小功率永磁直流电机的电磁干扰抑制研究

但是，在工程实际中，上述条件只能非常有限的被满足。比如，匝数比太大会造成磁路过度饱和，反而会恶化EM1;同时过高的定子槽满率不仅会降低电机的过载能力，也会影响生产效率;又如，受限于生产工艺水平，换向片数也无法太大。至于碳刷电阻率，受发热限制，亦无法无限度提高。所以，设法在换向过程中产生一个与电抗电势反向的电动势将其抵消将是抑制火花和EMI的最有效的方法。

众所周知，直流电机在磁极间加装换向极可以产生与电抗电势相反的电势，但小型直流电机受空间所限，不便加装换向极，所以，绝大多数设计都采用逆电机转向偏移碳刷位置的方法来达到与加装换向极相同的效果[zJ。与偏移碳刷位置效果相同、精度更高、被现代生产实践应用更广泛的手段是，在转子绕

线的过程中直接产生磁场借偏。虽然国际国内各大电机制造公司及研究机构对电机的转子借偏角的定义不尽相同，但事实上却有同样的理论基础，这里不加赘述。

图3及图4分别表示了转子在借偏前后的电流分布:

借偏有其特定的方向性，即对于已经制造完毕的有借偏的转子，其借偏的作用只对电机在某单方向有效，换言之，若转向相反，则该借偏会恶化换向及EMI。其原理在于借偏角的方向必须与电机的转向一致，才可保证换向过程由借偏产生的电动势与电抗电动势向反。

借偏角度亦不可过大。由于借偏相当于减小了转子的有效匝数，过大的借偏角度需要更多的线圈匝数来弥补，过多的用铜(铝)势必增加损耗，降低效率;同时，过大的借偏有时反而不利于电抗电动势的抵消。在工程实际中，必须在火花抑制和电机性能中寻找最佳的平衡点，不可偏废。

必须指出，电机同其它工业产品一样，其最终的性能绝不仅仅决定于电磁设计和机械结构设计水平。事实上，制造水平及工艺稳定性是保证好的电机设计的根本。

以下举两例说明工艺对EMI的影响：

例1换向器的精车水平。

若生产厂家的换向器精车水平不足，造成成品电机转子换向器表面的圆度及跳动不良，则电机在高速运行中，碳刷与换向器表面不能保持良好的接触，时断时合，在断开的瞬间，电流被试图强制归零，这会造成很大的电抗电势，产生火花进而恶化EMI。

例2永磁体的充磁。

理想状态下，充磁后的两极应具有相同的磁场分布川，且以磁极中心线为界，两侧的磁场应具有单一的磁性。若充磁过程中，由于充磁工装的原因造成磁场分布混乱，如图5所示。

图5 带有反波的磁场分布

则会严重影响EMI，且不易被发现。以图5为例.两磁极在靠近中性线的位置处均有与该磁极极性相反的一段反波.仔细分析借偏的原理可知，该反波事实上相当于一个与正常换向极作用相反的附加磁极，当其被转子换向线圈切割时，产生的电动势与电抗电动势同向，也就是会恶化换向;当其分布角度超过借偏角度时，会完全抹杀借偏的作用。

抑制换向时产生的电抗电势对于小型直流电机EMI的抑制十分关键。在影响小型直流电机EMI的各项因素中，火花的控制历来是难度较大的工作。具体到工程实践，设计上必须完美平衡电机的换向和性能，工艺上必须保证应有的水平与稳定，才可以做出满足各个强制性认证的合格的工业产品。