CN101594028A - 一种电机及其噪声抑制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机及其噪声抑制电路，电机包括定子，其包括壳体以及安装在壳体内侧的磁铁；转子，其包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁心及绕组，所述绕组缠绕在所述转子铁心的齿上并电连接到换向器；碳刷装置，其至少包括第一碳刷和第二碳刷用于与所述换向器电连接；第一电机端子和第二电机端子分别用于将第一碳刷和第二碳刷连接到电源；以及噪声抑制电路，其至少包括第一磁珠与所述第一电机端子、第一碳刷串联。在一个实施例中，所述噪声抑制电路包括第二磁珠与所述第二电机端子、第二碳刷串联，还包括连接所述第一电机端子和第二电机端子的线电容。本发明的电机EMI抑制电路包括与电机端子、碳刷串联的磁珠，能有效地抑制电机的高频EMI，改善电机的EMI水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，尤其是具有EMI(电磁干扰)抑制功能的PMDC电机。
背景技术
小型的电机，例如小功率的PMDC(永磁直流)电机已经广泛应用在很多领域，例如，应用到家用设备和办公设备上，应用到汽车上以操纵各种配件等。通常，这些应用领域对EMI(电磁干扰)是很敏感的，因此，必须屏蔽或者抑制电机的EMI，以免电机产生过量的EMI。
一种常用的EMI抑制技术是在电机端子上连接滤波电路，滤波电路通常包括电容、电感、变阻器以及它们的组合。对于很多应用领域，简单地在换向器安装环形变阻以及在电机端子上连接线电容已经足够了。对于要求更高的场合，或者对于更大型的电机，还可能增加线电容以及接地电容，或者使用线电容和接地电容替代上述的环形变阻和线电容。
虽然上述方案对于大部分电机都是有效的。但是，我们发现，一些电机在UKW(超短波)频率范围(68～108MHz)中放射了更高的EMI。其中一种电机是汽车空调系统中使用的4极6槽PMDC有刷电机。传统的变阻以及线电容滤波的方法并不能像预期那样抑制这些电机在UKW频率范围内的EMI放射。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有EMI抑制电路的微型电机，这种电机能够良好地抑制UKW频率范围内的EMI。
为此，本发明提供的电机包括：定子，所述定子包括壳体以及安装在壳体内侧的磁铁；转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁心及绕组，所述绕组缠绕在所述转子铁心的齿上并电连接到换向器；碳刷装置，所述碳刷装置至少包括第一碳刷和第二碳刷用于与所述换向器电连接；第一电机端子和第二电机端子用于将电机连接到电源；以及噪声抑制电路，所述噪声抑制电路至少包括第一磁珠与所述第一电机端子、第一碳刷串联。
作为一种优选方案，所述噪声抑制电路包括第二磁珠与所述第二电机端子、第二碳刷串联，所述第一磁珠和第二磁珠都是晶片磁珠。作为另一种优选方案，所述噪声抑制电路还包括连接所述第一电机端子和第二电机端子的线电容。
本发明还提供一种用于电机的噪声抑制电路，所述电机包括电机端子、换向器以及碳刷，所述电机端子通过对应的碳刷电连接到所述换向器；所述噪声抑制电路包括电连接件用于串联至少一个电机端子和至少一个碳刷，所述电连接件包括碳刷连接件和磁珠，所述碳刷连接件串接所述至少一个碳刷和所述磁珠，所述磁珠串接所述碳刷连接件和所述至少一个电机端子。
实施本发明具有以下有益效果：电机的EMI抑制电路包括与电机端子、碳刷串联的磁珠，能有效地抑制电机的高频EMI，改善电机的EMI抑制水平；在一个实施例中，EMI抑制电路还包括线电容用于抑制电机的中低频EMI，使电机在所有频率范围内都具有较好的EMI抑制水平。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
附图中：
图1是应用本发明的一种PMDC电机；
图2是根据图1所示的PMDC电机设计的噪声抑制电路的示意图；
图3是图2所示电路的磁珠(ferrite bead)部件的示意图；
图4是图3所示的磁珠的分解示意图；
图5是图3所示的磁珠的抗阻与频率的关系图；
图6是本发明一个优选实施例的电机的端盖的平面示意图；
图7是图6所示端盖的立体透视图；
图8是图6所示的端盖安装有磁珠处的局部放大图；
图9是图6所示的端盖的电机端子的示意图；
图10是图6所示的端盖的碳刷连接件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是一种典型的PMDC电机10，电机10包括如图2所示的EMI抑制电路，EMI抑制电路包括磁珠20。磁珠20是一种被动电子元件，用于抑制电子电路中的高频噪声，常用在计算机线缆中。磁珠在某些方面和电感类似，但是磁珠在某些领域具有更好的效果。磁珠对高频EMI/RFI(电磁干扰/无线电干扰)噪声具有更高的抗阻，磁珠将吸收的能量转换成热量并散发掉。
优选的磁珠20是晶片式(chip type)多层陶瓷，如图3所示。可从很多厂家购买到这种磁珠。较好的磁珠的最高抗阻可达到600欧姆(频率为100MHz的情况下)。使用这种磁珠的PMDC电机可以达到CISPR 25规定的5级水平。CISPR 25是汽车行业普遍适用的EMI放射测试标准，它提供了1至5级的传导和放射标准(5级是最高的标准)。
本发明的实施例的电机在UKW频率范围内可达到CISPR 25规定的5级水平。可以增设线电容(例如33uF的)来抑制LW(长波)和MW(中波)的频率范围的EMI，使电机在所有频率范围内的EMI达到5级水平。
本发明的抑制电路尤其适用于汽车空调系统中的4极6槽PMDC电机，因为该电机在100MHz的范围内具有很高的EMI放射。
返回图1，图1所示的电机具有拉深成型出来的金属外壳14，金属外壳的内侧安装有若干块磁铁，磁铁与外壳14形成电机的定子。转子安装在定子内，定子包括转轴16、安装到转轴的换向器和转子铁芯，转子铁芯的齿缠绕有绕组，绕组电连接到换向器。外壳的开口端安装有端盖30，端盖30上安装有碳刷装置，碳刷装置包括有碳刷29。外壳的相对的两端(封闭端以及端盖30)安装有轴承用于支承转轴16。除了安装轴承、碳刷装置之外，端盖还安装有电机端子以及噪声抑制电路。碳刷装置的碳刷通过换向器将电能转移到转子绕组中；而噪声抑制电路尤其适用于定子具有4个磁极、转子具有6个齿的电机。
图2是电路的示意图。晶片(chip type)磁珠20串联电机端子18和碳刷19，碳刷19通过换向器将电能传递到转子17，更具体地，将电能传递到转子的绕组。线电容21的两端连接电机端子18，以提供附加的低频滤波。
图3是优选的晶片型磁珠20的示意图。磁珠具有柱形的外形，相对的两个端22都具有焊料层，形成接触垫(contact pad)形式的端子24。
图4是图3所示的磁珠的局部放大图，该图中剖开了一个接触垫以示出它的结构。陶瓷本体25具有电极26，电极26位于端面27上。陶瓷本体25上设有银化层(silver metallization layer)28来覆盖电极26，而银化层28又被镀镍层29覆盖，镀镍层29又被焊料层23覆盖，从而形成接触垫24。磁珠的两个接触垫结构类似。
图5是晶片磁珠的抗阻与频率特性的示意图，图中，横坐标表示频率，纵坐标表示与频率对应的抗阻，图中的四条曲线对应四种不同的电流。如图5所示，晶片磁珠的抗阻峰值出现在100～500MHz的频率范围。
使用磁珠作为抑制电路的主要部件，能够有效地减少电机的高频EMI放射。进一步地，使用这种晶片磁珠，能够方便地将抑制电路设置在电机内，优选地，将抑制电路安装在端盖内。
PMDC电机的端盖通常很紧凑，几乎没有空余的空间，因此端盖很难容纳抑制电路的零部件。因为本发明的抑制电路中将磁珠20串接在电机端子18及其对应的碳刷19之间，所以，希望将抑制电路的所有抑制部件集成到端盖中。作为一种优选方案，避免使用焊接的方式来安装噪声抑制电路。
图6至图10示出了本发明一个优选实施例的端盖的示意图。应当意识到，虽然本发明的磁珠的接触垫涂有焊料，但是本实施例中磁珠并不是通过焊接的方式连接到电路；而是采用直接接触的方式。在如图6至图10所示的实施例中，端盖30包括金属基板31以及塑料基板33，金属板31安装有轴承32，塑料基板33安装电机端子18以及碳刷装置，碳刷装置包括碳刷19。碳刷基板33还可以安装其他的电子元器件，在本实施例中，碳刷基板19还安装有噪声抑制电路，例如两块磁珠20以及线电容(如果需要线电容的话)。
这两块磁珠的安装方式是相同的，因此，下面将只阐述其中的一块磁珠的安装方式。图6是电机端盖的平面示意图，图7是电机端盖的立体透视图，图8是端盖中安装有磁珠处的局部放大图。参考图6至图8，磁珠20位于碳刷基板33内表面的凹坑34中。凹坑34包括底部、前壁35和后壁、左侧壁和右侧壁以及带开口的顶部。前壁35应当能弹性地发生形变，为此，前壁35从凹坑34的底部向上伸出，且没有接合到左侧壁和右侧壁，至少是前壁35的上部没有接合到左侧壁或者右侧壁。后壁形成碳刷基板33的外墙，相对硬一些。
凹坑34内安装有电机端子18的连接部、碳刷连接件38的连接部(碳刷连接件作为对应的碳刷的支座)。电机端子18的接触部37位于凹坑34底部的槽40中，沿着后壁延伸，延伸到较远的侧壁并形成一个接触指41，接触指41压到磁珠20的一个端部。磁珠20的另一端部压到碳刷连接件38的接触部39，碳刷连接件的接触部39从前壁35及侧壁之间的缝隙伸入凹坑34，靠近侧壁，并稍微沿着后壁延伸，位于电机端子18的上方并与电机端子18隔开。当磁珠20被压入凹坑34时，磁珠20受到接触指41的压力，这种压力来自接触指41的弹性形变。这种弹性形变导致磁珠20两端分别直接连接到电机端子18以及碳刷连接件38，从而不需要焊接。还可以在接触指41上构造倒刺，以辅助保持磁珠20。
电机端子的接触部37以及碳刷连接件的接触部39都具有小凸块42，小凸块42朝向凹坑34，可通过在接触部的另一面冲压一个小凹坑来形成小凸块42。小凸块42位于后壁的靠侧壁处，因为小凸块42是在磁珠20的上方，所以能够提供摩擦力以防止磁珠20脱离凹坑34。凹坑34的大小与磁珠20匹配，以使得磁珠20导致前壁35发生形变，发生形变的前壁35将磁珠20挤向后壁以及电机端子的接触部37、碳刷连接件的接触部39。也就是说，前壁35产生一个弹力，该弹力将磁珠20挤向后壁、接触部37和39。这种弹力在小凸块42的配合下，防止磁珠20脱离凹坑，例如，防止磁珠20受到震动的影响而脱离凹坑34。
如图6和图8所示，前壁35上部具有削边54，以便于将磁珠20插入凹坑34中。前壁35靠左右侧壁处分别具有一根竖向的脊55，脊55凸向凹坑34，抵到磁珠的靠近末端的表面。这种设计能提供更稳定和更均匀的弹力。
图9是其中一种电机端子18的示意图。端子18具有铲状的末端44以连接电机的导线。末端44的本体上具有倒刺45用于将电机端子18固定到端盖30中。延长部46的两端分别连接到末端44和接触部37，在安装时延长部46位于端盖的凹槽40中。将电机端子18安装到端盖30时，末端44从端盖30内部穿过碳刷基板33上的孔，使得延伸部46与凹槽40的底部相抵。该孔壁由于末端44以及倒刺45的塞入而变形，而倒刺45与孔配合并扣住孔壁，将电机端子18约束在孔中。
图10是其中一个碳刷连接件38的示意图。碳刷连接件38包括本体48用于安装碳刷。优选地，碳刷19是手指型的片状，具有弹性的细长部，该细长部由弹性导电材料例如铍铜合金制成，细长部的自由端与换向器直接摩擦接触。该自由端可以分成若干碳刷指49，如图7所示。替换地，碳刷可以是片状的碳刷，碳刷的自由端与换向器摩擦接触的碳刷。连接部52的两端分别连接本体48与接触部39。连接部分52伸出一个安装脚50，用来将碳刷连接件38安装到端盖30中。安装脚50设有倒刺51用来帮助限制固定脚的脱落。
应当意识到，本发明的一些实施例提供一种简单而有效的在电机端盖中使用包含有磁珠尤其是晶片磁珠的噪声抑制电路的方法。实施本发明可以不需要焊接，焊接装配线会产生烟雾，对作业人员的健康造成危害。但是，在磁珠的接触部分涂上焊料是可以接受的，但是组装过程中并不需要对焊料进行熔接或者焊接处理。磁珠的接触端的焊料层能良好地连接电机端子和碳刷连接件。
上面已经结合实施例阐述了抑制电路的优选形式。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。例如，上述的实施例中，端盖主要包括外部的金属基板、内部的碳刷基板这两大部分，但是，本发明也适用于其他类型的端盖。
上述的实施例中，接触指41形成在电机端子18上，但是也可以形成在碳刷连接件38上。
在本权利要求书和说明书中，词语“包括”、“包含”及其同义词是一种开放式包含，即，包括所列出的内容项，并不排除为列出的内容项。
Claims (11)
1、一种电机，包括：
定子，所述定子包括壳体以及安装在壳体内侧的磁铁；
转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁心及绕组，所述绕组缠绕在所述转子铁心的齿上并电连接到换向器；
碳刷装置，所述碳刷装置至少包括第一碳刷和第二碳刷用于与所述换向器电连接；以及
第一电机端子和第二电机端子分别用于将第一碳刷和第二碳刷连接到电源；
其特征在于，还包括噪声抑制电路，所述噪声抑制电路至少包括第一磁珠与所述第一电机端子、第一碳刷串联。
2、根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述噪声抑制电路包括第二磁珠与所述第二电机端子、第二碳刷串联，所述第一磁珠和第二磁珠都是晶片磁珠。
3、根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一磁珠具有相对的两个接触端，一个接触端直接连接所述第一电机端子，另一个接触端通过第一碳刷连接件连接到所述第一碳刷。
4、根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述定子包括安装在壳体端部的端盖，所述碳刷装置、第一碳刷连接件、第一电机端子和第二电机端子安装到所述端盖，所述第一磁珠安装到所述端盖内的凹坑。
5、根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述第一电机端子和第一碳刷连接件两者中，至少其中之一者的一部分位于所述凹坑内并具有小凸块，所述小凸块位于所述第一磁珠的上方以防止所述第一磁珠脱离所述凹坑。
6、根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述第一电机端子和第一碳刷连接件两者中，至少其中之一者具有弹性的接触指，所述接触指抵到所述第一磁珠的一端以使第一磁珠稳定地串接所述第一电机端子和第一碳刷连接件。
7、根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述凹坑具有相对的前壁和后壁，所述前壁由所述第一磁珠挤压而发生弹性形变并与后壁配合以夹住所述第一磁珠。
8、根据权利要求1至7中任意一项所述的电机，其特征在于，所述噪声抑制电路还包括连接所述第一电机端子和第二电机端子的线电容。
9、一种用于电机的噪声抑制电路，所述电机包括电机端子、换向器以及碳刷，所述电机端子通过对应的碳刷电连接到所述换向器；所述噪声抑制电路包括电连接件用于串联至少一个电机端子和至少一个碳刷，所述电连接件包括碳刷连接件和磁珠，所述碳刷连接件串接所述至少一个碳刷和所述磁珠，所述磁珠串接所述碳刷连接件和所述至少一个电机端子。
10、根据权利要求9所述的噪声抑制电路，其特征在于，所述电机具有两个电机端子和两根碳刷，所述噪声抑制电路包括对应的两个电连接件，每个电连接件串接对应的一个碳刷端子和一根碳刷。
11、根据权利要求9所述的噪声抑制电路，其特征在于，所述电机具有两个电机端子和两根碳刷，所述噪声抑制还包括连接所述两个电机端子的线电容。
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