JP2011205864A - 回転電機の巻線コイルの溶接保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線コイル（２０）の導体端部と渡り線（２）の端部とを溶接するための溶接保持装置を提供する。
【解決手段】外周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部とを収容して位置決めする外周収容凹部（５３−２、６０−２）、渡り線支持舌片（５３−１、６０−１）、及び、前記渡り線（２）に対する当接面（５３−４、６０−４）を有する、複数個の外周電極（３１、５３、６０）と、複数個の外周電極（３１、５３、６０）が、それぞれ固定された複数個の外周電極押さえガイド（４４）と、前記渡り線（２）の上に載置されて、前記外周収容凹部（５３−２、６０−２）内に収容された前記導体端部と前記渡り線（２）の端部を接合する外周リング電極（７２）とを具備する溶接保持装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の巻線コイル、特に連続的に巻きつけられたコイル導体からなる巻線コイル（以下連続コイルともいう）における内周側と外周側の導体端部や渡り線（離れた巻線コイル導体端部をつなぐ途中線）同士を溶接する溶接保持装置に関する。

従来の回転電機は単一のコアに対してコイル導体を組み込んでいた。これに対して、回転電機の体格の粗大化を抑え、かつ製造効率の良い新たな巻線コイルが求められており、特許文献１に見られるように、巻きつけたコイル導体に対して、分割コアでコアを形成するものが出現してきた。このような連続コイルの導体端部や渡り線同士を溶接する場合、従来の溶接技術において適応可能な技術はなかった。

図１は、回転電機の巻線コイルの製品例を示す図である。このような巻線コイル２０は、複数層のコイル導体を所定の巻回方法で成形したものである。そして、巻線コイル２０の外周側から分割コアをはめ込んで、固定子コイルを完成させるものである。
図１に示すような巻線コイル２０において、内周側と外周側に多数の連続コイルの導体端部が、４８箇所ある。そのうちの３６箇所は、円周均等にコイル端部が内周側と外周側のコイルを繋いで横向き（径方向）に突き出されて等配列されている。残り１２箇所は、図１に示すように、それぞれの導体端部が内周側と外周側で上向きに突き出されて等配列されている。

これらの１２箇所の導体端部は、相端子（３相の場合、Ｕ、Ｖ、Ｗ）と中性点を形成するために、１２箇所の所定の内周側と外周側に渡り線２と称すコイル導線で結び、溶接される。図２（ａ）は、巻線コイル２０の内周側と外周側に渡り線で結び、溶接した状態を示す図である。（ｂ）は、渡り線の結合状態を示す詳細図である。

連続コイルの巻き付け直後は、その導体端部の位置にばらつきがある。そのような導体端部を渡り線２で結ぶと、位置ずれは避けられず、このような整列性の悪い状態で溶接をかけると溶け込み不足や割れが発生し、品質不良が発生することがあった。溶接箇所に、１箇所でも溶接不良が発生すると、人による手直し、もしくは廃却しなければならず、製造効率上好ましくなかった。

特開２００９−１３１０９１号公報

本発明は、上記問題に鑑み、回転電機の巻線コイル、特に連続的に巻きつけられたコイル導体からなる巻線コイル（以下連続コイル）における内周側と外周側の導体端部や渡り線（離れた巻線コイル導体端部をつなぐ途中線）同士を溶接する溶接保持装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、巻線コイル（２０）の導体端部と渡り線（２）の端部とを溶接するための溶接保持装置であって、外周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部とを収容して位置決めする外周収容凹部（５３−２、６０−２）、渡り線支持舌片（５３−１、６０−１）、及び、前記渡り線（２）に対する当接面（５３−４、６０−４）を有する、複数個の外周電極（３１、５３、６０）と、複数個の外周電極（３１、５３、６０）が、それぞれ固定された複数個の外周電極押さえガイド（４４）と、前記渡り線（２）の上に載置されて、前記外周収容凹部（５３−２、６０−２）内に収容された前記導体端部と前記渡り線（２）の端部を接合する外周リング電極（７２）と、を具備する溶接保持装置である。

巻線コイル２０の導体端部、渡り線端部、それら同士を溶接する際に、被溶接端部を、巻線コイル２０の軸に対して回転方向、上下方向、径方向に、確実に位置決めできる電極形状とした。これにより、電極自体にガイド機能を持たせ、整列性の良い状態で溶接を行うことができる。そして、溶け込み不足や割れなどの品質不良が発生することがなく、製造効率をあげることができる。

請求項２の発明は、前記渡り線（２）の形状に倣った凹部（７５）を有する位置決めリング（７４）をさらに具備することを特徴とする。これにより、離れたコイル端をつなぐ途中線（渡り線）に対しても、径方向の位置決めリングを組み込むことで安定した溶接が可能となった。

請求項３の発明は、巻線コイル（２０）の導体端部と渡り線（２）の端部とを溶接するための溶接保持装置であって、外周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部とを収容して位置決めする外周収容凹部（５３−２、６０−２）、渡り線支持舌片（５３−１、６０−１）、及び、前記渡り線（２）に対する当接面（５３−４、６０−４）を有する、複数個の外周電極（３１、５３、６０）と、複数個の外周電極（３１、５３、６０）が、それぞれ固定された複数個の外周電極押さえガイド（４４）と、内周側の前記導体端部と前記渡り線（２）端部とを収容して位置決めする内周収容凹部（８３−２）を有する、複数個の内周電極（８３）と、複数個の内周電極（８３）が、それぞれ固定された複数個の内周電極押さえガイド（４３）と、前記渡り線（２）の上に載置されて、前記内周収容凹部（８３−２）内に収容された内周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部を接合する内周リング電極（７３）と、を具備する溶接保持装置である。

これにより、内径側の導体端部、渡り線端部、それら同士を溶接する際に、被溶接端部を、巻線コイル２０の軸に対して回転方向、上下方向、径方向に、確実に位置決めできる電極形状とした。これにより、電極自体にガイド機能を持たせ、整列性の良い状態で溶接を行うことができる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

回転電機の巻線コイルの製品例を示す図である。 （ａ）は、巻線コイル２０の内周側と外周側に渡り線で結び、溶接した状態を示す図である。（ｂ）は、渡り線の結合状態を示す詳細図である。 本発明の一実施形態の概略を示す正面図である。 図３の部分平面図である。 図４の一部詳細図であり、位置決めリング７４で渡り線を支持した状態を示している。 位置決めリング７４の平面図である。 （ａ）は、外径リング電極７２を示す平面図、（ｂ）は、内径リング電極７３を示す平面図である。 外周電極の一実施形態としての詳細図である。（ａ）は、外周電極５３の側面図、（ｂ）は、外周電極５３の平面図である。（ｃ）は、外周電極６０の側面図、（ｄ）は、外周電極６０の平面図である。（ｅ）は、内周電極８３の側面図、（ｆ）は、内周電極８３の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対しても同様に同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１に示すような巻線コイル２０は、複数層のコイル導体を所定の巻回方法で成形したものである。内周側と外周側に多数の連続コイルの導体端部が、４８箇所あり、そのうちの３６箇所は、円周均等にコイル端部が内周側と外周側のコイルを繋いで横向き（径方向）に突き出されて等配列されている。残り１２箇所の１２箇所の導体端部は、相端子（３相の場合、Ｕ、Ｖ、Ｗ）と中性点を形成するために、１２箇所の所定の内周側と外周側に渡り線２と称すコイル導線で結び、溶接される。巻線コイル２０の導体端部は４８箇所に限定されるものではなく、端部数は回転電機の相数等に応じて適宜設定されるものである。

本発明の一実施形態は、図１の巻線コイルで説明するが、本発明はこの製品例に限定されるものではない。巻線コイルを複数層のコイル導体を所定の巻回方法で成形したものであれば、巻線コイルの導体端部同士を渡り線で連結する場合には、全て適用できるものである。渡り線とは、離れた巻線コイル導体端部をつなぐ途中線のことであり、巻線コイル導体が連続して、巻線コイルの内外周の一端側から他端側（内外周のうちの反対側又は同じ側の別端部）に延びる部分を指す場合と、巻線コイル導体端部とは別部材で作られた導体線（図２（ｂ）の符号２で示す線）を指す場合がある。本発明の一実施形態は、これらの場合の双方において適用できるものである。

連続コイルの巻き付け直後は、その導体端部の位置にばらつきがある。そのような導体端部を渡り線２で結ぶと、位置ずれは避けられず、このような整列性の悪い状態で溶接をかけると溶け込み不足や割れが発生し、品質不良が発生する。このような連続コイルの問題に対処するために、後述するように、外周・内周電極自体に位置決め機能を持たせたので、導体端部を渡り線２で結んでも位置ずれを起こすことなく良好な溶接を行うことができる。

図３は、本発明の一実施形態の概略を示す正面図である。図４は、図３の一部を示す部分平面図である。図５は、図４の一部詳細図であり、位置決めリング７４で渡り線を支持した状態を示している。図６は、位置決めリング７４の平面図である。図７（ａ）は、外径リング電極７２を示す平面図、（ｂ）は、内径リング電極７３を示す平面図である。

図３に示すように、巻線コイル２０には、スロット数４８のコア５（分割コアを外周側からはめ込んで形成）が装着され、コア５の外周には、コア外周ガイド４５が装着されている。コア外周ガイド４５に設けられたピン穴４５’は、ベース３５に設けられたピン４９と係合している。巻線コイル２０の内周側は、複数個の内周保持駒３６と、それを内周側から支持する円筒支持体３７によって、ベース３５上に固定されている。円筒支持体３７の上部には、支持台４２が円筒支持体３７内周に嵌合して載置されている。

支持台４２の中央穴部は、テーパ面になっており、内周電極縮径ガイド４１が嵌合している。内周電極縮径ガイド４１は、ボルト４１により支持台４２の中央穴部と深さを調整可能に係合している。支持台４２と一体に内周電極ガイド支持部４２’が設けられており、内周電極ガイド支持部４２’には、複数の内周電極ガイド４３を保持する貫通穴が、複数設けられている。内周電極ガイド４３の平面図は図５に示されている。内周電極ガイド４３に、ボルト穴８３−５とボルトで、内周電極８３が取り付けられている。

内周電極ガイド４３には位置決めねじ９１（図３参照）が設けられており、内周電極縮径ガイド４１の円筒面に当接している。ねじ９１を調整して、内周電極ガイド４３を図３において左右方向に出し入れすることができる。内周電極縮径ガイド４１のテーパ面に内周電極ガイド４３の端面４３’を当接させれば、内周電極縮径ガイド４１をボルト４１で深さ調整すれば、同様に内周電極ガイド４３を左右方向に出し入れすることができる。

次に、外周電極３１について説明する。一般的外周電極に対する符号は３１としたが、後述の５３、６０も外周電極である。他の実施形態としての外周電極３１の変形形状は、様々あるのでこの点については後述する。
図４、５を参照して、外周電極５３、６０は、ボルト穴５３−５、６０−５により、外周電極押えガイド４４に固定されている。外周電極押えガイド４４は、外周電極押えガイド支持体４７に保持されており、外周電極押えガイド支持体４７は、支柱４６によりベース３５に対して支持されている。外周電極押えガイド４４の図３上右端部には、調整ねじ４８が設けられており、外周電極押えガイド４４を、図３において左右方向に出し入れすることができる。

図３における７２は、外径リング電極７２であり、外周電極３１（５３、６０等）に対して、抵抗溶接の他極を構成し、かつ、巻線コイルの外周側の導体端部同士や渡り線２を挟みつける働きを有している。図７（ａ）の７２’は、導体端部に対する当接面である。巻線コイルの内周側の導体端部同士を溶接する場合には、図３における７２の位置で、巻線コイルの内周側の導体端部に接した所に、内径リング電極７３が設置される。内径リング電極７３は、内周電極８３に対して、抵抗溶接の他極を構成し、かつ、巻線コイルの内周側の導体端部同士を挟みつける働きを有している。図７（ｂ）の７３’は、導体端部に対する当接面である。ホルダ７１については、図４、７に示されている。ホルダ７１は、外径リング電極７２と内径リング電極７３に対して、兼用のホルダである。

図３の左側において、外径リング電極７２又は内径リング電極７３を保持固定するホルダ７４の後端部が、調整ねじ９３で、支持台４２に当接している。３４は、ＴＩＧ溶接時不活性ガス雰囲気とするトーチである。４は、コイル端子クランプである。３相の回転電機の場合、Ｕ、Ｖ、Ｗ各端子を外部に取出すための外部接続用端子への導体線を、コイル端子クランプ４で把持する。

図８は、外周電極の一実施形態としての詳細図である。（ａ）は、外周電極５３の側面図、（ｂ）は、外周電極５３の平面図である。（ｃ）は、外周電極６０の側面図、（ｄ）は、外周電極６０の平面図である。（ｅ）は、内周電極８３の側面図、（ｆ）は、内周電極８３の平面図である。
外周電極３１は、渡り線の形状により、いくつかの変形例があるが、ここでは、一例として、図８の５３、６０を例示として説明する。外周電極５３、６０は、外周側の導体端部と渡り線端部とを収容して位置決めする外周収容凹部５３−２、６０−２、渡り線支持舌片５３−１、６０−１、及び、渡り線２に対する当接面５３−４、６０−４を有する。
外周収容凹部５３−２、６０−２は、ここでは図５に示すように、隣接した外周電極の側面とで収容凹部が形成されているが、これに限らず、１個の外周電極に収容凹部が、溝状に形成されていても良い。

外周電極３１、５３、６０は複数個存在して、巻線コイル２０の内周側と外周側に渡り線で連結する領域において、外周収容凹部５３−２、６０−２に外周側の導体端部と渡り線端部とを収容して位置決めを行う。図４、５に示すように、複数の外周電極３１、５３、６０は、それぞれ複数個の外周電極押さえガイド４４に固定されている。位置決めの観点から、外周電極の個数、当接面の形状は適宜設定されるべきものである。

図６に示すように、位置決めリング７４は、渡り線２の形状に倣った凹部７５を有している。図５には、凹部７５が渡り線２の内径側（巻線コイル中心に対して内径側）の形状に合わせて形成されており、外径方向に位置決めリング７４が押圧して、渡り線２を外周側の導体端部に接合させる。この位置決めリング７４を用いれば、渡り線の位置決めが確実になり、安定した溶接が可能となる。

位置決めリング７４が、図５のように設置された後、渡り線２の上に、外周リング電極７２を載置する。導体端部と渡り線２端部は、外周収容凹部５３−２、６０−２内に収容された状態で、外周リング電極７２（図７（ａ）参照）が外径方向に押圧して接合させ、かつ、外周リング電極７２が、上から渡り線２を押圧して、渡り線支持舌片５３−１、６０−１との間に安定的に位置決めすることができるのである。外周リング電極７２は、図４に示すホルダ７１の図面上の左右の２つ穴で連結する。内周リング電極７３（図７（ｂ）参照）を使用する場合には、ホルダ７１に内周リング電極７３を付け替える。位置決めリング７４やホルダ７１は、ボルトで左右２箇所、支持台４２に固定される。この際、ホルダ７１は、このボルト固定用の穴が長穴であることから、調整ねじ９３で外周、内周リング電極７２、７３の外径方向、中心方向の位置決めがなされる。

以上、外径側の導体端部と渡り線２端部とを溶接する場合の溶接保持装置を説明したが、内径側の導体端部と渡り線２端部とを溶接する場合の溶接保持装置は次のようなものとなる。この場合には、ホルダ７１に内周リング電極７３が取り付けられて、図３の７２の位置で、巻線コイルの内周側の導体端部に接した所に、内径リング電極７３が設置される。
図８（ｅ）、（ｆ）にみられるように、内周電極８３は、内周側の前記導体端部と渡り線端部とを収容して位置決めする内周収容凹部８３−２を有する。内周電極８３は複数個も受けられている。複数個の内周電極８３は、ボルト穴８３−５により、それぞれ複数個の内周電極押さえガイド４３に固定されている。一方、支持台４２と一体に内周電極ガイド支持部４２’が設けられており、内周電極ガイド支持部４２’には、複数の内周電極ガイド４３を保持する貫通穴が、複数設けられている。ねじ９１を調整して、内周電極ガイド４３を、図３において左右方向に出し入れすることができる。あるいは、内周電極縮径ガイド４１のテーパ面に内周電極ガイド４３の端面４３’を当接させれば、内周電極縮径ガイド４１をボルト４１で深さ調整すれば、内周電極ガイド４３を左右方向に出し入れすることができる。

本実施形態では、内周電極８３には、外周電極のような渡り線支持舌片５３−１、６０−１が無いが、内周電極にも同様な渡り線支持舌片（図示せず）を設けても良い。本実施形態では、内周側導体端部と渡り線２端部との溶接においては、内周リング電極７３が、渡り線２の上に載置された場合、外周電極の渡り線支持舌片５３−１、６０−１が支持に利用される。内周収容凹部８３−２内に収容された内周側の導体端部と渡り線２の端部を押圧すると、両端部が接合される。

本実施形態は、巻線コイルの軸に対して回転方向、上下方向、径方向に関して確実に位置決めできる電極形状として、電極自体にガイド機能を持たせた。更に、離れたコイル端をつなぐ途中線（渡り線）に対しても、径方向の位置決めリングを組み込むことで安定した溶接が可能とした。

内周側導体端部、外周側導体端部の溶接を１回目に外周側、２回目に内周側の順に分けて行う場合の手順について述べる。１回目の外周側溶接においては、外周の各導体端部の数に合わせ、所定の範囲（約９０度の１２箇所分）を円周等分割に外周電極押さえガイド４４を最外周に配置し、それに取り付けられた外周電極３１、５３、６０に溝（外周収容凹部）を施し、溝の中に外周側導体端部を収めるようにする。外周電極押さえガイド４４は複数に分割して、製品の投入、取出用に径方向に前後できる構成としている。この外周電極押さえガイド４４が中心に向って（縮径方向に）前進すると、各々の導体端部が電極の外周収容凹部に案内され、径方向及び回転方向の位置が決まることになる。
離れたコイル端部間をつなぐ渡り線においては、予め支持台４２に取付けた位置決めリング７４の外周に渡り線を沿わせることで、渡り線２の径方向の位置決めができるようにした。

２回目の内周側溶接においては、外周側コイルと同様、内周側の各コイル端部の数に合わせ、所定の範囲（約９０度の１２箇所分）を円周等分割に、内周電極押さえガイド４３を内側に配置し、それに取り付けられた内周電極８３に溝（内周収容凹部）を施し、溝の中に内周側導体端部を収めるようにする。外周電極押さえガイド４４と同様に、内周電極押さえガイド４３も複数に分割して、製品の投入、取出用に径方向に前後できる構成としている。この内周電極押さえガイド４３が放射状に向って（伸径方向に）前進すると、各々の導体端部が電極の内周収容凹部に案内され、径方向及び回転方向の位置が決まることになる。

本実施形態の溶接保持装置による溶接は、次のようにして行われる。
製品としての巻線コイル２０を、外周側の導体端部の溶接するために、複数個の外周電極３１、５３、６０にセットする。この際、位置決めリング７４に倣うように、渡り線の径方向の位置を決める。各１２箇所の外周電極押さえガイド４４を、中心方向に前進させて各々の外周側の導体端部の位置を決める。トーチ３４もしくは製品２０を回転させ、各々の外周側導体端部又は渡り線２の溶接を行う。
次に、位置決めリング７４を取り外し、各１２箇所の内周電極押さえガイド４３を伸径させ、各々の内周側導体端部の位置を決める。トーチ３４もしくは製品２０を回転させ、各々の内周側導体端部の又は渡り線２の溶接を行う。外周電極押さえガイド４４及び内周電極押さえガイド４３を後退させた後、製品２０を取り出す。

本発明の一実施形態を上位で表せば、巻線コイルの導体端部と渡り線の端部とを溶接するための溶接保持装置であって、前記導体端部と前記渡り線の端部とを収容して位置決めする外周・内周収容凹部を有する複数個の外周・内周電極と、複数個の外周・内周電極が、それぞれ固定された複数個の外周・内周電極押さえガイドと、前記渡り線の上に載置されて、前記外周・内周収容凹部内に収容された前記導体端部と前記渡り線の端部を接合する外周・内周リング電極と、を具備する溶接保持装置である。

２ 渡り線
２０ 巻線コイル
３１、５３、６０ 外周電極
５３−２、６０−２ 外周収容凹部
７２ 外周リング電極
７３ 内周リング電極
８３ 内周電極
８３−２ 内周収容凹部

Claims (3)

1. 巻線コイル（２０）の導体端部と渡り線（２）の端部とを溶接するための溶接保持装置であって、
   外周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部とを収容して位置決めする外周収容凹部（５３−２、６０−２）、渡り線支持舌片（５３−１、６０−１）、及び、前記渡り線（２）に対する当接面（５３−４、６０−４）を有する、複数個の外周電極（３１、５３、６０）と、
   複数個の外周電極（３１、５３、６０）が、それぞれ固定された複数個の外周電極押さえガイド（４４）と、
   前記渡り線（２）の上に載置されて、前記外周収容凹部（５３−２、６０−２）内に収容された前記導体端部と前記渡り線（２）の端部を接合する外周リング電極（７２）と、を具備する溶接保持装置。
2. 前記渡り線（２）の形状に倣った凹部（７５）を有する位置決めリング（７４）をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の溶接保持装置。
3. 巻線コイル（２０）の導体端部と渡り線（２）の端部とを溶接するための溶接保持装置であって、
   外周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部とを収容して位置決めする外周収容凹部（５３−２、６０−２）、渡り線支持舌片（５３−１、６０−１）、及び、前記渡り線（２）に対する当接面（５３−４、６０−４）を有する、複数個の外周電極（３１、５３、６０）と、
   複数個の外周電極（３１、５３、６０）が、それぞれ固定された複数個の外周電極押さえガイド（４４）と、
   内周側の前記導体端部と前記渡り線（２）端部とを収容して位置決めする内周収容凹部（８３−２）を有する、複数個の内周電極（８３）と、
   複数個の内周電極（８３）が、それぞれ固定された複数個の内周電極押さえガイド（４３）と、
   前記渡り線（２）の上に載置されて、前記内周収容凹部（８３−２）内に収容された内周側の前記導体端部と前記渡り線（２）の端部を接合する内周リング電極（７３）と、を具備する溶接保持装置。