JP2595129B2 - 回転電機の電機子コイルと整流子セグメントの結合構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転電機の電機子コイルと整流子セグメン
トとの結合方法に係り、例えば内燃機関始用スターティ
ングモータに好適な電機子コイルと整流子セグメントと
の結合方法に関する。

〔従来の技術〕

電機子のコイル端部を整流子片の取付溝部に挿入して
通電加締め（ヒュージング）によりコイルと整流子片
（セグメント）とを電気的に接続することは広く知られ
ている。例えば、特開昭60-39342号公報では、セグメン
ト溝部形状を工夫して通電加締め後のコイル−セグメン
ト間の機械的，電気的結合を改善しようとしたものであ
る。

また、特開昭56-46647号公報には、コイル口出部と整
流子のセグメントとを接続するものにおいて、電機子コ
イルの口出部のセグメントとの当接部分と、各口出部間
の当接部分における絶縁皮膜のみを各々剥離した後（換
言すれば溶接チツプと口出部との当接部および完成後空
間と接する部分とを除いて剥離した後）、超音波溶接、
或いは電気抵抗溶接を行ってコイル（複数を含む）と整
流子セグメントとを接続する技術が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

回転電機の小形，軽量化に対する要求は常に存在し、
例えば内燃機関用始動電動機に対する上記の要求は車両
全体の軽量化による燃費向上の動きから、急速にその程
度を増しつつある。これに対応するため電機子の小形軽
量化が行われ、その具体策の１つに電機子コア内に挿入
される導体コイルの電機子コアスロット溝に対する占積
率を向上させるため平角線を用いる事が行われる。また
この導線は小形軽量化を行ってもその出力を変えない、
或いは更に向上させなければならないと言った環境から
副次的に高耐熱性を持ったものが用いられる。

かかる高耐熱性はその絶縁エナメル被膜によって付与
され、整流子セグメント部とコイル口出部との電気的，
機械的接続において生産上の問題を生ずる。この種コイ
ルの口出部の被膜を薬剤によって剥離する工程を採るも
のにあっては、上記接続時の問題は生じないが、通常こ
の種薬剤は強アルカリを主成分とするもので、液温度を
500℃程度にしないと充分な効果を発揮しないため作業
時に危険であると言う問題を生ずる。またその作業所要
時間も１ケ所当り約１分間を要するため、数秒間に１台
の製品を作る事が要求される状況にあっては経済的な問
題を生ずる。特に多数のコイルが電機子コアに組込まれ
る以前に（個別の状態で）薬剤剥離が行われる場合には
極めて多数のコイルの剥離を行う能力が要求されて設備
の大形化，高価格化と言う問題を起こす。

従って、コイルの口出部を剥離することなしに接続す
る事が出来れば望ましい訳であるが、耐高温エナメルは
軟化溶融温度が高いため、全く被膜剥離を行わないで例
えば通電加締め時の高温によって溶融させようとする
と、コイル部材自身は絶縁されていて通電及び加熱（発
熱）が行われないため整流子セグメントからの発熱・加
熱によってエナメルが軟化溶融可能な温度に到達する事
が必要となり、セグメント及びこれに接する絶縁樹脂も
高温となって、その強度が弱められると言う問題が生ず
る。また、軟化溶融が生ずる温度になっても溶融エナメ
ルの流動性が悪いためにコイル同志、或いはコイルとセ
グメントとの接触面から排除されずに残存するため良好
な電気的接続が得られないと言う問題があった。

以上述べた様に本発明が解決しようとする課題は、特
には整流子のセグメント溝部に挿入される高耐熱エナメ
ル線の電気的，機械的接続を確実・安価に実現する事に
ある。これには高耐熱エナメル被膜の溶融および排除を
うまく行う必要がある。

本発明の主目的は耐高温被覆が施されたコイルの電気
的，機械的接続を良好に行える回転電機の電機子コイル
と整流子セグメントの接合方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、電機子コイルの口出部が半径方向に積層さ
れた整流子セグメントの溝部に挿入され、通電加締めに
よって該口出部とセグメントとの電気的，機械的結合が
行われる回転電機の電機子コイルと整流子セグメントの
結合方法において、 前記電機子コイル口出部のそれぞれは、加圧電極加圧
方向面に予め切除されて絶縁物を取り除いた切除面が形
成され、その切除面を通して通電加締めすることにより
達成される。

本発明の好ましくは、電機子コイル口出部の絶縁物切
除面の幅を整流子セグメントのライザ幅より長くするこ
とにより達成される。

本発明の好ましくは、電機子外コイル口出部の上側絶
縁物切除面を整流子セグメントのライザ上端面より低く
なるように設定することによって達成される。

〔作用〕

通電加締め時に電流がコイル導体を通過するので、コ
イル自身が発熱体となってコイル部に残されたエナメル
被膜を充分効率良く加熱して、確実なエナメル被膜の加
熱剥離を促進し、溶融エナメルの排出が行われる。一方
整流子は通電加締め進行中におけるエナメルの排出が促
進され、残存エナメルを少なくして電気的，機械的結合
がなされる。

〔実施例〕

第１図は本発明が適用される電機子の一部を断面した
正面を示す。回転軸となるシャフト１の外径部には積層
された電機子コア２が圧入され、電機子コア２の内部に
は軸方向に延びるスロット2aが設けられている。該スロ
ット2aの内周面にはコイルとの絶縁を確保するためのス
ロット絶縁材3aが挿入され、この内側にコイル４が電機
子コア２の左端側から挿入配置されている。

電機子コア２の左端面には必要により絶縁を確実にす
る目的で、電機子コア２とほぼ同形状をした絶縁材2a,2
bが設けられる。シャフト１の右端外周部には整流子５
が圧入される。該整流子５はシャフト１に直接圧入され
るブッシュ5bの外周部に絶縁体5aを介して環状に導体セ
グメント5cが保持され、該導体セグメント5cはライザ部
5dと一体に打ち抜き成形されたものが用いられている。

また絶縁体5aは一般にモールド部材によって成形され
る。コイル４は第７図の様に略コ字状に成形された角形
コイルで、電機子コア２に設けられたスロット2aの数個
にわたって挿入され、その一方の端はスロット2aの外周
側に配置され、外コイル4aとなり、他端はスロット2aの
内周側に配置されて内コイル4bとなる。スロット2aと同
数のコイル４はこのようにして同時に挿入されるので、
各スロット2aには、この例では各２本のコイル線が挿入
されることとなる。

外コイル4a及び内コイル4bは電機子コア２の外側でそ
れぞれ所定の方向及び角度に捻られて、ライザ部5dに設
けられた溝部に納められる。

第２図は、本発明が適用されたセグメント及びライザ
部の軸方向断面図であり、第３図は第２図の側面図であ
る。既に述べた外コイル4aおよび内コイル4bがライザ部
5dに設けられた溝部に挿入される。これらのコイル4a,4
bの図示上面および下面には、ライザ部の幅より長く切
除面4c（以下カット部4cと言う）が設けられて被覆部4f
が取り除かれ、導体部が露出されている。これに対し各
コイルの側面部には被覆部4fが残されたままとなってい
る。各コイル4a,4bの先端部は傾斜状のガイド部4eが設
けられ、望ましくは後述する方法によって紙面垂直方向
にも傾斜状の形状となっている。これは電機子コア２へ
のコイル２の挿入作業を容易確実にする作用をなす。こ
れは整流子５がシャフト１に圧入される時にライザ溝部
にコイルが入り易くする作用もなす。また、ガイド部4e
から左側に続く部分は適当長さで線材の元の形状である
直線部4dが残される。これはコイル４の電機子コア２へ
の挿入時に第２図に示すカット部4cがひっかかり現象を
起さないようにスロット絶縁材３の内部での位置規制の
役割を果たす。

通電加締め作業に先立って第２図に示すライザ部5dの
右端部より右側部分が切り落される事が選択的に行われ
る。この状態において、まずライザ溝部の底部は製作の
都合上完全な矩形とはなり難く円弧形状を有している。
一方カット部4cの形成は第３図左右方向に対してほぼ直
線状に行われる。このため、ライザ溝底部と内コイル4b
の下面部との間には空隙ｇ₁が設けられる。ライザ溝中
における外コイル4aと内コイル4bとは例えばライザ右側
の直線部4dが削除されてもライザ5dの左側の近傍でコイ
ル材同志が接触しているため、やはり空間部ｇ₂が確保
される。またライザ溝部の深さは外コイル4aの上側のカ
ット部4cがライザ上端面より低くなるように設定され
る。

通電加締め時においては加圧電極6aがライザ溝部をま
たぐように設置され、通電電極6bは同一のセグメント上
に設置され、両電極6a,6b間には適当に制御されて電流
を与える電源７が接続される。２つの電極6a,6bはそれ
ぞれが適当な力でシャフト１の中心に向って押される。
通電電極6bのセグメント5cへの接触面積は加圧電極6aの
断面積に比して充分大きくされ、セグメント5c表面部で
の発熱は少なくなるように配慮される。

なお、通電加締めの進行は次のように行われる。最初
加圧電極6aのライザ部5dに小さな面積で接触している加
圧電極6aから入り込んだ電流は、ライザ溝部近傍に拡散
された通路を経てセグメント5cを通り通電電極6bを介し
て電源へと戻される。勿論電極極性が逆の場合には上記
と逆の方向に流れ、交流の場合には正逆流が交互に行わ
れる。最初ライザ5dの上部（外径側）で電極6aに接触し
ている導体部分の面積が少ないために、この部分の急速
な加熱と軟化が行われて、加圧電極6aは図示下方（電機
子中心側）への落ち込みが行われる。しかしこの段階で
はコイル近傍での加熱が充分行われないため、被覆部4f
の加熱は有効には行われない。ライザ溝内側部の加熱・
軟化・変形を行わせつつ、加圧電極6aの下降が進むと、
電極6aは外コイル4aの上面に達し、更に下降が進むとつ
いには外コイル4aの上側カット部4c、内コイル4bを変形
させて電極6a、外コイル4aの上面、外コイルの内部、外
コイル6aの下側カット部、内コイル4bの上側カット部、
内コイルの内部、内コイルの下側カット部、セグメント
5cの底部による電路が形成され、外内コイル4a,4bが加
熱（発熱）される。この場合のコイルの変形は選択的に
ライザ部5dより右側のコイルが残された場合にはライザ
5dの幅の略中央部で始まり、選択的にライザ5dの右側の
コイルが削除された場合には、コイル右部から始まる。
何れの場合にも初期の段階においてはライザ5dと内コイ
ル下面間および外内コイル間には部分的に空隙が存在す
る状態となる。この状態でコイル自体の加熱（発熱）が
行われるために、残存する被覆部4fの絶縁物の加熱溶融
が有効に行われ溶融された絶縁物は空隙部を介して外部
へと排出される。この状態は、外，内各コイルおよびラ
イザ部がそれ以上には変形し得ない処まで進展する。加
圧力および通電の仕様を適当に選んだ実験の結果では残
存する絶縁物はわずかな量がコイル4a,4bの側面部のみ
に炭化物となって存在し、電気的機械的接続は充分良好
に行われている。

第４図は上記に述べた本発明を量産的に適用する工法
の一実施例を示したものである。

図中コイルは左側から送られて来てＡ部で第２図を用
いて説明したカット部4cおよびガイド部4eの形成がプレ
スおよびプレス型を用いて実施される。カット部4cのカ
ット量は被覆部を削除し、更に導体部を0.1〜0.5mm程度
削除するように選定すると適当である。尚これらの形状
は１本のコイルと次のコイルの端部が継がった形で行わ
れると好適である。所定のコイル長分さらに右側に送ら
れたＢ部では、第２図を用いて既述したガイド部4eの紙
面方向の傾斜面成形がプレスおよび型を用いて実施され
る。この際部分拡大図に示す如く、カット部4cの形成時
に生じたバリを消滅させる目的で角度の面取り4gを形成
するメントリ押しが行われる。

更に右側に送られたｃ部ではコイル材単品への切断が
やはりプレスと型とによって行われる。コイル材単品は
適当な成形機によって、スロット2aに入った後の形状を
したコイル４に成形される。

上記本実施例によれば、通電加締め時の加工方向に電
路を作るような電極，コイル，セグメント底部間の相互
当接面間のみを導体部とし、通電加締め時には少なくと
もコイル間に空隙部を設ける事によって例え側面方向に
は絶縁被膜材があっても、該被膜材の有効な加熱と排除
とが行われ、仮に側面の被膜材が予め剥離されている場
合にあっては表面酸化物，付着異物等の加熱排除が有効
に行われて、望ましい電気的・機械的接続が容易確実に
行われる事にある。また、コイル材の導体面の形成が対
称面２面のみによって可とされるため必要加工数が最少
とせしめる。

これらを実現するには、対称２面の導体面形成をプレ
スにより平行削除とする事により極めて量産的，経済的
に実現せしめる。またプレスによって生じるバリは予め
削除することによって、電機子コアにコイルを挿入する
際にひっかかりを生じさせず、自動挿入等の経済的な実
現を可能ならしめる。

更に、電機子コアにコイルを挿入する際に、位置決め
を容易にする先細り形状部を設ける事によって、自動挿
入等の経済的効果が生じ、また導体形成のための削除部
と電機子コアへのコイル挿入時に先端の挿入性を向上さ
せるための先細り形状部との間に非削除領域を設ける事
によって、コイルの電機子コアへの挿入時および、整流
器へのコイルの挿入時に削除部がひっかかりとならず、
スムーズに作業が進み、自動化等の経済的実現を一段と
可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電機子コイル口出部のそれぞれは、
加圧電極加圧方向面に予め切除されて絶縁物を取り除い
た切除面が形成され、その切除面を通して通電加締めさ
れるので、耐高温被覆が施されたコイルを電気的，機械
的接続条件を満足して良好に回転電機の電機子コイルと
整流子セグメントの接合が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電機子の一部断面正面図、
第２図は本発明が適用されたセグメント及びライザ部の
軸方向断面図、第３図は第２図の側面図、第４図は本発
明を量産的に適用する工法のコイル素材斜視図、第５図
は第４図のＶ−Ｖ断面図、第６図は電機子コアの側面概
略図、第７図はコイルの斜視図である。 １……シャフト、２……電機子コア、2a……スロット、
４……コイル、4a……外コイル、4b……内コイル、4c…
…切除面（カット部）、4d……直線部、4e……ガイド
部、4f……被膜部、５……整流器、5c……セグメント、
６……電極、７……電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 昭司 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 虻川 俊美 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 坪田 清政 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電機子コイルの口出部が半径方向に積層さ
   れて整流子セグメントの溝部に挿入され、通電加締めに
   よって該口出部とセグメントとの電気的，機械的結合が
   行われる回転電機の電機子コイルと整流子セグメントの
   結合方法において、 前記電機子コイル口出部のそれぞれは、加圧電極加圧方
   向面に予め切除されて絶縁物を取り除いた切除面が形成
   され、その切除面を通して通電加締めすることを特徴と
   した回転電機の電機子コイルと整流子セグメントの結合
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載において、電機子コイル口出
   部の絶縁物切除面の幅を整流子セグメントのライザ幅よ
   り長くしていることを特徴とした回転電機の電機子コイ
   ルと整流子セグメントの結合方法。
3. 【請求項３】請求項１記載において、電機子外コイル口
   出部の上側絶縁物切除面を整流子セグメントのライザ上
   端面より低くなるように設定していることを特徴とした
   回転電機の電機子コイルと整流子セグメントの結合方
   法。