JP2019115188A

JP2019115188A - 導体接合方法

Info

Publication number: JP2019115188A
Application number: JP2017247588A
Authority: JP
Inventors: 飛湯; Fei Tang; 祐治坂田; Yuji Sakata; 洋明武田; Hiroaki Takeda
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】ステータコアに設けられた第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部とをレーザー光により溶接する際に、第１および第２先端部の溶融量を充分に確保する。【解決手段】ステータコアに設けられた第１導体の第１先端部と、第２導体の第２先端部とをレーザーヘッドから照射されるレーザー光により溶接する導体接合方法は、ステータコアの径方向においてレーザーヘッドに近接する第１および第２先端部の一方を他方よりも当該レーザーヘッドからステータコアの軸方向に離間させた状態で第１先端部と第２先端部とを対向させ、第１および第２先端部により形成される隅肉部にレーザー光を照射して両者を溶接する。【選択図】図３

Description

本開示は、ステータコアに設けられた第１導体の第１端部と第２導体の第２端部とを接合する導体接合方法に関する。

従来、絶縁被膜が施されたセグメント導体を複数個用いて回転電機のコイルを形成するために、異なるセグメント導体の端部である導体端部同士を接合する回転電機の導体接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この導体接合方法は、２つのセグメント導体の先端から予め規定された剥離長の領域の絶縁被膜を除去し、当該２つのセグメント導体を裸導体端部の対向面同士が隣り合って対向すると共に先端同士が基準平面に沿って並ぶ状態に保持し、基準平面に直交する方向に対して予め規定された角度で傾斜した照射角度で当該２つの対向面の一方にレーザー光を照射して裸導体端部同士を溶接する。

特開２０１４−００７７９５号公報

しかしながら、上記導体接合方法により２つのセグメント導体の端部同士を接合する際に、セグメント導体の加工（曲げ加工）のバラつき等に起因して、当該２つのセグメント導体の裸導体端部の先端同士を基準平面に沿って並ぶ状態に保持できなくなることがある。そして、このように２つのセグメント導体の先端同士の位置ズレが生じると、隣り合って対向する２つの対向面の一方に充分にレーザー光を照射し得なくなり、裸導体端部の溶融量の不足により２つのセグメント導体の端部同士を強固に接合することが困難になる。

そこで、本開示は、ステータコアに設けられた第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部とをレーザー光により溶接する際に、第１および第２先端部の溶融量を充分に確保することを主目的とする。

本開示の導体接合方法は、ステータコアに設けられた第１導体の第１先端部と、第２導体の第２先端部とをレーザーヘッドから照射されるレーザー光により溶接する導体接合方法であって、前記ステータコアの径方向において前記レーザーヘッドに近接する前記第１および第２先端部の一方を他方よりも該レーザーヘッドから前記ステータコアの軸方向に離間させた状態で前記第１先端部と前記第２先端部とを対向させ、前記第１および第２先端部により形成される隅肉部に前記レーザー光を照射して両者を溶接するものである。

かかる方法は、レーザー光により第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部とを接合する際に、第１および第２先端部間に高低差を設けることにより隅肉部を形成し、当該隅肉部にレーザー光を照射して第１および第２先端部を溶接するものである。これにより、第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部とをレーザー光により溶接する際に、導体の加工のバラつき等に拘わらず、第１および第２先端部のレーザー光の照射による溶融量を充分に確保することができるので、第１および第２先端部を強固に接合することが可能となる。

また、第１および第２先端部は、ステータコアの軸方向に延在してもよく、当該ステータコアの径方向においてレーザーヘッドに近接する第１および第２先端部の一方の端面を他方の端面よりも当該レーザーヘッドから上記軸方向に離間させた状態で第１および第２先端部の側面同士を対向させてもよく、第１および第２先端部の一方の端面と第１および第２先端部の他方の側面とにより形成される隅肉部にレーザー光を照射して第１および第２先端部を溶接してもよい。

更に、第１および第２導体の一方は、その端面が第１および第２先端部の他方の端面よりもレーザーヘッドから上記軸方向に離間するようにステータコアに組み付けられてもよく、上記隅肉部を検知して当該隅肉部にレーザー光を照射してもよい。この場合、レーザーヘッドは、隅肉部を検知する検知装置を含むものであってもよい。

また、第１および第２導体の各々は、第１および第２先端部をレーザー光により溶接する際に、上記径方向においてレーザーヘッドに近接する第１および第２導体の一方の端面が他方の端面よりも当該レーザーヘッドから上記軸方向に離間するように位置決めされてもよい。

更に、第１および第２導体は、平角線であってもよく、第１導体は、ステータコアに巻回されたステータコイルの引出線であってもよく、第２導体は、端子に接続された動力線であってもよい。ただし、第１および第２導体の双方がステータコイルを形成するセグメントコイルであってもよい。

本開示の導体接合方法を利用して製造される電動機用ステータを示す概略構成図である。図１の電動機用ステータを示す平面図である。第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部との接合手順の一例を示す説明図である。第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部との接合手順の他の例を示す説明図である。第１導体の第１先端部と第２導体の第２先端部との接合手順の更に他の例を示す説明図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の導体接合方法を利用して製造される電動機用ステータ１を示す概略構成図であり、図２は、電動機用ステータ１を示す平面図である。これらの図面に示す電動機用ステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電気自動車やハイブリッド車両の走行駆動源あるいは発電機として用いられる３相交流電動機を構成するものである。本実施形態の電動機用ステータ１は、ステータコア２と、複数のステータコイル３とを含む。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板２１（図２参照）を複数積層することにより構成され、全体として円環状を呈する。ステータコア２は、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する図示しない複数のティース部と、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に形成された複数のコアスロット（図示省略）とを含む。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

複数のステータコイル３は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを含み、各ステータコイル３は、複数のセグメントコイル４を電気的に接合することにより形成される。セグメントコイル４は、表面に例えばエナメル樹脂等からなる絶縁被膜が成膜された平角線を略Ｕ字状に曲げ加工することにより形成された電気導体であり、絶縁被膜が除去された２つの先端部を有する。各セグメントコイル４の２つの脚部は、それぞれステータコア２の対応するコアスロットに挿通され、各セグメントコイル４のステータコア２の一端面（図１における上端面）から突出した部分には、図示しない曲げ加工装置を用いた曲げ加工が施される。

曲げ加工後の各セグメントコイル４の先端部は、ステータコア２の軸方向に延在し、対応する他のセグメントコイル４の先端部に電気的に接合（溶接）される。これにより、複数のステータコイル３がステータコア２に対して巻回され、各ステータコイル３は、それぞれステータコア２の軸方向における端面から外側に突出する２つの環状のコイルエンド部３ａ，３ｂを有する。なお、ステータコア２の各コアスロット内には、図示しないインシュレータ（絶縁紙）が配置されてもよい。

また、ステータコア２のコアスロットに挿通された多数のセグメントコイル４のうち、３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の端部は、他のセグメントコイル４に接合されず、図１および図２に示すように、図示しない曲げ加工装置によりステータコア２の外周に向けて折り曲げられると共に、図１中上方に向けて折り曲げられる。以下、このようにステータコア２の外周側に引き出される３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の端部を、引出線（第１導体）４０ｕ，４０ｖ，４０ｗという。引出線４０ｕは、Ｕ相コイルに含まれるものであり、引出線４０ｖは、Ｖ相コイルに含まれるものであり、引出線４０ｗは、Ｗ相コイルに含まれるものである。

引出線４０ｕの先端部４１（第１先端部：絶縁被覆が剥離された部分）は、図１に示すようにステータコア２の軸方向に延在し、図２に示すように、Ｕ相の端子５ｕに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｕの先端部５１（第２先端部：絶縁被覆が剥離された部分、図３参照）に電気的に接合（溶接）される。また、引出線４０ｖの先端部４１も、ステータコア２の軸方向に延在し、Ｖ相の端子５ｖに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｖの先端部５１に電気的に接合（溶接）される。引出線４０ｗの先端部４１も、ステータコア２の軸方向に延在し、Ｗ相の端子５ｗに電気的に接合された動力線（第２導体）５０ｗの先端部５１に電気的に接合（溶接）される。

動力線５０ｕ，５０ｖ，５０ｗは、何れもセグメントコイル４等と同様の平角線により形成されており、それぞれ樹脂製の保持部材６に固定されている。端子５ｕ，５ｖ，５ｗは、図示しない電動機のハウジングに電動機用ステータ１が組み付けられた際に当該ハウジングに設置（固定）された図示しない端子台に固定される。また、保持部材６は、ハウジングに電動機用ステータ１が組み付けられた際に当該ハウジングに固定される。これにより、ハウジングおよびステータコア２に対する動力線５０ｕ，５０ｖ，５０ｗの相対的な移動が規制される。なお、動力線５０ｕ，５０ｖ，５０ｗは、円形の断面形状を有する丸線により形成されてもよい。

そして、ステータコア２の図１中上端面上には、各ステータコイル３のコイルエンド部３ａや引出線４０ｕ，４０ｖ，４０ｗ等を覆うように、図示しない樹脂製のモールド部が形成される。これにより、隣り合うセグメントコイル４同士の隙間等に樹脂が入り込むことで、セグメントコイル４の先端部同士の接合部や、引出線４０ｕ−４０ｗと動力線５０−５０ｗとの接合部といった電気導体の露出部等が良好に絶縁される。また、ステータコア２の図１中下端面から露出する各ステータコイル３のコイルエンド部３ｂには、ワニス等の絶縁用樹脂が塗布される。また、ステータコア２には、図１中上端面から露出する各ステータコイル３のコイルエンド部３ａ側から図中下方のコイルエンド部３ｂ側に向けてワニス等の樹脂が塗布される。これにより、当該樹脂により各セグメントコイル４や図示しないインシュレータがステータコア２に固定される。

次に、引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１とを接合する手順について説明する。

引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１とは、セグメントコイル４、４ｕ−４ｖの曲げ加工が完了し、更に各セグメントコイル４の先端部同士の接合が完了した後に、レーザー溶接機１００のレーザーヘッド１０１から照射されるレーザー光により溶接される。レーザーヘッド１０１は、走査レンズ、分光レンズ、集光レンズ等を含む光学系を内蔵しており、レーザー発振器１０５からのレーザー光を予め定められた照射範囲内の所望の箇所に照射可能である。更に、レーザーヘッド１０１は、カメラ等の撮像ユニット（検知装置）１０２を内蔵しており、レーザー溶接機１００は、当該撮像ユニット１０２からの画像データに基づいてレーザー光の照射位置を検知し、検知した照射位置にレーザー光が照射されるようにレーザーヘッド１０１の光学系を調整する。

また、先端部４１および５１との接合に際しては、図３に示すように、ステータコア２をレーザーヘッド１０１の図中下方に位置決めする。更に、治具１１０を用いて動力線５０ｕ−５０ｗの保持部材６をステータコア２に対して位置決めする。保持部材６がステータコア２に対して位置決めされた際、各動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１は、図３に示すように、ステータコア２の軸方向Ａ（図３中上下方向）に延在し、各先端部５１の側面５１ｓは、対応する引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１の側面４１ｓと対向する。

ここで、本実施形態において、引出線４０ｕ−４０ｗを含むことになるセグメントコイル４ｕ−４ｗは、他のセグメントコイル４よりも短い線長を有する平角線により形成されている。そして、セグメントコイル４ｕ−４ｗは、保持部材６および各動力線５０ｕ−５０ｗがステータコア２に対して位置決めされた際に、各引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１の端面４１ｅが、接続対象である動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１の端面５１ｅよりも、ステータコア２の径方向Ｒにおいてレーザーヘッド１０１に近接すると共にレーザーヘッド１０１からステータコア２の軸方向Ａに離間するように曲げ加工される。すなわち、セグメントコイル４ｕ−４ｗの曲げ加工の完了後であって保持部材６および各動力線５０ｕ−５０ｗがステータコア２に対して位置決めされた際、動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１の端面５１ｅは、接続対象である引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１の端面４１ｅよりも、ステータコア２の径方向Ｒにおいてレーザーヘッド１０１から離間すると共にステータコア２の軸方向Ａにおいてレーザーヘッド１０１に近接して一段高く位置する。

続いて、治具１２０を用いて最初の溶接対象となる例えば引出線４０ｕの先端部４１の側面４１ｓと、動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１の側面５１ｓとを僅かな隙間を介して対向させる。これにより、図３に示すように、引出線４０ｕの先端部４１の端面４１ｅと、動力線５０ｕの先端部５１の側面５１ｓとによって隅肉部Ｆが形成される。治具１２０により溶接対象となる先端部４１および５１が位置決めされると、レーザー溶接機１００は、撮像ユニット１０２に対象となる先端部４１および５１周辺を撮像させ、当該撮像ユニット１０２からの画像データに基づいて、先端部４１および５１により形成された隅肉部Ｆにレーザー光が照射されるようにレーザーヘッド１０１の光学系を調整する。

光学系の調整完了後、レーザー溶接機１００は、レーザーヘッド１０１から溶接対象の先端部４１，５２により形成された隅肉部Ｆにステータコア２の軸方向Ａに対して予め定められた角度だけ傾斜した照射角度でレーザー光を照射する。これにより、隅肉部Ｆの周辺で先端部４１および５１が溶融して両者が溶接される。以後、残りの引出線４０ｖ，４０ｗおよび動力線５０ｖ，５０ｗについても同様の処理が実行され、引出線４０ｖの先端部４１および動力線５０ｖの先端部５１並びに引出線４０ｗの先端部４１および動力線５０ｗの先端部５１が溶接されることになる。

以上説明したように、レーザー光により引出線４０ｕ−４０ｗの先端部４１と、動力線５０ｕ−５０ｗの先端部５１とを接合する際には、先端部４１の端面４１ｅと先端部５１の端面５１ｅとを基準平面に含まれるように先端部４１および５１の側面４１ｓ，５１ｓ同士を対向させる代わりに、当該先端部４１および５１間に高低差を設けることにより隅肉部Ｆを形成する。そして、撮像ユニット１０２を介して検知した隅肉部Ｆにレーザー光を照射することにより先端部４１および５１を溶接する。これにより、先端部４１および５１をレーザー光により溶接する際に、セグメントコイル４ｕ−４ｗすなわち引出線４０ｕ−４０ｗの曲げ加工のバラつき（組み付け精度）等に拘わらず、先端部４１および５１のレーザー光の照射による溶融量を充分に確保することができるので、当該先端部４１および５１を強固に接合することが可能となる。

なお、先端部４１および５１との接合に際しては、レーザーヘッド１０１から先端部４１の端面４１ｅまでのステータコア２の軸方向Ａにおける距離が一定になるように、動力線５０ｕ−５０ｗに加えて、例えば先端部４１の端面４１ｅの一部を押さえる治具１３０（図３における二点鎖線参照）を用いて引出線４０ｕ−４０ｗを位置決めしてもよい。このような冶具１３０を用いた場合には、レーザーヘッド１０１から撮像ユニット１０２が省略されてもよい。また、電動機用ステータ１において、ステータコイル３を構成する各セグメントコイル４の先端部同士を上述のようにしてレーザー光により溶接してもよい。更に、上記先端部４１および５１（セグメントコイル４の先端部も同様）は、ステータコア２の軸方向Ａに延在するものでなくてもよく、例えば、それぞれステータコア２の径方向Ｒに沿って延在するものであってもよい。

また、本開示の導体接合方法は、図４および図５に示すように、３本の導体７，８，９の先端部７１，８１，９１を接合するのに適用されてもよい。３本の導体７，８，９の先端部７１，８１，９１を接合する場合であって、導体（第１導体）７の先端部（第１先端部）７１がステータコアの径方向Ｒにおいて導体（第２導体）８，９の先端部（第２先端部）８１，９１よりもレーザーヘッド１０１に近接する場合、図４に示すように、導体７の先端部７１の端面７１ｅを導体８，９の先端部８１，９１の端面８１ｅ，９１ｅよりもレーザーヘッド１０１からステータコアの軸方向Ａに離間させた状態で先端部７１の側面７１ｓと先端部８１，９１の側面８１ｓ，９１ｓとを僅かな隙間を介して対向させ、先端部７１の端面７１ｅと先端部８１，９１の側面８１ｓ，９１ｓとにより形成される隅肉部Ｆにレーザー光を照射して３本の導体７，８，９を溶接すればよい。更に、導体（第１導体）８，９の先端部８１，９１がステータコアの径方向Ｒにおいて導体７の先端部７１よりもレーザーヘッド１０１に近接する場合には、図５に示すように、導体８，９の先端部８１，９１の端面８１ｅ，９１ｅを導体７の先端部７１の端面７１ｅよりもレーザーヘッド１０１からステータコアの軸方向Ａに離間させた状態で先端部８１，９１の側面８１ｓ，９１ｓと先端部７１の側面７１ｓとを僅かな隙間を介して対向させ、先端部８１，９１の端面８１ｅ，９１ｅと先端部７１の側面７１ｓとにより形成される隅肉部Ｆにレーザー光を照射して３本の導体７，８，９を溶接してもよい。

なお、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電動機の製造分野等において利用可能である。

１電動機用ステータ、２ステータコア，２１電磁鋼板、３ステータコイル、３ａ，３ｂコイルエンド部、４，４ｕ，４ｖ，４ｗセグメントコイル、４０ｕ，４０ｖ，４０ｗ引出線、４１先端部、４１ｅ端面、４１ｓ側面、５ｕ，５ｖ，５ｗ端子、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ動力線、５１先端部、５１ｅ端面、５１ｓ側面、６保持部材、７，８，９導体、７１，８１，９１先端部、７１ｅ，８１ｅ，９１ｅ端面、７１ｓ，８１ｓ，９１ｓ側面、１００レーザー溶接機、１０１レーザーヘッド、１０２撮像ユニット、１０５レーザー発振器、１１０，１２０，１３０治具、Ｆ隅肉部。

Claims

ステータコアに設けられた第１導体の第１先端部と、第２導体の第２先端部とをレーザーヘッドから照射されるレーザー光により溶接する導体接合方法であって、
前記ステータコアの径方向において前記レーザーヘッドに近接する前記第１および第２先端部の一方を他方よりも該レーザーヘッドから前記ステータコアの軸方向に離間させた状態で前記第１先端部と前記第２先端部とを対向させ、前記第１および第２先端部により形成される隅肉部に前記レーザー光を照射して両者を溶接する導体接合方法。