、しかも短距離溶接した部分は一部ラップさせているので、溶接トーチを進行させた後、溶接を止めて溶接トーチを後退させることになり、溶接を連続させた場合、熱伝達による加熱箇所の広がりを抑制できるので、溶接による入熱を制御して（即ち、加熱温度を下げて）、通常の連続溶接と略同等な溶接深さを確保しながら、コアに与える時間当たりの入熱量を減らして、ガスの発生を防止でき、結果として、ブローホール、ピット等の溶接不良がなくなった。

また、これらの溶接は溶接トーチの送り、溶接電源のオンオフによって制御されているので、高価なレーザ溶接も必要とせず、既存の溶接装置で対応可能である。
更には、従来より積層鉄心を形成する鉄心片を焼鈍すれば付着する有機分がなくなり、その後の溶接ではブローホール等は発生しないことは確認されていたが、本発明の積層鉄心の製造方法においては、特に、焼鈍せずとも、ブローホール等を発生させない積層鉄心の溶接ができるようになった。

また、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、複数箇所の溶接部の溶接は、同時に行われるのが好ましく、これによって、積層鉄心の厚みの偏りや歪み変形を防止できると共に、製造効率も格段に向上する。

本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を適用する積層鉄心の平面図である。同積層鉄心の斜視図である。（Ａ）〜（Ｃ）は同積層鉄心の溶接部の溶接方法の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ溶接後の溶接部の正面図及び側断面図である。溶接距離と溶接時間との関係を示すグラフである。（Ａ）は通常溶接とラップ溶接の溶接直後のビード表面からの距離と温度との関係を示すグラフ、（Ｂ）は通常溶接とラップ溶接を説明するための断面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法が適用される積層鉄心１０は、モータのステータコア（固定子積層鉄心）であって、複数枚の磁性鋼板からなる鉄心片１１が、打ち抜き形成して積層され、環状のヨーク１２の内側に複数の磁極１３を有している。ヨーク１２の周囲（外周部）には平面視して円弧状の凹部１４が等間隔で複数（この実施の形態では６）設けられ、この凹部１４の中央に上下方向に向かう山形凸状の溶接部１５が形成されている。

この積層鉄心１０は、条材から打ち抜き加工された状態で同一形状の鉄心片１１がダイ内に積層され、上下の鉄心片１１は特別に連結されていないので、バラバラになるため、全部の溶接部１５を溶接して、各鉄心片１１が分離しない積層鉄心１０とするものである。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、溶接はフィラーメタルを使用しないＴＩＧ溶接によって行い、溶接部１５を表面側から部分的に溶かすことによって行う。

図３（Ａ）〜（Ｃ）において、１６は溶接トーチを、１７は高シリコン含有の磁性鋼板を鉄心片とした場合でラップ溶接した場合の溶接部１５の溶融部を、１８は高シリコン含有の磁性鋼板を鉄心片として通常溶接した場合の溶接部１５の溶融部を示す。ここで、溶融部１８の断面積が溶融部１７の断面積より大きいのは、図６（Ａ）、（Ｂ）にも示すように同じ加熱温度でもラップ溶接することで、溶接による入熱を制御して鉄心片に与える入熱量が減少しているからである。

複数箇所に形成された溶接部１５の溶接は、各溶接部１５に対して溶接トーチ１６を所定間隔あけて垂直に配置し、下進溶接によって同時に行う。溶接速度は１〜１０ｍｍ／秒（この実施の形態では、５ｍｍ／秒）である。溶接はまず溶接トーチ１６からアルゴンガスを流して溶接領域のガスシールドを行う。次に溶接部１５と溶接トーチ（正確には電極）１６との間に高周波を発生させてアークをスタートさせ、溶接部１５の溶融を行う。アークの発生と同時に溶接トーチ１６を下方に１〜１０ｍｍ（より好ましくは、４〜８ｍｍ）移動させてアークを止める（図５のＰ１）。

アークを止めた後、溶接トーチ１６の瞬時停止（０を超え２秒以内）を行い（図５のＱ１）、溶接トーチ１６をアークを止めたままで、０．５〜３ｍｍ後退（上進）させる（図５のＲ１）。そして、再度溶接トーチ１６のアークの発生を行い、下進溶接で４〜８ｍｍの溶接を行う（図５のＰ２）。これによって、短距離溶接（１〜１０ｍｍ、より好ましくは４〜８ｍｍの距離）にラップ部分（０．５〜３ｍｍの距離）が形成される。以下、以上の下進溶接（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・）、瞬時停止（Ｑ１、Ｑ２、・・）、後退移動（Ｒ１、Ｒ２・・）を繰り返して溶接部１５の全長の溶接を行う。

従って、以上の溶接においては、短距離溶接を時間間隔をあけて行っているので、ブローホール等のガスが発生する前に一つの短距離溶接が完了するようにしている。更には、この短距離溶接は、短い時間間隔をおいて行われることになるので、一つの短距離溶接が完了した時点で、溶融部が凝固し、ブローホール等の欠陥が生じない。なお、短距離溶接の間隔は、連続して溶接した場合ブローホールが発生する時間以内に予め実験を行って決定するが、実験によると、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、溶接ビード２０の幅ｗの１．１〜２倍とするのが好ましい。

特に、この実施の形態において、ブローホールが発生し易い高シリコン含有の磁性鋼板については特に顕著な効果があり、短距離溶接の距離と、瞬時停止及び溶接トーチ後退を行って、ブローホールやピットの発生を抑止できた。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での、改良、変形についても適用される。例えば、溶接部は必ずしも凹部の中央に凸状になって形成されるものではなく、凹部そのものを用いてもよい。

また、この実施の形態ではステータコアを例にして説明したが、本発明はロータコア（回転子積層鉄心）にも適用することができる。この場合、溶接はロータコアの内周部側面に対して行うのが好ましい。

１０：積層鉄心、１１：鉄心片、１２：ヨーク、１３：磁極、１４：凹部、１５：溶接部、１６：溶接トーチ、１７、１８：溶融部、２０：溶接ビード

Claims

複数の鉄心片を積層して形成され、外周部には上下方向に向かう溶接部が複数箇所形成された固定子積層鉄心の前記溶接部をそれぞれ溶接する積層鉄心の製造方法において、
上下方向に向かう前記溶接部の溶接はＴＩＧ溶接で行い、かつ時間間隔をあけて行う下進の短距離溶接であって、しかも前記短距離溶接をした後アークを止めて溶接トーチの上進を行って、前記短距離溶接した部分は一部ラップさせていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記短距離溶接の距離は１〜１０ｍｍであって、前記一部ラップする距離は０．５〜３ｍｍの範囲であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１又は２記載の積層鉄心の製造方法において、前記複数箇所の溶接部の溶接は、同時に行われることを特徴とする積層鉄心の製造方法。