(57)【要約】【課題】欠陥や変形の発生を抑えつつ所望の機械的強度を確保できる回転子コイルを製造する。【解決手段】実施の形態に係る回転子コイルの製造方法は、接触工程及び第１の接合工程を有する。接触工程では、素線ストランドと前記素線ストランドを補強する補強部材との互いの端部どうしを接触させる。第１の接合工程では、端部どうしを接触させた素線ストランドと補強部材との境界部分の第１の外形面側から、回転駆動するツールを、貫入させかつ境界部分の界面に沿ってスライドさせる。また、接触工程によって接触させた素線ストランドと補強部材との境界部分の界面に対して、素線ストランド本体の長手方向は、直交する配置関係にある。さらに、素線ストランドを構成する個々の素線は、第１の外形面側からみて、素線ストランド本体の長手方向に対し、当該個々の素線の長手方向が、それぞれ傾いた状態で束ねられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線ストランドと前記素線ストランドを補強する補強部材との互いの端部どうしを接触させる接触工程と、
前記端部どうしを接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分の第１の外形面側から、回転駆動するツールを、貫入させかつ前記境界部分の界面に沿ってスライドさせる第１の接合工程と、
を有し、
前記接触工程によって接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分の界面に対して、素線ストランド本体の長手方向は、直交する配置関係にあり、
さらに、前記素線ストランドを構成する個々の素線は、前記第１の外形面側からみて、前記素線ストランド本体の長手方向に対し、当該個々の素線の長手方向が、それぞれ傾いた状態で束ねられている、回転子コイルの製造方法。
【請求項２】
前記素線ストランドは、絶縁被覆がそれぞれ施された複数の素線を束ねて構成されており、
前記接触工程の前に、前記複数の素線における少なくとも前記補強部材と接触させる側の端部から前記絶縁被覆を除去する被覆除去工程をさらに有する、
請求項１に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項３】
前記接触工程で直接接触させる前記素線ストランドと前記補強部材とのそれぞれの界面全体は、いずれも平坦な面で形成されている、
請求項１又は２に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項４】
前記境界部分における前記第１の外形面は、前記素線ストランド側又は前記補強部材側のいずれか一方が高くなる段差を有し、
前記第１の接合工程は、前記段差を有する境界部分の第１の外形面側から、前記回転駆動するツールを、貫入させかつ前記界面に沿ってスライドさせる、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項５】
前記第１の接合工程は、前記回転駆動するツールをスライドさせる移動経路上に、前記補強部材の材料と同じ材料を供給しながら実施される、
請求項１ないし４のいずれかに１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項６】
前記接触工程では、前記素線ストランドの両端部に一対の前記補強部材の一端部をそれぞれ接触させ、
前記第１の接合工程では、前記接触させた素線ストランドの両端部と前記一対の補強部材の一端部との各境界部分における前記第１の外形面側から、前記回転駆動するツールを、貫入させかつ前記各境界部分の界面に沿ってスライドさせることによって、前記素線ストランドの両端部に前記一対の補強部材を接合する、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項７】
前記第１の外形面の背面側に位置する前記境界部分の第２の外形面側から、前記回転駆動するツールを、貫入させかつ前記界面に沿ってスライドさせる第２の接合工程、
をさらに有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項８】
前記第１の接合工程は、前記素線ストランドと前記補強部材との間における少なくとも前記境界部分を冷却しながら実施される、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項９】
前記境界部分の冷却は、シールドガスを供給すること、又は冷媒が内部を流通する冷却用部材を前記素線ストランド及び前記補強部材に接触させること、によって行われる、
請求項８に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１０】
前記接触工程では、前記端部どうしを接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分を、前記第１の外形面の側面側に位置する第３及び第４の外形面側から、挟持するように一対の挟持部材を配置し、
前記第１の接合工程では、前記第１の外形面側から、前記回転駆動するツールを、一方の前記挟持部材へ貫入させかつ前記境界部分の界面に沿って他方の前記挟持部材上へとスライドさせる、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１１】
前記接触工程では、前記端部どうしを接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分の前記第１の外形面上に保護部材を配置し、
前記第１の接合工程では、前記第１の外形面側から、前記回転駆動するツールを、前記保護部材を介して前記境界部分へ貫入させかつ前記界面に沿ってスライドさせる、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１２】
前記接触工程では、前記端部どうしを接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分を、前記第１の外形面の側面側に位置する第３及び第４の外形面側から挟持する一対の挟持部と、前記境界部分の前記第１の外形面上に載置される保護部と、を備えた接合補助部材を配置し、
少なくとも前記第１の接合工程では、前記第１の外形面側から、前記回転駆動するツールを、前記接合補助部材の一方の前記挟持部へ貫入させ、かつ前記境界部分の界面に沿って他方の前記挟持部上へとスライドさせる、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１３】
前記接合補助部材の前記保護部と一方の前記挟持部と他方の前記挟持部とは、それぞれ個別の部材で構成されている、
請求項１２記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１４】
前記回転子コイルは、可変速回転電機用の回転子コイルである、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の回転子コイルの製造方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された回転子コイルを備える回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転子コイルの製造方法及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
揚水発電などで利用される可変速発電電動機の回転子コイルは、例えば長尺の銅帯をいわゆるエッジワイズ曲げしてコイル状に成形する製法や、短冊状の複数の銅帯をろう付け又はＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接でつないでコイル状に成形する製法などを適用して製作される。
【０００３】
ここで、可変速発電電動機の回転子コイルは、遠心力によるコイルエンド部の変形を防止するために、複数の素線を束ねた素線ストランドの端部に、剛性の高い補強用の部材をＴＩＧ溶接などで接合している。なお、素線ストランド及び補強用の部材の材料には、一般に銅や銅合金などが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１８８７７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９２４３９号公報
【特許文献３】特許第５２５０１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した銅や銅合金は、難溶接材である。このため、製作される回転子コイルは、溶接箇所に欠陥が生じやすく、また、溶接後、必ずしも十分な機械的強度が得られず、さらには溶接後の変形なども懸念される。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、欠陥や変形の発生を抑えつつ所望の機械的強度を確保できる回転子コイルの製造方法及び回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態に係る回転子コイルの製造方法は、実施の形態に係る回転子コイルの製造方法は、接触工程及び第１の接合工程を有する。接触工程では、素線ストランドと前記素線ストランドを補強する補強部材との互いの端部どうしを接触させる。第１の接合工程では、前記端部どうしを接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分の第１の外形面側から、回転駆動するツールを、貫入させかつ前記境界部分の界面に沿ってスライドさせる。また、前記接触工程によって接触させた前記素線ストランドと前記補強部材との境界部分の界面に対して、素線ストランド本体の長手方向は、直交する配置関係にある。さらに、前記素線ストランドを構成する個々の素線は、前記第１の外形面側からみて、前記素線ストランド本体の長手方向に対し、当該個々の素線の長手方向が、それぞれ傾いた状態で束ねられている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る回転子コイルを備えた回転電機の断面を概略的に示す図。
【図２】図１の回転子コイル及びその周辺部分の構造を示す断面図。
【図３】図１の回転子コイルの製造方法を第１の外形面側から示した斜視図。
【図４】図３の回転子コイルの製造方法を平面方向（上面方向）から示した図。
【図５】図３の回転子コイルの製造方法を第２の外形面側から示した斜視図。
【図６】図３及び図５の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図７】図３、図５及び図６の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図８】図３及び図５〜図７の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図９】第２の実施形態に係る回転子コイルの製造方法を第２の外形面側から示した斜視図。
【図１０】図９の回転子コイルの製造方法を第２の外形面側から示した図。
【図１１】第３の実施形態に係る回転子コイルの製造方法を第１の外形面側から示した斜視図。
【図１２】図１１の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図１３】第４の実施形態に係る回転子コイルの製造方法を第１の外形面側から示した斜視図。
【図１４】図１３の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図１５】図１３及び図１４の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【図１６】図１３〜図１５の回転子コイルの製造方法から製造工程を一部変更したものを示した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本実施形態の回転子コイルの製造方法によって製造された回転子コイル７を備える回転電機１０を示している。図１に示すように、この回転電機１０は、例えば可変速の回転電機であって、より具体的には、揚水発電などで用いられる例えば可変速発電電動機である。
【００１０】
回転電機１０は、固定子３、回転子５などを備えている。また、回転電機１０は、回転子５の回転軸９の両端にそれぞれ対称的に設けられた例えばファン１５や通風ダクトを備えた冷却機構などを有している。回転軸９は、固定子３を含む構造部分に軸受機構を介して支持されている。固定子３は、固定子コイル１２と固定子鉄心１４とを備えている。一方、回転子５は、回転軸９と一体的に設けられた回転子鉄心８及び上記回転子コイル７を備えている。
【００１１】
図２に示すように、回転子鉄心８には、回転子コイル７を収容するための複数のスロット１８が、回転軸９の周方向に分散して設けられている。個々の回転子コイル７は、図２に示すように、例えば隣り合う一組のスロット１８内にまたがった状態で収容される。回転子コイル７の収容されたスロット１８は、その開口部側から楔１９を打ち込まれて閉塞されている。
【００１２】
また、回転子コイル７は、図２に示すように、素線ストランド３１と、絶縁層２１と、電界緩和層（低抵抗コロナ防止層）２２などと、から構成されている。素線ストランド３１は、例えば絶縁被覆２０ｂがそれぞれ施された複数の素線２０ａを束ねて成形されている。絶縁層２１は、素線ストランド３１の外周に、マイカテープなどを多重に巻回して形成されている。電界緩和層２２は、絶縁層２１のさらに外周にいわゆる半導電性テープなどを巻回して形成されている。
【００１３】
ここで、可変速発電電動機（可変速回転電機）用の回転子コイル７は、図１に示すように、素線ストランド３１の端部に補強部材３２を接合することによってコイルエンド部が構成されている。つまり、素線ストランド３１を補強する補強部材３２は、回転電機（可変速発電電動機）１０の速度変化を伴う運転時において、回転子５に作用する比較的大きな遠心力で回転子コイル７のコイルエンド部が変形してしまうことを防止するために、素線ストランド３１に接合されている。
【００１４】
このため、補強部材３２は、素線を束ねた素線ストランド３１よりも高い剛性（機械的強度）が得られるように、直方体状のソリッドな構造を有している。なお、補強部材３２は、所定の支持部材を介して回転子本体に対して支持されている。また、このような補強部材３２及び素線ストランド３１の素線２０ａは、銅や銅合金を材料に用いて構成されている。なお、補強部材３２及び素線ストランド３１の素線２０ａは、材料としてアルミニウムやアルミニウム合金を用いて構成することも可能である。
【００１５】
次に、素線ストランド３１と補強部材３２との接合を好適に実現する本実施形態の回転子コイルの製造方法を主に図３、図４に基づき説明する。本実施形態の回転子コイルの製造方法は、接触工程及び第１の接合工程を有している。まず、接触工程では、図３、図４に示すように、素線ストランド３１と補強部材３２との互いの端部３１ａ、３２ａどうしを接触させる。より具体的には、このような配置関係の素線ストランド３１と補強部材３２とを例えば専用の治具などを介して所定の加工盤上に固定する。このようにして固定された素線ストランド３１の長さと補強部材３２の長さとを合計すると、例えば５ｍ程度の長さになる。
【００１６】
ここで、接合対象となる素線ストランド３１と補強部材３２との開先形状は、いわゆるＩ開先（Ｉ形開先）である。つまり、接触工程で直接接触させる素線ストランド３１と補強部材３２とのそれぞれの界面全体（端部３１ａ、３２ａどうしの対向する各端面）は、いずれも平坦な面で形成されている。
【００１７】
次に、第１の接合工程では、図３、図４に示すように、端部３１ａ、３２ａどうしを接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５の第１の外形面Ｆ１側から、矢印Ｓ１方向に回転駆動するツール３０を、貫入させかつ境界部分２５の界面２５ａに沿って矢印Ｂ１方向にスライド（移動）させる。
【００１８】
ツール３０は、大径のショルダ部３０ａとこのショルダ部３０ａの先端部側に設けられた小径の突起部３０ｂとを有する段付きの略円柱形状の接合工具（接合ツール）である。また、ツール３０は、３軸方向に移動可能であると共に自身の軸心を回転中心として自転（回転駆動）する。突起部３０ｂは、境界部分２５（被接合部分３０ｃ、３０ｄ）に直接的に貫入される貫入部である。突起部３０ｂの突出長さは、貫入される方向の境界部分２５の厚さに応じて適宜設定される。
【００１９】
また、ツール３０の動作は、矢印Ｓ１方向への回転速度が例えば８００〜１４００ｒｐｍ、矢印Ｂ１方向への移動速度が例えば２０〜３０ｃｍ／ｍｉｎ、突起部３０ｂを境界部分２５に貫入する荷重が例えば２０００〜５０００ｋｇｆ、となるように調整される。
【００２０】
ここで、第１の接合工程では、図３、図４に示すように、スライドしながら回転するツール３０（突起部３０ｂ）が貫入している境界部分２５（被接合部分３０ｃ）は、摩擦熱が発生して軟化すると共に、塑性流動が生じて母材が混練された後、硬化する。これにより境界部分２５における第１の外形面Ｆ１側（被接合部分３０ｃ）から、摩擦攪拌接合（FSW：Friction Stir Welding）される。
【００２１】
さらに詳述すると、本実施形態の回転子コイルの製造方法では、図３、図４に示すように、接触工程によって接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５の界面２５ａに対して、素線ストランド３１本体の長手方向（矢印Ｘ１−Ｘ２方向）は、直交する配置関係にある。
【００２２】
但し、素線ストランド３１を構成する個々の素線２０ａは、図３、図４に示すように、第１の外形面Ｆ１側からみて、素線ストランド３１本体の長手方向（矢印Ｘ１−Ｘ２方向）に対し、当該個々の素線２０ａの長手方向が、それぞれ傾いた状態で（それぞれ角度θの傾きをなすように）束ねられている。
【００２３】
ここで、第１の接合工程では、図３、図４に示すように、端部３１ａ、３２ａどうしを接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５の第１の外形面Ｆ１側から、矢印Ｓ１方向に回転駆動するツール３０を、貫入させかつ境界部分２５の界面２５ａに沿って矢印Ｂ１方向にスライド（移動）させることになる。
【００２４】
この際、矢印Ｓ１方向に回転駆動するツール３０は、素線ストランド３１内でそれぞれ傾いている各素線２０ａの端部（素線ストランド３１の端部３１ａ）を、矢印Ｓ１方向に巻き込む摩擦攪拌力を生じさせ、傾いていた各素線２０ａの端部の向きを界面２５ａと直交させるように作用する。この結果、素線ストランド３１の各素線２０ａの端面と補強部材３２の端面との密着性が向上し、接合強度を高めることが可能となる。
【００２５】
既述したように、第１の実施形態に係る回転子コイルの製造方法によれば、素線ストランド３１と補強部材３２との接合強度を向上させることができる。この結果、製造された回転子コイルは、所望の機械的強度を得ることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態の製法では、難溶接材である銅や銅合金製の補強部材３２と素線ストランド３１とを、ＴＩＧ溶接などの溶接技術を用いずに（難溶接材の接合に適したプロセスである溶融現象を伴わない摩擦攪拌接合を用いて）互いを接合するので、接合箇所での欠陥や変形の発生を抑制することが可能となる。さらに、本実施形態の製法によれば、溶接する場合に例えば必要となる接合箇所の開先形状の加工や、予熱を与えることなどが不要となり、製造コストを低減することができる。
【００２７】
また、このようにして製造される回転子コイル７を備えた回転電機１０によれば、速度変化を伴う運転時において、遠心力によるコイルエンド部の変形などに対する抑制効果を高めることができる。さらに、この回転電機１０では、前述した素線ストランド３１と補強部材３２との接合箇所において、機械的強度を実質的に向上させることができるので、構造的に大きな応力が加わりやすい回転子鉄心８の近傍に、素線ストランド３１と補強部材３２との接合箇所を近接させて配置することが可能となる。
【００２８】
ここで、本実施形態の回転子コイルの製造方法は、前記接触工程の前に、被覆除去工程を実施するようにしてもよい。この被覆除去工程は、図２に示した複数の素線２０ａにおける少なくとも補強部材３２と接触させる側の端部（摩擦攪拌接合される部位を構成する箇所）から予め絶縁被覆２０ｂを例えば切削などによって除去する工程である。
【００２９】
つまり、図５に示すように、補強部材３２と、少なくとも接合対象部分の絶縁被覆を除去した素線ストランド３６とに対して、前述した第１の接合工程を実施するようにしてもよい。これにより、補強部材３２と素線ストランド３６との摩擦攪拌接合の時間を短縮させることが可能となり、短い接合時間で品質の安定した回転子コイルを製造することができる。なお、絶縁被覆を予め除去しない場合でも、例えば接合時間を長くすることで、絶縁被覆（例えば絶縁樹脂）を摩擦攪拌接合時の発熱により蒸発させることも可能である。
【００３０】
また、本実施形態の回転子コイルの製造方法では、図６に示すように、境界部分２５における第１の外形面Ｆ１が、素線ストランド３１側又は補強部材３２側のいずれか一方が高くなる段差を有していてもよい。図６は、素線ストランド３１の方が高くなる段差２５ｂを例示している。この場合、ツール３０の突起部３０ｂの長さなどを適宜設定することで、段差２５ｂを有する境界部分２５の第１の外形面Ｆ１側から、回転駆動するツール３０を、貫入させかつ界面２５ａに沿ってスライドさせて、第１の接合工程を実行する。これにより、厚さの異なる補強部材３２と素線ストランド３１とを互いに接合することが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施形態の回転子コイルの製造方法は、図７に示すように、回転駆動するツール３０をスライドさせる移動経路上に、例えば補強部材３２の材料（及び素線ストランド３１の素線２０ａの材料）と、同じ材料を供給しながら実施することも可能である。具体的には、図７に示すように、第１の外形面Ｆ１側からの摩擦攪拌接合中に粉末供給装置３３から銅や銅合金の粉末３４を供給する。これにより、ツール３０の例えばショルダ部３０ａの端面との摺動により生じる素線ストランド３１及び補強部材３２の各表面（各上面）の凹みを摩擦攪拌接合の過程で補修することができる。
【００３２】
また、本実施形態の回転子コイルの製造方法は、前述した接触工程及び第１の接合工程を実施することによって、図８に示すように、素線ストランド３２の両端部３１ａ、３１ｂに一対の補強部材３２、３５の一端部３２ａ、３５ａをそれぞれ接合することも可能である。具体的には、接触工程では、素線ストランド３２の両端部３１ａ、３１ｂに一対の補強部材３２、３５の一端部３２ａ、３５ａをそれぞれ接触させる。さらに、第１の接合工程では、接触させた素線ストランド３２の両端部３１ａ、３１ｂと一対の補強部材３２、３５の一端部との各境界部分２５における第１の外形面Ｆ１側から、回転駆動するツール３０を、貫入させかつ各境界部分２５の界面２５ａに沿ってスライドさせることによって、素線ストランド３２の両端部３１ａ、３１ｂに一対の補強部材３２、３５を接合する。
【００３３】
なお、図８に示すように、素線ストランド３１の端部３１ｂと補強部材３５の一端部３５ａとを摩擦攪拌接合する際には、素線ストランドと補強部材との配置関係が図３、図５〜図７に例示した配置関係とは逆（左右逆）になるため（図８のように素線ストランドが左側に配置されかつ補強部材が右側に配置されているため）、図８に示すように、ツール３０を、矢印Ｓ２方向に回転駆動させつつ矢印Ｂ１方向にスライドさせることが望ましい。
【００３４】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を図９、図１０に基づき説明する。なお、図９、図１０において、図３、図４などに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００３５】
本実施形態の回転子コイルの製造方法では、第１の実施の形態の接触工程及び第１の接合工程に加え、第２の接合工程をさらに実施する。
【００３６】
つまり、第２の接合工程では、被接合部分３０ｃが摩擦攪拌接合された素線ストランド３１と補強部材３２とを、図９、図１０に示すように、第１の外形面Ｆ１の背面側に位置する第２の外形面Ｆ２側が上面になるように裏返し、前述した治具などを介して加工盤上に固定する。さらに、第２の接合工程では、図９、図１０に示すように、境界部分２５（被接合部分３０ｄ）の第２の外形面Ｆ２側から、矢印Ｓ１方向に回転駆動するツール３０を、貫入させかつ界面２５ａに沿って矢印Ｂ１方向にスライド（移動）させる。なお、ツール３０における回転速度、移動速度、荷重などの動作条件は、第１の実施形態と同様に調整される。つまり、第２の接合工程では、図９、図１０に示すように、境界部分２５における第２の外形面Ｆ２側（被接合部分３０ｄ）が、摩擦攪拌接合される。
【００３７】
詳述すると、第２の外形面Ｆ２側から行う第２の接合工程では、例えば、ツール３０の回転方向及びスライド方向を、第１の外形面Ｆ１側から行う第１の接合工程とは、逆向きにして実施する。この際、ツール３０は、各素線２０ａの端部を、矢印Ｓ２方向に巻き込む摩擦攪拌力を生じさせ、この場合も、傾いていた各素線２０ａの端部の向きを界面２５ａと直交させるように作用し、第１の実施形態で説明したように接合強度を向上させることが可能となる。なお、第２の接合工程は、例えばツール３０の回転速度やツール３０をスライドさせる際の移動速度などを適宜調整することなどで、ツール３０の回転方向及びスライド方向を、第１の接合工程と同じ方向にしてもよい。
【００３８】
既述したように、本実施形態に係る回転子コイルの製造方法では、第１の外形面Ｆ１側と第２の外形面Ｆ２側との２パス（２回）に分けて、素線ストランド３１と補強部材３２とを摩擦攪拌接合するので、摩擦攪拌されて境界部分２５（母材）が熱的影響を受ける熱的影響範囲を狭くすることが可能となる。
【００３９】
つまり、例えば１パスで境界部分２５を摩擦攪拌接合する場合には、境界部分２５の厚さ方向全体を一度に摩擦攪拌させるために、例えば剛性などを考慮してサイズを大きくしたツールを適用することになるので、熱的影響範囲を広げてしまう結果となる。これに対して、２パスで境界部分２５を摩擦攪拌接合する本実施形態の製法では、合理的にサイズを小さくしたツールを二度に分けて適用するので、結果的に熱的影響範囲を狭めることが可能となる。
【００４０】
したがって、本実施形態の回転子コイルの製造方法によれば、境界部分２５（母材）における熱的影響に起因した強度の低下を抑えることができ、所望の機械的強度を確保できる。
【００４１】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を図１１、図１２に基づき説明する。なお、図１１、図１２において、図３などに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の回転子コイルの製造方法は、素線ストランド３１と補強部材３２との間における少なくとも境界部分２５を冷却しながら、第１の接合工程を実施する（又は、第１の接合工程と第２の接合工程とをそれぞれ実施する）。この場合の冷却は、例えば、冷媒が内部を流通する冷却用部材を、素線ストランド３１及び補強部材３２に接触させることなどで実現される。
【００４３】
具体的には、図１１に示すように、第１の実施形態で述べた素線ストランド３１及び補強部材３２を固定するための例えば銅や銅合金製の加工盤３８を冷却用部材として適用する。さらに、この加工盤３８の内部に例えば冷却水などを流すための冷媒の流路３９を形成しておく。
【００４４】
また、これに代えて、図１２に示すように、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスをシールドガス５２として供給するシールドガス供給装置５１を用意し、第１の接合工程（又は第２の接合工程）を実施する際に、第１の外形面Ｆ１側（又は第２の外形面Ｆ２側）から境界部分２５へシールドガス５２を供給し、境界部分２５を冷却するようにしてもよい。
【００４５】
したがって、第３の実施形態に係る回転子コイルの製造方法によれば、摩擦攪拌接合時に生じる発熱を抑制できるので、熱的影響に起因した境界部分２５（被接合部分）の強度の低下を抑えることができ、これにより、素線ストランド３１と補強部材３２とが接合される当該境界部分２５において所望の剛性を確保できる。
【００４６】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態を図１３〜図１６に基づき説明する。なお、図１３〜図１６において、図３などに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の回転子コイルの製造方法は、図１３に示すように、まず、接触工程では、端部どうしを接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５を、第１の外形面Ｆ１の側面側に位置する第３及び第４の外形面Ｆ３、Ｆ４側から、矢印Ｐ１、Ｐ２方向に挟持するように一対の挟持部材５３、５４を配置する。一対の挟持部材５３、５４は、例えば銅や銅合金などを材料として構成されている。
【００４８】
さらに第１の接合工程を実施する場合（又は、第１の接合工程と第２の接合工程とをそれぞれ実施する場合）には、図１３に示すように、第１の外形面Ｆ１側（又は第２の外形面Ｆ２側）から、回転駆動するツール３０を、一方の挟持部材５３へ貫入させかつ境界部分２５の界面２５ａに沿って他方の挟持部材５４上へとスライド（移動）させる。
【００４９】
この製法によれば、ツール３０の突起部（貫入部）３０ｂによる摩擦攪拌接合時の接合痕が境界部分２５の表面（上面）に残ってしまうことなどを抑制できることに加え、素線ストランド３１本体から素線２０ａがばらけることなどを防止できる。なお、境界部分２５の接合後、素線ストランド３１及び補強部材３２側から、接合された一対の挟持部材５３、５４を除去してもよい。
【００５０】
また、図１４に示す回転子コイルの製造方法を適用することもできる。すなわち、接触工程では、図１４に示すように、端部３１ａ、３２ａどうしを接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５の第１又は第２の外形面Ｆ１、Ｆ２上に保護部材５５をさらに配置する。
【００５１】
保護部材５５は、銅や銅合金を材料とする厚さ２ｍｍ以上の矩形状の薄板である。この保護部材５５は、自身の長手方向を、ツール３０のスライド方向（矢印Ｂ１方向）に揃えて、境界部分２５（第１又は第２の外形面Ｆ１、Ｆ２上の境界線）を覆い隠すように配置され、治具などを介してこの位置に固定される。また、保護部材５５の短手方向の長さは、ツール３０におけるショルダ部３０ａの直径以上の長さで構成されている。さらに、保護部材５５の厚さは、摩擦攪拌接合時に、ツール３０の例えばショルダ部３０ａの端面との摺動により生じ得る凹み以上の厚さで構成されている。
【００５２】
このような保護部材５５を配置した後、第１の接合工程を実施する場合（又は、第１の接合工程と第２の接合工程とをそれぞれ実施する場合）には、第１又は第２の外形面Ｆ１、Ｆ２側から、回転駆動するツール３０を、保護部材５５を介して境界部分２５へ貫入させかつ界面２５ａに沿ってスライド（移動）させる。このような製法によれば、ツール３０のショルダ部３０ａとの摺動により生じる凹み分を保護部材５５の厚さで補填することができ、境界部分２５（被接合部分）の接合強度を確保することができる。
【００５３】
このような製法に代えて、図１５に示す回転子コイルの製造方法を適用することも可能である。つまり、接触工程にて、図１５に示すように、断面がコの字状の接合補助部材５６を配置する。この接合補助部材５６は、図１３に示した一対の挟持部材５３、５４の機能を有する一対の挟持部５６ｂ、５６ｃと、図１４に示した保護部材５５の機能を有する保護部５６ａと、を備えている。
【００５４】
図１５に示すように、一対の挟持部５６ｂ、５６ｃは、端部３１ａ、３２ａどうしを接触させた素線ストランド３１と補強部材３２との境界部分２５を、第１の外形面Ｆ１の側面側に位置する第３及び第４の外形面Ｆ３、Ｆ４側から挟持する。一方、保護部５６ａは、境界部分２５の第１又は第２の外形面Ｆ１、Ｆ２上に載置される。すなわち、接合補助部材５６は、図１３に示した一対の挟持部材５３、５４と図１４に示した保護部材５５とを一体化した構造を有する。
【００５５】
このような接合補助部材５６を配置した後、少なくとも第１の接合工程を実施する場合には、第１の外形面Ｆ１側から、回転駆動するツール３０を、接合補助部材５６の一方の挟持部５６ｂへ貫入させ、かつ境界部分２５の界面２５ａに沿って他方の挟持部５６ｃ上へとスライド（移動）させる。なお、第２の接合工程を実施する場合には、図１４に示した例えば保護部材５５を第２の外形面Ｆ２上に配置した後、ツール３０を用いた摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。
【００５６】
既述したように、図１５に示した回転子コイルの製造方法によれば、ツール３０の突起部（貫入部）３０ｂによる接合痕が、境界部分２５に残ることなどを抑制できることに加え、素線ストランド３１からの素線２０ａの分散などを防止でき、しかも、ツール３０のショルダ部３０ａとの摺動が原因となる凹みの発生を抑えることができる。さらに、図１５に示した回転子コイルの製造方法によれば、保護部と一対の挟持部とを一体化させた接合補助部材５６を用いることで、当該接合補助部材５６をセットする際の作業性を向上させることができる。
【００５７】
もちろん、これに代えて、図１５に示した接合補助部材５６の保護部５６ａと一方の挟持部５６ｂと他方の挟持部５６ｃとを、図１６に示すように、それぞれ個別の部材で構成した保護部材６１と一対の挟持部材５３、５４とを適用してもよい。この場合、互いに別体の保護部材６１及び一対の挟持部材５３、５４は、一体型の接合補助部材５６と比べて、構造が簡易であることから、製造コストの低減を図ることができる。
【００５８】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、欠陥や変形の発生を抑えつつ所望の機械的強度を確保できる回転子コイルを製造することが可能となる。
【００５９】
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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【００６０】
７…回転子コイル、１０…回転電機、２０ａ，３７ｂ…素線、２０ｂ…絶縁被覆、２５…境界部分、２５ａ…界面、２５ｂ…段差、３０…ツール、３０ａ…ショルダ部、３０ｂ…突起部、３０ｃ，３０ｄ…被接合部分、３１，３６，３７…素線ストランド、３１ａ，３１ｂ，３７ａ…素線ストランドの端部、３２…補強部材、３２ａ…補強部材の端部、３９…冷媒の流路、３３…粉末供給装置、３４…粉末、３８…加工盤、５１…シールドガス供給装置、５２…シールドガス、５３，５４…挟持部材、５５，６１…保護部材、５６…接合補助部材、５６ａ…保護部、５６ｂ，５６ｃ…挟持部、Ｆ１…第１の外形面、Ｆ２…第２の外形面、Ｆ３…第３の外形面、Ｆ４…第４の外形面。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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