JP2020202638A

JP2020202638A - 溶接接合構造、溶接接合方法および溶接接合構造を有する電動機

Info

Publication number: JP2020202638A
Application number: JP2019107025A
Authority: JP
Inventors: 堀　俊夫; Toshio Hori; 俊夫堀
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-12-17

Abstract

【課題】導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造を実現する。【解決手段】２つの導体１０１、１０２が溶接熱源１００により溶融され、互に接合される溶接接合構造である。２つの導体１０１、１０２は、これら２つの導体１０１、１０２間に間隔が形成され、溶接熱源１００によって溶融され、凝固されたアーチ状の融合部１０５により互いに接合されている。これにより、導体１０１、１０２間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未合の生じない溶接接合構造を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、線状または板状の金属材製の２部材を隣接させて熱源により接合する溶接接合構造、溶接接合方法および溶接接合構造を有する電動機に関する。

電動機におけるコイル状導体を形成する方法としては、Ｕ字状に成型した導体を、スロット状に開口部を設けた磁性体のコアに複数挿入し、その導体端部を互いに接合することにより１本の導体として繋ぎ、コイルとして機能させる方法がある。

特許文献１には、導体間の接合方法として、矩形状の被膜付き導体の被膜を、溶接時の熱影響による劣化が生じない範囲まで除去し、その除去部同士を密着させてＴＩＧ溶接により接合する車両用回転電機の製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、スリットを設けた導体同士を密着させて溶接することで溶融体積を減少させ、溶接時の投入熱量を低減し、溶接強度を確保しながら溶融部の寸法を制御する回転電機が開示されている。

特開２００２−２０４５４３号公報

特開２０１７−１５８４００号公報

前述のように、従来の方法では、導体間を確実に接合するため、各導体を密着あるいは導体間隔を極小化して配置し、溶接熱源によって同時にまたは交互に加熱溶融し、接合する。

この場合、導体間の間隔が大きいと、部材への入熱不足や入熱不均一が生じ、双方の溶融部の融合不足や未融合が生じるという問題がある。

また、導体間隔を密着あるいは極小化する手段としては、導体をコアに挿入した後に接合する導体同士を加圧し、塑性変形させることにより密着させる方法があるが、加圧力によって導体被膜が損傷する可能性がある。

また、特許文献２に開示された方法のように、被膜を除去した導体の先端同士を接触させることで、上述した加圧力による導体被膜の損傷の可能性は低減できるが、導体の先端同士を確実に接触させるためには、導体の成型設備やコアへの導体挿入設備に高い精度が要求される。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を考慮し、導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造、溶接接合方法および融合不足や未融合の生じない溶接接合構造を有する電動機を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

２つの導体が溶接熱源により溶融され、互に接合される溶接接合構造であって、
前記２つの導体は、これら２つの導体間に間隔が形成され、前記溶接熱源によって溶融され、凝固されたアーチ状の融合部により互いに接合されている。

２つの導体を溶接熱源により溶融し、互に接合する溶接接合方法であって、前記２つの導体間に間隔を形成し、前記溶接熱源によって前記２つの導体を溶融し、凝固してアーチ状の融合部を形成し、前記２つの導体を互いに接合する。

本発明によれば、導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造、溶接接合方法および融合不足や未融合の生じない溶接接合構造を有する電動機を実現することができる。

本発明の実施例１による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。２つの導体が互に溶接される前の状態を示す図である。本発明の実施例２による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。本発明の実施例３による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。本発明の実施例４による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。本発明の実施例１及び２における被覆厚さと導体間の幅との関係を示す図である。本発明の実施例３における被覆厚さと導体間の幅との関係を示す図である。本発明の実施例５の電動機のステータの概略斜視図である。コイルとコイル剥離部並びに融合部の拡大図である。実施例１の溶接接合構造を有する電動機の概略断面構造を示す図である。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。

図１において、接合導体１０１は導体被覆部１０３が除去された状態である。同様に、接合導体１０２も導体被覆部１０４が除去された状態である。

導体１０１と導体１０２とはアーチ状の融合部１０５により融合されている。導体１０１と導体１０２は、融合部１０５により互いに融合されていない状態では、それぞれ、直線状である。

図２は、導体１０１と導体１０２とが互に溶接される前の状態を示す図である。図２において、導体１０１と導体１０２とを互いに溶接するときは、導体１０１と１０２との間に間隔が形成されて、ほぼ垂直状態とし、互に平行となるように設置する。また、導体被覆部１０３と導体被覆部１０４との間にも間隔が形成されている。

そして、導体１０１の先端と導体１０２先端との上方側から導体１０１の先端と導体１０２先端とに、溶接熱源（例えばアーク溶接）１００から溶融するための熱を加える。

溶接熱源１００は、溶接熱源１００からの熱が、導体１０１の垂直方向延長線と導体１０２の垂直方向延長線との中心領域に向けて加えられるように配置される。

溶接熱源１００による熱が、導体１０１と導体１０２とが互いに対向する側の部分に多く与えられるように溶接熱源１００を制御することにより、導体１０１と１０２とが互に対向する側から溶融する。このため、導体１０１と導体１０２とは、互に対向する方向に傾斜し、導体１０１と導体１０２とが接触する。

導体１０１と導体１０２とが接触した状態でさらに、溶接熱源１００から熱を与え、導体１０１と導体１０２とを溶融する。そして、融合部１０５を形成し、融合部１０５を凝固することにより、導体１０１と導体１０２とが接合される。

このようにして、融合部１０５を形成することにより、導体１０１および１０２ならびに導体被覆部１０３と１０４には塑性変形を生じ得る外力を与えずに溶接施工することができ、導体被覆部１０３ならびに１０４の損傷を防止することができる。

溶接熱源１００の制御は、例えば間欠的にアークやレーザを発生させる制御である。

溶接熱源１００は、アーク溶接のみならず、レーザ溶接等の他の溶接方法であってもよい。

また、溶接熱源１００を静止状態で制御し、導体１０１と導体１０２との溶接を行うことができるが、溶接熱源１００を搖動させて導体１０１及び導体１０２への熱印加量および印加領域を制御することも可能である。

本発明の実施例１によれば、導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造及び溶接接合方法を実現することができる。

また、導体同士を加圧することによる被膜損傷の可能性を除去し、導体の成型設備及びコアへの導体挿入設備の高精度化に伴う設備コストも抑制することができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図３は、本発明の実施例２による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。

図３に示すように、２本の導体１０１と１０２と間に間隔を設け、導体被覆部１０３ならびに１０４は塑性変形を生じさせるような外力を与えること無く、互に密着させた状態となっている。

導体１０１と導体１０２は、融合部１０５により互いに融合されていない状態では、それぞれ、直線状であり、実施例１と同様な方法を用いて、溶接熱源１００により互いに融合される。

実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。

図４は、本発明の実施例３による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。

図４に示すように、導体１０１と、整流器等の機器の端子等のＬ字形状の構造体の導体１０６との間には間隔を設け、それぞれの先端同士を熱源により接触融合し、融合部１０５を形成する。

導体１０１とＬ字形状の構造体の導体１０６の一方の直線状部１０６０は、融合部１０５により互いに融合されていない状態では、それぞれ、図示した状態から延長した直線状であり、実施例１と同様な方法を用いて、熱源により互いに融合される。

この場合、導体１０１ならびに導体被覆部１０３には塑性変形を生じ得る外力を与えずに溶接施工することができ、導体被覆部１０３の損傷を防止することができる。

実施例３においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

（実施例４）
次に、本発明の実施例４について説明する。

図５は、本発明の実施例４による溶接接合構造及び溶接接合方法の説明図である。

図５の（Ａ）は、実施例４による溶接接合構造を一方向から見た図であり、図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示した構造の側方から見た図である。

図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、導体１０１と導体１０２とを互いに間隔を設けた状態で直交配置し、それぞれの先端同士を熱源からの溶融熱により接触融合し、融合部１０５を得る。

導体１０１と導体１０２は、融合部１０５により互いに融合されていない状態では、導体１０１は、直線状であり、実施例１と同様な方法を用いて、溶接熱源１００により溶融熱が導体１０１と導体１０２に与えられる。この場合、導体１０１の先端部が熱源に近いことから、導体１０１の先端が先に溶融していき、導体１０２の先端に向かって変形し、導体１０２と接合する。

この場合、導体１０１および１０２ならびに導体被覆部１０３と１０４には塑性変形を生じ得る外力を与えずに溶接施工することができ、導体被覆部１０３ならびに１０４の損傷を防止することができる。

実施例４においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

次に、上述した実施例１〜４の溶接接合される導体等の寸法関係について説明する。

図６は、本発明の実施例１及び２における被覆厚さと導体間の幅との関係を示す図である。

図６に示すように、被覆厚さＬ１を有する導体１０１（一つの導体）と被覆厚さＬ２を有する導体１０２（他の一つの導体）との間に幅Ｌ３の間隔を設ける。

厚さＬ１と厚さＬ２及び幅Ｌ３を、次式（１）に示す関係とする。

Ｌ１＋Ｌ２＜Ｌ３・・・（１）
実施例１は、上記式（１）の関係となる。

実施例２については、次式（２）に示す関係とする。

Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ３・・・（２）
図７は、本発明の実施例３における被覆厚さと導体間の幅との関係を示す図である。

実施例３では、図７に示すように、被覆厚さＬ１を有する導体１０１と構造体の導体１０６間に幅Ｌ３の間隔を設ける。厚さＬ１と幅Ｌ３を、次式（３）に示す関係とする。

Ｌ１＜Ｌ３・・・（３）
実施例４についても、上記式（３）に示す関係となる。

（実施例５）
次に、本発明の実施例５について説明する。

実施例５は、実施例１の溶接接合構造を有する電動機の例である。この電動機は主に車両用に用いられる。

図８は、実施例５の電動機のステータの概略斜視図である。

図８において、電動機のステータは、ステータコア２０１に被覆を有するコイル（導体被覆部）２０２が円周状に挿入されており、そのコイル剥離部２０３の先端が、隣接するコイル剥離部２０３と溶接熱源１００により溶接され、融合部（アーチ状の融合部）２０４を形成している。

図９は、コイル２０２とコイル剥離部２０３並びに融合部２０４の拡大図である。

図９において、コイル２０２は厚さＴ１の被覆を有しており、隣接するコイル（導体被覆部）２０５は厚さＴ２の被覆を有している。このとき、コイル剥離部２０３並びに２０６間に幅Ｇの間隔を設け、厚さＴ１と厚さＴ２と幅Ｇを次式（４）に示す関係とする。

Ｔ１＋Ｔ２＜Ｇ（４）
コイル剥離部２０３と２０６とを、実施例１と同様にして接触融合し、融合部２０４を形成する。この場合、コイル剥離部２０３並びに２０６、及びコイル（被覆部）２０２並びに２０５には塑性変形を生じうる外力を与えずに溶接施工することで、コイル２０２並びに２０５の導体被覆の損傷を防止することができる。

なお、コイル２０２並びに２０５の導体幅を１．５ｍｍとし、コイル２０２の被覆厚さＴ１並びにコイル２０５の被膜厚さＴ２を０．１６ｍｍ、コイル剥離部２０３及び２０６間の幅Ｇを（４）式を満足する０．４ｍｍとした場合において、良好な融合部２０４が得られることが確認されている。

図１０は実施例１の溶接接合構造を有する電動機の概略断面構造を示す図である。

図１０において、動力軸３０１はロータコア３０２に固定されており、電動機の筐体を構成するハウジング３０３及びカバー３０４に固定された軸受３０５によって両端を保持されている。

被覆を有するコイル群３０６は互いに溶接により接続されており、これとステータコア３０７によって構成されるステータは、ロータコア３０１とステータコア３０７間に僅かなギャップを形成するように同軸状にハウジングに固定されている。

実施例５によれば、導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造を有する電動機を実現することができる。

実施例５による電動機は、車両用の電動機のみならず、船舶等の他の移動体にも適用可能である。

以上のように、本発明によれば、導体間を溶接する際の隙間の存在を許容しながらも、融合不足や未融合の生じない溶接接合構造、溶接接合方法および融合不足や未融合の生じない溶接接合構造を有する電動機を実現することができる。

１００・・・溶接熱源、１０１・・・接合導体、１０２・・・接合導体、１０３・・・導体被覆部、１０４・・・導体被覆部、１０５・・・融合部、１０６・・・構造体の導体、２０１・・・ステータコア、２０２・・・コイル（導体被覆部）、２０３・・・コイル剥離部、２０４・・・融合部、２０５・・・コイル（導体被覆部）、２０６・・・コイル剥離部、３０１・・・動力軸、３０２・・・ロータコア、３０３・・・ハウジング、３０４・・・カバー、３０５・・・軸受、３０６・・・コイル群、３０７・・・ステータコア、１０６０・・・Ｌ字形状の構造体の一方の直線部、Ｌ１・・・被覆厚さ、Ｌ２・・・被覆厚さ、Ｌ３・・・導体間距離、Ｔ１・・・被覆厚さ、Ｔ２・・・被覆厚さ、Ｇ・・・コイル剥離部間距離

Claims

２つの導体が溶接熱源により溶融され、互に接合される溶接接合構造であって、
前記２つの導体は、これら２つの導体間に間隔が形成され、前記溶接熱源によって溶融され、凝固されたアーチ状の融合部により互いに接合されていることを特徴とする溶接接合構造。
請求項１に記載の溶接接合構造において、
前記２つの導体は、それぞれ導体被覆部を有し、これら導体被覆部間には間隔が形成されていることを特徴とするよう溶接接合構造。
請求項１に記載の溶接接合構造において、
前記２つの導体は、それぞれ導体被覆部を有し、これら導体被覆部は互いに密着されていることを特徴とするよう溶接接合構造。
請求項１に記載の溶接接合構造において、
前記２つの導体のうちの１つの導体は導体被覆部を有する導体であり、他の1つの導体は構造体の導体であることを特徴とする溶接接合構造。
請求項１に記載の溶接接合構造のコイルを有するステータと、
ロータと、
動力軸と、
を備えることを特徴とする溶接接合構造を有する電動機。
２つの導体を溶接熱源により溶融し、互に接合する溶接接合方法であって、
前記２つの導体間に間隔を形成し、
前記溶接熱源によって前記２つの導体を溶融し、凝固してアーチ状の融合部を形成し、
前記２つの導体を互いに接合することを特徴とする溶接接合方法。
請求項６に記載の溶接接合方法において、
前記２つの導体は、それぞれ導体被覆部を有し、これら導体被覆部間には間隔が形成されていることを特徴とするよう溶接接合方法。
請求項６に記載の溶接接合構造において、
前記２つの導体は、それぞれ導体被覆部を有し、これら導体被覆部は互いに密着されていることを特徴とするよう溶接接合方法。