电动嵌线器的设计原理与应用

万玉吉，马质璞，张子博，李金岭，屈道强，刘玉谦

(河南省南阳农业学校，河南南阳473000)

0 引 言

吊扇的普及已有几十年，大量的坏旧吊扇电动机被淘汰下来，没有维修再利用，而是存放在家庭、仓库，造成了资源浪费。

目前，市场上的吊扇电动机由于自动下线装置体积大、价格贵，一般在给吊扇电动机下线时只能手工下线，即需经过调整绕线模周长→在绕线模上绕线→拆除绕线模上线圈→往定子槽中下线等步骤。这种传统下线方法费时、费力、成本高，多数电机维修人员都不愿意维修吊扇电机。

为了减少资源浪费，减少电机维修人员的辛苦，我们设计了一种微型电动嵌线器(100×100×40 mm3)，它是以微型直流电动机为动力，可直接把漆包线绕到吊扇电动机定子槽中，其特点是速度快，效率高，成本低，可大大减轻工人的劳动强度。

1 设计原理

1.1 运动分析

把吊扇电动机定子铁心水平固定，从上向下看，内圈(或外圈)相邻两槽口的中心线并不平行，两中心线的距离是里窄外宽，形成一角度。为了把漆包线绕到槽中，必须制作出空心绕线针，让空心绕线针沿相邻两槽口上、下旋转，才能把漆包线绕到相邻两槽中，故空心绕线针的运动轨迹必须类似于锥形面，如图1所示。

1.2 构思模型

由于空心绕线针的旋转轨迹必须类似于锥形面，才能把漆包线绕到槽中，所以将圆头形窄支撑板在前，圆头形宽支撑板在后，且两者平行放置，用两者的直边部分形成的滑道使空心绕线针沿两个槽口上、下旋转，这样，空心绕线针的运动轨迹就类似于锥形面，如图2所示。

图1 空心绕线针运动轨迹分析

图2 窄、宽支撑板前、后竖直放置

图3 构思传动系统

空心绕线针要想旋转，需要一皮带带动，皮带的旋转需要两个皮带轮带动，所以在两支撑板之间的两头各安装一宽皮带轮，两宽皮带轮带动宽皮带旋转，宽皮带旋转时便可带动空心绕线针把漆包线绕到相邻两槽中，如图3所示。

由于空心绕线针既要沿窄、宽支撑板的边沿公转，又要自转，所以空心绕线针不能固定在宽皮带上，为此，先在宽皮带的外表面横向倾斜地固定一轴套，再在轴套中穿入可自由转动的空心绕线针即可。

为了使电动嵌线器能随时勾到定子铁心的任意槽端进行绕线，在窄支撑板的外侧可安装一插槽，插槽中插入单勾爪(或双勾爪)，可随时把电动嵌线器勾到一个槽端(或两个槽端)进行绕线。宽支撑板外侧安装一微型直流电动机作动力。

2 系统装置

图4是电动嵌线器的系统装置图。长空心绕线针是在绕内圈线圈时用;短空心绕线针，是在绕外圈线圈时用。单勾爪，是在绕内圈线圈时勾到一个槽端用;双勾爪，是在绕外圈线圈时勾到两个槽端用。

图4 装配图

整个传动过程是电动机旋转→小皮带轮旋转→窄皮带旋转→三槽宽皮带轮旋转→宽皮带旋转→轴套旋转→空心绕线针旋转→漆包线绕进槽中。

3 零件分析

3.1 支撑板

图5 窄、宽支撑板

图5是窄、宽支撑板的示意图，其中窄支撑板的宽度由定子的两槽口距离所决定(28 mm);宽支撑板的宽度由两槽口所形成的角度和两支撑板的距离所决定，设两支撑板间隔为30 mm，由此可得出宽支撑板的宽度为40 mm。两者直边的高度相等，由铁心的厚度或直流电动机的直径所决定。两支撑板均由1.5 mm厚的钢板制成。

3.2 宽皮带轮

图6是二、三槽宽皮带轮示意图，均由塑料棒车削而成。为了利用宽皮带的张力，让空心绕线针紧贴支撑板的边沿，两皮带轮的直径要小于窄支撑板的宽度，为此，两宽皮带轮的直径取22 mm，由上节可知，两者的长度均为30 mm。两者表面的两个小槽与宽皮带上的两个凸台相对应，以防宽皮带跑偏。

3.3 宽皮带与轴套

图6 二、三槽宽皮带轮

图7 宽皮带与轴套

图7是宽皮带与轴套的示意图，宽皮带用有弹性的自行车内带制成，轴套用20#不绣钢针头制成。宽皮带的内表面有两个纵向凸台，两纵向凸台与宽皮带轮上的两个小槽相对应，以防宽皮带跑偏。宽皮带的外表面横向倾斜地固定有一轴套，由图7中的俯视图可知，其倾斜程度由窄、宽支撑板的宽度或两槽口的夹角所决定。

3.4 空芯绕线针

图8是空芯绕线针示意图，均由16#不绣钢针头弯制而成，其中长绕线针用来绕内圈绕组，短绕线针用来绕外圈绕组。

图8 空芯绕线针

图9 插槽

3.5 插槽

图9是插槽10的示意图，由0.5 mm厚的钢片制成，其宽度略小于窄支撑板的宽度即可。插槽中可装入单勾爪或双勾爪。

3.6 勾爪

图10是单勾爪示意图，图11是双勾爪示意图，均由0.5 mm厚的钢片制成。单勾爪勾到一个槽端，用来绕内圈绕组;双勾爪勾到两个槽端，用来绕外圈绕组。

图10 单勾爪

图11 双勾爪

图12 U相与V相绕组的展开图

4 应用过程

4.1 定子绕组展开图

吊扇电机的定子绕组有单层与双层两种［1］，该电动嵌线器主要适用于双层绕组。以28槽为例，双层绕组时U相与V相的展开图，如图12所示。每相中线圈与线圈之间是尾接尾、头接头的反串连接，即逆绕一个线圈，顺绕一个线圈［2］。

4.2 先绕里圈(U相)绕组

(1)插槽中装入单勾爪，然后勾住一个槽端;

(2)轴套中装入长绕线针，并套上皮圈定位;

(3)把漆包线从后边串过绕线针，并固定在铁心上;

(4)右手提起后边的漆包线，适当用力拉紧;

(5)左手接通电源，空心绕线针旋转，逆时针绕第一个线圈，待漆包线绕够半个槽时，断开电源;

(6)提起绕线装置，勾住下一个槽端，反接电源，顺时针绕第二个线圈……就这样，通过不断改变绕线装置的位置，不断改变直流电动机的旋转方向，就可分别嵌好里圈(U相)每个线圈，实现线圈与线圈之间的反串连接，达到双层绕线的效果，如图13所示。

图13 电动嵌线器与定子绕组效果图

4.3再绕外圈(V相)绕组

(1)插槽中装入双勾爪，然后勾住两个槽端，这里，V相的头要滞后U相的头一个槽距(即90°电角度);

(2)轴套中装入短绕线针，并套上皮圈定位;以下步骤同4.1中的(4)～(6)操作。绕好之后的效果，如图13所示。

吊扇电动机定子绕组的匝数并不十分严格，绕满槽即可，当然，感兴趣者可以安装上计数器。

用电动嵌线器绕好的线圈十分紧凑，比手工下线可节省约四分之一漆包线。

5 结 语

本文设计了一种电动嵌线器，分析了空心绕线针类似于锥形面的运动轨迹，为此，利用窄、宽支撑板的边沿作为空心绕线针的轨迹滑道;分析了系统装置各个零件之间特定的相互关系，介绍了电动嵌线器装配图和各个零件的设计过程;最后介绍了电动嵌线器的操作使用过程。

［1］ 包玉华.电工学［M］.北京:北京煤炭工业出版社，1992.

［2］ 贾大义.常用电机原理与设计［M］.北京:北京轻工业出版社，1996.