一種空心杯電樞繞組成型技術(shù)

摘 要：針對空心杯電樞繞組加工成型技術(shù)，本文主要從繞組繞制、線圈成型、杯體成型加固等方面綜合考慮，采用半自動化專用設(shè)備加工，保證電樞繞組加工質(zhì)量一致性，同時提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定加工質(zhì)量，并為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空心杯電樞繞組全自動智能加工提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：空心杯電樞；繞組成型技術(shù)

中圖分類號：TM303.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0290-02

1 引 言

空心杯電機(jī)屬于直流、永磁、伺服、微特電機(jī)，空心杯電機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流造成的電能損耗，同時其重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅度降低，減少了自身的損耗，因此空心杯電機(jī)具有十分突出的節(jié)能、控制和拖動特性，代表了電動機(jī)未來發(fā)展的方向之一。國內(nèi)生產(chǎn)空心杯電機(jī)的廠家非常少，基本都是手工作坊式的零星生產(chǎn)，受工藝技術(shù)限制，沒有形成規(guī)模。目前在軍事武器領(lǐng)域，很大一部分空心杯電機(jī)依賴國外進(jìn)口，為響應(yīng)國家武器國產(chǎn)化政策，發(fā)揮我廠行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)精神，對空心杯電機(jī)開展工藝技術(shù)研究是非常必要的?？招谋姍C(jī)中電樞的結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，電樞制造技術(shù)是空心杯電機(jī)制造中的關(guān)鍵技術(shù)，空心杯電樞質(zhì)量的好壞很大程度上決定了電機(jī)性能的好壞，電樞加工的自動化程度，決定了空心杯電機(jī)的加工效率。因此，空心杯電樞工藝技術(shù)水平代表了空心杯電機(jī)的制造水平，而空心杯電樞的繞制、成型、封裝是空心杯制造技術(shù)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)。本文對空心杯的線圈繞制、線圈成型、杯體成型加固技術(shù)進(jìn)行深入探討，采用該技術(shù)能加工出尺寸一致、質(zhì)量穩(wěn)定的空心杯電樞，為逐步實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)備加工提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2 空心杯電樞繞組成型技術(shù)

2.1 概 述

由于目前多數(shù)軍工生產(chǎn)空心杯電樞線圈繞制、線圈成型、杯體成型加固主要依靠手工操作，采用手工繞制單個線圈，采用工裝劃線分度、手工按劃線位置貼線，往往存在目測偏差，造成貼成的杯體分度不均勻，易散線，后期手工整形困難，尺寸不一致，穩(wěn)定性差，導(dǎo)致繞線工序的質(zhì)量可靠性低，生產(chǎn)效率低。因此需要從空心杯電樞繞組繞制、繞組成型、杯體成型加固三個方面解決目前的手工操作質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性差，效率低等問題。

2.2 空心杯電樞繞組自動繞制技術(shù)

空心杯電樞繞組線圈排列的整齊程度，很大程度上決定了電樞杯體成型尺寸的一致性，排列的均勻性直接影響空心杯電樞動不平衡量。目前空心杯電機(jī)電樞繞線主要依靠手工將繞組繞成片狀（見圖2），再通過將片狀繞組一個一個貼在圓筒上形成圓，整個過程全靠手工目測操作，加工效率低，由于線圈為手工繞制，漆包線拉力控制不均勻，導(dǎo)致繞制的線圈繞制過程受力不均勻，電阻有差異，甚至造成漆包線受損易斷線，加工成型的空心杯電樞性能有差異，不能完全滿足高精度要求。前期通過市場調(diào)研，對空心杯繞組繞線設(shè)計(jì)技術(shù)已有初步研究，可根據(jù)要求定制繞線自動化設(shè)備進(jìn)行線圈繞組加工，基本能夠?qū)崿F(xiàn)繞組自動化設(shè)備生產(chǎn)（見圖3）。

2.3 空心杯電樞卷繞成型技術(shù)

空心杯電機(jī)電樞沒有硅鋼片鐵芯作為支撐，直接采用線圈卷制為圓筒狀，成為一個杯體，線圈成形的均勻性影響電機(jī)的磁場均布。傳統(tǒng)的電樞繞線工藝是手工布線，線圈在布線模中的定位是通過肉眼來判斷是否均勻，線圈的均勻定位誤差較大；而且由于手工繞制線圈，各個線圈之間存在誤差。這種誤差的存在，使得線圈重量、寬度均不一致，由此造成繞組成型后分布不均勻。采用該方法加工的空心杯電樞繞組貼成圓形后，后期還需要用刮板手工整形、對線圈進(jìn)行手工整理，繞組兩端手工整形，整理、固定浮線，操作工藝復(fù)雜，而且操作過程易損漆包線，過程沒有參數(shù)監(jiān)測，沒有形成參數(shù)化控制，導(dǎo)致缺陷繞組進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)生產(chǎn)。而新的電樞卷繞成型技術(shù)利用自動繞線機(jī)將電樞繞組繞制成四方體或六方體（參見圖4），再利用工裝整形成圓筒形（參見圖5），采用該方法線圈繞制比較簡單，后續(xù)整形比較容易，該類方法使用范圍較大，能實(shí)現(xiàn)不同種類空心杯生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

2.4 空心杯電樞生產(chǎn)非標(biāo)工裝設(shè)計(jì)技術(shù)

從空心杯電樞結(jié)構(gòu)可以看出，空心杯電樞作為一個空心腔體，要實(shí)現(xiàn)半自動化成型技術(shù)，工裝是必不可少的。工裝設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)是解決空心杯電樞半自動成型的關(guān)鍵技術(shù)。其中以電樞繞組的線圈繞制、杯體成型、杯體加固加工的工裝設(shè)計(jì)技術(shù)研究為主?？招谋姌欣@組工裝模具的尺寸設(shè)計(jì)、實(shí)用性設(shè)計(jì)都對空心杯電機(jī)的尺寸一致性、性能穩(wěn)定性和生產(chǎn)加工效率起到至關(guān)重要的作用。目前工廠空心杯電機(jī)電樞工裝，均是適用目前手工操作的工裝，工裝設(shè)計(jì)比較簡單，加工效率不高，已不能滿足電樞杯自動化精密加工的要求。后期研究擬與自動繞線設(shè)備、卷圓設(shè)備、成型設(shè)備等配套設(shè)計(jì)相對應(yīng)的工裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)半自動化生產(chǎn)。例如，空心杯電樞繞線骨架（參見圖6），為適用于繞線設(shè)備，應(yīng)與自動繞線機(jī)接口對應(yīng)，設(shè)計(jì)的工裝應(yīng)能實(shí)現(xiàn)繞組緊密拍繞，自動抽頭、線圈繞組應(yīng)能從骨架上輕松取下而不會散線，更換下一個繞組應(yīng)快捷、方便等；例如空心杯電樞成型芯棒，應(yīng)考慮尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，同時要考慮后續(xù)的收縮余年，同時設(shè)計(jì)材料應(yīng)不能劃傷繞組等；如空心杯卷圓工裝應(yīng)綜合考慮不傷線，卷圓后尺寸滿足要求等。

2.5 空心杯電樞封裝加固技術(shù)

空心杯電樞環(huán)氧樹脂加固主要作用為封裝電磁線、固定電樞杯外形、包封焊點(diǎn)?？招谋姍C(jī)電樞由電磁線直接繞制成型，無結(jié)構(gòu)支撐材料，在環(huán)氧樹脂澆注后由環(huán)氧樹脂包封住線圈形成其結(jié)構(gòu)外形，這就要求環(huán)氧樹脂澆注后具有一定的強(qiáng)度和剛度，同時焊接部位的焊點(diǎn)在環(huán)氧樹脂澆注后由環(huán)氧樹脂包裹，形成焊點(diǎn)的絕緣處理。對環(huán)氧樹脂的電絕緣性能及吸水率等提出了要求。現(xiàn)階段環(huán)氧樹脂封裝后的電樞存在氣孔、氣泡甚至部分產(chǎn)品開裂的現(xiàn)象；在振動、沖擊、及高低溫的軍品環(huán)境試驗(yàn)條件下，環(huán)氧樹脂易出現(xiàn)開裂、脫落及吸潮等質(zhì)量問題。影響產(chǎn)品的外觀、導(dǎo)致產(chǎn)品的性能降低甚至失效。氣泡產(chǎn)生的原因主要是在環(huán)氧樹脂倒入模具型腔中時，由于是液態(tài)倒入，空氣在倒入時卷入材料中，氣泡由此產(chǎn)生。

開裂的原因是環(huán)氧樹脂的后收縮率較大，在高溫、低溫的反復(fù)作用下，環(huán)氧樹脂不斷進(jìn)行擴(kuò)張，緊縮，最后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斷裂，形成裂紋，由于銅線和環(huán)氧樹脂收縮率的不一致，導(dǎo)致銅線有被拉斷的情況發(fā)生。后期擬通過環(huán)氧樹脂澆注材料選型及配比調(diào)整，通過調(diào)整環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、填充劑等組成，對于該體系的黏度、反應(yīng)活性、使用期、放熱量等在配方、工藝、鑄件尺寸結(jié)構(gòu)等方面作全面的設(shè)計(jì)，做到綜合平衡。實(shí)現(xiàn)澆注后電樞外觀飽滿，內(nèi)部組織密實(shí)，絕緣性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)緊固，高強(qiáng)度，高硬度的使用要求。

3 結(jié)束語

采用以上方法加工的空心杯電樞能實(shí)現(xiàn)空心杯電樞的自動設(shè)備繞制成型，成型后的電樞尺寸一致性好，繞組性能穩(wěn)定，批次間性能波動小，能快速適應(yīng)市場變化。同時由于后期的加固技術(shù)，使得該類空心杯環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足現(xiàn)有的軍工產(chǎn)品惡劣的環(huán)境要求。同時，由于采用設(shè)備自動化生產(chǎn)，為空心杯生產(chǎn)線的建立，實(shí)現(xiàn)智能制造提供技術(shù)儲備。

收稿日期：2018-9-8