微型電機定子自動組裝工藝的研究與設計

汪安燦，廖新明

（日本電產三協電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

電機的制造工藝根據電機本身的用途、功率、結構、原理等不同而大相徑庭。其定子結構及制造方法也不同，決定了其制造和組裝工藝也形式多樣。在家電微型電機制造領域，不少電機生產廠家的電機制造和組裝工藝還在使用20世紀的生產工藝和技術設備，定子制造還停留在手工組裝，即人員用手逐個在簡單治具上組裝，效率不僅低下，品質還無法保證。近年，一些非標自動化公司陸續開發了若干電機定子自動組裝設備，其自動化程度較高，但是通用性較窄，在擁有較復雜生產工藝的步進或伺服微型電機方面適用性有所欠缺。對此，本文通過對家電微型步進電機定子生產工藝進行改進及自動組裝方法設計，提高定子制造和自動組裝工藝的通用性和效率。

1 傳統定子生產組裝工藝

圖1 定子手動組裝工藝流程

家電微型電機定子一般由2個線圈與3個鐵心工件構成，其生產組裝工藝為鐵心—線圈—鐵心—鐵心—線圈。微型步進電機定子手動組裝流程如圖1所示，其中組裝臺由方向導向柱1，同軸導向柱2，基底受臺3構成。導向柱1和導向柱2以軸孔方式固定于零件3中，位置取決于線圈5和鐵心4工件的相關邊緣尺寸?；资芘_3上端部開有線圈輪廓凹槽，便于定子定位。先將鐵心4組入組裝臺，然后依次將線圈5、鐵心6、鐵心6-2、線圈5-2裝入，一個定子組裝完成。

2 定子自動組裝工藝設計

2.1 鐵心工藝改進

定子部件由5個工件構成，鐵心6兩個正反依次組裝，鐵心6形狀互為對映異構，為便于自動化設計，對其進行沖壓凹凸孔尺寸公差細部改進設計，凹凸定位孔配合公差由H9/f6間隙配合改進為H6/p6過盈壓入壓合?？上刃袑?個鐵心6經自動壓入機壓合成一個新工件鐵心組10，組裝時變成2個線圈，定子由5個工件變為4個工件組成，完成了定子鐵心工藝改進，如圖2所示。鐵心工藝的改進提升了定子組鐵心步進爪同軸等間隙距離的精度，對馬達的電氣性能產生提升。

2.2 設備總體結構設計

圖2 鐵心工藝改善

設備3D整體方案如圖3所示，線圈5在外觀檢測人員檢測外觀后手動放入線圈移送裝置，鐵心6及鐵心組10自動傳送上料，工件裝配模組在分割轉盤轉動下一組裝。取料機構將組裝完成的定子放入輪帶，將其傳送至完品定子收料桌待完品人員品質檢測后放入儲料盒，供應下一馬達生產工程。各定子工件移送裝置、裝配機構與分割轉盤構成一個完整的定子組組裝工藝流程。

圖3 自動設備設計方案

定子自動組裝機主要由6個子系統組成：送料系統（鐵心震盤+直震送料系統、線圈移送料系統）；工件組裝模組；轉盤步進定位系統；下料輪帶；傳感器檢測系統；PLC+觸摸屏控制系統。

2.3 定子組組裝機控制系統設計

控制系統按照自動化控制系統基本理念，一臺標準的自動化設備應當具備目的程序控制、手動/自動控制、產品計數、故障報警/顯示、暫停/緊急停止、參數變更、信號反饋、安全保護控制等一系列自動控制要求。本設備控制采用PLC自動控制技術，通過人機交換界面進行設備可視化操作。主要控制鐵心震盤+直震送料系統、線圈移送料系統、工件自動組裝機構、轉盤定位系統、完品下料輸送輪帶等的有序運行。圖4所示為定子組裝機系統控制框圖。

圖4 控制系統架構框圖

2.4 定子自動組裝機設計要點

（1）定子自動組裝機結合場所的占用空間、設計難度及前后工程連接等因素綜合事項考慮。采用轉盤式加輪帶方法設計是一個較優的選擇。

（2）定子由4個工件（鐵心1個，鐵心組1個，線圈2個）構成，鐵心和鐵心組使用圓形震動盤選料加直型震動裝置輸送。線圈是電機關鍵的構件，其包含漆包線繞組和鐵端子焊錫工藝，漆包線鍍漆部分不容有刮傷，必須人工顯微鏡外觀檢測，為確保品質，線圈輸送料方式采用人工外觀檢測后直接放入直型震動裝置送料。

（3）為了提高自動組裝機的實用效率，方案設計成雙通道供料及組裝方法，一次轉盤動作同時裝入2個工件，間接地使設備效率提升100%。

（4）取料、放料方式采用氣缸加滑軌驅動，裝置以氣缸前進、上下驅動帶動取料、放料機構。

（5）機構采用獨特的彈性吸附取放料構造設計。該技術由取料組件和線圈移料組件構成。取料組件由取料零件、放料套筒、套筒固定環及內置彈簧組成，取料零件取料部位利用不銹鋼應力屬性，采用中空式端面倒角設計，取料不用吸盤或氣夾，不需檢測信號，節約控制系統資源；線圈移料組件由可向夾角方向運動零件、壓力彈簧、定位銷等組成，夾角零件利用彈簧彈張開與線圈內徑配合，徑向端面圓弧倒角設計有利于取料零件中空孔隨動套合移料零件，夾角運動零件在彈簧彈力作用下隨動適應取料零件，在動作過程中，線圈被取料零件彈性取出。此取料過程沒有氣夾或吸盤，而是直接利用純機械構件來實現柔性取料，使后續的設備維護變得更簡單，如圖5所示。

圖5 彈性吸附取料、放料構造

（6）工件組裝模塊由4個零件、3個定位銷及2個彈簧裝配而成，零件30利用軸孔配合原理來定位線圈與鐵心的內徑，使線圈與鐵心相互軸芯配合，零件30有階梯軸和鍵槽孔設計，細軸與鐵心配合，粗軸與線圈配合，粗軸部圓形6均分鍵槽孔上端進行細粗軸平滑過渡設計，階梯軸徑與線圈、鐵心內徑轉合配合。零件36、零件32、定位銷31三個組合定位線圈和鐵心，定位銷31位置固定，確定各零件的實際位置，零件36利用彈簧力作用可與定位銷31組成徑向彈性卡位。零件32采用非對稱偏位設計，亦用彈簧力作用與零件30組成軸向彈性卡位。線圈5與組裝模塊的位置配合；鐵心組10與組裝模塊、線圈5的位置配合；另一個線圈5反向與組裝模塊、第一個線圈5、鐵心5的位置配合；鐵心4與組裝模塊、線圈5、鐵心組10的位置配合。其中定子組構件全部與組裝模塊有同軸、限位配合。此彈性卡位導向結構能自動校正定子組組件位置，保證每個定子組組件可模糊放料，準確裝配。

圖6 定子工件自動組裝模塊

3 結束語

本文對微型步進電機的鐵心加工工藝改進、定子自動組裝工藝及自動設備制造方案進行設計，通過一系列新穎的設計使定子自動組裝工藝較手動的生產效率有較大提高，該方案已實踐實現了產業化應用。設備滿足對產品的定位精度高、生產速度快、品質好的設計要求。定子自動組裝工藝是微型家電步進電機生產中的一個環節，其他關聯工程如線架端子壓入、卷線、端子焊錫、基板組裝、FPC焊錫等加工工藝都具備自動化生產開發條件。在該設計方案的基礎上進一步研究利用當前新技術新產品，對電機部組工程集成化設計，減少各工程中間資源損失。對集成后系統運行穩定化、空間更優化、效益最大化研究具有借鑒意義。