張燎原

（ 浙江寶源電器有限公司，金華 321000 ）

電動(dòng)工具串勵(lì)電機(jī)工程設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)例

張燎原

（ 浙江寶源電器有限公司，金華 321000 ）

以100型角向磨光機(jī)為例對(duì)電機(jī)沖片優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出改進(jìn)方法并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證以提高工具的整機(jī)功率。總結(jié)出3種不同規(guī)格沖片應(yīng)用范圍，其原理也可用于其他電動(dòng)工具沖片的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

串勵(lì)電機(jī) 角向磨光機(jī) 沖片 整機(jī)功率

0 引言

我國(guó)是電動(dòng)工具生產(chǎn)大國(guó)，隨著電動(dòng)工具行業(yè)提高產(chǎn)品性能和對(duì)生產(chǎn)成本控制的不斷深化，企業(yè)對(duì)于單位體積的電機(jī)功率期望值也越來(lái)越高。近幾年，在市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，電動(dòng)工具致力于努力降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高整機(jī)功率及整機(jī)性能。Φ55 mm沖片55 mm疊高的電機(jī)功率已從550～600 W提高到了800～900 W。特別是100型小角磨機(jī)，從目前的市場(chǎng)需求看，Φ53 mm沖片的電機(jī)也已經(jīng)被要求能夠達(dá)到此功率。本文通過(guò)工程實(shí)例，敘述通過(guò)對(duì)電機(jī)沖片的設(shè)計(jì)改進(jìn)，借以提高工具整機(jī)功率。

1 概述

采用Φ51 mm沖片，設(shè)計(jì)機(jī)身為58 mm的100型細(xì)機(jī)身小角磨是國(guó)內(nèi)各電動(dòng)工具制造企業(yè)很想做卻很難做好的一款產(chǎn)品。幾年前，筆者遇到一款Φ51 mm沖片疊高55 mm的100型小角磨，企業(yè)開(kāi)發(fā)已經(jīng)兩年，卻未能形成量產(chǎn)，究其原因是碳刷負(fù)載耐久僅能維持20 h左右，650 W溫升合格，但效率僅為40%，達(dá)不到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)之初的要求。

2 實(shí)例與改進(jìn)

圖1所示為Φ51 mm沖片疊高55 mm的100型小角磨機(jī)采用的定子沖片。從圖中可見(jiàn)，沖片定子軛寬度為3.5 mm，而定子螺絲最小處僅為2.3 mm。電磁計(jì)算得負(fù)載650 W時(shí)，此處磁通密度為2.4 T，處于嚴(yán)重磁飽和狀態(tài)。負(fù)載時(shí)，特別在過(guò)載時(shí)會(huì)引起大量火花，這是碳刷負(fù)載耐久達(dá)不到時(shí)間要求的根源。

圖1 原始沖片

圖2為改進(jìn)后的定子沖片。定子軛寬度采用3.6 mm等值設(shè)計(jì)，定子線窗面積增加了4.5 mm2。按700 W計(jì)算定子磁通密度為1.75 T。按此圖做的沖片疊高53 mm時(shí)，以650 W繞線參數(shù)試制電機(jī)，0.94倍額定電壓下測(cè)試溫升參數(shù)見(jiàn)表1。此外，1.06倍額定電壓下測(cè)試時(shí)，定子溫升55.68 K，轉(zhuǎn)子溫升71.85 K。

圖2 改進(jìn)后沖片

表1 溫升參數(shù)

經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)沖片的改進(jìn)，電機(jī)性能得到明顯提高，效率達(dá)到55%，整機(jī)負(fù)載耐久一付碳刷壽命可達(dá)100 h以上。

定轉(zhuǎn)子沖片的工程設(shè)計(jì)要求對(duì)沖片的每個(gè)尺寸進(jìn)行電磁校對(duì)，特別對(duì)定子軛寬度、轉(zhuǎn)子齒寬、轉(zhuǎn)子軛高、轉(zhuǎn)子線窗和定子線窗面積等，都要按不同功率的電機(jī)進(jìn)行計(jì)算并優(yōu)化改進(jìn)，這樣才能得到相對(duì)合理的沖片，既節(jié)省電機(jī)制造成本，又能提高電機(jī)功率。

圖3所示沖片對(duì)圖2的Φ51 mm沖片作了進(jìn)一步改進(jìn)，提高電機(jī)功率。為增加定子線窗面積和輸出功率，調(diào)整并增加了極弧系數(shù)；為改善換向火花，采用極尖削尖設(shè)計(jì)，對(duì)極尖圓角半徑進(jìn)行調(diào)整，使定子軛寬度增加到3.9 mm、定子線窗面積達(dá)到41.2 mm2；轉(zhuǎn)子沖片外徑為了增加線窗面積作了適當(dāng)調(diào)整，由原先的31.7 mm增加至32 mm，轉(zhuǎn)子線窗面積增加了1 mm2，沖片各重要部位電磁校對(duì)后都在合理范圍內(nèi)。圖3中的改進(jìn)達(dá)到750 W電機(jī)制作要求，為設(shè)計(jì)100型細(xì)手柄小角磨機(jī)提供保證。

圖3 新設(shè)計(jì)沖片

圖4所示為功率1 100 W的100型角磨而設(shè)計(jì)的Φ58.5 mm沖片，機(jī)身手握最大處可設(shè)計(jì)為Φ61×66 mm，是100型角磨機(jī)型中最大的一款。沖片極弧系數(shù)0.718，采用極尖削尖設(shè)計(jì)以減低火花。定子軛寬度4.6 mm，線窗面積47.9 mm2，轉(zhuǎn)子沖片Φ35 mm，疊高55 mm。按1 100 W參數(shù)繞制電機(jī)，測(cè)試電機(jī)溫升參數(shù)見(jiàn)表2。在0.94倍額定電壓下，定子溫升為72.39 K，轉(zhuǎn)子溫升為71.7 K；在1.06倍額定電壓下，定子溫升為66 K，轉(zhuǎn)子溫升為78 K。

圖4 Φ58.5 mm沖片

表2 溫升參數(shù)

圖5 Φ56 mm沖片

圖4中Φ58.5 mm沖片應(yīng)用在1 100 W角磨機(jī)上，從溫升測(cè)試及實(shí)際工況測(cè)試來(lái)看其性能提升還有余量，但機(jī)身偏大且手握尺寸過(guò)大導(dǎo)致操作不便。圖5是Φ56 mm沖片，是在圖4的Φ58.5 mm沖片基礎(chǔ)上改善手握舒適性而優(yōu)化的沖片，雖然外徑小了2.5 mm，但沖片定子軛寬度仍保持為4.6 mm，轉(zhuǎn)子沖片外徑為34.5 mm，定轉(zhuǎn)子線窗面積分別為49.7 mm2和24.13 mm2，符合1 100 W角磨機(jī)繞線要求。沖片按疊高Φ55 mm、1 100 W進(jìn)行電磁校算，定子軛電磁密度1.86 T，電樞齒部電磁密度1.73 T，電樞軛部磁密1.45 T、氣隙磁密0.405 T，符合設(shè)計(jì)要求?？梢?jiàn)，Φ56 mm沖片應(yīng)用于1 100 W角磨機(jī)，手握處比Φ58.5 mm的沖片減少2.5 mm，更符合人機(jī)工程要求。

3 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)設(shè)計(jì)是電動(dòng)工具整體設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

結(jié)合對(duì)以上兩款角磨設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的總結(jié)及市場(chǎng)需求，100型小角磨機(jī)可設(shè)計(jì)以下三款機(jī)型：

1）Φ51 mm沖片750 W，手握尺寸最大處58 mm；

2）Φ53 mm沖片850～950 W，手握尺寸最大處60.5 mm；

3）Φ56 mm沖片1 050～1 100 W，手握尺寸最大處64 mm。

在產(chǎn)品性能不變的情況下，手握尺寸縮小2～3 mm，可有效降低電機(jī)成本。

[1]汪鎮(zhèn)國(guó).單相串激電機(jī)的原理設(shè)計(jì)制造[M].上海：上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社，1993.

Electric tools series motor engineering design improvement examples

Zhang Liaoyuan
( Zhejiang Booyuan Electric Co., Ltd., jinhua, 321000, China )

Take 100 type Angle grinder as example to optimize the motor lamination design, and put forward the improvement method and the test to improve overall power. Sum up the three kinds of different laminations application range, and its principle can be also be used for other electric tools lamination design and development.

Series motor Angle grinder Lamination Overall power

TM08

A

1674-2796（2014）05-0007-04

2014-03-11

張燎原（1961—），男，大專，工程師，主要從事齒輪設(shè)計(jì)及電動(dòng)工具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。