(57)【要約】  特に小型の直流電気モータは、シャフトと、巻線支持体と、集電体と、空心アウターロータ巻線とを具備する。アウターロータ巻線は集電体に電気的に接続される。本発明によれば、プリント回路基板をさらに具備する直流電気モータにおいて、巻線支持体は、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックからなる軸受部品としてのプリント回路基板に置き換えられ、プリント回路基板は少なくとも１層で設計されかつ金属ハブを介してシャフトに接続される。かかるモータの製造方法では、プリント回路基板が金属ハブと共にシャフトに押し嵌めされ、金属ハブおよびシャフトが互いに溶接され、次に集電線を備える集電体が別個のユニットとしてシャフトに装着され、集電線は、アウターロータ巻線が装着された後、適切な接触面を介して対応する巻線端末に電気的に接続され、電気的接続点および機械的接続点が成形材により被覆される。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（２）と、巻線支持体と、プリント回路基板（５）と、複数の集電線（９）を備える集電体（８）と、複数の巻線端末（４）を備える空心アウターロータ巻線（３）とを具備する、特に小型の、直流電気モータであって、
前記アウターロータ巻線（３）は、トルクに耐える状態で一端が前記巻線支持体を介して前記シャフト（２）に接続され、前記巻線支持体が軸受部品を呈し、前記アウターロータ巻線（３）が、前記集電体（８）に電気的に接続される、直流電気モータにおいて、
前記巻線支持体が、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックからなる軸受部品としての前記プリント回路基板（５）に置き換えられ、前記プリント回路基板（５）が、少なくとも１つの層で設計され、金属ハブ（７）を介して前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、直流電気モータ。
【請求項２】
前記プリント回路基板（５）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する軸線方向外側面に、１つの巻線端末（４）と対応する１つの集電線（９）とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の銅面（６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の直流電気モータ。
【請求項３】
整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路が、前記プリント回路基板（５）に内蔵されることを特徴とする、請求項１または２に記載の直流電気モータ。
【請求項４】
前記プリント回路基板（５）が、軸線方向に多層設計構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項５】
前記干渉抑制回路の前記電気部品が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）の内層（１０）に集積されることを特徴とする、請求項４に記載の直流電気モータ。
【請求項６】
前記金属ハブ（７）が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）における少なくとも１つの径方向溝および／または径方向舌部に埋め込まれることを特徴とする、請求項４または５に記載の直流電気モータ。
【請求項７】
前記金属ハブ（７）が、前記プリント回路基板（５）内に圧入され、境界を画定し、または前記プリント回路基板に径方向にかしめ止めされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項８】
前記金属ハブ（７）が、摩擦接合および材料接合により前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流電気モータの製造方法において、
前記ロータ（１）を組み立てるために、まず前記プリント回路基板（５）が、前記金属ハブ（７）と共に前記シャフト（２）に押し嵌めされ、その後、前記金属ハブ（７）および前記シャフト（２）が互いに溶接され、前記集電線（９）を備える前記集電体（８）が、次の段階では、別個のユニットとして前記シャフト（２）に装着され、前記集電線（９）は、前記アウターロータ巻線（３）が装着された後に、それぞれの適切な接触面を介して関連する巻線端末（４）に電気的に接続され、その後、電気的接続点および機械的接続点が、成形材（１８）により成形されることを特徴とする、直流電気モータの製造方法。
【請求項１０】
前記金属ハブ（７）および前記シャフト（２）が、レーザ溶接によって互いに溶接されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
シャフト（２）と、巻線支持体と、複数の集電線（９）を備える集電体（８）と、複数の巻線端末（４）を備える空心アウターロータ巻線（３）とを具備する、特に小型の、直流電気モータであって、
前記アウターロータ巻線（３）は、トルクに耐える状態で一端が前記巻線支持体を介して前記シャフト（２）に接続され、前記巻線支持体が軸受部品を呈し、前記アウターロータ巻線（３）が、前記集電体（８）に電気的に接続される、直流電気モータにおいて、
前記巻線支持体が、前記シャフト（２）との接続のための中央孔を具備する金属板（１２）であり、プラスチックまたはセラミックからなる絶縁リング（１４；１６）が、前記アウターロータ巻線（３）との電気的絶縁のために前記金属板（１２）の外周面に設けられることを特徴とする、直流電気モータ。
【請求項１２】
前記金属板（１２）が、摩擦接合および材料接合により前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の直流電気モータ。
【請求項１３】
前記金属板（１２）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する少なくとも軸線方向外側面に電気絶縁被覆または電気絶縁被膜（１４）を具備することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の直流電気モータ。
【請求項１４】
整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路を備えるプリント回路基板（５）が、前記金属板（１２）の軸線方向外側面に装着され、前記プリント回路基板（５）が、１つの巻線端末（４）と対応する１つの集電線（９）とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の電気接触面（６）を具備することを特徴とする、請求項１３に記載の直流電気モータ。
【請求項１５】
前記プリント回路基板（５）が、軸線方向に多層設計構造であることを特徴とする、請求項１４に記載の直流電気モータ。
【請求項１６】
前記干渉抑制回路の前記電気部品が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）の内層（１０）に集積されることを特徴とする、請求項１５に記載の直流電気モータ。
【請求項１７】
銅板から打ち抜かれた接触星形部（１５）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する前記金属板（１２）の前記軸線方向外側面に装着され、前記接触星形部の梁が、少なくとも１つの射出成形されたプラスチックリング（１６，１７）により離間した状態で保持され、前記接触星形部（１５）の各梁が、１つの巻線端末（４）と前記それぞれの対応する集電線（９）とに接触する役割を果たすことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項１８】
前記接触星形部（１５）の前記梁が、整流中の火花の発生を抑えるために干渉抑制回路により電気的に相互に接続され、前記干渉抑制回路がプリント回路基板（５）に搭載されることを特徴とする、請求項１７に記載の直流電気モータ。
【請求項１９】
前記プリント回路基板（５）の基材が、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックであること特徴とする、請求項１４，１５，１６または１８に記載の直流電気モータ。
【請求項２０】
前記金属板（１２）が、プラスチックで被覆されることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の直流電気モータの製造方法において、
前記ロータ（１）を組み立てるために、まず前記金属板（１２）が、前記シャフト（２）に押し嵌めされ、その後、前記金属板（１２）および前記シャフト（２）が互いに溶接され、以下の段階の１つにおいて、前記集電線（９）を備える前記集電体（８）が、別個のユニットとして前記シャフト（２）に装着され、前記集電線（９）は、前記アウターロータ巻線（３）が装着された後に、それぞれの適切な接触面を介して関連する巻線端子（４）に電気的に接続され、次に、電気的接続点および機械的接続点が成形材により成形されることを特徴とする、直流電気モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
請求項１および請求項１１の前文に記載の直流電気モータならびに独立請求項９および独立請求項２１の前文に記載の直流電気モータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から空心アウターロータを備える直流電気モータが知られている。このような直流電気モータのロータは、シャフトと、複数の巻線端末を備える空心の中空円筒状アウターロータ巻線と、円筒状の集電線の周りにラメラ状に配設され、かつアウターロータ巻線の巻線端末に電気的に接続される複数の集電線を備える集電体とを実質的に具備する。アウターロータ巻線は、通常、いわゆる巻線支持体の外周面に片側が固定され、トルクに耐えるように、シャフトに対して同シャフトに巻線支持体により保持される。
【０００３】
このような直流電気モータは、例えば、独国特許第１００２１３９２号明細書で知られている。この文献に記載の電気モータの巻線支持体は、プラスチックで製造される場合、集電体と共にシャフトに射出成形される。巻線支持体と集電体とから構成されるプラスチック部品を軸線方向および周方向に確実に固定するために、シャフトは、射出成形された被覆領域に刻み付き領域と環状溝とを有する。集電体スリーブにラメラ状に配設された集電体は、巻線支持体の領域で径方向外側に湾曲し、巻線支持体の外側面に径方向に延び、巻線端末の１つに各々溶接される。１つのチップコンデンサが、軸線方向通路を通じて各集電線に半田付けされるが、このチップコンデンサは、銅からなる短絡リングにより径方向に相互接続され、したがって、火花を抑制するため、かつ電気モータの耐用年数を延ばすための干渉抑制回路である。いわゆるディスクコンデンサの形態の干渉抑制回路を前方または後方から巻線支持体に装着することも知られている。このようなディスクコンデンサは、大抵の場合、特殊セラミックまたはプリント回路基板で作られ、１本の集電線に各々接触するのに適した接触面を具備する。ディスクコンデンサは、２つの隣接する接触面の間、ひいては２つの隣接する集電線の間に各々直列または並列に接続されるコンデンサと抵抗とを各々具備する。ディスクコンデンサの使用は、例えば、独国特許出願公開第１９７４０５５１号明細書で知られている。
【０００４】
上記直流電気モータの製造においては、様々な顧客の要求を考慮しなければならない。例えば、応用に応じて、異なるシャフトが必要とされ、および／または貴金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシに異なる集電線が使用される。従来技術で知られるロータのシャフトと集電線の両方を、１つの加工段階において巻線支持体および集電体のプラスチックでの押出被覆により被覆し、それゆえ、最終的にロータのシャフトと集電線は各々に対して位置付けられるので、ロータの所望の変形が、製造の極めて初期の段階で既知でなければならない。それゆえ、公知のロータ組立体は、製造中の可撓性が低く、かつ加工時間が長くかかる。公知のロータ組立体のさらなる欠点は、射出成形されたプラスチックからなる巻線支持体が、必要な安定性のために、またモータ駆動トルクを確実に伝達するために比較的厚くなければならならず、これにより、ロータひいては完全な電気モータの構造体積および特に構造長さが比較的大きくなることにある。必要な構造体積が大きくなるにつれて、巻線支持体に載置される取付部品（例えば、火花抑制のためのディスクコンデンサ）が多くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、製造においてより高い可撓性を可能にし、かつロータの構造体積を小型化できるようにするロータ組立体を提供することである。また、本発明の目的は、従来技術で知られる製造工程と比較してロータの製造においてより高い可撓性を可能にする、直流電気モータの製造方法を提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、本発明の請求項１および請求項９の特徴により達成される。ここで、シャフトと、巻線支持体と、プリント回路基板と、複数の集電線を有する集電体と、複数の巻線端末を備える空心アウターロータ巻線とを具備する特に小型の直流電気モータを仮定する。アウターロータ巻線は、トルクに耐えるように一端が巻線支持体を介してシャフトに接続され、さらに、集電体に電気的に接続される。巻線支持体は軸受部品である。本発明によれば、巻線支持体は、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックからなる軸受部品としてのプリント回路基板に置き換えられ、プリント回路基板は、少なくとも１層で設計され、かつ金属ハブを介してシャフトに接続される。プリント回路基板に用いられるガラス繊維強化熱硬化性プラスチックは、巻線支持体をプラスチックで押出被覆するために従来技術で用いられる良質なガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの弾性係数の２倍の高さにまで達し得る弾性係数を有する。それゆえ、プリント回路基板は、従来技術で知られる巻線支持体よりも軸受部品として実質的に薄い設計を有することができる。プリント回路基板の中央の金属ハブは、ロータ組立の間いつでもプリント回路基板をシャフトに載置できるようにする。ここで、プリント回路基板が均一なハブ径で製造され、かつ異なるシャフトもまた、少なくとも後にプリント回路基板に接続される領域に均一な直径を有する場合、複数の異なるシャフトおよび異なるプリント回路基板の中から選択することができる。これは、多様な顧客の要求を実現するための非常に可撓性のあるロータ組立体を可能にする。鋼製ハブが金属ハブとして好適であり、シャフトもまた鋼で作られることが好ましい。
【０００７】
請求項９によれば、このような直流電気モータの製造方法は、本発明による以下の一連の工程段階を含む。
【０００８】
ロータを取り付けるために、プリント回路基板が、まず金属ハブと共にシャフト上に押し嵌められる。次に、金属ハブおよびシャフトが互いに溶接される。顧客の要求に応じて、複数の異なるプリント回路基板およびシャフトの中から選択することができる。次の段階では、集電体は、集電線と共に別個のユニットとしてシャフトに装着され、集電線は、アウターロータ巻線が装着された後に、適切な接触面を介して関連する巻線端末に電気的に接続される。集電体は独立したユニットであるので、ここでもまた、例えば貴金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシに異なる設計を用いることができる。集電線と巻線端末とを、直接またはプリント回路基板の互いの銅面に半田付けすることができる。その後、電気的接続点および機械的接続点が成形材（ｃａｓｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）により成形（ｃａｓｔ）される。一方では、これにより安定性を高め、他方では、成形材が、例えば、黒鉛ブラシの摩耗から生じる、集電線または巻線端末およびその間に付着するであろう微粉炭により引き起こされる短絡から電気的接続を保護する役割を果たす。
【０００９】
また、上記の目的は、本発明の請求項１１および請求項２１の特徴によって達成される。ここでは、シャフトと、巻線支持体と、複数の集電線を有する集電体と、複数の巻線端末を備える空心アウターロータ巻線とを具備する特に小型の直流電気モータを仮定する。アウターロータ巻線は、トルクに耐えるように一端が巻線支持体を介してシャフトに接続され、さらに、集電体に直接またはプリント回路基板を通じて電気的に接続される。電気的接続点および機械的接続点は、成形材（例えば、樹脂）により成形することができる。巻線支持体は軸受部品である。本発明によれば、巻線支持体は、シャフトとの接続のための中央孔を有する金属板である。さらに、プラスチックまたはセラミックからなる絶縁リングは、アウターロータ巻線に対する電気的絶縁のために本発明による金属板の外周面に設けられる。部分的な押出被覆により絶縁プラスチックを適用することができる。孔を通じて達成される金属板とシャフトとの接続により、１つのユニットを形成するために、２つの部品を複数の異なるシャフトおよび異なる金属板から組み立てることができる。これはつまり、ロータ組立体の高い可撓性を意味し、このロータ組立体において、個々の顧客の要求を考慮することができる。ここで、所望のシャフトの直径に対応する孔が組立の直前に金属板に形成されることが考えられる。代替案として、異なるシャフトが、少なくとも金属板と接続する領域において孔の直径を有する、孔の均一な直径を決定することができる。特に金属板に鋼が用いられる場合、金属板は、安定性が同等もしくはさらに良好であると同時に、プラスチックより優れた材料特性、特に高強度のおかげで、従来技術で知られるプラスチック製の巻線支持体と比較して極めて薄い設計を有することができる。これにより、ロータの構造体積および特に構造長さの小型化が達成される。金属板の外周面におけるプラスチックまたはセラミックからなる絶縁リングにより、アウターロータ巻線の短絡が防止される。金属板は、打ち抜き、金属粉末射出成形または焼結により回転部として製造することができる。
【００１０】
請求項２１に記載のこのような直流電気モータの製造方法は、本発明による以下の一連の工程段階を含む。
【００１１】
ロータを組み立てるために、金属板がまず、シャフト上に押し嵌められる。次に、金属板およびシャフトが互いに溶接される。顧客の要求に応じて、複数の異なるシャフトおよび巻線支持体として複数の異なる金属板の中から選択することができる。以下の段階の１つにおいて、集電線を備える集電体は、別個のユニットとしてシャフトに装着される。ここでもまた、顧客の要求に応じて、例えば、貴金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシに対する異なる変形例が可能である。集電線は、アウターロータ巻線が装着された後にそれぞれに適切な接触面を介して対応する巻線端末に電気的に接続される。この接続は、半田付けまたは溶接により行うことができる。その後、電気的接続点および機械的接続点が成形材により成形される。一方では、これにより安定性を高め、他方では、成形材が、例えば、黒鉛ブラシの摩耗から生じ、かつ集電線または巻線端末およびその間に付着するであろう微粉炭により引き起こされる短絡から電気部品を保護する役割を果たす。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１３】
以下の説明は、請求項１に記載の本発明の直流電気モータの好適な実施形態に関するものである。
【００１４】
好ましい実施形態において、プリント回路基板は、アウターロータ巻線に対向する軸線方向外側面に、１つの巻線端末と対応する１つの集電線とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の銅面を具備する。これにより、ロータの組立がかなり容易になる。プリント回路基板に既に接続されているシャフトに集電体を装着した後、まず集電線を各々銅面の１つに半田付けすることができる。半田付けは、銅面の径方向内側の領域で行われる。アウターロータ巻線を装着した後に、巻線端末を各々１つの銅面の径方向外側の領域で半田付けすることができる。
【００１５】
好適には、干渉抑制回路は、整流中の火花の発生を抑えるためにプリント回路基板に内蔵される。これにより、干渉抑制回路を使用したとしても、コンパクトな設計が可能となり、その設計では、ロータの組立中に干渉抑制回路を設置するための追加の作業工程が排除される。このような干渉抑制回路は、貴金属ブラシを備えるモータの耐用年数を大幅に延ばし、また同時にモータの作動中の電磁放射を低減する。
【００１６】
特に好ましい実施形態において、プリント回路基板は、軸線方向に複数の層で組み立てられる。これにより、プリント回路基板の内層に付設された回路をプリント回路基板に内蔵することができ、このプリント回路基板において、回路がプリント回路基板の外層により保護される。いわゆる「埋め込み」技術によって多層プリント回路基板の内層に干渉抑制回路の電気部品を集積し、それにより、プリント回路基板の外層で、例えば、組立の間の取扱いによる負荷から保護することが特に好適であると判明した。巻線支持体で利用可能な軸線方向における円形面は、巻線端末の接触および必要であれば、集電体への追加の電気的接続により外側面に部品を組み立てるスペースがごく僅かしかないので、上記「埋め込み技術」によってのみ１３ｍｍ未満の直径を有する小型モータに干渉抑制回路を内蔵することが可能である。部品をプリント回路基板の内層に配置することにより、より多量の電力消費を可能にするより大型のハウジング形状をさらに使用することができ、ひいては耐用年数を延ばすことができる。さらに、空気に比べて良好な熱伝導性により、発生する損失熱がより良好に放散される。多層プリント回路基板において、少なくとも１つの径方向溝および／または径方向舌部を備える多層プリント回路基板にプリント回路基板の金属ハブを確実に埋め込むこともまた好適である。ここでは、径方向溝または径方向舌部による軸線方向の形状嵌合に加えて、また互いに回転にしないように、プリント回路基板および金属ハブを固定する形状接続要素（例えば、歯）を金属ハブの周方向に形成することもできる。
【００１７】
さらに好適な実施形態において、プリント回路基板の製造工程においてプリント回路基板の１つまたは複数の層に金属ハブを埋め込むことができる。
【００１８】
金属ハブをプリント回路基板に圧入し、境界を画定するかまたは金属ハブをプリント回路基板に径方向にかしめ止めすることが製造において簡単かつ安価である。
【００１９】
別の好ましい実施形態において、金属ハブは、摩擦接合および材料接合によりシャフトに接続される。これにより、最高の安定性と最適なモータトルクの伝達が確保される。材料接合による接続が溶接により達成される一方で、摩擦接続は、例えば、金属ハブをシャフトに押し嵌めることにより達成することができる。レーザ溶接により、反りが生じない非常に正確な溶接が達成される。さらに、レーザ溶接は安価であり、迅速な製造工程を可能にする。
【００２０】
以下の説明は、請求項１１に記載の本発明の直流電気モータの好適な態様に関するものである。
【００２１】
結果的に、摩擦接合または材料接合により金属板をシャフトに接続することが特に好適であることが判明した。この接続により、高い安定性とロータ内での確実なトルクの伝達が確保される。材料接合による接続が溶接により達成される一方で、摩擦接続は、例えば、金属ハブをシャフトに押し嵌めることにより達成することができる。好適には、一方では安価であり、他方ではロータの極めて迅速な組立を確実にするレーザ溶接法が用いられる。
【００２２】
好ましい実施形態において、金属板は、アウターロータ巻線に対向する少なくとも軸線方向外側面に電気絶縁被覆または電気絶縁被膜を有する。これにより、集電線または金属板の外側面に延びる巻線端末により引き起こされる可能性のある短絡を防止する。
【００２３】
好適には、整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路を備えるプリント回路基板は、金属板の軸線方向外側面に装着される。このような干渉抑制回路は、整流ブラシを備えるモータの耐用年数を大幅に延ばし、また同時にモータの作動中の電磁放射を低減する。好適には、プリント回路基板は、１つの巻線端末と対応する１つの集電線とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の電気的接触面を有する。これにより、組立ならびに特に集電線および巻線端末の電気的接触が極めて容易になる。
【００２４】
特に好ましい実施形態において、プリント回路基板は、軸線方向に複数の層で組み立てられる。これにより、プリント回路基板の内層に付設された回路をプリント回路基板に内蔵することができ、回路がプリント回路基板の外層により保護される。いわゆる「埋め込み」技術によって多層プリント回路基板の内層に干渉抑制回路の電気部品を集積し、これにより、プリント回路基板の外層で電気部品を保護することが特に好適であると判明した。これにより、１３ｍｍ未満の直径を有する小型モータにさえ干渉抑制回路を内蔵することが可能である。部品をプリント回路基板の内層に配置することにより、より多くの電力消費を可能にするより大型のハウジング形状をさらに使用することができ、ひいては耐用年数を延ばすことができる。さらに、基盤材の空気に比べて良好な熱伝導性により、発生する損失熱がより良好に放散される。静電容量が面積および層構造により決定するディスクコンデンサの使用とは対照的に、稠密なプリント回路基板において、巻線およびモータに応じて配線および（抵抗およびコンデンサなどの）部品の寸法決めを最適に調整することができる。
【００２５】
本発明の別の好ましい実施形態において、銅板から打ち抜かれた接触星形部は、アウターロータ巻線に対向する金属板の軸線方向外側面に装着される。この接触星形部の梁は、好適には、射出成形された少なくとも１つのプラスチックリングにより離間して配置される。接触星形部の各梁は、巻線端末とそれぞれの関連する集電線とに接触する役割を果たす。本実施形態は組立を容易にし、特に、高電流強度に適している。好適には、接触星形部の梁は、整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路に相互接続される。ここで、干渉抑制回路がプリント回路基板に搭載される場合、製造の良好な自動化が達成される。干渉抑制回路および電気部品が付設されるプリント回路基板の基材は、ＦＲ４などのガラス繊維強化熱硬化性プラスチックであることが好ましい。代替案として、セラミックもまた、基材として適している。
【００２６】
別の好ましい実施形態において、金属板は、短絡を避けるために、また電気的遮蔽のためにプラスチックで被覆される。
【００２７】
図面を参照して、本発明の実施形態を以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１ａ】本発明による直流電気モータのロータの第１の実施形態を示す図である。
【図１ｂ】アウターロータ巻線と集電体との間の接続の領域に成形材による接続領域のカバーを備える図１ａのロータを示す図である。
【図２】図１ａおよび図１ｂのロータのプリント回路基板を示す詳細図である。
【図３】図１ａおよび図１ｂのロータの集電体を示す詳細図である。
【図４】図３の集電体の代替設計を示す図である。
【図５】本発明による直流電気モータのロータのさらなる実施形態を示す図である。
【図６】本発明による直流電気モータのロータのさらなる実施形態を示す図である。
【図７】本発明による直流電気モータのロータのさらなる実施形態を示す図である。
【図８】製造中に巻線端末と集電線とを接触させるための図７のロータの銅製星形部を示す図である。
【図９】加工完了状態の図８の銅製星形部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、同様の部品には、同様の参照符号を付す。
【００３０】
図１ａは、金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシを備える小型モータ用の鐘状ロータとして設計される本発明による直流電気モータのロータ１の縦断面図である。ロータ１は、シャフト２と、空心アウターロータ巻線３と、集電体８とから実質的になる。アウターロータ巻線３は、プリント回路基板５の外周面に一端が固定され、このプリント回路基板５は金属ハブ７を介してシャフトに接続される。したがって、プリント回路基板５は、軸受部品となり、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で作られる。大抵、銅線として巻回されるアウターロータ巻線３は、トルクに耐えるように、かつプリント回路基板５を介してシャフト２に対して同シャフトに保持される。図２はプリント回路基板５の詳細図を示しており、図３は集電体８の詳細図を示している。プリント回路基板５の金属ハブ７は、鋼で作られるとともに鋼からなるロータ１のシャフト２に押し嵌められ、シャフト２に溶接される。スリーブ状の集電体８は、プリント回路基板５よりもかなり小さい直径を有し、集電体の外周面にラメラ状に配設された集電線９を具備する。各集電線９は、プリント回路基板５の銅面６を介してアウターロータ巻線３の巻線端末４に電気的に接続される。このため、プリント回路基板５の銅面６は、プリント回路基板５の外側面に星形に配置され、互いに分離される。ロータ１を組み立てるために、まずシャフト２、プリント回路基板５および集電体８が、顧客の要求に対応する複数の代替部品から選択される。プリント回路基板５は、この時点で、プリント回路基板に圧入され境界を画定する鋼製ハブ７を既に具備している。集電体８は、別個のユニットとして所望の集電線９を既に装着している。まず、プリント回路基板５がシャフト２に押し嵌められ、シャフト２に溶接される。次の段階では、中空円筒状の集電体８をシャフト２の上に移動させてプリント回路基板５まで下げ、その結果として、集電線９とプリント回路基板５の銅面６との間に接触が生じる。その後、集電線９および銅面６が互いに半田付けされる。次に、中空円筒状のアウターロータ巻線３は、プリント回路基板５に装着され、アウターロータ巻線３の巻線端末４もまたプリント回路基板の銅面６に半田付けされる。
【００３１】
図１ｂは、プリント回路基板および接続部が、最終段階において、一方では安定性を高め、他方ではプリント回路基板５の領域の巻線端末４、銅面６または集電線９に付着し得る粉体により引き起こされる可能性のある短絡の発生を防止する成形材１８で覆われること示している。
【００３２】
図４は、星形のように径方向外側に湾曲した集電線９を備える集電体８の代替的な実施形態である。星形のように径方向外側に湾曲した集電線９により、集電線９とプリント回路基板５の銅面６との間の接触面が増大し、これにより、電気的接触を改善する。
【００３３】
図５は、本発明による直流電気モータのロータの代替的な実施形態を示す図である。これもまた、金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシを備える小型モータ用の鐘状ロータである。図１ａおよび図１ｂの実施形態とは対照的に、プリント回路基板５は多層設計構造を有する。プリント回路基板５の内層１０には、整流中の火花の発生を抑えるため、また電気モータを作動する際に電磁放射を防ぐための部品が装着される。干渉抑制回路は、プリント回路基板５の外層の銅面６の間に直列または並列に接続されるコンデンサと抵抗とから各々なる電気部品１１から構成される。プリント回路基板５の鋼製ハブ７は、プリント回路基板５の製造工程中にプリント回路基板５の多層設計構造において径方向に延びる舌部に埋め込まれる。本実施形態では、図４の代替的な集電体８が用いられる。ここでもまた、安定性を高めるため、また短絡を排除するために、プリント回路基板および接続部が成形材で外側から覆われる。
【００３４】
図６は、本発明による直流電気モータのロータのさらなる実施形態を示す縦断面図である。これは、金属整流ブラシまたは黒鉛整流ブラシのための小型の鐘状ロータである。ロータ１は、シャフト２と、アウターロータ巻線３と、集電体８とから実質的になる。アウターロータ巻線３は、金属板１２の外周面に一端が固定され、ならびにトルクに耐えるように、かつシャフト２に対して同シャフトに金属板１２を介してシャフト２に接続される。アウターロータ巻線３における短絡を防止するために、鋼からなる金属板１２は、両側および外周面においてプラスチック被覆１４で電気的に絶縁される。金属板１２とプラスチック被覆１４との結合を高めるために、金属板１２は、同様にプラスチック被覆１４で充填される周面にわたって分配配置された孔の形態の軸線方向貫通開口１３を有する。整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路を備えるプリント回路基板５は、外側から金属板１２または金属板のプラスチック被覆１４に装着される。プリント回路基板５は多層設計構造を有する。干渉抑制回路の電気部品は、いわゆる「埋め込み」技術によって多層プリント回路基板５の内層１０に集積される。各々コンデンサと抵抗とから構成される電気部品１１が付設されるプリント回路基板５は、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックからなる。コンデンサおよび抵抗は、プリント回路基板５の銅面６の間に各々直列または並列に接続される。プリント回路基板５の前面に離間した状態で、径方向に分配配置された銅面６は、アウターロータ巻線３の巻線端末４と対応する集電体８の集電線９とに各々接触する役割を果たす。集電線９は、中空円筒状の集電体８の周面にわたってラメラ状に分配配置される。ロータ１を組み立てるために、顧客の要求に従って、最初にシャフト２、金属板１２、プリント回路基板５および集電体８が選択される。次に、金属板１２は、金属板の中央孔を通じてシャフト２に押し付けられ、シャフト２に溶接される。次の段階では、集電線９がプリント回路基板５の銅面６の１つに各々半田付けされた状態で、プリント回路基板５および集電体８がシャフトに装着される。次の段階では、鐘状ロータの中空円筒状のアウターロータ巻線３が、金属板１２に装着される。次にまた、アウターロータ巻線３の巻線端末４は、プリント回路基板５の銅面６の１つに各々半田付けされる。ここでもまた、機械的接続およびプリント回路基板５、特に電気部品１１を安定させ、かつ損傷および短絡から電気的接続を保護する成形材が外側から塗布される。
【００３５】
図７は、本発明による直流電気モータのロータのさらなる実施形態を示す分解縦断面図である。図６の実施形態と同様に、アウターロータ巻線３は、トルクに耐えるように、かつシャフト２に対して同シャフトに金属板１２を介して保持される。しかしながら、金属板１２は、プラスチック被覆を全く有さない。アウターロータ巻線３は、外側プラスチックリング１６によって金属板１２に対して電気的に絶縁される。金属板１２の外周面における歯が、外側プラスチックリング１６の内歯に係合し、これにより、アウターロータ巻線３から金属板１２へ、そして金属板１２からシャフト２への確実なトルクの伝達を確保する。金属板１２は、金属板の中央孔によりシャフト２に押し嵌められ、シャフト２に溶接される。外側プラスチックリング１６は、図８および図９にさらに詳細に示す銅製星形部１５に射出成形される。製造のために、銅製星形部１５は銅板から打ち抜かれるが、外方へ向かう銅製星形部１５の梁（ｂｅａｍ）は、最初は中央で接続された状態である。次に、外側プラスチックリング１６および内側プラスチックリング１７が、銅製星形部１５に付設され、これにより、銅製星形部１５の梁が定位置に保持される。この銅製星形部１５の状態は図８に示されている。銅製星形部１５の梁が２つのプラスチックリング１６および１７により定位置に固定されるので、この時点で、梁を相互に接続する星形部の中央部を打ち抜くことができる。この状態は図９に示されている。この時点で、梁はもはや相互に接触しておらず、したがって、電気的に導通するように相互に接続されていない。ロータ１を組み立てるために、アウターロータ巻線３の巻線端末４を銅製星形部１５の１つの梁に各々電気的に接触させた状態で、アウターロータ巻線３を銅製星形部１５に装着する。銅製星形部１５およびアウターロータ巻線３が既にシャフト２に取り付けられた鋼板１２と共に挿入されるときに、銅製星形部１５の内側プラスチックリング１７は、銅製星形部１５の梁が金属板１２から離間して配置され、ひいては金属板１２により短絡が生じないように保護する。取り付けが完了したロータ１では、中空円筒状の集電体８の集電線９もまた、銅製星形部１５の１本の梁に各々接続される。火花を抑制するために、干渉抑制回路の電気部品１１を備えるプリント回路基板５を銅製星形部１５に装着することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月19日(2013.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（２）と、少なくとも一層を有するよう設計された軸受部品としてのプリント回路基板（５）である巻線支持体と、複数の集電線（９）を備える集電体（８）と、複数の巻線端末（４）を備える空心アウターロータ巻線（３）とを具備する小型の直流電気モータであって、
前記アウターロータ巻線（３）は、トルクに耐える状態で一端が前記プリント回路基板（５）を介して前記シャフト（２）に接続され、前記アウターロータ巻線（３）が、前記集電体（８）に電気的に接続される、直流電気モータにおいて、
前記プリント回路基板（５）が、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックから作られ、前記プリント回路基板（５）が、該プリント基板回路（５）の中央孔に設けられた金属ハブ（７）を介して前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、直流電気モータ。
【請求項２】
前記プリント回路基板（５）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する軸線方向外側面に、１つの巻線端末（４）と対応する１つの集電線（９）とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の銅面（６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の直流電気モータ。
【請求項３】
整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路が、前記プリント回路基板（５）に内蔵されることを特徴とする、請求項１または２に記載の直流電気モータ。
【請求項４】
前記プリント回路基板（５）が、軸線方向に多層設計構造であり、整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路の電気部品が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）の内層（１０）に集積され、前記金属ハブ（７）が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）に埋め込まれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項５】
前記プリント回路基板（５）が、軸線方向に多層設計構造であり、整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路の電気部品が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）の内層（１０）に集積され、前記金属ハブ（７）が、前記プリント回路基板（５）内に圧入されると共に、境界を画定しまたは前記プリント回路基板に径方向にかしめ止めされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項６】
前記金属ハブ（７）が、前記プリント回路基板（５）内に圧入されると共に、境界を画定しまたは前記プリント回路基板に径方向にかしめ止めされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項７】
前記金属ハブ（７）が、摩擦接合および材料接合により前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の直流電気モータの製造方法において、
前記ロータ（１）を組み立てるために、まず前記プリント回路基板（５）が、前記金属ハブ（７）と共に前記シャフト（２）に押し嵌めされ、その後、前記金属ハブ（７）および前記シャフト（２）が互いに溶接され、前記集電線（９）を備える前記集電体（８）が、次の段階では、別個のユニットとして前記シャフト（２）に装着され、前記集電線（９）は、前記アウターロータ巻線（３）が装着された後に、それぞれの適切な接触面を介して関連する巻線端末（４）に電気的に接続され、その後、電気的接続点および機械的接続点が、成形材（１８）により成形され、前記金属ハブ（７）および前記シャフト（２）が、レーザ溶接によって互いに溶接されることを特徴とする、直流電気モータの製造方法。
【請求項９】
シャフト（２）と、金属板（１２）である巻線支持体と、複数の集電線（９）を備える集電体（８）と、複数の巻線端末（４）を備える空心アウターロータ巻線（３）とを具備する、小型の直流電気モータであって、
前記アウターロータ巻線（３）は、トルクに耐える状態で一端が前記金属板（１２）を介して前記シャフト（２）に接続され、前記金属板（１２）が軸受部品を呈し、前記金属板（１２）が、該金属板（１２）の外周面に設けられた絶縁リング（１４；１６）によって前記アウターロータ巻線（３）から電気的絶縁がされ、前記アウターロータ巻線（３）が、前記集電体（８）に電気的に接続される、直流電気モータにおいて、
前記金属板（１２）が前記シャフト（２）との接続のための中央孔を具備し、前記絶縁リング（１４；１６）がプラスチックまたはセラミックからなり、前記集電体（８）が別個の中空円筒状ユニットとして前記シャフト（２）上に装着されることを特徴とする、直流電気モータ。
【請求項１０】
前記金属板（１２）が、摩擦接合および材料接合により前記シャフト（２）に接続されることを特徴とする、請求項９に記載の直流電気モータ。
【請求項１１】
前記金属板（１２）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する少なくとも軸線方向外側面に電気絶縁被覆または電気絶縁被膜（１４）を具備することを特徴とする、請求項９または１０に記載の直流電気モータ。
【請求項１２】
整流中の火花の発生を抑えるための干渉抑制回路を備えるプリント回路基板（５）が、前記金属板（１２）の軸線方向外側面に装着され、前記プリント回路基板（５）が、１つの巻線端末（４）と対応する１つの集電線（９）とに各々接触する周方向に分配配置された複数の別個の電気接触面（６）を具備し、前記プリント回路基板（５）が、軸線方向に多層設計構造であり、前記干渉抑制回路の前記電気部品が、多層設計構造である前記プリント回路基板（５）の内層（１０）に集積されることを特徴とする、請求項１１に記載の直流電気モータ。
【請求項１３】
銅板から打ち抜かれた接触星形部（１５）が、前記アウターロータ巻線（３）に対向する前記金属板（１２）の前記軸線方向外側面に装着され、前記接触星形部の梁が、少なくとも１つの射出成形されたプラスチックリング（１６，１７）により互いに離間した状態で保持され、前記接触星形部（１５）の各梁が、１つの巻線端末（４）と前記それぞれの対応する集電線（９）とに接触する役割を果たし、前記接触星形部（１５）の前記梁が、整流中の火花の発生を抑えるために干渉抑制回路により相互に接続され、前記干渉抑制回路がプリント回路基板（５）に搭載されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項１４】
前記プリント回路基板（５）の基材が、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチックであること特徴とする、請求項１２または１３に記載の直流電気モータ。
【請求項１５】
前記金属板（１２）が、プラスチックで被覆されることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の直流電気モータ。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか一項に記載の直流電気モータの製造方法において、
前記ロータ（１）を組み立てるために、まず前記金属板（１２）が、前記シャフト（２）に押し嵌めされ、その後、前記金属板（１２）および前記シャフト（２）が互いに溶接され、以下の段階の１つにおいて、前記集電線（９）を備える前記集電体（８）が、別個の中空円筒状ユニットとして前記シャフト（２）に装着され、前記集電線（９）は、前記アウターロータ巻線（３）が装着された後に、それぞれの適切な接触面を介して関連する巻線端子（４）に電気的に接続され、次に、電気的接続点および機械的接続点が成形材により成形されることを特徴とする、直流電気モータの製造方法。
【国際調査報告】
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