CN103797899A - 用于确保电动机连接的印刷电路和包括印刷电路的电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机和用于确保电动机的电连接的印刷电路。印刷电路包括：中心部分(11)，其用于覆盖电动机(40)的第一面(45)；柔性舌片(12)，其从中心部分(11)延伸，并且用于部分地覆盖电动机(40)的第二面(42)并与该第二面(42)电连接；第一对接线柱(13a，13b)，其用于接纳来自电动机(40)的接线(46，47)；第二对接线柱(14a，14b)，其用于接纳来自电动机的电源线；迹线(15a，15b)，每个迹线将第一对接线柱(13a，13b)中的接线柱与第二对接线柱(14a，14b)中的接线柱相连接；滤波电容器(18)，其连接在迹线(15a，15b)之间；以及接地面(19)，其覆盖中心部分(11)和柔性舌片(12)的大部分，接地面(19)被配置成电连接到形成电动机(40)的第二面(42)的金属部分。

Description

用于确保电动机连接的印刷电路和包括印刷电路的电动机
技术领域
本发明涉及电动机和用于确保电动机电连接的印刷电路。
本发明特别适用于具有由直流供电的电刷的电动机，但是同样能够针对任意类型的电动机来实施本发明。
背景技术
直流电动机是电磁噪声源。电磁干扰在文献中作为EMI(代表“电磁干扰”、)而众所周知，其能够由电动机的端子和电动机的电源线发出。这些干扰可能会干扰位于电动机附近的其它电气设备，这些干扰扰乱了模拟设备和数字设备这两者。
最大的电磁干扰源是电动机电刷的换向。在每次换向时，当电刷中断其与换向片的接触时，以电磁场形式储存在电动机绕组中的能量激起电刷和换向片之间的电压尖峰。这不仅发生在正常换向期间，而且还发生在电刷在旋转的换向器上反弹的情形中。可以使用电枢上没有场架框的电动机，其因为较低的电枢电感而产生较少的干扰，但是没有完全消除干扰。
另一个干扰源是由于电动机的电源线。干扰能够传导或辐射。能够通过将电源端子定位成尽可能接近电动机本身和使用双绞线经由其端子为电动机供电来限制辐射干扰。不幸的是，廉价电动机的一些制造商提供远程端子，其甚至在直径上相对。在这种情况下，即使通过使用一对双绞线，电流环路也依然在端子处，这样的环路往往会辐射出电磁能量。
可以通过将滤波元件放置在电动机附近来限制传导干扰。通常的做法是将串联在电动机电源线上的电感器和连接在电源线与电动机所属的接地设备之间的电容器进行定位。可以将每个电容器焊接在电动机的端子之一与定子的金属场架框之间。
这些滤波元件存在缺点。首先它们体积大，并且因此增加了设备的占地面积。如果设备遭受震动，这些滤波元件可能遭受与电动机的元件不同的位移，并因而在其电连接处产生应力，这甚至可能导致连接中断。滤波元件的重量同样是缺点，尤其是在嵌入式应用中，例如在仿人机器人中。实际上，重量的增加意味着：在机器人的移动中，必须增加由电动机施加的扭矩，从而导致较大的电力消耗，并因此降低了机器人的自主性。
另外，产生的滤波在频率方面远不是均匀的。而且，电容器和电感器都是成对地添加到每个电源线的分立元件。在一对中，每个元件的值在其制造公差范围内可能会有所不同。这些差异降低了滤波质量，尤其对于差模干扰。另一个缺点在于电容器焊接到电动机场架框上。在带有电刷的由直流电流供电的电动机中，定子场架框容纳有永磁体。这些磁体可能会受到焊接的影响，焊接可能会使磁体的温度局部上升超过其居里点。
电动机控制同样是电磁干扰源。这一控制能够通过直流电流的高频切换来完成。在文献中，这种类型的切换通过首字母缩写词PWM(代表“脉冲宽度调制”)而众所周知。电子开关以陡峭边缘对直流进行斩波，该陡峭边缘产生通过电动机电源线传导和辐射的大量谐波。可借助滤波元件并且同样可借助能够放置电动机的屏蔽体来衰减这一类型的干扰。使用双绞线同样有利于限制这一类型的干扰。屏蔽体一般包括附加的金属部件，并且因此往往增加电动机环境的重量、体积和成本。
发明内容
本发明的目的在于通过提出一种实现简单、重量轻的方案来限制电动机发出和辐射的干扰，其能够用于廉价的电动机，并且即使在接线端子的尺寸和位置不同时，也能够很容易地适用于来自不同供应商的电动机。本发明还能够使得限制电动机对于源自其环境的干扰的敏感性。
为此，本发明的主题是一种印刷电路，所述印刷电路用于固定到电动机以确保其电连接，其特征在于所述印刷电路包括：
·中心部分，其用于覆盖在所述电动机的第一面，
·柔性舌片，其从所述中心部分延伸，并且用于部分地覆盖电动机的第二面并与该第二面电连接，
·第一对接线柱，其用于接纳来自电动机的接线，
·第二对接线柱，其用于接纳来自电动机的电源线，
·迹线，每个所述迹线将第一对接线柱中的接线柱与第二对接线柱中的接线柱相连接，
·滤波电容器，其连接在所述迹线之间，
·接地面，其覆盖所述中心部分和所述柔性舌片的大部分，所述接地面被配置成电连接到形成所述电动机的第二面的金属部分。
本发明的另一个主题是一种包括根据本发明的印刷电路的电动机。
附图说明
通过阅读作为示例给出的实施例的详细描述，将更好地理解本发明，并且其它优点将变得显而易见，该描述通过所附附图来具体说明，其中：
图1表示遵循本发明的印刷电路；
图2a、2b和2c示意性示出形成印刷电路的层堆叠的截面示例；
图3示意性示出能够给印刷电路装配的滤波电容器；
图4、5和6表示能够给印刷电路装配的滤波电容器的变体；
图7a和7b表示安装在电动机上的印刷电路。
为清楚起见，在不同的图中，对于相同的元件将给予相同的附图标记。
具体实施方式
大多数旋转电动机整体上具有以由两个平面来限制的圆筒部分为形式的外表面。电动机的旋转轴是圆筒的轴，并且电动机接线由电源线能够连接的舌片例如通过焊接或经由连接器制造在两个平面之一上。在下文中，术语“电动机电源线”将包括用于电动机以确保其电力供应的任意连接装置，例如是柔性印刷电路。可通过金属外壳来形成两个平面之一和圆筒形部分。第二平面可由塑料材料制成，通过该塑料材料，留下电动机接线。
图1表示用于固定到电动机以确保其电连接的单面印刷电路10。将构思单面印刷电路由具有接纳导电迹线的一面的绝缘衬底来形成。于是，单面印刷电路的实现能够使得降低其生产成本。印刷电路10包括用于覆盖平面的中心部分11，通过该平面留下电动机接线。在所表示的示例中，中心部分11是圆形的，从而适于大部分常见的电动机。中心部分11的直径基本上等于中心部分11必须覆盖的电动机的平面的直径。显然，其它形式是司行的。
印刷电路10还包括延伸到中心部分的柔性舌片12，并且用于部分地覆盖电动机的圆柱形表面。舌片的柔韧性使得能够将它们沿圆筒形表面向后折叠。在图1中，在将舌片12向后折叠之前，将印刷电路10示为平的。在圆形的中心部分11的情况下，当印刷电路10是平的时，舌片12根据中心部分11的半径环绕中心部分11伸展。在图1中，十二个舌片12环绕中心部分11均匀分布。显然，本发明不限于该数目的舌片。
印刷电路10还包括用于接纳来自电动机的接线的第一对接线柱(stud)13a和13b，以及用于接纳电动机电源线的第二对接线柱14a和14b。迹线15a连接接线柱13a和14a，迹线15b连接接线柱13b和14b。
可提供穿过印刷电路10的两个孔16a和16b，并且用于允许电动机接线端子通过。孔16a产生在接线柱13a的附近，并且孔16b产生在接线柱13b的附近。
滤波电容器18连接在迹线15a和15b之间。接地面19覆盖了中心部分11和柔性舌片12的大部分。在单面印刷电路的情况下，如图2a中的横截面所示的，将接地面19切断，以为接线柱13a、13b、14a、14b和迹线15a与15b留出空间。
还可以生产出如图2b中的截面所示出的双面印刷电路。接地面19产生在印刷电路10的外表面上，而接线柱和迹线产生在相对的外表面上。换句话说，印刷电路10包括由绝缘层23分隔的两个导电层21和22。层21形成接地面19。迹线15a和15b以及两对接线柱13a、13b、14a、14b蚀刻在层22中。当将印刷电路10安装到电动机上时，接地面19被配置成面向由印刷电路10覆盖的电动机的表面。因而，接地面19用作电动机与迹线15a和15b之间的屏蔽物，从而更好地保护它们免受电动机辐射的干扰。
如图2c中的截面所示，通过添加第二接地面24，可进一步提高迹线15a和15b的保护。于是，迹线15a和15b被夹在两个接地面19和24之间。换句话说，印刷电路10包括形成第二接地面24的第三导电层，绝缘层25设置在导电层22和24之间。将接地面24切断，以为用于容纳电容器18的接触盘26留出空间。接触盘26通过电镀通孔27连接到迹线15a和15b。
有利地，电容器18是X2Y型的，并且连接到迹线15a、15b和连接到接地面19。该类型的电容器是由位于美国加州的西尔马Bledsoe大街15191的Johanson Dielectrics公司制造的。可在网站www.x2y.com上查询这一类型的电容器的完整文档。
图3示出了X2Y型电容器的等效电路图。该组件包括四个连接端子A、B、G1和G2。主单独电容器30连接在端子A和B之间，并且两个辅单独电容器31和32连接在电容器31的端子A和端子G1之间以及电容器32的端子B和端子G2之间。就其生产而言，不同的电容器30、31和32的电极交错，并且将组件封装在被配置成为安装在印刷电路上的表面的封装中，而没有通孔。两个辅电容器31和32完好地匹配。
图4示出X2Y型电容器18，其以端子A和B各自连接到迹线15a和15b之一并且端子G1和G2连接到接地面19的方式安装在印刷电路10上。三个单独的电容器30、31和32的使用使得能够限制共模干扰和差模干扰。不同的单独电容器30、31和32的嵌套使得能够补偿由每个迹线15a和15b发出的辐射。例如，将X2Y型电容器18生产在封装中，该封装被配置成为安装在印刷电路10上的平面。为此，迹线15a包括容纳端子A的连接盘33，迹线15b包括容纳端子B的连接盘34，并且接地面19包括两个连接盘35和36，以容纳端子G1和G2。将电容器18的不同端子焊接到相应的连接盘上。
可选地，滤波电容器通过串联连接在迹线15a、15b之间的两个电容器37和38来形成。于是，将接地面19连接到两个电容器37和38的公共端子。两个电容器37和38是分立的，并且具有相同值。为了给出与图4的电气相似性的好的理解，对于电容器37，保留端子名称A和G1，对于电容器38，保持终端名称B和G2。随后如图5中所示，期望将两个分立电容器37和38定位成彼此尽可能地接近，使得在两个分立电容器37和38之间产生尽可能大的互感。更具体地，在一方面的端子A和G2与在另一方面的端子B和G1定位成尽可能地接近。该布置使得能够减少发出的辐射和减少两个迹线15a和15b对于外部辐射的敏感性。如在实现X2Y型电容器的替代方式中，可将电容器37和38生产在封装中，该封装被配置成为安装在印刷电路10上的表面。为此，图4还示出了连接盘33到36。但是，这一替代方式提供了比使用X2Y型电容器更差的电磁干扰滤波结果。使用两个分立电容器，仅仅过滤两个迹线15a和15b相对于地的共模干扰。
如图6中所示，通过使用分立电容器，能够通过增加连接在迹线15a和15b之间的第三电容器39来进一步提高滤波。电容器39在电气上等效于X2Y型电容器的单独电容器30。电容器39能够过滤两个迹线15a和15b之间的差模干扰。可将电容器39生产在封装中，该封装被配置成为安装在印刷电路10上的表面。为此，电容器39焊接在属于迹线15a的连接盘33a和属于迹线15b的连接盘33b之间。如之前所述的，有利的是将三个分立电容器37、38和39如图6中所示定位成尽可能地接近，以使得在它们之间产生尽可能大的互感。
尽管如上所述，然而仍未实现电极交错的X2Y型电容器的性能，该性能能够使得最大化组成其的不同的单独电容器30、31和32的互感。此外，单独电容器31和32比在实施分立电容器37和38时可更好地匹配。换句话说，X2Y型电容器比两个分立电容器37和38可更好地过滤共模干扰。
图7a和7b表示装配有印刷电路10的电动机40。电动机40包括以圆筒形表面42和平坦底部43为形式的金属外壳41。电动机的输出轴44沿着圆筒形表面42的轴延伸，并且通过底部43从电动机40伸出。电动机40由塑料盖45封闭，该塑料盖45形成平行于底部43的圆形平面。两个端子46和47从盖45伸出并形成电动机40的供电端子。印刷电路10设置成与盖45相对。更具体地，将中心部分11放置成平行于由盖45形成的平面。端子46和47中的每个穿过印刷电路10的孔16a和16b中的一个，并且随后被折回而平行于中心部分11以例如通过焊接来连接到相应的接线柱13a和13b。
舌片12沿着圆筒形表面42折叠而与中心部分11的平面成直角，以使得接地面19可与圆筒形表面42上的金属外壳41电接触。因而实现电容器18的端子G1和G2至金属外壳41的电连接。
柔性舌片12的使用能够使得将印刷电路10放置在电动机上，对于该电动机，圆筒形表面的直径可轻微变化。例如，将能够批量生产以实施来自不同制造商的电动机。
另外，再次假设不同的制造商，如果不同的制造商提供位于盖45上的不同点处的端子，则能够提供多对孔16a和16b。
如图7a中所示，能够通过直接接触来进行舌片12上的接地面19和圆筒形表面42上的金属外壳41的电连接。舌片12可通过围绕舌片12的胶带48保持压靠在金属外壳41上。可选地，如图7b所示，可通过放入双面导电胶49来确保该连接，该双面导电胶49一面粘附到圆筒形表面42上，而另一面粘附到舌片12上。

Claims (12)

1.一种印刷电路，所述印刷电路用于固定到电动机(40)以确保其电连接，其特征在于所述印刷电路包括：
·中心部分(11)，其用于覆盖在所述电动机(40)的第一面(45)，
·柔性舌片(12)，其从所述中心部分(11)延伸，并且用于部分地覆盖所述电动机(40)的第二面(42)并与该第二面(42)电连接，
·第一对接线柱(13a，13b)，其用于接纳来自所述电动机(40)的接线(46，47)，
·第二对接线柱(14a，14b)，其用于接纳来自所述电动机(40)的电源线，
·迹线(15a，15b)，每个所述迹线将所述第一对接线柱(13a，13b)中的接线柱与所述第二对接线柱(14a，14b)中的接线柱相连接，
·滤波电容器(18；37，38，39)，其连接在所述迹线(15a，15b)之间，
·接地面(19)，其覆盖所述中心部分(11)和所述柔性舌片(12)的大部分，所述接地面(19)被配置成电连接到形成所述电动机(40)的所述第二面(42)的金属部分。
2.如权利要求1所述的印刷电路，其特征在于：所述电容器(18)为X2Y型的，并且连接到所述迹线(15a，15b)和所述接地面(19)。
3.如权利要求1所述的印刷电路，其特征在于：所述滤波电容器由串联连接在所述迹线(15a，15b)之间的两个分立电容器(37，38)形成，并且所述接地面(19)连接到所述两个电容器(37，38)的公共端子(G1，G2)。
4.如权利要求3所述的印刷电路，其特征在于：所述印刷电路还包括连接在所述迹线(15a，15b)之间的第三分立电容器(39)。
5.如权利要求3和4的任一项所述的印刷电路，其特征在于：所述分立电容器(37，38，39)被设置成互相尽可能地接近，以便在它们之间产生尽可能大的互感。
6.如前述权利要求中的一项所述的印刷电路，其特征在于：所述中心部分(11)是圆形的，并且当印刷电路(10)是平的时，所述舌片(12)依照从所述中心部分(11)开始的半径环绕中心部分(11)延伸。
7.如前述权利要求中的一项所述的印刷电路，其特征在于：所述印刷电路是单面的。
8.如前述权利要求中的一项所述的印刷电路，其特征在于：所述印刷电路包括由绝缘层(23)分隔的两个导电层(21，22)，所述两个导电层中的第一导电层(21)形成所述接地面(19)，所述迹线(15a，15b)和两对接线柱(13a，13b，14a，14b)被蚀刻在所述两个导电层中的第二导电层(22)中，并且所述接地面(19)被配置成面向所述电动机(40)的所述第一面(45)。
9.如权利要求8所述的印刷电路，其特征在于：所述第二导电层(22)设置在所述第一导电层(21)和形成第二接地面的第三导电层(24)之间，第二绝缘层(25)设置在所述第二导电层(22)和所述第三导电层(25)之间。
10.一种电动机，其特征在于，所述电动机包括如前述权利要求中之一所述的印刷电路(10)。
11.如权利要求10所述的电动机，其特征在于：通过直接接触来进行所述舌片(12)上的接地面(19)与所述电动机(40)的第二面(42)的电连接，并且通过围绕所述舌片(12)的胶带(48)来保持使所述舌片(12)压靠在所述第二面(42)上。
12.如权利要求11所述的电动机，其特征在于：通过放入双面导电胶(49)来确保所述舌片(12)上的所述接地面(19)与所述电动机(40)的所述第二面(42)的电连接，所述双面导电胶(49)一面粘附到所述第二面(42)上而另一面粘附到所述舌片(12)上。
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