外定子電機(jī)快速下線器的設(shè)計(jì)與研究

萬玉吉，屈道強(qiáng)

(南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，南陽 473000)

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外定子電機(jī)快速下線器的設(shè)計(jì)與研究

萬玉吉，屈道強(qiáng)

(南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，南陽 473000)

介紹了一種外定子電機(jī)快速下線器，它是以微型直流電機(jī)為動(dòng)力，通過軸套與支架組成的特殊機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)彎狀空心繞線針作類似于圓錐曲面的旋轉(zhuǎn)，利用空心繞線針把漆包線繞到外定子電機(jī)鐵心槽中。為了對(duì)線圈端線整形，該下線器采用了拉線鉤子與撐線板等的配合，把線圈端線拉成了弧形。從下線到整形，一氣呵成，實(shí)現(xiàn)了快速下線。

空心繞線針；可調(diào)支架；拉線鉤子；撐線板；外定子電機(jī)

0 引 言

目前，電機(jī)制造廠家給小型的外定子電機(jī)下線需要以下幾步，在繞線模上繞線圈→綁線與摘線圈→在下線機(jī)中套線圈→下線圈。這種下線方法有以下幾點(diǎn)不足：步驟太多，效率太低；由于采用多種機(jī)構(gòu)完成下線，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量較大，制造成本也高，成套機(jī)器售價(jià)在10～20萬元；所需要的線圈周長(zhǎng)較大，浪費(fèi)銅線；漆包線本身要經(jīng)過槽口，容易被槽口碰斷。本文設(shè)計(jì)的外定子電機(jī)快速下線器，采用空心繞線針經(jīng)過槽口下線，可直接把漆包線繞到定子槽中，省去了多個(gè)步驟；一步到位，可節(jié)省約1/4的銅線；體積和重量較小，制造成本僅幾百元。

1 空心繞線針的實(shí)驗(yàn)

由于小功率外定子電機(jī)鐵心內(nèi)徑較小,手臂在鐵心中操作時(shí)受到了很大的限制,為此,我們采用空心繞線針下線。把外徑為1.0mm(內(nèi)徑為0.6mm)的空心不銹鋼管彎制成拐彎的形狀,如圖1所示。圖1 空心繞線針

從拐彎的空心不銹鋼管中穿過較細(xì)的漆包線，輕輕拉動(dòng)漆包線，漆包線在彎管中能順利滑動(dòng);又由于電機(jī)槽口的最小寬度為2 mm, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不銹鋼管完全能通過槽口繞線。為了方便，我們把這種具有兩個(gè)彎狀的不銹鋼管稱作空心繞線針。

2 空心繞線針的繞線模型

2.1 繞線模型的初步建立

如圖2所示，把外定子鐵心水平放置，從上向下看，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，形成了一定的幾何角度。為了把漆包線順利繞到兩槽中，必須把空心繞線針的ed段做成可自由旋轉(zhuǎn)的彎頭。

圖2 外定子與空心繞線針示意圖

在繞線過程中，讓空心繞線針的ab段豎直于外定子鐵心的中心，當(dāng)空心繞線針向上移動(dòng)時(shí)，ed段彎頭在漆包線拉力的作用下自然朝下，旋轉(zhuǎn)頭ed段就沿一槽口向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)繞線；當(dāng)空心繞線針向下移動(dòng)時(shí),ed段彎頭在漆包線拉力的作用下自然朝上，旋轉(zhuǎn)頭ed段沿另一槽口向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)繞線；當(dāng)空心繞線針只是繞ab段的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，ed段彎頭只是從一個(gè)槽口的附近旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)槽口的附近?？傊?，在繞線一周的過程中，ed段彎頭既要繞cd段軸線自轉(zhuǎn)，又要繞ab段的軸線實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)，才能把漆包線繞到槽中。

2.2 空心繞線針的完善

如圖3所示，為了給空心繞線針提供動(dòng)力，可在其豎直段固定一“U”形夾板，在“U”形夾板中間鉆一孔，用孔中軸作為動(dòng)力點(diǎn)。

圖3 “U”形夾板與傳動(dòng)軸

如圖4所示，為了使漆包線能在空心繞線針中順利地走線，可把a(bǔ)端做成喇叭口狀，abc段的直徑放大。

圖5是空心繞線針的局部放大圖，包括彎頭(或細(xì)端)、護(hù)套、小彈簧、橡皮圈、粗端。護(hù)套呈套筒狀，左端有一小孔，正好能讓空心繞線針的細(xì)端穿入；右端有一大孔，正好能讓空心繞線針的粗端穿入。護(hù)套的右端與空心繞線針之間用橡皮圈固定。彈簧的左端與空心繞線針固定，右端能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，彎頭段既能實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)，又能自由伸縮。

圖4 繞線針剖面圖圖5 繞線針局部放大圖

3 繞線與整形

3.1 初步繞線

例如,常見的單相16槽4極電機(jī)是單鏈繞組,每相有4個(gè)線圈串聯(lián),每個(gè)線圈節(jié)距是y=1～4,當(dāng)用上述方法把U相線圈繞好之后,每個(gè)線圈的端線正好把中間的兩槽檔住了,影響了V相線圈的下線,繞線效果如圖6所示。

圖6 16槽4極電機(jī)繞線圖

3.2 端線整形

所謂端線整形，就是把剛才下好的U相4個(gè)線圈的端線整成弧形向外，不影響V相繞組下線，整形后的U相線圈，如圖7所示。

圖7 端線整形后的線圈

如圖8所示，在線圈的端線整形過程中，由拉桿拉動(dòng)撐線板與拉線鉤子來完成。

(a)(b)(c)(d)

圖8 端線整形過程示意圖

整形過程分拉線與恢復(fù)兩個(gè)過程。向左是拉線過程，撐線板與拉線鉤子向左運(yùn)動(dòng)分三步，第一步，撐線板先運(yùn)動(dòng)到圖8(b)的位置，即撐線板左端與拉線鉤子接觸，右端從線圈中間拔出；第二步，撐線板左端推動(dòng)拉線鉤子，使拉線鉤子的右端旋轉(zhuǎn)到圖8(c)的位置，右端勾住線圈；第三步，撐線板繼續(xù)推動(dòng)拉線鉤子到圖8(d)的位置，同時(shí)拉線鉤子的右端拉動(dòng)線圈向左移動(dòng)，使線圈的端線變成了弧形，當(dāng)然，這三步是連續(xù)完成。向右是恢復(fù)過程，撐線板與拉線鉤子向右運(yùn)動(dòng)也分三步，第一步，撐線板先回到圖8(b)的位置；第二步，撐線板不動(dòng)，而同步電機(jī)帶動(dòng)定子鐵心旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)待繞線圈的位置；第三步，撐線板回到下一個(gè)撐線的位置，如圖8(a)，準(zhǔn)備繞下一個(gè)線圈。

總之，撐線板向左移動(dòng)完成拉線整形，撐線板向右移動(dòng)可恢復(fù)到繞線狀態(tài)。

3.3 撐線板

如圖9所示，撐線板由內(nèi)撐線板和外撐線板組成，外撐線板在內(nèi)撐線板上套著。內(nèi)撐線板零件圖如圖10所示。外撐線板零件圖如圖11所示。

圖9 撐線板

當(dāng)繞外圈線圈時(shí)，向右拉動(dòng)外撐線板，使外撐線板上的倒刺正好頂入內(nèi)撐線板上的孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)定位，這樣繞出的外圈線圈周長(zhǎng)較大，有利于整形，且整形后其端線與定子端面仍有一段距離，也有利于內(nèi)撐線板的插入。

當(dāng)繞內(nèi)圈線圈時(shí)，把外撐線板推向左端，然后讓內(nèi)撐線板插入外圈線圈中夾住鐵心，利用內(nèi)撐線板繞內(nèi)圈線圈，這樣繞出的內(nèi)圈線圈周長(zhǎng)較小，也有利于整形。

3.4V相繞線

V相線圈與U相線圈的位置要錯(cuò)開90°電角度。V相線圈的繞制方法與U相方法相同，只不過要把外撐線板推向左邊，利用內(nèi)撐線板繞線，具體原理前面已介紹。

4 繞線裝置的建立

為了完成該技術(shù)方案，整個(gè)外定子電機(jī)快速下線器主要由4大部分組成，如圖12所示。

圖12 繞線裝置

(1)空心繞線針部分，包括彎頭(或細(xì)端)、護(hù)套、小彈簧、橡皮圈、粗端。

(2)傳動(dòng)部分，包括寬皮帶、支撐板、可調(diào)支架、軸套、傳動(dòng)軸。

(3)端線整形部分，包括拉線鉤子、撐線板、滑槽、拉桿、大彈簧。

(4)動(dòng)力部分，包括同步電機(jī)、直流電機(jī)、直線電機(jī)。

另外，還有外定子鐵心、橫梁、豎梁、線圈、多爪夾架、上軸承座、下軸承座、直流電機(jī)底座等，而橫梁與豎梁只是起到支撐的作用。

5 傳動(dòng)部分

5.1 傳動(dòng)軸的形成

為了讓空心繞線針能圍繞兩個(gè)槽口上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸也必須作類似于圓錐面的旋轉(zhuǎn)，為了實(shí)現(xiàn)此功能，傳動(dòng)軸左端與“U”形夾板上的軸相連，而右端與軸套相連。

圖12中，傳動(dòng)軸左端與“U”形夾板上的軸相連時(shí)，傳動(dòng)軸與空心繞線針始終位于豎直的一個(gè)平面內(nèi)，這樣，當(dāng)傳動(dòng)軸上下移動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)空心繞線針沿ab方向上、下移動(dòng)；當(dāng)傳動(dòng)軸繞ab軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)空心繞線針繞ab軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；顯然，傳動(dòng)軸還能繞“U”形夾板的軸線上下擺動(dòng)，于是，傳動(dòng)軸就能帶動(dòng)空心繞線針作類似于錐形面的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，完成往槽中下線的目的。

圖12中，傳動(dòng)軸的右端穿入軸套中時(shí)，兩者成間隙配合，傳動(dòng)軸能在軸套中自由旋轉(zhuǎn)與伸縮，這樣，傳動(dòng)軸既能自轉(zhuǎn)，又能公轉(zhuǎn)。

5.2 傳動(dòng)帶的形成

(1)可調(diào)支架。由于被繞定子鐵心的槽數(shù)不同，相鄰兩槽口中心面形成的幾何角度就不同，為此，這就要求傳動(dòng)軸套的旋轉(zhuǎn)角度也能隨槽數(shù)的不同能進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同定子槽數(shù)的繞線，為此，我們?cè)趥鲃?dòng)帶表面上橫向固定一可調(diào)節(jié)的支架，支架的兩頭均制成夾子的形狀，夾子的上端有鎖緊螺絲。使用時(shí)，把鎖緊螺絲松開，調(diào)整傳動(dòng)軸的角度，使傳動(dòng)軸正好位于槽口中間位置，再把鎖緊螺絲擰緊即可。

(2)傳動(dòng)帶。傳動(dòng)帶由傳統(tǒng)的圓柱形皮帶輪帶動(dòng)，圓柱形皮帶輪由一微型直流電機(jī)帶動(dòng)。

整個(gè)傳動(dòng)過程：直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)寬皮帶旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)可調(diào)支架旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)軸套旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)空心繞線針旋轉(zhuǎn)→帶動(dòng)漆包線往槽中繞線。

6 動(dòng)力部分

由微型直流電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)空心繞線針繞轉(zhuǎn)，由微型同步電機(jī)通過多爪夾架等帶動(dòng)定子鐵心旋轉(zhuǎn)，由直線電機(jī)帶動(dòng)撐線板與拉線鉤子實(shí)現(xiàn)端線整形，這三個(gè)電機(jī)在PLC的控制下，可順序工作，周期性地完成外定子電機(jī)的快速繞線。

7 結(jié) 語

該裝置中的空心繞線針的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與端線整形機(jī)構(gòu)，完全突破了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新性地完成了對(duì)外定子電機(jī)的快速下線，效率高，成本低，是小型電機(jī)制造者的得力助手。當(dāng)然，該裝置也有它的局限性，實(shí)驗(yàn)證明，它主要適用于小功率的電機(jī)下線，漆包線的的直徑在0.23 mm以下為好。

[1] 萬玉吉，馬質(zhì)璞，張子博，等.電動(dòng)嵌線器的設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[J].微特電機(jī)，2011，39(9)：36-38.

[2] 萬玉吉，馬質(zhì)璞，劉寶勝.電動(dòng)嵌線器的研究與改進(jìn)[J].微特電機(jī)，2015，43(5)：84-85.

[3] 萬玉吉，馬質(zhì)璞，張子博，等.電動(dòng)快速嵌線裝置的工藝性研究[J].微特電機(jī)，2015，43(10)：88-90.

Design and Research of a Quick Slot Inserter for the Outer Stator Motor

WANYu-Ji,QUDao-Qiang

(Nanyang Vocational College of Agriculture,Nanyang 473000,China)

A quick slot inserter for the outer stator motor, which regarded miniature DC motor as its power, was introduced. It drove the curved shape of the hollow winding needle as similar to the rotation of the cone surface through the special institutions of shaft sleeve and the bracket. The enameled wire was winded around the slot in the motor stator core by using hollow needle. To shape the coil end line, the slot inserter device adopted the pull hook cooperating with the holding line board; coil end line was formed into the arc. From the slot's inserting to shaping, it realized the moving's quickly and coherently.

hollow winding needle; adjustable bracket; pull hook; holding line board; outer motor stator

2015-11-26

TM305.4

A

1004-7018(2016)07-0088-03

萬玉吉(1958-)，男，副教授，研究方向?yàn)殡姽る娮印㈦姍C(jī)與變壓器。