WO2015025653A1

WO2015025653A1 - 回転電機および回転電機の製造方法

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Publication number: WO2015025653A1
Application number: PCT/JP2014/069098
Authority: WO
Inventors: 孝石上; 恵山村; 中山　健一
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: JPWO2015025653A1; JP6034973B2

Abstract

　回転電機は、ステータコイルを構成する絶縁層が被覆された複数の導線、ならびに、導線同士を端子部を介して接続する接続用導体を備えた回転電機であって、複数の導線のそれぞれの両端には、端子部に接続された端末部が設けられ、端末部の一の面は、端子部に接合された導線接合面とされ、端末部における導線接合面の反対側の面には絶縁層が設けられ、端子部には、端末部に接合される接合凸部が設けられている。

Description

回転電機および回転電機の製造方法

　本発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関する。

　従来、複数の分割コアが円筒状に配置されてなるステータを備えた回転電機が知られている（特許文献１参照）。分割コアには、絶縁層が被覆された導線が巻回され、導線の端末部が結線リングなどの接続用導体に接続される。

　特許文献１には、ヒュージング工法により導線の端末部（コイル引出し線）と接続用導体の端子部（接続端子）とを接続する技術が記載されている。特許文献１に記載のステータの製造方法では、導線の端末部を接続用導体の端子部の挿通部に挿通し、挿通部を電極によって圧着通電かしめし、挿通部に形成された接触部と端末部とを接触させ、さらに通電時の熱で端末部の軟化した絶縁層を溝部に押し出し、端末部の導電体と接触部とを電気的に接続する。

日本国特開２００９－３８９３８号公報

　特許文献１に記載のヒュージング工法では、導線の端末部が高温になるため、所定の冷却時間が必要になり、製造工数の低減が難しいという問題があった。

　本発明の第１の態様によると、ステータコイルを構成する絶縁層が被覆された複数の導線、ならびに、導線同士を端子部を介して接続する接続用導体を備えた回転電機は、複数の導線のそれぞれの両端には、端子部に接続された端末部が設けられ、端末部の一の面は、端子部に接合された導線接合面とされ、端末部における導線接合面の反対側の面には絶縁層が設けられ、端子部には、端末部に接合される接合凸部が設けられている。
　本発明の第６の態様によると、ステータコイルを構成する絶縁層が被覆された複数の導線、ならびに、導線同士を端子部を介して接続する接続用導体を備えた回転電機の製造方法は、接続用導体の端子部に、プレス加工によって接合凸部を形成し、導線の端末部を絶縁層を介して接合凸部に当接させ、端末部と接続用導体の端子部とを、アンビルとホーンとで挟み、加圧し、ホーンから高周波振動を与えて、端末部に被覆された絶縁層を除去し、端末部と端子部とを接合する。

　本発明によれば、導線の絶縁層の除去と、導線と接続用導体との接合とを一工程で行うことができるとともに、接合時に熱の発生を抑えることができるため、製造工数を低減することができる。

回転電機を示す半断面図。図１のＩＩ－ＩＩ線で切断した断面模式図。図３（ａ）はボビンが取り付けられた分割コアを示す斜視図、図３（ｂ）はボビンにステータコイルが装着された状態を示す斜視図。ステータを示す斜視図。図４のＡ部を拡大した部分拡大図。比較例に係る回転電機において、端子部とコイル端末部とが超音波接合される様子を模式的に示す図。本発明の第１の実施の形態に係る回転電機における端子部とコイル端末部とを示す斜視図。図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線で切断した断面模式図。回転電機を製造する工程を説明するための図。比較例での絶縁層除去時間と、本発明の第１の実施の形態の絶縁層除去時間とを示すグラフ。比較例での接合成功率と、本発明の第１の実施の形態の接合成功率とを示すグラフ。本発明の第２の実施の形態に係る回転電機における端子部とコイル端末部とを示す斜視図。本発明の第３の実施の形態に係る回転電機における端子部とコイル端末部とを示す斜視図。図１３のコイル端末部と端子部とを当接させた状態を示す側面断面模式図。コイル端末部と端子部との超音波接合の際に、絶縁層が剥離され、コイル端末部と端子部とが固相接合される様子を説明する図。比較例での絶縁層除去時間と、本発明の第３の実施の形態の絶縁層除去時間とを示すグラフ。比較例での接合成功率と、本発明の第３の実施の形態の接合成功率とを示すグラフ。第３の実施の形態の変形例（１）に係る端子部とコイル端末部とを示す斜視図。第３の実施の形態の変形例（２）に係る端子部とコイル端末部とを示す斜視図。第３の実施の形態の変形例（３）に係る端子部とコイル端末部とを示す斜視図。第３の実施の形態の変形例（４）に係る端子部とコイル端末部とを示す斜視図。第１の実施の形態の変形例に係るコイル端末部と端子部とを当接させた状態を示す側面断面模式図。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
　本発明による回転電機は、たとえば回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車に適用できる。

－第１の実施の形態－
　図１は、回転電機１００を示す半断面図である。図１は、ロータ２の回転中心軸ＣＬに平行な平面であって、回転中心軸ＣＬを含む平面で切断した断面を模式的に示している。なお、図１では、説明の便宜上、各構成を概念的に示している。図２は図１のＩＩ－ＩＩ線で切断した断面模式図である。回転電機１００は、電動機または発電機として作動するものであり、ロータ２と、ステータ１と、ロータ２およびステータ１を保持するハウジング９とを有している。

　ロータ２は、円筒形状のステータ１の内側において、回転可能に配設されている。ロータ２は、円筒形状のロータコア７と、永久磁石６とを備えている。ロータコア７の中空部には円柱状のシャフト８が圧入され、ロータコア７がシャフト８に固定されている。ロータコア７の外周近傍には、永久磁石６が周方向に沿って等間隔に配設されている。永久磁石６はロータ２の界磁極として作用し、本実施の形態では１６極構成となっている。３相交流電流がステータコイル５に流されると、回転磁界がステータ１に発生し、この回転磁界がロータ２の永久磁石６に作用してトルクが生じる。

　ハウジング９は、円筒状のセンターブラケット９ｃと、センターブラケット９ｃの両端の開口を塞ぐように取り付けられた一対のエンドブラケット９ａ，９ｂとを備えている。一方のエンドブラケット９ａには軸受１１ａが設けられ、他方のエンドブラケット９ｂには軸受１１ｂが設けられている。ステータ１はセンターブラケット９ｃにより保持され、ロータ２のシャフト８はエンドブラケット９ａ，９ｂのそれぞれに設けられた軸受１１ａ，１１ｂにより回転自在に保持されている。

　ステータ１は、略円筒形状のステータコア４と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相巻線と、結線用部材（図３参照）とを備えている。図２に示すように、ステータコア４は、２４個の分割コア４ａで構成され、２４個の分割コア４ａが周方向に配設されることで円筒形状を呈している。換言すれば、ステータコア４は周方向に２４個の分割コア４ａに分割されている。分割コア４ａは、たとえば、厚さ０．０５～１．０ｍｍ程度の電磁鋼板をプレス加工により打ち抜いて形成されたコアプレートを複数枚積層して形成されている。

　分割コア４ａの各々は、コアバック４３と、コアバック４３から径方向内側に突出するティース４１とを有している。分割コア４ａは、周方向で隣接する一対の分割コア４ａとの間で１つのスロット４０を区画するように平面視Ｔ字状に形成されている。分割コア組立体であるステータコア４の内周側には、複数のスロット４０とティース４１とが周方向に等間隔となるように形成されている。

　Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線は、それぞれが複数のステータコイル５が電気的に接続されてなる。ステータコイル５は、ステータコア４を構成する各分割コア４ａのティース４１に、絶縁被覆導線（以下、単に絶縁線と記す）を巻き回すことにより形成される。なお、図２では、便宜上、ステータコイル５が一の分割コア４ａに装着されている状態を模式的に示しているが、実際には、ステータコイル５は、各分割コア４ａに装着されている（図４参照）。

　図３（ａ）はボビン２１が取り付けられた分割コア４ａを示す斜視図であり、図３（ｂ）はボビン２１にステータコイル５が装着された状態を示す斜視図である。分割コア４ａのティース４１には、図３（ａ）に示すように樹脂製のボビン２１が取り付けられ、図３（ｂ）に示すように、ステータコイル５を構成する絶縁線１０５がボビン２１に集中的に巻回されている。図３（ａ）に示すように、ボビン２１の四隅の角部には、平角線である絶縁線１０５の巻乱れを防ぐ溝２２が設けられている。

　図４はステータ１を示す斜視図であり、図５は図４のＡ部を拡大した部分拡大図である。結線用部材６０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗと、スター結線の中性点を構成する結線リング６１Ｎと、結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎを絶縁した状態で支持する絶縁支持部材６２とを備えている。結線用部材６０は、ステータコア４の軸方向一端側に設けられ、各分割コア４ａのコアバック４３が連結されてなるバックヨーク上に配置されている。

　結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗは、円環状で、ステータコイル５を構成する絶縁線１０５のコイル端末部１５１に接続される端子部１０６を有している。結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗは、それぞれ、径が異なり、同心円状に配置されている。本実施の形態では、各相に対応する結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗのそれぞれに８箇所の端子部１０６が設けられ、中性点を構成する結線リング６１Ｎに２４箇所の端子部１０６が設けられている。端子部１０６は、結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎの軸方向に向けて突出した平板状部材であり、幅が約１０ｍｍ、厚さが約１ｍｍとされている。

　Ｕ相巻線を構成する複数のステータコイル５は、それぞれ、一端が結線リング６１Ｕに接続され、他端が結線リング６１Ｎに接続されている。Ｖ相巻線を構成する複数のステータコイル５は、それぞれ、一端が結線リング６１Ｖに接続され、他端が結線リング６１Ｎに接続されている。Ｗ相巻線を構成する複数のステータコイル５は、それぞれ、一端が結線リング６１Ｗに接続され、他端が結線リング６１Ｎに接続されている。このようにして、ステータコイル５を構成する複数の絶縁線１０５同士が端子部１０６を介して、結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎにより電気的に接続されている。

　図５に示すように、分割コア４ａに対するステータコイル５の巻き始め引出し線、および、巻終わり引出し線は、結線用部材６０に向かって引き出されている。各引出し線の先端部は、周方向に沿うように屈曲され、端子部１０６と接合されるコイル端末部１５１とされている。本実施の形態では、各ステータコイル５のコイル端末部１５１と、各結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎの端子部１０６とが、回転電機１００の径方向に沿って重ねられ、超音波接合により接合される。

　各結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎの端子部１０６と、コイル端末部１５１との接続構造および接合方法は、同様であるため、以下では、結線リング６１Ｎの端子部１０６と、コイル端末部１５１との接続構造および接合方法を代表して説明し、各相に対応する結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗの端子部１０６と、コイル端末部１５１との接続構造および接合方法についての説明は省略する。

　本実施の形態では、コイル端末部１５１の絶縁層の剥離作業を個別に行わずに、コイル端末部１５１の絶縁層の剥離作業と、コイル端末部１５１の導電体１５３の一の面と端子部１０６の一の面との接合作業とを一工程で行うことで製造工数を低減している。以下、コイル端末部１５１の導電体１５３における上記一の面を導線接合面１５３ａと記し、端子部１０６における上記一の面を導体接合面１６１と記す。

　図６は、端子部９０６とコイル端末部１５１とが超音波接合される様子を模式的に示す図であり、本実施の形態の比較例を示す図である。比較例では端子部９０６の形状のみが本実施の形態の端子部１０６と異なっている。端子部９０６は、コイル端末部１５１と接合する導体接合面９６１が凹凸の無い平面とされている。絶縁線１０５は平角線であり、コイル端末部１５１の導電体１５３の断面形状は矩形状である。導電体１５３の長辺寸法は約１．９ｍｍ、短辺寸法は約１．１ｍｍとされ、導電体１５３の角部にはＲ面取りが施されている。導電体１５３の外周表面には、厚さ０．０５ｍｍ程度の絶縁層１５２が被覆されている。導電体１５３は、一対の長辺側側面（以下、幅広側面と記す）と一対の短辺側側面（以下、幅狭側面と記す）とを有し、外周表面を構成する幅広側面と幅狭側面とが絶縁層１５２で覆われている。

　コイル端末部１５１は、導線接合面１５３ａである一の幅広側面が絶縁層１５２を介して端子部９０６に当接される。超音波接合では、アンビルＷＡとホーンＷＨとで、コイル端末部１５１と端子部９０６とを挟み、圧力を付与した状態でホーンＷＨからｖ方向の高周波振動を与える。しかしながら、比較例のように、導体接合面９０６が平面である場合、端子部９０６と絶縁層１５２との間の摩擦力を十分に得ることができない。さらに、コイル端末部１５１の中心付近の絶縁層１５２が外方に押し出されにくい。このため、比較例では、絶縁層１５２の剥離が難しく、固相接合させる作業に時間がかかったり、接合ができない場合がある。

　そこで、本実施の形態では、端子部１０６に接合凸部１６５を設け、絶縁層１５２の剥離が容易に行われるようにした。

　図７は本発明の第１の実施の形態に係る回転電機１００における端子部１０６とコイル端末部１５１とを示す斜視図であり、図８は図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線で切断した断面模式図である。図７および図８に示すように、第１の実施の形態では、接合凸部１６５がマトリクス状に配列された複数の突起１６６で構成されている。なお、突起１６６の高さ寸法は、説明の便宜上、誇張して図示している。

　端子部１０６の一の面には、ローレット工具（不図示）が押し当てられて塑性変形されることにより、格子状の溝１６７が形成される。溝１６７同士の交差角度は直角とされている。その結果、溝１６７によって囲まれる矩形部分が、溝１６７の底部から立ち上がる突起１６６として形成され、図８（ａ）に示すように、突起１６６の頂面が導体接合面１６１として絶縁層１５２を介してコイル端末部１５１と当接する。第１の実施の形態では、このような複数の突起１６６が絶縁層１５２に接触されるため、超音波接合の際に、接触界面において摩擦力が上昇し、絶縁層１５２の剥離が促進され、図８（ｂ）に示すように、コイル端末部１５１の導電体１５３と端子部１０６とが固相接合される。

　回転電機１００の製造方法について説明する。図９は、回転電機１００を製造する工程を説明するための図である。回転電機１００の製造方法は、図９（ａ）に示すように、準備工程Ｓ１００と、ステータ組み付け工程Ｓ１１０と、コイル接続工程Ｓ１２０と、ロータ組み付け工程Ｓ１３０とを含む。

－準備工程－
　準備工程Ｓ１００では、回転電機１００を構成する各部品、たとえばセンターブラケット９ｃ、エンドブラケット９ａ，９ｂ、分割コア４ａ、ロータ２等を準備する。ロータ２のロータコア７には、予め永久磁石６が装着され、シャフト８がロータコア７の中空部に圧入されて一体となっている。なお、分割コア４ａには、ボビン２１が装着され、ボビン２１には絶縁線１０５が巻回されてステータコイル５が形成されている。

－ステータ組み付け工程－
　ステータ組み付け工程Ｓ１１０では、ステータコア４を焼き嵌めによりセンターブラケット９ｃに固定する。分割コア４ａを円筒状に組立てたステータコア４を配置しておき、分割コア組立体であるステータコア４に対して、予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたセンターブラケット９ｃを嵌め込む。センターブラケット９ｃを冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮によりステータコア４の外周部を締め付ける。

　運転時におけるロータ２のトルクによる反作用によって、センターブラケット９ｃに対してステータコア４が空転しないように、センターブラケット９ｃの内径寸法は、ステータコア４の外径寸法よりも所定値だけ小さく設定され、焼き嵌めによりステータコア４がセンターブラケット９ｃ内に強固に固定されるようになっている。なお、ステータコア４は焼き嵌めにより固定する場合に限定されることなく、圧入によりセンターブラケット９ｃに固定することとしてもよい。

－コイル接続工程－
　コイル接続工程Ｓ１２０では、ステータコイル５の引出し線の先端部に設けられたコイル端末部１５１と、結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎの端子部１０６とを超音波接合により電気的、機械的に接続する。コイル接続工程Ｓ１２０は、図９（ｂ）に示すように、プレス加工工程Ｓ１２１と、位置決め工程Ｓ１２３と、狭圧工程Ｓ１２５と、振動工程Ｓ１２７とを含む。

－プレス加工工程－
　プレス加工工程Ｓ１２１では、ローレット工具（不図示）を端子部１０６の一の面に押し当てて、すなわちプレスすることで端子部１０６を塑性変形させることにより、格子状の溝１６７を形成する（図７参照）。その結果、溝１６７によって囲まれる部分が、溝１６７の底部から立ち上がる突起１６６として形成され、マトリクス状に配列された複数の突起１６６により接合凸部１６５が形成される（図７参照）。本実施の形態では、溝１６７の深さ、すなわち突起１６６の高さを、約０．１ｍｍとした。

－位置決め工程－
　位置決め工程Ｓ１２３では、図８（ａ）に示すように、絶縁線１０５のコイル端末部１５１の一の幅広側面である導線接合面１５３ａと、端子部１０６の導体接合面１６１とを絶縁層１５２を介して当接させるように位置決めを行う。コイル端末部１５１と端子部１０６とは回転電機１００の径方向に沿って重ねて配置する（図５参照）。

－挟圧工程－
　挟圧工程Ｓ１２５では、図８（ａ）に示すように、絶縁線１０５のコイル端末部１５１と端子部１０６とを、回転電機１００の径方向外側と内側から、アンビルＷＡとホーンＷＨとで挟み、加圧する。

－振動工程－
　振動工程Ｓ１２７では、図８（ａ）に示すように、ホーンＷＨを加圧方向に対して略垂直方向であるｖ方向に振動させ、ホーンＷＨからコイル端末部１５１に高周波振動を与える。これにより、コイル端末部１５１の導電体１５３における導線接合面１５３ａに被覆された絶縁層１５２と、接合凸部１６５との間の摩擦力により、絶縁層１５２が破壊、剥離される。剥離された細かい絶縁層１５２は、コイル端末部１５１の短手方向外方から排出される。導線接合面１５３ａに被覆された絶縁層１５２が除去されると、図８（ｂ）に示すように、コイル端末部１５１の導電体１５３の導線接合面１５３ａと導体接合面１６１とが直接に接触される。

　導電体１５３の導線接合面１５３ａと導体接合面１６１とが直接に接触した状態から、続けてホーンＷＨからコイル端末部１５１に高周波振動を与える。導線接合面１５３ａと導体接合面１６１との接触界面が、摩擦熱により加熱され、原子運動が活性化される。その結果、拡散による金属原子の移動が発生し、金属原子相互間に引力が生じ、コイル端末部１５１の導電体１５３と端子部１０６とが固相接合される。

　なお、導電体１５３と端子部１０６との間の絶縁層１５２は剥離されるが、コイル端末部１５１における導線接合面１５３ａの反対側の面など、導線接合面１５３ａを除く導電体１５３の外周表面には絶縁層１５２が残されている。

－ロータ組み付け工程－
　図９（ａ）に示すロータ組み付け工程Ｓ１３０では、シャフト８を一方のエンドブラケット９ａの軸受け１１ａに装着する。ロータ２をステータ１の内側に配置させるように、一方のエンドブラケット９ａによりセンターブラケット９ｃの一端側の開口を塞いで、エンドブラケット９ａをセンターブラケット９ｃに固着させる。センターブラケット９ｃの他端側の開口を他方のエンドブラケット９ｂによって塞いで、エンドブラケット９ｂをセンターブラケット９ｃに固着させる。以上で、回転電機１００が完成する。

　このように、本実施の形態に係る回転電機１００の製造方法は、結線リング６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６１Ｎの端子部１０６の一の面に、プレス加工によって接合凸部１６５を形成する。その後、絶縁線１０５のコイル端末部１５１の導線接合面１５３ａを絶縁層１５２を介して接合凸部１６５に当接させる。コイル端末部１５１と端子部１０６とを、アンビルＷＡとホーンＷＨとで挟み、加圧し、その状態でホーンＷＨから高周波振動を与えて、コイル端末部１５１の導線接合面１５３ａに被覆された絶縁層１５２を除去し、コイル端末部１５１と端子部１０６とを固相接合する。

　上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）超音波接合の際に、絶縁層１５２を剥離させてコイル端末部１５１の導電体１５３の表面を露出させ、露出された導電体１５３の表面と端子部１０６とを固相接合させることができる。つまり、絶縁層１５２を予め剥離しておく必要がなく、一工程で絶縁層１５２の剥離と、固相接合とを実現することができ、製造工数の低減を図ることができる。さらに、本実施の形態では超音波接合法を採用したので、接合時に熱の発生を抑えることができる。ヒュージング工法の際に発生する熱により絶縁層を軟化させ、溝部に押し出す特許文献１に記載の技術（以下、従来技術と記す）で必要となる冷却時間に比べて、本実施の形態では冷却時間が短くて済むため、従来技術に比べて、製造工数の低減を図ることができる。

（２）端子部１０６には、接合凸部１６５が設けられている。接合凸部１６５は、マトリクス状に配列された複数の突起１６６で構成され、摩擦係数を高めることができる。このため、コイル端末部１５１に被覆される絶縁層１５２と、端子部１０６との間の摩擦力を比較例（図６参照）に比べて向上させることができる。その結果、超音波接合の際に、絶縁層１５２の破壊、剥離が促進され、絶縁層１５２の除去を比較例（図６参照）に比べて短い時間で行うことができる。

　比較例（図６参照）において超音波接合した際の絶縁層除去時間と、第１の実施の形態（図８参照）において超音波接合した際の絶縁層除去時間とを実験により比較検証した。図１０は、比較例での絶縁層除去時間と、本発明の第１の実施の形態の絶縁層除去時間とを示すグラフである。絶縁層除去時間とは、ホーンＷＨを振動させてから、コイル端末部１５１の導電体１５３と端子部１０６との間の絶縁層１５２が除去されるまでの時間のことを指す。なお、実験では、絶縁層除去時間を、ホーンＷＨを一定の力（たとえば、０．５ＭＰａ）でコイル端末部１５１に加圧した状態を原点とし、ホーンＷＨにより高周波振動を与えてから、ホーンＷＨが原点から所定の距離（たとえば、絶縁層１５２の厚み０．０５ｍｍに対して十分に長い０．６ｍｍ）だけ端子部１０６側に移動するまでの時間とした。

　実験で用いた端子部１０６，９０６の試験部材は、幅が約１０ｍｍ、厚さが約１ｍｍの寸法を有している。実験で用いたコイル端末部１５１の試験部材は、導電体１５３の長辺寸法が約１．９ｍｍ、短辺寸法が約１．１ｍｍであり、導電体１５３の角部にはＲ面取りが施されている。

　接合凸部が設けられていない比較例の端子部９０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とに対して、超音波接合を行って絶縁層除去時間を測定した。実験は数十回行った。比較例での絶縁層除去時間の平均値は２．１秒となった。接合凸部１６５が設けられた第１の実施の形態の端子部１０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とを、比較例と同じ実験回数だけ、超音波接合を行って絶縁層除去時間を測定した。その結果、第１の実施の形態での絶縁層除去時間の平均値は０．７６秒となった。つまり、第１の実施の形態では、絶縁層除去時間が比較例に比べて１／３程度となり、比較例に比べて短い時間で絶縁層１５２を除去できることが確認された。

（３）上記したように、接合凸部１６５は、マトリクス状に配列された複数の突起１６６で構成され、摩擦係数を高めることができるため、コイル端末部１５１に被覆される絶縁層１５２と、端子部１０６との間の摩擦力を比較例（図６参照）に比べて向上させることができる。その結果、超音波接合の際に、絶縁層１５２の破壊、剥離が促進され、比較例（図６参照）に比べて、コイル端末部１５１の導電体１５３と、端子部１０６とによって挟まれる絶縁層１５２を、より確実に除去し、導電体１５３と端子部１０６とを固相接合させることができる。

　比較例（図６参照）において超音波接合した際の接合成功率と、第１の実施の形態（図８参照）において超音波接合した際の接合成功率とを実験により比較検証した。図１１は、比較例での接合成功率と、本発明の第１の実施の形態の接合成功率とを示すグラフである。接合成功率とは、実験回数に対する成功回数の割合である。

　なお、成功とは、コイル端末部１５１の導電体１５３と端子部１０６との間の絶縁層１５２が十分に除去され、導電体１５３と端子部１０６とが固相接合されたことである。これに対して失敗とは、絶縁層１５２の除去が不十分であることに起因して導電体１５３と端子部１０６とが固相接合されなかったことである。なお、実験では、ホーンＷＨを一定の力（たとえば、０．５ＭＰａ）でコイル端末部１５１に加圧した状態を原点とし、ホーンＷＨにより高周波振動を与えてから、ホーンＷＨが原点から所定の距離（たとえば、絶縁層１５２の厚み０．０５ｍｍに対して十分に長い０．６ｍｍ）だけ端子部１０６側に移動した後、ホーンＷＨとアンビルＷＡの間から試験部材を取り出した時に、力を加えなくても分離してしまう場合を失敗とし、分離しない場合を成功として判断した。

　接合凸部が設けられていない比較例の端子部９０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とに対して、超音波接合を行って成功回数と失敗回数とを測定した。実験は数十回行った。比較例での接合成功率＝（成功回数）／（成功回数＋失敗回数）×１００は、６２．５％となった。接合凸部１６５が設けられた第１の実施の形態の端子部１０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とを、比較例と同じ実験回数だけ、超音波接合を行って成功回数と失敗回数とを測定した。その結果、第１の実施の形態での接合成功率＝（成功回数）／（成功回数＋失敗回数）×１００は１００％となった。つまり、第１の実施の形態では、接合成功率が比較例に比べて高く、固相接合の信頼性が高められることが確認された。

（４）コイル端末部１５１と端子部１０６とを回転電機１００の径方向に沿って重ねて配置した。このため、超音波接合の際に、アンビルＷＡとホーンＷＨの十分な配置スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。

－第２の実施の形態－
　図１２を参照して第２の実施の形態について説明する。図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。図１２は、第１の実施の形態の図７に対応する図であり、本発明の第２の実施の形態に係る回転電機における端子部２０６とコイル端末部１５１とを示す斜視図である。

　第２の実施の形態の回転電機が第１の実施の形態と異なる点は、図１２に示すように、コイル端末部１５１の導電体１５３に固相接合される部分である接合凸部２６５の形状が、波状とされている点である。接合凸部２６５は、互いに平行に延在する複数の山形状の突起２６６で構成されている。

　第２の実施の形態の回転電機の製造方法が第１の実施の形態と異なる点は、プレス加工工程において、互いに平行に延在する押圧用突起が複数設けられた押圧工具（不図示）を端子部２０６の一の面に押し当てて、端子部２０６を塑性変形させることにより、接合凸部２６５を形成する点である。

　さらに第１の実施の形態の回転電機の製造方法における振動工程では、ホーンＷＨを加圧方向に対して略垂直方向に振動させていた。これに対して、第２の実施の形態の回転電機の製造方法における振動工程では、ホーンＷＨを加圧方向に対して略垂直方向である条件に加え、突起２６６の延在方向と略直交するｖ２方向にホーンＷＨを振動させている。突起２６６の延在方向と略直交するｖ２方向にホーンＷＨを振動させることで、端子部１０６とコイル端末部１５１との接触面における摩擦力を上昇させ、絶縁層１５２の破壊、剥離を効果的に行うことができる。

　このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

－第３の実施の形態－
　図１３～図１７を参照して第３の実施の形態について説明する。図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

　図１３は、第１の実施の形態の図７に対応する図であり、第３の実施の形態に係る回転電機における端子部３０６とコイル端末部１５１とを示す斜視図である。図１４は第１の実施の形態の図８（ａ）に対応する図であり、図１３のコイル端末部１５１と端子部３０６とを当接させた状態を示す側面断面模式図である。第３の実施の形態の回転電機が第１の実施の形態と異なる点は、図１３および図１４に示すように、コイル端末部１５１の導電体１５３に固相接合される部分である接合凸部の形状が、単一の突起３６６とされている点である。接合凸部としての突起３６６は、直径約７ｍｍで平面部からの突出高さが約０．５ｍｍの略部分球形状であって、頂部から外方に向かって傾斜する湾曲面を有している。

　第３の実施の形態の回転電機の製造方法が第１の実施の形態と異なる点は、プレス加工工程において、先端が曲面とされた押圧工具（不図示）を端子部３０６の一の面に押し当てて、端子部３０６を塑性変形させることにより、接合凸部としての曲面形状の突起３６６を形成する点である。

　図１５は、コイル端末部１５１と端子部３０６との超音波接合の際に、絶縁層１５２が剥離され、コイル端末部１５１と端子部３０６とが固相接合される様子を説明する図である。位置決め工程では、図１５（ａ）に示すように、コイル端末部１５１の導線接合面１５３ａと、突起３６６の頂部とを絶縁層１５２を介して当接させるように位置決めを行う。その後、挟圧工程において、コイル端末部１５１と端子部１０６とを、アンビルＷＡとホーンＷＨとで挟み、加圧する。

　振動工程において、ホーンＷＨを加圧方向に対して略垂直方向に振動させ、ホーンＷＨからコイル端末部１５１に高周波振動を与える。これにより、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示すように、コイル端末部１５１の導線接合面１５３ａに被覆される絶縁層１５２と、突起３６６との間の摩擦力により、絶縁層１５２が破壊、剥離される。このとき、破壊、剥離された絶縁層１５２が矢印Ｂで模式的に示すように、コイル端末部１５１と突起３６６との隙間から傾斜面に沿って、外方に向かって排出される。また、軟化した絶縁層１５２が矢印Ｂで模式的に示すように、コイル端末部１５１と突起３６６との隙間から傾斜面に沿って、外方に向かって押し出される。

　コイル端末部１５１と突起３６６との間の絶縁層１５２が除去され、さらに、ホーンＷＨによって高周波振動がコイル端末部１５１に与えられると、図１５（ｃ）に示すように、突起３６６の外表面とコイル端末部１５１の導電体１５３とが固相接合される。

　このような第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）と同様の作用効果を奏する。さらに、第３の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。

（５）端子部３０６には、接合凸部として単一の突起３６６が設けられている。突起３６６は、頂部から外方に向かって傾斜する構成とされ、頂部をコイル端末部１５１に接触させたときに、頂部の周囲に隙間が形成され、超音波接合の際に破壊、剥離された絶縁層１５２や軟化した絶縁層１５２を傾斜面に沿って容易に押し出すことができる。その結果、超音波接合による絶縁層１５２の除去を、比較例（図６参照）に比べて短い時間で行うことができる。

　比較例（図６参照）において超音波接合した際の絶縁層除去時間と、第３の実施の形態（図１４参照）において超音波接合した際の絶縁層除去時間とを実験により比較検証した。実験条件は、上述した第１の実施の形態と同じである。図１６は、比較例での絶縁層除去時間と、本発明の第３の実施の形態の絶縁層除去時間とを示すグラフである。

　接合凸部が設けられていない比較例の端子部９０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とに対して、超音波接合を行って絶縁層除去時間を測定した。実験は数十回行った。比較例での絶縁層除去時間の平均値は２．１秒となった。接合凸部としての突起３６６が設けられた第３の実施の形態の端子部３０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とを、比較例と同じ実験回数だけ、超音波接合を行って絶縁層除去時間を測定した。その結果、第３の実施の形態での絶縁層除去時間の平均値は０．７５秒となった。つまり、第３の実施の形態では、絶縁層除去時間が比較例に比べて１／３程度となり、比較例に比べて短い時間で絶縁層１５２を除去できることが確認された。

（６）上記したように、接合凸部としての突起３６６は、頂部から外方に向かって傾斜する構成とされ、突起３６６の頂部をコイル端末部１５１に当接させたときに、突起３６６の頂部の周囲には隙間が形成される。このため、軟化した絶縁層１５２を傾斜面に沿って押し出し、あるいは、剥離された絶縁層１５２を傾斜面に沿ってスムースに除去できる。このため、比較例（図６参照）に比べて、コイル端末部１５１の導電体１５３と、端子部３０６とによって挟まれる絶縁層１５２を、より確実に除去し、導電体１５３と端子部３０６とを固相接合させることができる。

　比較例（図６参照）において超音波接合した際の接合成功率と、第３の実施の形態（図１４参照）において超音波接合した際の接合成功率とを実験により比較検証した。実験条件は、第１の実施の形態と同じである。図１７は、比較例での接合成功率と、第３の実施の形態の接合成功率とを示すグラフである。

　接合凸部が設けられていない比較例の端子部９０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とに対して、超音波接合を行って成功回数と失敗回数とを測定した。実験は数十回行った。比較例での接合成功率＝（成功回数）／（成功回数＋失敗回数）×１００は、６２．５％となった。接合凸部としての突起３６６が設けられた第３の実施の形態の端子部３０６の試験部材と、コイル端末部１５１の試験部材とを、比較例と同じ実験回数だけ、超音波接合を行って成功回数と失敗回数とを測定した。その結果、第３の実施の形態での接合成功率＝（成功回数）／（成功回数＋失敗回数）×１００は１００％となった。つまり、第３の実施の形態では、接合成功率が比較例に比べて高く、固相接合の信頼性が高められることが確認された。

－第３の実施の形態の変形例－
　第３の実施の形態では、突起３６６を略部分球形状としたが、突起３６６の形状はこれに限定されない。接合凸部は、コイル端末部１５１に当接される頂部から外方に向かって傾斜する単一の突起で構成されていればよい。たとえば、第３の実施の形態を次のように変形して実施することもできる。
（１）図１８に示すように、図１３の端子部３０６に設けられた略部分球形状の突起３６６に代えて、回転電機の回転中心軸に沿って切断した部分円筒形状の突起４６６を設けた端子部４０６をコイル端末部１５１に接合させるようにしてもよい。
（２）図１９に示すように、図１３の端子部３０６に設けられた略部分球形状の突起３６６に代えて、回転電機の回転中心軸に沿って延在する断面Ｖ字状の突起５６６を設けた端子部５０６をコイル端末部１５１に接合させるようにしてもよい。
（３）図２０に示すように、図１３の端子部３０６に設けられた略部分球形状の突起３６６に代えて、頂点Ｐを有する円錐形状の突起６６６を設けた端子部６０６をコイル端末部１５１に接合させるようにしてもよい。
（４）図２１に示すように、図１３の端子部３０６に設けられた略部分球形状の突起３６６に代えて、四角錐形状の突起７６６を設けた端子部７０６をコイル端末部１５１に接合させるようにしてもよい。なお、四角錐形状に限ることなく、三角錐形状や五角錐形状などの他の多角錐形状の突起を端子部７０６に設けてもよい。

　次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上述した実施の形態では、絶縁線１０５に平角線を用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図２２に示すように、断面円形状の導電体８５３に絶縁層８５２を被覆した絶縁線のコイル端末部８５１と、第１の実施の形態で説明した端子部１０６とを超音波接合させるようにしてもよい。

（２）第１の実施の形態では、溝１６７同士の交差角度が直角とされ、矩形状の突起１６６がマトリクス状に配列された端子部１０６について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、溝同士の交差角度を鋭角や鈍角として、菱形形状の突起をマトリクス状に配列した端子部を形成してもよい。

（３）上述した実施の形態では、コイル端末部１５１，８５１にホーンＷＨを当接させ、端子部１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６にアンビルＷＡを当接させる例について説明したが、コイル端末部１５１，８５１にアンビルＷＡを当接させ、端子部１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６にホーンＷＨを当接させて超音波接合を行ってもよい。

（４）上述した実施の形態では、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車に搭載される回転電機について説明したが本発明はこれに限定されない。他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などに搭載される回転電機に本発明を適用してもよい。

　本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１３年第１７１２３３号（２０１３年８月２１日出願）

１　ステータ、２　ロータ、４　ステータコア、４ａ　分割コア、５　ステータコイル、６　永久磁石、７　ロータコア、８　シャフト、９　ハウジング、９ａ　エンドブラケット、９ｂ　エンドブラケット、９ｃ　センターブラケット、１１ａ，１１ｂ　軸受、２１　ボビン、２２　溝、４０　スロット、４１　ティース、４３　コアバック、６０　結線用部材、６１Ｎ　結線リング、６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ　結線リング、６２　絶縁支持部材、１００　回転電機、１０５　絶縁線、１０６　端子部、１５１　コイル端末部、１５２　絶縁層、１５３　導電体、１６１　導体接合面、１６５　接合凸部、１６６　突起、１６７　溝、２０６　端子部、２６５　接合凸部、２６６　突起、３０６　端子部、３６６　突起、４０６　端子部、４６６　突起、５０６　端子部、５６６　突起、６０６　端子部、６６６　突起、７０６　端子部、７６６　突起、８５１　コイル端末部、８５２　絶縁層、８５３　導電体、９０６　端子部、９０６　導体接合面、ＷＡ　アンビル、ＷＨ　ホーン

Claims

　ステータコイルを構成する絶縁層が被覆された複数の導線、ならびに、前記導線同士を端子部を介して接続する接続用導体を備えた回転電機であって、
　前記複数の導線のそれぞれの両端には、前記端子部に接続された端末部が設けられ、
　前記端末部の一の面は、前記端子部に接合された導線接合面とされ、
　前記端末部における前記導線接合面の反対側の面には絶縁層が設けられ、
　前記端子部には、前記端末部に接合される接合凸部が設けられている回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記導線は、平角線である回転電機。
　請求項１または２に記載の回転電機において、
　前記接合凸部は、マトリクス状に配列された複数の突起で構成されている回転電機。
　請求項１または２に記載の回転電機において、
　前記接合凸部は、互いに平行に延在する複数の突起で構成されている回転電機。
　請求項１または２に記載の回転電機において、
　前記接合凸部は、頂部から外方に向かって傾斜する単一の突起で構成されている回転電機。
　ステータコイルを構成する絶縁層が被覆された複数の導線、ならびに、前記導線同士を端子部を介して接続する接続用導体を備えた回転電機の製造方法であって、
　前記接続用導体の端子部に、プレス加工によって接合凸部を形成し、
　前記導線の端末部を前記絶縁層を介して前記接合凸部に当接させ、
　前記端末部と前記接続用導体の端子部とを、アンビルとホーンとで挟み、加圧し、
　前記ホーンから高周波振動を与えて、前記端末部に被覆された前記絶縁層を除去し、前記端末部と前記端子部とを接合する回転電機の製造方法。
　請求項６に記載の回転電機の製造方法において、
　前記導線は、平角線である回転電機の製造方法。
　請求項６または７に記載の回転電機の製造方法において、
　前記プレス加工により形成される接合凸部は、マトリクス状に配列された複数の突起で構成されている回転電機の製造方法。
　請求項６または７に記載の回転電機の製造方法において、
　前記プレス加工により形成される接合凸部は、互いに平行に延在する複数の突起で構成され、
　前記ホーンにより高周波振動を与える際に、前記突起の延在方向と直交する方向に前記ホーンを振動させる回転電機の製造方法。
　請求項６または７に記載の回転電機の製造方法において、
　前記プレス加工により形成される接合凸部は、頂部から外方に向かって傾斜する単一の突起で構成されている回転電機の製造方法。