电机快速下线装置的建模

万玉吉,张子博

(南阳农业职业学院，南阳 473000)



电机快速下线装置的建模

万玉吉,张子博

(南阳农业职业学院，南阳 473000)

该装置在微型直流电机的带动下，通过特殊机构带动弯状空心绕线针作类似于圆锥曲面的旋转[1]，把漆包线快速绕到外定子电机铁心槽中，实现了快速下线。撑线叉子防止了导线从槽中滑出，并且使线圈的端线变高，也有利于线圈端线的整形;可调支架把圆柱形传动变成了圆锥形传动，而且传动轴的角度可调，可实现对任意槽数的快速下线。该装置体积小，重量轻，投资成本极低，可成为电机下线者的得力助手。

空心绕线针；撑线叉子；外定子电机

0 引 言

目前，厂家在给小型的外定子电机下线时，需要绕线与下线两台机器才能完成，这种下线方法效率低，且浪费铜线。本文设计的外定子电机快速下线装置，采用了空心绕线针直接往槽中绕线，一步到位，既节省铜线，又能使下线效率大大提高。

1 空心绕线针的绕线方案

1.1 空心绕线针的绕线实验

如图1所示，由于小功率外定子电机铁心内径较小，手臂或其它绕线装置在内径中运动时受到了很大的限制，为此，我们把外径为1 mm(内径为0.6 mm)的空心不锈钢管弯制成拐弯的形状进行绕线。

图1 绕线实验

由于电机槽口的最小宽度为2 mm, 根据经验，不锈钢管完全能通过槽口绕线，为了研究方便，我们把这种具有两个弯状的不锈钢管叫空心绕线针[2]。

为了防止导线在槽中滑出，并保证有足够的端线整形，在定子的上、下各固定了一白色的橡皮垫，绕线效果明显。

1.2 空心绕线针的旋转分析

如图2所示，把电机铁心水平放置，显然，相邻两槽口的中心线形成了一定的几何角度。为了把漆包线顺利绕到两槽中，必须把空心绕线针的ed段做成可自由旋转的弯头。

图2 空心绕线针的旋转

在绕线过程中，让ab段竖直于外定子铁心的轴线上，当空心绕线针向上移动时，ed段弯头在漆包线拉力的作用下自然朝下，ed段就沿一槽口向上移动，实现绕线；当空心绕线针向下移动时,ed段弯头在漆包线拉力的作用下自然朝上，旋转头ed段沿另一槽口向下移动，实现绕线；当空心绕线针只是绕ab段的轴线旋转时，ed段只是从一个槽口的附近旋转到另一个槽口的附近。总之，在绕线一周的过程中，ed段弯头既要绕dc段轴线自转，又要绕ab段的轴线实现公转，才能把漆包线绕到槽中。

1.3 空心绕线针的完善

如图3所示，空心绕线针需要动力，为此，在其竖直段固定一“U”形夹板，在“U”形夹板上钻一孔，用孔中轴作为动力点。

如图4所示，为使漆包线能在空心绕线针中顺利地走线，可把上端做成喇叭口状，竖直段的直径放大。

图5为空心绕线针的局部放大图，包括弯头(或细端)、套筒、小弹簧、皮圈、粗端。套筒呈套管状，左端有一小孔，正好能让细端穿入；右端有一大孔，正好能让粗端穿入。套筒的右端与空心绕线针之间用橡皮圈固定。弹簧的左端与空心绕线针固定，右端能自由转动，这样，弯头段既能实现自转，又能自由伸缩。

图3 U形夹板图4 空心绕线针

图5 空心绕线针局部放大图

2 整体装置的建模

为了完成该技术方案，整个电机快速下线装置如图6所示，主要由4部分构成：①空心绕线针部分，包括弯头(或细端)、套筒、小弹簧、皮圈、粗端；

图6 整体装置

②撑线部分，就是撑线叉子；③传动部分，包括宽皮带、支撑板、可调支架、轴套、传动轴；④动力部分，就是直流电机。 另外，还有外定子铁心、支柱、线圈、四爪夹架、轴承等。

空心绕线针部分上面已有介绍，其余3部分介绍如下。

2.1 撑线部分

如图7所示，它分为外(或高)撑线叉子与内(或低)撑线叉子，具体用法，下面举例说明。

例如：常见的单相16槽4极电机定子绕组展开图[3]，如图8所示，显然，绕组形式是单链式，接线规律是反串连接，线圈节距是y=1～4槽。

如图9所示，当绕U相圈时，把外撑线叉子卡到定子铁心边沿进行绕线。绕线时，由于撑线叉子的作用，导线就不会从槽中滑出，并且绕出来的线圈端线就高，有利于端线向旁边弯曲，实现合理整形[4]。

图7 撑线叉子图图8 定子绕组展开图

图9 撑线叉子的用法图

每绕完一个线圈之后，都要插入槽楔[5]，然后把端线弯向旁边，U相整形之后的四个线圈，如图10所示。

如图11所示，当绕V相线圈时，把内撑线叉子通过两个U相线圈之间卡到定子铁心边沿进行绕线，这样绕出来的线圈端线就低，也有利于端线整形。

图10 U相整形之后图11 V相线圈绕法

2.2 传动部分

2.2.1 传动轴的形成

为了让空心绕线针能围绕两个槽口上下运动实现旋转，传动轴也必须作类似于圆锥面的旋转，为了实现此功能，传动轴左端与“U”形夹板上的轴相连，而右端与轴套相连。

图6中，传动轴左端与“U”形夹板上的轴相连时，传动轴与空心绕线针始终位于竖直的一个平面内，这样，当传动轴上下移动时，就带动空心绕线针上、下移动；当传动轴绕空心绕线针竖直段转动时，就带动空心绕线针也绕竖直段转动；又由于传动轴还能绕“U”形夹板上的轴线上下摆动，于是，传动轴就能带动空心绕线针作类似于锥形面的连续旋转，完成往槽中下线之目的。

图6中，传动轴的右端穿入轴套中时，两者成间隙配合，传动轴能在轴套中自由旋转与伸缩，这样，传动轴既能自转，又能公转。

2.2.2 传动带的形成

传动带就是通常的平皮带，但表面固定有可以调节的支架。

(1)可调支架[6]。由于被绕定子铁心的槽数不同，相邻两槽口中心面形成的几何角度就不同，为此，这就要求传动轴套的旋转角度也能随槽数的不同能进行随时调整，以实现对不同定子槽数的绕线，为此，我们在传动带表面上横向固定一可调节的支架，支架的两头均制成夹子的形状，夹子的上端有锁紧螺丝。使用时，把锁紧螺丝松开，调整传动轴的角度，使传动轴正好位于槽口中间位置，再把锁紧螺丝拧紧即可。

(2)传动带。传动带由传统的圆柱形皮带轮带动，圆柱形皮带轮由一微型直流电机带动。

整个传动过程：直流电动机旋转→带动宽皮带旋转→带动可调支架旋转→带动轴套旋转→带动传动轴旋转→带动空心绕线针旋转→带动漆包线住槽中绕线。

2.3 动力部分

由微型直流电机通过传动机构带动空心绕线针绕转。

由图8知，各相中线圈的连接是反串连接[7]，为此，直流电机正转时可完成第一个线圈的绕线，反转时可完成第二个线圈的绕线，以此类推。

每绕完一个线圈，不仅要改变直流电机的旋转方向，而且也要旋转一下底盘，转到下一个线圈的位置，依靠定位块的摩擦使底盘固定下来。

3 结 语

该装置中空心绕线针的旋转机构，突破了传统的旋转机构，创新性地完成了对外定子电机的快速下线，成本低，效率高，是小型电机制造者的得力助手。该装置也有它的局限性，实验证明，它主要适用于小功率的电机下线，漆包线的直径在0.23 mm以下为好。

[1] 万玉吉，马质璞，张子博,等.电动嵌线器的设计原理与应用[J].微特电机，2011，39(9)：36-38.

[2] 万玉吉，马质璞，刘宝胜.电动嵌线器的研究与改进[J].微特电机，2015，43(5)：84-85.

[3] 黄永铭.电动机与变压器[M].北京：高等教育出版社,1993.

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

[5] 杨天明.电动机绕组维修技术[M].北京：北京化学工业出版社,2006.

[6] 万玉吉，马质璞，张子博,等.电动快速嵌线装置的工艺性研究[J].微特电机，2015，43(10)：88-90.

[7] 松柏.电动机修理技术[M].北京：北京科学技术出版社,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

万玉吉(1958-)，男，副教授，研究方向为电工电子、电机与变压器。