CN111934497A - 一种低噪音微型直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电磁噪音微型直流电机及其制造方法，尤其是涉及一种有效降低噪声和电磁干扰的微型直流电机的及其制造方法。低电磁噪音微型直流电机包括电机装置、滤波装置和屏蔽圈装置。电机装置包括定子组件、转子组件、盖板组件；滤波装置包括电感、电容组成的网络，安装在盖板引线端，阻止电磁骚扰信号经传导输入到电机内部；屏蔽圈装置是用镀锌钢板冲压而成的隔离圈包裹在机壳上。本发明将微型直流电机和滤波装置、屏蔽装置组合一起使用，消除或减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号造成的噪音，阻挡内部磁场向外扩散，或外界磁场进入，减少干扰。

Description

一种低噪音微型直流电机

技术领域

本发明涉及一种微型直流电机，尤其涉及一种低噪音微型直流电机。

背景技术

噪音害人的听力视力，有害于人的心血管系统，影响人的神经系统,使人急躁、易怒，令人肾上腺分泌增多心跳加快、血压上升，容易导致心脏病发，影响睡眠导致头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、注意力不集中等神经衰弱症状和恶心、欲吐、胃痛、腹胀、食欲呆滞等消化道症状。噪音是现代社会污染环境的三大公害之一。为了保障人们身体健康，国际标准化组织(ISO)规定了人们容许噪声的标准。电机在家用电器、汽车、办公室用器具以及工农医等行业广泛应用，与人民的生活密切相关。因此，尽量降低电机噪音，生产低噪音的电机，给人们创造一个舒适、安静的生活环境，是每个设计者与生产者的职责。

作为电感性元件微电机，在启动和运转过程中会产生电磁噪声(频谱约为10KHz～1GHz)，是因为电机起动、停止以及负荷改变引起电流突变,产生脉冲以及在换向过程中产生的火花引起，而火花的产生则因电磁干扰。

电磁干扰的途径分线路干扰和场干扰。线路干扰主要是线路引入，即传导干扰，场干扰即辐射干扰。电磁场或磁场的变化，产生电磁辐射造成对电机和其它设备的电磁干扰，不仅造成噪音严重影响电机和电气系统性能的下降，而且还影响其使用寿命。

现有技术中的微型直流电机通常其转子冲片材料选取50WW800材质，压敏电阻选用氧化锌E1＝12V压敏电阻，炭精选用CU71％碳精，这种现有技术制造的普通电机，EMI测试不能通过CISPR22标准，无法满足客户EMI测试要求。

为了增强电机电磁的兼容性，降低电磁干扰，从而消除电磁噪音，提高电机功能和寿命，现有技术中存在很多的解决方案。诸如中国专利CN202663248U公开了一种微型直流电机，包括整流器、电枢、电枢转轴、以及棘形接地消噪元件，该棘形接地消噪元件包括带有棘爪的棘形基片，正面设有接线圈电极，背面设有接地电极，所述棘形基片为钛酸锶体系的半导体电子陶瓷基片。通过大面积接地电极接地实现滤波以及对换向器产生的火花电噪声过电压吸收，对微电机高频带马达电气噪音具有较好的清除和抑制能力。然而，该方案中在整流器和电机线圈之间设置棘形基片，并不能消除或者减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号。

还诸如中国专利CN205104367U、CN105261480A均公开了一种永磁直流电机，包括电容陶瓷基片和设置于该电容陶瓷基片上的至少三个电极，当电机运转时，整流子和电刷之间的电压通过为电容充电迅速降低、减小或者抑制了电机旋转导致的火花，以确保通过EMC测试。然而，该方案和上文微型直流电机有异曲同工之处，其能够消除反电动势引发的火花，但是不能消除或者减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号。

为了增强电机电磁的兼容性，降低电磁干扰，从而消除电磁噪音，提高电机功能和寿命，本申请研发团队独辟蹊迳，从多维角度进行设计，以最简单、最直接的方式研发出实现降低噪音的微型直流电机。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种能够增强电机电磁的兼容性，降低电磁干扰，消除或者减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号，从而消除电磁噪音，提高电机功能和寿命，降低生产成本的一种低噪音微型直流电机。

具体而言，本发明提供一种微型直流电机，包括换向器、转子和转轴、瓷片旁路电容、插件电感、压敏电阻以及屏蔽圈，所述转子由绕组和铁芯构成，其特征在于，所述换向器采用CU51％炭精材料，所述铁芯采用35ww470冲片材料，所述压敏电阻采用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，所述插件电感采用多层平绕式，导磁磁芯采用工字形状，工作频率采用高频频率，所述瓷片旁路电容采用陶瓷材料作为介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜经高温烧结作为电极而成，所述插件电感位于进线处，和所述瓷片旁路电容并联构成LC无源滤波器，采用低磁阻导磁材料制成所述屏蔽圈，将磁场限制在一定的空间范围，以使磁场从屏蔽体一端传至另一端时形成很大的衰减，并采用高导磁材料构成低磁阻通路，将磁力线封闭在屏蔽体内。

根据上述微型直流电机，其特征在于，所述转子冲片材料采用35ww470指的是冲片材料厚度为0.35mm，铁损值为4.70w/kg的冷轧无取向硅钢片。

根据上述微型直流电机，其特征在于，在换向过程中产生较高的电感电势时，该钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻呈现出低电阻状态。

根据上述微型直流电机，其特征在于，所述瓷片旁路电容用于高频中的高频瓷片旁路电容为0.01uF，用于低频中的低频瓷片旁路电容为0.1uF。

根据上述微型直流电机，其特征在于，在进线处增加电机端子并联所述低频瓷片旁路电容和高频瓷片旁路电容，串联所述插件电感。

根据上述微型直流电机，其特征在于，所述插件电感直径为4mm，长度为10mm。

根据上述微型直流电机，其特征在于，所述插件电感品质因数Q为50，电感量为0.1-3，允许误差为Δ10，感抗XL是10Ω，额定电流是1-100mA，分布电容是0.05F，标称电压是10V。

根据上述微型直流电机，其特征在于，在进线处串联所述插件电感，并联所述瓷片旁路电容组成网络作为电源输出滤波，从而消除或减弱由电源传导输入到所述微型直流电机的骚扰信号。

根据上述微型直流电机，其特征在于，所述微型直流电机还包括机壳，该机壳采用铁盖封闭，该机壳为封闭机壳，并不设置通风孔，以增强屏蔽。

根据本发明的微型直流电机，由于采用厚度0.35mm、铁损值4.70w/kg的冷轧无取向硅钢片，所以其铁损值越低，材料性能越好，磁感应强度越高，磁导性越好，不仅减少噪音，还可以减小电机铁芯体积与重量，节约材料降低成本，而且空载电流小，节约电能，减小发热和温升，提高电机性能。

根据本发明的微型直流电机，由于为了减小电机的换向火花，消除电磁噪音而采用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，在换向过程中，产生较高的电感电势时，压敏电阻则呈现出低电阻状态。伴随着换向过程形成的磁场能量，就可以在压敏电阻上以发热形式消耗掉，从而避免较大的火花出现。压敏电阻电压选择太低时，则工作电流量咬大，电机电流和消耗功率大，发热严重；压敏电阻电压选的太高，则对压低火花、减小电磁噪声不起作用。选择合适的压敏电阻器对减小换向火花,降低电刷和换向器磨损有显著效果,可以延长电机使用寿命,提高产品可靠性。

根据本发明的微型直流电机，由于在进线处串联所述插件电感，并联所述瓷片旁路电容组成网络作为电源输出滤波，从而消除或减弱由电源传导输入到所述微型直流电机的骚扰信号。作为瓷片旁路电容的瓷片电容是一种用陶瓷材料作介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容器及垫整电容器。根据本发明，高压瓷片电容为0.01uF。低压瓷片电容为0.1uF，一般用于高频或者低频中的旁路电容。作为插件电感，采用直径为4mm，长为10mm的电感，型号为DRWW4*10，封装形式是插件电感，绕线形式是多层平绕式，导磁体性质是磁芯，磁芯形状是工字形，工作频率是高频，安装方式是卧式密封，骨架材料是磁芯，品质因数Q是50，电感量是0.1-3，允许误差是10，感抗XL是10(Ω)，额定电流是1-100(mA)，分布电容是0.05(F)，标称电压是10(V)，在进线处串联4*10电感，并联上述高压和低压瓷片电容，组成网络，构成LC无源滤波器，作为电源输出滤波。从而消除或减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号。

根据本发明的微型直流电机，对于传导干扰,一般采取接地、滤波、平衡、去耦和控制电路阻抗等方法削弱或消除骚扰信号。在端子与电机机壳串联接地高压瓷片电容，串联的电容造成断路或者只能将通路中的交流成分导通，并且，串接的电容越小，其可以导通的交流频率范围就越高；串接的电容越大，其可以导通的交流频率范围就越低，这是因为，电容的容值越小，其充放电周期时间就越短，也就与更高的频率的交流相匹配，串接接地的电容可以将高频率电磁波的交流电导通，达到了滤除电磁噪音的目的。

根据本发明的微型直流电机，由于用低磁阻的导磁材料制成的圈将磁场限制在一定的空间范围,使磁场从屏蔽体一端传至另一端时形成很大地衰减，采用高导磁材料构成低磁阻通路,将磁力线封闭在屏蔽体内,从而阻挡内部磁场向外扩散,或外界磁场骚扰进入,有效防止低频磁场干扰。本发明中，该屏蔽圈采用的镀锌钢板属于铁基材料，在一定外加磁场条件下表现铁磁材料的特征，对镀锌钢作为结构材料使用，兼顾且具备磁性材料时，有铁磁性材料的特征，在一定磁场强度下具有屏蔽性能，所采用的冷轧钢板磁导率为180H/m。

根据本发明的微型直流电机，由于电机机壳采用铁盖封闭,取消通风孔,进一步加强屏蔽效果。

根据本发明，转子冲片材料采用35WW470，采用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，采用CU51％碳精等材质的选用，是保证本申请低噪音效果的选材方面的关键，尤其是采用钛酸锶作为压敏电阻并且采用CU51％碳精显著改善火花状况，这些材料组合是申请人在进行改进试验时发现的最经典材质组合，申请人团队在试过很多材料做过很多对比试验经过反复修改才发现的这组经典材质组合。诸如，转子冲片材料采用50WW800，压电材料采用氧化锌E1＝12V压敏电阻，炭精采用CU71％的话，其转子耐磨性差，换向器易磨损，火花大，噪音大。图7中则直观示出了这类选材的直流电机的信噪频谱图，与之对比的，图8则是本发明的信噪频谱图，消噪效果明显，如此选材，使得本发明中电机运转电流小，压敏电阻吸收电火花能力得到明显增强，电磁干扰明显减少。

因此，根据本发明，能够以低成本提供一种微型直流电机，其能够增强电机电磁的兼容性，降低电磁干扰，消除或者减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号，从而消除电磁噪音，提高电机功能和寿命。

附图说明

图1为现有技术中传统微型直流电机的基本结构立体图；

图2为本发明实施方式涉及的低噪音微型直流电机的基本结构立体图；

图3为本发明具体实施方式涉及的低噪音微型直流电机的定子组件立体图；

图4为本发明具体实施方式涉及的低噪音微型直流电机的转子组件立体图；

图5为本发明具体实施方式涉及的低噪音微型直流电机的盖板组件立体图；

图6为本发明实施方式涉及的低噪音微型直流电机的滤波装置立体图；

图7为本发明实施方式涉及的低噪音微型直流电机的屏蔽圈装置立体图；

图8为现有技术中传统微型直流电机在不同频率下的信噪测试图；

图9为本发明具体实施方式涉及的低噪音微型直流电机在不同频率下的信噪测试图；

其中，1、定子组件，2、机壳，3、轴承，4、磁条；5、转子组件，6、输出轴，7、硅钢片，8、绝缘涂层，9、套管，10、换向器，11、线圈绕组，12、压敏电阻，13、挡油板；14盖板组件，15、胶盖，16、轴承，17、刷架，18、碳精，19、螺钉；20、滤波装置，21、104瓷片电容，22、103瓷片电容，23、4*10电感，24、端子引线；25、屏蔽圈

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明低电磁噪音微型直流电机包括电机装置、滤波装置和屏蔽圈装置。所述电机装置包括定子组件、转子组件和盖板组件；所述滤波装置包括电感、瓷片电容，阻止电磁骚扰信号经传导输入到电机内部；所述屏蔽圈装置是用镀锌钢板冲压而成的隔离圈包裹在机壳外围上。由此，以增强电机电磁的兼容性，降低电磁干扰，消除或者减弱由电源传导输入到电机的骚扰信号，从而消除电磁噪音，提高电机功能和寿命，降低生产成本。

下面参照附图结合具体实施方式对本发明的低噪音微型直流电机进行详细说明。

图2为本发明实施方式涉及的低噪音微型直流电机的基本结构立体图，图3为定子组件立体图，图4转子组件立体图，图5为盖板组件立体图，图6滤波装置立体图，图7为屏蔽圈装置立体图。

本发明提供的低噪音微信直流电机包括电机装置、滤波装置和屏蔽圈装置。所述电机装置包括定子组件1(如图3所示)、转子组件5(如图4所示)、盖板组件14(如图4所示)，所述定子组件1和转子组件5安装于所述机壳2内部，所述盖板组件安装于机壳2的底部。所述滤波装置20(如图5所示)包括瓷片旁路电容21、22、插件电感23，安装于盖板上的端子引线24端，阻止电磁骚扰信号经传导输入到电机内部，所述屏蔽圈装置包括屏蔽圈25(如图7所示)，用镀锌钢板冲压而成的隔离圈包裹在机壳2外围。

如图3所示，所述定子组件1包括机壳2，轴承3、和磁条4。机壳2底部中心开有主轴(输出轴)6通孔，轴承3压入机壳2主轴通孔内，磁条4压入机壳2内壁。在所述机壳2外周包裹所述屏蔽圈25。

如图4所示，所述转子组件5由绕组和铁芯构成，具体的，包括输出轴6、硅钢片7、绝缘涂层8、套管9、换向器10、线圈绕组11、压敏电阻12、挡油板13。硅钢片7选用35ww470冲片材料，输出轴6组入硅钢片7中心孔内，硅钢片上绝缘漆涂层8。套管9套进输出轴紧贴绝缘漆涂层。换向器10套入输出轴另一端。线圈绕组11通过换向器10脚仔缠绕在硅钢片7上。压敏电阻12选用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，与换向器10脚仔焊接，压在线圈绕组11上。挡油板13套入输出轴6压在换向器10上。

如图5所示，所述盖板组件14构成盖板及刷架和抗骚扰信号组件，包括胶盖15、轴承16、刷架17、碳精18、螺钉19、104电容22。胶盖15开有中心孔，轴承16压在胶盖中心孔内。碳精18组入刷架17成为碳刷，横置在胶盖15内侧，两个架脚插入胶盖15定位孔。两个104瓷片电容22串联嵌入胶盖15内侧的电容槽内，与机壳2连接，由于串连接地的电容可以将高频率电磁波的交流电导通，由此构成削弱或消除骚扰的抗骚扰信号组件，达到滤除电磁噪音的目的。螺钉19固定所述刷架17、瓷片电容104与胶盖15。该104电容22还与103瓷片电容21等一起构成如图6所示的滤波装置。

如图6所示，所述滤波装置20，包括端子引线24、4*10电感23，103瓷片电容21、104瓷片电容22。引线24串联两个4*10电感23，并联103瓷片电容21与104瓷片电容22，与碳刷脚焊接连在一起，组成网络，构成LC无源滤波器，作为电源输出滤波，安装在胶盖15外面。

如图7所示，所述屏蔽圈装置包括屏蔽圈25，用镀锌钢板冲压而成的隔离圈包裹在机壳2外围。机壳2底部中心开有主轴(输出轴)6通孔，轴承3压入机壳2主轴通孔内。

在本发明具体实施方式中，所述换向器10采用CU51％炭精材料，所述铁芯(硅钢片)7采用35ww470冲片材料，所述压敏电阻12采用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，所述插件电感23采用多层平绕式，导磁磁芯(未示出)采用工字形状，工作频率采用高频频率，所述瓷片旁路电容21、22采用陶瓷材料作为介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜经高温烧结作为电极而成，所述插件电感23位于进线处，和所述瓷片旁路电容21、22并联构成LC无源滤波器，采用低磁阻导磁材料制成所述屏蔽圈25，将磁场限制在一定的空间范围，以使磁场从屏蔽体一端传至另一端时形成很大的衰减，并采用高导磁材料构成低磁阻通路，将磁力线封闭在屏蔽体25内。

在本发明具体实施方式中，所述转子冲片材料采用35ww470指的是冲片材料厚度为0.35mm，铁损值为4.70w/kg的冷轧无取向硅钢片。

在本发明具体实施方式中，在换向过程中产生较高的电感电势时，该钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻呈现出低电阻状态。

在本发明具体实施方式中，优选地，所述瓷片旁路电容用于高频中的高频瓷片旁路电容为0.01uF，用于低频中的低频瓷片旁路电容为0.1uF。

在本发明具体实施方式中，优选地，在进线处增加电机端子并联所述低频瓷片旁路电容和高频瓷片旁路电容，串联所述插件电感。

在本发明具体实施方式中，优选地，所述插件电感直径为4mm，长度为10mm。

在本发明具体实施方式中，优选地，所述插件电感品质因数Q为50，电感量为0.1-3，允许误差为Δ10，感抗XL是10Ω，额定电流是1-100mA，分布电容是0.05F，标称电压是10V。

在本发明具体实施方式中，优选地，在进线处串联所述插件电感，并联所述瓷片旁路电容组成网络作为电源输出滤波，从而消除或减弱由电源传导输入到所述微型直流电机的骚扰信号。

在本发明具体实施方式中，优选地，所述微型直流电机还包括机壳，该机壳采用铁盖封闭，该机壳为封闭机壳，并不设置通风孔，以增强屏蔽。

图8为现有技术中传统微型直流电机在不同频率下的信噪测试图，图9为本发明具体实施方式涉及的低噪音微型直流电机在不同频率下的信噪测试图，通过测试数据对比发现，本发明在不同测试频率下噪音很小，效果显著。

综上，根据具体实施方式对本发明做出了详细的描述，本领域技术人员懂得，该描述是示例性的，并能够在其基础上进行各种变更和修饰，只要不脱离本发明的宗旨和精神，这些修饰和变更均匀落入本发明的保护范畴之内，本申请的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种低噪音微型直流电机，其特征在于，包括换向器、转子和转轴、瓷片旁路电容、插件电感、压敏电阻以及屏蔽圈构成。所述转子由绕组和铁芯构成，其特征在于，所述换向器采用CU51％炭精材料，所述铁芯采用35ww470冲片材料，所述压敏电阻采用钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻，所述插件电感采用多层平绕式，导磁磁芯采用工字形状，工作频率采用高频频率，所述瓷片旁路电容采用陶瓷材料作为介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜经高温烧结作为电极而成，所述插件电感位于进线处，和所述瓷片旁路电容并联构成LC无源滤波器，采用低磁阻导磁材料制成所述屏蔽圈，将磁场限制在一定的空间范围，以使磁场从屏蔽体一端传至另一端时形成很大的衰减，并采用高导磁材料构成低磁阻通路，将磁力线封闭在屏蔽体内。

2.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，所述转子冲片材料采用35ww470指的是冲片材料厚度为0.35mm，铁损值为4.70w/kg的冷轧无取向硅钢片。

3.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，在换向过程中产生较高的电感电势时，该钛酸锶E10＝18～22V压敏电阻呈现出低电阻状态。

4.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，所述瓷片旁路电容用于高频中的高频瓷片旁路电容为0.01uF，用于低频中的低频瓷片旁路电容为0.1uF。

5.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，在进线处增加电机端子并联所述低频瓷片旁路电容和高频瓷片旁路电容，串联所述插件电感。

6.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，所述插件电感直径为4mm，长度为10mm。

7.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，所述插件电感品质因数Q为50，电感量为0.1-3，允许误差为Δ10，感抗XL是10Ω，额定电流是1-100mA，分布电容是0.05F，标称电压是10V。

8.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，在进线处串联所述插件电感，并联所述瓷片旁路电容组成网络作为电源输出滤波，从而消除或减弱由电源传导输入到所述微型直流电机的骚扰信号。

9.根据专利要求1所述低噪音微型直流电机，其特征在于，所述微型直流电机还包括机壳，该机壳采用铁盖封闭，该机壳为封闭机壳，并不设置通风孔，以增强屏蔽。

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