JP3699398B2 - 平型整流子とその製造方法ならびに製造のために使用する導体素材および炭素材盤 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、絶縁性の圧縮成形材料製の支持部材と、多数の導体セグメントと、前面側に配置され前記導体セグメントと導電的に結合された同様に多数の炭素材セグメントとからなり、導体セグメントが、それぞれ支持部材の周囲に配置された壁厚の接続領域と、支持部材とこれに対応する炭素材セグメントとの間に配置され同様に壁厚な接触領域と、接続領域と接触領域との間に配置された壁薄の移行領域とを備えてなる電気機械用平型整流子に関する。本発明はさらにこの種の平型整流子の製造方法ならびにその製造のために使用される導体素材および炭素材盤に関する。
【０００２】
絶縁性の圧縮成形材料製の支持部材と、多数の導体セグメントと、前面側に配置され前記導体セグメントと導電的に結合された同様に多数の炭素材セグメントとからなる平型整流子は従来多数の異なった形式で実施されている。この点に関して、例えば米国特許第５１７５４６３Ａ１号、ドイツ特許第９８００７０４５Ｕ１号、ドイツ特許第１９７５２６２６Ａ１号、米国特許第５２５５４２６Ａ１号、ドイツ特許第１９６５２８４０Ａ１号、国際特許第９７／０３４８６号、ドイツ特許１９６０１８６３Ａ１号、ドイツ特許第４０２８４２０Ａ１号、欧州特許第０６６７６５７Ａ１号、米国特許第５４４２８４９号、国際特許第９２／０１３２１号、ドイツ特許第１９７１３９３６号Ａ１、米国特許第５６３７９４４Ａ１号、およびドイツ特許第１９７１３９３６Ａ１号等が参照として挙げられる。さらに、関連する従来技術を形成するものとして、米国特許第５６２９５７６Ａ１号、ドイツ特許第１９９０３９２１号、ならびに欧州特許第０９３５３３１号が挙げられる。これらの文献のうち２つが文頭に述べた特徴を有する平型整流子を開示している。ドイツ特許第４０２８４２０号（英国特許第２２４７９９４Ａ号に対応）に記載されている平型整流子において、導体セグメントの接続領域と接触領域との間にネッキングが設けられており；これによる断面積の削減は、導体素材の製造に際して最初は平らである原材料に対して接続領域を適宜に設けるために効果的である。ドイツ特許第９２１１４８８Ｕ１号によって知られている平型整流子においては導体セグメントの外面に段部が形成され、これによって接続領域と接触領域の間の断面積が削減される。この段部は後に圧縮成形材料によって充填され、従って完成した平型整流子の炭素材セグメントは周回的に閉鎖している圧縮成形材料によって包囲されている。
【０００３】
炭素材摺動面を有する平型整流子に関する権利件数が多いことは実用上においてこの種の構造の整流子の需要が多いことを示しており、これは特に自動車の燃料ポンプの駆動用に使用されるものである。同時に多くの交換文献が存在することは、現在まで完全には解決されていない多くの問題点が存在することを示している。
【０００４】
このことには、特に既知の平型整流子において異なった種々の要件が部分的に互いに相反することが関連しており；その例として特に平型整流子において小さな寸法と安価な製造コストとならびに長い寿命を同時に目標とすることが挙げられる。前述した相反関係のうち特に重大ななものは、平型整流子の寸法の低減と寿命の向上との関係であり；これは回転子コイルが一般的に導体セグメントに溶接されており、ここで平型整流子の寸法を低減すると導体セグメントと炭素材セグメントとの導電性接続が過熱によって破損することにつながり、その結果平型整流子の寿命の低下につながるためである。実際に、前述した公報に記載されている整流子において、軟質ハンダによって形成された炭素材セグメントと導体セグメントとの間の接続を使用する限り、実用上において前述した問題とそれによってもたらされる寿命の低下を防止することはできない。このため、例えば、炭素材セグメントと導体セグメントとを結合するために耐熱性の硬質ハンダを使用するか（例えば欧州特許第０９３５３３１Ａ１号参照）、または導体セグメントと炭素材セグメントとの間の接触点を回転子コイルの端子から大きく離間して配置する（ドイツ特許１９９０３９２１Ａ１号参照）ことが提案されている。しかしながら、最初の提案はコストの増加につながり、２番目の提案は整流子の寸法が増大することにつながる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、比較的低コストに製造することができるとともに比較的小さな寸法にもかかわらず長い寿命を達成することができる冒頭に述べた種類の平型整流子を提供することである。さらに、本発明の目的はこの種の平型整流子の製造方法、ならびにこの種の整流子の製造において有効に使用することができる中間材料を提供することである。
【０００６】
前記の課題は、本発明に従って、冒頭に述べた種類の平型整流子において、導体セグメントの均等に壁薄な移行領域が整流子軸に対して径方向に指向しているともに炭素材セグメントから離間した位置で導体セグメントの接触領域に接続しており、導体セグメントの移行領域と炭素材セグメントとの間にいずれも圧縮成形材料層が形成されることによって解決される。従って、本発明に係る平型整流子の重要な意義は複数の特徴の組み合わせである：導体セグメントが全体にわたって殆ど等しい壁の厚さで形成されておらず；むしろ導体セグメントの異なった各領域間において壁の厚さが大幅に異なっており、すなわち回転子コイルへの接続の作用を行う接続領域と導体セグメントとこれに対応する炭素材セグメントとの間の導電性の結合を形成する接触領域との間に比較的壁薄の移行領域が存在する。均等に壁薄に形成された導体セグメントの移行領域は、整流子軸に対して径方向に指向しているともに炭素材セグメントから離間した位置で導体セグメントの接触領域に接続している。この方式でまず炭素材セグメントと導体セグメントの移行領域との間に最初に形成された隙間は圧縮成形材料によって充填される。
【０００７】
従って本発明に係る平型整流子において、熱流に対して垂直な方向に測った移行領域の壁の厚さは該当する導体セグメントの半径方向に測った接続領域の壁の厚さおよび軸方向に測った接触領域の壁の厚さに比べて小さいものとなり、この際接続領域はさらに軸方向および周囲方向においても比較的大きな寸法を有している（下記参照）。この種の導体セグメントの構造によって、極めて小型で小さな寸法を有する平型整流子において導体セグメントの接続領域へのコイル導線の溶接のために過熱による導体セグメントと炭素材セグメントとの間の導電性の接続が破損することが防止される。これは、壁厚の導体セグメントの接続領域がその高い熱容量のために溶接工程において発生する熱に対して最初の降下作用をもたらすためである。これに対して接続領域と接触領域との間の壁薄の移行領域は、その通常熱流方向における小さな断面積のため導体セグメントの接続領域から接触領域への熱伝導に対して大きな抵抗をもたらす。さらに壁厚の接触領域が移行領域と通過して伝導された（いずれにしても低減されている）熱エネルギーに対して大きな熱降下作用をもたらす。結果として、導体セグメントの接触領域は回転子コイル導線の導体セグメントへの溶接に際して従来技術において生じるような加熱作用は全く生じない。本発明を適用することによって、従来の溶接工程において導体セグメントと炭素材セグメントとの間に発生する最高温度を従来の同種の平型整流子に比べて５０℃あるいはそれ以上低減することができる。その結果、回転子導線を平型整流子に溶接する際に炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の接続が破損する危険性が大幅に低減される。本発明を適用することによってそれどころか炭素材セグメントを軟質ハンダ付けによって導体セグメントに永久的に結合することができ、これは接触点に生じる温度が確実に軟質ハンダの融点より低いものとなるからである。このことは勿論超小型の平型整流子にも有効である。このため、本発明を適用することによって炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の接続を可能な限り導体セグメントの接続領域から大きく離間して配置する必要性が除外され、これは大きく半径方向内側に位置するとともに比較的小さな従来炭素材セグメントと導体セグメントとの間の接触面をもたらすものであった。本発明を適用することによってむしろ炭素材セグメントと導体セグメントとの間に大きな接触面を形成することが実現され、これは接続部の寿命を向上させるように作用する。
【０００８】
本発明に従って構成された、前述の導体セグメントの接続領域と接触領域との間の壁薄の移行領域によって通常はそうではない熱伝導抵抗（前述参照）が利点として機能する。さらに、均等に壁薄で実質的に整流子軸に対して放射方向を指向している移行領域によって平型整流子の製造中に生成される導体セグメントの接触領域の軸方向に作用する柔軟性によって、以下に記述する本発明の好適な構成形態に示されるように、炭素材環状盤から導体素材の接続領域および移行領域に対して後に圧縮成形材料によって充填される間隔が保持されることが重要である。この軸方向に作用する柔軟性は、導体素材と炭素材環状盤とによって形成される合成部材を支持体の支持体の射出成形のために射出成形金型内に挿入する場合に、射出成形金型を型締めする際に炭素材環状盤に作用する圧力を制限するように作用する。移行領域の弾力性ならびにそれによって可能となる接触領域の軸方向の弾性たわみによって、射出成型金型を型締めする際に炭素材環状盤に作用する圧力を制御することができる。主型締め圧力は接続領域ならびに場合によってこれを結合しているブリッジ部材および接続棒材（下記参照）内の圧力に変換され；この種の型締め圧力は導体素材を軸方向において１ないし４％変形するように作用するが、炭素材環状盤を損傷することがないように実現することができる。従って、炭素材環状盤と導体素材を経済的に製造するために回避することができない許容性に依存することなく、整流子を射出成形金型内において設計値通りに正確に製造することができる。これに続く前面側の後処理は不要となり、これによってコストの低下が達成される。炭素材環状盤上に作用する圧力を有効に制限することによって、平型整流子の製造中における炭素材環状盤の損傷の危険性が低減されるとともに、歩留まりを改善する効果が得られる。本発明はさらに炭素材環状盤の製造に際して例えば圧力に敏感で壊れ易く傷も付き易い樹脂と結合された炭素材等の比較的安価な材料を使用することを可能にする。
【０００９】
前述した導体素材の接触領域のこれに着合している炭素材環状盤を伴ったこの導体素材の接続領域に対する軸方向の弾性たわみに関して、移行領域が完成した平型整流子の半径の約５％、好適には約８ないし１０％の最低延長を有することが特に好適であり、これは小型整流子において一般的な寸法（約２０ｍｍの直径）において１ｍｍからなる移行領域の放射方向の最低延長に相当する。
【００１０】
前述したように、本発明によれば、導体セグメントの移行領域は炭素材セグメントから離間した位置で導体セグメントの接触領域に接合している。この方式によって導体セグメントの移行領域と場合によって接続領域、ならびに炭素材セグメントとの間の両方にそれぞれ圧縮成形材料層によって充填可能な隙間が形成され得る。接触領域の接触面から離間した移行領域の接続部によって、導体セグメントの移行領域から炭素材セグメントへの熱伝達が大幅に低減されるような作用がなされる。圧縮成形材料層の作用によって、導体セグメントの接触領域と炭素材セグメントとの間の導電性の接続を侵蝕性の媒体から保護する効果が得られる。
【００１１】
本発明において、前述した導体セグメントの異なった領域間において異なった壁の厚さのため、本発明に係る平型整流子の製造において使用される導体素材の製造を組み合わされた押出し成形および押抜きによって極めて効果的に行うことができる。まず押出し成形によって既に壁厚の接続領域と壁薄の移行領域とさらに壁厚の接触領域とを備える鉢形状の基礎部材が製造され、この際接触領域と場合によって移行領域とが未だ閉式の環状体を形成しながら結合されている。その後押抜き加工によって基礎部材の底部が分割される。
【００１２】
導体セグメントの個々の部分の理想的な寸法、特に異なった壁の厚さとそれらの相互の関係は、種々の要件の大きさに依存するものとなる。しかしながら、導体セグメントの移行領域の壁の厚さが接触領域の壁の厚さの８０％になると既に炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の接続の寿命が従来の技術に比べて大幅に改善される。導体セグメントの移行領域の壁の厚さを接触領域の壁の厚さの６０％未満にすることによって、壁の厚さの差異をさらに大きくすれば特に好適である。このことによって、移行領域が炭素材セグメントから離間して導体セグメントの接触領域に接合している場合に、導体セグメントの移行領域から炭素材セグメントへの距離が拡大される。他方接触領域の寸法としては、接触領域の壁の厚さがこの接触領域の周方向の長さの少なくとも０．４倍となることが好適である。
【００１３】
さらに、接続領域は、周囲方向および軸方向において、接続フックの両側において二重電極が充分なスペースを有するような寸法とすることが好適である。この点に関して、接続領域は平型整流子の周囲の少なくとも６５％、特に８０％にわたって延在することが好適である。このような接続領域の大きな寸法は接続領域の熱容量に関して効果的なものであり、本発明に係る熱特性を向上するよう作用する。
【００１４】
前述したように、本発明を適用することによって、炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の接続を半径方向内側に位置する比較的小さな接触面に限定することは必要でなくなる。導電性の接続を形成する平面を最大化するために、本発明の好適な追加構成においては導体セグメントの接触領域が全面的に炭素材セグメントの前面と接触することを特徴とする。炭素材セグメントの前面上の接触面は周回的に閉鎖または開放されている枠形状の隆起部によって全体的または部分的に包囲され、その輪郭が導体セグメントの接触領域の輪郭に対応しており、平型整流子の製造に際して炭素材環状盤と導体素材とを相互に整合させるよう作用する。この特徴も、前述した押出し成形と押抜き加工との組み合わせによる導体素材の製造方法と関連するものである。壁厚の接触領域は炭素材セグメントの枠形状の隆起内においてこの炭素材セグメントと全面的に接触するように適応しており、このため導体素材は従来頻繁に実施されたように深絞りによって板金から製造されることはない。
【００１５】
前述した枠形状の隆起部を省略すると、接触面は該当する炭素材セグメントの前面全体にわたって延在し、従って炭素材セグメントは全面において導体セグメントの接触領域と導電性に接続される。
【００１６】
前述した炭素材セグメントの接触面の領域において、導体セグメントと炭素材の接触領域と炭素材セグメントとの間に導電性の接触材料を収容することが特に好適である。これは例えば軟質ハンダとすることができる（前記参照）。しかしながら、例えば銀製の粒子、粉末、および／または板片から形成することもできる。これは、以下に詳細に説明するように、本発明の好適な追加構成において、炭素材セグメントがその半径方向内側および外側の周囲面が圧縮成形材料から形成された支持部材内に固定的に埋め込まれている場合、接触領域と炭素材セグメントとの間のハンダ等による機械的な支持結合が不要となるためである。
【００１７】
前述の観点において、炭素材セグメントはその半径方向外側の周囲面がいずれも支持部材によって形成された圧縮成形材料カバーによって被覆されることが好適であり、この際炭素材セグメントの外側周囲面と圧縮成形材料製カバーとの間にいずれもインタロック式の結合が形成されることが好適である。前記のインタロック式結合は、既知のステップ形状、歯切り形状、ノコギリ歯形状等によって実施することができる。ここで波打ち型とすることが特に好適である。
【００１８】
本発明に係る平型整流子の特に好適な追加構成において、導体セグメントの接続領域は周囲方向に延在する軸溝を備えており、この中に圧縮成形材料製カバーのリブが嵌合している。これによって圧縮成形材料製カバーとこれに対応する導体セグメントとの間に噛合が形成され、これは整流子の耐久性に極めて良好な効果をもたらすものである。この溝は特に四角形溝として形成することができ、これは押出し成形によって形成された第１段階の導体素材の底部を押抜き加工する際にその中に刻み付けることができる。導体素材と炭素材環状盤とからなる複合部材を圧縮成形材料からなる支持部材を形成するために挿入する射出成形金型を型締めする際に、溝の外側境界部が型締め圧力によって半径方向内側に向かって変形されて溝がアンダーカットを有するようになり；これが圧縮成形材料リブを溝内に強固に固定するように作用する。
【００１９】
導体セグメントの接続領域は前述した圧縮成形材料製カバーの外側周囲面を超えて放射方向に突出していることが特に好適である。この特徴は、後に記述する好適に製造方法ならびにその際に使用される導体素材の形成において重要である。
【００２０】
本発明に係る平型整流子の好適な追加構成において、支持部材の核部が炭素材セグメントの半径方向内側の周囲面をインタロック式の結合を形成しながら被覆する。特に前述した炭素材セグメントの外側周囲面を被覆する圧縮成形材料製カバーとの組み合わせによって、炭素材セグメントと支持部材との間に充分に強固な機械的結合が形成され、従って導体セグメントの接触領域と炭素材セグメントとの間の機械的支持結合は省略することができる（前記参照）。
【００２１】
本発明のさらに別の好適な追加構成において、接続領域に端部側が斜めに形成された接触ラグが設けられる。この種の対応する接続領域の外側周囲面に向いている斜面によって、導体セグメントの接続領域に向かって湾曲している接触ラグと導体セグメントの接触領域との間の接触面が炭素材セグメントに対する接続部と近い程度まで縮小される。このことも、回転子コイルの導線を導体セグメントに溶接する際に発生する熱の導体セグメントの接続領域と炭素材セグメントとの間の導電性接続部への伝導を低減する点において好適である。
【００２２】
さらに、炭素材セグメントの外側の導体セグメントに向いている周囲縁部を段差を設けて形成することが好適である。この方式によって圧縮成形材料からなる環状の補強部材が形成され、これは該当する炭素材盤の縁部の効果的な保護を提供するように作用する。
【００２３】
前記の整流子を製造するために使用される導体素材は軸の周りを周回して配置された複数の導体セグメントを含み、そのうち２つはそれぞれブリッジ部材を介して互いに結合されており、導体セグメントはいずれも導体素材の外側周囲部に配置された壁厚の接続領域と前面側に配置された同様に壁厚の接触領域と接続領域と接触領域との間に配置された壁薄の移行領域とを備えており、導体セグメントの均等に壁薄な移行領域が整流子軸に対して径方向に指向しているともに炭素材セグメントの端面から離間した位置でこの炭素材セグメントに接続している。この際ブリッジ部材は隣接する２つの導体セグメントの接続領域の間に配置され、ブリッジ部材と導体セグメントの接続領域とが同じ軸方向長さを有するとともにその軸方向長さ全体にわたって結合ロッドを介して互いに結合されていることが特に好適である。前述したブリッジ部材の構成および寸法によって、管形状の導体素材の両端面にそれぞれ軸に対して垂直な面内に延在する環状の閉鎖された面が形成される。これらは、それぞれ圧縮成形材料から支持部材を射出成形する際に使用される射出成形金型の片側部材に対する密封面として適している。接続領域とブリッジ部材と結合ロッドによって周回的に閉鎖された管形状の導体素材は射出成形金型の両方の片側部材と連動して圧縮成形材料によって充填される空間に接合する。
【００２４】
導体素材を管形状に形成することによって、さらに射出成形金型の両方の片側部材がそれぞれ導体素材との密封面の領域において正確に相互に対向することを可能にする。このことは高い型締め圧力の点に関して特に好適である。これはその圧力が導体素材によって許容不可能な大きな変形を伴わずに受容されるためである。型締め圧力によって管形状の導体素材内に実質的に単独の圧縮ひずみが生じる。
【００２５】
前述した射出成形金型の両方の片側部材と導体素材の互いに反対側に位置する両方の環状密封面に対する環状の支持によって、圧縮成形材料製カバーが存在する場合その外側周囲面が導体セグメントの接続領域の外側周囲面に比べて整流子軸に対してより小さい距離を有するものとなる。これに従って導体セグメントの接続領域は段部を形成しながら圧縮成形材料製カバーの外側周囲面を超えて放射方向に突出している。
【００２６】
前述した結合ロッドはブリッジ部材の壁の厚さよりも大幅に薄いものとすることが特に好適である。このことは、圧縮成形材料から支持部材を射出成形する際に発生する圧力に耐えるために充分である。結合ロッドの壁の厚さが薄いことによって支持部材を形成した後のブリッジ部材の除去が容易になる。この点に関して、ブリッジ部材の半径方向内側の周囲面から整流子軸への距離が導体セグメントの接続領域の半径方向外側の周囲面から整流子軸への距離と等しいかまたは特にわずかに大きいことが極めて好適である。これは、このことによって支持部材を形成した後に軸方向に作用するプランジャによってブリッジ部材をせん断または押突することが可能になるためである。この場合、ブリッジ部材を除去するための手間のかかる平型整流子の外側周囲面のねじり動作は不要となる。
【００２７】
本発明に係る平型整流子の製造において、炭素材環状盤を使用することが特に好適である。これは導体素材と組み合わされ、この際導体セグメントの接触領域が炭素材環状盤の端面の接触面に接合することが特に好適であり、これは周回的に閉鎖されたあるいは開放された枠形状の隆起部によって全体的あるいは部分的に包囲されており、その内側輪郭は導体セグメントの接触領域の外側輪郭に相当する（前記参照）。導体素材と炭素材環状盤とからなるユニットは圧縮成形材料からなる支持部材を形成するために射出成形金型内に挿入される。支持部材が形成された後、炭素材環状盤は切断によって個々の炭素材セグメントに分割される。
【００２８】
前述した炭素材環状盤の枠形状の隆起部は圧縮成形材料内に完全に埋め込まれるかあるいはこれによって被覆される。このことによる効果は、特に枠形状の隆起部を完全に閉鎖するように形成した場合に炭素材セグメントと導体セグメントとの間の接触面を侵蝕性の媒体に対して保護するばかりではない。これによって、さらに炭素材セグメントが支持部材内の周囲方向において自律的に固定され、また炭素材セグメントが支持部材内で半径方向において固定される作用ももたらされる。
【００２９】
炭素材セグメントと導体セグメントの接触領域との間の導電性の接続がハンダ付けによって形成される場合、炭素材環状盤の少なくとも後に接触面となる部分を金属化する必要がある。このため既知の電食方法が好適である。この場合、炭素材環状盤を全面的に金属化することが好適であり；枠形状の隆起部は開放して形成することが好適である。本発明の１つの特徴によれば、この金属化は特に銀添加された銅または銀粉末等の金属粒子を後に炭素材環状盤の接触面となる部分に高圧で圧着してその後焼結することによって実施される。この方式の炭素材環状盤の金属化は後に接触面となる部分に限定することが好適であり、これも周回的に閉鎖する枠形状の隆起部によって包囲することが好適である。
【００３０】
好適な追加構成において、本発明に係る平型整流子は炭素材セグメント間に設けられた分離切り込みの深さを超えて支持面から延在している拡大された領域を有する心出し孔部を備えている。この際拡大された領域が錐形に形成されれば特に好適である。このことによって、整流子が差し込まれている軸を介して炭素および／または金属棒材による短絡が生じる危険性が低減される。また錐形構造のため整流子の剛性がさらに効果的に維持される。
【００３１】
前述した本発明の説明から、従来知られていなかった特徴を有する平型整流子が提供されることが理解される。特に本発明に係る平型整流子は安価な製造コストにもかかわらず極めて高い安定性に基づいた優れた品質を有することを特徴とし、さらに極めて小さな寸法が可能になる。さらに炭素材セグメントの被覆成形が可能となり；射出成形金型も極めて簡便に構成することができる。加えて、導体素材は内側ならびに外側においてつながった輪郭を有しており、従ってダイプレート上に設置することができる。
【００３２】
次に、本発明の好適な実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３３】
図１および図２に示された平型整流子は絶縁性の圧縮成形材料から形成された支持部材１と、軸２の周りに均等に配置された８個の導体セグメント３と、および８個の炭素材セグメント４とからなり、そのそれぞれが導体セグメント３と導電性に結合されている。支持部材１は心出し孔５を備えている。この範囲において図１および図２の平型整流子は従来の技術を拡大して適用したもの相当し、従ってその構造の詳細な説明は不要である。
【００３４】
銅によって形成された導体セグメント３は、後に詳細に示すように、図３ないし図５に示された導体素材から形成されるものである。これは３つの領域からなり、すなわち接続領域６と接触領域７とこれら２つの領域を互いに結合する移行領域８である。接触領域６のそれぞれに接触ラグ９が設けられている。これはコイル導線１０を対応する導体セグメント３と導電性に接続するよう作用する。接触ログ９は、端部側（図３参照）の完成した平型整流子において半径方向内側に向いているとともに対応する導体セグメント３の接続領域６に隣接する全ての面上に斜面部１１を備えている。
【００３５】
支持部材１内における導体セグメント３の固定を改善するために、各導体セグメント３の接続領域６から斜め前方に固定爪部材１２が突出している。同じ目的のために導体セグメント３の接触領域７の半径方向内側の端部に固定部材１３が設けられており、これは接触領域から実質的に軸平行に突出している。この固定部材１３はその外側周囲面に刻み１４を備えている。
【００３６】
本発明においては、導体セグメント３が異なった部分ごとに異なった寸法を有することが特に重要である。半径方向に測った接続領域６の厚さと軸方向に測った接触領域７の厚さが大きいことに対して移行領域８は極めて壁薄に形成されている。移行領域８は炭素材セグメント４から離間した位置で接触領域７に接合しており、従って導体セグメント３の接続領域６と炭素材セグメント４との間、ならびに移行領域８と炭素材セグメント４との間にはいずれも接触が形成されない。
【００３７】
導体セグメント３の接触領域７は全面的に接触面１５に着合しており、これは炭素材セグメント４の端面側に配置されている。接触面１５の付近において導体セグメント３の接触領域７と炭素材セグメント４との間に導電性の接触材料１６が収容されている。接触面１５は周回的に閉鎖している枠形状の隆起部２７（図６参照）によって包囲されており、これは炭素材セグメント４の端面２８から突出している。炭素材セグメント４の枠形状の隆起部２７の内側輪郭は、支持部材１を形成する際に圧縮成形材料が全く接触面１５に浸入しないように導体セグメント３の接触領域７の輪郭に気密に適合している。
【００３８】
炭素材セグメント４は半径方向外側の周囲面がいずれも支持部材１の圧縮成形材料１７によって被覆されている。この際炭素材セグメント４の外側周囲面を段状に形成することによって対応する圧縮成形材料製カバー１７に対してのインタロック式の結合が形成される。導体セグメント３の接続領域６は圧縮成形材料製カバー１７の外周面から径方向にわずかに突出しており、これによって平型整流子の外周に段部１８が形成される。
【００３９】
支持部材１の核部は炭素材セグメント４の半径方向内側の周囲面をも被覆している。ここでも炭素材セグメント４の半径方向内側の周囲面を段状に形成することによってインタロック式の結合が形成される。この炭素材セグメント４と支持部材１の半径方向内側および外側の間におけるインタロック式の結合によって炭素材セグメントが支持部材１内に恒常的に固定されることが確立される。さらに周囲方向においても炭素材セグメント４は枠形状の隆起部２７によって支持部材１にインタロック式に嵌合する。
【００４０】
さらに図１には圧縮成形材料層１９が示されており、これは導体セグメント３の接続領域６と移行領域８、さらにこれに対応する炭素材セグメント４の間に形成されている。各圧縮成形材料層１９の厚さは特に導体セグメント３の移行領域８と接触領域７との間の厚さの比に相関する。
【００４１】
さらに、放射切り込み２０も示されており、これによって最初は一体的である炭素材環状盤（図６および図７参照）が個々の炭素材セグメント４に分割される。
【００４２】
図２には導体セグメント３の接続領域６の外側周囲面が拡大して示されている。接触ラグ９の両側には、コイル導線１０を該当する導体セグメントに溶接する際に溶接電極と接触するための２つの比較的大きなゾーンが設けられている。
【００４３】
図３ないし図５には、図１および図２の平型整流子を製造するために使用される導体素材の上方および下方から見た断面が示されている。導体素材の詳細の多くは前述した図１および図２の説明によって明らかであり；前記の形態を参照するものとする。導体素材の重要な特徴はその周囲の完全に閉鎖している管形状の構成である。２つの接続領域６の間にはそれぞれブリッジ部材２１が設けられる。ブリッジ部材２１と導体セグメント３の接続領域６は同じ軸方向長さを有しており、軸方向の長さ全体にわたって結合ロッド２２によって互いに結合されている。これによって導体素材の両方の端面側に閉鎖された環状面２３および２４が形成され、これらは導体セグメント３の接続領域６とブリッジ部材２１の端面を交互に組み合わせて構成されている。このことは、前述したように、圧縮成形金型を導体素材に気密に接合する際に極めて好適であり、この際極めて高い射出圧力のために必要な極めて高い型締め圧力によって導体素材が破損するように変形することが防止される。
【００４４】
結合ロッド２２は、溝２３を適宜に形成することによって極めて壁薄に形成さされる。このことによって、ブリッジ部材２１は、支持部材が射出成形された後に軸方向に押突することによって単一工程で除去することができる。このためブリッジ部材２１の半径方向内側の周囲面から整流子軸２への距離２４は導体セグメント３の接続領域６の半径方向外側周囲面から整流子軸２への距離２５に比べて小さいものではなく、等しいか、特に好適には最小限にこれより大きなものとなる。
【００４５】
図６には、図１および図２の平型整流子を製造するために使用される炭素材環状盤が示されており、端面側に形成され接触面１５を包囲している枠形状の隆起部２７の形状が明示されている。図５との比較によって、枠形状の隆起部２７の内側輪郭が導体セグメント３の接触領域７の外側輪郭に適合していることが理解される。
【００４６】
さらに、図６には、造形された炭素材環状盤の外側および内側周囲面が示されており、これは後に炭素材セグメント４と支持部材１の核部または該当する圧縮成形材料製カバー１７の領域の圧縮成形材料との間にインタロック式の結合を形成するように作用する。
【００４７】
接触面１５は焼結の前に表面に金属粉を圧着することによって金属化することができる。
【００４８】
図７に示された炭素材環状盤は図６に示されたものに対して、枠形状の隆起部２７が周回的に閉鎖されておらずむしろ開放されている点において異なっている。従ってこれは接触面１５を部分的に包囲しており；従って完成した平型整流子においても導体セグメント３の接触領域７を部分的にのみ包囲する。これは、平型整流子の製造中において導体素材と炭素材環状盤とを相互に確実に整合させるために充分なものとなる。
【００４９】
炭素材環状盤の端面全体を電食によって金属化することができる。
【００５０】
図８には、本発明に従って構成された平型整流子の別の実施例が示されており、これは以下に記述する点において図１の平型整流子と異なっている：
【００５１】
図１の平型整流子に対する図８の平型整流子の第１の相違点は、支持部材１の圧縮成形材料製カバー１７と導体セグメント３の接続領域６との間の噛合３１による固定である。これは、導体セグメントの接続領域内において周囲方向に延在する軸方向溝３２とこの溝内に嵌合している圧縮成形材料リブ３３によって形成されている。さらに溝３２のアンダーカットが示されており、これは支持部材１が成形される射出成形金型の型締めに際して環状の溝の外側境界部が押しつぶされることによって形成される。
【００５２】
さらに、図８と図１とを比較すると、図８の平型整流子は異なった方式で形成された心出し孔部５を備えている。これは、この孔部５が錐形の拡大領域３４を備えており、これは段部３５を介して孔部の円筒状部分３６に接続しているためである。炭素材環状盤を個々の炭素材セグメントに分割するための分離切り込み２０は心出し孔部５の拡大領域３４に接続している。
【００５３】
炭素材セグメント４は枠形状の隆起部２７によって包囲されている接触面１５のみが金属化され、これは焼結の前に炭素材環状盤の表面に金属粉を圧着することによって実施される。炭素材セグメントは軟質ハンダによって導体セグメントと導電性に接続されている。
【００５４】
その他の点において図８に示された平型整流子は図１のものと同様であり、従って繰り返しの説明を避けるために対応する実施例を参照する。
【００５５】
図９に示された平型整流子はその基本的構造において図８の平型整流子と同様である。従って、繰り返しを避けるために図９に示された平型整流子は図８の実施例を参照するものとし、以下の説明はその相違点のみに限定して行う。接触面１５を包囲している第１に枠形状の隆起部２７′は半円形の断面を有している。このことによれば平型整流子の製造に際して導体素材と炭素材環状盤との接合が容易化されるだけではない。この枠形状の隆起部２７′の形式の別の利点は、圧縮成形材料が導体３の接触領域７の周囲面とこれに接合している枠形状の隆起部２７′との間の楔形の領域３７内に流入することである。このことは導体セグメント３の接触領域７に対する炭素材セグメント４の固定的な結合に対して効果をもたらす。さらに、枠形状の隆起部２７′が圧縮成形材料によって完全に被覆されることが好適である。
【００５６】
図８に示されたものに対する図９の平型整流子のさらに別の相違点は、導体セグメント３の移行領域８の半径方向の長さが拡大されている点である。完成した平型整流子の外側直径が約２０ｍｍである際に移行領域８の半径方向の長さは約１ｍｍとなる。この際移行領域は半径方向を向いており；軸方向において測定した壁の厚さは約０．７ｍｍとなり、この際半径方向において測定した接続領域６の壁の厚さは約１．２ｍｍ、軸方向において測定した接触領域７の壁の厚さは約１．４ｍｍとなる。各移行領域８が対応する接触領域７に接続する断面は、段部３８のために約０．５ｍｍの高さとなり、これは接続領域６から移行領域８を介して接触領域７への熱流の低減に関して効果をもたらす。
【００５７】
さらに、図８の平型整流子と異なって、導体セグメント３の接続領域６内に軸方向溝は設けられていない。移行領域８は段部３９を形成することによって導体セグメント３の接続領域６の端面４０に対して位置がずらされている。導体セグメント３の接続領域６の壁の厚さならびに移行領域８の半径方向の長さによって炭素材セグメント４の半径方向外側面と導体セグメント３の接触領域７の半径方向外側面と間に大きな距離（特に約１．８ｍｍ）が形成される。これによって枠形状の隆起部２７′から半径方向外側に炭素材セグメント４の比較的大きな端面２８′が形成され、これを介して支持部材１との間の結合が形成される。端面２８′と隆起部２７′によって全体として炭素材セグメント４の滑り面の約５０ないし７０％に相当する面積が支持部材１の圧縮成形材料と結合する。
【００５８】
図１０の平型整流子は主要な構造において図９のものと同様である。これには、枠形状の隆起部２７′の形状、接触面１５の大きさ、および導体セグメント３の接続領域６と移行領域８と接触領域７の壁の厚さが含まれている。ここでは導体セグメント３の移行領域８は接続領域６の端面に直線的に接合しており、従って図９に示されている段部３８および３９は存在していない。
【００５９】
図１１には、図１０に示された平型整流子の製造、すなわち射出成形金型内に挿入される導体素材ならびにこれと結合された炭素材環状盤とからなる複合部材の状態が示されている。射出成形金型の上側の片側部材４１は、接触領域６、ブリッジ部材２１、および結合ロッド２２（図４参照）の上側端面によって形成される密封面４２に接合している。同様に、射出成形金型の下側の片側部材４３は、接触領域６、ブリッジ部材２１、および結合ロッド２２の下側端面によって形成される密封面４４に接合している。図１１には、考えられる炭素材環状盤の厚さの誤差は接続領域６に対しての導体素材の接触領域７の移行領域８の変形を伴った軸方向（矢印Ａ）の弾性たわみによって補償されることが示されている。従って、炭素材環状盤の厚さの誤差は完成した平型整流子の仕上がり寸法に影響を与えない。その結果、完成した平型整流子の寸法は、考えられる炭素材環状盤のその公称値からの寸法偏差にかかわらず、射出成形金型によってのみ決定される。従って完成した平型整流子は高コストな端面の後処理を行うことなく正確な設計値を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って構成された平型整流子を示す軸方向の断面図である。
【図２】 図１の平型整流子を示す側面図である。
【図３】 図１および図２に示された平型整流子を製造するために使用される導体素材を示す軸方向断面図である。
【図４】 図３の導体素材を上方から見た平面図である（図３の矢印ＩＶ）。
【図５】 図３および図４の導体素材を下方から見た平面図である（図３の矢印Ｖ）。
【図６】 図１および図２の平型整流子を製造するために使用される炭素材環状盤を示す立体図である。
【図７】 本発明に係る平型整流子を製造するために使用される炭素材環状盤の第２の実施例を示す立体図である。
【図８】 本発明に従って構成された平型整流子の別の好適な実施例を示す軸方向断面図である。
【図９】 図８に示された平型整流子の変更例を示す軸方向断面図である。
【図１０】 図８に示された平型整流子の別の変更例を示す軸方向断面図である。
【図１１】 図１０の平型整流子の製造に際しての導体素材の軸方向の弾性たわみを示す説明図である。

Claims (38)

1. 絶縁性の圧縮成形材料から形成された支持部材（１）と、多複数の導体セグメント（３）と、端面側に配置され前記導体セグメント（３）と導電的に結合された同等に複数の炭素材セグメント（４）とからなり、導体セグメント（３）が、それぞれ支持部材（１）の周囲に配置された壁厚の接続領域（６）と、支持部材（１）とこれに対応する炭素材セグメント（４）との間に配置され同様に壁厚な接触領域（７）と、接続領域（６）と接触領域（７）との間に配置された壁薄の移行領域（８）とを備える電気機械用平型整流子であり、
   導体セグメント（３）の均等に壁薄な移行領域（８）が整流子軸（２）に対して径方向に指向しているとともに炭素材セグメント（４）から離間した位置で導体セグメント（３）の接触領域（７）に接続しており、導体セグメント（３）の移行領域（８）と炭素材セグメント（４）との間にいずれも圧縮成形材料層（１９）が形成されることを特徴とする平型整流子。
2. 導体セグメント（３）の移行領域（８）の壁の厚さを接触領域（７）の壁の厚さの６０％未満にすることを特徴とする請求項１記載の平型整流子。
3. 接続領域（６）は平型整流子の周囲の少なくとも６５％、特に少なくとも８０％にわたって延在することを特徴とする請求項１または２記載の平型整流子。
4. 圧縮成形材料層（１９）は接続領域（６）と炭素材セグメント（４）との間の領域に延在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平型整流子。
5. 圧縮成形材料層（１９）の軸方向の厚さが少なくとも０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の平型整流子。
6. 接触領域（７）の半径方向外側面は炭素材セグメント（４）の半径方向外側面から一定程度半径方向内側に位置しており、この一定程度は炭素材セグメントの軸方向の厚さの０．５倍ないし１．５倍の値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の平型整流子。
7. 接触領域（７）の半径方向内側面は炭素材セグメント（４）の半径方向内側面から一定程度半径方向外側に位置しており、この一定程度は炭素材セグメントの軸方向の厚さの０．２５倍ないし１．０倍の値であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の平型整流子。
8. 接続領域（６）上に端部が斜めに形成された接触ラグ（９）が設けられ、この斜め部（１１）の傾斜面は接続領域（６）の周囲面に対向していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の平型整流子。
9. 導体セグメント（３）の接触領域（７）の壁の厚さは接触領域（７）の径方向の長さの少なくとも０．４倍の値になることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の平型整流子。
10. 導体セグメント（３）の接触領域（７）は炭素材セグメント（４）の端面側に形成された接触面（１５）に対して全面で導電的に接合していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の平型整流子。
11. 接触面（１５）は枠形状の隆起部（２７）によって少なくとも部分的に包囲されており、これは炭素材セグメント（４）の端面（２８）から突出していることを特徴とする請求項１０記載の平型整流子。
12. 滑り面と反対側の炭素材セグメントの端面（２８，２８′）と隆起部（２７，２７′）との面積における炭素材セグメント（４）と支持部材（１）との結合面積が炭素材セグメントの滑り面の５０ないし７０％となることを特徴とする請求項１１記載の平型整流子。
13. 導体セグメント（３）の移行領域（８）の径方向の長さは接触領域（７）の径方向の長さより大きくならないことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の平型整流子。
14. 導体セグメント（３）の接触領域（７）と炭素材セグメント（４）との間の接触面（１５）の領域に導電性の接触材料（１６）が収容されることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の平型整流子。
15. 炭素材セグメント（４）はその半径方向外側の周囲面がいずれも支持部材（１）の圧縮成形材料製カバー（１７）によって被覆されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の平型整流子。
16. 導体セグメント（３）の接続領域（６）は少なくとも部分的に周囲方向に延在する軸方向溝（３２）を備えており、この中に圧縮成形材料製カバー（１７）のリブ（３３）が嵌合していることを特徴とする請求項１５記載の平型整流子。
17. 導体セグメント（３）の接続領域（６）は圧縮成形材料製カバー（１７）の外側周囲面を超えて径方向に突出していることを特徴とする請求項１５または１６記載の平型整流子。
18. 炭素材セグメント（４）の外側周囲面と圧縮成形材料製カバー（１７）との間にいずれもインタロック式結合が形成されることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の平型整流子。
19. インタロック式結合は波打ち（３０）として形成されることを特徴とする請求項１８記載の平型整流子。
20. 支持部材（１）はインタロック式の結合を形成しながら炭素材セグメント（４）の半径方向内側の周囲面を被覆することを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載の平型整流子。
21. 炭素材セグメント（４）の外側の導体セグメント（３）に向かっている周囲縁部を段状に形成することを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載の平型整流子。
22. 軸の周りを周回するように配置されそれぞれ導体素材の周囲部に配置された壁厚の接続領域（６）と端面側に配置された同様に壁厚の接触領域（７）とこれらの接続領域（６）と接触領域（７）との間に配置された壁薄の移行領域（８）とを備える導体セグメント（３）を含んだ導体素材であり、
    各２つの導体セグメント（３）がブリッジ部材（２１）を介して互いに結合され、導体セグメントの均等に壁薄な移行領域（８）が軸に対して径方向を指向しているとともに接触領域（７）の端面からは離間した位置でこの接触領域に接続していることを特徴とする導体素材。
23. ブリッジ部材（２１）は隣接する２つの導体セグメント（３）の接続領域（６）の間に配置されていることを特徴とする請求項２２記載の導体素材。
24. ブリッジ部材（２１）と導体セグメント（３）の接続領域（６）とが同じ軸方向長さを有するとともにその軸方向長さ全体に沿って径方向に結合ロッド（２２）を介して互いに結合されていることを特徴とする請求項２３記載の導体素材。
25. 結合ロッド（２２）の軸に対して周方向の壁の厚さがブリッジ部材（２１）の径方向の壁の厚さに比べて大幅に小さいことを特徴とする請求項２４記載の導体素材。
26. ブリッジ部材（２１）の半径方向内側の周囲面から整流子軸（２）への距離は導体セグメント（３）の接続領域（６）の半径方向外側の周囲面から整流子軸（２）への距離と比べて等しいかあるいはわずかに大きいことを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれかに記載の導体素材。
27. 導体セグメント（３）の接触領域（７）の半径方向内側の端部に固定部材（１３）が設けられており、これは接触領域（７）から実質的に軸平行に突出していることを特徴とする請求項２２ないし２６のいずれかに記載の導体素材。
28. 固定部材（１３）はその半径方向外側周囲面に刻み（１４）を備えていることを特徴とする請求項２７記載の導体素材。
29. 導体セグメント（３）の移行領域（８）の径方向の長さは接触領域（７）の径方向の長さより大きくならないことを特徴とする請求項２２ないし２８のいずれかに記載の導体素材。
30. 請求項１に記載の平型整流子を製造するために使用される炭素材環状盤であり、端面上に全体的または部分的に閉鎖された枠形状の複数の隆起部（２７）を備え、これは炭素材環状盤の端面（２８）から突出するとともに接触面（１５）を包囲していることを特徴とする炭素材環状盤。
31. 枠形状の隆起部（２７）は周回的に閉鎖されており、接触面（１５）上に制限されたハンダ付け可能な金属層が形成され、これは炭素材環状盤上に圧着されるとともに焼結された金属粒子から形成されることを特徴とする請求項３０記載の炭素材環状盤。
32. 枠形状の隆起部（２７）は開放されて形成され、炭素材環状盤の端面（２８）が電食によって形成された金属化部を全面に有することを特徴とする請求項３０記載の炭素材環状盤。
33. 請求項１に記載の平型整流子を製造する方法であり：
    複数の導体セグメント（３）を含む導体素材を製造し、そのうちの各２つがブリッジ部材（２１）を介して互いに結合され、導体セグメント（３）はいずれも導体素材の周囲部に配置された壁厚の接続領域（６）と端面側に配置された同様に壁厚の接触領域（７）とこれらの接続領域（６）と接触領域（７）との間に配置された壁薄の移行領域（８）とを備えており；
    導体素材の導体セグメント（３）の数に相当する数の枠形状の隆起部（２７）を端面（２８）上に備える炭素材環状盤を形成し；
    導体素材と炭素材環状盤とを合成し、この際導体セグメント（３）の接触領域（７）が導電性の接続を形成しながら枠形状の隆起部（２７）によって包囲された接触面（１５）に接合し；
    導体素材と炭素材環状盤とから形成された合成部材を射出成形金型内に挿入し；
    この射出成形金型内において前記の合成部材上に絶縁性の圧縮成形材料からなる支持部材（１）を射出成形し；
    導体素材、炭素材環状盤、ならびに射出成形された支持部材とから形成された半完成整流子を射出成形金型から取り出し；
    ブリッジ部材（２１）を開放し；
    炭素材環状盤をいずれも２つの導体セグメント（３）の間で支持部材の部分まで切断して炭素材セグメント（４）を形成する、
    ステップからなる方法。
34. 導体セグメント（３）の接触領域（７）と炭素材セグメント（４）との間の導電性の接続がハンダ付けによって形成されることを特徴とする請求項３３記載の方法。
35. 導体素材の両方の端面上に配置されるとともに環状に閉鎖しておりそれぞれ軸（２）に対して垂直に延在している密封面（２３，２４）に対して射出成形金型の両方の片側部材が気密に接合することを特徴とする請求項３３または３４記載の方法。
36. 両方の密封面（２３，２４）は互いに向かい合っていることを特徴とする請求項３５記載の方法。
37. 導体セグメント（３）の接触領域（７）の接触面（１５）を導体素材と炭素材環状盤との接合の前に５０ないし１５０μｍの粗目で処理し、その後耐腐食性の金属被覆を設けることを特徴とする請求項３３記載の方法。
38. 射出成形金型の型締めに際して導体素材の移行領域（８）が変形されることを特徴とする請求項３３ないし３７のいずれかに記載の方法。

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