(57)【要約】本発明は、並行して配置されて少なくとも１つのステータ巻線を収容する複数の溝を有するステータを具える電気機械に関するものである。各ステータ巻線は、巻線空間内で断面がほぼ方形の導体バーと、巻回端部を形成する導体部分とより成る。導体バーの端部は導体部分に電気的に接続する。この目的のために、各導体部分がその両側に２つの脚部を有するほぼＵ字状の端部を具えており、これら脚部の互いに対向する内面を各導体バーの端部における対応する側面に連結させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接して配置された複数の溝（１２）を具えているステータ（１０）を有する電気機械であって、前記溝は少なくとも１つのステータ巻線（１４）を収容する巻線室を形成しており、各ステータ巻線（１４）は、前記溝（１２）内で断面が本質的に方形の導体バー（２０）と、巻線突出部を形成する導体部分（２２）とをもって構成されており、前記導体部分（２２）の各々が、その両側に２つの脚部（３２、３４）を有するほぼＵ字状の端部（３０）を具えており、これら脚部の互いに対向する内面（３２ａ、３４ａ）が各導体バー（２０）の端部（２６）における対応する側面（２６ａ、２６ｂ）に連結されるように、導体バー（２０）がこれらの端部において導体部分（２２）と電気的に接続されている電気機械。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械において、導体バー（２０）の端部（２６）と導体部分（２２）の端部（３０）との間の連結部が、銀ろう付けはんだ又は錫ろう付けはんだ等とするのが好ましいろう付けはんだの層を有している電気機械。
【請求項３】
請求項１に記載の電気機械において、導体バー（２０）の端部（２６）と導体部分（２２）の端部（３０）との間の連結部が、少なくとも約３８０℃の融点を有するのが好ましい高温軟質はんだの層を有している電気機械。
【請求項４】
請求項１に記載の電気機械において、導体バー（２０）の端部（２６）が、導体部分（２２）のほぼＵ字状の端部の少なくともほぼ壁厚だけ先細となっている電気機械。
【請求項５】
請求項１に記載の電気機械において、前記２つの脚部（３２、３４）の各々が、導体バー（２０）の端部（２６）の方向に向いたこれら脚部の内面（３２ａ、３４ａ）に突起部（３８）を有しており、この突起部が導体バー（２０）の端部（２６）の対応する側面（２６ａ、２６ｂ）と接触している電気機械。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の電気機械において、前記連結部が電気インパルス溶接により形成されている電気機械。
【請求項７】
請求項１に記載の電気機械において、前記導体部分（２２）が前記導体バー（２０）の端部（２６）を超えて突出してクランク状に折れ曲がっている電気機械。
【請求項８】
複数の溝（１２）を具えているステータ（１０）を有する電気機械であって、前記溝はステータの周囲に沿って分布配置されているとともに少なくとも１つのステータ巻線（１４）を収容する巻線室を形成している請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気機械を製造する電気機械の製造方法において、
本質的に方形の導体バー（２０）を、この導体バーの端部（２６）がステータ（１０）の少なくとも一方の端面を超えて突出するように溝（１２）内に挿入する工程と、
導体部分（２２）が有するほぼＵ字状の端部（３０）の両側にある２つの脚部（３２、３４）の互いに対向する内面（３２ａ、３４ａ）を各導体バー（２０）の端部（２６）の対応する側面（２６ａ、２６ｂ）に連結することにより、突出する導体バー（２０）の端部（２６）に導体部分（２２）を一体連結する工程とを有する電気機械の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電気機械の製造方法において、一体連結する前記工程が、前記２つの脚部（３２、３４）を、導体バー（２０）の端部（２６）のそれぞれの側面（２６ａ、２６ｂ）に押圧する処理を有する電気機械の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気機械の製造方法において、前記押圧する処理と同時に又はその後に、電気接点（５０、５２）を導体バー（２０）及び導体部分（２２）に被着し、連結部における材料を溶融するのに充分な予め決定した電力インパルスを電気接点に流す電気機械の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気機械の製造方法において、電気接点（５０、５２）を導体バー（２０）及び導体部分（２２）に被着する個所を、前記の押圧する処理を行う個所と相違させる電気機械の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の電気機械の製造方法において、前記電力インパルスの電力を、連結部の領域において熱が殆ど周囲に分散されないように決定する電気機械の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電気機械及び電気機械用ステータ並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
発明の背景
電気機械及び電気機械用ステータは種々の構成のものが知られている。
【０００３】
欧州特許出願公開第１０３９６１６号明細書（特開２０００−２７０５０６号公報）には、インナーロータ（内側の回転子）とステータ（固定子）とを有する電気機械が開示されており、この電気機械は互いに隣接して配置された複数の溝を有している。ステータ巻線は、これらの溝内に配置された導体バー（棒状体）と、巻線突出部を形成する導体部分とから構成され、導体バーはそれらの端部で導体部分にリベット留めされている。
【０００４】
ドイツ国特許第４３２１２３６号明細書には、溝内に挿入された平坦な導体より成る部分で形成した巻線を有する多相電気機械が開示されている。ステータに形成された溝から巻線突出部への遷移部では、溝の幅の方向で導体の断面が増大している。接合は溶接又はろう付けにより達成され、これら接合の全てが巻線突出部の端面に位置している。
【０００５】
本明細書で用いる言葉「電気機械」は、電気機械が回転機械として設計されているか、又は例えばリニアモータとして設計されているかに拘わらず、電動機（モータ）及び発電機の双方を対象とするものである。
【０００６】
電気機械の効率に大きく寄与する重要なファクタは、（ステータ）巻線の占積率（すなわち、巻線容器の全体積に対する巻線の導体の占める体積の割合）である。効率にかなり寄与する他のファクタは、ステータ巻線の（ステータ本体を超えて軸線方向に突出する）巻線突出部の設計にある。特に、ステータ本体を超えて軸線方向に突出する巻線部分は電磁気的に有効でないという事実の為に、巻線のこの部分のスペース（空間）をできるだけ節約しようとする努力が払われている。このことは特に多相電気機械に対し重要である。その理由は、この場合、巻線突出部の空間設計に特に費用がかかる為である。
【０００７】
（ステータ）巻線の占積率を高めるに、断面が方形の導体バーを巻線室内に設置し、これら導体バーをコイル端部における対応する導体部分を介してそれぞれの巻線と接続することが知られている。
【０００８】
発明が基づく問題
コイル端部における導体部分と巻線室内の導体バーとの連結部は、それぞれの電気機械の信頼性を表わす重要なファクタとなる。このことは、巻線突出部の領域における状態が空間的に極めて制限されていることにより種々の既知の連結技術を除外する場合に、一層真実となる。
【０００９】
既知の手法では全て共通に、充分にコンパクトな構成の場合、多量生産においてもはや信頼性が達成されない。更に、既知の製造手法は極めて費用がかかる。
【００１０】
例えば、少なくとも１メガワットよりも低い電力範囲の電気機械では、スポット溶接も除外すべきである。その理由は、溶接すべき部品に溶接電極が固着されるおそれが極めて高くなる為である。
【００１１】
発明の目的
本発明の目的は、経済的に多量生産しうるコンパクトな電気機械及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
発明の解決手段
従来技術の欠点を回避するために、本発明は、請求項１に規定した電気機械及びその製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の解決手段の構成及び効果
本発明によれば、複数の溝を具えているステータを有する電気機械であって、前記溝はステータの周囲に沿って分布配置されているとともに少なくとも１つのステータ巻線を収容する巻線室を形成しており、各ステータ巻線は、巻線室内で断面が本質的に方形な導体バーと、巻線突出部を形成する導体部分とをもって構成されており、前記導体部分の各々が、その両側に２つの脚部を有するほぼＵ字状の端部を具えており、これら脚部の互いに対向する内面が各導体バーの端部における対応する側面に連結されるように、導体バーがこれらの端部において導体部分と電気的に接続されている電気機械により、上述した目的を達成する。
【００１４】
この解決手段によれば、多量生産状態の下でも、電気的及び機械的に優れたステータ巻線を特に信頼的及び経済的に製造しうる。
【００１５】
第１の好適例では、導体バーの端部と導体部分の端部との連結部が、銀ろう付けはんだ又は錫ろう付けはんだ等とするのが好ましいろう付けはんだの層を有するようにする。或いはまた、導体バーの端部と導体部分の端部との連結部が、少なくとも約３８０℃の融点を有するのが好ましい高温軟質はんだの層を有しているようにしうる。
【００１６】
巻線突出部の領域において（関連のスペース問題がある場合に）厚さ（又は太さ）問題が発生しないように、導体バーの端部が導体部分のほぼＵ字状の端部の少なくともほぼ壁厚だけ先細となっているようにするのが好ましい。これは、導体部分の端部が導体バーの端部と接触するすべての側面で行う。
【００１７】
導体部分の端部が導体バーの端部の２つのみの（例えば、互いに対向する）側面と接触し（一体に）連結される場合には、巻線突出部における巻線層の実装密度を巻線溝における実装密度と等しく保つことができる。
【００１８】
前記２つの脚部の各々が、導体バーの端部の方向に向いたこれら脚部の内面に突起部を有しており、この突起部が導体バーの端部の対応する側面と接触しているようにするのが好ましい。これにより、所定の手順の一体連結処理を容易にする。
【００１９】
一体連結は、電気インパルス溶接により特に簡単に行うことができる。
【００２０】
特に多相電気機械の場合、巻線突出部を互いに横方向でオフセットさせることが必要となる。この点は、導体部分を、導体バーの端部を超えて突出させてクランク状に曲げることにより、最も容易に達成しうる。
【００２１】
本発明は、複数の溝を具えているステータを有する電気機械であって、前記溝はステータの周囲に沿って分布配置されているとともに少なくとも１つのステータ巻線を収容する巻線室を形成している上述した電気機械を製造する電気機械の製造方法において、本質的に方形の導体バーを、この導体バーの端部がステータの少なくとも一方の端面を超えて突出するように巻線室内に挿入する工程と、導体部分が有するほぼＵ字状の端部の両側にある２つの脚部の互いに対向する内面を各導体バーの端部の対応する側面に連結することにより、突出する導体バーの端部に導体部分を一体連結する工程とを有する電気機械の製造方法にも関するものである。
【００２２】
これにより、両側の２つの脚部が導体バーの端部の側面をそれぞれ覆うとともに押圧する。
【００２３】
この押圧する処理と同時に又はその後に、電気接点を導体バー及び導体部分に被着し、次に、連結部における材料を溶融するのに充分な予め決定した電力インパルスを電気接点に流す。
【００２４】
重要な点は、電気接点を導体バー及び導体部分に被着する個所を、前記の押圧する処理を行う個所と相違させることである。これにより、連結すべき部品に接点電極が接着又は融着するのを回避させる。
【００２５】
本発明によれば、前記電力インパルスの電力を、連結部の領域において熱が殆ど周囲に分散されないように決定する。この点は、主として、連結すべき部品にできるだけ短い処理期間で電力を与えることにより達成される。これにより、連結処理が終了する前にエネルギーが殆ど周囲に分散されない程度に、溶融処理を迅速に行うようにする。
【００２６】
更なる特徴、特性、利点及び可能な変形は、添付図面を参照する以下の説明から当業者にとって明らかとなるであろう。
【００２７】
好適実施例の詳細な説明
図１は、インナーロータを有するモータ機械（詳細には図示していない）のステータ１０の一部を展開して示す平面図であるが、本発明はアウターロータを有するモータ機械にも適用しうるものである。本例では、ステータ１０は積層体をもって構成するが、それぞれの形状にプレスした鉄の粒子をもって構成することもできる。
【００２８】
ステータ１０は、互いに隣接して位置している溝１２を有し、これら溝が、それぞれのステータコイル巻線１４に対する巻線室を構成している。図示の例においては、巻線室の断面は本質的に方形であり、ロータ（図示せず）の方向に向いた巻線室の面にはスロット１６が設けられている。従って、各２つのスロット間に歯が形成されている。
【００２９】
各ステータ巻線１４は、断面を本質的に方形とした導体バー２０から成り、この導体バーが巻線室内に挿入されているとともに、巻線突出部を構成する導体部分２２と連結されている（図２参照）。導体バー２０は、これらの端部２６において、導体部分２２と電気的に一体に連結されている。この連結は、導体部分２２の各々がほぼＵ字状の端部３０を有し、この端部３０がその両側に２つの脚部３２、３４を有し、これら脚部の互いに対向する内面３２ａ、３４ａを、各導体バー２０の端部２６における対応する側面２６ａ、２６ｂと連結させることにより実現させる。図２及び３は、導体バー２０の一端と導体部分２２の半分（他の半分は鏡像関係にある）との間の連結のみを示している。
【００３０】
この連結を達成するために、（銀）ろう付け用はんだ層を導体バー２０の端部２６の側面２６ａ、２６ｂに被着する。
【００３１】
図３の実施例に示すように、導体バー２０の端部２６は、ほぼ導体部分２２の端部３０の壁厚だけ先細となっている。これにより、巻線突出部の領域におけるスペース状態があまり制限されなくなる。すなわち、ステータコイル巻線の電気的に有効でない部分が比較的小さくなるように、巻線突出部を極めてコンパクトに配置しうるようになる。導体バー２０と導体部分２２とは、２つの側面２６ａ、２６ｂと内面３２ａ、３２ｂとを介して互いに連結されているという事実の為に、接合面が極めて大きく、従って、機械的に且つ電気的に極めて信頼性のある連結が達成される。
【００３２】
両側の脚部３２、３４の、互いに対向する内面３２ａ、３４ａには、円錐形態の突起部３８が設けられており、これら突起部は外側からエンボス加工されたものである。導体バー２０と導体部分２２との間の連結は、以下に詳細に説明するように、電気インパルス溶接により行うという事実の為に、これら突起部３８は、溶接処理での再現可能な電気接点形成を達成し、従って、連結すべき材料の所定の融着処理を達成する。
【００３３】
上述したステータ１０を有する電気機械を製造するには、以下のように処理する必要がある。最初に、適切な溝１２を有するステータ１０（図１参照）を形成する。これらの溝１２内に、ステータ１０の両端面で断面が方形の導体バー２０の双方の端部２６がそれぞれ突出するような寸法としたこれら導体バー２０を挿入する。形状が溝１２の形状に一致したこれらの導体バー２０を用いることにより、線材より成る一般のコイル巻線に比べて実装密度（すなわち、占積率）をかなり高めることができる。
【００３４】
次に、導体バー２０の突出端部２６に導体部分２２を連結する。この目的のために、導体部分２２の端部３０に設けられた両側の２つの脚部３２、３４を、導体バー２０の端部２６におけるそれぞれの側面２６ａ、２６ｂに、２つのプレスジョー４０、４２（図４参照）により押圧する。電気インパルス溶接用の通常の工具と相違して、プレスジョー４０、４２には電流が流れない。これらのプレスジョーは力Ｆにより互いの方向に単に押しやられるだけで、導体部分２２の端部３０の両側における２つの脚部３２、３４が導体バー２０の端部２６におけるそれぞれの側面２６ａ、２６ｂに押圧される。これにより、突起部３８の先端が端部２６の側面２６ａ、２６ｂと接触する。突起部３８と側面２６ａ、２６ｂとの互いの押圧及びその間の関連の接触と同時に、導体バー２０及び導体部分２２の各々に電気接点を与え、これら電気接点を通して、連結部の材料を溶融させるのに充分な予め決定した電力インパルスを流す。
【００３５】
図４に示すように、導体バー２０及び導体部分２２に電気接点を与える個所は、プレスジョー４０、４２が導体部分２２の端部３０の両側における２つの脚部３２、３４を導体バー２０の端部２６のそれぞれの側面２６ａ、２６ｂに押圧する個所とは異ならせる。図示の例では、導体部分２２の中間部５６（図２及び４参照）に被着した接点パッド５０と、導体バー２０の端面２６ｃに被着した接点パッド５２との２つの接点パッドを経て電力インパルスを導入する。導体部分２２及び導体バー２０において電力インパルスを導入する個所は、空間状態に応じて他の個所としうること勿論である。重要なことは、電力インパルスに対する接点を、導体部分２２を導体バー２０に連結（溶接）する個所と異ならせることである。力を加える個所には電流が流れないという事実の為に、プレスジョー４０、４２が、連結すべき部品に接着されることがない。
【００３６】
連結処理をできるだけ有効に行うために、２つの接点パッド５０、５２の一例（詳細には図示せず）では、軟質はんだを（例えば、管を通す軟質はんだワイヤの形態で）これら接点パッドとそれぞれの部品（導体部分２２及び導体バー２０）との界面に供給する。電力インパルスを導入すると、軟質はんだも溶融する。プレスジョー４０、４２が導体部分２２の２つの脚部３２、３４を導体バー２０の端部２６に押圧している間に、接点パッド５０、５２を（軟質はんだが依然として流動性である間に）導体部分２２及び導体バー２０から、それぞれ引きはがす。その後に、２つのプレスジョー４０、４２を外す。これにより、接点パッド５０、５２の何れも導体部分２２及び導体バー２０に固着されないようになる。
【００３７】
図５は、導体部分２２及び導体バー２０の他の実施例を示しており、本例の場合、導体部分２２が、その端部３０の両側の脚部３２、３４のみをもって導体バー２０の端部２６の側面２６ａ、２６ｂに接触している。本例は、同じ巻線室内で隣接する導体バー２０の相対距離が、これら導体バー２０とそれぞれの導体部分２２との連結により悪影響を受けないという点で有利である。この場合、導体部分２２に被着すべき接点パッド５０は、導体バー２０の端面２６ｃを被覆する中間部５６に被着することができ、導体バー２０に被着すべき接点パッド５２はこの導体バー２０の反対側の端部に被着しうる。
【００３８】
本例の場合の重要な利点は、配置が（特に隣接する導体バーに対し）臨界的である場合の、導体バー２０と導体部分２２との間のスペース節約連結を実現する上で、端部２６に如何なる先細処理も行う必要もないということである。
【００３９】
個々の部品及びその断面の寸法形状は図示のものに限定されるものではなく、種々に変更しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動機用のステータを、ステータ巻線を断面として示す展開平面図である。
【図２】図１による巻線の導体バーを、巻線突出部を形成する導体部分といかに連結するかを示す、連結前の斜視図である。
【図３】同じく、連結後の斜視図である。
【図４】図２及び３の導体バー及び導体部分を互いに如何に押圧して電力インパルスを供給するかを示す線図的平面図である。
【図５】導体部分及び導体バーの他の例を示す斜視図である。
【国際公開パンフレット】
2004515198.tif 000003
2004515198.tif 000004
2004515198.tif 000005
2004515198.tif 000006
2004515198.tif 000007
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2004515198.tif 000011
2004515198.tif 000012
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2004515198.tif 000017
2004515198.tif 000018
2004515198.tif 000019
2004515198.tif 000020
【国際調査報告】
2004515198.tif 000021
2004515198.tif 000022
2004515198.tif 000023
2004515198.tif 000024
2004515198.tif 000025
2004515198.tif 000026