(57)【要約】【課題】本発明は、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を従来よりも簡単に形成することができる可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法は、摩擦攪拌接合により、コイルエンドのソリッド１４の端部と、鉄心スロット内で延在し、前記ソリッド１４よりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランド１３の端部とを直接突き合わせ、接合したことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内で延在する素線ストランドの端部とが接合されたことを特徴とする回転電機用回転子コイル。
【請求項２】
摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内から延出する素線ストランドの端部とが接合された回転電機用回転子コイルの製造方法であって、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、
を有することを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機用回転子コイルの製造方法において、
前記摩擦攪拌接合に使用される接合ツールは、ショルダーがショルダー外周縁から中央のピン側に向かって突出する凸面部で形成され、
前記接合ツールの回転方向で規定される前進側に前記素線ストランドを配置すると共に、前記接合ツールの回転方向で規定される後進側に前記ソリッドを配置して前記突合せ目に、摩擦攪拌接合を施すことを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機用回転子コイルの製造方法において、
前記突合せ目の傾斜は、前記接合ツールが前記突合せ目に進入する側の前記素線ストランドの端部角度が鋭角となるように形成されることを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用回転子コイル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
揚水発電所等に用いられる可変速発電電動機の回転子コイルにおいては、複数の鉄心スロットのそれぞれから延出する素線ストランド（レーベル転移（素線編み）された素線導体）がコイルエンドを形成するソリッドに接合され、コイルエンドで回転子の軸回りに複数配設されることとなるソリッドは、これらをその周囲から巻回するバインド線で巻き締めされて支持拘束されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような回転子コイルでは、発電機の運転時に発生する遠心力により、コイルエンドが遠心方向に変位するのを防ぐため、コイルエンドは機械的強度の高いソリッドとし、バインドで強固に支持拘束している。また、鉄心スロット内は、循環電流による損失を低減させるため、レーベル転移された素線ストランドとしている。したがって、この回転子コイルによれば、その耐久性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５２９９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の回転子コイル（例えば、特許文献１参照）におけるソリッドと素線ストランドとの接合は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接にて行っていた。具体的には、ソリッドと素線ストランドとの合せ目を、パス間温度を見ながらの多層盛り溶接にて行っていた。このようなＴＩＧ溶接は作業者の熟練技能に負うところが多く、品質のばらつきが大きいため、歩留まりが低く、また多層盛りであることから作業時間が多くかかる問題があった。また、従来の回転子コイルにおけるＴＩＧ溶接箇所が非常に多いため、ソリッドと素線ストランドとの接合作業は煩雑を極めていた。
【０００６】
また、可変速発電電動機は、始動と停止とが繰り返されると、ソリッドがバインド線で支持拘束されていることから、ソリッドと素線ストランドとの接合部には熱伸縮に伴う応力が発生する。したがって、昨今の可変速発電電動機に対する大容量高電圧化の要請を考慮すると、ソリッドと素線ストランドとの接合部には、従来にも増しての高い信頼性が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を従来よりも簡単に形成することができる回転電機用回転子コイル及びそ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】
前記課題を解決する本発明の回転電機用回転子コイルは、摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内から延出する素線ストランドの端部とが接合されたことを特徴とする。
【０００９】
また、課題を解決する本発明の回転電機用回転子コイルの製造方法は、摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内から延出する素線ストランドの端部とが接合された回転電機用回転子コイルの製造方法であって、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を容易に形成することができる回転電機用回転子コイル及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルが適用される可変速発電電動機の回転軸に沿った断面の左半分を模式的に示す部分断面図である。
【図２】図１の可変速発電電動機の回転子におけるコイルエンド近傍を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルを構成する素線ストランドとソリッドとをその接合部で相互に分離してそれぞれの端部を示す分離斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルの製造方法の説明図であり、素線ストランドとソリッドとを摩擦攪拌接合で接合する様子を示す平面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルの製造方法で使用する摩擦攪拌接合用の接合ツールの構成説明図、（ｂ）は、従来の摩擦攪拌接合用の接合ツールの構成説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルの製造方法において、摩擦攪拌接合で接合した素線ストランドとソリッドとの接合部の様子を示す平面図であり、（ａ）は、素線ストランドの端部とソリッドの端部との突合せ目がソリッドの幅方向に対して傾斜するよう形成されて相互に接合された様子を示す平面図、（ｂ）は、素線ストランドの端部とソリッドの端部との突合せ目がソリッドの幅方向に沿うよう形成されて相互に接合された様子を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイルの製造方法において、摩擦攪拌接合で接合した素線ストランドとソリッドとの接合部の断面の様子を示す拡大写真であり、（ａ）は、摩擦攪拌接合の接合ツールの回転方向で規定される前進側に素線ストランドを配置し、後進側にソリッドを配置して摩擦攪拌接合を施した接合部の拡大写真、（ｂ）は、後進側に素線ストランドを配置し、前進側にソリッドを配置して摩擦攪拌接合を施した接合部の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る回転電機用回転子コイル（以下、単に「回転子コイル」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、可変速発電電動機の回転軸に沿った断面の左半分を模式的に示す部分断面図である。なお、以下の説明における上下方向は、図４及び図６を参照する場合を除き、図１に示す上下方向を基準とする。
【００１３】
本発明の回転子コイルは、後記するように、ソリッドの端部と素線ストランドの端部とが摩擦攪拌接合で接合されたことを主な特徴とする。以下では、例えば揚水発電所等に用いられる可変速発電電動機の全体構成について説明した後に、これに適用される本実施形態に係る回転子コイルについて説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態での可変速発電電動機（回転電機）ＧＭは、回転軸３にスパイダーアーム４を介して固定された回転子１と、この回転子１と径方向の隙間を介して対向する固定子２と、前記回転軸３を回転自在に支持する第１軸受部５ａ及び第２軸受部５ｂと、回転軸３の上端部近傍に設けられたスリップリング６とを備えている。ちなみに、第１軸受部５ａよりも下方の図示しない回転部にはポンプ水車（図示省略）が連結されている。
【００１５】
前記回転子１は、略円形の板体が回転軸３の延在方向に複数積層されて構成される略円柱状の回転子鉄心１１を備えている。
この回転子鉄心１１は、その外周に沿って等間隔に複数形成される溝状の鉄心スロット１２を有している。この鉄心スロット１２は、回転軸３の延在方向に長い溝状に形成されている。そして、この鉄心スロット１２内にはその長手方向に沿うように外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂが延在している。これらの外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂは、損失低減のためのレーベル転移、いわゆる素線編みが行われたものである。そして、内周側素線ストランド１３ｂは、鉄心スロット１２内で回転軸３寄りに配置され、外周側素線ストランド１３ａは、内周側素線ストランド１３ｂの上側（回転子１の半径方向外側）に配置されている。
これらの外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂは、後記する上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂと共に、本実施形態に係る回転子コイル１０を構成している。
【００１６】
図１中、符号１５は、一対のクランプリングである。クランプリング１５，１５のそれぞれは、回転子鉄心１１をその両側から挟み込んで積層方向に加圧する円盤状の加圧部１５１，１５１と、これらの加圧部１５１，１５１の外周に一体に設けられる円筒状のソリッド保持部１５２，１５２と、を備えている。ちなみに、このソリッド保持部１５２は、その外周面上に、次に説明するコイルエンドを形成する上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂを保持している。なお、図１には、このソリッド保持部１５２上で、上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂを緊縛して支持拘束するバインド線の記載を作図の便宜上省略している。
【００１７】
次に参照する図２は、回転子のコイルエンド近傍を示す部分拡大断面図である。なお、図２は、図１の上下のコイルエンドのうち、上側のコイルエンドを示すものである。以下では、上側のコイルエンドについて説明し、これと同様に構成される下側のコイルエンドの説明は省略する。
【００１８】
図２に示すように、上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂは、棒状のいわゆるソリッドバーで形成され、回転子鉄心１１の複数の鉄心スロット１２内からそれぞれ延出する外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂに対応するように複数配設されている。これらの上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂは、前記したように、外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂと共に、本実施形態に係る回転子コイル１０を構成している。
【００１９】
そして、回転子鉄心１１の鉄心スロット１２内から延出する外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂのそれぞれは、回転子鉄心１１の上面（図示しない下側のコイルエンドでは回転子鉄心１１の下面）に開口する鉄心スロット１２の出口近傍で端部を形成している。そして、これらの外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂの端部のそれぞれは、上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂの端部のそれぞれに対して、後に詳しく説明する摩擦攪拌接合により接合されている。
【００２０】
下側ソリッド１４ｂは、前記したように、内周側素線ストランド１３ｂに対応するように複数配設されると共に、図２に示すように、クランプリング１５のソリッド保持部１５２の外周面上で緩衝材１６ｂを介して配置される。そして、下側ソリッド１４ｂは、ソリッド保持部１５２の周方向に沿って略等間隔に配置されることとなる。
これらの下側ソリッド１４ｂは、図２に示すように、絶縁層１７ｂを介してこれらを長手方向に沿って（図２の上下方向に沿って）その周囲から巻回されるバインド線１８ｂで巻き締めされて支持拘束されている。なお、バインド線１８ｂは、多層で巻回されている。
【００２１】
上側ソリッド１４ａは、前記したように、外周側素線ストランド１３ａに対応するように複数配設されると共に、図２に示すように、下側ソリッド１４ｂを巻き締めしているバインド線１８ｂの上側（回転子の半径方向外側）に絶縁層１７ａを介して配置される。ちなみに、上側ソリッド１４ａは、下側ソリッド１４ｂの上側（回転子の半径方向外側）でこの下側ソリッド１４ｂと重なるように配置される。
そして、これらの上側ソリッド１４ａは、図２に示すように、絶縁層１７ａを介してこれらを長手方向に沿って（図２の上下方向に沿って）その周囲から巻回されるバインド線１８ａで巻き締めされて支持拘束されている。なお、バインド線１８ａは、多層で巻回されている。
【００２２】
次に、外周側素線ストランド１３ａと上側ソリッド１４ａとの接合、及び内周側素線ストランド１３ｂと下側ソリッド１４ｂとの接合について説明する。図２中、符号２２は、外周側素線ストランド１３ａと上側ソリッド１４ａとの接合部、及び内周側素線ストランド１３ｂと下側ソリッド１４ｂとの接合部である。
なお、図２に示す外周側素線ストランド１３ａと上側ソリッド１４ａとの接合、及び内周側素線ストランド１３ｂと下側ソリッド１４ｂとの接合は、略同じ構成となっているので、以下の説明においては、外周側素線ストランド１３ａ及び上側ソリッド１４ａ、並びに内周側素線ストランド１３ｂ及び下側ソリッド１４ｂを区別せずに、単に「素線ストランド１３」と「ソリッド１４」との接合として説明する。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る回転子コイルを構成する素線ストランドとソリッドとを相互に分離してそれぞれの端部を示す部分斜視図である。
図３に示すように、摩擦攪拌接合で互いに接合される素線ストランド１３の端部とソリッド１４の端部とは、同じ幅及び同じ厚さで形成されている。ちなみに、図２に示すように、本実施形態での上側ソリッド１４ａ及び下側ソリッド１４ｂは、外周側素線ストランド１３ａ及び内周側素線ストランド１３ｂとの接合部から離れる所定の位置で、厚さが接合部よりも薄くなるように形成されているが、図３では作図の便宜上、同じ厚さで示している。
【００２４】
本実施形態での素線ストランド１３は、図３に示すように、無酸素銅からなる矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている。そして、本実施形態でのソリッド１４は、銀含有無酸素銅からなる板体で構成されている。ちなみに、無酸素銅からなる素線ストランド１３は、少なくとも摩擦攪拌接合時に塑性流動が生じる際に、銀含有無酸素銅からなるソリッド１４よりも軟質であり、そのため、後に詳しく説明するように、素線ストランド１３は、摩擦攪拌接合が施される際に、前進側ＡＳ(Advancing Side)に配置される。
【００２５】
また、本実施形態でのソリッド１４の端部と素線ストランド１３の端部との突合せ目は、ソリッド１４の幅方向Ｗ１に対して所定の角度θ１で傾斜するように形成されていることが望ましい。そして、ソリッド１４の端部と素線ストランド１３の端部とは、次に説明する摩擦攪拌接合にて接合されている。
【００２６】
次に図４を参照しながら本実施形態でのソリッド１４と素線ストランド１３との摩擦攪拌接合による接合方法を示しつつ、本実施形態に係る回転子コイル１０（図２参照）の製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係る回転子コイルの製造方法の説明図であり、素線ストランドとソリッドとを摩擦攪拌接合で接合する様子を示す平面図である。
図４中、符号１３は素線ストランドであり、符号１４はソリッドであり、符号１９は素線ストランド１３とソリッド１４とを突き合わせた突合せ目であり、符号２１ａは上側押圧板であり、符号２１ｂは下側押圧板であり、符号２０ａは摩擦攪拌接合の接合ツール２０のピン（プローブ）であり、２０ｂはショルダーである。
【００２７】
次に参照する図５（ａ）は、本実施形態に係る回転電機用回転子コイルの製造方法で使用する摩擦攪拌接合用の接合ツールの構成説明図、図５（ｂ）は、従来の摩擦攪拌接合用の接合ツールの構成説明図である。
図５（ａ）に示すように、本実施形態で使用する前記の接合ツール２０（図４参照）は、ショルダー２０ｂがショルダー外周縁２０ｃから中央のピン２０ａ側に向かって凸量Ｈ（突出高さＨ）で突出する凸面部で形成されている。
前記したように、この接合ツール２０で前記の素線ストランド１３（図４参照）とソリッド１４（図４参照）との突合せ目１９（図４参照）を摩擦攪拌接合する際に、接合ツール２０は、図５（ａ）に示すように、接合ツール２０の回転軸が接合方向（図５（ａ）中、白抜き矢印で示す）に対して垂直となるように、そして、接合方向の前側でショルダー２０ｂが素線ストランド１３とソリッド１４との突合せ目１９を荷重Ｆで加圧しながら進行する。
ちなみに、従来の接合ツール１２０は、図５（ｂ）に示すように、ショルダー１２０ｂがショルダー外周縁１２０ｃから中央のピン１２０ａ側に向かって凹むように形成されている。そして、従来の接合ツール１２０は、図５（ｂ）に示すように、接合ツール１２０の回転軸が接合方向（図５（ｂ）中、白抜き矢印で示す）に対して後方に傾斜角θｔで傾斜するように進行し、接合方向の後側でショルダー１２０ｂが突合せ目１９（図４参照）を荷重Ｆで加圧する。
【００２８】
本実施形態に係る回転子コイル１０の製造方法においては、前記したように、まずソリッド１４（図３参照）の端部と素線ストランド１３（図３参照）の端部との突合せ目１９（図４参照）が、ソリッド１４の幅Ｗ１方向に対して所定の角度θ１（図３参照）で傾斜するように形成されることが望ましい。言い換えれば、図４に示すように、ソリッド１４の端部と素線ストランド１３の端部とは、その接合部２２の近傍におけるソリッド１４及び素線ストランド１３の接合体の延在方向Ｄに対してそれぞれ端部角度θ２を成すように突合せ目１９が形成される。ちなみに、本実施形態での端部角度θ２は、素線ストランド１３の両縁のそれぞれでなす角度のうち鋭角側（θ２＝９０°（ｄｅｇ）−θ１）で規定され、θの値は極力小さいことが望ましい。
【００２９】
次に、本実施形態に係る回転子コイル１０の製造方法においては、突合せ目１９に前記の接合ツール２０（図５（ａ）参照）によって摩擦攪拌接合が施される。この際、図４に示すように、素線ストランド１３は、接合ツール２０の回転方向で規定される前進側ＡＳ(Advancing Side)に配置されると共に、ソリッド１４は後進側ＲＳ(Retreating Side)に配置されることが望ましい。つまり、接合ツール２０の上方（図４の紙面に対して手前側）から接合ツール２０を見下ろして左回りの接合ツール２０で摩擦攪拌接合を行う場合には、接合ツール２０の進入方向（図４中、白抜き矢印で示す）と同じ前側向きに摩擦攪拌される側に素線ストランド１３が配置され、後側向きに摩擦攪拌される側にソリッド１４が配置されることが望ましい。言い換えれば、前記したように、ソリッド１４よりも軟質の素線ストランド１３が攪拌力の大きい前進側ＡＳに配置されることが望ましい。
【００３０】
また、それぞれの端部同士で突き合わせられた素線ストランド１３及びソリッド１４は、これらの長手方向の両端縁に配置された上側押圧板２１ａ及び下側押圧板２１ｂにより挟持されると共に当該両端縁を押圧されることで固定される。
【００３１】
そして、本実施形態に係る回転子コイル１０の製造方法においては、接合ツール２０が、図４に示すように、前進側ＡＳに配置された素線ストランド１３の鋭角の端部角度θ２側から突合せ目１９に進入するように摩擦攪拌接合が行われる。
この際、接合ツール２０は、突合せ目１９の延長線上の上側押圧板２１ａにおける所定の位置に押し当てられると共に、上側押圧板２１ａ側から突合せ目１９に進入する。そして、突合せ目１９の接合を行った接合ツール２０は、下側押圧板２１ｂまで進行した後に下側押圧板２１ｂから離脱する。その結果、接合ツール２０の抜き取り痕（穴）が素線ストランド１３とソリッド１４との接合部に形成されることが回避される。
【００３２】
また、本実施形態での回転子コイル１０の製造方法においては、接合ツール２０（図５（ａ）参照）を使用することで、従来の接合ツール１２０（図５（ｂ）参照）と異なって、回転軸を斜めに傾けないで摩擦攪拌接合を行うことができるので、前記の突合せ目１９（図４参照）に対するピン２０ａ（図５（ａ）参照）の挿入量を浅くすることができる。そのため、本実施形態に係る製造方法によれば、接合部の凹みを少なくすることができる。この際、前記したように、ソリッド１４よりも軟質の素線ストランド１３を前進側ＡＳに配置することで、回転軸を垂直に維持しながら進行する、この接合ツール２０による前進側ＡＳと後進側ＲＳとにおける攪拌力の差を低減することができる。
【００３３】
そして、このような摩擦攪拌接合により接合された素線ストランド１３とソリッド１４との接合体が図１及び図２に示すように配置されることで、前記した回転子１及びこれを備える可変速発電電動機ＧＭが構成されることとなる。
【００３４】
以上のような本実施形態に係る回転子コイル１０及びその製造方法によれば、次のような作用効果を奏することができる。
従来の回転子コイル（例えば特許文献１参照）では、ＴＩＧ溶接により形成される熱影響部における機械的強度の低下や接合内部の欠陥等の影響が懸念される。具体的には、従来の回転子コイルにおいては、ソリッドがバインド線で支持拘束されていることから可変速発電電動機の始動及び停止の繰り返しにより接合部に発生する熱応力によって、接合部の耐久性（信頼性）が不十分となる。
【００３５】
これに対して、本実施形態によれば、ソリッド１４と素線ストランド１３との接合部が摩擦攪拌接合で形成されるため、接合内部の欠陥や熱影響部の形成範囲もＴＩＧ溶接と比較して極めて少ない。接合部の耐久性（信頼性）が一段と向上する。具体的には、接合部における引張り強度が一段と向上する。
【００３６】
また、本実施形態によれば、ソリッド１４の端部と素線ストランド１３の端部との突合せ目を傾斜させると共に、この突合せ目に摩擦攪拌接合を施すことにより、更に接合部の機械的強度を向上させることができる。次に参照する図６は、本実施形態に係る可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、摩擦攪拌接合で接合した素線ストランドとソリッドとの接合部の様子を示す平面図であり、（ａ）は、素線ストランドの端部とソリッドの端部との突合せ目がソリッドの幅方向に対して傾斜するよう形成されて相互に接合された様子を示す平面図、（ｂ）は、素線ストランドの端部とソリッドの端部との突合せ目がソリッドの幅方向に沿うよう形成されて相互に接合された様子を示す平面図である。ちなみに、図６（ａ）及び（ｂ）に示す接合部は、突合せ目１９の傾斜角度の条件を除くほかは、図４に示した摩擦攪拌接合にて形成されたものであり、左回転の接合ツール２０を上側押圧鋼板２１ａ側から突合せ目１９に進入させることによって形成されている。
【００３７】
図６（ｂ）に示すように、素線ストランド１３とソリッド１４との突合せ目１９がソリッド１４の幅Ｗ１方向に沿うように（ソリッド１４の端縁に対して垂直に）形成される場合には、接合部２２で接合ツール２０（図４参照）にて攪拌される際に、素線ストランド１３を構成する素線１３１の幅Ｗ２がソリッド１４寄りになるほど先細りの幅ｗとなるように攪拌される。
【００３８】
これに対して、図６（ａ）に示すように、突合せ目１９がソリッド１４の幅Ｗ１方向に対して傾斜するよう形成される場合には、素線ストランド１３を構成する素線１３１の幅Ｗ２は、ソリッド１４寄りとなっても、図６（ｂ）に示す先細りの幅ｗとはならずに、素線１３１の幅Ｗ２を略維持しながら攪拌することが可能となる。そのため、素線ストランド１３とソリッド１４との突合せ目１９を傾斜させた場合の接合部２２（図６（ａ）参照）は、ソリッド１４の端縁に対して垂直となるように突合せ目１９を形成した場合の接合部２２（図６（ｂ）参照）よりも、引張り強度に優れることになる。
【００３９】
また、従来の溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）による接合では、品質のばらつき及び不良発生率が大きいところ、本実施形態によれば、実施者の熟練技能に負うところが少なく、品質のばらつき及び不良発生率が小さい。
【００４０】
また、本実施形態によれば、前進側ＡＳに素線ストランド１３を配置すると共に後進側ＲＳにソリッド１４を配置してその突合せ目１９に摩擦攪拌接合を施すことによって、より確実に不良発生率を低減することができる。次に参照する図７は、本実施形態に係る可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、摩擦攪拌接合で接合した素線ストランドとソリッドとの接合部の断面の様子を示す拡大写真であり、（ａ）は、摩擦攪拌接合の接合ツールの回転方向で規定される前進側に素線ストランドを配置し、後進側にソリッドを配置して摩擦攪拌接合を施した接合部の拡大写真、（ｂ）は、後進側に素線ストランドを配置し、前進側にソリッドを配置して摩擦攪拌接合を施した接合部の拡大写真である。
【００４１】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、前進側ＡＳに素線ストランドを配置し、後進側ＲＳにソリッド１４を配置して摩擦攪拌接合を施した接合部２２（図７（ａ）参照）は、これとは逆に、後進側ＲＳに素線ストランドを配置し、前進側ＡＳにソリッド１４を配置して摩擦攪拌接合を施した接合部２２（図７（ｂ）参照）よりも、その接合状態が良好となる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、従来の、各パス間温度を見ながらの多層盛り溶接による接合と異なって、表裏１パスずつでソリッド１４と素線ストランド１３との接合部を極めて容易に形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、従来の溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）と異なって、溶接変形が生じ難いので、例えば、素線ストランド１３等におけるコイルの絶縁成型時に、高精度のモールド成型が可能となる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、従来の溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）と異なって、接合部を形成する際の、作業環境の向上及びランニングコストの低減を図ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、可逆式の揚水発電所に用いられる可変速発電電動機を想定した回転子コイル１０について説明したが本発明はこれに限定されずに、支持拘束されたソリッド１４ａ，１４ｂと素線ストランド１３ａ，１３ｂとの接合部２２を有する回転電機用回転子コイルに広く適用することができる。
また、前記実施形態では、バインド線１８ａ，１８ｂで支持拘束されたソリッド１４ａ，１４ｂと素線ストランド１３ａ，１３ｂとの接合部２２を有する回転子コイル１０について説明したが、本発明はボルト等の他の締結手段で支持拘束されたソリッド１４ａ，１４ｂと素線ストランド１３ａ，１３ｂとの接合部２２を有するものに広く適用することができる。
また、前記実施形態では、コイルエンドのソリッド１４ａ，１４ｂの端部と鉄心スロット１２内から延出する素線ストランド１３ａ，１３ｂとの接合部２２を有する回転子コイル１０、つまり当該接合部２２が鉄心スロット１２外に形成されるものについて説明したが、本発明は当該接合部２２がコイルエンド近傍で鉄心スロット１２内に形成されるものであってもよい。
また、前記実施形態では、ソリッド１４と素線ストランド１３との接合部２２（突合せ目１９）を傾斜させているが、本発明は接合部２２（突合せ目１９）を傾斜させずに摩擦攪拌接合を行うこともできる。
【符号の説明】
【００４６】
１      回転子
２      固定子
３      回転軸
４      スパイダーアーム
５ａ    第１軸受部
５ｂ    第２軸受部
６      スリップリング
１０    回転子コイル（回転電機用回転子コイル）
１１    回転子鉄心
１２    鉄心スロット
１３    素線ストランド
１３ａ  外周側素線ストランド
１３ｂ  内周側素線ストランド
１４    ソリッド
１４ａ  上側ソリッド
１４ｂ  下側ソリッド
１５    クランプリング
１６ｂ  緩衝材
１７ａ  絶縁層
１７ｂ  絶縁層
１８ａ  バインド線
１８ｂ  バインド線
１９    突合せ目
２０    接合ツール
２１ａ  上側押圧板
２１ｂ  下側押圧板
２２    接合部
１３１  素線
１５１  加圧部
１５２  ソリッド保持部
ＡＳ    前進側
ＧＭ    可変速発電電動機（回転電機）
ＲＳ    後進側
【図１】
2014112981.tif 000003
【図２】
2014112981.tif 000004
【図３】
2014112981.tif 000005
【図４】
2014112981.tif 000006
【図５】
2014112981.tif 000007
【図６】
2014112981.tif 000008
【図７】
2014112981.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月14日(2012.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌接合によりコイルエンドの銀含有無酸素銅からなるソリッドの端部と、鉄心スロット内で延在する無酸素銅からなる複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合されたことを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイル。
【請求項２】
摩擦攪拌接合によりコイルエンドの銀含有無酸素銅からなるソリッドの端部と鉄心スロット内で延在する無酸素銅からなる複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、
を有することを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、
前記摩擦攪拌接合に使用される接合ツールは、ショルダーがショルダー外周縁から中央のピン側に向かって突出する凸面部で形成され、
前記接合ツールの回転方向で規定される前進側に前記素線ストランドを配置すると共に、前記接合ツールの回転方向で規定される後進側に前記ソリッドを配置して前記突合せ目に、摩擦攪拌接合を施すことを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、
前記突合せ目の傾斜は、前記接合ツールが前記突合せ目に進入する側の前記素線ストランドの端部角度が鋭角となるように形成されることを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、可変速発電電動機用回転子コイル及びその製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を従来よりも簡単に形成することができる可変速発電電動機用回転子コイル及びその製造方法を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記課題を解決する本発明の可変速発電電動機用回転子コイルは、摩擦攪拌接合によりコイルエンドの銀含有無酸素銅からなるソリッドの端部と、鉄心スロット内で延在する無酸素銅からなる複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合されたことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、課題を解決する本発明の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法は、摩擦攪拌接合によりコイルエンドの銀含有無酸素銅からなるソリッドの端部と鉄心スロット内で延在する無酸素銅からなる複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程とを有することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を容易に形成することができる可変速発電電動機用回転子コイル及びその製造方法を提供することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る可変速発電電動機用回転子コイル（以下、単に「回転子コイル」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、可変速発電電動機の回転軸に沿った断面の左半分を模式的に示す部分断面図である。なお、以下の説明における上下方向は、図４及び図６を参照する場合を除き、図１に示す上下方向を基準とする。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月24日(2012.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
摩擦攪拌接合により、コイルエンドのソリッドの端部と、鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とを直接突き合わせ、接合したことを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
摩擦攪拌接合により、コイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、
を有することを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記課題を解決する本発明の可変速発電電動機用回転子コイルは、摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と、鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とを直接突き合わせ、接合したことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、課題を解決する本発明の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法は、摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、を有することを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌接合により、コイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、
前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、
を有することを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、
前記摩擦攪拌接合に使用される接合ツールは、ショルダーがショルダー外周縁から中央のピン側に向かって突出する凸面部で形成され、
前記接合ツールの回転方向で規定される前進側に前記素線ストランドを配置すると共に、前記接合ツールの回転方向で規定される後進側に前記ソリッドを配置して前記突合せ目に、摩擦攪拌接合を施すことを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法において、
前記突合せ目の傾斜は、前記接合ツールが前記突合せ目に進入する側の前記素線ストランドの端部角度が鋭角となるように形成されることを特徴とする可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を従来よりも簡単に形成することができる可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記課題を解決する本発明の可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法は、摩擦攪拌接合によりコイルエンドのソリッドの端部と鉄心スロット内で延在し、前記ソリッドよりも軟質で矩形断面の複数の素線が組まれて構成されている素線ストランドの端部とが接合された可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法であって、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該素線ストランドの端部のそれぞれを形成する工程と、前記ソリッドの端部と前記素線ストランドの端部とを突き合わせた前記突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、を有することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも信頼性の高いソリッドと素線ストランドとの接合部を容易に形成することができる可変速発電電動機用回転子コイルの製造方法を提供することができる。