電機快速下線裝置的建模

萬玉吉,張子博

(南陽農業職業學院，南陽 473000)

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電機快速下線裝置的建模

萬玉吉,張子博

(南陽農業職業學院，南陽 473000)

該裝置在微型直流電機的帶動下，通過特殊機構帶動彎狀空心繞線針作類似于圓錐曲面的旋轉[1]，把漆包線快速繞到外定子電機鐵心槽中，實現了快速下線。撐線叉子防止了導線從槽中滑出，并且使線圈的端線變高，也有利于線圈端線的整形;可調支架把圓柱形傳動變成了圓錐形傳動，而且傳動軸的角度可調，可實現對任意槽數的快速下線。該裝置體積小，重量輕，投資成本極低，可成為電機下線者的得力助手。

空心繞線針；撐線叉子；外定子電機

0 引 言

目前，廠家在給小型的外定子電機下線時，需要繞線與下線兩臺機器才能完成，這種下線方法效率低，且浪費銅線。本文設計的外定子電機快速下線裝置，采用了空心繞線針直接往槽中繞線，一步到位，既節省銅線，又能使下線效率大大提高。

1 空心繞線針的繞線方案

1.1 空心繞線針的繞線實驗

如圖1所示，由于小功率外定子電機鐵心內徑較小，手臂或其它繞線裝置在內徑中運動時受到了很大的限制，為此，我們把外徑為1 mm(內徑為0.6 mm)的空心不銹鋼管彎制成拐彎的形狀進行繞線。

圖1 繞線實驗

由于電機槽口的最小寬度為2 mm, 根據經驗，不銹鋼管完全能通過槽口繞線，為了研究方便，我們把這種具有兩個彎狀的不銹鋼管叫空心繞線針[2]。

為了防止導線在槽中滑出，并保證有足夠的端線整形，在定子的上、下各固定了一白色的橡皮墊，繞線效果明顯。

1.2 空心繞線針的旋轉分析

如圖2所示，把電機鐵心水平放置，顯然，相鄰兩槽口的中心線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段做成可自由旋轉的彎頭。

圖2 空心繞線針的旋轉

在繞線過程中，讓ab段豎直于外定子鐵心的軸線上，當空心繞線針向上移動時，ed段彎頭在漆包線拉力的作用下自然朝下，ed段就沿一槽口向上移動，實現繞線；當空心繞線針向下移動時,ed段彎頭在漆包線拉力的作用下自然朝上，旋轉頭ed段沿另一槽口向下移動，實現繞線；當空心繞線針只是繞ab段的軸線旋轉時，ed段只是從一個槽口的附近旋轉到另一個槽口的附近。總之，在繞線一周的過程中，ed段彎頭既要繞dc段軸線自轉，又要繞ab段的軸線實現公轉，才能把漆包線繞到槽中。

1.3 空心繞線針的完善

如圖3所示，空心繞線針需要動力，為此，在其豎直段固定一“U”形夾板，在“U”形夾板上鉆一孔，用孔中軸作為動力點。

如圖4所示，為使漆包線能在空心繞線針中順利地走線，可把上端做成喇叭口狀，豎直段的直徑放大。

圖5為空心繞線針的局部放大圖，包括彎頭(或細端)、套筒、小彈簧、皮圈、粗端。套筒呈套管狀，左端有一小孔，正好能讓細端穿入；右端有一大孔，正好能讓粗端穿入。套筒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，右端能自由轉動，這樣，彎頭段既能實現自轉，又能自由伸縮。

圖3 U形夾板圖4 空心繞線針

圖5 空心繞線針局部放大圖

2 整體裝置的建模

為了完成該技術方案，整個電機快速下線裝置如圖6所示，主要由4部分構成：①空心繞線針部分，包括彎頭(或細端)、套筒、小彈簧、皮圈、粗端；

圖6 整體裝置

②撐線部分，就是撐線叉子；③傳動部分，包括寬皮帶、支撐板、可調支架、軸套、傳動軸；④動力部分，就是直流電機。 另外，還有外定子鐵心、支柱、線圈、四爪夾架、軸承等。

空心繞線針部分上面已有介紹，其余3部分介紹如下。

2.1 撐線部分

如圖7所示，它分為外(或高)撐線叉子與內(或低)撐線叉子，具體用法，下面舉例說明。

例如：常見的單相16槽4極電機定子繞組展開圖[3]，如圖8所示，顯然，繞組形式是單鏈式，接線規律是反串連接，線圈節距是y=1～4槽。

如圖9所示，當繞U相圈時，把外撐線叉子卡到定子鐵心邊沿進行繞線。繞線時，由于撐線叉子的作用，導線就不會從槽中滑出，并且繞出來的線圈端線就高，有利于端線向旁邊彎曲，實現合理整形[4]。

圖7 撐線叉子圖圖8 定子繞組展開圖

圖9 撐線叉子的用法圖

每繞完一個線圈之后，都要插入槽楔[5]，然后把端線彎向旁邊，U相整形之后的四個線圈，如圖10所示。

如圖11所示，當繞V相線圈時，把內撐線叉子通過兩個U相線圈之間卡到定子鐵心邊沿進行繞線，這樣繞出來的線圈端線就低，也有利于端線整形。

圖10 U相整形之后圖11 V相線圈繞法

2.2 傳動部分

2.2.1 傳動軸的形成

為了讓空心繞線針能圍繞兩個槽口上下運動實現旋轉，傳動軸也必須作類似于圓錐面的旋轉，為了實現此功能，傳動軸左端與“U”形夾板上的軸相連，而右端與軸套相連。

圖6中，傳動軸左端與“U”形夾板上的軸相連時，傳動軸與空心繞線針始終位于豎直的一個平面內，這樣，當傳動軸上下移動時，就帶動空心繞線針上、下移動；當傳動軸繞空心繞線針豎直段轉動時，就帶動空心繞線針也繞豎直段轉動；又由于傳動軸還能繞“U”形夾板上的軸線上下擺動，于是，傳動軸就能帶動空心繞線針作類似于錐形面的連續旋轉，完成往槽中下線之目的。

圖6中，傳動軸的右端穿入軸套中時，兩者成間隙配合，傳動軸能在軸套中自由旋轉與伸縮，這樣，傳動軸既能自轉，又能公轉。

2.2.2 傳動帶的形成

傳動帶就是通常的平皮帶，但表面固定有可以調節的支架。

(1)可調支架[6]。由于被繞定子鐵心的槽數不同，相鄰兩槽口中心面形成的幾何角度就不同，為此，這就要求傳動軸套的旋轉角度也能隨槽數的不同能進行隨時調整，以實現對不同定子槽數的繞線，為此，我們在傳動帶表面上橫向固定一可調節的支架，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，把鎖緊螺絲松開，調整傳動軸的角度，使傳動軸正好位于槽口中間位置，再把鎖緊螺絲擰緊即可。

(2)傳動帶。傳動帶由傳統的圓柱形皮帶輪帶動，圓柱形皮帶輪由一微型直流電機帶動。

整個傳動過程：直流電動機旋轉→帶動寬皮帶旋轉→帶動可調支架旋轉→帶動軸套旋轉→帶動傳動軸旋轉→帶動空心繞線針旋轉→帶動漆包線住槽中繞線。

2.3 動力部分

由微型直流電機通過傳動機構帶動空心繞線針繞轉。

由圖8知，各相中線圈的連接是反串連接[7]，為此，直流電機正轉時可完成第一個線圈的繞線，反轉時可完成第二個線圈的繞線，以此類推。

每繞完一個線圈，不僅要改變直流電機的旋轉方向，而且也要旋轉一下底盤，轉到下一個線圈的位置，依靠定位塊的摩擦使底盤固定下來。

3 結 語

該裝置中空心繞線針的旋轉機構，突破了傳統的旋轉機構，創新性地完成了對外定子電機的快速下線，成本低，效率高，是小型電機制造者的得力助手。該裝置也有它的局限性，實驗證明，它主要適用于小功率的電機下線，漆包線的直徑在0.23 mm以下為好。

[1] 萬玉吉，馬質璞，張子博,等.電動嵌線器的設計原理與應用[J].微特電機，2011，39(9)：36-38.

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

[3] 黃永銘.電動機與變壓器[M].北京：高等教育出版社,1993.

[4] 賈大義.常用電機原理與設計[M].北京：北京輕工業出版社,1996.

[5] 楊天明.電動機繞組維修技術[M].北京：北京化學工業出版社,2006.

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

[7] 松柏.電動機修理技術[M].北京：北京科學技術出版社,1994.

Modeling of a Fast Slot Inserter for Motors

WANYu-ji,ZHANGZi-bo

(Nanyang Agriculturcal School, Nanyang 473000,China)

The device driven by the miniature DC motor, using special institutions to drive curved shape hollow winding needle move as similarly to the rotation of the cone surface, realized the quick offline along with enameled wire wrapping the external stator motor's winding slot of core quickly. The holding line fork, making the coil ends higher, prevented the wire from slipping out of slots and was good for the plastic of coil ends. Adjustable bracket, which made the switch from cylindrical transmission to cone transmission, with the angle of the shaft adjustable, can realize fast slot inserting for arbitrary slot number. Small volume, light weight and low cost of investment make the device helpful for slot inserting.

hollow winding needle; holding line fork; external stator motor

2016-02-22

TM305

A

1004-7018(2016)06-0082-03

萬玉吉(1958-)，男，副教授，研究方向為電工電子、電機與變壓器。