用于电动机的转子组件和内转子电动机的制作方法

专利名称：用于电动机的转子组件和内转子电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电动机的转子组件以及使用这种转子组件的内转子电动机，所述转子组件包括转子轴和至少一个安置在转子轴上的永磁体。
本发明涉及带有永磁体的无刷电动机的领域，更具体地，涉及构造为被称作内转子电动机的直流电动机。内转子电动机包括转子组件，所述转子组件包括转子轴和一个或多个安置在转子轴上的永磁体，所述转子轴被插入包括定子体和场线圈的定子组件中。
在美国专利No 5970600中描述了这种电动机的构造。该电动机包括容纳定子的外壳、转子组件以及可旋转地支承转子组件的轴承。该定子包括定子板和线圈，并限定出一个电动机组件能够插入其中的内部空间。在US-A-5970600中，转子组件的轴承被集成到电动机外壳的端帽内，以得到紧凑的整体结构。
在这样的内转子电动机的制造过程中产生了的问题是当转子组件被插入定子的内部空间时，铁磁体微粒被从转子磁铁带走，该微粒可以到达基本由转子磁铁的外轮廓和定子的内轮廓所限定的工作间隙。事实上，可能也很常见的是通过提供US-A-5970600中的外壳来防止整个电动机组件在装配后被外来物体进入和污染，但是，在不同的电动机部件的装配过程中，电动机的内部，更具体地，工作间隙不能防止这样的外来物体的进入。
而且，根据现有技术的内转子电动机具有装配相对困难的缺点，因为装配主要是顺序进行的，包括定子和至少一个轴承在外壳内的顺序预装配以及转子组件装配到定子和轴承中的后续装配。作为一种规定，只有使用盖型凸缘才能够获得所需要的元件的同心度，所述盖型凸缘也包括可旋转地支承转子轴的第二轴承。该装配步骤极大地受到产生自转子磁体的磁力和力矩的阻碍，所述转子磁体通过和定子板的叠层的相互作用而被径向和轴向引导，结果，根本不可能出现转子的不接触的同心配合，或只能使用相当多的技术手段才有可能。
从德国专利No.3237196已知一种小型同步电动机，该电动机具有围绕无芯磁场线圈的单部件的杯形外壳，作为铁磁体有源磁通引导，并还具有布置在磁场线圈内部的转子，该转子的永磁体布置在导磁材料制成的套筒上。该转子安置在包括轴承的密封外壳内，同时通过永磁性联轴节产生扭矩输出，所述永磁性联轴节包括由转子的永磁体构成的一部分和包括位于转子壳外侧的轴上的永磁体序列的另一部分。通过密封地装入转子可以确保外来物体不能进入到转子中，轴承始终被润滑并被保护不受外界环境的影响。通过将密封装入的转子插入杯形塑料罩的圆柱状中空空间，可以整体地装配电动机，所述塑料罩带有嵌入的无芯磁场线圈，该线圈在一侧打开。该罩被放置在铁磁材料的外壳内，该外壳同样是杯形的。
和上述现有技术相关的专利文献DE3237196已经提出了一种改进，通过该改进，目前为止，电动机装配到得以简化，同时事先排除了在装配阶段铁磁微粒从转子组件脱落的问题，因为磁场线圈是无芯的，而且是全部镶嵌在塑料材料中的。
DE3237196的布置到目前为止有不利之处，因为无芯磁场线圈由于较大的间隙而基本上以极低的效率工作，所以它们主要被用作高速微电动机，优选地，用于牙科应用。它们完全不适于传送大的扭矩，例如在电动机车辆应用中所需要的。
DE3237196的内转子电动机还有这样的缺点由于转子组件的密封，载荷的直接机械联轴是不可能的，只能通过例如磁联轴节不直接地产生从转子传送到轴的扭矩，如在专利文献中所述的。
在同一申请人的先前专利申请DE10034302.3中描述了一种用于电动机的转子组件，该组件包括转子轴和至少一个布置在转子轴上的永磁体，该带有受其支承的永磁体的转子轴放置在套筒内，并且转子轴可以在套筒内自由地旋转。
可以在套筒内预装配转子组件。该转子组件最好设计成使转子轴在套筒的一端上从套筒伸出，套筒体和转子轴之间的密封设置在位于套筒端面内的轴承内，该套筒旋转地支承转子轴。这将不会实现转子组件的密封，但是利用位于受到密封的额外保护、防止污染物进入的套筒的端面内的轴承，套筒得到了足够的保护，使外来微粒不能进入。
作为预装配组件，转子作为整体被插入定子的内部，因而，不会出现和铁磁微粒的脱落相关的问题。
当转子被插入定子内时，通过转子组件和定子之间的磁力作用可以使由塑料套筒所包围的转子组件在轴向实现自中心定位，所以，诸如提供并调整用于正确地在定子中定位转子的止动件的进一步预防措施不再需要。仅仅必须对定子内的转子组件的足够高的自由活动性加以注意，这样，止动件、定子的封闭端等将不能阻碍其在定子内磁性地中心定位。
利用这样的转子组件，实际上可以获得在现有技术上的一种明显的改进，并且实现了提供能够费很少力就可以装配的内转子电动机，并且，该转子组件可以确保在装配和工作阶段，没有污染物可以进入电动机的内部，或更具体地说是进入工作间隙。但是，需要额外的部件，尤其是由此“损耗的(lost)”套筒。
所以，本发明基于所述任务提供一种转子组件和内转子电动机，所述转子组件和内转子电动机易于装配并可利用尽可能少的部件实现。
利用具有权利要求1的特征的转子组件和根据权利要求16的内转子直流电动机可以实现该任务。
本发明提供用于电动机的转子组件，该组件包括转子轴和至少一个布置在转子轴上的永磁体，带有被支承在其上的永磁体的该转子轴安置在套筒内，转子轴可以在该套筒内自由地旋转，并且该套筒在第一端面处的凸缘相连。所述套筒和凸缘之间的连接最好使得凸缘在其第一端面处中断该套筒。这导致这样的优点需要的部件数量少，并且整个电动机的装配被简化，由于诸如用于安装电动机或用于在此固定电动机外壳的电动机凸缘被用作密闭转子组件的套筒的整体部分，所以实现了两重功能。
可选地，该套筒在其外侧具有加强肋。
优选地，凸缘的形成方式使得其包括在套筒的第一端面处支承转子轴的轴承，第二轴承的轴承座在与第一端面相对的第二端面处整体形成在套筒内，所述第二轴承用于支承转子轴。
尤其方便地，转子轴在套筒的第一端面处的凸缘处伸出套筒以外，其中与所述套筒的第一端面相对的第二端面被封闭或基本封闭。
在一个优选实施例中，套筒具有基本上为圆柱状的封装部分，而凸缘被模制到套筒上或者能够作为分离的部件和套筒配合。
在第一种变形中，将所述凸缘形成得使其具有盖部分和凸缘部分，所述盖部分在第一端面处封闭套筒并接纳用于转子轴的轴承，所述凸缘部分向外径向延伸以安装电动机，所述盖部分和凸缘部分可选地在一个或两个部件内。在第二种变形中，凸缘包括类似的盖部分和外壳部分，该外壳部分与盖部分相连并包围电动机。第一和第二变形可以结合使用。
在一个从制造的角度看尤其有利的实施例中，外壳部分由深冲压的钢板制成。它被放入注模机内并部分地被形成盖部分并提供了与外壳部分的连接的模制塑料材料所覆盖。
本发明还提供了一种内转子电动机，该电动机带有上述设计类型的转子组件和定子，其中，定子被插在转子组件的套筒上或者转子组件的套筒和外壳部分之间。
此外，这样电动机还可以部分或全部被封装。
所以，本发明提供了一种用于电动机的转子组件和一种内转子电动机，其中，转子和轴承一起被预装配在套筒和终止该套筒的凸缘的组合体中，并且，该转子组件被插入定子中。所述凸缘一方面终止了转子组件，以便对其进行保护、使外来物体不能进入，另一方面用来安装完成了的电动机和/或用来使电动机外壳和电动机配合。所述转子轴在凸缘处从套筒伸出，凸缘和轴承及其密封为转子组件提供了足够的保护。根据本发明的结构提供了一种高度紧凑、受到保护的电动机，该电动机能够在例如洁净的房间内使用最少数目的部件和装配步骤实现预装配，并且能够被整体地插入定子内。通过设置套筒，可以在转子组件插入定子的过程中防止铁磁材料脱落，并防止其进入工作间隙。通过封装的转子组件，还可以防止其他的外来颗粒进入。用最好由塑料材料制成的套筒封装转子组件还会使转子在被插入定子时沿轴向自中心定位，并且可以防止由结构产生的噪音从转子传播到定子，或者在当时传播到电动机外壳。
根据本发明的电动机适用于例如直流电动机，最好用在机动车辆应用中，诸如转向辅助装置或者用于当在机动车辆内确实需要时才产生液压的液压驱动系统，用于通过电动机致动的刹车系统(被称作线刹系统)。
下面参照附图对优选实施例进行详细的描述，附图中

图1是根据本发明的第一实施例的内转子电动机的剖视图；图2是根据本发明的第二实施例的内转子电动机的剖视图；图3是根据本发明的第三实施例的内转子电动机的剖视图；图4是根据本发明的第四实施例的内转子电动机的剖视图。
图1示出了根据本发明的电动机的第一实施例，更具体地，是一种内转子直流电动机。该电动机包括转子组件6和定子8。转子组件具有由诸如钢铁的软磁性材料制成的背铁环12支撑的转子轴10。分段的或环形永磁体14被附连到背铁环12上。轴10在轴承16、18内可旋转，所述轴承形成为滚针轴承或摩擦轴承，更具体地，是球轴承。该包括转子轴10、背铁环12和一个或多个永磁体14的转子被包围在套筒20内，该套筒20包括杯形部分22和凸缘24。在图1所示的实施例中，凸缘由包括中心盖部分28和凸缘部分30的工件制成的。该凸缘部分30具有分布在电动机的外周之上的孔32。在所示的实施例中，套筒20的杯形部分22被拉到凸缘24的盖部分28之上，以便在两个部件之间提供精确的配合。
可将轴承16、18预装配到转子轴10上并将其放置在套筒20的杯形部分22的端面34内和凸缘24的盖部分28内，在上述地方利用压入配合和/或胶水，或以其他合适的方式将它们保持在一起。在所述的实施例中，在凸缘24靠近轴承18的盖部分28内提供环形弹性元件，诸如，径向波纹(ondular)的垫圈26，从而平衡相结合的轴向游隙，并且彼此没有游隙地支撑这两个轴承16、18。
图1中示出的转子组件带有基本的元件，这些元件的具体尺寸和详细的布置可以有所变化。更具体地，在图1中提供的是球轴承，但是可以以任何其他的合适的方式旋转地支承转子，例如，利用摩擦轴承、液压轴承、空气轴承等。转子组件还可以包括所述元件外的其他元件。在一个或多个永磁体14的外周边和套筒20的内侧之间，提供尽可能小的允许静态套筒和旋转转子之间相对运动的空气间隙。依据对转子组件和电动机的要求，对于本领域内的技术人员，显然还有许多其他对所示实施例的变形。
最好通过注模由塑料材料制成套筒20的杯形部分22。与所示的实施例不同，杯形部分22在对着凸缘24的端面34上可以具有由塑料或金属制成的分开的盖。这在例如下文所描述的图4的实施例中示出。尤其适用的塑料材料是液晶聚合物(LCP，liquid crystal polymer)。其他的材料是聚缩醛、聚甲醛(POM)、聚砜(PSU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylenesulfide)、聚酰胺酰亚胺(PAi，polyamideimide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetherether ketone)、聚醚砜(PES)、以及聚醚酰亚胺(PEi)。所示实施例的单部件凸缘24由金属制成。
图1所示杯形部分22具有相对较薄的壁，并带有形成在其外表面上、用于加强套筒壁的纵向肋。该加强结构对应于所参考的DE0034302.3描述的发明。该纵向肋基本在圆柱状套筒20的全长上延伸，并且和其纵向轴平行，同时调整肋的数目和具体设计以适应定子的内轮廓。
如图1所示的转子组件6被插入定子8的内部。在图1中，定子8被概要地表示为由单个定子片50和线圈60构成的片的层叠。虚线42指代纵向肋插入形成在定子柱之间的间隙。
在所示实施例中，金属凸缘24的形成方式使得盖部分28延伸到套筒的杯形部分22内，并能被粘到其上，以便终止套筒20。存在从盖部分28径向向外延伸的凸缘部分24，被用来将装配好的电动机连接到位，例如连接到机动车辆等的底盘，当装配电动机时，具有壁部分36的凸缘部分24部分地围绕定子8。和图1所示的实施例不同，该从凸缘24伸出的壁部分36可以在定子8的全长上或基本全长上延伸，并因而形成了用于装配好的电动机的外壳。
图2示出了根据本发明的内转子电动机的另一个实施例，该实施例在凸缘的形状方面不同于图1。和图1相同或相似的部件使用相同的附图标记，不再赘叙。
第二实施例的凸缘24’不同于第一实施例的凸缘24，这在因为它是由两个部件制成。在凸缘24’中，盖部分28’和凸缘部分30’分开地有不同材料制成，所述盖部分28’最好由塑料制成，而凸缘部分30’最好由金属制成。更具体地，塑料盖部分28’被加到凸缘部分30’中并包括用于轴承18的凹部(pocket)，并且该盖部分28’还具有当套筒20滑过凸缘24’的盖部分28’时阻止套筒20的杯形部分22的肩38’。
图2所示的实施例具有如下优点两个轴承16和18容纳在塑料部件，即组成从凸缘部分30’分开的部件的套筒20和盖部分28’内，所述凸缘部分30’用于将电动机附连到底盘等上，这样可以极大地减少传播到底盘的由结构产生的噪声。
一眼看去，图2的实施例显得更加复杂和困难，但是其在制造方面具有优点，可以比图1中的单部件金属凸缘24更加容易地通过注模形成盖部分28’。
本发明的其他实施例在图3和图4中示出。在图3和图4中，和前图中相同或相似的部件用相同的附图标记指代，不再赘述。
图3和图4不同于前述实施例之处在于凸缘24”具有塑料盖部分28”和与其相连的外壳罩40。该外壳罩40最好包括涂覆有盖部分28”的塑料材料并由其保持的深冲压金属片部分。当将定子8和转子组件6连接到一起后，该杯形外壳罩40包围整个电动机。
图3和图4的实施例的不同之处在于套筒的杯形部分22的设计。图3示出了作为从凸缘24”的盖部分28”分开的部分的套筒20的杯形部分22，如前述的两个实施例，而图4示出了和凸缘24”的盖部分28”一起构成单个部件的套筒20的杯形部分22”。在图4的实施例中，套筒20在其对着凸缘24”的端面处具有分开的盖部分44，该盖部分44能够被取下，以便能够将转子插入套筒20。
在图3和图4所示的两个实施例中，外壳罩40放置在注模机内，并部分地被形成凸缘24”的盖部分28”的塑料所覆盖，该塑料提供了与外壳罩40的连接。在凸缘24”上设置壁部分36”，用于稳定外壳罩40并用作定子的止动件。
此外，和图1、图2类似，在这些实施例中，凸缘24”可以设计得也能被用来将装配好的电动机安装在底盘等之上，但是在图中没有示出。
对所有的实施例变形来说，最好在洁净的房间内，通过首先预装配转子组件，确实可以以简单的方式制造根据本发明的内转子电动机。为此目的，将背铁12和一个或多个永磁体14附连倒转子轴10上，并且轴承16、18被预装配在转子轴10上。套筒20和凸缘24从轴10的相对端插到转子上，彼此相连，并最好还粘在一起。转子轴承16、18在该点被牢固地保持在套筒22的端面32和凸缘24的盖部分28内，并且被径向波纹的垫圈26所支撑。
为了可以持久地附连在定子上，优选地，在全部预装配转子组件被插入定子8的内部(在该处转子可以沿轴向自由移动)之前，将液体塑料材料涂敷在套筒20的外侧，并通过“自中心定位磁力”在磁中心对齐。
在所示实施例中，定子环8在其两端打开，从而不妨碍转子组件6的轴向运动。对本领域内的技术人员来说，其他的定子设计是显然的，本发明的主要优点是可以省略将转子6在定子8内进行中心定位的止动件或其他装置。
当把转子组件6插入定子8之后，胶水将仍然部分残留的间隙填充，并在安装之后可以保证转子6牢固、不可动地保持在定子8内。
通过将转子6完全封装，并通过封闭在套筒内的所有运动旋转部件，可以极大地减少结构产生的噪声的传播以及随之产生的整个电动机的声辐射，所述套筒相对于定子8和转子外壳是静止的。
现在，可以将以上述方式构造的内转子电动机进行整体的塑料涂覆或者树脂包埋，而不会对其功能产生不良影响，并利用处于预定位置的凸缘24将该电动机安装在相关联的组件模块内或组件模块处。
不需要对定子8进行特殊的调整来适应根据本发明的转子组件。通过压缩、粘连、焊接、扣接活其他合适的方法，可以完成各个组件，诸如轴10、背铁12和永磁体14或套筒20和凸缘24、轴承16、18或定子8之间的连接。对本领域内的技术人员来说，很显然有许多对本发明的进一步变形和变化。
在上述说明、权利要求和附图中公开的特征，在单独和任意的选择和组合的情况下，对实现本发明的各种实施例都是很重要的。
权利要求
1.一种用于无刷式直流电动机的转子组件，该组件包括转子轴(10)和至少一个布置在转子轴上的永磁体(14)，带有在其上被支承的永磁体(14)的所述转子轴(10)安置在套筒(20)内，并且转子轴(10)在套筒(20)内可自由旋转，该套筒在第一端面和凸缘(24)相连。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，凸缘(24)在第一端面处终止套筒(20)。
3.根据权利要求1或2所述的转子组件，其特征在于，套筒(20)在其外侧上具有加强结构(34)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件，其特征在于，用于支承转子轴(10)的轴承座在套筒(20)的第一端面处被整体形成于凸缘(24)内。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件，其特征在于，用于支承转子轴(10)的轴承座在和套筒的第一端面相对的第二端面处被整体形成于套筒(20)内。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件，其特征在于，转子轴(10)在凸缘(24)处的套筒(20)的第一端面处从套筒伸出。
7.根据权利要求6所述的转子组件，其特征在于，和所述第一端面相对的套筒(20)的第二端面被封闭或基本封闭。
9.根据权利要求1到7中的任一项所述的转子组件，其特征在于，套筒(20)具有和凸缘(24)配合的基本为圆柱状的杯形部分(22)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件，其特征在于，凸缘(24)具有盖部分(28)和凸缘部分(30)，所述盖部分用于在第一端面处终止套筒(20)并接纳转子轴的轴承(18)，所述凸缘部分径向向外伸出以安装电动机。
11.根据权利要求10所述的转子组件，其特征在于，盖部分(28)和凸缘部分(30)在一个部件内。
12.根据权利要求10所述的转子组件，其特征在于，该盖部分(28)由塑料制成，该凸缘部分(30)由塑料或金属制成并和盖部分(28)相连。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件，其特征在于，凸缘(24)具有盖部分(28)和外壳部分(40)，所述盖部分用于在第一端面处终止套筒(20)并接纳转子轴的轴承(18)，所述外壳部分用于封闭与盖部分(28)相连的电动机。
14.根据权利要求13所述的转子组件，其特征在于，盖部分(28)由塑料制成，外壳部分(40)由金属制成并模制到盖部分(28)内。
15.根据权利要求14所述的转子组件，其特征在于，外壳部分(40)由深冲压的金属板件制成，并喷射涂覆有塑料的盖部分(28)，以便使盖部分(28)和外壳部分(40)接合。
16.一种内转子电动机，该电动机带有根据前述权利要求中的任一项所述的转子组件和定子(8)，其特征在于，定子(8)插入转子组件的套筒(20)上。
17.一种内转子电动机，该电动机带有根据权利要求13到15中的任一项所述的转子组件和定子(8)，其特征在于，定子(8)插入转子组件的套筒(20)和外壳部分(40)之间。
18.根据权利要求16或17所述的内转子电动机，其特征在于，套筒(20)外侧上的加强结构(34)的外轮廓和定子(8)的内轮廓相适应。
19.根据权利要求16、17或18所述的内转子电动机，其特征在于，所述电动机被树脂包埋(resin-embedded)。
全文摘要
本发明涉及一种用于电动机的转子组件，该组件包括转子轴和至少一个布置在转子轴上的永磁体，带有在其上被支承的永磁体的所述转子轴安置在套筒内，并且转子轴在套筒内可自由旋转，该套筒在第一端面被凸缘封闭。本发明还涉及一种带有定子和上述类型的转子组件的内转子电动机，所述定子插入所述转子组件的套筒上。
文档编号H02K5/12GK1448004SQ01814315
公开日2003年10月8日 申请日期2001年9月10日 优先权日2000年10月17日
发明者哈拉尔德·拉普, 奥斯瓦尔德·库沃特, 于尔根·奥尔施 申请人:美蓓亚株式会社