CN104734449B - 电刷装置及使用该电刷装置的有刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供电刷装置以及使用该电刷装置的有刷电机。电刷装置包括支撑件（31）、设置于支撑件（31）的电刷安装架（33）、安装到相应的电刷安装架（33）的用于与电机转子的换向片摩擦接触的至少四根电刷、用于与外部电源连接的第一电源接线端（41）和第二电源接线端（42）、串接在第一电源接线端（41）与对应电刷之间的第一供电支路、串接在第二电源接线端（42）与对应电刷的第二供电支路。第一供电支路串接有第一滤波电路，第二供电支路串接有第二滤波电路；所述至少四根电刷关于换向器的转动中心对称。第一电源接线端（41）和第一滤波电路安装于两根相邻的电刷围成的区域，该两根电刷形成的夹角大于60度小于180度。本发明降低了电刷对电源接线端的耦合效应。

Description

电刷装置及使用该电刷装置的有刷电机

【技术领域】

本发明涉及电机领域，具体地，涉及一种有刷电机及其电刷装置。

【背景技术】

有刷直流电机包括定子和可旋转地安装到定子的转子。转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯、绕制于转子铁芯并与换向器的换向片电连接的转子绕组。定子包括电刷装置，电刷装置具有电刷与换向片摩擦接触实现电接触。

电机运行时，转子相对于定子进行高速转动，导致电刷及其供电电路经受电压和电流的高速波动，从而产生电磁干扰（EMI）。

为了抑制电机的电磁干扰，通常在电刷装置安装滤波电路，避免电机对电机外部产生电磁干扰。但是，因为电机的体积都比较小，电刷的耦合效应依然会对电机的供电电路、电机外部产生电磁干扰。

因此，亟需一种更好的抑制电机电磁干扰的方案。

【发明内容】

本发明的一个目的是改善有刷电机的性能。

为此，本发明的第一方面提供一种适用于有刷电机的电刷装置。该电刷装置，包括支撑件、设置于支撑件的电刷安装架、安装到相应的电刷安装架的至少四根电刷、用于与外部电源连接的第一电源接线端和第二电源接线端、串接在第一电源接线端与对应电刷之间的第一供电支路、串接在第二电源接线端与对应电刷之间的第二供电支路。其中，所述第一供电支路串接有第一滤波电路，所述第二供电支路串接有第二滤波电路；所述至少四根电刷的位置关于点对称；所述第一电源接线端和第二电源接线端安装于对应两根相邻电刷形成的区域，所述对应两根相邻电刷形成的夹角大于60度。

作为本发明的一种优选方案，所述夹角大于90度小于160度。

作为本发明的一种优选方案，所述夹角为120度。

作为本发明的一种优选方案，所述第一滤波电路和/或所述第二滤波电路也安装于所述对应两根相邻电刷形成的区域。

作为本发明的一种优选方案，所述电刷装置还包括与所述第一电源接线端、第二电源接线端并联的变阻和/或电容。

作为本发明的一种优选方案，所述第一滤波电路包括串接于第一电源接线端与对应电刷之间的第一电感，所述第一电感平行或基本平行于与其相邻的一根电刷。

作为本发明的一种优选方案，所述第二滤波电路包括串接于第二电源接线端与对应电刷之间的第二电感，所述第二电感平行或基本平行于与其相邻的一根电刷。

作为本发明的一种优选方案，所述第一滤波电路和/或第二滤波电路还包括第一接地电容，所述第一接地电容的一极连接于对应的电感与对应的电源接线端之间。

作为本发明的一种优选方案，所述第一接地电容安装于与其电连接的对应的电感与对应的电源接线端之间。

作为本发明的一种优选方案，第一供电支路或第二供电支路中，对应的滤波电路与对应的电源接线端之间接地。

连接至第一电源接线端的电刷对关于一直线对称，连接至第二电源接线端的电刷对亦关于该直线对称，该直线通过所述对应两根相邻电刷形成的区域。

本发明的第二方面还提供一种使用了上述电刷装置的有刷电机，该有刷电机包括定子和转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、绕制于转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；所述定子包括外壳、位于外壳一端的端盖、安装于所述端盖用于支撑所述转子的转轴的轴承。所述有刷电机还包括本发明上述的电刷装置，所述电刷装置的电刷位于所述换向器的周围并关于所述转子的转动中心对称。

作为本发明的一种优选方案，所述电刷装置的第一滤波电路和/或第二滤波电路与所述外壳电连接。

实施本发明，电刷分布在换向器的周围并关于换向器的转动中心对称，实现了电刷与换向器的稳定摩擦接触，有效地改善了电机电流换向时的噪声和EMI，且电源接线端离相邻的电刷较远，降低或消除了电刷对电源接线端的耦合效应，进一步改善了电机的EMI抑制效果，提高了电机的EMC水平。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

【附图说明】

图1是本发明一个实施例提供的有刷直流电机的爆炸示意图；

图2为图1的有刷直流电机的定子和转子的端面示意图；

图3是图1所示有刷直流电机使用的电刷装置的示意图；

图4是图3所示电刷装置去掉了绝缘支撑架后的示意图；

图5是图1所示电机的电路连接示意图；

图6和图7分别是图1所示电机和传统电机的辐射性EMI测试结果图；

图8和图9分别是图1所示电机和传统电机的另一个传导性EMI测试结果图。

【具体实施方式】

参考图1和图2，本发明一个实施例提供的有刷直流电机100包括定子和转子。定子包括一端带底部而另一端开口的外壳21、位于外壳21内并安装到外壳21的环形侧壁的永磁体22、安装到外壳21的开口端的端盖23及电刷装置25。转子包括转轴11、固定到转轴11的转子铁芯13和换向器15、绕制于转子铁芯13的齿并与换向器15的换向片电连接的转子绕组16，每一绕组16只绕在一个转子齿上从而形成集中式绕组。转轴11一端通过定子端盖23上的轴承支撑、另一端通过外壳21底部的轴承安装到定子，从而使得转子能够相对于定子转动。在本实施例中，所述定子永磁体形成6个永久磁极，所述转子铁芯形成9个齿从而在相邻齿之间形成9个绕线槽，这样，电机形成6极9槽电机。

参考图3和图4，电刷装置25包括板状的绝缘支撑件31、设置于支撑件31的电刷安装架33、安装到相应电刷安装架33的第一电刷对35和第二电刷对36、用于与外部电源连接的第一电源接线端41和第二电源接线端42、串接第一电刷对35与第一电源接线端41的第一供电支路、串接第二电刷对36与第二电源接线端42的第二供电支路。电机100的转子安装到定子时，第一电刷对35和第二电刷对36位于换向器15的周围，并与换向器15的换向片摩擦接触实现电连接。第一电刷对35分别位于一通过换向器15中心的直线的两旁并关于该直线对称，第二电刷对36亦关于该直线对称。本实施例中，该4根电刷关于换向器15的转动中心对称，即：该4根电刷绕着该转动中心旋转180度后，所在位置与旋转之前的位置重合，例如，第一电刷对35绕着该中心旋转180度后所在位置与第二碳刷对36旋转之前的位置重合，第二电刷对36绕着该中心旋转180度后所在位置与第一碳刷对35旋转之前的位置重合。因此，换向器15的外周表面与电刷的接触更加稳定，减少了EMI源，有利于抑制EMI。

第一供电支路串接有第一滤波电路，本实施例中，第一滤波电路包括第一电感L1。具体地，第一电源接线端41通过片状的第一导体43连接到第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端通过另一根片状导体45连接到第一电刷对35。

第二供电支路串接有第二滤波电路，本实施例中，第二滤波电路包括第二电感L2。具体地，第二电源接线端42通过片状的第二导体44连接到第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端通过另一根片状导体46连接到第二电刷对36。

本实施例中，第一电源接线端41和第一滤波电路、第二电源接线端42和第二滤波电路都安装于两根相邻的电刷围成的第一区域，该两根相邻的电刷具有相同的极性，例如都连接到正极或者负极。围成该第一区域的两根相邻的电刷的夹角大于60度，小于180度，使得第一电源接线端41和第一滤波电路、第二电源接线端42和第二滤波电路的安装位置与该两根相邻的电刷的距离尽可能远。更优选地，围成该第一区域的两根相邻的电刷的夹角大于90度且小于160度。

本实施例中，电机100的定子形成6个磁极，第一电刷对35具有两根电刷且该两根电刷形成120度的夹角，第二电刷对36具有两根电刷且该两根电刷形成120度的夹角。本实施例中，第一电源接线端41和第一滤波电路、第二电源接线端42和第二滤波电路都安装到第二电刷对36的两根电刷围成的区域。

为了更好的滤波效果，电刷装置还包括连接于第一电源接线端41、第二电源接线端42之间的变阻Rv和/或电容Cx。第一滤波电路还包括第一接地电容C1，第一接地电容C1的一极连接于对应的电感与对应的电源接线端之间，另一极通过导体45与电机100的外壳21电连接从而实现接地连接。优选地，第一接地电容C1安装于与其电连接的对应的电感L1与对应的电源接线端41之间，即，第一滤波电路的主要组件（第一电感L1、第一电容C1）均安装在第一电源线端41与相邻的电刷36之间，以更好地抑制电刷36对第一电源线端41的耦合。

第二滤波电路的近第二电源接线端42的部分，通过第二导体44的一个伸出片46与外壳21电连接，从而实现接地连接。第二导体44直接通过外壳21接地而不是通过电容连接外壳21，降低了接地阻抗，也降低了成本。但是，应当意识到，第二导体44也可以通过一电容与外壳21连接。

参考图5，第一电刷对35的电压/电流波动被第一电感L1、第一电容C1过滤后，通过外壳21接地，从而不干扰第一电源接线端41。第二电刷对36的电压/电流波动被第二电感L2过滤后，通过外壳21接地，从而不干扰第二电源接线端42。

并且，因为第一滤波电路的安装位置位于第一电源接线端41及其第一电刷对35之间，即，第一电源接线端41与最近的电刷之间的距离较远，且中间还被电感L1隔开，有效地降低或者消除了电刷对第一电源接线端41的耦合效应，进一步抑制了电机的EMI，提高了电机的电磁兼容（EMC）水平。

类似地，第二电源接线端42与最近的电刷之间的距离较远，且中间还被电感L2隔开，有效地降低或者消除了电刷对第二电源接线端42的耦合效应，进一步抑制了电机的EMI，提高了电机的电磁兼容（EMC）水平。

进一步地，参考图2和图3，第一电感L1平行或基本平行于与其相邻的一根电刷，第二电感L2平行或基本平行于与其相邻的一根电刷。

图6和图7分别是本发明提供的电机100与传统的电机的辐射性（radiated）EMI测试结果图。其中，横轴单位是兆赫兹（MHz），表示电机的EMI频率。纵轴单位是分贝微伏每米（dBuV/m），表示电机EMI的震幅。纵轴的数值（尤其是峰值）越小，表示电机的EMI抑制效果越好。

图8和图9分别是本发明提供的电机100与传统的电机的传导性（conducted）EMI测试结果图。其中，横轴单位是兆赫兹（MHz），表示电机的EMI频率。纵轴单位是分贝微伏（dBuV），表示电机EMI的震幅。纵轴的数值越小，表示电机的EMI抑制效果越好。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种有刷电机的电刷装置，包括支撑件(31)、设置于支撑件(31)的电刷安装架(33)、安装到相应的电刷安装架(33)的至少四根电刷、用于与外部电源连接的第一电源接线端(41)和第二电源接线端(42)、串接在第一电源接线端(41)与对应电刷之间的第一供电支路、串接在第二电源接线端(42)与对应电刷之间的第二供电支路，其特征在于：

所述第一供电支路串接有第一滤波电路，所述第二供电支路串接有第二滤波电路；

所述第一电源接线端(41)和第二电源接线端(42)安装于对应两根相邻电刷形成的区域，所述对应两根相邻电刷具有相同的极性且形成的夹角大于60度小于180度。

2.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，所述夹角大于90度小于160度。

3.如权利要求2所述的电刷装置，其特征在于，所述夹角为120度。

4.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，所述第一滤波电路和/或所述第二滤波电路也安装于所述对应两根相邻电刷形成的区域。

5.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，所述电刷装置还包括连接于所述第一电源接线端(41)与第二电源接线端(42)之间的变阻和/或电容。

6.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，所述第一滤波电路包括串接于第一电源接线端(41)与对应电刷之间的第一电感(L1)，所述第一电感(L1)平行或基本平行于与其相邻的一根电刷。

7.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，所述第二滤波电路包括串接于第二电源接线端(42)与对应电刷之间的第二电感(L2)，所述第二电感(L2)平行或基本平行于与其相邻的一根电刷。

8.如权利要求6所述的电刷装置，其特征在于，所述第一滤波电路和/或第二滤波电路还包括第一接地电容(C1)，所述第一接地电容(C1)的一极连接于对应的电感与对应的电源接线端之间。

9.如权利要求8所述电刷装置，其特征在于，所述第一接地电容(C1)安装于与其电连接的对应的电感与对应的电源接线端之间。

10.如权利要求6所述的电刷装置，其特征在于，第一供电支路或第二供电支路中，对应的滤波电路与对应的电源接线端之间接地。

11.如权利要求1所述的电刷装置，其特征在于，连接至第一电源接线端(41)的电刷关于一直线对称，连接至第二电源接线端(42)的电刷亦关于该直线对称，该直线通过所述对应两根相邻电刷形成的区域。

12.一种有刷电机，包括定子和转子；所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器和转子铁芯、绕制于转子铁芯并与所述换向器的换向片电连接的转子绕组；所述定子包括外壳、位于外壳一端的端盖、安装于所述端盖用于支撑所述转子的转轴的轴承；其特征在于，所述有刷电机还包括如权利要求1至11中任意一项所述的电刷装置，所述电刷装置的电刷位于所述换向器的周围并关于所述转子的转动中心对称。

13.如权利要求12所述的有刷电机，其特征在于，所述电刷装置的第一滤波电路和/或第二滤波电路与所述定子外壳电连接。

14.如权利要求12所述的有刷电机，其特征在于，所述电机定子包括6个永久磁极，所述电机转子铁芯形成9个绕线槽，从而形成一个6极9槽电机。