JP6483079B2 - 電気導体の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気導体の接合方法に関する。

従来、回転電機等で用いられるコアのスロットから電気導体の端部を突出させ、該電気導体の端部を溶接して電気導体の接合を行っている。この種の技術に関するものとして特許文献１や特許文献２がある。特許文献１には、クランプ治具を用いてセグメント端部（電気導体）をクランプし、溶接する技術が記載されている。特許文献２には、径方向に複数並んだ導体の内径側の導体端部を電極で径方向外側に押圧するとともに、外径側の導体端部を電極で径方向内側に押圧し、溶接する技術が記載されている。

特開２０１４−１０７８７６号公報 特開２００６−２５５４４号公報

溶接対象である径方向で隣り合う１対の電気導体は、その溶接の過程において互いに径方向に近づくように移動した状態で溶接される。このとき、溶接対象の電気導体に周方向で隣り合う電気導体が径方向の中央側に移動してしまうことがある。クランプ治具で挟み込める範囲の外側まで電気導体が移動すれば、適切にクランプが行われず、接合不良となってしまう。また、クランプ治具によって挟み込める範囲内での移動だったとしても、電気導体の位置を矯正するために、強い力が必要となったり、クランプ治具との接触摩擦により電気導体の損傷を招いたりするおそれもある。この点、特許文献２に記載される技術においても、電極によって外径側及び内径側の双方から押圧して接合位置を矯正しているものの、径方向において中央に位置する電気導体にまで電極の押圧力を十分に伝達することは難しく、同様の課題があった。

本発明は、外側からの押圧によって位置を矯正しにくい径方向中央の電気導体が適切な接合位置からはずれる事態を効果的に防止できる電気導体の接合方法を提供することを目的とする。

本発明は、コア（例えば、後述の固定子コア２１）に設けられた複数のスロット（例えば、後述のスロット２２）に挿入された複数の電気導体（例えば、後述のセグメント３０）を捻り曲げ、異なる前記スロットから周方向に延び出るとともに端部が径方向で隣接する２本の前記電気導体を電気導体対として径方向両側から押圧しながら溶接により接合する電気導体の接合方法であって、端部（例えば、後述の端部３１）が径方向に並ぶように配置される複数の前記電気導体からなる第１電気導体群（例えば、後述の端部３１ａ〜ｈ有するセグメント３０群）を前記電気導体対ごとに溶接する第１接合工程と、前記第１接合工程の後に、前記第１電気導体群の径方向中央に位置する第１電気導体（例えば、後述の端部３１ｄ，３１ｅを有するセグメント３０）に対して径方向中央側の反対側で交差する第２電気導体（例えば、後述の端部３１ｃ−１，３１ｆ−１を有するセグメント３０）を含む複数の前記電気導体からなり、当該電気導体の端部が径方向に並ぶ第２電気導体群（例えば、後述の端部３１ａ−１〜３１ｈ−１を有するセグメント３０群）を前記電気導体対ごとに溶接する第２接合工程と、を含む電気導体の接合方法に関する。

これにより、第１電気導体群の中央に位置する第１電気導体が溶接工程の過程で移動したとしても、第１電気導体に交差する第２電気導体は径方向中央側に移動することがなくなる。外側からの押圧による矯正が難しい径方向中央に位置する電気導体の端部の移動を抑制できるので、径方向中央に位置する電気導体が接合位置（クランプ位置）からはずれて接合不良が生じる事態を効果的に防止できる。

前記電気導体対を構成する２本の前記電気導体は、周方向で離れた位置から接合位置まで互いに近づくように延びており、前記第２電気導体群は、前記第１電気導体群を構成する前記電気導体対のうち、径方向中央側に位置する第１電気導体（例えば、後述の端部３１ｂ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｇを有するセグメント３０）に対して径方向中央側の反対側で交差する第２電気導体を含む。

これにより、電気導体の延びる方向が互い違いの構成においても、電気導体の端部が接合位置から径方向中央側にはずれる事態を確実に防止できる。

本発明の電気導体の接合方法によれば、外側からの押圧によって位置を矯正しにくい径方向中央の電気導体が適切な接合位置からはずれる事態を効果的に防止できる。

本発明の一実施形態に係る電気導体の接合方法が適用される溶接装置を模式的に示す図である。 本実施形態の固定子コアのスロットに挿入されたセグメントの位置関係を平面視で模式的に示す図である。 本実施形態のセグメントの端部が径方向で重なる様子を径方向視で模式的に示す図である。 本実施形態のセグメントの接合に用いられるクランプ治具を平面視で示す図である。 本実施形態の溶接作業を行うときのセグメントの移動を平面視で模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電気導体の接合方法が適用される溶接装置１０を模式的に示す模式図である。

まず、接合対象である電気導体としてのセグメント３０を有する固定子２０について説明する。固定子２０は、固定子コア２１と、複数のスロット２２と、複数のセグメント３０と、を備えている。

固定子コア２１は、円筒状に形成される。複数のスロット２２は、固定子コア２１に形成されている。スロット２２は、固定子コア２１の軸方向へ固定子コア２１を貫通する貫通孔により構成されており、周方向の全体にわたって複数形成されている。スロット２２は、固定子コア２１の軸心を中心として放射状に且つ、周方向にされている。スロット２２にセグメント３０が挿入される。

セグメント３０について説明する。図２は、本実施形態の固定子コア２１のスロット２２に挿入されたセグメント３０の位置関係を平面視で模式的に示す図である。図２では、溶接装置１０によって接合される前の状態が示されている。図３は、本実施形態のセグメント３０の端部が径方向で重なる様子を径方向視で模式的に示す図である。なお、図２及び図３中の１点鎖線は、スロット２２から延びるセグメント３０の向きを示している。

図２及び図３に示すように、セグメント３０は、通電する導体３２と、導体３２を覆うことにより周囲を絶縁する絶縁被膜３３と、を有している。導体３２は、銅により構成された平角線材により構成されている。絶縁被膜３３は、軟質で絶縁性を有する材料により構成されている。セグメント３０の端部３１においては、絶縁被膜３３は剥離されており、平角線材が露出している。

図２中の一点鎖線に示すように、セグメント３０は、スロット２２から周方向に沿って延びている。周方向で隣接するスロット２２から延びるセグメント３０は、その延びる方向が同じ方向となっている。一方、径方向で隣接するセグメント３０同士は、径方向中央を除いては、スロット２２から延びる方向が互いに逆向きの互い違いになっている。

本実施形態のセグメント３０は、スロット２２から突出している部分が上方に延びた後、周方向に沿いながら斜め上方に曲がり、更に上方に延びるように捻じ曲げられている（図１参照）。

図３に示すように、周方向の一側から延びてきたセグメント３０の端部３１と、周方向の他側から延びてきたセグメント３０の端部３１と、が交差しており、それぞれの端部３１が径方向で対面している。

セグメント３０は、固定子コア２１に挿入された状態で、複数の端部３１が８本ずつ固定子コア２１の径方向に一列に並べられる。８本ずつ並べられたセグメント３０の端部３１の列は、固定子コア２１の軸心を中心として放射状に複数列並べられている。

図２を参照し、セグメント３０の端部３１に径方向の外側から内側の順に端部３１ａ〜ｈとしてセグメント３０の電気導体対について説明する。最も径方向外径側に位置するセグメント３０の端部３１ａは、当該端部３１ａに径方向内側で隣接するセグメント３０の端部３１ｂと接合される。また、端部３１ｂの径方向内径側（径方向中央側）に位置する端部３１ｃは、当該端部３１ｃに径方向内径側で隣接する端部３１ｄと接合される。最も径方向内径側に位置するセグメント３０の端部３１ｈは、当該端部３１ｈに径方向外径側で隣接するセグメント３０の端部３１ｇと接合される。また、端部３１ｇの径方向外径側（径方向中央から離れる側）に位置する端部３１ｆは、当該端部３１ｆに径方向外径側で隣接する端部３１ｅと接合される。

即ち、径方向に並ぶ一群のセグメント３０の端部３１のうち、端部３１ａと端部３１ｂ、端部３１ｃと端部３１ｄ、端部３１ｅと端部３１ｆ、端部３１ｇと端部３１ｈが電気導体対としてそれぞれ溶接接合される。

次に、セグメント３０の溶接を行う溶接装置１０について説明する。図１に示すように、本実施形態の溶接装置１０は、固定子用治具１１と、溶接トーチ１２と、クランプ治具４０と、押圧装置５０と、を備えている。

固定子用治具１１は、固定子２０の軸心を中心として回転可能に固定子２０を支持する。固定子用治具１１が回転することにより、固定子２０が回転させられ、溶接トーチ１２に対する、固定子２０に挿入されたセグメント３０の端部３１の位置を変えることができるように構成されている。

溶接トーチ１２は、上下方向及び固定子２０の径方向に移動可能に支持されている。溶接トーチ１２は、ＴＩＧ溶接の電極１２１と、シールドガスの吹き出し口１２３とを備えている。本実施形態では、溶接方法としてＴＩＧ溶接が用いられる。

クランプ治具４０について説明する。図４は、本実施形態のセグメント３０の接合に用いられるクランプ治具４０を平面視で示す図である。クランプ治具４０は、溶接対象のセグメント３０の端部の位置を調整し、溶接を適切に行わせるものである。クランプ治具４０は、左右一対のクランプ本体４１からなる。クランプ治具４０を構成する一対のクランプ本体４１は、左右対称形状を有しているため、一方についてのみ説明し、他方については、説明を省略する。

クランプ本体４１は、内径側支持部４４と、外径側支持部４５と、中間挟持部４６とを有している。内径側支持部４４と、中間挟持部４６と、外径側支持部４５とは、この順で並んだ位置関係を有しており、銅により構成されて一体成形されて接続され、固定子コア２１の径方向に延びる位置関係とされて使用される。

内径側支持部４４は、略直方体形状を有しており、内径側支持部４４の長手方向に沿って２つの貫通孔４４１が形成されている。２つの貫通孔４４１には、それぞれボルト（図示せず）が貫通して、クランプ治具４０を支持する溶接装置１０の移動装置部（図示せず）に、内径側支持部４４は固定される。

外径側支持部４５は、略直方体形状を有しており、中間挟持部４６に接続されている側に対する反対側の端部寄りの部分には、貫通孔４５１が形成されている。貫通孔４５１には、ボルト（図示せず）が貫通して、クランプ治具４０を支持する溶接装置１０の移動装置部（図示せず）に、外径側支持部４５は固定される。

中間挟持部４６は、溶接されるセグメント３０の端部３１を固定子コア２１の周方向両側からクランプする。中間挟持部４６は、ガイド突部４３と、端部収容凹部４６１と、を有している。

ガイド突部４３は、互いに対向し合うクランプ本体４１の側面から、他方のクランプ本体４１の側面へ向って３つ突出している。３つのガイド突部４３は、図４に示す平面視で略２等辺三角形状を有している。

ガイド突部４３の存在により、中間挟持部４６には、ガイド突部４３に対して相対的に窪んだ端部収容凹部４６１が形成されている。端部収容凹部４６１は、３つのガイド突部４３のうちの隣接するガイド突部４３の間と、両側のガイド突部４３と更にその両側に存在する端部凸壁４６３との間と、に形成されており、合計４つが固定子コア２１の径方向に並んで形成されている。

４つの端部収容凹部４６１は、セグメント３０の端部３１ａ〜ｈの電気導体対に対応する。溶接作業時のクランプ状態では、セグメント３０の端部３１ａと端部３１ｂの電気導体対、端部３１ｃと端部３１ｄの電気導体対、端部３１ｅと端部３１ｆの電気導体対、端部３１ｇと端部３１ｈの電気導体対が４つの端部収容凹部４６１にそれぞれ収容されてクランプされた状態とされる。

本実施形態のクランプ治具４０は、固定子コア２１に対して相対的に固定子コア２１の軸方向（図１において矢印Ａで示す方向及びその逆方向）にクランプ治具４０を移動可能とする移動手段としての移動装置部（図示せず）により支持されている。溶接装置１０の移動装置部は、クランプ治具開閉手段としてのクランプ治具開閉装置部（図示せず）を備えている。移動装置部（図示せず）は、固定子コア２１の周方向へ、一対のクランプ治具４０を互いに離間したり接近したりして一対のクランプ治具４０を開閉して、クランプ治具４０が、固定子２０に挿入されるセグメント３０の端部３１をクランプ（挟持）することができるように構成されている。

押圧装置５０について説明する。図２に示すように、押圧装置５０は、固定子コア２１の径方向外側と内側のそれぞれに配置される。押圧装置５０は、溶接対象となっている端部３１ａ〜ｈを有するセグメント３０を外側（径方向両側）から押圧する。これにより、端部３１ａ〜ｈを有するセグメント３０は中央側に集まった状態となる。

次に、溶接装置１０によるセグメント３０の端部３１を接合する方法について説明する。図５は、本実施形態の溶接作業を行うときのセグメント３０の移動を平面視で模式的に示す図である。なお、図５では、各セグメント３０の端部に対して溶接が行われる前の状態が示されている。

まず、固定子用治具１１を回転させることにより固定子２０を回転させて、クランプ治具４０の近傍にクランプするセグメント３０の端部３１ａ〜ｈの列を移動させる。そして、クランプ移動装置部の駆動により、クランプ治具４０の中間挟持部４６がクランプするセグメント３０の端部３１の列をクランプ可能な位置へ、クランプ治具４０を移動させる。クランプ本体４１は、固定子コア２１の周方向に複数形成されているセグメント３０の端部３１の列のうちの、クランプされるセグメント３０の端部３１ａ〜ｈの列と、この列の両隣のセグメント３０の端部３１の列との間に配置される。

次に、溶接装置１０のクランプ治具開閉装置部（図示せず）を駆動させることにより、一対のクランプ本体４１を白抜きの矢印に示す方向へ互いに接近させる。図５中の二点鎖線の位置にクランプ本体４１が移動することにより、８本のセグメント３０の端部３１ａ〜ｈが電気導体対で端部収容凹部４６１にそれぞれ収容され、クランプ本体４１にクランプされる。

端部３１ａと端部３１ｂ、端部３１ｃと端部３１ｄ、端部３１ｅと端部３１ｆ、端部３１ｇと端部３１ｈの４つの電気導体対は、端部収容凹部４６１及び突起５２によって固定子コア２１の径方向において位置決めされるとともに、固定子コア２１の周方向において隣接するセグメントに対しても位置決めされる。

溶接工程では、溶接トーチ１２が相対的に図１の矢印Ｂの方向へ移動し、セグメント３０の端部３１ａ〜ｈの４つの電気導体対を順番に溶接する。これにより、セグメント３０の端部３１の先端部に溶接玉が形成される。径方向に一列に並ぶセグメント３０の端部３１ａ〜ｈが電気導体対ごとに溶接される。

次に、溶接対象のセグメント３０の端部３１ａ〜ｈの位置がクランプ治具４０に矯正されたときの端部３１の移動について説明する。図５中の黒塗の矢印に示すように、クランプ治具４０によって位置が矯正されることにより、端部３１ａ〜ｈが径方向で互いに近づくように移動する。このセグメント３０の端部３１ａ〜ｈの移動に伴って、両側に位置する端部３１ａ-１〜ｈ−１を有するセグメント３０群の一部と、端部３１ａ-２〜ｈ−２を有するセグメント３０群の一部と、が移動する。

図５の白抜きの矢印に示すように、端部３１ａ-１〜ｈ−１を有するセグメント３０群では、電気導体対のうち、径方向中央より外側に位置する端部３１ａ−１、３１ｃ−１、３１ｆ−１、３１ｈ−１が径方向中央から離れる方向に移動する。一方、端部３１ａ-２〜ｈ−２を有するセグメント３０群では、電気導体対のうち、径方向中央側に位置する端部３１ｂ−２、３１ｄ−２、３１ｅ−２、３１ｇ−２が径方向中央側に近づく方向に移動する。

径方向中央側から離れる端部３１の移動については径方向の内径側及び外径側の両側から押圧する押圧装置５０の押圧によって矯正できるものの、径方向中央側での端部３１の位置ずれの矯正を行うことは難しい。そこで、本実施形態では、端部３１ａ〜ｈの溶接を行った後に、径方向中央側に移動しない端部３１ａ-１〜ｈ−１を有するセグメント３０群を次の溶接対象とすることにより、径方向中央に位置する端部３１が接合位置からはずれる事態を防止している。端部３１ａ〜ｈを溶接した際に端部３１ａ-１〜ｈ−１が径方向中央から離れる方向に移動したとしても押圧装置５０によって適切な接合位置に矯正することができるのである。

端部３１ａ〜ｈを有するセグメント３０群の溶接後、端部３１ａ-１〜ｈ−１を有するセグメント３０群が溶接位置（クランプ位置）にくるように、固定子用治具１１によって固定子２０を回転させる。８本の端部３１が２本ずつＴＩＧ溶接によりアーク溶接される。これが繰り返されることにより、複数のセグメント３０の端部３１は、２本ずつ電気的に接続されるように構成されている。なお、端部３１ａ-２〜ｈ−２を有するセグメント３０群も、最終的にはその一部が溶接前に径方向中央から離れる方向に移動するので、適切な接合位置で溶接作業を完了することができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
固定子コア２１に設けられた複数のスロット２２に挿入された複数のセグメント３０を捻り曲げ、異なるスロット２２から周方向に延び出るとともに端部３１が径方向で隣接する２本のセグメント３０を電気導体対として径方向両側から押圧しながら溶接により接合する電気導体としてのセグメント３０の接合方法である。
そして、本実施形態のセグメント（電気導体）３０の接合方法は、端部３１が径方向に並ぶように配置される複数のセグメント３０からなる端部３１ａ〜ｈ有するセグメント３０群（第１電気導体群）を電気導体対ごとに溶接する第１接合工程と、第１接合工程の後に、端部３１ａ〜ｈ有するセグメント３０群の径方向中央に位置する端部３１ｄを有する第１電気導体としてのセグメント３０（端部３１ｅを有するセグメント３０）に対して径方向中央側の反対側で交差する第２電気導体としての端部３１ｃ−１を有するセグメント３０（端部３１ｆ−１を有するセグメント３０）を含む複数のセグメント３０からなり、当該セグメント３０の端部３１が径方向に並ぶ端部３１ａ−１〜ｈ−１を有するセグメント３０群を電気導体対ごとに溶接する第２接合工程と、を含む。

これにより、端部３１ａ〜ｈ有するセグメント３０群の中央に位置する端部３１ｄや端部３１ｅが溶接工程の過程で移動したとしても、端部３１ｄを有するセグメント３０や端部３１ｅを有するセグメント３０に交差する端部３１ｃ−１を有するセグメント３０や端部３１ｆ−１を有するセグメント３０は径方向中央側に移動しない。外側からの押圧による矯正が難しい径方向中央に位置するセグメント３０の端部３１ｄ−１や端部３１ｅ−１の移動を抑制できるので、径方向中央に位置する端部３１ｄ−１や端部３１ｅ−１が接合位置（クランプ位置）からはずれて接合不良が生じる事態を効果的に防止できる。

また、本実施形態では、電気導体対を構成する２本のセグメント３０は、周方向で離れた位置から接合位置まで互いに近づくように延びている。また、端部３１ａ−１〜ｈ−１を有するセグメント３０群は、端部３１ａ〜ｈ有するセグメント３０群を構成する電気導体対のうち、径方向中央側に位置する端部３１ｂ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｇを有するセグメント３０に対して径方向中央側の反対側で交差する端部３１ａ−１、３１ｃ−１、３１ｆ−１、３１ｈ−１を有するセグメント３０を含む。

これにより、セグメント３０が互い違いに配置される場合においても、セグメント３０の端部が接合位置から径方向中央側にはずれる事態を確実に防止できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、スロット２２から同じ方向に延びるとともに端部３１が径方向で隣り合う２本のセグメント３０を電気導体対とし、この電気導体対をセグメント３０群の一部に含めることもできる。

また、本実施形態では、溶接方法としてＴＩＧ溶接が用いられ、溶接トーチ１２を、ＴＩＧ溶接の電極及びシールドガスの吹き出し口を備える構成としたが、これに限定されない。例えば、溶接方法としてＭＩＧ溶接等が用いられてもよく、セグメント３０の端部３１を溶接できれば他の溶接方法を用いてもよい。また、スロット２２には、絶縁性のインシュレータが挿入され、当該インシュレータにセグメント３０が挿入されてもよい。

２１ 固定子コア（コア）
２２ スロット
３０ セグメント（電気導体）
３１ 端部

Claims (2)

1. コアに設けられた複数のスロットに挿入された複数の電気導体を捻り曲げ、
   異なる前記スロットから周方向に延び出るとともに端部が径方向で隣接する２本の前記電気導体を電気導体対として径方向両側から押圧しながら溶接により接合する電気導体の接合方法であって、
   端部が径方向に並ぶように配置される複数の前記電気導体からなる第１電気導体群を前記電気導体対ごとにクランプ治具によって位置を矯正することにより、前記電気導体対の２本の前記電気導体の端部を径方向で互いに近づくように移動させて溶接する第１接合工程と、
   前記第１電気導体群の周方向一側に位置し、前記電気導体の端部が径方向に並ぶ第２電気導体群を前記電気導体対ごとに前記クランプ治具によって位置を矯正することにより、前記電気導体対の２本の前記電気導体の端部を径方向で互いに近づくように移動させて溶接する第２接合工程と、
   を含み、
   前記第１電気導体群及び前記第２電気導体群は、径方向で隣接する前記電気導体は、径方向中央で隣接する前記電気導体を除いて前記スロットから延びる方向が互いに逆向きの互い違いになっており、
   前記第１接合工程で、前記第１電気導体群の端部の移動に伴って前記電気導体対のうち、径方向中央より外側に位置する前記電気導体が径方向中央から離れる方向に移動する前記第２電気導体群を前記第１接合工程の次の溶接対象として前記第２接合工程で溶接する電気導体の接合方法。
2. 前記第２接合工程では、押圧装置によって径方向の内径側及び外径側の両側から前記第２電気導体群を押圧する請求項１に記載の電気導体の接合方法。

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