JP4654068B2 - 接合電線と接合電線の加工方法,回転電機の固定子と回転電機の固定子の製造方法及び接合電線製造装置 - Google Patents

接合電線と接合電線の加工方法,回転電機の固定子と回転電機の固定子の製造方法及び接合電線製造装置 Download PDF

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Description

この発明は、例えば車両用交流発電機等の回転電機の固定子およびその製造方法並びに接合電線(接合用導体)およびその製造方法に関するものである。
従来の技術においては、接合電線(接合用導体)の先端から長さ方向に所定範囲にわたる端部の導体断面積が、主部の導体断面積より小さくなるよう塑性変形させ、絶縁被膜が主部および主部近傍の端部の一部に一様に被覆されるよう構成し、そして、2本の接合電線(接合用導体)が端部を揃えて接合するものが知られている。
特開2002−95198号公報
この従来技術では、絶縁被膜の損傷を抑えて端部断面積が削減されるので、接合時の入熱量が低減できるので結合部近傍の絶縁材が、接合時の熱で劣化することがなく絶縁性が損なわれないという効果がある。
しかし、上記従来技術は被覆を剥がした状態で接合電線(接合導体)を隣接させると、導体の端部の接合部には両導体の外皮としての絶縁皮膜の厚み分だけ隙間ができる。また、導体を先細にしたことによりその隙間はさらに大きくなる。このため両導体間の密着性が損なわれ、接合不良が発生する恐れがあった。
本発明は接合電線(接合導体)の間に発生する隙間を極力小さくして、接合の信頼性を向上させるとともに導体の接合作業をやりやすくして、車両用交流発電機等の回転電機の固定子の生産性を向上することを目的とする。
上記の目的は、コイルを形成する導線を備え、前記導線の角型断面を有する部分が溶接接合された回転電機の製造方法において、絶縁被覆された前記導線の一部に、前記絶縁被覆を切除し、前記角型断面有する部分を構成する対向する一対の切除面を形成する絶縁被膜切除工程と、その後、切除刃によって前記絶縁被覆を切除し、前記角型断面有する部分を構成する他の対向する一対の切除面を形成すると共に、前記絶縁被膜切除工程で形成された一対の切除面の一方の面に加圧して、前記絶縁被膜切除工程で切除した厚みと同程度分だけ、前記角型断面有する部分を前記導線の中心からオフセットさせる切除加圧成形工程と、前記切除加圧成形工程の後に、前記角型断面有する部分を途中で切断する切断工程と、前記切断工程の後、切断された前記導体を曲げ加工する加工工程と、前記加工工程の後、前記一方の面とは反対側の前記絶縁被膜切除工程で形成された切除面どうしを溶接接合する接合工程と、を備えたことにより達成される。
このように構成した本発明によれば、被覆部が除去された導体の先端の接合部は隙間のない状態で接合面が対面するので、接合時に大きな力で両者を押し付けておく必要がなく、また、接合後にスプリングバックを起こして、接合部が剥離する恐れも少なくできる。その結果、接合作業の合理化が図れると共に接合部の信頼性が向上し、回転電機の固定子等の生産性,信頼性が向上する。
以下、本発明の実施例を図により説明する。
図1は本発明が実施された接合電線(接合導体)の接続部を示す拡大斜視図である。
接合電線(接合導体)1と2は断面が方形の導体1A,2Aの周囲をエナメル被覆1B,2Bにより被覆し、絶縁したものである。
接合電線(接合導体)1と2の先端はエナメル被覆1B,2Bが削り取られており、先端には断面積の一番小さい突起部分1C,2Cが設けられている。この小突起部1C,
2Cは一本の長い導体を切断して(詳細は後述する)、必要な長さの導体片を形成するときの切断部として機能する。この小突起部分1C,2Cとエナメル被覆1B,2B部分との間には、溶接接合部1D,2Dとして機能する中くらいの大きさの断面積部分が形成されている。小突起部分1C,2Cと溶接接合部1D,2Dとの間の一辺はエナメル被覆
1B,2B側に向かって外側に広がる傾斜を有する第1傾斜面1E,2Eで繋がっている。
溶接接合部1D,2Dとエナメル被覆1B,2B部分(最も断面積の大きい部分)との間は段差部1F,2Fで繋がっている。
さらにこの段差部1F,2Fとエナメル被覆1B,2B部分との間にはエナメル被覆
1B,2B側に向かって外側に広がる傾斜を有する第2傾斜面1G,2Gを有する。
接合電線(接合導体)1と2の傾斜を有する第1傾斜面1E,2E及び段差部1F,
2Fを含む辺の反対側の辺はエナメル被覆1B,2Bから小突起部分1C,2Cの先端まで平面で形成されている。
そしてこの平面部1H,2Hで、接続導体1と2の互いの先端部がぴったりと密着している。
この構成の特徴は、平面部1H,2Hによって形成される接合面に空隙がないことである。これによって、接合部の放熱面積が約25%少なくなり、溶接接合時に割合少ない熱量で十分な接合が可能となる。導体の先端部を小断面積にしたことで、加熱量が少なくてすむことと相まって、より効果的な加熱が可能になる。
接合電線(接合導体)1と2の先端の残る2面は平坦面1J,2Jとその裏側の平坦面(図示しない)として形成されている。
この平坦面1J,2Jもエナメル被覆1B,2Bが削り取られており、その結果平坦面1J,2Jとエナメル被覆1B,2Bの面との間にエナメル被覆1B,2B側に向かって外側に広がる傾斜を有する第3傾斜面1K,2Kを有する。裏側の面も同様である。
第1傾斜面1E,2E、第2傾斜面1G,2G、第3傾斜面1K,2K、平坦面1J,2J及びその裏面は導体の被覆部1B,2Bを削り取るカッター(後述する)の刃によって形成される。
図2は接合部を溶接しやすい形状に切断する工程を説明する図面である。
接合電線(接合導体)1と2の先端部は、溶接接合に先立って中くらいの断面積部としての溶接接合部1D,2Dの中間位置(図2に示す位置)で、切断装置20の切断刃20A,20Bを図2の矢印方向へ操作することによって切断される。
図3は、切断面において、Tig溶接(Tungsten Inert Gas溶接)することによって溶接接合した状態を示す。
図4は接合部をTig溶接する様子を説明するための図面である。
この切断面1L,2LをTig溶接(Tungsten Inert Gas溶接)によって溶接することで、接合電線(接合導体)1A,2Aの接合面を溶融金属30で接合する。
具体的には、トーチ40のコレット41に熱に強いタングステン電極42を持ち、その周囲に不活性ガス(イナートガス/アルゴンあるいはヘリウムガス)44をガス導入管
43から導入し、ガスノズル47の中を通して溶接部分の周囲に噴出させる。この不活性ガスの噴流48が溶接部を空気から遮断して、無酸素状態にする。その結果溶接箇所に酸素(空気)がないので、材料が酸化されにくいという特徴がある。接合電線(接合導体)1A,2Aは銅であるのでこれを正電極とし、コレット41の電極41Aを負電極として直流電圧を印加し、タングステン電極42と接合電線(接合導体)1A,2Aの接合面
1L,2Lとの間にアーク40Bを発生させる。この溶接では、アーク40Bの温度は
5000ないし30000度に達する。このアーク40Bの熱で、接合面1L,2Lとの間の接合部を溶融させて溶接する。
放熱面積が小さくて放熱量が少なければその分だけ早く溶接部の温度を金属の溶融温度まで高めることができる。
また、接合面に隙間がないので、空気(酸素)の溜まり場がなく、また溶接部に吹き付けられる不活性ガスの流れによって溶接部に負圧部が発生しても、溶接部に空気を引き込む通路になるような隙間がないので、接合部に空気(酸素)が引き込まれる(逆流する)恐れがなく、その分溶接部が酸化され難い。
また、接合面がぴったり密着しているので、溶接時に外から強い力で押さえつけておく必要がない。これは溶接後に接合部がスプリングバック(押さえつけていた力に反発して元のように離れた状態に戻ろうとする現象)を起こして溶接部が離れるという問題も解消している。さらに、スプリングバックによる分離防止のため接合部がさめるまで、押し付け力を保っておくような必要がなく、その分接合に要する時間が短くできる。
なお、接合電線(接合導体)を上向きに立てて接合するときには、段差部1F,2Fが溶融した金属のスパッタの受けとして作用し、スパッタが絶縁皮膜の表面等に付着して、絶縁性を損ねる可能性も低くすることができる。
図5,図6に基づき以上で説明した接合電線(接合導体)1,2の製造方法及び製造装置に関して説明する。
実施例の接合電線(接合導体)1,2は先にも説明したが、導体の長手方向軸線に対して直角な断面が長い辺と短い辺とからなる長四角の断面で構成される角型導体で、その周囲がエナメル被覆1A,2Aで絶縁被覆してある。
導体の端部において、別の導体と溶接接合する場合、エナメル皮膜は邪魔になる。そこで、導体の接合部となる導体の端部のエナメル皮膜を除去して、溶接接合しやすくする必要がある。しかも、エナメル皮膜の除去作業と使用の目的に応じた特定の長さに切断する切断作業とを連続的に行えるよう自動化に適した加工方法とする必要がある。
図5から図12までは、エナメル被覆の除去作業を説明するための図面で、図5は短辺のエナメル皮膜を切除する工程を、図6は長辺のエナメル皮膜を切除する工程をそれぞれ示すものである。図7は図5の丸枠部の拡大図、図8は図6の丸枠部拡大図、図9は切除装置の概観図である。
切除装置50,60は固定型51,61と可動型52,62とから構成されている。
固定型51,61は一対の固定雇い51A,51B,61A,61Bとその中央に設けられた導体ガイド兼固定刃51C,61Cとから構成されている。
可動型52,62は一対の可動刃52A,52B,62A,62Bとその中央に設けられた導体押え52C,62Cとから構成されている。
導体ガイド兼固定刃51C,61Cと可動刃52A,52B,62A,62Bはそれぞれ刃先51a,51b,61a,61b,52a,52b,62a,62bを有する。
切除装置50,60は加工ラインの前,後に並んで設置されており、先に切除装置50で短辺のエナメル被覆100Aが切除され、当該切除部が切除装置60の位置まで送られ、そこで長辺のエナメル被覆100Aが切除される。このようにして連続的に長い導体に一定の間隔で、エナメル被覆100Aが切除された部分が形成される。
図9に示すように、切除装置50の入り口と出口には絶縁導体をまっすぐ送るための導体送りガイド101,102が設けてある。図示しない送り装置で一定の長さ送られてきた絶縁導体100は切除装置50の導体ガイド兼固定刃51Cの端面に形成された溝51Fの中に絶縁導体100の長辺が当接するようにガイドされる。
図5,図7及び図10に示すように、導体ガイド兼固定刃51Cに対面する位置に設けられた導体押え52Cで導体ガイド兼固定刃51Cの方向に押し付けることで絶縁導体
100の位置が固定される(図10(a),(c)参照)。
次に可動刃52A,52Bが図面上方から下方に向けて作動し、その結果可動刃52A,52Bの刃先52a,52bと導体ガイド兼固定刃51Cの刃先51a,51bとの間に発生する剪断力に切除の途中の状態を示し、切除された被膜と導体の一部(切削によって発生する切削クズ)は固定雇い51A,51Bと導体ガイド兼固定刃51Cとの間に形成された隙間51D,51Eに保持される(図10(b),(d)参照)。
短辺のエナメル被覆100Aの切除が終了すると次の切除装置60の位置まで、図示しない送り装置によって絶縁導体100は送られる。
短辺のエナメル被覆100Aの切除が終了した時点での絶縁胴体の外観を図11に示してある。図1の構成部分と同じ部分には同じ符号を付してある。
切除装置60は切除装置50をちょうど90度回転させた位置に配置されており、切除装置50の可動刃52A,52Bに対し切除装置60の可動刃62A,62Bは直角方向に往復動するよう同一加工ライン上に配置されている。その結果絶縁導体は切除装置50の位置の状態とまったく同じ状態を保ってそのまままっすぐに送られる。
切除装置60も図9に示す装置と同様に入り口と出口には絶縁導体をまっすぐ送るための導体送りガイド101,102が設けてある。図示しない送り装置で一定の長さ送られてきた絶縁導体100の短辺のエナメル被覆100Aが切除された部分が切除装置60の導体ガイド兼固定刃61Cの端面に形成された溝61Fの位置にセットされる。この状態ではまだ、切除部の面と溝61Fの面との間には隙間が存在する(図12(a),(d)参照)。
図6,図8はその途中の状態を示す。図6,図8の状態になる前にまず、可動刃62A,62Bが図面右方から左方に向けて作動し、その結果可動刃62A,62Bの刃先62a,62bが絶縁導体100の切除すべき部分に当接する。図12(b),(e)に示すように可動刃62A,62Bの刃先62a,62bは可動刃52A,52Bの刃先52a,52bより軸方向に長く形成されており、このため先の工程で可動刃52A,52Bの刃先52a,52bによってカットされた部分よりさらに軸方向に長い部分に亘って切除できるよう構成されている。これにより、先に切除した部分の断面積の小さい部分にのみ可動刃62A,62Bの刃先62a,62bが当たると断面積の小さい部分で導体が千切れてしまうという問題を解消できる。
さらに、可動刃62A,62Bの刃先62a,62bが導体ガイド兼固定刃61Cの方へ作動すると断面積がまだ小さくなっていない長辺部が刃先62a,62bによって切除され始める。このときの、可動刃62A,62Bの押し付け力は可動刃52A,52Bの刃先52a,52bによって前工程で切除された部分より軸方向外側に位置する領域で断面積が大きい部分の外表面が固定雇い61A,61Bに当接することで受けとめることになる(図12(b),(e)参照)。
さらに、刃先62a,62bが導体ガイド兼固定刃61C側に作動すると刃先62a,62bが前工程で可動刃52A,52Bの刃先52a,52bによって切除されて断面積が小さくなっている部分の面に到達する。この時点で前工程で切除されて断面積の小さくなっている部分は導体押え62Cと可動刃62A,62Bの押圧力を受けて図面左方に変形する。この変形は断面積の小さくなっている部分の溝61F側の面が当該溝61Fの底の面に押し付けられるまで続く(図12(c),(f)参照)。
断面積の小さくなっている部分の溝61F側の面が当該溝61Fの底の面に当接した後は、可動刃62A,62Bの刃先62a,62bと導体ガイド兼固定刃61Cの刃先61a,61bとの間に発生する剪断力によって切除される。
図6,図8はその途中の状態を示すもので、切除された被膜と導体の一部(切削によって発生する切削クズ)は固定雇い61A,61Bと導体ガイド兼固定刃61Cとの間に形成された隙間61D,61Eに保持される。
なお、図9において固定型51と可動型52と刃、位置決めピン56A,56Bで位置決めされる。
かくして、絶縁導体100の短辺,長辺側のエナメル被覆の切除が終わった導体を図
13に示す。符号は図1の接合電線(接合導体)1,2と同じ符号が付してあり、同じ符号は同じ部分を示す。
接合電線(接合導体)1,2はこのように切除装置50,60によってエナメル被覆の切除が終わった状態では一対の接合電線(接合導体)1,2の部分が突起部1Cとなる断面積の一番小さい部分で繋がった状態になっている。
断面積の一番小さい部分は短辺側の切除加工時に可動刃52A,52Bの刃先52a,52bの中心部に形成された刃によって形成される。図13で短辺は寸法L1で、長辺は寸法がL2であり、L1<L2である。
加工ラインの切除装置60のすぐ後の位置には切断装置が設けられており、切除装置
60によって切除が終わると、この切断装置の位置まで絶縁電線が送られてくる。
図13のP−P断面に沿って断面した絶縁導体を切断装置にセットした状態を示すのが図14である。
切断装置は図14に示すように切断刃110とその両サイドに設けられた切断補助雇い111を有する。切断補助雇い111は、切断刃110のガイドと、導体を動かないように保持する押さえ雇いの機能を有する。切断補助雇い111によって導体を受け型112に押し付けた状態で切断刃110を受け型112に向かって作動させることで断面積が一番小さい部分が切断され、突起部1Cが形成される。
このとき、接合電線(接合導体)1,2の受け型112に接する面が切断後に接合面
1H,2Hを形成する。図14にはっきり示すように、接合面1H,2Hはエナメル被覆
1B,2Bの面と同一平面を形成する(面一:つらいち)ように変形(中心から一側にオフセット)されている。
なお、上記実施例では、エナメル被覆切除部をこのように変形させるタイミングとして、長辺側のエナメル被覆切除工程時に同時に変形(中心から一側にオフセット)させるものを説明したが、切除工程では変形(中心から一側にオフセット)させずに、図15に示すように切断工程で押圧雇い113,114で切除部を破線で示すように長辺方向に押圧変形させてオフセットさせ、その後切断刃110で最小断面積部を切断することもできる。
図16は図1及び、図13,図14に示す接合電線(接合導体)部を備えた回転電機の固定子のコイル導体を示す図面である。
それぞれのコイル導体は回転機の固定子を構成するもので、固定子のスロットの内側部分に挿入される内コイル131、スロットの外側部分に挿入される外コイル133、これら内コイルと外コイルとを接続する渡りコイル132とがある。
各コイル導体の両端には上記した工程により上記した形状のエナメル被覆切除部131A,131B,132A,132B,133A,133Bが形成されている。
各コイル導体は図17に示すようにほぼ中央で折り曲げられる。折り曲げ加工については後述する。
さらに内コイル131と外コイル133とは図18に示すように亀の甲状に成形される。ひねり部131C,133C及び、傾斜辺部131G,131F,133G,133Fはそれぞれ、固定子コイルの渡り線部を形成する。
エナメル被覆切除部131A,131B,133A,133Bは予め決められた接合部同士が図1に示すように接合面で接合され図2のように切断された後、図3,図4のように溶接される。
このように成形された各コイルは図19に示すように固定子160のスロット161内に挿入され、それぞれの接合部で溶接接合して固定子コイルを形成する。
以下、固定子コイル131,133成形工程、及び固定子160の組立工程を図20ないし図31により具体的に説明する。
内コイル131,外コイル133の母材となる図16のコイル導体が図示しないU字成形工程でU字状に成形され、図20に示す工程で、U字状の複数の内コイル131,外コイル133がそれぞれ別々の挿入雇い200に挿入セットされる。
図21に示す工程では、挿入雇い200にセットされた複数の内コイル131,外コイル133のU字状部分が捻り雇い210によって、捻り成形される。
図22に示す工程では、コイルガイド301を備えたステータ組み立て雇い300にステータコア302がセットされる。
図23に示された工程では、ステータ組み立て雇い300にセットされたステータコア302のスロット内に内コイル131がまずコイルガイド301を用いてセットされる。
図24に示す工程では、外コイル133がステータコア302のスロット内に、コイルガイド301を用いて、先にセットされている内コイル131の外側に挿入セットされる。
図25に内コイル131,外コイル133をセットしたステータコア302を示す。
この状態では内コイル131,外コイル133の接合部端部はまだ接合の準備はなされていない。
図26に示す工程で、コイル押し込み治具303によりまず外コイル133をステータ302に押し込んで、回転軸304を矢印の方向に回転させて下型305を回転させ、接合端部を所定の形状に捻り成形する。
図27に示す工程では、下型305をはずして外コイル133の端末を図1に示すような接合のために必要な状態に変形させ、加締めて成形する。その後、図2に示すように切断装置で切断し、溶接の準備をする。
図28に示す工程では、図3,図4に示す方法で、接合部をTig溶接する。このとき、センサ306によって溶接高さが測定され、適正な高さになっているか検査される。
図29に示す工程では、コイル押し込み治具307によって内コイル131をステータ302に押し込んで、回転軸304を矢印の方向に回転させて下型305を回転させ、接合端部を所定の形状に捻り成形する。
図30に示す工程では、下型305をはずして内コイル131の端末を図1に示すような接合のために必要な状態に変形させ、加締めて成形する。その後、図2に示すように切断装置で切断し、溶接の準備をする。
図31に示す工程では、図3,図4に示す方法で、接合部をTig溶接する。このとき、センサ306によって溶接高さが測定され、適正な高さになっているか検査される。
かくして、図19に示す固定子が得られる。
本発明が実施された接合電線(接合導体)の接続部を示す拡大斜視図である。 接合部を溶接しやすい形状に切断する工程を説明する図面である。 接合部の溶接接合した状態を示す図面である。 接合部をTig溶接する様子を説明するための図面である。 短辺のエナメル皮膜を切除する工程を示す図面である。 長辺のエナメル皮膜を切除する工程を示す図面である。 図5の丸枠部の拡大図である。 図6の丸枠部拡大図である。 切除装置の概観図である。 短辺のエナメル皮膜を切除する工程を説明するための図面である。 短辺のエナメル皮膜を切除した絶縁導体を示す斜視図である。 長辺のエナメル皮膜を切除する工程を説明するための図面である。 短辺側,長辺側のエナメル被覆の切除が終わった絶縁導体を示す斜視図である。 短辺側,長辺側のエナメル被覆の切除が終わった絶縁導体を切断装置にセットした状態を示す図である。 別の加工方法を説明するための図面である。 回転機の固定子に用いるコイル導体の母材を示す図面である。 折り曲げられたコイル導体を示す図面である。 亀の甲状に整形された内コイルと外コイルを示す図面である。 本発明が実施される回転機の固定子の一部を示す図面である。 固定子組立工程の前工程を説明するための図面である。 固定子組立工程の前工程を説明するための図面である。 ステータ組み立て雇いにステータコアをセットした状態を説明するための図面である。 ステータコアに内コイルをセットする状態を説明するための図面である。 外コイルをステータコアにセットする状態を説明するための図面である。 内コイル,外コイルをセットしたステータコアを示す図面である。 外コイルを捻り成形する工程を説明するための図面である。 外コイルを接合のために必要な状態に変形させ、加締める工程を説明するための図面である。 外コイルの接合部を溶接する工程を説明するための図面である。 内コイルを捻り成形する工程を説明するための図面である。 内コイルを接合のために必要な状態に変形させ、加締める工程を説明するための図面である。 内コイルの接合部を溶接する工程を説明するための図面である。
符号の説明
1,2…接合電線(接合導体)、1B,2B…エナメル被覆、1E,2E…第1傾斜面、1F,2F…段差部、1G,2G…第2傾斜面、1H,2H…平坦面、1J,2J…平坦面、1K,2K…第3傾斜面、1L,2L…切断面、30…溶融金属、50,60…切除装置、131…内コイル、133…外コイル、160…固定子、161…スロット、
300…ステータ組み立て雇い。

Claims (3)

  1. コイルを形成する導線を備え、
    前記導線の角型断面を有する部分が溶接接合された回転電機の製造方法において、
    絶縁被覆された前記導線の一部に、前記絶縁被覆を切除し、前記角型断面有する部分を構成する対向する一対の切除面を形成する絶縁被膜切除工程と、
    その後、切除刃によって前記絶縁被覆を切除し、前記角型断面有する部分を構成する他の対向する一対の切除面を形成すると共に、前記絶縁被膜切除工程で形成された一対の切除面の一方の面に加圧して、前記絶縁被膜切除工程で切除した厚みと同程度分だけ、前記角型断面有する部分を前記導線の中心からオフセットさせる切除加圧成形工程と、
    前記切除加圧成形工程の後に、前記角型断面有する部分を途中で切断する切断工程と、
    前記切断工程の後、切断された前記導体を曲げ加工する加工工程と、
    前記加工工程の後、前記一方の面とは反対側の前記絶縁被膜切除工程で形成された切除面どうしを溶接接合する接合工程と、
    を備えたことを特徴とする回転電機の生産方法。
  2. 請求項1において、
    前記絶縁被膜切除工程及び前記切除加圧成形工程の切除は、剪断力により行われることを特徴とする回転電機の生産方法。
  3. 請求項1において、
    前記角型断面は長辺と短辺とから構成されており、
    前記導体は前記長辺に沿った方向にオフセットされていることを特徴とする回転電機の生産方法。
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