電動嵌線器的設(shè)計原理與應(yīng)用

萬玉吉，馬質(zhì)璞，張子博，李金嶺，屈道強，劉玉謙

(河南省南陽農(nóng)業(yè)學(xué)校，河南南陽473000)

0 引 言

吊扇的普及已有幾十年，大量的壞舊吊扇電動機被淘汰下來，沒有維修再利用，而是存放在家庭、倉庫，造成了資源浪費。

目前，市場上的吊扇電動機由于自動下線裝置體積大、價格貴，一般在給吊扇電動機下線時只能手工下線，即需經(jīng)過調(diào)整繞線模周長→在繞線模上繞線→拆除繞線模上線圈→往定子槽中下線等步驟。這種傳統(tǒng)下線方法費時、費力、成本高，多數(shù)電機維修人員都不愿意維修吊扇電機。

為了減少資源浪費，減少電機維修人員的辛苦，我們設(shè)計了一種微型電動嵌線器(100×100×40 mm3)，它是以微型直流電動機為動力，可直接把漆包線繞到吊扇電動機定子槽中，其特點是速度快，效率高，成本低，可大大減輕工人的勞動強度。

1 設(shè)計原理

1.1 運動分析

把吊扇電動機定子鐵心水平固定，從上向下看，內(nèi)圈(或外圈)相鄰兩槽口的中心線并不平行，兩中心線的距離是里窄外寬，形成一角度。為了把漆包線繞到槽中，必須制作出空心繞線針，讓空心繞線針沿相鄰兩槽口上、下旋轉(zhuǎn)，才能把漆包線繞到相鄰兩槽中，故空心繞線針的運動軌跡必須類似于錐形面，如圖1所示。

1.2 構(gòu)思模型

由于空心繞線針的旋轉(zhuǎn)軌跡必須類似于錐形面，才能把漆包線繞到槽中，所以將圓頭形窄支撐板在前，圓頭形寬支撐板在后，且兩者平行放置，用兩者的直邊部分形成的滑道使空心繞線針沿兩個槽口上、下旋轉(zhuǎn)，這樣，空心繞線針的運動軌跡就類似于錐形面，如圖2所示。

圖1 空心繞線針運動軌跡分析

圖2 窄、寬支撐板前、后豎直放置

圖3 構(gòu)思傳動系統(tǒng)

空心繞線針要想旋轉(zhuǎn)，需要一皮帶帶動，皮帶的旋轉(zhuǎn)需要兩個皮帶輪帶動，所以在兩支撐板之間的兩頭各安裝一寬皮帶輪，兩寬皮帶輪帶動寬皮帶旋轉(zhuǎn)，寬皮帶旋轉(zhuǎn)時便可帶動空心繞線針把漆包線繞到相鄰兩槽中，如圖3所示。

由于空心繞線針既要沿窄、寬支撐板的邊沿公轉(zhuǎn)，又要自轉(zhuǎn)，所以空心繞線針不能固定在寬皮帶上，為此，先在寬皮帶的外表面橫向傾斜地固定一軸套，再在軸套中穿入可自由轉(zhuǎn)動的空心繞線針即可。

為了使電動嵌線器能隨時勾到定子鐵心的任意槽端進行繞線，在窄支撐板的外側(cè)可安裝一插槽，插槽中插入單勾爪(或雙勾爪)，可隨時把電動嵌線器勾到一個槽端(或兩個槽端)進行繞線。寬支撐板外側(cè)安裝一微型直流電動機作動力。

2 系統(tǒng)裝置

圖4是電動嵌線器的系統(tǒng)裝置圖。長空心繞線針是在繞內(nèi)圈線圈時用;短空心繞線針，是在繞外圈線圈時用。單勾爪，是在繞內(nèi)圈線圈時勾到一個槽端用;雙勾爪，是在繞外圈線圈時勾到兩個槽端用。

圖4 裝配圖

整個傳動過程是電動機旋轉(zhuǎn)→小皮帶輪旋轉(zhuǎn)→窄皮帶旋轉(zhuǎn)→三槽寬皮帶輪旋轉(zhuǎn)→寬皮帶旋轉(zhuǎn)→軸套旋轉(zhuǎn)→空心繞線針旋轉(zhuǎn)→漆包線繞進槽中。

3 零件分析

3.1 支撐板

圖5 窄、寬支撐板

圖5是窄、寬支撐板的示意圖，其中窄支撐板的寬度由定子的兩槽口距離所決定(28 mm);寬支撐板的寬度由兩槽口所形成的角度和兩支撐板的距離所決定，設(shè)兩支撐板間隔為30 mm，由此可得出寬支撐板的寬度為40 mm。兩者直邊的高度相等，由鐵心的厚度或直流電動機的直徑所決定。兩支撐板均由1.5 mm厚的鋼板制成。

3.2 寬皮帶輪

圖6是二、三槽寬皮帶輪示意圖，均由塑料棒車削而成。為了利用寬皮帶的張力，讓空心繞線針緊貼支撐板的邊沿，兩皮帶輪的直徑要小于窄支撐板的寬度，為此，兩寬皮帶輪的直徑取22 mm，由上節(jié)可知，兩者的長度均為30 mm。兩者表面的兩個小槽與寬皮帶上的兩個凸臺相對應(yīng)，以防寬皮帶跑偏。

3.3 寬皮帶與軸套

圖6 二、三槽寬皮帶輪

圖7 寬皮帶與軸套

圖7是寬皮帶與軸套的示意圖，寬皮帶用有彈性的自行車內(nèi)帶制成，軸套用20#不繡鋼針頭制成。寬皮帶的內(nèi)表面有兩個縱向凸臺，兩縱向凸臺與寬皮帶輪上的兩個小槽相對應(yīng)，以防寬皮帶跑偏。寬皮帶的外表面橫向傾斜地固定有一軸套，由圖7中的俯視圖可知，其傾斜程度由窄、寬支撐板的寬度或兩槽口的夾角所決定。

3.4 空芯繞線針

圖8是空芯繞線針示意圖，均由16#不繡鋼針頭彎制而成，其中長繞線針用來繞內(nèi)圈繞組，短繞線針用來繞外圈繞組。

圖8 空芯繞線針

圖9 插槽

3.5 插槽

圖9是插槽10的示意圖，由0.5 mm厚的鋼片制成，其寬度略小于窄支撐板的寬度即可。插槽中可裝入單勾爪或雙勾爪。

3.6 勾爪

圖10是單勾爪示意圖，圖11是雙勾爪示意圖，均由0.5 mm厚的鋼片制成。單勾爪勾到一個槽端，用來繞內(nèi)圈繞組;雙勾爪勾到兩個槽端，用來繞外圈繞組。

圖10 單勾爪

圖11 雙勾爪

圖12 U相與V相繞組的展開圖

4 應(yīng)用過程

4.1 定子繞組展開圖

吊扇電機的定子繞組有單層與雙層兩種［1］，該電動嵌線器主要適用于雙層繞組。以28槽為例，雙層繞組時U相與V相的展開圖，如圖12所示。每相中線圈與線圈之間是尾接尾、頭接頭的反串連接，即逆繞一個線圈，順繞一個線圈［2］。

4.2 先繞里圈(U相)繞組

(1)插槽中裝入單勾爪，然后勾住一個槽端;

(2)軸套中裝入長繞線針，并套上皮圈定位;

(3)把漆包線從后邊串過繞線針，并固定在鐵心上;

(4)右手提起后邊的漆包線，適當(dāng)用力拉緊;

(5)左手接通電源，空心繞線針旋轉(zhuǎn)，逆時針繞第一個線圈，待漆包線繞夠半個槽時，斷開電源;

(6)提起繞線裝置，勾住下一個槽端，反接電源，順時針繞第二個線圈……就這樣，通過不斷改變繞線裝置的位置，不斷改變直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向，就可分別嵌好里圈(U相)每個線圈，實現(xiàn)線圈與線圈之間的反串連接，達到雙層繞線的效果，如圖13所示。

圖13 電動嵌線器與定子繞組效果圖

4.3再繞外圈(V相)繞組

(1)插槽中裝入雙勾爪，然后勾住兩個槽端，這里，V相的頭要滯后U相的頭一個槽距(即90°電角度);

(2)軸套中裝入短繞線針，并套上皮圈定位;以下步驟同4.1中的(4)～(6)操作。繞好之后的效果，如圖13所示。

吊扇電動機定子繞組的匝數(shù)并不十分嚴格，繞滿槽即可，當(dāng)然，感興趣者可以安裝上計數(shù)器。

用電動嵌線器繞好的線圈十分緊湊，比手工下線可節(jié)省約四分之一漆包線。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計了一種電動嵌線器，分析了空心繞線針類似于錐形面的運動軌跡，為此，利用窄、寬支撐板的邊沿作為空心繞線針的軌跡滑道;分析了系統(tǒng)裝置各個零件之間特定的相互關(guān)系，介紹了電動嵌線器裝配圖和各個零件的設(shè)計過程;最后介紹了電動嵌線器的操作使用過程。

［1］ 包玉華.電工學(xué)［M］.北京:北京煤炭工業(yè)出版社，1992.

［2］ 賈大義.常用電機原理與設(shè)計［M］.北京:北京輕工業(yè)出版社，1996.