JP6257791B2 - 固定子および電動機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子および電動機に関する。

従来、例えば密閉型圧縮機に搭載される電動機の巻線としてアルミニウム線を使用し、渡り線に銅線を使用することで、コストを低減したものがある。このようなものにおいて、アルミニウム線と銅線との結線は、並設された２本の導通用溝を有する圧接端子にて行うようにしている。すなわち、圧接端子の中央片部の両側に並設された２本の導通用溝にアルミニウム線の端末と銅線の端末とをそれぞれ圧入する。これによって、圧接端子の各導通用溝が広がり、その弾性力が圧接応力としてアルミニウム線の端末と銅線の端末に作用し、信頼性を確保できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１６６６４３号公報（図５）

しかしながら、圧接端子の中央片部の両側に並設された２本の導通用溝にアルミニウム線の端末と銅線の端末とを圧入することで結線するようにしたものにあっては、次の（１）（２）のような課題が存在する。
（１）圧接端子の中央片部の両側に並設された２本の導通用溝の一方にアルミニウム線、もう一方に銅線が圧入されると、アルミニウム線は銅線より剛性が低いため、圧接端子の中央片部はアルミニウム線側に傾き、アルミニウム線が圧入される導通用溝の入口は狭められ、アルミニウム線が圧入される導通用溝は、入口が狭く奥が広い状態となる。アルミニウム線は導通用溝の入口で変形し、導通用溝の奥まで圧入されるため、銅線相互を圧接する場合に比べ、圧接応力が低下してしまう。
（２）密閉型圧縮機のように運転時に結線部の周りの雰囲気温度が高くなる機器で使用した場合、熱クリープによって応力緩和が進行する。そのため、圧接端子によるアルミニウム線への圧接応力は、時間の経過に伴って減少する。初期の圧接応力が低いと前述の経年変化により接触抵抗が大きくなり、最悪の場合非導通となる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、アルミニウム線と銅線とを結線した場合の長期信頼性を確保できる固定子および電動機を提供することを目的としている。

本発明に係る固定子は、２本の導通用溝が並設された圧接端子と、該圧接端子を収納できるキャビティを有する絶縁部材とを備え、前記キャビティの内部には、アルミニウム線の端末を載置し、前記アルミニウム線の端末とともに前記２本の導通用溝の一方に配置されたアルミニウム線側アンビルと、銅線の端末を載置し、前記銅線の端末とともに前記２本の導通用溝の他方に配置された銅線側アンビルとが突設されており、前記アルミニウム線側アンビルの突出高さが、前記銅線側アンビルの突出高さよりも高いことを特徴としている。
また、本発明に係る電動機は、上述の固定子を備えるものである。

本発明の固定子においては、圧接端子の２本の導通用溝にアルミニウム線の端末を銅線の端末よりも先に圧入される。銅線が先に圧接端子の導通用溝に圧入されるとアルミニウム線側の導通用溝の入口部が狭められ、入口部でアルミニウム線は変形し、奥が入口より広いことから、圧接端子とアルミニウム線の圧接応力が低下する。しかし、アルミニウム線を先に圧接端子の導通用溝に圧入し、後から圧接端子の他方の導通用溝に銅線を圧入することで、導通用溝入口でアルミニウム線が変形して圧接応力が低下する問題を解消することができる。そして、圧接端子との接触抵抗の増加を抑え、熱クリープに対しても長期信頼性を確保することができる。
また、本発明に係る電動機は、上述の固定子を備えているので、信頼性の確保が容易となる。

本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた電動機を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアンビル高さと圧接端子の２本の導通用溝との関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアルミニウム線が銅線より先に圧接端子に接触する寸法の求め方の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアンビル高さと線径と圧接端子の２本の導通用溝との関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部の圧接端子の２本の導通用溝形状の説明図である。

実施の形態１．
以下、図示実施の形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた電動機を示す上面図である。図２は本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部を示す分解斜視図である。図３は本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアンビル高さと圧接端子の２本の導通用溝との関係を示す断面図である。
本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部は、図１〜図３に示されているように、電動機の固定子鉄心１０の一方の端面に配置されている。すなわち、結線部は、中央片部１ｃを挟んで２本の導通用溝１ａ，１ｂが並設された圧接端子１と、圧接端子１を収納できるキャビティ６，７を有する絶縁部材２と、を備えている。

キャビティ６，７には、それぞれ２本ずつの導線拘束溝８ａ，８ｂが設けられている。導線拘束溝８ａ，８ｂには、圧接端子１の２本の導通用溝１ａ，１ｂに対応するアンビル９が底面から上方に突出して設けられている。アンビル９は、アルミニウム線の端末、つまり巻線の巻き始め端末３や巻線の巻き終わり端末４が載置されるアルミニウム線側アンビル９ａと、銅線の端末、つまり巻線間を接続する渡り線５が載置される銅線側アンビル９ｂとを有する。また、アルミニウム線側アンビル９ａの突出高さは、銅線側アンビル９ｂの突出高さよりも高くなるように形成されている。これによって、圧接端子１の２本の導通用溝１ａ，１ｂにアルミニウム線の端末（巻線の巻き始め端末３や巻線の巻き終わり端末４）を銅線の端末（渡り線５）よりも先に圧入できるようになっている。

次に、本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法について図１〜図３に基づき説明する。
まず、キャビティ６，７上に、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線すなわち渡り線５とを配置する。次いで、これら端末や渡り線（以下、これらをまとめて「導線」という場合もある）の上から、これら導線の線径よりも小さい幅に設定された導通用溝１ａ，１ｂを有する圧接端子１を、導通用溝１ａ，１ｂを各導線に向けてキャビティ６，７内に押し込む。このとき、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線すなわち渡り線５とは、キャビティ６，７に設けられた導線拘束溝８ａ，８ｂにより拘束され、絶縁層は圧接端子１の導通用溝１ａ，１ｂのエッジにより除去される。これにより、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線の渡り線５とが導通状態となる。

また、長期信頼性に必要な圧接応力を確保するため、アルミニウム線が銅線より先に圧接端子１に圧入されるようにアンビル９の高さを変更し、アルミニウム線側アンビル９ａの高さを、銅線側アンビル９ｂの高さよりも高くし、圧接端子１より剛性が高い銅線がアルミニウム線よりも後に導通用溝１ｂに圧入されるようにする。換言すれば、圧接端子１よりも剛性が高い銅線の導通用溝１ｂへの圧入深さが、アルミニウム線の導通用溝１ａへの圧入深さよりも浅くなるようにする。これによって、銅線の圧入による圧接端子１の導通用溝１ｂの広がりに伴なって生じるアルミニウム線の導通用溝１ａへの押圧力により、アルミニウム線側の圧接応力を増加させることができることから、接触抵抗の増加を抑えることができる。このため、熱クリープに対しても圧接端子１とアルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３および巻線の巻き終わり端末４との間の結線の長期信頼性を確保することができる。そして、このようなアルミニウム線と銅線との結線方法を用いて作成された巻線と渡り線との結線部を備えた電動機は、信頼性を向上させることができる。

図４は本発明の実施の形態１に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアルミニウム線が銅線より先に圧接端子に接触する寸法の求め方の説明図である。
図４において、圧接端子１のキャビティ６，７の下面からアルミニウム線側アンビル９ａの上面までの高さをＡ、圧接端子１のキャビティ６，７の下面から銅線側アンビル９ｂの上面までの高さをＢ、アルミニウム線の線径をφＣ、銅線の線径をφＤとする。アンビルの高低差はＡ−Ｂより求められ、アンビルの高さはアルミニウム線と銅線の線径差φＣ−φＤよりＡ−Ｂ＞φＤ−φＣとすることでアルミニウム線は銅線より先に圧接端子に接触する。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のアンビル高さと線径と圧接端子の２本の導通用溝との関係を示す断面図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、前述の図２を参照するものとする。
前述の実施の形態１では、キャビティ６，７に設けられたアンビル９の高さを異ならせることで、アルミニウム線が銅線よりも先に圧接端子１の導通用溝１ａに圧入されるようにして、圧接端子１とアルミニウム線との接触抵抗の増加を抑え、長期信頼性を確保できるようにした。
この実施の形態２では、銅線の線径をアルミニウム線の線径より小さくすることで、アルミニウム線が銅線よりも先に圧接端子１の導通用溝１ａに圧入されるようにして、圧接端子１とアルミニウム線との接触抵抗の増加を抑え、長期信頼性を確保できるようにしたものである。

すなわち、本発明の実施の形態２に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部は、図５に示されているように、キャビティ６，７にそれぞれ２本ずつ設けられた導線拘束溝８ａ，８ｂにあるアンビル９の高さ、つまりアルミニウム線側アンビル９ａの高さと銅線側アンビル９ｂの高さは、どちらも同じ高さに設定されている。ここでは、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３Ａおよび巻線の巻き終わり端末４Ａの線径が、銅線すなわち渡り線５の線径よりも大きくなっている。

次に、本発明の実施の形態２に係るアルミニウム線と銅線との結線方法について図５及び図２に基づき説明する。
まず、キャビティ６，７上に、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３Ａと、巻線の巻き終わり端末４Ａと、銅線すなわち渡り線５とを配置する。次いで、これら導線の上から、これら導線の線径よりも小さい幅に設定された導通用溝１ａ，１ｂを有する圧接端子１を、導通用溝１ａ，１ｂを各導線に向けてキャビティ６，７内に押し込む。このとき、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３Ａと、巻線の巻き終わり端末４Ａと、銅線すなわち渡り線５とは、キャビティ６，７に設けられた導線拘束溝８ａ，８ｂにより拘束され、絶縁層は圧接端子１の導通用溝１ａ，１ｂのエッジにより除去される。これにより、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３Ａと、巻線の巻き終わり端末４Ａと、銅線の渡り線５とが導通状態となる。

また、本発明の実施の形態２に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部のように、アルミニウム線の線径を銅線の線径よりも大きくとり、アルミニウム線が先に導通用溝１ａに圧入されるようにする。換言すれば、アルミニウム線の導通用溝１ａへの圧入深さが、銅線に比べて深くなるようにする。これによって、導通用溝入口でアルミニウム線が変形して圧接応力が低下する問題を解消することができる。そして、圧接端子１との接触抵抗の増加を抑え、熱クリープに対しても圧接端子１とアルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３Ａおよび巻線の巻き終わり端末４Ａとの間の結線の長期信頼性を確保することができる。また、銅線はアルミニウム線に比べて抵抗率が１／３であり、アルミニウム線より線径が１／√３以上であれば許容電流に影響を与えない。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部の圧接端子の２本の導通用溝形状の説明図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては、ここでも前述の図２を参照するものとする。
この実施の形態３では、圧接端子１の中央片部１ｃの両側に並設された２本の導通用溝１ｄ，１ｅを、入口部の溝幅はアルミニウム線や銅線の線径よりも大きく、奥側の溝幅はアルミニウム線や銅線の線径よりも小さくなり、入口部から奥側にかけて溝幅が次第に小さくなるように形成して、圧接端子１とアルミニウム線との接触抵抗の増加を抑え、長期信頼性を確保できるようにしたものである。

すなわち、本発明の実施の形態３に係るアルミニウム線と銅線との結線方法を用いた結線部は、図６に示されているように、圧接端子１の導通用溝１ｄ，１ｅの溝幅が、いずれも圧入深さが深くなるほど小さくなるように構成したものである。

次に、本発明の実施の形態３に係るアルミニウム線と銅線との結線方法について図６及び図２に基づき説明する。
まず、キャビティ６，７上に、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線すなわち渡り線５とを配置する。次いで、これら導線の上から、溝幅が、いずれも圧入深さが深くなるほど小さくなるように構成された導通用溝１ｄ，１ｅを有する圧接端子１を、導通用溝１ｄ，１ｅを各導線に向けてキャビティ６，７内に押し込む。このとき、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線すなわち渡り線５とは、キャビティ６，７に設けられた導線拘束溝８ａ，８ｂにより拘束され、絶縁層は圧接端子１の導通用溝１ｄ，１ｅのエッジにより除去される。これにより、アルミニウム線すなわち巻線の巻き始め端末３と、巻線の巻き終わり端末４と、銅線の渡り線５とが導通状態となる。

本発明の実施の形態３では、圧接端子１に設けた２本の導通用溝１ｄ，１ｅを、導通用溝入口の溝幅をアルミニウム線や銅線の線径よりも広く、奥側の溝幅をアルミニウム線や銅線の線径よりも狭くすることで、銅線を圧接端子１に圧入した時、圧接端子１の中央片部１ｃはアルミニウム線側に傾いた場合でも、導通用溝の溝幅は奥にいくほど狭くなっているため、圧接端子１とアルミニウム線の圧接応力が低下することを抑制することができる。

また、この実施の形態３の２本の導通用溝１ｄ，１ｅの形状は、アルミニウム線が圧入される導通用溝１ｄ側のみに設けてもよい。この場合、この実施の形態３のように、アルミニウム線側アンビル９ａの高さと銅線側アンビル９ｂの高さが同一で、アルミニウム線の線径と銅線の線径が同一であれば、銅線がアルミニウム線よりも先に圧接端子１の導通用溝１ｅに圧入され、アルミニウム線側の導通用溝１ｄの入口部が狭められることになる。しかし、前記のようにアルミニウム線が圧入される導通用溝１ｄ側の入口部の溝幅が予めアルミニウム線の線径よりも大きく形成されていることで、導通用溝１ｄ側の入口部でアルミニウム線が大きく変形するようなことはなくなる。

なお、この実施の形態３の２本の導通用溝１ｄ，１ｅの形状、またはアルミニウム線が圧入される導通用溝１ｄ側のみ入口部から奥側にかけて溝幅が次第に小さくなるようにした形状は、前述の実施の形態１，２のようにアルミニウム線が銅線よりも先に圧接端子１の導通用溝１ａに圧入される形態をとりながら適応させることもできる。

１ 圧接端子、１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅ 導通用溝、１ｃ 中央片部、２ 絶縁部材、３，３Ａ 巻線の巻き始め端末（アルミニウム線の端末）、４，４Ａ 巻線の巻き終わり端末（アルミニウム線の端末）、５ 渡り線（銅線の端末）、６，７ キャビティ、８ａ，８ｂ 導線拘束溝、９ アンビル、９ａ アルミニウム線側アンビル、９ｂ 銅線側アンビル、１０ 固定子鉄心、Ａ 圧接端子のキャビティの下面からアルミニウム線側アンビルの上面までの高さ、Ｂ 圧接端子のキャビティの下面から銅線側アンビルの上面までの高さ、φＣ アルミニウム線の線径、φＤ 銅線の線径。

Claims (5)

1. ２本の導通用溝が並設された圧接端子と、
   該圧接端子を収納できるキャビティを有する絶縁部材と
   を備え、
   前記キャビティの内部には、
   アルミニウム線の端末を載置し、前記アルミニウム線の端末とともに前記２本の導通用溝の一方に配置されたアルミニウム線側アンビルと、
   銅線の端末を載置し、前記銅線の端末とともに前記２本の導通用溝の他方に配置された銅線側アンビルと
   が突設されており、
   前記アルミニウム線側アンビルの突出高さが、前記銅線側アンビルの突出高さよりも高いことを特徴とする固定子。
2. 前記アルミニウム線側アンビルの突出高さをＡ、前記銅線側アンビルの突出高さをＢ、前記アルミニウム線の線径をφＣ、前記銅線の線径をφＤとした場合に、これらの関係がＡ−Ｂ＞φＤ−φＣとなることを特徴とする請求項１記載の固定子。
3. 前記アルミニウム線の線径は、前記銅線の線径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の固定子。
4. 前記２本の導通用溝のうち前記アルミニウム線側アンビルが配置された導通用溝は、入口部の溝幅が前記アルミニウム線の線径よりも大きく、奥側の溝幅が前記アルミニウム線の線径よりも小さく、前記入口部から前記奥側にかけて溝幅が次第に小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定子を備えることを特徴とする電動機。

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