JP2018153061A - 電気導体の接合方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定構造の固定子を組み立てる際に、電源容量を抑えることが可能な電気導体の接合方法を提供すること。【解決手段】まず、固定子鉄心２のスロットに挿設されたスロットコイル５の接合部に、金属ペーストを介してコイルピース９を接触させて配置する。次に、スロットコイル５と各コイルピース９との接触箇所１５をスロットコイル５の軸方向に押圧しつつ、一対の電極１１Ａ、１１Ｂを用いてスロットコイル５の軸方向（図中、上下方向）に通電する。これにより、コイルピース９の軸方向（図中、矢印Ｘ方向）に電気が流れなくなる。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるモータの固定子（ステータ）を量産する際に適用するのに好適な電気導体の接合方法に関する。
従来、この種の固定子としては、円環状の固定子鉄心に複数のスロットが周方向に沿って所定の間隔で形成され、各スロットにそれぞれ直線状（Ｉ字形状）のスロットコイルがその軸方向両側の接合部をスロットから突出させて挿設され、複数のスロットのうち互いに異なるスロットに挿設されたスロットコイルがコイルピースで順に接合されることにより、スロットコイルおよびコイルピースが電気的に接続されてコイルを形成しているものが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
このような固定子を組み立てる際には、スロットコイルとコイルピースとを接合する必要がある。この接合方法としては、すべてのスロットコイルとすべてのコイルピースとを交互に直列に接続し、その両端に一対の電極を接続して通電することにより、すべての接続箇所を一括して効率よく接合する方法が考えられる。
特開２０１６−１３０２１号公報
しかしながら、この接合方法では、一対の電極間に通電するときに、すべての導電部材（スロットコイル、コイルピース）に電気が流れるため、必然的に電源容量を大きくしなければならない。
本発明は、このような事情に鑑み、特定構造の固定子を組み立てる際に、電源容量を抑えることが可能な電気導体の接合方法を提供することを目的とする。
本発明に係る電気導体の接合方法は、環状の固定子鉄心（例えば、後述の固定子鉄心２）に複数のスロット（例えば、後述のスロット３）が周方向に沿って形成され、前記各スロットにそれぞれ線状の導体部材（例えば、後述のスロットコイル５）がその軸方向両側の接合部（例えば、後述の接合部５ａ、５ｂ）を当該スロットから突出させて挿設され、前記複数のスロットのうち互いに異なるスロットに挿設された導体部材が接続導体部材（例えば、後述のコイルピース９）で順に接合されることにより、前記導体部材および前記接続導体部材が電気的に接続されてコイルを形成している固定子（例えば、後述の固定子１）において、前記導体部材と前記接続導体部材とを接合する電気導体の接合方法であって、前記導体部材の接合部に金属ペースト（例えば、後述の金属ペースト１０）を介して前記接続導体部材を接触させて配置する配置工程と、前記導体部材と前記各接続導体部材との接触箇所（例えば、後述の接触箇所１５）を前記導体部材の軸方向に押圧しつつ、一対の電極（例えば、後述の電極１１Ａ、１１Ｂ）を用いて前記導体部材の軸方向に通電する通電工程と、を有する。
前記配置工程において、前記導体部材の軸方向両側の接合部にそれぞれ前記金属ペーストを介して前記接続導体部材を接触させて配置し、前記通電工程において、前記導体部材と前記各接続導体部材との接触箇所を前記導体部材の軸方向に前記一対の電極で押圧しつつ、これらの電極間に通電してもよい。
前記配置工程において、前記導体部材のうち任意の第１の導体部材に対して、軸方向一方側の接合部に金属ペーストを介して第１の接続導体部材を接触させて配置するとともに、軸方向他方側の接合部に金属ペーストを介して第２の接続導体部材を接触させて配置し、前記第１の導体部材と異なる任意の第２の導体部材に対して、軸方向一方側の接合部に金属ペーストを介して第３の接続導体部材を接触させて配置するとともに、軸方向他方側の接合部に金属ペーストを介して第４の接続導体部材を接触させて配置し、前記第２の接続導体部材の接合部と前記第４の接続導体部材の接合部とを中継電極（例えば、後述の中継電極１６）で電気的に接続し、前記通電工程において、前記第１の導体部材と前記第１の接続導体部材および前記第２の接続導体部材との接触箇所を前記第１の導体部材の軸方向に前記一対の電極のうち一方の電極および前記中継電極で押圧するとともに、前記第２の導体部材と前記第３の接続導体部材および前記第４の接続導体部材との接触箇所を前記第２の導体部材の軸方向に前記一対の電極のうち他方の電極および前記中継電極で押圧しつつ、前記一対の電極間に通電してもよい。
前記導体部材は、前記接触箇所に面している部分の断面積が前記接触箇所に面していない部分の断面積より小さくてもよい。
前記接続導体部材は、前記接触箇所に面している部分の断面積が前記接触箇所に面していない部分の断面積より小さくてもよい。
前記金属ペーストは、Ａｇナノペーストであってもよい。
本発明によれば、特定構造の固定子を組み立てる際に、電源容量を抑えることが可能な電気導体の接合方法を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る固定子の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電気導体の接合方法の配置工程を示す模式的な斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電気導体の接合方法の通電工程を示す模式的な斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る電気導体の接合方法を示す模式的な斜視図である。
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気導体の接合方法の配置工程を示す模式的な斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、本発明の第１実施形態に係る電気導体の接合方法の配置工程および通電工程を示す模式的な斜視図である。
この第１実施形態に係る固定子１は、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるモータの部品として用いられるものである。この固定子１は、図１に示すように、円環状の固定子鉄心（ステータコア）２を有している。固定子鉄心２には、複数（例えば、５０〜２００個）のスロット３が周方向に沿って等角度間隔で形成されている。各スロット３には、それぞれ直線状（Ｉ字形状）の導体部材としての銅製のスロットコイル５が、その軸方向（図１上下方向）両側の接合部５ａ、５ｂをスロット３から突出させて挿設されている。なお、各スロットコイル５は、それぞれ樹脂製の絶縁材４で被覆されている。
また、固定子鉄心２の軸方向（図１上下方向）両側には、それぞれベースプレート６Ａ、６Ｂが配置されている。各ベースプレート６Ａ、６Ｂは、それぞれ、２個の円環状の樹脂製のコイルプレート７と、２個の円環状のコイルピース組立体８とが、交互に積層されて構成されている。各コイルピース組立体８は、それぞれ、複数の接続導体部材としての銅製のコイルピース９（図２Ａ、図２Ｂ参照）が円周上に等角度間隔で配置されて構成されている。
そして、固定子鉄心２の複数のスロット３のうち互いに異なるスロット３に挿設されたスロットコイル５がコイルピース９で順に接合されることにより、すべてのスロットコイル５およびすべてのコイルピース９が電気的に接続されてコイルを形成している。
以上のような構成を有する固定子１を組み立てる際には、次の手順に従って、スロットコイル５とコイルピース９とを接合する。
まず、配置工程で、図２Ａに示すように、スロットコイル５の軸方向（図２Ａ上下方向）両側の接合部５ａ、５ｂにそれぞれ、金属ペースト１０を介してコイルピース９を接触させて配置する。具体的には、各コイルピース９の接合部９ａに、それぞれ金属ペースト１０を塗布する。この金属ペースト１０は、Ａｇナノペースト（つまり、ナノメートル（ｎｍ）オーダーの銀粒子により構成されたペースト）を用いる。その後、スロットコイル５の接合部５ａ、５ｂにそれぞれ、コイルピース９の接合部９ａを接触させる。
このとき、スロットコイル５については、接触箇所１５に面している部分の断面積が、接触箇所１５に面していない部分の断面積より小さくなるようにする。また、各コイルピース９についても、接触箇所１５に面している部分の断面積が、接触箇所１５に面していない部分の断面積より小さくなるようにする。
次に、通電工程に移行し、図２Ｂに示すように、スロットコイル５と各コイルピース９との接触箇所１５をスロットコイル５の軸方向（図２Ｂ上下方向）に一対の電極１１Ａ、１１Ｂで強く押圧しつつ、これらの電極１１Ａ、１１Ｂ間に通電する。具体的には、交流電源１２から供給される交流を変圧器１３で変圧してから整流器１４で直流に変換した後、一方の電極１１Ａを上側のコイルピース９の上側に接触させて正の電荷を付与するとともに、他方の電極１１Ｂを下側のコイルピース９の下側に接触させて負の電荷を付与する。なお、コイルピース９に対して電極１１Ａ、１１Ｂを接触させる位置は、接触箇所１５に対して軸対称の位置とする。こうすることにより、一対の電極１１Ａ、１１Ｂで接触箇所１５を押圧するときに力のバランスを保つことができるので、加圧の低い部分で電極１１Ａ、１１Ｂが酸化して接触抵抗や発熱が増加する事態の発生を未然に防ぐことが可能となる。
すると、一対の電極１１Ａ、１１Ｂ間にスロットコイル５の軸方向（図２Ｂ上下方向）の電流が流れるため、通電接合により、スロットコイル５と各コイルピース９とが接触箇所１５で強固に接合される。
このとき、コイルピース９の軸方向（図２Ｂの矢印Ｘ方向）には電気が流れないため、電源容量を抑えることができる。したがって、固定子１を組み立てる際に、電源容量を抑えることが可能な電気導体の接合方法を提供することができる。しかも、コイルピース９の発熱（ジュール熱の発生）を抑えることができ、熱引きとして利用することが可能となる。そのため、スロットコイル５を被覆している樹脂製の絶縁材４が、その耐熱温度を超えて溶融してしまう等の不都合を未然に防止することができる。
また、スロットコイル５および各コイルピース９は、接触箇所１５に面している部分の断面積が、接触箇所１５に面していない部分の断面積より小さくなっている。そのため、通電工程では、断面積が小さい方と局所的に発熱して高温となる。したがって、接触箇所１５にある金属ペースト１０が溶融しやすくなり、少ない電流でもスロットコイル５とコイルピース９とを効果的に接合することができる。
さらに、この金属ペースト１０は、上述したとおり、Ａｇナノペーストであるため、スロットコイル５の銅とコイルピース９の銅との間にＡｇナノペーストの銀の細かい粒子が入り込む形で、銅と銀とが共晶結合で接合され、接触箇所１５に緻密かつ低抵抗な接合層が形成される。その結果、スロットコイル５とコイルピース９との接合の信頼性を高めることができる。
ここで、スロットコイル５とコイルピース９との接合が終了する。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る電気導体の接合方法を示す模式的な斜視図である。なお、図３では、固定子鉄心の図示を省略している。
この第２実施形態では、上述した第１実施形態に係る固定子１を組み立てる際に、上述した第１実施形態とは異なる手順（配置工程および通電工程）により、スロットコイル５とコイルピース９とを接合する。
すなわち、配置工程では、図３に示すように、第１のスロットコイル５Ａに対して、軸方向一方側（図３上側）の接合部５ａに金属ペースト１０を介して第１のコイルピース９Ａを接触させて配置するとともに、軸方向他方側（図３下側）の接合部５ｂに金属ペースト１０を介して第２のコイルピース９Ａを接触させて配置する。次いで、第１のスロットコイル５Ａと異なる第２のスロットコイル５Ｂに対して、軸方向一方側（図３上側）の接合部５ａに金属ペースト１０を介して第３のコイルピース９Ｂを接触させて配置するとともに、軸方向他方側（図３下側）の接合部５ｂに金属ペースト１０を介して第４のコイルピース９Ｂを接触させて配置する。さらに、第２のコイルピース９Ａの接合部５ｂと第４のコイルピース９Ｂの接合部５ｂとを中継電極１６で電気的に接続する。
このとき、スロットコイル５Ａ、５Ｂについては、上述した第１実施形態と同様、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面している部分の断面積が、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面していない部分の断面積より小さくなるようにする。また、各コイルピース９Ａ、９Ｂについても、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面している部分の断面積が、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面していない部分の断面積より小さくなるようにする。
また、通電工程では、図３に示すように、第１のスロットコイル５Ａと第１および第２のコイルピース９Ａとの接触箇所１５Ａを第１のスロットコイル５Ａの軸方向（図３上下方向）に一対の電極１１Ａ、１１Ｂのうち一方の電極１１Ａおよび中継電極１６で押圧するとともに、第２のスロットコイル５Ｂと第３および第４のコイルピース９Ｂとの接触箇所１５Ｂを第２のスロットコイル５Ｂの軸方向（図３上下方向）に一対の電極１１Ａ、１１Ｂのうち他方の電極１１Ｂおよび中継電極１６で押圧しつつ、一対の電極１１Ａ、１１Ｂ間に通電する。なお、コイルピース９Ａ、９Ｂに対して電極１１Ａ、１１Ｂを接触させる位置は、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに対して軸対称の位置とする。こうすることにより、一対の電極１１Ａ、１１Ｂおよび中継電極１６で接触箇所１５Ａ、１５Ｂを押圧するときに力のバランスを保つことができるので、加圧の低い部分で電極１１Ａ、１１Ｂが酸化して接触抵抗や発熱が増加する事態の発生を未然に防ぐことが可能となる。
すると、一対の電極１１Ａ、１１Ｂ間に、中継電極１６を介して、スロットコイル５Ａ、５Ｂの軸方向（図３上下方向）の電流が流れるため、通電接合により、スロットコイル５Ａ、５Ｂと各コイルピース９Ａ、９Ｂとが接触箇所１５Ａ、１５Ｂで強固に接合される。
このとき、コイルピース９Ａ、９Ｂの軸方向（図３の矢印Ｘ方向）には電気が流れないため、電源容量を抑えることができる。したがって、固定子１を組み立てる際に、電源容量を抑えることが可能な電気導体の接合方法を提供することができる。しかも、コイルピース９Ａ、９Ｂの発熱（ジュール熱の発生）を抑えることができ、熱引きとして利用することが可能となる。そのため、スロットコイル５Ａ、５Ｂを被覆している樹脂製の絶縁材４が、その耐熱温度を超えて溶融してしまう等の不都合を未然に防止することができる。
また、スロットコイル５Ａ、５Ｂおよび各コイルピース９Ａ、９Ｂは、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面している部分の断面積が、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに面していない部分の断面積より小さくなっている。そのため、通電工程では、断面積が小さい方と局所的に発熱して高温となる。したがって、接触箇所１５Ａ、１５Ｂにある金属ペースト１０が溶融しやすくなり、少ない電流でもスロットコイル５Ａ、５Ｂとコイルピース９Ａ、９Ｂとを効果的に接合することができる。
さらに、この金属ペースト１０は、上述した第１実施形態と同様、Ａｇナノペーストであるため、スロットコイル５Ａ、５Ｂの銅とコイルピース９Ａ、９Ｂの銅との間にＡｇナノペーストの銀の細かい粒子が入り込む形で、銅と銀とが共晶結合で接合され、接触箇所１５Ａ、１５Ｂに緻密かつ低抵抗な接合層が形成される。その結果、スロットコイル５Ａ、５Ｂとコイルピース９Ａ、９Ｂとの接合の信頼性を高めることができる。
ここで、スロットコイル５Ａ、５Ｂとコイルピース９Ａ、９Ｂとの接合が終了する。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、上述した第１実施形態では、図２Ｂに示すように、スロットコイル５ごとに交流電源１２で通電接合を行う場合について説明した。しかし、交流電源１２から２個のスロットコイル５に切り替えて通電できるように回路を構成することにより、１個の交流電源１２を用いて２個のスロットコイル５の通電接合を連続して実行することもできる。
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、直線状（Ｉ字形状）のスロットコイル５を有する固定子１について説明した。しかし、スロットコイル５の形状はＩ字形状に限らず、例えばＬ字形状であってもよい。
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、配置工程において、金属ペースト１０としてＡｇナノペーストを用いる場合について説明した。しかし、Ａｇナノペースト以外のもの（例えば、めっき材、ろう材など）を代用または併用することも可能である。
さらに、上述した第１実施形態および第２実施形態では、モータの固定子１について説明したが、これに限らず、例えば発電機の固定子に本発明を同様に適用することも可能である。
１……固定子
２……固定子鉄心
３……スロット
５……導体部材（スロットコイル）
５ａ、５ｂ……接合部
９……接続導体部材（コイルピース）
９ａ……接合部
１０……金属ペースト
１１Ａ、１１Ｂ……電極
１５……接触箇所
１６……中継電極

Claims (6)

  1. 環状の固定子鉄心に複数のスロットが周方向に沿って形成され、前記各スロットにそれぞれ線状の導体部材がその軸方向両側の接合部を当該スロットから突出させて挿設され、前記複数のスロットのうち互いに異なるスロットに挿設された導体部材が接続導体部材で順に接合されることにより、前記導体部材および前記接続導体部材が電気的に接続されてコイルを形成している固定子において、前記導体部材と前記接続導体部材とを接合する電気導体の接合方法であって、
    前記導体部材の接合部に金属ペーストを介して前記接続導体部材を接触させて配置する配置工程と、
    前記導体部材と前記各接続導体部材との接触箇所を前記導体部材の軸方向に押圧しつつ、一対の電極を用いて前記導体部材の軸方向に通電する通電工程と、
    を有する電気導体の接合方法。
  2. 前記配置工程において、前記導体部材の軸方向両側の接合部にそれぞれ前記金属ペーストを介して前記接続導体部材を接触させて配置し、
    前記通電工程において、前記導体部材と前記各接続導体部材との接触箇所を前記導体部材の軸方向に前記一対の電極で押圧しつつ、これらの電極間に通電する請求項１に記載の電気導体の接合方法。
  3. 前記配置工程において、
    前記導体部材のうち任意の第１の導体部材に対して、軸方向一方側の接合部に金属ペーストを介して第１の接続導体部材を接触させて配置するとともに、軸方向他方側の接合部に金属ペーストを介して第２の接続導体部材を接触させて配置し、
    前記第１の導体部材と異なる任意の第２の導体部材に対して、軸方向一方側の接合部に金属ペーストを介して第３の接続導体部材を接触させて配置するとともに、軸方向他方側の接合部に金属ペーストを介して第４の接続導体部材を接触させて配置し、
    前記第２の接続導体部材の接合部と前記第４の接続導体部材の接合部とを中継電極で電気的に接続し、
    前記通電工程において、
    前記第１の導体部材と前記第１の接続導体部材および前記第２の接続導体部材との接触箇所を前記第１の導体部材の軸方向に前記一対の電極のうち一方の電極および前記中継電極で押圧するとともに、
    前記第２の導体部材と前記第３の接続導体部材および前記第４の接続導体部材との接触箇所を前記第２の導体部材の軸方向に前記一対の電極のうち他方の電極および前記中継電極で押圧しつつ、
    前記一対の電極間に通電する請求項１に記載の電気導体の接合方法。
  4. 前記導体部材は、前記接触箇所に面している部分の断面積が前記接触箇所に面していない部分の断面積よりも小さい請求項１から３までのいずれかに記載の電気導体の接合方法。
  5. 前記接続導体部材は、前記接触箇所に面している部分の断面積が前記接触箇所に面していない部分の断面積よりも小さい請求項１から４までのいずれかに記載の電気導体の接合方法。
  6. 前記金属ペーストは、Ａｇナノペーストである請求項１から５までのいずれかに記載の電気導体の接合方法。
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