Сохранение низкой стоимости щеточных двигателей постоянного тока

Недорогие и простые в эксплуатации щеточные двигатели постоянного тока обеспечивают идеальный баланс производительности по разумной цене в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, медицинская и промышленная. В результате ежегодно во всем мире производятся миллиарды единиц продукции, и эта цифра, как ожидается, увеличится в течение следующих 10 лет.

Однако растущие требования к электромагнитной совместимости (ЭМС), а также более перенаселенная и «шумная» электронная среда угрожают нарушить баланс, доведя стоимость этих недорогих решений до уровня, сравнимого с более дорогими бесщеточными альтернативами.

Проблема заключается в электромагнитных помехах (ЭМП), создаваемых щетками при трении коллектора, что является неотъемлемым недостатком конструкции. Для противодействия генерируемому шуму требуется сочетание экранирующих и фильтрующих компонентов. Это не только увеличивает стоимость, но и многие имеющиеся на рынке решения по фильтрации электромагнитных и радиочастотных помех для щеточных двигателей постоянного тока также не отвечают современным более высоким требованиям ЭМС.

«Многие решения по фильтрации электромагнитных помех не отфильтровывают все виды генерируемых шумов, и многие из них не могут выдерживать более высокие постоянные токи без соответствующего увеличения стоимости», — объясняет Кристоф Камбрелен из Johanson Dielectrics, компании, которая производит различные многослойные керамические изделия. конденсаторы и фильтры электромагнитных помех.

Чтобы решить эти проблемы, такие компании, как Johanson Dielectrics, теперь предлагают более совершенные решения по фильтрации электромагнитных помех, которые немного увеличивают стоимость щеточных двигателей постоянного тока, одновременно отвечая меняющимся требованиям ЭМС.

Когда электронные устройства получают сильные электромагнитные волны, в цепи могут индуцироваться нежелательные электрические токи, которые мешают нормальной работе. ЭМП могут даже привести к физическому повреждению работающего оборудования.

Проблему усугубляют увеличение частоты рабочей цепи, шумы более высоких частот, которые расширяют диапазон затронутых частот, а также миниатюризация электронных устройств, сокращающая расстояние между источником и жертвой. Если этого недостаточно, многие электронные устройства легче подвержены воздействию шума, даже с меньшей энергией, из-за современных схем, которые работают при более низких напряжениях.

В результате такие отрасли, как автомобильная промышленность, все чаще обращаются к бесщеточным двигателям постоянного тока. В этих двигателях коммутация осуществляется электронно. Следовательно, уровень шума значительно меньше (нет шума, создаваемого механической коммутацией), но сложность и стоимость реализации увеличиваются.

Таким образом, при наличии выбора OEM-производители предпочли бы решения, которые сохраняли бы относительно низкую цену на щеточные двигатели постоянного тока, учитывая их количество.

Помехи EMI/RFI либо излучаются, либо проводятся в широком диапазоне частот от нескольких сотен герц до нескольких гигагерц. Излучаемый шум возникает, когда на проводку подается напряжение разного уровня. Чтобы удержать излучение внутри корпуса двигателя, производителям щеточных двигателей постоянного тока следует принять ряд мер предосторожности. Самое главное – это материал корпуса двигателя, который должен быть металлическим, а также металлической крышкой (не пластиковой) поверх него. Если крышка изготовлена ​​из пластика, пользователю необходимо закрыть ее металлическим экраном (это может быть металлизированная печатная плата).

Когда проводятся электромагнитные/радиочастотные помехи, генерируемый шум распространяется по проводам электропитания, а затем излучается. Экранирование неэффективно против кондуктивного шума, поэтому требуется фильтрация с помощью отдельного устройства.

Традиционные подходы к синфазной фильтрации включают фильтры нижних частот, состоящие из конденсаторов, которые пропускают сигналы с частотой ниже выбранной частоты среза и ослабляют сигналы с частотами выше частоты среза.

Среди вариантов для OEM-производителей есть дифференциальные конденсаторы с двумя конденсаторами, три конденсатора (один X-образный конденсатор и 2 Y-образных конденсатора), проходные фильтры, синфазные дроссели, LC-фильтры или их комбинации.

Однако для удовлетворения растущих требований ЭМС недорогих решений, таких как дифференциальные фильтры с двумя конденсаторами, недостаточно, поскольку несогласованные конденсаторы генерируют различную фильтрацию каждой линии и, следовательно, преобразование моды (т. е. часть синфазного шума преобразуется в дифференциальный шум). , и наоборот). Традиционных фильтров с тремя конденсаторами вполне достаточно, при условии, что требования ЭМС распространяются только на относительно низкие частоты (т. е. <150 МГц, например, AM/FM-радиоприемники в автомобилях).