JP2010073930A - 巻線コイルと銅線との電気接続手段 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルミ材質の巻線コイルと銅線との異種金属間の電気接続手段を提供する。
【解決手段】鉄製鉄心１６にアルミ線１８を巻きつけた巻線コイル１０と、略平面形状したスポット溶接部１７ｃとスポット溶接部１７ｃの対面側に圧接部２５を有する銅製の電気端子１７と、銅線２１とを備え、電気端子１７の圧接部２５に巻線コイル１０のアルミ線１８を圧接し、電気端子１７のスポット溶接部１７ｃに銅線２１をスポット溶接する構成としたもので、異材質間の電気接続手段を安価で信頼性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気・電子機器に使用されるリアクタ等のアルミ線を使った巻線コイルと銅線との電気接続手段に関するものである。
従来、この種の巻線コイルと銅線との電気接続手段は、図５に示すように構成していた。以下、その構成について説明する。
図５は、従来の巻線コイルと銅線との電気接続手段を備えたリアクタの正面図である。
図５に示すように、鉄製の台座１の上に鉄製の鉄心コア２が装着されている。鉄心コア２にはエナメル皮膜を表面に焼き付けしたアルミ線３を巻装した巻線コイル４を装着し、リアクタ全体をワニス含浸させる。巻線コイル４の材質をアルミ線３で構成するのは、銅線に較べ安価に構成できるので、近年リアクタ等の巻線に多用される。
また、アルミ線３の巻線コイル４の巻始めと巻終わりのエナメル部を除去し、アルミ芯線５を別途設けた銅製の電気端子６に半田７にて半田接続している。
上記構成において、外部からのリアクタ８への電源入力は、電気端子６にリード線等に接続したタブ端子等を挿入することで行なう（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２２２５８号公報
しかしながら、前記従来のアルミ材質の巻線コイルと銅線との電気接続手段の構成では、銅製の電気端子にアルミ線を半田固定しようとすると通常の半田では固定できず、アルミ線専用の半田を使用することが必要となり、通常の半田よりも高コストになる、また難しい作業が必要となる、等の課題があった。
また、巻線コイルからの発熱が端子に伝わることで電気端子に熱ストレスが加わった場合、アルミと銅の熱膨張係数の違いにより、半田部にクラックが入り接触不良となりやすく信頼性面に不安があるという課題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、アルミ線を使った巻線コイルと銅線との電気接続手段を接続部の環境温度の急激な変化に対して接触不良にはならないように、安価でかつ信頼性の高い構成で提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の巻線コイルと銅線との電気接続手段は、鉄製鉄心にアルミ線を巻きつけた巻線コイルと、略平面形状した溶接部と前記溶接部の対面側に圧接部を有する銅製の電気端子と、電源投入用の銅線とを備え、前記電気端子の圧接部に巻線コイルのアルミ線を圧接し、前記電気端子の溶接部に銅線をスポット溶接する構成としたものである。
これによって、安価でしかも環境温度の急激な変化に対しても接触不良にはならない信頼性を有する巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
本発明の巻線コイルと銅線との電気接続手段は、安価でしかも環境温度の急激な変化に対して接触不良にはならない異種金属間接続の信頼性を高めることができる。
第１の発明は、鉄製鉄心にアルミ線を巻きつけた巻線コイルと、略平面形状した溶接部と前記溶接部の対面側に圧接部を有する銅製の電気端子と、電源投入用の銅線とを備え、前記電気端子の圧接部に前記巻線コイルの前記アルミ線を圧接し、前記電気端子の溶接部に銅線をスポット溶接することにより、安価でしかも環境温度の急激な変化に対しても接触不良にはならない十分な信頼性を要する巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
第２の発明は、特に、第１の発明の電気端子は、圧接部が第一圧接部と第二圧接部とに分かれ、前記第一圧接部と前記第二圧接部のアルミ線を圧接するときの圧接高さを変える構成としたことにより、圧接部の引張強度と接触抵抗を同時に安定させることが可能となり経年変化に対しても十分な性能を確保し更なる信頼性を向上させる巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
第３の発明は、特に、第１または第２のいずれか１つの発明の圧接部は、防水処理をシリコン樹脂を塗布したことにより、手軽でしかも確実に水または湿気の浸入を防止する巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の圧接部は、防水処理を高温を照射することにより収縮する熱収縮チューブを被覆したことにより、手軽に防水処理を施すことが可能となり、水または湿気の浸入を防止する巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態については、インバータ制御の洗濯機等の高調波電流の抑制のため、または力率改善のために設置しているリアクタの、アルミ線を使った巻線コイルと電源入力用の銅線との電気接続手段について記載する。
図１は本発明の第１の実施の形態における巻線コイルと銅線との電気接続手段を備えたリアクタの断面図を示し、図２は同リアクタの正面図、図３（ａ）は同リアクタの電気端子の側面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は図３（ａ）側面図のＡ部断面図、（ｄ）は図３（ａ）側面図のＢ部断面図を示し、図４は同リアクタの電気端子の圧接部の電気特性グラフである。
図１において、アルファベット記号のＥ型形状にプレス加工金型で打ち抜いた薄板電磁鋼板を積層して溶接したＥコア９に、エナメル皮膜を表面に焼き付けしたアルミ線を巻装した巻線コイル１０を上部からはめ込み、アルファベット記号のＩ型形状にプレス加工金型で打ち打ち抜いた薄板電磁鋼板を積層して溶接したＩコア１１をＥコア１０の上に載置し、外周の接触側面を溶接１２で溶接固定する。
また、Ｅコア９は洗濯機等の応用機器にビス締め可能にするための鉄製の台座１３に溶接部１４で溶接固定する。
また、巻線コイル１０の外周部には絶縁用の絶縁テープ１５を巻装する。
すべての溶接固定の工程が完了したあと、リアクタ全体をワニス含浸する。前記ワニス含浸の目的は、Ｅコア９及びＩコア１１の鉄心の防錆、磁歪音の抑止、コイル絶縁テープの防湿等の目的で施されている。
図２の正面図において、Ｅコア及びＩコアで形成される鉄製鉄心１６にアルミ線１８を巻装した巻線コイル１０が装着され、アルミ線１８の巻線コイル１０の巻始めと巻終わりのエナメル部を除去し、アルミ芯線１９を約１０ｍｍ露出させ、銅製の電気端子１７の圧接部２５に圧接固定する。
また電気端子１７のもう一方の対面側に、リアクタに電源を供給するためのコネクタ２２付きの銅製リード線２１の芯線をスポット溶接２０にて固定する。
アルミ芯線１９と銅製の電気端子１７の接触部はアルミと銅の異種金属の接続となり、電位差を生じ、その部分に万一、水もしくは湿気が付着することで電食現象を引き起こし、接触抵抗が増大する可能性があるため、少なくとも異種金属の接触部が完全に覆い隠れるようにハケ等でシリコン樹脂２３を塗布する。
また、上記接続部の外周には、絶縁用テープとして高温を照射することにより収縮する熱収縮チューブ２４は被覆して防水効果を高める。
図３（ａ）側面図および（ｂ）平面図おいて、圧接部２５の詳細を説明する。
アルミ線１８のアルミ芯線１９を電気端子１７に圧接させる際、圧接高さの低い第一圧接部１７ａと、圧接高さの高い第二圧接部１７ｂとの二段圧接をする。
図３（ｃ）および（ｄ）の断面図において、断面Ａは、圧接高さの低い第一圧接部１７ａを示し、圧接クリンプハイトは△Ａであり、内部のアルミ芯線１９の変形は大きく圧縮されるよう端子端部３０を屈曲させる。
断面Ｂは、圧接高さの高い第二圧接部１７ｂを示し圧接クリンプハイトは、△Ｂである。ここで△Ａ＜△Ｂとなるように圧接高さを変えて加工し、断面Ｂの第二圧接部１７ｂでは、内部のアルミ芯線１９が塑性変形を生じない程度の端子端部３０の屈曲加工を施す。
一般的に、アルミ線は銅線とは違い、表面硬度が柔らかいため圧接時、応力によりアルミ自体が伸びることで塑性変形してしまい、圧接固定で必要な接触抵抗の安定と引張強度の確保の両方を満足させることが困難であるため、圧接高さを分けて、断面Ａの第一圧接部１７ａでは接触抵抗を安定させ、断面Ｂの第二圧接部１７ｂでは引張強度を確保するということで役割を分けて圧接を行なう。
電気端子１７のアルミ線１８の反対側は、は銅製のリード線２１を電気端子１７に溶接２０で溶接させるスポット溶接部１７ｃである。
このスポット溶接部１７ｃは、銅材質同志の溶接であるので熱膨張係数の違いが無い為、温度変化に対する対応力が高い。
図４は、同リアクタの電気端子の圧接部の電気特性グラフであり、縦軸は圧接部の電気接触抵抗値を、横軸は圧接部の圧接クリンプハイトを示す。
図４において、例えばФ２．０ｍｍのアルミ線を圧接する場合、接触抵抗値としてはクリンプハイト値が約１．８ｍｍから約２．３ｍｍまでは約０．２ｍΩ以下で安定しているが、クリンプハイト値約２．３ｍｍ以上になると徐々に接触抵抗が増大する。
即ち、アルミ芯線は強く圧縮されて塑性変形した場合は、接触抵抗は低く安定するが抜けに対する引っ張り強度は低下する。
また、同様に引張強度としてはクリンプハイト値が約１．８ｍｍから約２．３ｍｍまでは徐々に引張強度が強くなり、クリンプハイト値約２．３ｍｍ〜約２．６ｍｍまでは引張強度が約３００Ｎ（ニュートン）以上と安定する。
よって、接触抵抗を安定させるためには第一圧接部１７ａをクリンプハイト値１．９ｍｍ〜２．１ｍｍで圧接させ、引張強度を確保するためには第二圧接部１７ｂをクリンプハイト値２．４ｍｍ〜２．６ｍｍで圧接固定させると、接触抵抗、引っ張り強度の両者を満足させる構成を得ることができる。
以上のように構成されたアルミ線を使った巻線コイルと銅線との電気接続手段について以下その動作、作用、および効果を説明する。
巻線コイル１０のアルミ線１８を、銅材質の電気端子１７に圧接することで異種材質の固定をし、銅線２１を銅材質の電気端子１７に同材質同志のスポット溶接することで、安価でしかも環境温度の急激な変化に対しても接触不良にはならない十分な信頼性を要するアルミ巻線コイルと銅線との電気接続手段を実現することができる。
また、第一圧接部１７ａと第二圧接部１７ｂの圧接するときのクリンプハイト（圧接高さ）を変えることにより、圧接部２５の引張強度と接触抵抗を同時に安定させることが可能となり経年変化に対しても十分な性能を確保し更なる信頼性を向上させることができる。
また、アルミ材質と銅材質との接触面に、シリコン樹脂で防水処理を施すこと、または、高温を当てることにより収縮する熱収縮チューブを被覆し防水処理した事により、異種金属間で発生する電食を防止することができ、更なる信頼性を向上させることができる。
以上のごとく、本考案の電気接続手段によれば、リアクタのみならず、安価でしかも信頼性の高いトランス、あるいはモータ等のアルミ巻線コイルと銅線との電気接続手段に活用できる。
本発明の巻線コイルと銅線との電気接続手段は、安価でしかも環境温度の急激な変化に対しても接触不良を発生しない十分な信頼性を要することができるため、アルミ線と銅線との接続を有する各種機器に適用できる。
本発明の実施の形態における巻線コイルと銅線との電気接続手段を備えたリアクタの断面図 同リアクタの正面図 （ａ）同リアクタの電気端子の側面図（ｂ）正面図（ｃ）Ａ部断面図（ｄ）Ｂ部断面図 同リアクタの電気端子の圧接部の電気特性グラフ 従来の巻線コイルと銅線との電気接続手段を備えたリアクタの正面図
符号の説明
１０ 巻線コイル
１６ 鉄製鉄心
１７ 電気端子
１７ａ 第一圧接部
１７ｂ 第二圧接部
１７ｃ スポット溶接部
１８ アルミ線
２０ 溶接
２１ 銅線
２３ シリコン樹脂
２４ 熱収縮チューブ
２５ 圧接部

Claims (4)

  1. 鉄製鉄心にアルミ線を巻きつけた巻線コイルと、略平面形状した溶接部と前記溶接部の対面側に圧接部を有する銅製の電気端子と、電源投入用の銅線とを備え、前記電気端子の圧接部に前記巻線コイルの前記アルミ線を圧接し、前記電気端子の溶接部に銅線をスポット溶接した巻線コイルと銅線との電気接続手段。
  2. 電気端子は、圧接部が第一圧接部と第二圧接部とに分かれ、前記第一圧接部と前記第二圧接部のアルミ線を圧接するときの圧接高さを変える構成とした請求項１に記載の巻線コイルと銅線との電気接続手段。
  3. 圧接部は、防水処理をシリコン樹脂の塗布で構成した請求項１または２のいずれか１項に記載の巻線コイルと銅線との電気接続手段。
  4. 圧接部は、防水処理を高温を照射することにより収縮する熱収縮チューブで被覆した構成の請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線コイルと銅線との電気接続手段。
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