爪極式同步電機(jī)塑料齒輪設(shè)計(jì)

江仲文

摘 要：塑料齒輪因工藝簡單、成本低，重量輕，在微電機(jī)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)針對塑料齒輪設(shè)計(jì)方面文獻(xiàn)的不多，本文基于漸開線圓柱直齒輪，以真實(shí)設(shè)計(jì)為例，探討了塑料齒輪設(shè)計(jì)的方法。對實(shí)際工程應(yīng)用具有積極的參考意義。主要內(nèi)容如下：1）簡要介紹了爪極式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2）以實(shí)例詳細(xì)講述塑料齒輪設(shè)計(jì)方法，并加入了重合度、側(cè)隙、滑動(dòng)率等重要驗(yàn)算的理論方法。

關(guān)鍵詞：爪極式永磁同步電機(jī)；塑料齒輪設(shè)計(jì)；徑節(jié)；壓力角

1引言

近年來，隨著國內(nèi)家用電器行業(yè)的蓬勃發(fā)展，微型爪極式永磁同步電動(dòng)機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高而得到廣泛的應(yīng)用。其典型的應(yīng)用場合一般為微波爐的轉(zhuǎn)盤電機(jī)、空調(diào)的掃風(fēng)電機(jī)、監(jiān)控器搖頭電機(jī)以及其他電器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。因爪極式永磁同步電機(jī)功率偏小，一般為5～10W左右，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速又很高，達(dá)750～1000轉(zhuǎn)/分鐘，因而轉(zhuǎn)子輸出力矩很小。一般須在電機(jī)本體上增加一個(gè)減速齒輪箱，以減低轉(zhuǎn)速及提高輸出力矩。通常須將輸出級轉(zhuǎn)速降低至2.5～10轉(zhuǎn)/分鐘，力矩提高至2.5～20Kg.cm左右，才能滿足家用電器的驅(qū)動(dòng)要求。本文將側(cè)重于探討減速齒輪箱設(shè)計(jì)方面的問題。

2爪極式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

典型的爪極式永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖一所示。其中定子的爪極分別設(shè)計(jì)在外殼（1）和支架（5）上。外殼（1）和支架（5）的爪極在轉(zhuǎn)子（2）外圓交錯(cuò)排列。當(dāng)定子繞組（4）通電后，在外殼（1）和支架（5）上的爪極上將產(chǎn)生N-S-N-S……成對出現(xiàn)磁極。爪極的一個(gè)特點(diǎn)是通過任一截面的磁通不均勻，即爪尖部分最小，爪根部分最大。為了使爪極的磁阻和磁壓降最小，須使每一截面的磁通密度均勻相等，因此，須將爪極設(shè)計(jì)成沿軸向截面不相等的形狀，一般為梯形爪極。外殼、支架通常采用鍍鋅鋼板沖壓而成。

轉(zhuǎn)子（2）采用永磁體磁環(huán)，并將轉(zhuǎn)子輸出齒輪注塑在磁環(huán)上。永磁體一般采用鐵氧體，如應(yīng)用在大力矩輸出的場合，則需采用矯頑力較高的釹鐵硼。各級減速齒輪（7）圓周分布在由面蓋（8）和支架（5）形成的齒輪箱內(nèi)。對于E級、B級絕緣的電機(jī)，齒輪一般采用POM注塑而成。對于工作環(huán)境溫度較高的F或H級電機(jī)，齒輪一般采用PA66+30GF注塑而成。

3齒輪設(shè)計(jì)

通常，新設(shè)計(jì)的爪極式永磁同步電機(jī)會盡量通用原有外殼、支架等零件，以節(jié)省昂貴的模具成本，因而中心距是已知的。下面，以2.5轉(zhuǎn)/分鐘齒輪系為例，簡述齒輪設(shè)計(jì)的基本方法。

3.3裝配干涉檢查

最后，我們還須用CAD軟件將齒輪齒頂圓畫出，以檢查齒輪與其他部件是否有干涉。此處從略。

3.4塑料齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我們還需根據(jù)電機(jī)的高度空間，設(shè)計(jì)出塑料齒輪結(jié)構(gòu)，并畫出相應(yīng)的零件圖。此處不再贅述了。

4結(jié)語

以上，我們通過實(shí)例介紹爪極式永磁同步電機(jī)塑料齒輪的設(shè)計(jì)過程。近年來，隨著線切割技術(shù)在注塑模具制作中的廣泛應(yīng)用，我們不再局限于使用標(biāo)準(zhǔn)壓力角和標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的滾齒刀來加工模具銅公，而是靈活采用了英制的徑節(jié)（PD）及非標(biāo)準(zhǔn)壓力角，充分利用了產(chǎn)品的內(nèi)部空間，從而優(yōu)化了齒形設(shè)計(jì)，令齒輪的可靠性得到較大的提高。