CN105703189B - 换向器、转子和电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种换向器,其包括处于内圈的导体层、环设于所述导体层径向***的绝缘层和环设于所述绝缘层径向***的换向片层,所述换向片层包括若干换向片,所述绝缘层轴心线处设有机轴安装孔,所述导体层和所述换向片层通过所述绝缘层相互绝缘隔离。本发明还提供采用上述换向器的转子以及电机。采用本发明的技术方案,换向器的三层结构形成一个正对面积大、板件间距小的电容器,从而具备较大的电容,具备对EMI的较强的吸收能力,从而为无需在换向器外额外增设EMI吸收结构提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及电机及其中的转子和换向器。
背景技术
如图7和图8所示,在电机工作时因换向器与碳刷会产生火花信号而导致EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)发生,为了抑制或消除EMI,目前通常的做法是在电机中、换向器***设置能够吸收EMI的材料制成的结构,但是,这加重了电机的重量,不利于电机的轻型化,同时该EMI抑制结构以及为了装设该结构而需要的配套安装结构,使得电机结构更加复杂,相应加工工艺复杂,制造成本高。
发明内容
为解决现有换向器结构使得为泄放EMI而需要在电机中额外增加EMI吸收结构导致电机重量加重、结构复杂的技术问题,或者,仅有该额外增加的EMI吸收结构,吸收效果欠佳的技术问题,本发明提出一种换向器。
所述换向器包括处于内圈的导体层、环设于所述导体层径向***的绝缘层和环设于所述绝缘层径向***的换向片层,所述换向片层包括若干换向片,所述绝缘层轴心线处设有机轴安装孔,所述导体层和所述换向片层通过所述绝缘层相互绝缘隔离。
采用此技术方案,换向器的三层结构形成一个正对面积大、板件间距小的电容器,从而具备较大的电容,具备对EMI的较强的吸收能力,从而为无需在换向器外额外增设EMI吸收结构提供了可能。
作为上述换向器的第一种改进,所述绝缘层的径向厚度为0.8-2毫米,优选1毫米。
采用上述技术方案,不致因绝缘层厚度太厚而使电容过小导致对EMI信号的吸收能力弱,又不致因绝缘层太薄而对制造工艺或组成材质提出过高要求。厚度选为1mm时,可以兼顾电容大小和工艺/材质要求。
作为上述换向器的第三种改进,所述导体层和所述绝缘层之间的接触面形成凹凸配合,和/或,所述绝缘层和所述换向片层之间的接触面形成凹凸配合。
采用此技术方案,结构简单,咬合程度高。
作为上述换向器的进一步改进,所述换向片或所述导体层导电接地。
采用此技术方案,能将换向器所含的电容器上吸收的EMI能量对地泄放,减弱或消除电机EMI。
为解决现有转子结构使得为泄放EMI而需要在电机中额外增加EMI吸收结构导致电机重量加重、结构复杂的技术问题,或者,仅有该额外增加的EMI吸收结构,吸收效果欠佳的技术问题,本发明提出一种转子。
所述转子包括电机轴和上述换向器,所述换向器通过所述机轴安装孔安装于所述电机轴上。
当所述电机轴为导体材质,所述导体层与所述电机轴导电接触,作为第一种改进,所述导体层或所述电机轴直接导电接地;或者,作为第二种改进,所述导体层与所述电机轴导电接触并通过该电机轴而间接导电接地。
采用上述第二种改进,利用呈细长杆状的电机轴,等同于将换向器导体层延伸至电机端部甚至外部,方便地进行接地,且不对其他结构产生任何影响。
当电机轴为绝缘材质,该电机轴开设有通孔,由所述导体层引出的导体件穿过所述通孔后导电接地。
采用此技术方案,利用呈细长杆状的电机轴,利用导体件方便地将换向器导体层引导至接地,且除了需要利用简单的工艺对电机轴开设一个通孔外,不对其他结构产生任何影响。
为解决现有电机结构使得为泄放EMI而需要在电机中额外增加EMI吸收结构导致电机重量加重、结构复杂的技术问题,或者,仅有该额外增加的EMI吸收结构,吸收效果欠佳的技术问题,本发明提出一种电机。
所述电机包括机壳和上述换向器,所述机壳环绕于所述换向器***。
作为上述电机的第一种改进,所述机壳为导体材质,所述导体层与所述机壳导电连接,所述导体层或所述机壳直接导电接地。
作为上述电机的第二种改进,所述导体层通过所述机壳而间接导电接地。
采用此技术方案,利用呈细长杆状的电机轴,等同于将换向器导体层延伸至电机端部,再通过现成的接地的机壳,将换向器导体层导电接地,实现方式简单,且对其他结构不产生任何影响。
所述电机还包括电机轴,当所述机壳和所述电机轴均为导体材质,所述电机轴分别与所述导体层和所述机壳导电接触,作为第一种改进,所述电机轴、所述导体层或所述机壳直接导电接地;或者,作为第二种改进,所述导体层通过所述电机轴或所述机壳而间接导电接地。当所述机壳为导体材质,所述电机轴为绝缘材质且该电机轴开设有通孔,由所述导体层引出的导体件穿过所述通孔后与所述机壳导电连接并通过该机壳间接导电接地。
采用本发明的技术方案,换向器的三层结构形成一个正对面积大、板件间距小的电容器,从而具备较大的电容,具备对EMI的较强的吸收能力,从而为无需在换向器外额外增设EMI吸收结构提供了可能。再通过将导体层直接导电接地,或者通过电机轴导电接地,或者依次通过电机轴和机壳导电接地,将EMI泄放,且利用原有的部件和结构,无需或仅需极小结构上的改动,即可实现EMI的顺利泄放。于是,原有的额外增设的EMI吸收结构已无必要,省去后,即可减轻电机的重量,结构和制造工艺也相应简化。当然,为了将EMI吸收得更为彻底,在采用本发明的结构的同时,全部或部分保留原有的额外增设的EMI吸收结构,亦为可行。
附图说明
图1为本发明换向器实施例的平面视图;
图2为本发明转子实施例结构的立体视图;
图3为本发明电机实施例结构的立体视图;
图4所示为另一实施例结构的换向器的剖视示意图;
图5所示为再一实施例结构的换向器的剖视示意图;
图6所示为又一实施例结构的换向器的剖视示意图;
图7为现有电机一实施例的立体视图;
图8为图7所示电机中换向器结构的立体视图。
具体实施方式
作为本发明换向器的实施例,如图1所示,本实施例的换向器1包括处于内圈的导体层11、环设于导体层11径向***的绝缘层12和环设于绝缘层径向***的换向片层13。优选地,导体层11为圆柱状,导体层11中央设有电机转轴安装孔10,导体层11和换向片层13通过绝缘层12相互绝缘隔离。换向片层13包括多个换向片13a。换向片层13可采用铜质材料,绝缘层12可采用树脂材料,导体层11则可为铜材质、铝材质或其他金属材质。换向器1通过转轴安装孔10安装在电机的电机轴上。导体层11和同为导体材质的换向片层13之间通过绝缘层12隔离,从而形成一个电容器,电容器的电容大小除了绝缘材质的介电常数外,还直接正比于绝缘层12两侧分别作为极板的导体层11和换向片层13正对的面积、反比于导体层11和换向片层13之间的板间距离。导体层11的增设,不仅使绝缘层12两侧的导体有较大的正对面积,又使它们之间有较小的板间距离,从而能够提供较大的电容。
将本实施例的换向器1安装于电机的电机轴2上后,如图2、3所示,将换向器1的导体层11或换向片层13直接或间接导电接地,电机工作时产生的EMI即被具有较大电容的上述电容器吸收,并通过地线释放,从而极大的减弱或消除EMI导致的不良影响。所谓直接导电接地,即不通过电机的或与电机相关的其他导体结构而导电接地,所谓间接导电接地,即通过电机的或与电机相关的其他导体结构而导电接地。由于换向片层13主要由多个分隔的换向片13a组成,将换向片层13接地难度和复杂度较高,因此,优选采用将导体层11直接或间接导电接地。
理想情况下,单纯从电容角度考虑,绝缘层12各处的径向厚度(壁厚)相同且内壁离轴线的径向距离相同,以在各处都形成相同的电容值,保障各处形成的电容对EMI的吸收能力相同。不过,需要兼顾工艺实现难度以及绝缘层12分别与导体层11和换向片层13的装配、紧固的需要,绝缘层12的各处壁厚不会完全一致。
优选的,绝缘层12的径向厚度为0.8-2mm,若太厚,导体层11和换向片层13之间形成的电容过小,难以吸收EMI,若太薄,制造工艺难以满足如此高的要求。其中,效果最佳的宜为1mm,既能获得较大的板间电容(对于同型号换向器的实际检测发现,此时电容值可达5pf-40nf),又不至于对制造工艺提出过高要求。
如图1、2所示,导体层11和绝缘层12、绝缘层12和换向片层13之间可以采用多种方式紧固连接,譬如压合、粘合、咬合等等。在本实施例中,导体层11和绝缘层12之间的接触面、绝缘层12和换向片层13之间的接触面均分别形成凹凸配合14,凹凸配合的目的在于通过加强相连接的双方接触面之间的咬合力或摩擦力,从而增强双方结合紧固度。当然,两对接触面中之一或两者全部可采用其他连接方式。
作为本发明转子的实施例,如图2所示,本实施例的转子100,包括电机轴2和上述实施例的换向器1,换向器1通过机轴安装孔10安装于电机轴2上。电机轴2和换向器1可以采用多种方式紧固连接,本实施例中电机轴2和机轴安装孔10过盈配合来确保电机轴2能顺利带动换向器1转动,且此种方式不易在两者之间形成空隙而造成换向器1在电机轴2上晃动。
本实施例中,换向片层13或导体层11可以直接导电接地,以消除EMI。譬如,如图2所示,在电机轴2为绝缘体时,可在电机轴2上开设一个通孔20,细长导体15一端穿过该通孔20与换向器1导体层11导电连接,另一端导电接地,利用电机轴2呈细杆状结构的特点,在不影响电机其他部件的制造和工作的情况下将换向器1导电接地。
而当电机轴2为导体材质时,此时导体层11与电机轴2导电接触,可将电机轴2导电接地,如此,导体层11即可通过电机轴2而间接导电接地,连对电机轴2的结构也无需特殊改变即可实现换向器1导体层11导电接地。
需说明的是,虽然当电机轴2为导体材质时,传统的只含绝缘层12’和换向片层13’而不含导体层的换向器1’(如图4、5所示)通过通孔10’套于电机轴2上后,绝缘层12’以及两侧的导体换向片层13’和导体电机轴2也构成了一个电容器。但是,由于电机轴2为细长杆状,其与换向片层13’及其换向片13a的正对面积小,且,电机轴2与换向片层13’的板间距离远(即绝缘层12’径向厚度厚),所以该电容器的电容极小(对于同型号换向器的实际检测发现,绝缘层厚度为4.5mm时,对应电容值小于1pf),而换向器1’和碳刷3产生的EMI信号的频率较低(一般小于6GHz),该电容器极小的电容难以吸收EMI信号,因此,行业内至今无人意识到可以利用换向器自身的或与电机轴配合形成的电容来吸收和泄放EMI信号。
作为本发明电机的第一实施例,如图3所示,本实施例的电机包括机壳4和上述换向器实施例的换向器1,机壳4环绕于换向器1***(电机的部分结构未示出)。
本实施例中,换向片层13或导体层11可以直接导电接地,以消除EMI。当机壳4为导体材质时,还可将换向片层13或导体层11与机壳4导电连接,再将机壳4导电接地,如此,换向片层13或导体层11即可通过机壳4而间接导电接地,利用机壳将EMI泄放掉。
如图3所示,本实施例的电机还包括电机轴2。
换向片层13或导体层11可以直接导电接地,以消除EMI。譬如,在机壳4和电机轴2均为绝缘体时,可在电机轴2和机壳4上分别开设相互贯通的通孔20,细长导体15一端穿过通孔20与换向器1导体层11导电连接,另一端导电接地。
相似的,在机壳1为导体、电机轴2为绝缘体时,可仅在电机轴2上开设一个通孔20,细长导体15一端穿过该通孔20与换向器1导体层11导电连接,另一端与机壳导电4连接,利用电机轴2呈细杆状结构的特点,在不影响电机其他部件的制造和工作的情况下将换向器1通过机壳4间接导电接地。而当机壳4和电机轴2均为导体材质时,如图3所示,此时电机轴2分别与导体层11与机壳4导电连接,则导体层11即可依次通过电机轴2、机壳4而导电接地,无需对电机进行其他结构上的改动,完全利用现成的导体材质的电机轴2、机壳4,即能顺利将电容器上吸收的EMI泄放掉。
图4所示为另一实施方式的换向器。本实施例,换向器为平板型换向器,导体层11和换向片13a基本平行,供电机转轴穿越的转轴安装孔10垂直贯穿导体层和绝缘层12,导体层11与电机轴垂直并与之直接接触。换向片13a用于与电机的电刷滑动接触以向电机的电枢供电,每一换向片13a的外边缘设一挂钩13b,用于固定电枢绕组的线端。
图5所示为再一实施方式的换向器。本实施例中,换向器依然为平板型换向器,为了增大导体层11与换向片13a相对面的面积从而增大电容,每一换向片13a还包括至少一延伸部13c,优选地,所述延伸部13c的个数为2个,分别沿轴向延伸,所述导体层亦包括一轴向延伸部11b,优选地,所述轴向延伸部11b为圆筒状,导体层11的延伸部11b与换向片的延伸部13c平行并位于两换向片的延伸部13c之间。可以理解地,每一换向片13a可以只设一延伸部13c,而导体层11设2个延伸部,换向片13a的延伸部位于两导体层的延伸部之间。
图6所示为又一实施方式的换向器。本实施例,换向器为圆柱型换向器,导体层11为圆筒形,中央设通孔10以供电机转轴穿越。换向片13a的外表面用于与电机的电刷滑动接触以向电机的电枢供电,每一换向片13a的末端设一挂钩13b,用于固定电枢绕组的线端,每一换向片13a的内表面向内延伸若干延伸部13c,导体层11的外表面向外延伸若干延伸部11b,沿换向器轴向,换向片13a的延伸部13c与导体层11的延伸部11b交替设置。优选地,导体层11的每一层延伸部11b可以为连续的环形状,并与换向片13a的延伸部13c平行。
如上所云仅为便于对本发明的理解而提供的示例性的具体实时方式,并非对本发明的限定,依照本发明的原理和内涵,本领域技术人员还可作出其他变型实施例,但仍为本发明请求的专利保护范围所涵盖。
Claims (14)
1.一种换向器,包括处于内圈的导体层(11)、环设于所述导体层(11)径向***的绝缘层(12)和环设于所述绝缘层(12)径向***的换向片层(13),所述换向片层(13)包括若干换向片(13a),所述换向器(1)轴心线处设有安装孔(10),所述导体层(11)和所述换向片层(13)通过所述绝缘层(12)相互绝缘隔离,所述导体层(11)导电接地,所述导体层(11)和所述换向片层(13)形成电容器的极板。
2.根据权利要求1所述的换向器,其中,所述绝缘层(12)的径向厚度为0.8-2毫米。
3.根据权利要求2所述的换向器,其中,所述绝缘层(12)的径向厚度为1毫米。
4.根据权利要求1所述的换向器,其中,所述导体层(11)和所述绝缘层(12)之间的接触面形成凹凸配合(14),和/或,所述绝缘层(12)和所述换向片层(13)之间的接触面形成凹凸配合(14)。
5.根据权利要求1所述的换向器,其中,所述换向器为柱状型换向器,每一换向片的外表面为电刷接触面,内表面向内延伸若干延伸部,所述导体层设至少一延伸部与换向片的延伸部相对,所述换向片及导体层的延伸部沿垂直换向器轴向延伸。
6.一种换向器,包括导体层(11)、换向片层(13)以及设于所述导体层(11)及换向片层(13)之间的绝缘层,所述换向片层(13)包括若干换向片(13a),所述导体层(11)和所述换向片层(13)通过所述绝缘层(12)相互绝缘隔离,所述换向器(1)轴心线处设有安装孔(10),所述导体层(11)、以及所述绝缘层(12)和所述换向片层(13)形成连接于换向片(13a)与地之间的电容器。
7.根据权利要求6所述的换向器,其中,所述换向器为平板型换向器,每一换向片的轴向外表面为电刷接触面,轴向内表面向内延伸若干延伸部,所述导体层设至少一延伸部与换向片的延伸部相对,所述换向片及导体层的延伸部沿换向器轴向延伸。
8.一种转子,包括电机轴(2)和根据权利要求1-7中任一项所述的换向器(1),所述换向器(1)通过所述安装孔(10)安装于所述电机轴(2)上。
9.根据权利要求8所述的转子,其中,所述电机轴(2)为导体材质,所述导体层(11)与所述电机轴(2)导电接触;所述导体层(11)或所述电机轴(2)直接导电接地,或者,所述导体层(11)通过所述电机轴(2)而间接导电接地。
10.根据权利要求8所述的转子,其中,所述电机轴(2)为绝缘材质且该电机轴(2)开设有通孔,由所述导体层(11)引出的导体件(15)穿过所述通孔后导电接地。
11.一种电机,包括机壳(4)和根据权利要求1-7中任一项所述的换向器(1),所述机壳(4)环绕于所述换向器(1)***。
12.根据权利要求11所述的电机,其中,所述机壳(4)为导体材质,所述导体层(11)与所述机壳(4)导电连接;所述导体层(11)或所述机壳(4)直接导电接地,或者,所述导体层(11)通过所述机壳(4)而间接导电接地。
13.根据权利要求11所述的电机,还包括电机轴(2),所述机壳(4)和所述电机轴(2)均为导体材质,所述电机轴(2)分别与所述导体层(11)和所述机壳(4)导电接触;所述电机轴(2)、所述导体层(11)或所述机壳(4)直接导电接地,或者,所述导体层(11)通过所述电机轴(2)或所述机壳(4)而间接导电接地。
14.根据权利要求11所述的电机,还包括电机轴(2),所述机壳(4)为导体材质,所述电机轴(2)为绝缘材质且该电机轴(2)开设有通孔,由所述导体层(11)引出的导体件(14)穿过所述通孔后与所述机壳(4)导电连接并通过该机壳(4)间接导电接地。
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