CN110401301B - 一种直流无刷电机及家用电器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种直流无刷电机及家用电器。其中，所述直流无刷电机包括转子和转轴，所述转子和所述转轴之间通过电连接结构电连接，以增大所述直流无刷电机的总寄生电容。本发明实施例提供的直流无刷电机及家用电器，由于转子和转轴之间通过电连接结构电连接，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。

Description

一种直流无刷电机及家用电器
技术领域
本发明涉及家用电器技术领域，具体涉及一种直流无刷电机及家用电器。
背景技术
电磁干扰(Electromagnetic Interference简称EMI)是指由无用信号或者噪声对有用电磁信号的接收或者传输所造成的损害，电子/电气设备产生的高频电磁噪声通过导线传播可以产生传导EMI。通过人工电源网络(Line Impedance Stabilization Network，简称LISN)，可以测量电子/电气设备的传导EMI，目前，电子/电气设备在投放市场之前，都需要通过相关的传导EMI测试。
直流无刷电机是一种典型的机电一体化产品，包括电动机主体和驱动器。电动机主体包括定子、转子、转轴等零部件，定子上设置三相绕组，用于产生交变磁场，转子上设置有已充磁的永磁体。驱动器包括功率电子器件和集成电路等结构。直流无刷电机在工作时，整流桥将交流市电变换成直流电，再通过脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)逆变器控制6个开关管的通断，产生旋转的空间磁场来驱动转子旋转。直流无刷电机的PWM控制策略决定了三相绕组必然会产生高频的共模电压，高频的共模电压通过线束和杂散电容构成路径形成共模电流，产生传导EMI。为了使直流无刷电机能够通过传导EMI测试，目前主要的抑制传导EMI的方法是在直流无刷电机的三相线和地线设置磁环，即在直流无刷电机的三相线上绕封闭磁环，在直流无刷电机的地线上绕封闭磁环和在市电地线上绕卡扣磁环。在实际应用中，利用磁环进行传导EMI的抑制存在以下缺点：(1)物料成本高。常用的封闭磁环约为0.4元，卡扣磁环约为1.0元，提高了直流无刷电机的传导EMI测试成本；(2)人工成本高，磁环需要人工绕制，也增加了直流无刷电机的传导EMI测试成本；(3)磁环方案往往存在跷跷板特性，不能在全频段起到抑制电磁干扰的作用，尤其是当传导EMI超标的频点较多时，磁环较难起到完全抑制电磁干扰的效果；(4)技术通用性差。由于不同特性的直流无刷电机产生的干扰特性不同，因此不同批次的直流无刷电机往往需要不同的磁环方案，即磁环的材质、体积以及绕制的匝数需要根据直流无刷电机来确定，进一步提高了直流无刷电机的传导EMI测试成本。
因此，如何提出一种直流无刷电机，能够降低直流无刷电机的传导EMI，避免磁环的使用，以降低传导EMI测试的成本成为业界亟待解决的重要课题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种直流无刷电机及家用电器。
一方面，本发明实施例提出一种直流无刷电机，包括转子和转轴，所述转子和所述转轴之间通过电连接结构电连接，以增大所述直流无刷电机的总寄生电容。
其中，所述电连接结构包括金属连接件，所述金属连接件连接所述转轴和所述转子。
其中，所述金属连接件为金属薄片。
其中，所述金属连接件为金属插针。
其中，所述金属连接件为金属导线。
其中，所述电连接结构包括金属固定件，所述金属固定件将所述转子固定在所述转轴上。
其中，所述金属固定件为铜套。
其中，所述电连接结构为所述转子和所述转轴一体成型结构。
其中，所述转子和所述转轴采用铁、铜或者铝制造。
另一方面，本发明实施例提供一种家用电器，包括上述任一实施例所述的直流无刷电机。
本发明实施例提供的直流无刷电机及家用电器，由于转子和转轴之间通过电连接结构电连接，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的直流无刷电机的A-A向剖面结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的直流无刷电机的寄生电容的电路结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的直流无刷电机的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的直流无刷电机的B-B向剖面结构示意图；
图6为本发明第六实施例提供的直流无刷电机的寄生电容的电路结构示意图；
图7为本发明第七实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图；
图8为本发明第八实施例提供的直流无刷电机的C-C向剖面结构示意图；
图9为本发明第九实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图；
图10为本发明第十实施例提供的直流无刷电机的D-D向剖面结构示意图；
图11为本发明第十一实施例提供的家用电器的结构示意图；
图12为本发明第十二实施例提供的现有波轮洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图；
图13为本发明第十三实施例提供的使用直流无刷电机后的波轮洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图；
附图标记说明：
1-转子； 2-塑料件；
3-转轴； 4-定子；
5-磁瓦； 6-轴承；
7-端盖； 8-金属连接件；
9-金属固定件； 10-转子；
11-转轴； 20-直流无刷电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明第一实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图，图2为本发明第二实施例提供的直流无刷电机的A-A向剖面结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供的直流无刷电机包括转子1、定子4和转轴3，转子1上设置多个磁瓦5，转子1通过塑料件2固定到转轴3上，转轴3通过轴承6安装到端盖7上，端盖7接地，定子4上缠绕线圈形成定子绕组。当转子1旋转时，通过塑料件2带动转轴3一起旋转。其中，转子1和转轴3由导电和导磁的金属材料制造而成。
图3为本发明第三实施例提供的直流无刷电机的寄生电容的电路结构示意图，如图3所示，Ucom为PWM控制策略产生的共模电压，Cwf为三相中性点与参考地平面之间的寄生电容，Cwb为所述三相中性点与转轴3之间的寄生电容，Cbf为转轴3与所述参考地平面之间的寄生电容，Cwr为所述三相中性点与转子1之间的寄生电容，Crf为转子1与所述参考地平面之间的寄生电容。所述直流无刷电机在组装的过程中通常采用胶水或者粘接剂将转子1和转轴3通过塑料件2固定，转子1和转轴3之间绝缘，可以忽略转子1和转轴3之间的寄生电容。
图1和图2所示的直流无刷电机的总寄生电容C1可以通过如下公式计算获得：
Figure BDA0002147061560000051
其中，所述直流无刷电机的总寄生电容C1，即所述三相中性点与所述参考地平面之间的总寄生电容。
图4为本发明第四实施例提供的直流无刷电机的结构示意图，图5为本发明第五实施例提供的直流无刷电机的B-B向剖面结构示意图，如图4和图5所示，本发明实施例提供的直流无刷电机，包括转子1和转轴3，转子1和转轴3之间通过电连接结构电连接，以增大所述直流无刷电机的总寄生电容。
其中，转子1上可以设置多个磁瓦5，转轴3通过轴承6安装到端盖7上，端盖7接地。所述直流无刷电机还包括定子4，定子4上缠绕线圈形成定子绕组。当转子1旋转时，带动转轴3一起旋转。可理解的是，转子1和转轴3由导电和导磁的金属材料制造而成。
例如，所述电连接结构可以包括金属连接件8，金属连接件8连接所述直流无刷电机的转轴3和转子1，实现转轴3和转子1之间的电连接；所述电连接结构可以包括金属固定件，所述金属固定件替换塑料件2，将转子1固定在转轴3上，金属固定件9具有导电和导磁功能，使转子1和转轴3电连接。
图6为本发明第六实施例提供的直流无刷电机的寄生电容的电路结构示意图，如图6所示，由于转轴3和转子1之间采用所述电连接结构进行电连接，相对于图3，转轴3和转子1之间连接，图4和图5所示的直流无刷电机的总寄生电容C2可以通过如下公式计算获得：
Figure BDA0002147061560000061
由于寄生电容可将共模电压Ucom旁路，因此增大所述三相中性点与所述参考地平面之间的总寄生电容即可减少共模电压Ucom被LISN检测到的量，即降低了直流无刷电机的传导EMI。
用公式(2)减去公式(1)可以得到：
Figure BDA0002147061560000062
可见C2大于C1，因此，通过设置所述电连接结构，可以增大所述直流无刷电机的总寄生电容，即增大了寄生电容的旁路效果。由于是从源头上抑制传导EMI，所以设置所述电连接结构对所述直流无刷电机的传导EMI抑制效果更为明显，可大幅减少共模电压Ucom被LISN检测到的量，即大幅降低了直流无刷电机的传导EMI。
本发明实施例提供的直流无刷电机，由于转子和转轴之间通过电连接结构电连接，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。
如图4和图5所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述电连接结构包括金属连接件8，金属连接件8连接转轴3和转子1，实现转轴3和转子1之间的电连接，当转子1旋转时，通过塑料件2带动转轴3一起旋转。其中，金属连接件8具有导电和导磁功能，可以采用金属插针、金属导线或者金属薄片，由铜、铁、铝等金属材料制造而成；金属连接件8与转轴3之间的安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定；金属连接件8与转轴3之间的安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定；金属连接件8的具体形状根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
通过设置金属连接件8，可以增大所述直流无刷电机的总寄生电容，即增大了寄生电容的旁路效果。由于是从源头上抑制传导EMI，所以设置所述电连接结构对所述直流无刷电机的传导EMI抑制效果更为明显，可大幅减少共模电压Ucom被LISN检测到的量，即大幅降低了直流无刷电机的传导EMI。
本发明实施例提供的直流无刷电机，由于采用金属连接件连接直流无刷电机的转轴和转子，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。
在上述各实施例的基础上，进一步地，金属连接件8为金属薄片，所述金属薄片与转轴3和转子1之间的具体安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，所述金属薄片采用铜箔，可以将铜箔粘在转子1和转轴3上实现转子1和转轴3的电连接。
在上述各实施例的基础上，进一步地，金属连接件8为金属插针，所述金属插针与转轴3和转子1之间的具体安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，可以将所述金属插针的一端焊接在转子1上，将所述金属插针的另一端焊接在转轴3上，实现转轴3和转子1之间的电连接。
在上述各实施例的基础上，进一步地，金属连接件8为金属导线，所述金属导线与转轴3和转子1之间的具体安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，可以将所述金属导线的一端缠绕在转轴3上，另一端缠绕转子1上的通孔实现转轴3和转子1之间的电连接，或者将所述金属导线的一端焊接在转子1上，将所述金属导线的另一端焊接在转轴3上实现转轴3和转子1之间的连接。
图7为本发明第七实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图，图8为本发明第八实施例提供的直流无刷电机的C-C向剖面结构示意图，如图7和图8所示，所述电连接结构包括金属固定件9，金属固定件9替代塑料件2，将转子1固定在转轴3上，金属固定件9具有导电和导磁功能，使转子1和转轴3电连接，能够增大所述直流无刷电机的总寄生电容。当转子1旋转时，通过金属固定件9带动转轴3一起旋转。金属固定件9可以由铜、铁、铝等金属材料制造而成。可理解的是，转子1和转轴3为金属材料制造而成，具有导电和导磁功能。
其中，转子1上可以设置多个磁瓦5，转轴3可以通过轴承6安装到端盖7上，端盖7接地，定子4上缠绕线圈形成定子绕组。
金属固定件9与转轴3之间的安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定；金属固定件9与转轴3之间的安装方式根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定；金属固定件9的具体形状根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，金属固定件9与转轴3可拆卸连接，金属固定件9与转子1可拆卸连接，金属固定件9可以设置内孔，采用键、固定销、紧配合等方式将金属固定件9与转轴3固定在一起，金属固定件9的外表面设置成圆柱形，通过键、固定销、紧配合等方式将金属固定件9与转子1固定在一起。
由于设置金属固定件9，使转轴3和转子1电连接，同样可以使用公式(2)计算图7和图8所示的直流无刷电机的总寄生电容，可以得出设置金属固定件9，可以增大所述直流无刷电机的总寄生电容，即增大了寄生电容的旁路效果。所以，设置金属固定件9能够大幅减少共模电压Ucom被LISN检测到的量，即大幅降低了直流无刷电机的传导EMI。
本发明实施例提供的直流无刷电机，由于采用金属固定件将转子固定在转轴上，使转轴和转子电连接，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。
在上述各实施例的基础上，进一步地，金属固定件9为铜套。所述铜套的内孔与转轴3紧配合，所述铜套的外圆表面与转子1的内孔紧配合。采用铜套容易进行装配。
图9为本发明第九实施例提供的直流无刷电机的部分结构示意图，图10为本发明第十实施例提供的直流无刷电机的D-D向剖面结构示意图，如图9和图10所示，本发明实施例提供的直流无刷电机，包括转子10和转轴11，所述电连接结构为转子10和转轴11一体成型结构，即转子10和转轴11为一体式结构，加工时转子10和转轴11一体成型，由于转子10和转轴11一体成型，转子10和转轴11可以导电和导磁，能够增大所述直流无刷电机的总寄生电容。可理解的是，转子1和转轴3由导电和导磁的金属材料制造而成。
例如，铸造出转子10和转轴11的毛坯，然后对上述毛坯进行机加工，获得需要的转子10和转轴11的一体成型结构。
由于转子和转轴一体成型，使转轴3和转子1电连接，同样可以使用公式(2)计算图9和图10所示的直流无刷电机的总寄生电容，可以得出转轴3和转子1电连接，可以增大所述直流无刷电机的总寄生电容，即增大了寄生电容的旁路效果。所以，转子和转轴一体成型能够大幅减少共模电压Ucom被LISN检测到的量，即大幅降低了直流无刷电机的传导EMI。
本发明实施例提供的直流无刷电机，由于转子和转轴一体成型，转子和转轴之间可以导电，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，使直流无刷电机在进行传导EMI测试时，无需使用磁环，降低了通过传导EMI测试的成本。进一步地，转子和转轴一体成型减少了直流无刷电机装配时所需要的零部件，减小了装配时间，降低装配成本，并且也消除了现有存在于转子和转轴之间的装配误差。
在上述各实施例的基础上，进一步地，转子1和转轴3采用铁、铜或者铝制造。
图11为本发明第十一实施例提供的家用电器的结构示意图，如图11所示，本发明实施例提供的家用电器，包括上述任一实施例所述的直流无刷电机20。其中，所述家用电器例如为空调、洗衣机、冰箱等。
本发明实施例提供的家用电器，由于采用直流无刷电机20，能够增大直流无刷电机的总寄生电容，提高了寄生电容的旁路效果，从而降低了直流无刷电机的传导EMI，降低了家用电器通过传导EMI测试的成本。
针对一台采用直流无刷电机的波轮洗衣机，分别采用现有技术利用磁环进行传导EMI测试和利用本发明实施例提供的直流无刷电机进行传导EMI测试。
图12为本发明第十二实施例提供的现有波轮洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图，如图12所示的传导EMI测试结果显示，采用现有技术利用磁环进行传导EMI的测试，传导EMI仅有2dB裕量，仍有较大的传导EMI测试不通过的风险。其中，采用现有技术利用磁环进行传导EMI测试时，所述波轮洗衣机设置以下3个磁环：(1)在电机三相线上的封闭磁环；(2)在电机地线上的封闭磁环；(3)在市电地线上的卡扣磁环。
图13为本发明第十三实施例提供的使用直流无刷电机后的波轮洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图，如图13所示的传导EMI测试结果，可以看出，使用本发明实施例提供的直流无刷电机之后，传导EMI有10dB裕量，大大降低了传导EMI。其中，使用本发明实施例提供的直流无刷电机时，将所述波轮洗衣机的直流无刷电机的转子与转轴用铜箔连接起来，实现转子和转轴之间的电连接。
因此，本发明实施例提供的直流无刷电机，对于直流无刷电机引起的传导EMI抑制效果明显，降低了波轮洗衣机传导EMI测试的成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种直流无刷电机，包括定子、转子和转轴，其特征在于，所述转轴一端通过轴承安装于端盖上，所述端盖接地；所述定子围绕所述转轴的另一端且间隔设置；所述转子上设置多个磁瓦，所述多个磁瓦围绕所述定子且间隔设置；所述转子和所述转轴为导电导磁金属材料，所述转子通过塑料件固定于所述转轴的另一端，所述转子和所述转轴之间通过电连接结构电连接；
所述直流无刷电机连接三相线后，所述直流无刷电机的总寄生电容包括三相线中性点与转轴之间的第一寄生电容，转轴与地之间的第二寄生电容，三相线中性点与转子之间的第三寄生电容，转子与地之间的第四寄生电容；所述第一寄生电容与第二寄生电容存在串联关系，第三寄生电容与第四寄生电容存在串联关系；串联的第一寄生电容和第二寄生电容，与串联的第三寄生电容和第四寄生电容存在并联关系；第一寄生电容和第二寄生电容之间的连接点与第三寄生电容和第四寄生电容之间的连接点存在连接关系。
2.根据权利要求1所述的直流无刷电机，其特征在于，所述电连接结构包括金属连接件，所述金属连接件连接所述转轴和所述转子。
3.根据权利要求2所述的直流无刷电机，其特征在于，所述金属连接件为金属薄片。
4.根据权利要求2所述的直流无刷电机，其特征在于，所述金属连接件为金属插针。
5.根据权利要求2所述的直流无刷电机，其特征在于，所述金属连接件为金属导线。
6.根据权利要求1至5任一项所述的直流无刷电机，其特征在于，所述转子和所述转轴采用铁、铜或者铝制造。
7.一种家用电器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的直流无刷电机。
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