爪极式同步电机塑料齿轮设计

江仲文

摘 要：塑料齿轮因工艺简单、成本低，重量轻，在微电机行业得到广泛应用。目前，国内针对塑料齿轮设计方面文献的不多，本文基于渐开线圆柱直齿轮，以真实设计为例，探讨了塑料齿轮设计的方法。对实际工程应用具有积极的参考意义。主要内容如下：1）简要介绍了爪极式永磁同步电机的结构特点。2）以实例详细讲述塑料齿轮设计方法，并加入了重合度、侧隙、滑动率等重要验算的理论方法。

关键词：爪极式永磁同步电机；塑料齿轮设计；径节；压力角

1引言

近年来，随着国内家用电器行业的蓬勃发展，微型爪极式永磁同步电动机因结构简单，工作可靠，效率高而得到广泛的应用。其典型的应用场合一般为微波炉的转盘电机、空调的扫风电机、监控器摇头电机以及其他电器的驱动电机等。因爪极式永磁同步电机功率偏小，一般为5～10W左右，转子转速又很高，达750～1000转/分钟，因而转子输出力矩很小。一般须在电机本体上增加一个减速齿轮箱，以减低转速及提高输出力矩。通常须将输出级转速降低至2.5～10转/分钟，力矩提高至2.5～20Kg.cm左右，才能满足家用电器的驱动要求。本文将侧重于探讨减速齿轮箱设计方面的问题。

2爪极式永磁同步电机的结构特点

典型的爪极式永磁同步电机结构如图一所示。其中定子的爪极分别设计在外壳（1）和支架（5）上。外壳（1）和支架（5）的爪极在转子（2）外圆交错排列。当定子绕组（4）通电后，在外壳（1）和支架（5）上的爪极上将产生N-S-N-S……成对出现磁极。爪极的一个特点是通过任一截面的磁通不均匀，即爪尖部分最小，爪根部分最大。为了使爪极的磁阻和磁压降最小，须使每一截面的磁通密度均匀相等，因此，须将爪极设计成沿轴向截面不相等的形状，一般为梯形爪极。外壳、支架通常采用镀锌钢板冲压而成。

转子（2）采用永磁体磁环，并将转子输出齿轮注塑在磁环上。永磁体一般采用铁氧体，如应用在大力矩输出的场合，则需采用矫顽力较高的钕铁硼。各级减速齿轮（7）圆周分布在由面盖（8）和支架（5）形成的齿轮箱内。对于E级、B级绝缘的电机，齿轮一般采用POM注塑而成。对于工作环境温度较高的F或H级电机，齿轮一般采用PA66+30GF注塑而成。

3齿轮设计

通常，新设计的爪极式永磁同步电机会尽量通用原有外壳、支架等零件，以节省昂贵的模具成本，因而中心距是已知的。下面，以2.5转/分钟齿轮系為例，简述齿轮设计的基本方法。

3.3装配干涉检查

最后，我们还须用CAD软件将齿轮齿顶圆画出，以检查齿轮与其他部件是否有干涉。此处从略。

3.4塑料齿轮结构设计

我们还需根据电机的高度空间，设计出塑料齿轮结构，并画出相应的零件图。此处不再赘述了。

4结语

以上，我们通过实例介绍爪极式永磁同步电机塑料齿轮的设计过程。近年来，随着线切割技术在注塑模具制作中的广泛应用，我们不再局限于使用标准压力角和标准模数的滚齿刀来加工模具铜公，而是灵活采用了英制的径节（PD）及非标准压力角，充分利用了产品的内部空间，从而优化了齿形设计，令齿轮的可靠性得到较大的提高。