(57)【要約】      （修正有）【課題】回転電機の組立の作業効率を高める。【解決手段】回転電機接続導体は、複数の接続導体の各々を突き合わせ、突き合わせた部分を摩擦攪拌接合によって接合してなる。複数の接続導体の各々には絶縁被覆が施され、複数の接続導体の各々における突き合わせた部分には絶縁被覆が施されない。また、接続導体の各々における突き合せた部分の開先形状はＩ形開先である。【選択図】図１
2017079556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機接続導体であって、
複数の接続導体の各々を突き合わせ、突き合わせた部分を摩擦攪拌接合によって接合してなる
ことを特徴とする回転電機接続導体。
【請求項２】
前記複数の接続導体の各々には絶縁被膜が施され、
前記複数の接続導体の各々における前記突き合わせた部分には前記絶縁被膜が施されない
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機接続導体。
【請求項３】
前記複数の接続導体の各々における前記突き合わせた部分の開先形状はＩ形開先である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機接続導体。
【請求項４】
前記複数の接続導体の各々における前記突き合わせた部分はＴ字状またはＬ字状である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機接続導体。
【請求項５】
前記複数の接続導体の少なくとも１つは平角導線である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機接続導体。
【請求項６】
前記複数の接続導体の各々はアルミニウムまたはアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機接続導体。
【請求項７】
回転電機接続導体の組立方法であって、
複数の接続導体の各々を突き合わせ、突き合わせた部分を摩擦攪拌接合によって接合する
ことを特徴とする回転電機接続導体の組立方法。
【請求項８】
請求項１に記載の回転電機接続導体を備えたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機接続導体、回転電機接続導体の組立方法および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の水車発電機のような大型回転電機は、工場で一体構造とした上で現地に搬送することができず、現地での組立作業を行う必要があることが多い。  
図９は、一般的な回転電機の固定子構造の一例を示す断面図である。  
回転電機用の接続導体としての接続銅帯１０は、例えば電力系統と固定子コイル１２とを電気的に接続する部材であり、固定子コイル１２及び固定子枠１１との間に配置され、筐体をなす接続銅帯支え１３によって支持される。回転電機の駆動時は接続銅帯１０に電圧が印加されるので、この電圧に応じて固定子枠１１や固定子コイル１２と接続銅帯１０との間隔を一定以上に保つ必要がある。  
接続銅帯の本数は、回転電機の相数、並列回路数、結線方法などにより決まり、この本数を多くしたり上記の間隔を広くしたりすると固定子枠のサイズを大きくする必要が生じる。
【０００３】
また、接続銅帯同士は電気的、機械的に強固に接続されていなければならない。  
接続銅帯の組立方法には、銀メッキボルト接続方式、ハンダ揚げボルト接続方式、およびロウ付け方式が挙げられる。  
図１０は、一般的な回転電機の接続銅帯のボルト接続方式の一例を示す側面図である。この例では、２つの銅帯２０の幅方向の所定箇所としての端部同士を突き合わせた接続部分の平板部分を２枚の接続板２１で挟み込み、これらの接続板２１と２つの銅帯２０が締結部材（ボルトおよびナット）２２で締結される。
【０００４】
図１１は、一般的な回転電機の接続銅帯のロウ付け接続方式の一例を示す側面図である。  
図１１（ａ）に示した例では、２つの銅帯２０の端部同士を平板方向に沿ってずらして重ね合うように互いに接する面同士をロウ付け面３２としてロウ付けする。  
また、図１１（ｂ）に示した例では、２つの銅帯３０の端部同士を突き合わせた接続部分の周囲の平板部分を接続板３１とのロウ付け面３２として、これらのロウ付け面３２を導体である２枚の接続板３１で挟み込むように銅帯３０と接続板３１をロウ付けする。
【０００５】
上記のように接続銅帯同士を接続した後は、この接続銅帯における絶縁処理の未実施部に対して、電圧に応じた絶縁シートまたはテープ等により絶縁処理を施す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８０１０９号公報
【特許文献２】特開平８−１６８２１６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９２４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、ロウ付け方式やボルト接続方式では、接続片等を接続するための部品やボルトが必要となり、その分だけ接続銅帯間の間隔を広くとる必要がある。特に大容量・大電流の回転電機では、接続銅帯が大きく、接続片やボルトを大きくする必要があるため、さらに空間を広く取る必要が生じる。
【０００８】
また、上記のハンダ揚げボルト接続方式やロウ付け方式では、上記のように接続銅帯が大きくなるにつれ、加熱時間を長くする必要が生じる。さらに接続銅帯には現地での工程短縮のために事前に絶縁処理が施されている場合もあり、この処理が施された部分に対する加熱の影響が及ばないように距離を空けるなどの対策を行う必要がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、回転電機の組立の作業効率を高めることが可能となる回転電機接続導体、回転電機接続導体の組立方法およ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】
【００１０】
実施形態における回転電機接続導体は、複数の接続導体の各々を突き合わせ、突き合わせた部分を摩擦攪拌接合によって接合してなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転電機の組立の作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】接続銅帯の接合に用いるＦＳＷ装置およびこの使用の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図。
【図３】第２の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図。
【図４】第３の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図。
【図５】第４の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図。
【図６】第４の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の変形例を説明する外形図。
【図７】第５の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図。
【図８】第５の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の変形例を説明する外形図。
【図９】一般的な回転電機の固定子構造の一例を示す断面図。
【図１０】一般的な回転電機の接続銅帯のボルト接続方式の一例を示す側面図。
【図１１】一般的な回転電機の接続銅帯のロウ付け接続方式の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、各実施形態に共通する説明として、回転電機用の接続導体としての接続銅帯同士の接合方法の一種であるＦＳＷ（Friction Stir Welding：摩擦攪拌接合）について説明する。このＦＳＷは、接合中の最高到達温度が被接合材の融点よりも低く、材料を溶かさずに接合する、いわゆる固相接合法の一種である。  
この方法を用いれば、接続銅帯同士を電気的にも機械的にも強固に接続できるだけでなく、上記のボルト、またはロウ付けのための接続片が不要となるため、回転電機における、よりコンパクトな空間を設計できる。また、ＦＳＷによる接合に要する時間は、ボルト締めやロウ付けと比較して短いので現地工程における時間の短縮が可能となる。
【００１４】
以下、ＦＳＷを用いて接続銅帯同士を接合する具体例について説明する。  
図１は、接続銅帯の接合に用いるＦＳＷ装置およびこの使用の一例を示す図である。  
図１（ａ）の断面図に示すように、ＦＳＷツールはショルダー４１と、このショルダー４１の中央から突出するプローブ（ピン）４２とを有する。一般にプローブ４２は、攪拌力を増大させるためにネジ状の螺旋溝を有し、また、被接合材より固い材質である。また、図１（ｂ）の平面図に示すように、接合対象のそれぞれの接続銅帯４０の接合対象部の開先形状は、一般的にI形開先であり、本実施形態では、これらの接続銅帯４０を突き合わせた合わせ目である接合対象部をＦＳＷツールを用いて接合する。  
接続銅帯４０同士の接合時は、ＦＳＷツールの円柱状の回転軸を所定の回転方向４４に沿って回転させつつ、ショルダー４１を所定の荷重で接合対象部に押し付けながらプローブ４２を接続銅帯４０の接合対象部に貫入する。  
これによって、プローブ４２の周辺の接合対象部の温度がショルダー４１との間の摩擦熱により数百℃まで上昇して、この接合対象部が軟化するとともに、このプローブ４２が回転軸に沿って回転することにより接合対象部に塑性流動部分４３が生じる。
【００１５】
なお、ＦＳＷツールにショルダー４１を設けないと仮定すると、塑性流動部分４３が接続銅帯４０の表面に排出されてしまう。ショルダー４１は、この排出を防止し、且つ母材である接続銅帯４０の表面に摩擦熱を供給することで、塑性流動部分を維持および安定させる。
【００１６】
その後、ＦＳＷツールの回転軸が回転を維持しつつ、プローブ４２が接合対象部に貫入されたままで、ＦＳＷツールを例えば図１に示した矢印４５に沿って接続銅帯４０の接合対象部の開始点から終了点まで所定の荷重で加圧しながら移動させる。この移動により、ＦＳＷツールにより加圧されなくなった塑性流動部分４３は外気に接触して冷却されることで硬化する。
【００１７】
以下、各実施形態について図面を用いて説明する。  
（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態について説明する。図２は、第１の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図である。  
図２に示すように、第１の実施形態では、回転電機における固定子または回転子の現地組立作業において、同じ厚さおよび同じ幅を有する２つの接続銅帯５０の端部同士を突き合わせ、この突き合わせた接合対象部（合わせ目）をＦＳＷ接合部（塑性流動部分）５２としてＦＳＷツールにより接合する。
【００１８】
これらの接続銅帯５０は、直線または円弧状の矩形銅帯に対し、例えば工場で絶縁処理が施されて、接合対象部およびその周囲には絶縁被膜が施されず、それ以外の表面に絶縁被膜５１が施されるように形成されたものである。絶縁被膜が施されない範囲は、ＦＳＷツールによる接合対象部の接合作業を妨げない範囲とすればよい。他の各実施形態でも同様である。  
このように接続銅帯を組立てる方法により、接続銅帯同士を接合するためのボルトや接続片が不要となるので、接続銅帯間の距離を小さくすることが可能となる。よって、回転電機全体としてコンパクトな設計が可能となる。
【００１９】
また、上記のようにボルトや接続片が不要となるのでボルトの接続面を省いたり、また、ハンダ揚げやロウ付けによる加熱による影響を低減したりすることができる。これにより、接続銅帯における上記の絶縁処理を施す範囲を増やすことができ、また接続部の凹凸（突起物）が無くなるので、現地での組み立ての為の作業時間を短縮することが可能となる。
【００２０】
現地での接続銅帯の組立作業にＦＳＷツールを用いた接合を適用すれば、従来のハンダ揚げやロウ付けに比べて作業効率が高く、技能依存性が低く、かつ欠陥の少ない信頼性の高い接合部を得られる。ハンダ揚げやロウ付け方式では銅帯の温度を上げて良好な接続状態を得るために数分を要するが、ＦＳＷツールを用いた接合に要する時間は長くても十数秒程度であるため、熱による絶縁材料への悪い影響も低減できる。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における、第１の実施形態と同様の説明は省略する。図３は、第２の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図である。  
図３に示すように、第２の実施形態では、接続銅帯同士のＴ字状の接合対象部をＦＳＷツールを用いて接合する。  
第２の実施形態では、同じ厚さを有する、接合するそれぞれの接続銅帯６０における、接合対象部およびその周囲には絶縁被膜が施されず、それ以外の表面には絶縁被膜６１が施されるように形成される。
【００２２】
上記のＴ字状の接合対象部は、１つ目の接続銅帯６０における端部でない長手方向の所定箇所における絶縁被膜６１が施されていない部分と、２つ目の接続銅帯６０の端部における絶縁被膜６１が施されていない部分とを突き合わせたものである。
【００２３】
第２の実施形態では、上記の接合対象部をＦＳＷ接合部６２としてＦＳＷツールにより接合する。  
上記のように接続銅帯同士をＴ字状に接合することにより、接続銅帯の、より自由度の高い配線が可能となる。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図である。  
図４に示すように、第３の実施形態では、接続銅帯同士のＬ字状の接合対象部をＦＳＷツールを用いて接合する。  
第３の実施形態では、同じ厚さを有する、接合するそれぞれの接続銅帯７０における、接合対象部およびその周囲には絶縁被膜が施されず、それ以外の表面には絶縁被膜７１が施されるように形成される。  
上記のＬ字状の接合対象部は、１つ目の接続銅帯７０の端部付近の長手方向の所定箇所における絶縁被膜７１が施されていない部分と、２つ目の接続銅帯７０の端部における絶縁被膜７１が施されていない部分とを突き合わせたものである。
【００２５】
第３の実施形態では、上記のＬ字状の接合対象部をＦＳＷ接合部７２としてＦＳＷツールにより接合する。  
上記のように接続銅帯同士をＬ字状に接合することにより、接続銅帯の、より自由度の高い配線が可能となる。
【００２６】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図５は、第４の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図である。  
図５に示すように、第４の実施形態では、接合対象の一方の接続銅帯を、断面が矩形に形成される平角導線である平角銅線８１として、接続銅帯８０と平角銅線８１との間のＴ字状の接合対象部をＦＳＷツールを用いて接合する。
【００２７】
第４の実施形態では、同じ厚さを有する、接合する接続銅帯８０と平角銅線８１における、接合対象部およびその周囲には絶縁被膜が施されず、それ以外の表面には絶縁被膜８２が施されるように形成される。  
第４の実施形態では、上記のＴ字状の接合対象部は、接続銅帯８０における端部でない長手方向の所定箇所における絶縁被膜８２が施されていない部分と、平角銅線８１の端部における絶縁被膜８２が施されていない部分とを突き合わせたものである。
【００２８】
第４の実施形態では、上記のＴ字状の接合対象部をＦＳＷ接合部８３としてＦＳＷツールにより接合する。  
ＦＳＷツールを用いた接合では、内部欠陥を防ぐために、接合対象部に隙間が生じないように位置を調整することが重要である。そこで、第４の実施形態では、銅帯と比較して柔軟性が高い平角銅線を使用することにより、上記の調整が容易となる。
【００２９】
次に、第４の実施形態の変形例について説明する。図６は、第４の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の変形例を説明する外形図である。  
この変形例では、上記のＴ字状の接合対象部に代えて、端部同士を接合対象部とし、接続銅帯８０の端部における絶縁被膜８２が施されていない部分と、平角銅線８１における、絶縁被膜８２が施されていない円弧状の銅線の端部とを突き合わせる。この変形例では、上記の突き合わせた接合対象部をＦＳＷ接合部８３としてＦＳＷツールにより接合する。このように、接合対象部が接続銅帯８０の端部と平角銅線８１の端部との合わせ目であっても、接合対象部をＦＳＷツールにより接合することができる。
【００３０】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図７は、第５の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の一例を説明する外形図である。  
図７に示すように、第５の実施形態では、接合対象の双方の接続銅帯を平角銅線９０として、これらの平角銅線９０同士をＦＳＷツールを用いて接合する。  
第５の実施形態では、同じ厚さおよび同じ幅を有する、接合するそれぞれの平角銅線９０における、接合対象部およびその周囲には絶縁被膜が施されず、それ以外の表面には絶縁被膜９１が施されるように形成される。  
これらの平角銅線９０同士の接合対象部は、１つ目の平角銅線９０の端部におけるかつ絶縁被膜９１が施されていない部分と、２つ目の平角銅線９０の端部における絶縁被膜９１が施されていない部分とを突き合わせたものである。
【００３１】
第５の実施形態では、上記の突き合わせた接合対象部をＦＳＷ接合部９２としてＦＳＷツールにより接合する。  
このように、接合対象の接続銅帯の双方に平角銅線を使用することにより、ＦＳＷツールを用いた接合における接合面の位置調整がより容易となる。
【００３２】
次に、第５の実施形態の変形例について説明する。図７は、第５の実施形態における回転電機の接続銅帯の接合の変形例を説明する外形図である。  
この変形例では、１つ目の平角銅線９０の端部における絶縁被膜９１が施されていない部分と、２つ目の平角銅線９０における、絶縁被膜９１が施されていない円弧状の銅線の端部とを突き合わせる。  
この変形例では、上記の突き合わせた接合対象部をＦＳＷ接合部９２としてＦＳＷツールにより接合する。このように、接合する平角銅線９０が円弧状であっても平角銅線９０同士をＦＳＷツールにより接合することができる。
【００３３】
上記の各実施形態で説明した接続導体は、接続銅帯５０を用いた接続導体に限らず、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた接続導体としてもよい。これらのアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた接続導体は、軽量化およびコストの低減を実現できる。
【００３４】
なお、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ともに、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】
【００３５】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０…接続銅帯、１１…固定子枠、１２…固定子コイル、１３…接続銅帯支え、２１，３１…接続板、２２…締結部材、３２…ロウ付け面、４１…ショルダー、４２…プローブ、４３…塑性流動部分、４４…ＦＳＷツールの回転方向、４５…ＦＳＷツールの移動方向、５１，６１，７１，８２，９１…絶縁被膜、５２，６２，７２，８３，９２…ＦＳＷ接合部、８１，９０…平角銅線。
【図１】
2017079556.tif 000003
【図２】
2017079556.tif 000004
【図３】
2017079556.tif 000005
【図４】
2017079556.tif 000006
【図５】
2017079556.tif 000007
【図６】
2017079556.tif 000008
【図７】
2017079556.tif 000009
【図８】
2017079556.tif 000010
【図９】
2017079556.tif 000011
【図１０】
2017079556.tif 000012
【図１１】
2017079556.tif 000013