具有灵活的转子组装的直流电动机及其制造方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分和权利要求11的前序部分的直流电动机和根据独立权利要求9的前序部分和根据独立权利要求21的前序部分的用于制造直流电动机的方法。

背景技术：
从现有技术公知具有空芯外转子的小直流电动机。这种直流电动机的转子基本包括轴、带有若干绕组终端的空芯中空柱形外转子绕组和带有若干集电器线的集电器，集电器线如薄板般围绕柱形集电器而布置并且电连接至外转子绕组的绕组终端。外转子绕组典型地在一侧固定至所谓的绕组支撑件的外周并且通过绕组支撑件以防扭转方式保持为共轴于所述轴。这种直流电动机例如可从DE10021392C2公知。当此处描述的电动机的绕组支撑件用塑料制造时与集电器一起注射成型至轴上。为了沿轴向和周向明确地稳固由绕组支撑件和集电器组成的塑料部件，轴在注射涂层的区域中具有凸边区域和环形凹槽。如薄板般布置在集电器套筒上的集电器线在绕组支撑件的区域中径向朝外弯曲，在绕组支撑件的外侧径向延伸，以及各自焊接至一个绕组终端。一个片形电容器通过轴向通路焊合至每个集电器线，片形电容器通过铜制成的短路环而径向相互连接，因而代表用于抑制火花的干涉抑制电路并且延长电动机服务寿命。还公知的是，将呈所谓的电容器盘形式的干涉抑制电路从后侧或前侧安置到绕组支撑件上。这种电容器盘在多数情况下由特殊陶瓷材料或者印刷电路板制成，并且包括匹配接触表面，一个匹配接触表面用于接触一个集电器线。每个电容器盘包括电容器和电阻器，电容器和电阻器各自串联或者并联在两个相邻接触表面之间因而在两个相邻集电器线之间。例如，可从DE19740551A1公知该电容器盘的使用。在制造所描述的直流电动机时，必须考虑各种顾客需求。例如，取决于应用，要求不同的轴，和/或使用不同的集电器线用于贵金属或者石墨电刷换向。因为现有技术中公知的转子中的轴和集电器线通过在一个处理步骤中对绕组支撑件和集电器进行挤压涂覆而涂覆以塑料因此彼此最终定位，所以必定在制造时非常早的时点已经公知所期望的转子变型。因此在制造期间，公知的转子组装的灵活度较低且处理时间较长。公知转子组装的另一缺点在于这样的事实：注射塑料构成的绕组支撑件必须相对厚以实现需要的稳定性和可靠地传递电动机驱动转矩，由此转子的结构体积、尤其结构长度因而整个电动机的结构体积相对地大。所需结构体积变得越大，越多的附接件例如用于火花抑制的电容器盘会安置在绕组支撑件上。

技术实现要素：
因此本发明的目的是提供转子组件，其允许制造中更高的灵活度，并且确保转子的更小结构体积。本发明的目的还在于提供用于制造直流电动机的方法，其相比于从现有技术公知的制造处理允许在转子制造中具有更高灵活度。该目的通过本发明权利要求1的特征以及本发明权利要求9的特征实现。此处，提出了直流电动机，尤其为小尺寸，包括轴、绕组支撑件、印刷电路板、带有若干集电器线的集电器以及带有若干绕组终端的空芯外转子绕组。外转子绕组以一个端部经由绕组支撑件以防扭转方式连接至轴，而且其与集电器电连接。绕组支撑件代表支承部件。根据本发明，绕组支撑件用印刷电路板替换作为玻璃纤维增强热固性塑料构成的支承部件，印刷电路板设计为具有至少一个层并且经由金属毂连接至轴。采用的用于印刷电路板的玻璃纤维增强热固性塑料具有的弹性模量能够高达良好玻璃纤维增强热塑性塑料（现有技术中采用该塑料对绕组支撑件进行挤压涂覆）的弹性模量的两倍。因此比起从现有技术公知的绕组支撑件，印刷电路板作为支承部件能够具有基本上较薄的设计。在印刷电路板的中心的金属毂允许在转子组装期间于任何时间将印刷电路板安置在轴上。此处，当制造印刷电路板具有统一的毂直径并且不同轴至少在它们随后连接至印刷电路板的区域中也具有统一的直径时，人们能够在多个不同轴和不同印刷电路板中选择。这允许非常灵活的转子组装以实现非常多变的顾客需求。钢毂优选适宜为金属毂，轴也优选由钢制成。根据权利要求9，用于制造这种直流电动机的方法包括根据本发明的以下后续程序步骤：为了安装转子，首先用金属毂将印刷电路板压至轴上；然后将金属毂和轴彼此焊接。取决于顾客需求，人们可在多个不同印刷电路板和轴中选择。在下一步骤，将带有集电器线的集电器作为单独的单元安置在轴上，在外转子绕组已经安置好之后将集电器线经由匹配接触表面与相关绕组终端电连接。因为集电器代表独立单元，此处，还能够采用不同的设计用于例如贵金属或者石墨电刷换向。集电器线和绕组终端能够直接焊合或焊合至印刷电路板的交互铜表面。随后，将电和机械连接点浇注以浇注化合物。这一方面增加了稳定性，另一方面，浇注化合物用作保护电连接免于例如由石墨电刷的摩擦产生的可能沉积在集电器线或者绕组终端上或者它们之间的粉末状煤引起的短路。可替换地，上述目的可以通过本发明权利要求11的特征和权利要求21的特征实现。此处，提出了直流电动机，尤其为小尺寸直流电动机，包括轴、绕组支撑件、带有若干集电器线的集电器以及带有若干绕组终端的空芯外转子绕组。外转子绕组以一个端部经由绕组支撑件以防扭转方式连接至轴，而且其直接电连接集电器或者通过印刷电路板电连接集电器。电和机械连接点能够浇注以浇注化合物，例如树脂。绕组支撑件代表支承部件。根据本发明，绕组支撑件是具有用于与轴相连接的中央孔的金属板。此外，根据本发明，塑料或者陶瓷材料构成的绝缘环设置在金属板的外周，用于与外转子绕组电绝缘。能够通过局部挤压涂覆施加绝缘塑料。通过用孔实现金属板和轴的连接，两个部件能够由多个不同的轴和不同的金属板组装以形成一单元。这意味着转子组装的高灵活度，能够考虑各个顾客需求。此处，可想到的是，孔恰好在组装之前在金属板中对应于期望轴的直径而制成。作为替换，孔的统一直径能够确定，此处，不同的轴至少在与金属板连接的区域中具有孔的直径。尤其如果采用钢用于金属板，由于在稳定性相同或者甚至更好的情况下其优于塑料的材料属性，尤其是高强度，金属板相比于从现有技术公知的塑料绕组支撑件能够具有极薄的设计。从而，可实现转子的小结构体积、尤其小结构长度。通过将塑料或者陶瓷材料构成的绝缘环安装在金属板的外周，可防止外转子绕组的短路。通过冲压、金属粉末喷射模制或者烧结，金属板能够制造为可翻转件。根据权利要求21，用于制造这种直流电动机的方法包括根据本发明的以下随后程序步骤：为了组装转子，首先将金属板压至轴上；然后，将金属板和轴彼此焊接。取决于顾客需求，人们能够在多个不同的轴和作为绕组支撑件的金属板中选择。在以下步骤之一中，将具有集电器线的集电器作为单独的单元安置在轴上。此处也是，取决于顾客需求，不同的变型是可行的，例如用于贵金属或者石墨电刷换向。在外转子绕组已经安置好之后将集电器线经由相应的匹配接触表面与对应绕组终端电连接。这能够通过焊合或焊接实现。随后，用浇注化合物浇注电和机械连接点。这一方面增加了稳定性，另一方面，浇注化合物用作保护电连接免于例如因石墨电刷摩擦产生的可能沉积在集电器线或者绕组终端上或者它们之间的粉末状煤引起的短路。本发明的其他实施例是从属权利要求的主题。以下内容指的是根据权利要求1的本发明的直流电动机的有利实施例。在优选实施例中，印刷电路板在其与外转子绕组相对的轴向外侧包括若干沿周向分布的分离的铜表面，每个铜表面接触一个绕组终端和一个对应集电器线。这非常利于组装转子。在集电器已经安置在已经与印刷电路板连接的轴上之后，首先，集电器线能够各自焊合至一个铜表面。焊合发生在铜表面的径向内部区域。在外转子绕组已经安置好之后，绕组终端能够各自焊合至一个铜表面的径向外部区域。有利地，干涉抑制电路集成在印刷电路板中用于降低换向期间的火花。这允许紧凑的设计，即使使用干涉抑制电路，也可消除在转子组装期间用于安装干涉抑制电路的额外作业步骤。这种干涉抑制电路很大程度上延长了具有贵金属电刷的电动机的服务寿命，同时降低了电动机操作期间的电磁辐射。在一尤其优选的实施例中，印刷电路板在轴向方向上组装有若干层。这允许将施加至印刷电路板的内层的电路集成在印刷电路板中，它们被印刷电路板的外层保护。这对于依靠所谓"嵌入"技术将干涉抑制电路的电子部件集成在多层印刷电路板的内层上是有利的，因而被印刷电路板的外层保护，例如，使其免于组装期间的处理产生的负荷。因为由于绕组终端与集电器的接触以及可能的额外接至集电器的电连接，使得绕组支撑件上沿轴向方向的圆形表面仅提供非常小的空间用于将部件组装在外表面上，所以仅所描述的"嵌入技术"允许将干涉抑制电路集成在甚至直径小于13mm的小电动机中。通过将部件布置在印刷电路板的内层中，能够额外地采用允许更多功率耗散的较大壳体形状，因而延长了它们的服务寿命。由于板材料相比于空气具有更好的导热性，产生的热损失能够更好地耗散。在多层印刷电路板中还有利的是，印刷电路板的金属毂以至少一个径向凹槽和/或径向舌件确立地嵌入在多层印刷电路板中。此处，还能够在金属毂的周向形成确立连接元件（例如齿），其可稳固印刷电路板和其金属毂，除了通过径向凹槽或者径向舌件轴向确立配合之外，还防止相对于彼此旋转。在进一步有利实施例，在印刷电路板的制造处理中金属毂能够嵌入印刷电路板的一层或者若干层中。制造中，将金属毂压至印刷电路板中并且与印刷电路板接界或者径向铆接，这是简单的且成本低。在另一优选实施例中，金属毂通过摩擦和材料结合连接而连接至轴。从而，确保电动机转矩的最大稳定性以及优化传递。例如，通过将金属毂压至轴上能够实现摩擦连接，同时，通过焊接实现材料结合连接。通过激光焊接实现尤其精确的非翘曲焊接。而且，激光焊接是成本低的，允许快速制造处理。以下内容指的是根据权利要求11的创造性直流电动机的有利方案。相应地，还证明尤其有利的是通过摩擦和材料结合连接将金属板连接至轴。这确保转子内的高稳定性和稳定的传递转矩。例如，通过将金属毂压至轴上能够实现摩擦连接，同时，通过焊接实现材料结合连接。有利地，采用激光焊接处理，其一方面是成本低的，另一方面确保极快速的组装转子。在优选实施例中，金属板至少在其与外转子绕组相对的轴向外侧包括电绝缘涂层或者电绝缘涂覆层。这防止了可能由在金属板的外侧延伸的集电器线或者绕组终端引起的短路。有利地，具有用于降低换向期间的火花的干涉抑制电路的印刷电路板安置在金属板的轴向外侧。这种干涉抑制电路在很大程度上延长了具有电刷换向的电动机的服务寿命，同时降低了电动机操作期间的电磁辐射。有利地，印刷电路板具有沿周向分布的若干分离的电接触表面，每个电接触表面用于接触一个绕组终端和一个对应集电器线。从而，相当利于组装、尤其是集电器线和绕组终端的电接触。在一尤其优选的实施例中，印刷电路板在轴向方向上组装有若干层。这允许将应用至印刷电路板的内层上的电路集成在印刷电路板中，被印刷电路板的外层保护。这对于依靠所谓"嵌入"技术将干涉抑制电路的电子部件集成在多层印刷电路板的内层上是有利的，其因而被印刷电路板的外层保护。这允许将干涉抑制电路集成在甚至直径小于13mm的小电动机中。通过将部件布置在印刷电路板的内层中，能够额外地采用允许更高功率耗散的较大壳体形状，因而延长了它们的服务寿命。由于板材料相比于空气具有更好的导热性，产生的热损失能够更好地耗散。与在附有元件的印刷电路板中采用电容器盘（其电容通过区域和层结构确定）不同，部件（例如电阻器和电容器）的布线和尺寸能够优化地适应绕组和电动机。在本发明的另一优选实施例中，由铜片冲压成的接触星状件安置在与外转子绕组相对的金属板的轴向外侧上。接触星状件的梁用至少一个注射塑料环有利地隔开。接触星状件的每个梁用于接触绕组终端和各相关的集电器线。该实施例利于组装，尤其适用于高电流密度。有利地，接触星状件的梁由用于降低换向期间的火花的干涉抑制电路相互连接。此处，如果干涉抑制电路收纳在印刷电路板上，可实现高自动化制造。应用有干涉抑制电路和电子部件的印刷电路板的基底材料优选是玻璃纤维增强热固性塑料，诸如FR4。作为替换，陶瓷材料也适宜作为基底材料。在另一优选实施例中，金属板涂覆有塑料用于避免短路和用于电屏蔽。附图说明以下参考附图更详细地图示本发明的实施例。在附图中：图1a示出了根据本发明的直流电动机的转子的第一实施例，图1b示出了具有在外转子绕组和集电器之间的用浇注化合物覆盖的连接区域的图1a的转子，图2以详细视图示出了图1a和1b的转子的印刷电路板，图3以详细视图示出了图1a和1b的转子的集电器，图4示出了图3的集电器的可选设计，图5示出了根据本发明的直流电动机的转子的另一实施例，图6示出了根据本发明的直流电动机的转子的再一实施例，图7示出了根据本发明的直流电动机的转子的又一实施例，图8示出了图7的转子的铜制星状件，用于在制造期间接触绕组终端和集电器线，图9示出了图8的处于完成处理后的状态的铜制星状件。以下，相同部件标以相同附图标记。具体实施方式图1a示出了根据本发明的直流电动机的转子1的纵向剖视图，其设计为钟形转子，用于具有金属或者石墨电刷换向的小尺寸电动机。转子1基本由轴2、空芯外转子绕组3和集电器8组成。外转子绕组3以一个端部固定至印刷电路板5的外周，印刷电路板5又依次经由金属毂7连接至轴。印刷电路板5因而代表支承部件，并且由玻璃纤维增强环氧树脂制成。通常卷绕成铜线的外转子绕组3经由印刷电路板5被以防扭转方式保持并且共轴于轴2。印刷电路板5的详细视图示出于图2，图3示出了集电器8的详细视图。印刷电路板5的金属毂7由钢制成并且压在转子1的也由钢制成的轴2上，并且焊接至轴2。套筒状集电器8具有比印刷电路板5小得多的直径，包括如薄板般布置在其外周上的集电器线9。每个集电器线9经由印刷电路板5的铜表面6电连接至外转子绕组3的绕组终端4。为此，印刷电路板5的铜表面6以星形状布置于印刷电路板5的外侧，并且彼此分离。为了组装转子1，首先，从对应于顾客需求的多个可选部件中选择轴2、印刷电路板5和集电器8。这时，印刷电路板5已经包括了钢毂7，钢毂7已经被压入和接界。作为单独的单元，集电器8已经附有期望的集电器线9。首先，将印刷电路板5压至轴2上并且焊接至轴2。在下一步骤中，中空柱形集电器8经过轴2装至印刷电路板5，使得集电器线9和印刷电路板5的铜表面6之间存在接触。随后将集电器线9和铜表面6焊合至彼此。然后，将中空柱形外转子绕组3安置在印刷电路板5上，外转子绕组3的绕组终端4还焊合至印刷电路板的铜表面6。图1b示出了在后一步骤中用浇注化合物18覆盖印刷电路板和连接部，浇注化合物18一方面增加稳定性另一方面防止发生可能由在印刷电路板5的区域中沉积于绕组终端4、铜表面6或者集电器线9上的颗粒引起的短路。图4是集电器8的可选实施例，其具有像星状径向弯曲到外侧的集电器线9。通过像星状径向弯曲到外侧的集电器线9，扩大了集电器线9和印刷电路板5的铜表面6之间的接触表面，因而改善了电接触。图5示出了根据本发明的直流电动机的转子的可选实施例。该转子也是钟形转子，用于具有金属或者石墨电刷换向的小尺寸转子。不同于图1a和1b的实施例，印刷电路板5具有多层设计。印刷电路板5的内层10附有用于降低换向期间的火花的部件，以及用于避免电动机操作中的电磁辐射的部件。干涉抑制电路由电子部件11组成，每个电子部件11由电容器和电阻器组成，电子部件11串联或者并联在印刷电路板5的外层的各铜表面6之间。在印刷电路板5的制造处理期间，印刷电路板5的钢毂7以其径向延伸舌件嵌入印刷电路板5的多层设计中。在该实施例中，采用图4的可选集电器8。此处，印刷电路板及其连接部也从外侧覆盖有浇注化合物以增加稳定性和排除短路。图6以纵向剖视图示出了根据本发明的直流电动机的转子的另一实施例。该转子是具有小尺寸的钟形转子，用于金属或者石墨电刷换向。转子1基本由轴2、外转子绕组3和集电器8组成。外转子绕组3以一个端部固定至金属板12的外周，并且经由金属板12以防扭转方式与轴2连接并且共轴于轴2。为了防止外转子绕组3的短路，由钢构成的金属板12在任一侧和外周用塑料涂层14来电绝缘。为了改善金属板12和塑料涂层14之间的结合，金属板12具有轴向通口13，轴向通口13以孔的形式分布在外周，还被塑料涂层14填充。具有用于降低换向期间火花的干涉抑制电路的印刷电路板5从外侧安置在金属板12或者其塑料涂层14上。印刷电路板5具有多层设计。干涉抑制电路的电子部件依靠所谓"嵌入"技术集成在多层印刷电路板5的内层10上。印刷电路板5由玻璃纤维增强热固性塑料组成，电子部件11施加在玻璃纤维增强热固性塑料上，每个电子部件11由电容器和电阻器组成。电容器和电阻器各自串联或者并联在印刷电路板5的各铜表面6之间。在印刷电路板5的前侧上径向隔开分布的铜表面6各自用来接触外转子绕组3的绕组终端4和集电器8的对应集电器线9。集电器线9以类似薄板方式分布在中空柱形集电器8的外周。为了组装转子1，起初根据顾客需求选择轴2、金属板12、印刷电路板5和集电器8。然后将金属板12通过金属板的中央孔压至轴2上并且焊接至轴2。在下一步骤中，将印刷电路板5和集电器8安置在轴上，同时将集电器线9各自焊合至印刷电路板5的一个铜表面6。在下一步骤中，将钟形转子的中空柱形外转子绕组3安置在金属板12上。然后还将外转子绕组3的绕组终端4各自焊合至印刷电路板5的一个铜表面6。此处，也从外侧施加浇注化合物，其可稳定机械连接和印刷电路板5，尤其电子部件11，并且保护电连接免于损坏和短路。图7以分解图作为纵向剖视图示出了根据本发明的直流电动机的转子的另一实施例。类似于图6的实施例，外转子绕组3经由金属板12以防扭转方式保持至轴2并且共轴于轴2。但是，金属板12不包括任何塑料涂层。外转子绕组3依靠外塑料环16电绝缘于金属板12。金属板12的外周的边齿接合外塑料环16的内边齿，因而确保转矩从外转子绕组3稳定传递至金属板12并且从金属板12稳定传递至轴2。金属板12用其中央孔压至轴2并且焊接至轴2。将外塑料环16注入铜制星状件15，铜制星状件15更详细地图示于图8和9。为了其制造，铜制星状件15由铜片冲压而成，铜制星状件15的面向外侧的各个梁起初在中心处保持连接。然后，将外塑料环16和内塑料环17施加至铜制星状件15，由此铜制星状件15的梁于是保持在适当位置。铜制星状件15的该状态图示于图8。因为铜制星状件15的梁通过两个塑料环16和17固定于它们的位置，现在能够将星状件的使得各个梁彼此连接的中央区域冲压掉。该状态图示于图9。各个梁现在不再彼此碰触，因而彼此不以导电方式连接。为了组装转子1，将外转子绕组3安置在铜制星状件15上，同时外转子绕组3的绕组终端4各自通过铜制星状件15的一个梁电接触。当铜制星状件15和外转子绕组3插入同时钢板12已经安装在轴2上时，铜制星状件15的内塑料环17需注意的是，铜制星状件15的梁与金属板12隔开，因而不会被金属板12短路。在完成安装的转子1中，中空柱形集电器8的集电器线9还各自连接铜制星状件15的一个梁。为了抑制火花，具有干涉抑制电路的电子部件11的印刷电路板5能够安置在铜制星状件15上。