一種空心杯電樞繞組成型技術

摘 要：針對空心杯電樞繞組加工成型技術，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備加工，保證電樞繞組加工質量一致性，同時提高生產效率、穩定加工質量，并為進一步實現空心杯電樞繞組全自動智能加工提供技術支持。

關鍵詞：空心杯電樞；繞組成型技術

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

1 引 言

空心杯電機屬于直流、永磁、伺服、微特電機，空心杯電機在結構上突破傳統的轉子結構形式，采用無鐵芯轉子，這種新穎的轉子結構徹底消除了由于鐵芯形成渦流造成的電能損耗，同時其重量和轉動慣量大幅度降低，減少了自身的損耗，因此空心杯電機具有十分突出的節能、控制和拖動特性，代表了電動機未來發展的方向之一。國內生產空心杯電機的廠家非常少，基本都是手工作坊式的零星生產，受工藝技術限制，沒有形成規模。目前在軍事武器領域，很大一部分空心杯電機依賴國外進口，為響應國家武器國產化政策，發揮我廠行業領先的企業精神，對空心杯電機開展工藝技術研究是非常必要的。空心杯電機中電樞的結構一般如圖1所示，電樞制造技術是空心杯電機制造中的關鍵技術，空心杯電樞質量的好壞很大程度上決定了電機性能的好壞，電樞加工的自動化程度，決定了空心杯電機的加工效率。因此，空心杯電樞工藝技術水平代表了空心杯電機的制造水平，而空心杯電樞的繞制、成型、封裝是空心杯制造技術中關鍵的基礎技術。本文對空心杯的線圈繞制、線圈成型、杯體成型加固技術進行深入探討，采用該技術能加工出尺寸一致、質量穩定的空心杯電樞，為逐步實現自動化設備加工提供技術基礎。

2 空心杯電樞繞組成型技術

2.1 概 述

由于目前多數軍工生產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，穩定性差，導致繞線工序的質量可靠性低，生產效率低。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量穩定性、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

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。前期通過市場調研，對空心杯繞組繞線設計技術已有初步研究，可根據要求定制繞線自動化設備進行線圈繞組加工，基本能夠實現繞組自動化設備生產（見圖3）。

2.3 空心杯電樞卷繞成型技術

空心杯電機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的磁場均布。傳統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、對線圈進行手工整理，繞組兩端手工整形，整理、固定浮線，操作工藝復雜，而且操作過程易損漆包線，過程沒有參數監測，沒有形成參數化控制，導致缺陷繞組進行后續環節生產。而新的電樞卷繞成型技術利用自動繞線機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，后續整形比較容易，該類方法使用范圍較大，能實現不同種類空心杯生產可實現快速轉換，對于快速變化的市場、變化的制造要求有很強的適應性。

2.4 空心杯電樞生產非標工裝設計技術

從空心杯電樞結構可以看出，空心杯電樞作為一個空心腔體，要實現半自動化成型技術，工裝是必不可少的。工裝設計及優化技術是解決空心杯電樞半自動成型的關鍵技術。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計技術研究為主。空心杯電樞繞組工裝模具的尺寸設計、實用性設計都對空心杯電機的尺寸一致性、性能穩定性和生產加工效率起到至關重要的作用。目前工廠空心杯電機電樞工裝，均是適用目前手工操作的工裝，工裝設計比較簡單，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備、卷圓設備、成型設備等配套設計相對應的工裝設備實現半自動化生產。例如，空心杯電樞繞線骨架（參見圖6），為適用于繞線設備，應與自動繞線機接口對應，設計的工裝應能實現繞組緊密拍繞，自動抽頭、線圈繞組應能從骨架上輕松取下而不會散線，更換下一個繞組應快捷、方便等；例如空心杯電樞成型芯棒，應考慮尺寸滿足設計要求，同時要考慮后續的收縮余年，同時設計材料應不能劃傷繞組等；如空心杯卷圓工裝應綜合考慮不傷線，卷圓后尺寸滿足要求等。

2.5 空心杯電樞封裝加固技術

空心杯電樞環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。空心杯電機電樞由電磁線直接繞制成型，無結構支撐材料，在環氧樹脂澆注后由環氧樹脂包封住線圈形成其結構外形，這就要求環氧樹脂澆注后具有一定的強度和剛度，同時焊接部位的焊點在環氧樹脂澆注后由環氧樹脂包裹，形成焊點的絕緣處理。對環氧樹脂的電絕緣性能及吸水率等提出了要求。現階段環氧樹脂封裝后的電樞存在氣孔、氣泡甚至部分產品開裂的現象；在振動、沖擊、及高低溫的軍品環境試驗條件下，環氧樹脂易出現開裂、脫落及吸潮等質量問題。影響產品的外觀、導致產品的性能降低甚至失效。氣泡產生的原因主要是在環氧樹脂倒入模具型腔中時，由于是液態倒入，空氣在倒入時卷入材料中，氣泡由此產生。

開裂的原因是環氧樹脂的后收縮率較大，在高溫、低溫的反復作用下，環氧樹脂不斷進行擴張，緊縮，最后網狀結構斷裂，形成裂紋，由于銅線和環氧樹脂收縮率的不一致，導致銅線有被拉斷的情況發生。后期擬通過環氧樹脂澆注材料選型及配比調整，通過調整環氧樹脂、固化劑、增韌劑、填充劑等組成，對于該體系的黏度、反應活性、使用期、放熱量等在配方、工藝、鑄件尺寸結構等方面作全面的設計，做到綜合平衡。實現澆注后電樞外觀飽滿，內部組織密實，絕緣性能優異，結構緊固，高強度，高硬度的使用要求。

3 結束語

采用以上方法加工的空心杯電樞能實現空心杯電樞的自動設備繞制成型，成型后的電樞尺寸一致性好，繞組性能穩定，批次間性能波動小，能快速適應市場變化。同時由于后期的加固技術，使得該類空心杯環境適應性強，能滿足現有的軍工產品惡劣的環境要求。同時，由于采用設備自動化生產，為空心杯生產線的建立，實現智能制造提供技術儲備。

收稿日期：2018-9-8