(57)【要約】【課題】コイル端部をクリップにろう付け接合するにあたり、ろう材の濡れ不足、ボイド発生などのろう付け不良が発生しにくくする。【解決手段】実施形態に係るコイル端部接合方法は、中空コイル素線１１ａを含み水平に延びる複数のコイル素線１１の端部を金属製のクリップ１２内で水平方向および上下方向に配列する素線配列ステップと、クリップ１２内で、複数のコイル素線１１の端部の少なくとも上端に、水平方向に延びる固体状のろう部材１３を配置するろう部材配置ステップと、ろう部材１３よりも融点が高い材料からなり水平に延びる板部材１５を配置する板部材配置ステップと、ろう部材１３を加熱し溶融して、板部材１５をガイドとしてろう部材１３を流下させてコイル素線１１同士およびコイル素線１１とクリップ１２とをろう付けするろう付けステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の中空コイル素線を含み互いに平行に水平方向に延びる複数のコイル素線の端部を金属製のクリップ内で水平方向および上下方向に配列する素線配列ステップと、
前記クリップ内で、前記複数のコイル素線の端部の少なくとも上端に、水平方向に延びる少なくとも一個の固体状のろう部材を配置するろう部材配置ステップと、
前記ろう部材よりも融点が高い材料からなり水平に延びる板部材を配置する板部材配置ステップと、
前記素線配列ステップ、前記ろう部材配置ステップおよび前記板部材配置ステップの後に、前記ろう部材を加熱し溶融して、前記板部材をガイドとして前記ろう部材を流下させて前記コイル素線同士および前記コイル素線と前記クリップとをろう付けするろう付けステップと、
を有することを特徴とするコイル端部接合方法。
【請求項２】
前記ろう部材配置ステップは、前記クリップ内で、前記複数のコイル素線の端部の少なくとも上端および内部に水平方向に延びる固体状のろう部材を配置するステップを含み、
前記板部材配置ステップは、前記上端および内部に配置されたろう部材の間で前記複数のコイル素線を上下方向に仕切るように水平に延びる板部材を配置するステップを含むこと、
を特徴とする請求項１に記載のコイル端部接合方法。
【請求項３】
前記板部材配置ステップは、前記複数のコイル素線の端部の上端に配置された前記ろう部材の上面に沿って前記板部材を配置するステップを含むこと、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル端部接合方法。
【請求項４】
前記ろう部材配置ステップおよび前記板部材配置ステップの前に、前記クリップの外で前記ろう部材の少なくとも一部と前記板部材とを結合してろう部材・板部材結合体を生成する結合ステップをさらに有し、
前記ろう部材配置ステップの少なくとも一部と前記板部材配置ステップとを同時に行うこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコイル端部接合方法。
【請求項５】
前記結合ステップは、前記ろう部材の少なくとも一部と前記板部材とを圧延接合するステップを含むこと、
を特徴とする請求項４に記載のコイル端部接合方法。
【請求項６】
前記板部材が前記ろう部材と対向する位置の前記板部材の表面に凹凸が形成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコイル端部接合方法。
【請求項７】
前記板部材は、セラミック製の板状芯部材と、前記ろう部材よりも高い融点の金属製で前記板状芯部材の表面を覆う被覆とを備えていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のコイル端部接合方法。
【請求項８】
前記ろう付けステップの前に、前記クリップ内で、前記複数のコイル素線同士が斜めに対向するその間の位置に、前記ろう部材よりも融点が高い材料からなり、前記コイル素線に平行に延びる線部材を配置する、線部材配置ステップ、
をさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のコイル端部接合方法。
【請求項９】
少なくとも１本の中空コイル素線を含み互いに平行に水平方向に延びて、その端部が水平方向および上下方向に配列された複数のコイル素線と、
前記複数のコイル素線の端部が固定されて前記中空コイル素線の中空部と連通する金属製のクリップと、
前記複数のコイル素線の端部同士および前記複数のコイル素線の端部と前記クリップとをろう付け接合するろう部材と、
前記ろう部材よりも融点が高い材料からなり、前記クリップ内で水平に延びて、前記ろう付け接合時にろう材をガイドした板部材と、
を有することを特徴とするコイル端部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ろう付けを用いたコイル端部接合方法およびコイル端部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大形の発電機などの回転電機のステータコイルの構造として、ステータコイルの素線の端部を格子状に束ねてクリップ（給排水箱）にろう付け接合する構造が知られている。この場合、ステータコイルの素線の一部が中空構造であり、給排水箱を通してステータコイルの素線の中空部に水を流して冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５４０２７号公報
【特許文献２】特許第３４２４４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構造のコイル端部をクリップにろう付け接合するにあたり、コイル素線同士の間、あるいはコイル素線とクリップとの間におけるろう材の濡れ不足、濡れ長さ不足、ボイド発生などのろう付け不良が発生する可能性があり、ろう付け不良によるろう付け接合部の信頼性が十分に得られないという課題がある。
【０００５】
本発明の実施形態は、かかる課題を解決しようとするものであって、コイル端部をクリップにろう付け接合するにあたり、コイル素線同士の間、あるいはコイル素線とクリップとの間におけるろう材の濡れ不足、濡れ長さ不足、ボイド発生などのろう付け不良が発生しにくくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、実施形態に係るコイル端部接合方法は、少なくとも１本の中空コイル素線を含み互いに平行に水平方向に延びる複数のコイル素線の端部を金属製のクリップ内で水平方向および上下方向に配列する素線配列ステップと、前記クリップ内で、前記複数のコイル素線の端部の少なくとも上端に、水平方向に延びる少なくとも一個の固体状のろう部材を配置するろう部材配置ステップと、前記ろう部材よりも融点が高い材料からなり水平に延びる板部材を配置する板部材配置ステップと、前記素線配列ステップ、前記ろう部材配置ステップおよび前記板部材配置ステップの後に、前記ろう部材を加熱し溶融して、前記板部材をガイドとして前記ろう部材を流下させて前記コイル素線同士および前記コイル素線と前記クリップとをろう付けするろう付けステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、実施形態に係るコイル端部構造は、少なくとも１本の中空コイル素線を含み互いに平行に水平方向に延びて、その端部が水平方向および上下方向に配列された複数のコイル素線と、前記複数のコイル素線の端部が固定されて前記中空コイル素線の中空部と連通する金属製のクリップと、前記複数のコイル素線の端部同士および前記複数のコイル素線の端部と前記クリップとをろう付け接合するろう部材と、前記ろう部材よりも融点が高い材料からなり、前記クリップ内で水平に延びて、前記ろう付け接合時にろう材をガイドした板部材と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す図であって、図２のＩ−Ｉ線に沿う矢視横断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順を示すフロー図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう部材・板部材結合体を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す横断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す横断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るステータコイル端部接合方法で用いられる板部材の断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係るステータコイル端部接合方法で用いられる板部材とそれに対向するろう部材の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係るステータコイル端部接合方法の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１０】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す横断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視縦断面図である。図３は、第１の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順を示すフロー図である。
【００１１】
この実施形態の接合方法の対象は、たとえば、大形の発電機などの回転電機のステータコイルの端部である。
【００１２】
複数のステータコイルのコイル素線１１は、格子状に配列されて束ねられ、クリップ（給排水箱）１２の内側に、ろう部材１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）によってろう付け接合されて、クリップ１２との間がシールされる。複数のステータコイルのコイル素線１１は中空コイル素線１１ａと中実コイル素線１１ｂを含む。図１および図２に示す例では、２本の中空コイル素線１１ａと２本の中実コイル素線１１ｂ、合わせて４本のコイル素線１１が、互いに平行に水平に並べられて上段のコイル素線をなし、同様の４本のコイル素線１１が、互いに平行に水平に並べられて下段のコイル素線をなしている。クリップ１２およびコイル素線１１は、銅などの電気伝導度の高い材料からなる。
【００１３】
ろう付け直前のろう部材１３は、それぞれが水平方向に広がっていて、上段のコイル素線１１の上側および下側全体をそれぞれ覆うろう部材１３ａ，１３ｂと、下段のコイル素線１１の上側および下側全体をそれぞれ覆うろう部材１３ｃ，１３ｄとからなる。ここで、ろう部材１３は、銅よりも融点が低いろう材からなり、はんだであってもよい。
【００１４】
クリップ１２は、コイル素線１１の端部を収容するとともに、冷却配管１４が接続される。水などの冷却材を、冷却配管１４を通じてクリップ１２内に供給し、中空コイル素線１１ａの内部を流通できるように構成され、これによってコイル素線１１を冷却できる。冷却材としては、水のほか、水素ガスを用いることもできる。
【００１５】
クリップ１２には、図示しない導電体が電気的に接続され、この導電体とコイル素線１１とがクリップ１２を介して電気的に接続されるようになっている。
【００１６】
第１の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順を、図３に沿って説明する。
【００１７】
はじめに、コイル素線１１の端部をクリップ１２内で、前述のように格子状に配列する（素線配列ステップＳ１０）。つぎに、クリップ１２内で、上段のコイル素線１１の列を上下にはさむように、固体状のろう部材１３ａ，１３ｂを配置する。また、クリップ１２内で、下段のコイル素線１１の列を上下にはさむように、固体状のろう部材１３ｃ，１３ｄを配置する（ろう部材配置ステップＳ２０）。
【００１８】
つぎに、上段のコイル素線１１の列と下段のコイル素線１１の列との間で上下に重なるように配置された２個のろう部材１３ｂ，１３ｃの間に、これら２個のろう部材１３ｂ，１３ｃの間を仕切るように水平に広がる板部材１５を挿入する（板部材配置ステップＳ３０）。この板部材１５はろう部材１３よりも融点が高い材料からなり、たとえば銅製である。
【００１９】
つぎに、誘導加熱などによってろう部材１３およびその周辺を加熱し、ろう部材１３を溶融させて、ろう付けを行う（ろう付けステップＳ４０）。このとき、溶融したろう部材１３は重力により落下しながら、また表面張力による浸透力により、コイル素線１１同士の隙間、コイル素線１１とクリップ１２の間の隙間、ならびにコイル素線１１と板部材１５との間の隙間などに充填される。これにより、コイル素線１１とクリップ１２とが電気的・機械的に接合されるとともに、接合部での冷却材の漏洩を防ぐことができる。
【００２０】
板部材１５の存在により、上段のコイル素線１１の列の周辺の溶融したろう部材１３ａ，１３ｂが、この板部材１５の下方である下段のコイル素線１１の列の周辺へ落下するのが抑制されるので、上下方向のろう部材１３の分布が均一化される。また、ろう部材１３が板部材１５の上面および下面に沿って広がる傾向があるので、板部材１５の上下のろう部材１３が水平に広がりやすく、それによりろう部材１３の水平方向の分布が均一化される。これにより、ろう付けの品質が改善される。
【００２１】
以上説明したように、この実施形態によれば、コイル端部をクリップ１２にろう付け接合するにあたり、コイル素線１１同士の間、あるいはコイル素線１１とクリップ１２との間におけるろう材の濡れ不足、濡れ長さ不足、ボイド発生などのろう付け不良が発生しにくくなる。
【００２２】
以上の説明では、素線配列ステップＳ１０、ろう部材配置ステップＳ２０、板部材配置ステップＳ３０をこの順番で行うこととしたが、必ずしもその順番に行う必要はない。たとえば、下方から順に、コイル素線１１、ろう部材１３、板部材１５を積み上げていく、ということでもよい。
【００２３】
図１および図２に示す例では、コイル素線１１が上下２段に配列されているものとしたが、３段以上に配列してもよい。また、図１および図２に示す例では、上下２段のコイル素線１１が、それぞれ２本の中空コイル素線１１ａと２本の中実コイル素線１１ｂ、合わせて４本のコイル素線１１からなるとしたが、各段のコイル素線１１の構成は任意である。
【００２４】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順を示すフロー図である。図５は、第２の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう部材・板部材結合体を示す断面図である。
【００２５】
この第２の実施形態は第１の実施形態の変形であって、図１および図２に示す構成は第２の実施形態でも同様である。
【００２６】
この第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、素線配列ステップＳ１０とろう部材配置ステップＳ２０を行う。ただし、この実施形態におけるろう部材配置ステップＳ２０では、ろう部材１３のうち、上段のコイル素線１１の上方のろう部材１３ａと下段のコイル素線１１の下方のろう部材１３ｄのみをクリップ１２内に配置する。そして、ろう部材１３のうち、板部材１５をはさむ２個のろう部材１３ｂ，１３ｃは、後述する結合部材配置ステップＳ３２でクリップ１２内に配置する。
【００２７】
この第２の実施形態では、板部材１５をクリップ１２内に配置する前に、クリップ１２の外で、板部材１５の上面にろう部材１３ｂを結合し、板部材１５の下面にろう部材１３ｃを結合して、図５に示すろう部材・板部材結合体４０を生成する（結合ステップＳ３１）。この結合ステップＳ３１は、たとえば圧延結合として行う。そして、結合ステップＳ３１の後に、ろう部材・板部材結合体４０をクリップ１２内に配置する結合部材配置ステップＳ３２を行う。
【００２８】
素線配列ステップＳ１０、ろう部材配置ステップＳ２０および結合部材配置ステップＳ３２の後に、第１の実施形態と同様のろう付けステップＳ４０を行う。
【００２９】
この第２の実施形態によれば、板部材１５をクリップ１２内に配置するステップが、ろう部材・板部材結合体４０をクリップ１２内に配置する結合部材配置ステップＳ３２として行われるため、たとえば板部材１５が薄くて単独では取り扱いにくい場合であっても、ろう部材・板部材結合体４０を容易にクリップ１２内に配置することができる。
【００３０】
以上の説明では、素線配列ステップＳ１０、ろう部材配置ステップＳ２０、結合部材配置ステップＳ３２をこの順番で行うこととしたが、必ずしもその順番に行う必要はない。たとえば、下方から順に、コイル素線１１、ろう部材１３、結合部材配置ステップＳ３２を積み上げていく、ということでもよい。
【００３１】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す横断面図である。この第３の実施形態は第１の実施形態の変形である。
【００３２】
この第３の実施形態では、板部材配置ステップＳ３０において、第１の実施形態と同様に、上段のコイル素線１１の列と下段のコイル素線１１の列との間で上下に重なるように配置された２個のろう部材１３ｂ，１３ｃの間に、これら２個のろう部材１３ｂ，１３ｃの間を仕切るように水平に広がる板部材１５を挿入する。さらに、この板部材１５と同様の板部材１５ａ、１５ｂを、それぞれ、上段のコイル素線１１の列の上のろう部材１３ａの上および下段のコイル素線１１の列の下のろう部材１３ｄの下に、水平にクリップ１２内全体に広がるように配置する。
【００３３】
その他の構成および手順（図３参照）は第１の実施形態と同様である。
【００３４】
この第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、ろう付けステップＳ４０で、溶融したろう部材１３が板部材１５ａ、１５ｂに沿って水平に広がりやすくなる。その結果、板部材１５ａ、１５ｂの近傍で溶融したろう部材１３の分布が均一化する。これにより、ろう付けの品質がさらに改善される。
【００３５】
［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係るステータコイル端部接合方法におけるろう付けステップ直前の状況を示す横断面図である。
【００３６】
この第４の実施形態は第３の実施形態の変形である。図示の例では、コイル素線１１は、水平方向に２列、上下方向に２列並べられた、合わせて４本の中空コイル素線１１ａからなる。上段の中空コイル素線１１ａの上に、ろう部材１３ａを介して水平にクリップ１２内全体に広がる板部材１５ａが配置されている。また、下段の中空コイル素線１１ａの下に、ろう部材１３ｄを介して水平にクリップ１２内全体に広がる板部材１５ｂが配置されている。上段の中空コイル素線１１ａと下段の中空コイル素線１１ａとの間には、ろう部材１３ｂ，１３ｃ（図１）が配置されておらず、板部材１５（図１）も配置されていない。
【００３７】
４本の中空コイル素線１１ａではさまれた中央位置に水平に中空コイル素線１１ａに平行に延びる線部材２０が配置されている。線部材２０は、板部材１５ａ，１５ｂと同様にろう部材１３よりも融点が高い材料からなり、たとえば銅製である。
【００３８】
この第４の実施形態に係るステータコイル端部接合方法の手順は、第１および第２の実施形態（図３）と同様である。ただし、この第３の実施形態では、板部材配置ステップＳ３０（図３）は、板部材１５ａ、１５ｂを配置するステップだけでなく、線部材２０を配置するステップも含むことになる。
【００３９】
その他の構成および手順（図３参照）は第１および第２の実施形態と同様である。
【００４０】
この第４の実施形態では、上段の中空コイル素線１１ａの列と下段の中空コイル素線１１ａの列とを上下に仕切る板部材１５（図１，２，６参照）がないので、ろう付けステップＳ４０におけるろう部材１３の上段から下段への流下を完全に防止することはできない。しかし、ろう付けステップＳ４０において、線部材２０の存在によって、中空コイル素線１１ａ同士の間の空隙が小さくなり、また、溶融したろう部材１３が線部材２０に沿って流動しやすいため、中空コイル素線１１ａ同士の間の空隙に溶融したろう部材１３が流動しやすい。これにより、ろう付けステップＳ４０でろう部材１３の溶け込みが不十分になる可能性が低くなる。
【００４１】
なお、図７に示す例では、すべてのコイル素線１１が中空コイル素線１１ａである場合を示しているが、中空コイル素線１１ａのほかに中実コイル素線１１ｂ（図１、図６参照）が含まれていてもよい。また、一般に、コイル素線１１同士が斜めに対向する位置の隙間が比較的大きくできやすいので、そのような比較的大きな隙間に線部材２０を配置するのが好ましい。
【００４２】
［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係るステータコイル端部接合方法で用いられる板部材の断面図である。
【００４３】
上記第１ないし第４の実施形態では、板部材１５，１５ａ，１５ｂは、ろう部材１３よりも融点が高い材料からなり、たとえば銅製である、とした。この第５の実施形態は、上記第１ないし第４の実施形態のいずれかの変形であって、板部材１５，１５ａ，１５ｂは、セラミックス製の板状芯部材２５と、板状芯部材２５を覆う金属製の被覆２６とからなる。板状芯部材２５および被覆２６の融点はろう部材１３の融点よりも高い。被覆２６は、たとえば、金属箔や、板状芯部材２５の表面に施された金属めっきである。
【００４４】
この実施形態によれば、板部材１５，１５ａ，１５ｂ全体を金属材料とする場合に比べて、より耐熱性の高いセラミックスを用いることができ、安価で耐久性の高いステータコイル端部接合を実現できる。
【００４５】
なお、第４の実施形態における線部材２０も、同様に、セラミック製の線状芯部材と、その線状芯部材を覆う金属製の被覆とからなるように構成してもよい（図示せず）。
【００４６】
［第６の実施形態］
図９は、本発明の第６の実施形態に係るステータコイル端部接合方法で用いられる板部材とそれに対向するろう部材の模式的断面図である。この実施形態は、第１または第３ないし第５のいずれかの実施形態の変形であって、ろう部材１３と対向する位置の板部材１５，１５ａ，１５ｂの表面に複数の溝３０が形成されている。
【００４７】
その他の構成および手順は第１または第３ないし第５のいずれかの実施形態と同様である。
【００４８】
この第６の実施形態では、ろう付けステップにおいて、溶融したろう部材１３が板部材１５，１５ａ，１５ｂの表面に沿って広がるとともに、溝３０に浸透して広がる。これにより、クリップ１２内でろう部材１３が均一に広がる効果がある。
【００４９】
なお、上記説明では板部材１５，１５ａ，１５ｂの表面に複数の溝３０を形成するものとしたが、溝３０を形成する代わりに表面に複数の突起を形成する、あるいは表面に凹凸を形成することにより、同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［他の実施形態］
以上説明した複数の実施形態の特徴は、適宜組み合わせることもできる。
【００５１】
上記第２の実施形態の結合ステップＳ３１では、板部材１５の上面にろう部材１３ｂを結合し、板部材１５の下面にろう部材１３ｃを結合して、ろう部材・板部材結合体４０を生成する。このような結合ステップの他の例として、第３または第４の実施形態の板部材１５ａとろう部材１３ａとを結合してろう部材・板部材結合体（図示せず）を生成することもできる。同様に、第３または第４の実施形態の板部材１５ｂとろう部材１３ｄとを結合してろう部材・板部材結合体（図示せず）を生成することもできる。
【００５２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１１…コイル素線、  １１ａ…中空コイル素線、  １１ｂ…中実コイル素線、  １２…クリップ（給排水箱）、  １３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…ろう部材、  １４…冷却配管、  １５，１５ａ，１５ｂ…板部材、  ２０…線部材、  ２５…板状芯部材、  ２６…被覆、  ３０…溝、  ４０…ろう部材・板部材結合体
【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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【図９】
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