JP5505530B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、接合端子の突合せ部に装着されたろう材の流出を阻止して接合端子の信頼性を向上し得る回転電機を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明に係る回転電機は、接合端子２０の穴部２２の内周又は外周の少なくとも何れか一方に、突合せ部２３におけるろう材２４の外部への流出を阻止し得る溝部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅを設けることにより、接合端子と口出導線とのヒュージングに際して接合端子にクラックが入るという問題点を解消するものである。
【選択図】 図３

Description

この発明は、車両用交流発電機等の回転電機に関するもので、特に固定子口出導線の端末処理構造に関するものである。

車両に搭載される発電機には、通常ランドル型の回転子を持つ３相の交流発電機が使用される。
このような交流発電機は、固定子側には固定子コアに３相の固定子コイルが巻挿され、固定子コイルは口出導線を有しており、口出導線の端末には、金属製の接合端子が取付けられて、ブラケットに設けられた３相全波整流器に接続固定されている。
固定子コイルには、例えばポリアミドイミド電線など、高耐熱性の絶縁被膜を有する銅線が使用され、口出導線は、この銅線が固定子コイルから延長して設けられ、接合端子は銅系の金属により形成されている。この接合端子と口出導線との接合は例えば特許文献１の如く、なされていた。

即ち、接合端子は、銅板を円管状に丸めてその突合せ部は、りん銅ろうによる溶接により接合し切れ目のない管状の穴部を有しており、その穴部に口出導線を挿入し、その外部より、電極により接合端子を加圧し電流を通電して、ヒュージング（加圧抵抗溶接）をする。その溶接時の温度は１０００℃程度まで上昇し、加圧力と温度上昇によって円管状の穴部が偏平となり、２本の口出導線は絶縁被膜が炭化されて偏平になった穴部内で一列に配置されて、各口出導線は接合端子に接合される。

特開２００３−２０９９４４号公報

上述の如く、接合端子の製造時に、銅板を円管状に丸めてその突合せ部に、りん銅ろうを付けて、ろう付にて円管状に接合しているが、そのろう付時に、りん銅ろうが接合端子の突合せ部により流れ出て、円管状部の穴部の内周または外周に所定以上の範囲に亘りりん銅ろうが付着、または接合端子の強度的に弱い部分（ねじれ部分）にりん銅ろうが付着し、それら、りん銅ろうの付着部分が硬くなっており、接合端子が変形しにくくなっていた。

加えて、このりん銅ろうが付着した状態で、接合端子と口出導線とのヒュージングを行うと、その接合端子の表面のスズメッキまたは、りん銅ろうがヒュージングにより熔融して液体金属となり、接合端子の引張り応力印加部（特に、円管状部から突出した接合端子の根元付近のねじれ部）の金属組織に液体金属となったスズまたは、りん銅ろうが拡散して脆化する「液体金属脆化現象」が発生し、冷えた瞬間にクラックが入ってしまうという問題点が生じていた。また、接合端子の穴部の外周にりん銅ろうが厚く、しかも広範囲に付着すると、この接合端子の穴部の外周と軸方向に対向する冷却ファンのブレードとの間の軸方向隙間が小さくなり、この軸方向隙間に塩水等が浸入すると、接合端子と冷却ファンのブレードの一端との間でリーク電流が流れ、これら間で電気化学的腐蝕が促進され、接合端子が損傷する恐れがあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、
接合端子の突合せ部に装着されたろう材の流出を阻止して接合端子の信頼性を向上し得る回転電機を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る回転電機は、絶縁被覆された導線と、この導線と接合される接合端子とを備え、
上記接合端子は、金属の材料を丸めて突合せし、その突合せ部にろう材を介して、ろう付にて切れ目のない管状の穴部を設け、その穴部に挿入された上記導線と、上記接合端子とをヒュージングにより接合してなるものにおいて、
上記接合端子の上記穴部の内周又は外周の少なくとも何れか一方に、上記ろう材における上記突合せ部からの流出を阻止し得る溝部を設けたものである。

本発明の請求項１に係る回転電機によれば、
接合端子の穴部の内周又は外周の少なくとも何れか一方に、突合せ部におけるろう材の外部への流出を阻止し得る溝部を設けることにより、突合せ部に充填されたろう材がろう付け時に突合せ部から流出したとしても、その流出したろう材は溝部に充填されて、その溝部を乗り越えて更に外部へ流出する恐れはなくなるので、その流出したろう材が接合端子の穴部の内周または外周に所定以上の範囲に亘り付着することがなくなり、また、流出したろう材が接合端子の穴部から導出した端子部の根元付近のねじれ部まで到達しないため、接合端子と導線とのヒュージングに際しても何ら機械的強度が弱い部分は硬くならず、変形がしにくくなるという事もなくなり、「液体金属脆化現象」が発生しなくなり、従ってクラックが入るという問題点を解消できる。

本発明の実施の形態１に係る交流発電機の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る交流発電機の固定子の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による口出導線と接合端子の接合工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による接合端子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による接合端子を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による口出導線を接続した接合端子を示す平面図である。 本発明の実施の形態２による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。 本発明の実施の形態５による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。 本発明の実施の形態６による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の全体構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１に係る交流発電機の固定子の構成を示す斜視図、図３は本発明の実施の形態１による口出導線と接合端子の接合工程を示す断面図、図４は本発明の実施の形態１による接合端子を示す斜視図、図５は本発明の実施の形態１による接合端子を示す平面図、図６は本発明の実施の形態１による口出導線を接続した接合端子を示す平面図である。
なお、各図中、同一符号は同一部分を示す。

各図において、１は車両用交流発電機のフロントブラケット、
２はリヤブラケット、３はフロントブラケット１とリヤブラケット２との間に挟持され、固定子コア４と固定子コイル５とよりなる固定子、６は回転子で、両端がフロントブラケット１とリヤブラケット２とに支承された回転軸７と、この回転軸７に取付けられた回転子コア８および９と、両回転子コア８と９との間に巻回された界磁コイル１０と、両回転子コア８と９との背面に設けられたファン１１および１２と、回転軸７に設けられ、界磁コイル１０に電流を供給するスリップリング１３とにより構成されている。上記ファン１１，１２には各々複数枚のブレードが設けられている。１４は回転軸７に設けられたプーリである。

１５はスリップリング１３に電流を供給するブラシ、１６はこのブラシ１５を保持するブラシホルダ、１７は固定子コイル５の交流出力を整流する三相全波構成の整流器、１８は界磁コイル１０の電流を調整して固定子コイル５の出力電圧を制御するレギュレータであり、これらはリヤブラケット２に取付けられている。固定子コア４に巻挿された固定子コイル５は図２に示すように、三相の固定子コイル５ａと５ｂ、５ｃおよびその中性点５ｄからなり、各固定子コイル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの口出導線１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは図１に示すようにリヤブラケット２側に延長され、先端に接合端子２０が接続されて整流器１７のターミナル１７ａに接続固定される。なお図２は星型結線の固定子の例を示しており、各固定子コイル５ａ，５ｂ，５ｃの他方の口出導線５ｄは一括して接続され中性点を構成して、接合端子２１に溶接されて同様に整流器１７に接続される。接合端子２０，２１は、ファン１２のブレードと軸方向に微小な隙間を介して対向されている。

このように構成された車両用交流発電機において、回転子コア８と９とには固定子コア４の内径部に所定の空隙を介して対向し、交互に噛み合うように配列されて界磁コイル１０により交互に異磁極に磁化される磁極片８ａと９ａとを有しており、界磁コイル１０が図示しないバッテリからブラシ１５とスリップリング１３とを介して励磁され、回転子６がプーリ１４を介してエンジンから駆動されることにより回転磁界が発生し、固定子コイル５には三相の交流電力が発電され、整流器１７により直流化されてバッテリを充電し、図示しない負荷に電力が供給される。

この電力供給経路上にある固定子コイル５ａ，５ｂ，５ｃは絶縁被覆導線であり、銅線の外周にアミドイミド系の絶縁皮膜が均一に焼き付けられており、口出導線１９ａ，１９ｂ，１９ｃはその絶縁皮膜を除去せずに接合端子２０と溶接される。この接合端子２０の接合工程を示したのが図３であり、図６は溶接後の接合状態を説明する平面図である。

図３において、（ａ）は２本の口出導線１９ａが接合端子２０の管状の穴部２２に挿入された状態を示すもので、接合端子２０が銅板から作られ、穴部２２は銅板を円管状に丸めてその突合せ部２３をりん銅ろう２４により接合し切れ目のない円管状の穴部２２を有しており、その後接合端子２０は表面全面にスズメッキを５μｍ施したものである。接合端子２０の穴部２２の内周には断面が四角形状の溝部２２ａが、突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されている。従って、溶接したりん銅ろう２４を突合せ部２３のスキマに充填する際、りん銅ろうはその突合せ部２３の内周から染み出るが、内周側は溝部２２ａ内に染み出したりん銅ろう２４が充填されて、それ以上のりん銅ろう２４の流出は阻止される。（ｂ）は、（ａ）の状態から電極２５により加圧し電流を通電して加圧抵抗溶接をしている状態を示すもので、溶接時の温度は１０００℃程度まで上昇し、加圧力と温度上昇によって円管状の穴部２２が偏平になり、２本の口出導線１９ａは偏平になった穴部２２内で一列に配置されている。（ｃ）はその溶接後の断面図である。口出導線１９ａも楕円形状となって共に塑性変形している。またアミドイミド系の絶縁皮膜の炭化温度は約６００℃であり、炭化した絶縁皮膜が口出導線１９ａのスキマに集まり、スズは凹部２６と絶縁皮膜の除去された口出導線１９ａとの間に介在して残っている。

また、他の各２本の口出導線１９ｂ，１９ｃも同様に加圧抵抗溶接にて接合端子２０に各々接合される。更に、同様に中性点側の６本の口出導線１９ｄにおいても、予め、穴部２２の内周に断面四角形状の溝部２２ａが突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成された接合端子２１に、６本の口出導線１９ｄを穴部２２内に一列に配置し、次に電極２５により接合端子２１を加圧し電流を通電して加圧抵抗溶接にて接合端子２１と口出導線１９ｄとを接合する。

以上のように、この実施の形態１のものでは、口出導線１９ａ〜１９ｄと、この口出導線１９ａ〜１９ｄと接合される接合端子２０，２１を設け、前記接合端子２０，２１は切れ目のない管状の穴部２２を有しており、かつ表面全面に前記口出導線１９ａ〜１９ｄの絶縁皮膜の炭化温度以下の溶融温度を有するスズメッキが装着されており、前記穴部２２内に導入された前記口出導線１９ａ〜１９ｄが前記接合助剤としてのスズを介して前記接合端子２０，２１と溶接されているものであり、切れ目のない管状の穴部２２を設けるため口出導線１９ａ〜１９ｄが挿入しやすく保持が容易で生産性が良好となり、溶接時に該部から広がらず緊迫した状態で溶接され強いカシメ力が得られるとともに寸法も安定するため接合が安定し、接合部の接続信頼性が向上する。また絶縁皮膜の炭化温度以下の溶融温度を有するスズをを装着し該スズを介して接合端子２０，２１と溶接したため、不必要に溶接温度を高温にする必要がなく短時間に必要個所の接合ができ、生産性向上および絶縁性や耐振性が向上する。また接合助剤としてのスズが熱を伝えやすいため絶縁皮膜の剥離が促進され不必要に溶接温度を高温にする必要がなく短時間にコイルに損傷を与えず溶接できる。さらに管状の穴部２２との相乗効果で比較的溶融温度の低いスズであっても緊迫して接合され、溶接温度も低温であるためスズが排出されにくく、接合部に介在して接続信頼性も良好にできる。さらにスズメッキを接合端子２０，２１の表面全面に装着したため、防錆作用により長期にあたり発錆がなく接合端子２０，２１の接続信頼性が良好で、また接合助剤と同一剤であるため安価となる。特に温度、振動、防錆、コスト等の条件の厳しい車両用交流発電機に適用したので、生産性が良く、接合部の信頼性の高い車両用交流発電機を得ることができる。

また、この実施の形態のものでは、接合端子２０，２１の穴部２２の内周には、断面が四角形状の溝部２２ａが、突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されているので、接合端子２０，２１のろう付の際、熔融したりん銅ろう２４が突合せ部２３のスキマに充填される時には、その突合せ部２３の内周から染み出したりん銅ろう２４は、溝部２２ａ内に充填されて、その溝部２２ａを乗り越えて、それ以上のりん銅ろう２４の流出は阻止される。
従って、従来のように、接合端子２０，２１のろう付の際に、突合せ部２３の内周から染み出たりん銅ろう２４が、接合端子２０，２１の穴部２２の内周または、機械的強度の弱い、接合端子２０，２１の根元付近のねじれ部Ａに流れ出て、その部分が硬くなり変形しにくくなってしまい、抵抗加圧溶接時にスズメッキまたは、りん銅ろうの熔融金属による「液体金属脆化現象」が発生し、クラックが入ってしまうという、問題点を解消し得るものである。

さらに、接合端子２０，２１の穴部２２の一部に凹部２６を設けることにより、口出導線１９ａ〜１９ｃが抵抗加圧溶接の際に、それら口出導線１９ａ〜１９ｃの各一部が凹部内に嵌して接合されるので、接合強度が増大し、より強固に接合端子２０，２１に接合することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。
図７において、２２ｂは、接合端子２０の穴部２２の外周に設けられた断面が四角形状の溝部で、突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されている。
この実施の形態２のものでは、接合端子２０の外周における突合せ部２３から流出するりん銅ろうが、溝部２２ｂに充填することで、それ以上、りん銅ろう２４の流出が阻止できるので、接合端子２０の外周からの流出したりん銅ろう２４が、接合端子２０，２１の穴部２２の外周に所定以上の範囲に亘りりん銅ろう２４の流出を阻止し得ると共に、りん銅ろう２４は、接合端子２０の根元付近のねじれ部Ａまで到達しないため、従来のような接合端子２０と口出導線１９ａ〜１９ｃとのヒュージングに際しても、何ら接合端子２０の機械的強度が弱い根元付近のねじれ部Ａは硬くならず、変形がしにくくなるという事もなくし得、「液体金属脆化現象」が発生しなくなり、従って、クラック発生の問題点を解消できる。また、接合端子２０の突合せ部２３から流出したりん銅ろう２４は、溝部２２ｂに充填されるので、従来と比較して、接合端子２０の穴部２２の外周に付着するりん銅ろう２４の軸方向厚みは小さくなり、しかも、付着範囲も狭くなる。従って、従来の如く、接合端子２０の穴部２２の外周と冷却ファン１２のブレードとの軸方向隙間に塩水等が浸入しても、軸方向隙間が大で、しかもその範囲が大きくなるので、接合端子（＋電位）と冷却ファン１２のブレード（−電位）間のリーク電流は流れなくなり、接合端子２０の電気化科学的腐蝕の促進は防止でき、接合端子２０の信頼性を向上できる。
また、冷却ファン１２のブレードの軸方向端面にリング状の側板を設けるタイプのものに適用すれば、接合端子２０の穴部２２の外周と対向する部分が増えるので、より効果が大きいものとなる。

実施の形態３
図８は、本発明の実施の形態３による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。
図８において、接合端子２０の穴部２２の内周および外周に断面が四角形状の溝部２２ａ，２２ｂを設けたもので、各溝部２２ａと２２ｂは、各々突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されている。
この実施の形態３のものでは、接合端子２０の穴部２２の内周及び外周に断面が四角形状の溝部２２ａ，２２ｂを設けているので、接合端子２０の突合せ部２３の内外周から流出するりん銅ろう２４は、各々その近傍に設けられた溝部２２ａ，２２ｂに充填されるので、その溝部２２ａ，２２ｂを乗り越えて流出する事を阻止できる。
従って、上記実施の形態１および２よりも確実に、接合端子２０における穴部２２の内周および外周に所定以上の範囲に亘りりん銅ろう２４が付着すること、並びに、接合端子２０における根元付近のねじれ部Ａにりん銅ろう２４が到達するのを、各々、阻止できるので、クラック発生防止を確実にし得、また接合端子２０の電気化学的腐蝕の促進を防止でき、信頼性の向上が図れる。

実施の形態４
図９は、本発明の実施の形態４による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。
図９において、２２ｃは、接合端子２０の穴部２２の内周に設けられ、断面が台形状の溝部で、この溝部２２ｃは突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されており、突合せ部２３から流出するりん銅ろう２４が充填され、溝部２２ｃを乗り越えて流出することがない様に、突合せ部２３からの距離および溝部２２ｃの容積が設定されている。
この実施の形態４のものでは、上記の実施の形態１と同様に、接合端子２０の突合せ部２３から流出するりん銅ろう２４を溝部２２ｃに充填することにより、その溝部２２ｃを乗り越えて穴部２２の内周に所定以上の範囲に亘りりん銅ろう２４が付着すること、並びに、接合端子２０における根元付近のねじれ部Ａにりん銅ろう２４が到達するのを、各々、阻止し得るので、クラック発生を防止できる。

実施の形態５
図１０は、本発明の実施の形態５による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。
図１０において、２２ｄは、接合端子２０の穴部２２の内周に設けられ、断面が三角形状の溝部で、この溝部２２ｄは、突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されており、突合せ部２３から流出するりん銅ろう２４が充填され、溝部２２ｄを乗り越えて流出することがない様に突合せ部２３からの距離および溝部２２ｄの容積が設定されている。
この実施の形態５のものでは、上記実施の形態１と同様に、接合端子２０の突合せ部２３から流出する、りん銅ろう２４を溝部２２ｄに充填することにより、その溝部２２ｄを乗り越えて穴部２２の内周に所定以上の範囲に亘りりん銅ろう２４が付着すること、並びに、接合端子２０における根元付近のねじれ部Ａにりん銅ろう２４が到達するのを、各々、阻止し得るので、クラック発生を防止できる。

実施の形態６
図１１は、本発明の実施の形態６による口出導線を接続した接合端子を示す断面図である。
図１１において、２２ｅは、接続端子２０の穴部２２の内周に設けられ、断面が半円形状の溝部で、この溝部２２ｅは、突合せ部２３を挟んで等間隔に２ヶ所形成されており、突合せ部２３から流出するりん銅ろう２４が充填され、溝部２２ｅを乗り越えて流出することがない様に、突合せ部２３からの距離および溝部２２ｅの容積が設定されている。
この実施の形態６のものでも、上記の実施の形態１と同様な作用効果を奏することが可能である。

なお、上述の実施の形態４〜６においても、上記の実施の形態２の如く接合端子２０の穴部２２の外周に溝部２２ｃ〜２２ｅを設けてもよく、また、上記の実施の形態３の如く接合端子２０の穴部２２の内周と外周の両方に溝部２２ｃ〜２２ｅを設ければ、より確実に接合端子２０のクラック防止を達成できる。

また、上述の実施の形態では、内周の溝部２２ａ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、外周の溝部２２ｂと断面積が同一のものを例示したが、外周側の溝部２２ｂは、りん銅ろう２４の如くろう材が多く充填され、そのため、内周側の溝部２２ａ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅの断面積より外周側の溝部２２ｂの断面積を大に設定しておけば、溝部２２ｂ内に確実に溜めることが可能で溝部２２ｂからの流出を防止できる。

また、上述の実施の形態では、内周の溝部２２ａ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、突合せ部２３の両側に設けるものを例示したが、突合せ部２３に対して回転方向側例えば図の左側のみに設けておけば良い。これは、接合端子２０，２１のろう付け溶接の際に治具に固着され、各々回転されながら順次ろう付けが行われるので、ろう付け完了後所定角度回転した後、停止され、その停止時に作用する衝撃力によって、突合せ部２３から染み出したりん銅ろう２４が回転方向側へ飛散するので、溝部２２ａを設けることにより、より効率的にりん銅ろう２４の流出を阻止できる。

また、上述の実施の形態２〜６では、口出導線２本と接合端子２０との接合構造について例示したが、中性点側の口出導線６本と接合端子２１との接合についても適用可能である。

しかも、上述の各実施の形態では、車両用交流発電機に適用したものを例示したが、自動車の始動電動機と交流発電機の両方の機能を有する始動電動機兼発電機に応用できることは、もちろんである。

さらにまた、上述では、接合端子２０，２１を円管状に接合するものとしてりん銅ろう２４を採用したものを例示したが、これに限定されることはなく、他に銀ろう等を使用しても良い。

１ フロントブラケット
２ リヤブラケット
３ 固定子
５ 固定子コイル
６ 回転子
７ 回転軸
１０ 界磁コイル
１１，１２ ファン
１３ スリップリング
１６ ブラシホルダ
１７ 整流器
１８ レギュレータ
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 口出導線
２０，２１ 接合端子
２２ 穴部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ 溝部
２３ 突合せ部
２４ りん銅ろう
２５ 電極
２６ 凹部
Ａ 根元付近のねじれ部

Claims (9)

1. 絶縁被覆された導線と、この導線と接合される接合端子とを備え、
   上記接合端子は、金属の板材を丸めて突合せし、その突合せ部にろう材を介して、ろう付にて切れ目のない管状の穴部を設け、この穴部に挿入された上記導線と、上記接合端子とをヒュージングにより接合してなるものにおいて、
   上記接合端子の上記穴部の内周又は外周の少なくとも何れか一方に、上記ろう材における上記突合せ部からの流出を阻止し得る溝部を設けたことを特徴とする回転電機。
2. 上記溝部は、上記接合端子の突合せ部を挟んで、上記穴部の内周にて２箇所設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 上記接合端子の突合せ部を接合するろう材は、りん銅ろうであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 上記導線は、上記接合端子の穴部内に一列に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の回転電機。
5. 上記溝部は、断面矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の回転電機。
6. 上記溝部は、断面半円形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の回転電機。
7. 上記外周に設けられた溝部は、上記穴部の内周に設けられる溝部より、断面積が大に形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の回転電機。
8. 上記内周に設けられた溝部は、上記接合端子の突合せ部を挟んで回転方向側のみに設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の回転電機。
9. 上記外周に設けられた溝部は、軸方向に隙間を介して冷却ファンのブレードと対向されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の回転電機。

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