电动工具专用超高速长寿命分体式有刷直流电机的研发项目案例

开发依据与背景

随着社会经济的发展，近年来电池式电动工具和小型家用机器人等产品可谓飞速发展, 其在实际应用中的比重也逐年加大, 这类产品一般要求微电机控制精度高、工作环境复杂、结构紧凑，因此对微电机提出较高技术要求。包括：

1）转矩惯量比要大，机电时间常数要小，以满足系统快速反应的要求；

2）调速范围宽，转速运行平稳，力矩波动要小，以满足各种运动速度和精确定位的要求；

3）功率体积比和功率重量比要大，以满足有限安装空间，即要求微电机尽量做到小型化和轻量化；

4）要求过载能力大，耐热性能好，在恶劣环境条件能，能长期工作，即具有良好耐环境性和高可靠性。

另一方面，传统的永磁直流有刷微电机，效率一般在35~55%左右，在要求大扭矩高转速的情况下，在功率体积比及运行稳定性方面越来越难以满足需求，而且近年来公司在产业转型升级过程中也逐渐向这类产品倾斜。因此，进行高效率大扭矩铁芯微电机的研制有其切实的现实和经济意义，这能够丰富公司的产品类型，进一步提高公司的市场占有率，使我司电机产品得以创新升级。

主要研发内容和结果

研发内容：

1.独特的分体式机壳和前后端盖结构和装配工艺设计和开究——将机壳设计成左右分立组装结构，与前后端盖采用紧定螺钉的机械固持方式，以期有效提高了电机的散热性能和结构工艺性；

2.基于高效大扭矩要求的铁芯微电机性能和结构优化设计：

1）从系统的观点出发，合理设计电机转子的长细比，从而减少导线的总截面，使得电机的工作磁通相应增大，满足了电机外形尺寸紧凑、而工作电流小的使用需求；

2）引进运用第三代稀土钕铁硼永磁材料作为定子，它具有体积小、重量轻和磁性强等特点，明显减轻电机的重量，缩小电机的外型尺寸，同时获得高效率的效果和提高电机的性能；

3）研究设计后端盖自调整式的电刷安装结构，通过实验对比选出最合适的弹簧压力以减小电机的火花和电刷的磨损。

3.进行关键配合零部件的公差设计和建模分析

从成本和质量两方面的平衡出发，设计轴与轴承、换向器与电刷、铁芯与定子以及零件本身等的最合理的公差配合及要求，以公差成本最小作为微电机关键部件公差优化的目标，以微电机的性能要求和加工经济精度作为公差优化的约束条件对微电机关键部件公差进行优化设计，并对优化后的结果进行对比分析。最终实现零部件的互换性和标准化，实现经济效益的最大化。

研发结果：

1. 开发出了至少2款新机型，通过电机机械特性控制，引申出至少20种高效率大扭矩铁芯微电机衍生产品，完全满足电池式电动工具和小型家用机器的驱动性能和使用需求；使公司铁芯类微电机的技术能力再上新台阶。

2. 电机效率可达68~75%，各项性能符合高效率高、高转速、大扭矩直流铁芯微电机的特点、设计意图和应用需求。