动力电机的转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动力电机的转子，包括轴、基本上圆柱形的电枢、电枢绕组和鼓形换向器，鼓形换向器包括绝缘支架和安装在支架上、借助电枢段固定在支架内的导体扇形块(Leitersegmente)，绕组线与导体扇形块导电连接。本发明还涉及在这种转子中使用的鼓形换向器的制造。
【背景技术】
[0002]在实际工作中对动力电机，尤其电动机的转子提出许多其中部分互相矛盾的要求。对于前言所述类型的转子或配备有这种转子的动力电机，此类要求中最重要的是效率高、功率大、结构形式紧凑、工作可靠和使用寿命长、维护费用低、生产成本低、重量轻和惯性力矩小。这些要求特别适用于内燃机的起动电动机，在那里由于频繁使用配备有这种内燃机的汽车的起动/停车功能，尤其在所涉及的起动电动机的预期寿命方面面临新的挑占戈。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种前言所述的转子，尤其还鉴于其使用于内燃机起动电动机，在上述对实际工作重要的要求方面，就特别切合实际的妥协而言，应突出特别高的实际适用性。
[0004]上述技术问题按照本发明通过一种前言所述类型的转子得以解决，通过下述在功能上互相调谐，协同合作，其特征在于:
[0005]-绕组线用铝制成；
[0006]-导体扇形块分别有铜制的滑动面区域和用铝或能与铝焊接的金属(铝相容的金属)制的接线区；
[0007]-接线区分别包括相对于电刷滑动面沿径向大量伸出的接线片；
[0008]-绕组线在端侧与各配属的导体扇形块接线片焊接，不直接接触滑动面区域。
[0009]虽然保持了铝决定性的电气特性，亦即尤其电导率，但远低于铜的电导率，实际上迄今按常规将铜用于动力电机转子电枢绕组的绕组线。基于这一原因，对于功率类似的的电机，亦即通过转子绕组流过一致的电流，与铜制的绕组线相比需要将铝绕组线大约加粗25%，其结果是导致在使用铝取代铜的情况下绕组的体积增大约65%。当然，考虑到各自材料的比重和有代表性的材料价格，在将铝使用于制造绕组线的情况下，与使用铜相比带来十分明显的成本优势；而且转子绕组的重量也能显著减少(降到铜制转子绕组重量的50% )。这对于现代汽车起动电动机的转子恰好是一个非常突出的优点，因为起动电动机转子的惯性力矩相应减小，这导致在起动内燃机时提高转子的加速度。因此，在每个起动循环缩短起动电动机的转子旋转时间，这再次对电刷磨损和对换向器磨损有积极的影响并延长系统的预期寿命，这在具有起动/停车功能的汽车中使用传统的现有技术时成为一个难题。按照本发明设计的鼓形换向器，在转子有效功率大的同时也同样影响系统预期寿命。因为按本发明特别敏感的绕组线与鼓形换向器良好导电和永久牢固地机械连接的区域，基于导体扇形块包括用铝相容的金属制的接线区，它们分别包括相对于电刷滑动面沿径向大量伸出的接线片，所以可以使用设立的特别可靠的焊接方法来实施。相反，鼓形换向器的工作能力并不因铝倾向于生成不导电的氧化物而受损，因为鼓形换向器的导体扇形块总是包括用铜制成的滑动面区域。在本发明的框架内实现的铜(亦即导体扇形块用铜制成的滑动面区域或包括滑动面区域的铜结构)与铝(亦即导体扇形块用铝相容的金属制的具有大块接线板的接线区或包括接线区的铝结构)的连接，在这里优选地在鼓形换向器内部实现，从而使基于电位的不同化合物降解可能引起的电解质，只能有限地或完全不能接近连接部位。按以上所述，铜和铝的连接完全埋入支架内。其中用铜制成的滑动面区域的厚度典型地至少为2_。然而根据具体的结构形式(见下文)也可以有利地实现比这大得多的厚度。
[0010]用铝制造动力电机转子绕组的想法在US3668449A中已经列题。当然，使用此文献中的资料不能制成满足上述要求的转子。因为为了能连接用铝制成的转子绕组与导体扇形块，换向器用由铜和铝组成的双层板制成，它以其铝层面朝外乳制成圆柱形。如此形成的双层板圆柱体然后被安装在衬套上，并通过切割再分为一个个扇形块。接着，双层板圆柱体的规定用于以后与电刷接触的区域被车削掉铝层。但是在接线片处将板保持为双层。接线片弯曲成环状，它包括在内部的铝层和在外部的、为了弯曲成环状的接线片的强度所需要的铜层。尽管制造技术十分复杂，但结果是这种换向器完全不适用于满足当前典型地高功率的要求。
[0011]为了简化语言，下面有关导体扇形块的材料有时(取代“铝相容的金属”)简称为“铝”。在这里不限于(纯)“铝”;确切地说，在这种情况下“铝”理解为是“铝相容的金属”，这意味着，这种材料能够与转子绕组用铝制成的绕组线焊接。
[0012]按本发明第一种优选的扩展设计，鼓形换向器导体扇形块的接线区各有至少一个容纳至少一根绕组线端头的留空，例如形式上为槽、切口或穿孔，它优选地平行于换向器轴线延伸。在采用对此适合的焊接方法的情况下，基于转子绕组与换向器特别可靠地永久连接，这对于转子的长寿命是有利的。在使用其他焊接方法时，有利的是，将至少一根绕组线的端头直接与没有凹槽之类的接线片径向外表面焊接。
[0013]本发明另一种优选的、可通过能特别简单地掌握的方法步骤实现的扩展设计，其特征在于，导体扇形块的电枢段完全用铜制成，它们各是一种统一的、还包括各自配属的滑动面区域的铜结构的组成部分。在这里，包括所涉及的导体扇形块的各自接线区的、用铝相容的材料制造的接线分扇形块，特别优选地沿径向在外部安置在各自配属的铜结构上。为此，接线分扇形块可以分别(沿径向或轴向)端部平接地与铜结构焊接。这例如在使用按照Capacitor Discharge Welding Prozess (所谓电容卸荷焊接)的焊接方法时是可行的。这种方法的优点在于只发生最少的热量，所以在用铜制成的滑动面区域内传入的热量如此之小，以致不会在那里导致影响硬度并因而影响寿命的铜再结晶。就此而言，本发明一种优选的扩展设计的特征在于，尤其在使用一种连接导体扇形块用不同材料制造的组分的焊接方法时，成品鼓形换向器的导体扇形块滑动面区域的(布氏)硬度至少为90HB，以及有利地包含的公差为5HB。与此相对，在采用其他连接技术(例如粘结和冷焊法，如超声波焊接、摩擦焊接之类)的情况下，特别优选，当然非强制性的是，接线分扇形块和铜结构在制齿的连接区的区域内互相啮合。
[0014]对于可以在本发明的框架内使用的换向器，其中导体扇形块的电枢段完全用铜制成以及是统一的铜结构的组成部分，则导体扇形块也可以由条状的双料型材冲压成形，双料型材是通过永久连接铜的分型材(条状型材)和铝的分型材(条状型材)形成。其中，铜的分型材与铝的分型材优选地在高压下(在至少两个乳辊之间)连续乳制在一起，此时一方面铜的分型材在其与铝的分型材连接前预热(尤其借助感应加热)，以及另一面激光束对准并直接进入这两个分型材之间的连接区内。以此方式，用较低的制造技术化费，在铝的分型材与铜的分型材之间得到一种特别能承受机械和电气负荷的连接。优选地接着在以后的滑动面区域的范围内冲压去除铝的分型材到这样的程度，亦即在那里裸露出铜的分型材。因此这种采用连续加工的连接方法的扩展设计，足以使铜组分与铝组分互相连接，确切地说，优选地在用所涉及的双料条状型材冲压成形为导体扇形块之前。
[0015]按本发明另一种优选的扩展设计，电枢段仅部分用铜制成，为此，各电枢段的第一区是一种统一的、还包括各自配属的滑动面区域的铜结构的组成部分，而电