具有靈活的轉子組裝的直流電動機及其制造方法與流程

本發明涉及根據權利要求1的前序部分和權利要求11的前序部分的直流電動機和根據獨立權利要求9的前序部分和根據獨立權利要求21的前序部分的用于制造直流電動機的方法。

背景技術：
從現有技術公知具有空芯外轉子的小直流電動機。這種直流電動機的轉子基本包括軸、帶有若干繞組終端的空芯中空柱形外轉子繞組和帶有若干集電器線的集電器，集電器線如薄板般圍繞柱形集電器而布置并且電連接至外轉子繞組的繞組終端。外轉子繞組典型地在一側固定至所謂的繞組支撐件的外周并且通過繞組支撐件以防扭轉方式保持為共軸于所述軸。這種直流電動機例如可從DE10021392C2公知。當此處描述的電動機的繞組支撐件用塑料制造時與集電器一起注射成型至軸上。為了沿軸向和周向明確地穩固由繞組支撐件和集電器組成的塑料部件，軸在注射涂層的區域中具有凸邊區域和環形凹槽。如薄板般布置在集電器套筒上的集電器線在繞組支撐件的區域中徑向朝外彎曲，在繞組支撐件的外側徑向延伸，以及各自焊接至一個繞組終端。一個片形電容器通過軸向通路焊合至每個集電器線，片形電容器通過銅制成的短路環而徑向相互連接，因而代表用于抑制火花的干涉抑制電路并且延長電動機服務壽命。還公知的是，將呈所謂的電容器盤形式的干涉抑制電路從后側或前側安置到繞組支撐件上。這種電容器盤在多數情況下由特殊陶瓷材料或者印刷電路板制成，并且包括匹配接觸表面，一個匹配接觸表面用于接觸一個集電器線。每個電容器盤包括電容器和電阻器，電容器和電阻器各自串聯或者并聯在兩個相鄰接觸表面之間因而在兩個相鄰集電器線之間。例如，可從DE19740551A1公知該電容器盤的使用。在制造所描述的直流電動機時，必須考慮各種顧客需求。例如，取決于應用，要求不同的軸，和/或使用不同的集電器線用于貴金屬或者石墨電刷換向。因為現有技術中公知的轉子中的軸和集電器線通過在一個處理步驟中對繞組支撐件和集電器進行擠壓涂覆而涂覆以塑料因此彼此最終定位，所以必定在制造時非常早的時點已經公知所期望的轉子變型。因此在制造期間，公知的轉子組裝的靈活度較低且處理時間較長。公知轉子組裝的另一缺點在于這樣的事實：注射塑料構成的繞組支撐件必須相對厚以實現需要的穩定性和可靠地傳遞電動機驅動轉矩，由此轉子的結構體積、尤其結構長度因而整個電動機的結構體積相對地大。所需結構體積變得越大，越多的附接件例如用于火花抑制的電容器盤會安置在繞組支撐件上。

技術實現要素：
因此本發明的目的是提供轉子組件，其允許制造中更高的靈活度，并且確保轉子的更小結構體積。本發明的目的還在于提供用于制造直流電動機的方法，其相比于從現有技術公知的制造處理允許在轉子制造中具有更高靈活度。該目的通過本發明權利要求1的特征以及本發明權利要求9的特征實現。此處，提出了直流電動機，尤其為小尺寸，包括軸、繞組支撐件、印刷電路板、帶有若干集電器線的集電器以及帶有若干繞組終端的空芯外轉子繞組。外轉子繞組以一個端部經由繞組支撐件以防扭轉方式連接至軸，而且其與集電器電連接。繞組支撐件代表支承部件。根據本發明，繞組支撐件用印刷電路板替換作為玻璃纖維增強熱固性塑料構成的支承部件，印刷電路板設計為具有至少一個層并且經由金屬轂連接至軸。采用的用于印刷電路板的玻璃纖維增強熱固性塑料具有的彈性模量能夠高達良好玻璃纖維增強熱塑性塑料（現有技術中采用該塑料對繞組支撐件進行擠壓涂覆）的彈性模量的兩倍。因此比起從現有技術公知的繞組支撐件，印刷電路板作為支承部件能夠具有基本上較薄的設計。在印刷電路板的中心的金屬轂允許在轉子組裝期間于任何時間將印刷電路板安置在軸上。此處，當制造印刷電路板具有統一的轂直徑并且不同軸至少在它們隨后連接至印刷電路板的區域中也具有統一的直徑時，人們能夠在多個不同軸和不同印刷電路板中選擇。這允許非常靈活的轉子組裝以實現非常多變的顧客需求。鋼轂優選適宜為金屬轂，軸也優選由鋼制成。根據權利要求9，用于制造這種直流電動機的方法包括根據本發明的以下后續程序步驟：為了安裝轉子，首先用金屬轂將印刷電路板壓至軸上；然后將金屬轂和軸彼此焊接。取決于顧客需求，人們可在多個不同印刷電路板和軸中選擇。在下一步驟，將帶有集電器線的集電器作為單獨的單元安置在軸上，在外轉子繞組已經安置好之后將集電器線經由匹配接觸表面與相關繞組終端電連接。因為集電器代表獨立單元，此處，還能夠采用不同的設計用于例如貴金屬或者石墨電刷換向。集電器線和繞組終端能夠直接焊合或焊合至印刷電路板的交互銅表面。隨后，將電和機械連接點澆注以澆注化合物。這一方面增加了穩定性，另一方面，澆注化合物用作保護電連接免于例如由石墨電刷的摩擦產生的可能沉積在集電器線或者繞組終端上或者它們之間的粉末狀煤引起的短路。可替換地，上述目的可以通過本發明權利要求11的特征和權利要求21的特征實現。此處，提出了直流電動機，尤其為小尺寸直流電動機，包括軸、繞組支撐件、帶有若干集電器線的集電器以及帶有若干繞組終端的空芯外轉子繞組。外轉子繞組以一個端部經由繞組支撐件以防扭轉方式連接至軸，而且其直接電連接集電器或者通過印刷電路板電連接集電器。電和機械連接點能夠澆注以澆注化合物，例如樹脂。繞組支撐件代表支承部件。根據本發明，繞組支撐件是具有用于與軸相連接的中央孔的金屬板。此外，根據本發明，塑料或者陶瓷材料構成的絕緣環設置在金屬板的外周，用于與外轉子繞組電絕緣。能夠通過局部擠壓涂覆施加絕緣塑料。通過用孔實現金屬板和軸的連接，兩個部件能夠由多個不同的軸和不同的金屬板組裝以形成一單元。這意味著轉子組裝的高靈活度，能夠考慮各個顧客需求。此處，可想到的是，孔恰好在組裝之前在金屬板中對應于期望軸的直徑而制成。作為替換，孔的統一直徑能夠確定，此處，不同的軸至少在與金屬板連接的區域中具有孔的直徑。尤其如果采用鋼用于金屬板，由于在穩定性相同或者甚至更好的情況下其優于塑料的材料屬性，尤其是高強度，金屬板相比于從現有技術公知的塑料繞組支撐件能夠具有極薄的設計。從而，可實現轉子的小結構體積、尤其小結構長度。通過將塑料或者陶瓷材料構成的絕緣環安裝在金屬板的外周，可防止外轉子繞組的短路。通過沖壓、金屬粉末噴射模制或者燒結，金屬板能夠制造為可翻轉件。根據權利要求21，用于制造這種直流電動機的方法包括根據本發明的以下隨后程序步驟：為了組裝轉子，首先將金屬板壓至軸上；然后，將金屬板和軸彼此焊接。取決于顧客需求，人們能夠在多個不同的軸和作為繞組支撐件的金屬板中選擇。在以下步驟之一中，將具有集電器線的集電器作為單獨的單元安置在軸上。此處也是，取決于顧客需求，不同的變型是可行的，例如用于貴金屬或者石墨電刷換向。在外轉子繞組已經安置好之后將集電器線經由相應的匹配接觸表面與對應繞組終端電連接。這能夠通過焊合或焊接實現。隨后，用澆注化合物澆注電和機械連接點。這一方面增加了穩定性，另一方面，澆注化合物用作保護電連接免于例如因石墨電刷摩擦產生的可能沉積在集電器線或者繞組終端上或者它們之間的粉末狀煤引起的短路。本發明的其他實施例是從屬權利要求的主題。以下內容指的是根據權利要求1的本發明的直流電動機的有利實施例。在優選實施例中，印刷電路板在其與外轉子繞組相對的軸向外側包括若干沿周向分布的分離的銅表面，每個銅表面接觸一個繞組終端和一個對應集電器線。這非常利于組裝轉子。在集電器已經安置在已經與印刷電路板連接的軸上之后，首先，集電器線能夠各自焊合至一個銅表面。焊合發生在銅表面的徑向內部區域。在外轉子繞組已經安置好之后，繞組終端能夠各自焊合至一個銅表面的徑向外部區域。有利地，干涉抑制電路集成在印刷電路板中用于降低換向期間的火花。這允許緊湊的設計，即使使用干涉抑制電路，也可消除在轉子組裝期間用于安裝干涉抑制電路的額外作業步驟。這種干涉抑制電路很大程度上延長了具有貴金屬電刷的電動機的服務壽命，同時降低了電動機操作期間的電磁輻射。在一尤其優選的實施例中，印刷電路板在軸向方向上組裝有若干層。這允許將施加至印刷電路板的內層的電路集成在印刷電路板中，它們被印刷電路板的外層保護。這對于依靠所謂"嵌入"技術將干涉抑制電路的電子部件集成在多層印刷電路板的內層上是有利的，因而被印刷電路板的外層保護，例如，使其免于組裝期間的處理產生的負荷。因為由于繞組終端與集電器的接觸以及可能的額外接至集電器的電連接，使得繞組支撐件上沿軸向方向的圓形表面僅提供非常小的空間用于將部件組裝在外表面上，所以僅所描述的"嵌入技術"允許將干涉抑制電路集成在甚至直徑小于13mm的小電動機中。通過將部件布置在印刷電路板的內層中，能夠額外地采用允許更多功率耗散的較大殼體形狀，因而延長了它們的服務壽命。由于板材料相比于空氣具有更好的導熱性，產生的熱損失能夠更好地耗散。在多層印刷電路板中還有利的是，印刷電路板的金屬轂以至少一個徑向凹槽和/或徑向舌件確立地嵌入在多層印刷電路板中。此處，還能夠在金屬轂的周向形成確立連接元件（例如齒），其可穩固印刷電路板和其金屬轂，除了通過徑向凹槽或者徑向舌件軸向確立配合之外，還防止相對于彼此旋轉。在進一步有利實施例，在印刷電路板的制造處理中金屬轂能夠嵌入印刷電路板的一層或者若干層中。制造中，將金屬轂壓至印刷電路板中并且與印刷電路板接界或者徑向鉚接，這是簡單的且成本低。在另一優選實施例中，金屬轂通過摩擦和材料結合連接而連接至軸。從而，確保電動機轉矩的最大穩定性以及優化傳遞。例如，通過將金屬轂壓至軸上能夠實現摩擦連接，同時，通過焊接實現材料結合連接。通過激光焊接實現尤其精確的非翹曲焊接。而且，激光焊接是成本低的，允許快速制造處理。以下內容指的是根據權利要求11的創造性直流電動機的有利方案。相應地，還證明尤其有利的是通過摩擦和材料結合連接將金屬板連接至軸。這確保轉子內的高穩定性和穩定的傳遞轉矩。例如，通過將金屬轂壓至軸上能夠實現摩擦連接，同時，通過焊接實現材料結合連接。有利地，采用激光焊接處理，其一方面是成本低的，另一方面確保極快速的組裝轉子。在優選實施例中，金屬板至少在其與外轉子繞組相對的軸向外側包括電絕緣涂層或者電絕緣涂覆層。這防止了可能由在金屬板的外側延伸的集電器線或者繞組終端引起的短路。有利地，具有用于降低換向期間的火花的干涉抑制電路的印刷電路板安置在金屬板的軸向外側。這種干涉抑制電路在很大程度上延長了具有電刷換向的電動機的服務壽命，同時降低了電動機操作期間的電磁輻射。有利地，印刷電路板具有沿周向分布的若干分離的電接觸表面，每個電接觸表面用于接觸一個繞組終端和一個對應集電器線。從而，相當利于組裝、尤其是集電器線和繞組終端的電接觸。在一尤其優選的實施例中，印刷電路板在軸向方向上組裝有若干層。這允許將應用至印刷電路板的內層上的電路集成在印刷電路板中，被印刷電路板的外層保護。這對于依靠所謂"嵌入"技術將干涉抑制電路的電子部件集成在多層印刷電路板的內層上是有利的，其因而被印刷電路板的外層保護。這允許將干涉抑制電路集成在甚至直徑小于13mm的小電動機中。通過將部件布置在印刷電路板的內層中，能夠額外地采用允許更高功率耗散的較大殼體形狀，因而延長了它們的服務壽命。由于板材料相比于空氣具有更好的導熱性，產生的熱損失能夠更好地耗散。與在附有元件的印刷電路板中采用電容器盤（其電容通過區域和層結構確定）不同，部件（例如電阻器和電容器）的布線和尺寸能夠優化地適應繞組和電動機。在本發明的另一優選實施例中，由銅片沖壓成的接觸星狀件安置在與外轉子繞組相對的金屬板的軸向外側上。接觸星狀件的梁用至少一個注射塑料環有利地隔開。接觸星狀件的每個梁用于接觸繞組終端和各相關的集電器線。該實施例利于組裝，尤其適用于高電流密度。有利地，接觸星狀件的梁由用于降低換向期間的火花的干涉抑制電路相互連接。此處，如果干涉抑制電路收納在印刷電路板上，可實現高自動化制造。應用有干涉抑制電路和電子部件的印刷電路板的基底材料優選是玻璃纖維增強熱固性塑料，諸如FR4。作為替換，陶瓷材料也適宜作為基底材料。在另一優選實施例中，金屬板涂覆有塑料用于避免短路和用于電屏蔽。附圖說明以下參考附圖更詳細地圖示本發明的實施例。在附圖中：圖1a示出了根據本發明的直流電動機的轉子的第一實施例，圖1b示出了具有在外轉子繞組和集電器之間的用澆注化合物覆蓋的連接區域的圖1a的轉子，圖2以詳細視圖示出了圖1a和1b的轉子的印刷電路板，圖3以詳細視圖示出了圖1a和1b的轉子的集電器，圖4示出了圖3的集電器的可選設計，圖5示出了根據本發明的直流電動機的轉子的另一實施例，圖6示出了根據本發明的直流電動機的轉子的再一實施例，圖7示出了根據本發明的直流電動機的轉子的又一實施例，圖8示出了圖7的轉子的銅制星狀件，用于在制造期間接觸繞組終端和集電器線，圖9示出了圖8的處于完成處理后的狀態的銅制星狀件。以下，相同部件標以相同附圖標記。具體實施方式圖1a示出了根據本發明的直流電動機的轉子1的縱向剖視圖，其設計為鐘形轉子，用于具有金屬或者石墨電刷換向的小尺寸電動機。轉子1基本由軸2、空芯外轉子繞組3和集電器8組成。外轉子繞組3以一個端部固定至印刷電路板5的外周，印刷電路板5又依次經由金屬轂7連接至軸。印刷電路板5因而代表支承部件，并且由玻璃纖維增強環氧樹脂制成。通常卷繞成銅線的外轉子繞組3經由印刷電路板5被以防扭轉方式保持并且共軸于軸2。印刷電路板5的詳細視圖示出于圖2，圖3示出了集電器8的詳細視圖。印刷電路板5的金屬轂7由鋼制成并且壓在轉子1的也由鋼制成的軸2上，并且焊接至軸2。套筒狀集電器8具有比印刷電路板5小得多的直徑，包括如薄板般布置在其外周上的集電器線9。每個集電器線9經由印刷電路板5的銅表面6電連接至外轉子繞組3的繞組終端4。為此，印刷電路板5的銅表面6以星形狀布置于印刷電路板5的外側，并且彼此分離。為了組裝轉子1，首先，從對應于顧客需求的多個可選部件中選擇軸2、印刷電路板5和集電器8。這時，印刷電路板5已經包括了鋼轂7，鋼轂7已經被壓入和接界。作為單獨的單元，集電器8已經附有期望的集電器線9。首先，將印刷電路板5壓至軸2上并且焊接至軸2。在下一步驟中，中空柱形集電器8經過軸2裝至印刷電路板5，使得集電器線9和印刷電路板5的銅表面6之間存在接觸。隨后將集電器線9和銅表面6焊合至彼此。然后，將中空柱形外轉子繞組3安置在印刷電路板5上，外轉子繞組3的繞組終端4還焊合至印刷電路板的銅表面6。圖1b示出了在后一步驟中用澆注化合物18覆蓋印刷電路板和連接部，澆注化合物18一方面增加穩定性另一方面防止發生可能由在印刷電路板5的區域中沉積于繞組終端4、銅表面6或者集電器線9上的顆粒引起的短路。圖4是集電器8的可選實施例，其具有像星狀徑向彎曲到外側的集電器線9。通過像星狀徑向彎曲到外側的集電器線9，擴大了集電器線9和印刷電路板5的銅表面6之間的接觸表面，因而改善了電接觸。圖5示出了根據本發明的直流電動機的轉子的可選實施例。該轉子也是鐘形轉子，用于具有金屬或者石墨電刷換向的小尺寸轉子。不同于圖1a和1b的實施例，印刷電路板5具有多層設計。印刷電路板5的內層10附有用于降低換向期間的火花的部件，以及用于避免電動機操作中的電磁輻射的部件。干涉抑制電路由電子部件11組成，每個電子部件11由電容器和電阻器組成，電子部件11串聯或者并聯在印刷電路板5的外層的各銅表面6之間。在印刷電路板5的制造處理期間，印刷電路板5的鋼轂7以其徑向延伸舌件嵌入印刷電路板5的多層設計中。在該實施例中，采用圖4的可選集電器8。此處，印刷電路板及其連接部也從外側覆蓋有澆注化合物以增加穩定性和排除短路。圖6以縱向剖視圖示出了根據本發明的直流電動機的轉子的另一實施例。該轉子是具有小尺寸的鐘形轉子，用于金屬或者石墨電刷換向。轉子1基本由軸2、外轉子繞組3和集電器8組成。外轉子繞組3以一個端部固定至金屬板12的外周，并且經由金屬板12以防扭轉方式與軸2連接并且共軸于軸2。為了防止外轉子繞組3的短路，由鋼構成的金屬板12在任一側和外周用塑料涂層14來電絕緣。為了改善金屬板12和塑料涂層14之間的結合，金屬板12具有軸向通口13，軸向通口13以孔的形式分布在外周，還被塑料涂層14填充。具有用于降低換向期間火花的干涉抑制電路的印刷電路板5從外側安置在金屬板12或者其塑料涂層14上。印刷電路板5具有多層設計。干涉抑制電路的電子部件依靠所謂"嵌入"技術集成在多層印刷電路板5的內層10上。印刷電路板5由玻璃纖維增強熱固性塑料組成，電子部件11施加在玻璃纖維增強熱固性塑料上，每個電子部件11由電容器和電阻器組成。電容器和電阻器各自串聯或者并聯在印刷電路板5的各銅表面6之間。在印刷電路板5的前側上徑向隔開分布的銅表面6各自用來接觸外轉子繞組3的繞組終端4和集電器8的對應集電器線9。集電器線9以類似薄板方式分布在中空柱形集電器8的外周。為了組裝轉子1，起初根據顧客需求選擇軸2、金屬板12、印刷電路板5和集電器8。然后將金屬板12通過金屬板的中央孔壓至軸2上并且焊接至軸2。在下一步驟中，將印刷電路板5和集電器8安置在軸上，同時將集電器線9各自焊合至印刷電路板5的一個銅表面6。在下一步驟中，將鐘形轉子的中空柱形外轉子繞組3安置在金屬板12上。然后還將外轉子繞組3的繞組終端4各自焊合至印刷電路板5的一個銅表面6。此處，也從外側施加澆注化合物，其可穩定機械連接和印刷電路板5，尤其電子部件11，并且保護電連接免于損壞和短路。圖7以分解圖作為縱向剖視圖示出了根據本發明的直流電動機的轉子的另一實施例。類似于圖6的實施例，外轉子繞組3經由金屬板12以防扭轉方式保持至軸2并且共軸于軸2。但是，金屬板12不包括任何塑料涂層。外轉子繞組3依靠外塑料環16電絕緣于金屬板12。金屬板12的外周的邊齒接合外塑料環16的內邊齒，因而確保轉矩從外轉子繞組3穩定傳遞至金屬板12并且從金屬板12穩定傳遞至軸2。金屬板12用其中央孔壓至軸2并且焊接至軸2。將外塑料環16注入銅制星狀件15，銅制星狀件15更詳細地圖示于圖8和9。為了其制造，銅制星狀件15由銅片沖壓而成，銅制星狀件15的面向外側的各個梁起初在中心處保持連接。然后，將外塑料環16和內塑料環17施加至銅制星狀件15，由此銅制星狀件15的梁于是保持在適當位置。銅制星狀件15的該狀態圖示于圖8。因為銅制星狀件15的梁通過兩個塑料環16和17固定于它們的位置，現在能夠將星狀件的使得各個梁彼此連接的中央區域沖壓掉。該狀態圖示于圖9。各個梁現在不再彼此碰觸，因而彼此不以導電方式連接。為了組裝轉子1，將外轉子繞組3安置在銅制星狀件15上，同時外轉子繞組3的繞組終端4各自通過銅制星狀件15的一個梁電接觸。當銅制星狀件15和外轉子繞組3插入同時鋼板12已經安裝在軸2上時，銅制星狀件15的內塑料環17需注意的是，銅制星狀件15的梁與金屬板12隔開，因而不會被金屬板12短路。在完成安裝的轉子1中，中空柱形集電器8的集電器線9還各自連接銅制星狀件15的一個梁。為了抑制火花，具有干涉抑制電路的電子部件11的印刷電路板5能夠安置在銅制星狀件15上。