JP5153167B2 - 回転機用巻線接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定子の固定子鉄心に巻き付けられえた固定子巻線と外部で接続する接続部材と、前記固定子鉄心の軸方向の一方側に設けられた前記接続部材を保持する保持部材を備える回転機用巻線接続装置に関する。

従来、このような回転機用巻線接続装置には、特許文献１（特開２００４−６４９５４号公報）に示すような巻線接続端子１０を設けている。本願では図５に示している。
図５に示す巻線接続端子１０は、巻線接続端子１０の先端部を縦割りにしたスリット部が設けられ、スリット部を挟んだ巻線接続端子１０の両片の先端部を先細り形状としている。この図５には固定子鉄心に巻き付けられた固定子巻線２０の端部を巻線接続端子１０の先端部の縦割りとなったスリット部に挿入した後、図６の溶接後に示す様に巻線接続端子１０と固定子巻線２０の端部とをＴＩＧ溶接等で溶接して接続固定するものである。尚、図６の溶接前の図は、図５の巻線接続端子１０を上から見た図である。

特開２００４−６４９５４号公報

しかしながら、図６の様に巻線接続端子１０の先端部の縦割りにしたスリット部に固定子巻線２０を挿入して溶接する際、図５及び図６の溶接前の図よりわかるように巻線接続端子１０の両片の先端部が先細形状になっているためＴＩＧ溶接等の溶接熱の伝わり方に差が生じて均一に溶接することができない。図６の溶接後の図に示すように、接続固定を確実に行わないといけない固定子巻線２０の端部の溶接が不十分であるのに巻線接続端子１０の両片の先端部分が早く鎔け落ち溶接部の仕上がりにバラツキが生じてしまう。その結果、溶接部の引張強度が不足になったり、また溶接不良による導通不良も発生する。

本発明は、これに鑑みて回転機用巻線接続装置の巻線接続端子の溶接が良好にできるように最適な形状にし、また巻線接続端子を最適な形状にすることにより回転機用巻線接続装置を小型化するものである。

本発明は、固定子の固定子鉄心に巻き付けられえた固定子巻線と外部で接続する接続部材と、固定子鉄心の軸方向の一方側に設けられた接続部材を保持する保持部材を備える回転機用巻線接続装置において、接続部材には固定子巻線の端部を収容する巻線接続端子が設けられ、巻線接続端子は、巻線接続端子の本体部と本体部から伸びた２本の角部の間に固定子巻線を収容できるＵ字形の溝が設けられた巻線接続端子である。また、本体部の端子幅よりも、このＵ字形の溝が設けられた部分の巻線接続端子の外側両端部の幅が広く構成されている巻線接続端子であり、
前記巻線接続端子のＵ字形の溝に前記固定子巻線を収容して巻線接続端子の本体部から伸びた２本の角部を溶かし溶接するものであって、
この固定子巻線を収容する本体部から伸びた２本の角部の合計面積をＴ、固定子巻線の断面積をＳとしたとき、１≦（Ｔ／Ｓ）≦３を満足するように巻線接続端子を形成した回転機用巻線接続装置とする。

また、巻線接続端子の本体部から伸びた２本の角部の合計幅は前記固定子巻線の直径より幅広く構成することによりより安定した溶接が可能となる。

更に、巻線接続端子の表面は錫メッキを施すことによって溶接を容易に行うことができる。

本発明によれば、固定子鉄心に巻き付けられた固定子巻線の端部と接続させる接続部材が保持される保持部材を備える回転機用巻線接続装置において、接続部材には固定子巻線の端部を収容する巻線接続端子が設けられ、巻線接続端子の本体部と本体部から伸びた２本の角部で構成されたＵ字形の溝に固定子巻線を収容して巻線接続端子の本体部から伸びた２本の角部を溶かし溶接する溶接断面積を最適な溶接形状とすることにより溶接する際の溶接熱の伝わり方を均一にすることができ、溶接部の仕上がりが良好で、バラツキの少ない安定した溶接引張強度を得ることができる。また、溶接部分が確実に接続することができるので接触抵抗が小さく導通不良等を低減することができる。また、最適な巻線接続端子の形状としているので小型化も可能である。

また、固定子巻線の直径より巻線接続端子の本体部から伸びた２本の角部の合計幅を前記固定子巻線の直径より幅広い構成とすることにより、よい安定した溶接が可能となる。
また、巻線接続端子の表面は錫メッキを施すことにより溶接が更に容易に行うことができる。

また、このような回転機用巻線接続装置を車両用途として固定子鉄心の軸方向の一方側に備えた電動機とすることにより電動機の小型化が可能となり接触抵抗が小さく、導通不良を低減し、品質を向上した電動機とすることができる。

本発明を図面を用いて説明する。図１は固定子の固定子鉄心に固定子巻線２ａを巻き付けた固定子鉄心から固定子巻線２ａの端部を引出し、外部の接続部材４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘａ、４０Ｘｂと溶接もしくはハンダ等により結線する回転機用巻線接続装置５０である。図１に示した回転機用巻線接続装置５０の接続部材４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘａ、４０Ｘｂは絶縁性の高い保持部材６０で保持され固定子の軸方向の一方に取り付けられている。また、保持部材６０の材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等がある。

このような回転機用巻線接続装置５０を固定子鉄心の軸方向の一方に備えた固定子を用いた電動機は、大電流が流れる太い巻線を用いる固定子に適用することが多い。特に、自動車に搭載される電動パワーステアリングなどに使用される。尚、固定子巻線２ａは固定子鉄心に分割コアを用いて、樹脂絶縁を施した上から直接、固定子巻線２ａを巻き付けた集中巻き方式による電動機である。

図１に示す回転機用巻線接続装置５０では、固定子のスロットが１２スロットで１０極を形成し２Ｙ結線した三相電動機である。固定子巻線２ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成し、Ｕ相を構成する固定子巻線２ａの一方の端部は中性点を形成する接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂに接続し、他方は固定子巻線２ａと外部で接続する接続部材４０Ｕに接続する。同様に、Ｖ相を構成する固定子巻線２ａの一方の端部は中性点を形成する接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂに接続し、他方は固定子巻線２ａと外部で接続する接続部材４０Ｖに接続する。またＷ相も固定子巻線２ａの一方の端部は中性点を形成する接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂに接続し、他方は固定子巻線２ａと外部で接続する接続部材４０Ｗに接続する。尚、Ｕ、Ｖ、Ｗは、各々電動機外部の電源側に接続する端子部である。

ここで、各相の固定子巻線２ａの一方の端部で中性点を構成するために接続する接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂ、並びに、各相の固定子巻線２ａと外部で接続する接続部材４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗには、固定子巻線２ａの一方もしくは他方の端部を収容する巻線接続端子１ａが各々設けられている。
接続部材４０Ｕの両端部には２Ｙ結線されるＵ相の固定子巻線２ａの端部を収容する巻線接続端子１ａが両端部に１ヶ所づつＵａ、Ｕｂが設けられている。
接続部材４０Ｖの両端部には２Ｙ結線されるＶ相の固定子巻線２ａの端部を収容する巻線接続端子１ａが両端部に１ヶ所づつＶａ、Ｖｂが設けられている。
接続部材４０Ｗの両端部には２Ｙ結線されるＷ相の固定子巻線２ａの端部を収容する巻線接続端子１ａが両端部に１ヶ所づつＷａ、Ｗｂが設けられている。
一方の接続部材４０Ｘａの両端部に１ヶ所づつＸａａ、Ｘａｃ及び両端部の間に１ヶ所Ｘａｂの計３ヶ箇所に２Ｙ結線される中性点の固定子巻線２ａの端部を収容する巻線接続端子１ａが設けられている。
他方の接続部材４０Ｘｂの両端部に１ヶ所づつＸｂａ、Ｘｂｃ及び両端部の間に１ヶ所Ｘｂｂの計３ヶ箇所に２Ｙ結線される中性点の固定子巻線２ａの端部を収容する巻線接続端子１ａが設けられている。

接続部材４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘａ、４０Ｘｂは、保持部材に保持されている状態で、固定子鉄心の軸方向に直角な断面で見て異なる半径を有し３層の略円弧状に配置されている。
本実施形態では、固定子鉄心の軸方向に直角な断面で見て最外周層には２Ｙを結線する中性点の接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂを２ヶ所と、Ｕ相を２Ｙ結線する接続部材４０Ｕが略同心円弧状に配置されている。
その内側の中間層にはＵ相を２Ｙ結線する接続部材４０ＵとＷ相を２Ｙ結線する接続部材４０Ｗが略同心円弧状に配置されている。
更に、その内側の最内周層にはＶ相を２Ｙ結線する接続部材４０Ｖが配置されている。

尚、接続部材４０Ｕは、固定子鉄心の軸方向に直角な断面で見て最外周層の２ヶ所の接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂと略同心円弧状に形成し、最外周層に配置された接続部材４０Ｕに段付き渡り部４０Ｕａが設けられ、中間層に配置された接続部材４０Ｗと略同心円弧状に形成した接続部材としている。これによって回転機用巻線接続装置５０に各接続部材４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗと４０Ｘａ、４０Ｘｂを３層構造に配置することができる。これにより回転機用巻線接続装置５０の径方向の大きさを小さくすることができ小型化することができる。
また、実施形態では接続部材４０Ｕの段付き渡り部４０Ｕａは、１ヶ所であるが複数箇所設けても良い。また、図１の実施形態では接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂの２ヶ所に分かれているが、２ヶ所の接続部材４０Ｘａ、４０Ｘｂを繋いだ状態でも同様の効果がある。

このような実施形態における固定子鉄心の軸方向に直角な断面で見て径方向の大きさを小さくした回転機用巻線接続装置５０の巻線接続端子１ａを図２で説明する。図２の巻線接続端子１ａは、実施形態のように回転機用巻線接続装置５０の径方向の大きさが小さく巻線接続端子１ａの配置や形状が大きく取れない場合に特に適している。

本実施形態の図２の巻線接続端子１ａは本体部ｃと本体部ｃから伸びた２本の角部ａ、ｂで構成されており、本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの間に固定子巻線２ａの一方の端部、もしくは他方の端部が挿入し易いようになっている。

本実施形態における溶接条件は、溶接電流が１１０（Ａ）〜９０（Ａ）、溶接時間を１９５（ｍsec）〜１０５（ｍsec）であり、ＴＩＧ溶接を用いている。また本実施形態における固定子巻線２ａの線径はφ１．０〜φ２．５の太線の固定子巻線２ａを用いている。

この条件において、溶接を行った際、固定子巻線２ａの線径の断面積Ｓに対する、巻線接続端子１ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの面積Ｔａ、Ｔｂの広さによって固定子巻線２ａと巻線端子部１ａとの溶接の溶接引張強度が変わってくる。本体部ｃと角部ａ、ｂの境界線は、本体部ｃに対してＵ字形状の溝に固定子巻線２ａが挿入される底部の位置から直角に引いた垂線である。固定子巻線２ａの線径の断面積Ｓに対して巻線接続端子２ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの面積Ｔａ、Ｔｂが小さい場合は、早く溶接熱が伝わり、溶断してしまい鎔け落ちてしまう。

また、逆に、固定子巻線２ａの線径の断面積Ｓに対して巻線接続端子１ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの面積Ｔａ、Ｔｂが大き過ぎる場合は、溶接熱が伝わり難く溶接が不完全となってしまう。このような状況より判断して安定した溶接引張強度を維持でき、図３に示すような溶接箇所３ａにおいて、外観上、溶接突起などが発生しない形状とすることが重要となる。

図４に示す様に、安定した最大の溶接引張強度が得られるピーク値５５（Ｋｇ）に対して、溶接引張強度が維持でき、溶接箇所３ａの外観上、溶接突起などの発生しない形状とするには４４（Ｋｇ）以上必要である。つまり、溶接引張強度をピーク値の値に対して溶接引張強度を約８０％以上とすることにより安定した溶接引張強度が維持でき、溶接箇所３ａの外観上、溶接突起なども発生しない形状とすることができる。

ここで本実施形態の巻線接続端子１ａの形状に溶接を施した場合、図３に示すような溶接箇所３ａとするには固定子巻線２ａの線径の断面積Ｓに対して巻線接続端子１ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの断面積Ｔａ、Ｔｂの合計の面積Ｔ＝Ｔａ＋Ｔｂの比率が、１≦（Ｔ／Ｓ）≦３とすることにより安定した溶接を行うことができ８０％以上の溶接引張強度を維持することができる。また、溶接箇所３ａの外観上、溶接突起などが発生しない形状とすることができる。

図４より解るように（Ｔ／Ｓ）の比率が１以下である場合は、巻線接続端子１ａが鎔けすぎて強度が落ちてしまう。また、（Ｔ／Ｓ）の比率が３以上ある場合、溶接を確実にすることができずに溶接強度が落ちてしまう。具体的には、（Ｔ／Ｓ）の比率が、（Ｔ／Ｓ）＝１の場合は５４（Ｋｇ）であり、（Ｔ／Ｓ）＝２の場合は５５（Ｋｇ）、（Ｔ／Ｓ）＝３の場合は４８（ｋｇ）である。

また、図２に示す様に、固定子巻線２ａの線径Ｒに対して、巻線接続端子１ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂの最少の端子幅ｒａ、ｒｂは、線径Ｒより幅広にすることにより、溶接熱により巻線接続端子１ａの本体部ｃからＵ字状に伸びた２本の角部ａ、ｂが鎔け落ちることもない。先に固定子巻線２ａが鎔けてから巻線接続端子１ａの２本の角部ａ、ｂが鎔けて溶接されることになり確実に溶接することができ溶接引張強度を上げることができる。従って、巻線接続端子１ａの線径Ｒより端子幅の最少幅ｒａ、ｒｂの合計（ｒａ＋ｒｂ）を幅広にすることにより安定した溶接が可能となる（（ｒａ＋ｒｂ）≧Ｒ）。

また、巻線接続端子１ａの端子表面に錫メッキを施すことにより、より溶融性が上がり、接触抵抗が低く、耐食性に優れ溶接強度を向上した巻線接続端子とすることが可能となる。
尚、この錫メッキは、錫メッキを施した銅板を打ち抜いて巻線接続端子１ａを形成している関係上、銅板の打ち抜いた刃断面には錫メッキが施されていない。

回転機用巻線接続装置の図。 回転機用巻線接続装置に使用する巻線接続端子の図。 図２の巻線接続端子を溶接した後の溶接部形状の図。 溶接引張強度と端子の面積／巻線線径断面積との関係を示すグラフ。 従来の巻線接続端子の溶接前の図。 図５に示した巻線接続端子の溶接前後の状態を示した図。

符号の説明

１ａ、１０、Ｕａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂ、Ｘａａ〜Ｘａｃ、Ｘｂａ〜Ｘｂｃ・・・巻線接続端子
Ｕ、Ｖ、Ｗ・・・端子部
２ａ、２０・・・巻線
３ａ、３０・・・溶接箇所
４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ、４０Ｘａ、４０Ｘｂ・・・接続部材
４０Ｕａ・・・段付き渡り部
５０・・・回転機用巻線接続装置
６０・・・保持部材
Ｓ・・・巻線の断面積

Claims (3)

1. 固定子の固定子鉄心に巻き付けられえた固定子巻線と外部で接続する接続部材と、前記固定子鉄心の軸方向の一方側に設けられた前記接続部材を保持する保持部材を備える回転機用巻線接続装置であって、
   前記接続部材には前記固定子巻線の端部を収容する巻線接続端子が設けられ、
   前記巻線接続端子は、本体部と本体部から伸びた２本の角部の間に前記固定子巻線を収容できるＵ字形の溝が設けられており、
   前記巻線接続端子のＵ字形の溝に前記固定子巻線を収容して本体部から伸びた２本の角部を溶かし溶接するものであって、
   溶接電流が１１０（Ａ）〜９０（Ａ）、溶接時間を１９５（ｍｓｅｃ）〜１０５（ｍｓｅｃ）で溶接を行うものであって、
   前記固定子巻線を収容する本体部から伸びた２本の角部の合計面積をＴ、前記固定子巻線の断面積をＳとしたとき、１≦（Ｔ／Ｓ）≦３を満足するように前記巻線接続端子が形成されていることを特徴とする回転機用巻線接続装置。
2. 前記巻線接続端子の本体部から伸びた２本の角部の合計幅は前記固定子巻線の直径より幅広に構成されたことを特徴とする請求項１項記載の回転機用巻線接続装置。
3. 前記巻線接続端子は錫メッキが施されたことを特徴とする請求項１項及び請求項２項記載の回転機用巻線接続装置。

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