JP6493077B2 - 導線の端部接合方法と端部接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、平角線等からなる導線の端部同士を通電可能に接合する導線の端部接合方法と、導線の端部同士が通電可能に接合された導線の端部接合構造に関するものである。

モータを構成するステータは、円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、コイルがこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってステータが形成される。

このコイル用の巻線は、導線周りに絶縁被膜が形成されてコイル内における導線間の絶縁が図られるとともに、ティースとコイルの間には絶縁性のボビンや絶縁紙等のインシュレータが配設されてコア−コイル間の絶縁が図られている。さらに、たとえば分布巻き方式の巻装形態においては、絶縁紙等のインシュレータで異相コイル間の相間絶縁が図られている。

従来のコイル形成用の巻線は、たとえば銅素材の導線の周りに、熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μmの厚みで塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して所望厚のエナメル被膜を形成して巻線が製作されている。このエナメル被膜の素材としては、アミドイミド系樹脂やウレタン系樹脂、エステルイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂や酸化膜などが一般に用いられている。なお、巻線は断面が円形のもののほかにも、コイル占積率を高めることのできる平角線が適用されている。

ところで、実際のティース周りにコイルを形成する方法では、各ティースに導線が巻装されたコイルを挿入した後、コイルエンドにおいて、隣接するコイル（巻線）の端部同士を溶接で繋いでコイルの連続体を形成する方法が採用されている。

ここで、図４を参照して従来のコイル（巻線）の端部同士を通電可能に接合する方法を概説する。

まず、図４（ａ）、（ｂ）で示すように、断面形状が矩形の導線Ｗの周囲に絶縁被膜Ｚが形成された巻線Ｍ（平角線）の端部Ｍａ同士を接触させ、次に、図４（ｃ）で示すように双方の端部の絶縁被膜Ｚを被膜剥きして端部の導線Ｗを露出させる。

次に、図４（ｄ）で示すように、500℃程度の溶接温度となるTIG溶接（Tungsten Inert Gas、タングステン−不活性ガス溶接）等で溶接し、溶接部Ｙにて双方の導線Ｗの端部同士を通電可能に接合する。

最後に、図４（ｅ）で示すように、エポキシ樹脂粉体等をコーティングして絶縁被膜Ｚ’を形成することにより、巻線の端部同士を接合し、巻線の端部接合構造Ｓを形成するものである。なお、図４（ｃ）で示す絶縁被膜Ｚの被膜剥きを要するのは、端部に絶縁被膜Ｚが残っていると以後の溶接の際の溶接温度が500℃程度と高温ゆえに絶縁被膜Ｚが炭化してしまい、炭化した絶縁被膜Ｚは溶接金属や最終的に形成される絶縁被膜Ｚ’との接続性が悪いためである。

ここで、特許文献１においても、巻線の端部同士を接合するに当たり、巻線の端部の絶縁被膜を被膜剥きして導線を露出させ、導線同士を溶接にて通電可能に接続した後、端部の導線や溶接部を包囲するように絶縁樹脂粉体でコーティングする巻線の端部接続方法が開示されている。

特開２０１３−９３９６８号公報

上記する従来の導線の端部接合方法では、接合される導線の端部の絶縁被膜の被膜剥き工程、溶接工程、接合箇所の絶縁被膜形成工程といった３つの工程を要しており、製造時間を要し、加工手間を要している。

さらに、図４（ｅ）からも明らかなように、巻線Ｍの端部の導線Ｗの先端に溶接部Ｙを形成し、この溶接部Ｙを包囲するように絶縁被膜Ｚ’が形成されることから、導線Ｗの接続箇所の高さt1が自ずと高くなってしまい、コイルエンドにおける接続箇所の高さが高くなることでコイルの体格が大きくなってしまう。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、導線の端部同士を接合するに当たり、工程数が少なくてよく、高さの低い導線の端部接続構造を形成することのできる導線の端部接合方法と端部接合構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による導線の端部接合方法は、周りに絶縁被膜が形成されてなる導線の端部同士を通電可能に接合する、導線の端部接合方法であって、２つの巻線の端部を近接させ、加熱すると収縮する特性をもつ絶縁性のキャップ内に収容された導電性塗料に該２つの巻線の導線の端部を接触させる第１のステップ、絶縁性のキャップを加熱して収縮させ、２つの巻線の端部の絶縁被膜の周囲に収縮したキャップを固定し、硬化した導電性塗料を介して２つの巻線の導線が通電可能に接続されて巻線の端部同士を接合する第２のステップからなるものである。

本発明の導線の端部接合方法は、巻線の端部の絶縁被膜の被膜剥きや溶接接合を廃し、絶縁性のキャップ内に収容された導電性塗料内に２つの導線の端部をそのままの状態で接触させた後、キャップを加熱して収縮させ、導電性塗料を硬化させることで導線の端部同士を通電可能に接合するものである。なお、ここでいう「接触」とは、導線の端面および端面近傍の側面を含む端部が塗料に浸漬されているものでも、端面だけで接しているようなものでもよい。従来の端部接合方法においては巻線端部の被膜剥き、溶接、絶縁被膜の形成といった別々の３つの工程を要していたのに対して、本発明の端部接合方法では、導電性塗料内に導線の端部を浸漬して加熱するといった１つの連続した工程で端部接合をおこなうことができ、工程の大幅な削減を図ることができる。

さらに、巻線の端部の被膜剥きをおこなって導線が露出され、導線同士の先端に溶接部が形成され、これらを包囲するように絶縁被膜が形成されてできた従来の端部接続構造に対して、２つの導線の端部を導電性塗料に接触させ、導電性塗料が硬化して端部接続構造が形成されることから、本発明の端部接合方法で形成される端部接続構造の高さは格段に低くなる。そして、このことによってコイルエンドにおける接続箇所の高さが低くなり、コイルの体格を小さくすることができる。

ここで、巻線は、断面円形の丸線や断面矩形の平角線などが適用できるが、コイル占積率を高めることのできる平角線が好適である。

また、導線は無酸素銅もしくはタフピッチ銅などから形成できる。

導線が銅製ゆえに、導電性塗料としては、接合部での熱損失を避けるべく、銅との電気抵抗が近い銅ペーストや銀ペースト（熱硬化性樹脂内に銅や銀を分散させたもの）が好ましい。

また、絶縁性のキャップは、高耐熱性のフッ素樹脂である、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共同合体したフッ素樹脂（FEP）やポリテトラフルオロエチレン４フッ化エチレン樹脂（PTFE）などが好適である。

この絶縁性のキャップは、加熱することで収縮し、導線端部の絶縁被膜と密着して固定される。

また、本発明は導線の端部接合構造にも及ぶものであり、この端部接合構造は、周りに絶縁被膜が形成されてなる巻線の導線の端部同士が通電可能に接合されている、導線の端部接合構造であって、２つの巻線の導線の端部が、絶縁性のキャップ内で導電性塗料に接触し、導電性塗料を介して該２つの巻線の導線が通電可能に接続されており、かつ、キャップが２つの巻線の端部の絶縁被膜の周囲に固定されているものである。

本発明の端部接合構造によれば、従来の端部接続構造の高さに比してその高さは格段に低くなり、コイルエンドにおける接続箇所の高さが低くなることでコイルの体格を小さくすることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の導線の端部接合方法と端部接合構造によれば、絶縁性のキャップ内に収容された導電性塗料に２つの導線の端部を接触させた後、キャップを加熱して収縮させ、導電性塗料を硬化させることから、１つの連続した工程で端部接合をおこなうことが可能となり、従来の端部接続方法に比して工程の大幅な削減を図ることができる。また、２つの導線の端部を導電性塗料に接触させ、導電性塗料が硬化して端部接続構造が形成されることから、従来の端部接続構造に比してその高さは格段に低くなり、コイルエンドにおける接続箇所の高さが低くなることでコイルの体格を小さくすることができる。

本発明の導線の端部接合方法の第１のステップを説明した図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のｂ矢視図である。 図１に続いて第１のステップを説明した図である。 導線の端部接合方法の第２のステップを説明するとともに、本発明の導線の端部接合構造を説明した図である。 （ａ），（ｃ）〜（ｅ）の順に従来の導線の端部接合方法を説明したフロー図であり、（ｂ）は図４（ａ）のｂ矢視図である。

以下、図面を参照して、本発明の導線の端部接合方法と端部接合構造の実施の形態を説明する。なお、図示例の巻線は平角線であるが、本発明の端部接合方法に適用される巻線には断面円形の丸線も含まれることは勿論のことである。

（導線の端部接合方法と端部接合構造の実施の形態）
図１は本発明の導線の端部接合方法の第１のステップを説明した図であって、図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ矢視図であり、図２は図１に続いて第１のステップを説明した図である。また、図３は導線の端部接合方法の第２のステップを説明するとともに、本発明の導線の端部接合構造を説明した図である。

まず、図１で示すように、コイルエンドにおいて、２つの巻線３，３の端部３ａ，３ａを近接させる。

ここで、巻線３は、断面矩形の導線１（平角導体）とその周囲に形成された絶縁被膜２から構成されている。

導線１は、無酸素銅もしくはタフピッチ銅から形成されている。

一方、絶縁被膜２は、耐熱性の高い熱硬化性樹脂であるポリアミドイミド（PAI）、ポリイミド（PI）の他、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂から形成される。

次に、図２で示すように、近接された２つの導線１，１の端部３ａ，３ａを、絶縁性のキャップ４内に収容された導電性塗料５に浸漬し、接触させる（Ｘ１方向）（以上、第１のステップ）。

ここで、絶縁性のキャップ４は、耐熱性が高く、加熱によって収縮するテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共同合体したフッ素樹脂（FEP）やポリテトラフルオロエチレン４フッ化エチレン樹脂（PTFE）から形成される。

また、導電性塗料５は、銅との電気抵抗が近い銅ペーストや銀ペースト（熱硬化性樹脂内に銅や銀を分散させたもの）である。

２つの巻線３（導線１）の端部を当接させた状態でキャップ４内に収容された導電性塗料５に接触させたら、図３で示すように、絶縁性のキャップ４を不図示のヒータ等で加熱して収縮させることにより、２つの巻線３，３の端部３ａ，３ａの絶縁被膜２の周囲に収縮したキャップ４を固定する。

さらに、硬化した導電性塗料５’を介して２つの巻線３，３の導線１，１が通電可能に接続されることにより、導線１，１の端部３ａ，３ａ同士が接合されて導線の端部接合構造１０が形成される（第２のステップ）。

図示する導線の端部接合方法によれば、従来の端部接合方法では巻線端部の被膜剥き、溶接、絶縁被膜の形成といった別々の３つの工程を要していたのに対して、導電性塗料５に２つの巻線３，３の端部３ａ，３ａを接触させて加熱するといった１つの連続した工程で端部の接合をおこなうことができ、工程の大幅な削減を図ることができる。また、この工程削減に伴い、設備コストの大幅な削減を図ることもできる。

さらに、２つの導線１，１の端部３ａ，３ａを導電性塗料５に接触させ、導電性塗料５が硬化して端部接続構造１０が形成されることから、従来の端部接続構造に比してその高さ（図３における高さt2）は格段に低くなり、コイルエンドにおける接続箇所の高さが低くなることでコイルの体格を小さくすることができる。

ここで、具体的な実施例として、無酸素銅からなる導線、ポリアミドイミドからなる絶縁被膜を有する平角線（断面寸法が1.7mm×3.0mm）を用いて、FEP製で収縮性のチューブ内に銀ペーストの導電性塗料を収容し、ここに２つの平角線の端部を浸漬し、温度210℃で加熱してチューブを収縮させて端部周りに固定させることで、巻線の端部同士を接合する実施例を挙げることができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…導線、２…絶縁被膜、３…巻線、３ａ…巻線の端部（導線の端部）、４…絶縁性のキャップ、５…導電性塗料、５’…硬化した導電性塗料、１０…導線の端部接合構造（端部接合構造）

Claims (2)

1. 周りに絶縁被膜が形成されてなる平角導体の端部同士を通電可能に接合する、モータのコイルエンドにおける平角導体の端部接合方法であって、
   平角導体の端部と絶縁被膜の端部とが揃えられた２つの巻線の端部を近接させ、加熱すると収縮する特性をもつ絶縁性のキャップ内に収容された導電性塗料に該２つの巻線の平角導体の端部を接触させる第１のステップ、
   絶縁性のキャップを加熱して収縮させ、２つの巻線の端部の絶縁被膜の周囲に収縮したキャップを固定し、硬化した導電性塗料を介して２つの巻線の平角導体が通電可能に接続されて巻線の端部同士を接合する第２のステップからなる、平角導体の端部接合方法。
2. 周りに絶縁被膜が形成されてなる巻線の平角導体の端部同士が通電可能に接合されている、モータのコイルエンドにおける平角導体の端部接合構造であって、
   平角導体の端部と絶縁被膜の端部とが揃えられた２つの巻線の平角導体の端部が、絶縁性のキャップ内で導電性塗料に接触し、導電性塗料を介して該２つの巻線の平角導体が通電可能に接続されており、かつ、キャップが２つの巻線の端部の絶縁被膜の周囲に固定されている、平角導体の端部接合構造。

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