专利名称：具有联结到定子并且至少部分地支撑轴承的印刷电路板的电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机及其组装方法。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种电动机，它包括定子、包括转子轴的转子，和联接到定子的支撑部件。第一轴承至少部分地设于支撑部件中并且印刷电路板联接到定子。第二轴承至少部分地设于印刷电路板中。第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴关于定子旋转。
在另一实施例中，本发明提供一种电动机，它包括具有定子开口的定子。包括转子轴的转子至少部分地设于定子开口中。支撑部件包括内表面和外表面。定子邻近内表面设置。第一轴承至少部分地设于支撑部件中。印刷电路板具有内表面和外表面。内表面邻近定子设置。第二轴承至少部分地设于印刷电路板中。第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴旋转。紧固器从第一轴承支撑的内表面延伸到印刷电路板的内表面从而紧固器联结支撑部件、定子和印刷电路板。
本发明还提供一种组装电动机的方法。该方法包括在支撑部件中支撑第一轴承并且在印刷电路板上形成轴承支撑部分，该轴承支撑部分包括轴承孔。该方法还包括将第二轴承的至少一部分插入轴承孔中，将电动机转子的至少一部分插入定子开口中，并且接合转子和第一轴承以及转子和第二轴承从而第一轴承和第二轴承支撑转子旋转。该方法还包括接合紧固器和支撑部件以及印刷电路板以牢固地相互联结支撑部件、定子和印刷电路板。
在另一实施例中，本发明提供一种电动机，它包括定子、包括转子轴的转子，以及联接到定子的支撑部件。第一轴承至少部分地设于支撑部件中并且印刷电路板联接到定子。第二轴承至少部分地由印刷电路板支撑。第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴关于定子旋转。
通过考虑详细描述和附图可以清楚本发明的其它方面和实施例。
附图简要说明该详细描述特别地参考附图，其中
图1是包括电路板的电动机的透视图；图2是图1电动机的分解视图；图3是图1电路板的透视图；图4是轴承组件的分解透视图；图5是另一电路板和轴承组件的分解透视图；图6是图5的组装的电路板和轴承组件的透视图；图7是图5轴承组件的分解透视图；图8是沿着图2的线8-8的截面视图；图9是沿着图2的线9-9的截面视图；图10是图9电路板一部分的放大视图；图11是包括电路板的另一电动机的透视图；和图12是图11的电动机轴承组件的透视图。
具体实施例方式
在详细描述本发明的任何实施例之前，应该理解本发明的应用不限于在下面的描述中给出或者在附图中示意的构件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且以各种方式实施或执行。而且，应该理解在这里使用的措辞和术语是用于描述并且不应认为是用于限制。“含有”、“包括”或“具有”及其变型在这里的使用是用于涵盖在其后列出的条目及其等价形式以及另外的条目。除非特别指明或者以其它方式限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广义地使用并且涵盖直接的和间接的安装、连接、支撑和联接装置。而且，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接装置。
如图1和2所示，形式为不带电刷的DC C框架(C-frame)电动机的电动机10包括定子15、转子20和印刷电路板25。对于所示构造，定子15包括C框架部分30和杆状部分35。C框架部分30由多个叠片形成，这些叠片紧密接触地堆叠并且被粘结到彼此(例如，焊接、铆接、粘结剂粘接等)。C框架部分30包括形成孔45的第一部分40，该孔穿过各个叠片并且尺寸适于接收转子20。孔45至少部分地形成与转子20相互作用以产生所需转子旋转的两个定子电极，如在电动机领域所公知地。定子15的C框架部分30也包括第一支腿55和第二支腿66。第一和第二支腿55、60从第一部分的端部延伸并且基本垂直于第一部分40。
杆状部分35由多个叠片形成，这些叠片以类似于关于C框架部分30所述的方式紧密接触并且粘结到彼此。杆状部分35支撑绕线筒65，该绕线筒则又支撑导体70。导体70通常被缠绕到绕线筒65上以形成多个圈或卷。导体70的端部连接到电路板25。杆状部分35包括接合第一支腿55的第一端部75和接合第二支腿60的第二端部80。一旦形成接合，则第一端部75和第一支腿55紧密接触并且第二端部80和第二支腿60紧密接触。因此，当电流经由电路板25被施加到导体70时，磁场产生并且被杆状部分35和C框架部分30引导到至少部分地由孔45形成的电极。电路板25控制电流向定子15的流动以控制转子20的旋转速度和方向，如在电动机领域公知地。
转子20包括基本柱形的转子芯85和从转子芯85的两个端部延伸的转子轴90。转子芯85包括形成在孔45中配合的两个磁极的永久磁体。通常，该永久磁体由永久磁性材料例如烧结铁素体形成。然而，其它材料和构造是可能的。该两个永久磁极与定子15相互作用以产生转子旋转。
转子轴90的直径基本小于转子芯85并且支撑转子芯85进行旋转。转子轴90也提供在电动机10和被电动机10驱动的构件之间的连接点。因此，直接从转子轴90获得轴功率。在一种构造中，单独的转子轴90穿过芯85并且延伸超过芯85的每个端部。在另一构造中，分离的轴延伸超过芯85的每个端部以形成转子轴90。对于任一构造，转子轴90被如此联接到转子芯85从而保证转子芯85和转子轴90一体旋转。
转子20由第一轴承95(图4所示)和第二轴承100(图2所示)支撑以旋转。第一轴承95在转子芯85的一侧上接合转子轴90并且第二轴承100在转子芯85的第二侧上接合转子轴90。轴承95、100可以是支撑转子轴进行旋转并且允许相对自由的轴向运动的简单的滑动轴承，在一些构造中，采用浸油的黄铜或青铜滑动轴承或轴衬。当然，其它轴承类型(例如，滚球轴承、滚柱轴承、推力轴承等)或轴承布置可被用于支撑转子20进行旋转。例如，两个轴承可被定位在转子芯85的一侧上从而以悬臂梁方式支撑转子芯85。此外，轴承中的一个可以是滚柱和推力轴承的组合或者第三轴承可被采用以承受可在电动机操作期间产生的任何推力载荷。该推力轴承也可保持转子20关于定子15处于理想的轴向位置中。在一些构造中，无需推力轴承。实际上，在定子15和转子20之间的磁场的相互作用保持转子20在定子孔45中的轴向位置。
支撑部件105邻近定子15的一个端部定位。图4和8所示的支撑部件105通常由金属材料例如铝或钢形成。然而，其它材料(例如，其它金属、合成物、塑料等)也可用于形成支撑部件105。支撑部件105包括尺寸适于接收第一轴承95的第一轴承孔110。支撑部件105也包括两个一体支柱115，其每一个包括通孔120以用于接收组装紧固器125(例如，如图2所示的螺钉、螺栓、双头螺栓、螺杆等)。一体支柱115的每一个还包括接触定子15以将支撑部件105定位在适当的轴向位置中的肩台130。在定子15中形成的孔135(图2)接合支柱115的一部分从而基本固定支撑部件105关于定子15的位置，同时也允许组装紧固器125通过。
轴承孔110在轴承毂140中形成。轴承毂140包括通孔145以允许转子轴90通过支撑部件105。与通孔145同心的第一埋头孔150接收和支撑第一轴承95的一部分从而轴承95能够枢转或者稍微移动。该运动允许轴承95移动以接受在轴承95和轴90之间的轻微错位。与第一埋头孔150同心的第二埋头孔155也在毂140中形成。浸油毡垫圈160设置在第二埋头孔155中从而毡垫圈160围绕轴承95的外表面。在操作期间，油能够从毡垫圈160渗入到轴承95中以在转子轴90和轴承95之间提供润滑。
轴承保持垫圈165在第二埋头孔155中设置在毡垫圈160的顶部上。轴承保持垫圈165的外直径接合在支撑部件105的毂140中形成的矛形件170以牢固地将轴承95和毡垫圈160保持到位。轴承保持垫圈165包括中央开口175和朝向中央开口175的中心向内径向延伸的多个臂180。臂180接合轴承95并且功能很象弹簧以允许轴承95的有限轴向运动。
在图3和9-10中示意的印刷电路板25设置在定子15的关于支撑部件105的相对侧上并且支撑第二轴承100。印刷电路板25也支撑用于控制电动机10所需的很多电子器件。印刷电路板25包括形成作为印刷电路板25的一个部分的支撑部分185。在所示意的构造中，绝缘性材料(例如，塑料、环氧树脂、陶瓷等)封装电路板25并且形成支撑部分185。支撑部分185包括两个一体的销190和毂195。一体的销190接合与支撑部件105的一体支柱115相同的定子15中的孔135并且包括孔200以允许组装紧固器125穿过。一体的销190有助于定位印刷电路板25使其关于定子15处于理想位置中。在其它构造中，没有采用支撑部分一体销190。实际上，组装紧固器125执行对准功能。应该指出，支撑部件105的一体支柱115或支撑部分185的一体销190可包括其尺寸适于接收组装紧固器125的螺纹。使用螺纹支柱或螺纹销可消除螺母或其它组装硬件的需要。
毂195包括通孔205以允许转子轴90通过并且还至少部分地支撑第二轴承100。在一些构造中，在图10中示出的耐磨层210在印刷电路板25中的孔205和轴承100之间定位。该耐磨层210抑制磨损，如果允许该磨损发生，则能够快速地减小印刷电路板提供给轴承100的支撑。减小的支撑可导致轴错位和粘合、另外的磨损，以及过度的转子振动。该耐磨层210可使用多个不同过程定位在孔205中，其中电镀是优选的。电镀允许将厚度较为一致的金属或其它耐磨材料准确地施加到印刷电路板25。在其它构造中，耐磨层210被形成为插件的一部分或者直接地铸造或形成到位。
如同第一轴承95，第二轴承100被如此成形和支撑以允许它枢转或稍微旋转以适应在转子轴90和轴承100之间的轻微错位。第二件浸油的毡215围绕第二轴承100并且向轴承100送油以润滑。第二轴承保持垫圈220，类似于第一轴承保持垫圈165，定位在毡215和轴承100之上。绝缘性材料在轴承保持垫圈220的外周边上形成以将第二轴承100、毡215和第二轴承保持垫圈220保持到位。
形成毂195的绝缘性材料从印刷电路板25延伸并且形成环形壁225。当组装电动机10以将轴承100和印刷电路板25定位成距定子15理想的距离时，环形壁225接触定子15。因此，环形壁225通过保持在印刷电路板25和定子15之间的所需轴向间隔而执行对准功能。
在图5-7中示意支撑第二轴承组件255的印刷电路板250的另一构造。印刷电路板250包括通孔260以使得转子轴90通过电路板250。电路板250还包括与通孔260同心地定位的埋头孔265，其尺寸适于接收第二轴承组件255。两个支柱270定位在电路板250的表面上并且尺寸适于使得电路板250从定子15间隔理想的距离。支柱270可使用任何适当的装置而被联结到电路板250或定子15，该装置包括但不限于，粘结剂、树脂或紧固器，此外，支柱270可由组装紧固器125支撑而不被联结到电路板250或定子15。
轴承组件255包括具有通孔以允许转子轴90通过的轴承保持器275。轴承280定位在轴承保持器275中并且由浸油毡垫圈285围绕。轴承保持垫圈290覆盖毡垫圈285并且接合轴承保持器290的外边缘以保持轴承280处于所需的位置中。
电路板250在埋头孔265中支撑轴承组件255。如果需要，轴承组件255可被联结到印刷电路板250(例如，紧固器、粘结剂、树脂等)。在一些构造中，轴承组件255接触定子15和印刷电路板250从而不需要在电路板250和轴承组件255之间的联结。
图11-12示意出电动机298的另一构造，它包括第二轴承组件300。第二轴承组件300类似于在图1-3中示意的支撑部分185。然而，不同于支撑部分185，第二轴承组件300牢固地联结到电动机定子15，而非印刷电路板305。第二轴承组件300包括可由任何理想的材料形成的本体部分310，该材料包括金属或塑料，在优选的构造中，本体部分310使用适当的过程，例如注模由塑性材料形成或模制。通常，第二轴承外罩300利用粘结剂联结到定子15。然而，如果需要，也可采用其它适当的联结方法。
第二轴承组件300包括轴承311、浸油毡垫圈312，和轴承保持垫圈313，其布置方式非常类似于关于图2-4所述的构造。因此，将不详细描述第二轴承组件300的这些元件。
第二轴承组件300也包括从本体部分310的一侧延伸的两个推送紧固器315。推送紧固器315可与组装紧固器125对准、关于组装紧固器125偏置，或者关于组装紧固器125旋转。推送紧固器315包括蘑菇形分裂式端头320，该端头可被推入在印刷电路板305中形成的孔325中。一旦端头320被推动通过孔325，它稍微扩大并且接合孔325以防止意外移除。以此方式，两个推送紧固器315接合电路板305并且将其联结到定子15。该推送紧固器也可包括倒钩或其它联结设备，该设备当紧固器被插入本体部分中接合本体部分310或者当本体部分310形成时接合本体部分310。
第二轴承组件300也可包括嵌入本体部分310中或者形成作为本体部分310的一部分的两个套筒(未示出)。该套筒可包括螺纹或其它适当的接合装置以接合组装紧固器125。在其中本体部分310由柔软材料(例如，塑料)形成的构造中，金属套筒可被用于保证组装紧固器125保持接合本体部分310。在其中本体部分310由金属或其它适当的材料形成的构造中，可省略该套筒。
为了组装电动机10，首先制备印刷电路板25。具体地，将必需的电子器件定位并且联结到板25。在完成任何测试之后，印刷电路板25被定位在模具中并且在绝缘性材料中封装。该模具形成支撑部分185，同时绝缘和保护联结到印刷电路板25的器件。在使用图5-7的电路板250和轴承组件255的构造中，第二轴承组件255被组装和联结或者定位在印刷电路板250的埋头孔265中。
支撑部件105使用铸造工艺形成，例如模铸或熔模铸造并结合一些加工操作。当然，其它制造技术例如其它铸造方法，锻造或单独的加工可用于形成支撑部件105。
通过堆叠C形叠片以形成定子15的C框架部分30从而组装定子15。导体70缠绕到绕线筒65上并且构成杆状部分35的叠片定位在绕线筒65中。然后C框架部分30和杆状部分35被铆接到一起以实现定子15。
被组装的定子15定位在印刷电路板25上从而一体销190至少部分地通过定子15中的孔135。转子20，包括转子轴90，在其操作位置中被定位在组装的定子15中。转子轴90的一个端部延伸到印刷电路板25的支撑部分185中并且接合第二轴承100。支撑部件105在转子轴90的相对端部上滑动从而第一轴承95接合轴90。支撑部分185移动以接触定子15从而定子15被夹在支撑部件105和印刷电路板25之间。组装紧固器125通过支撑部件105、定子15，和印刷电路板25并且在一个或两个端部处使用螺母被紧固。一旦被紧固，仅组装紧固器125联结印刷电路板25、定子15，和支撑部件105。以此方式，仅需要两个紧固器125以将电动机组件保持到一起。
为了组装在图11-12中示意的电动机，转子20和定子15被首先组装，如关于图1-10所述。第一轴承以非常类似于已经描述的方式被支撑在第一轴承组件支撑部件105中。第二轴承组件300被组装和粘结或以其它方式联结到定子15。组装紧固器125将第一轴承组件支撑部件105联结到定子15。组装紧固器125接合第二轴承组件本体部分310以将第一轴承组件支撑部件105联结到定子15。一旦组装紧固器125被充分接合，将第二轴承组件300联结到定子15的粘结剂不执行任何功能。因此，一些构造可以省略粘结剂。推送紧固器315接合印刷电路板305以将板305联结到定子15并且完成组装。在结束之前，注意到在组装电动机的前述方法中描述的步骤的顺序可以改变。此外，所述的一些步骤可被省略或者可以添加未被描述的其它步骤。例如，使用粘结剂以将第二轴承组件300联结到定子15在一些构造中可被省略。因此，前述方法不限于所述步骤或者其中描述它们的顺序。
因此，本发明提供一种新的和有用的电动机10以及组装电动机10的方法。在上面描述的和在附图中示意的电动机10的构造和组装电动机10的方法仅以实例的方式给出并且并非用于限制本发明的概念和原理。本发明的各种特征和优点在所附权利要求中给出。
权利要求
1.一种电动机，包括定子；包括转子轴的转子；联接到定子的支撑部件；至少部分地设于支撑部件中的第一轴承；联接到定子的印刷电路板；和至少部分地设于印刷电路板中的第二轴承，第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴关于定子旋转。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中定子被布置成形成C框架电动机。
3.根据权利要求1所述的电动机，其中转子包括转子芯并且转子轴包括在转子芯的第一侧上的第一端部和在转子芯的第二侧上的第二端部，该第二侧与第一侧相对，第一轴承联接到第一端部并且第二轴承联接到第二端部。
4.根据权利要求1所述的电动机，其中第一轴承和第二轴承的每一个是滑动轴承和滚柱轴承中的一种。
5.根据权利要求1所述的电动机，其中印刷电路板包括形成尺寸适于接收第二轴承的至少一部分的孔的支承表面。
6.根据权利要求5所述的电动机，其中印刷电路板包括设置在支承表面和第二轴承之间的耐磨层。
7.根据权利要求6所述的电动机，其中耐磨层被电镀到支承表面。
8.根据权利要求1所述的电动机，其中电动机还包括将支撑部件连接到定子和将印刷电路板连接到定子的紧固器。
9.根据权利要求8所述的电动机，其中紧固器穿过支撑部件和印刷电路板。
10.一种电动机，包括包括定子开口的定子；包括转子轴的转子，该转子至少部分地设置在定子开口中；包括内表面和外表面的支撑部件，定子邻近内表面设置；至少部分地设置在支撑部件中的第一轴承；包括内表面和外表面的印刷电路板，该内表面邻近定子设置；至少部分地直接由印刷电路板和定子的至少一个支撑的第二轴承，第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴旋转；以及从第一轴承支撑的内表面延伸到印刷电路板的内表面的紧固器，从而该紧固器联结支撑部件、定子和印刷电路板。
11.根据权利要求10所述的电动机，其中定子被布置成形成C框架电动机。
12.根据权利要求10所述的电动机，其中转子包括转子芯并且转子轴包括在转子芯的第一侧上的第一端部和在转子芯的第二侧上的第二端部，该第二侧与第一侧相对，第一轴承联接到第一端部并且第二轴承联接到第二端部。
13.根据权利要求10所述的电动机，其中第一轴承和第二轴承的每一个是滑动轴承和滚柱轴承中的一种。
14.根据权利要求10所述的电动机，其中印刷电路板包括形成尺寸适于接收第二轴承的至少一部分的孔的支承表面。
15.根据权利要求14所述的电动机，其中印刷电路板包括设置在支承表面和第二轴承之间的耐磨层。
16.根据权利要求15所述的电动机，其中耐磨层被电镀到支承表面。
17.根据权利要求10所述的电动机，其中紧固器从支撑部件和印刷电路板的一个的外表面延伸到支撑部件和印刷电路板的另一个的内表面。
18.根据权利要求10所述的电动机，其中紧固器从支撑部件的外表面延伸到印刷电路板的外表面。
19.根据权利要求10所述的电动机，其中该电动机还包括相互配合以牢固地连接支撑部件、定子和印刷电路板的多个紧固器。
20.一种组装电动机的方法，该方法包括在支撑部件中支撑第一轴承；在印刷电路板上形成轴承支撑部分，该轴承支撑部分包括轴承孔；将第二轴承的至少一部分插入轴承孔中；将电动机转子的至少一部分插入定子开口中；接合转子和第一轴承以及转子和第二轴承从而第一轴承和第二轴承支撑转子旋转；并且接合紧固器和支撑部件以及印刷电路板以牢固地相互联结支撑部件、定子和印刷电路板。
21.根据权利要求20所述的电动机组装方法，其中该形成步骤还包括向支承表面施加耐磨层。
22.根据权利要求21所述的电动机组装方法，其中施加耐磨层的步骤包括电镀支承表面。
23.根据权利要求20所述的电动机组装方法，其中接合紧固器步骤包括使得紧固器穿过支撑部件和印刷电路板的至少一个。
24.根据权利要求20所述的电动机组装方法，其中接合紧固器步骤包括将紧固器穿过支撑部件和印刷电路板这两者。
25.根据权利要求20所述的电动机组装方法，其中该电动机是C框架电动机。
26.根据权利要求20所述的电动机组装方法，其中第一轴承和第二轴承的每一个是滑动轴承和滚柱轴承中的一种。
27.根据权利要求20所述的电动机组装方法，还包括在支撑部件和印刷电路板之间定位定子从而定子被夹在支撑部件和印刷电路板之间。
28.一种电动机，包括定子；包括转子轴的转子；联接到定子的支撑部件；至少部分地设于支撑部件中的第一轴承；联接到定子的印刷电路板；至少部分地由印刷电路板支撑的第二轴承，第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴关于定子旋转。
29.根据权利要求28所述的电动机，其中定子被布置成形成C框架电动机。
30.根据权利要求28所述的电动机，其中转子包括转子芯并且转子轴包括在转子芯的第一侧上的第一端部和在转子芯的第二侧上的第二端部，该第二侧与第一侧相对，第一轴承联接到第一端部并且第二轴承联接到第二端部。
31.根据权利要求28所述的电动机，其中第一轴承和第二轴承的每一个是滑动轴承和滚柱轴承中的一种。
32.根据权利要求28所述的电动机，其中印刷电路板包括形成尺寸适于接收第二轴承的至少一部分的孔的支承表面。
33.根据权利要求32所述的电动机，其中印刷电路板包括设置在支承表面和第二轴承之间的耐磨层。
34.根据权利要求33所述的电动机，其中耐磨层被电镀到支承表面。
35.根据权利要求28所述的电动机，其中该电动机还包括将支撑部件连接到定子和将印刷电路板连接到定子的紧固器。
36.根据权利要求35所述的电动机，其中紧固器通过支撑部件和印刷电路板。
37.根据权利要求28所述的电动机，其中印刷电路板完全支撑第二轴承。
38.根据权利要求28所述的电动机，其中印刷电路板和定子相互配合以抑制轴承沿着平行于转子轴的方向的运动并且印刷电路板基本抑制第二轴承垂直于转子轴的运动。
全文摘要
一种电动机，包括定子、包括转子轴的转子和联接到定子的支撑部件。第一轴承至少部分地设于支撑部件中并且印刷电路板联接到定子。第二轴承至少部分地设于印刷电路板中。第一轴承和第二轴承相互配合以支撑转子轴关于定子旋转。
文档编号H02K11/00GK101036277SQ200580027626
公开日2007年9月12日 申请日期2005年8月18日 优先权日2004年8月20日
发明者艾伦·E·莱萨克 申请人:A.O.史密斯公司