JP6060844B2

JP6060844B2 - コイル接合方法

Info

Publication number: JP6060844B2
Application number: JP2013159611A
Authority: JP
Inventors: 正樹斉藤; 徳久三品; 嘉章市川
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP2015029999A

Description

本発明は、回転電機用のステータコアに配置されたコイルの先端部同士を接合する方法に関する。

回転電機のステータを製造するに当たっては、ステータコアに、平角線からなるコイルを複数配置し、コイルの先端部同士を、アーク溶接等によって接合することが行われている。このアーク溶接を行う際には、コイルの先端部同士の境界位置に、溶接トーチを対向させ、この溶接トーチによって発生させるアークによって先端部を溶融させ、この溶融部によって先端部同士を接合している。
例えば、特許文献１のコイルセグメント端部の連続溶接方法においては、回転電機のセグメントの一対の端部に対して、一対の端部のうち少なくとも一部にアークをとばし、少なくとも一部を予備的に溶接又は溶融し、その後、所定時間をおいて、一対の端部を本格的にアーク溶接することが開示されている。この方法においては、回転電機のコイルセグメント端部での溶接信頼性を向上させている。

特開２００４−２５３０３号公報

しかしながら、ステータコアにおいて、コイルの先端部が上下に重なるよう配置される場合には、上記特許文献１の連続溶接方法によっても、安定した溶接を行うことはできない。
すなわち、コイルの先端部が上下に重なる場合、これらの先端部の境界位置と溶接トーチとの間にアークを発生させると、上側に位置する先端部と下側に位置する先端部とがほぼ同時に溶融を始め、溶融した部分が重力によって垂れ下がってしまう。この場合、溶接部分の溶融断面積を確保することが困難になるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、溶融部分の垂れ下がりを抑制し、溶融断面積を適切に確保することができるコイル接合方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、平角線によって形成され、回転電機用のステータコアに複数配置されたコイルの一対の先端部同士を接合する方法において、
該一対の先端部を上下に重ねて配置し、上側に位置する先端部である上側先端部の先端面の少なくとも一部が、下側に位置する先端部である下側先端部の先端面よりも基端側に引き込まれた状態を形成し、溶接トーチと上記上側先端部との間に発生させるアークによって、上記上側先端部と上記下側先端部とを溶融接合することを特徴とするコイル接合方法にある。

上記コイル接合方法においては、上下に重なる一対の先端部に対してアーク溶接を行う際に、一対の先端部を配置する状態に工夫をしている。
具体的には、一対の先端部を上下に重ねて配置し、上側先端部の先端面の少なくとも一部が、下側先端部の先端面よりも基端側に引き込まれた状態を形成する。このとき、一対の先端部をチャック治具によって固定し、一対の先端部の状態を維持することができる。

次いで、上側先端部に対して溶接トーチの先端を対向させ、溶接トーチと上側先端部との間に発生させるアークによって、上側先端部と下側先端部とを溶融接合する。このとき、上側先端部が下側先端部よりも基端側に引き込まれていることにより、溶融する上側先端部を下側先端部によって受け止め、上側先端部及び下側先端部の溶融部分が重力によって垂れ下がってしまうことを抑制することができる。
そして、溶融部分は、上側先端部の先端面と下側先端部の先端面とに対して、先端側に向けて水平方向に膨らむように付着する。これにより、上側先端部及び下側先端部の溶融部分の溶融断面積を適切に確保することができる。

それ故、上記コイル接合方法によれば、溶融部分の垂れ下がりを抑制し、溶融断面積を適切に確保することができる。

実施例にかかる、アーク溶接を行う上側先端部及び下側先端部を示す説明図。実施例にかかる、アーク溶接を行った上側先端部及び下側先端部を示す説明図。実施例にかかる、アーク溶接を行う状態を、コイルが配置されたステータコア全体で示す説明図。実施例にかかる、上側先端部及び下側先端部を挟み込むチャック治具を示す斜視図。

上述したコイル接合方法における好ましい実施の形態につき説明する。
上記コイル接合方法においては、上記上側先端部の先端面及び上記下側先端部の先端面は、いずれも該各先端部が伸びる方向にほぼ直交して形成されており、上記上側先端部と上記下側先端部との境界位置には、上記上側先端部の先端面と上記下側先端部の先端面とによる段差部が形成されており、上記溶接トーチと上記上側先端部の上側角部との間に、上記アークを発生させてもよい。
この場合には、上側先端部及び下側先端部の形状が適切であり、また、アークを発生させる上側先端部の位置も適切である。そのため、下側先端部よりも先に上側先端部を溶融させることが容易であり、溶融部分の垂れ下がりを、より効果的に抑制することができる。

また、上記一対の先端部は、上記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部において、上記ステータコアの軸方向に伸びる状態から径方向に伸びる状態に折り曲げられており、上記ステータコアの軸方向が鉛直方向に向けられ、かつ上記一対の先端部が上下に重なって水平方向に伸びる状態で、上記溶融接合を行ってもよい。
これにより、先端部が折曲形状を有するコイルを有するステータを製造する場合において、一対の先端部における溶融部分の垂れ下がりを抑制することができる。

また、上記一対の先端部は、上記コイルエンド部において、径方向内方へ折り曲げられていてもよい。
この場合には、ステータコアに配置されたコイルと、ステータコアの内周側に配置されるロータコアとの間の絶縁距離を適切に確保することができる。

以下に、コイル接合方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のコイル接合方法は、図１、図２に示すごとく、平角線３０１によって形成されたコイル３であって、回転電機用のステータコア２に複数配置されたコイル３の一対の先端部３１，３２同士を接合する方法である。
このコイル接合方法においては、一対の先端部３１，３２を上下に重ねて配置し、上側に位置する上側先端部３１の先端面３１１の少なくとも一部が、下側に位置する下側先端部３２の先端面３２１よりも基端側に引き込まれた状態を形成する。そして、溶接トーチ４と上側先端部３１との間に発生させるアークＸによって、上側先端部３１と下側先端部３２とを溶融接合する。

以下に、本例のコイル接合方法につき、図１〜図４を参照して詳説する。
図３に示すごとく、本例のコイル接合方法において接合するコイル３は、インナーロータ１１を内周側に配置するためのステータ１を形成するものである。コイル３は、平角線３０１を巻回して形成され、ステータコア２における各スロット２１に順次配置される。また、コイル３は、３相回転電機用のものであり、各コイル３の先端部３１，３２を結線して、３相のコイル３を形成する。平角線３０１は、略四角形状の断面を有しており、導電性を有する導体層３０２の全周に、絶縁性を有する絶縁層３０３を形成して構成されている。

本例のコイル接合方法においては、アーク溶接の一種としてのＴＩＧ溶接を行う。ＴＩＧ溶接は、シールドガスとしてＡｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の不活性ガスを用い、溶接材料に溶加棒を用いて溶接を行うものである。また、接合を行う一対の先端部３１，３２は、コイル３を接続する数に応じて形成される。そして、ステータコア２に配置された複数のコイル３は、それらの先端部３１，３２に対して順次溶接が行われて互いに接続される。

図３に示すごとく、コイル３は、ステータコア２のスロット２１に挿入される直線部３４と、ステータコア２の両側の軸方向端面２２から突出する一対のコイルエンド部３５Ａ，３５Ｂとを有している。各コイル３の両端部に形成された先端部３１，３２の全ては、ステータコア２の軸方向Ｌの一方側に位置するコイルエンド部３５Ａに配置されている。互いに接合を行う一対の先端部３１，３２は、いずれかのコイル３の一方側の先端部３１と、他のいずれかのコイル３の他方側の先端部３２とである。

同図に示すごとく、各先端部３１，３２は、ステータコア２の軸方向Ｌの一方側に位置するコイルエンド部３５Ａにおいて、ステータコア２の軸方向Ｌに伸びる状態から径方向内方Ｒ１に伸びる状態に、略９０°折り曲げられている。
ステータ１を製造する工程においては、複数のコイル３が配置されたステータコア２は、複数の先端部３１，３２の全てが配置された一方側に位置するコイルエンド部３５Ａを上側にして搬送される。そして、このコイルエンド部３５Ａが上側に向けられた状態において、各ステータコア２は、先端部３１，３２同士の溶接を行う工程へ搬送され、この工程において先端部３１，３２同士の接合がなされる。

図１に示すごとく、先端部３１，３２同士の接合を行う工程においては、ステータコア２の軸方向Ｌが鉛直方向に向けられ、かつ一対の先端部３１，３２が上下に重なって水平方向に伸びる状態で、溶接トーチ４と上側先端部３１との間にアークＸを発生させる。本例においては、溶接トーチ４の先端４１を、上側先端部３１の上側角部３１２に対向させ、溶接トーチ４の先端４１と上側先端部３１の上側角部３１２との間に、アークＸを発生させる。
本例の各コイル３の両端部に形成された先端部３１，３２は、略直角に切断された先端面３１１，３２１を有している。そして、上側先端部３１の先端面３１１及び下側先端部３２の先端面３２１は、いずれも各先端部３１，３２が伸びる方向Ｄにほぼ直交して形成されている。また、上側先端部３１と下側先端部３２との境界位置には、上側先端部３１の先端面３１１と下側先端部３２の先端面３２１とによる段差部３３が形成される。

図４に示すごとく、コイル３の一対の先端部３１，３２を上下に重ねて配置したときには、チャック治具５によって上下から一対の先端部３１，３２を挟み込んで、上側先端部３１と下側先端部３２とが位置ずれしないようにする。チャック治具５は、上側先端部３１及び下側先端部３２を囲むように配置する配置凹部５１１が形成された一方側チャック部５１と、配置凹部５１１内に配置されて上側先端部３１と下側先端部３２とを密着させる配置凸部５２１が形成された他方側チャック部５２とを有している。配置凹部５１１は、一方側チャック部５１から突出する突出部５１２内に形成されている。一方側チャック部５１と他方側チャック部５２とは、ネジの締付けによって互いに接近させるよう構成されている。

配置凹部５１１内に上側先端部３１及び下側先端部３２を配置し、配置凹部５１１との間に上側先端部３１及び下側先端部３２を挟み込むように配置凸部５２１を配置する。そして、一方側チャック部５１と他方側チャック部５２とを締め付けて接近させることによって、配置凹部５１１と配置凸部５２１との間において、上側先端部３１と下側先端部３２とを密着させる。

チャック治具５によって上側先端部３１及び下側先端部３２を挟み込むときには、チャック治具５によるチャック位置Ｂよりも先端側に位置する部分の体積は、下側先端部３２の体積に比べて上側先端部３１の体積が小さくなる。上側先端部３１の先端面３１１が下側先端部３２の先端面３２１よりも基端側に引き込まれていることによる。
また、図１に示すごとく、上側先端部３１の先端面３１１が下側先端部３２の先端面３２１から基端側に引き込まれた引込み量Ｄ１は、例えば、０．２〜２ｍｍとすることができる。また、この引込み量Ｄ１は、０．２〜１ｍｍとすることが好ましく、０．３〜０．７ｍｍとすることがさらに好ましい。

なお、図示は省略するが、上側先端部３１の先端面３１１は、この上側先端部３１が伸びる方向Ｄにほぼ直交して形成する以外にも、上側先端部３１が伸びる方向Ｄに対して傾斜する傾斜面として形成することもできる。この傾斜面は、上側先端部３１の上側の部分が基端側に引き込むよう傾斜する場合、上側先端部３２の下側の部分が基端側に引き込むよう傾斜する場合等のいずれの形状にすることもできる。

本例のコイル接合方法においては、図１に示すごとく、一対の先端部３１，３２を上下に重ねて配置し、上側先端部３１の先端面３１１の少なくとも一部が、下側先端部３２の先端面３２１よりも基端側に引き込まれた状態を形成する。このとき、一対の先端部３１，３２をチャック治具５によって固定し、一対の先端部３１，３２の状態を維持する。また、上側先端部３１と下側先端部３２とを重ねるときには、これらにおける絶縁層３０３を剥離しておき、導体層３０２同士が接触する状態を形成する。

次いで、上側先端部３１の上側角部３１２に対して溶接トーチ４の先端４１を対向させ、溶接トーチ４と上側角部３１２との間に発生させるアークＸによって、上側先端部３１と下側先端部３２とを溶融接合する。このとき、上側先端部３１が下側先端部３２よりも基端側に引き込まれていることにより、溶融する上側先端部３１を下側先端部３２によって受け止め、図２に示すごとく、上側先端部３１及び下側先端部３２の溶融部分３６が重力によって垂れ下がってしまうことを抑制することができる。

そして、同図に示すごとく、溶融部分３６は、上側先端部３１の先端面３１１と下側先端部３２の先端面３２１とに対して、先端側に向けて水平方向に膨らむように付着する。これにより、上側先端部３１及び下側先端部３２の溶融部分３６の溶融断面積Ａを適切に確保することができる。この溶融断面積Ａは、上側先端部３１と下側先端部３２とが溶け合って繋がった部分を、各先端部３１，３２が伸びる方向Ｄに切断し、この切断面を上下方向から見たときの面積として表す。

また、特に下側先端部３２の重力による垂れ下がりを抑制していることにより、各先端部３１，３２がコイルエンド部３５Ａ，３５Ｂにおいて径方向内方Ｒ１に略９０°折り曲げられたステータ１において、ステータコア２に配置されたコイル３と、ステータコア２の内周側に配置されるロータコア１１との間の絶縁距離を適切に確保することができる。
また、上側先端部３１と下側先端部３２とが適切に溶融することにより、上側先端部３１の上側角部３１２が角張った形状で残ってしまうことを防止することができる。これにより、アーク溶接が行われた後の工程において、コイル３同士の間の絶縁をするための粉体塗装を良好にすることができる。さらに、上側先端部３１の長さを短くできることにより、コイル３の材料費の低減、絶縁層３０３を剥離する長さの短縮等の効果を得ることもできる。

１ステータ
２ステータコア
３コイル
３０１平角線
３１上側先端部
３１２上側角部
３２下側先端部
３５Ａ，３５Ｂコイルエンド部
４溶接トーチ

Claims

平角線によって形成され、回転電機用のステータコアに複数配置されたコイルの一対の先端部同士を接合する方法において、
該一対の先端部を上下に重ねて配置し、上側に位置する先端部である上側先端部の先端面の少なくとも一部が、下側に位置する先端部である下側先端部の先端面よりも基端側に引き込まれた状態を形成し、溶接トーチと上記上側先端部との間に発生させるアークによって、上記上側先端部と上記下側先端部とを溶融接合することを特徴とするコイル接合方法。
上記上側先端部の先端面及び上記下側先端部の先端面は、いずれも該各先端部が伸びる方向にほぼ直交して形成されており、
上記上側先端部と上記下側先端部との境界位置には、上記上側先端部の先端面と上記下側先端部の先端面とによる段差部が形成されており、
上記溶接トーチと上記上側先端部の上側角部との間に、上記アークを発生させることを特徴とする請求項１に記載のコイル接合方法。
上記一対の先端部は、上記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部において、上記ステータコアの軸方向に伸びる状態から径方向に伸びる状態に折り曲げられており、
上記ステータコアの軸方向が鉛直方向に向けられ、かつ上記一対の先端部が上下に重なって水平方向に伸びる状態で、上記溶融接合を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル接合方法。
上記一対の先端部は、上記コイルエンド部において、径方向内方へ折り曲げられていることを特徴とする請求項３に記載のコイル接合方法。