JP6973055B2

JP6973055B2 - 導体接合方法

Info

Publication number: JP6973055B2
Application number: JP2017251278A
Authority: JP
Inventors: 康文鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019118200A

Description

本開示は、ステータコアに巻回されたコイルと、端子に接続された動力線とを接合する導体接合方法に関する。

従来、ステータコアに挿入された電気導体の端部同士を溶接する溶接装置として、ステータを支持する治具と、溶接トーチと、クランプ治具とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この溶接装置のクランプ冶具は、互いに対をなす電気導体の端部を４組一括してステータコアの周方向における両側からクランプするものであり、溶接装置は、クランプ治具により挟持された電気導体の端部を順番に溶接する。これにより、ステータコアにコイルが巻回され、当該コイルの端部には、端子に接続された動力線の端部が電気的に接合される。そして、動力線の端子は、一般に、ステータを含む電動機のハウジングに設置された端子台に固定され、当該端子台を介して他の電気機器に接続される。

国際公開第２０１７／１５９８６５号

しかしながら、上述のような溶接装置を利用しても、コイルと動力線とを接合する際に、コイルの端部に対して動力線の端部が傾いた状態で溶接されてしまうことがある。このような場合、ステータを電動機のハウジングに組み付ける際に、動力線に接続されている端子の位置が固定対象である端子台に対してズレてしまい、当該端子の端子台への固定作業を容易に実行し得なくなる。また、端子の位置を強制的に修正して当該端子を端子台に固定すると、動力線の変形等により当該動力線の端部とコイルの端部との溶接部の強度に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

そこで、本開示は、ステータコアに巻回されたコイルの端部に動力線の端子の位置ズレを生じさせないように当該動力線の端部を接合することを主目的とする。

本開示の導体接合方法は、絶縁被膜が施された導体により形成されると共にステータコアに巻回されたコイルの端部と、端子に接続された動力線の端部とを接合する導体接合方法であって、前記絶縁被膜が剥離された前記コイルの前記端部と前記動力線の前記端部とが隣り合うように該コイルの前記絶縁被膜が剥離されていない部分と前記動力線とをクランプし、前記コイルの前記端部と前記動力線の前記端部とをクランプして両者を溶接するものである。

この方法は、絶縁被膜が剥離されたコイルの端部に動力線の端部を溶接する前に、コイルの絶縁被膜が剥離されていない部分と動力線とをクランプするものである。これにより、動力線の端部がコイルの絶縁被膜の終端部を支点としてコイルの端部に対して傾斜した状態で、当該コイルの端部に溶接されてしまうのを抑制することができる。この結果、コイルの端部に対する動力線の傾斜に起因した端子の位置ズレの発生を生じさせないように、コイルの端部に動力線の端部を接合することが可能となる。

また、前記コイルの前記絶縁被膜が剥離されていない部分と前記動力線とをクランプする際には、前記コイルを前記動力線側に引き寄せるようにしてもよい。これにより、動力線および端子の位置を基準としてコイルの端部に動力線の端部を接合することができるので、端子の位置ズレの発生をより良好に抑制することが可能となる。

更に、前記コイルの前記端部と前記動力線の前記端部とをクランプする際のクランプ力は、前記コイルの前記絶縁被膜が剥離されていない部分と前記動力線とをクランプする際のクランプ力よりも小さく定められてもよい。これにより、コイルの端部と動力線の端部とをクランプした際に、動力線がコイルの絶縁被膜の終端部を支点としてコイルの端部に対して傾斜してしまうのを抑制することが可能となる。

本開示の導体接合方法を利用して製造される電動機用ステータを示す概略構成図である。図１の電動機用ステータを示す平面図である。ステータコアに巻回されたコイルの端部と、端子に接続された動力線の端部とを接合する手順の一例を示す説明図である。本開示の導体接合方法を説明するための要部拡大図である。（ａ）および（ｂ）は、本開示の導体接合方法を説明するための模式図である。本開示の導体接合方法を説明するための要部拡大図である。本開示の導体接合方法を利用して製造される電動機用ステータの要部を示す説明図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の導体接合方法を利用して製造される電動機用ステータ１を示す概略構成図であり、図２は、電動機用ステータ１を示す平面図である。これらの図面に示す電動機用ステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電気自動車やハイブリッド車両の走行駆動源あるいは発電機として用いられる３相交流電動機を構成するものである。本実施形態の電動機用ステータ１は、ステータコア２と、複数のステータコイル３とを含む。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板２１（図２参照）を複数積層することにより構成され、全体として円環状を呈する。ステータコア２は、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する図示しない複数のティース部と、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に形成された複数のコアスロット（図示省略）とを含む。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

複数のステータコイル３は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを含み、各ステータコイル３は、複数のセグメントコイル４を電気的に接合することにより形成される。セグメントコイル４は、例えば厚みが０．２〜０．３ｍｍ程度のエナメル樹脂等からなる絶縁被膜が表面に成膜された平角線を略Ｕ字状に曲げ加工することにより形成された電気導体であり、絶縁被膜が除去された２つの先端部を有する。各セグメントコイル４の２つの脚部は、それぞれステータコア２の対応するコアスロットに挿通され、各セグメントコイル４のステータコア２の一端面（図１における上端面）から突出した部分には、図示しない曲げ加工装置を用いた曲げ加工が施される。

曲げ加工後の各セグメントコイル４の先端部は、ステータコア２の軸方向に延在し、対応する他のセグメントコイル４の先端部に溶接（本実施形態では、ＴＩＧ溶接）により電気的に接合される。これにより、複数のステータコイル３がステータコア２に対して巻回され、各ステータコイル３は、それぞれステータコア２の軸方向における端面から外側に突出する２つの環状のコイルエンド部３ａ，３ｂを有する。また、ステータコア２の各コアスロット内には、図示しないインシュレータ（絶縁紙）が配置される。

ステータコア２のコアスロットに挿通された多数のセグメントコイル４のうち、３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の端部は、他のセグメントコイル４に接合されず、図１および図２に示すように、図示しない曲げ加工装置によりステータコア２の外周に向けて折り曲げられると共に、図１中上方に向けて折り曲げられる。以下、このようにステータコア２の外周側に引き出される３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の端部を、引出線（第１導体）４０ｕ，４０ｖ，４０ｗという。引出線４０ｕは、Ｕ相コイルに含まれるものであり、引出線４０ｖは、Ｖ相コイルに含まれるものであり、引出線４０ｗは、Ｗ相コイルに含まれるものである。

引出線４０ｕの先端部４１（第１先端部：絶縁被覆が剥離された部分）は、図１に示すようにステータコア２の軸方向に延在し、図２に示すように、Ｕ相の端子５ｕに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｕの先端部５１（第２先端部：絶縁被覆が剥離された部分、図３参照）に溶接（本実施形態では、ＴＩＧ溶接）により電気的に接合される。また、引出線４０ｖの先端部４１も、ステータコア２の軸方向に延在し、Ｖ相の端子５ｖに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｖの先端部５１に溶接（本実施形態では、ＴＩＧ溶接）により電気的に接合される。引出線４０ｗの先端部４１も、ステータコア２の軸方向に延在し、Ｗ相の端子５ｗに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｗの先端部５１に溶接（本実施形態では、ＴＩＧ溶接）により電気的に接合される。動力線５０ｕ，５０ｖ，５０ｗは、例えば表面に絶縁被膜が成膜された丸線（電気導体）により形成されており、それぞれ樹脂製の保持部材６に固定されている。端子５ｕ−５ｗは、図示しない電動機のハウジングに電動機用ステータ１が組み付けられた際に当該ハウジングに設置（固定）された図示しない端子台に固定される。

ここで、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１との接合に際し、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に対して、動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１が傾いた状態で溶接されてしまうことがある。すなわち、図３に示すように、絶縁被膜４５が剥離された引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１とを溶接電極（陰極）として機能するクランプ２００によりクランプして両者をＴＩＧ溶接する場合、先端部５１が引出線４０ｕ−４０ｗの絶縁被膜４５の終端部４５ｅを支点として先端部４１に対して僅かに傾斜してしまうことがある。

このような場合、先端部４１に対する先端部５１の傾斜が僅かなものであっても、図３に示すように、当該傾斜が先端部５１から離間した動力線５０ｕ−５０ｗの端子５ｕ−５ｗの位置や姿勢に与える影響は無視し得ないものとなる。このため、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１が傾いた状態で溶接された場合、端子５ｕ−５ｗの位置が固定対象である端子台に対してズレてしまい、当該端子５ｕ−５ｗの端子台への固定作業を容易に実行し得なくなる。また、端子５ｕ−５ｗの位置ズレを生じた場合に、端子５ｕ−５ｗの位置を強制的に修正して当該端子５ｕ−５ｗを端子台に固定すると、動力線５０ｕ−５０ｗの変形等により先端部５１と引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１との溶接部の強度に悪影響を及ぼすおそれもある。

これを踏まえて、電動機用ステータ１の製造に際しては、以下に説明するような手順により引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１とが接合される。図４に示すように、例えば引出線４０ｕの先端部４１と動力線５０ｕの先端部５１とを接合する場合、まず、引出線４０ｕの絶縁被膜が剥離されていない部分と動力線５０ｕの絶縁被膜が剥離されていない部分とをクランプ１００によりクランプする。クランプ１００は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、押さえ部材１０１と、爪部１０２ａを有する引き寄せ部材１０２と、図示しない駆動装置とを含むものである。押さえ部材１０１および引き寄せ部材１０２は、溶接電極として機能するクランプ２００を形成する素材（例えば、銅）よりも導電率の低い素材（例えば、鉄）により形成されている。

クランプ１００は、引出線４０ｕ（４０ｖ，４０ｗ）および動力線５０ｕ（５０ｖ，５０ｗ）の一方に押さえ部材１０１を押し当てた状態で（図５（ａ）参照）、引き寄せ部材１０２により引出線４０ｕ（４０ｖ，４０ｗ）および動力線５０ｕ（５０ｖ，５０ｗ）の他方を一方側に引き寄せて両者をクランプする（図５（ｂ）参照）。そして、本実施形態では、図示するように、引出線４０ｕ（４０ｖ，４０ｗ）を動力線５０ｕ（５０ｖ，５０ｗ）側に引き寄せて両者の絶縁被膜が剥離されていない部分同士をクランプする。

次いで、図６に示すように、溶接電極として機能するクランプ２００により引出線４０ｕの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｖの先端部５１とをクランプする。本実施形態において、先端部４１および５１をクランプするクランプ２００のクランプ力は、引出線４０ｕおよび動力線５０ｕの絶縁被膜が剥離されていない部分同士をクランプするクランプ１００のクランプ力（例えば、２００Ｎ程度）よりも小さく（例えば、１５０Ｎ程度）定められている。そして、図示しないタングステン電極（陽極）を含む溶接トーチ２０１から先端部４１および５１に不活性ガスを吹き付けながら当該溶接トーチ２０１からのアークにより両者を溶融させて接合する。

これにより、動力線５０ｕ−５０ｖの先端部５１が引出線４０ｕ−４０ｗの絶縁被膜４５の終端部４５ｅを支点として引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に対して傾斜した状態で、先端部４１に溶接されてしまうのを抑制することができる。この結果、図７に示すように、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に対する動力線５０ｕ−５０ｖの傾斜に起因した端子５ｕ−５ｗの位置ズレの発生を生じさせないように、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に動力線５０ｕ−５０ｖの先端部５１を接合することが可能となる。

また、引出線４０ｕ−４０ｗの絶縁被膜４５が剥離されていない部分と動力線５０ｕ−５０ｖとをクランプ１００によりクランプする際に、引出線４０ｕ−４０ｗを動力線５０ｕ−５０ｖ側に引き寄せることで、動力線５０ｕ−５０ｖおよび端子５ｕ−５ｗの位置を基準として先端部４１および５１を接合することができる。これにより、端子５ｕ−５ｗ位置ズレの発生をより良好に抑制することが可能となる。

更に、上記実施形態では、先端部４１および５１をクランプするクランプ２００のクランプ力が引出線４０ｕおよび動力線５０ｕの絶縁被膜が剥離されていない部分同士をクランプするクランプ１００のクランプ力よりも小さく定められる。これにより、先端部４１および５１がクランプ２００によりクランプされた際に、動力線５０ｕ−５０ｖの先端部５１が引出線４０ｕ−４０ｗの絶縁被膜４５の終端部４５ｅを支点として引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に対して傾斜してしまうのを抑制することが可能となる。

引出線４０ｕ−４０ｗと動力線５０ｕ−５０ｖとの接合が完了すると、ステータコア２には、図１中上端面から露出する各ステータコイル３のコイルエンド部３ａ側から図中下方のコイルエンド部３ｂ側に向けてワニス等の樹脂が塗布される。これにより、当該樹脂により各セグメントコイル４や図示しないインシュレータがステータコア２に固定される。更に、セグメントコイル４の先端部同士の接合部や、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１との接合部といった電気導体の露出部には、絶縁用の粉体が塗布される。

以上説明したように、本開示の導線接合方法によれば、ステータコイル３すなわち引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１に対する動力線５０ｕ−５０ｖの傾斜に起因した端子５ｕ−５ｗの位置ズレの発生を生じさせないように、先端部４１および５１を接合することが可能となる。なお、図示を省略するが、クランプ１００および２００は、複数組の引出線４０ｕ−４０ｗおよび動力線５０ｕ−５０ｖ、または複数組の先端部４１および５１を一括してクランプするように構成されてもよい。また、先端部４１および５１は、溶接電極として機能するクランプを利用するものであれば、ＴＩＧ溶接以外の溶接により接合されてもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電動機の製造分野等において利用可能である。

１電動機用ステータ、２ステータコア，２１電磁鋼板、３ステータコイル、３ａ，３ｂコイルエンド部、４，４ｕ，４ｖ，４ｗセグメントコイル、４０ｕ，４０ｖ，４０ｗ引出線、４１先端部、４５絶縁被膜、４５ｅ終端部、５ｕ，５ｖ，５ｗ端子、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ動力線、５１先端部、１００クランプ、１０１押さえ部材、１０２引き寄せ部材、１０２ａ爪部、２００クランプ、２０１溶接トーチ。

Claims

絶縁被膜が施された導体により形成されると共にステータコアに巻回されたコイルの端部と、絶縁被膜が施された導体により形成されると共に端子に接続された動力線の端部とを接合する導体接合方法であって、
前記絶縁被膜が剥離された前記コイルの前記端部と前記絶縁被膜が剥離された前記動力線の前記端部とが隣り合うように該コイルの前記絶縁被膜が剥離されていない部分と前記動力線の前記絶縁被膜が剥離されていない部分とをクランプし、
前記コイルの前記端部と前記動力線の前記端部とを、前記コイルの前記絶縁被膜が剥離されていない部分と前記動力線の前記絶縁被膜が剥離されていない部分とをクランプする際のクランプ力よりも小さいクランプ力でクランプして両者を溶接する導体接合方法。