导线焊接方法、定子及高频感应加热装置与流程

本发明涉及将多个导线彼此焊接的导线焊接方法、定子及高频感应加热装置。

背景技术：

例如，旋转电机的定子具备环状的定子铁心，在该定子铁心上沿周向以规定间隔形成有多个沿径向延伸且装配定子线圈的插槽。

在这样的定子中，提出了如下的技术思想：将形成为大致U字状的分段线圈以跨规定的2个插槽的方式装配多个，并将向定子铁心的轴线方向外侧延伸出的对应的分段线圈彼此进行TIG焊接来形成定子线圈(例如，参照日本特开2013-55732号公报)。

然而，在上述的定子中，由于多个分段线圈(导线)接近配置，因此有时无法确保用于将对应的分段线圈彼此进行TIG焊接的充分的空间。这样，无法将TIG焊接用的电极配置在适当的位置，因此还存在无法将上述分段线圈彼此可靠地焊接的情况。

另外，在分段线圈的焊接部位存在多个的情况下，需要分别进行TIG焊接，因此焊接工时增加。此外，在TIG焊接中，当电极氧化时，需要进行该电极的研磨或更换，因此会导致焊接工时的进一步增加或制造设备成本的增加。

技术实现要素：

本发明考虑到这样的课题而提出，其目的在于提供一种能够将多个导线彼此可靠且有效地焊接的导线焊接方法、定子及高频感应加热装置。

本发明的导线焊接方法是将多个导线彼此焊接的导线焊接方法，其特征在于，进行：配置工序，在该工序中，使多个导线交叉，并将至少一个所述导线的端部配置在从交叉部延伸出的位置；以及焊接工序，在该工序中，通过感应加热使处于从所述交叉部延伸出的位置的至少一个所述导线的端部在感应加热线圈的外侧熔融，并使熔融材料在交叉部固化。

根据这样的方法，通过感应加热使至少一个导线的端部在感应加热线圈的外侧熔融，并使该熔融材料在交叉部固化，由此形成焊接部。因此，即使不存在用于对交叉部进行TIG焊接的充分的空间的情况下，也能够将多个导线彼此可靠且有效地焊接。需要说明的是，在使交叉部自身熔融的情况下，可能熔融材料向铅垂下方掉落而使接合强度不足，但是使处于从交叉部延伸出的位置的至少一个导线的端部熔融，并使该熔融材料在交叉部固化，因此能够得到充分的接合强度。

在上述的导线焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，使至少一个所述导线的端部位于所述交叉部的附近。根据这样的方法，能够将熔融材料容易向交叉部引导。

在上述的导线焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，在所述感应加热线圈的铅垂下侧配置所述交叉部，在所述焊接工序中，使朝向铅垂上方的磁浮力作用于所述熔融材料而使所述熔融材料在所述交叉部固化。

根据这样的方法，由于使磁浮力作用于熔融材料，因此能够抑制该熔融材料从交叉部掉落的情况。即，能够使该熔融材料停留并固化于交叉部。由此，能够将多个导线彼此更可靠地焊接。

在上述的导线焊接方法中，也可以是，在所述配置工序中，将所述交叉部并列设置多个，在所述焊接工序中，通过感应加热使处于从各所述交叉部延伸出的位置的各至少一个所述导线的端部同时熔融，并使熔融材料在该交叉部固化。

根据这样的方法，由于能够将多个交叉部同时焊接，因此与将交叉部分别焊接的情况相比，能够有效地进行焊接作业。

本发明的定子具有将多个定子线圈在定子铁心的轴线方向外侧焊接的导线焊接结构，其特征在于，所述导线焊接结构具有多个所述导线交叉的交叉部，处于从所述交叉部延伸出的位置的至少一个所述导线的端部通过感应加热而熔融，且熔融材料在该交叉部固化，由此形成所述导线焊接结构。

在上述的定子中，也可以是，处于从所述交叉部延伸出的位置的至少一个所述导线的端部在感应加热线圈的外侧通过感应加热而熔融，且熔融材料在该交叉部固化，由此形成所述导线焊接结构。根据本发明的定子，起到与上述的导线焊接方法同样的效果。

本发明的高频感应加热装置具备流过高频电流的感应加热线圈，其特征在于，所述感应加热线圈在同一平面上包括：相互分离设置的一对对置部；以及将一对所述对置部连接的连接部，其中，一对所述对置部构成为，相互的分离间隔从所述感应加热线圈的高度方向上的一方侧朝向另一方侧变小。

根据这样的结构，通过使高频电流流过一对对置部，能够使感应加热线圈的高度方向上的另一方侧产生磁力线。因此，例如在使多个导线相互交叉而焊接的情况下，能够通过感应加热使导线的端部(被加热部)在感应加热线圈的外侧(感应加热部的另一方侧)熔融，并使该熔融材料在交叉部固化。由此，即使不存在用于对交叉部进行TIG焊接的充分的空间的情况下，使用高频感应加热装置也能够将多个导线彼此可靠且有效地焊接。

在上述的高频感应加热装置中，也可以是，在一对所述对置部之间配设有包含磁性材料而构成的铁心部。根据这样的结构，经由铁心部能够使磁力线集中于感应加热线圈的另一方侧。由此，能够将被加热部有效地加热。

在上述的高频感应加热装置中，也可以是，在各所述对置部的外表面设有磁性体。根据这样的结构，经由磁性体能够使磁力线集中于感应加热线圈的另一方侧。由此，能够将被加热部有效地加热。

在上述的高频感应加热装置中，也可以是，所述感应加热线圈在俯视观察下形成为大致U字状。根据这样的结构，通过简易的结构就能够对多个被加热部同时进行感应加热。

根据本发明，能够通过感应加热使处于从交叉部延伸出的位置的至少一个导线的端部在感应加热线圈的外侧熔融，并使该熔融材料在交叉部固化，因此能够将多个导线彼此可靠且有效地焊接。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的旋转电机的俯视图。

图2A是用于说明图1的旋转电机的导线焊接结构的示意图，图2B是该导线焊接结构的立体图。

图3是本发明的一实施方式的高频感应加热装置的立体图。

图4是图3的高频感应加热装置的侧视图。

图5是图3的高频感应加热装置的后视图。

图6是图5的沿着VI-VI线的剖视图。

图7是用于说明配置工序的立体图。

图8A是用于说明磁力线的局部剖视图，图8B是用于说明焊接工序的局部剖视图。

图9A是焊接前的导线的主视图，图9B是导线焊接结构的主视图。

图10是图9B所示的导线焊接结构的CT扫描图像。

图11A是比较例的焊接前的导线的主视图，图11B是表示对图11A的导线进行了高频感应加热后的状态的主视图。

图12是变形例的焊接前的导线的主视图。

具体实施方式

以下，列举优选的实施方式并参照附图，对本发明的导线焊接方法、定子及高频感应加热装置进行说明。

首先，说明具备本发明的一实施方式的导线焊接结构10的旋转电机12。如图1所示，该旋转电机12具备转子14和定子16，例如作为电动机或发电机使用。定子16具有：形成有多个插槽18的环状的定子铁心20；装配于插槽18的3相(U相、V相、W相)的定子线圈22。

各插槽18沿着定子铁心20的轴线方向贯通，并沿径向延伸而向定子铁心20的内周面开口。上述插槽18在定子铁心20的周向上以规定间隔配设。

如图2A所示，将形成为大致U字状的导线(分段线圈)24以跨规定的2个插槽18的方式装配，将从插槽18向定子铁心20的轴线方向外侧露出的部分沿周向折弯，并将对应的导线24彼此焊接而进行串联连接，由此构成定子线圈22。需要说明的是，在1个插槽18内沿着定子铁心20的径向配设有多个导线24。

各导线24是形成为截面长方形形状的扁线，例如，能够适合使用铜等金属材料。但是，各导线24可以将其截面形成为正方形形状、圆形形状、椭圆形形状等任意的形状。

这样构成的定子线圈22具备将2个导线24焊接的多个导线焊接结构10(参照图2B)。上述导线焊接结构10例如在定子铁心20的径向及周向上相互接近而配置成一列。

在本实施方式中，导线焊接结构10具有：2个导线24交叉的交叉部26；处于从交叉部26延伸出的位置的各导线24的端部在后述的感应加热线圈42的外侧通过感应加热而熔融，该熔融材料在交叉部26固化而形成的焊接部28。

本实施方式的旋转电机12基本上如以上那样构成，接下来，说明导线焊接方法中使用的高频感应加热装置30。

如图3～图6所示，高频感应加热装置30具备：与未图示的高频电源电连接的一对端子板32、34；夹设在上述端子板32、34之间的绝缘板36；经由连结部38、40而设置于各端子板32、34的感应加热线圈42；以及气体供给部44。一对端子板32、34、一对连结部38、40及感应加热线圈42例如能够适合使用铜等金属材料。

各连结部38、40例如由中空的块体构成。在端子板32的外表面固定的连结部38上连接有用于向其内孔导入制冷剂的管状的制冷剂导入部46。在端子板34的外表面固定的连结部40上连接有将其内孔的制冷剂导出的管状的制冷剂导出部48。制冷剂例如能够适合使用冷却水，但也可以使用任意的气体或液体。

感应加热线圈42在俯视观察下构成为大致U字状，通过将其两端部设于连结部38、40而形成内部空间S。即，感应加热线圈42在同一平面上包括：相互分离设置的一对对置部50、52；将上述对置部50、52连接而弯曲成圆弧状的连接部54。

在以下的说明中，关于感应加热线圈42及其构成要素，将感应加热线圈42的宽度方向外侧(一对对置部50、52分离的方向)称为“外侧”，将感应加热线圈42的宽度方向内侧(一对对置部50、52接近的一侧)称为“内侧”，将图6中的上方称为“一方”，将图6中的下方称为“另一方”。

如图6所示，感应加热线圈42具有外壁56、水平壁58、第一倾斜壁60、内壁62及第二倾斜壁64。外壁56构成感应加热线圈42的最外侧的部位。水平壁58从外壁56的一端部朝向内侧大致水平地延伸。第一倾斜壁60从水平壁58的内侧的端部朝向内侧以向另一方侧倾斜的方式延伸。内壁62从第一倾斜壁60的一端部沿着高度方向(图6的上下方向)朝向另一方侧延伸而构成感应加热线圈42的最内侧的部位。第二倾斜壁64从外壁56的另一端部朝向内侧以向另一方侧倾斜的方式延伸至内壁62的另一端部。

在这样构成的感应加热线圈42中，通过外壁56、水平壁58、第一倾斜壁60、内壁62、第二倾斜壁64形成供制冷剂流通的制冷剂通路66。该制冷剂通路66与连结部38的内孔和连结部40的内孔连通。由此，从制冷剂导入部46导入到连结部38的内孔中的制冷剂经由感应加热线圈42的制冷剂通路66流通至连结部40的内孔而被导向制冷剂导出部48。需要说明的是，被导向制冷剂导出部48的制冷剂通过规定的循环路径并进行了热交换之后再次流入制冷剂导入部46。

一对对置部50、52左右对称地构成。因此，一对对置部50、52相互的第一倾斜壁60的分离间隔从感应加热线圈42的高度方向的一方侧朝向另一方侧减小。换言之，一对对置部50、52相对于对称轴(通过对置部50、52之间的中央的沿高度方向的线)Ax而朝向外侧以向一方侧倾斜的方式延伸。即，在各对置部50、52中通过第一倾斜壁60与第二倾斜壁64之间的中央的线段L1、L2在对称轴Ax上交叉。上述线段L1、L2所成的角度(倾斜角度θ)可以任意设定。

另外，在感应加热线圈42的外表面设有磁性体68、70。磁性体68、70没有特别限定，但是例如能够适合使用硅钢板。磁性体68、70在各对置部50、52的长度方向的一部分的范围内，以将外壁56、水平壁58、第一倾斜壁60及第二倾斜壁64包围的方式设置。但是，设置磁性体68、70的范围只要根据被加热部的大小而适当设定即可，例如，也可以在感应加热线圈42的全长上呈U字状地设置磁性体68、70。

磁性体68、70通过钎焊而接合于感应加热线圈42。这种情况下，优选在磁性体68、70上预先形成一个或多个孔72。若形成这样的孔72，则在钎焊时能够确认钎料的流动，因此能够容易知晓磁性体68、70是否可靠地密接接合于感应加热线圈42。若磁性体68、70可靠地密接接合于感应加热线圈42，则即使磁性体68、70在感应加热线圈42的通电时发热，通过制冷剂通路66也能够有效地对磁性体68、70进行冷却。

在构成一对对置部50、52的内壁62之间夹设有包含磁性材料的铁心部74。铁心部74可以通过例如将利用绝缘被膜包覆铁粉等金属粉末的表面后的磁性复合材料压粉成形、或者将铁心粉末炼入并形成来得到。铁心部74形成为块状，并延伸与磁性体68、70的长度相同的长度。在铁心部74的另一端面，在其全长上形成有截面圆弧状的槽76(参照图6)。

通过形成这样的槽76，能够增大在铁心部74的另一方侧配置的被加热部与铁心部74的距离，因此能够抑制铁心部74受到的来自被加热部的辐射热。需要说明的是，铁心部74可以至少对其另一端面施加耐热涂层。这种情况下，能够进一步抑制铁心部74受到的辐射热。

气体供给部44具有：固定在各端子板32、34的外表面上的中空的支承块78、80；向支承块78、80的内孔供给气体的管状的气体导入部82、84；以及从支承块78、80向感应加热线圈42侧延伸出的气体喷嘴86、88。

气体例如能够适合使用空气。但是，气体没有限定为空气，例如，也可以使用氮、氦、氩等不活泼气体。这种情况下，即使在气体向被加热部流入的情况下，也能够抑制被加热部的氧化(焊接氧化)。

各气体喷嘴86、88例如构成为四方筒状，其前端部配置在对置部50、52的内壁62的另一方侧。并且，在该状态下，气体喷嘴86、88的开口部指向连接部54侧。由此，从气体导入部82、84经由支承块78、80的内孔而被导向气体喷嘴86、88后的气体在对置部50、52与被加热部之间流动。需要说明的是，各气体喷嘴86、88可以是圆筒状等四方筒状以外的形状。

即，在对置部50、52与被加热部之间形成气帘(空气帘)。由此，能够抑制感应加热线圈42受到的来自被加热部的辐射热。需要说明的是，感应加热线圈42可以至少对指向被加热部所在的另一方侧的面施加耐热涂层。这种情况下，能够进一步抑制感应加热线圈42受到的辐射热。另外，不仅是感应加热线圈42，也可以对包括铁心部74在内的下部整面施加耐热涂层。

接下来，说明使用了上述的高频感应加热装置30的导线焊接方法。

首先，如图7及图9A所示，在配置工序中，使2个导线24交叉，并将各导线24的端部配置在从交叉部26延伸出的位置。此时，上述导线24的端部在交叉部26的附近处于相互不重叠的位置。另外，多个(在本实施方式中为4个)交叉部26接近配置成一列。

接下来，将上述交叉部26安置成位于感应加热线圈42的铁心部74的下方(另一方侧)(参照图8A)。此时，交叉部26位于一对对置部50、52之间的中央。另外，使制冷剂在感应加热线圈42的制冷剂通路66中流通，并且从气体喷嘴86、88流出气体。

然后，在焊接工序中，从高频电源使规定的高频电流向感应加热线圈42流过。这样，在感应加热线圈42的周围产生图8A所示那样的磁力线B1、B2。在本实施方式的感应加热线圈42中，构成一对对置部50、52的第一倾斜壁60的分离间隔从感应加热线圈42的高度方向的一方侧朝向另一方侧(从上方朝向下方)变小。因此，在感应加热线圈42的外侧，即，在铁心部74的下方，一对对置部50、52的磁力线B1、B2交叉。另外，磁力线B1、B2通过磁性体68、70及铁心部74，由此与在空气中通过的情况相比而集中于铁心部74的下方。

这样，在从各交叉部26延伸出的导线24的端部流过涡电流而产生焦耳热。即，从各交叉部26延伸出的端部同时被感应加热。然后，通过该感应加热而端部熔融，该熔融材料在交叉部26固化，由此形成焊接部28，从而得到上述的定子线圈22的导线焊接结构10(参照图8B及图9B)。

在该焊接工序中，即使在熔融材料中也通过涡电流而产生磁场，因此在熔融材料上作用有向感应加热线圈42侧抬起那样的磁浮力。通过这样的磁悬浮(magnetic levitation)，熔融材料不会从交叉部26掉落而停留并固化于交叉部26。在磁浮力作用的位置、即焊接部28的上侧部分，不是通过表面张力的作用而形成为球面，而是成为接近于圆锥的突起形状。换言之，焊接部28的上侧部分成为朝向熔融的端部所在的一侧(上方)呈锐角地突出的形状。

图10是这样构成的导线焊接结构10的从交叉部26的下部至焊接部28的前端部(上端部)的每0.2mm的CT(Computed Tomography)扫描图像。需要说明的是，在图10中，随着接近焊接部28的前端部而CT扫描图像的图像编号变大。根据上述扫描图像可知，在本实施方式的导线焊接结构10的焊接部28中，未确认到焊接缺陷等，2个导线24彼此良好地焊接。

根据本实施方式的高频感应加热装置30，通过在一对对置部50、52中流过高频电流，能够使感应加热线圈42的高度方向上的另一方侧(铅垂下侧)产生磁力线B1、B2。并且，使用这样的高频感应加热装置30，通过感应加热使处于从交叉部26延伸出的位置的导线24的端部在感应加热线圈42的外侧熔融，并使该熔融材料在交叉部26固化，从而形成焊接部28。由此，即便不存在用于对交叉部26进行TIG焊接的充分的空间的情况下，也能够将多个导线24彼此可靠且有效地焊接。

需要说明的是，如图11A及图11B所示，在使2根导线24的端部彼此交叉并通过感应加热使其交叉部26熔融的情况下，可能熔融材料向铅垂下方掉落而成为焊接不良。然而，在本实施方式中，使处于从交叉部26延伸出的位置的导线24的端部熔融并使该熔融材料在交叉部26固化，因此能够得到充分的接合强度。

在本实施方式中，由于使各导线24的端部位于交叉部26的附近，因此能够将熔融材料容易向交叉部26引导。而且，由于使朝向感应加热线圈42所在的一侧(铅垂上方)的磁浮力发挥作用，因此能够抑制熔融材料从交叉部26进一步向下方掉落的情况。即，能够使该熔融材料停留并固化于交叉部26。由此，能够将多个导线24彼此可靠地焊接。

此外，将多个交叉部26配置成一列，使处于从各交叉部26延伸出的位置的导线24的端部同时熔融，并使该熔融材料在该交叉部26固化，因此，与将交叉部26分别焊接的情况相比，能够有效地进行焊接作业。

根据本实施方式，将包含磁性材料而构成的铁心部74配设在一对对置部50、52之间，因此经由铁心部74能够使各对置部50、52的磁力线B1、B2集中于感应加热线圈42的另一方侧。由此，能够将导线24的端部(被加热部)有效地加热。

另外，由于在各对置部50、52的外表面设置磁性体68、70，因此经由磁性体68、70能够使各对置部50、52的磁力线B1、B2集中于感应加热线圈42的另一方侧。由此，能够将导线24的端部(被加热部)更有效地加热。

此外，感应加热线圈42在俯视观察下形成为大致U字状，因此通过简易的结构就能够对从多个交叉部26分别延伸出的导线24的端部(多个被加热部)同时进行感应加热。

本实施方式没有限定为上述的结构或方法。在配置工序中，只要使多个导线24交叉并将至少1个导线24的端部配置在从交叉部26延伸出的位置即可，可以任意变更。例如，也可以使2个导线24交叉并将上述导线24的端部以相互重叠的状态配置在从交叉部26向上方延伸的位置(参照图12)。而且，也可以使用3根以上的导线24。

此外，在被焊接的导线24彼此由相同材料(例如铜等)构成的情况下，由于具有相同熔点，因此能够容易进行焊接，从而优选，但是未必一对为相同材料，也可以将熔点存在某程度的差异的导线24彼此焊接。

高频感应加热装置30可以省略铁心部74及磁性体68、70中的至少任1个。而且，高频感应加热装置30没有限定为上述的导线焊接方法的用途，也可以使用于各种形状的工件的焊接或加热。

本发明的导线焊接方法、定子及高频感应加热装置并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下能够采用各种结构是不言而喻的。