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CN103580434A - 有刷电机 - Google Patents

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李童杰
罗庆斌
孙国伟
陈莹
钟慧婷
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Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
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Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种有刷电机，包括换向器和刷片，所述换向器包括若干沿周向分布的换向片，所述刷片由具有弹性的导电材料制成，包括电连接至直流电源的固定端和用于与换向器的换向片滑动接触的自由端，所述刷片自由端设有电磁干扰抑制结构。所述电磁干扰抑制结构可以为设置于刷片自由端的弧形结构，所述弧形结构朝远离换向器的方向弯曲。所述电机还包括一纯电容滤波电路，所述电路包括若干接地电容，每一刷片与地之间设有至少两接地电容。本发明的电机由于采用了电磁干扰抑制结构，不可控电磁干扰得到有效抑制，电磁干扰波形中的尖峰/毛刺明显减少/消除；滤波电路未采用磁珠，从而可大大降低生产成本。

Description

有刷电机
技术领域
本发明涉及一种有刷电机，尤其涉及一种可有效抑制不可控电磁干扰的有刷电机。
背景技术
有刷电机是一种内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。有刷电机具有启动快、制动及时、控制电路相对简单等特点从而得到广泛应用。
有刷电机由定子和转子两大部分组成，定子通常设磁极(绕组式或永磁式)和电刷，转子通常设换向器和与换向器的换向片电连接的绕组，电刷电连接至电源并与换向器的换向片滑动接触以向绕组供电，绕组通电后，转子上也形成磁场(磁极)，定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场的相互吸引下，使电机转子旋转。
现有技术的使用刷片的有刷电机中，为了产生预压力以确保刷片的接触端与换向器的换向片接触，刷片通常由具有弹性的导电材料制成。然而，此种刷片在与换向器滑动接触过程中易产生震动，在震动过程中，刷片的接触端易与换向器的换向片产生二次电接触(二次换向)，从而产生不可控电磁干扰。
本发明旨在提供一种可有效抑制不可控电磁干扰的有刷电机。
发明内容
本发明提供一种有刷电机，包括换向器和刷片，所述换向器包括若干沿周向分布的换向片，所述刷片由具有弹性的导电材料制成，包括电连接至直流电源的固定端和用于与换向器的换向片滑动接触的自由端，所述刷片自由端设有抑制刷片自由端与换向器的换向片二次接触从而抑制换向火花的电磁干扰抑制结构。
优选地，所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片自由端的弧形结构，所述弧形结构朝远离换向器的方向弯曲。
优选地，所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片自由端的高阻材料层，所述刷片自由端包括用于与换向器滑动接触的接触区，所述高电阻材料层分布于接触区周缘。
优选地，所述电机还包括一滤波电路，所述滤波电路包括若干接地电容，每一刷片与地之间设有至少两接地电容。
本发明还提供一种有刷电机，包括换向器和刷片，所述换向器为圆柱形，包括若干沿周向分布的换向片，所述刷片由具有弹性的导电材料制成，包括电连接至直流电源的固定端和用于与换向器的换向片滑动接触的自由端，所述刷片自由端设有用于与换向片滑动接触的接触区，接触区周缘为高电阻材料层，所述高电阻材料层的电阻大于接触区的电阻。
优选地，所述刷片自由端朝远离换向器的方向弯曲。
优选地，所述电机还包括一纯电容滤波电路，所述纯电容滤波电路包括若干接地电容，每一刷片与地之间设有至少两相互并联的接地电容
本发明的电机由于采用了电磁干扰抑制结构，不可控电磁干扰得到有效抑制，电磁干扰波形中的尖峰/毛刺明显减少/消除；滤波电路未采用磁珠，从而可大大降低生产成本。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明一实施例的有刷电机的简化示意图；
图2是本发明一实施例的有刷电机的换向装置的沿其轴向看的平面示意图；
图3A是本发明另一实施例的有刷电机的换向装置的沿其轴向看的平面示意图；
图3B是图3A中的刷片的平面示意图；
图4是本发明一实施例的有刷电机的滤波电路图；
图5A与图5B分别为本发明的电机与现有技术的电机的电磁干扰波形检测图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请参阅图1，本发明的有刷电机包括定子1、转子2及换向装置。定子1与转子2其中之一设磁极3，其中之另一设换向器10及与换向器的换向片电连接的绕组4，电刷电连接至电源并与换向器10的换向片12(见图2)滑动接触以向绕组供电，绕组4通电后，在定转子磁场的相互作用下，电机转子旋转。
图2是本发明一实施例的有刷电机的换向装置的沿其轴向看的平面示意图。所述换向装置，包括换向器10和用于与换向器10滑动接触的两刷片30。
所述换向器10包括若干沿周向分布的换向片12。在本实施例中，所述换向器10为柱状换向器，换向片12设置于外圆柱面，所述刷片30设置于换向器10的周边两相对侧，用于与换向片12滑动接触。可以理解地，所述换向器10也可以为平面换向器，换向片设置于换向器的轴向端面。
所述两刷片30分别连接至直流电源的正负端，每一刷片30的一端32为固定端且连接至直流电源，另一端34为自由端(也叫接触端)，可绕固定端32摆动。所述刷片30由具有弹性的导电材料如铍铜制成。工作时，所述刷片30处于弹性变形状态下，弹性变形产生的变形力促使刷片30自由端34始终保持与换向片12滑动接触。
为了防止在换向器10转动过程中，所述刷片30的接触端34由于震动而与换向片12二次电接触从而产生不可控电磁干扰，所述刷片30上设有通过抑制刷片30与换向片12之间的二次电接触从而抑制产生不可控电磁干扰的电磁干扰抑制结构。
请参阅图2，依本发明第一实施例，所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片30自由端34的弧形结构36，所述弧形结构36朝远离换向器10的方向弯曲(弧形结构36的圆心远离换向器10)，从而可增大所述弧形结构36中除正常接触区(离换向器中心最近的区)以外其他部分与换向器10的距离，从而避免换向过程中由于刷片30震动而与换向片12二次电接触。理论上，所述弧形结构36的曲率半径越小越好，但考虑到生产等其他方面的因素，所述弧形结构36的曲率半径与换向器10半径之比的优选范围为大于0.2而小于5。
请参阅图3A和图3B，依本发明第二实施例，所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片30自由端34的靠近换向片12一侧的高电阻材料层38(包括绝缘材料)，所述刷片30自由端34包括一用于与换向器10滑动接触的具有低电阻值的接触区35，高电阻材料层38分布于接触区35周缘，高电阻材料层38的电阻远大于接触区35的电阻。高电阻材料层38的设置，可减小刷片因为震动而使得接触区35的周缘地区与换向器10二次接触时的导通电流，从而起到抑制不可控电磁干扰的作用。
优选地，所述有刷电机还包括一滤波电路，所述滤波电路包括若干接地电容52，在本实施例中，所述刷片30包括用于与直流电源的正极相连的正刷片30a和用于与直流电源的负极相连的负刷片30b，每一刷片与地之间设有两相互并联的接地电容52，用于过滤共模干扰，所述两接地电容52中其中一电容的电容值为1～100nF，另一电容的电容值为10～100pF。优选地，所述其中一电容的电容值为8～12nF，另一电容的电容值为65～70pF。在实际应用中，每个电容只有在共振频率下才具有较好的过滤效果。本发明设置1个以上的接地电容，以使得在较宽的频率下所述滤波电路具有较好的过滤效果。本实施例中的有刷电机的滤波电路采用纯电容结构，相对于现有技术中采用磁珠(bead)加电容构成的滤波电路，可极大地降低成本。
可以理解地，每一刷片30与地之间也可以设两个以上的接地电容52。
所述两刷片30之间设线电容54，用于过滤差模干扰。所述线电容的电容值0.47～20uF。优选地，所述线电容54的电容值8～12uF。
图5A与图5B分别为本发明的电机与现有技术的电机的电磁干扰波形图。图5A所示的本发明的电机采用了图2所示的带弯曲结构36的刷片30和图4所示的滤波电路。图5B所示的现有技术的电机采用未带弯曲结构的直刷片和常规滤波电路(采用磁珠加电容)。从两图对比可以看出，两者都符合要求(噪音值皆在标准线以下)，本发明的电机由于采用了带弯曲结构36的刷片30，电磁干扰波形中的尖峰/毛刺(不可控电磁干扰)明显减少/消除。
可以理解地，所述刷片30的自由端34也可同时设置弧形结构36和高电阻材料层38。
以上所述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 (11)

1.一种有刷电机，包括换向器和刷片，所述换向器包括若干沿周向分布的换向片，所述刷片由具有弹性的导电材料制成，包括电连接至直流电源的固定端和用于与换向器的换向片滑动接触的自由端，其特征在于：所述刷片自由端设有通过抑制刷片自由端与换向片之间的二次电接触从而抑制产生不可控电磁干扰的电磁干扰抑制结构。
2.根据权利要求1所述的有刷电机，其特征在于：所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片自由端的弧形结构，所述弧形结构朝远离换向器的方向弯曲。
3.根据权利要求1所述的有刷电机，其特征在于：所述电磁干扰抑制结构为设置于刷片自由端的高阻材料层，所述刷片自由端包括用于与换向器滑动接触的接触区，所述高电阻材料层分布于接触区周缘。
4.根据权利要求1至3任一项所述的有刷电机，其特征在于：所述电机还包括一滤波电路，所述滤波电路包括若干接地电容，每一刷片与地之间设有至少两相互并联的接地电容。
5.根据权利要求4所述的有刷电机，其特征在于：所述至少两接地电容中其中一电容的电容值为1～100nF，另一电容的电容值为10～100pF。
6.根据权利要求4所述的有刷电机，其特征在于：所述刷片包括用于与直流电源的正极相连的正刷片和用于与直流电源的负极相连的负刷片，所述正刷片与负刷片之间设线电容。
7.根据权利要求6所述的有刷电机，其特征在于：所述线电容的电容值0.47～20uF。
8.根据权利要求2所述的有刷电机，其特征在于：所述弧形结构的曲率半径与换向器半径之比大于0.2小于5。
9.一种有刷电机，包括换向器和刷片，所述换向器为圆柱形，包括若干沿周向分布的换向片，所述刷片由具有弹性的导电材料制成，包括电连接至直流电源的固定端和用于与换向器的换向片滑动接触的自由端，其特征在于：所述刷片自由端设有用于与换向片滑动接触的接触区，接触区周缘为高电阻材料层，所述高电阻材料层的电阻大于接触区的电阻。
10.根据权利要求9所述的有刷电机，其特征在于：所述刷片自由端朝远离换向器的方向弯曲。
11.根据权利要求9或10所述的有刷电机，其特征在于：所述电机还包括一纯电容滤波电路，所述纯电容滤波电路包括若干接地电容，每一刷片与地之间设有至少两相互并联的接地电容。
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