WO2005072902A1 - 永久磁石材を有する金属部材の溶接装置及びその溶接方法並びに回転電機 - Google Patents

Abstract

　永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の金属部材を抵抗溶接するとき、永久磁石材が溶接電流によって不要に着磁されるのを抑制する溶接装置及び溶接方法を得る。ワーク１４を保持するワーク保持部３と、ワーク保持部３にワーク供給空間を介在させて配置された加圧装置４と、加圧装置４の可動部４ａに設けられた第１の溶接電極及８と、第２の溶接電極１０と、両溶接電極８，１０に溶接電流を供給する溶接トランス１１とを備え、両溶接電極８，１０は、それぞれ一方の金属部材と他方の金属部材に対してワーク１４の一端部側に配置され、かつ、一方の金属部材と他方の金属部材とのそれぞれの当接端間には永久磁石材１８を介さないように配置して構成した。

Description

明 細 書

永久磁石材を有する金属部材の溶接装置及びその溶接方法並びに回 転電機

技術分野

[0001] この発明は、永久磁石材を有する金属部材に他の金属部材を抵抗溶接する溶接 装置及びその溶接方法、並びにその溶接装置で製造される回転電機に関するもの である。

背景技術

[0002] 永久磁石材を有する金属部材に他の金属部材を溶接して構成した製品の一例とし て、回転電機の回転子がある。例えば、車両用交流発電機の回転子の場合では、回 転軸上で突合わされた一対の界磁鉄心（ポールコア）が、外周で軸方向に延在し交 互に嚙合する形態の爪状磁極をもち、隣接した爪状磁極同士の周方向対向側面の 間隙に永久磁石材が装着されており、この界磁鉄心の軸方向の前後より、発電機の 温度上昇を抑制するための冷却ファンが溶接等によって固着されたものが開示され ている (例えば、特許文献 1参照)。

また、冷却ファンを界磁鉄心に溶接する溶接装置として、例えば、車両用充電発電 機の磁極に冷却ファンを溶接する溶接装置が開示されている。この溶接装置では、 回転子のシャフトを垂直方向に向け、磁極の背面（上下）に冷却ファンを重ね、冷却 ファンの外側から溶接用の電極を押し当て、上下に配置した電極を加圧しながら、上 側の電極、上側の冷却ファン、上側の磁極、下側の磁極、下側の冷却ファン、下側の 電極の順に電流を流して溶接するように構成されている。このとき溶接部に流す溶接 電流は、直流であることが一般的である（例えば、特許文献 2参照）。

[0003] 特許文献 1に示すような回転子の冷却ファンをポールコアに溶接するに当たり、特 許文献 2に示すような溶接装置によって溶接しょうとすれば、ポールコアに永久磁石 材を装着後、冷却ファンをポールコアの軸方向端面の所定位置に当接させて、一方 の電極を一方の冷却ファンに電気的に接触させ、もう一方の電極をポールコアの反 対側に位置する他方の冷却ファンに電気的に接触させて保持し、例えば、両電極間 にピーク値で数十 kAのパルス状電流を流して抵抗溶接する。このとき、溶接電流は 回転子の軸近傍を軸方向に貫通して流れることになる。上述のように、爪状磁極の対 向面の間隙には永久磁石材を装着しているので、複数の溶接箇所を流れる溶接電 流が軸方向に集中して流れた場合、その大電流により生じた磁界が永久磁石材を十 分着磁できる磁界強度となり、永久磁石材が周方向に同一極性に着磁されてしまう。 回転子の永久磁石材の使用目的は、隣接する爪状磁極の間隙に漏洩する磁束を減 殺するためのものなので、細長い永久磁石材の厚さ方向の両側は異なる磁極に着 磁されている必要があるが、上記のように溶接電流の影響で、永久磁石材の半分は 本来着磁される向きと逆向きに着磁されてしまうという不具合が生じる。その際の着磁 量は、発明者らの実験では、フル着磁量を 100%としたとき、平均で 80%を超えるも のであることを確認してレ、る。

[0004] 通常、回転電機の回転子に用いる磁石は、起動トルクを向上させるために残留磁 束密度が大きぐかつ高温での使用環境にも耐えられるよう保磁力の高い磁石（ネオ ジ磁石など）を用いることが望ましいが、磁石の保磁力が高い場合、一度逆方向に着 磁されてしまうと、次に順方向の着磁をするために、初回の着磁に比べて強い磁界が 必要となり、正規の着磁工程のときに十分な着磁ができない。また、着磁した磁石に 加工時に発生する鉄粉が付着して取れなくなり、回転電機として組立てた後も鉄粉 が異物として残るため、コイルを傷つけて短絡するなどの不具合を発生させるという 問題点があった。

[0005] 特許文献 1 :特開平 5— 56616号公報（第 2— 3頁、図 1)

特許文献 2 :特開平 9 - 205757号公報 (第 2頁、図 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、例えば永久磁 石材を備えた回転子のように、永久磁石材を有する金属部材と他の金属部材とを溶 接により固着させる場合、永久磁石材への不要な着磁を抑制することができる、永久 磁石材を有する金属部材の溶接装置、及びその溶接方法、並びにその溶接装置で 製造される回転電機を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0007] この発明に係わる永久磁石材を有する金属部材の溶接装置は、永久磁石材を有 する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの両金属部材を抵抗溶接す る溶接装置であって、ワークを保持するワーク保持部と、ワーク保持部にワーク供給 空間を介在させて配置された加圧装置と、加圧装置の可動部側に設けられワークに 当接させる第 1の溶接電極と、ワークに当接させる第 2の溶接電極と、両溶接電極に 溶接電流を供給する溶接トランスとを備え、両溶接電極は、それぞれ一方の金属部 材と他方の金属部材に対してワークの一端部側に配置され、かつ、一方の金属部材 と他方の金属部材とのそれぞれの当接端間には永久磁石材を介さなレ、ように配置し て構成したものである。

[0008] また、この発明の永久磁石材を有する金属部材の溶接方法は、上記のように構成 された溶接装置を用いて、上記両溶接電極から上記ワークに上記溶接電流を供給し て抵抗溶接するものである。

[0009] また、この発明に係わる永久磁石材を有する金属部材の溶接装置は、ワークは回 転電機の回転子であり、その回転子は、それぞれの外周側に形成した複数の爪状磁 極を互いに嚙み合わせて軸方向に対向配置した一対のポールコアと、ポールコアを 貫通するシャフトと、ポールコアの周方向の隣り合う爪状磁極間に配置した複数の永 久磁石材と、ポールコアの内部に装着して一対のポールコアを異なる磁極に励磁す る界磁コイルと、ポールコアの軸方向の端面に設けた板状部材とを備えて構成されて おり、回転子の軸方向の同一端部側に配置した第 1の溶接電極と第 2の溶接電極と 力 上記板状部材側と上記ポールコア側との間に溶接電流を供給するようにしたも のである。

[0010] また、この発明に係わる回転電機は、上記の溶接装置によって製造した回転子を 備えたものである。

[0011] 更に、この発明に係わる永久磁石材を有する金属部材の溶接装置は、永久磁石材 を有する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの両金属部材を抵抗溶 接する溶接装置であって、溶接電流として交流を発生する交流発生装置を備え、交 流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じワークに交流の溶接電流を 供給するものである。

発明の効果

[0012] この発明の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置、又はその溶接方法によれ ば、ワークに当接させる第 1の溶接電極と第 2の溶接電極は、それぞれ一方の金属 部材と他方の金属部材に対してワークの一端部側に配置され、かつ、一方の金属部 材と他方の金属部材とのそれぞれの当接端間には永久磁石材を介さなレ、ように配置 されているので、ワークに流れる溶接電流経路を永久磁石から遠ざけることができ、 溶接電流で発生する磁界による永久磁石材への影響を小さくできるので、溶接終了 後の永久磁石材への着磁量を小さくできる。

[0013] また、この発明の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置によれば、ワークは回 転電機の回転子であり、永久磁石材を有する回転子のポールコアに板状部材を溶 接する場合に、回転子の軸方向の同一端部側に配置した 2個の溶接電極から板状 部材とポールコア側との間に溶接電流を供給して抵抗溶接により固着するようにした ので、溶接電流がポールコアの内部を軸方向に集中して流れるのを避けることができ 、溶接電流により永久磁石が不要に着磁するのを抑制することができる。

[0014] また、この発明の回転電機によれば、上記の溶接装置で製造した回転子を備えた ので、溶接電流による不要な着磁を脱磁する工程を必要とせず、生産性が向上する

[0015] 更にまた、溶接電流として交流を発生する交流発生装置を備え、交流発生装置か ら第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じワークに交流の溶接電流を供給するように したので、溶接電流によって発生する磁界の向きが変わることから、一且着磁された 永久磁石材が脱磁されて溶接終了後の永久磁石材への着磁量を小さくすることがで きる。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 実施の形態 1.

図 1は本発明の実施の形態 1による永久磁石材を有する金属部材の溶接装置の構 成図であり、図 2は図 1のワーク周辺を拡大した部分断面図である。

本実施の形態では、溶接対象物であるワーク、すなわち、永久磁石材を有する一方 の金属部材と他方の金属部材とからなるワークとして、永久磁石材を有する回転電機 の回転子を例に挙げて説明する。永久磁石材を有する一方の金属部材はポールコ ァであり、他方の金属部材は冷却ファンである。

[0017] まず溶接装置 1の構成について説明する。図 1に示すように、ベース 2に後述のヮ ーク 14を保持するワーク保持部 3が設けられており、このワーク保持部 3の上方に、ヮ 一クワーク供給空間を介し、図示しない支持部材に支持された、例えばエアシリンダ 力 なる加圧装置 4が配置されている。この加圧装置 4のうちの上下に可動する可動 部 4aに、例えばウレタンゴムからなる弾性部材 5を介して天板 6が取り付けられ、この 天板 6に第 1の溶接電極ホルダ 7が固定されている。第 1の溶接電極ホルダ 7には複 数個の第 1の溶接電極 8が取り付けられている。また、第 1の溶接電極ホルダ 7の近 傍に、第 2の溶接電極ホルダ 9が配置され、この第 2の溶接電極ホルダ 9に複数個の 第 2の溶接電極 10が取り付けられている。第 2の溶接電極ホルダ 9は、図示しない支 持部材に取り付けられた可動機構 (上記可動部 4aとは別）によって駆動され、第 2の 溶接電極 10をワーク 14の所定の箇所に押圧できるようになつている。

[0018] 第 1の溶接電極 8と第 2の溶接電極 10に電力を供給するための溶接トランス 11を、 ワーク 14に対して両側に 1台ずつ配置している。 2台の溶接トランス 11は同じ仕様の もので、これらは並列に電気接続されている。溶接トランス 11の一方の極は、ジヤン パケーブル 12、天板 6、第 1の溶接電極ホルダ 7を介し第 1の溶接電極 8に電気的に 接続されている。溶接トランス 11の他方の極は、ジヤンパケーブル 12、第 2の溶接電 極ホルダ 9を介して第 2の溶接電極 10に電気的に接続されている。このように、並列 に電気接続した 2台の溶接トランス 11で複数の溶接個所に溶接電流を供給し、複数 の溶接個所を同時に溶接できるように構成されている。

ワーク保持部 3のワーク側には、載置するワーク 14と電気的に絶縁するために、絶 縁部材 13が設けられている。上記 2から 13までと、図示しない制御装置とで溶接装 置 1の主要部を構成する。

[0019] 前述したとおり、ワークは回転電機の回転子の場合を示しており、図 2にそのワーク 周辺部分の詳細を示す。図のように、ワーク 14は、冷却ファン 15、爪状磁極 16aを有 するポールコア 16,爪状磁極 17aを有するポールコア 17、爪状磁極 16a, 17aの間 に固定された永久磁石材 18、ポールコア 16， 17の内部に配置された界磁卷線 19、 及びポールコア 16， 17に圧入したシャフト 20で構成されている。溶接装置 1によって 、冷却ファン 15をポールコア 16の端面に溶接して固定するものである。

[0020] ここで、両溶接電極 8, 10の配置関係について説明する。両溶接電極 8, 10は、そ れぞれポールコア 16 (—方の金属部材）と冷却ファン 15 (他方の金属部材）に対して ワーク 14の一端部側に配置され、かつ、第 1の溶接電極 8を冷却ファン 15に当接さ せ、第 2の溶接電極 10をポールコア 16に当接させたとき、それぞれの当接端間には 永久磁石材 18を介さなレ、ように配置されてレ、る。

[0021] 次に、本実施の形態による溶接装置 1により、冷却ファン 15をポールコア 16に溶接 する場合の溶接方法について説明する。冷却ファン 15をポールコア 16の端面の所 定位置に合わせ、第 2の溶接電極 10をポールコアに当接させる。次に加圧装置 4の エア圧を上げて第 1の溶接電極 8を冷却ファン 15の表面に当接させる。さらに加圧装 置 4のエア圧を増加させ、第 1の溶接電極 8によって冷却ファン 15をポールコア 16端 面に押し付け、溶接トランス 11から溶接電流を供給する。これにより、第 1の溶接電極 8で押し付けられた冷却ファン 15とポールコア 16の接触部に溶接電流が流れて抵抗 発熱し、冷却ファン 15とポールコア 16は溶接される。冷却ファン 15の溶接点には突 起を形成することで、冷却ファン 15とポールコア 16の接触する部分を制限し溶接電 流を集中させて、より小さい溶接電流で安定な溶接品質を得ることができる。この溶 接方法は抵抗溶接のうち一般にプロジェクシヨン溶接と呼ばれている。

[0022] 次に作用について説明する。ワーク 14に装着されている永久磁石材 18は、その製 品が必要とする極性の方向に磁化される必要がある。従って、溶接電流によって本 来の磁化を邪魔するのは好ましくない。例えば、図 2において、第 2の溶接電極 10が 図の位置ではなくポールコア 16, 17を介して反対側、すなわち、ポールコア 17の下 側に当接させた場合は、溶接電流は両ポールコア 16, 17を軸方向に貫通してシャフ ト 20に平行方向に流れる。この電流により、永久磁石材 18は本来必要な方向とは別 の方向に磁化されてしまう。

そこで、本発明の溶接装置 1では、第 1の溶接電極 8と第 2の溶接電極 10とを、上 記で説明したように、ワーク 14の一端部側に配置し、かつ、冷却ファン 15とポールコ ァ 16とのそれぞれの当接端間には永久磁石材 18を介さなレ、ように配置してレ、るので 、溶接電流パスは図 2の矢印の経路に示すようになり、永久磁石材 18から遠ざかり、 溶接電流で発生する磁界による永久磁石材 18への影響がほとんどなぐ溶接終了 後の永久磁石材 18の着磁量が小さくなる。その結果、溶接後の脱磁工程を追加す ることなぐ本来の着磁工程のみで永久磁石材が所望の着磁量に着磁できることから 生産性の向上と製造コストの低減が図れる。

[0023] 図 1，図 2では、第 2の溶接電極 10のポールコア 16との当接位置はポールコア 16 の端面で内周側の冷却ファン 15部分で覆われていない部分としている力 S、ワークの 一端部側で、例えば図 3に示すように、第 2の溶接電極 10の当接位置は、ポールコ ァ 16の外周部の面取り部分でもよぐまた、ポールコア 16の一端部側のシャフト 20の 端面でもよい。なお、ワークの一端部側とは、ワークを一端部と他端部に分けた場合 、その半分側を示す。

[0024] また、本溶接装置 1では、ワーク保持部 3とワーク 14とは絶縁部材 13によって確実 に電気的に絶縁している。この絶縁部材 13は、ワーク 14側からの溶接電流がワーク 保持部 3へ流れるのを阻止するものである。溶接トランス 11が電気的に絶縁されてい ること力ら、永久磁石材 18の近傍を流れる溶接電流は、ワーク 14を貫通してワーク保 持部 3へと流れる分流が発生せず、両溶接電極 8, 10の溶接電流パスを確実に永久 磁石材 18から遠ざけることができる。

なお、図 1 ,図 2では絶縁部材 13をワーク 14とワーク保持部 3の間に設置することで ワーク保持部 3と溶接トランス 11の絶縁を行っている力 ワーク保持部 3そのものを絶 縁体で構成しても良い。

[0025] また、図 1では、溶接トランス 11を 2台とし、ワーク供給空間の両側に 1台ずつ配置 した場合を示した。この溶接トランス 11は 1台で構成することも可能であるが、複数台 、例えば図のように 2台とした場合の作用効果を説明する。溶接電流は、溶接トランス 11に近い溶接個所ほど抵抗が少ないので大きくなる。もし、溶接トランス 11が 1台の 場合には、各溶接個所の間で溶接トランス 11との距離に差が生じ、溶接電流にも差 が生じて各溶接個所の溶接強度にばらつきが発生する場合がある。これに対して、 並列に電気接続した 2台の溶接トランス 11を用いることで、各溶接個所の間で溶接ト ランス 11との距離の差が小さくなり、各溶接個所に流れる溶接電流が均一化される。 また、これら 2台の溶接トランス 11は、ワーク 14に対して 1台ずつ両側に配置されて おり、前面がワーク導入部として大きく開いている。このため、溶接装置 1へのワーク 1 4の着脱機構（図示を省略)が簡単に構成できる。

図 1では溶接トランスの台数が 2台の場合を例示した力 2台に限定するものではな ぐ複数台あれば同様の効果を得ることができる。

[0026] 次に、加圧装置 4の可動部 4aと天板 6との間に取り付けている弾性部材 5の作用に ついて説明する。天板 6には第 1の溶接電極ホルダ 7が固定され、更に複数個の第 1 の溶接電極 8が取り付けられている。溶接開始時に、加圧装置 4 (例えばエアシリンダ )のエア圧の増加に伴いその可動部 4aが降下し、第 1の溶接電極 8は冷却ファン 15 の表面に押し付けられる。このとき、複数の第 1の溶接電極 8の端面と冷却ファン 15 の上面が完全に一致しないと片当たりが発生する。しかし、弾性部材 5が設けられて いるため、天板 6、すなわちそれと連結した複数の第 1の溶接電極 8は冷却ファン 15 の表面に沿うように揺動し、片当たりせずに接触する。これにより、第 1の溶接電極 8と 冷却ファン 15の間の接触面積が十分確保されて異常発熱が抑制される。

なお、弾性部材 5はウレタンゴム以外に、圧縮ばねや板ばね等でも良い。また、第 2 の溶接電極 10側を同様に揺動させて、片当たりを防止するようにしても良い。

[0027] 次に、溶接トランス 11へ溶接電流を供給する電気回路について説明する。図 4は、 電気回路の一例を示す図である。先ず、スィッチ 21を充電回路側に接続しておき、 3 相交流の電源入力を整流回路 22で直流に変換してコンデンサ 23に蓄える。次に、 スィッチ 21を放電回路側に切替えて、コンデンサ 23に蓄積した電力を放電回路に放 出し、スイッチング回路 24を介し溶接トランス 25の 1次側コイルに電流を供給する。 溶接トランス 25で換変された大電流は、整流 ·極性切換回路 26を介して溶接ヘッド 2 7に供給され、ワークが溶接される。溶接ヘッド 27に供給したい電流値や時間等の値 は入力'表示装置 28で設定する。溶接トランス 25の 1次コイルに実際に流れている 電流は、常に電流センサ 29と電流測定回路 30でモニタし、設定値から要求される値 とモニタ値のずれを零に近づけるよう、スイッチング回路 24のドライブ回路 30を制御 回路 31によって制御するように構成されてレ、る。 なお、溶接トランス 25は、図 1の溶接トランス 11に対応するものである。

[0028] 制御方法の詳細を図に基づいて説明する。図 5は、溶接トランス 25の 1次側のスィ ツチング回路 24による電圧波形を示す。このスイッチング回路 24によって直流電圧 がピーク電圧 V、周波数 Tの交流電圧に変換される。この交流電圧のパルス幅 t t ·

1, 2

• ·はドライブ回路 31によって制御される。このパルス幅を変化させることによって交流 電圧の実効値を制御し、所望の電流値に合せ込む。その制御のイメージを図 6に示 す。

[0029] 所望の電流値 Iを入力'表示装置 28から制御回路 32ヘインプットすると、制御回路 32では、設定した電流値 Iに対して各パルス毎の電流設定値 I

01一 I として認識する OX

と同時に、交流電圧の実効値 V — V が設定される。

01 OX

通電開始の信号を出すと、最初の 1パルス目では V と同じ電圧実効値 V に対応

01 al したパルス幅だけドライブ回路 31によってスイッチング回路 24がオンする。その時に 流れた電流を電流センサ 29で測定し、電流測定回路 30から制御回路 32に伝達す る。制御回路 32では、その電流測定値 I と電流設定値 I を比較し、その差を次のパ

al 01

ルスの電圧補正値 Δνに換算する。さらに、次のパルスで印加する電圧値 V を V

2 a2 02

- Δ νに決め、それに対応したノ ルス幅だけドライブ回路 31でスイッチング回路 24

2

をオンにする。その時に流れた電流測定値から電圧値を補正してドライブ回路 31で スイッチング回路 24をオンにすることを繰り返すことによって、実際に流れる電流を所 望の電流値に近づける。

[0030] この電気回路によって溶接電流値、保持時間、極性を自由に設定できることから、 溶接電流を交流の溶接電流波形とし、大きさを変えたり、ピーク電流を一定時間保持 したりすることが可能となり、溶接終了後の永久磁石材の着磁量を極めて小さい値に 抑えることができる。

[0031] また、このような電流回路を用いて、例えば、ワークとして車両用交流発電機の回転 子に冷却ファンを溶接する場合、従来の交流電源では電源電圧 400Vで電気容量 2 OOkVAクラスが必要であり、受電容量の小さい場所には設置しづらいという制約が あった。これに対し、上記のように溶接電流を流すための電力を充電するコンデンサ を具備することで、電源電圧 200Vで電気容量 20kVA程度の電源でも対応可能とな つた。

[0032] なお、本実施の形態では、プロジヱクシヨン溶接として説明した力 スポット溶接や 抵抗ろう付等他の抵抗溶接にも適用して、同様の効果を得ることができる。また、ヮー クは回転電機の回転子以外でも、永久磁石材を有する金属部材に他の金属部材を 抵抗溶接するようなワークであれば適用可能である。

[0033] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、ワークを保持するワーク保持部と、ヮ ーク保持部にワーク供給空間を介在させて配置された加圧装置と、加圧装置の可動 部側に設けられてワークに当接させる第 1の溶接電極と、ワークに当接させる第 2の 溶接電極と、両溶接電極に溶接電流を供給する溶接トランスとを備え、両溶接電極 は、それぞれ一方の金属部材と他方の金属部材に対してワークの一端部側に配置さ れ、かつ、一方の金属部材と他方の金属部材とのそれぞれの当接端間には永久磁 石材を介さなレ、ように配置したので、永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の 金属部材からなるワークを溶接するに際し、溶接電流により永久磁石材が着磁される のを抑制でき、溶接後の脱磁工程を追加することなぐ本来の着磁工程のみで永久 磁石材が所望の着磁量に着磁できる溶接装置、及び溶接方法を提供することができ る。

[0034] また、ワーク保持部とワークとは絶縁部材により電気的に絶縁されているので、溶接 電流は、ワークを貫通してワーク保持部へと流れる分流が発生せず、両溶接電極の 溶接電流パスを確実に永久磁石材から遠ざけることができ、溶接終了後におけるヮ ークの永久磁石材の着磁量が小さくなる。

[0035] また、溶接トランスは複数台を並列に電気接続し、各溶接トランスに接続した両溶 接電極により複数の溶接部を同時に溶接するようにしたので、複数の溶接トランスに よって複数の溶接部に流れる電流が均一化される。その結果、各溶接個所の溶接強 度のばらつきが小さくなり、溶接品質が向上して、製品の信頼性が向上する。

[0036] また、両溶接電極の少なくともいずれか一方を、ワークとの接触によって揺動させる ようにしたので、溶接電極のワークへの片当たりが防止でき、溶接電極とワークとの間 での異常発熱が抑制されて溶接電極端面やワーク表面の損傷を抑制できる。また、 加圧力が均一化されることから、各溶接個所での溶接強度のばらつきが小さぐ高品 質の溶接部が得られる。また、電極端面の損傷が起こりに《なり、電極寿命が長くな つて生産性が向上する。また、特にワークが亜鉛メツキ鋼板の場合、表面損傷による 耐食性が低下するのを防止でき、製品の信頼性が向上する。

[0037] また、溶接電流の電流値とその持続時間および極性を任意に設定できる電気回路 を備えたので、溶接部の形状や表面状態に応じ、溶接終了後の永久磁石材の着磁 量が小さくなる溶接電流波形を設定できる。

[0038] また、電気回路は、電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサからの放電電流を交流 に変換して溶接トランスに供給するスイッチング回路と、スイッチング回路を制御する 制御回路と、所定の電流波形を得るための設定値を制御回路に設定する入力部と、 スイッチング回路からの出力電流をモニタする電流センサとを備えて構成し、出力電 流と設定値を比較しながら溶接電流を制御するようにしたのでたので、所望の電流波 形をもつ溶接電流を容易に得ることができる。

[0039] 更にまた、ワークを回転電機の回転子とし、ポールコアに冷却ファンを溶接する場 合は、溶接終了後の永久磁石材の着磁量が小さくなることから、溶接後の脱磁工程 を追加することなく正規の着磁工程のみで永久磁石材を所望の着磁量に着磁できる ので、回転電機の品質と生産性が向上し、また製造コストを低減できる。特に、高い 信頼性が要求される車両に搭載されるような回転電機の場合は、信頼性が向上する ことにより、商品価値の向上に貢献できる。

[0040] 実施の形態 2.

実施の形態 2に示す溶接装置は、対象ワークを、永久磁石材を有する回転電機の 回転子に限定したものである。すなわち、永久磁石材を有する一方の金属部材が回 転子のポールコアであり、他方の金属部材が板状部材 (例えば、冷却ファン）の場合 である。図 7は、実施の形態 2による溶接装置の対象ワークである回転電機の回転子 を示す斜視図であり、図 8はその回転子を組み込んだ回転電機の上半分を示す断 面図である。また、図 9は図 7の側面断面図である。

なお、溶接装置本体の構成については、実施の形態 1で説明したものと同等なの で、説明は省略する。以下の本実施の形態で説明する溶接電極 109， 110は、実施 の形態 1で説明した溶接電極 8 , 10に対応するものである。 [0041] 先ず回転子の全体構造を図 7及び図 9に基づいて説明する。ランデル型のポール コア 101および 102は、通常鉄製であり、軸心にシャフト 103の貫通穴を有する円筒 状の基部 101aおよび 102aと、基部 101a， 102aの外周側に周方向に所定のピッチ で略台形状に突出する複数の爪状磁極 101b, 102bとから成っている。この一対の ポールコア 101， 102を、爪状磁極 101b, 102bを互い嚙み合うように組み合わせて 軸方向に対向配置し、それらの貫通穴にシャフト 103を圧入して固定し、シャフト 103 と一体に回転するように構成している。従って、外部から見れば、爪状磁極 101b， 1 02bが周方向に交互に並ぶように組み合されて配置されている。各爪状磁極 101b, 102bの間隙には爪状磁極 10 lb, 102b間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁した 永久磁石材 104が装着されている。また、ポーノレコア 101 , 102の内部には、両ポー ルコア 101 , 102を異なる磁極に励磁するための界磁コイル 105が装着されている。 更に、シャフト 103の一端にはスリップリング 106が設けられ界磁コイル 105と電気的 に接続されており、このスリップリング 106 (および図示しないブラシ）を介して外部か ら電流が供給されるようになっている。ポールコア 101 , 102の軸方向両端の略平坦 部には、板状部材が溶接により固着されている。図では、板状部材として冷却ファン 107を設けた場合を示している。冷却ファン 107の詳細は後述する力 ポールコア 10 1または 102への溶接面となる平坦部 107aと周囲に切り起こしによって形成したブレ ード 107bと力 成っている。上記の 101— 107で回転子 108を構成する。

[0042] 図 8は、この回転子 108を備えた回転電機の一例を示す断面図である。回転子 10 8の外周に、ポールコアの爪状磁極 101b, 102bと僅かな間隙を介して固定子 121 が配置され、それらを収納すると共にシャフト 103を支承するブラケット 122が全体を 取り囲むように配設されている。さらに、シャフト 103にはプーリ 123が設けられ、ベル トにより回転駆動できるように構成されてレ、る。

[0043] 次に、回転子 108の軸方向端面に冷却ファン 107を溶接する場合の溶接方法につ いて説明する。図 9に示すように、まず片側（図の上部側）の冷却ファン 107をポール コア 101の軸方向端面の所定の位置に当接させ、溶接装置（図示せず）の第 1の溶 接電極 109，第 2の溶接電極 1 10のうち、第 1の溶接電極 109を冷却ファン 107の所 定の溶接位置 (溶接点 111)に電気的に接触させ、第 2の溶接電極 1 10を電極 109 と同一端部側のポールコアの軸方向端面の所定の溶接位置へ電気的に接触させる 。両溶接電極 109， 110をセット後、溶接装置から両溶接電極 109， 110を介してパ ルス大電流を流し、抵抗溶接により溶接を行う。次に、反対側（図の下部側）の冷却フ アン 107も同様に、同一端部側から、両溶接電極 109， 110を冷去 Pファン 107とポー ルコア 102へ電気的に接触させて抵抗溶接する。

なお、回転子の発熱が小さい場合は、冷却ファンは片側だけとしてもよい。

[0044] 溶接過程において、溶接電流は図 9の矢印に示すような経路を通って流れる（但し 、電流方向は交流の場合は交互となる）。両溶接電極 109, 1 10を図のように回転子 108の軸方向の同一端部側に配置したために、大電流である溶接電流が、ポールコ ァ 101 , 102内を軸方向に貫通して軸近傍を反対側の端面に向けて流れることが無 レ、ため、溶接電流により永久磁石材 104が着磁されるのを抑制することができる。

[0045] なお、図 9では冷却ファン 107の 1箇所を溶接する状態を示しているが、作業効率 を上げるために複数箇所を同時に溶接する場合は、両溶接電極 109， 110をそれぞ れ複数個用意し、所定の溶接箇所に一度に電極を接触させて溶接すればよい。

[0046] また、両溶接電極 109, 110が回転子 108の軸方向の同一端部側に配置されてい れば、溶接電極 110の位置は図 9の位置以外にも、例えば、ポールコア 101または 1 02の外周肩部（大きく 45度に面取りした部分)や、後述のように冷却ファン 107のブ レード 107b間のポールコア 101または 102が露出している部分でもよい。

[0047] 永久磁石材 104への影響をできるだけ抑制し着磁量を小さくするには、ポールコア 101または 102を流れる溶接電流力 溶接点 111を基点に永久磁石材 104から遠ざ 力る方向に流れるように溶接電極 110を配置し、更に両溶接電極 109， 110が近接 している方力 ポールコア 101または 102内の溶接電流経路が短くなるので望ましい 。そこで、以下にこのための工夫をした冷却ファン 107の形状について説明する。

[0048] 図 10および図 11は、冷却ファン 107の形状の一例を示す図である。図のように、冷 却ファン 107は薄板鋼飯等からなり外形が略円形で、放射方向に不等角度間隔に 配置された曲面状（平面状でもよい）のブレード 107bが平坦部 107aより切り起こされ て形成され、平坦部 107aからブレード 107bにかけて補強のために補強リブ 107cが 設けられている。不等角度間隔にしているのは、冷却風の騒音次数成分スぺクトノレ の分散を図り、騒音の低減を図るためである。また、冷却ファン 107の溶接点 111に は、溶接部をポールコア 101または 102の端面に点接触させるために、予め例えば 直径 2— 3mm程度のエンボス加工を施してある。

[0049] 溶接の際にポールコア側の第 2の溶接電極 110を冷却ファン側の第 1の溶接電極 109の位置である溶接点 111の近傍に配置できるように、冷却ファン 107の平坦部 1 07aの一部に切り欠き部 107dを設けているのがこの冷却ファンの特長である。図 10 は冷却ファン 107の平坦部 107aの内周側に、溶接点 111と対応させて欠き部 107d を設けたものであり、図 11は冷却ファン 107の外周側のブレード 107b間の平坦部 1 07aにも切り欠き部 107dを設けたものである。図中で溶接点 111の周囲に点線で示 すのが冷却ファン側の電極位置 112、網掛けで示すのがポールコア側の電極位置 1 13である。なお、切り欠部の代わりに貫通穴としてもよい。

[0050] 冷却ファン側の第 1の溶接電極 109の数とポールコア側の第 2の溶接電極 110の 数は必ずしも同数である必要はない。例えば図 11のように、冷却ファン側の二つの 電極位置（ァ）に対しポールコア側は 1つの電極位置（ィ）で対応させても良レ、。対応 させる溶接電極の接触面積をほぼ等しくするのが望ましい。

[0051] なお、全溶接点を一度に溶接するような場合は、ポールコア側の溶接電極は図 10 や図 11のように溶接点 111に個々に対応させるのではなぐ例えば、ポールコア側 の溶接電極を冷却ファン 107の内径より小さい外形の円筒状電極とすれば、 1個の 溶接電極で接触面積を大きく取ることができる。この溶接電極を、シャフト 103と同軸 上にシャフト 103を包み込むように配置してポールコアの端面に当接させればよい。

[0052] 以上までは、板状部材が冷却ファンの場合について説明した力 冷却ファン以外に 例えば次のような板状部材がある。図 12は板状部材として異物侵入防止板を取り付 ける場合の溶接方法を説明する図であり、 （a)は平面図、（b)は一部省略した側面断 面図を示す。符号 101， 103— 105, 109— 111は図 9と同等なので説明は省略す る。また溶接方法も図 9で説明したものと同等である。

異物侵入防止板 114は、ポールコアの爪状磁極の間の開口部から回転子の内部 に異物が侵入しないために設けるものであり、外径がほぼポールコアの外径と等しい 薄板鋼鈑で構成している。回転子は運転時に発熱を伴うので、図のように回転子内 部に冷却媒体を導入するための通風孔 114aを設けている。従って、通風孔 114aの 穴径よりも大きな異物の侵入を防止することができる。発熱が小さく通風孔 114aによ る冷却媒体の導入の必要性がない場合は通風孔 114aを設けなくてもよい。

[0053] 図 13は更に他の板状部材の例で、板状部材として磁石脱落防止板を取り付ける場 合の溶接方法を説明する図であり、（a)は平面図、（b)は一部省略した側面断面図 を示す。磁石脱落防止板 115以外は図 12と同等なので、同等部分の説明は省略す る。永久磁石材 104は先に図 7で説明したように、ポールコア 101の周方向に所定の ピッチで略台形状に突出するように形成された爪状磁極の間に装着されているので 、シャフト 103の回転軸とは軸方向にある角度を持って配設されている。このため、回 転子が回転した場合に永久磁石材 104には軸方向に飛び出そうとする力が働く。磁 石脱落防止板 115はこれを防止するためのものである。外径がほぼポールコア 101 の外径と等しい薄板鋼鈑から成り、外周の先端部 115aを内側に折り曲げて、この部 分で永久磁石材 104が軸方向に飛び出すのを係止している。

[0054] なお、前述の冷却ファン 107の場合と同様に、異物侵入防止板 114または磁石脱 落防止板 115に、切り欠き部または貫通穴を設けてもよい。

また、冷却ファンと異物侵入防止板、または冷却ファンと磁石脱落防止板のように、 2枚以上の板状部材を重ねて使用する場合も、本実施の形態の発明を適用して同 様の溶接方法で溶接することができる。

[0055] 溶接電極の配置として、以上までの説明では第 2の溶接電極はポールコアに当接 させたものについて述べたが、図 14に別の例を示す。図 14の 101— 111は図 9と同 等なので符号と動作の説明は省略する。図のように、 2個の溶接電極のうちの第 1の 溶接電極 109を冷却ファン 107に、第 2の溶接電極 110を回転子 108の軸方向の同 一端部側のシャフト 103に押圧し電気的に接触させている。溶接電流は図の矢印の ように流れる。この電流経路は永久磁石材 104から遠く離れており、また永久磁石材 104の長手方向に並行して流れることはなレ、。なお、冷却ファン 107に替えて、他の 板状部材とした場合も同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。

[0056] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、板状部材の取り付けは、永久磁石 材をポールコアに装着後に、板状部材をポールコアの軸方向端面に当接させ、回転 子の軸方向の同一端部側に配置した 2個の電極から板状部材とポールコアとの間に 溶接電流を供給して抵抗溶接により固着するようにしたので、溶接電流が回転子の 軸方向に集中して流れるのを避けることができ、溶接電流により永久磁石材が不要 に着磁するのを抑制することができる。従って、本来の着磁工程で永久磁石材に十 分な着磁が可能となる。また、板状部材の溶接後、本来の着磁工程に至るまでの製 造工程で、永久磁石材に鉄粉が付着するのを抑制でき、生産性が向上する。

また、この溶接装置によって製造した回転子を備えた回転電機によれば、溶接電 流による不要な着磁を脱磁する工程を必要とせず、生産性が向上する。

[0057] また、ポールコア側の電極の取付用の切り欠き部、または貫通穴を板状部材に設 けたので、溶接時の電極配置に制約を受けずに 2個の電極を近接させて配置できる ため、ポールコアに流れる溶接電流の経路が短くなり、永久磁石材が溶接電流によ つて着磁されるのを最小限に留めることができる。

[0058] 更にまた、 2個の溶接電極のうちの第 1の溶接電極を板状部材に、第 2の溶接電極 をシャフトに電気的に接触させて抵抗溶接を行うようにしたので、溶接電流が永久磁 石材の長手方向と並行して流れることはなぐ溶接電流により永久磁石材が不要に 着磁するのを防止することができる。また、 2個の電極の内の 1個の位置をシャフトに 固定したことにより電極の配置が簡単となり、溶接の作業時間の短縮を図ることがで きる。

[0059] なお、回転子として、ランデル型のポールコアについて説明した力 それ以外の回 転子でも、外周に永久磁石材を備え、冷却ファン等の板状部材を回転子の軸方向端 面に溶接により固着する構成の回転子であれば、同様の効果が得られることは言うま でもない。

[0060] 実施の形態 3.

次に、本発明の実施の形態 3による永久磁石材を有する金属部材の溶接装置を図 によって説明する。これまでと同様に、永久磁石材を有する一方の金属部材と他方 の金属部材とからなるワークを対象とする。そして、この溶接装置は、溶接電流として 交流を発生する交流発生装置を備え、交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶 接電極を通じワークに交流の溶接電流を供給して抵抗溶接するものであり、その溶 接電流波形に特徴を有するものである。溶接装置の構成としては、例えば、実施の 形態 1で説明した図 1のような装置でもよぐ交流発生装置としては、例えば、同じく実 施の形態 1で説明した図 4のような電気回路が利用できる。

[0061] 交流発生装置で生成される溶接電流は、交流であり、以下に、具体的な電流波形 について説明する。

図 15は、永久磁石材を有する金属部材を溶接する場合の溶接電流波形の一例を 示す図である。図のように、振幅が時間の経過に伴って減衰していく電流波形であり 、同じ振幅で 1. 5サイクル通電した後、時間の経過に伴って一定の割合で振幅が減 衰していくものである。また、通電開始直後の半サイクルの極性はプラスであるのに 対し、通電終了直前の半サイクルの極性はマイナスとしている。 （通電開始直後の半 サイクルの極性と、通電終了直前の半サイクルの極性とが異なっていることが重要で あり、通電開始直後をマイナスから始めても良い。 )

[0062] 次に、この溶接電流の作用について説明する。もし、直流の溶接電流波形で永久 磁石材を有する金属部材を溶接すると、溶接電流が永久磁石材の近傍に流れた場 合、溶接電流で発生する磁界によって永久磁石材が着磁される。このとき、本来永久 磁石材が必要とする着磁方向と逆方向に大きく着磁されると、その後の正規の着磁 工程では十分な着磁量が得られず、製品の性能が低下する。このため、溶接後に脱 磁工程を追加しなければならず、生産性の低下と製造コストの増加が発生する。

[0063] これに対し、図 15の溶接電流波形では、通電開始直後の半サイクルで発生する磁 界によって着磁された永久磁石材は、次の極性が反転した半サイクルによって発生 する逆方向の磁界で脱磁されて着磁量は小さくなる。しかし、さらにその次の半サイ クルは極性が反転するので、その電流によって発生する磁界の方向は反転し、小さく なった永久磁石材の着磁量は再び大きくなる。さらに、次の半サイクルでは極性が反 転して逆方向の磁界が発生するため、永久磁石材は脱磁されて着磁量は小さくなる 。この永久磁石材の着磁量増減サイクルは、通電が停止されるまで縁り返されるが、 半サイクル毎に振幅を徐々に小さくしてレ、くと、通電開始直後から 1サイクル毎の永 久磁石材の着磁量は徐々に小さくなつていき、その結果、溶接終了後の永久磁石材 の着磁量は小さくなる。 この溶接電流波形では、振幅減衰時の通電サイクルが長いほど、また、通電終了 直前の振幅が小さいほど、溶接終了後の永久磁石材の着磁量は小さくなる。

[0064] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、溶接電流を交流としたので、溶接電 流によって発生する磁界の向きが変わることから、対称ワークの永久磁石材が、ー且 着磁されても脱磁されるので、溶接終了後の永久磁石材への不要な着磁量を小さく できる。

また、通電開始直後の半サイクルの極性と通電終了直前の半サイクルの極性とを 異なる電流波形としたので、通電開始直後の着磁方向と通電終了直前の着磁方向 が反対で打ち消しあうことから、極性が同じ場合と比較して溶接終了後の永久磁石材 の着磁量は小さくなる。

[0065] また、溶接電流を交流とし、時間の経過に伴って振幅が減衰していく電流波形とし たので、永久磁石材を有する金属部材を溶接した場合、溶接終了後の溶接電流に よる永久磁石材の着磁量が小さくなり、溶接後の脱磁工程を追加することなぐ永久 磁石材に必要な強さと方向に着磁する正規の着磁工程のみで永久磁石材が所望の 着磁量に達して製品性能を確保できるため、生産性の向上と製造コストの低減が図 れる。

[0066] なお、図 15では、同じ振幅で 1. 5サイクル通電した後に振幅を減衰させているが、 同じ振幅の半サイクルの数は奇数個であるのが望ましぐ従って、 0. 5サイクルや 2. 5サイクルとしても良い。

また、各サイクルでの振幅の減衰量を一定量としている力 これに限定するもので はなぐ各サイクルでの振幅の減衰量を変化させる場合や、減衰の途中過程におい て振幅を一定に保つ場合においても同様の効果が得られる。

[0067] 実施の形態 4.

図 16は、実施の形態 4による永久磁石材を有する金属部材の溶接装置の、電流波 形の一例を示す図である。溶接装置そのものは、実施の形態 3と同様に、溶接電流と して交流を発生する交流発生装置を備え、交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2 の溶接電極を通じワークに交流の溶接電流を供給して抵抗溶接するものであ。実施 の形態 3と異なるのは交流の溶接電流波形の部分なので、相違点を中心に説明する [0068] 図のように、溶接電流は交流であり、振幅が時間の経過に伴って上昇していく電流 波形である。通電開始直後の半サイクルの極性はマイナスであり、その後、極性を反 転しながら徐々に振幅が大きくなつていく。振幅が最大となる半サイクルの数は、図 1 4では 3つの場合を示している力 3つに限定するものではなぐ奇数個とする。また、 振幅が最大となる最初の半サイクルの極性は通電開始直後の半サイクルとは逆極性 とする。図の場合は通電開始直後がマイナスなので振幅が最大となる最初の半サイ クルの極性はプラスとしている。さらに、通電終了直前の半サイクルの極性は、通電 開始直後の半サイクルとは異ならせている。

[0069] 従来の直流の溶接電流波形によって永久磁石材を有する金属部材を溶接する場 合の問題点は、実施の形態 3に記載した通りである。これに対し、本実施の形態によ る溶接電流波形では、通電開始直後の半サイクルで発生した磁界によって着磁され た永久磁石材は、次の、より振幅の大きい半サイクルで発生する逆方向の、より強い 磁界によって脱磁される。しかし、さらにその次の半サイクルは極性が反転するので、 その電流によって発生する磁界の方向は反転し、小さくなつた永久磁石材の着磁量 は再び大きくなる。この永久磁石材の着磁量増減サイクルは、振幅の増大が終わる まで繰り返されるが、着磁された永久磁石材を効果的に脱磁するには、着磁時と逆 方向でより強い磁界が必要であり、振幅の増大によってより強い磁界を発生させるこ とで通電終了後の永久磁石材の着磁量は小さくなる。

[0070] 本発明の溶接電流波形では、通電開始直後の半サイクルの極性と振幅が最大とな る半サイクルの極性が異なる場合、逆方向の磁界で永久磁石材が脱磁されるサイク ルで振幅の増大が終了することから、それらの極性が同じ場合と比較して溶接終了 後の永久磁石材の着磁量は小さくなる。さらに、その振幅が最大となる半サイクルの 数が奇数の場合、逆方向の磁界で脱磁するサイクルで振幅の増大が終了した後に、 振幅が最大となるプラスの半サイクルの数とマイナスの半サイクルの数が等しいので 、逆方向の磁界で永久磁石材が脱磁されるサイクルで通電が終了することから、振 幅が最大となる半サイクルの数が偶数の場合と比較して溶接終了後の永久磁石材の 着磁量は小さくなる。 [0071] また、通電開始直後の半サイクルの極性と通電終了直前の半サイクルの極性とが 異なる場合、逆方向の磁界で永久磁石材が脱磁されるサイクルで通電が終了するこ とから、それらの極性が同じ場合と比較して溶接終了後の永久磁石材の着磁量は小 さくなる。

[0072] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、溶接電流を交流とし、時間の経過に 伴って振幅が上昇してレ、く電流波形としたので、この電流波形で永久磁石材を有す る金属部材を溶接した場合、溶接終了後の溶接電流による永久磁石材の着磁量が 小さくなり、溶接後の脱磁工程を追加することなぐ正規の着磁工程のみで永久磁石 材が所望の着磁量に達して製品性能を確保できることから、生産性の向上と製造コ ストの低減が図れる。

[0073] また、通電開始直後の半サイクルの極性と振幅が最大となる半サイクルの極性とを 異ならせているので、逆方向の磁界で永久磁石材が脱磁されるサイクルで振幅の増 大が終了するため、溶接電流による永久磁石材の着磁量を更に少なくできる。

[0074] 更にまた、振幅が最大となる半サイクルの波数を奇数としているので、通電開始直 後の半サイクルによる着磁力 S、磁界の強さが最大となる最初の半サイクルで打ち消さ れた後、その後に発生する最大磁界は向きが異なる半サイクルの数が同数で打ち消 し合うので、偶数の場合に比べ、溶接終了後の永久磁石の着磁量が小さくなる。

[0075] なお、各サイクルで振幅を一定の割合で増大させる力、割合を変化させながら増大 させるかは、いずれでもよぐ増大の途中過程において、振幅を一定に保つ場合に おいても同様の効果が得られる。更に、本実施の形態の溶接電流波形は、通電開始 直後の極性がマイナスである力 プラスの場合でも同様の効果が得られる。

[0076] 実施の形態 5.

図 17は本発明の実施の形態 5による溶接装置の、電流波形の一例を示す図である 。溶接装置そのものは、実施の形態 3と同様に、溶接電流として交流を発生する交流 発生装置を備え、交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じワーク に交流の溶接電流を供給して抵抗溶接するものであ。実施の形態 3と異なるのは交 流の溶接電流波形の部分なので、相違点を中心に説明する。

[0077] 図に示すように、溶接電流波形は交流であり、時間の経過に伴って上昇し、通電開 始直後から数えて第 2番目の半サイクルの振幅が最大となる。通電サイクルは 1サイ クルであり、通電開始直後の半サイクルの極性はマイナス、次の半サイクルの極性は プラスである。更に、通電開始直後の半サイクルの振幅 Iは次の半サイクルの振幅 I

1 2 の 1/3— 2/3の範囲とする。

[0078] 従来の直流の溶接電流波形によって永久磁石材を有する金属部材を溶接する場 合の問題点は、実施の形態 3に記載した通りである。これに対し、本実施の形態の溶 接電流波形では、通電開始直後の半サイクルで発生した磁界によって着磁された永 久磁石材は、次の、より振幅の大きい半サイクルで発生する逆方向のより強い磁界に よって脱磁される。この溶接電流波形では、最小限の時間しか溶接電流を流さない ので振幅増大時の通電サイクルが長い場合と比較して溶接終了後の永久磁石材の 着磁量は小さくなる。

[0079] ここで、通電開始直後の半サイクルの振幅と次の半サイクルの振幅の割合を、上記 のようにした理由について説明する。

図 18は、溶接電流の振幅比と着磁率の関係の一例を示す図である。図 17のような 溶接電流波形において、通電開始直後の半サイクルの振幅 Iと次の半サイクルの振

1

幅 Iの比に対する着磁率（フル着磁量に対する溶接終了後の着磁量の割合）の関係

2

を示したものである。図から分かるように、着磁率は振幅比が 1/2付近で極小値を示 し、 1Z3— 2Z3では約 2%と非常に小さな値となる。このことから、通電開始直後の 半サイクルの振幅を、通電開始直後から数えて第 2番目の半サイクルの振幅の 1Z3 一 2Z3の範囲とすれば、非常に効果が大きいことが分かる。

[0080] 図 19は、図 17の溶接電流波形の変形例である。但し、溶接電流の基本波形として は、時間の経過に伴って上昇する電流波形と、時間の経過に従って減衰する電流波 形を組み合わせたものである。すなわち、交流であって振幅が時間の経過に伴って ー且上昇した後に減衰していく電流波形である。

時間の経過に従って上昇する部分の電流波形を、図 17のような波形とし、その後、 振幅が徐々に減衰していく波形とすれば、上昇過程の部分では上記のような効果を 得られ、更に、僅かに着磁した永久磁石材は、溶接電流の低下に伴って着磁量が徐 々に低下することから、減衰波形を追加していない場合と比較して溶接終了後の永 久磁石材の着磁量は小さくなる。

[0081] なお、図 19では振幅が上昇した後、直ちに減衰しているが、振幅が最大となる半サ イタルが複数 (奇数個が良い）となる場合でも同様の効果が得られるので、図に限定 するものではない。

また、図 17，図 19共、通電開始直後の極性がマイナスであるが、プラスから始めて も同様の効果が得られる。

[0082] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、溶接電流の通電開始直後から数え て第 2番目の半サイクルの振幅が最大となる電流波形で溶接するようにしたので、溶 接電流を流す時間を必要最小限として、効率よぐ溶接終了後の永久磁石材の着磁 量を減らすことができる。

[0083] また、通電開始直後の半サイクルの振幅が、通電開始直後から数えて第 2番目の 半サイクルの振幅の 1/3— 2/3の範囲となるようにしたので、通電開始直後の半サ イタルによって永久磁石材が着磁されたのを、その次の半サイクルによって効率よく 脱磁でき、溶接終了後の永久磁石材の着磁量を効率よく小さくできる。従って、溶接 後の脱磁工程を追加することなぐ正規の着磁工程のみで永久磁石材を所望の着磁 量にでき、製品性能を確保できるので、生産性の向上と製造コストの低減が図れる。

[0084] 更にまた、溶接電流波形を、振幅が時間の経過に伴って一旦上昇した後に減衰し てレ、くようにしたものでは、減衰波形を追加してレ、なレ、場合と比較して溶接終了後の 永久磁石材の着磁量は小さくなる。

[0085] 実施の形態 6.

図 20は本発明の実施の形態 6による溶接装置の、電流波形の一例を示す図である 。溶接装置そのものは、実施の形態 3と同様に、溶接電流として交流を発生する交流 発生装置を備え、交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じワーク に交流の溶接電流を供給して抵抗溶接するものであ。実施の形態 3と異なるのは交 流の溶接電流波形の部分なので、相違点を中心に説明する。

[0086] 図に示すように、溶接電流波形は交流であり、溶接電流のピーク電流値が、所定の 時間持続する電流波形とし、通電開始直後の半サイクルの極性と通電終了直前の半 サイクルの極性を異なる波形としている。図では、すべてのサイクルにおいてピーク 電流を所定の時間持続する波形を示しているが、少なくとも溶接電流の振幅が最大 となる半サイクルのピーク電流値を所定の時間だけ持続させればよレ、。また、図では 振幅が一旦上昇した後減衰する電流波形を示しているが、電流波形は、上昇だけの 場合や減衰だけの場合でもよい。更に、これまでの実施の形態と同様に、通電開始 直後の極性はマイナスの場合でもプラスの場合でも良い。

[0087] 次に、作用について説明する。これまでの実施の形態で説明したような溶接電流波 形では、ピーク電流が保持されないため、大きな抵抗発熱を得るにはピーク電流値を 高くするしか有効な手段はない。しかし、プロジェクシヨン溶接では高い溶接強度を 得るためにピーク電流値を高くすると、ワークの一方の部材の溶接部に設けた突起 力 急峻な発熱で溶融'飛散し、かえって溶接強度が低くなつてしまう場合がある。特 に、交流の溶接電流波形では、発熱 ·冷却の繰り返しのために突起が膨張 ·収縮を 繰り返して飛散しやすい傾向にある。これに対して、本実施の形態の溶接電流波形 では、ピーク電流が所定の時間保持されて、大きい発熱量を長時間維持できることか ら、ピーク電流を保持しない場合よりも低いピーク電流で高い溶接強度を得ることが できる。

[0088] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、少なくとも溶接電流の振幅が最大と なる半サイクルのピーク電流値が、所定の時間持続する電流波形としたので、大きい 発熱量を長時間維持できるため、低いピーク電流で高い溶接強度を得られ、また、ピ ーク電流が低くなると緩やかな発熱となり、突起が飛散しにくくなるため、安定した溶 接強度が得られる。更に、永久磁石材の着磁量はピーク電流によって決まることから 、溶接終了後の永久磁石材の着磁量が小さくなる。

[0089] 実施の形態 7.

次に、実施の形態 7による永久磁石材を有する金属部材の溶接装置について説明 する。溶接装置そのものは、実施の形態 3と同様に、溶接電流として交流を発生する 交流発生装置を備え、交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じヮ ークに交流の溶接電流を供給して抵抗溶接するものである。本実施の形態の発明は 、ワークの溶接部の形状に特徴を有するものである。

[0090] 図 21は、ワークの溶接部のプロジェクシヨンの断面図である。ワークとして回転子を 例に説明すると、図に示すように、プロジェクシヨンは冷却ファン 41の溶接部に半球 状の突起部 41aとその突起部の周囲を囲む溝 41bを形成している。この突起部 41a をポールコア 42の溶接面に当接させて通電するとこにより溶接するものである。 例えば、回転電機の回転子のポールコア 42に冷却ファン 41を溶接する場合、回転 時の遠心力に耐え得るように、冷却ファン 41に複数のブロジェクシヨンを形成して複 数個所を溶接するが、複数箇所を同時に溶接する場合、溶接トランスとの距離関係、 プロジェクシヨン形状のばらつき、溶接電極の加圧力のばらつき等で、一部の溶接個 所で適切な溶接条件から外れてしまう場合が起こる。適切な溶接条件から外れると、 例えば突起部 41aが過度の膨張により飛散し溶接部が所定の温度に達せず、十分 な溶接強度が得られないような不具合が生じる。特に、交流の溶接電流波形では発 熱 ·冷却の繰り返しのために突起部が膨張 ·収縮を繰り返して飛散しやすレ、。

[0091] これに対し、突起部 41aの周囲に溝部 41bを形成した場合、複数の溶接個所の一 部が適切な溶接条件から外れた場合でも、飛散しかけた突起部 41aがその周囲に形 成した溝部 41bに入り込んで溶接部近傍にとどまり、冷却ファン 41およびポールコア 42が十分昇温して溶接が達成され、複数の溶接個所全てで十分に高レ、溶接強度が 得られる。

[0092] なお、本実施の形態では突起部の形状が半球状としたが、円錐台形状や断面 V字 形状でも同様の効果が得られる。また、溝部の断面形状も本実施の形態に限定する ものではなぐ飛散しかけた突起部が入り込めるような断面形状であればよい。

[0093] 以上のように、本実施の形態の発明によれば、永久磁石材を有する金属部材と他 の金属部材からなるワークの一方の部材の溶接面に、突起部とその突起部の周囲を 囲む溝を形成し、突起部を他方の部材の溶接面に当接させて通電するとこにより溶 接するようにしたので、複数の溶接個所の一部が適切な溶接条件から外れてしまレ、 突起部が飛散しかけても、溝部でカバーして溶接に必要な温度上昇を達成でき、安 定した溶接部を得られるので信頼性が向上する。

[0094] また、以上までに説明した実施の形態 3から実施の形態 7の発明において、第 1の 溶接電極と第 2の溶接電極を、それぞれ一方の金属部材と他方の金属部材に対して ワークの一端部側に配置し、かつ、一方の金属部材と他方の金属部材とのそれぞれ の当接端間には永久磁石材を介さないように配置した溶接装置とすれば、溶接電流 の経路を永久磁石から遠ざけて永久磁石材が着磁されるのを抑制でき、カロえて、実 施の形態 3から実施の形態 7で説明した電流波形の工夫による効果が得られ、永久 磁石の着磁量を効率よく小さくできる。

また、実施の形態 3から実施の形態 7の発明において、第 1の溶接電極及び第 2の 溶接電極により、複数の溶接部を同時に溶接するようにした場合は、作業が効率化さ れるので、生産性が向上する。

更にまた、実施の形態 3から実施の形態 7の発明において、対象とするワークを、回 転電機の回転子とした場合は、溶接終了後の永久磁石材の着磁量が小さくなり、溶 接後の脱磁工程を追加することなぐ正規の着磁工程のみで永久磁石材が所望の 着磁量に着磁できて回転電機の性能が確保できることから、回転電機の生産性が向 上し、製造コストの低減が図れる。また、冷却ファンの溶接部の品質が向上するので 、回転電機の信頼性が向上する。

産業上の利用可能性

[0095] 永久磁石材を有する金属部材に他の金属部材を溶接する溶接装置及び溶接方法 に広く適用できる。

図面の簡単な説明

[0096] [図 1]この発明の実施の形態 1における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置の 構成図である。

[図 2]図 1のワーク周辺の部分断面図である。

[図 3]図 1の溶接装置において、溶接電極をワークへ当接させる一例を示す図である

[図 4]図 1の溶接装置の電気回路の一例を示す図である。

[図 5]図 4の電気回路のスイッチング回路による電圧波形を示すである。

[図 6]図 4の電気回路の溶接電流の制御イメージを示す図である。

[図 7]この発明の実施の形態 2における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置の 対象ワークである回転電機の回転子を示す斜視図である。

[図 8]図 7の回転子を組み込んだ回転電機の上半分を示す断面図である。 [図 9]図 7の側面断面図である。

[図 10]図 7の回転子の冷却ファンの一例を示す図である。

[図 11]図 7の回転子の冷却ファンの他の例を示す図である。

園 12]図 7の回転子に適用する異物侵入防止板を示す図である。

園 13]図 7の回転子に適用する磁石脱落防止板を示す図である。

園 14]実施の形態 2における溶接装置の、溶接電極をワークへ当接させる一例を示 す図である。

園 15]この発明の実施の形態 3における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の溶接電流波形を示す図である。

園 16]この発明の実施の形態 4における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の溶接電流波形を示す図である。

園 17]この発明の実施の形態 5における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の溶接電流波形を示す図である。

園 18]実施の形態 5における溶接装置の溶接電流の振幅比と着磁率の関係の一例 を示す図である。

園 19]この発明の実施の形態 5における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の溶接電流波形の他の例を示す図である。

園 20]この発明の実施の形態 6における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の溶接電流波形を示す図である。

園 21]この発明の実施の形態 7における永久磁石材を有する金属部材の溶接装置 の対象ワークの溶接部の形状を示す図である。

符号の説明

1 溶接装置 3 ワーク保持部

4 加圧装置 5 弾性部材

8 第 1の溶接電極 10 第 2の溶接電極

11 溶接トランス 13 絶縁部材

14 ワーク 15 冷却ファン

16, 17 ポールコア 18 永久磁石材 スィッチ 22 整流回路 コンデンサ 24 スイッチング回路 溶接トランス 28 入力 ·表示装置 電流センサ 32 制御回路 冷却ファン 41a 突起部b 溝 42 ポールコア ， 102 ポーノレコア 101b, 102b 爪状磁極 シャフト 104 永久磁石材 界磁コイル 107 冷却ファンd 切り欠き部 108 回転子

第 1の溶接電極 110 第 2の溶接電極 異物侵入防止板 115 磁石脱落防止板 固定子 122 ブラケット。

Claims

請求の範囲

[1] 永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの上記両 金属部材を抵抗溶接する溶接装置であって、上記ワークを保持するワーク保持部と 、上記ワーク保持部にワーク供給空間を介在させて配置された加圧装置と、上記加 圧装置の可動部側に設けられ上記ワークに当接させる第 1の溶接電極と、上記ヮー クに当接させる第 2の溶接電極と、上記両溶接電極に溶接電流を供給する溶接トラ ンスとを備え、上記両溶接電極は、それぞれ上記一方の金属部材と上記他方の金属 部材に対して上記ワークの一端部側に配置され、かつ、上記一方の金属部材と上記 他方の金属部材とのそれぞれの当接端間には上記永久磁石材を介さなレ、ように配 置されていることを特徴とする永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[2] 上記ワーク保持部と上記ワークとは絶縁部材により電気的に絶縁されていることを 特徴とする請求項 1記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[3] 上記溶接トランスは複数台が並列に電気接続され、上記各溶接トランスに接続した 上記第 1の溶接電極及び上記第 2の溶接電極により、複数の溶接部を同時に溶接す ることを特徴とする請求項 1記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[4] 上記第 1の溶接電極又は上記第 2の溶接電極の少なくともいずれか一方が、ワーク との接触によって揺動するように構成されていることを特徴とする請求項 1記載の永 久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[5] 上記溶接電流の電流値とその持続時間および極性を設定できる電気回路を備え ていることを特徴とする請求項 1記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[6] 上記電気回路は、電力を蓄えるコンデンサと、上記コンデンサからの放電電流を交 流に変換して上記溶接トランスに供給するスイッチング回路と、上記スイッチング回路 を制御する制御回路と、所定の電流波形を得るための設定値を上記制御回路に設 定する入力部と、上記スイッチング回路からの出力電流をモニタする電流センサとを 備え、上記出力電流と上記設定値とを比較しながら溶接電流を制御するようにしたこ とを特徴とする請求項 5記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[7] 上記ワークは回転電機の回転子であることを特徴とする請求項 1記載の永久磁石 材を有する金属部材の溶接装置。

[8] 永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの上記両 金属部材を抵抗溶接する溶接方法であって、上記ワークを保持するワーク保持部と 、上記ワーク保持部にワーク供給空間を介在させて配置された加圧装置と、上記加 圧装置の可動部側に固定され上記ワークに当接させる第 1の溶接電極と、上記ヮー クに当接させる第 2の溶接電極と、上記両溶接電極に溶接電流を供給する溶接トラ ンスとを備え、上記両溶接電極を、それぞれ上記一方の金属部材と上記他方の金属 部材に対して上記ワークの一端部側に配置し、かつ、上記一方の金属部材と上記他 方の金属部材とのそれぞれの当接端間には上記永久磁石材を介さなレ、ように配置し 、上記両溶接電極から上記ワークに上記溶接電流を供給して抵抗溶接することを特 徴とする永久磁石材を有する金属部材の溶接方法。

[9] 永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの上記両 金属部材を抵抗溶接する溶接装置であって、上記ワークは回転電機の回転子であり 、上記回転子は、それぞれの外周側に形成した複数の爪状磁極を互いに嚙み合わ せて軸方向に対向配置した一対のポールコアと、上記ポールコアを貫通するシャフト と、上記ポールコアの周方向の隣り合う上記爪状磁極間に配置した複数の永久磁石 材と、上記ポールコアの内部に装着して上記一対のポールコアを異なる磁極に励磁 する界磁コイルと、上記ポールコアの軸方向の端面に設けた板状部材とを備えて構 成されており、上記回転子の軸方向の同一端部側に配置した第 1の溶接電極と第 2 の溶接電極とから上記板状部材と上記ポールコア側との間に溶接電流を供給するよ うにしたことを特徴とする永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[10] 上記 2個の溶接電極のうちの第 1の溶接電極を上記板状部材に、上記第 2の溶接 電極を上記ポールコアに電気的に接触させて抵抗溶接を行うことを特徴とする請求 項 9記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[11] 上記第 2の溶接電極を上記ポールコアに接触させるために、上記板状部材の上記 ポールコアとの対向面に切り欠き部または貫通穴が設けられていることを特徴とする 請求項 10記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[12] 上記 2個の溶接電極のうちの第 1の溶接電極を上記板状部材に、上記第 2の溶接 電極を上記シャフトに電気的に接触させて抵抗溶接を行うことを特徴とする請求項 9 記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[13] それぞれの外周側に形成した複数の爪状磁極を互いに嚙み合わせて軸方向に対 向配置した一対のポールコアと、上記ポールコアを貫通するシャフトと、上記ポール コアの周方向の隣り合う上記爪状磁極間に配置した複数の永久磁石材と、上記ポー ルコアの内部に装着して上記一対のポールコアを異なる磁極に励磁する界磁コィノレ と、上記ポールコアの軸方向の端面に設けた板状部材とを有する回転子と、上記回 転子の外周に微少間隙を介して配置した固定子とを備えた回転電機において、上記 回転子の軸方向の同一端部側に配置した 2個の溶接電極から上記板状部材と上記 ポールコアとの間に供給される溶接電流により上記板状部材が上記ポールコアに抵 抗溶接された回転子を使用することを特徴とする回転電機。

[14] 永久磁石材を有する一方の金属部材と他方の金属部材とからなるワークの上記両 金属部材を抵抗溶接する溶接装置であって、溶接電流として交流を発生する交流発 生装置を備え、上記交流発生装置から第 1の溶接電極と第 2の溶接電極を通じヮー クに交流の溶接電流を供給することを特徴とする永久磁石材を有する金属部材の溶 接装置。

[15] 上記溶接電流は、通電開始直後の半サイクルの極性と、通電終了直前の半サイク ルの極性とが異なる電流波形であることを特徴とする請求項 14記載の永久磁石材を 有する金属部材の溶接装置。

[16] 上記溶接電流は、振幅が時間の経過に伴って減衰していく電流波形であることを 特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[17] 上記溶接電流は、振幅が時間の経過に伴って上昇していく電流波形であることを 特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[18] 上記溶接電流の通電開始直後の半サイクルの極性と、振幅が最大となる最初の半 サイクルの極性とが異なる電流波形であることを特徴とする請求項 17記載の永久磁 石材を有する金属部材の溶接装置。

[19] 上記溶接電流の上記振幅が最大となる半サイクルの波数が奇数であることを特徴と する請求項 18記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[20] 上記溶接電流の通電開始直後から数えて第 2番目の半サイクルの振幅が最大であ ることを特徴する請求項 18又は請求項 19記載の永久磁石材を有する金属部材の溶 接装置。

[21] 上記溶接電流の通電開始直後の半サイクルの振幅が、上記通電開始直後から数 えて第 2番目の半サイクルの振幅の 1Z3— 2Z3の範囲に有ることを特徴とする請求 項 20記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[22] 上記溶接電流は、振幅が時間の経過に伴ってー且上昇した後に減衰していく電流 波形であることを特徴とる請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装 置。

[23] 上記溶接電流は、少なくとも振幅が最大となる半サイクルのピーク電流値が、所定 の時間持続する電流波形であることを特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有 する金属部材の溶接装置。

[24] 上記ワークは、上記一方の金属部材と上記他方の金属部材のいずれかの溶接面 に、突起部とその突起部の周囲を囲む溝とが形成されていることを特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[25] 上記両溶接電極は、それぞれ上記一方の金属部材と上記他方の金属部材に対し て上記ワークの一端部側に配置され、かつ、上記一方の金属部材と上記他方の金 属部材とのそれぞれの当接端間には上記永久磁石材を介さなレ、ように配置されてレヽ ることを特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[26] 上記第 1の溶接電極及び上記第 2の溶接電極により、複数の溶接部を同時に溶接 することを特徴とする請求項 15記載の永久磁石材を有する金属部材の溶接装置。

[27] 上記ワークは、回転電機の回転子であることを特徴とする請求項 15記載の永久磁 石材を有する金属部材の溶接装置。