CN207530687U - 直流有刷电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流有刷电机，包括金属外壳、设置在金属外壳内部碳刷馈电单元及位于金属外壳内部的金属片，金属片与金属外壳对向布置，金属片上与金属外壳相对的第一侧面设有第一绝缘层，金属片固定连接在碳刷馈电单元上，金属片为两个，两个金属片布置在金属外壳的电源出口的相对两侧，两个金属片分别电连接在电源正负线的导电条上。通过设置与碳刷馈电单元电连接的金属片，由于金属片与金属外壳间的分布电容效应，在碳刷馈电单元的导电条与金属外壳之间产生了一个分布电容，由于所产生的分布电容几乎是纯容性，高频时有较好的滤波效果，并且作用频段较宽，本直流有刷电机提高了抑制高频电磁干扰的通用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁兼容技术领域，特别涉及一种直流有刷电机。
背景技术
直流有刷电机作为电器部件，常用于电子电气系统中，工作时，直流有刷电机由换向引起的电流变化和火花，会造成较明显的电磁干扰，其中直流有刷电机产生的电磁干扰是一个宽带干扰，其频率范围从数kHz直到上GHz。对于数百MHz以下的中低频干扰，通常通过电感和电容组成的滤波电路进行抑制。但在数百MHz以上、尤其是1GHz以上的高频段，电感和电容这类滤波元器件由于寄生参数的影响，滤波效果非常有限，难以抑制直流有刷电机的高频电磁干扰。
传统技术对于高频电磁干扰的抑制，通常采用磁珠、磁环等磁性器件，或空心电感、PCB走线电感等高频电感，而上述方案的滤波效果只能针对某一个范围较窄的频带，效果非常有限。如果需要扩展作用频段，则需要多个不同作用频带的滤波器叠加，这只有在特定的应用场合才能实现，且占用体积较大，而且提高设计、工艺等制造成本。另外，上述技术方案一般只能用于电流较小的电机，否则会由于滤波器件的饱和特性而失去效果，使得现有技术对于抑制直流有刷电机高频电磁干扰的通用性较低。
因此，如何提高直流有刷电机抑制高频电磁干扰的通用性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种直流有刷电机，该直流有刷电机提高了抑制高频电磁干扰的通用性。
为实现上述目的，本实用新型提供一种直流有刷电机，包括金属外壳及设置在所述金属外壳内部碳刷馈电单元，还包括位于所述金属外壳内部的金属片，所述金属片与所述金属外壳对向布置，所述金属片上与所述金属外壳相对的第一侧面设有第一绝缘层，所述金属片固定连接在所述碳刷馈电单元上，所述金属片为两个，两个所述金属片布置在所述金属外壳的电源出口的相对两侧，且两个所述金属片分别电连接在电源正负线的导电条上。
优选地，所述紧固件与所述金属片绝缘连接。
优选地，所述金属外壳内壁设有用于卡接所述紧固件的支撑件，所述支撑件与所述金属外壳固定连接。
优选地，所述第一绝缘层的外表面与所述金属外壳内表面抵接。
优选地，所述金属片为半刚性结构。
优选地，还包括能够与所述金属外壳开口端扣合的端盖，所述碳刷馈电单元位于所述端盖和所述金属外壳形成的内部空间内。
优选地，所述金属片上与所述第一侧面背向设置的第二侧面设有第二绝缘层。
优选地，所述金属外壳为圆柱形结构，所述金属片为与所述金属外壳轴线同轴的圆弧形板。
在上述技术方案中，本实用新型提供的直流有刷电机包括金属外壳、设置在金属外壳内部碳刷馈电单元及与位于金属外壳内部的金属片，金属片与金属外壳对向布置，金属片上与金属外壳相对的第一侧面设有第一绝缘层，金属片固定连接在碳刷馈电单元上，金属片为两个，两个金属片布置在金属外壳的电源出口的相对两侧，两个金属片分别电连接在电源正负线的导电条上。
通过上述描述可知，在本申请提供的直流有刷电机中，通过设置与碳刷馈电单元电连接的金属片，由于金属片与金属外壳间的分布电容效应，在碳刷馈电单元的导电条与金属外壳之间产生了一个分布电容，由于所产生的分布电容几乎是纯容性，寄生电感非常小，高频时有较好的滤波效果，并且作用频段较宽，因此，本申请提供的直流有刷电机提高了抑制高频电磁干扰的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的直流有刷电机的分解图；
图2为本实用新型实施例所提供的碳刷馈电单元的结构示意图；
图3为本实用新型实施例所提供的金属外壳的结构示意图；
图4为直流有刷电机采用10pF电容器在30MHz～1000MHz电磁干扰测试结果图；
图5为本实用新型实施例所提供的直流有刷电机在30MHz～1000MHz电磁干扰测试结果图；
图6本实用新型实施例所提供的本申请直流有刷电机与采用10pF电容器的直流有刷电机在1GHz～2.5GHz电磁干扰测试结果对比图。
其中图1-3中：1-端盖、2-碳刷馈电单元、21-碳刷、22-电源导电条、23-电感、24-电容、25-金属片、26-第一绝缘层、27-紧固件、28-安装板、3-电枢、4-磁钢、5-金属外壳、51-支撑件、52-电源出口。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种直流有刷电机，该直流有刷电机提高了抑制高频电磁干扰的通用性。
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1至图6，在一种具体实施方式中，本实用新型具体实施例提供的直流有刷电机包括金属外壳5、电枢3、磁钢4、设置在金属外壳5内部碳刷馈电单元2及位于金属外壳5内部的金属片25，金属片25与金属外壳5对向布置，金属片25上与金属外壳5相对的第一侧面设有第一绝缘层26，金属片25为两个，两个金属片25布置在金属外壳5的电源出口52的相对两侧，两个金属片25分别电连接在电源正负线的导电条22上，即一个金属片25与电源出口位置的导电条正极连接，另一个金属片25与电源出口位置的导电条负极连接。金属壳体5具体可以钢制结构、铜质或铝制结构等，当然，金属壳体5的材质，并不局限于上述材料。
进一步，碳刷馈电单元2包括安装板28、碳刷21、电感23、电容24，安装板28上设有用于卡接金属片25的紧固件27，紧固件27与金属片25绝缘连接，具体的，紧固件27为金属结构式，紧固件27表面设有绝缘层，或者紧固件27为绝缘件。具体的，该紧固件27具体可以为卡扣结构或者通过弹性抵接方式与金属片25连接。碳刷21、电感23和电容24均安装在安装板28上，且与电源导电条22连接。直流电源的正负极通过电源导电条22分别馈入碳刷21，使电机运转。电感23为两个，且两个电感23分别串联在正负极的两端电源导电条22中，电容24并联在电源正负极的两端电源导电条22之间，作为中低频滤波。金属片25可以通过焊接或压接的方式连接在电源导电条22上。
优选的，金属外壳5内壁设有用于卡接紧固件27的支撑件51，支撑件51与金属外壳5固定连接。优选的，支撑件51与紧固件27一对一对应。通过支撑件51卡接紧固件27，实现对碳刷馈电单元2承托，提高了直流有刷电机整体结构稳定性。
为了提高导电性，优选，金属片25为具有半刚性结构的良导体，例如铜片、铝箔、钢片、镀银层结构等，具体可以为半硬质铜质材料。
优选，金属片25在电机内部沿着金属外壳5的内壁延伸，且金属片25厚度相等，即金属片25为厚度均匀的板体结构。
优选，第一绝缘层26的外表面与金属外壳5内表面抵接，提高整体连接强度。
优选，直流有刷电机还包括能够与金属外壳5开口端扣合的端盖1，碳刷馈电单元2位于端盖1和金属外壳5形成的内部空间内。
优选的，金属片25上与第一侧面背向设置的第二侧面设有第二绝缘层。为了便于设置绝缘层，并保证电机内部的绝缘性，优选，金属片25的外表面均敷设有绝缘层，此时，紧固件27可以为金属件。
为了节省空间，减小材料浪费，优选金属外壳5为圆柱形结构，金属片25为与金属外壳5轴线同轴的圆弧形板。
直流有刷电机工作时产生的高频电磁干扰为共模干扰，即电源正负极的电源导电条22相对金属外壳5之间的电磁干扰，工作时，高频滤波结构的金属片25一端与电源正负极电源导电条22相连，由于金属片25与金属外壳5间的分布电容效应，在电源正负极电源导电条22与金属外壳5之间产生了一个分布电容，滤除高频电磁干扰。
具体的，假设金属片25与金属外壳5之间的间距恒定为d，单位m，金属片25第一侧面的面积为A，单位m2，该分布电容的容值近似为：
C＝ε0εrA/d(F)
其中ε0＝8.854*10-12F/m为真空介电常数，εr为铜片与金属外壳5之间绝缘胶的介电常数。
不同于电子器件电容器在高频时由于寄生参数的影响导致滤波效果降低，而本申请产生的分布电容是纯容性，其寄生电感微小，在高频下有较好的滤波效果，因此对数百MHz以上、特别是1GHz以上的高频电磁干扰有较好的抑制，分布电容越大的高频滤波结构，其滤波效果越明显。另外，同样是由于该分布电容是纯容性，频率越高阻抗越低，因此该滤波结构能起作用的频段范围非常宽，一般超过1GHz，而传统技术通常不能超过100MHz。
考虑到第一绝缘层26所用绝缘材料的相对介电常数一般在2～5之间，优选，金属片25的尺寸大于100mm2，金属片25与电机金属外壳5的内壁的间距0.5mm-1.5mm，具体的可以为1.0mm，使得金属片25产生足够的分布电容，起到较明显的滤波效果。在具体制造过程中，只要确保金属片25能产生足够的分布电容以及绝缘安全，可以自由的设计组合金属片25的尺寸、金属片25与金属外壳5的内壁之间的距离及第一绝缘层26材料的类型。
当金属片25为半硬质铜片时，其厚度由于趋肤效应的原因，一般无特别要求，满足刚度和加工工艺要求即可，一般金属片25的厚度为0.5mm-1mm。
将金属片25安装在电源正负极电源导电条22最靠近电机金属外壳5的出口的位置，把两个金属片25分别焊接或压接在电源导电条22上，把进行滤波的位置设置在电磁干扰在电机内传播路径的最末端，确保经过滤波之后不再受到电机内部电磁干扰的二次耦合，以实现最大化滤波的效果。
在一个具体实施方式中，在外径为150mm、高度为80mm的直流有刷电机上采用本技术方案厚度0.6mm、第一侧面面积450mm2的铜片，与金属外壳5的间距约为1mm，铜片第一侧面设有相对介电常数约2.5的第一绝缘层26，并通过焊接的方式连接在电机的电源正负极电源导电条22，工艺上可实现的最靠近金属外壳5出口的位置，距离出口小于10mm，该金属片25位置产生的分布电容约为9.96pF。如图4至图6所示，本申请滤波效果如a所示，作为对照，另一个相同的电机不采用本技术方案的高频滤波结构，而是在相同的位置使用10pF的X7R材质电容器，滤波效果如b所示。对比采用电容器进行高频滤波和采用本技术方案的高频滤波结构的电磁干扰测量结果，可以看到，在约700MHz以上、特别是1GHz以上的频段，采用本技术方案的高频滤波结构对电磁干扰有较为明显的抑制效果。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的直流有刷电机中，通过设置与碳刷馈电单元2电连接的金属片25，由于金属片25与金属外壳5间的分布电容效应，在碳刷馈电单元2的电源导电条22与金属外壳5之间产生了一个分布电容，滤除高频电磁干扰，以抑制直流有刷电机在工作中产生的数百MHz以上、特别是1GHz以上的高频电磁干扰，提高直流有刷电机的电磁兼容性能，电磁兼容高频滤波结构利用分布电容原理，不使用电子元器件，无需考虑饱和特性和电流等级，因此对电流较大的直流有刷电机同样适用，因此，本申请提供的直流有刷电机提高了抑制高频电磁干扰的通用性。
另一方面，该直流有刷电机整体结构小巧、安装紧凑，在空间和工艺上具有优势，便于广泛使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种直流有刷电机，包括金属外壳(5)及设置在所述金属外壳(5)内部碳刷馈电单元(2)，其特征在于，还包括位于所述金属外壳(5)内部的金属片(25)，所述金属片(25)与所述金属外壳(5)对向布置，所述金属片(25)上与所述金属外壳(5)相对的第一侧面设有第一绝缘层(26)，所述金属片(25)固定连接在所述碳刷馈电单元(2)上，所述金属片(25)为两个，两个所述金属片(25)布置在所述金属外壳(5)的电源出口(52)的相对两侧，且两个所述金属片(25)分别电连接在电源正负线的导电条(22)上。
2.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述碳刷馈电单元(2)包括安装板(28)及设置在所述安装板(28)上，且用于卡接所述金属片(25)的紧固件(27)，所述紧固件(27)与所述金属片(25)绝缘连接。
3.根据权利要求2所述的直流有刷电机，其特征在于，所述金属外壳(5)内壁设有用于卡接所述紧固件(27)的支撑件(51)，所述支撑件(51)与所述金属外壳(5)固定连接。
4.根据权利要求2所述的直流有刷电机，其特征在于，所述第一绝缘层(26)的外表面与所述金属外壳(5)内表面抵接。
5.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述金属片(25)为半刚性结构。
6.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，还包括能够与所述金属外壳(5)开口端扣合的端盖(1)，所述碳刷馈电单元(2)位于所述端盖(1)和所述金属外壳(5)形成的内部空间内。
7.根据权利要求1所述的直流有刷电机，其特征在于，所述金属片(25)上与所述第一侧面背向设置的第二侧面设有第二绝缘层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的直流有刷电机，其特征在于，所述金属外壳(5)为圆柱形结构，所述金属片(25)为与所述金属外壳(5)轴线同轴的圆弧形板。
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