JP6487902B2

JP6487902B2 - 回転電機の回転子

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Publication number: JP6487902B2
Application number: JP2016505735A
Authority: JP
Inventors: イェセンコ，シルヴォ; ペトリッチ，クレメン; クマール，ルドヴィク
Original assignee: シエヴァデー．オー．オー． − ポスロヴナエノタイドリヤ
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: WO2014161654A2; EP2982026B1; JP2016521535A; US20160028200A1; CN105229903A; MX2015013951A; US10056727B2; MX346603B; EP2982026A2; HUE042403T2; RU2648256C2; CN105229903B; RU2015141378A; DE102013005627A1; WO2014161654A3

Description

この発明は、シャフトと実質的に円筒状の電機子と電機子コイルとドラム型整流子を備え、前記ドラム型整流子が絶縁性の支承部材とその支承部材上に取り付けられていて電機子セグメントによって前記支承部材内に固定されたコンダクタセグメントを含み、前記コンダクタセグメントに対してコイル電線が導電性に接続されてなる、回転電機の回転子に関する。本発明はさらに同種の回転子に適用されるドラム型整流子の製造の特徴を含む。

回転電機、特に電気モータの回転子には、実用上において一部は相互に矛盾し得る多数の要件が求められる。冒頭に述べた種類の回転子あるいはそれを備えた回転電機に対する最も重要な要求は、高効率と、高出力と、小型の構造様式と、信頼性および耐久性と、低い保守コストと、低い製造コストと、低い重量ならびに低い慣性モーメントである。すなわちそれらの要求が内燃機関の電気始動モータにも該当するが、それらの内燃機関を搭載する車両のアイドリングストップ機構の採用の増加によって特に該当する始動モータの期待寿命の点に関して新たな課題が生じている。

従って本発明の目的は、前述した実用的に重要な要求の観点における実用上極めて重要な解決のために極めて高い有効性を有することを特徴とし、特に内燃機関の始動モータへの適用に関して有効な冒頭に述べた種類の回転子を提供することである。

前記の課題は、以下に記述する相互に適合していてシナジー効果の観点において相互に関連する特徴を備えた冒頭に述べた種類の本発明に係る回転子によって解決される：
・コイル導線がアルミニウムからなり；
・コンダクタセグメントがいずれも銅製の滑り面とアルミニウム製あるいはアルミニウムと溶接可能な金属（アルミニウム互換性金属）からなる接続領域を備え；
・接続領域がいずれも大型でブラシ滑り面に対して半径方向に突出した接続突起を含み；
・コイル導線が末端側で滑り面領域に直接接触することなくいずれも該当するコンダクタセグメントの接続突起と溶接される。

アルミニウムの一般的な電気特性、すなわち特に導電性は、従来一般的に回転電機の回転子と電機子のコイル導線のために使用されている銅よりも著しく劣る。そのため、同等な機械出力、すなわち回転子コイルを通過する電流が同等である場合、銅製のコイル導線に比べて２５％太いアルミニウムコイル導線が必要となり、すなわち銅に代えてアルミニウムを使用する場合に約６５％増加したコイルの体積につながる。該当する材料の密度ならびに固有の材料価格を考慮すると、アルミニウムを使用する場合は銅を使用する場合に比べてコイル導線の製造に際して勿論大幅コストメリットが達成され；さらに回転子コイルの重量も大きく削減することができる（銅製の回転子コイルの約５０％）。このことにより始動モータの回転子の慣性モーメントも同様に低下するため、最新の車両の始動モータのための回転子に対しても著しい利点となり、それが内燃機関の始動に際しての回転子の加速の増加につながる。同様に、始動サイクルごとの始動モータの回転子回転時間も削減され、このこともブラシ摩耗および整流子摩耗に対して有利な影響をもたらし、アイドリングストップ機構を有する車両への従来の技術の適用に際して問題となっているシステム寿命が延長される。システム寿命の改善と同時の回転子の高い出力性能に対しては、本発明に係るドラム型整流子の構成も効果をもたらす。その理由は、コイル導線とドラム型整流子のコンダクタセグメントとの良好な導電性を有するとともに機械的に恒久的に固定的な結合の本発明に係る極めて繊細な領域が、アルミニウム互換性の金属からなる接続領域といずれも大型でブラシ滑り面から突立する接続突起をコンダクタセグメントが含むために丈夫で極めて信頼性の高い溶接工程を使用して構成され得るためである。他方で、非伝導性の酸化物を形成するアルミニウムの傾向によってドラム型整流子の導電性が阻害されることはなく；その理由はドラム型整流子のコンダクタセグメントがいずれも銅製の滑り面領域を含むためである。その際本発明の枠内で実現される銅（すなわちコンダクタセグメントの銅製の滑り面領域あるいは滑り面領域を含んだ銅構造）とアルミニウム（すなわちアルミニウム互換性の材料からなる大型の接続板を備えたコンダクタセグメントの接続領域あるいはその接続領域を含んだアルミニウム構造）との結合はドラム型整流子内で実施することが好適であり、それによって電位差による結合の劣化を発生させ得る電解質に対して結合部分が極限定的あるいは全く接近不可能になる。上述した観点において、銅とアルミニウムの結合は完全に支承部材内に埋入することが好適である。その際銅製の滑り面領域の厚みは通常少なくとも２ｍｍである。個別の構造様式（後述参照）に応じてそれに代えて大幅に大きな厚みを有効に実現することができる。

回転電機の回転子コイルをアルミニウムから製造する概念は既に米国特許第３６６８４４９号Ａ明細書によって言及されている。しかしながら、その文献の教唆の適用によって上述した要求を満たす回転子は製造し得ない。何故ならば、アルミニウム製の回転子コイルをコンダクタセグメントと結合可能にするために、整流子を銅とアルミニウムからなる二層金属板から製造し、それをアルミニウム層が外向きになるように円筒に転造するためである。そのようにして形成された二層金属板からなる円筒をその後スリーブ上に取り付けて切断によって個々のセグメントに分割する。続いて、後にブラシとの接触ために設定されている二層金属板からなる円筒の領域内でアルミニウム層を旋削する。一方接続突起上では金属板が二層のまま維持される。接続突起はアルミニウム層が内側で銅層が外側になるループ型に曲げられ、その銅層が外側であることはループの強度のために必要である。回転子コイルはいずれもループを介して挿通される。極めて大きな製造コストにもかかわらず、結果的に整流子が最新の典型的に高い性能要求に全く対応し得ない。

表現を簡便にするために以下の記述においてコンダクタセグメントの材料について部分的に（“アルミニウム互換性金属”に代えて）“アルミニウム”と呼称する。その際（純粋な）アルミニウムに限定されることはなく；むしろ“アルミニウム”という表現から“アルミニウム互換性の金属”を理解すべきであり、その意味はその材料がアルミニウムから形成された回転子コイルのコイル導線と溶接可能であることである。

本発明の第１の好適な追加構成によれば、ドラム型整流子のコンダクタセグメントの接続領域がいずれも少なくとも１本のコイル導線の末端を収容する例えば溝、刻み目、あるいは開口部等の形状の窪みを少なくとも１個備え、その窪みが好適には整流子軸と平行に延在する。このことは、（そのために適した溶接工程を適用することによって）長期的に極めて安定した回転子コイルと整流子の結合のために回転子の寿命の観点から極めて好適である。少なくとも１本のコイル導線の末端が（窪み等を備えない）接続突起の半径方向の外面と直接的に結合される場合、他の溶接方法の適用も有効である。

極めて単純に制御可能な工程ステップによって実現可能な本発明の別の好適な追加構成は、コンダクタセグメントの電機子セグメントが完全に銅から形成されるとともにいずれも対応する滑り面領域を含んだ統合型の銅構造の一部であることを特徴とする。その際該当するコンダクタセグメントの対応接続領域を含んでいてアルミニウム互換性の金属から形成された接続部分セグメントが半径方向外側に向かっていずれも該当する銅構造に接合することが極めて好適である。その際前記接続部分セグメントを（半径方向あるいは軸方向において）いずれも平たく銅構造に溶接することができる。このことは例えば、コンデンサ式スポット溶接方法に従った溶接方法を使用することによって可能になる。この方法の利点は最小限の熱生成にあり、従って銅製の滑り面領域内の熱付加は、（硬度ならびに寿命に影響を与える）銅の再結晶化につながらない程に小さいものとなる。この点に関して本発明の別の好適な追加構成は、完成したドラム型整流子のコンダクタセグメントの滑り面領域の硬度（ブリネル硬度）が、特に異なった材料から形成されたコンダクタセグメントの構成要素を結合するために溶接工程を使用する場合に、少なくとも９０ＨＢになり、また好適には５ＨＢの許容誤差を含むものとすることを特徴とする。一方、その他の結合方法（例えば接着ならびに冷間圧接、すなわち超音波溶接、摩擦圧接等）を使用する場合、不可避ではないが、接続部分セグメントと銅構造が歯切り結合領域内で相互に嵌合することが極めて好適である。

コンダクタセグメントの電機子セグメントが完全に銅からなりかつ統合型の銅構造の一部である本発明の枠内で適用可能な整流子においても、コンダクタセグメントを帯形状の二材料形材から打ち抜き加工することができ、その二材料形材は銅部分形材（帯状形材）とアルミニウム部分形材（帯状形材）の恒久的な結合から形成される。その際銅部分形材とアルミニウム部分形材は連続的に高い圧力で（少なくとも２本のローラ間で）相互圧着することが好適であり、その際まず銅部分形材がアルミニウム部分形材との結合の前に（特に誘導加熱によって）予加温され、他方でレーザ光線が両方の部分形材の間の結合領域内に直接的に照射される。この方式により比較的低い製造技術コストによって機械的および電気的に極めて耐久性の高いアルミニウム部分形材と銅部分形材の間の結合が達成される。その後、アルミニウム部分形材を後の滑り面領域の部分で銅部分形材が露出する程度に切削することが好適である。従ってこの追加構成は、好適には該当する二材料帯状形材からコンダクタセグメントを打ち抜き加工する前に、銅構成要素とアルミニウム構成要素を相互に結合するために連続的に作業する結合方法に適応する。

本発明の別の好適な追加構成によれば、電機子セグメントが極部分的に銅から形成され、その際いずれも電機子セグメントの第１の領域が該当する滑り面領域を含んだ統合型の銅構造の一部であり、電機子セグメントの第２の領域は該当する接続領域を含んだアルミニウム互換性金属からなる統合型の接続部分セグメントの一部である。従って、接続領域を含んだ接続部分セグメントが（対応する電機子セグメント領域を介して）自律的に支承部材内に固定され、それによって銅とアルミニウムの間の結合部を機械的に負荷軽減するよう作用することができる。その際銅構造と接続部分セグメントを銅構造の軸方向端面の領域で平たく相互に溶接し得ることが極めて好適である。ここでも前述したように、例えばコンデンサ式溶接方法のような比較的少ない熱生成を伴う溶接方法を使用することが好適である。銅構造の軸方向端面の領域における銅構造と接続部分セグメントの平たい溶接に代えて、特に摩擦圧接あるいは超音波溶接を使用する場合に、銅構造と接続部分セグメントの結合領域内に特に整流子軸に平行に指向する突出部と対応する窪み部とを有する圧力嵌め結合領域を設けることができる。このことは静力学の観点から有効であるばかりでなく、長期間条件下における電気的性能の観点からも有効であり；その理由は前記圧力嵌め結合領域によって接続部分セグメントと銅構造の間の移行領域上の導電性の接触面積を顕著に増大させ得るためである。

本発明のさらに別の好適な追加構成によれば、電機子セグメントが完全にアルミニウム互換性金属から形成される。その際電機子セグメントは特にいずれも該当する接続領域を含んだアルミニウム互換性金属からなる統合型の基礎構造の全部分とすることができ、前記基礎構造上に滑り面セグメントを含んだ銅製支台が取り付けられる。銅製支台とアルミニウム互換性金属からなる基礎構造の結合のために前述した方法が有効であり、すなわち移行領域の形状設定（平面型あるいは塑形型）の観点と可能な結合方法（接着、溶接等）の観点のいずれにおいても有効である。この追加構成によればコンダクタセグメントを製造するために最大限にアルミニウム（あるいはアルミニウム互換性金属）が使用されるため、冒頭に述べた多様な観点（重量、材料コスト）において有利である。

（前述したように）コンダクタセグメントの電機子セグメントが完全にアルミニウム互換性金属から形成される本発明の枠内で使用される整流子においても、コンダクタセグメント未加工材を帯状の二材料形材から打ち抜き加工することができ、その二材料形材は銅部分形材（帯状形材）とアルミニウム部分形材（帯状形材）の恒久的な結合から形成されるものとすることができる。その際その銅部分形材とアルミニウム部分形材は（欧州特許第８０５７３３号Ｂ１明細書あるいは欧州特許出願公開第２０９０３９５号Ａ２明細書の方法に従って）高い圧力下で連続的に（少なくとも２本のローラ間において）相互圧接することが好適であり、その際まず銅部分形材がアルミニウム部分形材との結合の前に（特に誘導加熱によって）予加温され、他方でレーザ光線が両方の部分形材の間の結合領域内に直接的に照射される。この方式により比較的低い製造技術コストによって機械的および電気的に極めて耐久性の高いアルミニウム部分形材と銅部分形材の間の結合が達成される。帯状の二材料形材からのコンダクタセグメント未加工材の打ち抜き加工中あるいは場合によってその後の第２のステップにおいて、後に接続領域を含む独立したアルミニウム構造を取り付けるべき場所でアルミニウム部分形材が露出されるようになるまで銅部分形材が切削される。その後コンダクタセグメントの露出されたアルミニウム部分形材上に前記接続領域を含む独立したアルミニウム構造が例えばレーザ溶接によって溶接される。

製造技術的に極めて好適でさらに別の追加構成によれば、コンダクタセグメントがいずれも予加工された２個の部分セグメントから合成され、そのために滑り面セグメントと第１の部分電機子セグメントを含んだ第１の部分セグメントに対して接続領域と第２の部分電機子セグメントを含んだ第２の部分セグメントが端面側に溶接される。その際いずれにしても第１の部分セグメントが、極めて好適には歯切りされた結合部内で相互に嵌合するように、アルミニウム互換性金属からなる基礎部材と滑り面セグメントを含んだ銅製支台を備える。この追加構成によれば、ドラム型整流子の製造が最小限の廃棄材料発生をもって実施可能となる。

本発明の枠内で使用されるドラム型整流子のコンダクタセグメントのさらに別の極めて好適な製造方式は、特に整流子軸に対して平行な銅とアルミニウム互換性金属の間の移行領域を有する二材料押出形材を含むことからなる。従ってこの追加構成によれば、適宜なコンダクタセグメントを形成するために予加工された成形部材を合成することはない。むしろ、コンダクタセグメントの製造に際して二材料押出形材が加工される。この観点において極めて好適な第１の追加構成は、前記二材料押出形材が銅とアルミニウム互換性金属を共通の成形ノズルを通過させて同時に押し出し成形することによって製造される同時押出形材とされることを特徴とする。このことは、そのために適宜に設計された機械を使用するいわゆる“コンフォーム”押出方式を使用して可能になる。別の極めて好適な追加構成によれば、二材料押出形材を製造するために予加工された銅製基礎形材上にアルミニウム互換性金属を上乗せ押出成形する。そのためには、いわゆる“コンクラッド”押出方式に準拠した機械が特に適している。その際アルミニウム互換性金属と銅製基礎形材との間の移行領域は、結合の品質を最適化するために、アルミニウム互換性金属を押出成形した後に機械による後処理が実施される。そのためには特に所定の材料のローラ加工を含んだプレス方法を挙げることができる。

前述した二材料押出形材を製造するために機能する全ての押出成形方法に関して、本発明のさらに別の好適な追加構成によれば、対称形の三層押出形材を二分割することによって適宜な二材料押出形材を製造することができる。すなわち、前記三層押出形材はコンフォーム押出方式あるいはコンクラッド押出方式によって製造されていて、それが例えば銅からなる中央領域とアルミニウム互換性金属からなる２つの外側領域を有するようにし、その後２体の二材料形材を得るために銅製の領域で分断することができる。この場合押出成形に際しての対称形の関係のため、良好な再現性と共に極めて高い品質基準を実現することができる。

次に、本発明の複数の好適な実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明が理解されるように本発明に係る回転子を備えた始動モータを切断した断面図である。図１の回転子に使用されるドラム型整流子の薄板（コンダクタセグメント）の第１の実施形態を示した立体図である。窪み部を有しないドラム型整流子の薄板の参考例を示した立体図である。図１の回転子に使用されるドラム型整流子の薄板の第２の実施形態を示した立体図である。図１の回転子に使用されるドラム型整流子の薄板の第３の実施形態を示した立体図である。図４に示された薄板の変更例を示した立体図である。図１の回転子に使用されるドラム型整流子の薄板の第４の実施形態を示した立体図である。図５に示された薄板の変更例を示した立体図である。図１の回転子に使用されるドラム型整流子の薄板の第５の実施形態を示した立体図である。ドラム型整流子の薄板として後処理するために設定された二材料押出形材の形式の基礎形材のコンフォーム押出方式による製造を示した説明図である。図７で使用される押出ノズルを示した垂直断面図である。図７で使用される押出ノズルを示した水平断面図である。図７に示されたコンフォーム押出方式によって製造された薄板基礎形材を示した横断面図である。二分割した後ドラム型整流子の薄板として設定されたもので、二材料三層押出形材として形成された基礎形材のコンクラッド押出方式による製造を示した説明図である。図１１の方式で使用される銅製基礎形材を示した断面図である。図１２の方式で製造された二材料三層押出形材を示した横断面図である。図１３の二材料三層押出形材を二分割することによって製造された薄板基礎形材を示した横断面図である。帯状の二材料形材を製造するもので、それからコンダクタセグメントあるいはコンダクタセグメント未加工材を打ち抜き加工する別の変更形態を示した説明図である。

図１によれば、２個の軸受１，２によって始動モータハウジング３内に取り付けられた回転子４が、シャフト５と、実質的に円筒形の電機子６と、電機子コイル７と、ドラム型整流子８を備える。前記ドラム型整流子８は絶縁性の支承部材９とその支承部材上に取り付けられていて電機子セグメントによって支承部材と固定されたコンダクタセグメント１０を備える。そのコンダクタセグメントに対して電機子コイル７のコイル導線１１が導電性に接続される。図１にはさらに、特に例えばブラシ１３を伴ったブラシ支持部材１２、ステータコイル１５を伴った極片１４、ならびに始動モータピニオンを該当する内燃機関のフライホイールのギア内に押し付けるための摺動スリーブ１６等の始動モータの一般的な構成要素が示されている。

前述の範囲において図１に示された始動モータは従来の技術に相当するものであり、従ってその詳細な説明は省略する。

本発明を具現化するために回転子４のコイル導線１１がアルミニウムから形成される。ドラム型整流子８のコンダクタセグメント１０は複数材料構造様式で形成される。そのコンダクタセグメントはいずれも銅製の滑り面領域１８とアルミニウムからなる接続領域２１を備え、その際前記アルミニウムから形成された接続領域２１が大型でブラシ滑り面から半径方向に突出した接続突起２０を含む。コイル導線１１は末端側で（銅製の）滑り面領域１８と直接的に接触することなく該当するコンダクタセグメント１０の接続突起２０に対して溶接される。

図２および図３に示された実施例において、ドラム型整流子のコンダクタセグメント１０の（切下げされた）電機子セグメント１７がいずれも完全に銅から形成される。その電機子セグメントはいずれも該当する滑り面領域１８をも含む統合型の銅構造１９の一部である。いずれの場合も該当するコンダクタセグメントの大型の接続突起２０を含んだアルミニウム製の接続部分セグメント２７が半径方向外側に向かっていずれも該当する銅構造１９に対して接合する。図２によれば、前記接続部分セグメント２７が銅構造１９に対して平たく溶接され、その際コンデンサ式溶接方法が使用される。それに対して図３の実施例によれば、接続部分セグメント２７と銅構造１９が例えば超音波溶接方法によって相互に結合され、それらの接続部分セグメント２７と銅構造１９が歯切りされた結合領域２２内で相互に嵌合する。帯状の基礎形材を製造するために適していてその帯状の基礎形材から図２および図３のようなコンダクタセグメント１０を打ち抜き加工によって製造することができる２つの別の方法については、（図７ないし図１５を参照しながら）後述において詳細に説明する。図２および図３の両方の実施例において、大型の接続突起がいずれも２本のコイル導線１１の末端を収容する溝形状の窪み２３を備える。しかしながらことのことは勿論不可欠ではなく、すなわち図２から明らかなようにコイル導線１１の両方の端部は窪みが無くても大型の接続突起２０に対して溶接することができる。

図４の実施例によれば、前述した各実施例と異なって、薄板１０の電機子セグメント１７が極部分的に銅から形成され、それ以外の部分はアルミニウムからなる。すなわちこの薄板において、電機子セグメント１７の第１の領域２４がそれぞれ該当する滑り面領域１８をも含んだ統合型の銅構造２５の一部であり、また電機子セグメント１７の第２の領域２６はそれぞれ該当する接続領域２１および大型の接続突起２０をも含んだアルミニウム製の接続部分セグメント２７の一部である。その際前記銅構造２５と接続部分セグメント２７は銅構造２５の軸方向の端面２８の領域で相互に平たく溶接され、その際コンデンサ式溶接方法が使用される。それに対して図４ａの変更された実施形態において接続部分セグメント２７から銅構造２５への移行領域内に圧力嵌め結合領域２９が設けられる。この結合領域は、接続部分セグメント２７上に設けられていて銅構造２５の対応する窪み部３０内に嵌合する突出部３１を含み、それによって接続部分セグメント２７と銅構造２５の間の接触面が適宜に拡大され、接触面はその他に円周方向の方向性を有する成分を含む。この構成は、超音波溶接方法あるいは摩擦圧接方法を使用した接続部分セグメント２７と銅構造２５の低温溶接に特に適している。その種の結合技術の別の変更例によれば、例えば図３のものと同様な歯切りされた結合領域も可能である。

図５、図５ａおよび図６の実施例によれば、上述の各実施例と異なって、電機子セグメント１７が完全にアルミニウムから形成される。すなわち、図５の薄板１０に関して電機子セグメント１７がそれぞれ該当する接続領域２１および大型の接続突起２０をも含んだ統合型のアルミニウム製基礎構造３２の全部分である。アルミニウム製の基礎構造３２上に滑り面領域１８を含んだ銅製支台３３が取り付けられ、そのために前記アルミニウム製の基礎部材３２が支持バー３４を備える。銅製支台３３をアルミニウム製の基礎部材３２、すなわちそれの支持バー３４と結合するために、例えば周知の低温溶接方法、コンデンサ式溶接方法、ならびに導電性の接着剤を使用した接着方法が適する。

図５ａには図５の実施形態の変更例が示されている。ここでは大型の接続突起２０を備えた接続領域２１が電機子セグメントをも含んだ統合型の基礎構造の一部ではない。むしろ、接続領域２１を形成するために接続突起２０を含んだ独立型のアルミニウム構造５７が（例えばレーザ溶接によって）コンダクタセグメント未加工材５８に対して溶接される。前記コンダクタセグメント未加工材５８も帯状の二材料形材から打ち抜き加工することができ、その二材料形材は銅部分形材（帯状形材）とアルミニウム部分形材（帯状形材）を恒久的に結合することによって形成され（後述する図７ないし図１５に関する説明参照）、その際帯状の二材料形材からのコンダクタセグメント未加工材５８の打ち抜き加工中あるいは打ち抜き加工後に接続突起２０を含んだ独立型のアルミニウム構造５７が後に取り付けられる場所でアルミニウム部分形材が露出する程度まで銅部分形材が切削され、従ってその場所で大型の接続突起２０を含んだアルミニウム構造５７がコンダクタセグメント未加工材５８に対して溶接可能になる（Ａｌ−Ａｌ溶接部５９参照）。

それに対して図６に示されたコンダクタセグメント１０においては、予加工された部分セグメント３５がアルミニウムからなる基礎部材３６とその上に装着された滑り面領域１８を有する銅製支台３３を含み、その部分セグメント３５は予加工された第２の部分セグメント３７と端面側で結合され、前記第２の部分セグメントがアルミニウムから形成されるとともに接続突起２０を有する接続領域２１を含む。その際前記第１の部分セグメント３５の銅製支台３３と基礎部材３６が歯切りされた結合領域３８内で相互に嵌合する。第１の部分セグメント３５を製造するために極めて適した方法については後述において詳細に説明する。コンダクタセグメントの両方の部分セグメント３５および３７は相互に独立してドラム型整流子８の支承部材９内に固定され、そのため第１の部分セグメント３５が第１の部分電機子セグメント３９を含み、第２の部分セグメント３７は第２の部分電機子セグメント４０を含む。その際も両方の部分セグメント３５および３７の結合が、銅製の滑り面セグメント１８を再結晶化から保護するために、コンデンサ式溶接方法を使用して実施される。

場所によって２つの固定的に相互に結合された材料、すなわち一方で銅から他方でアルミニウム互換性金属から形成されたコンダクタセグメント１０の構造は、特に図３のコンダクタセグメント１０ならびに図６のコンダクタセグメント１０の第１の部分セグメント３５に該当するように、移行領域を適宜（すなわち実質的に整流子軸に対して平行）に方向付けることによって本発明の好適な追加構成において二材料押出形材として製造することができ、そのことが（２つの異なった方法変更例として）図７ないし図１４に示されている。そのため図７によれば、特に（“多溝”機械を使用して）いわゆる“コンフォーム”押出方式を適用することができ、この方法ついては図３に示されたコンダクタセグメント１０を製造するために適した基礎形材の製造に関連して以下に記述する。供給ギア４２の第１の周回溝４１を介して押出ノズル４４に銅帯状材料４５の形態で銅が供給され、第２の周回溝４５を介してアルミニウム帯状材料４６の形態でアルミニウムが供給される。その際前記押出ノズル４３は、特に両方の材料のための押出流路を適宜に形成することによって、銅とアルミニウムの塑形が空間的に僅かに階段状になるように形成される。従って銅に、完成した二材料押出成形形材（図１０参照）内に存在するような断面形状（歯切りされた結合領域を含む）が第１のノズル部分４３ａ内で与えられる。押出成形された銅に対して後続する第２のノズル部分４３ｂ内で押出成形によってアルミニウムが合成される。従って既に固化しかかっている銅が、アルミニウムが通流する押出流路に接合し、それが集中的、完全混和性、長期持続性、かつ堅固に接着したアルミニウムと銅の相互結合につながる。図７の方法を使用することにより、図３の薄板１０の後処理のための薄板基礎形材４７を形成する二材料押出形材（図１０）が共通のノズルシステムを介した銅とアルミニウムの同時押出成形によって同時押出形材として製造される。

図１０の二材料押出形材と同様に、別の形式の銅／アルミニウム二材料押出形材も、本発明に係る回転子において使用されるドラム型整流子のコンダクタセグメント用に製造することができ、例えば特に図６のコンダクタセグメント１０の第１の部分形材３５に後加工することができる基礎形材を製造することができる。

図１１には、本発明に係る回転子のドラム型整流子の製造（薄板基礎形材として）の枠内で使用することができる、別の銅／アルミニウム二材料押出形材５５（図１４参照）を製造するための“コンクラッド”押出方式の適用が示されている。ここでは、大きな形状変更が成されずに押出ノズル４９を介して通流する予加工された銅基礎形材４８（図１２参照）上にアルミニウムが押出合成される。二溝式の供給ギア５１を使用した２本のアルミニウム帯状材料５０の供給と押出ノズル４９の適宜な構成によって、対称形かつ二重式の銅製基礎形材４８へのアルミニウムの押出合成が実施され、それによって１本の銅製コア領域５３と２本のアルミニウム縁部領域５４を有する対称形の三層押出形材５２（図１３参照）が形成される。その三層押出形材５２から二分割によって２本の二材料押出形材５５（図１４参照）が得られる。コンクラッド押出方式を使用する場合、尾鰭型の切り下げ５６によって銅領域とアルミニウム領域を追加的に圧力嵌め式に相互に結合することが有効である。さらに銅製基礎形材４８上へのアルミニウムの押出合成に加えて、移行領域の機械的および電気的品質を最適化するために、移行領域の機械的な後処理が後続する。

さらに補足すると、コンフォーム押出方式（図７）を使用した場合でもまず対称形の二材料三層押出形材を製造することができ、それをその後２体の同等な薄板基礎形材に分割する。この場合三溝供給ギアを有するコンフォーム押出成形機を使用することができ、その際共通の押出ノズルに供給ギアの中央の供給溝を介して第１の材料からなる帯状材料が供給され、両方の側方供給溝を介して第２の材料からなる２本の帯状材料が供給される。

図１５には、例えば図２および図３に相当するコンダクタセグメント１０あるいは図５ａのコンダクタセグメントを製造するために使用することができるコンダクタセグメント未加工材５８を打ち抜き加工するために適したものである、帯状の二材料形材６０を製造するための変更方式が示されている。すなわち、銅部分形材６１とアルミニウム部分形材６２が連続的に高い圧力をかけて（回転する２本のローラの間で）結合され、その際まず銅部分形材６１がアルミニウム部分形材６２との結合の前に集中的な加熱を使用して予加熱され（誘導加熱装置６４参照）、他方で両方の部分形材の間の結合領域６７内にレーザ光線６５（レーザユニット６６参照）が直接的に照射される。この方式によって製造された二材料形材６０において、アルミニウム部分形材６２と銅部分形材６１の間の結合部が機械的および電気的に充分な耐久性を備えるようになる。

Claims

シャフト（５）と実質的に円筒状の電機子（６）と電機子コイル（７）とドラム型整流子（８）を備え、前記ドラム型整流子が絶縁性の支承部材（９）とその支承部材上に取り付けられていて電機子セグメント（１７）によって前記支承部材（９）内に固定されたコンダクタセグメント（１０）を含み、前記コンダクタセグメントに対してコイル導線（１１）が導電性に接続されてなる、回転電機の回転子（４）であって：
・前記コイル導線（１１）がアルミニウムからなり；
・前記コンダクタセグメント（１０）がいずれも銅製の滑り面（１８）とアルミニウム製あるいはアルミニウムと溶接可能な金属（アルミニウム互換性金属）からなる接続領域（２１）を備え；
・前記電機子セグメント（１７）が完全に銅から形成されるとともにいずれも対応する滑り面領域（１８）を含んだ統合型の銅構造（１９）の一部であり；
・前記接続領域（２１）がいずれもブラシ滑り面に対して半径方向に突出した大型の接続突起（２０）を含み；
・前記コンダクタセグメント（１０）を帯形状の二材料形材（６０）から打ち抜き加工し、その二材料形材は銅部分形材（６１）とアルミニウム部分形材（６２）の恒久的な結合から形成され；
・前記コイル導線（１１）が末端側で滑り面領域（１８）に直接接触することなくいずれも該当するコンダクタセグメント（１０）の前記接続突起（２０）と溶接され、
・前記接続突起（２０）がいずれも少なくとも１本のコイル導線（１１）の末端を収容する窪み部を有する、
特徴を備えてなる回転子。
実質的に整流子軸に対して平行な銅とアルミニウム互換性金属の間の移行領域を有するコンダクタセグメント（１０）がいずれも二材料押出形材を含むことを特徴とする請求項１記載の回転子。
二材料押出形材が銅とアルミニウム互換性金属を共通の成形ノズル（４３）を通過させて同時に押し出し成形することによって製造される同時押出形材とされることを特徴とする請求項２記載の回転子。
銅製基礎形材（４８）上にアルミニウム互換性金属を上乗せ押出成形することによって二材料押出形材を製造することを特徴とする請求項２記載の回転子。
銅製基礎形材（４８）上にアルミニウム互換性金属を上乗せ押出成形した後に移行領域の機械的後処理を実施することを特徴とする請求項４記載の回転子。
対称形の三層押出形材（５２）を二分割することによって二材料押出形材を製造す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回転子。