(57)【要約】【課題】角線同士の接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくするとともに、接合後の絶縁処理面積を小さくすることができる角線の接合構造及び接合方法を提供すること。【解決手段】絶縁被膜１１ｂ，１２ｂが施された断面矩形状の平角線１１，１２の端部同士が溶接された接合体１０の接合構造は、端部の一面のみ絶縁被膜が剥離された被膜剥離面１１ｃ，１２ｃが対向するように突き合わせられた状態で、平角線１１，１２の端面に上方からレーザ光Ｌがスポット的に照射され、平角線１１，１２が加熱されて溶接されている。【選択図】図１
2013109948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被膜が施された断面矩形状の角線の端部同士が溶接された接合構造において、
端部の一面のみ絶縁被膜が剥離された角線同士が、各被膜剥離面が対向するように突き合わせられた状態で、それらの角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱されて角線同士が溶接された
ことを特徴とする角線の接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載する角線の接合構造において、
前記角線は平角線であり、平角線の長辺側が接合面となっている
ことを特徴とする角線の接合構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する角線の接合構造において、
各角線への入熱が、レーザ又は電子ビームにより行われた
ことを特徴とする角線の接合構造。
【請求項４】
請求項３に記載する角線の接合構造において、
レーザ又は電子ビームが、各角線の境界線に沿って等間隔で照射された
ことを特徴とする角線の接合構造。
【請求項５】
絶縁被膜が施された断面矩形状の角線の端部同士を溶接する接合方法において、
各角線の端部の一面のみ絶縁被膜を剥離し、各被膜剥離面が対向するように各角線を突き合わせて当接させ、それらの角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱して角線同士を溶接する
ことを特徴とする角線の接合方法。
【請求項６】
請求項５に記載する角線の接合方法において、
前記各角線は平角線であり、平角線の長辺側を当接させて溶接する
ことを特徴とする角線の接合方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する角線の接合方法において、
レーザ又は電子ビームにより各角線へ入熱して溶接する
ことを特徴とする角線の接合方法。
【請求項８】
請求項７に記載する角線の接合方法において、
レーザ又は電子ビームを、各角線の境界線に沿って等間隔で照射する
ことを特徴とする角線の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角線同士が接合された接合構造、及びその構造を実現する接合方法に関する。より詳細には、絶縁被膜を剥離してから端部同士を溶接により接合した角線の接合構造、及びその構造を実現する接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流発電機等の回転電機では、占積率向上のために、ステータに装着するコイルを断面矩形状のコイル線（角線）で構成したものがある。この種のコイルは、所定形状に成形した角線をステータコアのスロットに挿入し、スロットより突出する各角線の端部同士を接合することにより形成されている。
【０００３】
具体的には、例えば、角線は２本の直線部を有するＵ字状に成形されており、その２本の直線部をステータコアの異なるスロット、例えばステータの略磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに挿通した後、スロットより突出する端部側をステータコアの周方向へ傾け（または、予め傾け）、それぞれの角線端部を順次接合して、連続したコイルを形成している。そして、角線同士の接合は、角線端部の絶縁被膜を全面剥離して、アーク溶接により行っている（特許文献１参照）。
なお、絶縁被膜の剥離は、角線端部の４面（４面剥離）又は角部を含めた８面（８面剥離）について行うのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５４４３３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、上記した接合技術では、角線の端部同士を接合するために、角線端部の絶縁被膜を全面剥離するとともに、接合後に接合部及び被膜剥離部の大きな面積を絶縁処理する必要があった。ここで、絶縁被膜の剥離として４面剥離を行うと、効率面及びコスト面では有利になるが、剥離後の角線において導体体積が減少してしまうため、接合部で線間抵抗値が上昇してしまう。一方、絶縁被膜の剥離として８面剥離を行うと、剥離後の角線において導体体積の減少はほとんどないが、効率面及びコスト面では不利になる。そして、４面剥離あるいは８面剥離のどちらを行っても、角線の端部全面で絶縁被膜を剥離するため、接合後の絶縁処理面積が大きく、絶縁処理に時間及びコストがかかっていた。
このように、従来の接合技術では、絶縁被膜の剥離面積が大きく、また、接合後の絶縁処理面積も大きい。そのため、効率面及びコスト面で不利であった。
【０００６】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、角線同士の接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくするとともに、接合後の絶縁処理面積を小さくすることができる角線の接合構造及び接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、絶縁被膜が施された断面矩形状の角線の端部同士が溶接された接合構造において、端部の一面のみ絶縁被膜が剥離された角線同士が、各被膜剥離面が対向するように突き合わせられた状態で、それらの角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱されて角線同士が溶接されたことを特徴とする。
なお、角線端部において絶縁被膜が剥離された一面とは、端部端面以外の四面のうちの一面である。
【０００８】
この接合構造では、角線端部の一面のみ絶縁被膜が剥離された被膜剥離面が突き合わせられて接合されているため、角線同士の接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくすることができる。また、導体部分が露出している角線の端面に対し、上方から各角線端面へスポット的に入熱されて角線同士が溶接されているため、溶接時の熱による絶縁被覆の損傷を防ぐことができる。これらのことから、接合後の絶縁処理を、接合側面と端面（高い絶縁性能が要求される場合、例えば接合した角線が隣接する場合など）、あるいは接合側面のみ（絶縁性能が要求されない場合）に行えば良いため、絶縁処理面積を小さくすることができる。以上により、この接合構造によれば、角線同士の接合を効率よくかつ低コストで実現することができる。
【０００９】
上記した角線の接合構造において、前記角線は平角線であり、平角線の長辺側が接合面となっていることが望ましい。
【００１０】
このように接合されていることにより、十分な接合強度と溶融断面積を確保した溶接構造を得ることができる。
【００１１】
上記した角線の接合構造において、各角線への入熱は、レーザ又は電子ビームにより行われたものであることが望ましい。
【００１２】
このように、角線同士をレーザ溶接又は電子ビーム溶接で接合することにより、簡単かつ迅速に上記の溶接構造を得ることができる。
【００１３】
この場合には、レーザ又は電子ビームが、各角線の境界線に沿って等間隔で照射されたものであることが望ましい。
【００１４】
このように、各角線の境界線に沿って等間隔でレーザ又は電子ビームが照射されていることにより、角線同士が確実かつ良好に接合された溶接構造を得ることができる。ここで、レーザ又は電子ビームの照射間隔を大きくする（溶接点数を減らす）と溶接強度が低下し、レーザ又は電子ビームの照射間隔を小さくする（溶接点数を増やす）と溶接強度が増加する。このため、レーザ又は電子ビームの照射間隔を調整することにより、要求される接合強度を確保した溶接構造を得ることができる。
【００１５】
また、上記課題を解決するためになされた本発明の別態様は、絶縁被膜が施された断面矩形状の角線の端部同士を溶接する接合方法において、各角線の端部の一面のみ絶縁被膜を剥離し、各被膜剥離面が対向するように各角線を突き合わせて当接させ、それらの角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱して角線同士を溶接することを特徴する。
【００１６】
この接合方法では、まず、各角線の端部の絶縁被膜を一面のみ剥離する。ここで、角線端部において絶縁被膜を剥離する一面は、端部端面以外の四面のうちの一面である。なお、端面は切断面であるから導体部分が露出している。
次に、各被膜剥離面が対向するように各角線を突き合わせて当接させる。そして、それらの角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱して角線同士を溶接する。かくして、角線同士が端部にて接合される。なお、スポット的な入熱は、接合境界付近に行えばよい。
【００１７】
このように、この接合方法によれば、角線を接合（溶接）するために、各角線の端部の絶縁被膜を一面のみ剥離すればよいので、角線同士の接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくすることができる。そして、角線の端面に上方から各角線へスポット的に入熱して角線同士を溶接するため、溶接時の熱による絶縁被覆の損傷を防ぐことができるとともに、絶縁被膜の剥離面積が小さいため、接合後の絶縁処理を、接合側面と端面（高い絶縁性能が要求される場合、例えば接合した角線が隣接する場合など）、あるいは接合側面のみ（絶縁性能が要求されない場合）に行えば良い。そのため、絶縁処理面積を小さくすることができる。従って、角線同士の接合を効率よくかつ低コストで行うことができる。
【００１８】
また、上記した角線の接合方法において、前記各角線は平角線であり、平角線の長辺側を当接させて溶接することが望ましい。
【００１９】
このように接合することにより、平角線の短辺側を当接させて溶接する場合に比べて、より大きな接合強度及び溶融断面積を確保することができる。
【００２０】
上記した角線の接合方法において、レーザ又は電子ビームにより各角線へ入熱して溶接することが望ましい。
【００２１】
このように、角線同士をレーザ溶接又は電子ビーム溶接で接合することにより、簡単かつ迅速に接合することができる。
【００２２】
この場合には、レーザ又は電子ビームを、各角線の境界線に沿って等間隔で照射すれば良い。
【００２３】
このように、各角線の境界線に沿って等間隔でレーザ又は電子ビームを照射することにより、角線を確実かつ良好に接合することができる。ここで、レーザ又は電子ビームの照射間隔を大きくする（溶接点数を減らす）と溶接強度が低下し、レーザ又は電子ビームの照射間隔を小さくする（溶接点数を増やす）と溶接強度が増加する。このため、レーザ又は電子ビームの照射間隔を調整することにより、要求される接合強度を確保することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る角線の接合構造及び接合方法によれば、上記した通り、接合品質を確保しながら角線同士の接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくするとともに、接合後の絶縁処理面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態に係る平角線の接合構造を有する接合体を模式的に示す側面図である。
【図２】本実施の形態に係る平角線の接合構造を有する接合体を模式的に示す上面図である。
【図３】絶縁被膜を一面のみ剥離した平角線を示す斜視図である。
【図４】平角線を接合するために突き合わせた状態を示す図である。
【図５】レーザ溶接を行っている状態を模式的に示す図である。
【図６】レーザの照射点を模式的に示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面におけるレーザ照射の様子を模式的に示す図である。
【図８】斜め方向からレーザ照射を行う様子を模式的に示す図である。
【図９】接合体の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の角線の接合構造及び接合方法を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、２本の平角線を接合するために、その端部をレーザ溶接する場合について例示する。
【００２７】
まず、本実施の形態に係る平角線の接合構造について、図１及び図２を参照しながら簡単に説明する。図１は、本実施の形態に係る平角線の接合構造を有する接合体を模式的に示す側面図である。図２は、本実施の形態に係る平角線の接合構造を有する接合体を模式的に示す上面図である。
【００２８】
図１に示すように、接合体１０は、２本の平角線１１，１２の端部同士を溶接により接合部１５にて接合したものである。そして、平角線１１，１２は、端部にて一面のみ絶縁被膜を剥離した絶縁被膜剥離面１１ｃ，１２ｃを対向させ突き合わせた状態で接合されている。平角線１１，１２は、図２に示すように、断面形状が矩形状をなす電線であり、銅で構成された導体部１１ａ，１２ａと、導体部１１ａ，１２ａの周りに被覆された絶縁被膜（エナメル）１１ｂ，１２ｂとを有している。なお、平角線１１，１２の端面は、切断面であり導体部１１ａ，１２ａが露出している。
【００２９】
そして、接合体１０では、上記した平角線１１，１２の絶縁被膜剥離面１１ｃ，１２ｃが対向させられて突き合わせられ、導体部１１ａ，１２ａが露出している端面の上方から境界付近にスポット的に入熱されて溶接され、平角線１１，１２の端部が接合部１５にて溶融一体化され接合されている。
【００３０】
従って、このような接合構造を備える接合体１０では、接合に必要な絶縁被膜１１ｂ，１２ｂの剥離面積を小さくすることができる。また、溶接時の熱による絶縁被覆１１ｂ，１２ｂの損傷を防ぐことができる。これらのことから、従来の接合構造に比べて、接合後の絶縁処理面積を小さくすることができる。具体的には、高い絶縁性能が要求される場合、例えば接合した角線が隣接する場合などであれば、接合側面と端面に絶縁処置を行えば良いし、絶縁性能が要求されない場合であれば接合側面のみに行えば良い。よって、接合体１０の接合構造によれば、平角線同士の接合を効率よくかつ低コストで実現することができる。
【００３１】
また、接合体１０では、図２に示すように、平角線１１，１２の各長辺側が接合面（絶縁被膜剥離面１１ｃ，１２ｃ）となっている。このため、平角線１１，１２の短辺側を当接させて溶接する場合に比べて、より大きな接合強度及び溶融断面積を確保することができる。従って、接合体１０によれば、十分な接合強度と溶融断面積を確保することができる。
【００３２】
次に、上記した接合構造を実現するための接合方法について、図３〜図８を参照しながら説明する。図３は、絶縁被膜を一面のみ剥離した平角線を示す斜視図である。図４は、平角線を接合するために突き合わせた状態を示す図である。図５は、レーザ溶接を行っている状態を模式的に示す図である。図６は、レーザの照射点を模式的に示す図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面におけるレーザ照射の様子を模式的に示す図である。図８は、斜め方向からレーザ照射を行う様子を模式的に示す図である。
【００３３】
本実施の形態では、レーザ溶接により上記の接合構造を実現する。すなわち、溶接に必要な入熱をレーザのスポット的な照射によって行うため、簡単かつ迅速に平角線１１，１２を接合することができる。
【００３４】
まず、図３に示すように、平角線１１，１２の各端部において、接合する一面の絶縁被膜１１ｂ，１２ｂを剥離する。なお、絶縁被膜の剥離は公知の方法により行えば良い。本実施の形態では、各平角線１１，１２の長辺側の一面について絶縁被膜１１ｂ，１２ｂを剥離している。この絶縁被膜の剥離により、各平角線１１，１２の端部の長辺側に絶縁被膜剥離面１１ｃ、１２ｃが形成される。これにより、各平角線１１，１２の端部において、導体部１１ａ，１２ａが一部露出する。このように、接合するために必要な絶縁被膜の剥離を各平角線１１，１２において、それぞれ一面のみ行えば良いから、溶接の前処理である絶縁被膜の剥離処置を短時間かつ低コストで行うことができる。
【００３５】
そして、図３及び図４に示すように、平角線１１の絶縁被膜剥離面１１ｃと、平角線１２の絶縁被膜剥離面１２ｃとを対向させて突き合わせる。そして、一対の保持治具２０により、各平角線１１，１２の端面が同一高さとなるように、平角線１１，１２が当接させられて保持される。
【００３６】
その後、図５に示すように、突き合わせられた平角線１１，１２の端面の上方からレーザＬをスポット的に複数点照射し、平角線１１，１２をレーザ溶接して接合する。このとき、平角線１１，１２の各端面は、切断面であるため導体部１１ａ，１２ａが露出しており、接合のために絶縁被膜を剥離する必要はない。なお、本実施の形態では、レーザ溶接に使用するレーザとしてＹＡＧレーザを用いているが、使用するレーザの種類は特に限定されることはなく、ＹＡＧレーザの他に、例えばファイバレーザ、ＣＯ2 レーザ、半導体レーザなどを使用することができる。
【００３７】
また、レーザＬのスポット的な照射は、平角線１１，１２とレーザ光源を相対的に移動させて行えば良い。例えば、平角線１１，１２を固定してレーザ光源を移動させる、あるいはレーザ光源を固定して平角線１１，１２を移動させることができる。
【００３８】
ここで、レーザ溶接においては、図６に示すように、レーザＬの照射点１６を平角線１１，１２の境界線１４上に等間隔で設定し、それらの照射点１６にレーザＬを照射して平角線１１，１２に対しスポット的に入熱（加熱）していく。これにより、平角線１１，１２の境界線付近を確実に溶融させて一体化することができるため、平角線１１，１２を確実かつ良好に接合することができる。
【００３９】
なお、照射点１６は、３〜１０箇所の範囲で要求される接合強度などに応じて設定すれば良い。本実施の形態では、照射点（溶接点）を８箇所としている。このとき、レーザＬは、図７に示すように、平角線１１，１２の端面に対して垂直に各照射点１６へ向けて照射している。なお、レーザＬは、図８に示すように斜めに照射しても良い。
【００４０】
そして、レーザＬの照射による加熱により、平角線１１，１２の境界線１４の近傍において、導体部１１ａ，１２ａが溶融一体化して接合部１５が形成される。その後、接合部１５において、導体部１１ａ，１２ａの溶融した部分が凝固して金属結合し、平角線１１，１２が接合される。かくして、図１及び図２に示す接合体１０が得られる。
【００４１】
なお、上記した実施の形態では、角線同士の接合をレーザ溶接により行う場合について説明したが、レーザ溶接の代わりに電子ビーム溶接（ＥＢＷ）を用いることもできる。電子ビーム溶接により接合する場合でも、上記したレーザ溶接と同様の方法で接合を行うことにより、上記した効果を得ることができる。
【００４２】
ここで、上記した接合方法により得た複数の接合体１０について、接合部１５における接合強度を調べたところ（サンプル数Ｎ＝５）、平均接合強度が６０５Ｎであった。なお、レーザ溶接に使用したＹＡＧレーザの出力は８ｋＷである。また、電子ビーム溶接（ビーム電流２５ｍＡ）を行った場合も、レーザ溶接の場合と同等の結果が得られた。これに対して、従来のＴＩＧ溶接（溶接電流１５０Ａ、溶接時間０．２秒）では平均接合強度（サンプル数Ｎ＝５）が４１３Ｎであったことから、本実施の形態によれば十分な溶接強度を得ることができることが確認された。
【００４３】
なお、接合強度は、溶接点数及びレーザ出力（又はビーム出力）を調整することにより変化する。すなわち、溶接点数又はレーザ出力（又はビーム出力）を増やす又は大きくすると溶接強度が増加し、溶接点数又はレーザ出力（又はビーム出力）を減らす又は小さくすると溶接強度が低下する。そのため、要求される溶接強度に応じて溶接点数及びレーザ出力（又はビーム出力）を調整することにより、要求される接合強度を確保することができる。
【００４４】
一方、接合部１５における溶融断面積は、従来のＴＩＧ溶接に比べると小さくなるが、要求値以上であり線間抵抗値が上昇することはなかった。また、レーザ溶接による絶縁被膜の損傷もなかった。
【００４５】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る接合体１０によれば、平角線１１，１２の端部における一面のみ絶縁被膜が剥離された絶縁被膜剥離面１１ｃ，１２ｃが突き合わせられて接合されているため、接合に必要な絶縁被膜の剥離面積を小さくすることができる。また、導体部１１ａ，１２ａが露出している平角線１１，１２の端面に対し、上方から各端面へスポット的にレーザ光Ｌが照射されて加熱され、平角線１１，１２が溶接されているため、溶接時の熱による絶縁被覆１１ｂ，１２ｂの損傷を防ぐことができる。これらのことから、接合後に絶縁処理を行う絶縁処理面積を小さくすることができる。よって、平角線１１，１２の接合を効率よくかつ低コストで実現することができる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、２本の平角線を接合する際に本発明を適用する場合を例示したが、図９に示すように、３本の平角線１１，１２，１３を接合する場合（接合体１０ａの接合構造）にも本発明を適用することができる。もちろん、４本以上の平角線を接合する場合にも本発明を適用することができる。
【００４７】
また、上記した実施の形態では、各平角線の長辺側で接合しているが、短辺側で接合することもできる。但し、この場合には、接合強度及び溶接断面積が、上記の実施の形態に比べて小さくなる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    接合体
１１    平角線
１１ａ  導体部
１１ｂ  絶縁被膜
１１ｃ  絶縁被膜剥離面
１２    平角線
１２ａ  導体部
１２ｂ  絶縁被膜
１２ｃ  絶縁被膜剥離面
１４    境界線
１５    接合部
１６    照射点
Ｌ      レーザ
【図１】
2013109948.tif 000003
【図２】
2013109948.tif 000004
【図３】
2013109948.tif 000005
【図４】
2013109948.tif 000006
【図５】
2013109948.tif 000007
【図６】
2013109948.tif 000008
【図７】
2013109948.tif 000009
【図８】
2013109948.tif 000010
【図９】
2013109948.tif 000011