JPH05506186A - 変圧器用コイル導体の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 変圧器用コイル導体の接合方法 本出願は、変圧器用コイルの導体の接合方法という名称で、１９８９年１２月２ ８日に出願された出願番号第０７／４５８．５１６号の一部継続出願である。

本発明は、概して変圧器の巻線を製造する改良された方法に関するものである。

特に、引き伸ばされた導体を接合するために超音波溶接法が用いられている。

発明の背景 現在の変圧器用巻線は、種々の方法を用いて組み立てられている。多くの応用例 にあっては、−又はそれ以上の矩形の導体ケーブルがコアの回りを螺旋状に巻回 されているコイルが形成されている。当該導電性ケーブルは、しばしばそれ自身 か、−列に並んで配置された複数の素線によって構成されている。素線自体も、 コイルの強度を増大させ、コンパクト化するために、しばしば矩形状となってい ることがある。各素線は、一般にエナメル絶縁体に被覆され、更に、素線は導電 性ケーブルの裏側に接着された絶縁紙のストリップによって支持されている。

代表的な導体の構成は、米国特許第４．４８９．２９８号に開示されている。

変圧器用巻線のために用いられる導体ケーブルは、一般に標準の長さに製造され る。従って、大型の変圧器についてはしばしば、２或いはそれ以上の導体ケーブ ルを直列に接合する必要がある。更に最近の研究では、変圧器の異なった部分に 異なった素線構成を有する導体素線を巻回することによって、より効率的な変圧 器を製造できることが示されている。例えば、米国特許第４．８６４．２６６号 に記載されているように、コア型変圧器のタップおよび端部に、本体に用いられ ているものとは異なるように形成された導体素線を巻回することが好ましいであ ろう。

この様な状況においても、２つのタイプの導体ケーブルを接合しなければならな い。

導体ケーブルを接合するためにもっとも一般的に用いられる２つの方法は、ろう 付は及びクリンピングである。これらの２つの方法は、信頼できる導体接合方法 であることがわかっているが、同様に、これらはそれぞれ幾つかの欠点を持って いる。ろう付けにおいては、一方のケーブルの端部が、もう一方のケーブルの始 端部に重なり、その接合部分かろう付けされる。従って、得られる接合部分の厚 さは、通常、導体の厚さの約２倍となってしまう。更に、重ねてろう付けする方 法は、導体の絶縁体のすべてを完全に除去することがめられる（これは、複合化 された素線を用いた導体ケーブルについては幾分困難なことである）。それは、 熟練した作業者を必要とし、更に、ろう付けの作業自体が、コイル巻線に汚染物 質を導き入れ、フィルの導体及び絶縁体の双方を加熱することになる。クリンピ ングは、一般に、接合される導体の端部にクリンプされる別個の接合片を用いる 。重ねて接合するのと同様に、クリンプ接合も、厚み或いは幅が導体自身よ　。

片が必要とされることは、コストの増大を招き、また、不便であるので好ましく ない。クリンプコネクタのサイズは導体が異なる毎に違ってくるため、異種の導 体に適合させるためには付加的な部品が必要となる。クリンプ接合もまた、クリ ンピングに先立って導体の絶縁体を除去する必要がある。

最近開発された金属を接合する方法の一つは、°超音波°或いは°振動”低温溶 接法を用いている。金属を接合するために、低温溶接の行われている２つの部分 を加圧している間中、接合部に高周波エネルギーが印加される。振動エネルギー は、一方のワークピースに他方に対して相対的並進運動を生じさせ、振動が終了 した際にきわめて強力な接合を形成しつる分子交換を誘起する。代表的な振動溶 接装置は米国特許第３．０２９．６６６号、３．７９１．５６９号、３．９１７ ．１４６号及び４．０８８．２５７号に記載されている。米国特許第４．０４７ ．６５７号に記載されているように、多くの例においては、低温溶接作業前には 、絶縁物、酸化膜、塗料或いは他の汚染物質がワークピース上に存在する。従っ て、分子結合を誘起させるのに先立って、接合されるワークピースの表面を洗浄 することがしばしば必要となる。洗浄の一つのアプローチは、振動の動作を２つ の作業段階に分離することである。第１段階においては、接合されるワークピー スの表面を洗浄するために摩擦動作がなされる。第２段階においては、分子交換 が誘起される。一般に、これら２つの段階において用いられる振動周波数及び振 幅は異なる。この様なアプローチは、単に薄い汚染物質の層が発見されたにすぎ ず、連続的に溶接する必要かないときには有効にである。しかしながら、エナメ ルコーティングのような厚い表面汚染物質がワークピースの表面に存在する場合 には、汚染物質により溶接の品質が損なわれる傾向かある。

超音波溶接法は極めて多数の異なる応用において使用されている。例えば、米国 特許第４．４０１．２５２号には、スタータモータの電機子コイルを整流子に接 続する方法が開示されている。米国特許第４．７１２．７２３号には、接点部材 に絶縁ワイヤを接着する方法が記載されている。特に、超音波溶接の作業中に、 ワイヤの絶縁層か機械的な動きによって破壊され、更に摩擦溶接及びこれに伴っ て生ずる変形によって金属部分が接合される。しかしながら、変形された領域は 剪断されやすい。従って′　７２３特許は、機械的接合を保護するため、接合領 域に適当な接着剤を適用することを意図している。これらの方法は、それらの意 図している課題には明らかに適切であるが、導体ケーブル自身とほとんど同じ位 の強度の接合が要求され、好ましくは、接合されているケーブルと実質上断面積 が同一な接合の形成が要求される変圧器用巻線の導体ケーブルの接合にまで、こ れらを容易に拡張することはできない。

発明の目的及び概要 本発明の第一の目的は、素線自身と実質上間等な断面積を有する強固な接合を生 成する、引き伸ばされた導体素線を接合する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、振動溶接方法を用いて、変圧器用の導体ケーブルを接合す る方法を提供することにある。

上述の及び他の本発明の目的を達成するために、変圧器巻線用の導体ケーブルを 接合する方法か開示されている。接合される導体ケーブルの端部は、まず、洗浄 及びテーパー付けのため面取りされる。テーパーが付けられた端部は重ね合わさ れ、加圧される。振動エネルギーが、重ね合わされた端部の少なくとも一方に印 加され、ケーブルの端部が溶接されて、第１の導体ケーブルと実質的に同一の厚 さを有する接合か形成される。好ましい実施轢様においては、どちらの導体ケー ブルも、素線と素線が接合された多数の素線を有している。

他の実施態様においては、端部は面取りされず、洗浄されて絶縁体が除去される 。溶接工程中に用いられる圧力は、導体材料を流れさせ、導体ケーブルと同じ厚 みを有する接合を形成するために用いられる。

図面の簡単な説明 新規なものであると信しられている本発明の特徴は、添付したクレームにおｔｌ て、特徴的に述べられている。本発明は、他の目的及び効果を含め、添付の図面 とともに以下に述べる記載によってもつとも良く理解されるであろう。ここに、 第１図は、２本の引き伸ばされた導体ケーブルを結合するのに適した振動溶接シ ステムの略斜視図である。

第２図は、傾斜した側部に沿って端部を低温溶接するのに先立って、単一素線導 体ケーブルの面取りされた導体端部の略斜視図である。

第２Ａ図は、溶接された第２図に示される導体の略斜視図である。

第３図は、端部が、傾斜した側部の反対側にある平坦な側部に沿って溶接される ときに低温溶接作業に先立って、単一素線導体ケーブルの面取りされた導体端部 の略斜視図である。

第３Ａ図は、溶接された第３図に示される導体の略斜視図である。

第４図は、溶接された第２図に示される導体の略斜視図である。

第５図は、複数の束からなる導体ケーブルの面取りされた導体端部の略斜視図第 ７図は、低１溶接工程に先立って、一対の重ね合わされた面取りのされていない 導体ケーブルの略側面図である。

第８図は、溶接工程の後の第７図に示した導体ケーブルの略平面図である。

第９図は、第８図に示される溶接された導体ケーブルの略側面図である。

第１Ｏ図は、トリミング工程後の第８図に示される溶接された導体ケーブルの略 平面図である。

図面の簡単な説明 図面に描かれているように、導体ケーブルを溶接して接合されている導体と実質 的に同一の断面積を有する強力な接合を得るための方法が開示されている。第１ 図を参照すると、以下に述べる溶接操作を実行するのに適した超音波溶接装置２ ０か描かれている。この溶接装置２０は、溶接テーブル２４に取り付けられたハ ウジング２２を具備している。ハウジング２２は、その先端部てアンビルヘッド ２８を支持しているアーム２７を有する空気駆動型ホーン２６を支えている。

アンビルヘッド２８は、テーブル２４に固定されて取り付けられたアンビルプレ ート２９上に位置している。空気圧シリンダ３０はアームの水平方向の動きを制 御し、ヘッド２８が水平平面内で振動するように、非常に高い周波数でアーム２ ７を振動する。動作中、接合されるべきワークピースＩＯ及び１１は、アンビル へ・／ド２８の真下のテーブル上のアジピルヘッド２８がアンビルプレート２９ に接触する領域であるストライクゾーン内に位置決めされる。ワークピースは、 当該ワークピースの端部がストライクゾーン内で重なり合うように載置される。

ひとたびワークピースが正しく位置決めされると、支持クランプ３４によってそ れらはその位置に固定される。その後アーム２７は、ヘッド２８が上側のワーク ピースに接触するまで下げられる。溶接のあいだ、空気圧シリンダ３０はアーム を振動させるとともに、振動の間中、接合部分に圧力を加える。実際には、２０ ＫＨｚ付近の周波数の振動が、１３００ｐｓｉのオーダの静圧力の下において良 好に作用する。−例として、適切な超音波溶接装置は、３・ｌ／２キロワツトの 横駆動型の超音波溶接装置である。

導体支持クランプ３４は、アジピルプレート２９の両側のテーブル２４に摺動可 能に取り付けられている。各支持クランプ３４は、溶接されるべき導体ケーブル を受けるクランプを開けやすくするために、クランプベース３５に旋回可能に結 合されたピボットクランプアーム３６を含んでいる。多くの応用例において、接 合されるべき導体ケーブル１０．１１はアンビルヘッド２８よりも広いため、ク ランプ３４はテーブルに平行な一つの軸に沿って摺動可能になっている。ハウジ ング２２に取付けられた空気圧シリンダ３２はクランプの水平方向の動きを制御 している。これにより、完全な溶接を提供するために、接合される導体の全接合 領域は接触ゾーンを通って前後に移動される。

ある接合箇所を溶接するために、クランプアーム３６は持ち上げられ、接合され る導体ケーブル１０．１１は接触ゾーン内でそれぞれの端部が重なり合うように クランプ上に載置される。その後クランプアームは下ろされ、導体ケーブルをそ の位置でしっかりと保持するためにベース３５にロックされる。空気圧シリンダ ３０はアジピルヘッド２８か接合箇所に接触するようにアンビルヘッド２８を下 降させ、低温溶接を完了するためにアンビルヘッド２８を振動するように作動さ れる。導体ケーブル５０　（ａ）　、５１　（ａ）かアンビルヘッド２８の幅よ りも広い場合には、全接合箇所が接触ゾーンを通過し得るように、支持クランプ がテーブルトップ２４に対して前後にスライドされる。

テーブル２４は、ホーン２６を駆動するために必要な、空気圧により作動される 電気的な部品を格納しているキャビネット４２を有している。また、キャビネッ トは、必要なすべての品質管理のための電子制御部品を格納可能である。

次に第２図を参照すると、変圧器用導体ケーブルを溶接する第１の方法において は、まず、接合される導体ケーブル５０．５１の端部５３．５４は、相補的に面 取りされる。面取りされた端部は、通常のスカーフィング法を用いることによっ て得られる。スカーフィング操作によって、エナメル、紙のような導体ケーブル 上の全ての絶縁物は面取りされた表面から取り除かれることが理解されるべきで ある。そして、相補的な導体ケーブルの終端部５３．５４はアンビルヘッド２８ の真下の接触ゾーン内において合わせられ、溶接工程が開始される。ここで、面 取りされた端部が重なり合わされる結果、接合筒所はケーブル５０．５１のそれ ぞれと実質的に同一の輻及び厚みを存していることを理解すべきである。この特 徴は第２Ａ図に描かれている。

良好な接合の強度を保証するため、溶接工程で用いられる振動の持続時間、周波 数及び振幅は、使用されるケーブルの素線の引張強さの少なくとも約８０％の引 張強さを有する溶接を得られるように設定されることが好ましい。

第３図は本発明の特に好ましい実施例を描いたものである。この実施例では、面 取りされた端部、或いは傾斜した端部が非相補的に接合されている。即ち、傾斜 した端部は外側に、互いに反対側を向いており、平坦な側が溶接される。その結 果、接合部は第３Ａ図に描かれているようになる。

次に第４および第５図を参照すると、記述された面取り工程は、第１図および第 ４図に見られるような複合した導体の束を有する導体ケーブルを結合するために 使用され得ることは明らかである。このような実施例においては、導体ケーブル １０．１１の束のそれぞれの端部が面取りされている。いくつかの導体の束を有 する導体ストラップは、通常アジピルヘッド２８の幅よりも広いため、上述した ようにケーブルはクランプ３４により接触ゾーンを通って移動される。

同様に、第５図に示すような多数の絶縁された素線７０を宵する導体ストラップ 或いは東５０　（ａ）、５１　（ａ）もまた、同様な工程を用いることによって 容Ｊｉｌｔこ！＃合することができる。複合化された素線よりなる導体ストラッ プは、接合されたストラップの種々の導体素線の間で、素線と素線か接合されて いる状態を実質的に提供するために調整されてもよい。導体の束の面取りされた 端部か、溶接工程中に伝導性材料が大量に流れることを必要とせずに、溶接かな されることは明らかである。従って、複合された素線からなる東上の一般的なエ ナメル素線の絶縁体は、実質的に溶接工程を阻害するようなことはない。

続いて、第６図乃至第９図を参照すると、他の振動溶接方法か記載されている。

２番目に記載された工程において、通常の剥離技術によって導体の端部の被覆が まず取り除かれる。被覆の取り除かれたストリップは、第６図に示すように重ね 合わせられて、溶接装ｇｉ２０のアンビルヘッド２８の真下の接触ゾーン内に載 置される。アジピルヘッド２８を駆動する圧縮空気は、溶接作業の間、重ね合わ された領域を単一の導体ケーブルの幅に対して平らに伸ばすのに十分な圧力が印 加されるように調整される。この様な方法においては、重ね合わされた材料の相 当量（およそ半分）か接合領域から流れでなければならないことが理解されるで あろう。第８図に示すように、（もし、導体が軸方向に動き得るのに十分な程度 にクランプ３６が緩いならば、ある部分は結合されたケーブルの伸長部に達する が、）ある実施例ではこれらの材料の相当量のパーセンテージが結合されたケー ブルの外側に流れ出す。過剰な材料６２は伝統的なグリンディング技術を用いて 接合部の両側から削ることができる。第９図に示すように導体ケーブル５６．５ ７と同一の断面積を有する接合部６０を形成するために両側部は削られる。

その代わりに、振動溶接工程の間、ケーブルをトラフ内に載置するようにしても よい。このトラフは、全ての過剰な接合材料に、長手方向に低温流れを生しさせ て、導体を伸長させ、過剰な材料を生じさせないように働く。この様な構成によ れば、導体の側部から過剰な物質を削り取る必要がない。

ここでは、本発明の幾つかの実施例が記載されているにすぎないが、本発明は、 発明の精神、或いは範囲を逸脱することなく、他の多くの５聾て実施され得るこ とを理解すべきである。従って、本実施例及び実施管様は限定的ではなく、例示 として理解すべきてあり、本発明は、ここに示された細部に限定されるものでは なく、添付したクレームの範囲内で変更可能である。

ＦＩＧ、−１ 要約書 変圧器巻線用の導体ケーブル（１０，１１）を接続する方法か開示されている。

接合される導体ケーブルの端部は、まず洗浄及びテーパー付けのため面取りされ る。テーパーか付けられた端部（５３，５４）は重ね合わされ、加圧される。

そして、振動二不ルギーか、重ね合わされた端部の少なくとも一方に印加され、 ケーブルの端部か溶接されて、導体ケーブル自身と実質的に等しい断面積を有す る接合が形成される。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．変圧器巻線用の導体ケーブルを接合するための方法であって、第１の絶縁さ れた矩形の導体ケーブルの端部を面取りする工程と、第２の絶縁された矩形の導 体ケーブルの端部を面取りする工程と、第１および第２の導体ケーブルの面取り された端部を重ね合わせ、量ね合わされた導体ケーブルの端部を加圧して接合し 、前記面取りされた導体ケーブルの端部の少なくとも一方に振動エネルギーを印 加して、前記面取りされた導体ケーブルの端部を溶接し、接合を形成する工程と を備え、前記面取りされた端部が、前記接合の厚さが前記第１の導体ケーブルの 厚さよりも実質上厚くないように重ね合わされることを特徴とする変圧器巻線用 の導体ケーブルの接合方法。
2. ２．前記第１の導体ケーブルが多数の素線を有することを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。
3. ３．前記第２の導体ケーブルが多数の素線を有することを特徴とする請求の範囲 第２項記載の方法。
4. ４．前記接合の断面積が前記第１の導体ケーブルの厚さと実質的に同一であるこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記面取りする工程が、前記導体の端部をスカーフィングすることによって なされ、スカーフィングにより、接合される前記導体ケーブルの部分から絶縁物 を除去することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．前記重ね合わせる工程が、前記面取りされた端部を非相補的に載置すること によってなされることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．変圧器巻線用の導体ケーブルを接合するための方法であって、第１の矩形の 導体ケーブルの端部を面取りし、洗浄する工程と、第２の矩形の導体ケーブルの 端部を面取りし、洗浄する工程と、前記第１および第２の導体ケーブルの端部を 重ね合わせ、重ね合わされた導体ケーブルの端部を加圧し、洗浄された導体ケー ブルの端部が溶接されるまで、重ね合わされた導体ケーブルの端部の少なくとも 一方に振動エネルギーを印加して前記第１の導体ケーブルに実質的に等しい厚さ の接合を形成する工程とを具備したことを特徴とする変圧器巻線用の導体ケーブ ルの接合方法。
8. ８．前記振動エネルギーが印加されている間に前記重ね合わされた導体ケーブル 上に加えられる圧力により、導線の長さに沿って過剰の接合材料を移動させ、前 記導体ケーブルの側部に実質上過剰材料を残すことなく、前記導体ケーブルの長 さを伸長させることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
9. ９．前記振動エネルギーが印加されている間に前記重ね合わされた導体ケーブル 上に加えられる圧力により、導体ケーブルの側部に過剰の接合材料を流れさせ、 前記過剰の接合材料を前記接合の側部から除去することを特徴とする請求の範囲 第７項に記載の方法。
10. １０．前記重ね合わせる工程が、前記面取りされた端部を非相補的に載置するこ とによってなされることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。