一前言

由于電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對產(chǎn)品的電磁輻射要求越來越高，越來越多的產(chǎn)品不得不考慮電磁兼容問題。電機作為許多產(chǎn)品的重要組成部分，例如掃地機，吸塵器，電子門鎖，汽車上的雨刮、空調(diào)壓縮機以及其他各種電動類產(chǎn)品等，電機電磁輻射問題也關(guān)乎產(chǎn)品的電磁輻射能否達(dá)標(biāo)，常見的電機可分為有刷電機和無刷電機，本文將主要圍繞直流有刷電機的噪聲來源進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決對策，最后進(jìn)行實際案例分享。

二有機電刷介紹

有刷電機的原理：

根據(jù)左手定則，伸開左手，讓磁感線穿入手心（手心對準(zhǔn)N極，手背對準(zhǔn)S極），四指指向電流方向，那么大拇指的方向就是導(dǎo)體受力方向。如下圖：

S和N為永磁體，此時線圈在磁場中受力的作用沿順時針方向轉(zhuǎn)動，由于換向器的存在，在線圈轉(zhuǎn)動180°后線圈的電流依舊是左邊流入右邊流出，線圈保持沿順時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈和換向器變?yōu)閮山M，三組甚至更多之后，就是我們常見的有刷電機。所以，有刷電機的常見結(jié)構(gòu)主要為：永磁體（定子）+線圈繞組（轉(zhuǎn)子）+換向器+碳刷，如下圖所示：

電流流向為：電源正極--碳刷--線圈繞組--碳刷--電源負(fù)極。

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三電機輻射分析

電機在工作過程中，換向器不停地轉(zhuǎn)動，在這個過程中換向片與碳刷之間會不停地快速地摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生拉電弧現(xiàn)象，電弧產(chǎn)生高頻噪聲，高頻噪聲通過電機引線和電機縫隙向外輻射。 一般電機都有金屬外殼，可以對電機內(nèi)部通過空間輻射的噪聲進(jìn)行屏蔽和吸收，但是還有通過電機引線輻射出來的噪聲，需要考慮對電機引線進(jìn)行處理，例如在電機的結(jié)構(gòu)中增加一塊濾波小板，通過濾波小板將電機引線與外部引線隔離，減少電機輻射。 目前在很多電機上都可以看到已經(jīng)有做了一些濾波處理，之前改過的一款客戶電機，其內(nèi)部的小板及其等效電路如下：

采用上圖這種電感+電容的濾波方式，輻射測試超標(biāo)嚴(yán)重，無法通過測試，這種濾波方式只考慮了差模噪聲干擾，而忽視了電機引線存在的共模噪聲干擾。 對于電機輻射干擾，一般需要同時考慮共模噪聲和差模噪聲，以下是電機共模和差模輻射模型簡圖：

在圖中，回路1和回路2為共模噪聲回路，其中C1，C2，C3為電路中的寄生電容，回路3為差模噪聲回路。一般而言，回路面積越大，輻射越強，由圖可知，共模噪聲的回路面積遠(yuǎn)大于差模噪聲回路。綜上，電機輻射包含共模噪聲和差模噪聲，其中共模噪聲輻射能量更強。

四對策

常見濾波電路：

方案一：共模電感+電感+電容

優(yōu)點：共模電感可以針對共模噪聲有效濾波，電容針對差模噪聲，跟直流電機最近的電感L1和L2能有效抑制電機換向器的電磁火花；

缺點：共模濾波器和電感需要考慮器件的電流大小，而且封裝一般都比較大，需要考慮空間成本。

方案二：BDL+磁珠

BDL：BDL器件是一個多功能集成器件，具有良好的EMI濾波效果。

優(yōu)點：可以同時濾除共模噪聲和差模噪聲，由于BDL的特點，濾波性能優(yōu)于電容以及共模電感，濾波頻段可以達(dá)到GHz，且具有較高的耐壓值。

缺點：上圖中的PE一般為電機金屬外殼，濾波小板上除了電機引線外，需要有額外的地并與金屬外殼連接，而且這兩者的導(dǎo)通性的優(yōu)劣對濾波效果有較大影響。

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五實例

以下是幫客戶整改的一款用于氣泵的電機，應(yīng)用的方案是：BDL+磁珠+電容，加電容的主要目的是為了讓數(shù)據(jù)整體的余量更多。

整改前數(shù)據(jù)

垂直方向：

水平方向：

整改后數(shù)據(jù)

水平方向：

垂直方向：

六總結(jié)

有刷電機EMC問題與電機轉(zhuǎn)速、碳刷的拉弧程度以及電機的結(jié)構(gòu)等都有關(guān)系，不存在固定的解決方案，需要根據(jù)不同的電機特性進(jìn)行方案調(diào)整，韜略科技在電機EMC整改方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，期待能為您服務(wù)。

編輯：黃飛

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