DE102013221831A1

DE102013221831A1 - Lötverbindungsstruktur und Lötverbindungsverfahren

Info

Publication number: DE102013221831A1
Application number: DE102013221831.1A
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi YOKOGAWA
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: JP6108164B2; US20140126956A1; US9352408B2; IN2013MU03199A; DE102013221831B4; CN103811878A; JP2014112509A; CN103811878B

Abstract

Eine Lötverbindungsstruktur umfasst einen Metallstift in der Form eines Prismas oder eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Zylinders; einen Aluminiumdraht, der einen um den Metallstift herum gewickelten Wickelabschnitt umfasst; und eine Lötschicht, die dazu angeordnet ist, den Metallstift und zumindest einen Teil des Wickelabschnitts miteinander zu verbinden. Der zumindest eine Teil des Wickelabschnitts umfasst eine verformte Oberfläche, die sich aus einem teilweisen Verschwinden oder einer teilweisen Eliminierung des Aluminiumdrahts in einem Querschnitt, der senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in die sich der Aluminiumdraht erstreckt, ergibt, und die Lötschicht haftet direkt und eng an der verformten Oberfläche an.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lötverbindungsstruktur und ein Lötverbindungsverfahren.
Löten wird oft zum Verbinden eines aus Kupfer hergestellten Leitungsdrahts verwendet. Die JP-A 2008-148533 beschreibt eine Technik einer Verwendung eines mit Kupfer beschichteten Aluminiumdrahts, um einen Leitungsdraht zu löten, dessen Hauptabschnitt aus Aluminium hergestellt ist, unter Bedingungen, die ähnlich den Bedingungen sind, die in dem Fall vorliegen, in dem Löten eines herkömmlichen Leitungsdrahts, der aus Kupfer hergestellt wird, durchgeführt wird. Außerdem wurde bereits ein Löten eines aus Aluminium hergestellten Leitungsdrahts versucht. Die JP-A 2011-222406 offenbart eine Technik bezüglich eines mit Aluminium beschichteten elektrischen Drahts, bei der eine Kernader, die aus einer Mehrzahl von miteinander verlitzten Aluminiumelementdrähten besteht, mit einer Isolierbeschichtung beschichtet wird. Diese Technik ermöglicht, dass ein Lötmittel in die Kernader eindringt. Gemäß der Technik wird ein Teil der Isolierbeschichtung von einem Ende des mit Aluminium beschichteten elektrischen Drahts entfernt, um einen Teil der Kernader dort freizulegen, das Ende des mit Aluminium beschichteten elektrischen Drahts wird in ein geschmolzenes Lötmittel eingetaucht, und das geschmolzene Lötmittel wird mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt. Außerdem wird Luft, die sich im Inneren der Isolierbeschichtung des mit Aluminium beschichteten elektrischen Drahts befindet, durch ein anderes Ende des mit Aluminium beschichteten elektrischen Drahts gesaugt.
Als ein Verfahren zum Miteinanderverbinden zweier Leitungsdrähte beim Verdrahten für ein elektrisches Gerät wie beispielsweise einen Motor wird manchmal das folgende Verfahren angewandt. Das heißt, einer der Leitungsdrähte wird einmal mit einem Metallstift oder dergleichen verbunden, und dann wird der andere Leitungsdraht mit demselben Metallstift verbunden. In dem Fall, in dem dieses Verfahren angewandt wird, werden bisher aus Kupfer hergestellte Leitungsdrähte verwendet. Der vorliegende Erfinder versuchte, bei der obigen Verbindungsstruktur als einen der obigen Leitungsdrähte einen Aluminiumdraht zu verwenden. Jedoch offenbart die JP-A 2011-222406 lediglich die Technik zum Ermöglichen, dass das Lötmittel in die Kernader, d. h. einen Litzendraht, eindringt, und sie offenbart keine Technik zum Verbinden des Aluminiumdrahts mit dem Metallstift. Demgemäß musste der vorliegende Erfinder unabhängig eine Verbindungsstruktur und ein Verbindungsverfahren erforschen und entwickeln, die bzw. das zu verwenden ist, wenn der Aluminiumdraht mit dem Metallstift verbunden wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verbinden einen Metallstift und einen Aluminiumdraht fest miteinander.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lötverbindungsstruktur und ein Lötverbindungsverfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lötverbindungsstruktur gemäß Anspruch 1 oder durch ein Lötverbindungsverfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
Eine Lötverbindungsstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen Metallstift in einer Form eines Prismas oder eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Zylinders; einen Aluminiumdraht, der einen um den Metallstift herum gewickelten Wickelabschnitt umfasst; und eine Lötschicht (28), die dazu angeordnet ist, den Metallstift und zumindest einen Teil des Wickelabschnitts miteinander zu verbinden. Der zumindest eine Teil des Wickelabschnitts eine verformte Oberfläche (274) umfasst, die sich aus einer teilweisen Eliminierung des Aluminiumdrahts in einem Querschnitt, der senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in die sich der Aluminiumdraht erstreckt, ergibt, und die Lötschicht direkt und eng an der verformten Oberfläche anhaftet.
Die Lötverbindungsstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass der Metallstift und der Aluminiumdraht fest miteinander verbunden werden.
Die obigen und sonstige Elemente, Merkmale, Schritte, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Motors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines ortsfesten Abschnitts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht einer Lötverbindungsstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Lötverbindungsvorgangs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ein Diagramm, das einen Metallstift mit einem um denselben herum gewickelten Wickelabschnitt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ein Diagramm, das eine Lötvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 ein Bild, das von einem Schnitt eines Spitzenabschnitts des Metallstifts und seiner Umgebung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
8 ein Bild, das von einem Querschnitt eines Aluminiumdrahts in einer Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
9 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
10 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
11 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
12 ein Bild, das einen Teil der 11 in vergrößerter Form zeigt;
13 ein Bild, das von einem Schnitt eines Spitzenabschnitts eines Metallstifts und seiner Umgebung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
14 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
15 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
16 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
17 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
18 ein Bild, das von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts in der Lötschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstellt wurde;
19 ein Bild, das eine verformte Oberfläche gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in vergrößerter Form zeigt;
20 ein Bild, das eine verformte Oberfläche gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in vergrößerter Form zeigt; und
21 ein Bild, das eine verformte Oberfläche gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in vergrößerter Form zeigt.
Hierin wird angenommen, dass eine vertikale Richtung als eine Richtung definiert ist, in der sich eine Mittelachse eines Motors erstreckt, und dass eine Oberseite und eine Unterseite entlang der Mittelachse des Motors einfach als Oberseite bzw. Unterseite bezeichnet werden. Jedoch sollte man beachten, dass die obigen Definitionen der vertikalen Richtung und der Ober- und der Unterseite keine relativen Positionen oder Richtungen verschiedener Bauglieder oder Abschnitte angeben sollen, wenn sie tatsächlich in einer Vorrichtung installiert sind. Ferner beachte man, dass Richtungen, die zu der Mittelachse parallel oder im Wesentlichen parallel sind, mit dem Begriff „axiale Richtung”, „axial” oder „auf axiale Weise” bezeichnet werden, dass radiale Richtungen, die auf der Mittelachse mittig angeordnet sind, einfach mit dem Begriff „radiale Richtung”, „radial” oder „auf radiale Weise” bezeichnet werden, und dass eine Umfangsrichtung um die Mittelachse herum einfach mit dem Begriff „Umfangsrichtung” oder „Umfangs-” bezeichnet werden.
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Motors 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Motor 1 ist vorzugsweise ein Induktionsmotor. Der Motor 1 umfasst vorzugsweise einen ortsfesten Abschnitt 2, der eine ortsfeste Baugruppe ist, einen Drehabschnitt 3, der eine sich drehende Baugruppe ist, und ein Gehäuse 4. Der Drehabschnitt 3 umfasst einen Drehabschnittkörper 31, der vorzugsweise beispielsweise ein Kurzschlussläufer (Käfiganker) ist, und eine Welle 32. Die Welle 32 ist in einen in dem Drehabschnittkörper 31 definierten Lochabschnitt eingepresst und somit in demselben fixiert und ist dazu angeordnet, sich in einer vertikalen Richtung entlang einer Mittelachse J1 des Motors 1 zu erstrecken. Eine Mittelachse der Welle 32 fällt mit der Mittelachse J1 zusammen.
Das Gehäuse 4 umfasst vorzugsweise einen zylindrischen oder im Wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Abschnitt 41, der dazu angeordnet ist, die Mittelachse J1 zu umgeben, einen unteren Abschnitt 42, der dazu angeordnet ist, eine untere Öffnung des rohrförmigen Abschnitts 41 zu schließen, und einen oberen Abschnitt 43, der dazu angeordnet ist, eine obere Öffnung des rohrförmigen Abschnitts 41 zu schließen. Eine Öffnung 422, durch die die Welle 32 eingefügt wird, ist vorzugsweise in einer Mitte des unteren Abschnitts 42 definiert. Ein unterer Auflageabschnitt 421 ist um die Öffnung 422 des unteren Abschnitts 42 herum angeordnet. Ein oberer Auflageabschnitt 431 ist um die Mittelachse J1 herum an dem oberen Abschnitt 43 angeordnet. Der obere und der untere Auflageabschnitt 431 und 421 sind dazu angeordnet, die Welle 32 des Drehabschnitts 3 drehbar zu tragen.
Der ortsfeste Abschnitt 2 umfasst vorzugsweise einen ringförmigen Stator 20, der gegenüber einer äußeren Umfangsoberfläche des Drehabschnittkörpers 31 angeordnet ist. Ein Außenumfangsabschnitt des Stators 20 ist an einer Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 41 des Gehäuses 4 befestigt. Eine Mittelachse des Stators 20 fällt mit der Mittelachse J1 zusammen. Der Stator 20 umfasst eine Mehrzahl von Spulenabschnitten 21. Die Spulenabschnitte 21 sind entlang einer Umfangsrichtung um den Drehabschnittkörper 31 herum angeordnet. Jeder Spulenabschnitt 21 umfasst vorzugsweise einen Kernabschnitt 211, der aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen besteht, einen Isolator 212, der aus einem isolierenden Material wie beispielsweise einem Harz besteht, und eine Spule 213. Der Kernabschnitt 211 ist dazu angeordnet, sich in einer radialen Richtung zu erstrecken, und eine Spitze des Kernabschnitts 211 ist gegenüber dem Drehabschnittkörper 31 angeordnet. Der Isolator 212 umfasst einen Spulenkörper, der dazu angeordnet ist, Seitenoberflächen des Kernabschnitts 211 zu bedecken, wobei sich die Seitenoberflächen entlang der radialen Richtung erstrecken. Die Spule 213 ist vorzugsweise durch einen Aluminiumdraht definiert, der um den Kernabschnitt 211 herum gewickelt ist, um mehrere Schichten zu definieren, wobei der Isolator 212 zwischen denselben angeordnet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die innere Struktur des Motors 1 veranschaulicht. In der 2 ist lediglich der ortsfeste Abschnitt 2 gezeigt. Der ortsfeste Abschnitt 2 umfasst vorzugsweise ferner einen Adapter 22. Der Adapter 22 ist auf oberen Oberflächen der Isolatoren 212 mancher der Spulenabschnitte 21 angeordnet. Jeder dieser Spulenabschnitte 21 umfasst vorzugsweise einen Metallstift 26, der dazu angeordnet ist, über die obere Oberfläche des Isolators 212 desselben vorzustehen. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst der Adapter 22 vorzugsweise Einfügelöcher 221, durch die die Metallstifte 26 eingefügt werden. Jeder Metallstift 26 liegt vorzugsweise in der Gestalt eines Prismas, z. B. eines viereckigen Prismas, vor. Man beachte, dass jeder Metallstift 26 alternativ in der Gestalt eines Kreiszylinders vorliegen kann, falls gewünscht. Ein oberes Ende jedes Metallstifts 26 ist dazu angeordnet, einen Raum über dem Adapter 22 zu erreichen. Der Metallstift 26 ist vorzugsweise beispielsweise aus Phosphorbronze hergestellt und mit Zinn plattiert.
Der in 2 veranschaulichte ortsfeste Abschnitt 2 umfasst vorzugsweise vier solcher Metallstifte 26. Die Anzahl von Spulenabschnitten 21, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, beträgt beispielsweise vorzugsweise acht, und die Spulen 213 von vier abwechselnden der acht Spulenabschnitte 21 sind durch einen einzelnen Aluminiumdraht definiert. Beide Endabschnitte dieses Aluminiumdrahts sind separat mit zwei der Metallstifte 26 verbunden. Die Spulen 213 der übrigen vier abwechselnden Spulenabschnitte 21 sind ebenfalls durch einen einzelnen Aluminiumdraht definiert. Beide Endabschnitte dieses Aluminiumdrahts sind separat mit den übrigen zwei Metallstiften 26 verbunden. Man beachte, dass die Anzahl von Spulenabschnitten 21 nicht unbedingt acht sein muss und dass die Anzahl von Metallstiften 26 nicht unbedingt vier sein muss, sodass eine beliebige Anzahl von Spulenabschnitten 21 und Metallstiften 26 verwendet werden könnte.
Der Adapter 22 umfasst vorzugsweise Zuleitungsdraht-Befestigungsabschnitte 222, die dazu angeordnet sind, Zuleitungsdrähte 223 zu befestigen. Ringförmige Anschlussklemmen 224, die aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer hergestellt sind, sind an Enden der Zuleitungsdrähte 223 angeordnet. Die ringförmigen Anschlussklemmen 224 sind an die Metallstifte 26 angelötet und sind somit mit den Metallstiften 26 verbunden. Andere Enden der Zuleitungsdrähte 223 sind mit einer (nicht gezeigten) externen Leistungsversorgung verbunden. Ansteuerungsströme werden von der externen Leistungsversorgung durch die Zuleitungsdrähte 223 und die Metallstifte 26 an die Spulenabschnitte 21 geliefert, sodass der Drehabschnitt 3 (in 1 veranschaulicht) veranlasst wird, sich um die Mittelachse J1 zu drehen.
3 ist eine Querschnittsansicht des Adapters 22, wobei sie einen Schnitt des Adapters 22 veranschaulicht, der entlang einer Ebene genommen ist, die eine Mittelachse J2 eines der Metallstifte 26 umfasst. In 3 ist der Isolator 212 in vereinfachter Form als Rechteck veranschaulicht, und der Zuleitungsdraht 223 und die ringförmige Anschlussklemme 224 sind nicht gezeigt. Ein Aluminiumdraht 27, der die Spule 213 definiert, umfasst vorzugsweise einen Wickelabschnitt 271, der um den Metallstift 26 entlang der Mittelachse J2 des Metallstifts 26 gewickelt ist. Der Aluminiumdraht 27 ist dazu angeordnet, einen Durchmesser aufzuweisen, der geringer ist als die Dicke des Metallstifts 26. Ein Querschnitt des Metallstifts 26 kann vorzugsweise beispielsweise entweder kreisförmig oder quadratisch sein. Hier bezieht sich die Dicke des Metallstifts 26 auf die maximale Breite des Metallstifts 26 in einem Querschnitt, der senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse J2 ist.
Der Wickelabschnitt 271 ist ein Abschnitt des Aluminiumdrahts 27, der um den Metallstift 26 herum gewickelt ist. Der Wickelabschnitt 271 umfasst vorzugsweise einen weit gewickelten Abschnitt 272, der an einem Spitzenabschnitt 261 und an einem Zwischenabschnitt 260 des Metallstifts 26 angeordnet ist, und einen eng gewickelten Abschnitt 273, der an einem Basisabschnitt 262 des Metallstifts 26 angeordnet ist. Ein Ende des Metallstifts 26 ist unter der Oberfläche des aus dem Harz hergestellten Isolators 212 begraben. Das heißt, der eng gewickelte Abschnitt 273 befindet sich näher an der Oberfläche des Isolators 212 als der weit gewickelte Abschnitt 272.
Der weit gewickelte Abschnitt 272 des Aluminiumdrahts 27 ist derart um den Metallstift 26 herum gewickelt, dass benachbarte Wicklungen desselben durch einen Zwischenraum, der größer ist als der Durchmesser des Aluminiumdrahts 27, voneinander beabstandet sind. Der Zwischenraum zwischen den benachbarten Wicklungen des weit gewickelten Abschnitts 272 des Aluminiumdrahts 27 ist vorzugsweise beispielsweise dazu angeordnet, größer zu sein als der Durchmesser des Aluminiumdrahts 27 und das oder weniger als das Zehnfache des Durchmessers des Aluminiumdrahts 27 zu betragen. Der eng gewickelte Abschnitt 273 des Aluminiumdrahts 27 ist derart um den Metallstift 26 herum gewickelt, dass eine Ganghöhe desselben das oder weniger als das Doppelte des Durchmessers des Aluminiumdrahts 27 beträgt. Deshalb ist der eng gewickelte Abschnitt 273 des Aluminiumdrahts 27 derart um den Metallstift 26 herum gewickelt, dass benachbarte Wicklungen desselben ohne einen Zwischenraum zwischen denselben miteinander in Kontakt stehen oder durch einen Zwischenraum, der gleich dem oder kleiner als der Durchmesser des Aluminiumdrahts 27 ist, voneinander beabstandet sind. Der eng gewickelte Abschnitt 273 des in 3 veranschaulichten Aluminiumdrahts 27 ist fast ohne Zwischenraum zwischen den benachbarten Wicklungen desselben um den Metallstift 26 herum gewickelt. Man beachte, dass sich der Begriff „Ganghöhe”, wie er hierin verwendet wird, auf den Abstand zwischen Mitten benachbarter Wicklungen des Aluminiumdrahts 27 bezieht.
Wicklungen des eng gewickelten Abschnitts 273 des Aluminiumdrahts 27 können dazu angeordnet sein, sich in einer radialen Richtung des Metallstifts 26 gegenseitig zu überlappen. Mit anderen Worten kann die Ganghöhe des eng gewickelten Abschnitts 273 des in einer axialen Richtung des Metallstifts 26 gemessenen Aluminiumdrahts 27 kleiner sein als der Durchmesser des Aluminiumdrahts 27. Ein Überlappen von Wicklungen des eng gewickelten Abschnitts 273 des Aluminiumdrahts 27 trägt zu einem zuverlässigen Befestigen des eng gewickelten Abschnitts 273 des Aluminiumdrahts 27 an dem Metallstift 26 bei.
Der Aluminiumdraht 27 ist mit einer Isolierbeschichtung beschicht, außer an beiden Endabschnitten desselben. Man beachte, dass jeder Endabschnitt des Aluminiumdrahts 27 entweder gänzlich oder teilweise nicht mit der Isolierbeschichtung beschichtet sein mag. In 3 ist ein Abschnitt des Aluminiumdrahts 27, der mit der Isolierbeschichtung beschichtet ist, durch eine dicke Linie dargestellt, während ein Abschnitt 278 des Aluminiumdrahts 27, der nicht mit der Isolierbeschichtung beschichtet ist, durch eine dünne Linie dargestellt ist. Der Abschnitt 278 des Aluminiumdrahts 27, der nicht mit der Isolierbeschichtung beschichtet ist, wird hiernach als „unbeschichteter Abschnitt” 278 bezeichnet. Beispielsweise ist zumindest ein Teil des weit gewickelten Abschnitts 272 oder der gesamte weit gewickelte Abschnitt 272 vorzugsweise der unbeschichtete Abschnitt 278. Zumindest ein Teil des weit gewickelten Abschnitts 272 und zumindest ein Teil eines Abschnitts des Metallstifts 26, um den herum der weit gewickelte Abschnitt 272 gewickelt ist, sind mit einer Lötschicht 28 beschichtet. Wie nachstehend beschrieben wird, ist die Lötschicht 28 vorzugsweise durch beispielsweise ein Löten unter Anlegen von Ultraschallwellen definiert. Der Metallstift 26 und der Wickelabschnitt 271 sind durch die Lötschicht 28 miteinander verbunden. Eine Lötverbindungsstruktur 25, die den Metallstift 26, den Aluminiumdraht 27 und die Lötschicht 28 umfasst, ist mit dem Metallstift 26, dem Aluminiumdraht 27 und der Lötschicht 28 als Hauptkomponenten derselben definiert. Bei der in 3 veranschaulichten Lötverbindungsstruktur 25 ist kein Abschnitt der Lötschicht 28 auf dem eng gewickelten Abschnitt 273 angeordnet.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Metallstift 26 durch ein entsprechendes der Einfügelöcher 221 des Adapters 22 eingefügt. Sowohl der Spitzenabschnitt 261 des Metallstifts 26 als auch die Lötschicht 28 sind über dem Einfügeloch 221 angeordnet. Das heißt, zumindest ein Teil des Abschnitts des Metallstifts 26, um den herum der weit gewickelte Abschnitt 272 gewickelt ist, ist in dem Einfügeloch 221 untergebracht. Der Durchmesser des Einfügelochs 221 ist dazu angeordnet, mit zunehmender Höhe in der Nähe einer oberen Oberfläche des Adapters 22 allmählich zuzunehmen. Ein Harz 29 ist vorzugsweise in dem Einfügeloch 221 angeordnet. Außerdem sind Umfänge von Teilen des Wickelabschnitts 271 und des Metallstifts 26, die sich zwischen dem Einfügeloch 221 und dem Spitzenabschnitt 261 erstrecken, das heißt Umfänge von Teilen des Wickelabschnitts 271 und des Metallstifts 26, die sich zwischen dem Einfügeloch 221 und der Lötschicht 28 erstrecken, mit dem Harz 29 bedeckt.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Lötverbindungsvorgangs zum Bilden der Lötverbindungsstruktur 25, die in 3 veranschaulicht ist, veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 5 wird bei dem Lötverbindungsvorgang zuerst der Aluminiumdraht 27 um den auf dem Isolator 212 vorgesehenen Metallstift 26 herum gewickelt, um den Wickelabschnitt 271 zu definieren (Schritt S11). Bezüglich der Lötverbindungsstrukturen 25, die bei dem in 1 veranschaulichten ortsfesten Abschnitt 2 verwendet werden, sind beide Endabschnitte jedes der Aluminiumdrähte 27, die die Mehrzahl von Spulen 213 definieren, separat um zwei der Metallstifte 26 herum gewickelt. Zu diesem Zeitpunkt wird an dem Basisabschnitt 262 jedes Metallstifts 26, wie in 5 veranschaulicht ist, der Aluminiumdraht 27 eng gewickelt, um den eng gewickelten Abschnitt 273 zu definieren. Unterdessen wird der Aluminiumdraht 27 an dem Spitzenabschnitt 261 und dem Zwischenabschnitt 260 jedes Metallstifts 26 weit gewickelt, um den weit gewickelten Abschnitt 272 zu definieren.
6 ist ein Diagramm, das eine Lötvorrichtung 9 veranschaulicht, die zum Durchführen des Lötens verwendet wird. Die Lötvorrichtung 9 umfasst vorzugsweise ein Behandlungsbad 92, eine Heizvorrichtung 93 und Schwingungserzeugungsabschnitte 94. Das Behandlungsbad 92 wird zum Speichern eines geschmolzenen Lötmittels 91 verwendet. Die Heizvorrichtung 93 wird zum Erhitzen des Behandlungsbads 92 verwendet, um einen geschmolzenen Zustand des geschmolzenen Lötmittels 91 in dem Behandlungsbad 92 aufrechtzuerhalten. Jeder Schwingungserzeugungsabschnitt 94 wird dazu verwendet, die Ultraschallwellen an das Behandlungsbad 92 anzulegen.
Das geschmolzene Lötmittel 91 ist vorzugsweise ein so genanntes bleifreies Lötmittel, das beispielsweise Zinn (Sn), Silber (Ag) und Kupfer (Cu) enthält und das nicht Blei (Pb) enthält. Vorzugsweise ist das geschmolzene Lötmittel 91 von seiner Zusammensetzung her ein Zinn-Silber-Eutektikum oder weist eine ähnliche Zusammensetzung auf. Im Einzelnen enthält das geschmolzene Lötmittel 91 vorzugsweise beispielsweise etwa 1,5 bis etwa 4,0 Gewichtsprozent Silber. Das geschmolzene Lötmittel 91 ist vorzugsweise beispielsweise ein Sn-3,0Ag-0,5Cu-Lötmittel. Dieses Lötmittel weist vorzugsweise beispielsweise einen Silbergehalt von etwa 3,0 Gewichtsprozent und einen Kupfergehalt von etwa 0,5 Gewichtsprozent auf.
Der Spitzenabschnitt 261 des Metallstifts 26 wird in das geschmolzene Lötmittel 91, das in dem Behandlungsbad 92 gespeichert ist, eingetaucht. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil der Isolierbeschichtung auf dem Aluminiumdraht 27 um den Spitzenabschnitt 261 herum durch das geschmolzene Lötmittel 91, das eine hohe Temperatur aufweist, beseitigt. Außerdem werden durch die Schwingungserzeugungsabschnitte 94 die Ultraschallwellen an das geschmolzene Lötmittel 91 angelegt. Der Metallstift 26 wird hiernach nach oben aus dem Behandlungsbad 92 heraus gezogen. Das geschmolzene Lötmittel 91, das an dem Spitzenabschnitt 261 und einem Abschnitt des Aluminiumdrahts 27 um den Spitzenabschnitt 261 herum anhaftet, wird auf natürliche Weise gekühlt und verfestigt. Infolge des oben beschriebenen Lötens unter Anlegen der Ultraschallwellen ist die Lötschicht 28, die dazu angeordnet ist, einen Teil des Wickelabschnitts 271 mit dem Metallstift 26 zu verbinden, so definiert, wie dies in 3 veranschaulicht ist (Schritt S12). Vorzugsweise beträgt der Silbergehalt des Lötmittels der Lötschicht 28 beispielsweise etwa 1,5 Gewichtsprozent oder mehr.
Bei einem Vorgang des Schritts S12 wird ein Oxidfilm, der eine Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 in dem geschmolzenen Lötmittel 91 bedeckt, durch die Ultraschallwellen, die seitens der Schwingungserzeugungsabschnitte 94 angelegt werden, beseitigt. Folglich erscheint eine Aluminiumoberfläche auf der Oberfläche des Aluminiumdrahts 27, und das geschmolzene Lötmittel 91 haftet zuverlässig an der Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 an. Ein Oxidfilm auf einer Oberfläche eines Abschnitts des Metallstifts 26 in dem geschmolzenen Lötmittel 91 wird vorzugsweise ebenfalls auf eine ähnliche Weise beseitigt.
Folglich haften die Lötschicht 28 und der Metallstift 26 direkt und eng aneinander an, während die Lötschicht 28 und der Aluminiumdraht 27 direkt und eng aneinander anhaften. Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem oben beschriebenen Lötverbindungsvorgang die Oxidfilme auf dem Wickelabschnitt 271 und dem Metallstift 26 beseitigt, um den Metallstift 26 und den Aluminiumdraht 27 zuverlässig miteinander zu verbinden.
Bei dem oben beschriebenen Lötverbindungsvorgang ist der Aluminiumdraht 27 vorzugsweise dahin gehend angeordnet, einen Durchmesser von beispielsweise etwa 0,5 mm oder weniger zu haben. Überdies ist der Aluminiumdraht 27 vom Standpunkt eines Handhabens des Aluminiumdrahts 27 aus betrachtet vorzugsweise dazu angeordnet, einen Durchmesser von beispielsweise etwa 0,1 mm oder mehr aufzuweisen. Der Durchmesser des Aluminiumdrahts 27 kann gemäß Anforderungen bezüglich eines Magnetkreisentwurfs innerhalb des obigen Bereichs willkürlich bestimmt werden. Man beachte, dass sogar dann, wenn der Aluminiumdraht keinen in dem obigen Bereich liegenden Drahtdurchmesser aufweist, das Löten möglich ist und eine Lötverbindung dort, wo der Aluminiumdraht, der Metallstift und die Lötschicht direkt und eng aneinander anhaften, erhalten werden kann, obwohl die Bearbeitbarkeit in gewissem Maße verringert ist.
Bei der Lötverbindungsstruktur 25 umfasst ein Teil des Wickelabschnitts 271, der sich in der Lötschicht 28 befindet, einen Teil des weit gewickelten Abschnitts 272. Somit haftet das Lötmittel ausreichend sowohl an dem Aluminiumdraht 27 als auch an dem Metallstift 26 an, sodass der Metallstift 26 und der Aluminiumdraht 27 zuverlässiger miteinander verbunden werden können. Da außerdem der Wickelabschnitt 271 den eng gewickelten Abschnitt 273 umfasst, kann der Aluminiumdraht 27 zuverlässig an dem Metallstift 26 an dem Wickelabschnitt 271 befestigt werden.
Da lediglich der Spitzenabschnitt 261 des Metallstifts 26 wie oben beschrieben in das geschmolzene Lötmittel 91 eingetaucht wird, ist die Lötschicht 28 lediglich an dem Spitzenabschnitt 261 definiert. Ein Teil des weit gewickelten Abschnitts 272 und der gesamte eng gewickelte Abschnitt 273 oder der gesamte oder lediglich ein Teil des eng gewickelten Abschnitts 273 wird nicht in Kontakt mit dem geschmolzenen Lötmittel 91 gebracht. Das heißt, an dem Basisabschnitt 262 des Metallstifts 26 ist kein Abschnitt der Lötschicht 28 angeordnet. Der Isolator 212 wird somit ohne weiteres daran gehindert, aufgrund einer Hitze des geschmolzenen Lötmittels 91 zum Zeitpunkt des Lötens Schaden zu nehmen. Bei dem oben beschriebenen Löten wird kein Flussmittel verwendet, und deshalb besteht kein Erfordernis, einen anschließenden Flussmittelbeseitigungsvorgang durchzuführen. Ein Löten unter Verwendung eines Flussmittels kann durchgeführt werden, falls ein anschließender Flussmittelbeseitigungsvorgang durchgeführt wird.
Während der Erzeugung des ortsfesten Abschnitts 2 ist der Adapter 22 auf den oberen Oberflächen der Isolatoren 212 angeordnet, und die Metallstifte 26 werden durch die Einfügelöcher 221 des Adapters 22 eingefügt. Das Harz wird in jedem der Einfügelöcher 221 angeordnet, und ein Umfang eines Teils des Wickelabschnitts 271, der sich zwischen dem Einfügeloch 221 und dem Spitzenabschnitt 261 erstreckt, wird ebenfalls mit dem Harz bedeckt. Sogar in dem Fall, dass der weit gewickelte Abschnitt 272 oder der eng gewickelte Abschnitt 273 einen Abschnitt umfasst, der nicht mit dem Lötmittel bedeckt ist, wird somit vorzugsweise verhindert, dass dieser Abschnitt durch einen Wassertropfen oder dergleichen, der daran anhaftet, korrodiert wird.
Tatsächlich wird der Spitzenabschnitt 261 jedes Metallstifts 26 durch die ringförmige Anschlussklemme 224 an einem Ende eines entsprechenden der in 2 ebenfalls veranschaulichten Zuleitungsdrähte 223 eingefügt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Lötschicht auch um die ringförmige Anschlussklemme 224 herum gebildet, bei einem Vorgang, der sich von dem des oben beschriebenen Schritts S12 unterscheidet. In der nachstehend beschriebenen 7 ist die um die ringförmige Anschlussklemme 224 herum vorliegende Lötschicht mit dem Bezugszeichen „225” bezeichnet. Die Art eines Lötmittels, das verwendet wird, um den Metallstift 26 und den Zuleitungsdraht 223 miteinander zu verbinden, unterscheidet sich vorzugsweise von dem Typ des Lötmittels der Lötschicht 28, das dazu angeordnet ist, den Metallstift 26 und den Aluminiumdraht 27 miteinander zu verbinden. Das Lötmittel der Lötschicht 28 wird hiernach als „erstes Lötmittel” bezeichnet, während das Lötmittel der Lötschicht 225 hiernach als „zweites Lötmittel” bezeichnet wird. Beispielsweise ist das zweite Lötmittel, das verwendet wird, um den Metallstift 26 und den Zuleitungsdraht 223 miteinander zu verbinden, auch ein so genanntes bleifreies Lötmittel, das Zinn, Silber und Kupfer enthält, aber kein Blei enthält, jedoch unterscheidet sich das zweite Lötmittel vorzugsweise von dem ersten Lötmittel der Lötschicht 28 bezüglich des Silbergehalts in Prozent. Der Silbergehalt in Gewichtsprozent des zweiten Lötmittels ist geringer als der Silbergehalt in Gewichtsprozent des ersten Lötmittels. Vorzugsweise wird ein Lötmittel, das einen Silbergehalt von weniger als beispielsweise etwa 1,0 Gewichtsprozent aufweist, dazu verwendet, den Metallstift 26 und den Zuleitungsdraht 223 miteinander zu verbinden. Stärker bevorzugt ist das zweite Lötmittel dazu angeordnet, einen Silbergehalt von beispielsweise etwa 0,5 Gewichtsprozent oder weniger aufzuweisen.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Lötverbindungsstruktur 25 das bei der Lötschicht 28 verwendete erste Lötmittel und das zweite Lötmittel, das dazu angeordnet ist, den Metallstift 26 und den Zuleitungsdraht 223 miteinander zu verbinden. Der Silbergehalt des ersten Lötmittels beträgt vorzugsweise etwa 1,5 Gewichtsprozent oder mehr, während der Silbergehalt des zweiten Lötmittels vorzugsweise beispielsweise weniger als etwa 1,0 Gewichtsprozent beträgt. Eine Verbesserung der Qualität der Lötschicht 28 wird erzielt, indem das Lötmittel, das einen relativ hohen Silbergehalt in Prozent aufweist, dazu verwendet wird, den Metallstift 26 und den Aluminiumdraht 27 miteinander zu verbinden. Unterdessen wird eine Verringerung der Produktionskosten des Motors 1 dadurch erzielt, dass ein kostengünstiges Lötmittel, das einen niedrigeren Silbergehalt in Prozent aufweist als das Lötmittel der Lötschicht 28, dazu verwendet wird, den Metallstift 26 und den Zuleitungsdraht 223 miteinander zu verbinden. Eine Verwendung des Lötmittels, das einen niedrigen Silbergehalt in Prozent aufweist, zum Miteinanderverbinden des Metallstifts 26 und des Zuleitungsdrahts 223 stellt kein Problem dar.
7 ist ein Bild, das von einem Schnitt des Spitzenabschnitts 261 des Metallstifts 26 erstellt wurde, und seiner Umgebung, die entlang einer Ebene, die die Mittelachse J2 des Metallstifts 26 umfasst, erstellt wurde. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst eine Oberfläche des Metallstifts 26 vorzugsweise eine Rille 263, die einem Abschnitt des Aluminiumdrahts 27 in der Lötschicht 28 gegenüberliegt. Dies führt zu einer Zunahme der Fläche einer Region, über die hinweg der Aluminiumdraht 27 und der Metallstift 26 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Rille 263 nicht in dem Metallstift 26 definiert ist, nahe beieinander liegen und einander gegenüberliegen. Außerdem ist das Lötmittel vorzugsweise zwischen dem Aluminiumdraht 27 und dem Metallstift 26 vorgesehen, wobei das Lötmittel direkt und eng sowohl an dem Aluminiumdraht 27 als auch an dem Metallstift 26 anhaftet. Dies führt zu einer Verringerung des Widerstands zwischen dem Aluminiumdraht 27 und dem Metallstift 26. Eine Auswirkung des Anlegens der Ultraschallwellen zum Zeitpunkt des Lötens kann eine Ursache dafür sein, dass die Rille 263 gebildet wird.
8, 9 und 10 sind jeweils Bilder, die von einem Querschnitt des Aluminiumdrahts 27 in der Lötschicht 28 erstellt wurden. Wie in 8 bis 10 gezeigt ist, ist der Aluminiumdraht 27, von dessen Oberfläche der Oxidfilm entfernt wurde, fest mit der Lötschicht 28 verbunden. In jeder der 8 bis 10 liegt der Querschnitt des Aluminiumdrahts 27 in der Lötschicht 28 in der Form eines Kreises vor, bei dem Abschnitte desselben von außen entfernt wurden. Außerdem ist ein im Wesentlichen kreisförmiger Überrest 270, der den ursprünglichen Querschnitt des Aluminiumdrahts 27 darstellt, erkennbar. Eine Auswirkung des Anlegens der Ultraschallwellen zum Zeitpunkt des Lötens kann eine Ursache der Veränderung des Querschnitts des Aluminiumdrahts 27 in der Lötschicht 28 zu den Formen hin, wie sie in 8 bis 10 gezeigt sind, sein.
Im Fall der oben beschriebenen Lötverbindungsstruktur 25 werden Ultraschallschwingungen angelegt, wenn ein aus Aluminium hergestellter Leitungsdraht, d. h. der Aluminiumdraht 27, an den Metallstift 26 angelötet wird, sodass Verbesserungen der Netzbarkeit des Lötmittels bezüglich des Aluminiumdrahts 27 und der Zuverlässigkeit der Lötverbindung erzielt werden. Außerdem wird eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Lötverbindung erzielt, indem die Frequenz und Intensität der Ultraschallwellen dahin gehend angepasst wird, Bedingungen zu wählen, unter denen die Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 oder sowohl die Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 als auch die Oberfläche des Metallstifts 26 zumindest örtlich begrenzt durch Abrieb abgeschabt werden. Im Einzelnen wird eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Lötverbindung erzielt, indem derartige Bedingungen des Anlegens der Ultraschallwellen gewählt werden, dass die Querschnittsfläche eines Teils des Wickelabschnitts 271 des Aluminiumdrahts 27, der in das geschmolzene Lötmittel eingetaucht wird, geringer ist als die Querschnittsfläche eines Teils des Wickelabschnitts 271 des Aluminiumdrahts 27, der nicht in das geschmolzene Lötmittel eingetaucht wird.
Ein Phänomen dessen, dass Abschnitte einer Oberflächenschicht und des Metalls unter dem Aluminiumdraht 27 bei Schritt S12 in 4 verschwinden oder eliminiert werden, so als ob sie herausgeschlagen würden, wird vorwiegend einem Abrieb aufgrund einer Reibung des Aluminiumdrahts 27 an dem Metallstift 26 und das Lötmittel zugeschrieben, wird teilweise jedoch auch dem Zusammenbruch des Aluminiumdrahts 27 aufgrund von Schwingungen, die von dem geschmolzenen Lötmittel angelegt werden, und einer Erosion des Aluminiumdrahts 27 aufgrund des Lötmittels zugeschrieben.
Die Wahl der zuvor erwähnten Bedingungen bewirkt, dass sich die Gestalt des Querschnitts des Aluminiumdrahts 27 von dem ursprünglichen Kreis zu einer Form verändert, die einen flachen oder im Wesentlichen flachen oder ausgesparten Abschnitt aufweist. Mit anderen Worten weist ein Querschnitt eines Oberflächenabschnitts, der sich aus einem teilweisen Verschwinden oder einer teilweisen Eliminierung des Aluminiumdrahts 27 ergibt, eine Krümmung auf, die geringer ist als die des ursprünglichen Querschnitts, oder er weist eine Krümmung auf, die im Wesentlichen zu der des ursprünglichen Querschnitts entgegengesetzt ist. Ferner kann die Oberfläche des Metallstifts 26 manchmal lokal Aussparungen aufweisen, besonders an einem dem Aluminiumdraht 27 gegenüberliegenden Abschnitt. Diese Situation ist normalerweise ungünstig, da dies bedeutet, dass entweder der Aluminiumdraht 27 oder der Metallstift 26 oder beide beschädigt wurden.
Ursprünglich ist ein Beseitigen lediglich einer dünnen Oxidschicht, die die Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 bedeckt, ausreichend, um die Netzbarkeit zu gewährleisten. Die Bedingungen, die bewirken, dass sogar das Metall unter dem Aluminiumdraht 27 herausgeschlagen wird, erscheinen angesichts des Zwecks des Verbesserns der Netzbarkeit übertrieben. Jedoch ist es schwierig, die Oxidschicht auf der Oberfläche des Aluminiumdrahts 27 mit schwachen Ultraschallschwingungen zu beseitigen. Demgemäß wird bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Beseitigen der Oxidschicht vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, dass eine Technik angewandt wird, bei der stärkere Ultraschallschwingungen angelegt werden, um zu bewirken, dass ein Oxid auf der Oberflächenschicht zusammen mit dem darunter liegenden Metall verschwindet oder eliminiert wird. Insbesondere kann in dem Fall, in dem ein Aluminiumdraht um einen aus einem Metall oder dergleichen hergestellten Stift gewickelt wird, der Stift mit dem um denselben herum gewickelten Aluminiumdraht in ein Lötbad getaucht wird und Ultraschallschwingungen an denselben angelegt werden, aufgrund der Tatsache, dass sich der Metallstift nahe bei einem Abschnitt einer Oberfläche des Aluminiumdrahts befindet, mit zunehmender Gewissheit bewirkt werden, dass dieser Abschnitt einer Oberfläche des Aluminiumdrahts verschwindet oder eliminiert wird.
Mit anderen Worten wurde infolge einer großen Anzahl von Experimenten entdeckt und bestätigt, dass es eine Frequenz und eine Amplitude der Ultraschallschwingungen gibt, die in der Lage sind, zu bewirken, dass Abschnitte der Oberflächenschicht des Aluminiumdrahts 27 und des Metalls unter der Oberflächenschicht verschwinden oder eliminiert oder beseitigt werden, und diese Bedingungen werden dazu verwendet, das Löten des Aluminiumdrahts 27 gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel zu bewerkstelligen.
Man beachte, dass sogar in einem Fall, in dem der Aluminiumdraht 27 um den Metallstift 26 herum gewickelt ist und die Ultraschallschwingungen an denselben angelegt werden, das Metall unter dem Aluminiumdraht 27 nicht über eine gesamte Länge des Abschnitts des Aluminiumdrahts 27 hinweg, der um den Metallstift 26 gewickelt ist, verschwindet. Das Lötmittel haftet dort, wo das darunter liegende Metall nicht verschwunden ist oder nicht beseitigt oder eliminiert wurde, eventuell nicht ausreichend eng an dem Aluminiumdraht 27 an. Jedoch wird eine elektrische Kontinuität gewährleistet, da der Aluminiumdraht 27 mehrere Male um den Metallstift 26 herum gewickelt ist, und eine Fläche, über die hinweg das Lötmittel aufgebracht ist, eine ausreichende Länge aufweist.
11 ist ein Bild, das unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops von dem in 10 gezeigten Querschnitt erstellt wurde. Wie oben erwähnt wurde, ist der Überrest 270, der die ursprüngliche Kontur des Aluminiumdrahts 27 darstellt, schwach wahrnehmbar. Ein Großteil des Aluminiums ist entlang dieser Kontur verteilt.
12 ist ein Bild, das eine Fläche, die in 11 mit dem Bezugszeichen „51” bezeichnet ist, in einer vergrößerten Form zeigt. Eine mit dem Bezugszeichen „521” bezeichnete Fläche weist einen Sn-Gehalt von beispielsweise etwa 75% auf. Eine mit dem Bezugszeichen „522” bezeichnete Fläche weist einen Ag-Gehalt von beispielsweise etwa 50% auf. Eine mit dem Bezugszeichen „523” bezeichnete Fläche weist einen Sn-Gehalt von beispielsweise etwa 75% auf. Eine mit dem Bezugszeichen „524” bezeichnete Fläche weist einen Al-Gehalt von beispielsweise etwa 70% auf. Somit erscheint eine Schicht 275, die mehr Silber (Ag) aufweist als andere Flächen, in einem Abstand von und entlang einer Oberfläche 274 einer Fläche dort, wo ein Abschnitt des Aluminiumdrahts 27 verschwunden ist oder eliminiert oder beseitigt wurde. Außerdem erscheint zwischen der Schicht 275 und der Oberfläche 274 eine Schicht 276, die viel Zinn (Sn) enthält. Die Oberfläche 274 des Aluminiumdrahts 27, die als Grenze zwischen dem Aluminiumdraht 27 und der Fläche dort erscheint, wo der Abschnitt des Aluminiumdrahts 27 verschwunden ist oder eliminiert oder beseitigt wurde, wird hiernach als „verformte Oberfläche” bezeichnet. Wie in 12 gezeigt ist, erscheint zwischen der Lötschicht 28 und dem Aluminiumdraht 27 eine komplizierte Verbindungsstruktur.
Dunkle körnige Flächen, die in 12 mit dem Bezugszeichen „277” bezeichnet sind, stellen Aluminiumpartikel dar. Der Begriff „Aluminiumpartikel”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Partikel, die eine beträchtliche Menge an Aluminium enthalten. In dem Querschnitt des Aluminiumdrahts 27 sind die Aluminiumpartikel, die in den 11 und 12 durch dunkle Flächen dargestellt sind, zwischen der verformten Oberfläche 274 und der ursprünglichen Kontur des Aluminiumdrahts 27 angeordnet. Es ist leicht, die ursprüngliche Kontur des Aluminiumdrahts 27 anhand der Form eines Querschnitts eines anderen Abschnitts des Aluminiumdrahts 27 zu erfassen. Die äußere Form des Überrests 270 wird als im Wesentlichen mit der ursprünglichen Kontur des Aluminiumdrahts 27 zusammenfallend angesehen. Man beachte, dass die Aluminiumpartikel nicht unbedingt in einem Bereich zwischen der verformten Oberfläche 274 und der ursprünglichen Kontur des Aluminiumdrahts 27 vorgesehen sein müssen.
Wie oben erwähnt wurde, tritt das Verschwinden oder die Eliminierung von Abschnitten des Aluminiumdrahts 27 tendenziell auf einer nahe bei dem Metallstift 26 liegenden Seite auf. Deshalb sind die Aluminiumpartikel in vielen Fällen im Querschnitt zwischen der verformten Oberfläche 274 und dem Metallstift 26 vorgesehen. Der Durchmesser jedes Aluminiumpartikels ist natürlich kleiner als ein maximaler Abstand zwischen der verformten Oberfläche 274 und der ursprünglichen Kontur. Die Durchmesser der Aluminiumpartikel liegen üblicherweise im Bereich von beispielsweise etwa 0,5 μm bis etwa 10 μm. Ein Bonden des Lötmittels mit dem Aluminiumdraht 27 wird mit hoher Wahrscheinlichkeit verbessert, indem das Anlegen der Ultraschallschwingungen unter Bedingungen ausgeführt wird, die eine Verteilung der Aluminiumpartikel in der Lötschicht 28 bewirken.
13 ist ein Bild, das eine Lötverbindungsstruktur 25 gemäß einer Modifizierung des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt. 13 zeigt einen Schnitt der Lötverbindungsstruktur 25, der entlang einer Ebene genommen ist, die eine Mittelachse des Metallstifts 26 umfasst. Bei der in 13 gezeigten Modifikation ist der Metallstift 26 vorzugsweise beispielsweise aus Stahl hergestellt. Vor der Verwendung wird der Metallstift 26 vorzugsweise beispielsweise mit Zinn plattiert, um eine Korrosion zu verhindern. Falls der Metallstift 26 aus Stahl hergestellt ist, sind sogar in dem Fall, dass die Ultraschallschwingungen verwendet werden, wenn das Löten durchgeführt wird, vorzugsweise keine Rillen in der Oberfläche des Metallstifts 26 definiert. Andererseits verschwinden Abschnitte des Aluminiumdrahts 27 auf ähnliche Weise, wie sie in 7 gezeigt ist, bzw. werden Abschnitte des Aluminiumdrahts 27 auf ähnliche Weise wie die in 7 gezeigte eliminiert oder beseitigt. Das heißt, zumindest ein Teil des Wickelabschnitts 271 umfasst eine verformte Oberfläche, die sich aus einem Verschwinden oder einer Eliminierung oder einem Beseitigen eines Abschnitts des Aluminiumdrahts 27 in einem Querschnitt ergibt, der zu einer Richtung, in der sich der Aluminiumdraht 27 erstreckt, senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist.
14, 15, 16, 17 und 18 sind jeweils Bilder, die den Aluminiumdraht 27 veranschaulichen, wobei ein Abschnitt desselben verschwand oder beseitigt oder eliminiert wurde. Wie in 14 bis 16 gezeigt ist, scheint die verformte Oberfläche 274 des Aluminiumdrahts 27 tendenziell dem Metallstift 26 gegenüberzuliegen. Man beachte jedoch, dass die verformte Oberfläche 274 dem Metallstift 26 eventuell nicht gegenüberliegt, wie dies in 17 gezeigt ist. Außerdem liegt die verformte Oberfläche 274, wie in 14, 15 und 17 gezeigt ist, tendenziell in Form eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Bogens vor, der im Querschnitt zu einem Inneren des Aluminiumdrahts 27 hin eine Aussparung aufweist. Unter Bezugnahme auf 16 liegt die verformte Oberfläche 274 eventuell nicht unbedingt in Form eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Bogens vor.
Auch sind bei jedem der obigen Beispiele die Aluminiumpartikel im Querschnitt zwischen der verformten Oberfläche 274 und der ursprünglichen Kontur des Aluminiumdrahts 27 angeordnet, obwohl in Abhängigkeit davon, wie die Ultraschallschwingungen angelegt werden, Variationen auftreten. Überdies liegen in dem Fall, in dem die verformte Oberfläche 274 dem Metallstift 26 gegenüberliegt, die Aluminiumpartikel im Querschnitt zwischen der verformten Oberfläche 274 und dem Metallstift 26 vor, obwohl in Abhängigkeit davon, wie die Ultraschallschwingungen angelegt werden, Variationen auftreten.
Unter Bezugnahme auf einen oberen Abschnitt der 18 weisen manche Abschnitte des Aluminiumdrahts 27 keinerlei Verschwinden oder Materialbeseitigung oder -eliminierung auf. Unter Bezugnahme auf einen unteren Abschnitt der 18 kann ein Verschwinden oder eine Materialbeseitigung oder -eliminierung auf komplizierte Weise auftreten, um eine unregelmäßige verformte Oberfläche 274 zu bewirken. Die Tatsache, dass die verformte Oberfläche 274 oft in einer Fächerform erscheint, legt nahe, dass ein teilweises Verschwinden oder eine teilweise Eliminierung des Aluminiumdrahts 27 oft an einem bestimmten Anfangspunkt beim Löten unter Verwendung der Ultraschallschwingungen beginnt. Da ein teilweises Verschwinden oder eine teilweise Eliminierung des Aluminiumdrahts 27 tendenziell auf der Seite auftritt, die nahe bei dem Metallstift 26 liegt, wird außerdem eine Nähe des Metallstifts 26 als eine Ursache des Verschwindens oder der Eliminierung, wie es bzw. sie oben beschrieben wurde, angesehen.
Unterdessen legt die Tatsache, dass ein Verschwinden oder eine Materialeliminierung oder -beseitigung manchmal auf eine zusammenbruchartige Weise auftritt und dass an manchen Abschnitten des Aluminiumdrahts 27 kein Verschwinden oder keine Materialeliminierung oder -beseitigung auftritt, wie in 16 und 18 gezeigt ist, nahe, dass das Löten unter Verwendung der Ultraschallschwingungen tendenziell ohne weiteres ein teilweises Verschwinden oder eine teilweise Eliminierung oder Beseitigung des Aluminiumdrahts 27 dort bewirkt, wo der Aluminiumdraht 27 einen anfälligen Abschnitt umfasst.
19, 20 und 21 sind Bilder, die mehr Beispiele der verformten Oberfläche 274 in einer vergrößerten Form zeigen. Sowohl 19 als auch 20 zeigen ein Beispiel der verformten Oberfläche 274, die eine Fächerform aufweist, während 21 ein Beispiel der verformten Oberfläche 274 zeigt, die keine Fächerform aufweist. Bei jedem Beispiel erscheint die Schicht 276 entlang der verformten Oberfläche 274, wie in 12. Die Schicht 276 bewirkt, dass die Lötschicht 28 und die verformte Oberfläche 274 direkt und eng aneinander anhaften. Ein Verbinden der Lötschicht 28 und des Aluminiumdrahts 27 an der verformten Oberfläche 274 ermöglicht, dass die Lötschicht 28 und der Aluminiumdraht 27 mit mechanischer und elektrischer Stabilität miteinander verbunden werden.
Bezüglich des Aluminiumdrahts 27 tritt die verformte Oberfläche 274 tendenziell auf der nahe bei dem Metallstift 26 liegenden Seite auf. Deshalb eignet sich das Verbinden unter Verwendung der Ultraschallschwingungen, wie es oben beschrieben wurde, besonders für eine Struktur, bei der der Aluminiumdraht um den Metallstift herum gewickelt ist.
Obwohl oben bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt ist und dass eine Vielzahl an Modifikationen möglich ist.
Bei der in 3 veranschaulichten Lötverbindungsstruktur 25 sind der Metallstift 26 und ein Teil des Wickelabschnitts 271 vorzugsweise durch die Lötschicht 28 miteinander verbunden. Man beachte jedoch, dass der Metallstift 26 und der gesamte Wickelabschnitt 271 durch die Lötschicht 28 miteinander verbunden sein können. Das heißt, bei einer Lötverbindungsstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der Metallstift 26 und zumindest ein Teil des Wickelabschnitts 271 durch die Lötschicht 28 miteinander verbunden. Außerdem kann das Lötmittel Blei enthalten, falls gewünscht.
Man beachte ferner, dass der gesamte Wickelabschnitt 271 aus dem weit gewickelten Abschnitt oder dem eng gewickelten Abschnitt bestehen kann. Vorzugsweise umfasst der zumindest eine Teil des Wickelabschnitts 271, das heißt ein Teil des Wickelabschnitts 271 in der Lötschicht 28, den weit gewickelten Abschnitt, um den Metallstift 26 und den Aluminiumdraht 27 auf zuverlässigere Weise miteinander zu verbinden.
Als Metallstift 26 kann eine Vielzahl von Stiften verwendet werden. Beispielsweise kann der Metallstift 26 ein Stift sein, der aus Phosphorbronze hergestellt ist und dessen Oberfläche mit einer harten leitfähigen Beschichtung beschichtet ist, die eine Vickers-Härte von 400 oder mehr aufweist. Die harte leitfähige Beschichtung ist vorzugsweise beispielsweise eine stromlose Nickelplattierung, eine Diamantartiges-Carbid-Beschichtung (DLC-Beschichtung, DLC = diamond-like carbide) oder dergleichen. Auch in dem Fall, in dem der Metallstift 26 mit der harten leitfähigen Beschichtung beschichtet ist, ist beim Löten unter Verwendung der Ultraschallschwingungen keine Rille in dem Metallstift 26 definiert.
Man beachte ferner, dass der Metallstift 26 anstelle des Isolators 212 direkt an dem Adapter 22 befestigt sein kann. In diesem Fall ist der Metallstift 26 vorzugsweise an den Zuleitungsdraht 223, der an dem Adapter 22 befestigt ist, angelötet und somit mit demselben verbunden.
Merkmale der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele und der Modifikationen derselben können auf geeignete Weise kombiniert werden, solange kein Konflikt entsteht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf eine Vielzahl von Motoren anwendbar, die Lötverbindungsstrukturen umfassen. Ferner sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch auf Lötverbindungsstrukturen anwendbar, die bei anderen Vorrichtungen als Motoren verwendet werden.
Obwohl oben bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass Variationen und Modifikationen Fachleuten einleuchten werden, ohne dass sie dabei von dem Schutzumfang und der Wesensart der vorliegenden Erfindung abweichen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist somit lediglich anhand der folgenden Patentansprüche zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-148533 A [0002]
JP 2011-222406 A [0002, 0003]

Claims

Lötverbindungsstruktur (25), die folgende Merkmale aufweist: einen Metallstift (26) in einer Form eines Prismas oder eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Zylinders; einen Aluminiumdraht (27), der einen um den Metallstift herum gewickelten Wickelabschnitt (271) umfasst; und eine Lötschicht (28), die dazu angeordnet ist, den Metallstift und zumindest einen Teil des Wickelabschnitts miteinander zu verbinden; wobei der zumindest eine Teil des Wickelabschnitts eine verformte Oberfläche (274) umfasst, die sich aus einer teilweisen Eliminierung des Aluminiumdrahts in einem Querschnitt, der senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in die sich der Aluminiumdraht erstreckt, ergibt, und die Lötschicht direkt an der verformten Oberfläche anhaftet.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 1, bei der der Aluminiumdraht (27) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als eine Dicke des Metallstifts (26).
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der sich im Querschnitt ein Aluminiumpartikel zwischen der verformten Oberfläche (274) und einer ursprünglichen Kontur des Aluminiumdrahts (27) befindet.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die verformte Oberfläche (274) dem Metallstift (26) gegenüberliegt.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 4, bei der sich im Querschnitt ein Aluminiumpartikel zwischen der verformten Oberfläche (274) und dem Metallstift (26) befindet.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine Oberfläche des Metallstifts (26) eine Rille umfasst, die einem Abschnitt des Aluminiumdrahts (27) in der Lötschicht (28) gegenüberliegt.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der zumindest eine Teil des Wickelabschnitts (271) einen weit gewickelten Abschnitt (272) umfasst, der derart um den Metallstift (26) herum gewickelt ist, dass benachbarte Wicklungen desselben durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet sind, der eine größere Breite aufweist als ein Durchmesser des Aluminiumdrahts (27).
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 7, bei der der Wickelabschnitt (271) einen eng gewickelten Abschnitt (273) umfasst, der derart um den Metallstift (26) herum gewickelt ist, dass benachbarte Wicklungen desselben ohne einen Zwischenraum zwischen denselben miteinander in Kontakt sind oder durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet sind, der eine Breite aufweist, die gleich dem oder kleiner als der Durchmesser des Aluminiumdrahts (27) ist.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 8, bei der der Metallstift (26) dazu angeordnet ist, durch eine Oberfläche eines aus einem Harz (29) hergestellten Isolators (212) vorzustehen; der weit gewickelte Abschnitt (272) an einem Spitzenabschnitt des Metallstifts (26) angeordnet ist und der eng gewickelte Abschnitt (273) an einem Basisabschnitt des Metallstifts angeordnet ist; und kein Abschnitt der Lötschicht (28) an dem Basisabschnitt angeordnet ist.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Metallstift (26) dazu angeordnet ist, durch eine Oberfläche eines aus einem Harz hergestellten Isolators (212) vorzustehen; der Isolator einen Adapter (22) umfasst, der auf einer Oberfläche desselben angeordnet ist; der Adapter folgende Merkmale umfasst: ein Einfügeloch (221), durch das der Metallstift (26) eingefügt wird; und einen Zuleitungsdraht-Befestigungsabschnitt (222), an dem ein Zuleitungsdraht (223), der mit einer externen Leistungsversorgung und dem Metallstift (26) verbunden ist, befestigt ist; die Lötschicht an einem Spitzenabschnitt des Metallstifts (26) angeordnet ist und kein Abschnitt der Lötschicht (28) an einem Basisabschnitt des Metallstifts angeordnet ist; und das Einfügeloch (221) ein in demselben angeordnetes Harz (29) umfasst, und ein Umfang eines Teils des Wickelabschnitts (271), der sich zwischen dem Einfügeloch und dem Spitzenabschnitt erstreckt, mit dem Harz bedeckt ist.
Lötverbindungsstruktur (25) gemäß Anspruch 10, die ferner ein zweites Lötmittel aufweist, das dazu angeordnet ist, den Metallstift (26) und den Zuleitungsdraht (223) miteinander zu verbinden; wobei die Lötschicht aus einem ersten Lötmittel hergestellt ist; und das zweite Lötmittel dazu angeordnet ist, einen Silbergehalt aufzuweisen, der in Gewichtsprozent geringer ist als der des ersten Lötmittels.
Ein Lötverbindungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: a) Wickeln eines Aluminiumdrahts (27) um einen Metallstift (26) in einer Form eines Prismas oder eines kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Zylinders, um einen Wickelabschnitt (271) zu definieren; und b) Definieren einer Lötschicht, um den Metallstift und zumindest einen Teil des Wickelabschnitts durch Löten unter Anlegen einer Ultraschallwelle miteinander zu verbinden; wobei der Schritt b) bei dem zumindest einen Teil des Wickelabschnitts bewirkt, dass ein Abschnitt des Aluminiumdrahts (27) in einem Querschnitt, der senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich der Aluminiumdraht erstreckt, verschwindet oder eliminiert wird.