JP4683102B2 - 回転子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の回転子の製造方法に係わり、特に、ロータコアの軸方向の端面に冷却ファンを抵抗溶接により固定する方法に関する。

従来、ロータコアの端面に冷却ファンを抵抗溶接により固定する方法が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたロータコアは、例えば、交流発電機の回転子に用いられるもので、図８（ｂ）に示す様に、一対のランデル型ポールコア１００によって構成される。一対のランデル型ポールコア１００は、それぞれ複数の爪状磁極を有し、互いの爪状磁極が噛み合う様に軸方向に対向配置され、且つ、周方向に隣合う爪状磁極同士の間に永久磁石１１０が配置されている。
抵抗溶接は、ポールコア１００の端面上に冷却ファン１２０を配置した後、図８（ａ）に示す様に、プラス側の溶接電極１３０を冷却ファン１２０の表面に当接させ、図８（ｂ）に示す様に、マイナス側の溶接電極１４０をポールコア１００の表面に当接させて、両電極１３０、１４０間に溶接電流を流すことにより行われる。なお、冷却ファン１２０は、ポールコア１００との接触面に予め複数の突起部（プロジェクション）が設けられており、この突起部が抵抗熱により溶融して、ポールコア１００の端面に加圧接合される。
国際公開第２００５／０７２９０２号パンフレット

ところが、上記公報に開示された抵抗溶接では、プラス側の溶接電極１３０とマイナス側の溶接電極１４０とを一組として１箇所の溶接箇所を溶接するため、冷却ファン１２０に設定される溶接箇所（突起部）の数に応じた大電流を要することになり、溶接電源が大型化する。
また、ポールコア１００の爪状磁極間に配置される永久磁石は、その永久磁石を挟んで隣合う爪状磁極間の漏洩磁束を低減する向きに着磁されるが、ポールコア１００を流れる溶接電流が大きくなると、この溶接電流が発生する磁界の影響により、本来必要な方向とは別の方向に着磁される恐れがある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、溶接電流を小さくして溶接電源の小型化を図ること、また、溶接電流が発生する磁界により永久磁石が不要に着磁されることを低減できる回転子の製造方法を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、回転軸に支持されるロータコアと、このロータコアの軸方向の少なくとも一方の端面に抵抗溶接によって固定される冷却ファンとを有する回転電機の回転子において、冷却ファンの一方の表面にプラス側の溶接電極とマイナス側の溶接電極の両方を当接させて抵抗溶接を行うにあたり、冷却ファンは、複数枚のファンブレードとこの複数枚のファンブレードを連結するリング部とで構成されるとともに、プラス側の溶接電極が当接する溶接箇所とマイナス側の溶接電極が当接する溶接箇所との間に、リング部に達するまでのスリットが形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、一組の溶接電極（プラス側の溶接電極とマイナス側の溶接電極）によって２箇所の溶接箇所を同時に溶接できる。これにより、従来（特許文献１）の溶接技術で２箇所の溶接箇所を同時に溶接する場合と比較して、溶接電源の溶接電流を小さくできるので、その分、溶接電源の小型化が可能である。

特に、冷却ファンは、プラス側の溶接電極が当接する溶接箇所と、マイナス側の溶接電極が当接する溶接箇所との間に、リング部に達するまでのスリットが形成されている。
プラス側の溶接電極が当接する溶接箇所をプラス側溶接部と呼び、マイナス側の溶接電極が当接する溶接箇所をマイナス側溶接部と呼ぶ時に、プラス側溶接部とマイナス側溶接部との間にスリットを形成することで、プラス側溶接部とマイナス側溶接部との間を溶接電流が流れる電流経路を制限できる。これにより、溶接電流は、プラス側の溶接電極→プラス側溶接部→ロータコア→マイナス側溶接部→マイナス側の溶接電極へと流れる。すなわち、溶接電流がロータコアを経由することなく、プラス側溶接部から直接マイナス側溶接部へ流れることを抑制できるので、良好な抵抗溶接を行うことができる。

（請求項２の発明）
回転軸に支持されるロータコアと、このロータコアの軸方向の少なくとも一方の端面に抵抗溶接によって固定される冷却ファンとを有する回転電機の回転子において、冷却ファンの一方の表面にプラス側の溶接電極とマイナス側の溶接電極の両方を当接させて抵抗溶接を行うにあたり、冷却ファンは、１枚以上の羽根部を含む第１のファン部材と、１枚以上の羽根部を含む第２のファン部材とに分割され、その第１のファン部材と第２のファン部材は、互いの羽根部同士が重ならない様に周方向にずらした状態で組み合わされると共に、その組み合わされた状態で、両者が重なり合う部分の間が絶縁されており、第１のファン部材と第２のファン部材とを組み合わせた冷却ファンをロータコアの端面上に配置して、第１のファン部材の表面にプラス側の溶接電極を当接させ、第２のファン部材の表面にマイナス側の溶接電極を当接させて抵抗溶接を行うことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１のファン部材と第２のファン部材との間が絶縁されているので、抵抗溶接を行う際に、溶接電流が第１のファン部材から直接第２のファン部材へ流れることはない。つまり、溶接電流は、プラス側の溶接電極→第１のファン部材→ロータコア→第２のファン部材→マイナス側の溶接電極へと流れる。これにより、第１のファン部材および第２のファン部材に設定された溶接箇所に十分な溶接電流を流すことができるので、ロータコアの端面に冷却ファン（第１のファン部材と第２のファン部材）を十分な接合強度で接合できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転子の製造方法において、冷却ファンは、ロータコアの端面に溶接される部位に予め突起部が設けられ、抵抗溶接は、溶接電極を通じて突起部に溶接電流を集中して加圧接合するプロジェクション溶接であることを特徴とする。
冷却ファンの溶接箇所に予め突起部（プロジェクション）を設けることにより、溶接電流が突起部に集中して電流密度を高くできるので、溶接品質が向上して、製品の信頼性を向上できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３のいずれかの回転子の製造方法によって製造される回転子において、
ロータコアは、それぞれ外周に複数の爪状磁極が設けられ、互いの爪状磁極が噛み合う様に軸方向に対向配置される一対のランデル型コアによって構成され、
周方向に隣合う爪状磁極片同士の間には、その隣合う爪状磁極間の漏洩磁束を低減する向きに着磁される永久磁石が配置されることを特徴とする。
請求項１〜３のいずれかに記載した発明では、特許文献１に記載された従来技術と比較して、溶接電源の溶接電流を小さくできるので、永久磁石が不要に着磁されることを抑制できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の４つの実施例１〜４により詳細に説明する。なお、本発明を実施するのに好適な回転電機の例としての交流発電機および基本的な溶接方法については、各実施例の共通事項として実施例１で説明することとする。また、実施例１および実施例２は、本発明が適用されていない例を示す参考例であり、実施例３および実施例４は、本発明が適用された例を示す。

図１（ａ）は交流発電機１の回転子３の軸方向正面図、同図（ｂ）は回転子３の断面図、図２は交流発電機１の断面図である。
先ず、交流発電機１の構成を簡単に説明する。
交流発電機１は、図２に示す様に、固定子２、回転子３〔図１（ｂ）参照〕、ハウジング４、５、ブラシ６、整流器７等より構成される。
固定子２は、内周に複数のスロットを有する円環状のステータコア２ａと、このステータコア２ａのスロットに挿入される電機子巻線２ｂとで構成され、回転子３の回転に伴い、電機子巻線２ｂに交流電圧が誘起される。
回転子３は、プーリ８を介してエンジンの回転動力が伝達される回転軸９と、この回転軸９に固定される一組のポールコア１０と、この一組のポールコア１０に巻線される界磁コイル１１と、一組のポールコア１０の軸方向両端面に固定される一組の冷却ファン１２等より構成される。

ポールコア１０は、図１（ｂ）に示す様に、径方向の中心部に貫通孔を有する円筒状のボス部１０ａと、このボス部１０ａの軸方向端部に設けられたディスク部１０ｂと、このディスク部１０ｂの外周から軸方向に延びる複数の爪状磁極１０ｃとを有する。
一組のポールコア１０は、回転軸９をボス部１０ａの貫通孔に圧入して回転軸９に固定され、互いのボス部１０ａの端面が軸方向に突き合わされた状態で、両者の爪状磁極１０ｃが交互に噛み合う様に組み合わされている。
一組のポールコア１０には、周方向に隣り合う一方のポールコア１０の爪状磁極１０ｃと他方のポールコア１０の爪状磁極１０ｃとの間に永久磁石１３が配置される。この永久磁石１３は、永久磁石１３を挟んで隣合う２つの爪状磁極１０ｃ間の磁束の漏れを減少する向きに着磁される。

界磁コイル１１は、両ポールコア１０のボス部１０ａの外周に樹脂製のボビン１４を介して巻線され、巻き始めおよび巻き終わりの両端部が、回転軸９の一方の端部（反プーリ側の端部）に設けられる一組のスリップリング１５に電気的に接続されている。この界磁コイル１１には、スリップリング１５の外周に配置されるブラシ６（図２参照）を通じて外部のバッテリ（図示せず）から界磁電流が供給される。界磁コイル１１に界磁電流が流れると、一方のポールコア１０に設けられた複数の爪状磁極１０ｃが全てＳ極となり、他方のポールコア１０に設けられた複数の爪状磁極１０ｃが全てＮ極となる。
ハウジング４、５は、図２に示す様に、軸受１６を介して回転軸９の一端側（プーリ８側）を支持するフロントハウジング４と、軸受１７を介して回転軸９の他端側を支持するリヤハウジング５とで構成され、両ハウジング４、５間にステータコア２ａを挟持した状態で、複数本のボルト１８により締め付け固定されている。
整流器７は、電機子巻線２ｂに誘起される交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する働きを有する。

続いて、冷却ファン１２の固定方法について説明する。
冷却ファン１２は、図１（ａ）に示す様に、複数枚（本実施例では７枚）のファンブレード１２ａと、この複数枚のファンブレード１２ａを連結するリング部１２ｂとで構成され、一方のポールコア１０の軸方向端面（ディスク部１０ｂの端面）と、他方のポールコア１０の軸方向端面（ディスク部１０ｂの端面）とに、それぞれ抵抗溶接により固定される。
以下、抵抗溶接の方法について説明する。
冷却ファン１２には、各ファンブレード１２ａに複数個（例えば１０個）の突起部が設けられており、この突起部がポールコア１０に対する溶接箇所〔図１（ａ）に示す丸印〕となる。
まず、各ファンブレード１２ａに設けられた突起部をポールコア１０の端面に当接させて、冷却ファン１２をポールコア１０の端面上に配置する。

次に、図１（ｂ）に示す様に、プラス側の溶接電極（以下プラス電極１９と呼ぶ）と、マイナス側の溶接電極（以下マイナス電極２０と呼ぶ）とを、それぞれファンブレード１２ａの表面（突起部が設けられている部位の裏側面）に当接させる。この時、プラス電極１９とマイナス電極２０は、ファンブレード１２ａに設定される１０箇所の溶接箇所全てに配置される。つまり、プラス電極１９を５本、マイナス電極２０を５本使用し、例えば、図３に示す様に、１０箇所の溶接箇所に対し、プラス電極１９とマイナス電極２０とを周方向に交互に配置する。
続いて、冷却ファン１２に対しプラス電極１９とマイナス電極２０とを加圧しながら、溶接電源（図示せず）より溶接電流を供給する。これにより、冷却ファン１２の突起部に溶接電流が集中して流れる。つまり、プラス電極１９→冷却ファン１２の突起部（＋側）→ポールコア１０→冷却ファン１２の突起部（−側）→マイナス電極２０の順に溶接電流が流れる。その結果、突起部とポールコア１０との接触部が溶融して、冷却ファン１２に設けられた１０箇所の突起部がポールコア１０の表面に加圧接合される。

（実施例１の効果）
本実施例の溶接技術では、プラス電極１９とマイナス電極２０を共に同一の冷却ファン１２の表面に当接させて抵抗溶接を行うので、一組の溶接電極（プラス電極１９とマイナス電極２０）によって２箇所の溶接箇所を同時に溶接できる。
これに対し、従来（特許文献１）の溶接技術で２箇所の溶接箇所を同時に溶接する場合は、二組の溶接電極を使用し、この二組の溶接電極に対し溶接電源から並列に溶接電流を流す必要がある。
上記の結果、本実施例の溶接技術によれば、従来の溶接技術と比較して、溶接電源から供給される溶接電流を小さくできるので、その分、溶接電源の小型化が可能である。

また、従来（特許文献１）の溶接技術では、２箇所の溶接箇所を同時に溶接する際に、二組の溶接電極を通じて２箇所の溶接箇所を溶接電流が並列に流れるのに対し、本実施例の溶接技術では、一組の溶接電極１９、２０を通じて２箇所の溶接箇所を溶接電流が直列に流れるため、従来技術と比較して、ポールコア１０を流れる溶接電流を小さくできる。その結果、ポールコア１０を流れる溶接電流により永久磁石１３が不要に着磁されることを防止できる。
なお、本実施例では、１０箇所の溶接箇所に対し、プラス電極１９とマイナス電極２０とを周方向に交互に配置する例を記載したが、これに限定されるものではない。つまり、溶接箇所に対する両電極の配置方法は任意に決めることができ、例えば、図４に示す様に、プラス電極１９とマイナス電極２０をそれぞれ周方向に５箇所ずつ連続して配置しても良い。また、上記の実施例では、１０箇所の突起部を同時に接合する例を記載したが、２箇所の突起部を一組として、複数回に分けて溶接しても良い。

図５は冷却ファン１２の平面図である。
この実施例２に示す冷却ファン１２は、図５に示す様に、径方向に二分割された一方の半割れファン１２Ａと、他方の半割れファン１２Ｂとを有し、その一方の半割れファン１２Ａの表面にプラス電極１９を当接させ、他方の半割れファン１２Ｂの表面にマイナス電極２０を当接させて、ポールコア１０に抵抗溶接される。但し、冷却ファン１２は、一方の半割れファン１２Ａと他方の半割れファン１２Ｂとが接触することはなく、両者の間に所定の隙間を開けた状態でポールコア１０に溶接される。

本実施例によれば、抵抗溶接を行う際に、溶接電流が一方の半割れファン１２Ａから直接他方の半割れファン１２Ｂへ流れることを防止できる。つまり、溶接電流は、一方の半割れファン１２Ａと他方の半割れファン１２Ｂとの間で確実にポールコア１０を経由して流れるため、一方の半割れファン１２Ａに設けられた突起部とポールコア１０との接触部（溶接箇所）、および、他方の半割れファン１２Ｂに設けられた突起部とポールコア１０との接触部（溶接箇所）に十分な溶接電流が流れるので、溶接電流の不足による溶接不良を防止できる。
なお、本実施例では、冷却ファン１２を二分割する例を記載したが、例えば、冷却ファン１２を四分割して、その四つの分割ファンの表面に、プラス電極１９とマイナス電極２０とを交互に当接させて抵抗溶接を行うこともできる。

図６は冷却ファン１２の平面図である。
この実施例３に示す冷却ファン１２は、図６に示す様に、周方向に隣合うファンブレード１２ａとファンブレード１２ａとの間に深い切り込み２１（またはスリット）が形成されている。この冷却ファン１２は、例えば、実施例１に示した冷却ファン１２〔図１（ａ）参照〕と比較すると、ファンブレード１２ａとファンブレード１２ａとの間に形成される切り込み２１の深さが大きくなっている。つまり、実施例１の冷却ファン１２は、切り込み２１が浅く形成されている（リング部１２ｂまで達していない）が、本実施例の冷却ファン１２は、切り込み２１がリング部１２ｂに達するまで深く形成されている。
この冷却ファン１２は、各ファンブレード１２ａの図中丸印で示す溶接箇所に予め突起部が設けられており、その突起部が設けられている各ファンブレード１２ａの表面にプラス電極１９とマイナス電極２０を押し当てて、各突起部に溶接電流を集中して流すことにより、ポールコア１０の端面に加圧接合される。

（本実施例の効果）
この実施例３に示す冷却ファン１２は、ファンブレード１２ａとファンブレード１２ａとの間に深い切り込み２１を形成しているので、実施例１の冷却ファン１２と比較した場合に、ファンブレード１２ａとファンブレード１２ａとの間を溶接電流が流れる電流経路を制限できる。つまり、プラス電極１９とマイナス電極２０との間で、溶接電流がポールコア１０を経由することなく、ファンブレード１２ａとファンブレード１２ａとの間を流れることを抑制できる。これにより、溶接電流は、プラス電極１９→冷却ファン１２の突起部（＋側）→ポールコア１０→冷却ファン１２の突起部（−側）→マイナス電極２０の順に流れる。この様に、冷却ファン１２の各突起部に溶接電流を集中して流すことができるので、溶接電流の不足による溶接不良を防止できる。
また、本実施例の冷却ファン１２は、複数枚のファンブレード１２ａが切り込み２１によって完全に分割されるのではなく、リング部１２ｂによって連結されているので、実施例１の冷却ファン１２と同様、取り扱いも容易である。

図７（ａ）は冷却ファン１２を分解した第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄの平面図、同図（ｂ）は第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄとを組み合わせた冷却ファン１２の平面図である。
この実施例４に示す冷却ファン１２は、図７（ａ）に示す様に、第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄとに分割されている。第１のファン部材１２Ｃは、例えば、４枚のファンブレード１２ａと、この４枚のファンブレード１２ａを連結するリング部１２ｂとで構成される。第２のファン部材１２Ｄは、第１のファン部材１２Ｃと同じく、４枚のファンブレード１２ａと、この４枚のファンブレード１２ａを連結するリング部１２ｂとで構成される。

第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄは、図７（ｂ）に示す様に、互いのファンブレード１２ａ同士が重ならない様に周方向にずらした状態で組み合わされ、且つ、組み合わされた状態で、両者が重なり合う部分、つまり、互いのリング部１２ｂとリング部１２ｂとの間が絶縁されている。
この冷却ファン１２は、図７（ｂ）に示す様に、第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄとを組み合わせてポールコア１０の端面上に配置し、第１のファン部材１２Ｃの表面にプラス電極１９を当接させ、第２のファン部材１２Ｄの表面にマイナス電極２０を当接させて抵抗溶接を行う。

本実施例によれば、第１のファン部材１２Ｃのリング部１２ｂと第２のファン部材１２１２Ｄのリング部１２ｂとの間が絶縁されているので、抵抗溶接を行う際に、溶接電流が第１のファン部材１２Ｃから直接第２のファン部材１２Ｄへ流れることはない。つまり、溶接電流は、プラス電極１９→第１のファン部材１２Ｃ→ポールコア１０→第２のファン部材１２Ｄ→マイナス電極２０へと流れる。これにより、第１のファン部材１２Ｃおよび第２のファン部材１２Ｄに設けられた各突起部に溶接電流を集中して流すことができるので、ポールコア１０の表面に冷却ファン１２（第１のファン部材１２Ｃと第２のファン部材１２Ｄ）を十分な接合強度で接合できる。

（ａ）交流発電機の回転子の軸方向正面図、（ｂ）回転子の断面図である。 交流発電機の断面図である。 回転子の軸方向正面図である。 回転子の軸方向正面図である。 冷却ファンの平面図である（実施例２）。 回転子の軸方向正面図である（実施例３）。 （ａ）冷却ファンを分解した第１のファン部材と第２のファン部材の平面図、同図（ｂ）は第１のファン部材と第２のファン部材とを組み合わせた冷却ファンの平面図である（実施例４）。 （ａ）冷却ファンの平面図、（ｂ）回転子の断面図である（従来技術）。

符号の説明

３ 回転子
９ 回転軸
１０ ポールコア（ロータコア）
１０ｃ 爪状磁極
１２ 冷却ファン
１２Ａ 一方の半割れファン
１２Ｂ 他方の半割れファン
１２Ｃ 第１のファン部材
１２Ｄ 第２のファン部材
１２ａ ファンブレード（羽根部）
１３ 永久磁石
１９ プラス電極（プラス側の溶接電極）
２０ マイナス電極（マイナス側の溶接電極）
２１ 切り込み（スリット）

Claims (4)

1. 回転軸に支持されるロータコアと、
   このロータコアの軸方向の少なくとも一方の端面に抵抗溶接によって固定される冷却ファンとを有する回転電機の回転子において、
   前記冷却ファンの一方の表面にプラス側の溶接電極とマイナス側の溶接電極の両方を当接させて抵抗溶接を行うにあたり、
   前記冷却ファンは、複数枚のファンブレードとこの複数枚のファンブレードを連結するリング部とで構成されるとともに、前記プラス側の溶接電極が当接する溶接箇所と前記マイナス側の溶接電極が当接する溶接箇所との間に、前記リング部に達するまでのスリットが形成されており、
   前記冷却ファンを前記ロータコアの端面上に配置して、前記冷却ファンの表面に前記プラス側の溶接電極と前記マイナス側の溶接電極の両方を当接させて抵抗溶接を行うことを特徴とする回転子の製造方法。
2. 回転軸に支持されるロータコアと、
   このロータコアの軸方向の少なくとも一方の端面に抵抗溶接によって固定される冷却ファンとを有する回転電機の回転子において、
   前記冷却ファンの一方の表面にプラス側の溶接電極とマイナス側の溶接電極の両方を当接させて抵抗溶接を行うにあたり、
   前記冷却ファンは、１枚以上の羽根部を含む第１のファン部材と、１枚以上の羽根部を含む第２のファン部材とに分割され、その第１のファン部材と第２のファン部材は、互いの羽根部同士が重ならない様に周方向にずらした状態で組み合わされると共に、その組み合わされた状態で、両者が重なり合う部分の間が絶縁されており、
   前記第１のファン部材と前記第２のファン部材とを組み合わせた前記冷却ファンを前記ロータコアの端面上に配置して、前記第１のファン部材の表面に前記プラス側の溶接電極を当接させ、前記第２のファン部材の表面に前記マイナス側の溶接電極を当接させて抵抗溶接を行うことを特徴とする回転子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載した回転子の製造方法において、
   前記冷却ファンは、前記ロータコアの端面に溶接される部位に予め突起部が設けられ、
   前記抵抗溶接は、前記溶接電極を通じて前記突起部に溶接電流を集中して加圧接合するプロジェクション溶接であることを特徴とする回転子の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの回転子の製造方法によって製造される回転子において、
   前記ロータコアは、それぞれ外周に複数の爪状磁極が設けられ、互いの前記爪状磁極が噛み合う様に軸方向に対向配置される一対のランデル型ポールコアによって構成され、
   周方向に隣合う前記爪状磁極片同士の間には、その隣合う前記爪状磁極間の漏洩磁束を低減する向きに着磁される永久磁石が配置されることを特徴とする回転電機の回転子。

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