电动工具用永磁无刷电机转子防尘结构设计研究胡柱樑

电动工具用永磁无刷电机转子防尘结构设计研究胡柱樑

胡柱樑

(东莞厚街科劲机电设备有限公司广东东莞523000)

摘要：永磁无刷电机转子防尘结构主要是由封闭的定子内圈、进风口侧防尘套、冷却风扇防尘罩所组成，其在电动工具中的应用能够很好的控制异物对电机造成影响，保障其正常的通风冷却功能。本文也会针对永磁无刷电机转子防尘结构的应用优势、设计思路、具体架构等进行详细的分析，以便为其进一步推广和应用提供可靠的参考依据。

关键词：永磁无刷电机转子防尘结构；电动工具；设计分析

近年来，我国电子技术水平越来越高，相对，也带动了永磁无刷电机的推广和应用。因为该电机设备的应用优势十分显著，不仅运行效率和功率密度较高，而且还具备较硬的过载能力以及调速性能，所以在现代电动工具中有着很大的应用率。但是由于电动工具的工作环境较为恶劣，所以永磁无刷电机在实际应用时，也会经常受到大量粉尘与异物的影响，从而不仅降低了电机的使用寿命，而且严重时，还会使出现一定的安全事故和损坏事故。所以，针对这种应用现状，就要对永磁无刷电机防尘结构设计加大研究力度。

1.应用优势和应用缺陷分析

现如今，我国所采用的交流电动工具产品主要以驱动电机为主，而驱动电机又分为串励电机和感应电机两种形式。从应用实践情况来看，这两种电动工具都具有较明显的应用缺陷，其中，串励电机的缺陷主要表现在其设计结构上，因为该电机内部的转子结构是由换向器和电磁绕组所组成，因此在生产制造过程中，就会增加转子的安装难度，使得相关工作人员无法顺利的对换向器进行点焊以及对转子进行滴漆，稍有差池，都会影响到电机的运行可靠性；而感应电机的缺陷主要表现在过载能力偏低上，究其原因，是因为其堵转扭矩的设定值不合理所致，仅仅为额定扭矩的1.8倍左右。

相对而言，永磁无刷电机的应用优势就要较上述两种电机高出很多，具体如表一所示。从表一中的对比情况来看，永磁无刷电机的应用优势主要体现在高效率、高功率密度以及高过载能力和高变速性能方面，并且使用寿命也是优于其他两种电机很多倍。所以，其可以作为电动工具中的核心设计结构，为电动产品的发展指引正确的方向。尽管永磁无刷电机的应用优势十分明显，但是在实际运用时，也有其不足之处。因为大多数电动工具的作业环境都比较恶劣，所以这就很容易导致大量粉尘和杂质堆积在电机内部，长此以往就会影响电机的应用性能，缩短其使用寿命。这种情况主要是因为永磁无刷电机中的转子结构中含有永磁体所致。若是铁末、铁屑等杂质进入到电机内部，就会被该永磁体所吸附，若是堆积量过大，则势必会堵住转子之间的气隙，从而使电磁绕组出现一定的损坏，严重时，甚至还会被烧毁。

由此可见，要想促进，永磁无刷电机的进一步推广和应用，就要对其防尘结构设计加大研究和创新力度，使其更为合理化、科学化，这样才能实现最终的发展目标。

2.创新设计思路分析

为了解决永磁无刷电机在实际应用中所产生的各种缺陷和不足，在其生产制造阶段，相关设计师就要对其内部转子结构设计加大创新力度。因为电机在正常工作时，其转子结构上所含有的永磁体会吸附大量的含磁杂物，进而给电磁绕组造成很大程度的破坏。另外，电磁绕组自身也有着一定的应用缺陷，其在工作状态下很容易会产生铜耗和定子铁芯损耗现象。

基于这些设计缺陷，相关设计师经过长期缜密的研究，总结出一套新的设计思路，即对电机内部的转子结构进行隔离封闭。在实际设计时，可以先将隔离槽楔与所有电磁绕组卡槽进行结合，待其形成一个完全封闭的定子内圈后，再与防尘套、防尘罩进行重组，这样才能组成一个完整、全新、封闭、实用的转子防尘结构。而这种新的防尘结构可以大大提升电机的通风冷却功能。因为电机在实际运行时，其内部的冷却风扇也会自动进行转动，从而产生一定的冷却气流。虽然这些气流会直接冷却电磁绕组和定子铁芯，但是基于新转子防尘结构的隔离保护，其却无法进入到电机内部，从而也会很大程度上阻止各种杂物和粉尘的进入，这样既可以保证电机的使用寿命，又能避免电子绕组出现大量的的铜耗和定子铁芯损耗现象。

3.整体架构的设计方案

新的防尘结构设计方案提出整体防尘设施要以电机壳体底部的防尘套为依托，由防尘圈以及防尘罩所构成，如图一、图二所示。其中，防尘套要尽量设置在电机壳体底部轴承室外部，其直径必须与定子铁芯内径相一致。而长度设计也要以能够直接套接定子绝缘端板的隔离翼片为基准；防尘圈的设计则比较复杂，其不仅包括定子铁芯、绝缘端板和隔离槽楔。而且绝缘端板位置也要设置在定子铁芯两端，且端板上的凸圈也必须与绕组卡槽相连接，以便于电磁绕组的安装和运行。

另外，定子绝缘端板上的隔离翼片必须带有翼片台阶，绕组卡槽槽口两侧也要设有相应的台阶结构，这样两者才能进行有机结合，进而形成较为完善的槽楔插槽。同时，为了确保电机的防尘性能，隔离槽楔的位置的选择也要格外注意，尽量将其安装在槽楔插槽上端，且长度设计要以隔离翼片端部长度相一致，这样才能与所有绕组卡槽槽齿相对应，形成封闭性较强的定子内圈。相对而言，防尘罩的安装位置设计也要做到科学、合理，尽量位于冷却风扇上部，且外径设计和长度设计也要与相对应的规范标准相吻合。

此外，若是电机内部的定子内圈外部被壳体所包围，则其绝缘端板上的隔离翼片端部必须与壳体底部的防尘套紧密套接。而永磁转子若是被壳体所包围，其冷却风扇上的防尘罩外径也要与定子内圈中一的隔离翼片内径保持一致，且两者间的气隙间距不得超过0.5mm，重叠度也要保持在5mm以上，这样才能避免电机在运转过程中，发生防尘罩与绝缘端板隔离翼片相摩擦的现象，进而很大程度上阻止冷却气流进人到转子中。

4.创新设计方案的实践证明

综上所述，永磁转子防护套是由防尘套、定子内圈及防尘罩所组成，其中，定子内圈又是由转子防尘结构、壳体进风口侧的防尘套、冷却风扇上的防尘罩以及隔离槽楔与所有电磁绕组卡槽所组成。因此，将永磁转子完全包裹在这样一个封闭的空间中，既可以大大提升永磁转子的防尘功能，又能在一定程度上还能进一步增强定子铁芯和电磁绕组的通风冷却效果。即使永磁无刷电机处在具有大量粉尘和杂质的作业空间中，该转子防护套也会很好的阻止冷却气流进入到转子内部，这样就会大大降低粉尘、铁末、铁屑的吸附率，从而使电机能够始终保持在安全、稳定的运行状态中，延长其整体使用寿命。

现如今，具有新防尘结构的永磁无刷电机已在角向磨光机中所采用。据相关实践证明，这种永磁无刷电机防尘结构，不仅设计思路简单、合理，而且转子密闭性和使用寿命也是十分之强，可超过原有使用期限800h以上。此外，这种永磁无刷电机防尘结构还具有简便的安装工序以及较强的运行可靠性，所以可以作为我国电动产品发展的方向标杆。

结束语：

现下，随着永磁无刷电机的不断发展和应用，对其整体结构设计以及应用性能也提出了较高的要求，为了达到最终的目的，在电机生产制造过程中，相关设计师就要在原有的结构设计基础上，增加新的设计思路，并结合永磁无刷电机的应用优势，调整设计方案，使其防尘效果以及使用寿命得到进一步的增强，这样才能满足市场需求，推动我国电动产品的不断创新。

参考文献：

[1]周凤争.高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的研究[J]浙江大学学报,2017,09:32-33

[2]罗选强,王典.无刷永磁电机在电动工具中的应用[J]电动工具,2017,10:56-57

[3]李奉平.电动工具用永磁无刷电机转子防尘结构设计[J]电动工具,2017,03:14-15