外定子電機快速下線器的設計與研究

萬玉吉，屈道強

(南陽農業職業學院，南陽 473000)

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外定子電機快速下線器的設計與研究

萬玉吉，屈道強

(南陽農業職業學院，南陽 473000)

介紹了一種外定子電機快速下線器，它是以微型直流電機為動力，通過軸套與支架組成的特殊機構，帶動彎狀空心繞線針作類似于圓錐曲面的旋轉，利用空心繞線針把漆包線繞到外定子電機鐵心槽中。為了對線圈端線整形，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，實現了快速下線。

空心繞線針；可調支架；拉線鉤子；撐線板；外定子電機

0 引 言

目前，電機制造廠家給小型的外定子電機下線需要以下幾步，在繞線模上繞線圈→綁線與摘線圈→在下線機中套線圈→下線圈。這種下線方法有以下幾點不足：步驟太多，效率太低；由于采用多種機構完成下線，整個裝置結構復雜，體積和重量較大，制造成本也高，成套機器售價在10～20萬元；所需要的線圈周長較大，浪費銅線；漆包線本身要經過槽口，容易被槽口碰斷。本文設計的外定子電機快速下線器，采用空心繞線針經過槽口下線，可直接把漆包線繞到定子槽中，省去了多個步驟；一步到位，可節省約1/4的銅線；體積和重量較小，制造成本僅幾百元。

1 空心繞線針的實驗

由于小功率外定子電機鐵心內徑較小,手臂在鐵心中操作時受到了很大的限制,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的漆包線，輕輕拉動漆包線，漆包線在彎管中能順利滑動;又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。為了方便，我們把這種具有兩個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，旋轉頭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段彎頭只是從一個槽口的附近旋轉到另一個槽口的附近?？傊?，在繞線一周的過程中，ed段彎頭既要繞cd段軸線自轉，又要繞ab段的軸線實現公轉，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，用孔中軸作為動力點。

圖3 “U”形夾板與傳動軸

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(或細端)、護套、小彈簧、橡皮圈、粗端。護套呈套筒狀，左端有一小孔，正好能讓空心繞線針的細端穿入；右端有一大孔，正好能讓空心繞線針的粗端穿入。護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，右端能自由轉動，這樣，彎頭段既能實現自轉，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極電機是單鏈繞組,每相有4個線圈串聯,每個線圈節距是y=1～4,當用上述方法把U相線圈繞好之后,每個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兩個過程。向左是拉線過程，撐線板與拉線鉤子向左運動分三步，第一步，撐線板先運動到圖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，撐線板左端推動拉線鉤子，使拉線鉤子的右端旋轉到圖8(c)的位置，右端勾住線圈；第三步，撐線板繼續推動拉線鉤子到圖8(d)的位置，同時拉線鉤子的右端拉動線圈向左移動，使線圈的端線變成了弧形，當然，這三步是連續完成。向右是恢復過程，撐線板與拉線鉤子向右運動也分三步，第一步，撐線板先回到圖8(b)的位置；第二步，撐線板不動，而同步電機帶動定子鐵心旋轉到下一個待繞線圈的位置；第三步，撐線板回到下一個撐線的位置，如圖8(a)，準備繞下一個線圈。

總之，撐線板向左移動完成拉線整形，撐線板向右移動可恢復到繞線狀態。

3.3 撐線板

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

圖9 撐線板

當繞外圈線圈時，向右拉動外撐線板，使外撐線板上的倒刺正好頂入內撐線板上的孔內，實現定位，這樣繞出的外圈線圈周長較大，有利于整形，且整形后其端線與定子端面仍有一段距離，也有利于內撐線板的插入。

當繞內圈線圈時，把外撐線板推向左端，然后讓內撐線板插入外圈線圈中夾住鐵心，利用內撐線板繞內圈線圈，這樣繞出的內圈線圈周長較小，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

為了完成該技術方案，整個外定子電機快速下線器主要由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(或細端)、護套、小彈簧、橡皮圈、粗端。

(2)傳動部分，包括寬皮帶、支撐板、可調支架、軸套、傳動軸。

(3)端線整形部分，包括拉線鉤子、撐線板、滑槽、拉桿、大彈簧。

(4)動力部分，包括同步電機、直流電機、直線電機。

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、直流電機底座等，而橫梁與豎梁只是起到支撐的作用。

5 傳動部分

5.1 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12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，就帶動空心繞線針沿ab方向上、下移動；當傳動軸繞ab軸線轉動時，就帶動空心繞線針繞ab軸線轉動；顯然，傳動軸還能繞“U”形夾板的軸線上下擺動，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，完成往槽中下線的目的。

圖12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。

5.2 傳動帶的形成

(1)可調支架。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→帶動漆包線往槽中繞線。

6 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，由微型同步電機通過多爪夾架等帶動定子鐵心旋轉，由直線電機帶動撐線板與拉線鉤子實現端線整形，這三個電機在PLC的控制下，可順序工作，周期性地完成外定子電機的快速繞線。

7 結 語

該裝置中的空心繞線針的運動機構與端線整形機構，完全突破了傳統的運動機構，創新性地完成了對外定子電機的快速下線，效率高，成本低，是小型電機制造者的得力助手。當然，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] 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.

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，研究方向為電工電子、電機與變壓器。