小功率永磁直流電機的電磁干擾抑制研究

但是，在工程實(shí)際中，上述條件只能非常有限的被滿(mǎn)足。比如，匝數比太大會(huì )造成磁路過(guò)度飽和，反而會(huì )惡化EM1;同時(shí)過(guò)高的定子槽滿(mǎn)率不僅會(huì )降低電機的過(guò)載能力，也會(huì )影響生產(chǎn)效率;又如，受限于生產(chǎn)工藝水平，換向片數也無(wú)法太大。至于碳刷電阻率，受發(fā)熱限制，亦無(wú)法無(wú)限度提高。所以，設法在換向過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)與電抗電勢反向的電動(dòng)勢將其抵消將是抑制火花和EMI的最有效的方法。

眾所周知，直流電機在磁極間加裝換向極可以產(chǎn)生與電抗電勢相反的電勢，但小型直流電機受空間所限，不便加裝換向極，所以，絕大多數設計都采用逆電機轉向偏移碳刷位置的方法來(lái)達到與加裝換向極相同的效果[zJ。與偏移碳刷位置效果相同、精度更高、被現代生產(chǎn)實(shí)踐應用更廣泛的手段是，在轉子繞

線(xiàn)的過(guò)程中直接產(chǎn)生磁場(chǎng)借偏。雖然國際國內各大電機制造公司及研究機構對電機的轉子借偏角的定義不盡相同，但事實(shí)上卻有同樣的理論基礎，這里不加贅述。

圖3及圖4分別表示了轉子在借偏前后的電流分布:

借偏有其特定的方向性，即對于已經(jīng)制造完畢的有借偏的轉子，其借偏的作用只對電機在某單方向有效，換言之，若轉向相反，則該借偏會(huì )惡化換向及EMI。其原理在于借偏角的方向必須與電機的轉向一致，才可保證換向過(guò)程由借偏產(chǎn)生的電動(dòng)勢與電抗電動(dòng)勢向反。

借偏角度亦不可過(guò)大。由于借偏相當于減小了轉子的有效匝數，過(guò)大的借偏角度需要更多的線(xiàn)圈匝數來(lái)彌補，過(guò)多的用銅(鋁)勢必增加損耗，降低效率;同時(shí)，過(guò)大的借偏有時(shí)反而不利于電抗電動(dòng)勢的抵消。在工程實(shí)際中，必須在火花抑制和電機性能中尋找最佳的平衡點(diǎn)，不可偏廢。

必須指出，電機同其它工業(yè)產(chǎn)品一樣，其最終的性能絕不僅僅決定于電磁設計和機械結構設計水平。事實(shí)上，制造水平及工藝穩定性是保證好的電機設計的根本。

以下舉兩例說(shuō)明工藝對EMI的影響：

例1換向器的精車(chē)水平。

若生產(chǎn)廠(chǎng)家的換向器精車(chē)水平不足，造成成品電機轉子換向器表面的圓度及跳動(dòng)不良，則電機在高速運行中，碳刷與換向器表面不能保持良好的接觸，時(shí)斷時(shí)合，在斷開(kāi)的瞬間，電流被試圖強制歸零，這會(huì )造成很大的電抗電勢，產(chǎn)生火花進(jìn)而惡化EMI。

例2永磁體的充磁。

理想狀態(tài)下，充磁后的兩極應具有相同的磁場(chǎng)分布川，且以磁極中心線(xiàn)為界，兩側的磁場(chǎng)應具有單一的磁性。若充磁過(guò)程中，由于充磁工裝的原因造成磁場(chǎng)分布混亂，如圖5所示。

圖5 帶有反波的磁場(chǎng)分布

則會(huì )嚴重影響EMI，且不易被發(fā)現。以圖5為例.兩磁極在靠近中性線(xiàn)的位置處均有與該磁極極性相反的一段反波.仔細分析借偏的原理可知，該反波事實(shí)上相當于一個(gè)與正常換向極作用相反的附加磁極，當其被轉子換向線(xiàn)圈切割時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢與電抗電動(dòng)勢同向，也就是會(huì )惡化換向;當其分布角度超過(guò)借偏角度時(shí)，會(huì )完全抹殺借偏的作用。

抑制換向時(shí)產(chǎn)生的電抗電勢對于小型直流電機EMI的抑制十分關(guān)鍵。在影響小型直流電機EMI的各項因素中，火花的控制歷來(lái)是難度較大的工作。具體到工程實(shí)踐，設計上必須完美平衡電機的換向和性能，工藝上必須保證應有的水平與穩定，才可以做出滿(mǎn)足各個(gè)強制性認證的合格的工業(yè)產(chǎn)品。