JP2014036505A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】体格を小型化することの可能な電機子を提供する。
【解決手段】 回転電機の電機子としてのステータ２０は、電機子コア２１、巻線３０およびターミナル４０等を備える。電機子コア２１は、環状部２３およびその環状部２３から放射状に延びる複数のティース２４を有する。電機子コア２１のティース２４に巻線３０が巻き回される。巻線３０の端部３１は、電機子コア２１の環状部２３の軸に対し非平行に延び、ターミナル４０に抵抗溶接される。ターミナル４０は、電機子コア２１の軸方向に延びる穴２５に圧入固定される。これにより、電機子コア２１から軸方向に突出するターミナル４０の突出量を小さくすることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、電機子及びこれを用いた回転電機、並びに電機子の製造方法に関する。

従来より、自動車または二輪自動車などに搭載される発電機またはモータとしての回転電機が知られている。回転電機の電機子としてのステータまたはロータに巻き回される巻線には、アルミ線が使用されることがある。これにより、回転電機の軽量化、および製造コストを低減することが可能になる。
ところで、アルミ線は、はんだによる接続が困難である。そのため、特許文献１では、アルミ線と、そのアルミ線の端部に設けられるターミナルとを抵抗溶接により接続している。この抵抗溶接は、アルミ線とターミナルとを２個の電極で挟み、そこに電流を流すことで金属の抵抗発熱を利用して両者を溶融接合するものである。

特許第４１５８８８９号公報

しかしながら、特許文献１の技術を回転電機の電機子に巻き回された巻線とターミナルとの接続に適用すると、電機子の外側に２個の電極を設置するスペースが必要となる。そのため、巻線とターミナルとの接続箇所が電機子から突出する突出量が大きくなり、電機子およびそれを用いた回転電機の体格が大型化することが懸念される。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、体格を小型化することの可能な電機子およびこれを用いた回転電機、並びにその電機子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、巻線の接続用端部が溶接されたターミナルが電機子コアの軸方向に延びる穴に挿入された電機子において、その巻線の端部が電機子コアの軸に対し非平行に延びることを特徴とする。
これにより、巻線の端部とターミナルとを２個の電極で挟んで抵抗溶接した後、電機子コアの穴にターミナルを挿入することで、電機子コアから軸方向に突出するターミナルの突出量が小さくなる。したがって、電機子の軸方向の体格を小型化することができる。
また、巻線の端部が電機子コアの軸に対し非平行に延びることで、電機子コアの穴にターミナルを挿入する際、巻線の剛性が挿入の抵抗力として作用することを抑制することができる。

また、本発明は、上記の電機子を用いた回転電機として捉えることも可能である。この場合、回転電機の軸方向の体格を小型化することができる。
さらに、本発明は、電機子の製造方法において、巻線の端部とターミナルを２個の電極で挟んで抵抗溶接する溶接工程の後、そのターミナルを電機子コアの穴に挿入する挿入工程を含むことを特徴とする。
これにより、電機子コアから軸方向に突出するターミナルの突出量が小さくなるので、電機子の軸方向の体格を小型化することができる。

本発明の一実施形態による発電機の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図２のＩＩＩ方向から見た図であり、ロータを除いた矢視図である。 本発明の一実施形態による発電機の溶接工程を示す要部断面図である。 図４のＶ方向から見た模式図である。 本発明の一実施形態による発電機の溶接工程後の模式図である。 本発明の一実施形態による発電機の挿入工程を示す要部断面図である。 図７のＶＩＩＩ方向から見た模式図である。 本発明の一実施形態による発電機の挿入工程を示す模式図である。 比較例の溶接工程を示す断面図である。 比較例の発電機の挿入工程を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態による回転電機を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による回転電機１を図１〜図９に示す。本実施形態の回転電機１は、二輪自動車に搭載される発電機である。発電機で発電された電力は、配線２およびコネクタ３を通じて図示しないバッテリに充電される。
図１及び図２に示すように、回転電機１は、ロータ１０およびステータ２０などを備える。本実施形態のステータ２０が特許請求の範囲に記載の「電機子」に相当する。本実施形態のロータ１０が特許請求の範囲に記載の「第２電機子」に相当する

ロータ１０は、ボスロータ１１、鉄腕１２及び磁石１３などから構成される。ボスロータ１１は、略円盤状に形成され、中央にテーパ孔１４を有する。このテーパ孔１４に図示しないエンジンのクランクシャフトが接続され、ボスロータ１１はクランクシャフトと共に回転する。ボスロータ１１の外壁には、凸部１５が設けられている。その凸部１５の位置は、例えばＭＰＵセンサなどの回転センサ５によって検出され、図示しないエンジンのＥＣＵ（電子制御装置）に伝送される。これによりロータ１０の回転が検出され、インジェクタの点火時期の制御などが行われる。

鉄腕１２は、有底筒状に形成され、ボスロータ１１にリベット１６により固定される。ボスロータ１１の径内側の内壁には、周方向に交互に異なる磁極が形成された複数の磁石１３が固定されている。
ロータ１０は、発電機の機能と共に、エンジンのクランクシャフトを回転させる慣性マスとしても機能する。

ステータ２０は、ロータ１０の鉄腕１２の内側に設けられ、例えばエンジンカバーなどに固定される。そのため、ステータ２０とロータ１０とは、相対回転可能である。
ステータ２０は、電機子コア２１、ボビン２２、巻線３０およびターミナル４０などから構成される。
電機子コア２１は、複数の積層鉄板から構成され、環状部２３およびその環状部２３から放射状に延びる複数のティース２４を有する。本実施形態では、１２極のティース２４が設けられている。

ボビン２２は、第１絶縁部２２１、第２絶縁部２２２及び第３絶縁部２２３から構成されている。
第１絶縁部２２１と第３絶縁部２２３とは一体に形成されている。第１絶縁部２２１は、ステータ２０の軸方向の一方からティース２４に被さっている。第３絶縁部２２３は、ステータ２０の軸方向の一方から、ステータ２０の環状部２３の軸方向に設けられた穴２５に挿入されている。
第２絶縁部２２２は、ステータ２０の軸方向の他方からティース２４に被さっている。
巻線３０は、アルミ線であり、電機子コア２１のティース２４に第１絶縁部２２１および第２絶縁部２２２を介して巻き回されている。本実施形態の巻線３０は、単相巻線である。

図３に示すように、巻線３０の端部３１は、ボビン２２の切欠部２６を通り、電機子コア２１の環状部２３の軸方向に対し非平行に延びて、ターミナル４０に接続される。本実施形態では、電機子コア２１の軸方向に延びる穴２５に２個のターミナル４０が圧入固定される。なお、電機子コア２１には、少なくとも３個以上の穴２５が設けられており、三相巻線にも対応可能となっている。本実施例ではターミナル穴を対象配置での２個とし、裏表に組み合わせることで４個のターミナル穴を実現させて部品の共通化を実現している。

ターミナル４０は、一端４２が巻線３０の端部３１に抵抗溶接され、他端４３が電機子コア２１の穴２５に挿入されている。具体的に、ターミナル４０の他端４３は、電機子コア２１の穴２５に設けられたボビン２２の第３絶縁部２２３の穴２２４に挿入されている。ターミナル４０は、電機子コア２１の環状部２３の軸方向に延びる突起４１を有する。突起４１は、環状部２３の軸方向に延びるものに限らず、巻線３０の端部３１の延びる方向に対し非平行に延びるものであればよい。ターミナル４０の突起４１と巻線３０とは、抵抗溶接の一種であるプロジェクション溶接により接続されている。なお、プロジェクション溶接が可能な程度にターミナル４０が細いものであれば、ターミナル４０に突起４１を設ける必要のない場合もある。
また、ターミナル４０は、配線２に接続されている。図１に示すように、ターミナル４０に接続された配線２は、電機子コア２１を軸方向に貫通し、コネクタ３を通じて図示しないバッテリに電気的に接続される。

エンジンが回転すると、クランクシャフトと共にロータ１０が回転する。電磁誘導作用によりステータ２０の巻線３０に生じた電力は、ターミナル４０および配線２等を経由してバッテリに充電される。

次に、電機子としてのステータ２０の製造方法を説明する。
ステータ２０の製造方法は、ボビン取付工程、コイル形成工程、電極配置工程、溶接工程および挿入工程を含んでいる。
ボビン取付工程では、積層鉄板からなる電機子コア２１に、ボビン２２を取り付ける。その際、第１絶縁部２２１をステータ２０の軸方向の一方からティース２４に被せると共に、第３絶縁部２２３を環状部２３の穴２５に挿入する。また、第２絶縁部２２２をステータ２０の軸方向の他方からティース２４に被せる。

次に、コイル形成工程では、電機子コア２１のティース２４にボビン２２を介し、図示しないフライヤーなどを使用して巻線３０を巻き回す。巻線３０の巻き始めの端部３１と、巻き終わりの端部３１は、いずれもボビン２２の切欠部２６を通り、電機子コア２１の環状部側へ延びるようにする。

続いて、電極配置工程では、図４に示すように、巻線３０の端部３１とターミナル４０の突起４１とが当接した状態で、巻線３０とターミナル４０とを２個の電極５０、５１で挟む。このとき、ターミナル４０は、突起４１と反対側の端部が第３絶縁部２２３の穴２２４の内壁に支持され、自立している。
次に、溶接工程において、２個の電極５０，５１に通電すると共に、巻線３０とターミナル４０を加圧し、両者を溶融接合する。その際、ターミナル４０の突起４１から巻線３０に電流が集中して流れるので、溶接が確実に行われる。なお、ターミナル４０は穴２２３で支持され自立している必要はなく、引き抜いた状態で溶接を実施してもよい。
図５及び図６に示すように、溶接工程の後、巻線３０の端部３１は、電機子コア２１の軸に対し非平行に延びている。また、巻線３０の端部３１は、ティース２４側から巻線３０の先端に向かうに従い、電機子コア２１から離れる方向に傾斜している。

続いて、挿入工程では、図７の破線で示した矢印Ａのように、ターミナル４０をボビン２２の第３絶縁部２２３の穴２２４に押圧する。これにより、図８及び図９に示すように、ターミナル４０は第３絶縁部２２３を介して電機子コア２１の穴２５に圧入固定される。この状態で、巻線３０の端部３１は、電機子コア２１の軸に対し略垂直となる。したがって、巻線３０およびターミナル４０が電機子コア２１から突出する突出量は小さいものとなる。

（比較例）
ここで、比較例の電機子としてのステータ２０を図１０及び図１１に示す。比較例のステータ２０に設けられたターミナル４００の突起４１０は、電機子コア２１の軸に対して垂直に延びている。また、巻線３００の端部３１０は、電機子コア２１の軸に平行に延びている。
比較例においても、上述した一実施形態と同様に、電極配置工程および溶接工程において、２個の電極５０，５１は、図１０の破線で示す車両取付制約面Ｂよりも、軸方向にはみ出した位置に配置される。
しかし、比較例では、挿入工程で、図１１の破線で示した矢印Ｃの示すように、ターミナル４００を第３絶縁部２２３の穴２２４に押圧すると、巻線３０の剛性が挿入の抵抗力として作用する。そのため、その穴２２４にターミナル４００を挿入することが困難である。また、ターミナル４００を穴２２４へ無理に挿入しようとすれば、図１１の破線Ｄのように巻線３００が湾曲する。その結果、回転体のロータと接触することや挿入時の抵抗力が溶接部に加わり溶接部の耐久性に影響を与えることが懸念される。この懸念を払拭するためにターミナル４００をあらかじめステータ２０に固定し溶接を実施しているため軸方向高さが高くなり大型化するという問題があった。

（作用効果）
これに対し、本実施形態は、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、巻線３０の端部３１とターミナル４０とを抵抗溶接した後、電機子コア２１の穴２５にターミナル４０を挿入する。これにより、電機子コア２１の軸方向に突出するターミナル４０の突出量が軸方向での撓みや応力緩和を加味する必要がないため小さくなる。したがって、ステータ２０の軸方向の体格を小型化することができる。その結果、回転電機１の軸方向の体格を小型化することができる。
（２）本実施形態では、ターミナル４０に抵抗溶接された巻線３０の端部３１は、電機子コア２１の軸に対し非平行に延びる。これにより、電機子コア２１の穴２５にターミナル４０を挿入する際、巻線３０の剛性が挿入の抵抗力として作用することを抑制することができる。
（３）本実施形態では、ターミナル４０は、環状部２３の軸方向に延びる突起４１を有する。これにより、巻線３０の端部３１とターミナル４０の突起４１とが交差し、その接点が小さくなる。したがって、プロジェクション溶接を容易かつ確実に行うことができる。
（４）本実施形態では、ボビン２２の第１絶縁部２２１と第３絶縁部２２３とは一体に形成される。これにより、回転電機１の部品点数を少なくすることができる。
（５）本実施形態では、溶接工程において巻線３０の端部３１とターミナル４０とを抵抗溶接した後、挿入工程において、そのターミナル４０を電機子コア２１の穴２５に挿入する。これにより、電機子コア２１の軸方向に突出するターミナル４０の突出量を小さくすることができる。
（６）本実施形態では、電機子の電極配置工程において、ターミナル４０の突起４１と反対側の端部３１は、第３絶縁部２２３の穴２２４に支持されている。これにより、プロジェクション溶接を容易に行うことができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、二輪自動車に搭載される回転電機について説明した。これに対し、他の実施形態では、自動車、船舶又は飛行機などに搭載される回転電機であってもよい。
上述した実施形態では、回転電機を発電機として説明した。これに対し、他の実施形態では、回転電機は、電動機であってもよい。
上述した実施形態では、電機子をステータとして説明し、第２電機子をロータとして説明した。これに対し、他の実施形態では、電機子はロータであってもよいし、第２電機子はステータであってもよい。
上述した実施形態では、ロータをステータの外側に配置した。これに対し、他の実施形態では、ロータをステータの内側に配置してもよい。この場合、ステータのティースは、環状部から径内方向に延びるものとなる。
上述した実施形態では、ステータは、１２極のティースを備えるものとした。これに対し、他の実施形態では、ステータの極数に限定はなく、複数個のティースを備えるものであればよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２０・・・電機子（ステータ）
２１・・・電機子コア
２３・・・環状部
２４・・・ティース
２５・・・穴
３０・・・巻線
３１・・・巻線の端部
４０・・・ターミナル
４２・・・ターミナルの一端
４３・・・ターミナルの他端

Claims (6)

1. 環状部（２３）およびその環状部から放射状に延びる複数のティース（２４）を有する電機子コア（２１）と、
   前記電機子コアの前記ティースに巻き回され、端部（３１）が前記環状部の軸に対し非平行に延びる巻線（３０）と、
   一端（４２）が前記巻線の端部（３１）に溶接され、他端（４３）が前記電機子コアの軸方向に延びる穴（２５）に挿入されたターミナル（４０）と、を備えることを特徴とする電機子（２０）。
2. 前記ターミナルは、前記環状部の軸方向に延びて前記巻線の端部に抵抗溶接される突起（４１）を有することを特徴とする請求項１に記載の電機子。
3. 前記ティースと前記巻線との間で、軸方向の一方から前記ティースに被さる第１絶縁部（２２１）と、
   前記ティースと前記巻線との間で、軸方向の他方から前記ティースに被さる第２絶縁部（２２２）と、
   前記電機子コアの前記穴と前記ターミナルとの間に設けられた第３絶縁部（２２３）とを備え、
   前記第１絶縁部と前記第３絶縁部とは一体に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電機子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子と、
   前記電機子に対し相対回転可能に設けられ、前記電機子を収容する有底筒状の第２電機子（１０）を備えることを特徴とする回転電機（１）。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子の製造方法において、
   前記電機子コアの前記ティースに前記巻線を巻き回すコイル形成工程と、
   前記巻線の端部と前記ターミナルとを２個の電極（５０，５１）で挟む電極配置工程と、
   ２個の前記電極に通電し、前記巻線の端部と前記ターミナルとを抵抗溶接する溶接工程と、
   前記溶接工程の後、前記ターミナルを前記電機子コアの前記穴に挿入する挿入工程と、を含むことを特徴とする電機子の製造方法。
6. 電極配置工程において、前記ターミナルのうち前記巻線が溶接される個所と反対側の端部は、前記電機子コアの前記穴に支持されていることを特徴とする請求項５に記載の電機子の製造方法。

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