導線焊接方法、定子及高頻感應加熱裝置與流程

2023-06-02 00:52:17

本發明涉及將多個導線彼此焊接的導線焊接方法、定子及高頻感應加熱裝置。

背景技術：

例如，旋轉電機的定子具備環狀的定子鐵心，在該定子鐵心上沿周向以規定間隔形成有多個沿徑向延伸且裝配定子線圈的插槽。

在這樣的定子中，提出了如下的技術思想：將形成為大致U字狀的分段線圈以跨規定的2個插槽的方式裝配多個，並將向定子鐵心的軸線方向外側延伸出的對應的分段線圈彼此進行TIG焊接來形成定子線圈(例如，參照日本特開2013-55732號公報)。

然而，在上述的定子中，由於多個分段線圈(導線)接近配置，因此有時無法確保用於將對應的分段線圈彼此進行TIG焊接的充分的空間。這樣，無法將TIG焊接用的電極配置在適當的位置，因此還存在無法將上述分段線圈彼此可靠地焊接的情況。

另外，在分段線圈的焊接部位存在多個的情況下，需要分別進行TIG焊接，因此焊接工時增加。此外，在TIG焊接中，當電極氧化時，需要進行該電極的研磨或更換，因此會導致焊接工時的進一步增加或製造設備成本的增加。

技術實現要素：

本發明考慮到這樣的課題而提出，其目的在於提供一種能夠將多個導線彼此可靠且有效地焊接的導線焊接方法、定子及高頻感應加熱裝置。

本發明的導線焊接方法是將多個導線彼此焊接的導線焊接方法，其特徵在於，進行：配置工序，在該工序中，使多個導線交叉，並將至少一個所述導線的端部配置在從交叉部延伸出的位置；以及焊接工序，在該工序中，通過感應加熱使處於從所述交叉部延伸出的位置的至少一個所述導線的端部在感應加熱線圈的外側熔融，並使熔融材料在交叉部固化。

根據這樣的方法，通過感應加熱使至少一個導線的端部在感應加熱線圈的外側熔融，並使該熔融材料在交叉部固化，由此形成焊接部。因此，即使不存在用於對交叉部進行TIG焊接的充分的空間的情況下，也能夠將多個導線彼此可靠且有效地焊接。需要說明的是，在使交叉部自身熔融的情況下，可能熔融材料向鉛垂下方掉落而使接合強度不足，但是使處於從交叉部延伸出的位置的至少一個導線的端部熔融，並使該熔融材料在交叉部固化，因此能夠得到充分的接合強度。

在上述的導線焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，使至少一個所述導線的端部位於所述交叉部的附近。根據這樣的方法，能夠將熔融材料容易向交叉部引導。

在上述的導線焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，在所述感應加熱線圈的鉛垂下側配置所述交叉部，在所述焊接工序中，使朝向鉛垂上方的磁浮力作用於所述熔融材料而使所述熔融材料在所述交叉部固化。

根據這樣的方法，由於使磁浮力作用於熔融材料，因此能夠抑制該熔融材料從交叉部掉落的情況。即，能夠使該熔融材料停留並固化於交叉部。由此，能夠將多個導線彼此更可靠地焊接。

在上述的導線焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，將所述交叉部並列設置多個，在所述焊接工序中，通過感應加熱使處於從各所述交叉部延伸出的位置的各至少一個所述導線的端部同時熔融，並使熔融材料在該交叉部固化。

根據這樣的方法，由於能夠將多個交叉部同時焊接，因此與將交叉部分別焊接的情況相比，能夠有效地進行焊接作業。

本發明的定子具有將多個定子線圈在定子鐵心的軸線方向外側焊接的導線焊接結構，其特徵在於，所述導線焊接結構具有多個所述導線交叉的交叉部，處於從所述交叉部延伸出的位置的至少一個所述導線的端部通過感應加熱而熔融，且熔融材料在該交叉部固化，由此形成所述導線焊接結構。

在上述的定子中，也可以是，處於從所述交叉部延伸出的位置的至少一個所述導線的端部在感應加熱線圈的外側通過感應加熱而熔融，且熔融材料在該交叉部固化，由此形成所述導線焊接結構。根據本發明的定子，起到與上述的導線焊接方法同樣的效果。

本發明的高頻感應加熱裝置具備流過高頻電流的感應加熱線圈，其特徵在於，所述感應加熱線圈在同一平面上包括：相互分離設置的一對對置部；以及將一對所述對置部連接的連接部，其中，一對所述對置部構成為，相互的分離間隔從所述感應加熱線圈的高度方向上的一方側朝向另一方側變小。

根據這樣的結構，通過使高頻電流流過一對對置部，能夠使感應加熱線圈的高度方向上的另一方側產生磁力線。因此，例如在使多個導線相互交叉而焊接的情況下，能夠通過感應加熱使導線的端部(被加熱部)在感應加熱線圈的外側(感應加熱部的另一方側)熔融，並使該熔融材料在交叉部固化。由此，即使不存在用於對交叉部進行TIG焊接的充分的空間的情況下，使用高頻感應加熱裝置也能夠將多個導線彼此可靠且有效地焊接。

在上述的高頻感應加熱裝置中，也可以是，在一對所述對置部之間配設有包含磁性材料而構成的鐵心部。根據這樣的結構，經由鐵心部能夠使磁力線集中於感應加熱線圈的另一方側。由此，能夠將被加熱部有效地加熱。

在上述的高頻感應加熱裝置中，也可以是，在各所述對置部的外表面設有磁性體。根據這樣的結構，經由磁性體能夠使磁力線集中於感應加熱線圈的另一方側。由此，能夠將被加熱部有效地加熱。

在上述的高頻感應加熱裝置中，也可以是，所述感應加熱線圈在俯視觀察下形成為大致U字狀。根據這樣的結構，通過簡易的結構就能夠對多個被加熱部同時進行感應加熱。

根據本發明，能夠通過感應加熱使處於從交叉部延伸出的位置的至少一個導線的端部在感應加熱線圈的外側熔融，並使該熔融材料在交叉部固化，因此能夠將多個導線彼此可靠且有效地焊接。

附圖說明

圖1是本發明的一實施方式的旋轉電機的俯視圖。

圖2A是用於說明圖1的旋轉電機的導線焊接結構的示意圖，圖2B是該導線焊接結構的立體圖。

圖3是本發明的一實施方式的高頻感應加熱裝置的立體圖。

圖4是圖3的高頻感應加熱裝置的側視圖。

圖5是圖3的高頻感應加熱裝置的後視圖。

圖6是圖5的沿著VI-VI線的剖視圖。

圖7是用於說明配置工序的立體圖。

圖8A是用於說明磁力線的局部剖視圖，圖8B是用於說明焊接工序的局部剖視圖。

圖9A是焊接前的導線的主視圖，圖9B是導線焊接結構的主視圖。

圖10是圖9B所示的導線焊接結構的CT掃描圖像。

圖11A是比較例的焊接前的導線的主視圖，圖11B是表示對圖11A的導線進行了高頻感應加熱後的狀態的主視圖。

圖12是變形例的焊接前的導線的主視圖。

具體實施方式

以下，列舉優選的實施方式並參照附圖，對本發明的導線焊接方法、定子及高頻感應加熱裝置進行說明。

首先，說明具備本發明的一實施方式的導線焊接結構10的旋轉電機12。如圖1所示，該旋轉電機12具備轉子14和定子16，例如作為電動機或發電機使用。定子16具有：形成有多個插槽18的環狀的定子鐵心20；裝配於插槽18的3相(U相、V相、W相)的定子線圈22。

各插槽18沿著定子鐵心20的軸線方向貫通，並沿徑向延伸而向定子鐵心20的內周面開口。上述插槽18在定子鐵心20的周向上以規定間隔配設。

如圖2A所示，將形成為大致U字狀的導線(分段線圈)24以跨規定的2個插槽18的方式裝配，將從插槽18向定子鐵心20的軸線方向外側露出的部分沿周向折彎，並將對應的導線24彼此焊接而進行串聯連接，由此構成定子線圈22。需要說明的是，在1個插槽18內沿著定子鐵心20的徑向配設有多個導線24。

各導線24是形成為截面長方形形狀的扁線，例如，能夠適合使用銅等金屬材料。但是，各導線24可以將其截面形成為正方形形狀、圓形形狀、橢圓形形狀等任意的形狀。

這樣構成的定子線圈22具備將2個導線24焊接的多個導線焊接結構10(參照圖2B)。上述導線焊接結構10例如在定子鐵心20的徑向及周向上相互接近而配置成一列。

在本實施方式中，導線焊接結構10具有：2個導線24交叉的交叉部26；處於從交叉部26延伸出的位置的各導線24的端部在後述的感應加熱線圈42的外側通過感應加熱而熔融，該熔融材料在交叉部26固化而形成的焊接部28。

本實施方式的旋轉電機12基本上如以上那樣構成，接下來，說明導線焊接方法中使用的高頻感應加熱裝置30。

如圖3～圖6所示，高頻感應加熱裝置30具備：與未圖示的高頻電源電連接的一對端子板32、34；夾設在上述端子板32、34之間的絕緣板36；經由連結部38、40而設置於各端子板32、34的感應加熱線圈42；以及氣體供給部44。一對端子板32、34、一對連結部38、40及感應加熱線圈42例如能夠適合使用銅等金屬材料。

各連結部38、40例如由中空的塊體構成。在端子板32的外表面固定的連結部38上連接有用於向其內孔導入製冷劑的管狀的製冷劑導入部46。在端子板34的外表面固定的連結部40上連接有將其內孔的製冷劑導出的管狀的製冷劑導出部48。製冷劑例如能夠適合使用冷卻水，但也可以使用任意的氣體或液體。

感應加熱線圈42在俯視觀察下構成為大致U字狀，通過將其兩端部設於連結部38、40而形成內部空間S。即，感應加熱線圈42在同一平面上包括：相互分離設置的一對對置部50、52；將上述對置部50、52連接而彎曲成圓弧狀的連接部54。

在以下的說明中，關於感應加熱線圈42及其構成要素，將感應加熱線圈42的寬度方向外側(一對對置部50、52分離的方向)稱為「外側」，將感應加熱線圈42的寬度方向內側(一對對置部50、52接近的一側)稱為「內側」，將圖6中的上方稱為「一方」，將圖6中的下方稱為「另一方」。

如圖6所示，感應加熱線圈42具有外壁56、水平壁58、第一傾斜壁60、內壁62及第二傾斜壁64。外壁56構成感應加熱線圈42的最外側的部位。水平壁58從外壁56的一端部朝向內側大致水平地延伸。第一傾斜壁60從水平壁58的內側的端部朝向內側以向另一方側傾斜的方式延伸。內壁62從第一傾斜壁60的一端部沿著高度方向(圖6的上下方向)朝向另一方側延伸而構成感應加熱線圈42的最內側的部位。第二傾斜壁64從外壁56的另一端部朝向內側以向另一方側傾斜的方式延伸至內壁62的另一端部。

在這樣構成的感應加熱線圈42中，通過外壁56、水平壁58、第一傾斜壁60、內壁62、第二傾斜壁64形成供製冷劑流通的製冷劑通路66。該製冷劑通路66與連結部38的內孔和連結部40的內孔連通。由此，從製冷劑導入部46導入到連結部38的內孔中的製冷劑經由感應加熱線圈42的製冷劑通路66流通至連結部40的內孔而被導向製冷劑導出部48。需要說明的是，被導向製冷劑導出部48的製冷劑通過規定的循環路徑並進行了熱交換之後再次流入製冷劑導入部46。

一對對置部50、52左右對稱地構成。因此，一對對置部50、52相互的第一傾斜壁60的分離間隔從感應加熱線圈42的高度方向的一方側朝向另一方側減小。換言之，一對對置部50、52相對於對稱軸(通過對置部50、52之間的中央的沿高度方向的線)Ax而朝向外側以向一方側傾斜的方式延伸。即，在各對置部50、52中通過第一傾斜壁60與第二傾斜壁64之間的中央的線段L1、L2在對稱軸Ax上交叉。上述線段L1、L2所成的角度(傾斜角度θ)可以任意設定。

另外，在感應加熱線圈42的外表面設有磁性體68、70。磁性體68、70沒有特別限定，但是例如能夠適合使用矽鋼板。磁性體68、70在各對置部50、52的長度方向的一部分的範圍內，以將外壁56、水平壁58、第一傾斜壁60及第二傾斜壁64包圍的方式設置。但是，設置磁性體68、70的範圍只要根據被加熱部的大小而適當設定即可，例如，也可以在感應加熱線圈42的全長上呈U字狀地設置磁性體68、70。

磁性體68、70通過釺焊而接合於感應加熱線圈42。這種情況下，優選在磁性體68、70上預先形成一個或多個孔72。若形成這樣的孔72，則在釺焊時能夠確認釺料的流動，因此能夠容易知曉磁性體68、70是否可靠地密接接合於感應加熱線圈42。若磁性體68、70可靠地密接接合於感應加熱線圈42，則即使磁性體68、70在感應加熱線圈42的通電時發熱，通過製冷劑通路66也能夠有效地對磁性體68、70進行冷卻。

在構成一對對置部50、52的內壁62之間夾設有包含磁性材料的鐵心部74。鐵心部74可以通過例如將利用絕緣被膜包覆鐵粉等金屬粉末的表面後的磁性複合材料壓粉成形、或者將鐵心粉末煉入並形成來得到。鐵心部74形成為塊狀，並延伸與磁性體68、70的長度相同的長度。在鐵心部74的另一端面，在其全長上形成有截面圓弧狀的槽76(參照圖6)。

通過形成這樣的槽76，能夠增大在鐵心部74的另一方側配置的被加熱部與鐵心部74的距離，因此能夠抑制鐵心部74受到的來自被加熱部的輻射熱。需要說明的是，鐵心部74可以至少對其另一端面施加耐熱塗層。這種情況下，能夠進一步抑制鐵心部74受到的輻射熱。

氣體供給部44具有：固定在各端子板32、34的外表面上的中空的支承塊78、80；向支承塊78、80的內孔供給氣體的管狀的氣體導入部82、84；以及從支承塊78、80向感應加熱線圈42側延伸出的氣體噴嘴86、88。

氣體例如能夠適合使用空氣。但是，氣體沒有限定為空氣，例如，也可以使用氮、氦、氬等不活潑氣體。這種情況下，即使在氣體向被加熱部流入的情況下，也能夠抑制被加熱部的氧化(焊接氧化)。

各氣體噴嘴86、88例如構成為四方筒狀，其前端部配置在對置部50、52的內壁62的另一方側。並且，在該狀態下，氣體噴嘴86、88的開口部指向連接部54側。由此，從氣體導入部82、84經由支承塊78、80的內孔而被導向氣體噴嘴86、88後的氣體在對置部50、52與被加熱部之間流動。需要說明的是，各氣體噴嘴86、88可以是圓筒狀等四方筒狀以外的形狀。

即，在對置部50、52與被加熱部之間形成氣簾(空氣簾)。由此，能夠抑制感應加熱線圈42受到的來自被加熱部的輻射熱。需要說明的是，感應加熱線圈42可以至少對指向被加熱部所在的另一方側的面施加耐熱塗層。這種情況下，能夠進一步抑制感應加熱線圈42受到的輻射熱。另外，不僅是感應加熱線圈42，也可以對包括鐵心部74在內的下部整面施加耐熱塗層。

接下來，說明使用了上述的高頻感應加熱裝置30的導線焊接方法。

首先，如圖7及圖9A所示，在配置工序中，使2個導線24交叉，並將各導線24的端部配置在從交叉部26延伸出的位置。此時，上述導線24的端部在交叉部26的附近處於相互不重疊的位置。另外，多個(在本實施方式中為4個)交叉部26接近配置成一列。

接下來，將上述交叉部26安置成位於感應加熱線圈42的鐵心部74的下方(另一方側)(參照圖8A)。此時，交叉部26位於一對對置部50、52之間的中央。另外，使製冷劑在感應加熱線圈42的製冷劑通路66中流通，並且從氣體噴嘴86、88流出氣體。

然後，在焊接工序中，從高頻電源使規定的高頻電流向感應加熱線圈42流過。這樣，在感應加熱線圈42的周圍產生圖8A所示那樣的磁力線B1、B2。在本實施方式的感應加熱線圈42中，構成一對對置部50、52的第一傾斜壁60的分離間隔從感應加熱線圈42的高度方向的一方側朝向另一方側(從上方朝向下方)變小。因此，在感應加熱線圈42的外側，即，在鐵心部74的下方，一對對置部50、52的磁力線B1、B2交叉。另外，磁力線B1、B2通過磁性體68、70及鐵心部74，由此與在空氣中通過的情況相比而集中於鐵心部74的下方。

這樣，在從各交叉部26延伸出的導線24的端部流過渦電流而產生焦耳熱。即，從各交叉部26延伸出的端部同時被感應加熱。然後，通過該感應加熱而端部熔融，該熔融材料在交叉部26固化，由此形成焊接部28，從而得到上述的定子線圈22的導線焊接結構10(參照圖8B及圖9B)。

在該焊接工序中，即使在熔融材料中也通過渦電流而產生磁場，因此在熔融材料上作用有向感應加熱線圈42側抬起那樣的磁浮力。通過這樣的磁懸浮(magnetic levitation)，熔融材料不會從交叉部26掉落而停留並固化於交叉部26。在磁浮力作用的位置、即焊接部28的上側部分，不是通過表面張力的作用而形成為球面，而是成為接近於圓錐的突起形狀。換言之，焊接部28的上側部分成為朝向熔融的端部所在的一側(上方)呈銳角地突出的形狀。

圖10是這樣構成的導線焊接結構10的從交叉部26的下部至焊接部28的前端部(上端部)的每0.2mm的CT(Computed Tomography)掃描圖像。需要說明的是，在圖10中，隨著接近焊接部28的前端部而CT掃描圖像的圖像編號變大。根據上述掃描圖像可知，在本實施方式的導線焊接結構10的焊接部28中，未確認到焊接缺陷等，2個導線24彼此良好地焊接。

根據本實施方式的高頻感應加熱裝置30，通過在一對對置部50、52中流過高頻電流，能夠使感應加熱線圈42的高度方向上的另一方側(鉛垂下側)產生磁力線B1、B2。並且，使用這樣的高頻感應加熱裝置30，通過感應加熱使處於從交叉部26延伸出的位置的導線24的端部在感應加熱線圈42的外側熔融，並使該熔融材料在交叉部26固化，從而形成焊接部28。由此，即便不存在用於對交叉部26進行TIG焊接的充分的空間的情況下，也能夠將多個導線24彼此可靠且有效地焊接。

需要說明的是，如圖11A及圖11B所示，在使2根導線24的端部彼此交叉並通過感應加熱使其交叉部26熔融的情況下，可能熔融材料向鉛垂下方掉落而成為焊接不良。然而，在本實施方式中，使處於從交叉部26延伸出的位置的導線24的端部熔融並使該熔融材料在交叉部26固化，因此能夠得到充分的接合強度。

在本實施方式中，由於使各導線24的端部位於交叉部26的附近，因此能夠將熔融材料容易向交叉部26引導。而且，由於使朝向感應加熱線圈42所在的一側(鉛垂上方)的磁浮力發揮作用，因此能夠抑制熔融材料從交叉部26進一步向下方掉落的情況。即，能夠使該熔融材料停留並固化於交叉部26。由此，能夠將多個導線24彼此可靠地焊接。

此外，將多個交叉部26配置成一列，使處於從各交叉部26延伸出的位置的導線24的端部同時熔融，並使該熔融材料在該交叉部26固化，因此，與將交叉部26分別焊接的情況相比，能夠有效地進行焊接作業。

根據本實施方式，將包含磁性材料而構成的鐵心部74配設在一對對置部50、52之間，因此經由鐵心部74能夠使各對置部50、52的磁力線B1、B2集中於感應加熱線圈42的另一方側。由此，能夠將導線24的端部(被加熱部)有效地加熱。

另外，由於在各對置部50、52的外表面設置磁性體68、70，因此經由磁性體68、70能夠使各對置部50、52的磁力線B1、B2集中於感應加熱線圈42的另一方側。由此，能夠將導線24的端部(被加熱部)更有效地加熱。

此外，感應加熱線圈42在俯視觀察下形成為大致U字狀，因此通過簡易的結構就能夠對從多個交叉部26分別延伸出的導線24的端部(多個被加熱部)同時進行感應加熱。

本實施方式沒有限定為上述的結構或方法。在配置工序中，只要使多個導線24交叉並將至少1個導線24的端部配置在從交叉部26延伸出的位置即可，可以任意變更。例如，也可以使2個導線24交叉並將上述導線24的端部以相互重疊的狀態配置在從交叉部26向上方延伸的位置(參照圖12)。而且，也可以使用3根以上的導線24。

此外，在被焊接的導線24彼此由相同材料(例如銅等)構成的情況下，由於具有相同熔點，因此能夠容易進行焊接，從而優選，但是未必一對為相同材料，也可以將熔點存在某程度的差異的導線24彼此焊接。

高頻感應加熱裝置30可以省略鐵心部74及磁性體68、70中的至少任1個。而且，高頻感應加熱裝置30沒有限定為上述的導線焊接方法的用途，也可以使用於各種形狀的工件的焊接或加熱。

本發明的導線焊接方法、定子及高頻感應加熱裝置並不局限於上述的實施方式，在不脫離本發明的主旨的情況下能夠採用各種結構是不言而喻的。