CN105874686B - 无刷电机的接地装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括一个转子组件的电机，该转子组件包括一个转子和一个固定于转子的电机轴。该电机还包括定子线圈。电机的电路包括协同运作来启用和停用线圈以使转子组件转动的电子元件和第一和第二电力端子。一个导电外壳包围电机。一个导电接地片与第一电力端子电连接。该接地片与外壳的径向向内面向的面接触以提供从外壳到接地端子的静电释放路径。

Description

无刷电机的接地装置
相关文件的交叉引用
本发明要求于2014年1月3日提交的第61/923302号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入此案。
技术领域
本发明涉及降低无刷直流电机的静电放电。
背景技术
无刷直流(BLDC)电机通常具有以固态电路形式存在以方便BLDC电机运行的电子控制器。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被用于切换电机内的电子信号，例如关断与导通BLDC电机的线圈的电力。
BLDC电机可以用于多种用途。一个实施例是用于驱动(激励)一个液压泵。其他实施例是驱动(激励)电动车辆、运动控制装置和定位装置例如伺服电机和直线电机。
发明内容
一种包括一个转子组件的电机，该转子组件包括一个转子和一个固定于转子的电机轴。该电机还包括定子线圈。电机的电路包括协同运作来启用和停用线圈以使转子组件转动的电子元件和第一和第二电力端子。一个导电外壳包围电机。一个导电接地片与第一电力端子电气连接。该接地片与外壳的径向向内面向的面接触以提供从外壳到接地端子的静电释放路径。
在其他实施例中，接地装置可能包括一个固定结构和一个带。该固定结构可以容纳第一端子，且带可以与外壳的向内面向的表面压合接触。带可以包括一个与固定结构共面的近端部分和一个与近端部分垂直的朝上翘的远端部分。远端部分可能与外壳的向内面向的表面接触。远端部分可能沿一个方向朝上翘，外壳设置为当在电机上滑动时沿该方向滑动以容纳电机。
附图说明
图1是一个包含一个泵和一个电机的泵机组的分解图。
图2是电机的截面透视图。
图3是泵机组的接地装置的透视图。
图4是接地装置的顶视图。
图5是接地装置的侧视图。
图6是示出了安装在电机上的接地装置的透视图。
图7是示出了与接地装置耦合且连接到一个泵上的电机的透视图。
图8与图7类似，示出了一个包住电机且与接地装置接触的外壳。
具体实施方式
图1是一个泵机组10的分解图。泵机组10包括一个连接到电机组件14且由其驱动的(旋转驱动的)液压泵12。电机组件14包括一个由外壳18包住的(围住的)电机16。电机16通过两个电气端子接收电源——在本例中是接地端子21和电源端子22。一个接地装置24被固定在接地端子21上且与外壳18接触以通过提供一个从外壳18到接地端子21的传导通路使外壳18接地。外壳18的接地有助于保护电机元件免受静电放电(ESD)影响。
电机16如图2所示。在本例中，电机16是一个无刷直流(BLDC)电机。该电机16包括如下以旋转轴A为参照描述的元件：一叠钢制薄片30被夹在外壳上部31与外壳下部32之间。薄片30包括朝向轴A沿径向向内突出的齿状物33。定子线圈34绕齿状物33缠绕。转子组件40包括一个转子41。在本例中，转子41承载磁性且位于一个在该叠钢薄片30中(由该叠钢薄片30定义)的转子腔42中。转子组件40还包括一个固定在转子41上且在支撑在转子轴承45上的转子轴44。轴承45使转子41和轴44能够绕旋转轴A一致地旋转。轴44的上部自外壳上部31向上伸出，轴44的下部自外壳下部32向下伸出。
在本例中，电力端子21、22以自外壳上部31刚性向上伸出的刚性柱的形式存在。每根柱的外表面可以具有未绝缘的裸金属的性质。每个端子21、22被一个跨接线46(接线夹头)扣住。每个跨接线46是由一定长度的被弯曲成两个C形部分的钢条(钢带)构成。‐(1)一个紧紧扣住各自的电力端子21或22的端子抓扣部分46T和一个设置为紧紧扣住一个并不特定对齐端子21、22的配套电力电缆连接器的各自导体的电缆抓扣部分46C。
电力端子21、22电气连接(耦合)至电路板48的电路以给电路提供电力。在本例中，电路的元件49包括导通和关断(启用和停用)线圈34的电源的金属氧化物半导体场效应晶体管49A(MOSFETs，只有一个被示出)。电路元件还包括协同作用以控制MOSFETs 49A运行的电子逻辑装置49B。FETs49A和逻辑装置49B以一种设置为引起转子组件40旋转的时控的方式协作运转来启用和停用线圈34。
图1示出了外壳18。在本例中，外壳18围住(包住)电机16。外壳18由导电(如静电放电的)材料构成，例如钢或铝。外壳18以罐体的形式存在。罐体18具有一个环绕电机16的圆柱形的侧壁18S和一个位于电机16下方的底壁18B。侧壁18有一个径向向内面向的表面19。底壁18B有一个供电机轴44贯穿其延伸的孔18H。在本例中，罐体缺少一个顶壁而具有一个顶部开口18T。当组装泵机组10时，电机16经罐体的顶部开口向下插入(滑入)罐体18直到电机16到达罐体18中的安装位置。相当于，罐体18向上移动以经罐体的顶部开口18T容置电机16直到罐体18到达电机16的安装位置。
在本例中，液压泵12是一个用于将燃料注入电机或发电机的燃油泵。泵12包括如下元件：一个凸轮环60被夹在出口配流盘61和进口配流盘62之间。一个过滤器63从通过进口配流盘62引入的液体中除去杂物。两根柱64将两配流盘紧靠凸轮环60固定在一起。配流盘61、62和凸轮环60包住和限定了一个泵室(腔)65。一个转子片66位于泵室65内。该泵的转子片66被固定在电机轴44上且由其(施加动力)转动。转子片66具有多个(在本例中五个)凹处67。每个凹处67容纳一个各自的滚子68。进口配流盘62围住泵室65。随着转子片66旋转，滚子68相对于凹处67和凸轮环60的移动转移液体。引入过滤器63和进口配流盘62的液体通过出口配流盘61中的一个开口被强行排出。该液体可能会通过电机16输送以冷却电机16。
随着液压泵12被电机16驱动，静电荷可以在液体通过泵12的过程中积累起来。静电荷经由具有最小的到地面电阻的路径释放。某些情况可以增加电路元件在具有最小的到地面电阻的路径上的可能性。例如，当泵12被用作一个燃油泵时，如果在电机组件14和任何外壳之间绝缘，如果外壳18是塑料的，如果燃料输入与输出管道是不导电的，以及如果用泵输送的燃料具有相对较低的电导率，静电放电的一个可能路径是经过电机绕组34。任何数量的电子元件49可以设置在通过泵机组10的主体静电放电的路径上。
静电放电的一个来源是液体通过过滤器63的过滤介质的流动。没有接地线夹24时，静电荷可能通过电机16的元件释放。例如电机绕组34和MOSFETs 49A和控制MOSFETs49A的电子装置49B。ESD会造成问题，比如元件暂时性地出故障或永久性地损坏。永久性的损坏可以由单独的一次静电放电造成，或者是经过一段时间多次静电放电的结果(结局)。在液体是有机燃料的情况下比液体是水的情况下更有可能发生ESD。因此，增加ESD问题的因素可能是电机16为无刷电机和具有电子(逻辑)元件、液体被泵输送、液体被过滤和液体是燃料。
ESD和它所造成的问题，可以通过接地装置24提供一个从罐体18到其中一个电力端子，例如接地端子21的静电接地路径而被克服。
图2‐图4示出了接地装置24的一个实施例。接地装置24是由导电(例如静电耗散的)材料，例如纯铜、黄铜、钢或石墨制造的。在本例中，接地装置24以一个刚性的接地片的形式存在。接地片24包括一个固定结构71和一个带72。固定结构71将接地片24固定到接地端子21上。在本例中，固定结构71是以一个环的形式存在。该环71具有一个在将固定结构71滑动到接地端子21上(围绕接地端子21放置)时容置接地端子21的孔73。孔73是由一个的圆周边缘73E限定的，该圆周边缘包括扣住接地端子21的、沿径向向内突出的齿状突起73T。该边缘73E或者可以是不带有齿状突起的平滑的圆形。带72包括(1)一个与固定部71共面的近端部分74和(2)一个从(垂直或大致垂直于)近端部分74向上弯曲的远端部分75。在本例中，近端和远端部分74、75是直的(基本上直的)，且在带72内的一个局部弯曲段(肘形弯曲段)76上相交。远端部分75具有一个面朝近端部分74的近侧表面75P和一个背朝近端部分74的远侧表面75D。
图6示出了在电机16上的安装位置处的接地装置24。在该接地片的安装位置，接地片的固定部71上的孔73(图3)容纳接地端子21。用户可以通过(1)除去跨接线46，(2)将接地端子21插入接地片的孔73(等价于环绕接地端子21放置接地片的固定部71)，(3)将跨接线46安装回接地端子21上，和(4)下压跨接线46使其紧靠接地片24，来安装接地片24。跨接线46和接地端子21之间的紧摩擦配合使跨接线46紧紧地固定在接地片24上适当的位置。
接地片24被各自的跨接线46下压且被跨接线46固定在接地端子21上。接地片24可以与接地端子21通过(1)接地片24和接地端子21之间的直接(物理)接触和/或(2)接地片24和跨接线46之间的直接(物理)接触电气连接。在一个实施例中，接地片24仅仅通过来自于跨接线46的下压接触被固定在适当的位置(避免从接地端子21上移除)而不需要通过粘合剂或紧固件固定。通过接地片的固定部71扣住接地端子21，接地片24可以被固定在适当的位置。
图7示出了安装在电机组件14上的接地片24、泵12和泵接头80。接地片24示出为从泵12下面向外伸出，其远端部分75在泵接头80的旁边向上伸出。该远端部分的远侧表面75D径向向外面向。远端部分的近侧表面75P(图5)朝向泵12径向向内面向。
图8示出了环绕且包住电机16安装的罐体18。在本实施例中，该接地片的向上翘的远端部分75的远侧表面75D与罐体18的径向向内面向的面19(图1)啮合。在本实施例中，接地片的近端部分74不与罐体18接触。接地片24提供一个从罐体18到接地端子21的静电放电路径。如果不是因为接地片24，外壳18将会与接地端子21电隔离。接地片的远端部分75可以被塞进电机16和罐体18之间，以(1)与罐体的内表面19平行，(2)变形以与罐体的内表面19的曲率匹配，以及(3)在远端部分的远侧表面75D的很大一部分上与罐体的内表面19接触。
在本实施例中，接地片24和罐体18之间的接触是以接地片24对罐体的内侧表面19的压迫接触为基础的，且并不包含粘合剂或紧固件。因此，在本实施例中，接地片24对电机16滑入和滑出罐体18所施加的仅有的阻力是接地片24和罐体18之间的摩擦阻力。
接地片的远端部分75沿向上方向B向上翘，外壳18沿该方向滑过电机16以容纳电机16。接地片24可以有挠性的(可弯曲的)弹性。如果接地片24或电机16或罐体18例如由于老化、高温或震动而变形，弹性有助于接地片24保持与罐体18的有效接触。由于向上翘的部分起到一个悬臂弹簧的作用，所以比起不弯曲的接地片24，弯曲的(向上翘的)接地片24更有可能保持(更不可能失去)与罐体18的接触。相对于不弯曲的接地片的带72，接地片的带72上的弯曲可以与罐体18产生更大的接触面积。当罐体18滑过电机16时，相对于远端75向下伸出的接地片，远端75向上伸出的接地片24更不可能扣住罐体18的缺口、边缘或表面缺陷(被罐体18的缺口、边缘或表面缺陷扣住)。这是因为罐体18会向上滑动且滑动过接地片的肘形弯曲段76。
在不同的实施例中，将接地片24固定在其上的电力端子21可以是一个接地端子(而另一个电力端子22会是一个“电源”端子)，或者可以是一个负极端子(而另一个端子22会是一个比负极端子在一个更高的电压上的正极端子)，或者可以是一个中性端子(而另一个端子22会是一个“热”端子)，或者可以是一个正极端子(而另一个端子22会是比正极端子在一个更低的电压上的一个负极端子)。
当接地端子21被设计且一种材料被选择以基本最小化或消除电化学腐蚀时，可以考虑一个标准。可选地，如果不能消除或避免电化学腐蚀，接地片24可以被设计以使得电化学腐蚀基本发生在接地端子上。接地片24可以设计为生产廉价且比端子21、22更容易更换。
尽管上述实施例包括一个被固定于电机组件的端子的接地端子，可选地，接地端子也可以与电机组件的其他部分接触。例如，如果电机组件在电机组件的某一区域或位置上经历静电积累，接地端子可以放置为与该区域或位置电导通，以更容易地形成所需的静电荷的释放路径。
这里描述的BLDC电机组件14、接地端子21和外壳18的排布方式可以提供经过接地端子21和外壳18的静电释放路径，使得电子元件(如BLDC电机组件14中的MOSFETs)可以得到保护，免受静电放电的破坏。
上述组件和过程提供了权利要求项中列举的元件的实施例。它们还提供了本领域的普通技术人员可以如何制作并使用该发明的实施例。它们在这里被描述提供实现方式和最佳模式，并非对其进行权利要求项中所未列举的限制。在上述的某些实施例中，括号中的术语与括号前的术语基本等效。

Claims (18)

1.一种无刷电机的接地装置，包括：
一个电机，包括：
一个转子组件，该转子组件包括一个转子和一个固定于转子的电机轴，
定子线圈，
电路，该电路包括协同运作来启用和停用线圈以使转子组件转动的电子元件，和
第一和第二电力端子；
一个包围电机的导电外壳；和
一个导电接地片，该接地片与第一电力端子电气连接，且与外壳的向内面向的面接触以提供从外壳到第一电力端子的静电释放路径；
所述接地片包括一个固定结构和一个带；所述带包括一个与固定结构共面的近端部分和一个与近端部分基本垂直的朝上翘的远端部分，且远端部分与外壳的向内面向的表面接触；所述固定结构为一个环，该环具有用于容置第一电力端子的孔。
2.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述近端部分不与外壳接触。
3.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述远端部分沿一个方向朝上翘，外壳设置为当在电机上滑动时沿该方向滑动以容纳电机。
4.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述近端和远端部分基本上是直的，且在带内的一个局部弯曲段上相交。
5.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述接地片不通过粘合剂或紧固件与外壳连接。
6.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述外壳具有一个顶部开口，且设置为让电机通过顶部开口滑入外壳。
7.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，接地片对电机滑入和滑出外壳所施加的仅有的阻力是接地片和外壳之间的摩擦阻力。
8.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，还包括一个跨接线，该跨接线包括(i)一个扣住第一电力端子的端子抓扣部分和(ii)一个扣住一个电力电缆的导体的电缆抓扣部分，其中，该跨接线向下压在接地片上并将接地片电连接至第一电力端子。
9.根据权利要求8所述的接地装置，其特征在于，所述接地片仅仅通过来自跨接线的压合接触被固定。
10.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述接地片通过接地片扣住第一电力端子被固定。
11.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述接地片不通过粘合剂或紧固件被固定。
12.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述第一电力端子自电机刚性地向上伸出。
13.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述第一电力端子是接地端子，第二电力端子是电源端子。
14.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述第一电力端子是负极端子且第二电力端子是正极端子。
15.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述第一电力端子是正极端子且第二电力端子是负极端子。
16.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述电机是一个无刷电机，且电子元件包括一个场效应晶体管。
17.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述装置包括一个流体过滤器和一个液压泵，所述液压泵与电机连接且由电机轴驱动。
18.根据权利要求17所述的接地装置，其特征在于，所述液压泵是一个燃油泵，且该过滤器是一个燃油过滤器。
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