2024年1月12日发(作者：电脑主机内部结构图)

一种提高永磁无刷直流电机EMC的结构研究与应用

摘 要因为永磁无刷直流电机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，效率高等优点，所以被广泛应用于空调、暖风机、电风扇、油烟机、空气净化器等家用电器产品。随着市场的需求越来越大，永磁无刷直流电机的电磁兼容性也已成为一个及其重要的性能指标。以下主要对现有永磁无刷直流电机电磁兼容性常用的改善方法进行简要介绍，同时提出一种提高永磁无刷直流电机电磁兼容性的结构研究与应用。

关键词

无刷直流电机 EMC 结构

RESEARCHAND

APPLICATIONOF

IMPROVING

EMC STRUCTUREOF

PERMANENT

MAGNET

BRUSHLESS

DC MOTOR

ZhaoPanyao

ID number：******************

AbstractBecause the permanent magnet brushless DC motor has the advantages

of good linearity of mechanical characteristics and regulating characteristics,

wide speed range, long life and high efficiency, it is widely used in air

conditioning, heating fan, electric fan, range hood, air purifier and other

household appliances. With the increasing market demand, the electromagnetic

compatibility of permanent magnet brushless DC motor has become a very important

performance index. The following is a brief introduction of the commonly used

methods to improve the electromagnetic compatibility of the existing permanent

magnet brushless DC motor. At the same time, a structure research and

application to improve the electromagnetic compatibility of permanent magnet

brushless DC motor are proposed.

Keywordspermanent magnet brushless DC motorEMCstructure

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前言

EMC（Electromagnetic Compatibility，电磁兼容性），国际标准IEC 60050(161)及国标GB/T 4365-2003《电工术语 电磁兼容》对电磁兼容性的定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。其包括两方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

为了保证电器产品所产生的电磁辐射对人体、公共场所电网以及其他正常工作电器产品的影响，国家对家用电器产品的EMC作出了严格的要求，只有达到标准要求的产品才能投入市场。所以空调、暖风机等家用电器产品对永磁无刷直流电机EMC性能要求也越来越严格。现有技术中，永磁无刷直流电机对EMC的改善方法普遍通过调整PCB布局、增加EMC滤波器件和调整EMC滤波器件参数实现。本文主要对现有永磁无刷直流电机电磁兼容性常用的改善方法进行简要介绍，同时提出一种提高永磁无刷直流电机电磁兼容性的结构研究与应用。

1永磁无刷直流电机EMC的常用改善措施

1.1

EMC的组成部分

电磁兼容主要研究电磁能量的产生、传输、接收和抑制。如图1所示，骚扰源、耦合途径和敏感设备构成了电磁兼容三要素。三要素缺一不可，否则电磁兼容问题就不存在。EMC问题的实质是骚扰源的电磁能量传递到敏感设备上，因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这三个要素入手进行分析。

图1 EMC基本组成部分

永磁无刷直流电机产生电磁干扰最根本的原因是，其内部控制器在工作工程中会产生很高的、,由此引起的浪涌电流和尖峰电压会形成干扰源，因此改善永磁无刷直流电机EMC即对电磁干扰的抑制。

1.2 永磁无刷直流电机EMC的常用改善措施

永磁无刷直流电机的EMC改善主要是通过其它辅助措施，把电磁干扰抑制到不会或减小对其他电气设备或系统工作造成影响，从而达到EMC的标准要求。现有常用的永磁无刷直流电机EMC的改善方法主要有：调整PCB布局、滤波。

1.2.1 调整PCB布局

一般PCB的EMC问题在控制器的设计前期就应该考虑，这样可节省设计时间和资金，缩短产品的开发周期。因PCB上的所有元件共存于一个狭小的空间内，每个元件即是干扰源，也是敏感设备或接收器，所以导致其电磁兼容性的复杂性。因PCB不合理的元器件布局、不正确布线的线迹、长度较大的电气长线以及互联等原因，都可能形成主要的骚扰源。控制器开发初期，可通过调整PCB布局来改善其EMC，从以下几点进行分析调整：

（1）分析布线网络本身的信号完整性，如PCB布线之间的互扰、串音干扰问题；

（2）分析印制线作为源向外辐射的情况；

（3）分析印制线上作为接收器受到干扰的程度。

1.2.2 滤波

滤波是抑制传导电磁骚扰的一种重要方法，采用滤波器的目的是分离信号、剔除干扰。目前普遍通过增加EMC滤波器件、优化EMC滤波器件参数来改善EMC，如根据不同的频率段采用不同规格的磁环、X/Y电容或共模电感。

电容有隔直通交的特性，在电磁干扰改善中即可滤除共模干扰，也可滤除差模干扰，其为干扰信号与公共端提供一个低阻抗回路，从而将干扰信号滤除，改善电磁兼容性能。电容滤波器件的安装位置和容值大小需根据所面对的干扰类型和频率段决定，其中电源负端与PGND端的电容叫Y电容。

电感有通直隔交的特性，其可与电容组成低通滤波器和高通滤波器，分别用于抑制高频干扰和低频干扰，同时也可组成带通滤波器和带阻滤波器。

共模电感在线路中能有效抑制共模干扰信号，对线路正常传输的差模信号无影响。

铁氧体磁环是电子电路中常用的抗干扰组件，其与常规的电感相比有更好的高频滤波特性，故对高频噪声有很好的抑制作用。

上述几种改善方案其改善周期长、成本高、且改善能力有限，对于内置控制器电机，因电机本体内部结构固定，滤波器件尺寸也相对受到限制。故本文提出了一种提高永磁无刷直流电机电磁兼容性的结构研究与设计。

2一种提高永磁无刷直流电机电磁兼容性的结构设计

在未使用新型结构时，其EMC通过改变滤波电容和Y电容规格进行改善，传导测试未达标（测试标准采用EN55014家用和类似用途电动，电热器具，电动工具的电磁兼容要求和实验），传导测试波形如图2所示：其不合格点为626KHZ/+0.52dB。

图2

PGND端未与端盖和铁芯连接传导测试波形

后采用将Y电容与PGND端连接，PGND端与塑封永磁无刷直流电机端盖导电连接，希望通过其构成的低阻抗回路，将EMC干扰信号引入端盖，然后通过寄生电容流回控制器，从而避免其传导超标。制作实体电机进行测试，经测试其传导在原有基础上改善了5dB左右，符合国标要求，但传导余量只有-4.53dB，传导波形如图3所示。

图3

PGND端与端盖相连传导波形

为了进一步使负载整机的EMC余量增大，且不通过增加磁环增加成本，经研究分析，尝试将内置控制器PGND端直接与铁芯相连，将干扰信号引入铁芯中，在内部形成回路并消耗，从而避免其释放到外部，避免造成电磁干扰。

一种提高永磁无刷直流电机EMC结构设计（所示永磁无刷直流电机为塑封电机，内置控制器装了滤波和Y电容），将其内置电机控制器Y电容的PGND端用第一接线结构直接与铁芯连接，当电机控制器产生EMC干扰信号时，干扰信号通过GND（电源负端）端的Y电容——PGND端——第一接线结构——流入铁芯，从而可靠的将控制器中的干扰信号引入了铁芯中，由于电机内部的控制器与铁芯、绕组等寄生电容的存在，从而形成回路，实现了内部的消耗，而不是释放到外部，避免了与外界之间的电磁干扰，提高了EMC抗干扰能力。

简单而言就是，控制器中设置有Y电容，PGND端和Y电容的一端相连，通过第一接线结构将PGND端与铁芯相连，提供一个与铁芯之间阻抗极低的回路，从而可靠的将干扰信号引入铁芯，自构成回路。其结构设计框图如图4所示。

图4 结构设计框图

3设计验证

将设计出来的一种提高永磁无刷直流电机EMC结构进行EMC测试验证，其传导、辐射、谐波电流都合格，且对电机性能无影响，满足大余量要求。比原有PGND端与塑封无刷直流电机端盖导电连接的方案优化了10dB左右，其传导最低取点为722K/-13.98dB，传导测试波形如图5所示：

图5

一种提高EMC性能结构传导波形图

4结论

永磁无刷直流电机作为电气设备，其EMC性能对于保证负载整机系统的可靠工作起到关键作用。本文讨论了一种提高永磁无刷直流电机EMC结构设计，在设计该结构时充分考虑EMC的改善问题，大大改善了其负载整机EMC性能，相对于前期普遍采用调整PCB布局、增

加EMC滤波器件和调整EMC滤波器件参数实现的方法，可有效地降低其EMC改善周期和成本，达到预期稳定的整机运行要求。

参 考 文 献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 4365-2003电工术语

电磁兼容，北京，2003-05-01实施.

[2] 何金良.电磁兼容概论[M].北京:科学出版社，2010.

[3] 辜承林，陈乔夫，熊永前.电机学[M].武汉:华中科技大学出版社,2018.

[4] 谭建成,绍晓强.永磁无刷直流电机技术[M].北京：机械工业出版社,2018.

作者简介：赵盼瑶，（1996-

），男，助理工程师