JPH09215280A - 電機子コイルの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転電機の電機子の上層コイルと下層コイル
との溶接時に隣接する溶接部との短絡が防止でき、溶接
不良（力学強度不足および電気接続不良）が起こりにく
い電機子コイルの接合方法を提供すること。 【解決手段】 電機子鉄心２の外周部のスロット２０に
コイル片４１，５１を積層して収容される上層コイル４
および下層コイル５の両接続部（被溶接部）４３，５３
の形状を溶接に適するよう工夫する。たとえば、周方向
の幅が狭まるテーパー形状にしたり、半径方向の厚さが
薄くなるテーパー形状にしたり、接続部５３の幅を接続
部４３の幅よりも狭く形成したり、接続部５３の先端を
接続部４３の先端から突出させるなどする。その結果、
溶接の際に溶け分かれが生じたり、溶接のあと隣接する
接続部との短絡が起きたりしない良好な接合状態が得ら
れ、信頼性の高い電機子コイルを製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の電機子
（回転子）コイルに関し、より詳しくは電機子コイルの
製造技術の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電機子コイルのうち上層コイルお
よび下層コイルを有するものに関しては、特開平２−２
４１３４６号（従来技術１）および実開昭６３−１４３
０４１号（従来技術２）や、特開昭６０−２２６７５５
号（従来技術３）などの各公報に開示されている技術が
ある。

【０００３】一例として従来技術１の電機子では、電機
子コア（鉄心）に形成された複数のスロット（軸長方向
に延在する溝）内に、上層コイルおよび下層コイルの中
間部分である両コイル辺が保持されている。そして、両
コイルのスロットから突出した部分が、電機子コアの前
後両端面に沿って回転軸方向に屈曲してコイル端部を形
成している。さらに、両コイルは、先端部分を軸方向に
突出させて半径方向に重なり互いに接合しているととも
に、整流子の外側導体を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術１
および従来技術２の電機子コイルには、過酷な条件下で
の力学的な強度に満足できない点があり、発明者らは先
願として特願平６−２７６２９１号「回転電機」（先行
技術１）を出願した。先行技術１には、極めて強固な構
造の電機子コイルが記載されている。すなわち、上層コ
イルおよび下層コイルは、電機子コアに形成されている
複数のスロットに収容される両コイル辺と、コイル辺の
前後両端から略求心方向へ連絡する両コイル端部とから
組み立てられている。そして、両コイル端部から軸長方
向に突出している両先端部分が、互いに半径方向に重な
って接合されている。

【０００５】一方、従来技術３の電機子コイルには、直
線状に形成されるべきコイル辺に曲げや捩じりなどが生
じやすく、コイルを所定形状に形成するのが難しいとい
う短所があった。そこで、発明者らは先願として特願平
７−３２６９８３号「回転電機の回転子の製造方法」
（先行技術２）を出願した。先行技術２には、極めて強
固でありながら、組み立てが容易でコイルが所定形状に
形成される電機子コイルの製造方法が記載されている。
すなわち、上層コイルおよび下層コイルは、それぞれ板
金打出材を屈曲させた一体部品で成形されており、組み
立ての過程で自然に両接続部（軸長方向への突出部分）
が互いに重なる。それゆえ、コイルに捩じれなどの不要
な変形が起こらず、電機子への組み込みは正確かつ容易
に行うことができるので、精度の高い頑丈な電機子コイ
ルを安価に提供することができる。また、重なった両コ
イルの接続部を自動的に溶接する手段などについても記
載されている。

【０００６】しかしながら、接続部の接合方法について
は、前述の先行技術１には詳細な記載はなく、いくつか
の接続部の形状を例示するに留まっていた。一方、先行
技術２では、実施例中で自動化されたＴＩＧ溶接につい
て記載されているものの、接続部の形状は、上層コイル
および下層コイルともに直方体（展開形状が矩形）であ
る。したがって、電機子コイルの上層コイルと下層コイ
ルとの接合にあたり、先行技術２でも接続部の溶接に伴
う特別な配慮については記載されていない。それゆえ、
接続部の溶接による溶接金属の張り出しなどによって発
生する隣接するコイル間の短絡（レイヤアース）の防止
や、溶接の接合強度および電気接続などの点で、なお改
善の余地があった。

【０００７】そこで本発明は、両コイルの接合方法を最
も強固な接合強度が得られる溶接とし、接続部の溶接に
ともなう短絡や接合不良（力学強度不足および電気接続
不良）が起こりにくい電機子コイルの接合方法を提供す
ることを、解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の電機
子コイルの接合方法である。本手段では、下層コイル接
続部の外周側に接して上層コイル接続部を配設し、両接
続部を半径方向に重ねて互いに溶接することにより、上
層コイルと下層コイルとを互いに接合する。その結果、
両コイルの接続部は、溶接により極めて強固で電気的に
も十分な導通を有する溶接金属で接合される。

【０００９】本手段ではさらに、上層コイルおよび下層
コイルのうち少なくとも一方の接続部は、断面積が先端
に行くほど小さくなっていることに特徴がある。すなわ
ち、同接続部は、テーパ状に形成されているか、あるい
は段状または階段状に形成されており、先端部分は根元
部分よりも細くなっている。それゆえ、両接続部を互い
に溶接する際に、先端部分の熱容量が小さいので根元部
分よりも速く昇温し、両接続部の先端部分から溶けて両
者の溶融金属の塊が容易に形成される。その結果、根元
部分まで溶融して損なうこと無く、先端部分から両接続
部は十分に高温で溶接される。また、溶融する先端部が
比較的細いので、溶融金属の塊はあまり大きくならず、
周方向にあまり拡がらない。それゆえ、隣接するコイル
の接続部との溶融金属による短絡も防止されるという効
果がある。

【００１０】したがって、本手段によれば、溶接による
両接続部の接合が極めて強固で電気接続も確実な電機子
コイルの接合方法を提供することができる。また、溶接
金属が周方向にあまり拡がらないので、隣接するコイル
との短絡（レイヤアース）も防止されるという効果があ
る。さらに、根元部分やその付近を高温で損なうことな
く、先端部分での確実な溶接（力学強度が高く、電気的
に接続不良がない溶接）が可能になるという効果がも
る。その結果、製造時の歩留りが改善されるばかりでな
く、高速回転時にも短絡の恐れがない強固な電機子コイ
ルを製造することができる。

【００１１】（第２手段）本発明の第２手段は、請求項
２記載の電機子コイルの接合方法である。本手段では、
両コイル接続部のうち少なくとも一方は、周方向の幅が
根元部分よりも先端部分で狭くなっている。それゆえ、
溶接の際に先端部分が略球状の溶融金属になり、溶接前
よりも周方向に張り出した場合にも、周方向に隣接する
両コイルの接続部と十分な間隔が取られており、隣接す
る接続部と短絡することがない。

【００１２】したがって、本手段によればさらに、溶接
により両接続部の先端部分で周方向に溶接金属が張り出
しても、隣接する接続部と短絡することがない（または
短絡しにくい）という効果がある。 （第３手段）本発明の第３手段は、請求項３記載の電機
子コイルの接合方法である。

【００１３】本手段では、周方向の幅は、下層コイル接
続部ほうが上層コイル接続部よりも狭い。それゆえ、回
転軸回りに占める角度において、下層コイル接続部の方
が上層コイル接続部を大きく上回ることはなくなり、む
しろ上層コイル接続部の回転軸回りに占める角度の方が
大きくなる。その結果、周方向に（より狭い間隔で）隣
接する下層コイル接続部同士の間隔が十分に確保され、
短絡しにくくなる。

【００１４】また本手段では、溶接に際し、両接続部の
球状溶融部の幅（即ち溶接後の溶接金属の幅）は、上層
コイル接続部の先端部分の周方向の幅によってほぼ規制
されている。それゆえ、下層コイル接続部の位置が上層
コイル接続部に対して周方向にいくらかずれたとして
も、球状溶融部の幅は上層コイル接続部の先端部分の周
方向幅を極端に越えることはない。その結果、間隔が十
分に確保されるので、周方向に互いに隣接する接続部の
間で接触が起こりにくく、短絡（レイヤアース）が防止
される。

【００１５】したがって、本手段によればさらに、隣接
する接続部でのコイル相互の短絡がいっそう確実に防止
され、加速度が大きい高速回転によりいっそう適した電
機子コイルを提供することができるという効果がある。
また、下層コイル接続部の位置が、上層コイル接続部に
対して周方向にいくらかずれたとしても、上層コイル接
続部の先端部分の周方向幅を越えてはみ出すまでには大
きな許容誤差をとることができる。それゆえ、両コイル
接続部の組み立て精度に対する要求を緩和することがで
き、製造が容易になってコストダウンになるという効果
もある。

【００１６】（第４手段）本発明の第４手段は、請求項
４記載の電機子コイルの接合方法である。本手段では、
両接続部のうち少なくとも一方は、先端部分の背面（接
合面と背向する面）が斜面で形成されており、テーパー
形状をしている。それゆえ、溶接の際には同先端部分か
ら溶融し始めるばかりではなく、溶融を始めた先端部分
が接合面に近く、接合面を形成している両接続部の溶融
が容易に始まる。その結果、接合面での両接続部の溶融
金属の混合が滞りなく進み、強固な溶接金属が形成され
る。

【００１７】したがって、本手段によればさらに、両接
続部の溶接部分に溶け分かれ（それぞれの先端部分が個
別に溶融して融合せず、一つの球状溶融金属にならない
ので溶接金属が分かれてしまう溶接不良）の発生が防止
されるという効果がある。その結果、容易に良好な溶接
状態が得られる。 （第５手段）本発明の第５手段は、請求項５記載の電機
子コイルの接合方法である。

【００１８】本手段では、下層コイル接続部の先端部分
は、上層コイル接続部の先端部分よりも軸方向に突出し
ているので、下層コイル接続部の先端部分の外周面が溶
接に際して露出している。それゆえ、軸方向と遠心方向
との中間の角度から溶接が施される際、下層コイル接続
部の外周面からも加熱されるので、上層コイル接続部の
先端部分だけが先に溶融して溶け分かれが発生するなど
の溶接不良が起こりにくい。

【００１９】したがって、本手段によればさらに、溶け
分かれが発生するなどの溶接不良が起こりにくく、より
いっそう良好な溶接状態（力学強度および電気接続）が
容易に得られるという効果がある。 （第６手段）本発明の第６手段は、請求項６記載の電機
子コイルの接合方法である。

【００２０】本手段には、以下のような効果がある。両
接続部の溶接方法がアーク溶接である場合には、比較的
安価に溶接することができるという効果がある。分けて
もＴＩＧ溶接である場合には、薄板からなる両コイル接
続部にも適用が容易であると同時に、清浄かつ高品質の
溶接部が得られるので、接合強度および靱性の高い溶接
が可能である。

【００２１】レーザー溶接または電子ビーム溶接である
場合には、精密に高速度で溶接することができ、隣接す
る接続部との短絡が起きにくい溶接ができるという効果
がある。抵抗溶接である場合には、高能率で溶接工程を
進めることができ、溶接金属の張出も小さいので、隣接
する接続部との短絡が起きにくい溶接ができるという効
果がある。

【００２２】さらに、上記各手段は、複数手段を互いに
組み合わせて実施することも可能である。組み合わせて
実施することにより、各手段のもつ効果を互いに強化し
て発揮することができる。また、下層コイルおよび上層
コイルのそれぞれのコイル端部および接続部（被溶接
部）は、それぞれのコイル辺の一端（例えば回転軸の前
端側または後端側のの一端）に形成されているが、その
一端だけに形成されるとは限定されない。すなわち、以
下の複数の実施例で説明するように、下層コイル辺およ
び上層コイル辺のそれぞれの両端から、前後一対のそれ
ぞれのコイル端部および接続部が延びていてもよい。そ
の際、前後両端のコイル端部および接続部は、前後で形
状が異なっていたり、寸法が異なっていたりしても差し
支えないので、設計上または製造上の必要性によって自
由に前後の形状を異ならせて良い。

【００２３】

〔実施例１〕

（実施例１の電機子コイルの構成）本発明の実施例１と
しての電機子コイルの接合方法が適用される電機子コイ
ルは、図１および図２に示すように、電機子鉄心（ラミ
ネ−ションコア）２の複数のスロット（溝）２０内に上
層コイル４および下層コイル５を有する。

【００２４】すなわち、電機子鉄心２の外周部には、複
数のスロット（溝）２０が軸長方向に形成されており、
周方向等間隔に配設されている。各スロット２０内に
は、上層コイル４および下層コイル５が積層されてい
る。上層コイル４は、中間部でありコイルの要部を形成
する上層コイル辺４１と、コイル辺４１の軸方向両端か
ら少し斜めに略半径方向の軸心側へ延びる上層コイル端
部４２と、コイル端部４２の軸心側の両端から軸長方向
へ突出している上層コイル接続部４３とからなる。一
方、下層コイル５は、中間部でありコイルの要部を形成
する下層コイル辺５１と、コイル辺５１の軸方向両端か
らそれぞれ少し斜めに略半径方向の軸心側へ延びる下層
コイル端部５２と、コイル端部５２の軸心側の両端から
それぞれ軸長方向へ突出している上層コイル接続部４３
とからなる。

【００２５】下層コイル辺５１はスロット２０の軸心側
に収容されており、上層コイル辺４１はスロット２０の
外周側に収容されている。両コイル辺４１，５２は、図
１に示すように、シート状のスロット内絶縁体６，７を
挟んでスロット２０に挿置される。それゆえ、図３に示
すように、両コイル辺４１，５２は互いに絶縁されてお
り、また、コア２に対しても絶縁されている。両コイル
辺４１，５２は、コア２のスロット２０内の所定位置に
挿置されたのち、コア２のスロット２０の両脇に形成さ
れている突起部２１を曲げて封止固定される。

【００２６】軸長方向には、再び図１に示すように、コ
ア２、円盤状絶縁体１０、下層コイル５、円盤状絶縁体
９、上層コイル４、絶縁リング８、補強リング１１の順
で、軸１の両側にそれぞれ組み立てられる。その結果、
図２に示すように、コア２の外周面のスロット２０内に
上層コイル４および下層コイル５が組み込まれているロ
ーター３が構成される。

【００２７】ここで、以下に上層コイル４および下層コ
イル５の形成方法の一例を説明するが、これ以外の方法
を用いて両コイル４，５を製造することも可能であり、
他の方法で製造された両コイル４，５を用いても、本発
明の接合方法の効果は同様に得られる。すなわち、上層
コイル４は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、銅や銅
合金などの板金から打ち抜き加工と曲げ加工とを経て容
易かつ安価に形成される。すなわち、先ず、上層コイル
４になる部材は、板金材から図１（ａ）に示す平面形状
に打ち抜かれる。同形状では、中間部であるコイル辺４
１の中心線に対し、接続部４３は端部４２を介して所定
の角度θの位置に形成されている。続いて、上層コイル
４は、図４（ｂ）に示すように接続部４３を折り曲げら
れたのち、図４（ｃ）に示すように端部４２を折り曲げ
られて部品として完成する。その結果、一対の端部４２
および接続部４３は、互いに２θの角度をもって捩じれ
の位置関係をもつ。

【００２８】同様に、下層コイル５も、図５（ａ）およ
び図５（ｂ）に示すように、板金から打ち抜き加工と曲
げ加工とを経て容易かつ安価に形成される。すなわち、
下層コイル５になる部材は、板金材から図５（ｂ）に示
す平面形状に打ち抜かれた後、図５（ａ）に示すように
接続部５３および端部５２を折り曲げられて、下層コイ
ル５に形成される。下層コイル５でも、一対の端部５２
および接続部５３は、互いに２θの角度をもって捩じれ
の位置関係をもっている。

【００２９】したがって、軸長方向のうち一方の接続部
４３，５３で互いに接合されている上層コイル４および
下層コイル５においては、図６に示すように、両者のコ
イル辺４１，５１は、周方向に互いに離間してコア２の
外周面に沿って配設される。他方の接続部４３，５３
は、同様にそれぞれ他のコイル５，４の接続部５３，４
３に接続されており、コア２の外周面に沿って電機子コ
イルの回路が形成されている。

【００３０】なお、上層コイル４および下層コイル５に
関しては、上記以外の製造方法で製造されている場合に
も、以下に述べる接合部（接続部４３，５３）への要求
や接合部で起こりうる問題等は、本実施例の場合と同様
である。ここで、接続部４３，５３の接合には、次の３
点の性質が要求される。第１に、力学的強度（機械強度
ともいう）に優れていること。すなわち、接合部分が容
易に剥離せず、回転電機の運用時に想定される最も厳し
い条件下でも、破断等の不具合を生じないことである。
もし強度が不足して破断すると、電気的な導通不良で回
転電機が十分に作動しなくなるばかりではなく、回転電
機が機構的に破壊する可能性さえある。

【００３１】第２に、電気接続が完全であること。すな
わち、上層コイル４と下層コイル５との導通が確実に取
られており、断線または接続不良を起こさないばかりで
はなく、両コイル４，５が十分に低い電気抵抗で導通し
ていることである。導通が不十分で接続部分の電気抵抗
が異常に増大すると、回転電機の性能が十全に発揮され
ないばかりでなく、コイル接続部４３，５３の焼損など
の不具合につながることもある。

【００３２】第３に、両層のコイル間の電気的短絡（レ
イヤアース）がないこと。すなわち、互いに隣接しあう
コイル接続部４３，５３が、接触するなどして回路の短
絡を起こさないことである。短絡が起きると、回転電機
の性能が十全に発揮されないだけではなく、電機子コイ
ル４３，５３の焼損などの不具合につながる。したがっ
て、高速回転や振動を伴う運用条件に適合するには、接
続部４３，５３の固定が強固であることと、隣接する接
続部４３，５３との間に所定の間隔が確保されているこ
とが肝要である。

【００３３】（実施例１の溶接工程）そこで、本実施例
では、再び図６に示すように、下層コイル接続部５３と
その外周側に接して配設された上層コイル接続部４３と
を半径方向に重ねて、溶接することにより両コイル４，
５を互いに接合する。溶接は、ＴＩＧ（タングステン・
イナートガス）溶接法を用い、自動装置により行う。同
自動装置は、要部を図７に示すように、ローター３をそ
の回転軸１まわりの所定位置で止めては、斜め方向から
アーク１４１を特定の接続部４３，５３に吹き掛けてＴ
ＩＧ溶接を行う。

【００３４】すなわち、上記自動装置は、全ての両コイ
ル４，５が組み込まれているローター３を軸１の一端で
支持し、所定の角度に回転して保持する支持軸１３７お
よび保持具１３８を有する。同自動装置は、また、上層
コイル端部４２を押圧しローター３内の所定位置に保持
する上層コイル用冷却治具１４２と、回転軸１の一端を
軸支し下層コイル接続部５３を内周面に当接して所定位
置に保持する下層コイル用冷却治具１４３を有する。ト
ーチ１４０は、同自動装置により位置および出力を制御
されており、所定の角度から前述の互いに重ねられた接
続部４３，５３との間にアーク１４１を発生させて、接
続部４３，５３を溶接する。その際、接続部４３，５３
の先端付近から溶融するが、両冷却軸１４２，１４３の
熱伝導作用により溶融部分は、上層コイル端部４２の軸
長方向の端面付近までに限定されている。

【００３５】（先行技術の不都合）前述の溶接を行うに
あたり、先行技術では、図８（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に接続部４３，５３の形状は直方体状であった。したが
って、接続部４３，５３の突出方向（遠心方向）の断面
積および断面形状は一定であり、周方向の幅や半径方向
の厚さも一定であった。そして、接続部４３の先端面４
４と接続部５３の先端面５４とは隣接して一平面内にあ
り、両先端面４４，５４は上層コイル端部４２の軸長方
向の端面４０から所定距離ｐだけ軸長方向に突出してい
る。

【００３６】以上のような形状の接続部４３，５３が、
再び図７に示すように斜め方向からアーク１４１を浴び
て溶接されると、通常、図９（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、略球状の溶接金属Ｗが形成される。溶接工程で溶接
金属Ｗが溶融すると、溶接金属Ｗを形成している両接続
部４３’，５３’は、互いに融合して表面張力により略
球状の塊Ｗを形成する。そして、溶接金属Ｗが冷却して
固化する際に、両接続部４３’，５３’は接合される。

【００３７】その結果、図９（ａ）に示すように、略球
状の溶接金属Ｗの一部は周方向に距離ｂだけ飛び出すの
で、互いに溶接されている両接続部４３’，５３’の幅
Ｂ２は、もとの接続部４３，５３の幅Ｂ１よりも大きく
なる。両接続部４３，５３は、図１０（ｂ）に示すよう
に、周方向に所定の間隔Ｘを空けて配設されているが、
両接続部４３’，５３’の幅Ｂ２がもとの幅Ｂ１よりも
大きくなると、所定の間隔Ｘが取れなくなる。その結
果、先行技術による形状の接続部４３，５３では、溶接
の結果、隣接する接続部４３’，５３’の溶接金属Ｗと
の間の絶縁が破れて短絡（レイヤアース）を生じること
があり、極めて不都合である。上記短絡は静止中に起き
なくても、高速回転や運用中に振動を受けたりした場合
に起きることがあるので、所定の間隔Ｘが確保されるこ
とは回転電機の信頼性を確保する上で重要である。

【００３８】なお、溶接金属Ｗは、図１０（ａ）に示す
ように、半径方向（図中上下方向）にも幾らか出っ張る
が、半径方向の出っ張りは周方向の出っ張りｂほどに
は、問題にならない。 （実施例１の電機子コイル接合部の形状）そこで、本実
施例においては、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、
溶接前の上層コイル４Ａおよび下層コイル５Ａの接続部
４３Ａ，５３Ａは、半径方向の厚さを先端に行くほど減
じ、直線テーパー形状をしている（両コイル４Ａ，５Ａ
は接続部４３Ａ，５３Ａの形状が両コイル４，５のもの
と異なるだけで、その他は前述の両コイル４，５と同様
である）。

【００３９】それゆえ、図１１（ｄ）に示すように、接
続部４３Ａ，５３Ａは、それぞれの根元部分が先端部分
よりも広い回転面に沿う断面積を有する。すなわち、接
続部４３Ａ，５３Ａの先端面４４Ａ，５４Ａの端面面積
Ｓ２は、根元部分での断面積Ｓ１よりも大きい。なお、
両接続部４３Ａ，５３Ａの先端面４３Ａ，５３Ａは同一
平面上にあり、周方向の幅も同一で互いに隣接してい
る。

【００４０】（実施例１の作用効果）以上のように、接
続部４３Ａ，５３Ａの先端部分は根元部分よりも細くな
っている。それゆえ、両接続部４３Ａ，５３Ａを互いに
溶接する際に、先端部分の熱容量が小さいので根元部分
よりも速く昇温する。すると、両接続部４３Ａ，５３Ａ
は先端部分から溶融し、両者の混合した溶融金属の塊Ｗ
が容易に形成される。その結果、接続部４３Ａ，５３Ａ
を根元部分まで溶融して損なうことなく、先端部分から
両接続部４３Ａ，５３Ａは十分に高温で溶接される。

【００４１】したがって、本実施例によれば、溶接によ
る両接続部４３Ａ，５３Ａの接合が極めて強固であり、
同時に上層コイル４Ａと下層コイル５Ａとの電気的な導
通も十分に確保される。また、図１２（ａ）〜（ｃ）に
示すように、溶接金属Ｗが周方向にあまり拡がらないの
で、隣接するコイル同士での短絡（レイヤアース）も防
止されるという効果がある。

【００４２】また、ＴＩＧ溶接による接合であるから、
薄板からなる両コイル４Ａ，５Ａの接続部４３Ａ，５３
Ａにも適用が容易である。同時に、清浄かつ高品質の溶
接部Ｗが得られるので、接合強度および靱性の高い溶接
が可能である。その結果、信頼性が高く、高速回転時に
も短絡の恐れがない強固な電機子コイルをより容易に製
造することができる。

【００４３】（実施例１の変形態様）本実施例の溶接法
はＴＩＧ溶接としたが、他の適当な溶接法でもそれぞれ
の作用効果を上げることができる。例えば、両接続部４
３Ａ，５３Ａの溶接方法がアーク溶接である場合には、
比較的安価に溶接することができるという効果がある。
溶接法がレーザー溶接である場合には、精密に高速度で
溶接することができ、隣接する接続部との短絡が起きに
くい溶接ができるという効果がある。溶接法が抵抗溶接
である場合には、高能率で溶接工程を進めることがで
き、溶接金属の張出も小さいので、隣接する接続部との
短絡がいっそう起きにくい溶接ができるという効果があ
る。

【００４４】〔実施例２〕 （実施例２の電機子コイル接合部の形状）本実施例で
は、溶接以前の上層コイル４Ｂおよび下層コイル５Ｂの
接続部４３Ｂ，５３Ｂの形状が、実施例１と異なる。接
続部４３Ｂ，５３Ｂの先端面４４Ｂ，５４Ｂの端面面積
Ｓ２が根元部分での断面積よりも大きい点では、実施例
１と共通しているが、テーパーが厚さではなく周方向に
沿う幅の変化で与えられている点が、実施例１と異なっ
ている。

【００４５】すなわち、本実施例では，図１３（ａ）〜
（ｄ）に示すように、上層コイル接続部４３Ｂおよび下
層コイル接続部５３Ｂは、それぞれのコイル端部４２，
４３に接続する根元部分の周方向の幅Ｂ３が，先端部分
の周方向の幅Ｂ４よりも広いことを特徴としている。な
お、両接続部４３Ｂ，５３Ｂの先端面４４Ｂ，５４Ｂは
同一平面上にあり、先端面４４Ｂ，５４Ｂは周方向の幅
も同一で互いに隣接している。

【００４６】ここで、図１３（ｂ）に示すように、接続
部４３Ｂ，５３Ｂは周方向の厚さが均一で、コイル辺４
１，５１および端部４２，５２の板厚と同一の厚さをも
つ。それゆえ、両コイル４，５製造時に、板金から展開
形状体を打ち出す工程で、接続部４３Ｂ，５３Ｂになる
部分を、直線テーパー形状に打ち出し形成するだけで接
続部４３Ｂ，５３Ｂの形状が形成される。したがって、
本実施例では、接続部４３Ｂ，５３Ｂをもつ上層コイル
４Ｂや下層コイル５Ｂを、極めて安価に製造することが
できる。

【００４７】（実施例２の作用効果）本実施例では、両
コイル接続部５３Ｂ，５４Ｂは、前述のように周方向の
幅が根元部分（幅Ｂ１）よりも先端部分（幅Ｂ２）で狭
くなっている。それゆえ、溶接の際に先端部分が略球状
の溶融金属Ｗになり、溶接前よりも周方向に張り出した
場合にも、周方向に隣接する両コイルの接続部と十分な
間隔が確保されている。

【００４８】したがって、本実施例によれば、溶接によ
り両接続部４３Ｂ，５３Ｂの部分で周方向に溶接金属Ｗ
が張り出しても、隣接する接続部といっそう短絡しにく
くなるという効果がある。その結果、実施例１と同様の
作用効果が得られる上に、隣接する接続部との間隔が増
す分、溶接金属Ｗの張出のトレーランス（寸法上の許容
範囲）に余裕ができるので、溶接工程の管理がより容易
になり、より安価かつ速やかに製造することが可能にな
る。

【００４９】（実施例２の変形態様）本実施例において
も、実施例１と同様の各種変形態様が可能である。ま
た、接続部４３Ｂ，５３Ｂの幅のテーパーに加えて、実
施例１同様の厚さのテーパーを併用してもよい。 〔実施例３〕 （実施例３の電機子コイル接合部の形状）本実施例で
も、溶接以前の上層コイル４Ｃおよび下層コイル５Ｃの
接続部４３Ｃ，５３Ｃの形状が、実施例１や実施例２と
異なる。本実施例では，図１５（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うに、下層コイル接続部５３Ｃの周方向の幅Ｗ５は、上
層コイル接続部４３Ｃの周方向の幅Ｗ４よりも狭いこと
を特徴としている。両接続部４３Ｃ，５３Ｃには、周方
向の幅のテーパーや半径方向の厚さのテーパーがないの
で、両接続部４３Ｃ，５３Ｃの形成は板金加工で極めて
容易にできる。なお、両接続部４３Ｃ，５３Ｃの先端面
４４Ｃ，５４Ｃは同一平面上にあり、周方向の幅も同一
で互いに隣接している。

【００５０】（実施例３の作用効果）本実施例では、前
述のように周方向の幅が、下層コイル接続部５３Ｃ（幅
Ｗ５）のほうが上層コイル接続部４３Ｃ（幅Ｗ４）より
も狭い。それゆえ、回転軸１まわりに占める角度におい
て、上層コイル接続部４３Ｃよりも下層コイル接続部５
３Ｃの方が大きく上回ることがなくなり、むしろ上層コ
イル接続部４３Ｃが回転軸１まわりに占める角度の方が
大きくなる。その結果、周方向に隣接する下層コイル接
続部同士の間隔が十分に確保され、短絡しにくくなる。

【００５１】ここで比較のために、先行技術のように周
方向の幅が両接続部４３，５３で同じである場合につい
て考えてみる。すると、内周側に位置する下層コイル接
続部５３が軸１まわりに占める角度が大きくなり、隣接
する接続部５３との間隔が小さくなる。その結果、溶接
後に形成される溶接金属Ｗの許容寸法が減り、精度要求
が厳しくなるので溶接が難しくなる。さらに、接続部４
３，５３の高密度化が難しくなり、設計上の制約になる
などの不都合も生じる。前述のように、この不都合は本
実施例で解消されている。

【００５２】また本実施例では、溶接の際に形成される
両接続部４３Ｃ，５３Ｃの球状溶融部Ｗの幅（すなわち
溶接後の溶接金属Ｗの幅）は、上層コイル接続部４３Ｃ
の周方向の幅Ｗ４によってほぼ規制されている。それゆ
え、図１７（ａ）に示すように、下層コイル接続部５３
Ｃの位置が、上層コイル接続部４３Ｃに対して周方向に
いくらかずれたとしても、球状溶融部Ｗの幅は、上層コ
イル接続部４３Ｃの周方向の幅Ｗ４を極端に越えること
はない。その結果、隣接する接続部の溶接金属Ｗとの間
隔が十分に確保されるので、周方向に互いに隣接する接
続部の溶接金属Ｗの間で接触が起こりにくく、短絡（レ
イヤアース）が防止される。

【００５３】したがって、本実施例によればさらに、隣
接する接続部４３Ｃ’，５３Ｃ’での相互の短絡がいっ
そう確実に防止されるので、加速度が大きい高速回転に
よりいっそう適した電機子コイルを提供することができ
るという効果がある。また、本実施例では、図１７
（ａ）に示すように、下層コイル接続部５３Ｃの位置が
上層コイル接続部４３Ｃに対して周方向にいくらかずれ
たとしても、溶接後の溶接金属Ｗの形状に不都合を生じ
ない。なぜなら、上層コイル接続部４３Ｃの周方向の幅
を越えて下層コイル接続部５３Ｃがはみ出すまでには、
大きな許容誤差が取られているからである。それゆえ、
両コイル接続部４３Ｃ，５３Ｃの組み立て精度に対する
要求をも緩和することができ、製造が容易になってコス
トダウンになるという効果もある。

【００５４】ここで再び比較のために、先行技術のよう
に周方向の幅が両接続部４３，５３で同じである場合に
ついて考えてみる。すると、図１７（ｂ）に示すよう
に、内周側に位置する下層コイル接続部５３が、上層コ
イル接続部４３に対して周方向に幾らかでもずれると、
その分、溶接後の溶接金属Ｗの周方向の幅Ｗ０が大きく
なる。その結果、隣接する接続部４３，５３の溶接金属
Ｗとの間隔が十分大きくとれなくなり、短絡を生じる恐
れがある。前述のように、この不都合についても本実施
例で解消されている。

【００５５】以上をまとめると、本実施例では、両コイ
ル４Ｃ，５Ｃの接続部４３Ｃ，５３Ｃの溶接にあたり、
位置精度のトレーランスが大きい。それゆえ、本実施例
によれば、接続部４３Ｃ，５３Ｃの溶接が容易でコスト
ダウンになるばかりではなく、短絡（レイヤアース）の
恐れもなくなるので、高速回転に適する電機子を提供す
ることができるという効果がある。

【００５６】（実施例３の変形態様）本実施例において
も、実施例１と同様の各種変形態様が可能である。ま
た、本実施例では断面積同一の接続部４３Ｃ，５３Ｃ
に、実施例１同様の厚さのテーパーや、実施例２同様に
幅のテーパーに加えてもよい。 〔実施例４〕 （実施例４の電機子コイル接合部の形状）本実施例で
も、溶接以前の上層コイル４Ｄおよび下層コイル５Ｄの
接続部４３Ｄ，５３Ｄの形状が、前述の各実施例と異な
っている。本実施例では，図１８（ａ）〜（ｂ）に示す
ように、上層コイル接続部４３Ｄおよび下層コイル接続
部５３Ｄは、先端部分において接続部４３Ｄと接続部５
３Ｄとの接合面Ｃと背向する面が斜面Ｓで形成されてい
る。したがって、両接続部４３Ｄ，５３Ｄの先端部分
は、斜面Ｓにより先端に行くほど厚さが減少する強いテ
ーパー形状をしていることを特徴としている。なお、本
実施例でも、先端面４４Ｄ，５４Ｄは同一の幅で隣接し
ており、同一平面上にある。

【００５７】（実施例４の作用効果）本実施例では、前
述のように、両接続部４３Ｄ，５３Ｄは、先端部分の背
面（接合面Ｃと背向する面）が斜面Ｓで形成されてお
り、テーパー形状をしている。それゆえ、溶接の際に
は、先ず熱容量が小さく昇温しやすい上記先端部分か
ら、接続部４３Ｄ，５３Ｄは溶融し始める。その際、溶
融を始めた先端部分（先端面４４Ｄ，５４Ｄを含む）が
接合面Ｃに近いので、接合面Ｃを形成している両接続部
４３Ｄ，５３Ｄの溶融が容易に始まる。その結果、接合
面Ｃでの両接続部４３Ｄ，５３Ｄの溶融金属の混合が滞
りなく進み、図１９（ａ）〜（ｂ）に示すように、強固
に一体化した溶接金属Ｗが形成される。

【００５８】ここで比較のために、先行技術による接続
部４３，５３の溶接不具合の一例を挙げておく。溶接の
際に、図２０に示すように、接続部４３，５３の先端が
互いに融合せず、独立した溶接金属の塊４３”，５３”
を形成して接合しない場合がある。これは、「溶け分か
れ」（溶接すべき部材が個別に溶融して融合せず、溶接
金属が分かれてしまう）と呼ばれる溶接不良で、接続部
４３，５３の先端部分の溶けはじめに、両者の溶融金属
が十分に接近していないと起きやすい。一方、本実施例
では、溶融を始める先端部分が接合面Ｃで接しており、
細くなった先端部分から確実に溶融が始まるので、溶け
分かれは極めて起きにくい。

【００５９】したがって、本実施例によればさらに、両
接続部４３Ｄ，５３Ｄの溶接部分Ｗに溶け分かれが起き
ることが防止されるという効果がある。その結果、容易
に良好な溶接状態が得られる。 （実施例４の変形態様）本実施例においても、実施例１
と同様の各種変形態様が可能である。また、接続部４３
Ｄ，５３Ｄに、実施例２と同様な幅のテーパーを加えて
もよい。

【００６０】〔実施例５〕 （実施例５の電機子コイル接合部の形状）本実施例で
も、溶接以前の上層コイル４Ｅおよび下層コイル５Ｅの
接続部４３Ｅ，５３Ｅの形状が、前述の各実施例と異な
っている。本実施例では，図２１に示すように、下層コ
イル接続部５３Ｅの先端部分は、上層コイル接続部４３
Ｅの先端部分よりも軸方向に突出していることを特徴と
している。すなわち、下層コイル５の接続部５３Ｅの先
端面５４Ｅは、上層コイル４の接続部４３Ｅの先端面４
４Ｅから、所定距離ｇだけ軸長方向に突出している。

【００６１】理解を容易にするために、本実施例では、
接続部４３Ｅ，５３Ｅの（回転軸１に垂直な）断面形状
は矩形で軸長方向に一定であるとする。 （実施例５の作用効果）本実施例では、下層コイル接続
部５３Ｅの先端部分は、上層コイル接続部４３Ｅの先端
部分よりも軸方向に突出しているので、下層コイル接続
部５３Ｅの先端部分の外周面が、ＴＩＧ溶接のアーク１
４１に対して露出している。それゆえ、斜め方向からの
アーク１４１により、下層コイル接続部５３Ｅは外周面
からも加熱されるので、上層コイル接続部４３Ｅに遅れ
ることなく下層コイル接続部５３Ｅも溶融しはじめる。
その結果、両接続部４３Ｅ，５３Ｅの溶融がほぼ同時に
進行するので、溶け分かれ不具合を生じることなく、図
２２に示すように、両者は容易に融合して適正な溶接金
属Ｗを形成する。

【００６２】一方、比較のために先行技術に言及する
と、両接続部４３，５３は、軸長方向に同一断面積であ
る矩形断面の接続部４３，５３をもち、両者の先端面４
４，５４に段差はない。それゆえ、図２３に示すよう
に、両接続部４３，５３は斜め方向から溶接された場合
に、アーク１４１に近い上層コイル接続部４３だけが溶
融して溶接金属４３”を形成し、下層コイル接続部５３
は接続部４３の陰に隠れて十分に溶融しないで残る場合
もあり得る。このような場合、接続部４３，５３には溶
接不良が生じて正常に接合されず、不都合である。本実
施例は、このような溶接不良を生じにくい形状の接続部
４３Ｅ，５３Ｅを例示している。

【００６３】したがって本実施例によれば、さらに溶け
分かれが発生するなどの溶接不良が起こりにくく、より
いっそう良好な溶接状態（力学強度および電気接続）が
容易に得られるという効果がある。 （実施例５の変形態様）本実施例においても、実施例１
と同様の各種変形態様が可能である。また、接続部４３
Ｅ，５３Ｅの形状に、前述の各実施例のうち幾つかの特
徴的な形状を組み合わせて取り入れてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の電機子コイルの全体構成を示す分
解斜視図

【図２】 実施例１の電機子コイルの全体構成を示す縦
半断面図

【図３】 スロット内の両コイルの積層構造を示す水平
断面図

【図４】 上層コイルの形状と製造方法とを示す組図 （ａ）薄板材から打ち抜きされた展開形状を示す斜視図 （ｂ）曲げ加工により接続部を立てられた状態を示す斜
視図 （ｃ）曲げ加工を終えた部品形状を示す斜視図

【図５】 上層コイルの形状を示す組図 （ａ）上層コイルの形状を示す側面図 （ｂ）上層コイルの形状を示す平面図

【図６】 上層コイルと下層コイルとの接続と相互位置
とを示す斜視図

【図７】 上層コイルと下層コイルとの溶接工程を示す
縦半断面図

【図８】 先行技術による両コイルの接続部の溶接前の
形状を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図

【図９】 先行技術による両コイルの接続部の溶接後の
形状を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図

【図１０】両コイルの溶接部を電機子全体の中で示す組
図 （ａ）部分側断面図 （ｂ）正面図

【図１１】実施例１の両コイルの接続部の溶接前の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図 （ｄ）斜
視図

【図１２】実施例１の両コイルの接続部の溶接後の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図

【図１３】実施例２の両コイルの接続部の溶接前の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図 （ｄ）斜
視図

【図１４】実施例２の両コイルの接続部の溶接後の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図

【図１５】実施例３の両コイルの接続部の溶接前の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図 （ｄ）斜
視図

【図１６】実施例３の両コイルの接続部の溶接後の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図 （ｃ）正面図

【図１７】実施例３と先行技術との溶接後の形状を比較
して示す組図 （ａ）実施例３の接続部の溶接後の形状を示す平面図 （ｂ）先行技術の接続部の溶接後の形状を示す平面図

【図１８】実施例４の両コイルの接続部の溶接前の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図

【図１９】実施例４の両コイルの接続部の溶接後の形状
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側面図

【図２０】先行技術の溶接不具合の一例を示す側面図

【図２１】実施例５の両コイルの接続部の溶接前の形状
を示す側面図

【図２２】実施例５の両コイルの接続部の溶接後の形状
を示す側面図

【図２３】先行技術の溶接不具合の他の一例を示す側面
図

【符号の説明】

１：回転軸（シャフト） ２：電機子鉄心（ラミネ−
ションコア） ２０：スロット（溝） ２１：突起（突条） ３：
ローター（回転子） ４：上層コイル（４１：コイル辺 ４２：端部 ４３：
接続部 ４４：先端面） ５：下層コイル（５１：コイル辺 ５２：端部 ５３：
接続部 ５４：先端面） ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ，４３Ｅ：上層コイル
接続部 ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ：下層コイル
接続部 ４３’，４３Ａ’，４３Ｂ’，４３Ｃ’，４３Ｄ’，４
３Ｅ’：溶接部 ５３’，５３Ａ’，５３Ｂ’，５３Ｃ’，５３Ｄ’，５
３Ｅ’：溶接部 ６，７：スロット内絶縁体 ８：絶縁リング ９，１０：円盤状絶縁体 １１：
補強リング １３７：支持軸 １３８：保持具 １４０：トーチ
１４１：アーク １４２：冷却治具（上層コイル用） １４３：冷却治
具（下層コイル用） ｇ：突出距離 Ｓ：斜面 Ｗ：溶接金属 Ｘ：間
隔（ギャップ） θ：偏角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑村 裕次郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電機子鉄心の外周部に形成された複数のス
   ロットに組み込まれている下層コイル辺と、該下層コイ
   ル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側へ延在
   している下層コイル端部と、該下層コイル端部の軸心側
   の一端から軸長方向へ延在する下層コイル接続部とから
   なる下層コイルと、 前記スロットに組み込まれている上層コイル辺と、該上
   層コイル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側
   へ延在している上層コイル端部と、該上層コイル端部の
   軸心側の一端から軸長方向へ延在する上層コイル接続部
   とからなる上層コイルとを互いに溶接により接合する方
   法であって、 前記下層コイル接続部の外周側に接して前記上層コイル
   接続部を配設し、前記下層コイル接続部と前記上層コイ
   ル接続部とを半径方向に重ねて互いに溶接する際に、被
   溶接部である前記上層コイル接続部および前記下層コイ
   ル接続部のうち少なくとも一方は、前記コイル端部に接
   続する根元部分の断面積が、先端部分の断面積よりも大
   きいことを特徴とする電機子コイルの接合方法。
2. 【請求項２】電機子鉄心の外周部に形成された複数のス
   ロットに組み込まれている下層コイル辺と、該下層コイ
   ル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側へ延在
   している下層コイル端部と、該下層コイル端部の軸心側
   の一端から軸長方向へ延在する下層コイル接続部とから
   なる下層コイルと、 前記スロットに組み込まれている上層コイル辺と、該上
   層コイル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側
   へ延在している上層コイル端部と、該上層コイル端部の
   軸心側の一端から軸長方向へ延在する上層コイル接続部
   とからなる上層コイルとを互いに溶接により接合する方
   法であって、 前記下層コイル接続部の外周側に接して前記上層コイル
   接続部を配設し、前記下層コイル接続部と前記上層コイ
   ル接続部とを半径方向に重ねて互いに溶接する際に、被
   溶接部である前記上層コイル接続部および前記下層コイ
   ル接続部のうち少なくとも一方は、前記コイル端部に接
   続する根元部分の周方向の幅が、先端部分の周方向の幅
   よりも広いことを特徴とする電機子コイルの接合方法。
3. 【請求項３】電機子鉄心の外周部に形成された複数のス
   ロットに組み込まれている下層コイル辺と、該下層コイ
   ル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側へ延在
   している下層コイル端部と、該下層コイル端部の軸心側
   の一端から軸長方向へ延在する下層コイル接続部とから
   なる下層コイルと、 前記スロットに組み込まれている上層コイル辺と、該上
   層コイル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側
   へ延在している上層コイル端部と、該上層コイル端部の
   軸心側の一端から軸長方向へ延在する上層コイル接続部
   とからなる上層コイルとを互いに溶接により接合する方
   法であって、 前記下層コイル接続部の外周側に接して前記上層コイル
   接続部を配設し、前記下層コイル接続部と前記上層コイ
   ル接続部とを半径方向に重ねて互いに溶接する際に、前
   記下層コイル接続部の周方向の幅は、上記上層コイル接
   続部の周方向の幅よりも狭いことを特徴とする電機子コ
   イルの接合方法。
4. 【請求項４】電機子鉄心の外周部に形成された複数のス
   ロットに組み込まれている下層コイル辺と、該下層コイ
   ル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側へ延在
   している下層コイル端部と、該下層コイル端部の軸心側
   の一端から軸長方向へ延在する下層コイル接続部とから
   なる下層コイルと、 前記スロットに組み込まれている上層コイル辺と、該上
   層コイル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側
   へ延在している上層コイル端部と、該上層コイル端部の
   軸心側の一端から軸長方向へ延在する上層コイル接続部
   とからなる上層コイルとを互いに溶接により接合する方
   法であって、 前記下層コイル接続部の外周側に接して前記上層コイル
   接続部を配設し、前記下層コイル接続部と前記上層コイ
   ル接続部とを半径方向に重ねて互いに溶接する際に、被
   溶接部である前記上層コイル接続部および前記下層コイ
   ル接続部のうち少なくとも一方は、少なくとも先端部分
   において該接続部の他の接続部との接合面と背向する面
   が斜面で形成され、テーパー形状をしていることを特徴
   とする電機子コイルの接合方法。
5. 【請求項５】電機子鉄心の外周部に形成された複数のス
   ロットに組み込まれている下層コイル辺と、該下層コイ
   ル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側へ延在
   している下層コイル端部と、該下層コイル端部の軸心側
   の一端から軸長方向へ延在する下層コイル接続部とから
   なる下層コイルと、 前記スロットに組み込まれている上層コイル辺と、該上
   層コイル辺の一端から所定の角度で略半径方向の軸心側
   へ延在している上層コイル端部と、該上層コイル端部の
   軸心側の一端から軸長方向へ延在する上層コイル接続部
   とからなる上層コイルとを互いに溶接により接合する方
   法であって、 前記下層コイル接続部の外周側に接して前記上層コイル
   接続部を配設し、前記下層コイル接続部と前記上層コイ
   ル接続部とを半径方向に重ねて互いに溶接する際に、前
   記下層コイル接続部の先端部分は、前記上層コイル接続
   部の先端部分よりも軸方向に突出していることを特徴と
   する電機子コイルの接合方法。
6. 【請求項６】前記溶接は、ＴＩＧ溶接を含むアーク溶
   接、レーザー溶接、電子ビーム溶接および抵抗溶接のう
   ちいずれかである請求項１ないし５のうちいずれかに記
   載の電機子コイルの接合方法。