特開 2024-74550 積層鉄心及びその溶接割れ修正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024074550

(43)【公開日】2024-05-31

(54)【発明の名称】積層鉄心及びその溶接割れ修正方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20240524BHJP

【ＦＩ】

H02K15/02 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185785

(22)【出願日】2022-11-21

(71)【出願人】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110629

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100166615

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】陣 雄一郎

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB02

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP01

5H615PP06

5H615SS16

(57)【要約】

【課題】溶接割れを修正して、廃棄を無くし又は抑制することを可能にする積層鉄心を提供する。
【解決手段】積層鉄心１は、複数の環状の鉄心片７を積層した積層鉄心片３と、この積層鉄心３を積層方向に沿って溶接した第１溶接部５と、第１溶接部５の溶接割れ１１を第１溶接部５の一部の溶融及び凝固により溶接した第２溶接部９とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の環状の鉄心片を積層した積層鉄心片と、
前記積層鉄心片を積層方向に沿って溶接した第１溶接部と、
前記第１溶接部の溶接割れを前記第１溶接部の一部の溶融及び凝固により溶接した第２溶接部と、
を備えた積層鉄心。

【請求項2】

請求項１の積層鉄心であって、
前記第２溶接部は、前記溶接割れの割れ線に対する近似線を基準として、前記第１溶接部の前記一部が所定の溶接幅及び溶接深さで溶融し凝固してなる、
積層鉄心。

【請求項3】

請求項１の積層鉄心に用いる溶接割れ修正方法であって、
前記第１溶接部を形成する第１溶接工程と、
前記第１溶接部の溶接割れを確認する確認工程と、
前記第２溶接部を前記溶接割れに沿った溶接により形成する第２溶接工程と、
を備えた溶接割れ修正方法。

【請求項4】

請求項３の溶接割れ修正方法であって、
前記第２溶接工程の溶接は、前記第１溶接部に前記溶接割れを含む積層鉄心片を積層方向に加圧して行う、
溶接割れ修正方法。

【請求項5】

請求項３又は４の溶接割れ修正方法であって、
前記第２溶接工程は、前記溶接割れの割れ線に対する近似線を基準として、前記溶接割れを含む前記第１溶接部の前記一部を所定の溶接幅及び溶接深さで溶融させ凝固させる溶接を行う、
溶接割れ修正方法。

【請求項6】

請求項３又は４の溶接割れ修正方法であって、
前記第２溶接工程の焦点サイズは、前記第１溶接工程の焦点サイズよりも小さい、
溶接割れ修正方法。

【請求項7】

請求項３又は４の溶接割れ修正方法であって、
前記第２溶接工程は、前記溶接を非パルスで行う、
溶接割れ修正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電動モーター等に供される積層鉄心及びその溶接割れ修正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の積層鉄心としては、複数の環状の鉄心片を積層し溶接したものがある。このような積層鉄心では、溶接が積層方向に行われるが、形成された溶接部の途中に割れ（溶接割れ）が発生することがあった。

【0003】

溶接部に割れが発生すると、溶接品質が基準を満たさず、積層鉄心を廃棄することになる。

【0004】

これに対し、特許文献１のローターの製造方法では、溶接ヘッドを鉄心片の積層面に対して所定の角度で傾斜させ、積層された複数の鉄心片に対して溶接ヘッドを相対的に移動させるようにしている。

【0005】

かかるローターの製造方法では、溶接品質の向上は可能であるが、溶接割れが発生した場合、溶接割れした積層鉄心の廃棄を伴うという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許６６５２１９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

解決しようとする問題点は、溶接割れを含む積層鉄心の廃棄を伴う点である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、複数の環状の鉄心片を積層した積層鉄心片と、前記積層鉄心片を積層方向に沿って溶接した第１溶接部と、前記第１溶接部の溶接割れを前記第１溶接部の一部の溶融及び凝固により溶接した第２溶接部と、を備えた積層鉄心を提供する。

【0009】

また、本発明は、積層鉄心に用いる溶接割れ修正方法であって、前記第１溶接部を形成する第１溶接工程と、前記第１溶接部の溶接割れを確認する確認工程と、前記第２溶接部を前記溶接割れに沿った溶接により形成する第２溶接工程と、を備えた溶接割れ修正方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、積層鉄心の廃棄を無くし又は抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施例に係る積層鉄心の斜視図である。

【図2】図２は、図１の積層鉄心の平面図である。

【図3】図３（Ａ）は、溶接前の積層鉄心片の一部を拡大して示す平面図であり、図３（Ｂ）は、溶接後の図３（Ａ）に対応した積層鉄心の一部を拡大して示す平面図である。

【図4】図４は、溶接割れを含む積層鉄心の一部を拡大して示す側面図である。

【図5】図５は、図４の溶接割れ周辺を示す拡大側面図である。

【図6】図６は、第２溶接部を示す側面図である。

【図7】図７は、図６の第２溶接部の断面図である。

【図8】図８は、実施例に係る積層鉄心の製造方法を示す工程図である。

【図9】図９は、図８の製造方法における第１溶接工程及び第２溶接工程の諸条件の一例を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明は、積層鉄心の廃棄を無くし又は抑制することを可能にするという目的を、第１溶接部の溶接割れを第１溶接部の一部の溶融及び凝固により溶接することで実現した。

【0013】

積層鉄心１は、積層鉄心片３と、第１溶接部５と、第２溶接部９とを備えて構成されている。積層鉄心片３は、複数の環状の鉄心片７を積層したものである。第１溶接部５は、積層鉄心片３の鉄心片７を積層方向に沿って溶接している。第２溶接部９は、第１溶接部５の溶接割れ１１を第１溶接部５の一部の溶融及び凝固により溶接している。

【0014】

第２溶接部９は、溶接割れ１１の割れ線１２に対する近似線１５を基準として、溶接割れ１１を含む第１溶接部５の一部が所定の溶接幅Ｗ及び溶接深さＤ２で溶融し凝固してなるものであってもよい。

【0015】

本発明の溶接割れ修正方法は、第１溶接部５を形成する第１溶接工程Ｓ１と、第１溶接部５の溶接割れ１１を確認する確認工程Ｓ２と、第２溶接部を溶接割れ１１に沿った溶接により形成する第２溶接工程Ｓ４とを備える。

【0016】

第２溶接工程Ｓ４の溶接は、第１溶接部５に溶接割れ１１を含む積層鉄心片３を積層方向に加圧して行ってもよい。

【0017】

第２溶接工程Ｓ４は、溶接割れ１１の割れ線１２に対する近似線１５を基準として、溶接割れ１１を含む第１溶接部５の一部を所定の溶接幅Ｗ及び溶接深さＤ２で溶融させ凝固させる溶接を行ってもよい。

【0018】

第２溶接工程Ｓ４の焦点サイズは、第１溶接工程Ｓ１の焦点サイズよりも小さくしてもよい。

【0019】

第２溶接工程Ｓ４は、非パルス溶接を行ってもよい。

【実施例0020】

［積層鉄心］
図１は、本発明の一実施例に係る積層鉄心の斜視図である。図２は、図１の積層鉄心の平面図である。図３（Ａ）は、溶接前の積層鉄心片の一部を拡大して示す平面図であり、図３（Ｂ）は、溶接後の図３（Ａ）に対応した積層鉄心片の一部を拡大して示す平面図である。

【0021】

本実施例の積層鉄心１は、電動モーターや発電機の固定子側に用いられるステーターコアである。この積層鉄心１は、複数の環状の鉄心片７を積層した積層鉄心片３が、複数の第１溶接部５によって鉄心片７相互間を溶接されて形成されている。複数の第１溶接部５は、積層鉄心片３の外周部に間隔を空けて配置されている。鉄心片７は、電磁鋼板からなる。

【0022】

なお、積層鉄心１は、ローターコア用に形成して適用することもできる。この場合、溶接部は、ローターコアの内周部等に形成することができる。

【0023】

各第１溶接部５は、積層鉄心片３の積層方向に沿って形成されている。なお、第１溶接部５は、両端が積層方向で離れていればよく、積層方向に厳密に沿う必要は無い。積層方向とは、積層鉄心１の軸心に沿った軸方向をいう。また、以下において周方向は、積層鉄心１の軸心周りの延設方向をいい、径方向は、積層鉄心１の径に沿った方向をいう。

【0024】

第１溶接部５の溶接箇所及び数は限定されないが、実施例の第１溶接部５は、６０°間隔で周方向の６箇所の凹部８（図３（Ａ）参照）に形成されている。積層鉄心片３の溶接前には、図３（Ａ）のように、積層方向に連続して凹部８内に溶接用の突起８ａが形成されている。第１溶接部５は、図３（Ｂ）のように、積層鉄心片３の突起８ａを溶融して凝固する溶接によって形成されている。

【0025】

第１溶接部５の溶接幅Ｂは、積層鉄心片３の周方向における第１溶接部５の寸法であり、溶接深さＤ１は、積層鉄心片３の径方向における凹部８の底部からの第１溶接部５の寸法である。

【0026】

本実施例の積層鉄心１は、第１溶接部５の溶接割れ１１を溶接した後述する第２溶接部９を備える。

【0027】

図４は、溶接割れ１１を含む積層鉄心１の一部を拡大して示す側面図である。図５は、図４の溶接割れ１１周辺を示す拡大側面図である。

【0028】

第２溶接部９の形成前において、第１溶接部５には、溶接割れ１１があり、溶接割れ１１は、第１溶接部５を分断する。本実施例の溶接割れ１１は、周方向に指向する横割れとなっている。この溶接割れ１１は、積層鉄心片３の隣接する鉄心片７間に隙間１３を発生させる。

【0029】

なお、溶接割れ１１が横割れであっても、隣接する鉄心片７間に隙間１３を発生させないこともある。また、溶接割れ１１は、溶接部５を分断せずに、ひび程度の場合もある。溶接部５を分断する溶接割れ１１は、溶接部５の分断部分間に隙間を有するものや、ほとんど隙間を有さずに線状となっているもの、それらの組み合わせ等がある。

【0030】

溶接割れ１１の指向は、後述する溶接割れ１１の近似線１５の指向をいう。溶接割れ１１は、軸方向に指向する縦割れや軸方向と周方向の双方に対して傾斜した方向に指向する斜め割れの場合もある。

【0031】

図６は、第２溶接部９の側面図である。図７は、図６の第２溶接部９の断面図である。

【0032】

第２溶接部９は、第１溶接部５の溶接割れ１１を第１溶接部５の一部の溶融及び凝固により溶接したものである。従って、積層鉄心１は、溶接割れ１１が第２溶接部９によって修正され、廃棄が無くされ又は抑制される。この第２溶接部９は、第１溶接部５の一部の溶融及び凝固によって形成されるため、第１溶接部５と一体となって強度低下等が抑制されている。

【0033】

本実施例の第２溶接部９は、溶接割れ１１に沿って形成され、第１溶接部５の一部が所定の溶接幅Ｗ及び溶接深さＤ２で溶融し凝固してなる。第２溶接部９の溶接割れ１１に沿った形成は、溶接割れ１１の指向に沿った形成又は溶接割れ１１に倣った形成をいう。

【0034】

本実施例において、第２溶接部９は、溶接割れ１１の指向に沿っており、溶接割れ１１の割れ線１２に対する近似線１５に倣って形成されている。従って、第２溶接部９は、近似線１５を基準として、溶接幅Ｗ及び溶接深さＤ２を有する線状となっている。このため、本実施例では、第２溶接部９が溶接割れ１１に倣った形状ではなく、より確実に溶接割れ１１の修正後の強度低下等が抑制される。

【0035】

なお、近似線１５は、溶接割れ１１の始端と終端とを結ぶ直線の他、回帰分析等によって求めた近似直線や近似曲線等であってもよい。溶接割れ１１が始端や終端において隙間を有する場合は、隙間の積層方向の縁部間の何れかの部分を始端や終端として結んだ直線を近似線１５とすればよい。この場合において、縁部の一方を始端や終端とするのが好ましい。

【0036】

溶接幅Ｗは、溶接割れ１１の割れ線１２以上の周方向の寸法であり、溶接深さＤ２は、積層鉄心片３の径方向における凹部８の底部からの第２溶接部９の寸法である。
この溶接深さＤ２は、第１溶接部５の溶接深さＤ１より大きいことが好ましい。

【0037】

第２溶接部９の溶接幅Ｗは、近似線１５に対し最も大きな山が入る幅となっている。本実施例の溶接幅Ｗは、第１溶接部５の溶接幅Ｂよりも小さく設定されている。ただし、溶接幅Ｗは、溶接幅Ｂよりも大きくてもよい。第２溶接部９の溶接幅Ｗを小さく設定する程度は溶接割れ１１を溶着できる限り自由である。

【0038】

第２溶接部９の溶接長さＬは、第１溶接部５の溶接幅Ｂよりも小さく設定されている。ただし、第２溶接部９の溶接長さＬは、任意に設定可能であり、第１溶接部５の溶接幅Ｂよりも大きく設定してもよい。なお、溶接長さＬは、第２溶接部９の指向する方向の寸法であり、実施例において第２溶接部９の周方向の寸法をいう。

【0039】

［廃却と溶接割れ修正方法］
図８は、実施例１に係る溶接割れ修正方法を適用した積層鉄心１の製造方法を示す工程図である。本実施例の製造方法は、複数の鉄心片７を積層した積層鉄心片３に対する溶接以降を行う。

【0040】

第１溶接工程Ｓ１では、積層鉄心片３の外周部において、第１溶接部５の形成を行う。これにより、積層鉄心片３の鉄心片７を積層方向に沿って溶接する（図１及び図２参照）。

【0041】

溶接に際しては、整列治具（図示せず）に複数の鉄心片７が積層鉄心片３として積層されており、この積層鉄心３を整列治具上で所定の厚さに加圧する。

【0042】

次いで、ファイバーレーザー溶接機等のトーチにより、加圧状態の積層鉄心３に対して溶接が行われて第１溶接部５が形成される。

【0043】

こうして完成した積層鉄心１は、確認工程Ｓ２においてカメラ画像にて溶接割れ１１の確認を受ける。溶接割れ１１が無い積層鉄心１は、次工程Ｓ３がなされ、溶接割れ１１が見つかった積層鉄心１は、廃棄されずに第２溶接工程Ｓ４がなされる。

【0044】

第２溶接工程Ｓ４では、溶接割れ１１に沿った溶接により第２溶接部９が形成される。溶接割れ１１に沿った溶接とは、溶接割れ１１の指向に沿った溶接又は溶接割れ１１に倣った溶接をいう。

【0045】

本実施例の第２溶接工程Ｓ４は、溶接割れ１１の割れ線１２に対する近似線１５を基準とし、溶接割れ１１を含む第１溶接部５の一部を溶接幅Ｗ及び溶接深さＤ２で溶融して凝固した溶接を行う。例えば、例えば近似線１５に焦点の中心を合せてトーチを移動させる。従って、溶接動作を簡素化することができる。

【0046】

本実施例において、近似線１５は、近似直線であり、トーチを近似直線に沿って直線移動させる。なお、近似線１５は、溶接割れ１１の発生状態により近似曲線にすることもできる。この場合は、トーチを近似曲線に沿って曲線移動させる。

【0047】

この溶接では、近似線１５に対し最も大きな山が入る溶接幅Ｗとし、第１溶接部５の溶接深さＤ１を上回る溶接深さＤ２となるように、または第１溶接部５の断面積を上回る第２溶接部９の断面積となるように溶接パワー、溶接スピード、焦点サイズ、往復回数（重ね回数）等の溶接条件を設定する。溶接割れ１１の割れ線１２は、周方向と軸方向にジグザグ形状を有するが、周方向へのトーチの移動で軸方向にも溶融するので問題はない。なお、第１溶接部５の溶接深さＤ１を下回る溶接深さＤ２となるように、または、第１溶接部５の断面積を下回る第２溶接部９の断面積となるように、溶接条件を設定してもよい。

【0048】

溶接割れ１１は、一回発生したら割れ箇所の割れ要因（応力等）はリセットされる場合がある。この場合、溶接割れ１１により応力等が除去された状態で第２溶接部９により溶接割れ１１を確実に修正することができる。

【0049】

従って、本実施例では、第１溶接部５に溶接割れ１１が生じたとしても、第２溶接部９によって溶接割れ１１を溶接して修正することができ、積層鉄心１の廃棄を無くし又は抑制することができる。

【0050】

図９は、図８の製造方法における第１溶接工程Ｓ１及び第２溶接工程Ｓ４の諸条件の一例を示す図表である。図中の第１溶接及び第２溶接は、それぞれ第１溶接工程Ｓ１及び第２溶接工程Ｓ４による溶接を意味する。

【0051】

第２溶接工程Ｓ４の溶接パワー及び焦点サイズは、第１溶接工程Ｓ１の溶接パワー及び焦点サイズよりも小さいものとした。これにより、緻密な修正ができる。なお、第２溶接工程Ｓ４の溶接パワー及び焦点サイズは、第１溶接工程Ｓ１の溶接パワー及び焦点サイズと同等又はそれよりも大きいものとすることも可能である。

【0052】

また、第２溶接工程Ｓ４の溶接スピードは、第１溶接工程Ｓ１の溶接スピードよりも大きいものとした。これにより、急激な溶融を抑制し、緻密な修正ができる。なお、溶接スピードは、焦点の移動スピードである。第２溶接工程Ｓ４の溶接スピードは、第１溶接工程Ｓ１の溶接スピードと同等又はそれよりも小さいものとすることも可能である。

【0053】

第２溶接工程Ｓ４では、溶接パワーが第１溶接工程Ｓ１に対して低出力にしているため、スパッタを抑制できる。また、溶接パワーが低出力であれば、発振器を安価にすることもできる。

【0054】

第２溶接工程の焦点サイズは、溶接割れ１１の割れ線１２が細く、且つ加圧によりさらに細くなるので、第１溶接工程Ｓ１での焦点サイズに比較して相対的に小さくできる。

【0055】

また、第１溶接工程Ｓ１での積層鉄心片３の加圧力は、鉄心片７間の隙間が小さくなる荷重を下限とする。ただし、加圧力により鉄心片７が変形、破損しない荷重を上限とする。

【0056】

第２溶接工程Ｓ４での積層鉄心片３の加圧力は、溶接割れ１１による層間の隙間１３が小さくなる荷重を下限とする。この荷重は、第１溶接工程Ｓ１での下限よりも大きくなる。第２溶接工程Ｓ４での荷重の上限は、第１溶接工程Ｓ１での上限同様に鉄心片７が変形、破損しない荷重とする。

【0057】

また、第１溶接工程Ｓ１は、パルス溶接を行うのに対し、第２溶接工程Ｓ４は、非パルス溶接を行う。第２溶接工程Ｓ４において非パルス溶接することにより、スパッタの発生を抑制できる。

【0058】

ただし、第２溶接工程Ｓ４をパルス溶接とすることもできる。第１溶接工程Ｓ１を非パルス溶接で行うこともできる。

【0059】

その他、第２溶接工程Ｓ４は、第２溶接を複数回の重ね溶接で行い、スパッタを抑制しながらも第２溶接部９の溶接深さＤ２及び断面積の低減を補うことができる。実施例では、例えば、４往復で計８回の溶接を行っている。ただし、第２溶接工程Ｓ４を高出力等とする場合は、往復する必要は無い。

【0060】

第２溶接工程Ｓ５での修正後には、積層鉄心１に対する確認工程Ｓ２を再度行ってもよい。修正後の溶接割れ１１の確認は、第１溶接工程Ｓ１後の確認工程Ｓ２と同一に行うことが可能である。このため、確認工程Ｓ２に対するラインの上流に修正後の積層鉄心１を再投入すればよい。

【符号の説明】

【0061】

１ 積層鉄心
３ 積層鉄心片
５ 第１溶接部
７ 鉄心片
９ 第２溶接部
１１ 溶接割れ
１２ 割れ線
１５ 近似線
Ｓ１ 第１溶接工程
Ｓ２ 確認工程
Ｓ４ 第２溶接工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】