JP4380682B2 - 端子の接合構造及び車両用交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用交流発電機に係り、特に、半導体部品（例えば整流素子としてのダイオード）などの端子と、例えば配線用導体の電気接続端子とを溶接接続する場合の接続部の改良に関する。

特開平６−９８５１１号公報あるいは特開昭６２−５５８７８号公報等で知られる車両用交流発電機（以下、単に発電機と言う。）の電気部材間（例えば、発電機の固定子および回転子からの引出線に接続される接続部材と半導体素子の端子）の接続には、従来は抵抗溶接法が用いられている。具体的には、発電機の３相交流電力を整流するための複数個の整流素子の銅製のピン状（一般には円柱状）端子と、整流素子間を接続し、整流された電力を車両側に供給するための端子であって、周りを絶縁部材で覆われた鋼製で平板状の端子とは、抵抗溶接により接続されている。

特開平６−９８５１１号公報 特開昭６２−５５８７８号公報

上記従来技術で知られている鋼製平板状の端子は、発電機の出力が大きくなると当該接続端子の発熱が大きくなり、絶縁部材，整流素子に損傷を与える問題がある。そこで、出力が大きい発電機の整流素子間の接続端子は電気抵抗を低減する必要がある。

電気抵抗を低減する手段として、端子形状を大きくする案と材質を銅など良伝導性のものに変更する案が考えられるが、スペースの問題から材質を変更する案を採用した。ところが、整流素子の銅製端子と、同じ銅製の電気的接続端子を溶接接続するには、抵抗溶接は不向きで、Ｔｉｇ溶接（ガスシール非消耗電極式アーク溶接法）を用いる必要が生じた。

本発明の目的は、銅製端子同士をＴｉｇ溶接する場合に好適な端子形状，溶接接合構造を提供し、もって溶接強度，溶け込み深さなど溶接品質が安定した発電機を提供することにある。

上記目的は、溶接部位近傍に突起部など容積を増加させる部分を設け、溶け込み深さを抑制することにより達成される。

具体的には溶接箇所の近傍において、平板状の電気的接続端子の側面から突出する突出部を形成することによって達成される。

また、上記目的は溶接接合部に溶融金属捕獲部を設けることによって達成される。

更に上記目的は、整流素子の端子を囲む一対の放熱片を電気接続端子に設けることによって達成される。

更にまた、上記目的は溶接接合部近傍に、溶接による溶融池の成長を抑制する熱マス部を設けることによって達成される。

本発明によれば、車両用交流発電機の溶接接合部の品質が補償される。具体的には例えば、溶接強度，溶け込み深さなどの溶接品質が安定する。これによって、発電機個々の品質が安定する。例えば、溶接接合部の電気抵抗値のばらつきが小さくなる。

以下、本発明の一実施例を図１，図２，図３，図４により詳細に説明する。

エンジン（図示せず）からの駆動力を回転子軸１に伝達するプーリ２が該回転子軸１の端部配置され、該プーリ２の回転により界磁コイル３ａを巻装した爪形磁極の回転子３により回転磁界を発生する。回転磁界により回転子３の外周に空隙を持って配置された固定子４のコア巻装された３相の固定子コイル５に誘起起電力が発生する。回転子軸１は軸受６ａ，６ｂにより回転自在に保持され、軸受６ａ，６ｂは、ブラケット７，８により保持されている。固定子４のコアはブラケット８により保持される。ブラケット８には固定子コイル５などの発熱部品の冷却のため、冷却水用の水路８ａが設けられている。該水路
８ａの端部には水路封止用のガスケット９ａ，９ｂが配置されている。ガスケット９ｂは、ボルト１２によりプレート部材１０，リアーカバー１１と共にブラケット８に挟持固定させる。プレート部材１０には、前記界磁コイル３ａに界磁電流を導通するためのブラシ１３ａ，１３ｂを収納するブラシ保持器１４および固定子コイル５に発生した３相交流電力を整流するための整流器１５がボルト１６ａ，１６ｂ，ナット１７により固定されている。ブラシ１３ａ，１３ｂは、ブラシ保持器１４に収納されているスプリング１８ａ，
１８ｂの押付け力により、集電環１９と摺接しながら界磁電流を回転子３の界磁コイル
３ａに通電する。界磁電流は、ブラシ保持器１４の一部に収納された電圧調整器２５により、調整され、電圧を規定の値に調整する。整流器１５は、放熱板２０に固定されたプラス側ダイオード２１と放熱板２２に固定されたマイナス側ダイオード２３およびこれらのプラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，２３ａを接続するための接続部材２４によって構成され、接続部材２４は、端子部材２４ａと該端子部材24ａを内包した絶縁部材２４ｂから成る。３相固定子コイル５はΔ結線またはＹ結線されており、固定子コイル５からの３本または４本の引出線５ａは、前記整流器１５の接続部材
２４の端子部材２４ａの一部である端子部２４ｃに接続される。該端子部２４ｃの他方にある端子部２４ｄには前記整流器１５のプラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，２３ａがそれぞれ接続され、端子部材２４ａには交流電流が流れる。該電流により端子部材２４ａは発熱するため、大電力用発電機の端子部材２４ａは電気抵抗の少ない材質、例えば銅が選ばれる。端子部材２４ａの端子部２４ｃとプラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，２３ａは、材質が共に銅のため、抵抗溶接が困難なためＴｉｇ溶接で接続されるため、各端子と溶接電極との寸法精度が要求され、この精度により、溶接の溶け込み量にばらつきが発生する。端子部材２４ａの端子部２４ｄの形状は一様ではなく途中に端子先端部からの溶け込み量を考慮した位置に突起形状部２４ｅを設けている。該突起形状部２４ｅの熱容量は他の部分と異なる。従って、該突起形状部２４ｅで溶接の溶け込みが制限され、溶接電極と各端子間の寸法および各端子の寸法に大きなばらつきがあっても溶け込みが突起形状部２４ｅで止まり、溶け込み量が安定する。

本実施例によれば、端子の寸法精度に影響を受けず安定した溶け込み量の設定が出来るため、溶接強度など品質の安定した溶接が可能となるばかりか厳しい寸法管理も必要がないため、造り易い安価な発電機を提供出来る効果がある。

また、端子部材２４ａの端子部２４ｄの突起形状部２４ｅをプラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，２３ａ側に曲げることにより、端子部材２４ａの端子部２４ｄとプラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，
２３ａの位置合わせも容易に出来る効果も期待出来る。

放熱板２０に固定されたプラス側ダイオード２１と放熱板２２に固定されたマイナス側ダイオード２３の端子２１ａ及び２３ａが、ガスシールド非消耗電極式アーク溶接法によって、電気接続端子部材２４ａ〜２４ｅとどのように溶接されるかを図５，図６に基づき具体的に説明する。図５，図６は主要部を誇張してあるので実際の寸法とは多少異なる。

図３，図４に示す如くプラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオード２３は取り付けられる放熱板２０，２２が高さ方向に２段に重ねて構成されているためプラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオード２３の取り付けられた位置から溶接位置までの寸法はプラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオード２３によって異なる。

本実施例では接続部材２４は絶縁樹脂材製の絶縁部材２４ｂと、当該絶縁部材２４ｂにモールド成形された（埋め込まれた）銅若しくは銅合金製の電気的接続導体からなる。端子部材２４ａはその電気的接続導体の一部である。

端子部材２４ａは接続部材２４の絶縁部材２４ｂの絶縁板の縁から突出し、当該絶縁部材２４ｂの絶縁板に対して９０度屈曲して伸びる部分が端子部２４ｄを構成している。この端子部２４ｄはプラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，
２３ａに対面して延びる。

プラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオードの端子２１ａ，２３ａは長さを変えることによって、上端はどれも同じ位置まで延びている。

各々の端子部２４ｄの途中には同じ位置に、十字型にクロスする左右一対の突起形状部（突起部）２４ｅが形成されている。

プラス側ダイオード２１とマイナス側ダイオード２３の端子２１ａ，２３ａは各々の端子部２４ｄと並んで配置され、好適には両者は密着状態にある。

このとき突起形状部２４ｅは端子２１ａ，２３ａを取り囲むように端子２１ａ，２３ａ側に少し曲げてある。この曲げ量はどの端子においても同じで、溶接時の金属の溶け込み量の制限効果を考慮して、機種により予め実験により求めた曲げ量に調節される。

溶接装置のガスノズルＮが、突起形状部２４ｅと端子部２４ｄの先端との間の設定された位置に向かって近づき、タングステン電極Ｔｇの先端部と端子部２４ｄとの間にアークＡを発生させる。

コレットＫの周囲から不活性ガスＧが注挿され、不活性ガスＧ中でアーク溶接が行われる。溶接棒Ｐは溶接装置によって自動的にアークＡの中に挿入される。

タングステン電極Ｔｇをプラス電極にしたときには溶接部の溶け込み量は少ないが溶接部位のクリーニング作用が優れている。

また、タングステン電極Ｔｇをマイナス電極にしたときには溶接部の溶け込み量が深くなる。実施例では後者を採用した。

アークＡが発生すると母材としての端子部２４ｄ,溶接金属としての端子２１ａ,２３ａが溶融し、溶融池Ｓを発生する。この部分で溶接棒の金属を含めた３種類の金属が融合し、冷却後に金属接合層を形成する。

タングステン電極Ｔｇと溶接部位の距離や、角度が、各溶接部位によってほんのわずかではあるが異なるため、溶融池Ｓの成長の度合いが異なる。溶接時間は最悪の溶接条件においても確実に溶融接合部が形成されるように溶接時間が設定される。このため、溶接条件が良い場所においては溶融池の成長が早く、広範囲に広がる。発明者等はこのように溶融池の成長のばらつきが発生すると、電気導体としてみた場合の抵抗値に影響を与えることを発見した。

そして、この溶融池の成長をできるだけ均一になるように工夫した。その原理は溶接接合部の溶融池の成長方向近傍に熱マスの大きな放熱部を設け、その地点に達するとそれ以上溶融池が成長しないようにしたものである。

これにより、溶接時間が相対的に長くなる箇所があっても溶融池の成長は止まるので、溶接接合金属部の範囲を従来より均一にできるようになった。その結果接合部の電気抵抗を均一にできるようになった。

これは電機子や回転子に流れる電流が個々の発電機において均一にできることを意味し、性能にばらつきの少ない、品質の良い発電機を量産できるようになった。

以下本実施例の基本構成及び実施態様を以下に説明する。
１．固定子４の内周側に、所定の空隙を持って回転可能に設けられた回転子３と、少なくとも固定子４および回転子３からの引出線５ａに接続部材２４を介して電気的に接続された半導体素子（プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３）を有し、接続部材２４は、引出線（固定子コイル５の引出線５ａ）との溶接部位の容積が接続部材２４及び引出線（固定子コイル５の引出線５ａ）の他の部分の容積よりも小さい。
２．接続部材２４の電気導体（接続部材の端子部２４ａ）の材質は、銅または銅合金である。
３．発電機本体に取り付けられる絶縁板（接続部材２４）の縁から突出する平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）と、当該電気的接続端子（端子部材２４ａ）に対面するように延びる円柱状端子（端子２１ａ，２３ａ）を備えた整流素子（プラス側ダイオード
２１，マイナス側ダイオード２３）とを備え、平板状の電気的接続端子(端子部材２４ａ)と円柱状端子（端子２１ａ，２３ａ）とが溶接（Ｔｉｇ溶接）によって接合されるものにおいて、平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）には、溶接箇所の近傍（下部）において、平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）の側面から突出する突出部（突起形状部２４ｅ）が形成されている。
４．突出部（突起形状部２４ｅ）は互いに反対方向に延びる一対の突出部からなり、平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）と突出部（突起形状部２４ｅ）とが十字状をなしている。
５．平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）と整流素子（プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３）の円柱状端子（端子２１ａ，２３ａ）とが銅あるいは導電性のある銅合金で形成されている。
６．平板状の電気的接続端子（端子部材２４ａ）と整流素子（プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３）の円柱状端子（端子２１ａ，２３ａ）とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接法によって溶接されている。
７．銅あるいは銅合金製電気接続端子（端子部材２４ａ）と、銅あるいは銅合金製の整流素子(プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３)の端子(端子２１ａ，２３ａ)との溶接接合部（溶融池Ｓ）近傍に溶融金属捕獲部（突起形状部２４ｅ）を設けた。
８．銅あるいは銅合金製電気接続端子（端子部材２４ａ）と、銅あるいは銅合金製の整流素子(プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３)の端子(端子２１ａ，２３ａ)との溶接接合部（溶融池Ｓ）近傍に、整流素子（プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３）の端子（端子２１ａ，２３ａ）を囲む一対の放熱片（突起形状部２４ｅ）を電気接続端子（端子部材２４ａ）に設けた。
９．銅あるいは銅合金製電気接続端子（端子部材２４ａ）と、銅あるいは銅合金製の整流素子(プラス側ダイオード２１，マイナス側ダイオード２３)の端子(端子２１ａ，２３ａ)との溶接接合部（溶融池Ｓ）近傍に、溶接による溶融池Ｓの成長を抑制する熱マス部（突起形状部２４ｅ）を設けた。
１０．電気的接続端子と、当該電気的接続端子に対面する端子とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される端子の接合構造において、前記電気的接続端子に前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位に隣接して熱容量が他の部分とは異なる溶け込み制限部を設けたことを特徴とする端子の接合構造。
１１．電気的接続端子と、当該電気的接続端子に対面する端子とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される端子の接合構造において、前記電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位に隣接して他の部分に対して容積の大きな容積拡大部を設けたことを特徴とする端子の接合構造。
１２．平板状の電気的接続端子と、当該電気的接続端子に対面する端子とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される端子の接合構造において、前記平板状の電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位の隣接箇所にて他の部分に対して側面に突出する突出部を設けたことを特徴とする端子の接合構造。
１３．請求項３に記載したものにおいて、前記突出部は互いに反対方向に延びる一対の突出部からなり、前記平板状の電気的接続端子と突出部とが十字状をなしていることを特徴とする端子の接合構造。
１４．請求項４に記載したものにおいて、前記突出部は、接続される前記端子側に曲げてあることを特徴とする端子の接合構造。
１５．電気的接続端子と、当該電気的接続端子に対面する端子とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される端子の接合構造において、前記電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶融して生じる溶融池の成長方向近傍に他の部分に対して熱マスの大きな放熱部を設けたことを特徴とする端子の接合構造。
１６．エンジンからの駆動力が伝達される回転軸と、該回転軸に配置され、界磁コイルを巻装した爪形磁極により回転磁界を発生する回転子と、該回転子の外周に空隙を持って配置され、巻装された固定子コイルに誘起起電力が生じる固定子と、前記固定子コイルに発生した交流電力を整流するための整流器と、前記固定子コイルが接続される電気的接続端子と、当該電気的接続端子にガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される前記整流器の端子と、前記電気的接続端子の前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位に隣接して設けられ、熱容量が他の部分とは異なる溶け込み制限部と、を有することを特徴とする車両用交流発電機。
１７．エンジンからの駆動力が伝達される回転軸と、該回転軸に配置され、界磁コイルを巻装した爪形磁極により回転磁界を発生する回転子と、該回転子の外周に空隙を持って配置され、巻装された固定子コイルに誘起起電力が生じる固定子と、前記固定子コイルに発生した交流電力を整流するための整流器と、前記固定子コイルが接続される電気的接続端子と、当該電気的接続端子にガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される前記整流器の端子と、前記電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位に隣接して設けられ、他の部分に対して容積が拡大された容積拡大部と、を有することを特徴とする車両用交流発電機。
１８．エンジンからの駆動力が伝達される回転軸と、該回転軸に配置され、界磁コイルを巻装した爪形磁極により回転磁界を発生する回転子と、該回転子の外周に空隙を持って配置され、巻装された固定子コイルに誘起起電力が生じる固定子と、前記固定子コイルに発生した交流電力を整流するための整流器と、前記固定子コイルが接続される平板状の電気的接続端子と、当該電気的接続端子にガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される前記整流器の端子と、前記平板状の電気的接続端子の前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位の隣接箇所に設けられ、他の部分に対して側面に突出する突出部と、を有することを特徴とする車両用交流発電機。
１９．エンジンからの駆動力が伝達される回転軸と、該回転軸に配置され、界磁コイルを巻装した爪形磁極により回転磁界を発生する回転子と、該回転子の外周に空隙を持って配置され、巻装された固定子コイルに誘起起電力が生じる固定子と、前記固定子コイルに発生した交流電力を整流するための整流器と、前記固定子コイルが接続される平板状の電気的接続端子と、当該電気的接続端子にガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される前記整流器の端子と、前記電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶融して生じる溶融池の成長方向近傍に設けられた他の部分に対して熱マスの大きな放熱部と、を有することを特徴とする車両用交流発電機。

本発明が実施される車両用発電機の実施例を示す縦断面図である。 図１のリアーカバーを取り外した状態で見た右側面図である。 図２のＡ−Ａ断面である。 図２のＢ−Ｂ断面である。 溶接接合部のスケッチである。 溶接状態を示す一部断面スケッチである。

符号の説明

３ 回転子
４ 固定子
５ 固定子コイル
５ａ 固定子コイルの引出線
２１ プラス側ダイオード
２１ａ （プラス側ダイオードの）端子
２３ マイナス側ダイオード
２３ａ （マイナス側ダイオードの）端子
２４ 接続部材
２４ａ 接続部材の端子部材
２４ｂ 接続部材の絶縁部材
２４ｃ 端子部材の端子部（固定子コイル接続部）
２４ｄ 端子部材の端子部（ダイオード接続部）
２４ｅ 端子部の突起形状部

Claims (2)

1. 平板状の電気的接続端子と、当該電気的接続端子に対面する端子とがガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される端子の接合構造において、
   前記平板状の電気的接続端子における前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位の隣接箇所であって、端子先端部からの溶け込み量を考慮した位置に突出部を設け、該突出部は、接続される前記端子側に曲げてあることを特徴とする端子の接合構造。
2. エンジンからの駆動力が伝達される回転軸と、
   該回転軸に配置され、界磁コイルを巻装した爪形磁極により回転磁界を発生する回転子と、
   該回転子の外周に空隙を持って配置され、巻装された固定子コイルに誘起起電力が生じる固定子と、
   前記固定子コイルに発生した交流電力を整流するための整流器と、
   前記固定子コイルが接続される平板状の電気的接続端子と、
   当該電気的接続端子にガスシールド非消耗電極式アーク溶接によって接合される前記整流器の端子と、
   前記平板状の電気的接続端子の前記ガスシールド非消耗電極式アーク溶接時に溶け込む部位の隣接箇所であって、端子先端部からの溶け込み量を考慮した位置に突出部を設け、該突出部は、接続される前記端子側に曲げてあることを特徴とする車両用交流発電機。

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