JP2012164535A - Connection method of wire material and strand and rotary electric machine using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線材と撚り線の接続方法及びそれを用いた回転電機、特に電動機または発電機の構造に関する。 The present invention relates to a method for connecting a wire and a stranded wire, and a rotating electric machine using the method, and more particularly to a structure of an electric motor or a generator.
モータやオルタネータなどに代表される電動機および発電機(以下、両者を総称して回転電機とする)は、ロータあるいはステータのコアに線材として、例えば電気抵抗の低い銅材からなる単線を巻きつけ、その線材に電流を流すことにより磁界を発生させる。この線材の巻きつけを、一つの回転電機内で複数箇所に分割して行う場合、これらの線材同士を連結するために、渡り線として撚り線を用いることが多い。撚り線は複数の細い芯線から構成されているため柔軟性が高く、回転電機内で取り回しが容易に行えるため、一般的によく用いられる。 Motors and generators typified by motors and alternators (hereinafter, both are collectively referred to as rotating electrical machines) are wound around a rotor or stator core as a wire, for example, a single wire made of a copper material with low electrical resistance, A magnetic field is generated by passing an electric current through the wire. In the case where the winding of the wire is performed by dividing it into a plurality of locations in one rotating electrical machine, a stranded wire is often used as a connecting wire in order to connect these wires. Since a stranded wire is composed of a plurality of thin core wires, it is highly flexible and can be easily handled in a rotating electric machine, so that it is generally used.
この線材の端末と撚り線とを接続する一方法として、かしめ端子を用いる方法がある。この方法はかしめ端子に撚り線と線材の端末とを挿入した後、かしめ端子部をかしめて接続するものであり、接続作業を簡便に行うことができるという利点がある。 しかしながら、かしめ端子は線材と撚り線の周囲をかしめ部材で囲むため、接続部が大きくなるという欠点がある。 One method for connecting the end of the wire and the stranded wire is to use a crimped terminal. This method has a merit that the caulking terminal portion is caulked and connected after inserting the stranded wire and the end of the wire into the caulking terminal, and the connection work can be easily performed. However, since the crimping terminal surrounds the periphery of the wire and the stranded wire with the crimping member, there is a disadvantage that the connecting portion becomes large.
近年、回転電機は小型化、高出力化の傾向にあり、線材の接続部も含めて縮小することが強く要求されている。そのため、かしめ端子に代わる別の接続方法の一つとして超音波接合方法がある。この超音波接合方法は、超音波発振する加振ツールと部材(線材と撚り線)を固定するアンビルとで構成される装置を用い、加振ツールとアンビルで部材を挟み、加圧しながら超音波振動を印加することにより、2つの接合部材(線材と撚り線)の界面に拡散接合を生じさせる。超音波接合方法は、かしめ方法のようにかしめ端子等の部品を追加する必要がなく、接続部の小型化および省スペース化に有効である。 In recent years, rotating electrical machines have been in the trend of miniaturization and high output, and there is a strong demand for reducing the size of the rotating electrical machine including the connecting portion of the wire. Therefore, there is an ultrasonic bonding method as another connection method that replaces the crimping terminal. This ultrasonic bonding method uses an apparatus composed of a vibration tool that oscillates ultrasonically and an anvil that fixes a member (wire and stranded wire). By applying vibration, diffusion bonding is generated at the interface between the two bonding members (wire material and stranded wire). The ultrasonic bonding method does not require the addition of caulking terminals or the like as in the caulking method, and is effective for reducing the size and space of the connecting portion.
撚り線と接続部材とを超音波接合する方法について、特許文献1および2に開示されている。特許文献1は、幅可変のアンビルを用いて予め撚り線を超音波接合によって所定の幅になるよう固めて一体化させ、この一体化した撚り線と接続部材である接続端子をさらに超音波接合するものである。また、特許文献2は、加振ツール先端とアンビルを互いに合致する凹凸の形状とし、その間に撚り線と接続部材である箔状導体を挟みこんで超音波接合するものである。いずれも、超音波接合装置の受け台に、撚り線および接続部材を強固に保持するためのアンビルを設置して接合を行うものである。
しかしながら、特許文献1及び2に開示された技術を回転電機の線材と撚り線との接続の適用する場合、多くの問題が発生する。即ち、分割巻きされたモータ線材同士を渡り線である撚り線に接続して連結する場合、撚り線および線材を保持するアンビルを全ての接続点に対して接続の度に回転電機上に着脱する必要があり、接続点数が多いと生産性が悪くなる。また薄型の回転電機では、アンビルを取り付けるスペース的余裕が無い場合もある。
However, many problems occur when the techniques disclosed in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、分割巻きされた回転電機の線材を渡り線である撚り線に接続して連結する線材の接続方法において、生産性の高い接続方法、および前記接続方法によって線材と撚り線が接続された小型、高出力の回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a highly productive connection method in a wire connection method for connecting and connecting a wire of a rotary electric machine that has been separately wound to a stranded wire that is a crossover. Another object of the present invention is to provide a small, high-output rotating electrical machine in which a wire and a stranded wire are connected by the connection method.
上記の課題を解決するために、回転電機の線材と複数の芯線を有する撚り線とを接続する場合、撚り線が一体化したときの幅を規制するために、底部に凹凸状表面を形成した溝を複数有する接続部を回転電機側に設け、前記接続部の溝内に前記線材および撚り線を設置し、加振ツールを加圧した状態で超音波加振して、前記撚り線を一体化させて前記線材と接続するようにした。 In order to solve the above problems, when connecting the wire of the rotating electrical machine and a stranded wire having a plurality of core wires, an uneven surface is formed at the bottom to regulate the width when the stranded wire is integrated. A connecting portion having a plurality of grooves is provided on the rotating electrical machine side, the wire rod and the stranded wire are installed in the groove of the connecting portion, and the stranded wire is integrated by ultrasonically exciting the oscillating tool under pressure. And connected to the wire.
本発明によれば、線材と撚り線とを接続するための接続部を回転電機の構成部品として設けることにより、効率よく接続することが可能となり、その結果、安価な小型、高出力の回転電機を生産することができる。 According to the present invention, by providing a connecting portion for connecting a wire and a stranded wire as a component of a rotating electrical machine, it is possible to connect efficiently, and as a result, an inexpensive small-sized, high-output rotating electrical machine. Can be produced.
以下、本発明の実施形態の例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1の実施例を図1〜図3を用いて説明する。
図1は、三相誘導電動機のステータを本発明の接続方法によって製造する過程を示した図であり、(a)はステータの全体を表す平面図、(b)はそのA−A‘断面図である。ステータ9のコア10には線材1が複数個、分割して巻き線されている。ステータ9の上部には円環状の接続板11が設けられており、接続板11は線材1と撚り線2を接続するための接続部11aを、その上面に分割巻きの個数と同数備えている。複数の線材1は、それぞれU相、V相、W相を担当しており、各相の線材1の巻き線の一端を接続部11aにおいて、各相に対応する3本の撚り線2に接続して連結する。一方、線材1の巻き線の他端は別途、中性点として相互に連結される。(図示せず。)
図2は、接続部11aの詳細を示す図であって、(a)は平面図、(b)はそのB−B‘断面図である。同図(a)において、撚り線2は、接続部11aの溝11bにかかる部分で絶縁被覆を剥した状態の撚り線2aにして設置されている。同図(b)において、溝11bの底部にある保持板12には、その上面に凹凸形状のグリップパターン12gaおよび溝12bの底部に第1の凹凸形状であるグリップパターン12gbが形成されている。線材1をグリップパターン12bg上に設置し、更にその上に撚り線2の被覆を剥して露出させた撚り線2aを設置する。撚り線2aは複数の芯線2bから構成されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a view showing a process of manufacturing a stator of a three-phase induction motor by the connection method of the present invention, wherein (a) is a plan view showing the whole of the stator, and (b) is a sectional view taken along line AA ′. It is. A plurality of
2A and 2B are diagrams showing details of the connecting
接続板11およびそれと一体の接続部11a、溝11bは電気絶縁性の樹脂であり、保持板12は金属である。保持板12は溝11bの底部に接着で固着されるか、もしくは接続板11および接続部11a、溝11bを樹脂成形にて製作する際にインサートモールド成形によって固着される。接続板11及び保持板12は何れも回転電機の構成部材である。
The connecting
図3は、その後の接続手順を説明する図である。同図(a)は、撚り線2aの上方から加振ツール3にて加圧しながら加振する状態を示したものである。加振ツール3の底部には第3の凹凸形状であるグリップパターン3gが形成されており、これによって撚り線2aの上面に、同図の紙面に垂直な方向の超音波振動を印加する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the subsequent connection procedure. FIG. 2A shows a state where vibration is applied from above the stranded
超音波振動は撚り線2aの内部および線材1に伝達され、線材1はグリップパターン12gbによって振動を受け止めるように拘束される。加振ツール3の加圧、加振によって、撚り線2aは芯線2bが動くことによってその断面形状が変化しつつ、加振ツール3に当接した上部から芯線2b同士が互いに接合する一体化が進行する。
The ultrasonic vibration is transmitted to the inside of the stranded
同図(b)は、一体化した撚り線2aaと線材1の接続が完了した状態を示したものである。撚り線2aaの複数の芯線2bと線材1の接触部分は拡散接合による接合界面120を形成する。また、同図(c)は、その後封止樹脂21によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂21は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板11の接続部11aに滴下され、硬化して撚り線2aaおよび線材1を接続部11aに固定する。
FIG. 2B shows a state where the connection between the integrated stranded wire 2aa and the
以上、第1の実施例によれば、金属製の保持板12にグリップパターンを形成して超音波振動を受け止めるため、撚り線を一体化するときの大きな振動エネルギーに対してアンビルと同等の保持効果を得ることができる。したがって、アンビル等の受け治具を接続の都度、着脱する必要がなく、また、加振ツール3による加圧、加振を1回行うだけで、線材と撚り線の接続が得られるため、製造工数の少ない、生産性の高い接続方法とすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the grip pattern is formed on the
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。従って、安価な電動機および発電機を提供することができる。 In addition, since the insulation and fixing process after connection is performed by sealing with an electrically insulating resin, the connection method requires less member costs and manufacturing man-hours than the insulation and fixing method using an insulating tape and a heat-shrinkable tube. be able to. Therefore, an inexpensive electric motor and generator can be provided.
図4を用いて、本発明の第2の実施例を説明する。
図4は、本実施例における接続部11aの詳細および接続手順説明する断面図である。同図(a)において、溝11bの底部にある保持板13には、その上面に第1の凹凸形状であるグリップパターン13gが形成されている。その上に撚り線2の被覆を剥して露出させた撚り線2aを設置する。撚り線2aは複数の芯線2bから構成されている。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the details of the connecting
接続板11およびそれと一体の接続部11a、溝11bは電気絶縁性の樹脂であり、保持板13は金属である。保持板13は溝11bの底部に接着で固着されるか、もしくは接続板11および接続部11a、溝11bを樹脂成形にて製作する際にインサートモールド成形によって固着される。接続板11及び保持板13は何れも回転電機の構成部材である。
The connecting
同図(b)は、加振ツール3の加圧、加振によって、撚り線2aを一体化させ撚り線2aaとした際の状態を示したものである。加振ツール3の底部の第3の凹凸形状であるグリップパターン3gによって撚り線2aの上面に、同図の紙面に垂直な方向の超音波振動を印加し、撚り線2aは、グリップパターン13gによって内部に伝達された超音波振動を受け止めるように拘束される。また、同図(c)は、加振ツール3を一旦、退避させた状態を示す。そして、同図(d)において、撚り線2aaの上に、線材1を設置する。
FIG. 2B shows a state where the stranded
同図(e)は、一体化した撚り線2aaと線材1の接続が完了した状態を示したものである。加振ツール3の加圧、加振によって、線材1は変形して線材1bとなり、撚り線2aaの上面と線材1bの接触部分は拡散接合による接合界面121を形成する。線材1を接続する際の加振ツール3の振動方向は同じく紙面に垂直な方向であるが、加圧、加振条件は、同図(b)において撚り線2aを一体化させる際の加圧、加振条件とは異なっている。
FIG. 4E shows a state where the connection between the integrated stranded wire 2aa and the
複数の線材1を一本の撚り線2に接続するため、線材1より撚り線2aのほうが導体断面積が大きく、したがって線材1を接続する際の加圧、加振条件は、撚り線2aを一体化させる条件より投入エネルギーの少ない条件となる。そのため、同図(b)と同図(e)では、超音波接合装置の装置条件を切り替えて接合を行う。
In order to connect a plurality of
同図(f)は、その後封止樹脂21によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂21は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板11の接続部11aに滴下され、硬化して撚り線2aaおよび線材1を接続部11aに固定する。
FIG. 5F shows a state when the entire connecting portion is sealed with the sealing
以上、第2の実施例によれば、金属製の保持板13にグリップパターンを形成して超音波振動を受け止めるため、撚り線を一体化するときの大きな振動エネルギーに対してアンビルと同等の保持効果を得ることができる。従って、アンビル等の受け治具を接続の都度、着脱する必要がなく、製造工数の少ない接続方法とすることができる。
As described above, according to the second embodiment, the grip pattern is formed on the
また、撚り線2aの芯線2bにSnなどのメッキが施されている場合、撚り線2aを一体化する過程で、加振ツール3が当接した上面からはメッキが飛散して、芯線2bのCu部が露出するため、同じくCuである線材1との接合界面121に強固な拡散接合が得られ、信頼性の高い接続方法とすることができる。
Moreover, when plating, such as Sn, is given to the core wire 2b of the stranded
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。これにより、安価な電動機および発電機を提供することができる。 In addition, since the insulation and fixing process after connection is performed by sealing with an electrically insulating resin, the connection method requires less member costs and manufacturing man-hours than the insulation and fixing method using an insulating tape and a heat-shrinkable tube. be able to. Thereby, an inexpensive electric motor and generator can be provided.
図5および図6を用いて、本発明の第3の実施例を説明する。
図5は、本実施例における接続部11aの詳細および接続手順説明する断面図である。本実施例の線材の接続方法は、アンビルを用いて撚り線を一体化させる第一の工程と、一体化した撚り線を電動機の線材に接続する第二の工程とを有する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the details of the connecting
同図(a)(b)は第一の工程を説明する図である。同図(a)において、撚り線2の被覆を剥して露出させた撚り線2aは、アンビル4の溝4b内に設置される。溝4bの底部には、第2の凹凸形状であるグリップパターン4gが形成されている。同図(b)は、加振ツール3の加圧、加振によって、撚り線2aを一体化させ撚り線2aaとした際の状態を示したものである。撚り線2aaの底部には、アンビル4の凹凸状のグリップパターン4gが転写され、凹凸形状が形成される。
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the first step. In FIG. 2A, the stranded
同図(c)〜(f)は第二の工程を説明する図である。同図(c)において、一体化した撚り線2aaを、前記凹凸形状が形成された底部を下にして、回転電機の構成部材である接続板11の接続部11aの溝11b内に設置する。溝11bの底部には第1の凹凸形状であるグリップパターン11gが形成されている。グリップパターン11gは接続板11および接続部11a、溝11bを樹脂成形にて製作する際に、その他の形状と同様に成形型によって形成される。
FIGS. 7C to 7F are diagrams for explaining the second step. In FIG. 2C, the integrated stranded wire 2aa is placed in the
同図(d)において、撚り線2aaの上に、線材1を設置する。そして、同図(e)は、一体化した撚り線2aaと線材1の接続が完了した状態を示したものである。加振ツール3から印加される超音波振動は、グリップパターン11gによって受け止められ、撚り線2aaが拘束される。加振ツール3の加圧、加振によって、線材1は変形して線材1bとなり、撚り線2aaの上面と線材1bの接触部分は拡散接合による接合界面121を形成する。
In FIG. 4D, the
加振ツール3の加圧、加振条件は、同図(b)において撚り線2aを一体化させる際の加圧、加振条件とは異なっている。複数の線材1を一本の撚り線2に接続するため、線材1より撚り線2aのほうが導体断面積が大きく、したがって線材1を接続する際の加圧、加振条件は、撚り線2aを一体化させる条件より投入エネルギーの少ない条件となる。そのため、前記グリップパターン11gが樹脂で製作されていても、超音波振動によって溶融、磨耗することなく確実な接合が得られる。
The pressure and vibration conditions of the
同図(f)は、その後封止樹脂21によって、接続部全体を封止した際の状態を示したものである。封止樹脂21は、電気絶縁性の樹脂であり、溶融状態で接続板11の接続部11aに滴下され、硬化して撚り線2aaおよび線材1を接続部11aに固定する。
FIG. 5F shows a state when the entire connecting portion is sealed with the sealing
図6は、前記アンビル4の第2の凹凸形状であるグリップパターン4gおよび接続部11aの第1の凹凸形状であるグリップパターン11gの一実施形態を示したものである。撚り線2および撚り線2aに対して、加振ツールによる超音波振動は、振動方向30の方向に印加される。グリップパターン4gは、振動方向30と直交する方向の平行溝を複数有する形状であり、一体化した撚り線2aaにはこのパターンが転写される。グリップパターン11gはこれと同一形状であり、前記撚り線2aaの転写パターンとかみ合うことによって、超音波振動の受け止めが確実になされる。
FIG. 6 shows an embodiment of the
以上、第3の実施例によれば、線材と撚り線の接続を行うための電気絶縁性樹脂の接続部を、別の金属部材を付加することなく形成できるため、製造コストの少ない接続方法とすることができる。 As described above, according to the third embodiment, since the connection portion of the electrically insulating resin for connecting the wire and the stranded wire can be formed without adding another metal member, the connection method with low manufacturing cost and can do.
また、撚り線2aの芯線2bにSnなどのメッキが施されている場合、撚り線2aを一体化する過程で、加振ツール3が当接した上面からはメッキが飛散して、芯線2bのCu部が露出するため、同じくCuである線材1との接合界面121に強固な拡散接合が得られ、信頼性の高い接続方法とすることができる。
In addition, when the core wire 2b of the stranded
また、接続後の絶縁、固定処理を電気絶縁性樹脂の封止で行うため、絶縁テープおよび熱収縮チューブ等を用いた絶縁、固定処理方法に比べ、部材費および製造工数の少ない接続方法とすることができる。これにより、安価な電動機および発電機を提供することができる。 In addition, since the insulation and fixing process after connection is performed by sealing with an electrically insulating resin, the connection method requires less member costs and manufacturing man-hours than the insulation and fixing method using an insulating tape and a heat-shrinkable tube. be able to. Thereby, an inexpensive electric motor and generator can be provided.
以上、本発明について実施形態に基づき具体的に説明したが、前記複数の接続部を有する接続板は円環状の一体部品ではなく、製造、組込みの容易さに応じて分割した部品を組み合わせる構成でもよい。また、一体化する前の撚り線および線材の断面形状が円形の場合の例を用いて説明したが、それ以外の断面形状の場合においても、同様の効果を得ることができる。すなわち本発明は前記発明の実施形態に限定されるものではなく、撚り線と線材の超音波接合において、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは言うまでもない。 As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiment. However, the connection plate having the plurality of connection portions is not an annular integral part, but may be configured by combining parts divided according to ease of manufacture and assembly. Good. Moreover, although demonstrated using the example in case the cross-sectional shape of the strand wire and wire before integration is circular, the same effect can be acquired also in the case of other cross-sectional shapes. That is, the present invention is not limited to the embodiment of the present invention, and it goes without saying that the ultrasonic bonding of the stranded wire and the wire can be changed without departing from the gist thereof.
1・・・線材、1b・・・線材、2・・・撚り線、2a・・・撚り線、2b・・・芯線、2aa・・・撚り線、3・・・加振ツール、3g・・・グリップパターン、4・・・アンビル、4b・・・溝、4g・・・グリップパターン、9・・・ステータ、10・・・コア、11・・・接続板、11a・・・接続部、11b・・・溝、11g・・・グリップパターン、12・・・保持板、12b・・・溝、12ga・・・グリップパターン、12gb・・・グリップパターン、13・・・保持板、13g・・・グリップパターン、21・・・封止樹脂、30・・・振動方向、120・・・接合界面、121・・・接合界面
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- 2012-01-18 CN CN2012100155145A patent/CN102629726A/en active Pending
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