(57)【要約】  電気機器のステータ（１６）用のバー巻線（１８）の製造方法、とりわけ自動車用のクローポールジェネレータのステータ（１６）用のバー巻線（１８）の製造方法を提案する。これはそれぞれ少なくとも４つの導体セグメント（３６）を巻回端部（４５，４６）に有し、該導体セグメント（３６）は半径方向に相互に重なって配置され、対ごとに相互に接続される。本願で提案される製造方法では、溶接領域（４０）において溶接電流（Ｉ）が導体対の接続すべき端部（４２）を部分的に半径方向に通され、部分的にロータ軸（２７）に対して軸方向に通されることで、抵抗溶接手法を有利に使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器のステータ（１６）用のバー巻線（１８）の製造方法において、
該ステータ（１６）は、とりわけ自動車用のクローポールジェネレータのステータ（１６）であり、
該バー巻線（１８）はそれぞれ、巻回端部（４５，４６）に半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に接続される少なくとも４つの導体セグメント（Ｉ〜IV；３６）を有し、
該導体セグメント（Ｉ〜IV；３６）の端部（４２）を抵抗溶接によって接続し、該端部（４２）の接続では、溶接電流（Ｉ）を部分的に、導体対（Ｉ，II；III，IV）の接続すべき端部（４２）に半径方向に通し、部分的に、該導体対（Ｉ，II；III，IV）の接続すべき端部（４２）に機器軸（２７）に対して軸方向に通すことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
２つの接続すべき導体対（Ｉ，II；III，IV）のうちそれぞれ１つの導体セグメント（Ｉ，IV）に電極（±Ｅ）を半径方向にコンタクトさせ、少なくとも１つの導体セグメント（II，III）に電極（±Ｅ）を軸方向にコンタクトさせる（図４および５）、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
接続すべき２つの導体対（Ｉ，II；III，IV）のうち外側にある導体セグメント（Ｉ，IV）にそれぞれ、半径方向に動作する別個の電極（−Ｅ１，−Ｅ２）をコンタクトさせ、中間の２つの導体セグメント（II，III）には一緒に、軸方向に動作する電極（＋Ｅ）をコンタクトさせる（図５）、請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
２つの導体対（Ｉ，II；III，IV）のうち内側にある導体セグメント（II，III）の端部は前記ステータ（１６）の積層薄板（１７）から、外側の導体セグメント（Ｉ，IV）より大きく突出し、
該内側にある導体セグメント（II，III）の端部に一緒に、１つの電極（＋Ｅ）をコンタクトさせる（図５）、請求項１から３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項５】
前記ステータ（１６）の積層薄板から異なる大きさで突出する、前記内側の導体セグメント（Ｉ，III）の端部（４２）に、比較的長い端部の突出部の溶断後に１つの共通の電極（＋Ｅ）をコンタクトさせる（図５）、請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
２つの導体対（Ｉ，II；III，IV）のうち内側にある導体セグメント（II，III）の端部（４２）は前記ステータ（１６）の積層薄板（１７）から、外側にある導体セグメント（Ｉ，IV）より大きく突出し、
溶接工程時にはすべての導体セグメント（Ｉ〜IV）に一緒に、前記電極（±Ｅ１，±Ｅ２）を半径方向にコンタクトさせる（図６）、請求項１記載の製造方法。
【請求項７】
溶接工程時に前記導体対（Ｉ，II；III，IV；Ｖ，VI）のすべての導体セグメント（Ｉ〜VI）の端部（４２）に、電極（±Ｅ）を軸方向にコンタクトさせる（図７）、請求項１記載の製造方法。
【請求項８】
接続すべき前記導体対（Ｉ，II；III，IV；Ｖ，VI）のうち外側にある導体セグメント（Ｉ，VI）の端部（４２）にそれぞれ、半径方向に動作する電極（−Ｅ）をコンタクトさせ、中間の導体セグメント（II〜Ｖ）にそれぞれ、軸方向に動作する電極（±Ｅ）をコンタクトさせる（図７）、請求項１記載の製造方法。
【請求項９】
前記導体セグメント（Ｉ〜VI）の接続すべき端部（４２）を相互に軸方向に電気的にコンタクトさせて配置し、溶接工程時に前記電極（±Ｅ）によって、少なくとも半径方向（５０，５４）に機械的に位置決めして保持する、請求項１から８までのいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器のステータのためのバー巻線の製造方法を出発点とし、とりわけ、基本的にＤＥ４０３１２７６Ａから公知のような自動車用のクローポールジェネレータのステータのためのバー巻線の製造方法を出発点とする。この刊行物では、次のような電気機器用のステータの製造方法、すなわち、ヘアピン形に予め撓曲され対ごとにスロット内に相互に重なって設けられた４つの巻線バーからバー巻線を形成する製造方法が開示されている。この巻線バーは、１極ピッチの開き幅で積層薄板スロットに差し込まれる。この巻線バーの端部は積層薄板の両側で相互に交差され、該積層薄板の片側で、対ごとに溶接またははんだ付けによって電気的に相互に接続される。上記刊行物は、巻線バーの端部に使用される接続手法に関する詳細を記載していない。
【０００２】
発明の開示
本発明による方法は従来技術に対して、基本的に公知の抵抗溶接手法を使用して、４つ以上の相互に重なり合う導体セグメントを有する巻線システムでも、必要な接続のために残される作業スペースが非常に小さくても、製造技術的に小さい手間でステータの巻回端部に、機械的かつ電気的に確実かつ持続的な接続部を形成できる。このようにしてとりわけ、巻回端部に半径方向に相互に積層された４つの導体セグメントを有する構成の場合に、バー端部の配置と溶接電極の形状とに関して特に有利な構成が実現される。
【０００３】
非常に簡単かつ有利な方法は、巻回端部に半径方向に相互に重なって設けられた導体対が２つである場合、各導体対のそれぞれ１つの導体セグメントには電極が半径方向にコンタクトし、少なくとも１つの導体セグメントには電極は軸方向にコンタクトすることで、溶接電流が９０°偏向されることにより、電気的接続部を同時または連続的に電極によって形成することである。ここで目的に適っているのは、接続すべき２つの導体対のうちで外側に位置する導体セグメントがそれぞれ、半径方向に動作する別個の電極によってコンタクトされ、中間の２つの導体セグメントは、軸方向に動作する共通の電極によってコンタクトされる。このような作業方法はとりわけ、２つの導体対のうちで内側に位置する導体セグメントの端部がステータの積層薄板から、外側の導体セグメントよりも大きく突出していると有利である。というのも、内側の導体セグメントにより良好に到達できるようになり、比較的大きな断面積を有し比較的低摩耗性の電極も使用できるからである。付加的にこのような作業方法は、機械的な後作業なしで、ステータの積層薄板からの突出長さが異なる内側の導体セグメントの端部をまず最初に電極によって等しい長さに溶断した後に一緒にコンタクトすることもできる。
【０００４】
本発明による方法の特に有利な実施形態では、２つの導体対のうち内側に位置する導体セグメントの端部がステータの積層薄板から、外側の導体セグメントよりも大きく突出し、すべての導体セグメントは溶接工程時に、半径方向に電極によってコンタクトされる。このような作業方法はとりわけ、溶接工程時に導体セグメントに軸方向の力が作用せず、半径方向の力が、付加的な機械的ロックなしで、全面的に溶接電極によって受け止められるという利点を有する。
【０００５】
本発明による方法は有利には、巻回端部に半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に接続すべき４つより多くの導体セグメントでも適用することができ、たとえば６つの導体セグメントでも適用することができる。こうするためには、すべての導体対の端部に溶接工程時に軸方向に電極がコンタクトする。またこうする代わりに、接続すべき外側の導体対のうちで外側に位置する導体セグメントにもそれぞれ、軸方向に動作する電極がコンタクトすることもできる。その際にも、半径方向に作用する電極が溶接工程時に、半径方向に作用する力を吸収することにより、軸方向に作用する力のみを別個の緊締装置によって受け止めるだけでよくなる。
【０００６】
図面の簡単な説明
本発明の実施例を図面に示し、以下の記述において詳細に説明する。
【０００７】
図面
図１  導体セグメントの端部が溶接工程のために事前成形されたバー巻線を有するステータの斜視図である。
【０００８】
図２  それぞれ４つの相互に重なって配置された導体セグメントを有する半径方向に延在するスロットを備えたステータの積層薄板の部分断面図である。
【０００９】
図３ａ  ステータの巻回端部に相互に重なって配置され対ごとに溶接された４つの導体セグメントを有する概略的な断面図である。
【００１０】
図３ｂ  導体対の溶接接続部を有するシャフト巻線の概略図である。
【００１１】
図４  対ごとに相互に接続すべき等しい長さの４つの導体セグメントを有する構成を示す。これらの導体セグメントは、巻回端部に半径方向に相互に重なって配置されている。
【００１２】
図５  対ごとに相互に接続すべき４つの導体セグメントを有する構成を示す。これらの導体セグメントは巻回端部に半径方向に相互に重なって配置されており、中間の２つのセグメントはステータの積層薄板から、ステータの外側のセグメントよりも大きく突出している。
【００１３】
図６  導体セグメントの端部がもっぱら半径方向にコンタクトされている、図５の構成を示す。
【００１４】
図７  スロット内と巻回端部とに半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に接続された６つの導体セグメントを有する構成を示す。
【００１５】
本発明の実施形態
図１は、電気機器のステータ１６の概略的な斜視図である。これはたとえば、自動車用のクローポールジェネレータで使用される。ステータ１６の内側表面に磁極３２とスロット３４とが設けられているのが見て取れる。このスロット３４内にはそれぞれ４つの導体セグメント３６が、半径方向に相互に重なって配置されている。導体セグメントは公知のように、ステータ１６の下側でヘアピン形に撓曲され、それぞれ１磁極ピッチで交差される。導体セグメントの等しい長さの自由端部４２がステータ１６の上側で、１磁極ピッチで交差されてスロット３４から突出され、４つの同心の列に配置されている。このような構成で、電気機器が組み立てられると、自由端部４２はステータの駆動側の巻回端部４５に存在し、ヘアピン形の偏向部４４は該ステータ１６の反対側の巻回端部４６で突出し、該反対側の巻回端部４６は、該電気機器の組立て後には接続側の方向を向く。このような構成の利点は、駆動側の巻回端部４５に溶接接続のためのスペースがより大きく得られることである。機器軸は２７によって示されている。
【００１６】
図２は、ステータ１６の積層薄板１７の断面の拡大図である。ここでは各スロット３４内に、４つの導体セグメント３６が半径方向に相互に重なって配置されている。導体セグメントは、表面ではラッカー絶縁部３８によって絶縁され、ステータ１６の積層薄板１７に対しては絶縁介入物３９によって一緒に絶縁される。バー巻線として形成されたステータ巻線１８の導体セグメント３６の挿入は、該導体セグメント３６をスロット３４内に軸方向にスライド挿入することによって行われる。
【００１７】
図３ａは、ステータ１６の積層薄板１７の断面の一部分を概略的に示しており、該積層薄板１７からはステータ巻線１８の自由端部４２が突出されている。ステータ巻線１８の端部４２の前領域４３にはラッカー絶縁部３８が設けられていないので、溶接電流はこの領域において半径方向にも軸方向にも妨害されることなく流れ、溶接領域４０を溶融することができる。導体セグメント３６の溶接されない端部４２間には間隔ｄが残され、該間隔ｄには付加的に、帯形の絶縁部４８を挿入することができ、たとえばプラスチックリボンまたはセラミックリボンを挿入することができる。
【００１８】
図３ｂに、駆動側と反対側の巻回端部４６の領域における導体セグメント３６間のヘアピン状の偏向部４４と、１磁極ピッチでの導体セグメント３６の拡開と、溶接領域４０に向かって反り返っている自由端部４２の反り返り部とが示されている。溶接電極の可能な種々の形状と、溶接領域４０における端部４２の可能な種々の配置とによる自由端部４２の本発明の溶接を、以下の図に基づいて詳述する。
【００１９】
図４は、駆動側の巻回端部４５において半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に溶接される４つの導体セグメント３６の配置を示す。これらの導体セグメント３６の絶縁除去された端部４３は、ステータ１６の積層薄板１７から等しく突出されており、等しい高さで巻回端部４５において終了する。個々の導体セグメント３６はＩ，II，III および IV によって示されており、該導体セグメントＩと II とが領域４０において相互に溶接されており、導体セグメント III と IV とが相互に溶接されている。導体セグメント II および III の間に絶縁部４８が挿入されている。導体セグメントＩには負の溶接電極−Ｅ１が半径方向にコンタクトし、導体セグメント II の端面に正の電極＋Ｅ１が軸方向にコンタクトする。ここでは、溶接電流Ｉは電極−Ｅ１からまずは半径方向に導体セグメントＩを通って流れ、電流方向を軸方向に転換して正の電極＋Ｅ１に向かう。このようにして、溶接すべき導体セグメントＩおよび II 、また導体セグメント III および IV にも、製造に必要な静止時間を有する十分にしっかりした耐久性の溶接電極が容易にコンタクトすることができる。それと同時に、電極−Ｅ１は矢印５０によって示されているように半径方向に外部から、電極＋Ｅ１は矢印５２によって示されているように軸方向に巻回端部側から、溶接工程中に導体セグメント３６の位置決めロックのための緊締力を請け負う。ステータ１８と巻回端部の内側とからは、矢印５４および５６によって示されているように、図中にない付加的な機械的装置によって、溶接時に押圧力を受け止めなければならない。図４に示された構成の空間的方向も、図５〜７に示されたように機器の中心軸２７によって示されている。
【００２０】
図５も、駆動側の巻回端部４５において半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に溶接される導体セグメント３６を有する構成を示す。この構成では、中間の２つのセグメント II および III は積層薄板１７から、外側のセグメントＩおよび IV よりも大きく突出されている。導体セグメントＩおよび IV にはそれぞれ、半径方向に電極−Ｅ１が外側からコンタクトし、半径方向に電極−Ｅ２が内側からコンタクトし、導体セグメント II および IV には１つの共通の電極＋Ｅ２が、導体セグメント３６の端面から軸方向にコンタクトする。ここでは、溶接電流Ｉは負の電極−Ｅ１および−Ｅ２からまずは半径方向に導体セグメントＩおよび IV を通って流れ、溶接位置の領域４０において正の溶接電極＋Ｅに向かって軸方向に偏向される。両導体対Ｉおよび II ないしは III および IV の溶接は同時に行うことができる。その際には、両導体セグメント II および III の軸方向長さが不均等である場合には、正の電極＋Ｅによってこれらの軸方向長さを補償する。こうするためには、セグメント III によって示されているような比較的長い導体セグメントを電極によって最初に溶断した後に、両導体セグメント II と III とにコンタクトして溶接接続部４０を形成する。このような構成では、溶接工程中に機械的なロック力は、積層薄板１７の領域においてのみ、矢印５４によって示されたように受け止められ、その他の位置決めロック力５０，５２および５６は、付加的な構造的手段なしで電極自体によって加えられる。
【００２１】
導体エレメント II および III に、図５に示されたように１つの電極＋Ｅが一緒にコンタクトすることは、図４に示された構成でも中間の導体セグメント II および III に一緒にコンタクトするために応用することができる。この場合には、負の電極−Ｅ１を導体セグメント IV に適用することができ、またこの構成では、導体セグメント IV にコンタクトするために付加的な負の電極−Ｅ２を当てることもできる。
【００２２】
導体セグメント３６の長さ差がある場合にはこのようにして、図４に示されたような構成でもこの長さ差を溶断によって補償し、かつ／または、両導体対の溶接工程を１つの作業工程で行うことができる。
【００２３】
図６には、図５に示されたのと同じ構成の導体セグメント３６が示されている。しかし、導体セグメントＩと II とを対で溶接し、導体セグメント III と IV とを対で溶接する際に端部４３をコンタクトするためには、４つの別個の電極−Ｅ１／＋Ｅ１および−Ｅ２／＋Ｅ２をもっぱら半径方向に当てる。ここでは溶接電流Ｉはそれぞれ２回偏向され、半径方向から軸方向に偏向され、その後にまた半径方向に戻される。すべての導体セグメントは良好に到達可能であり、導体セグメントに対して半径方向にのみ発生するロック力はもっぱら溶接電極によって、矢印５０．１および５０．２と５６．１および５６．２によって示されているように受け止められる。導体セグメント３６にかかる軸方向の力は、この構成では発生しない。
【００２４】
図７には、駆動側の巻回端部４５に半径方向に相互に重なって配置された６つの導体セグメントＩ〜VI を有する構成が示されている。これらの導体セグメントも、絶縁除去された自由端部４３に絶縁部４８を挿入されて、溶接箇所４０の領域において対ごとに相互に接続されている。溶接電極−Ｅおよび＋Ｅを配置するための異なる手法が概略的に示されている。ここでは、外側の導体セグメントＩおよび VI には有利には、半径方向に当てられる溶接電極−Ｅをコンタクトさせる。また、これらの導体Ｉおよび VI には軸方向にコンタクトすることもできる。このことは、他の導体セグメント II，III，IV およびＶでも示されている。図中にない別の択一的手段は、たとえば導体セグメント IV およびＶが軸方向に延長され、該導体セグメント IV およびＶに半径方向または軸方向にコンタクトする場合、図５および６に示されたように行われる。半径方向に当てられる溶接電極−Ｅを使用する場合、この溶接電極によって溶接時には半径方向のロック力５０および５６も受け止めることができ、個々の導体セグメントまたはすべての導体セグメントに軸方向にコンタクトする場合には積層薄板１７の側から、必要な位置決めロック力は矢印５４によって示されているように、積層薄板１７を緊締するのに適した緊締手段によって受け止めることができる。
【００２５】
バー巻線技術ないしは差込巻線技術のステータ巻線１８を有する電気機器、とりわけ自動車用のクローポールジェネレータでは、巻回端部４５および４６の起磁力が非常に良好であり、高回転数でも、生成されるノイズは比較的小さい。ここで提案された方法によって、このようなステータ１６の製造は、製造技術的に著しく有利になる。というのも、溶接工程は格段に容易化および改善され、多くの用途ではこのような非常に有利な抵抗溶接手法が可能になるのはそもそも初めてであるからだ。さらに、機械的なロック位置決め手段を大幅に削減できるか、または完全に削減することもでき、溶接時に電流が流れる方向と加えるべき力の方向とが少なくとも部分的に相互に分離されるように、本発明にしたがって配置を行うことにより、大きな摩耗にさらされる電極を相応にしっかり構成し、ひいては長寿命に構成することができる。ここでは、導体セグメント３６の配置が軸方向に等化されることにより、溶接電極の形状に対し、また溶接電極に到達可能にするために付加的なスペースが得られる。
【００２６】
さらに、頑強でありサイズが大きい溶接電極を使用できることにより、より高い溶接電流Ｉを供給することも容易になり、コンタクト時間を短縮して加熱を小さくすることができ、導体セグメント３６の絶縁部が熱作用によって危険にさらされることが少なくなる。溶接領域では、溶接後に除去される絶縁エレメント４８の付加的な介在によって、隣接する導体セグメント間にコンタクトが形成されるのを確実に回避することができ、こうすることにより、この溶接ゾーンにおいて導体セグメント３６間が誤ってコンタクトされることはない。さらに、絶縁部４８は適切な材料選定によって、たとえば適切なプラスチックまたはセラミックを選定することにより、中間の導体セグメントの領域の力伝達を引き継ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】導体セグメントの端部が溶接工程のために事前成形されたバー巻線を有するステータの斜視図である。
【図２】それぞれ４つの相互に重なって配置された導体セグメントを有する半径方向に延在するスロットを備えたステータの積層薄板の部分断面図である。
【図３ａ】ステータの巻回端部に相互に重なって配置され対ごとに溶接された４つの導体セグメントを有する概略的な断面図である。
【図３ｂ】導体対の溶接接続部を有するシャフト巻線の概略図である。
【図４】対ごとに相互に接続すべき等しい長さの４つの導体セグメントを有する構成を示す。これらの導体セグメントは、巻回端部に半径方向に相互に重なって配置されている。
【図５】対ごとに相互に接続すべき４つの導体セグメントを有する構成を示す。これらの導体セグメントは巻回端部に半径方向に相互に重なって配置されており、中間の２つのセグメントはステータの積層薄板から、ステータの外側のセグメントよりも大きく突出している。
【図６】導体セグメントの端部がもっぱら半径方向にコンタクトされている、図５の構成を示す。
【図７】スロット内と巻回端部とに半径方向に相互に重なって配置され対ごとに相互に接続された６つの導体セグメントを有する構成を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2009535009.tif 000011
2009535009.tif 000012
2009535009.tif 000013
2009535009.tif 000014
2009535009.tif 000015
2009535009.tif 000016