(57)【要約】【課題】各スロットから突出した複数の電気導体の先端部同士を、従来よりも高い接合強度でレーザ溶接できる回転電機の製造方法を提供すること。【解決手段】ステータコア２に設けられた各スロット２ａに挿通され、各スロット２ａから突出した複数の電気導体４０の先端部４１同士を、レーザ溶接により接合することで回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を揃えて配置させる電気導体配置工程と、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の接合面Ｘに対して角度θ傾斜した方向から、隣接する２本の電気導体４０にレーザを照射することで、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を接合する接合工程と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアに設けられた各スロットに挿通され、当該各スロットから突出した複数の電気導体の先端部同士を、レーザ溶接により接合することで回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、
隣接する２本の電気導体の先端部同士を揃えて配置させる電気導体配置工程と、
前記隣接する２本の電気導体の先端部同士の接合面に対して傾斜した方向から、前記隣接する２本の電気導体にレーザを照射することで、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士を接合する接合工程と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の製造方法において、
前記接合工程では、前記レーザの照射位置を、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士の間に設定することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機の製造方法において、
前記電気導体配置工程では、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士を高さが異なるように配置させ、
前記接合工程では、先端部の高さが低い方の電気導体側から前記レーザを照射することを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータとロータとを備える電動機や発電機等の回転電機が知られている。回転電機のステータは、通常、次のようにして製造される。
先ず、複数の電気導体を束ねて略Ｕ字状に成形したコイル要素を複数作製する。次いで、作製した複数のコイル要素を円周方向に重ねながら円環状に整列させ、この状態で、各電気導体の先端部をステータコアに円環状に設けられた各スロットに挿通する。次いで、各スロットから突出した複数の電気導体の先端部を円周方向に捻り曲げた後、その先端部同士を接合する。これにより、回転電機のステータが製造される。
【０００３】
ところで、複数の電気導体の先端部同士を接合する方法として、ＴＩＧ溶接が広く行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ＴＩＧ溶接では、アース電極を各電気導体に確実に接触させる必要がある。そのため、電気導体の数が増加するにつれてアース電極の数も増加する結果、装置構成が複雑化する。
【０００４】
そこで近年では、複数の電気導体の先端部同士を接合する方法として、レーザ溶接が検討されている。レーザ溶接では、その先端部同士の接合面において大きな溶融面積を得るために、接合面に沿ってレーザを照射する。このレーザ溶接によれば、アース電極が不要であるとともに、高いエネルギー効率が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ溶接では、溶融部の先端におけるエネルギー密度が高いため、溶融部の先端においてポロシティと呼ばれる気泡が発生し易い。ここで、図８は、従来のレーザ照射時の溶融部５Ａを示す断面図である。上述したように、従来では、電気導体４０Ａの先端部４１Ａの接合面Ｙに沿って（即ち電気導体４０Ａの真上から）レーザを照射するため、エネルギー密度が高い溶融部５Ａの先端５１Ａに発生するポロシティ５０Ａが、接合面Ｙ上に位置することとなる。また図８に示すように、通常、ポロシティ発生部位５２Ａは、レーザ照射方向に直交する方向から見たときに、接合面Ｙ上に一組の対角が位置したひし形形状を有する。このポロシティ発生部位５２Ａは、接合に対して有効に機能しないため、接合に対して有効な、接合面上における溶融部５Ａの有効深さＤＡが浅くなる。
また、ポロシティ発生部位５２Ａには応力が集中し易く、これにより接合強度が大きく低下する。従って、接合強度向上の観点から、ポロシティ５０Ａの発生を抑制することが望まれるものの、ポロシティ５０Ａの発生自体を抑制することはできないのが現状である。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、各スロットから突出した複数の電気導体の先端部同士を、従来よりも高い接合強度でレーザ溶接できる回転電機の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、ステータコア（例えば、後述のステータコア２）に設けられた各スロット（例えば、後述のスロット２ａ）に挿通され、当該各スロットから突出した複数の電気導体（例えば、後述の電気導体４０）の先端部（例えば、後述の先端部４１）同士を、レーザ溶接により接合することで回転電機を製造する回転電機の製造方法（例えば、後述の回転電機の製造方法）であって、隣接する２本の電気導体の先端部同士を揃えて配置させる電気導体配置工程（例えば、後述の電気導体配置工程）と、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士の接合面（例えば、後述の接合面Ｘ）に対して傾斜した方向（例えば、後述の接合面Ｘに対して角度θ傾斜した方向）から、前記隣接する２本の電気導体にレーザを照射することで、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士を接合する接合工程（例えば、後述の接合工程）と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明では、隣接する２本の電気導体の先端部同士を揃えて配置させた後、隣接する２本の電気導体の先端部同士の接合面に対して傾斜した方向から、隣接する２本の電気導体にレーザを照射する。
本発明によれば、溶融部の先端を、隣接する２本の電気導体のいずれか一方側に寄せて配置させることができる。即ち、溶融部の先端におけるひし形形状のポロシティ発生部位を、隣接する２本の電気導体のいずれか一方側に寄せて配置させることができる。これにより、接合面上におけるポロシティ発生部位の面積を小さくでき、接合に対して有効な、接合面上における溶融部の有効深さをより深く確保できる。従って、従来と比べて、より高い接合強度が得られる。
【００１０】
前記接合工程では、前記レーザの照射位置を、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士の間に設定することが好ましい。
【００１１】
この発明では、レーザの照射位置を、隣接する２本の電気導体の先端部同士の間に設定する。
これにより、隣接する２本の電気導体の先端部同士の間がレーザの照射範囲内となることで、より確実に、接合面上における溶融部の有効深さをより深く確保でき、より高い接合強度が得られる。
【００１２】
前記電気導体配置工程では、前記隣接する２本の電気導体の先端部同士を高さが異なるように配置させ、前記接合工程では、先端部の高さが低い方の電気導体側から前記レーザを照射することが好ましい。
【００１３】
この発明では、隣接する２本の電気導体の先端部同士を高さが異なるように配置させた後、先端部の高さが低い方の電気導体側からレーザを照射する。
これにより、溶融部の先端におけるひし形形状のポロシティ発生部位を、隣接する２本の電気導体のいずれか一方側にさらに寄せて配置させることができる。従って、接合面上における溶融部の有効深さをより深く確保でき、より確実に高い接合強度が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各スロットから突出した複数の電気導体の先端部同士を、従来よりも高い接合強度でレーザ溶接できる回転電機の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
【図２】上記実施形態に係る複数のコイル要素をステータコアの各スロットに挿通するときの様子を示す図である。
【図３】上記実施形態に係る複数の電気導体の先端部を示す斜視図である。
【図４】上記実施形態に係る複数の電気導体の先端部を捻り曲げる前と捻り曲げた後の様子を示す図である。
【図５】上記実施形態に係るレーザ照射時の溶融部を示す断面図である。
【図６】レーザ照射角度と溶融部の有効深さとの関係を示す図である。
【図７】上記実施形態に係るレーザ照射時の溶融部を示す断面図である。
【図８】従来のレーザ照射時の溶融部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
本実施形態に係る回転電機の製造方法は、ステータコアに設けられた各スロットに挿通され、当該各スロットから突出した複数の電気導体の先端部同士をレーザ溶接により接合することで、回転電機を製造する。
【００１７】
先ず、本実施形態に係る製造方法により製造される回転電機の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る回転電機のステータ１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、ステータ１は、円筒状に形成される。ステータ１の内側には、図示しないロータが回転自在に配置され、これにより、回転電機が構成される。
【００１８】
ステータ１は、ステータコア２と、コイル３と、を含んで構成される。ステータコア２は、円筒状に形成される。ステータコア２には、回転軸方向に貫通するスロット２ａが、円環状に複数設けられる。即ち、スロット２ａは、ステータコア２の円周方向に等間隔ごとに複数設けられる。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成される。各スロット２ａは、ステータコア２の内側に円周方向に等間隔ごとに形成されたスリット２ｂを介して、ステータコア２の内周面に連通している。ただし、このスリット２ｂは必須ではない。
【００１９】
コイル３は、複数の電気導体を束ねて略Ｕ字状に成形することで得られた複数のコイル要素４を、レーザ溶接により接合することで得られる。
ここで、図２は、本実施形態に係る複数のコイル要素４をステータコア２の各スロット２ａに挿通するときの様子を示す図である。図２に示すように、コイル３は、複数のコイル要素４を円周方向に重ねながら円環状に整列させた状態で、各電気導体の先端部を各スロット２ａに挿通した後、その先端部同士をレーザ溶接することで得られる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る回転電機の製造方法について説明する。
本実施形態に係る回転電機の製造方法は、電気導体配置工程と、接合工程と、を有する。
【００２１】
本実施形態に係る電気導体配置工程は、ステータコア２の各スロット２ａに挿通された複数のコイル要素４において、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を揃えて配置させる工程である。より具体的には、後述する接合工程で互いに接合される、径方向に隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を揃えて配置させる工程である。なお、本工程において、揃えて配置させるとは、接合工程で接合可能なように、隣接する先端部４１同士を接触又は近接させることを意味する。
【００２２】
ここで、図３は、本実施形態に係る複数の電気導体４０の先端部４１を示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態に係る電気導体配置工程では、各スロット２ａに挿通されて各スロット２ａから突出した複数の電気導体４０の先端部４１を、円周方向に捻り曲げる。具体的には、先端部４１を円周方向に捻った後、その最先端部を回転軸方向に折り曲げる。
【００２３】
より詳しくは、最も外側の電気導体４０の先端部４１を、円周方向の一方側（図３では右回り）に捻り曲げる。次いで、外側から２番目及び３番目の電気導体４０の先端部４１を、円周方向の他方側（図３では左回り）に捻り曲げる。次いで、外側から４番目及び５番目の電気導体４０の先端部４１を、円周方向の一方側（図３では右回り）に捻り曲げる。このようにして逆方向に交互に捻り曲げた後、最後に、最も内側の電気導体４０の先端部４１を、円周方向の一方側（図３では右回り）に捻り曲げる。
以上のようにして、複数の電気導体４０の先端部４１を捻り曲げることで、後述する接合工程で互いに接合される、径方向に隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を揃えて配置させる。
【００２４】
図４は、本実施形態に係る複数の電気導体４０の先端部４１を捻り曲げる前と捻り曲げた後の様子を示す図である。図４（ａ）に示す例では、先端部４１を捻り曲げる前においては、各一対の電気導体４０における内側と外側の先端部４１の高さを略同一とする。また、内側に配置された一対の電気導体４０と比べて、外側に配置された一対の電気導体４０ほど、先端部４１の高さが高くなるように設定する。
この例では、図４（ｂ）に示すように先端部４１を捻り曲げた後においては、各一対の電気導体４０の外側同士の先端部４１の高さと、内側同士の先端部４１の高さは略同一となる。また、径方向に隣接する各一対の電気導体４０の先端部４１の高さは、外側の電気導体４０の先端部４１の方が低くなる。これは、外側の電気導体４０ほど、円周方向に捻り曲げる距離が長いからである。
【００２５】
図４に示す例のように、先端部４１を捻り曲げた後において、各一対、即ち隣接する２本の電気導体４０における内側と外側の先端部４１の高さが異なる場合には、より高い接合強度が得られるため好ましい。その理由については、後段で詳述する。
なお本実施形態では、図４に示す例に限定されず、各電気導体４０の先端部４１の高さは適宜設定される。
【００２６】
本実施形態に係る接合工程は、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士をレーザ溶接により接合する工程である。より具体的には、本工程では、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の接合面に対して傾斜した方向から、隣接する２本の電気導体４０にレーザを照射することで、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を接合する。
【００２７】
本実施形態に係る接合工程では、従来公知のレーザ装置が用いられる。レーザ光の種類としては限定されず、例えば、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ及び半導体励起レーザ等が挙げられる。
【００２８】
本実施形態に係る接合工程では、レーザの照射位置は、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の間に設定するのが好ましい。即ち、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の間が、レーザの照射範囲内であることが好ましい。
【００２９】
図５は、本実施形態に係るレーザ照射時の溶融部５を示す断面図である。上述したように、図８に示す従来例では、電気導体４０Ａの先端部４１Ａの接合面Ｙに沿って（即ち電気導体４０Ａの真上から）レーザを照射するため、エネルギー密度が高い溶融部５Ａの先端５１Ａに発生するポロシティ５０Ａが、接合面Ｙ上に位置することとなる。また図８に示すように、通常、ポロシティ発生部位５２Ａは、レーザ照射方向に直交する方向から見たときに、接合面Ｙ上に一組の対角が位置したひし形形状を有する。このポロシティ発生部位５２Ａは、接合に対して有効に機能しないため、接合に対して有効な、接合面上における溶融部５Ａの有効深さＤＡが浅くなる。
【００３０】
これに対して本実施形態では、図５に示すように、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１の高さが略同一の場合において、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の接合面Ｘに対して角度θ傾斜した方向から、隣接する２本の電気導体４０にレーザを照射する。すると、溶融部５の先端５１におけるひし形形状のポロシティ発生部位５２が、隣接する２本の電気導体４０のいずれか一方側（図５では右側の電気導体側）に寄った位置に配置される。これにより、接合面Ｘ上におけるポロシティ発生部位５２の面積が小さくなり、接合に対して有効な、接合面Ｘ上における溶融部５の有効深さＤ１がより深く確保されるようになる。
【００３１】
ここで、図６は、レーザ照射角度と溶融部の有効深さとの関係を示す図である。図６において、横軸は、接合面に対するレーザ照射角度（°）を表しており、縦軸は、接合面上における溶融部の有効深さ（ｍｍ）を表している。
なお、図６は、隣接する２本の電気導体４０として、接合面に直交する方向の幅が２ｍｍの２本の銅部材を用いたときの一例を示している。このとき、ポロシティ発生部位は、接合面に沿った方向の高さが１．５ｍｍであり且つ接合面に直交する方向の幅が０．４ｍｍのひし形形状である。
【００３２】
図６に示すように、接合面に対するレーザ照射角度を０°から徐々に大きくしていくと、接合面上における溶融部の有効深さが大きくなることが分かる。そして、この一例では、レーザ照射角度が９．４６°のときに、接合面上における溶融部の有効深さが最大値３．０５ｍｍとなる。レーザ照射角度が９．５°を超えると、照射角度が大きくなるに従って、接合面上における溶融部の有効深さは小さくなることが分かる。
図６から、この一例では、レーザ照射角度を５〜１５°とすることにより、従来のようにレーザ照射角度が０°の場合と比べて、接合面上における溶融部の有効深さを大きく確保できるため好ましい。この場合には、レーザ照射角度０°のときの接合面上における溶融部の有効深さは２．５ｍｍであり、レーザ照射角度が９．４６°のときの接合面上における溶融部の有効深さが最大値３．０５ｍｍであることから、接合面上における溶融部の有効深さを最大でおよそ２０％大きくでき、ひいては接合強度をおよそ２０％向上できる。
【００３３】
ところで、上述の電気導体配置工程では、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の高さを異なるように配置させた場合には、先端部４１の高さが低い方の電気導体４０側から、レーザを照射することが好ましい。
【００３４】
また本実施形態では、図７に示すように、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の高さを異なるように配置させた場合には、先端部４１の高さが低い方の電気導体４０側から、且つ接合面Ｘに対して角度θ傾斜した方向から、レーザを照射する。すると、溶融部５の先端におけるひし形形状のポロシティ発生部位５２が、隣接する２本の電気導体４０のいずれか一方側（図７では右側の電気導体側）にさらに寄った位置に配置される。これにより、接合面Ｘ上における溶融部５の有効深さＤ２がより深く確保されるようになる。
【００３５】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を揃えて配置させた後、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の接合面Ｘに対して角度θ傾斜した方向から、隣接する２本の電気導体４０にレーザを照射した。
本実施形態によれば、溶融部５の先端５１を、隣接する２本の電気導体４０のいずれか一方側に寄せて配置させることができる。即ち、溶融部５の先端５１におけるひし形形状のポロシティ発生部位５２を、隣接する２本の電気導体４０のいずれか一方側に寄せて配置させることができる。これにより、接合面Ｘ上におけるポロシティ発生部位５２の面積を小さくでき、接合に対して有効な、接合面Ｘ上における溶融部５の有効深さＤ１をより深く確保できる。従って、従来と比べて、より高い接合強度が得られる。
【００３６】
また本実施形態では、レーザの照射位置を、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の間に設定した。
これにより、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士の間がレーザの照射範囲内となることで、より確実に、接合面Ｘ上における溶融部５の有効深さＤ１をより深く確保でき、より高い接合強度が得られる。
【００３７】
また本実施形態では、隣接する２本の電気導体４０の先端部４１同士を高さが異なるように配置させた後、先端部４１の高さが低い方の電気導体４０側からレーザを照射した。
これにより、溶融部５の先端５１におけるひし形形状のポロシティ発生部位５２を、隣接する２本の電気導体４０のいずれか一方側にさらに寄せて配置させることができる。従って、接合面Ｘ上における溶融部５の有効深さＤ２をより深く確保でき、より確実に高い接合強度が得られる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…ステータ
２…ステータコア
２ａ…スロット
３…コイル
４…コイル要素
４０…電気導体
４１…先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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