JP3578142B2

JP3578142B2 - 接続構造とその接続方法及びそれを用いた回転電機並びに交流発電機

Info

Publication number: JP3578142B2
Application number: JP2002005730A
Authority: JP
Inventors: 伸小野瀬; 一佳寺門; 文紀石川; 政道加瀬; 正毅岡村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: EP1328044B1; US20050020147A1; EP1328044A3; DE60239725D1; US7128621B2; EP1589622A1; EP1328044A2; JP2003208928A; US20030134522A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な接続構造とその接続方法及びその接続構造を有する回転電気機器ならびにそれを用いた交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気機器の絶縁被覆を有する電線の接続方法は、絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆を機械的または化学的方法により除去し金属面を露出させて導電部材に巻くか、または導電部材で加締めた後に接合助材を溶融させて接続している。
【０００３】
また、絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆を剥離しないで直接導電部材に接続する方法として、導電部材をＵ字形状に成形し、その間に絶縁被覆を有する電線を挿入して抵抗溶接の電極により加圧し通電することで導電部材と電極が発熱する。その発生した熱により絶縁被覆が軟化、排出されて絶縁被覆を有する電線と導電部材を接続する方法がある。さらには、特開平２−１３７３０６号公報が知られている。この公報には、通電による抵抗により発熱した接合端子の熱でコイルを接続する方法が示されている。これらの接続方法は、被覆の剥離工程を除くことできるので効率的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、機械的に被覆を除いて接続する方法では、被覆を安定して完全に除く事は難しく絶縁被覆を有する電線にも傷を付け、電線の断面積が小さくなり接合強度信頼性が低下する。化学的方法は安全性や環境に与える影響が大きく、半田を使用した接続方法は、高温での機械的強度が低下し信頼性が劣る問題があった。また、被覆を剥離せずに接合助材を使用しない接続方法では、電線と導電部材間は接触するのみで金属的接合にはなっていない。このため導電部材のかしめにより接続力を確保しているが、振動や冷熱サイクルによってかしめ強度が低下し電気的特性と強度信頼性に問題があった。
【０００５】
そこで、上述の公報では、Ｕ字形状の接続端子に接合助材を予め施して絶縁被覆を有する電線を挿入し加圧、通電して接合端子の抵抗熱で絶縁被覆を有する電線と導体部材を接続するものである。
【０００６】
しかし、Ｕ字形状や円形の端子に挿入されるのが絶縁被覆を有する電線であるために通電時に電流が曲げ屈曲部に集中しこの部分が過熱され溶損したり座屈するという問題がある。このため、電流に耐える断面積が必要であり導体部材を大きくする必要がある。それ故、従来の接合助材を用いた絶縁被覆を有する電線と導体部材を接続する方法においては、絶縁被覆を有する電線の線径に応じて導体部材の形状、材質を考慮する事が必要であった。
【０００７】
本発明の目的は、絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆を除くことなく、又局部的な加熱を防止し、絶縁被覆を有する電線と導体部材とを金属的に接合できる接続構造とその接続方法及びその接続構造を有する回転電気機器ならびにそれを用いた交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁被覆を有する電線と導体部材との接続方法は、絶縁被覆を有する電線と導体部材を接合助材が予め施されている面側の接続端子にそれぞれが接触するように並設し、配置する。これらを抵抗溶接の電極により電線と導体部材とが互いに重ならない方向から加圧、通電し、まず導体部材と接続端子に電流が流れ、それぞれが発熱する。この発生した熱により絶縁被覆を有する電線の被覆を軟化、排出する。その後、接合助材が溶融して絶縁被覆を有する電線と導体部材及び接続端子を金属的接合することを特徴としている。
【０００９】
即ち、本発明は、絶縁被覆を有する電線に対して導体部材をそれに隣接して並設し、配置することにより通電加熱加圧に際してその導体部材への通電によって接続端子での局部的な加熱を防止し、接続端子全体を均一に加熱できるようにするものである。従って、導体部材は非絶縁被覆電線又は本来の電気機器の外部接続端子であり、又これらとは関係のない加熱用の導体部材を介在させるものである。
【００１０】
又、本発明は、Ｕ字形状、円形の内面に接合助材を予め備えた接続端子に絶縁被覆を有する電線と導体部材を平行に挿入し、その後、抵抗溶接の電極により絶縁被覆を有する電線と導体部材が接続端子にそれぞれ接触するように加圧する。そして、通電することで電流は接続端子の屈曲部と導体部材を流れる。この時、導体部材と接続端子が発熱し、この発生した熱により絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆を軟化、排出し接合助材により絶縁被覆を有する電線と導体部材を金属接合できる。Ｕ字形状、円形の内面に接合助材を予め備えた接続端子の開口部側に導体部材が配置されることにより接続端子の屈曲部と導体部材の発熱が絶縁被覆を有する電線に、両側からの熱伝導によって接続端子全体が均等に加熱できる。
【００１１】
さらに、複数の絶縁被覆を有する電線を導体部材に接続するには、接続端子に絶縁被覆を有する電線がすべて接触するように平行またはチドリ状に配置し、導体部材が接続端子に接触するように電極で加圧し通電を行うことで接続できる。
【００１２】
本発明の接続構造及び接続方法を用いることにより導体部材と接続端子を小形化でき、さらに接合助材の使用量を最小限にできる。また、接続品質の安定化を図ることができる。
【００１３】
絶縁被覆を有する電線と導電部材は、いずれも断面形状が円形、四角形及び多角形等のいずれかであること、接合時に絶縁被覆を有する電線と導電部材は、抵抗溶接の接合電極にかかる加圧力又は前工程での成形により接続端子と接触していること、接続端子の屈曲部と導体部材に電流を分けて局部発熱を防止し接続部を均一に加熱できるようにすること、接続端子の接合助材はろう材、半田及び接続端子材より低融点の金属のいずれかであり、これらをめっきによって形成すること、接続端子材料は銅、銅合金、鉄、鉄系合金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを用いたこと、接合時に絶縁被覆を有する電線と導電部材および接続端子の位置ずれ防止のために、電極の片側もしくは両側先端にＵ字形状の溝又はリング状にすることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るろう材として、重量で、Ｐ３〜８％、Ａｇ４〜１７％、残部Ｃｕのりん銅ろう、ＪＩＳ規格のＢＡｇ−１、２、７の銀ろう等が使用できる。
【００１５】
本発明の具体的な例は、エンドフレーム間に、ステータコイル及び整流装置を有するステータコアと、該ステータコア内を回転可能に磁界コイルがシャフトに巻回されたロータと、前記磁界コイルにスリップリングを介して通電すると共に前記磁界コイルの端子とスリップリングのリード線とを接続する接続端子とを有する車両用又は建設機械用の交流発電機において、前記磁界コイルは絶縁被覆を有する電線であり、スリップリングのリード線が非絶縁被覆導体部材であり、前記磁界コイルとスリップリングのリード線又は、前記ステータコイルは絶縁被覆を有する電線であり、前記整流装置のターミナルが非絶縁被覆導体部材であり、前記ステータコイルとターミナルとが前述のいずれかの接続構造又は前述のいずれかの接続方法によって接続された接続構造を有することを特徴とする。
【００１６】
又、本発明の交流発電機は、前述の特定の接続構造を有することにより、前記接続端子及びスリップリングは前記シャフトに圧入された樹脂に圧入固定されている特定の構造を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例は、図１（ａ）に示すように絶縁被覆を有する電線５と導体部材３を接合助材１が予め施した面側の接続端子２に並設して配置する。次いで図１（ｂ）に示す抵抗溶接の電極１１により加圧する。この時に絶縁被覆を有する電線５と導体部材３とが互いに重ならない方向から接続端子２に接触すると共に、電極１１によって加圧される。その後に電極１１に通電すると電流Ａは導体部材３を通じて流れ電極１１と導体部材３及び接合助材１が発熱する。この発熱により絶縁被覆４が軟化し電極１１の加圧力により排出されて接合助材１により図１（ｃ）に示すように接合することで絶縁被覆を有する電線５と導体部材３を接続する。電線５、導体部材３及び接続端子２はいずれも銅である。又、接合助材１は接続端子２の銅板の片面にリン銅ろう材（重量で、Ｐ５％、Ａｇ１５％、Ｃｕ８０％）を０．０７ｍｍの厚みで予めクラッドされたものである。
【００１８】
本実施例では、接続端子２は平板のものであるが、前述のように通電によって導体部材３での加熱により絶縁被覆を有する電線５を加熱し、その表面に形成されている絶縁被覆を炭化又は軟化させて、同時にろう材を溶融させて互いの接合面に浸透させ、互いに接合させるものである。
【００１９】
（実施例２）
本実施例は、図２（ａ）示すようにＵ字形状をしていて内面に接合助材１を予め備えた接続端子２に絶縁被覆を有する電線５と導体部材３を平行に挿入し、並設する。
【００２０】
この時に接続端子２の開口部側に導体部材３が配置されることが望ましい。次いで図２（ｂ）に示すように抵抗溶接の電極１１により絶縁被覆を有する電線５と導体部材３がＵ字形状に成形された接続端子２の対向面にそれぞれが接触し、電線５と導体部材３とが互いに重ならない方向から加圧される。その後、電極１１に通電すると電流Ａは、接続端子２のＵ字形状の屈曲部と導体部材３を通じて流れる。この電流は２ケ所に分流して流れるので接続端子２のＵ字形状の屈曲部に電流が集中させずに、全体を加熱できるために接続端子２の板厚及び板幅を少なく出来て接続部の大きさを最小限に出来る。この電流により電極１１と接続端子２のＵ字形状の屈曲部および導体部材３さらに接合助材１が発熱する。この発熱により絶縁被覆４が軟化し電極１１の加圧力により排出されて接合助材１により図２（ｃ）に示すように接合することで絶縁被覆を有する電線５と導体部材３を接続する。尚、接続端子２及び接合助材１は実施例１と同様である。
【００２１】
本実施例では、接続助材をクラッドしたＵ字形接続端子を用いたが、接続助材を形成しないＵ字形接続端子を用いても絶縁樹脂被覆として熱可塑性材であれば通電による加熱加圧によって接合面より排除でき、接合が可能である。このような接続は、以下の実施例においても同様に行うことができる。
【００２２】
（実施例３）
本実施例は、図３に示すように導体部材３が円形をしていたり、図４に示すように接続端子２が弓形形状していたり、さらには図５に示すように接続端子２がコの字形で構成されている例である。この場合でも実施例１と同様の方法で接合することができ、同様な効果が得られる。
【００２３】
（実施例４）
本実施例は、図６に示すようにＵ字形状した接続端子２の屈曲部側に導体部材３を配置したもの、図７に示すようにＵ字形状の開口部側が閉じたリング状にしたもの、図８に示すように絶縁被覆を有する電線５と導体部材３を多角形の形状にしたもの、図９に示すように絶縁被覆を有する電線５と導体部材３が四角形の形状で構成した例である。このような場合でも実施例２と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００２４】
（実施例５）
本実施例は、図１０〜図１２に示すようにＵ字形状した接続端子２に絶縁被覆を有する電線５と導体部材３が複数本で構成し、並設した例である。この場合でも実施例２と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００２５】
（実施例６）
本実施例は、図１３に示すようにリング形状の接続端子２に導体部材３と複数の絶縁被覆を有する電線５を接続端子２に接触するように並設し、配置する。この場合でも実施例２と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００２６】
（実施例７）
本実施例は、図１４に示すように絶縁被覆を有する電線５と導体部材３の大きさが違う組合せでも小さい部材が接続端子２に接触するように並設し、成形する。この場合でも実施例２と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００２８】
（実施例８）
本実施例は、図１５に示すように接続端子２の一片が樹脂１２に埋め込まれ固定された接続構造である。この場合でも実施例１と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００２９】
（実施例９）
本実施例は、図１６に示すように接続端子２の一片が固定端子１３に抵抗溶接またはネジにより固定された接続構造である。この場合でも実施例２と同様の方法で接続することができ、同様の効果が得られる。
【００３０】
（実施例１０）
本実施例は、図１７に示す車両用交流発電機２０に実施例１〜９のいずれかを応用することができ、本実施例では特にＵ字形の接続端子を用いた具体例である。車両用交流発電機２０は、図１７に示すように絶縁被覆を有する電線をコイル状に巻いた磁界コイル３６の両端を接続端子２で導体部材３のスリップリングリード線３３と接続される。また、接続端子２は実施例9と同様にスリップリング３１の固定用樹脂３７に一部が埋め込まれ固定している。さらに、実施例２と同様に接続端子２はＵ字形状の内面に接合助材１のリン銅ろう材（Ｐ：５％、Ａｇ：１５％、Ｃｕ：８０％）を０．０７ｍｍの厚みで予め備える。接続端子２は銅材で厚さが０．８ｍｍ、幅が５ｍｍであり絶縁被覆を有する電線５の磁界コイル３６端末と導体部材３のスリップリングリード線３３が並行に挿入される。さらに、抵抗溶接機を用いて電極で加圧し通電することで絶縁被覆を有する電線の磁界コイル３６端末と導体部材３のスリップリングリード線３３を接続端子２に接合助材１で接続する。
【００３１】
図１８は本発明の接続端子２の具体的な接続構造を示す断面図である。スリップリング３１は２個あり、スリップリングリード線３３と同時に固定用樹脂３７に圧入された後、シャフト２６に圧入され固定される。図中、上側のスリップリングリード線３３は内側のスリップリング３１に接続され、下側のスリップリングリード線３３は外側のスリップリング３１に接続され、途中絶縁被覆３８を有する。又、いずれの接続端子２も磁界コイル３６端末と導体部材３のスリップリングリード線３３との接続における接続時の加熱による固定用樹脂３７への熱の影響を防ぐためにその幅を固定用樹脂３７への植え込み部より小さくしている。更に、シャフト２６はスリップリング３１部分、接続端子２及び磁界コイル３６巻線部分と順次大きくなっており、固定用樹脂３７のシャフト２６への圧入に対応した形状になっている。
【００３２】
図１９はステータコアの斜視図及び接続端子の接続状態を示す斜視図である。整流装置３４はＡｌ製板材基板にダイオード３７が埋め込まれ、又ターミナル３５はダイオード３７に接続され、板材の打ち抜きによって形成され、矩形となっている。接続端子２の部分は図１９に示すように樹脂製カバーで被われている。図１９に示すようにステータコアは絶縁被覆を有する電線５を巻装したステータコイル２２と整流装置３４のターミナル３５とを前記接合端子としてＵ字形状を用い、その内側にステータコイル２２とターミナル３５とを並行に配置する。これを抵抗溶接機の電極で加圧し通電による発熱で絶縁被覆を有するステータコイル２２とターミナル３５を接続端子２に接合する。この方式によれば磁界コイル３６とステータコイル２２の絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆の剥離工程を省くことができ作業工数を低減する事ができる。また、接合助材１にリン銅ろう材を用いて冶金的に接続するために耐熱性とともに信頼性が向上する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、局部的な加熱で絶縁被覆を有する電線と導体部材とを接続端子の接合助材で合金層による金属的な接続を形成するために耐熱性に優れ、更に、電気的に安定した信頼性の高い接続を得る事ができる。
【００３４】
従って、本発明により、絶縁被覆を有する電線の絶縁被覆を除くことなく、絶縁被覆を有する電線と導体部材とを金属的に接合できるため接続の前工程の簡略化ができる。又、接続が安定し接続構造を小形化することができ、電気的特性と強度信頼性を確保できる接続構造及び接続方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）実施例１の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図、（ｂ）加圧、通電を示す断面図及び（ｃ）接続の断面図。
【図２】（ａ）実施例２の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図、（ｂ）加圧、通電を示す断面図及び（ｃ）接続の断面図。
【図３】実施例３の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図４】実施例３の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図５】実施例３の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図６】実施例４の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図７】実施例４の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図８】実施形態例４の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図９】実施例４の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１０】実施例５の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１１】実施例５の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１２】実施例５の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１３】実施例６の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１４】実施例７の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１５】実施例８の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１６】実施例９の絶縁被覆を有する電線と導体部材の接続構造を示す斜視図。
【図１７】本発明を用いた車両用交流発電機の側面図及びその接続部の拡大図。
【図１８】図１７の接続端子の接続部要部断面図。
【図１９】本発明を用いた車両用交流発電機のステータコアを示す斜視図及びそのステータコア接続部の拡大図。
【符号の説明】
１…接合助材、２…接続端子、３…導体部材、４…絶縁被覆、５…絶縁被覆を有する電線、Ａ…電流、１１…電極、１２…樹脂、１３…固定端子、２０…車両用交流発電機、２１…エンドフレーム、２２…ステータコイル、２３…ステータコア、２４…ポールコア、２５…エンドフレーム、２６…シャフト、２７…ベアリング、２８…ベアリング、２９…ブラシホルダ、３０…レギュレータ、３１…スリップリング、３２…冷却用遠心ファン、３３…スリップリングリード線、３４…整流装置、３５…ターミナル、３６…磁界コイル、３７…樹脂。

Claims

並設された絶縁被覆を有する電線と非絶縁被覆導電部材とが、接合助材を介して接続端子に互いに重ならない方向から通電加熱加圧されて接合されていることを特徴とする接続構造。
並設された絶縁被覆を有する電線同士と非絶縁被覆導電部材とが、接合助材を介して接続端子に互いに重ならない方向から通電加熱加圧されて接合されていることを特徴とする接続構造。
並設された絶縁被覆を有する電線と非絶縁被覆電線とが、接合助材を介して接続端子に互いに重ならない方向から通電加熱加圧されて接合されていることを特徴とする接続構造。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記接続端子が、Ｕ字形又はリング形接続端子であり、前記絶縁被覆を有する電線、非絶縁被覆導電部材及び非絶縁被覆電線の各接続に対応する被接続部材が前記接続端子に内包されて前記接合されていることを特徴とする接続構造。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記接続端子が、Ｕ字形接続端子であり、前記絶縁被覆を有する電線、非絶縁被覆導電部材及び非絶縁被覆電線の各接続に対応する被接続部材が前記接続端子に内包されると共に、前記非絶縁被覆導電部材又は非絶縁被覆電線が前記Ｕ字形接続端子の開口側に設置されて前記接合されていることを特徴とする接続構造。
請求項４又は５において、前記Ｕ字形又はリング形接続端子の内側に接合助材を有することを特徴とする接続構造。
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記絶縁被覆を有する電線及び導電部材の少なくとも一方は、断面形状が円形、四角形及び多角形のいずれかであることを特徴とする接続構造。
請求項１〜３、６及び７のいずれかにおいて、前記接合助材は、ろう材又は半田であることを特徴とする接続構造。
請求項１〜８のいずれかにおいて、前記接続端子は銅、銅合金、鉄、鉄系合金、アルミニウム及びアルミニウム合金のいずれかであることを特徴とする接続構造。
絶縁被覆を有する電線と非絶縁被覆導電部材とを接合助材を介して接続端子に並設し、該並設した前記電線と非絶縁被覆導電部材とを互いに重ならない方向から通電加熱加圧し、接合することを特徴とする接続方法。
絶縁被覆を有する電線同士と非絶縁被覆導電部材とを接合助材を介して接続端子に並設し、該並設した前記電線同士と非絶縁被覆導電部材とを互いに重ならない方向から通電加熱加圧し、接合することを特徴とする接続方法。
絶縁被覆を有する電線と非絶縁被覆電線とを接合助材を介して接続端子に並設し、該並設した前記絶縁被覆を有する電線と非絶縁被覆電線とを互いに重ならない方向から通電加熱加圧し、接合することを特徴とする接続方法。
請求項１０〜１２のいずれかにおいて、前記接続端子が、Ｕ字形又はリング形形状であり、前記絶縁被覆を有する電線、非絶縁被覆導電部材及び非絶縁被覆電線の各接続に対応する被接続部材を前記接続端子に内包させ、該接続端子の平板面の両外側より前記通電加熱加圧することによって前記接合することを特徴とする接続方法。
請求項１０〜１２のいずれかにおいて、前記接続端子が、Ｕ字形接続端子であり、前記絶縁被覆を有する電線、非絶縁被覆導電部材及び非絶縁被覆電線の各接続に対応する被接続部材を前記接続端子に内包させると共に、前記非絶縁被覆導電部材又は非絶縁被覆電線を前記Ｕ字形接続端子の開口側に設置させ、該接続端子の平板面の両外側より前記通電加熱加圧することによって前記接合することを特徴とする接続方法。
請求項１〜９のいずれかの接続構造を有することを特徴とする回転電気機器。
エンドフレーム間に、ステータコイル及び整流装置を有するステータコアと、該ステータコア内を回転可能に磁界コイルがシャフトに巻回されたロータと、前記磁界コイルにスリップリングを介して通電すると共に前記磁界コイルの端子とスリップリングのリード線とを接続する接続端子と、を有する交流発電機において、前記磁界コイルは絶縁被覆を有する電線であり、前記スリップリングのリード線が非絶縁被覆導体部材であり、前記磁界コイルとリード線とが請求項１〜９のいずれかの接続構造を有することを特徴とする交流発電機。
エンドフレーム間に、ステータコイル及び整流装置を有するステータコアと、該ステータコア内を回転可能に磁界コイルがシャフトに巻回されたロータと、前記磁界コイルにスリップリングを介して通電すると共に前記磁界コイルの端子とスリップリングのリード線とを接続する接続端子と、を有する車両用交流発電機において、前記ステータコイルは絶縁被覆を有する電線であり、前記整流装置のターミナルが非絶縁被覆導体部材であり、前記ステータコイルとターミナルとが請求項１〜９のいずれかの接続構造を有することを特徴とする交流発電機。
請求項１６又は１７において、前記接続端子及びスリップリングは前記シャフトに圧入された樹脂によって固定されていることを特徴とする交流発電機。