爪極式同步電機塑料齒輪設計

江仲文

摘 要：塑料齒輪因工藝簡單、成本低，重量輕，在微電機行業得到廣泛應用。目前，國內針對塑料齒輪設計方面文獻的不多，本文基于漸開線圓柱直齒輪，以真實設計為例，探討了塑料齒輪設計的方法。對實際工程應用具有積極的參考意義。主要內容如下：1）簡要介紹了爪極式永磁同步電機的結構特點。2）以實例詳細講述塑料齒輪設計方法，并加入了重合度、側隙、滑動率等重要驗算的理論方法。

關鍵詞：爪極式永磁同步電機；塑料齒輪設計；徑節；壓力角

1引言

近年來，隨著國內家用電器行業的蓬勃發展，微型爪極式永磁同步電動機因結構簡單，工作可靠，效率高而得到廣泛的應用。其典型的應用場合一般為微波爐的轉盤電機、空調的掃風電機、監控器搖頭電機以及其他電器的驅動電機等。因爪極式永磁同步電機功率偏小，一般為5～10W左右，轉子轉速又很高，達750～1000轉/分鐘，因而轉子輸出力矩很小。一般須在電機本體上增加一個減速齒輪箱，以減低轉速及提高輸出力矩。通常須將輸出級轉速降低至2.5～10轉/分鐘，力矩提高至2.5～20Kg.cm左右，才能滿足家用電器的驅動要求。本文將側重于探討減速齒輪箱設計方面的問題。

2爪極式永磁同步電機的結構特點

典型的爪極式永磁同步電機結構如圖一所示。其中定子的爪極分別設計在外殼（1）和支架（5）上。外殼（1）和支架（5）的爪極在轉子（2）外圓交錯排列。當定子繞組（4）通電后，在外殼（1）和支架（5）上的爪極上將產生N-S-N-S……成對出現磁極。爪極的一個特點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，須將爪極設計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。

轉子（2）采用永磁體磁環，并將轉子輸出齒輪注塑在磁環上。永磁體一般采用鐵氧體，如應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。對于E級、B級絕緣的電機，齒輪一般采用POM注塑而成。對于工作環境溫度較高的F或H級電機，齒輪一般采用PA66+30GF注塑而成。

3齒輪設計

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

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塑料齒輪結構設計

我們還需根據電機的高度空間，設計出塑料齒輪結構，并畫出相應的零件圖。此處不再贅述了。

4結語

以上，我們通過實例介紹爪極式永磁同步電機塑料齒輪的設計過程。近年來，隨著線切割技術在注塑模具制作中的廣泛應用，我們不再局限于使用標準壓力角和標準模數的滾齒刀來加工模具銅公，而是靈活采用了英制的徑節（PD）及非標準壓力角，充分利用了產品的內部空間，從而優化了齒形設計，令齒輪的可靠性得到較大的提高。