WO2015174509A1 - 導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置 - Google Patents

導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置 Download PDF

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WO2015174509A1
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heating coil
stator
intersection
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太田実
小関徹
長谷川隆
越智慶英
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a conductor welding method for welding a plurality of conductors, a stator, and a high frequency induction heating apparatus.
  • a stator of a rotating electrical machine includes an annular stator core, and a plurality of slots extending in a radial direction and fitted with a stator coil are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of segment coils formed in a substantially U shape are mounted so as to straddle two predetermined slots, and the corresponding segment coils extending outward in the axial direction of the stator core are TIG welded to each other.
  • a technical idea for forming a coil has been proposed (see, for example, JP 2013-55732 A).
  • the present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a wire welding method, a stator, and a high-frequency induction heating device capable of reliably and efficiently welding a plurality of wires.
  • the conducting wire welding method according to the present invention is a conducting wire welding method for welding a plurality of conducting wires to each other, and disposes at least one end of the conducting wire at a position extending from the intersecting portion. Performing a step and a welding step of melting an end portion of at least one conducting wire at a position extending from the intersecting portion by induction heating outside the induction heating coil and solidifying the molten material at the intersecting portion.
  • the welded portion is formed by melting the end of at least one conducting wire by induction heating outside the induction heating coil and solidifying the molten material at the intersection. Therefore, even if there is no sufficient space for TIG welding of the intersecting portion, the plurality of conductive wires can be reliably and efficiently welded. In addition, when melting the intersection itself, the molten material may hang down vertically and the bonding strength may be insufficient. However, the end of at least one conducting wire at a position extending from the intersection may be melted. Since the molten material is solidified at the intersection, a sufficient bonding strength can be obtained.
  • At least one end portion of the conductive wires may be positioned in the vicinity of the intersecting portion in the arranging step. According to such a method, the molten material can be easily guided to the intersection.
  • the intersecting portion in the arranging step, is arranged vertically below the induction heating coil, and in the welding step, a magnetic levitation force acting vertically upward is applied to the molten material to cause the melting.
  • the material may be solidified at the intersection.
  • the magnetic levitation force is applied to the molten material, it is possible to suppress the molten material from dripping from the intersection. That is, the molten material can be solidified by being held at the intersection. Thereby, several conducting wires can be welded more reliably.
  • the arranging step a plurality of the intersecting portions are arranged side by side, and in the welding step, at least one end portion of the conducting wires at a position extending from each intersecting portion is simultaneously heated by induction heating.
  • the molten material may be melted and solidified at the intersection.
  • the stator according to the present invention is a stator having a conductor welding structure in which a plurality of stator coils are welded on the outside in the axial direction of the stator core, and the conductor welding structure has an intersection where the plurality of conductors intersect, An end of at least one of the conductive wires at a position extending from the intersecting portion is formed by melting by induction heating and solidifying the molten material at the intersecting portion.
  • stator in the conductor welding structure, at least one end of the conductor at a position extending from the intersection is melted by induction heating outside the induction heating coil, and the molten material is solidified at the intersection. It may be formed by doing. According to the stator according to the present invention, the same effects as those of the above-described wire welding method can be obtained.
  • the high-frequency induction heating device is a high-frequency induction heating device including an induction heating coil through which a high-frequency current flows, wherein the induction heating coil includes a pair of opposed portions provided apart from each other and a pair of the above-described A connecting portion that connects the facing portions on the same plane, and the pair of facing portions are arranged such that the distance between them is reduced from one side to the other side in the height direction of the induction heating coil. It is comprised by these.
  • lines of magnetic force can be generated on the other side in the height direction of the induction heating coil by flowing a high-frequency current through the pair of opposed portions. Therefore, for example, when welding a plurality of conducting wires crossing each other, the end of the conducting wire (heated portion) is melted by induction heating outside the induction heating coil (the other side of the induction heating unit). The material can be solidified at the intersection. Therefore, even if there is no sufficient space for TIG welding of the intersection, a plurality of conductors can be reliably and efficiently welded using the high-frequency induction heating device.
  • a core portion including a magnetic material may be disposed between the pair of facing portions. According to such a configuration, the lines of magnetic force can be concentrated on the other side of the induction heating coil via the core portion. Thereby, a to-be-heated part can be heated efficiently.
  • a magnetic body may be provided on the outer surface of each of the facing portions. According to such a configuration, the magnetic lines of force can be concentrated on the other side of the induction heating coil via the magnetic body. Thereby, a to-be-heated part can be heated efficiently.
  • the induction heating coil may be formed in a substantially U shape in plan view. According to such a configuration, a plurality of heated parts can be induction-heated simultaneously with a simple configuration.
  • the end of at least one conducting wire at a position extending from the intersection can be melted by induction heating outside the induction heating coil, and the molten material can be solidified at the intersection. Can be reliably and efficiently welded to each other.
  • FIG. 2A is a schematic diagram for explaining a conducting wire welding structure of the rotating electrical machine in FIG. 1
  • FIG. 2B is a perspective view of the conducting wire welding structure.
  • It is a perspective view of the high frequency induction heating device concerning one embodiment of the present invention.
  • It is a side view of the high frequency induction heating apparatus of FIG.
  • It is a rear view of the high frequency induction heating apparatus of FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • FIG. 8A is a partial cross-sectional view for explaining the lines of magnetic force, and FIG.
  • FIG. 8B is a partial cross-sectional view for explaining the welding process.
  • FIG. 9A is a front view of the conductor before welding
  • FIG. 9B is a front view of the conductor welding structure. It is a CT scan image of the lead wire welding structure shown in FIG. 9B.
  • FIG. 11A is a front view of a conducting wire before welding according to a comparative example
  • FIG. 11B is a front view showing a state after high-frequency induction heating of the conducting wire of FIG. 11A. It is a front view of the conducting wire before welding which concerns on a modification.
  • the rotating electrical machine 12 provided with the conducting wire welding structure 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the rotating electrical machine 12 includes a rotor 14 and a stator 16, and is used as an electric motor or a generator, for example.
  • the stator 16 has an annular stator core 20 in which a plurality of slots 18 are formed, and a three-phase (U phase, V phase, W phase) stator coil 22 mounted in the slot 18.
  • Each slot 18 penetrates along the axial direction of the stator core 20 and extends in the radial direction so as to open on the inner peripheral surface of the stator core 20. These slots 18 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the stator core 20.
  • the stator coil 22 has a substantially U-shaped conductive wire (segment coil) 24 mounted so as to straddle two predetermined slots 18, and extends outward from the slot 18 in the axial direction of the stator core 20.
  • the exposed portions are bent in the circumferential direction, and the corresponding conductors 24 are welded together and connected in series.
  • a plurality of conducting wires 24 are disposed in one slot 18 along the radial direction of the stator core 20.
  • Each conductive wire 24 is a rectangular wire formed in a rectangular cross section, and for example, a metal material such as copper can be suitably used. However, each conducting wire 24 can be formed in an arbitrary shape such as a square shape, a circular shape, or an elliptical shape in cross section.
  • the stator coil 22 configured as described above includes a plurality of conductor welding structures 10 in which two conductors 24 are welded (see FIG. 2B).
  • the conductor welding structures 10 are arranged in a row adjacent to each other in the radial direction and the circumferential direction of the stator core 20.
  • the conductor welding structure 10 is guided outside the induction heating coil 42, which will be described later, at an intersection 26 where the two conductors 24 intersect and an end of each conductor 24 at a position extending from the intersection 26. It has a welded portion 28 formed by melting by heating and solidifying the molten material at the intersecting portion 26.
  • the rotating electrical machine 12 is basically configured as described above, and next, the high-frequency induction heating device 30 used in the wire welding method will be described.
  • the high-frequency induction heating device 30 is interposed between a pair of terminal plates 32 and 34 electrically connected to a high-frequency power source (not shown), and these terminal plates 32 and 34.
  • An insulating plate 36, an induction heating coil 42 provided on each terminal plate 32, 34 via connecting portions 38, 40, and a gas supply unit 44 are provided.
  • a metal material such as copper can be suitably used.
  • connection part 38 and 40 is comprised by the hollow block body, for example.
  • a tube-shaped refrigerant introducing portion 46 for introducing the refrigerant into the inner hole thereof.
  • a tube-like refrigerant outlet portion 48 through which the refrigerant in the inner hole is led out.
  • cooling water can be suitably used as the refrigerant, but any gas or liquid may be used.
  • the induction heating coil 42 is configured in a substantially U shape in plan view, and an internal space S is formed by providing both end portions of the connection portions 38 and 40. That is, the induction heating coil 42 includes a pair of facing portions 50 and 52 that are provided apart from each other and a connecting portion 54 that is connected to the facing portions 50 and 52 and is curved in an arc shape on the same plane. Yes.
  • the outside in the width direction of the induction heating coil 42 (the direction in which the pair of opposed portions 50 and 52 are separated) is referred to as “outside”.
  • the inner side (the side on which the pair of opposing portions 50 and 52 are close to each other) is referred to as “inner side”, the upper side in FIG. 6 is referred to as “one”, and the lower side in FIG.
  • the induction heating coil 42 has an outer wall 56, a horizontal wall 58, a first inclined wall 60, an inner wall 62, and a second inclined wall 64.
  • the outer wall 56 constitutes the outermost part of the induction heating coil 42.
  • the horizontal wall 58 extends substantially horizontally from one end of the outer wall 56 toward the inside.
  • the first inclined wall 60 extends from the inner end of the horizontal wall 58 so as to incline to the other side inward.
  • the inner wall 62 extends from one end portion of the first inclined wall 60 along the height direction (vertical direction in FIG. 6) toward the other side to constitute the innermost portion of the induction heating coil 42.
  • the second inclined wall 64 extends from the other end portion of the outer wall 56 to the other end portion of the inner wall 62 so as to be inclined inward toward the other side.
  • a refrigerant passage 66 through which refrigerant flows is formed by the outer wall 56, the horizontal wall 58, the first inclined wall 60, the inner wall 62, and the second inclined wall 64. .
  • the refrigerant passage 66 communicates with the inner hole of the connecting portion 38 and the inner hole of the connecting portion 40.
  • the refrigerant introduced from the refrigerant introduction part 46 into the inner hole of the connecting part 38 flows to the inner hole of the connecting part 40 through the refrigerant passage 66 of the induction heating coil 42 and is guided to the refrigerant outlet part 48.
  • the refrigerant guided to the refrigerant outlet 48 passes through a predetermined circulation path and undergoes heat exchange, and then flows into the refrigerant inlet 46 again.
  • the pair of facing portions 50 and 52 are configured symmetrically. Therefore, in the pair of facing portions 50, 52, the spacing between the first inclined walls 60 decreases from one side in the height direction of the induction heating coil 42 toward the other side. In other words, the pair of facing portions 50 and 52 are inclined to one side toward the outside with respect to the axis of symmetry (a line along the height direction passing through the center between the facing portions 50 and 52) Ax. It is then extended. That is, the line segments L1 and L2 passing through the center between the first inclined wall 60 and the second inclined wall 64 in each of the facing portions 50 and 52 intersect on the symmetry axis Ax. The angle (bank angle ⁇ ) formed by these line segments L1 and L2 can be arbitrarily set.
  • magnetic bodies 68 and 70 are provided on the outer surface of the induction heating coil 42.
  • the magnetic bodies 68 and 70 are not specifically limited, For example, a silicon steel plate can be used suitably.
  • the magnetic bodies 68 and 70 are provided so as to surround the outer wall 56, the horizontal wall 58, the first inclined wall 60, and the second inclined wall 64 in a partial range of the opposing portions 50 and 52 in the longitudinal direction. Yes.
  • the range in which the magnetic bodies 68 and 70 are provided may be appropriately set according to the size of the heated portion.
  • the magnetic bodies 68 and 70 are provided in a U shape over the entire length of the induction heating coil 42. It is also possible.
  • the magnetic bodies 68 and 70 are joined to the induction heating coil 42 by brazing.
  • the flow of the brazing material can be confirmed at the time of brazing. Therefore, it is easy to confirm whether or not the magnetic bodies 68 and 70 are securely adhered and joined to the induction heating coil 42.
  • the refrigerant passage 66 can efficiently magnetize the magnetic bodies 68 and 70.
  • the bodies 68, 70 can be cooled.
  • a core portion 74 including a magnetic material is interposed between the inner walls 62 constituting the pair of opposed portions 50 and 52.
  • the core portion 74 can be obtained, for example, by compacting a magnetic composite material in which the surface of a metal powder such as iron powder is coated with an insulating film, or by kneading the core powder.
  • the core part 74 is formed in a block shape and extends the same length as the magnetic bodies 68 and 70.
  • a groove 76 having a circular arc cross section is formed over the entire length (see FIG. 6).
  • the distance between the heated portion disposed on the other side of the core portion 74 and the core portion 74 can be increased, so that the heated portion received by the core portion 74 from the heated portion is received. Radiant heat can be suppressed.
  • the core portion 74 may be heat-resistant coated on at least the other end surface. In this case, the radiant heat received by the core portion 74 can be further suppressed.
  • the gas supply unit 44 includes hollow support blocks 78 and 80 fixed to the outer surfaces of the terminal plates 32 and 34, and tubular gas introduction units 82 and 84 that supply gas to the inner holes of the support blocks 78 and 80. And gas nozzles 86 and 88 extending from the support blocks 78 and 80 to the induction heating coil 42 side.
  • air can be suitably used as the gas.
  • the gas is not limited to air, and for example, an inert gas such as nitrogen, helium, or argon may be used. In this case, even when gas flows into the heated part, oxidation (welding) of the heated part can be suppressed.
  • the gas nozzles 86 and 88 are configured in, for example, a rectangular tube shape, and the tip portions thereof are disposed on the other side of the inner walls 62 of the facing portions 50 and 52. In this state, the opening portions of the gas nozzles 86 and 88 are directed toward the connection portion 54 side. Thereby, the gas led from the gas introduction parts 82 and 84 to the gas nozzles 86 and 88 through the inner holes of the support blocks 78 and 80 flows between the facing parts 50 and 52 and the heated part.
  • each gas nozzle 86, 88 may have a shape other than a square tube shape, such as a cylindrical shape.
  • the induction heating coil 42 may be provided with a heat resistant coating on at least the surface facing the other side where the heated portion is located. In this case, the radiant heat received by the induction heating coil 42 can be further suppressed. Further, not only the induction heating coil 42 but also the entire lower surface including the core portion 74 may be coated with heat resistance.
  • the two conductive wires 24 are made to intersect and the end portions of the respective conductive wires 24 are arranged at positions extending from the intersecting portions 26. At this time, the ends of the conductive wires 24 are in positions that do not overlap each other in the vicinity of the intersection 26.
  • a plurality (four in this embodiment) of intersecting portions 26 are arranged close to each other in a row.
  • the intersecting portion 26 is set so as to be positioned below (on the other side) the core portion 74 of the induction heating coil 42 (see FIG. 8A). At this time, the intersecting portion 26 is located at the center between the pair of facing portions 50 and 52. Further, the refrigerant is caused to flow through the refrigerant passage 66 of the induction heating coil 42 and the gas is allowed to flow from the gas nozzles 86 and 88.
  • a predetermined high-frequency current is passed through the induction heating coil 42 from a high-frequency power source. Then, magnetic field lines B1 and B2 as shown in FIG. 8A are generated around the induction heating coil.
  • the spacing between the first inclined walls 60 constituting the pair of facing portions 50 and 52 is increased from one side in the height direction of the induction heating coil 42 to the other side (upward From the bottom down) Therefore, the magnetic lines of force B1 and B2 of the pair of facing portions 50 and 52 intersect outside the induction heating coil 42, that is, below the core portion 74. Further, the magnetic lines of force B1 and B2 are concentrated below the core portion 74 by passing through the magnetic bodies 68 and 70 and the core portion 74 as compared with the case where the magnetic lines B1 and B2 pass through the air.
  • the molten material does not sag from the intersecting portion 26 and remains at the intersecting portion 26 and is solidified.
  • the position where the magnetic levitation force acts that is, the upper portion of the welded portion 28 is not formed into a spherical surface by the action of surface tension, but has a projection shape close to a cone. In other words, the upper portion of the welded portion 28 has a shape protruding at an acute angle toward the side (upward) where the melted end portion was located.
  • FIG. 10 is a CT (Computed Tomography) scan image in increments of 0.2 mm from the lower part of the intersecting part 26 of the conductive wire welding structure 10 thus configured to the tip part (upper end part) of the welded part 28.
  • CT Computer Tomography
  • the image number of the CT scan image increases as it approaches the tip of the welded portion 28. According to these scan images, it can be seen that no welding defect or the like is observed in the welded portion 28 of the lead wire welding structure 10 according to the present embodiment, and the two lead wires 24 are well welded.
  • a magnetic field line B1 is applied to the other side (vertically below) in the height direction of the induction heating coil 42 by flowing a high-frequency current through the pair of opposed portions 50 and 52. B2 can be generated. Then, using such a high frequency induction heating device 30, the end portion of the conducting wire 24 at a position extending from the intersecting portion 26 is melted by induction heating outside the induction heating coil 42, and the molten material is melted at the intersecting portion 26.
  • the welded portion 28 is formed by solidifying with. Thereby, even if it is a case where there is not enough space for TIG welding of the crossing part 26, the some conducting wire 24 can be welded reliably and efficiently.
  • each conducting wire 24 since the end portion of each conducting wire 24 is positioned in the vicinity of the intersecting portion 26, the molten material can be easily guided to the intersecting portion 26. Moreover, since the magnetic levitation force toward the side where the induction heating coil 42 is located (vertically upward) is applied, it is possible to suppress the molten material from dripping further downward from the intersecting portion 26. That is, this molten material can be solidified by being held at the intersection 26. Thereby, the some conducting wire 24 can be welded reliably.
  • the core portion 74 configured to include a magnetic material is disposed between the pair of opposed portions 50 and 52, the other side of the induction heating coil 42 via the core portion 74.
  • the magnetic lines of force B1 and B2 of the opposing portions 50 and 52 can be concentrated on each other. Thereby, the edge part (to-be-heated part) of the conducting wire 24 can be heated efficiently.
  • the magnetic bodies 68 and 70 are provided on the outer surfaces of the opposing portions 50 and 52, the magnetic lines B1 of the opposing portions 50 and 52 are provided on the other side of the induction heating coil 42 via the magnetic bodies 68 and 70. B2 can be concentrated. Thereby, the edge part (to-be-heated part) of the conducting wire 24 can be heated more efficiently.
  • the induction heating coil 42 is formed in a substantially U shape in plan view, the end portions (the plurality of heated portions) of the conductive wires 24 extending from each of the plurality of intersecting portions 26 with a simple configuration are simultaneously provided. Induction heating is possible.
  • any change can be made as long as the plurality of conductors 24 intersect with each other and the end of at least one conductor 24 extends from the intersection 26.
  • Three or more conducting wires 24 may be used.
  • the conducting wires 24 to be welded are made of the same material (for example, copper or the like), it is preferable because welding has the same melting point, so that welding can be easily performed. Different conductors 24 may be welded together.
  • the high frequency induction heating device 30 may omit at least one of the core portion 74 and the magnetic bodies 68 and 70. Moreover, the high frequency induction heating apparatus 30 is not limited to the use of the conducting wire welding method described above, and can be used for welding or heating various shapes of workpieces.
  • the conductor welding method, the stator, and the high frequency induction heating device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

　高周波誘導加熱装置（３０）を用いて複数の導線（２４）同士を溶接する導線溶接方法によりステータ（１６）を構成する導線溶接構造（１０）が得られる。導線溶接方法では、複数の導線（２４）を交差させると共に少なくとも１つの導線（２４）の端部を交差部（２６）から延出した位置に配置する配置工程と、交差部（２６）から延出した位置にある少なくとも１つの導線（２４）の端部を誘導加熱コイル（４２）の外側で誘導加熱によって溶融させてその溶融材料を交差部（２６）で固化させる溶接工程とを行う。

Description

導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置
　本発明は、複数の導線同士を溶接する導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置に関する。
　例えば、回転電機のステータは、環状のステータコアを備えており、そのステータコアには、径方向に延在してステータコイルが装着されるスロットが周方向に所定間隔で複数形成されている。
　このようなステータにおいて、略Ｕ字状に形成されたセグメントコイルを所定の２つのスロットに跨るように複数装着し、ステータコアの軸線方向外側に延出した対応するセグメントコイル同士をＴＩＧ溶接してステータコイルを形成する技術的思想が提案されている（例えば、特開２０１３－５５７３２号公報参照）。
　ところで、上述したステータでは、多数のセグメントコイル（導線）が近接して配置されているため、対応するセグメントコイル同士をＴＩＧ溶接するための十分なスペースを確保することができないことがある。そうすると、ＴＩＧ溶接用の電極を適切な位置に配置することができないため、これらセグメントコイル同士を確実に溶接することができない場合も有り得る。
　また、セグメントコイルの溶接箇所が複数ある場合には、個別にＴＩＧ溶接する必要があるため、溶接工数が増加してしまう。さらに、ＴＩＧ溶接では、電極が酸化すると当該電極の研磨又は交換を行う必要があるため、溶接工数のさらなる増加或いは製造設備コストの増加を招くこととなる。
　本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、複数の導線同士を確実且つ効率的に溶接することができる導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る導線溶接方法は、複数の導線同士を溶接する導線溶接方法であって、複数の導線を交差させると共に少なくとも１つの前記導線の端部を交差部から延出した位置に配置する配置工程と、前記交差部から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線の端部を誘導加熱コイルの外側で誘導加熱によって溶融させて溶融材料を交差部で固化させる溶接工程と、を行うことを特徴とする。
　このような方法によれば、少なくとも１つの導線の端部を誘導加熱コイルの外側で誘導加熱によって溶融させてその溶融材料を交差部で固化させることにより溶接部を形成している。そのため、交差部をＴＩＧ溶接するための十分なスペースがない場合であっても、複数の導線同士を確実且つ効率的に溶接することができる。なお、交差部自体を溶融させる場合には溶融材料が鉛直下方に垂れ落ちて接合強度が不足するおそれがあるが、交差部から延出した位置にある少なくとも１つの導線の端部を溶融させてその溶融材料を交差部で固化させるので、十分な接合強度を得ることができる。
　上記の導線溶接方法において、前記配置工程では、少なくとも１つの前記導線の端部を前記交差部の近傍に位置させてもよい。このような方法によれば、溶融材料を交差部に容易に導くことができる。
　上記の導線溶接方法において、前記配置工程では、前記誘導加熱コイルの鉛直下側に前記交差部を配置し、前記溶接工程では、前記溶融材料に鉛直上方に向かう磁気浮揚力を作用させて前記溶融材料を前記交差部で固化させてもよい。
　このような方法によれば、溶融材料に磁気浮揚力を作用させているため、当該溶融材料が交差部から垂れ落ちることを抑制することができる。すなわち、この溶融材料を交差部に留めて固化させることができる。これにより、複数の導線同士をより確実に溶接することができる。
　上記の導線溶接方法において、前記配置工程では、前記交差部を複数並設し、前記溶接工程では、各前記交差部から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線の端部を誘導加熱によって同時に溶融させて溶融材料を当該交差部で固化させてもよい。
　このような方法によれば、複数の交差部を同時に溶接することができるので、交差部を個別に溶接する場合と比較して効率的に溶接作業を行うことができる。
　本発明に係るステータは、複数のステータコイルをステータコアの軸線方向外側で溶接した導線溶接構造を有したステータであって、前記導線溶接構造は、複数の前記導線が交差する交差部を有し、前記交差部から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線の端部が誘導加熱によって溶融して溶融材料が当該交差部で固化することにより形成されていることを特徴とする。
　上記のステータにおいて、前記導線溶接構造は、前記交差部から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線の端部が誘導加熱コイルの外側で誘導加熱によって溶融して溶融材料が当該交差部で固化することにより形成されていてもよい。本発明に係るステータによれば、上述した導線溶接方法と同様の効果を奏する。
　本発明に係る高周波誘導加熱装置は、高周波電流が流れる誘導加熱コイルを備えた高周波誘導加熱装置であって、前記誘導加熱コイルは、互いに離間して設けられた一対の対向部と、一対の前記対向部を接続する接続部と、を同一平面上に含み、一対の前記対向部は、互いの離間間隔が前記誘導加熱コイルの高さ方向における一方の側から他方の側に向かって小さくなるように構成されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、一対の対向部に高周波電流を流すことにより、誘導加熱コイルの高さ方向における他方の側に磁力線を発生させることができる。そのため、例えば、複数の導線を互いに交差させて溶接する場合に、誘導加熱コイルの外側（誘導加熱部の他方の側）で導線の端部（被加熱部）を誘導加熱によって溶融してその溶融材料を交差部で固化させることができる。よって、交差部をＴＩＧ溶接するための十分なスペースがない場合であっても、高周波誘導加熱装置を用いて複数の導線同士を確実且つ効率的に溶接することができる。
　上記の高周波誘導加熱装置において、一対の前記対向部の間には、磁性材料を含んで構成されたコア部が配設されていてもよい。このような構成によれば、コア部を介して誘導加熱コイルの他方の側に磁力線を集中させることができる。これにより、被加熱部を効率的に加熱することができる。
　上記の高周波誘導加熱装置において、各前記対向部の外表面には、磁性体が設けられていてもよい。このような構成によれば、磁性体を介して誘導加熱コイルの他方の側に磁力線を集中させることができる。これにより、被加熱部を効率的に加熱することができる。
　上記の高周波誘導加熱装置において、前記誘導加熱コイルは、平面視で略Ｕ字状に形成されていてもよい。このような構成によれば、簡易な構成で複数の被加熱部を同時に誘導加熱することができる。
　本発明によれば、交差部から延出した位置にある少なくとも１つの導線の端部を誘導加熱コイルの外側で誘導加熱によって溶融させてその溶融材料を交差部で固化させることができるので、複数の導線同士を確実且つ効率的に溶接することができる。
本発明の一実施形態に係る回転電機の平面図である。 図２Ａは、図１の回転電機の導線溶接構造を説明するための模式図であり、図２Ｂは、当該導線溶接構造の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置の斜視図である。 図３の高周波誘導加熱装置の側面図である。 図３の高周波誘導加熱装置の背面図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 配置工程を説明するための斜視図である。 図８Ａは磁力線を説明するための一部断面図であり、図８Ｂは溶接工程を説明するための一部断面図である。 図９Ａは溶接前の導線の正面図であり、図９Ｂは導線溶接構造の正面図である。 図９Ｂに示す導線溶接構造のＣＴスキャン画像である。 図１１Ａは比較例に係る溶接前の導線の正面図であり、図１１Ｂは図１１Ａの導線を高周波誘導加熱した後の状態を示す正面図である。 変形例に係る溶接前の導線の正面図である。
　以下、本発明に係る導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
　先ず、本発明の一実施形態に係る導線溶接構造１０を備えた回転電機１２について説明する。図１に示すように、この回転電機１２は、ロータ１４とステータ１６とを備え、例えば、電動機又は発電機として用いられる。ステータ１６は、複数のスロット１８が形成された環状のステータコア２０と、スロット１８に装着された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル２２とを有している。
　各スロット１８は、ステータコア２０の軸線方向に沿って貫通すると共に径方向に延在してステータコア２０の内周面に開口している。これらスロット１８は、ステータコア２０の周方向に所定間隔で配設されている。
　図２Ａに示すように、ステータコイル２２は、略Ｕ字状に形成された導線（セグメントコイル）２４を所定の２つのスロット１８に跨るように装着し、ステータコア２０の軸線方向外側にスロット１８から露出した部分を周方向に曲げて対応する導線２４同士を溶接して直列的に接続することにより構成されている。なお、１つのスロット１８には、複数の導線２４がステータコア２０の径方向に沿って配設されている。
　各導線２４は、断面長方形状に形成された平角線であって、例えば、銅等の金属材料を好適に用いることができる。ただし、各導線２４は、その断面を正方形状、円形状、楕円形状等の任意の形状に形成し得る。
　このように構成されるステータコイル２２は、２つの導線２４が溶接された複数の導線溶接構造１０を備えている（図２Ｂ参照）。これら導線溶接構造１０は、例えば、ステータコア２０の径方向及び周方向に互いに近接して一列に配置されている。
　本実施形態では、導線溶接構造１０は、２つの導線２４が交差する交差部２６と、交差部２６から延出した位置にある各導線２４の端部が後述する誘導加熱コイル４２の外側で誘導加熱によって溶融してその溶融材料が交差部２６で固化することにより形成された溶接部２８とを有している。
　本実施形態に係る回転電機１２は基本的には以上のように構成されるものであり、次に、導線溶接方法に用いられる高周波誘導加熱装置３０について説明する。
　図３～図６に示すように、高周波誘導加熱装置３０は、図示しない高周波電源に電気的に接続された一対の端子板３２、３４と、これら端子板３２、３４の間に介設された絶縁板３６と、各端子板３２、３４に連結部３８、４０を介して設けられた誘導加熱コイル４２と、ガス供給部４４とを備えている。一対の端子板３２、３４、一対の連結部３８、４０、及び誘導加熱コイル４２は、例えば、銅等の金属材料を好適に用いることができる。
　各連結部３８、４０は、例えば、中空のブロック体で構成されている。端子板３２の外表面に固定された連結部３８には、その内孔に冷媒を導入するためのチューブ状の冷媒導入部４６が接続されている。端子板３４の外表面に固定された連結部４０には、その内孔の冷媒が導出されるチューブ状の冷媒導出部４８が接続されている。冷媒は、例えば、冷却水を好適に用いることができるが、任意の気体又は液体を用いてもよい。
　誘導加熱コイル４２は、平面視で略Ｕ字状に構成されており、その両端部が連結部３８、４０に設けられることにより内部空間Ｓが形成されている。すなわち、誘導加熱コイル４２は、互いに離間して設けられた一対の対向部５０、５２と、これら対向部５０、５２を接続して円弧状に湾曲した接続部５４とを同一平面上に含んでいる。
　以下の説明では、誘導加熱コイル４２及びその構成要素に関し、誘導加熱コイル４２の幅方向外側（一対の対向部５０、５２が離間する方向）を「外側」と呼び、誘導加熱コイル４２の幅方向内側（一対の対向部５０、５２が近接する側）を「内側」と呼び、図６における上方を「一方」と呼び、図６における下方を「他方」と呼ぶ。
　図６に示すように、誘導加熱コイル４２は、外壁５６、水平壁５８、第１傾斜壁６０、内壁６２、及び第２傾斜壁６４を有している。外壁５６は、誘導加熱コイル４２の最も外側の部位を構成する。水平壁５８は、外壁５６の一端部から内側に向かって略水平に延在している。第１傾斜壁６０は、水平壁５８の内側の端部から内側に向かって他方の側に傾斜するように延在している。内壁６２は、第１傾斜壁６０の一端部から高さ方向（図６の上下方向）に沿って他方の側に向かって延在して誘導加熱コイル４２の最も内側の部位を構成する。第２傾斜壁６４は、外壁５６の他端部から内側に向けて他方の側に傾斜するように内壁６２の他端部まで延在している。
　このように構成される誘導加熱コイル４２には、外壁５６、水平壁５８、第１傾斜壁６０、内壁６２、第２傾斜壁６４とで冷媒が流通する冷媒通路６６が形成されることとなる。この冷媒通路６６は、連結部３８の内孔と連結部４０の内孔とに連通している。これにより、冷媒導入部４６から連結部３８の内孔に導入された冷媒は、誘導加熱コイル４２の冷媒通路６６を介して連結部４０の内孔まで流通して冷媒導出部４８に導かれる。なお、冷媒導出部４８に導かれた冷媒は、所定の循環経路を通ると共に熱交換された後で冷媒導入部４６に再び流入する。
　一対の対向部５０、５２は、左右対称に構成されている。そのため、一対の対向部５０、５２は、互いの第１傾斜壁６０の離間間隔が誘導加熱コイル４２の高さ方向の一方の側から他方の側に向かって小さくなっている。換言すれば、一対の対向部５０、５２は、対称軸（対向部５０、５２の間の中央を通る高さ方向に沿った線）Ａｘに対して外側に向かって一方の側に傾斜するようにして延在している。すなわち、各対向部５０、５２において第１傾斜壁６０と第２傾斜壁６４と間の中央を通る線分Ｌ１、Ｌ２は、対称軸Ａｘ上で交差する。これら線分Ｌ１、Ｌ２のなす角度（バンク角度θ）は、任意に設定可能である。
　また、誘導加熱コイル４２の外表面には、磁性体６８、７０が設けられている。磁性体６８、７０は、特に限定されるものではないが、例えば、珪素鋼板を好適に用いることができる。磁性体６８、７０は、各対向部５０、５２の長手方向の一部の範囲において、外壁５６、水平壁５８、第１傾斜壁６０、及び第２傾斜壁６４を囲い込むように設けられている。ただし、磁性体６８、７０を設ける範囲は、被加熱部の大きさに応じて適宜に設定すればよく、例えば、誘導加熱コイル４２の全長に亘ってＵ字状に磁性体６８、７０を設けることも可能である。
　磁性体６８、７０は、誘導加熱コイル４２に対してろう付けで接合されている。この場合、磁性体６８、７０には、１つ又は複数の孔７２を形成しておくのが好ましい。このような孔７２を形成すると、ろう付け時にろう材の流れを確認することができるため、磁性体６８、７０が誘導加熱コイル４２に対して確実に密着して接合されているか否かを容易に知ることができる。磁性体６８、７０が誘導加熱コイル４２に対して確実に密着して接合されていれば、磁性体６８、７０が誘導加熱コイル４２の通電時に発熱しても、冷媒通路６６によって効率的に磁性体６８、７０を冷却することができる。
　一対の対向部５０、５２を構成する内壁６２の間には、磁性材料を含むコア部７４が介設されている。コア部７４は、例えば、鉄粉等の金属粉末の表面を絶縁皮膜でコーティングした磁性複合材料を圧粉成形したり、コア粉末を練りこんで形成することにより得ることができる。コア部７４は、ブロック状に形成されており、磁性体６８、７０の長さと同じ長さ延在している。コア部７４の他端面には、その全長に亘って断面円弧状の溝７６が形成されている（図６参照）。
　このような溝７６を形成することで、コア部７４の他方の側に配置された被加熱部とコア部７４との距離を大きくすることができるので、コア部７４が受ける被加熱部からの輻射熱を抑制することができる。なお、コア部７４は、少なくともその他端面に耐熱コーティングを施してもよい。この場合、コア部７４が受ける輻射熱をさらに抑制することができる。
　ガス供給部４４は、各端子板３２、３４の外表面に固着された中空の支持ブロック７８、８０と、支持ブロック７８、８０の内孔にガスを供給するチューブ状のガス導入部８２、８４と、支持ブロック７８、８０から誘導加熱コイル４２側に延出したガスノズル８６、８８とを有している。
　ガスは、例えば、空気を好適に用いることができる。ただし、ガスは、空気に限定されることはなく、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを用いても構わない。この場合、被加熱部にガスが流入した場合であっても、被加熱部の酸化（溶接焼け）を抑制することができる。
　各ガスノズル８６、８８は、例えば、四角筒状に構成されており、その先端部が対向部５０、５２の内壁６２の他方の側に配置されている。そして、この状態で、ガスノズル８６、８８の開口部は、接続部５４側に指向している。これにより、ガス導入部８２、８４から支持ブロック７８、８０の内孔を介してガスノズル８６、８８に導かれたガスは、対向部５０、５２と被加熱部との間を流れる。なお、各ガスノズル８６、８８は、円筒状等、四角筒状以外の形状であってもよい。
　すなわち、対向部５０、５２と被加熱部との間にガスカーテン（エアカーテン）が形成される。よって、誘導加熱コイル４２が受ける被加熱部からの輻射熱を抑制することができる。なお、誘導加熱コイル４２は、少なくとも被加熱部が位置する他方の側を指向する面に耐熱コーティングを施してもよい。この場合、誘導加熱コイル４２が受ける輻射熱をさらに抑制することができる。また、誘導加熱コイル４２だけでなくコア部７４も含めた下部全面に亘って耐熱コーティングを施してもよい。
　次に、上述した高周波誘導加熱装置３０を用いた導線溶接方法について説明する。
　先ず、図７及び図９Ａに示すように、配置工程において、２つの導線２４を交差させると共に各導線２４の端部を交差部２６から延出した位置に配置する。このとき、これら導線２４の端部は、交差部２６の近傍において互いに重ならない位置にある。また、複数（本実施形態では４つ）の交差部２６が一列に近接配置されている。
　続いて、これら交差部２６が誘導加熱コイル４２のコア部７４の下方（他方の側）に位置するようにセットする（図８Ａ参照）。このとき、交差部２６は一対の対向部５０、５２の間の中央に位置している。また、冷媒を誘導加熱コイル４２の冷媒通路６６に流通させると共にガスノズル８６、８８からガスを流す。
　そして、溶接工程において、高周波電源より所定の高周波電流を誘導加熱コイル４２に流す。そうすると、誘導加熱コイル４２の周りに図８Ａに示すような磁力線Ｂ１、Ｂ２が発生する。本実施形態の誘導加熱コイル４２では、一対の対向部５０、５２を構成する第１傾斜壁６０の離間間隔が誘導加熱コイル４２の高さ方向の一方の側から他方の側に向かって（上方から下方に向かって）小さくなっている。そのため、誘導加熱コイル４２の外側、すなわち、コア部７４の下方において一対の対向部５０、５２の磁力線Ｂ１、Ｂ２が交差する。また、磁力線Ｂ１、Ｂ２は、磁性体６８、７０及びコア部７４を通ることにより、空気中を通る場合と比較してコア部７４の下方に集中する。
　そうすると、各交差部２６から延出した導線２４の端部に渦電流が流れてジュール熱が発生する。すなわち、各交差部２６から延出した端部が同時に誘導加熱される。そして、この誘導加熱により端部が溶融してその溶融材料が交差部２６において固化することにより溶接部２８が形成されて上述したステータコイル２２の導線溶接構造１０が得られる（図８Ｂ及び図９Ｂ参照）。
　この溶接工程では、溶融材料においても渦電流により磁界が発生するため、溶融材料には、誘導加熱コイル４２側に持ち上げられるような磁気浮揚力が作用する。このような磁気浮揚（マグネティックレビテーション）により、溶融材料は交差部２６から垂れ落ちることなく交差部２６に留まり固化することとなる。磁気浮揚力が作用する位置、すなわち溶接部２８の上側部分では、表面張力の作用によって球面に形成されるのではなく、円錐に近い突起形状となる。換言すれば、溶接部２８の上側部分は、溶融した端部が位置していた側（上方）に向かって鋭角に突出した形状となる。
　図１０は、このようにして構成された導線溶接構造１０の交差部２６の下部から溶接部２８の先端部（上端部）までの０．２ｍｍ刻みのＣＴ（Computed Tomography）スキャン画像である。なお、図１０では、溶接部２８の先端部に近づくにつれてＣＴスキャン画像の画像番号が大きくなっている。これらスキャン画像によれば、本実施形態に係る導線溶接構造１０の溶接部２８には、溶接欠陥等は認められず、２つの導線２４同士が良好に溶接されていることがわかる。
　本実施形態に係る高周波誘導加熱装置３０によれば、一対の対向部５０、５２に高周波電流を流すことにより、誘導加熱コイル４２の高さ方向における他方の側（鉛直下側）に磁力線Ｂ１、Ｂ２を発生させることができる。そして、このような高周波誘導加熱装置３０を用いて、交差部２６から延出した位置にある導線２４の端部を誘導加熱コイル４２の外側で誘導加熱により溶融させてその溶融材料を交差部２６で固化させることにより溶接部２８を形成している。これにより、交差部２６をＴＩＧ溶接するための十分なスペースがない場合であっても、複数の導線２４同士を確実且つ効率的に溶接することができる。
　なお、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、２本の導線２４の端部同士を交差させてその交差部２６を誘導加熱によって溶融させる場合には、溶融材料が鉛直下方に垂れ落ちて溶接不良となるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、交差部２６から延出した位置にある導線２４の端部を溶融してその溶融材料を交差部２６で固化させているので、十分な接合強度を得ることができる。
　本実施形態では、各導線２４の端部を交差部２６の近傍に位置させているので、溶融材料を交差部２６に容易に導くことができる。また、誘導加熱コイル４２が位置する側（鉛直上方）に向かう磁気浮揚力を作用させているため、溶融材料が交差部２６からさらに下方へ垂れ落ちることを抑制することができる。すなわち、この溶融材料を交差部２６に留めて固化させることができる。これにより、複数の導線２４同士を確実に溶接することができる。
　さらに、複数の交差部２６を一列に配置して各交差部２６から延出した位置にある導線２４の端部を同時に溶融させてその溶融材料を当該交差部２６で固化させているので、交差部２６を個別に溶接する場合と比較して効率的に溶接作業を行うことができる。
　本実施形態によれば、磁性材料を含んで構成されたコア部７４を一対の対向部５０、５２の間に配設しているので、コア部７４を介して誘導加熱コイル４２の他方の側に各対向部５０、５２の磁力線Ｂ１、Ｂ２を集中させることができる。これにより、導線２４の端部（被加熱部）を効率的に加熱することができる。
　また、各対向部５０、５２の外表面に磁性体６８、７０を設けているので、磁性体６８、７０を介して誘導加熱コイル４２の他方の側に各対向部５０、５２の磁力線Ｂ１、Ｂ２を集中させることができる。これにより、導線２４の端部（被加熱部）を一層効率的に加熱することができる。
　さらに、誘導加熱コイル４２が平面視で略Ｕ字状に形成されているので、簡易な構成で複数の交差部２６のそれぞれから延出する導線２４の端部（複数の被加熱部）を同時に誘導加熱することができる。
　本実施形態は、上述した構成乃至方法に限定されない。配置工程では、複数の導線２４を交差させると共に少なくとも１つの導線２４の端部を交差部２６から延出した位置に配置するものであれば、任意に変更可能である。例えば、２つの導線２４を交差させると共に交差部２６から上方に延在する位置にこれら導線２４の端部を互いに重ねた状態で配置することも可能である（図１２参照）。また、３本以上の導線２４を用いても構わない。
　さらに、溶接される導線２４同士は、同じ材料（例えば銅等）で構成されている場合、同じ融点を有するため溶接を容易に行うことができるため好ましいが、必ずしも同じ材料でなく、融点がある程度異なる導線２４同士を溶接してもよい。
　高周波誘導加熱装置３０は、コア部７４及び磁性体６８、７０の少なくともいずれか１つを省略してもよい。また、高周波誘導加熱装置３０は、上述した導線溶接方法の用途に限定されず、種々の形状のワークの溶接又は加熱に用いることができる。
　本発明に係る導線溶接方法、ステータ、及び高周波誘導加熱装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (10)

  1. 　複数の導線（２４）同士を溶接する導線溶接方法であって、
    　複数の前記導線（２４）を交差させると共に少なくとも１つの前記導線（２４）の端部を交差部（２６）から延出した位置に配置する配置工程と、
    　前記交差部（２６）から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線（２４）の端部を誘導加熱コイル（４２）の外側で誘導加熱によって溶融させて溶融材料を前記交差部（２６）で固化させる溶接工程と、
    　を行うことを特徴とする導線溶接方法。
  2. 　請求項１記載の導線溶接方法において、
    　前記配置工程では、少なくとも１つの前記導線（２４）の端部を前記交差部（２６）の近傍に位置させることを特徴とする導線溶接方法。
  3. 　請求項１記載の導線溶接方法において、
    　前記配置工程では、前記誘導加熱コイル（４２）の鉛直下側に前記交差部（２６）を配置し、
    　前記溶接工程では、前記溶融材料に鉛直上方に向かう磁気浮揚力を作用させて前記溶融材料を前記交差部（２６）で固化させることを特徴とする導線溶接方法。
  4. 　請求項１記載の導線溶接方法において、
    　前記配置工程では、前記交差部（２６）を複数並設し、
    　前記溶接工程では、各前記交差部（２６）から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線（２４）の端部を誘導加熱によって同時に溶融させて溶融材料を当該交差部（２６）で固化させることを特徴とする導線溶接方法。
  5. 　複数のステータコイル（２２）をステータコア（２０）の軸線方向外側で溶接した導線溶接構造（１０）を有したステータ（１６）であって、
    　前記導線溶接構造（１０）は、複数の導線（２４）が交差する交差部（２６）を有し、前記交差部（２６）から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線（２４）の端部が誘導加熱によって溶融して溶融材料が当該交差部（２６）で固化することにより形成されている、
    　ことを特徴とするステータ（１６）。
  6. 　請求項５記載のステータ（１６）において、
    　前記導線溶接構造（１０）は、前記交差部（２６）から延出した位置にある少なくとも１つの前記導線（２４）の端部が誘導加熱コイル（４２）の外側で誘導加熱によって溶融して溶融材料が当該交差部（２６）で固化することにより形成されていることを特徴とするステータ（１６）。
  7. 　高周波電流が流れる誘導加熱コイル（４２）を備えた高周波誘導加熱装置（３０）であって、
    　前記誘導加熱コイル（４２）は、
    　互いに離間して設けられた一対の対向部（５０、５２）と、
    　一対の前記対向部（５０、５２）を接続する接続部（５４）と、を同一平面上に含み、
    　一対の前記対向部（５０、５２）は、互いの離間間隔が前記誘導加熱コイル（４２）の高さ方向における一方の側から他方の側に向かって小さくなるように構成されている、
    　ことを特徴とする高周波誘導加熱装置（３０）。
  8. 　請求項７記載の高周波誘導加熱装置（３０）において、
    　一対の前記対向部（５０、５２）の間には、磁性材料を含んで構成されたコア部（７４）が配設されていることを特徴とする高周波誘導加熱装置（３０）。
  9. 　請求項７記載の高周波誘導加熱装置（３０）において、
    　各前記対向部（５０、５２）の外表面には、磁性体（６８、７０）が設けられていることを特徴とする高周波誘導加熱装置（３０）。
  10. 　請求項７記載の高周波誘導加熱装置（３０）において、
    　前記誘導加熱コイル（４２）は、平面視で略Ｕ字状に形成されていることを特徴とする高周波誘導加熱装置（３０）。
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