KR20130105672A - 유연한 로터 구조를 가진 직류 전동기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

특히, 작은 규격을 갖는 직류 전동기는 샤프트, 권선 지지부, 다수의 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터 및 다수의 권선 종단부를 갖는 공심 외부 로터 권선부를 포함한다. 외부 로터 권선부는 일단부에서 권선 지지부를 통하여 샤프트에 토크 저항 방식으로 연결된다. 권선 지지부는 베어링 요소를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 권선 지지부가 유리 섬유 강화 열경화 플라스틱의 베어링 요소로서의 인쇄 회로 기판으로 대체되며, 인쇄 회로 기판은 적어도 하나의 층을 갖고 설계되고 금속 허브를 통하여 샤프트에 연결된다. 이러한 직류 전동기의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은, 로터의 조립을 위하여, 먼저 인쇄 회로 기판이 금속 허브로 샤프트 상으로 가압되고, 이후 금속 허브와 샤프트가 서로 용접되며, 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터가 다음 단계에서 별개의 유닛으로서 샤프트 상에 위치하고, 외부 로터 권선부가 위치된 후, 컬렉터 와이어가 각각의 적절한 접촉 표면을 통하여 대응하는 권선 종단부과 전기적으로 연결되며, 이후 전기적 및 기계적 연결점이 주조 화합물로 주조되는 것을 제공한다. 대안으로서, 권선 지지부는 샤프트와의 연결을 위한 중앙 보어를 포함하는 금속 플레이트인 것이 본 발명에 의하여 제공되며, 여기서 외부 로터 권선부로부터의 전기적 절연을 위하여 플라스틱 또는 세라믹의 절연 링이 금속 플레이트의 외주부에 제공된다. 본 발명에 따른 이러한 직류 전동기 제조 방법은, 로터의 조립을 위하여, 먼저 금속 플레이트가 샤프트 상으로 가압되고, 금속 플레이트와 샤프트가 이후 서로 용접되며, 다음 단계들 중 한 단계에서, 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터가 별개의 유닛으로서 샤프트 상에 위치하고, 외부 로터 권선부가 위치된 후 컬렉터 와이어가 각각의 적절한 접촉 표면을 통하여 대응하는 권선 종단부에 전기적으로 연결되며, 이후에 전기적 및 기계적 연결점이 주조 화합물로 주조되는 것을 제공한다.

Description

유연한 로터 구조를 가진 직류 전동기 및 그 제조 방법{DIRECT-CURRENT ELECTRIC MOTOR WITH FLEXIBLE ROTOR DESIGN AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부와 청구항 제11항의 전제부에 따른 직류 전동기 및 독립청구항 제9항의 전제부와 독립청구항 제21항의 전제부에 따른 직류 전동기의 제조 방법에 관한 것이다.

선행 기술로부터 공심 외부 로터를 갖는 소형 직류 전동기가 알려져 있다. 이러한 직류 전동기의 로터는 기본적으로 샤프트, 다수의 권선 종단부를 갖는 공심의 중공 원통형 외부 로터 권선부 및 다수의 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터를 포함한다. 여기서 다수의 컬렉터 와이어는 박막층과 같은 원통형 컬렉터 주변에 배치되고 외부 로터 권선부의 권선 종단부에 전기적으로 연결된다. 외부 로터 권선부는 일반적으로 일측부 상에서 소위 권선 지지대의 외주부에 고정되며, 권선 지지대에 의하여 토크 저항(torque-proof) 방식으로 샤프트에 동축적으로 유지된다.

이러한 직류 전동기가 예를 들어 DE 10021392 C2로부터 공지되어 있다. 본 명세서에서 설명된 직류 전동기의 권선 지지대는 플라스틱으로 제조될 때 컬렉터와 함께 샤프트 상으로 사출된다. 권선 지지대와 컬렉터로 구성된 플라스틱 요소를 동축적으로 그리고 원주 방향으로 확실하게 고정하기 위하여 샤프트는 사출된 코팅 부근에 마디(knurled) 영역 및 환형 홈(annular groove)을 갖는다. 박막층과 유사한 컬렉터 슬리브 상에 배치된 컬렉터 와이어들은 권선 지지대 근처에서 외측으로 방사상으로 절곡되고 권선 지지대의 외측부에서 방사상으로 연장되며, 각 컬렉터 와이어는 하나의 권선 종단부에 용접된다. 하나의 칩 커패시터는 축 방향 통로를 통하여 각 컬렉터 와이어에 납땜되고, 칩 커패시터들은 구리로 이루어진 단락 링에 의하여 방사상으로 상호 연결되며, 따라서 스파크 억제를 위한 간섭 억제 회로를 나타내며 또한 전동기의 수명을 연장한다. 소위 커패시터 디스크 형태의 간섭 억제 회로를 후방 또는 전방으로부터 권선 지지대 상에 위치시키는 것 역시 알려져 있다. 대부분의 경우 이러한 커패시터 디스크들은 특수 세라믹 또는 인쇄 회로 기판으로 제조되며 하나의 컬렉터 와이어를 접촉하기 위한 적절한 접촉 표면을 각각 포함한다. 커패시터 디스크 각각은 2개의 인접한 접촉 표면 사이, 따라서 2개의 인접한 컬렉터 와이어 사이에 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시터와 저항을 포함한다. 커패시터 디스크의 사용이 예를 들어 DE 19740551A1로부터 알려져 있다.

설명된 직류 전동기의 제조 공정에서, 다양한 소비자 요구가 고려되어야만 한다. 예를 들어, 적용에 다른 샤프트가 필요하며 그리고/또는 새로운 금속 또는 흑연 브러시 정류(brush commutation)를 위하여 다른 컬렉터 와이어가 사용된다. 선행 기술로부터 알려진 로터 내의 샤프트와 컬렉터 와이어는 한 처리 단계에서 권선 지지부와 컬렉터를 플라스틱으로 압출 코팅함으로써 코팅되고 또한 최종적으로 서로에 대하여 위치하기 때문에 제조 공정의 초기 시점에서 원하는 로터 변형은 벌써 알려져야만 한다. 따라서, 제조 공정 중에 공지된 로터 조립은 낮은 유연성과 긴 처리 시간을 수반한다. 공지된 로터 조립체의 다른 불리한 점은 요구되는 안정성을 위하여 그리고 전동기 구동 토크를 확실하게 전달하기 위하여 사출된 플라스틱의 권선 지지부가 상대적으로 두꺼워야 한다는 점에 있으며, 그로 인하여 완전한 전동기의 구조적인 체적 그리고 특히 구조적인 길이는 상대적으로 크다. 요구되는 구조적인 체적이 클수록 더 많은 부가 기구, 예를 들어 스파크 억제를 위한 커패시터 디스크가 권선 지지대 상에 위치한다.

따라서 본 발명의 목적은 제조 중에 보다 높은 유연성을 허용하고 로터의 보다 작은 구조적인 체적을 보장하는 로터 조립체를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 선행 기술로부터 공지된 제조 공정과 비교하여 로터의 제조에 보다 큰 유연성을 허용하는 직류 전동기의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 청구항 제1항의 특징부 그리고 본 발명의 청구항 제9항의 특징부에 의하여 달성된다. 여기서, 직류 전동기, 특히 샤프트, 권선 지지부, 인쇄 회로 기판, 다수의 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터 그리고 다수의 권선 종단부를 갖는 공심 외부 로터 권선부를 포함하는 작은 규격의 직류 전동기를 가정한다. 외부 로터 권선부는 일단부에서 권선 지지대에 의하여 토크-저항 방식으로 샤프트에 연결되며, 또한 컬렉터와 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따르면, 권선 지지부는 유리 섬유 강화 열경화성 수지의 베어링 요소로서의 인쇄 회로 기판으로 교체되며, 인쇄 회로 기판은 적어도 하나의 층을 갖고 설계되고 금속 허브를 통하여 샤프트에 연결된다. 인쇄 회로 기판을 위하여 사용된 유리 섬유 강화 열경화성 수지는 플라스틱으로 권선 지지부를 압출 코팅하기 위하여 선행 기술에서 사용된 양호한 유리 섬유 강화 열가소성 수지의 탄성율보다 2배까지 클 수 있는 탄성율을 갖는다. 따라서 베어링 요소로서의 인쇄 회로 기판은 기본적으로 선행기술로부터 알려진 권선 지지부보다 얇은 디자인을 갖는다. 인쇄 회로 기판의 중심에서의 금속 허브는 로터의 조립 동안 인쇄 회로 기판이 언제라도 샤프트 상에 위치하는 것을 가능하게 한다. 여기서, 인쇄 회로 기판들이 균일한 허브 직경을 갖고 제조되고 또한 적어도 샤프트들이 후에 인쇄 회로 기판에 연결되는 부근에서 다른 샤프트들이 균일한 직경을 가질 때, 다수의 다른 샤프트와 다른 인쇄 회로 기판 중에서 선택할 수 있다. 이는 대부분의 소비자의 다양한 요구를 대부분 구현하기 위한 매우 유연한 로터 조립체를 허용한다. 바람직하게는 금속 허브로서 강철 허브가 적절하며, 샤프트 또한 바람직하게는 강철로 이루어진다.

청구항 제9항에 따르면, 이러한 직류 전동기의 제조 방법은 본 발명에 따른 아래의 후속 절차 단계를 포함한다.

로터를 장착하기 위하여, 먼저 인쇄 회로 기판은 금속 허브를 이용하여 샤프트 상으로 가압되며, 그 후 금속 허브와 샤프트는 서로 용접된다. 소비자의 요구에 따라, 다수의 다른 인쇄 회로 기판과 샤프트 중에서 하나가 선택될 수 있다. 다음 단계에서, 컬렉터가 컬렉터 와이어를 이용하여 개별 유닛으로서 샤프트 상에 위치하며, 외부 로터 권선부가 위치한 후 컬렉터 와이어는 적절한 접촉 표면을 통하여 관계가 있는 권선 종단부와 전기적으로 연결된다. 여기서, 컬렉터가 독립적인 유닛으로 나타나기 때문에 예를 들어 신규한 금속 또는 흑연 브러시 정류를 위한 다른 디자인이 이용될 수 있다. 컬렉터 와이어 및 권선 종단부가 직접적으로 또는 인쇄 회로 기판의 공동의 구리 표면 상에서 납땜 될 수 있다. 이후, 전기적 및 기계적 연결점은 주조 화합물로 주조된다. 한편으로는 이는 안정성을 증가시키며, 다른 한편으로는 주조 화합물은 예를 들어 컬렉터 또는 권선 종단부 상에 그리고 컬렉터 사이 또는 권선 종단부 사이에 놓일 수밖에 없는 흑연 브러시의 마모에서 발생한 미분탄(pulverized coal)에 의하여 야기되는 단락으로부터 전기적 연결을 보호하는 역할을 한다.

상기 목적은 대안적으로 본 발명의 청구항 제11항의 특징부 및 청구항 제21항의 특징부에 의하여 이루어진다. 여기서, 직류 전동기, 특히 샤프트, 권선 지지부, 다수의 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터 그리고 다수의 권선 종단부를 갖는 공심 외부 로터 권선부를 포함하는 작은 규격의 직류 전동기를 가정한다. 외부 로터 권선부는 일단부에서 권선 지지부를 통하여 토크-저항 방식으로 샤프트에 연결되며, 또한 컬렉터와 직접적으로 또는 인쇄 회로 기판을 통하여 전기적으로 연결된다. 전기적 및 기계적 연결점은 주조 화합물, 예를 들어, 수지로 주조될 수 있다. 권선 지지부는 베어링 요소를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 권선 지지부는 샤프트와의 연결을 위한 중심 보어(central bore)를 갖는 금속 플레이트이다. 또한, 본 발명에 따르면, 외부 로터에 대한 전기적 절연을 위하여 플라스틱 또는 세라믹의 절연 링이 금속 플레이트의 주변에 제공된다. 절연 플라스틱은 부분적인 압출 코팅에 의하여 도포될 수 있다. 보어를 통하여 이루어지는 샤프트와의 금속 플레이트의 연결에 의하여 다수의 다른 샤프트 및 다른 금속 플레이트로부터 2개의 요소는 조립되어 하나의 유닛을 형성할 수 있다. 개별 고객 요구가 고려될 수 있는 경우, 이는 로터 조립체를 위한 높은 유연성을 의미한다. 여기서, 조립 직전에만 원하는 샤프트의 직경에 대응하는 보어가 금속 플레이트 내에 생성된다는 것을 생각할 수 있다. 대안으로서, 적어도 금속 플레이트와의 연결 부근에서 다른 샤프트가 보어의 직경을 갖는 경우, 보어의 균일한 직경이 결정될 수 있다. 특히, 강철이 금속 플레이트를 위하여 사용된다면, 안정성은 동일 또는 우수한 반면에 플라스틱보다 뛰어난 그 재료 특성, 특히 높은 강도 때문에 선행기술로부터 알려진 플라스틱 권선 지지부와 비교하여 금속 플레이트는 매우 얇은 디자인을 가질 수 있다. 그로 인하여, 로터의 작은 구조적인 체적, 그리고 특히 작은 구조적인 길이가 얻어진다. 금속 플레이트의 외주부에서의 플라스틱 또는 세라믹의 절연 링에 의하여 외부 로터 권선부의 단락은 방지된다. 펀칭, 금속 분말 사출 성형 또는 소결 공정에 의하여 금속 플레이트는 역전된 부품(turned part)으로 제조될 수 있다.

청구항 제21항에 따른, 이러한 직류 전동기의 제조 방법은 본 발명에 따른 하기의 연속적인 절차 단계를 포함한다.

로터의 조립을 위하여, 먼저 금속 플레이트가 샤프트 상으로 가압되며, 그후 금속 플레이트와 샤프트는 서로 용접된다. 고객의 요구에 따라 다수의 다른 샤프트 및 권선 지지부로서의 금속 플레이트 중에서 하나가 선택될 수 있다. 다음 단계들 중 하나에서, 개별 유닛으로서 컬렉터 와이어를 갖는 컬렉터가 샤프트 상에 위치한다. 여기서, 고객의 요구, 예를 들어 새로운 금속 또는 흑연 브러시 정류에 따라 다른 변형 역시 가능하다. 외부 로터 권선부가 위치된 후 컬렉터 와이어는 각각의 적절한 접촉 표면을 통하여 대응하는 권선 종단부과 전기적으로 연결된다. 이는 납땜 또는 용접에 의하여 이루어질 수 있다. 이후, 전기적 및 기계적 연결점은 주조 화합물로 주조된다. 한편, 이는 안정성을 증가시키며, 또 다른 한편으로는 주조 화합물은 예를 들어 컬렉터 또는 권선 종단부 상에 그리고 컬렉터 사이 또는 권선 종단부 사이에 놓여질 수밖에 없는 흑연 브러시의 마모에서 발생한 미분탄(pulverized coal)에 의하여 야기되는 단락으로부터 전기적 연결을 보호하는 역할을 한다.

본 발명의 다른 실시예는 종속 청구항의 주제이다.

하기의 설명은 청구항 제1항에 따른 본 발명의 직류 전동기의 유리한 실시예를 언급한다.

바람직한 실시예에서, 인쇄 회로 기판은 하나의 권선 종단부 그리고 하나의 대응 컬렉터 와이어를 각각 접촉하기 위하여 외부 로터 권선부와 반대인 축방향 외측부 상에서 원주 방향으로 분배된 다수의 분리된 구리 표면을 포함한다. 이는 로터의 조립을 상당히 용이하게 한다. 인쇄 회로 기판에 이미 연결된 샤프트 상에 컬렉터가 위치한 후, 먼저 컬렉터 와이어들은 하나의 구리 표면에 각각 납땜 될 수 있다. 납땜은 구리 표면의 방사상으로 내부 영역에서 진행된다. 외부 로터 권선부가 위치한 후, 권선 종단부는 하나의 구리 표면의 방사상으로 외부 영역에 각각 납땜 될 수 있다.

유리하게는, 정류 동안에 스파크를 줄이기 위하여 간섭 억제 회로는 인쇄 회로 기판 내에 일체화된다. 이러한 구조는 로터의 조립 동안에 간섭 억제 회로의 설치를 위한 부가적인 작업 단계가 제거되는 경우에 간섭 억제 회로가 사용될지라도 컴팩트한 디자인을 가능하게 한다. 이러한 간섭 억제 회로는 신규한 금속 브러싱과 함께 전동기의 수명을 현저하게 연장하며 전동기의 가동 동안에 전자기 방사를 동시에 감소시킨다.

특별하게 바람직한 실시예에서, 인쇄 회로 기판은 축 방향으로 다수의 층으로 조립된다. 이는 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 적용된 회로를 인쇄 회로 기판 내에 일체화하는 것을 가능하게 하며, 이 경우 회로들은 인쇄 회로 기판의 외부 층에 의하여 보호된다. 이는 소위 "내장"(embedded) 기술에 의하여 다층 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 일체화될 그리고 예를 들어 조립 동안 취급에 의한 부하로부터 인쇄 회로 기판의 외부 층에 의하여 보호될 간섭 억제 회로의 전기 요소에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 권취 종단부의 접촉 및 컬렉터로의 가능한 부가적인 전기적 연결로 인하여 권선 지지부 상에서 축 방향으로 이용 가능한 원형 표면은 외부 표면 상에서 요소를 조립하기 위한 매우 작은 공간만을 제공하기 때문에 설명된 "내장 기술"만이 13 밀리미터 이하의 직경을 갖는 소형 전동기 내에서도 간섭 억제 회로를 일체화하는 것을 가능하게 한다. 인쇄 회로 기판의 내부층 내에서의 요소의 배치에 의하여 더 큰 전력 손실을 허용하는 더 넓은 하우징 형상이 부가적으로 이용될 수 있으며, 따라서 그들의 수명이 연장된다. 공기와 비교하여 기판 재료의 우수한 열 전도성에 의하여, 증가하는 손실 열이 더욱 양호하게 소산된다. 인쇄 회로 기판의 금속 허브를 적어도 하나의 방사상 홈(radial groove) 및/또는 방사상 설부(radial tongue)로 다층 인쇄 회로 기판 내에 확실하게 내장하는 것은 다층 인쇄 회로 기판에서 또한 유리하다. 여기서, 확실한 연결 요소, 예를 들어 치차는 또한 금속 허브의 원주 방향으로 형성될 수 있으며, 방사상 홈 또는 방사상 설부에 의한 축 방향의 명확한 끼움 이외에 이는 인쇄 회로 기판 및 그 금속 허브를 서로에 대한 회전으로부터 보호한다.

다른 유리한 실시예에서, 인쇄 회로 기판의 제조 공정에서 금속 허브는 인쇄 회로 기판의 하나의 층 또는 다수의 층 내에 내장될 수 있다.

금속 허브를 인쇄 회로 기판 내로 가압하는 것 그리고 금속 허브를 인쇄 회로 기판과 접하게 하거나 또는 금속 허브를 기판과 방사상으로 리벳으로 고정하는 것은 제조에 관하여 간단하고 비용 면에서 저렴하다.

다른 바람직한 실시예에서, 금속 허브는 마찰 및 재료 접합 연결에 의하여 샤프트와 연결되어 있다. 그로 인하여 최대한의 안정성과 전동기 토크의 최적의 전달이 보장된다. 예를 들어 금속 허브를 샤프트 상으로 가압함으로써 마찰 연결이 이루어질 수 있는 반면에, 재료 접합 연결은 용접에 의하여 이루어진다. 특히 정밀 비-워핑(non-warping) 용접은 레이저 용접에 의하여 이루어진다. 특히, 레이저 용접은 더욱 저렴하며 신속한 제조 공정을 가능하게 한다.

뒤이은 설명은 청구항 제11항에 따른 본 발명의 직류 전동기의 유리한 태양을 언급한다.

따라서, 마찰 연결 및 재료 접합 연결에 의하여 금속 플레이트를 샤프트에 연결하는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이는 높은 안정성 및 로터 내에서의 토크의 안전한 전달을 보장한다. 예를 들어 금속 허브를 샤프트 상으로 가압함으로써 마찰 연결이 이루어질 수 있는 반면에, 재료 접합 연결은 용접에 의하여 이루어진다. 유리하게는, 한편으로는 비용 면에서 저렴하고 다른 한편으로는 다른 요소 상에 로터의 매우 신속한 조립을 보장하는 레이저 용접이 이용된다.

바람직한 실시예에서, 금속 플레이트는 적어도 외부 로터 권선부의 반대쪽의 축 방향 외부 측부 상에 전기적 절연 코팅(coating) 또는 전기적 절연 코팅막(coat)을 갖는다. 이는 금속 플레이트의 외부 측부 상에서 연장된 컬렉터 와이어 또는 권선 종단부에 의하여 야기될 수 있는 단락을 방지한다.

유리하게는, 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 간섭 억제 회로를 갖는 인쇄 회로 기판은 금속 플레이트의 축 방향 외측부 상에 위치한다. 이러한 간섭 억제 회로는 브러시 정류를 갖는 전동기의 수평을 상당히 연장하며, 동시에 전동기의 작동 동안에 전자기 방사를 감소시킨다. 유리하게는, 인쇄 회로 기판은 각각이 하나의 권선 종단부과 하나의 대응 컬렉터 와이어를 접촉시키기 위하여 원주 방향으로 분산된 다수의 개별 전기 접촉 표면을 갖는다. 그로 인하여, 컬렉터 와이어와 권선 종단부의 조립 및 특히 전기적 접촉은 상당히 용이해진다.

특별하게 바람직한 실시예에서, 인쇄 회로 기판은 축 방향으로 다수의 층으로 조립된다. 이는 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 적용된 회로를 인쇄 회로 기판의 외부 층에 의하여 보호된 인쇄 회로 기판 내에 일체화하는 것을 가능하게 한다. 이는 소위 "내장" 기술에 의하여 다층 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 일체화될 그리고 따라서 인쇄 회로 기판의 외부 층에 의하여 보호될 간섭 억제 회로의 전기 요소에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이는 13 밀리미터 이하의 직경을 갖는 소형 전동기 내에서도 간섭 억제 회로를 일체화하는 것을 가능하게 한다. 인쇄 회로 기판의 내부층 내에서의 요소의 배치에 의하여 더 큰 전력 손실을 허용하는 더 넓은 하우징 형상이 부가적으로 이용될 수 있으며, 따라서 그들의 수명이 연장된다. 공기와 비교하여 기판 재료의 우수한 열 전도성에 의하여, 증가하는 손실 열이 더욱 양호하게 소산된다. 정전 용량이 면적 및 층 구조에 의하여 결정되는 커패시터 디스크의 이용과 달리, 장착된 인쇄 회로 기판에서는 요소, 예를 들어 저항과 커패시터의 배선과 규격은 권선부 및 전동기에 대하여 임의로 조절될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 구리 시트로부터 펀칭된 접촉 스타(contact star)가 외부 로터 권선부의 반대쪽인 금속 플레이트의 축 방향 외부 측부 상에 위치할 수 있다. 이 접촉 스타의 빔들은 유리하게는 적어도 하나의 사출된 플라스틱 링만큼 이격된다. 접촉 스타의 각 빔은 권선 종단부과 각각의 관계가 있는 컬렉터 와이어의 접촉에 기여한다. 이 실시예는 조립을 용이하게 하며, 특히 큰 전류 세기(current intensity)에 적합하다. 유리하게는, 접촉 스타의 빔은 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 간섭 억제 회로에 의하여 서로 연결되어 있다. 여기서, 간섭 억제 회로가 인쇄 회로 기판 내에 수용된다면 양호한 제조 자동화는 이루어진다. 간섭 억제 회로와 전기 요소가 적용되는 인쇄 회로 기판의 기본 재료는 바람직하게는 FR4와 같은 유리 섬유 강화 열경화 플라스틱이다. 대안으로서, 세라믹이 또한 기본 재료로서 적절하다.

다른 바람직한 실시예에서, 단락을 방지하기 위하여 그리고 전기적 차폐를 위하여 금속 플레이트는 플라스틱으로 덮여 있다.

본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 통하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 제1실시예를 도시한 도면;
도 1b는 외부 로터 권선부와 컬렉터 사이의 연결부 부근의 주조 화합물에 의하여 연결 영역의 커버를 갖는 도 1a의 로터를 도시한 도면;
도 2는 도 1a 및 도 1b의 로터의 인쇄 회로 기판을 상세하게 도시한 도면.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 로터의 컬렉터를 상세하게 도시한 도면;
도 4는 도 3의 컬렉터의 대안적인 형태를 도시한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 다른 실시예를 도시한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 다른 실시예를 도시한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 또 다른 실시예를 도시한 도면;
도 8은 제조 과정 중에 귄선 종단부과 컬렉터 와이어를 접촉시키기 위한 도 7의 로터의 구리 스타를 도시한 도면;
도 9는 완전하게 처리된 상태에 있는 도 8의 구리 스타를 도시한 도면.

이하에서는 동일한 부분은 동일한 도면 부호에 의하여 지시된다.

도 1a은 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터(1)를 통한 길이 방향 단면을 도시하며, 여기서 로터는 금속 또는 흑연 브러시 정류를 갖는 작은 규격의 전동기를 위한 벨형 로터(bell-shaped rotor)로서 설계된다. 로터(1)는 기본적으로 샤프트(2), 공심 외부 로터 권선부(3) 및 컬렉터(8)로 이루어진다. 외부 로터 권선부(3)는 일단부에서 금속 허브(7)를 통하여 샤프트에 연결된 인쇄 회로 기판(5)의 외주부에 고정된다. 따라서, 인쇄 회로 기판(5)은 베어링 요소를 나타내며, 유리섬유 강화 에폭시 수지로 이루어진다. 일반적으로 구리 와이어로써 권취된 외부 로터 권선부(3)는 인쇄 회로 기판(5)을 통하여 토크 저항(torque-proof) 방식으로 그리고 샤프트(2)에 동축적으로 유지된다. 인쇄 회로 기판(5)의 상세한 구조가 도 2에 도시되어 있으며, 도 3은 컬렉터(8)의 상세한 구조를 나타낸다. 인쇄 회로 기판(5)의 금속 허브(7)는 강철로 이루어지며, 역시 강철로 구성된 로터(1)의 샤프트(2) 상으로 가압되고 용접된다. 슬리브와 같은 컬렉터(8)는 인쇄 회로 기판(5)보다 상당히 작은 직경을 가지며, 그 외주부 상에 박막층과 같이 배치된 컬렉터 와이어(9)를 포함한다. 각 컬렉터 와이어(9)는 인쇄 회로 기판(5)의 구리 표면(6)을 통하여 외부 로터 권선부(3)의 권선 종단부(4)에 전기적으로 연결된다. 이를 위하여 인쇄 회로 기판(5)의 구리 표면(6)들은 별 형태로 인쇄 회로 기판(5)의 외측 상에 배치되고, 서로 분리되어 있다. 로터(1)를 조립하기 위하여, 먼저 샤프트(2), 인쇄 회로 기판(5) 그리고 컬렉터(8)가 소비자의 요구에 대응하는 다수의 대안적인 요소로부터 선택된다. 이때 인쇄 회로 기판(5)은 이미 안에서 가압되고 경계를 이루는 강철 허브(7)를 포함한다. 컬렉터(8)는 이미 개별 유닛으로서 요구되는 컬렉터 와이어(9)로 채워져 있다. 먼저, 인쇄 회로 기판(5)은 샤프트(2) 상으로 가압되고 샤프트에 용접된다. 다음 단계에서, 중공 원통형의 컬렉터(8)가 샤프트(2)를 넘어 인쇄 회로 기판(5)으로 하향 이동하며, 따라서 컬렉터 와이어(9)와 인쇄 회로 기판(5)의 구리 표면(6) 사이의 접촉이 존재한다. 이후 컬렉터 와이어(9)와 구리 표면(6)은 서로 납땜된다. 그 후, 중공 원통형 외부 로터 권선부(3)가 인쇄 회로 기판(5) 상에 위치하며, 여기서, 외부 로터 권선부(3)의 권선 종단부(4)는 또한 인쇄 회로 기판의 구리 표면(6)에 납땜된다.

도 1b는 마지막 단계에서 인쇄 회로 기판과 연결부가 주조 화합물(18)로 덮혀져 있는 것을 도시하며, 여기서 주조 화합물은 한편으로는 안정성을 증가시키고 또 다른 한편으로는 인쇄 회로 기판(5) 주변의 권선 종단부(4), 구리 표면(6) 또는 컬렉터 와이어(9) 상에 쌓일 수 있는 입자에 의하여 야기될 수 있는 단락의 발생을 방지한다.

도 4는 별과 같은 형태로 외측을 향하여 방사상으로 절곡된 컬렉터 와이어(9)를 갖는 컬렉터(8)의 대안적인 실시예를 도시한다. 별과 같은 형태로 외측을 향하여 방사상으로 절곡된 컬렉터 와이어(9)에 의하여, 컬렉터 와이어(9)와 인쇄 회로 기판(5)의 구리 표면(6) 간의 접촉 표면은 확장되며, 따라서 전기적 접촉이 향상된다.

도 5는 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 대안적인 실시예를 도시한다. 이는 금속 또는 흑연 브러시 정류를 갖는 작은 규격의 로터를 위한 벨형 로터이다. 도 1a 및 도 1b의 실시예와 달리, 인쇄 회로 기판(5)은 다층 구조(multilayer design)를 갖는다. 인쇄 회로 기판(5)의 내부 층(10)은 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 그리고 전동기의 작동 중에 전자기 방사를 방지하기 위한 요소들로 채워져 있다. 간섭 억제 회로는 전기적 요소들(11)로 이루어져 있으며, 각 전기적 요소는 인쇄 회로 기판(5)의 외부 층의 구리 표면(6)들 사이에 직렬 또는 병렬로 연결된 콘덴서와 저항으로 이루어진다. 인쇄 회로 기판(5)의 제조 공정 동안에, 인쇄 회로 기판(5)의 강철 허브(7)는 방사상으로 연장된 설부(tongue)와 함께 인쇄 회로 기판(5)의 다층 구조 내에 내장된다. 본 실시예에서, 도 4의 대안적인 컬렉터(8)가 이용된다. 여기서, 인쇄 회로 기판과 외부로부터의 연결부 또한 주조 화합물로 덮여 있어 안정성을 증가시키고 단락을 배제한다.

도 6은 길이 방향 단면 상태에서의 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 다른 실시예를 도시한다. 이는 금속 또는 흑연 브러시 정류를 위한 작은 규격의 벨형 로터이다. 로터(1)는 기본적으로 샤프트(2), 외부 로터 권선부(3) 및 컬렉터(8)를 포함한다. 외부 로터 권선부(3)는 일단부에서 금속 플레이트(12)의 외주부에 고정되고, 금속 플레이트를 통하여 토크-저항 방식으로 샤프트(2)에 동축적으로 샤프트(2)와 연결되어 있다. 외부 로터 권선부(3)의 단락을 방지하기 위하여, 강철로 이루어진 금속 플레이트(12)는 한 측부 상에서 그리고 외측 주변에서 플라스틱 코팅(14)으로 전기적으로 절연되어 있다. 금속 플레이트(12)와 플라스틱 코팅(14) 간의 접합을 향상시키기 위하여, 금속 플레이트(12)는 주변에 걸쳐 분포되고 또한 플라스틱 코팅(14)으로 채워진 보어 형태의 축방향 관통 개구(13)를 갖는다. 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 간섭 억제 회로를 갖는 인쇄 회로 기판(5)은 외부로부터 금속 플레이트(12) 또는 그 플라스틱 코팅(14) 상에 위치한다. 인쇄 회로 기판(5)은 다층 구조를 갖는다. 간섭 억제 회로의 전기적 요소들은 소위 "내장 기술"에 의하여 다층 인쇄 회로 기판(5)의 내부 층(10) 상에 일체화되어 있다. 인쇄 회로 기판(5)은 콘덴서와 저항으로 각각 구성된 전기 요소(11)가 적용된 유리 섬유 강화 열 경화성 플라스틱으로 이루어진다. 콘덴서와 저항 각각은 인쇄 회로 기판(5)의 구리 표면(6)들 사이에서 직렬 또는 병렬로 연결된다. 인쇄 회로 기판(5)의 전방부 상에서 방사상으로 이격되게 분산된 구리 표면(6) 각각은 외부 로터 권선부(3)의 권선 종단부(4)와 컬렉터(8)의 대응 컬렉터 와이어(9)를 접촉시키는 역할을 한다. 컬렉터 와이어(9)는 박막층과 같은 중공 원통형 컬렉터(8)의 주변에 걸쳐 분산된다. 로터(1)를 조립하기 위하여, 샤프트(2), 금속 플레이트(12), 인쇄 회로 기판(5) 그리고 컬렉터(8)는 소비자의 요구에 따라 초기에 선택된다. 그 후 금속 플레이트(12)는 금속 플레이트의 중앙 보어를 통하여 샤프트(2) 상으로 가압되고 샤프트에 용접된다. 다음 단계에서, 인쇄 회로 기판(5)과 컬렉터(8)가 샤프트 상에 위치하는 반면에 컬렉터 와이어(9) 각각은 인쇄 회로 기판(5)의 하나의 구리 표면(6)에 납땜된다. 다음 단계에서, 벨형 로터의 중공 원통형 외부 로터 권선부(3)는 금속 플레이트(12) 상에 위치한다. 그후 외부 로터 권선부(3)의 권선 종단부(4) 또한 인쇄 회로 기판(5)의 한 구리 표면(6)에 각각 납땜된다. 여기서, 또한 주조 화합물이 외부로부터 도포되며, 이 주조 화합물은 기계적인 연결과 인쇄 회로 기판(5), 특히 전자 요소(11)를 안정시키고 손상 및 단락으로부터 전기적인 연결을 보호한다.

도 7은 분해도 내의 길이 방향 단면으로서 본 발명에 따른 직류 전동기의 로터의 다른 실시예를 도시한다. 도 6의 실시예와 유사하게, 외부 로터 권선부(3)는 토크-저항 방식으로 금속 플레이트(12)를 통하여 그리고 축(2)에 동축적으로 지지된다. 그러나, 금속 플레이트(12)는 어떠한 플라스틱 코팅도 포함하지 않는다. 외부 로터 권선부(3)는 외부 플라스틱 링(16)에 의하여 금속 플레이트(12)에 대하여 전기적으로 절연된다. 금속 플레이트(12)의 외주부에서의 치차는 외부 플라스틱 링(16)의 내부 치차와 맞물리며, 따라서 외부 로터 권선부(3)로부터 금속 플레이트(12)로의 그리고 금속 플레이트로부터 샤프트(2)로의 안전한 토크 전달을 보장한다. 금속 플레이트(12)는 그 중심 보어를 통해 샤프트(2) 상으로 가압되며, 샤프트에 용접된다. 외부 플라스틱 링(16)은 구리 스타(15) 내로 사출되며, 이는 도 8 및 도 9에 보다 상세하게 설명된다. 그 제조를 위하여, 구리 스타(15)는 구리 시트 밖으로 펀칭되며, 여기서 초기에 외측으로 향하는 구리 스타(15)의 빔들은 중앙에서 연결된 것을 유지한다. 그 후 외부 플라스틱 링(16)과 내부 플라스틱 링(17)은 구리 스타(15) 상으로 적용되며, 그로 인하여 구리 스타(15)의 빔들은 그 후 적절한 위치에서 유지된다. 구리 스타(15)의 이 상태가 도 8에 도시되어 있다. 구리 스타(15)의 빔들이 2개의 플라스틱 링(16 및 17)에 의하여 제자리에 고정되어 있기 때문에 빔을 서로 연결시키는 스타의 중앙 영역은 구멍이 날 수 있다. 이 상태가 도 9에 도시된다. 빔들은 이제 서로 더 이상 닿지 않으며, 따라서 전기적인 도전 방식으로 서로 연결되어 있지 않다. 로터(1)의 조립을 위하여, 외부 로터 권선부(3)는 구리 스타(15) 상에 위치하는 반면에, 외부 로터 권선부(3)의 권선 종단부(4)들은 구리 스타(15)의 하나의 빔에 의하여 전기적으로 접촉한다. 구리 스타(15)와 외부 로터 권선부(3)가 샤프트(2) 상에 장착된 강철 플레이트(12)와 함께 삽입될 때, 구리 스타(15)의 내부 플라스틱 링(17)은 구리 스타(15)의 빔들이 금속 플레이트(12)로부터 떨어지고 따라서 금속 플레이트(12)에 의하여 빔들이 단락되지 않게 한다. 완전히 장착된 로터(1)에서, 중공 원통형 컬렉터(8)의 컬렉터 와이어(9)들 각각은 또한 구리 스타(15)의 하나의 빔과 연결된다. 스파크의 억제를 위하여, 간섭 억제 회로의 전기적 요소(11)를 갖는 인쇄 회로 기판(5)은 구리 스타(15) 상에 위치될 수 있다.

Claims (21)

1. 샤프트(2), 권선 지지부, 인쇄 회로 기판(5), 다수의 컬렉터 와이어(9)를 갖는 컬렉터(8), 및 다수의 권선 종단부(4)를 갖는 공심 외부 로터 권선부(3)를 구비하되, 상기 외부 로터 권선부(3)는 일단부에서 상기 권선 지지부를 통하여 상기 샤프트(2)에 토크 저항 방식으로 연결되고, 상기 권선 지지부는 베어링 요소를 나타내며, 상기 외부 로터 권선부(3)는 상기 컬렉터(8)에 전기적으로 연결된, 특히 작은 규격의 직류 전동기에 있어서,
   상기 권선 지지부는 유리 섬유 강화 열경화성 플라스틱의 베어링 요소로서 상기 인쇄 회로 기판(5)으로 대체되고, 상기 인쇄 회로 기판(5)은 적어도 하나의 층을 갖고 설계되며, 금속 허브(7)를 통하여 상기 샤프트(2)와 연결된 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(5)은, 상기 외부 로터 권선부(3)의 반대쪽인 해당 인쇄 회로 기판의 축 방향 외측부에, 하나의 권선 종단부(4)와 하나의 대응 컬렉터 와이어(9)를 각각 접촉시키기 위하여 원주 방향으로 분산된 다수의 개별 구리 표면(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정류(commutation) 동안에 스파크를 저감시키기 위한 간섭 억제 회로가 상기 인쇄 회로 기판(5) 내에 일체화된 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(5)은 축 방향으로 다층 구조(multilayer design)를 갖는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
5. 제4항에 있어서, 상기 간섭 억제 회로의 상기 전기 요소는 상기 다층 인쇄 회로 기판(5)의 내부 층(10) 상에 일체화된 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 금속 허브(7)는 적어도 하나의 방사상 홈(annular groove) 및/또는 방사상 설부(radial tongue)로 상기 다층 인쇄 회로 기판(5) 내에 확실하게 내장된(embedded) 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 허브(7)는 상기 인쇄 회로 기판(5) 내로 가압되고 해당 인쇄 회로 기판과 접하거나 방사상으로 리벳 고정되는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 허브(7)는 마찰 연결 및 재료 접합 연결에 의하여 상기 샤프트(2)에 연결된 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 직류 전동기를 제조하는 방법에 있어서,
   로터(1)를 조립하기 위하여, 먼저 인쇄 회로 기판(5)이 금속 허브(7)로 샤프트(2) 상으로 가압되고, 이후 상기 금속 허브(7)와 상기 샤프트(2)가 서로 용접되며, 컬렉터 와이어(9)를 갖는 컬렉터(8)는 다음 단계에서 별개의 유닛으로서 상기 샤프트(2) 상에 위치하고, 외부 로터 권선부(3)가 위치된 후, 상기 컬렉터 와이어(9)가 각각의 적절한 접촉 표면을 통하여 관련된 권선 종단부(4)에 전기적으로 연결되며, 이후 전기적 및 기계적 연결점이 주조 화합물(18)로 주조되는 것을 특징으로 하는, 직류 전동기의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 금속 허브(7)와 상기 샤프트(2)는 레이저 용접에 의하여 서로 용접되는 것을 특징으로 하는, 직류 전동기의 제조 방법.
11. 샤프트(2), 권선 지지부, 다수의 컬렉터 와이어(9)를 갖는 컬렉터(8), 및 다수의 권선 종단부(4)를 갖는 공심 외부 로터 권선부(3)를 갖되, 상기 외부 로터 권선부(3)는 일단부에서 상기 권선 지지부를 통하여 상기 샤프트(2)에 토크 저항 방식으로 연결되고, 상기 권선 지지부는 베어링 요소를 나타내며, 상기 외부 로터 권선부(3)는 상기 컬렉터(8)에 전기적으로 연결된, 특히 작은 규격의 직류 전동기에 있어서,
    상기 권선 지지부는 상기 샤프트(2)와의 연결을 위한 중앙 보어를 포함하는 금속 플레이트(12)이며, 상기 외부 로터 권선부(3)로부터의 전기적 절연을 위하여 플라스틱 또는 세라믹의 절연 링(14; 16)이 상기 금속 플레이트(12)의 외주부에 제공되는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속 플레이트(12)는 마찰 및 재료 접합 연결에 의하여 상기 샤프트(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속 플레이트(12)는 적어도 상기 외부 로터 권선부(3)의 반대쪽인 상기 금속 플레이트의 축 방향 외부에 전기적 절연 코팅 또는 전기적 절연 코팅막(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
14. 제13항에 있어서, 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 간섭 억제 회로를 갖는 인쇄 회로 기판(5)은 상기 금속 플레이트(12)의 축 방향 외부 측부 상에 위치하며, 상기 인쇄 회로 기판(5)은 하나의 권선 종단부(4)와 하나의 대응 컬렉터 와이어(9)를 각각 접촉시키기 위하여 원주 방향으로 분산된 다수의 개별 전기 접촉 표면(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
15. 제14항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(5)은 축 방향으로 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
16. 제15항에 있어서, 상기 간섭 억제 회로의 상기 전기 요소는 상기 다층 인쇄 회로 기판(5)의 내부 층(10) 상에 일체화된 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
17. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 구리 시트 밖으로 펀칭된 접촉 스타(contact star)(15)가 상기 외부 로터 권선부(3)의 반대쪽인 상기 금속 플레이트(12)의 축방향 외측부 상에 위치하며, 상기 접촉 스타의 빔들은 적어도 하나의 사출된 플라스틱 링(16, 17)에 의하여 이격된 상태로 유지되고, 상기 접촉 스타(15)의 각 빔은 하나의 권선 종단부(4)와 상기 각 대응 컬렉터 와이어(9)를 접촉시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
18. 제17항에 있어서, 상기 접촉 스타(15)의 빔들은 정류 동안에 스파크를 감소시키기 위한 간섭 억제 회로에 의하여 서로 연결되며, 상기 간섭 억제 회로는 인쇄 회로 기판(5) 상에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(5)의 기본 재료는 유리 섬유 강화 열경화성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 플레이트(12)는 플라스틱으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 직류 전동기.
21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 직류 전동기를 제조하는 방법으로서,
    로터(1)를 조립하기 위하여, 먼저 금속 플레이트(12)가 샤프트(2) 상으로 가압되고, 상기 금속 플레이트(12)와 상기 샤프트(2)가 이후 서로 용접되며, 다음 단계들 중 한 단계에서 컬렉터 와이어(9)를 갖는 컬렉터(8)가 별개의 유닛으로서 상기 샤프트(2) 상에 위치하고, 외부 로터 권선부(3)가 위치된 후, 상기 컬렉터 와이어(9)가 각각의 적절한 접촉 표면을 통하여 관련된 권선 종단부(4)에 전기적으로 연결되며, 그리고 이후에 전기적 및 기계적 연결점이 주조 화합물로 주조되는 것을 특징으로 하는, 직류 전동기의 제조 방법.

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