CN110868000A - 直流有刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流有刷电机，包括外壳、定子、转子和塑料端盖，所述塑料端盖上设置有刷架，碳刷安装在所述刷架中，所述转子上设置有整流子，其中，所述直流有刷电机具有能够在多个频段滤除噪声的多级EMC滤波电路，形成所述多级EMC滤波电路的电子元件安装在具有导电材料层的电路板上，并且，所述电路板通过铜箔纸连接至电机的外壳。本发明中，通过设置多级EMC滤波电路、具有导电材料层的电路板以及设置在电路板和电机的外壳之间的铜箔纸，从而提高了直流有刷电机的EMC水平。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，特别涉及一种直流有刷电机。
背景技术
现有技术中，直流有刷电机(例如用于座椅滑轨调节的直流有刷电机)由外壳、定子、转子和端盖等部件构成。直流有刷电机的前后两端通过连接至转子的轴来输出动力。定子用于提供磁场。通电后，转子绕组的线圈在磁场中产生力矩，并通过转子上的换向器和端盖上的碳刷来换向以实现转子的持续转动。
图1示出了现有技术中的直流有刷电机的EMC滤波电路的电路图。如图1所示，由两个电感、两个接地电容、一个并联电容和一个电阻形成了EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)滤波电路。电机是一个强烈的电磁噪声源，该EMC滤波电路能够滤除电机产生的噪声(包括共模噪声和差模噪声)。但是，该EMC滤波电路能够过滤的噪声的频段范围相对较小，无法满足高EMC等级的要求。
另外，现有的直流有刷电机采用在EMC滤波电路中采用插件式的电容电感等元件，但由于插件的引脚过长从而产生了寄生电感和寄生电容，这会削弱EMC滤波的高频响应特性。
另外，由于通常是直接将插件的引脚与电机的外壳接触从而实现接地，这导致EMC滤波电路的接地仅通过一根导线的形式完成，但是，单根导线的接地线自身的直流电阻、寄生电感和寄生电容都很大，接地阻抗随频率升高而升高，因而不能起到高频旁路的效果。
另外，电机运行时，端盖内部的碳刷和EMC滤波电路中的元件都会成为辐射电磁噪声的天线。特别地，对于高频段，这些元件的尺寸使其更容易成为良好的辐射天线。
另外，出于成本原因，电机的端盖通常采用塑料材料制成，塑料不会对天线辐射出的电磁噪声有任何的屏蔽作用，因此，在进行EMC测试时，正对着塑料端盖的X-Y-Z方向通常能检获强烈的辐射发射能量。
上述原因导致了电机的总体EMC水平难以提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种直流有刷电机，包括外壳、定子、转子和塑料端盖，所述塑料端盖上设置有刷架，碳刷安装在所述刷架中，所述转子上设置有整流子，其中，所述直流有刷电机具有能够在多个频段滤除噪声的多级EMC滤波电路，形成所述多级EMC滤波电路的电子元件安装在具有导电材料层的电路板上，并且，所述电路板通过铜箔纸连接至电机的外壳。
可选地，所述多级EMC滤波电路包括用于滤除第一频段的噪声的第一级滤波电路和用于滤除与第一频段不同的第二频段的噪声的第二级滤波电路。
可选地，所述多级EMC滤波电路中的每级滤波电路均包括电感、并联电容和接地电容。
可选地，所述电路板的导电材料层用于屏蔽所述塑料端盖内的天线辐射和提供信号回流。
可选地，所述电机的转子具有4极10槽结构。
可选地，所述刷架是塑料刷架，所述塑料刷架与所述塑料端盖一体注塑成型。
可选地，所述碳刷具有与所述整流子接触的直线接触部。
可选地，所述整流子的底部设置有环形压敏电阻。
可选地，形成所述多级EMC滤波电路的电子元件是寄生电感小并且电容小的贴片元件。
可选地，所述多级EMC滤波电路中的电容是适用于高频滤波的电容。
可选地，通过模拟仿真和实验调试的方式优化所述多级EMC滤波电路的电路参数。
可选地，所述多层电路板的最外层上设置有接地环，所述铜箔纸覆盖在所述接地环周围。
可选地，所述塑料端盖的外部覆盖有铝盖。
可选地，所述直流有刷电机的线束端串联有共模电感。
与现有技术相比，本发明中的直流有刷电机通过上述技术特征，从而提高了EMC水平。
附图说明
图1示出了现有技术中的直流有刷电机的EMC滤波电路的电路图。
图2示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的转子。
图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的碳刷。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的设置在整流子底部的环形压敏电阻。
图6示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的两级EMC滤波电路。
图7示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的多层电路板。
图8是根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图，其中示出了覆盖在电路板的最外层上的铜箔纸。
图9是根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图，其中示出了覆盖在端盖外部的铝盖。
图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机，其中示出了串联在直流有刷电机的线束端的共模电感。
具体实施方式
下面参照附图描述根据本发明的实施例的直流有刷电机。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
图2示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的转子。如图2所示，转子为4极10槽结构。由于直流有刷电机的4极10槽结构转子为非整距结构，即电机槽数除以极数是小数而不是整数，因此电机的换向电流小，并且相应地可以有效地抑制碳刷与整流子接触时产生的换向火花，从而有利于提高电机的EMC水平。
图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图，其中示出了设置在电机的塑料端盖上的刷架。如图3所示，刷架31设置在电机的塑料端盖上。刷架31是由塑料材料制成的塑料刷架。常规的金属制成的金属刷架在与碳刷接触通电时会产生电磁辐射，而塑料刷架是绝缘体，因此不会产生辐射，从而有利于提高电机的EMC水平。优选地，塑料刷架与塑料端盖可以一体注塑成型。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的碳刷。如图4所示，碳刷具有直线接触部41，碳刷的直线接触部41用于与整流子接触。碳刷的直线接触部可增大碳刷与整流子间的接触电阻，减小接触电流，从而减小换向过程中碳刷与整流子接触时产生的换向火花，从而有利于提高电机的EMC水平。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的压敏电阻。如图5所示，5极环形压敏电阻设置在整流子的底部。环形压敏电阻的极数跟电机槽数相关，例如可以等于电机槽数或者为电机槽数的二分之一。因此，对于本申请中的10槽电机可以选择5极或10极环形压敏电阻。相比于一般的压敏电阻，环形压敏电阻可有效减小换向过程中碳刷与整流子接触时产生的换向火花，从而有利于提高电机的EMC水平。
图6示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的两级EMC滤波电路。如图6所示，该两级EMC滤波电路包括由电感L1、L2，接地电容C1、C2、C3、C4和并联电容C5、C6组成的第一级滤波电路；以及，由电感L3、L4，接地电容C7、C8和并联电容C9组成的第二级滤波电路。通过选择适当的电感和电容，使得第一级滤波电路用于滤除第一频段的噪声，第二级滤波电路用于滤除与第一频段不同的第二频段的噪声。由此，实现了在大频段范围(第一频段+第二频段)滤除电机产生的噪声(包括共模噪声和差模噪声)。本领域技术人员可以理解，为了在更大的频段范围滤除噪声，可以在第二级滤波电路之后继续设置用于滤除与第一频段和第二频段均不同的第三频段的噪声的第三级滤波电路。理论上，可以设置具有N级滤波电路的多级EMC滤波电路以滤除全部频段的噪声。通过设置多级EMC滤波电路，使得电机产生的电磁噪声大幅衰减，从而提高了电机的EMC水平。
优选地，可以通过模拟仿真和实验调试的方式优化本发明中的多级EMC滤波电路的电路参数。另外，优选地，本发明中的多级EMC滤波电路中的元件可以采用寄生电感小并且电容小的贴片元件，以提高高频的滤波特性。并且，本发明中的多级EMC滤波电路中的电容优选采用适用于高频滤波的电容，以提高高频的滤波特性。
图7示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的多层电路板。如图7所示，本发明中的直流有刷电机具有4层电路板以安装EMC滤波电路的电子元件。4层电路板包括顶层(TOP层)、中间层(MID层)、焊接层(SOLDER层)以及底层(BOTTOM层)。其中，顶层可以是一层涂料，起到屏蔽端盖内的天线辐射的作用；中间层是导电材料层，起到屏蔽端盖内的天线辐射和提供信号回流的作用；焊接层可以是焊盘，起到焊接电子元件和连接外壳的作用；底层是电路板，用于放置EMC滤波电路的电子元件。由于本发明中的电路板具有用于提供信号回流的中间层，从而有利于形成电极对地的分布式电容，因而有利于提高高频滤波特性，从而有利于提高电机的EMC水平。
图8示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图，其中示出了覆盖在电机的电路板的最外层上的铜箔纸。如图8所示，多层电路板的最外层上设置有接地环(未示出)，铜箔纸81包覆在接地环周围以形成铜箔纸绕接地环一圈的全覆盖，由此将多层电路板通过铜箔纸81连接至电机的外壳。替代地，也可以选用铝箔纸。本发明中，由于使用了铜箔纸将多层电路板连接至电机的外壳，既大大降低了高频时的接地阻抗，又形成了具有能够屏蔽端盖内的天线辐射效果的结构，从而有利于提高电机的EMC水平。
图9示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机的局部示意图，其中示出了覆盖在端盖外部的铝盖。如图9所示，电机的塑料端盖的外部覆盖有铝盖91。铝盖91能保护端盖和端盖内部的电路板，并且，铝盖91与电机的塑料端盖良好接触，从而作为塑料端盖内的天线辐射的屏蔽罩，从而有利于提高电机的EMC水平。替代地，也可以选用铜盖或铁盖。
图10示出了根据本发明的一个具体实施方式的直流有刷电机，其中示出了串联在直流有刷电机的线束端的共模电感。如图10所示，共模电感101串联在直流有刷电机的线束端，从而能够有效抑制电机的传导骚扰，从而有利于提高电机的EMC水平。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种直流有刷电机，包括外壳、定子、转子和塑料端盖，所述塑料端盖上设置有刷架，碳刷安装在所述刷架中，所述转子上设置有整流子，其特征在于，所述直流有刷电机具有能够在多个频段滤除噪声的多级EMC滤波电路，形成所述多级EMC滤波电路的电子元件安装在具有导电材料层的电路板上，并且，所述电路板通过铜箔纸连接至电机的外壳。
2.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述多级EMC滤波电路包括用于滤除第一频段的噪声的第一级滤波电路和用于滤除与第一频段不同的第二频段的噪声的第二级滤波电路。
3.根据权利要求2所述的直流有刷电机，其特征在于，所述多级EMC滤波电路中的每级滤波电路均包括电感、并联电容和接地电容。
4.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述电路板的导电材料层用于屏蔽所述塑料端盖内的天线辐射和提供信号回流。
5.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述电机的转子具有4极10槽结构。
6.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述刷架是塑料刷架，所述塑料刷架与所述塑料端盖一体注塑成型。
7.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述碳刷具有与所述整流子接触的直线接触部。
8.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述整流子的底部设置有环形压敏电阻。
9.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，形成所述多级EMC滤波电路的电子元件是寄生电感小并且电容小的贴片元件。
10.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述多级EMC滤波电路中的电容是适用于高频滤波的电容。
11.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，通过模拟仿真和实验调试的方式优化所述多级EMC滤波电路的电路参数。
12.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述电路板的最外层上设置有接地环，所述铜箔纸覆盖在所述接地环周围。
13.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述塑料端盖的外部覆盖有铝盖。
14.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述直流有刷电机的线束端串联有共模电感。
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