微电机转子棘形接地消噪元件

摘要

本发明公开了一种微电机转子棘形接地消噪元件，其包括：带有棘爪的棘形基片，棘形基片上开设有供转子转轴贯穿的转轴孔；设于所述棘爪正面的接线圈电极；设于棘形基片背面的接地电极，接地电极与接线圈电极在垂直棘形基片平面的投影方向上至少部分重叠。本发明结构可靠，抗折强度较高，装配步骤简单，静电容量性能较大，对微电机的高频带马达电气噪音具有优异的清除和抑制能力，转子电枢贴装结合强度极大、可靠性高、消噪能量大，组装时元件焊接电极向上适合自动化的焊接设备操作，十分适应微型电机的自动化生产设备装配安装方式，符合技术发展的方向，本发明可制成各种规格尺寸，能够准确应对几乎所有的马达。

权利要求

1.一种微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于包括：带有棘爪的棘形基片，棘形基片上开设有供转子转轴贯穿的转轴孔；设于所述棘爪正面的接线圈电极；设于棘形基片背面的接地电极，接地电极与接线圈电极在垂直棘形基片平面的投影方向上至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的棘形基片按圆周均匀分布有至少3只棘爪，至少其中3只棘爪的端部正面设有接线圈电极。

3.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的棘爪的端部呈圆冠状或弯月状。

4.根据权利要求1、2或3所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的接线圈电极完全覆盖棘爪的端部的正面，接地电极完全覆盖棘形基片背面。

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的棘形基片的上下边缘设置有台阶结构。

6.根据权利要求4所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的棘形基片的上下边缘设置有台阶结构。

7.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的棘形基片厚度为0.5～1.5mm，接线圈电极的厚度为15～22μm，所述的接地电极的厚度为3～

5μm。

8.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述棘形基片的材料为钛酸锶体系的半导体电子陶瓷。

9.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的接线圈电极为银电极。

10.根据权利要求9所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的接线圈电极为2层结构，其中：与棘形基片结合的为第一层电极，采用质量组成为25-35%分子银、

15-22%锡粉、8-12%锌粉、8-12%玻璃粉、10-14%树脂、15-25%溶剂的电极浆料，通过丝网印刷形成；覆盖于第一层电极表面的一层为第二层电极，采用质量组成为50-70%片状银片、

18-26%颗粒银粉、0.5-1.5%玻璃粉、1.5-2.5%树脂、10-20%溶剂的电极浆料，通过丝网印刷形成。

11.根据权利要求1所述的微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于：所述的接地电极为镍铬合金电极。

说明书

微电机转子棘形接地消噪元件

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元器件领域，特别是一种用于直流电机的接地消噪元件。

背景技术

[0002] 微型直流电机具有体积小、重量轻、耗电少、启动性能好的特点，在家用电器、数码、汽车等产品中得到广泛应用。微电机运行时其换向器会产生电火花电和电气噪声，会对设备产生不利的影响。电磁噪声的频谱很宽，为了消除高频电噪声，微型直流电机要满足电磁兼容标准的要求，必须对这些噪声进行处理。

[0003] 为了消除微电机运行产生的火花电噪声，解决电磁兼容的问题，传统的方法是加电容、电感、电源滤波器和接地，但在生产和设计是效果欠佳。现状最好效果的方法是在微电机整流器片和线圈处装上环形压敏电阻器。环形压敏电阻器的外形是圆环状。用于微电机消噪的环形压敏电阻器的典型安装方式，如图1所示。环形压敏电阻器1’被套装在电枢转轴5上，且位于电枢4与整流器2之间。环形压敏电阻器1’的三个扇形电极1a’分别与整流器2的三个整流器片2a连接，当电刷3a、3b从一个整流器片扫到另一个整流器片时，电枢绕组因换向过程中瞬时开路而导致绕组产生过电压乃至发生火花放电，这种过电压是瞬时脉冲电压，环形压敏电阻器1’极间存在一定的电容量和压敏特性，可以避免火花放电的发生。

[0004] 环形压敏电阻器1’相当于将三个等效压敏电阻并联在线圈连接，如图2所示电路，这三个等效压敏电阻能有效地吸收绕组因瞬时开路所产生的脉冲过电压，避免火花放电的发生。

[0005] 尽管这样，如果在转子线圈与地之间接入电容会有更大效果。现状的环形压敏电阻没有提供良好接地路径，器件的滤波效果将大打折扣。

[0006] 环形压敏电阻器作为微型电机的消噪件存在下面缺点：①装配焊接较难实现自动化。环形压敏电阻器焊接点在反向里面，焊接头的对位、移动、焊接都比较困难，实现自动化焊接装配是难度很大，对焊接设备要求高，目前没有厂商在应用全自动的装配焊接设备组装环形压敏电阻微电机上。②环形压敏电阻器只靠焊接点连接转子，牢固性差，抗跌冲击性是微电机中的薄弱环节。③电机的电气噪音频谱是一频带很宽且杂乱的脉冲信号，整机设计时如未采取必要抑制措施（一般要加接地电容），很多情况其骚扰电平（EMC）会超过限值。

发明内容

[0007] 为克服现有技术中的缺点，本发明提供了一种微电机转子棘形接地消噪元件，其用于微型直流电机上，装配简单，焊接稳固，同时可实现过电压保护和电气噪音消除，延长马达寿命。

[0008] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种微电机转子棘形接地消噪元件，其特征在于包括：带有棘爪的棘形基片，棘形基片上开设有供转子转轴贯穿的转轴孔；设于所述棘爪正面的接线圈电极；设于棘形基片背面的接地电极，接地电极与接线圈电极在垂直棘形基片平面的投影方向上至少部分重叠。

[0009] 所述的棘形基片按圆周均匀分布有至少3只棘爪，至少其中3只个棘爪的端部正面设有接线圈电极。

[0010] 所述的棘爪的端部呈圆冠状或弯月状。

[0011] 所述的接线圈电极完全覆盖棘爪的端部的正面，接地电极完全覆盖棘形基片背面。

[0012] 所述的棘形基片的上下边缘设置有台阶结构。

[0013] 所述的棘形基片厚度为0.5~1.5mm，接线圈电极的厚度为15~22μm，所述的接地电极的厚度为3~5μm。

[0014] 所述棘形基片的材料为钛酸锶体系的半导体电子陶瓷。

[0015] 所述的接线圈电极为银电极。

[0016] 所述的接线圈电极为2层结构，其中：与棘形基片结合的为第一层电极，采用质量组成为25-35%分子银、15-22%锡粉、8-12%锌粉、8-12%玻璃粉、10-14%树脂、15-25%溶剂的电极浆料，通过丝网印刷形成；覆盖于第一层电极表面的一层为第二层电极，采用质量组成为50-70%片状银片、18-26%颗粒银粉、0.5-1.5%玻璃粉、1.5-2.5%树脂、10-20%溶剂的电极浆料，通过丝网印刷形成。

[0017] 所述的接地电极为镍铬合金电极，通过真空溅射技术形成。

[0018] 与传统微电机用消噪元件环形压敏电阻器相比，本发明的微电机转子棘形接地消噪元件，结构可靠，抗折强度较高，装配步骤简单，由于具有大面积的背接地电极、大的电容值以及能胶合在转子电枢中的高强度装配方式和棘形结构，以嵌放方式装配组装在微电机转子电枢组件上，可实现大面积接地电极接地滤波功能和换向器产生的火花电噪声过电压吸收功能，静电容量性能较大，对微电机的高频带马达电气噪音具有优异的清除和抑制能力，转子电枢贴装结合强度极大、可靠性高、消噪能量大，组装时元件焊接电极向上适合自动化的焊接设备操作，十分适应微型电机的自动化生产设备装配安装方式，符合技术发展的方向，本发明可制成各种规格尺寸，能够准确应对几乎所有的马达。

附图说明

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0020] 图1是现有技术中环形压敏电阻器在微电机的典型安装方式示意图；

[0021] 图2是现有技术中环形压敏电阻器在微电机中的连接电路图；

[0022] 图3是本发明棘形接地消噪元件的立体图；

[0023] 图4是本发明棘形接地消噪元件的正面图；

[0024] 图5是本发明棘形接地消噪元件的背面图；

[0025] 图6是t图3的A-A局部剖面图；

[0026] 图7是本发明棘形接地消噪元件在微电机的安装示意图；

[0027] 图8是本发明棘形接地消噪元件在微电机中的连接电路图。

具体实施方式

[0028] 如图3-5所示，本发明是一种微电机转子棘形接地消噪元件1，包括：带有棘爪12的棘形基片，棘形基片上开设有供转子转轴5贯穿的转轴孔11；设于所述棘爪12正面的接线圈电极13；设于棘形基片背面的接地电极14，接地电极14与接线圈电极13在垂直棘形基片平面的投影方向上至少部分重叠。

[0029] 棘形基片设计为棘形，整个元件形状简单，对称。棘形基片的尺寸是按照微型电极转子的尺寸设计，与转子电枢4的横截面形状吻合匹配。棘形基片按圆周呈放射状均匀分布有至少3只棘爪12，一般通用的为3只棘爪或5只棘爪，至少其中3只个棘爪的端部121正面设有接线圈电极13。优选的，棘爪12的端部121呈圆冠状或弯月状，既与转子电枢4的横截面形状吻合，又能使焊接面积增大，便于焊接操作。优选的，棘形基片的上下边缘设置有台阶结构15，如图6所示，在基片的内外沿上下边，设计出0.3~0.5mm宽度的台阶状倒角，使产品能够抗焊接热变化裂和防产品碰撞边沿缺崩，耐受焊接温度提高20%以上，在生产线焊接使用时焊接裂现象为零。棘形基片的材料为钛酸锶体系的半导体电子陶瓷。
优选市面上具有较好的电压敏感特性与电容特性的四元系列钛酸锶配方体系陶瓷。市售的钛酸锶配方压敏电阻适用瓷粉目前有日本太阳诱电的四元系列SrTiO3—Nb2O5—V2O5—GeO2瓷粉、SrTiO3—Nb2O5—CaO-BaTiO3瓷粉、TDK的五元体系SrTiO3-BaTiO3-Nb2O5—CaO—CoO瓷粉等等，例如按质量百分比计算配方中包含以下组分：30-40%的TiO2、18-24%的SrO、
20-30%的BaO、10-12%的CaO、0.3-0.5%的Fe2O3、0.5-0.7%的稀土氧化物，经混合磨合干燥成粉末状制成基片的原料。棘形基片的制造过程：采用干压成型的模具压制出该瓷体坯片，经800-1200℃烘干处理20-30h后，把坯片进行磨片30-50min，使坯片内外沿的台阶倒角两级角磨圆，然后进气氛炉在氢气：氮气=0.5~0.8:8~10比例的气氛保护下，烧结温度
1100℃~1260℃烧结出半导体陶瓷基片（烧结工艺根据具体瓷粉进行调节），形成图6中的倒角台阶结构15。棘形基片厚度按实际需要设计，一般为0.5~1.5mm。

[0030] 接线圈电极13设于棘爪12正面，优选的设于棘爪的端部121的正面，可以部分覆盖或完全覆盖棘爪端部121正面。接线圈电极13的厚度根据功能不同，按实际需要设计，优选为15~22μm。接线圈电极13为银电极。优选的接线圈电极13为两层结构，其中：与棘形基片结合的为第一层电极，采用质量组成为25-35%分子银、15-22%锡粉、8-12%锌粉、8-12%玻璃粉（由氧化锌、二氧化硅、氧化硼构成）、10-14%树脂、15-25%溶剂的电极浆料（例如目前市售的应用在钛酸锶材质上的第一层银浆：PTC热敏电阻用欧姆银浆，或暂无商品型的钛酸锶压敏电阻用第一层银浆），通过丝网印刷形成；覆盖于第一层电极表面的一层为第二层电极，采用质量组成为50-70%片状银片、18-26%颗粒银粉、0.5-1.5%玻璃粉（由氧化锌、二氧化硅、氧化硼构成）、1.5-2.5%树脂、10-20%溶剂的电极浆料（例如目前市售适用的二层银浆有杜邦PV16A和Ferro3116、日本新日化SP-A6PL浆料等），通过丝网印刷形成。

[0031] 接地电极14设于棘形基片背面，只要能方便的与电枢4导电连接，经电枢转轴5和轴承接地即可。由于接地电极14与接线圈电极13在垂直棘形基片平面的投影方向上至少部分重叠，因此接地电极14与接线圈电极13间有着较大的电容量和有压敏电阻特性，相当于各电枢绕组都与地接上一大的电容，对微电机的高频带马达电气噪音具有优异的清除和抑制能力。尖峰电压主要是由微电机电刷产生，而电容则通过向噪声源的公共端提供一条阻抗很低的通路来将电压尖峰旁路掉，因此本发明的棘形接地消噪元件相当于电容可以接在微电机的每根引线与地之间，电路如图8所示。优选的，接地电极14完全覆盖棘形基片背面（如图5），既便于制作，也能与各接线圈电极13与在垂直棘形基片平面的投影方向上全部重叠。接地电极14的厚度按实际需要设计，优选为3~5μm。接地电极14优选镍铬合金电极，具有很好的附着力和比其他材料更好的耐热特性，在制造工艺上可采用真空溅射技术，节省高温烧结工序，减少危险废弃物排放，符合节能减排和绿色环保要求。

[0032] 安装时如图7所示，本发明的微电机转子棘形接地消噪元件1嵌放装在电枢4的上面，电枢4铁芯先以硅钢片叠压成形，微电机转子棘形接地消噪元件1背面的接地电极14涂上导电胶嵌放装在电枢4的第一片硅钢片上，然后才嵌放电枢绕组。微电机转子棘形接地消噪元件1三个棘爪12上的接线圈电极13分别与整流器片2a连接电枢绕组处连接（接线圈电极13、整流器片2a、电枢绕组三者连接起来），形成如图8所示电路，由于存在大的电容量和优异的压敏特性，可以避免火花放电的发生和消除干扰电平。

[0033] 本发明可充分利用现有环形压敏电阻器成熟的生产工艺，生产流程短，降低成本，制造出高性价比的、满足客户自动化生产需求的高可靠性微电机消噪元件产品。

[0034] 实施例1

[0035] （1）准备棘形基片的原料

[0036] 通过材料种类、配比、基片形状设计的优化方案，可获得不同特性的微电机转子棘形接地消噪元件产品，产品性能稳定性好，性能可扩展空间大。本实施例采用钛酸锶的半导体电子陶瓷基片材料，按质量百分比计算配方包含：35%的TiO2、20%的SrO、25%的BaO、11%的CaO、0.4%的Fe2O3、0.6%的稀土氧化物材料，经混合磨合干燥成粉末状制作基片的原料。

[0037] （2）棘形基片的制造过程

[0038] 在本实施例中，采用干压成型的模具压制出坯片，结构如图3所示，棘形基片按圆周呈放射状均匀分布有3只棘爪12，棘爪12的端部121呈圆冠状。棘形基片中心开设有供转子转轴贯穿的转轴孔11，孔径与转子转轴5匹配。棘形基片的上下边缘设置有台阶结构15。然后经1000℃烘干处理26h，再采用把坯片埋入石英砂中振动磨片40min，使坯片内外沿的台阶倒角两级角磨圆，最后进气氛炉在氢气：氮气=0.6:9比例的气氛保护下，烧结温度1180℃烧结出半导体陶瓷棘形基片，并具有图6所示的倒角台阶结构15。

[0039] （3）正面接线圈电极13的制造

[0040] 首先在棘形基片的三个棘爪12的端部121位置采用丝网印刷的工艺印制第一层电极，采用质量组成为30%分子银+18%锡粉+10%锌粉+10%玻璃粉（由氧化锌、二氧化硅、氧化硼构成）+12%树脂+20%溶剂的电极浆料，使用丝网设备印刷上去，然后在150℃烘干15分钟；

[0041] 然后再在其上面印上第二层电极，第二层电极采用质量组成为60%片状银片+22%颗粒银粉+1%玻璃粉（由氧化锌、二氧化硅、氧化硼构成）+2%树脂+15%溶剂的电极浆料，用丝网设备印刷上去，然后在150℃烘干15分钟；

[0042] 最后在600℃烧结10分钟，形成如图4所示的正面接线圈电极13，呈圆冠形状，完全覆盖三个棘爪的端部121位置。

[0043] （4）背面接地电极14的制造

[0044] 接地电极14成型采用真空溅射技术，覆盖在整个棘形基片背面形成整体电极。接地电极14采用镍铬合金材料，具有很好的附着力和比其他材料更好的耐热特性。

[0045] （5）产品经测试机进行电容量、压敏电压和a值的测试后，微电机转子棘形接地消噪元件1就可以使用在微电机上了。如图7所示将棘形基片的转轴孔11套接在转子转轴5上，三个正面接线圈电极13分别与电枢4线圈接头连接，背面接地电极14通过导电胶与转子电枢4硅钢片接合，通过转轴5和两端轴承联通机壳接地。

[0046] 对比试验

[0047] 对工作电压DC12V的500型微电机所适用的微电机转子棘形接地消噪元件和环形压敏电阻进行测试，主要性能参数见表1。

[0048] 表1.

[0049]