JPH08228449A - ステータコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】円弧部を素線とヘッダとをろう付けする際、素
線円弧部で欠陥が発生するのを確実に防止すること。 【構成】冷却孔１ａを有する素線１と中実の素線２とが
横に交互に組合わされ、２段に重ねた素線束としてヘッ
ダ３の内部に収められる。この素線束の上にヘッダ３の
開口部を塞ぐカバー４を載せる。ろう材は素線列間、素
線１、２とヘッダ３との間、素線１、２とカバー４との
間にそれぞれ板ろう５を介装する。さらに、板ろう５と
素線１、２の円弧部との隙間にペーストろう６を充填す
る。こうして組み上げた被接合材を所定のろう付け温度
を保ってろう付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービン発電機のステー
タコイル部材に係り、特にコイル素線とヘッダとの接合
部にボイド欠陥等が生じるのを防止するのに好適なステ
ータコイルの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）はタービン発電機のステータ
コイルに用いられる素線４１の横断面を示している。断
面形状は短形であって、角はそれぞれ円弧部として丸め
られている。長さは全長数メートルあるいはそれ以上の
長尺のものもある。素線４１内部に水冷部のための冷却
孔４２を形成したものと、冷却孔４２のない、つまり中
実線として仕上げたものとがあり、図は前者を示したも
のである。

【０００３】ステータコイルとして完成させるには素線
４１を横に１０ないし３０本並べて素線列を形成し、さ
らにこれを縦に数段に重ねて素線束に仕上げる。また、
素線束の両端には冷却孔４１ａに冷却水を供給し、そこ
から回収するためにヘッダ（図示せず）が設けられる。

【０００４】素線４１とヘッダとは、接合により部材同
士が一体化されるが、このとき、素線４１の平坦面と比
べて円弧部はヘッダとの間に大きな隙間が生じる。この
大きな隙間を埋めて接合するにはろう付けが最も望まし
い方法であり、こうしたステータコイルの接合にはろう
付けが多く用いられている。

【０００５】ところで、素線４１およびヘッダは純銅製
であり、ろう材として大気中でのろう付けでフラックス
が不必要なりん銅ろうが用いられる。これに対し、円弧
部には欠陥の発生を抑えることを目的として、図５
（ｂ）に示すような円弧部を補完する形状の銅製インサ
ート材４２が使用されている。また、図５（ｃ）に示す
ように、発砲させた銅材料をインサート材４３として用
いることもある。さらに、円弧部に残る気泡を接合部の
外に逃がすやり方として、素線４１を垂直に向けてろう
付けする方法も用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５（ａ）に示したイ
ンサート材４３を用いる場合、形状の複雑なインサート
材４３を仕上げるのが容易でなく、製造におけるコスト
が上昇する一因となっている。また、素線４１の一本毎
の円弧部をインサートザイ４３にはめ合わせていくと、
素線円弧部の隙間は小さくなるが、横に並ぶ各素線４１
間の隙間が大きくなるかあるいは不均一になる可能性が
ある。

【０００７】発砲インサート材４４による方法では溶融
したろう材がインサート材４４を溶融し、その結果溶融
金属の溶融温度が上昇するためろう付け温度に保持した
状態で溶融金属が凝固しやすくなる。この場合も、円弧
部に欠陥が発生する可能性が高い。

【０００８】一方、素線４１を垂直に向けてろう付けす
るやり方は、ろう付け時の欠陥を減少できる利点はある
ものの、ステータコイルが極めて長尺であることから、
このろう付け工程のためのみ使用する専用の装置が必要
となり、経済性が大きく損なわれる。ろう付けを真空雰
囲気のもとで行うことができれば、接合部に気泡が残ら
ず、欠陥が減少することで最も望ましいといえるが、素
線４１の束の真空シールは容易でなく、現実的な方法で
はない。

【０００９】そこで、本発明の目的は円弧部を有する素
線とヘッダとをろう付けする際、素線円弧部で欠陥が発
生するのを確実に防止できるようにしたステータコイル
の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は複数本の素線を横に並べて素線列を形成し、
この素線列を縦に複数段にわたり重ねて素線束とすると
共に、この素線束の両端にヘッダを接合して一体化する
ステータコイルの製造方法において、素線列間に板ろう
を介装すると共に、板ろうと各素線円弧部との隙間にペ
ーストろうを充填して素線束と前記ヘッダとをろう付け
することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】ステータコイルのコイル素線とヘッダとの接合
では板ろうと素線円弧部との間の隙間をろう材が流れる
とき、空気が巻き込まれて生じる、いわゆるボイド欠陥
の発生する確率が極めて高い。本発明は特にペースト状
のろう材を用いて予めこの隙間を満たすことを主眼にお
くもので、ろう材として板ろうと共にペーストろうを使
用する。

【００１２】ペーストろうで予め隙間を満たす効果を図
２を参照して説明する。図２は素線１１、１２の円弧部
と板ろう１３とに囲われた隙間で溶融したろう材が流動
するときの様子を模式的に示したものである。

【００１３】図２（ａ）は板ろう１３のみを使用したと
きのもので、このとき溶融ろうは矢印Ａで示すように下
から上に向かって流れ、隙間に滞留している空気を巻き
込んで上昇する。このためボイド欠陥を生じる確率が非
常に高くなる。

【００１４】一方、図２（ｂ）は板ろう１３と共にペー
ストろう１４を用いたときのもので、溶融ろうは矢印Ｂ
で示すように上から下に向かう。滞留している空気はこ
の溶融ろうの流れによって隙間から外に逃がされ、ボイ
ド欠陥が発生しにくくなる。

【００１５】また、板ろう１３のみでは板ろう１３の量
を増しても、増加分の大部分が素線１１、１２を加圧す
るとき、接合部から外へ流れ出てしまい、効果がない。
これに対し、ペーストろう１４を充填する方法において
は加圧されても押し出されず、そこに保持されるので、
ろう材の不足から生じる欠陥の発生を少なくすることが
できる。

【００１６】

【実施例】本発明に係る接合方法を図面を参照して説明
する。本実施例は冷却孔を有する素線と、中実の素線を
交互に横に並べて素線列を形成し、これを縦に２段に重
ねた素線束として構成するものを説明するものである
が、これは図の簡略化のために示したもので、素線束の
組合わせはこれに限られないことはいうまでもない。

【００１７】図１において、ろう付けに先立って、冷却
孔１ａを有する素線１と中実の素線２とが横に交互に組
合わされ、２段に重ねた素線束としてヘッダ３の内部に
収められる。さらに、この素線束の上にヘッダ３の開口
部を塞ぐカバー４を載せる。この被接合部材の段取りの
間、接合のためのろう材を次のように配置する。

【００１８】素線列間、素線１、２とヘッダ３との間、
素線１、２とカバー４との間にそれぞれ板ろう５を介装
する。さらに、板ろう５と素線１、２の円弧部との隙間
にペーストろう６を充填する。これらの板ろう５および
ペーストろう６はりん銅ろう（ＢＣｕＰ-1）を用いる。

【００１９】被接合材は全体を治具７に載せて上から空
気シリンダ（図示せず）を用いて押し板８を押し、カバ
ー４をヘッダ３に押し込む。被接合材のろう付け温度へ
の加熱には高周波コイルを用いる。なお、図中符号９は
素線１、２同士の間にある線間隙間を示している。

【００２０】本実施例の接合方法をより詳しく説明す
る。高周波コイルに電気を供給して被接合材全体を加熱
する。被接合材の温度が４００〜５００℃に達すると、
円弧部の隙間に充填したペーストろう６のバインダ成分
が蒸発するので、この温度で一時保持し、バインダを完
全に蒸発させる。この後、被接合材をろう付け温度まで
上昇させる。

【００２１】板ろう５およびペーストろう６にりん銅ろ
うを用いる場合、ろう付け温度は７８８〜９２７℃に保
持する。ろう付け温度を高くすると、銅母材への浸食が
大きくなるので、この温度範囲のうち、低めの温度がよ
り望ましい。

【００２２】また、保持時間は長時間保持すると、銅母
材への浸食が大きくなるので、１ないし数分が適当であ
る。ろう付け温度に達したとき、ペーストろう６の溶融
が起こり、溶融ろうは線間隙間９に浸透して行く。未溶
融のペーストろう６はそこに留まる。板ろう５もほぼ同
時に溶融し始め、ペーストろう６の未溶融部分と共に素
線１、２、ヘッダ３およびカバー４の間を埋めて行く。
この加熱中、被接合材および接合部の酸化を防ぐために
冷却孔１ａの内部およびヘッダ３の外部には不活性ガス
（たとえばアルゴンガス）を流し続ける。

【００２３】上記の実施例によれば、素線１、２の円弧
部で空気が溶融ろうに巻き込まれて生じるいわゆるボイ
ド欠陥を大幅に減少させることができる。たとえば、ろ
う材として板ろうのみを用いたものでは溶融ろうが円弧
部の両側から回り込むことから、円弧部の隙間にある空
気を巻込むことが多くなる。これに対し、板ろう５と素
線１、２の円弧部との間の隙間にペーストろう６を充填
すると、溶融ろうは円弧部の接触部から円弧部の隙間を
埋めるように流れるために空気を巻込むことが比較的少
ない。かくして、空気の巻込み量が減少することでホイ
ド欠陥が生じるのを防止することができる。

【００２４】次に、他の実施例を説明する。板ろう５に
ついては上記実施例と同様にりん銅ろう（ＢＣｕＰ-1）
で作られたものを使用する。ペーストろう６はりん銅ろ
うのうち、より低いろう付け温度であるＢＣｕＰ-3を用
いる。

【００２５】この組合わせでは、被接合材をろう付け温
度に上昇させると、初めに融点の低いペーストろう６が
約６４３℃で溶融し始める。このとき、板ろう５は融点
に達しないので、固相のままである。溶融ろうは線間隙
間９に浸透すると共に、板ろう５と円弧部との隙間を埋
めて行く。その後、さらに温度が上昇すると、板ろう５
に溶融が起こる。このとき、溶融ろうが素線列間、素線
１、２とヘッダ３、素線１、２とカバー４の間の微小な
隙間を埋め、すべてが一体化される。このようにろう材
の融点が相違するものを使用することで素線１、２の円
弧部が先に溶融ろうで埋まり、その後素線列間が埋まる
ようにすることができ、欠陥の発生を最小に抑えること
ができる。

【００２６】さらに、上記の方法と異なる実施例を図３
を参照して説明する。素線の束をヘッダに一段ずつ組み
込みながら、ペーストろうを充填した行くことは、比較
的難しい。このため、ペースト量の不均一により欠陥が
発生しやすくなる。このペーストろうの充填を容易にす
る方法が本実施例である。図３に示すように、素線２
１、２２ヘッダ２３およびカバー２４を組合わせ後、ろ
う材充填用の孔２６が明いたペースト充填針２７を板ろ
う２５と素線円弧部の隙間に挿入する。挿入長さはろう
長さとほぼ等しくする。ここで、ペーストアプリケータ
２８を作動させ、ペーストろうをペースト充填針２７の
先端のろう材充填用の孔２６から送り出す。ろう材を流
出させながら、ペースト充填針２７を段々と引き抜き、
板ろう２５と素線円弧部の隙間をペーストろう２９で満
たす。この方法を用いると、被接合材を組み上げた後に
ペーストろうを充填できるため、ペーストろうを比較的
簡単に充填することができる。また、ペーストろう２９
の充填量はペーストアプリケータ２８に加える空気圧、
ろう材充填用の孔２６の口径、ペーストろうの粘度およ
びペースト充填針２７の引き抜き速度を制御することで
一定に保つことができ、欠陥の発生を防止することが可
能になる。

【００２７】さらに、異なる実施例を図４を参照して説
明する。図４（ａ）において、上記実施例と同様に素線
３１、３２の束をヘッダ（図示せず）と組合わせるが、
板ろう３３と素線円弧部との隙間にペーストろう３４を
充填するとき銅線３５を使用する。

【００２８】このような銅線３５を用いたものは接合部
分の隙間が小さくなり、ろう付け時に欠陥が生じにくく
なる。ペーストろう３４の使用量は銅線３５によって減
少し、ペーストろう３４のバインダ成分の蒸発に伴う気
体の発生量が減少し、気体がそこに閉じ込められること
で生じる欠陥の発生を減少できる利点がある。銅線３５
に代えてペーストろう３４中に銅粉末３６を混合しても
よい。

【００２９】本実施例においても銅線３５を用いたもの
と同様の効果を得ることができる。なお、銅粉末はろう
付け温度で溶融しなければ、必ずしも銅である必要はな
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明はコイル素線
列間に板ろうを介装すると共に、板ろうと各素線円弧部
との隙間にペーストろうを充填して素線束とヘッダとを
ろう付けするようにしたので、素線円弧部でボイド欠陥
等が発生するのを確実に防止することができる。したが
って本発明によれば、ステータルコイルの製造工程にお
ける品質の低下を防ぐことができ、信頼性を向上させる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による製造方法を説明するための模式
図。

【図２】溶融ろうの挙動を示す模式図。

【図３】本発明の他の実施例を説明するための模式図。

【図４】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図５】（ａ）は従来のコイル素線を示す断面図、
（ｂ）（ｃ）は従来のインサート材を示す断面図。

【符号の説明】

１、２、２１、２２、３１、３２ 素線 ３、２３ ヘッダ ４、２４ カバー ５、２５、３３ 板ろう ６、２９、３４ ペーストろう ７ 治具 ８ 押し板 ２８ ペーストアプリケータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の素線を横に並べて素線列を形成
   し、この素線列を縦に複数段にわたり重ねて素線束とす
   ると共に、この素線束の両端にヘッダを接合して一体化
   するステータコイルの製造方法において、前記素線列間
   に板ろうを介装すると共に、前記板ろうと前記各素線円
   弧部との隙間にペーストろうを充填して前記素線束と前
   記ヘッダとをろう付けすることを特徴とするステータコ
   イルの製造方法。
2. 【請求項２】 前記板ろうと前記素線円弧部との隙間に
   充填される該ペーストろうの融点を前記素線列間に介装
   される板ろうの融点よりも低く保ってろう付けすること
   を特徴とする請求項１記載のステータコイルの製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記ペーストろうをペーストアプリケー
   タを用いて前記板ろうと前記素線円弧部との隙間に充填
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載のステー
   タコイルの製造方法。
4. 【請求項４】 前記板ろうと前記素線円弧部の隙間に前
   記ペーストろうを充填するにあたり、該ペーストろうの
   ろう付け温度において溶融しない固形体あるいは粉末を
   混入させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   ステータコイルの製造方法。