JP2014079114A - 誘導回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体バーとエンドリングとをアーク溶接する際に、安定した溶接金属を形成する。
【解決手段】誘導回転電機の製造方法において、導体バー２５４とエンドリング２２６とを回転子鉄心に組み付けて回転子組立体を形成する組立工程と、導体バー２５４とエンドリング２２６とを嵌合した状態で、エンドリング２２６の全周において、エンドリング２２６の端面側からエンドリング２２６の外周面側に亘って溶接開先を形成する開先形成工程と、回転子組立体に対してトーチを周回させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接する肉盛溶接工程とを含み、肉盛溶接工程は、トーチ２２９の電極とエンドリング２２６および導体バー２５４との間でアーク放電を開始し、溶融池２２５を形成する第１工程と、アーク放電が溶融池２２５からはみ出ないように、トーチ２２９の電極と溶融池２２５との間でアークを形成しつつ、トーチ２２９を周回させる第２工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、誘導回転電機の製造方法に関する。

誘導回転電機のかご形回転子を製造する方法として、エンドリングに設けられた多数の嵌合部（溝）のそれぞれに導体バーを嵌合し、アーク溶接する方法が知られている。特許文献１には、導体バーの両端をエンドリングの嵌合部に嵌め込んだ組立体に回転を与えつつ導体バーとエンドリングとをアーク溶接することで、かご形回転子を製造する方法が開示されている。

特開昭５６−３５６６１号公報

電動車両駆動用の誘導回転電機においては高効率化が望まれている。導体バーとエンドリングとをアーク溶接する場合には、回転電機の効率向上の観点から、溶接肉盛量を多くして、溶接金属（溶接ビード）の断面積を大きくとることが望ましい。

しかしながら、導体バーとエンドリングの嵌合部との間には、隙間が存在するため、導体バーをエンドリングに組み付けた回転子組立体に回転を与えつつアーク溶接する際、トーチが隙間に近づくと、トーチの電極と導体バー（またはエンドリング）との間でアークが発生した後、電極とエンドリング（または導体バー）との間でアークが発生し、再び電極と上記した導体バー（またはエンドリング）との間でアークが発生するというように、アークが導体バーとエンドリングとの間を往復するようにして発生する現象が生じることがある。

特許文献１には、導体バーとエンドリングの嵌合部との間の隙間を考慮した溶接方法については開示されていない。したがって、特許文献１の溶接方法では、アークが不安定になり、安定した溶接金属を得ることができないおそれがある。その結果、回転子の回転中心軸を含む面内における溶接金属の断面積が回転子の周方向に不均一となり、一部では所望の断面積が得られずに２次抵抗値が高くなってしまうため、誘導回転電機の高効率化が困難になるという問題がある。

請求項１に係る発明は、回転子鉄心に形成される複数のスロットのそれぞれに収容され、両端部が回転子鉄心の軸方向端面から突出される複数の導体バーと、回転子鉄心の両端に配置され、回転子鉄心の軸方向両端面のそれぞれから突出した導体バーの端部が嵌合される嵌合部を有する一対のエンドリングとを備えた誘導回転電機の製造方法において、導体バーを回転子鉄心のスロットに収容し、導体バーの端部をエンドリングの嵌合部に嵌合して回転子組立体を形成する組立工程と、導体バーとエンドリングとを嵌合した状態で、エンドリングの全周において、エンドリングの端面側からエンドリングの外周面側に亘って溶接開先を形成する開先形成工程と、回転子組立体に対してトーチを周回させることにより、あるいは、回転子組立体をトーチに対して回転させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、エンドリングと導体バーとの導通経路を構成する溶接金属を形成する肉盛溶接工程とを含み、肉盛溶接工程は、トーチの電極とエンドリングおよび導体バーとの間でアーク放電を開始し、溶融池を形成する第１工程と、アーク放電が溶融池からはみ出ないように、トーチの電極と溶融池との間でアークを形成しつつ、トーチを周回させ、あるいは、回転子組立体をトーチに対して回転させる第２工程とを含むことを特徴とする誘導回転電機の製造方法である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の誘導回転電機の製造方法において、開先形成工程では、溶接開先の最深部がエンドリングの外周面側における溶接開先端部の軸方向外側であって、かつエンドリングの端面側における溶接開先端部の径方向外側に位置するように、溶接開先を形成することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の誘導回転電機の製造方法において、肉盛溶接工程では、回転子の回転中心軸を含む面内における溶接金属の断面積が、回転中心軸に直交する面内における導体バーの断面積よりも大きくなるように、溶接金属を形成することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、回転子鉄心に形成される複数のスロットのそれぞれに収容され、両端部が回転子鉄心の軸方向端面から突出される複数の導体バーと、回転子鉄心の両端に配置され、回転子鉄心の軸方向両端面のそれぞれから突出した導体バーの端部が嵌合される嵌合部を有する一対のエンドリングとを備えた誘導回転電機の製造方法において、導体バーを回転子鉄心のスロットに収容し、導体バーの端部をエンドリングの嵌合部に嵌合して回転子組立体を形成する組立工程と、導体バーとエンドリングとを嵌合した状態で、エンドリングの全周において、エンドリングの端面側からエンドリングの外周面側に亘って溶接開先を形成する開先形成工程と、回転子組立体に対してトーチを複数回周回させることにより、あるいは、回転子組立体をトーチに対して複数回転させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、複数の肉盛層によりエンドリングと導体バーとの導通経路を構成する溶接金属を形成する肉盛溶接工程とを含み、肉盛溶接工程において、第１層目の肉盛層により、導体バーとエンドリングの嵌合部との間の隙間を覆うことを特徴とする誘導回転電機の製造方法である。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の誘導回転電機の製造方法において、肉盛溶接工程において、第１層目の肉盛層を形成するための肉盛量を、第２層目以降の肉盛層を形成するための肉盛量よりも少なくしたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載の誘導回転電機の製造方法において、開先形成工程では、溶接開先の最深部がエンドリングの外周面側における溶接開先端部の軸方向外側であって、かつエンドリングの端面側における溶接開先端部の径方向外側に位置するように、溶接開先を形成することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の誘導回転電機の製造方法において、肉盛溶接工程では、回転子の回転中心軸を含む面内における溶接金属の断面積が、回転中心軸に直交する面内における導体バーの断面積よりも大きくなるように、溶接金属を形成することを特徴とする。

本発明によれば、導体バーとエンドリングとをアーク溶接する際に、安定した溶接金属を形成することができるため、誘導回転電機の高効率化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成を示す図。 図１の電力変換装置を示す回路図。 本発明の実施の形態に係る回転電機を示す半断面図。 図３の回転子の外観斜視図。 図４の回転子の分解斜視図。 図４の回転子を軸方向から見た部分拡大側面模式図。 導体バーの断面図。 回転子鉄心に導体バーおよびエンドリングを組み付けた回転子組立体を示す外観斜視図。 溶接開先が形成された回転子組立体を示す外観斜視図。 図１０（ａ）は図９のＢ部拡大図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線切断断面図。 図１１（ａ）は溶融池を形成する溶融池形成工程を説明する図、図１１（ｂ）はトーチの電極と溶融池との間でアークを形成しつつトーチを周回させるトーチ周回工程を説明する図。 図１２（ａ）は図４のＡ部拡大図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＦ−Ｆ線切断断面図。 図１０（ｂ）の比較例を示す図。 図１４（ａ）は図１０（ｂ）の比較例を示す図、図１４（ｂ）は図１２（ｂ）の比較例を示す図。 図１５（ａ）は第１層目の溶接金属（肉盛層）を示す斜視図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＤ−Ｄ線切断断面図。 図１６（ａ）は図４のＡ部拡大図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＥ−Ｅ線切断断面図。 本発明の変形例に係る回転電機における回転子の開先形状を示す部分拡大断面図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
本発明による製造方法で製造される誘導回転電機（以下、単に回転電機と記す）は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド電気自動車等に適用できる。以下ではハイブリッド電気自動車に適用した例について説明する。

―第１の実施の形態―
図１に示すように、ハイブリッド電気自動車（以下、車両）１００には、エンジン１２０と、第１の回転電機２００と、第２の回転電機２０２と、高電圧のバッテリ１８０とが搭載されている。

バッテリ１８０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ１８０は、力行走行時には回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２からバッテリ１８０に直流電力が供給される。バッテリ１８０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。

車両１００には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリ（不図示）が搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。

エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御され、バッテリ１８０の充放電は、バッテリ制御装置１８４により制御される。

変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４および電力変換装置６００には、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０が接続されている。

統合制御装置１７０は、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理、その演算処理結果に基づく変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００への制御指令の送信を行う。

そのため、統合制御装置１７０には、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４から、それぞれの状態を表す情報が、通信回線１７４を介して入力される。これらの制御装置は、統合制御装置１７０より下位の制御装置である。統合制御装置１７０は、これらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。

バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいて電力変換装置６００を制御し、バッテリ１８０の充電が必要と判断したときは、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。

電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。そのため、電力変換装置６００にはインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このようなパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２が電動機としてあるいは発電機として運転される。

回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御することにより、供給された直流電力を三相交流電力に変換し回転電機２００，２０２に供給する。

一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、固定子巻線に三相交流電力が発生する。発生した三相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより充電が行われる。

図２に示すように、電力変換装置６００には、第１の回転電機２００のための第１のインバータ装置と、第２の回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。

第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。

電流センサ６６０，６６２、駆動回路６５２，６５６は、制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８に接続され、さらに、制御回路６４８には、送受信回路６４４を介した通信回線１７４が接続されている。送受信回路６４４は、送受信回路基板６４２に設けられ、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。

制御回路６４８は各インバータ装置の制御部を構成しており、パワー半導体素子２１を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、統合制御装置１７０からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサ、すなわちレゾルバ２２４（図３参照）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。

駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子２１のゲートにそれぞれ出力される。

パワーモジュール６１０，６２０における直流側の端子には、コンデンサモジュール６３０が電気的に並列に接続され、コンデンサモジュール６３０は、パワー半導体素子２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成する。コンデンサモジュール６３０は、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。

パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。

パワーモジュール６１０，６２０は図２に記載のごとく三相ブリッジ回路を備えており、三相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体素子２１と下アームを構成するパワー半導体素子２１とを備え、それらのパワー半導体素子２１は直列に接続されている。

パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、略同様に構成されており、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。

パワーモジュール６１０は、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴのコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴのエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

各相のアームは、ＩＧＢＴのエミッタ電極とＩＧＢＴのコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。
なお、図２では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。

各相の各上アームのＩＧＢＴのコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴのエミッタ電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。

回転電機２００，２０２は略同様に構成されているので、以下、回転電機２００を代表的に説明する。

図３に示すように、回転電機２００はハウジング２１２と、ハウジング２１２の内部に保持された固定子２３０とを有し、固定子２３０は固定子鉄心２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２の内側には、回転子２５０が隙間２２２を介して回転可能に保持されている。換言すれば、回転子２５０の外周側に隙間２２２をあけて固定子鉄心２３２が配設されている。回転子２５０は、回転子鉄心２５２と、導体バー２５４と、エンドリング２２６とを備えており、回転子鉄心２５２は円柱状のシャフト（回転軸体）２１８に固定されている。

ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。シャフト２１８には、回転子２５０の回転位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられ、レゾルバ２２４の出力は、図２に示した制御回路６４８に入力される。

図２を参照して説明すると、制御回路６４８は、レゾルバ２２４の出力に基づいて駆動回路６５２を制御する。駆動回路６５２はパワーモジュール６１０をスイッチング動作させて、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。制御回路６４８は、同様にして駆動回路６５６を介してパワーモジュール６２０もスイッチング動作させ、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。この三相交流電力は固定子巻線２３８に供給され、固定子２３０に回転磁界が発生する。三相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の検出値に基づいて制御され、三相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の検出値に基づいて制御されて、固定子巻線２３８に三相交流電力が供給される。

図３に示すように、固定子２３０は、円筒状の固定子鉄心２３２と、この固定子鉄心２３２に挿着される固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２は、円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。固定子鉄心２３２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。

固定子鉄心２３２は、固定子鉄心２３２の軸方向に延在する複数のスロット（不図示）が周方向に等間隔となるように電磁鋼板を積層して形成されている。スロットには、スロット形状に対応した絶縁紙（不図示）が設けられ、固定子巻線２３８を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相の相巻線が収容されている。スロットの間に形成されるティースは、固定子巻線２３８によって発生した回転磁界を回転子２５０に導き、回転子２５０に回転トルクを発生させる。

なお、本実施の形態では、固定子巻線２３８の巻き方として分布巻を採用している。分布巻とは、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに各相の相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心２３２に巻かれる巻線方式である。

図４および図５は、回転子２５０の外観斜視図および分解斜視図である。図６は、図４の回転子２５０を軸方向から見た部分拡大側面模式図である。なお、図４〜図６において、シャフト２１８の図示は省略している。図４および図５に示すように、本実施の形態に係る回転子２５０は、回転子鉄心２５２に多数の導体バー２５４と一対のエンドリング２２６とが組み付けられて、回転子２５０の軸方向両端部においてエンドリング２２６と導体バー２５４とがＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接などのアーク溶接により接合されている組立式のかご形回転子である。溶接方法については、後述する。

図４および図５に示すように、回転子２５０は、シャフト２１８（図３参照）が挿通される貫通孔２５１を有する円筒形状の回転子鉄心２５２と、回転子鉄心２５２のスロット２５２ｂに挿着される複数の導体バー２５４と、回転子鉄心２５２の両端に配置され、導体バー２５４にアーク溶接により電気的に接続される一対のエンドリング２２６とを備えている。

回転子鉄心２５２は円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。回転子鉄心２５２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。回転子鉄心２５２には、軸方向に平行な複数のティース２５２ａとスロット２５２ｂがそれぞれ周方向に等間隔となるように形成されている。

回転子鉄心２５２のティース２５２ａの幅（円周方向長さ）は、回転中心側（根元部）から径方向外方に向かってほぼ一定の幅とされている。その結果、隣接するティース２５２ａにより区画されるスロット２５２ｂの幅は、外周側（開口側）が最大で、外周側から径方向内方に向かって徐々に幅が狭くなり、回転中心側で最小となっている。

回転子２５０の軸方向に延在する各スロット２５２ｂ内には長尺平板状の導体バー２５４が収容され、導体バー２５４の長手方向の両端部は回転子鉄心２５２の両端に配置される一対のエンドリング２２６に嵌合されている。

導体バー２５４は、銅、アルミニウムなどの電気抵抗率の低い金属材からなり、回転子２５０の軸方向に延在する長尺平板状部材である。図５および図６に示すように、導体バー２５４は、回転子鉄心２５２のスロット２５２ｂの形状とほぼ同じ外形形状を有し、スロット２５２ｂ内に収容される。図７に示すように、導体バー２５４は、回転子２５０の回転中心軸と直交する面内における断面形状が回転子２５０の外周側から中心側に向かって徐々に厚さが薄くなる先細り形状とされている。

図４に示すように、導体バー２５４は回転子鉄心２５２の軸方向長さよりも長く形成されており、導体バー２５４の両端部は回転子鉄心２５２の軸方向端面から外方に向かって突出している。

一対のエンドリング２２６は、導体バー２５４と同種の金属からなり、回転子鉄心２５２の両端に配置される。図４〜図６に示すように、各エンドリング２２６は、回転子鉄心２５２の軸方向端面から突出した導体バー２５４の端部が嵌合される嵌合部２２７を複数有している。図５および図６に示すように、嵌合部２２７は、回転子鉄心２５２のスロット２５２ｂに対応して周方向に等間隔となるように複数形成されている。各嵌合部２２７は、軸方向に平行な貫通孔であって外周側が開放された溝状に形成されている。

図７に示すように、エンドリング２２６の嵌合部２２７は、導体バー２５４とほぼ同じ断面形状とされており、導体バー２５４の周方向寸法よりも、嵌合部２２７（開口部）の周方向寸法のほうが僅かに大きくなるように形成されている。図７に示すように、エンドリング２２６の嵌合部２２７に導体バー２５４が収容されると、導体バー２５４の平面部分２５４Ｐと、嵌合部２２７の内側側面との間に隙間２２８が形成される。

各エンドリング２２６の各嵌合部２２７には導体バー２５４の長手方向の端部が嵌合され、アーク溶接によって導体バー２５４がエンドリング２２６に接合されることにより、軸方向から見たときに円環状の溶接金属（接合部）２２０が形成される（図４、図６参照）。

第１の実施の形態に係る回転電機２００の製造方法について詳細に説明する。図８は回転子鉄心２５２に導体バー２５４およびエンドリング２２６を組み付けた回転子組立体２５０Ａを示す外観斜視図であり、図９は溶接開先が形成された回転子組立体２５０Ａを示す外観斜視図である。図１０（ａ）は図９のＢ部拡大図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線切断断面図である。なお、図１０（ｂ）に示すように、回転子２５０の軸方向をｘ方向、回転子２５０の径方向をｙ方向と定義する。図１１（ａ）は第１層目の肉盛層２２０Ａ（溶接金属）を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ線切断断面図である。

−準備工程−
図５に示すように、回転子鉄心２５２と、複数の導体バー２５４と、一対のエンドリング２２６とを準備する。

−組み付け工程−
図８に示すように、導体バー２５４を回転子鉄心２５２のスロット２５２ｂに収容し、導体バー２５４の両端部を一対のエンドリング２２６のそれぞれに設けられた嵌合部２２７に嵌合して回転子組立体２５０Ａを形成する。

図７に示すように、導体バー２５４は、エンドリング２２６の嵌合部２２７に嵌合されている。このとき、導体バー２５４の平面部分２５４Ｐと、嵌合部２２７の内側側面との間には隙間２２８が形成されている。

−開先形成工程−
図９および図１０（ａ）に示すように、導体バー２５４とエンドリング２２６とを嵌合した状態で、導体バー２５４とエンドリング２２６とを切り欠くことで溶接開先を形成する。溶接開先は、エンドリング２２６の全周において、エンドリング２２６の端面２２６ａ側からエンドリング２２６の外周面２２６ｂ側に亘って、切り欠かれることで曲面凹形状に形成される。

溶接開先は、図１０（ｂ）に示すように、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における断面形状が、エンドリング２２６の端面２２６ａの端部に相当する位置である溶接開先端部３００ａとエンドリング２２６の外周面２２６ｂの端部に相当する位置である溶接開先端部３００ｂとが円弧状の曲線によって接続された形状とされている。

上記した開先形成工程では、図１０（ｂ）に示すように、溶接開先の最深部ＤＰが、エンドリング２２６の外周面２２６ｂ側における溶接開先端部３００ｂのｘ方向（軸方向）外側であって、かつエンドリング２２６の端面２２６ａ側における溶接開先端部３００ａのｙ方向（径方向）外側に位置するように、溶接開先を形成する。

溶接開先の最深部ＤＰは、溶接開先端部３００ａと溶接開先端部３００ｂとを結ぶ線分Ａと、開先面ＧＦを構成する曲線Ｂとの間の線分Ａに対する法線方向距離ｍが最大となる位置と定義する。

−肉盛溶接工程−
図９に示すように、回転子組立体２５０Ａに対してトーチ２２９を溶接開先面ＧＦに沿って１周以上周回させることにより溶接開先を肉盛溶接し、エンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０（溶接ビード）を形成する（図４参照）。本実施の形態では、トーチ２２９へ自動で連続的に溶接ワイヤ（不図示）を送給可能なワイヤ送給装置を備えた溶接機（不図示）を用い、トーチ２２９の電極（溶接ワイヤ）と被溶接物との間にアークを発生させて、エンドリング２２６と導体バー２５４とをガスシールドアーク溶接した。第１の実施の形態では、以下に説明するように、溶融池形成工程と、トーチ周回工程とを含んでいる。具体的な肉盛溶接工程について以下、説明する。

図１１（ａ）は溶融池２２５を形成する溶融池形成工程を説明する図であり、図１１（ｂ）はトーチ２２９の電極と溶融池２２５との間でアークを形成しつつトーチ２２９を周回させるトーチ周回工程を説明する図である。図１１（ａ）では、トーチ２２９の電極とエンドリング２２６および導体バー２５４上のアーク放電領域２２１との間でアークを形成することで初期に形成される初期溶融池２２５ｉをハッチングで示している。図１１（ａ）では、溶融池２２５が拡大する様子を破線の矢印で概念的に示している。図１１（ｂ）では、移動させたトーチ２２９およびトーチ２２９の移動に伴って移動した溶融池２２５上のアーク放電領域２２１および溶融池２２５を二点鎖線で示している。図１２（ａ）は図４のＡ部拡大図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＦ−Ｆ線切断断面図である。

−溶融池形成工程−
図１１（ａ）に示すように、トーチ２２９を固定し、所定位置において、トーチ２２９の電極と、エンドリング２２６および導体バー２５４上のアーク放電領域２２１との間でアーク放電（不図示）を開始することで初期溶融池２２５ｉを形成する。ここで、アーク放電領域とは、トーチ２２９の電極との間でアークを発生する被溶接物上の領域である。

図１１（ａ）に示すように、主にトーチ２２９の電極と初期溶融池２２５ｉとの間でアークを形成することで、アーク放電領域２２１よりも広い領域となるまで溶融池２２５を拡大する。溶融池２２５を充分に拡大させることによって、アーク放電領域２２１を溶融池２２５上のみに形成することができる。この状態では、アーク放電が溶融池２２５からはみ出ていない。

−トーチ周回工程−
図１１（ｂ）に示すように、アーク放電領域２２１が溶融池２２５からはみ出ないように、トーチ２２９の電極と溶融池２２５との間でアークを形成しつつ、トーチ２２９を周回させる。周回させる際、アーク放電領域２２１が溶融池２２５からはみ出ないように、溶接ワイヤの送給速度およびトーチ２２９の周回速度を調整する。周回中、アーク放電が溶融池２２５からはみ出ないので、安定したアークを維持できる。

溶融池２２５により、予め導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間の隙間２２８（図１０（ａ）参照）が覆われ、トーチ２２９の周回中、アークはトーチ２２９の電極と溶融池２２５との間で発生する。換言すれば、トーチ２２９の周回中、トーチ２２９の電極とエンドリング２２６または導体バー２５４との間でアークが発生することが防止されている。

トーチ周回工程において、溶融池２２５により導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間の隙間２２８が既に覆われているため、アークを安定して発生させることができる。その結果、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における肉盛層２２０の断面積は、周方向に向かってほぼ均一となる。

上記した肉盛溶接工程では、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面積Ｓｗ（図１２（ｂ）参照）が、回転子２５０の回転中心軸と直交する面内における導体バー２５４の断面積Ｓｂ（図７参照）よりも大きくなるように、溶接金属２２０を形成する。

−組立工程−
固定子鉄心２３２に固定子巻線２３８が装着されてなる固定子２３０をハウジング２１２に焼嵌めまたは圧入により固定する。回転子２５０のシャフト２１８を一方のエンドブラケット２１４の軸受け２１６に装着して、回転子２５０を固定子２３０の内側に配置させるように一方のエンドブラケット２１４をハウジング２１２に取り付ける。他方のエンドブラケット２１４の軸受け２１６に回転子２５０のシャフト２１８を装着させ、他方のエンドブラケット２１４をハウジング２１２に取り付けることで、回転電機２００が完成する。

以上説明した第１の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）回転子鉄心２５２に導体バー２５４およびエンドリング２２６を組み付けて、導体バー２５４とエンドリング２２６とを嵌合した状態で、エンドリング２２６の全周において、エンドリング２２６の端面２２６ａ側からエンドリング２２６の外周面２２６ｂ側に亘って溶接開先を形成し、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して周回させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、エンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０を形成した。肉盛溶接工程において、アーク放電領域２２１よりも広い領域となるまで溶融池２２５を拡大し、アーク放電領域２２１が溶融池２２５からはみ出ないように、トーチ２２９を周回させた。溶融池２２５により、予め導体バー２５４と嵌合部２２７との間の隙間２２８が覆われるため、トーチ２２９を周回させる際にアークが不安定になることを防止できる。

その結果、安定した溶接金属２２０を形成することができ、溶接金属２２０の全周に亘って所望の断面積を確保できるため、回転電機２００の高効率化を図ることができる。さらに、良好なビード外観を得ることができる。

これに対して、溶融池２２５とアーク放電領域２２１との関係性を考慮せずに、トーチ２２９を周回させると、アーク放電領域２２１が溶融池２２５からはみ出てしまいアークが不安定となり、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面全体が周方向に大きく不均一となり、所望の断面積を得ることができないおそれがある。

（２）図１０に示すように、導体バー２５４とエンドリング２２６とを嵌合した状態で、エンドリング２２６の全周において、エンドリング２２６の端面２２６ａ側からエンドリング２２６の外周面２２６ｂ側に亘って、曲面凹形状の溶接開先を形成した。これにより、たとえば、図１３に示すように導体バー９５４およびエンドリング９２６に平面形状の溶接開先を形成した場合に比べて、回転子の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面積を広くできる。

（３）回転子２５０の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面積Ｓｗ（図１２（ｂ）参照）が、回転子２５０の回転中心軸と直交する面内における導体バー２５４の断面積Ｓｂ（図７参照）よりも大きくなるように溶接金属２２０を形成したので、断面積Ｓｗが断面積Ｓｂよりも小さい場合に比べて２次抵抗値を下げることができる。つまり、本実施の形態によれば、回転電機２００の効率の向上を図ることができる。

（４）図１０（ｂ）に示すように、溶接開先の最深部ＤＰが、エンドリング２２６の外周面２２６ｂ側における溶接開先端部３００ｂのｘ方向（軸方向）外側であって、かつエンドリング２２６の端面２２６ａ側における溶接開先端部３００ａのｙ方向（径方向）外側に位置するように溶接開先を形成したため、溶け込み不良の発生を抑えることができる。その結果、回転子２５０が回転駆動する際に発生する回転遠心力に対する強度の低下を防止できる。

これに対して、図１４（ａ）に示すように、溶接開先の最深部ＤＰ０がエンドリング２２６の外周面２２６ｂ側における溶接開先端部３００ｂの軸方向内側であって、かつエンドリング２２６の端面２２６ａ側における溶接開先端部３００ａの径方向内側に位置するように、溶接開先が形成されると、図１４（ｂ）に示すように、溶け込み不良が発生してしまうことがある。溶け込み不良により空洞部９００が形成されると、空洞部９００に応力が集中することによって回転遠心力に対する強度が低下してしまうおそれがある。

―第２の実施の形態―
図面を参照して第２の実施の形態に係る誘導回転電機の製造方法を説明する。図１５（ａ）は第１層目の肉盛層２２０Ａ（溶接金属）を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＤ−Ｄ線切断断面図である。図１６（ａ）は図４のＡ部拡大図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＥ−Ｅ線切断断面図である。図中、第１の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。

第２の実施の形態では、肉盛溶接工程において、回転子組立体２５０Ａに対してトーチ２２９を溶接開先面ＧＦに沿って２周させることにより、溶接開先を肉盛溶接して、複数の肉盛層によりエンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０（溶接ビード）を形成する（図４参照）。

第２の実施の形態では、肉盛溶接工程のみが上記した第１の実施の形態とは異なり、他の工程である準備工程、組み付け工程、開先形成工程、組立工程は第１の実施の形態と同じ工程であり、回転電機の構成も第１の実施の形態と同じであるため、肉盛溶接工程についてのみ詳細に説明する。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、トーチ２２９へ自動で連続的に溶接ワイヤ（不図示）を送給可能なワイヤ送給装置を備えた溶接機（不図示）を用い、トーチ２２９の電極（溶接ワイヤ）と被溶接物との間にアークを発生させて、エンドリング２２６と導体バー２５４とをガスシールドアーク溶接した。具体的な肉盛溶接工程について以下、説明する。

図９に示すように、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して１周させることにより、図１５に示すように、第１層目の肉盛層２２０Ａを薄く形成する。第１層目の肉盛層２２０Ａにより、導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間の隙間２２８（図１０（ａ）参照）が覆われる。１周目の溶接作業では、導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間に隙間２２８が存在しているため（図１０（ａ）参照）、溶接作業中にアークが不安定になることに起因して、第１層目の肉盛層２２０Ａの断面積が周方向に不均一となることがある。

第１層目の肉盛層２２０Ａを形成した後、さらにトーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して１周させることにより、図１６に示すように、第２層目の肉盛層２２０Ｂを形成する。２周目の溶接作業時には、導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間の隙間２２８が既に覆われているため、アークを安定して発生させることができる。その結果、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における第２層目の肉盛層２２０Ｂの断面積は、周方向に向かってほぼ均一となる。

上記した肉盛溶接工程では、第１層目の肉盛層２２０Ａを形成するための肉盛量を、第２層目の肉盛層２２０Ｂを形成するための肉盛量よりも少なくした。換言すれば、図１５（ｂ）に示す第１層目の肉盛層２２０Ａの断面積Ｓｗ１に対して、図１６（ｂ）に示す第２層目の肉盛層２２０Ｂの断面積Ｓｗ２の方が大きくなるように、溶接ワイヤの送給速度およびトーチ２２９の周回速度を調整した。

上記した肉盛溶接工程では、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面積Ｓｗ＝Ｓｗ１＋Ｓｗ２（図１６（ｂ）参照）が、回転子２５０の回転中心軸と直交する面内における導体バー２５４の断面積Ｓｂ（図７参照）よりも大きくなるように、溶接金属２２０を形成する。

このように第２の実施の形態では、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して２周させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、エンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０を形成した。第１層目の肉盛層２２０Ａにより、導体バー２５４とエンドリング２２６の嵌合部２２７との間の隙間２２８を覆うようにしたので、第２層目の肉盛層２２０Ｂを形成する際、アークが不安定になることを防止できる。

なお、第１層目の肉盛層２２０Ａは、第２層目の肉盛層２２０Ｂを形成する際にアークが不安定になることを防止するために、導体バー２５４と嵌合部２２７との間の隙間２２８を覆うことができる程度の肉盛量を確保できればよい。

肉盛溶接工程において、第１層目の肉盛層２２０Ａを形成するための肉盛量を、第２層目の肉盛層２２０Ｂを形成するための肉盛量よりも少なくすることで、回転子２５０の回転中心軸を含む面内における溶接金属２２０の断面全体に対して、アークの不安定に起因して不均一となる断面積の割合を小さくすることができる。さらに、第２層目の肉盛層２２０Ｂの形成時には、溶接入熱により第１層目の肉盛層２２０Ａの断面積の不均一性が改善される。

つまり、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）の効果と同様、安定した溶接金属２２０を形成することができ、溶接金属２２０の全周に亘って所望の断面積を確保できるため、回転電機２００の高効率化を図ることができる。さらに、良好なビード外観を得ることができる。

さらに、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（２）〜（４）と同様の作用効果を奏する。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上記した第１および第２の実施の形態では、回転中心軸と直交する方向から見たときに溶接開先を円弧状に形成したが、本発明はこれに限定されない。図１７に示すように、回転中心軸と直交する方向から見たときに複数の直線３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃにより溶接開先が構成されるように加工してもよい。

（２）上記した第１の実施の形態では、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して１周以上周回させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、エンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０形成したが、本発明はこれに限定されない。トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して２回以上周回させて溶接金属２２０を形成してもよい。２回以上周回させる場合、１回目の周回の際に、アーク放電領域２２１が溶融池２２５からはみ出ないように、トーチ２２９を周回させればよい。

（３）上記した第２の実施の形態では、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して２周させることにより、溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、エンドリング２２６と導体バー２５４との導通経路を構成する溶接金属２２０形成したが、本発明はこれに限定されない。トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して３回以上周回させて溶接金属２２０を形成してもよい。この場合、第１層目の肉盛層は少なくともエンドリング２２６の嵌合部２２７と導体バー２５４との隙間２２８を覆う程度の肉盛量が確保されていればよく、第１層目の肉盛層を形成するための肉盛量を、第２層目以降の肉盛層を形成するための肉盛量よりも少なくすることが好ましい。

（４）本発明は、トーチ２２９を回転子組立体２５０Ａに対して周回させる場合に限定されることもなく、トーチ２２９を固定して、回転子組立体２５０Ａをトーチ２２９に対して回転させることにより、溶接金属２２０を形成してもよい。

（５）上記実施の形態では、トーチ２２９へ自動で連続的に溶接ワイヤ（不図示）を送給可能なワイヤ送給装置を備えた溶接機（不図示）によりアーク溶接する方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。手溶接によりアーク溶接してもよい。ワイヤを自動で送るだけでなく、トーチ２２９または回転子組立体２５０Ａを自動的に回転させる回転装置（不図示）を備えた全自動溶接機（不図示）によりアーク溶接してもよい。

（６）回転電機２００，２０２は、他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などにも利用することもできる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２００，２０２ 回転電機、２１２ ハウジング、２１４ エンドブラケット、２１６ 軸受、２１８ シャフト、２２０ 溶接金属、２２０Ａ，２２０Ｂ 肉盛層、２２１ アーク放電領域、２２２ 隙間、２２５ 溶融池、２２６ エンドリング、２２６ａ 端面、２２６ｂ 外周面、２２７ 嵌合部、２２８ 隙間、２２９ トーチ、２３０ 固定子、２３２ 固定子鉄心、２３８ 固定子巻線、２５０ 回転子、２５０Ａ 回転子組立体、２５１ 貫通孔、２５２ 回転子鉄心、２５２ａ ティース、２５２ｂ スロット、２５４ 導体バー、３００ａ，３００ｂ 溶接開先端部、３０１ａ〜３０１ｃ 直線

Claims (7)

1. 回転子鉄心に形成される複数のスロットのそれぞれに収容され、両端部が前記回転子鉄心の軸方向端面から突出される複数の導体バーと、前記回転子鉄心の両端に配置され、前記回転子鉄心の軸方向両端面のそれぞれから突出した導体バーの端部が嵌合される嵌合部を有する一対のエンドリングとを備えた誘導回転電機の製造方法において、
   前記導体バーを前記回転子鉄心のスロットに収容し、前記導体バーの端部を前記エンドリングの嵌合部に嵌合して回転子組立体を形成する組立工程と、
   前記導体バーと前記エンドリングとを嵌合した状態で、前記エンドリングの全周において、前記エンドリングの端面側から前記エンドリングの外周面側に亘って溶接開先を形成する開先形成工程と、
   前記回転子組立体に対してトーチを周回させることにより、あるいは、前記回転子組立体をトーチに対して回転させることにより、前記溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、前記エンドリングと前記導体バーとの導通経路を構成する溶接金属を形成する肉盛溶接工程とを含み、
   前記肉盛溶接工程は、
   前記トーチの電極と前記エンドリングおよび前記導体バーとの間でアーク放電を開始し、溶融池を形成する第１工程と、
   アーク放電が前記溶融池からはみ出ないように、前記トーチの電極と前記溶融池との間でアークを形成しつつ、前記トーチを周回させ、あるいは、前記回転子組立体を前記トーチに対して回転させる第２工程とを含むことを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
2. 請求項１に記載の誘導回転電機の製造方法において、
   前記開先形成工程では、前記溶接開先の最深部が前記エンドリングの外周面側における溶接開先端部の軸方向外側であって、かつ前記エンドリングの端面側における溶接開先端部の径方向外側に位置するように、前記溶接開先を形成することを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の誘導回転電機の製造方法において、
   前記肉盛溶接工程では、前記回転子の回転中心軸を含む面内における前記溶接金属の断面積が、前記回転中心軸に直交する面内における前記導体バーの断面積よりも大きくなるように、前記溶接金属を形成することを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
4. 回転子鉄心に形成される複数のスロットのそれぞれに収容され、両端部が前記回転子鉄心の軸方向端面から突出される複数の導体バーと、前記回転子鉄心の両端に配置され、前記回転子鉄心の軸方向両端面のそれぞれから突出した導体バーの端部が嵌合される嵌合部を有する一対のエンドリングとを備えた誘導回転電機の製造方法において、
   前記導体バーを前記回転子鉄心のスロットに収容し、前記導体バーの端部を前記エンドリングの嵌合部に嵌合して回転子組立体を形成する組立工程と、
   前記導体バーと前記エンドリングとを嵌合した状態で、前記エンドリングの全周において、前記エンドリングの端面側から前記エンドリングの外周面側に亘って溶接開先を形成する開先形成工程と、
   前記回転子組立体に対してトーチを複数回周回させることにより、あるいは、前記回転子組立体をトーチに対して複数回転させることにより、前記溶接開先をアーク溶接により肉盛溶接して、複数の肉盛層により前記エンドリングと前記導体バーとの導通経路を構成する溶接金属を形成する肉盛溶接工程とを含み、
   前記肉盛溶接工程において、第１層目の肉盛層により、前記導体バーと前記エンドリングの嵌合部との間の隙間を覆うことを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
5. 請求項４に記載の誘導回転電機の製造方法において、
   前記肉盛溶接工程において、第１層目の肉盛層を形成するための肉盛量を、第２層目以降の肉盛層を形成するための肉盛量よりも少なくしたことを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の誘導回転電機の製造方法において、
   前記開先形成工程では、前記溶接開先の最深部が前記エンドリングの外周面側における溶接開先端部の軸方向外側であって、かつ前記エンドリングの端面側における溶接開先端部の径方向外側に位置するように、前記溶接開先を形成することを特徴とする誘導回転電機の製造方法。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の誘導回転電機の製造方法において、
   前記肉盛溶接工程では、前記回転子の回転中心軸を含む面内における前記溶接金属の断面積が、前記回転中心軸に直交する面内における前記導体バーの断面積よりも大きくなるように、前記溶接金属を形成することを特徴とする誘導回転電機の製造方法。

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