CN112366898B - 电机及应用该电机的电器设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，涉及电机及应用该电机的电器设备。将轴承托架与定子铁芯电连接，相当于将轴承外圈与定子铁芯电连接形成等电位。在转子芯的外周面和转子轴之间设置转子绝缘层，可大幅降低与轴承内圈连接的转子侧等效电容。在轴承托架与转子轴之间等效电容及转子侧等效电容组成的串联回路中，能使轴承托架与转子轴之间等效电容两端获得更小分压。电极结构与轴承托架之间形成调节电容；或者，电极结构与转子轴之间形成调节电容。调节电容与轴承电容并联，增加调节电容可实现轴电压的降低。在轴承电容基础上增加了一个轴电流分流支路，降低从轴承外圈与轴承内圈通过的电流。对各种直流电机及应用该电机的电器设备都能防止轴承电腐蚀。

Description

电机及应用该电机的电器设备

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及电机及应用该电机的电器设备。

背景技术

伴随电器设备节能的趋势，其采用的电机通常用高效率的无刷直流电机代替感应电机，空调机组即采用了高效无刷直流电机来驱动风机。其利用逆变器通过脉宽调制法(下文中称之为PWM)进行驱动。在使用这种PWM驱动方法中，绕组的中性点电位不为零而发生共模电压，在高频情况下，电机结构之间会产生耦合电容，定子、转子、永磁体、端盖等各部分之间耦合电容以及轴承电容形成回路，这种共模电压在轴承的内外圈之间产生的电压称之为轴电压。轴电压含有PWM驱动时半导体高速开关动作的高频成分，如轴电压达到轴承内部润滑油膜的绝缘击穿电压，就会随之放电而产生电流，这样就会使轴承内表面和滚珠发生局部熔蚀现象，即轴承电腐蚀。长期的电腐蚀会在轴承上会发生波形磨损现象，最终造成异常噪音和轴承寿命下降。

防止轴承电腐蚀主要有以下方案：第一，使轴承内圈和外圈为导通状态；第二，使轴承内圈和外圈为可靠的绝缘状态；第三，降低轴电压。对于第一种方法，有提出使用导电性轴承润滑脂的，但因为还无法达到和非导电性油脂同样的使用寿命，生产及后期维护成本高，实际上难以应用。另外，也有在轴上设置导电刷的方式，此方式会出现电刷磨损、需要设置空间以及实施成本较高、需要维护保养等问题。对于第二种方法，实际产品应用上有使用陶瓷球轴承的案例，但陶瓷球轴承非常昂贵，很难大规模应用，特别是在一些对成本要求高的应用场合。对于第三种方法，提出了多种的降低轴电压的技术，例如在电机转子的内侧与外侧之间设置绝缘层，提高转子的阻抗，可以大幅降低轴电压但是，该方案对于不同功率电机的防电蚀效果不同，具有一定的局限性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电机，以解决现有技术中防止电机轴承电腐蚀的方案不易实施及生产和维护成本高的技术问题。

本发明实施例提供一种电机，包括：

定子，其包括具有绕组的定子铁芯；

转子，其转动安装在所述定子上，所述转子包括转子芯和位于所述转子芯中心且连接于所述转子芯的转子轴，所述转子芯的外周面和所述转子轴之间设有转子绝缘层；

轴承，其支承所述转子轴，包括轴承内圈和轴承外圈；

轴承托架，其为导电材质且固定和导通所述轴承外圈，所述轴承托架与所述定子铁芯电连接；以及

电极结构，用于调整所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的等效电容；所述电极结构与所述转子轴电连接，并与所述轴承托架之间形成调节电容；或者，所述电极结构与所述轴承托架电连接，并与所述转子轴之间形成调节电容。

可选地，所述轴承的数量为二，两个所述轴承沿所述转子芯的轴向间隔设置于所述转子芯的两侧，每一所述轴承均连接一个所述轴承托架。

可选地，其中一个所述轴承托架与所述定子铁芯外部一体塑封成型塑封壳；另外一个所述轴承托架覆盖于所述定子铁芯的端部。

可选地，所述定子铁芯具有外露于所述塑封壳的连接部，覆盖于所述定子铁心端部的所述轴承托架抵接于所述连接部；

塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架通过导通件与所述定子铁芯电连接，或者，两个轴承托架通过一导电件直接连接。

可选地，塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架通过导通件与所述定子铁芯电连接，两个轴承托架通过一导电件直接连接。可选地，所述导通件的一端与塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架之间通过铆接连接，所述导通件的另一端焊接于所述定子铁芯外周面上。

可选地，所述转子芯包括转子内芯及套设于所述转子内芯外部的转子外芯，所述转子绝缘层设置在所述转子内芯与所述转子外芯之间。

可选地，所述电极结构设置于所述定子的轴向外侧且位于所述轴承托架的轴向内侧；或者，所述电极结构设置于所述轴承托架的轴向外侧。

可选地，所述电极结构设置于所述转子轴上并与所述转子轴电连接。

可选地，所述电极结构包括若干个依次套设并间隔设置的第一导电筒，所述第一导电筒环绕所述转子轴设置并沿着轴向方向延展，所述第一导电筒与所述转子轴电连接；靠近于该电极结构的所述轴承托架上设有若干个与所述第一导电筒在所述转子轴的径向方向相对的第二导电筒，所述第二导电筒环绕所述转子轴设置并沿着轴向方向延展，所述第二导电筒与该轴承托架电连接，所述第一导电筒和所述第二导电筒之间形成第一气隙。

可选地，最靠近所述转子轴的所述第二导电筒与所述转子轴的外周面之间形成第二气隙。

可选地，所述第一气隙的面积与气隙距离的比值与所述第二气隙的面积与气隙距离的比值之和大于或等于3.4m。

可选地，所述第一导电筒和所述第二导电筒在所述转子轴的径向方向的正对面积大于所述轴承外圈与所述轴承内圈在所述转子轴的径向方向的正对面积的5倍。

可选地，所述电极结构包括固定于所述转子轴上并与所述转子轴电连接的轴安装部，以及连接所述轴安装部与所述第一导电筒的端板。

可选地，靠近于所述电极结构的所述轴承托架包括支承和电连接所述轴承外圈的轴承室部、支承和连接所述定子铁芯的定子托架部，以及连接所述轴承室部和所述定子托架部的连接板，所述第二导电筒设置于所述连接板上。

可选地，所述电极结构包括轴安装部与由所述轴安装部径向延展形成的导电盘，所述轴安装部固设于所述转子轴并与所述转子轴电连接，所述导电盘和所述轴承托架之间形成第三气隙。

可选地，所述第三气隙的面积与气隙距离的比值大于或等于3.4m。

可选地，所述轴安装部固设于所述转子轴的一个轴向端部，所述转子轴的轴向端部沿着轴向方向设置有紧固孔，所述轴安装部包括朝向所述轴承托架一侧且与所述紧固孔配对的紧固柱，所述紧固柱至少部分固设于所述紧固孔。

可选地，所述紧固柱通过压接固定于所述紧固孔内。

可选地，所述紧固柱外周面设置有外螺纹，所述紧固孔内设置有与所述外螺纹螺纹配合的内螺纹。

可选地，所述电极结构为一体模制成型的金属件。

可选地，所述电极结构包括设置于至少一个所述轴承托架上的轴套部，所述轴套部与所述轴承托架电连接，所述轴套部与所述转子轴之间形成第四气隙。

可选地，所述转子轴的轴向方向的一端具有沿着轴向方向延伸的轴孔，所述轴套部包括位于所述转子轴外周面外侧的外轴套和伸入所述轴孔内的内轴套，所述内轴套位于所述外轴套以内。

可选地，所述轴套部与所述轴承托架为一体成型的金属件。

可选地，所述第四气隙的面积与气隙距离的比值大于或等于3.4m。

可选地，其中一个所述轴承托架接地。

本发明实施例提供一种电器设备，包括上述的电机。

本发明实施例提供的电机及电器设备中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：将轴承托架与定子铁芯电连接，而轴承外圈与轴承托架导通，相当于将轴承外圈与定子铁芯电连接形成等电位。设轴承托架与转子轴之间的等效电容为Cb，设轴承内圈通过转子轴、转子芯、定子铁芯与转子芯间的气隙与定子铁芯之间的等效电容为Cz。

在转子芯的外周面和转子轴之间设置转子绝缘层，可大幅降低电容Cz的值。在Cz与Cb组成的串联回路中，Cz的降低，将使Cz两端获得更大的电压分压，使Cb两端获得更小的电压分压，因此，起到降低轴电压的效果。

电极结构与转子轴电连接，并与轴承托架之间形成调节电容C1；或者，电极结构与轴承托架电连接，并与转子轴之间形成调节电容C1。调节电容C1相当于与轴承电容Cb1和Cb2并联，增加C1，即可增大Cb，而Cb的增加，即可实现Cb两端分压的减小，即轴电压的降低。另外，设置调节电容C1相当于在轴承电容Cb1和Cb2基础上增加了一个轴电流分流支路，若调节电容C1大于或远大于Cb1和Cb2，可使等效电容Cb两端的电量更多地集中在调节电容C1的两端，即相当于集中在电极结构与轴承托架(或转子轴)，如此，轴承托架与转子轴之间的电流大部分从调节电容C1的支路通过，从而大大降低从轴承外圈与轴承内圈通过的电流(即轴电流)，因此，可大大降低轴承发生电腐蚀损伤的风险。

本发明实施例提供的电机及应用该电机的电器设备都能非常有效地防止轴承电腐蚀，即使是对于功率较大而采用较大金属外壳以提高安装强度与保障散热的电机，也可以降低电机轴承电腐蚀损伤风险。该电机具有结构简单、装配方便、成本低廉、可靠性高的特点，尤其对于不同功率的电机均能够产生较好的防轴承电蚀效果，突破了使用局限。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电机的局部剖视图；

图2为图1的电机中应用的转子的剖视图；

图3为图1的电机中应用的其中一个轴承托架的局部剖视图；

图4为图3的轴承托架的立体结构图；

图5为图3的轴承托架的另一角度立体结构图；

图6为图1的电机中应用的电极结构的立体结构图；

图7为图1的电机的局部放大图；

图8为图1的电机的立体装配图；

图9为图8的电机的立体分解图；

图10为本发明另一实施例提供的电机的局部剖视图；

图11为本发明另一实施例提供的电机的局部剖视图；

图12为现有技术提供的电机的局部剖视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

请参阅图12，传统的采用绝缘转子的电机，在行业中被认为是降低轴电压较为有效的方法。申请人按照发明专利(公告号为CN101971460B)的电路模型在空调用塑封电机中进行仿真验证，可以得到此方法在小型空调使用的的直流无刷电机(以外径为90mm左右、例如92mm的直流无刷电机)上，可以得到同样结论，即对比没有转子绝缘层的电机，转子增加绝缘层电机的轴电压可以降低，并且随着绝缘层的增加轴电压逐渐减小。但是，申请人还发现，在一些较大型空调使用外径较大的电机上，会得到相反的结论，即转子增加绝缘层，电机轴电压反而上升，并且随着绝缘层厚度增加，轴电压逐渐增加。所以，上述发明技术的应用具有一定的局限性。

传统的功率较大的塑封直流电机，由于电机功率大，转矩大，温升也高，为了保障电机与使用电机的电设备的安装强度，以及保障电机的散热，一般采用至少1个较大的金属外壳作为电机其中一侧的轴承托架40’，轴承托架40’连接和支承电机的塑封定子10’，并连接固定于电器设备的安装支架，同时也连接和支承电机的其中一侧轴承30’的轴承外圈32’。对于上述电机，若采用上述专利所对应的转子的内侧与外侧之间设置有绝缘层的方案，往往得不到轴电压的改善，反而会出现轴电压变大，导致轴承电腐蚀风险增加的情况。申请人发现了具体原因如下：

这种电机采用了绝缘转子20’，绝缘转子20’转动安装于定子10’上，由于转子内铁芯212’和外铁芯213’之间设置了转子绝缘层214’，相当于在转子内铁芯212’与转子外铁芯213’之间增加了电容Cz3，而对于轴承内圈31’到定子铁芯11’的转子侧电容耦合回路，还具有磁体电容Cz2和定子10’与转子20’间气隙电容Cz1，电容Cz1、Cz2和Cz3串联，等效电容设为Cz。一般情况下，转子绝缘层电容Cz3的容值均较小，一般为数十PF，因此，等效电容Cz也较小。

而相对于轴承外圈32’到定子铁芯11’之间的等效电容Cd，由于上述电机的与轴承外圈32’电连接的轴承托架40’的面积较大，且具有与定子铁芯11’的轴向或径向方向正对其靠近的部分，或者由于与该轴承托架40’电连接的电器设备中的金属支架具有与定子铁芯11’靠近的部分，会使得与该轴承托架40’电连接的轴承外圈32’与定子铁芯11’之间的等效电容Cd较大，一般为数百PF或以上。

由于定子侧的等效电容Cd和转子侧的等效电容Cz的一端均连接定子铁芯11’，另一端分别连接轴承外圈32’和轴承内圈31’，Cd与Cz的容值差异大会导致轴承外圈32’和轴承内圈31’之间的电压差较大，即轴电压过大，从而增加30’电腐蚀发生的风险。

请参阅图1、图10、图11，本发明实施例提供一种电机，包括定子10、转子20、轴承30、轴承托架40、电极结构50。定子10包括具有绕组111的定子铁芯11。转子20转动安装在定子10上，同时参阅图2，转子20包括转子芯21和位于转子芯21中心且连接于转子芯21的转子轴22。转子芯21可以包括永磁体211。转子芯21的外周面和转子轴22之间设有转子绝缘层23。转子芯21、转子绝缘层23与转子轴22同步转动。

参阅图1，轴承30用于支承转子轴22，使得转子轴22旋转自如。轴承30包括轴承内圈31和轴承外圈32。轴承内圈31套设于转子轴22的外周面，并沿转子轴22的轴向限位于转子轴22上，轴承内圈31与转子轴22导通。轴承外圈32安装于轴承托架40上，沿径向与轴向限位于轴承托架40上。轴承外圈32与轴承内圈31之间有滚动体33，使得轴承外圈32与轴承内圈31能自如旋转。

轴承托架40为导电材质且固定和导通轴承外圈32，轴承托架40与定子铁芯11电连接。将轴承托架40与定子铁芯11电连接，而轴承外圈32与轴承托架40电连接，相当于将轴承外圈32与定子铁芯11电连接形成等电位，也就是去除了现有技术电机中的轴承外圈到定子铁芯之间的等效电容Cd。

在高频电路的回路中，设轴承托架40与转子轴22之间(即轴承外圈32与轴承内圈31之间)的等效电容为Cb，轴电压即为电容Cb两端的电压分压。设轴承内圈31通过转子轴22、永磁体211、定子10和转子20之间气隙与定子铁芯11形成的等效电容为Cz。Cz与Cb组成一个串联回路。

参阅图1、图2，在转子芯21的外周面和转子轴22之间设置转子绝缘层23，相当于在Cz支路中串联了一电容，可大幅降低等效电容Cz的值。在Cz与Cb组成的串联回路中，Cz的降低，将使Cz两端获得更大的电压分压，使Cb两端获得更小的电压分压，因此，起到降低轴电压的效果。

电极结构50用于调整轴承内圈31和轴承外圈32之间的等效电容。电极结构50有两类方案。参阅图1、图10，第一类方案是：电极结构50与转子轴22电连接，相当于在转子轴22上增加了一个与转子轴22等电位的导电性极板。轴承托架40与电极结构50间隔设置，轴承托架40与轴承外圈32电连接，相当于在轴承外圈32上增加了一个与轴承外圈32等电位的极板。上述两个极板之间形成调节电容C1，而转子轴22与轴承内圈31电连接，因此，相当于调节电容C1并联在轴承外圈32与轴承内圈31之间。

参阅图11，第二类方案是：电极结构50与轴承托架40电连接，可视为轴承内圈31借助转子轴22得以延伸一部分，轴承外圈32借助电极结构50得以延伸一部分，该两处延伸部分具有正对面积且不导通，从而形成调节电容C1，相当于上述调节电容C1并联在轴承外圈32与轴承内圈31之间。

其中，电连接包括直接与间接导电连接，以及经过大电容的连接。经过大电容的连接，比如，两个金属部件之间具有很薄的绝缘层，只要两个金属部件距离足够近，正对面积足够大，就会使两个金属部件之间的电容值足够大。

对于上述两类方案，假如在转子芯21两端分别设置一个轴承30，共两个轴承30，其中一个轴承30的轴承外圈32与轴承内圈31之间在高频等效电路上也可以等效为一个耦合电容Cb1，另外一个轴承30的轴承外圈32与轴承内圈31之间在高频等效电路上也可以等效为一个耦合电容Cb2，轴电压即为Cb1和Cb2上的电压分压。

每个轴承30会分别安装于一个轴承托架40上，两个轴承内圈31均与转子轴22导电连接。两个轴承托架40电连接于定子铁芯11，上述电容Cb1和Cb2相当于并联连接。上述电极结构50的设置，相当于在轴承电容Cb1和Cb2上并联了调节电容C1，Cb1、Cb2和C1并联的总电容即为等效电容Cb。而上述Cb1和Cb2分别为对应轴承30本身的轴承电容，其与轴承30自身的轴承内圈和轴承外圈的正对面积相关，对于既定的轴承30，轴承电容也是确定的。通过调整电极结构50与轴承托架40(第一类方案)或者电极结构50与转子轴22(第二类方案)的正对面积以及两者之间的气隙大小，可以有效改变调节电容C1的大小以及等效电容Cb的大小。整个电机形成的耦合电容回路包含了上述等效电容Cb、Cz，Cb与Cz串联。

综上所述，本实施例提供的电机，第一方面，使定子铁芯与轴承托架导通，使得定子铁芯与轴承外圈等电位，避免在采用绝缘转子的电机中，定子铁芯与轴承外圈之间未导通时其等效电容远大于定子铁芯与轴承内圈之间等效电容、导致轴电压过大的问题；第二方面，由于在转子芯21的外周面和转子轴22之间设置转子绝缘层23，降低了等效电容Cz的值，增加了等效电容Cz对应的分压，即减小了等效电容Cb对应的分压；第三方面，在轴承电容Cb1和Cb2上并联调节电容C1，以增大等效电容Cb，进一步使等效电容Cb两端的电压差降低，降低轴电压；第四方面，当调节电容C1相对轴承电容Cb1和Cb2均较大时，可使等效电容Cb两端的电量更多地集中在调节电容C1的两端，即相当于集中在电极结构50与轴承托架40(或转子轴22)，如此，轴承托架40与转子轴22之间的电流会从上述调节电容C1的支路通过，对轴电流进行分流，从而降低从轴承外圈32与轴承内圈31通过的电流，即轴电流，因此，可大大降低轴承30发生电腐蚀损伤的风险。

本发明实施例提供的电机能非常有效地防止轴承30电腐蚀，即使是对于功率较大而采用较大金属外壳以提高安装强度与保障散热的电机，也可以降低电机轴承30电腐蚀损伤风险。该电机具有结构简单、装配方便、成本低廉、可靠性高的特点，尤其对于不同功率的电机均能够产生较好的防轴承电蚀效果，突破了使用局限。

请参阅图1、图9至图11，在本发明另一实施例中，轴承30的数量为二，两个轴承30沿转子芯21的轴向间隔设置于转子芯21的两侧，每一轴承30均连接于一个轴承托架40上。相当于将两个轴承外圈32经过其中一个轴承托架40、定子铁芯11和另外一个轴承托架40导通，而两个轴承内圈31通过转子轴22电连接，轴承电容Cb1和Cb2相当于并联连接。两组轴承30间隔设置，在轴向方向上位于夹着转子芯21的位置，支承转子轴22自如旋转。

请参阅图1、图10、图11，在本发明另一实施例中，其中一个轴承托架40(如图10中的左侧轴承托架40)与定子铁芯11外部一体塑封成型塑封壳12，这样的结构容易制作。具体地，可以用树脂材料塑封形成塑封壳12。进一步地，轴伸侧的轴承托架40与定子铁芯11外部一体塑封成型塑封壳12，非轴伸侧的轴承托架40安装于塑封壳12一端面上。定子铁芯11具有外露于塑封壳12的连接部112，另外一个轴承托架40(如图10中的右侧轴承托架40)抵设于连接部112上以使该轴承托架40与定子铁芯11电连接。具体地，参阅图1、图5，该轴承托架40上开设供定子铁芯11的一端部插设的插槽41，定子铁芯11的一端部插设在插槽41内，使得定子铁芯11一端外表面抵设于插槽41的内表面，实现该轴承托架40与定子铁芯11的可靠电连接。

请参阅图1、图10、图11，在本发明另一实施例中，塑封于塑封壳12内的轴承托架40(如图10中的左侧轴承托架40)通过导通件60与定子铁芯11电连接。这样可以使其中一个轴承托架40可以制作得比较小，该轴承托架40固定于塑封壳12上，并通过导通件60与定子铁芯11电连接。

能够理解，将电机的一个较小的轴承托架40通过导通件60与定子铁芯11电连接，同时将另一个较大的轴承托架40直接覆盖于定子铁芯的塑封壳上并与定子铁芯导电连接，也是本申请的一种实施例。

另外，将较大的轴承托架40直接覆盖于定子铁芯的塑封壳上并与定子铁芯导电连接，同时将电机的两个轴承托架40通过另一导电件直接连接，也是本申请一种实施例。

另外，将电机的一个较小的轴承托架40通过导通件60与定子铁芯11电连接，同时将两个轴承托架40通过另一导电件直接连接，也是本申请的一种实施例。

进一步地，导通件60呈条形，导通件60的一端60a与塑封于塑封壳12内的轴承托架40之间通过铆接连接，导通件60的另一端60b焊接于定子铁芯11外周面上。上述装配方式容易连接，使得上述轴承托架40与定子铁芯11可靠地电连接，轴承托架40与定子铁芯11形成等电位。请参阅图2，在本发明另一实施例中，转子芯21包括转子内芯212及套设于转子内芯212外部的转子外芯213，转子绝缘层23设置在转子内芯212与转子外芯213之间。参考前面分析，此种方案可使与轴承内圈31连接的转子侧的等效电容Cz较小。具体地，转子绝缘层23可以采用PBT(英文全称为polybutylene terephthalate，中文名称为聚对苯二甲酸丁二醇酯)或橡胶制作。

在本发明另一实施例中，电极结构50设置于定子10的轴向外侧且位于轴承托架40的轴向内侧，即把电极结构50设置在轴承托架40内，只要使电极结构50与转子轴22电连接且电极结构50与轴承托架40间隔设置(第一类方案)，或者使电极结构50与轴承托架40电连接且电极结构50与转子轴22间隔设置(第二类方案)，即可形成调节电容C1。

请参阅图1、图8，在本发明另一实施例中，电极结构50设置于轴承托架40的轴向外侧，即把电极结构50设置在轴承托架40外。对于第一类方案，参阅图1、图10，这样的结构容易装配，可以在电机其它部件组装完成后，再将其装配至转子轴22。并且容易调节电极结构50与轴承托架40的气隙大小，以获得合适的调节电容C1。对于第二类方案，参阅图11，电极结构50设置于轴承托架40的轴向外侧，这样的结构容易制作。

请参阅图1、图6、图7，在本发明另一实施例中，电极结构50设置于转子轴22上并与转子轴22电连接。该方案容易装配。电极结构50与轴承托架40之间形成调节电容C1，而转子轴22与轴承内圈31电连接，因此，相当于调节电容C1并联在轴承外圈32与轴承内圈31之间。参考前面第一类方案的分析，整个电机形成的耦合电容回路包含了上述等效电容Cb、Cz。在轴承电容Cb1和Cb2上并联调节电容C1，以增大等效电容Cb，使等效电容Cb两端的电压差降低。一方面，调节电容C1的并联，会使得等效电容Cb增加，使等效电容Cb在与轴承内圈31串联电容Cz的等效回路中获得更小的分压，即轴承内圈31与轴承外圈32之间的电压差减小，实现轴电压的降低；另一方面，轴承托架40与转子轴22之间的电流会从上述调节电容C1的支路通过，对轴电流进行分流，从而降低从轴承内圈31与轴承外圈32通过的电流，即轴电流，因此，可大大降低轴承30发生电腐蚀损伤的风险。

请参阅图6、图7，在本发明另一实施例中，电极结构50包括若干个依次套设并间隔设置的第一导电筒51，第一导电筒51环绕转子轴22设置并沿着轴向方向延展，第一导电筒51与转子轴22电连接。相当于在转子轴22上增加了一个与转子轴22等电位的导电性极板。同时参阅图1、图3、图4，靠近于该电极结构50的轴承托架40上设有若干个与第一导电筒51在转子轴22的径向方向相对的第二导电筒42，第二导电筒42环绕转子轴22设置并沿着轴向方向延展，第二导电筒42与该轴承托架40电连接，相当于在轴承外圈32上增加了一个与轴承外圈32等电位的极板。参阅图7，第一导电筒51和第二导电筒42之间形成第一气隙511。上述两个极板之间形成调节电容C1，而转子轴22与轴承内圈31电连接，因此，调节电容C1相当于并联在轴承外圈32与轴承内圈31之间。一方面可降低轴承外圈32与轴承内圈31之间的轴电压；另一方面可以对轴电流进行分流，是轴承托架40与转子轴22间的电流从上述调节电容C1支路分流，有效降低流过轴承外圈32与轴承内圈31的轴电压与轴电流。采用第一导电筒51与第二导电筒42的方案，便于电机内部热量经过转子轴22与最内层第二导电筒42之间的气隙以及第一导电筒51与第二导电筒42之间的气隙，传递至外部，有利于电机散热。另外，环形第一气隙511的距离可以不同，便于第一导电筒51与第二导电筒42的加工。

请参阅图7，在本发明另一实施例中，第二导电筒42中的最靠近转子轴22的第二导电筒42与转子轴22的外周面之间形成第二气隙43，避免第二导电筒42与转子轴22的外周面之间发生摩擦。

请参阅图7，在本发明另一实施例中，第一导电筒51和第二导电筒42在转子轴22的径向方向的正对面积大于轴承外圈32与轴承内圈31在转子轴22的径向方向的正对面积的5倍。能使调节电容C1的数值比较大，调节电容C1并联在轴承电容Cb1和Cb2上，增大等效电容Cb，使等效电容Cb两端获得更小的分压，即轴承内圈31与轴承外圈32之间的电压差减小，实现轴电压的降低。同时，使得调节电容C1大于轴承电容Cb1和Cb2，可使等效电容Cb两端的电量更多地集中在调节电容C1的两端，即相当于集中在第一导电筒51和第二导电筒42上，以降低轴电流。

请参阅图6、图7，在本发明另一实施例中，电极结构50包括固定于转子轴22上并与转子轴22电连接的轴安装部52，以及连接轴安装部52与第一导电筒51的端板53。轴安装部52、端板53与第一导电筒51的结构容易成型。轴安装部52固设于转子轴22并与转子轴22电连接，该方案容易装配，确保第一导电筒51与转子轴22电连接。

进一步地，第一导电筒51通过端板53与轴安装部52电连接，让所有第一导电筒51通过轴安装部52与转子轴22电连接。

请参阅图1、图3、图5，在本发明另一实施例中，靠近于电极结构50的轴承托架40包括支承和电连接轴承外圈32的轴承室部44、支承和连接定子铁芯11的定子托架部45，以及连接轴承室部44和定子托架部45的连接板46，第二导电筒42设置于连接板46上。上述轴承托架40位于非轴伸侧，该轴承托架40设置在塑封壳12的一端面上。轴承外圈32、轴承室部44、第二导电筒42与定子铁芯11电连接且等电位，将电极结构50安装在转子轴22上时，第一导电筒51与第二导电筒42之间即可形成调节电容C1。具体地，包含轴承室部44、定子托架部45、连接板46与第二导电筒42的结构可以为一体模制成型，该结构容易制作。

请参阅图10，在本发明另一实施例中，电极结构50包括轴安装部52与由轴安装部52径向延展形成的导电盘54，相当于在转子轴22上增加了一个与转子轴22等电位的导电性极板。轴安装部52固设于转子轴22并与转子轴22电连接，轴承托架40靠近导电盘54的区域相当于在轴承外圈32上增加了一个与轴承外圈32等电位的极板。导电盘54和轴承托架40之间形成第三气隙541。上述两个极板之间形成调节电容C1，而转子轴22与轴承内圈31电连接，因此，调节电容C1相当于并联在轴承外圈32与轴承内圈31之间。一方面可降低轴承外圈32与轴承内圈31之间的轴电压；另一方面可以对轴电流进行分流，是轴承托架40与转子轴22间的电流从上述调节电容C1支路分流，有效降低流过轴承外圈32与轴承内圈31的轴电流。电极结构50还包括轴安装部52，用于与转子轴22连接。

请参阅图1、图10，在本发明另一实施例中，轴安装部52固设于转子轴22的一个轴向端部，转子轴22的轴向端部沿着轴向方向设置有紧固孔221，轴安装部52包括朝向轴承托架40一侧且与紧固孔221配对的紧固柱521，紧固柱521至少部分固设于紧固孔221。将紧固柱521固定在紧固孔221后，即可让电极结构50安装在转子轴22上并与转子轴22电连接，装配与拆卸方便。

请参阅图1、图10，在本发明另一实施例中，紧固柱521通过压接固定于紧固孔221内。采用压接方式装配能将紧固柱521紧紧地固定在紧固孔221内，确保电机工作时电极结构50连接在转子轴22上的可靠性，避免在转子轴22旋转时发生电极结构50脱离的情况。

请参阅图1、图10，在本发明另一实施例中，紧固柱521外周面设置有外螺纹，紧固孔221内设置有与外螺纹螺纹配合的内螺纹。通过螺纹连接实现电极结构50固定安装在转子轴22上，连接牢固可靠。

请参阅图1、图10，在本发明另一实施例中，电极结构50为一体模制成型的金属件，采用一体模制成型工艺容易加工。具体地，电极结构50可以为铝制件或其它金属件，能实现导电，而且容易成型。

请参阅图11，在本发明另一实施例中，电极结构50包括设置于至少一个轴承托架40上的轴套部55，轴套部55与轴承托架40电连接，轴套部55与转子轴22之间形成第四气隙551。参考前面第二类方案的分析，相当于在转子轴22与轴承托架40之间加入了调节电容C1。整个电机形成的耦合电容回路包含了上述等效电容Cb、Cz。因此，轴套部55的设置，一方面，可以增大等效电容Cb，使Cb两端(即轴承外圈32和轴承内圈31)在和与其串联的Cb组成的回路中，获得较小的电压分压，即较小的轴电压；另一方面，轴承托架40与转子轴22之间的电流会从上述调节电容C1的支路通过，对轴电流进行分流，从而降低从轴承外圈32与轴承内圈31通过的电流，即轴电流，因此，可大大降低轴承30发生电腐蚀损伤的风险。

请参阅图11，在本发明另一实施例中，转子轴22的轴向方向的一端具有沿着轴向方向延伸的轴孔222，轴套部55包括位于转子轴22外周面外侧的外轴套552和伸入轴孔222内的内轴套553，内轴套553位于外轴套552以内。通过设置外轴套552套设于转子轴22，并设置伸入转子轴22的内轴套553，以增大轴套部55与转子轴22的正对面积，以增大调节电容C1。在轴套部55与转子轴22之间形成调节电容C1，且该调节电容C1与轴承电容Cb1和Cb2并联。一方面可降低轴承外圈32与轴承内圈31之间的轴电压；另一方面可以对轴电流进行分流，是轴承托架40与转子轴22间的电流从上述调节电容C1支路分流，有效降低流过轴承外圈32与轴承内圈31的轴电流。具体地，外轴套552和内轴套553的同一端面连接有封闭板554。封闭板554能避免异物进入轴孔222与电机内部，以确保轴套部55可靠工作。

进一步地，轴套部55与轴承托架40为一体成型的金属件。采用一体成型工艺，比如冲压与拉伸，容易加工。具体地，轴套部55与轴承托架40可以为铝制件或其它金属件，能实现导电，而且容易压制成型。

请参阅图1、图10、图11，在本发明另一实施例中，轴承外圈32与轴承内圈31之间还有滚动体33和油脂，形成的电容主要取决于油膜，在轴承30静止的状态，轴承电容是较大的，旋转起来后，转速越高，越均匀，则形成的轴承30油膜越均匀，对应的轴承电容越小，一般情况下，转速超过1500r/min后，轴承电容值基本稳定。对一种常用的608轴承30实测，1000r/min、1500r/min和2000r/min对应的轴承电容分别为55PF、33PF、32PF。即轴承电容的基础值在30PF以上。设置电极结构50，如图1、图10所示的轴承托架40与电极结构50之间形成调节电容C1，如图11所示的电极结构50与转子轴22之间形成调节电容C1。该调节电容C1为空气电容，空气的相对介电常数和绝对介电常数是固定的。因此决定调节电容C1的是正对面积与气隙距离。若气隙两侧的正对面积与气隙距离之比大于或等于3.4m，则可形成大于30PF的调节电容C1。进而使调节电容C1大于或远大于轴承电容Cb1和Cb2，可使等效电容Cb两端的电量更多地集中在电容C1的两端，如此，轴承托架40与转子轴22之间的电流大部分从调整电容C1的支路通过，对轴电流进行分流，从而大大降低从轴承外圈32与轴承内圈31通过的电流，即轴电流，因此，可大大降低轴承30发生电腐蚀损伤的风险。

具体地，参阅图1、图7，在第一导电筒51和第二导电筒42之间形成第一气隙511且最内层第二导电筒42与转子轴22之间形成第二气隙43时，使第一气隙511的正对面积与距离的比值与第二气隙43的正对面积与距离的比值之和大于或等于3.4m。进而使调节电容C1大于或远大于轴承电容Cb1和Cb2，实现上述降低轴电流以降低轴承30电腐蚀的效果。

参阅图10，在导电盘54和轴承托架40之间形成第三气隙541时，使第三气隙541的正对面积与距离的比值大于或等于3.4m。进而使调节电容C1大于或远大于轴承电容Cb1和Cb2，实现上述降低轴电流以降低轴承30电腐蚀的效果。

参阅图11，在轴套部55与转子轴22之间形成第四气隙551时，使第四气隙551的正对面积与距离的比值大于或等于3.4m。进而使调节电容C1大于或远大于轴承电容Cb1和Cb2，实现上述降低轴电流以降低轴承30电腐蚀的效果。

请参阅图1、图10、图11，在本发明另一实施例中，使其中一个轴承托架40接地，则轴承外圈32与定子铁芯11均为零电位，实现降低轴承30电腐蚀的效果。

请参阅图1、图10、图11，在本发明另一实施例中，提供一种电器设备，包括上述的电机。

将轴承托架40与定子铁芯11电连接，而轴承外圈32与轴承托架40导通，相当于将轴承外圈32与定子铁芯11电连接形成等电位。设轴承托架40与转子轴22之间的等效电容为Cb，设轴承内圈31通过转子轴22、转子芯21、定子铁芯11与转子芯21间的气隙与定子铁芯11之间的等效电容为Cz。

在转子芯21的外周面和转子轴22之间设置转子绝缘层23，可大幅降低电容Cz的值。在Cz与Cb组成的串联回路中，Cz的降低，将使Cz两端获得更大的电压分压，使Cb两端获得更小的电压分压，因此，起到降低轴电压的效果。

电极结构50与转子轴22电连接，并与轴承托架40之间形成调节电容C1；或者，电极结构50与轴承托架40电连接，并与转子轴22之间形成调节电容C1。调节电容C1相当于与轴承电容Cb1和Cb2并联，增加C1，即可增大Cb，而Cb的增加，即可实现Cb两端分压的减小，即轴电压的降低。另外，设置调节电容C1相当于在轴承电容Cb1和Cb2基础上增加了一个轴电流分流支路，若调节电容C1大于或远大于Cb1和Cb2，可使等效电容Cb两端的电量更多地集中在调节电容C1的两端，即相当于集中在电极结构50与轴承托架40(或转子轴22)，如此，轴承托架40与转子轴22之间的电流大部分从调节电容C1的支路通过，从而大大降低从轴承外圈32与轴承内圈31通过的电流(即轴电流)，因此，可大大降低轴承30发生电腐蚀损伤的风险。

上述实施例对各种直流电机及应用该电机的电器设备都能非常有效地防止轴承30电腐蚀，即使是对于功率较大而采用较大金属外壳以提高安装强度与保障散热的电机，也可以降低电机轴承30电腐蚀损伤风险。该电机具有结构简单、装配方便、成本低廉、可靠性高的特点。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1.电机，其特征在于，包括：

定子，其包括具有绕组的定子铁芯；

转子，其转动安装在所述定子上，所述转子包括转子芯和位于所述转子芯中心且连接于所述转子芯的转子轴，所述转子芯的外周面和所述转子轴之间设有转子绝缘层；

轴承，其支承所述转子轴，包括轴承内圈和轴承外圈；

轴承托架，其为导电材质且固定和导通所述轴承外圈，所述轴承托架与所述定子铁芯电连接；以及

电极结构，用于调整所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的等效电容；所述电极结构与所述转子轴电连接，并与所述轴承托架之间形成调节电容；或者，所述电极结构与所述轴承托架电连接，并与所述转子轴之间形成调节电容；

所述电极结构包括若干个依次套设并间隔设置的第一导电筒，所述第一导电筒环绕所述转子轴设置并沿着轴向方向延展，所述第一导电筒与所述转子轴电连接；靠近于该电极结构的所述轴承托架上设有若干个与所述第一导电筒在所述转子轴的径向方向相对的第二导电筒，所述第二导电筒环绕所述转子轴设置并沿着轴向方向延展，所述第二导电筒与该轴承托架电连接，所述第一导电筒和所述第二导电筒之间形成第一气隙。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述轴承的数量为二，两个所述轴承沿所述转子芯的轴向间隔设置于所述转子芯的两侧，每一所述轴承均连接一个所述轴承托架。

3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，其中一个所述轴承托架与所述定子铁芯外部一体塑封成型塑封壳；另外一个所述轴承托架覆盖于所述定子铁芯的端部。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯具有外露于所述塑封壳的连接部，覆盖于所述定子铁心端部的所述轴承托架抵接于所述连接部；

塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架通过导通件与所述定子铁芯电连接，或者，两个轴承托架通过一导电件直接连接。

5.如权利要求3所述的电机，其特征在于，塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架通过导通件与所述定子铁芯电连接，两个轴承托架通过一导电件直接连接。

6.如权利要求4所述的电机，其特征在于，所述导通件的一端与塑封于所述塑封壳内的所述轴承托架之间通过铆接连接，所述导通件的另一端焊接于所述定子铁芯外周面上。

7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子芯包括转子内芯及套设于所述转子内芯外部的转子外芯，所述转子绝缘层设置在所述转子内芯与所述转子外芯之间。

8.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电极结构设置于所述定子的轴向外侧且位于所述轴承托架的轴向内侧；或者，所述电极结构设置于所述轴承托架的轴向外侧。

9.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，所述电极结构设置于所述转子轴上并与所述转子轴电连接。

10.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，最靠近所述转子轴的所述第二导电筒与所述转子轴的外周面之间形成第二气隙。

11.如权利要求10所述的电机，其特征在于，所述第一气隙的面积与气隙距离的比值与所述第二气隙的面积与气隙距离的比值之和大于或等于3.4m。

12.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，所述第一导电筒和所述第二导电筒在所述转子轴的径向方向的正对面积大于所述轴承外圈与所述轴承内圈在所述转子轴的径向方向的正对面积的5倍。

13.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，所述电极结构包括固定于所述转子轴上并与所述转子轴电连接的轴安装部，以及连接所述轴安装部与所述第一导电筒的端板。

14.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，靠近于所述电极结构的所述轴承托架包括支承和电连接所述轴承外圈的轴承室部、支承和连接所述定子铁芯的定子托架部，以及连接所述轴承室部和所述定子托架部的连接板，所述第二导电筒设置于所述连接板上。

15.如权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电极结构包括轴安装部与由所述轴安装部径向延展形成的导电盘，所述轴安装部固设于所述转子轴并与所述转子轴电连接，所述导电盘和所述轴承托架之间形成第三气隙。

16.如权利要求15所述的电机，其特征在于，所述第三气隙的面积与气隙距离的比值大于或等于3.4m。

17.如权利要求13或15所述的电机，其特征在于，所述轴安装部固设于所述转子轴的一个轴向端部，所述转子轴的轴向端部沿着轴向方向设置有紧固孔，所述轴安装部包括朝向所述轴承托架一侧且与所述紧固孔配对的紧固柱，所述紧固柱至少部分固设于所述紧固孔。

18.如权利要求17所述的电机，其特征在于，所述紧固柱通过压接固定于所述紧固孔内。

19.如权利要求17所述的电机，其特征在于，所述紧固柱外周面设置有外螺纹，所述紧固孔内设置有与所述外螺纹螺纹配合的内螺纹。

20.如权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电极结构为一体模制成型的金属件。

21.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，所述电极结构包括设置于至少一个所述轴承托架上的轴套部，所述轴套部与所述轴承托架电连接，所述轴套部与所述转子轴之间形成第四气隙。

22.如权利要求21所述的电机，其特征在于，所述转子轴的轴向方向的一端具有沿着轴向方向延伸的轴孔，所述轴套部包括位于所述转子轴外周面外侧的外轴套和伸入所述轴孔内的内轴套，所述内轴套位于所述外轴套以内。

23.如权利要求21所述的电机，其特征在于，所述轴套部与所述轴承托架为一体成型的金属件。

24.如权利要求21所述的电机，其特征在于，所述第四气隙的面积与气隙距离的比值大于或等于3.4m。

25.如权利要求1至8任一项所述的电机，其特征在于，其中一个所述轴承托架接地。

26.电器设备，其特征在于，包括如权利要求1至25任一项所述的电机。