(57)【要約】【課題】三相交流による回転電機を構成するコイル線を均一に加熱できるとともに通電加熱に要する時間を短縮することができる通電固着方法を提供する。【解決手段】回転電機は、Ｕ相コイル線２８ｕとＶ相コイル線２８ｖとＷ相コイル線２８ｗとが、Ｎ相において星型結線される。Ｎ相は、外部から通電可能に構成される。本発明の通電固着方法では、Ｎ相を通電端子として用いて、Ｕ相コイル線２８ｕとＶ相コイル線２８ｖとＷ相コイル線２８ｗとに同時に通電をする。Ｎ相を通電端子として用いることにより、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対して同時並行的に通電加熱するため、処理時間を短縮することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流による回転電機におけるコイル線を通電加熱することにより、前記コイル線同士を固着させる通電固着方法であって、
前記回転電機は、Ｕ相コイル線とＶ相コイル線とＷ相コイル線とが、Ｎ相において星型結線されており、
前記Ｎ相を通電端子として用いて、前記Ｕ相コイル線と前記Ｖ相コイル線と前記Ｗ相コイル線とに同時に通電をする、
ことを特徴とする通電固着方法。
【請求項２】
請求項１記載の通電固着方法において、
前記Ｎ相は、外部から通電可能に構成され、
前記Ｕ相コイル線、前記Ｖ相コイル線及び前記Ｗ相コイル線の各端部に設けられた端子に第１の極性の電圧を印加するとともに、前記第１の極性と逆極性の第２の極性の電圧を前記Ｎ相に印加することにより、前記通電を行う、
ことを特徴とする通電固着方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の通電固着方法において、
前記通電は、
第１の電流を印加する第１通電工程と、
前記第１通電工程後に、前記第１の電流よりも小さい第２の電流を印加する第２通電工程と、を有する、
ことを特徴とする通電固着方法。
【請求項４】
請求項３記載の通電固着方法において、
前記コイル線の通電加熱中の温度を検出し、
前記コイル線の温度が所定温度に達したときに、前記第１通電工程から前記第２通電工程へ移行する、
ことを特徴とする通電固着方法。
【請求項５】
請求項４記載の通電固着方法において、
前記コイル線の温度の検出では、前記コイル線により構成されるコイルの外周部の温度を検出する、
ことを特徴とする通電固着方法。
【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し、特に融着層を有するコイル線を通電加熱することによりコイル線同士を固着させる通電固着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイル線を通電することによりコイル線の融着層をジュール熱により融解させ、コイル線同士を固着させる手段が知られている。この手段を用いて、回転電機のコイル線同士を固着させることも知られている（例えば、下記特許文献１参照）。回転電機において、コイル線同士を固着させると、コイルに発生するトルク、振動によるコイル線間の摩耗を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、３相交流による回転電機の製造工程においては、複数のコイルを組み合わせてモータコア（ステータコア又はロータコア）の状態に組み立てた後に、コイル線を通電加熱する場合、すでにコイル線同士の結線が完了しているため、回転電機の通電状態と同じ状態でしか通電することができない。すなわち、通常、３相交流による回転電機の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の端子を利用して、各相を構成するコイル線への通電を行う。この場合、３相を均一に加熱するために、３相のうち２相のコイル線に対する通電を一定時間毎に順次切り替えることにより全体として均一に加熱していく。しかしながら、この方法では、３相のコイル線を同時に通電加熱するものではなく、３相のコイル線のうち必ず１相のコイル線は通電加熱されない時間がある。このため、従来の方法では、３相のコイル線を均一に加熱しようとすると、効率的な加熱が困難であるという課題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、三相交流による回転電機を構成するコイル線を均一に加熱できるとともに通電加熱に要する時間を短縮することができる通電固着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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、三相交流による回転電機におけるコイル線を通電加熱することにより、前記コイル線同士を固着させる通電固着方法であって、前記回転電機は、Ｕ相コイル線とＶ相コイル線とＷ相コイル線とが、Ｎ相において星型結線されており、前記Ｎ相を通電端子として用いて、前記Ｕ相コイル線と前記Ｖ相コイル線と前記Ｗ相コイル線とに同時に通電をすることを特徴とする。
【０００７】
上記の本発明の通電固着方法によれば、Ｎ相を通電端子として用いることにより、３相を構成する各コイル線に対して同時並行的に通電加熱するため、順次時間をずらして通電加熱していた従来の方法と比較して、処理時間を短縮することができる。
【０００８】
上記の通電固着方法において、前記Ｎ相は、外部から通電可能に構成され、前記Ｕ相コイル線、前記Ｖ相コイル線及び前記Ｗ相コイル線の各端部に設けられた端子に第１の極性の電圧を印加するとともに、前記第１の極性と逆極性の第２の極性の電圧を前記Ｎ相に印加することにより、前記通電を行うとよい。
【０００９】
これにより、回転電機の組立工程において、複数のコイルを組み合わせた後においても、Ｎ相を用いて３相を構成する各コイル線への同時並行的な通電を容易に実施することができる。
【００１０】
上記の通電固着方法において、前記通電は、第１の電流を印加する第１通電工程と、前記第１通電工程後に、前記第１の電流よりも小さい第２の電流を印加する第２通電工程と、を有するとよい。
【００１１】
これにより、通電加熱の工程において電流を途中で変化させることにより、コイルの過剰加熱を防止して回転電機の破壊を防止するとともに、通電加熱時間を効果的に短縮することができる。
【００１２】
上記の通電固着方法において、前記コイル線の通電加熱中の温度を検出し、前記コイル線の温度が所定温度に達したときに、前記第１通電工程から前記第２通電工程へ移行するとよい。
【００１３】
これにより、コイルの温度が融着層を融解可能な温度になった時点で第１の電流（大電流）から第２の電流（小電流）への切替えが行われるため、コイル線の融着層を確実に融解させることができ、作業環境の影響による通電加熱処理のバラツキを抑制することができる。
【００１４】
上記の通電固着方法において、前記コイル線の温度の検出では、前記コイル線により構成されるコイルの外周部の温度を検出するとよい。
【００１５】
コイルの外周部は最も温度が上がりにくい箇所と考えられるため、この部分の温度が所定温度に達したタイミングで第１通電工程から第２通電工程への切り替えを行うことで、コイル部分を構成するコイル線全体を所定温度まで確実に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の通電固着方法によれば、三相交流による回転電機を構成するコイル線を均一に加熱できるとともに通電加熱に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の通電固着方法が適用される回転電機のステータの平面図である。
【図２】図１に示すステータを構成する分割コア部の斜視図である。
【図３】本発明の通電固着方法の説明図である。
【図４】本発明の通電固着方法における各相のコイルへの電流の流し方を説明する模式図である。
【図５】図５Ａは、通電処理における通電時間とコイル温度との関係を示すグラフであり、図５Ｂは、通電処理における通電時間と出力電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る通電固着方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の通電固着方法が適用される回転電機に組み込まれるステータ１０の平面図である。ステータ１０は、その内部に設けられる図示しないロータと組み合わされて回転電機を構成し、例えば、電動機又は発電機として用いられる。
【００２０】
ステータ１０は、いわゆる３相星型結線の突極巻のステータ１０であり、図１に示すように、中空円筒状の筒部１２ａとこの筒部１２ａから外方に突出したフランジ１２ｂとからなるホルダ１２と、ホルダ１２に設けられた３相の入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗと、中性点を形成するＮ相端子１４Ｎと、筒部１２ａの内周面に沿って配置された環状のステータコア１８とを備える。
【００２１】
ステータコア１８は、複数（図１では１８個）の分割コア部２０からなり、分割コア部２０が周方向に隣接配置され全体として環状に構成される。本実施形態において、具体的には、ステータコア１８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル３０をそれぞれ有する分割コア部２０を６つずつ含む。この場合、ステータコア１８では、複数の分割コア部２０を環状に配置することにより、Ｕ相（Ｕ１相〜Ｕ６相）、Ｖ相（Ｖ１相〜Ｖ６相）、及び、Ｗ相（Ｗ１相〜Ｗ６相）の各コイル３０が、図１の時計回りに、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、…、Ｕ６、Ｖ６、Ｗ６の順番に並ぶように配置される。
【００２２】
次に、Ｕ１相〜Ｕ６相、Ｖ１相〜Ｖ６相及びＷ１相〜Ｗ６相のコイル３０を有する各分割コア部２０のうち、代表的に、１個の分割コア部２０の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、ここで説明する分割コア部２０の構成は、全ての相の分割コア部２０に共通する構成である。
【００２３】
分割コア部２０は、プレスにより打ち抜いた略Ｔ字状の金属板２２を複数枚積層して構成される分割鉄心２４と、分割鉄心２４を電気的に絶縁するインシュレータ２６と、インシュレータ２６に巻回されるコイル線２８により構成されるコイル３０とを有する。
【００２４】
分割鉄心２４は、ステータコア１８の周方向に沿って延在するヨーク部２４ａと、ヨーク部２４ａからステータコア１８の内方に向かって突出する磁極部２４ｂとから構成される。
【００２５】
インシュレータ２６は、可撓性を有する樹脂等の電気絶縁材料で構成された中空筒状の部材である。インシュレータ２６は、コイル線２８が巻回される巻回部３２と、巻回部３２の一端側から突出した引き出し部３４とを有する。巻回部３２は、（上下方向）に互いに嵌合可能な上側巻回部３２ａと下側巻回部３２ｂとから構成される。引き出し部３４は、コイル線２８の端部（始端部又は終端部）を、ステータコア１８の周方向に沿って入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ及びＮ相端子１４Ｎの箇所にまで引き回すための部分である。
【００２６】
分割コア部２０の組立工程において、分割鉄心２４の磁極部２４ｂを挟み込むように上側巻回部３２ａと下側巻回部３２ｂとを嵌合させると、上側巻回部３２ａと下側巻回部３２ｂとは各々の一部が重なり合って結合することで巻回部３２が構成される。また、該巻回部３２の中央部に形成された孔に磁極部２４ｂが嵌まり込む一方で、巻回部３２にコイル線２８が巻回されることによりコイル３０が構成される。
【００２７】
コイル線２８は、導電性材料（例えば、銅）により構成される導体（導線）と、導体の周囲を被覆する絶縁層と、絶縁層の周囲を被覆する融着層とからなる。後述するように、ステータ１０が組み立てられた後、コイル線２８は通電によって加熱され、これによりコイル線２８の融着層が融解することで、コイル線２８同士の固着がなされる。融着層の構成材料としては、例えば、ポリビニルブラチル、ポリアミド、ナイロン、エポキシ等が挙げられる。
【００２８】
引き回し部３４には、ステータコア１８の周方向に延在する複数の導線保持溝３６ａ〜３６ｄが上下方向に間隔をおいて設けられる。また、引き出し部３４の背面側（ステータコア１８の内径側）には、巻回部３２に巻回されたコイル線２８の終端部を固定する終端固定部３８が設けられる。
【００２９】
ステータコア１８において、各分割コア部２０では、同一形状のコイル線２８がそれぞれ巻回されてコイル３０を構成する。Ｕ１相〜Ｕ６相のコイル３０を構成する各コイル線２８の始端部は入力端子１４Ｕに接続され、Ｖ１相〜Ｖ６相のコイル３０を構成する各コイル線２８の始端部は入力端子１４Ｖに接続され、Ｗ１相〜Ｗ６相のコイル３０を構成する各コイル線２８の始端部は入力端子１４Ｗに接続され、全ての相（Ｕ１〜Ｕ６相、Ｖ１〜Ｖ６相、Ｗ１〜Ｗ６相）のコイル３０を構成する各コイル線２８の終端部はＮ相端子１４Ｎに接続される。
【００３０】
導線保持溝３６ａ〜３６ｄのうち、最上部に設けられた導線保持溝３６ａは、他の導線保持溝３６ｂ〜３６ｄよりも溝深さが深く形成される。導線保持溝３６ａには、全ての相から合計で１８本のコイル線２８の終端部が引き回されて収納される。各分割コア部２０において、巻回部３２に巻回されたコイル線２８の終端部は終端固定部３８に固定され、導線保持溝３６ａに引き回される。
【００３１】
他の導線保持溝３６ｂ〜３６ｄは、各コイル線２８の始端部が収納される導線保持溝３６ａよりも浅い深さを有する。導線保持溝３６ｂには、Ｕ１相〜Ｕ６相の合計で６本のコイル線２８の始端部が引き回されて収納される。導線保持溝３６ｃには、Ｖ１相〜Ｖ６相の合計で６本のコイル線２８の始端部が引き回されて収納される。導線保持溝３６ｄには、Ｗ１相〜Ｗ６相の合計で６本のコイル線２８の始端部が引き回されて収納される。
【００３２】
以下、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル線２８を区別して説明する場合には、それぞれ、「Ｕ相コイル線２８ｕ」（又は「コイル線２８ｕ」）、「Ｖ相コイル線２８ｖ」（又は「コイル線２８ｖ」）、「Ｗ相コイル線２８ｗ」（又は「コイル線２８ｗ」）と呼ぶ。
【００３３】
回転電機を構成するステータ１０は、図１のように組み立てられた後、コイル３０を構成するコイル線２８同士を相互に固定するために、コイル線２８を通電加熱することによりコイル線２８同士を固着させる通電固着処理が施される。図３は、本発明の通電固着方法を実施するための通電固着装置４０の概略構成を示す図である。
【００３４】
図３に示すように、通電固着装置４０は、ステータ１０に設けられた各端子（入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ及びＮ相端子１４Ｎ）に接触可能な電極４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ、４２Ｎと、電極４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ、４２Ｎを介してステータ１０の３相の各コイル３０に通電可能な電源装置４４と、電源装置４４を制御する制御部４６とを備える。
【００３５】
通電固着装置４０には、例えば、ステータ１０を固定可能な図示しない載置台が設けられ、通電固着装置４０に搬入されたステータ１０は当該載置台に載せられて固定される。電極４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ、４２Ｎは、例えば、前記載置台に固定されたステータ１０の各端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１４Ｎから離間した位置と、各端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１４Ｎに接触する位置との間を変位可能に構成される。図３では、各電極４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ、４２Ｎが各端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１４Ｎに接触した状態が模式的に示されている。
【００３６】
ステータ１０の各相の入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗには、電源装置４４のプラス極に繋がる電極４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗが並列に接続され、ステータ１０のＮ相端子１４Ｎには、電源装置４４のマイナス極に繋がる電極４２Ｎが接続される。制御部４６は、電源装置４４からの出力電流を制御する機能を有する。
【００３７】
本実施形態における通電固着装置４０には、さらに、通電加熱中のコイル線２８の温度を検出する温度検出器４８が設けられる。温度検出器４８は、例えば、非接触式温度計であり、本実施形態では、通電加熱中のコイル３０の表面（外周面）の温度を検出する。温度検出器４８によって検出された温度情報は、制御部４６に送信され、後述するように、制御部４６による電源装置４４の制御に利用される。
【００３８】
上記のように構成された通電固着装置４０を用い、本発明の通電固着方法では、ステータ１０のコイル線２８に対する通電加熱を以下のように実施することができる。図４は、通電加熱時のステータ１０における各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗへの通電状態を示す模式図である。なお、図１に示したように、ステータ１０には、星型結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの組が６組設けられるが、図４では理解を容易にするため、代表的に、星型結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの組を１つだけ示す。
【００３９】
図４に示すように、本発明に係る通電固着方法では、Ｎ相端子１４Ｎを用いて、Ｕ相コイル線２８ｕとＶ相コイル線２８ｖとＷ相コイル線２８ｗとに同時に通電をする。具体的には、Ｕ相コイル線２８ｕ、Ｖ相コイル線２８ｖ及びＷ相コイル線２８ｗの各端部に設けられた入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに第１の極性の電圧を印加するとともに、第１の極性と逆極性の第２の極性の電圧をＮ相端子１４Ｎに印加することにより、所定時間、通電を行う。
【００４０】
本実施形態において、Ｕ相コイル線２８ｕ、Ｖ相コイル線２８ｖ及びＷ相コイル線２８ｗの各入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに印加する第１の極性の電圧がプラス電圧であり、Ｎ相端子１４Ｎに印加する第２の極性がマイナス電圧であるが、印加電圧のプラスマイナスの関係を上記とは逆にしてもよい。すなわち、プラス電圧をＮ相端子１４Ｎに印加し、マイナス電圧を各入力端子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに印加してもよい。
【００４１】
このように各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電を行うと、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの抵抗値は互いに同じであるため、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流れる電流値ｉ１〜ｉ３は互いに同一である。またこの場合、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流れる電流値ｉ１〜ｉ３の合計は、Ｎ相に流れる電流値Ｉと等しい。このような通電を行うと、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの融着層がジュール熱により融解することにより、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗ同士が固着する。
【００４２】
このような本発明の通電固着方法によれば、Ｎ相を通電端子として用いることにより、３相を構成する各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対して同時並行的に通電加熱するため、順次時間をずらして通電加熱していた従来の方法と比較して、加熱に要する時間を短縮することができる。また、各コイル線２８に流れる電流値は、互いに同じであるため、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを略均一に加熱することができる。
【００４３】
本実施形態の場合、Ｎ相端子１４Ｎがステータコア１８の外周側に設けられるため、ステータ１０が完成した後も、Ｎ相に対して外部から容易に通電可能である。従って、回転電機の組立工程において、複数のコイル３０を組み合わせた後（ステータ１０の完成後）においても、Ｎ相を用いて３相を構成する各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗへの同時並行的な通電を容易に実施することができる。
【００４４】
本実施形態の場合、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対する通電において、大きな電流を短時間印加した後、小さい電流を印加する。すなわち、各コイル線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対する通電は、第１の電流を印加する第１通電工程と、第１通電工程後に、第１の電流よりも小さい第２の電流を印加する第２通電工程とを有する。
【００４５】
コイル線２８の最外層を構成する融着層を融解させるためには、所定の温度まで加熱する必要があり、大きな電流で加熱した方が短時間で済む。一方で、大きな電流をコイル線２８に印加し続けるとコイル線２８の温度が高くなりすぎて、ステータ１０が熱によるダメージを受ける懸念がある。そこで、本実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、通電の初期段階では昇温用の大きな電流を印加することによりコイル線２８の融着層を融解させるのに十分な所定温度Ｔまで短時間で加熱し、所定温度Ｔに達した後はその温度を一定時間保持するために保温用の小さい電流を印加する。このように、通電加熱の工程においてコイル線２８に印加する電流の大きさを途中で変化させることにより、コイル線２８の過剰加熱を防止してステータ１０のダメージを防止するとともに、通電加熱時間を効果的に短縮することができる。
【００４６】
この場合、本実施形態では、コイル線２８の通電加熱中の温度を検出し、コイル線２８の温度が所定温度に達したときに、第１通電工程から第２通電工程へ移行する。本実施形態では、具体的には、通電加熱中のコイル３０の表面（外周部）の温度を温度検出器４８（図３参照）により検出する。制御部４６は、当該温度検出器４８から送られる温度情報に基づき、コイル線２８の温度が所定温度Ｔに達したとき（図５Ａ、図５Ｂ中の時間ｔ）に、昇温用の第１の電流から保温用の第２の電流へと印加電流を切り替えるように電源装置４４を制御する。
【００４７】
このように、コイル線２８の温度が融着層を融解可能な温度になった時点で第１の電流（大電流）から第２の電流（小電流）への切替えが行われるため、コイル線２８の融着層を確実に融解させることができる。すなわち、例えば、第１の電流から第２の電流への切り替えを、通電開始時からの経過時間に基づいて行う方法も考えられるが、この場合、作業環境（周囲温度）によってコイル３０の加熱温度にバラツキが生じ、融着層の融解が確実になされない可能性がある。これに対し、本実施形態では、通電加熱中のコイル３０の温度に基づいて第１の電流から第２の電流への電流値の切り替えを行うため、作業環境の影響による通電加熱処理のバラツキを抑制し、これによりコイル線２８の融着層を確実に融解させることができる。
【００４８】
また、本実施形態の場合、コイル線２８の温度の検出では、コイル線２８により構成されるコイル３０の外周部の温度を検出する。コイル３０の外周部はコイル３０中で最も温度が上がりにくい箇所と考えられるため、この部分の温度が所定温度Ｔに達したタイミングで第１通電工程から第２通電工程への切り替えを行うことで、コイル３０部分を構成するコイル線２８全体を所定温度まで確実に加熱することができる。
【００４９】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ステータ                        １２…ホルダ
１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ…入力端子      １４Ｎ…Ｎ相端子
１８…ステータコア                    ２０…分割コア部
２８…コイル線                        ２８ｕ…Ｕ相コイル線
２８ｖ…Ｖ相コイル線                  ２８ｗ…Ｗ相コイル線
３０…コイル                          ４０…通電固着装置
４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ、４２Ｎ…電極  ４４…電源装置
４６…制御部                          ４８…温度検出器
【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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