CN101702556A - 多包带头包带机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电动机或风力发电机定子线圈绝缘带自动包扎的包带机，包括底座、机架、包扎单元、控制系统、驱动系统和线圈夹紧装置，其中，机架安装在底座上，包扎单元安装在机架上，驱动系统用于在控制系统的控制下驱动机架以带着包扎单元沿着线圈的轨迹运动，并且包扎单元同时对线圈进行绝缘带包扎，其特征在于，所述包扎单元包括至少两个上下重叠地设置的包带头，被包扎的至少两个线圈上下重叠平行地夹紧和固定在线圈夹紧装置上，使得包扎单元的至少两个包带头能同时对所述至少两个线圈进行绝缘带包扎。通过设置多个包带头，在相同的空间中同一台机器能够同时对多个线圈进行绝缘带包扎，因此生产效率倍增并且节省车间空间和人工。
Description
技术领域
本发明涉及一种多包带头包带机，设计用于高效地对电动机或风力发电机的线圈进行绝缘带包扎。
背景技术
在现有技术中已知以下类型的绝缘带包带机：手动框架式包带机，机器的动作为手动；简易框架式包带机，机器的动作为一轴(齿条轨道)；数控框架式包带机，机器的动作为三轴；数控龙门式包带机，机器的动作为五轴；数控机器人包带机，机器人的动作为六轴，这些包带机有一个共同点，它们都只装备有一个包带头，每次只能对一个线圈进行绝缘带包扎。
由CN101453152A已知一种线圈包带机，包括基座、线圈固定装置、旋转工作平台和机头，旋转工作平台可由横向和纵向伺服电机驱动移动，在旋转工作平台上安装机头，所述的机头是机头伺服电机通过减速齿轮带动两个同步齿轮，两个同步齿轮与缺口齿环啮合，缺口齿环套在缺口圆环座的小圆环凸起上并由缺口圆环挡片限位，缺口齿环的外侧安装两个胶带夹装盘。该包带机可通过计算机实现程序控制包带作业。
由CN201323511Y还已知一种带有恒张力控制及断带保护的电机线圈绝缘带包带机，包括包带头、线圈、绝缘带和控制器，其要点是包带头上连有两个带磁粉制动器的带盘，绝缘带经线圈将其两端固于带盘上；带盘的外圆上设有半径检测传感器，绝缘带边设有断带检测传感器；控制器包括程序逻辑CPU和运动控制CPU，运动控制CPU的输出端依次连接有伺服放大器、伺服电机，并带动包带头定位运行。通过电器元件来检测和控制张力，组成张力控制系统。通过人机界面能直观看到张力的数值以及设定所需张力。
在已知的包带机中有一个共同的特点，即只配有一个包带头，每次只能对一个线圈进行绝缘带包扎，生产效率不高，空间利用率也不高。
发明内容
本发明的目的在于，改进上述已知类型的包带机，使得包带机同时能够对至少两个线圈进行绝缘带包扎，因此生产效率倍增，并且能够节省车间空间，节省人工，因为在相同的空间中同一台机器能够同时对多个线圈进行绝缘带包扎。
本发明的目的通过用于电动机或风力发电机定子线圈绝缘带自动包扎的包带机达到，该包带机包括底座、机架、包扎单元、控制系统、驱动系统和线圈夹紧装置，其中，机架安装在底座上，包扎单元安装在机架上，以及，所述驱动系统用于在控制系统的控制下驱动机架以带着包扎单元沿着线圈的轨迹运动，并且包扎单元同时对线圈进行绝缘带包扎，其特征在于，所述包扎单元包括至少两个上下重叠地设置的包带头，被包扎的至少两个线圈上下重叠平行地夹紧和固定在线圈夹紧装置上，使得包扎单元的至少两个包带头能够同时对所述至少两个线圈进行绝缘带包扎。
本发明的包带机可应用多种绝缘带，包括VPI少胶带、多胶云母带、聚脂薄膜/背涂聚脂薄膜复合带、玻璃纤维补强带、高/低阻带、及其它的绝缘带。
按本发明的优选实施方式，对于第一个线圈，所述驱动系统在控制系统的控制下驱动机架以带着包带头沿着线圈轨迹运动进行示教，以确定包扎路径；然后包带头沿着示教出的包扎路径对线圈进行绝缘带包扎。在此，示教出的包扎路径数据可存储在控制系统的硬盘上或者通过USB接口存储在外部的移动硬盘上。由此，对于相同的线圈，只需要对首个线圈进行示教，示教出的数据能够存储下来以备后用，与第一个线圈具有相同轮廓的其余线圈可直接采用该数据而无需再次示教。
按本发明的优选实施方式，所述包带机设计为四轴系统，包括组成笛卡儿坐标系的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨，这些导轨安装在底座上，借助所述驱动系统，所述机架能够被驱动以带着所述包带头分别沿着这些导轨在X、Y方向上平移运动并且能够绕着Z导轨转动；并且所述线圈夹紧装置配有驱动器，用于在包扎线圈端部时驱动该线圈夹紧装置而使线圈能沿着Z方向平移以调整线圈的高度，使得线圈截面中心和包带头中心重合，从而保证包扎质量。通过这种四轴系统，能够实现对大多数的电机线圈进行绝缘带包扎。
按本发明的优选实施方式，所述包带机设有自动翻转机构，用于在包扎封闭的定子线圈情况下，当线圈的前侧部包扎完毕时，所述控制系统控制该自动翻转机构动作使所述线圈前后翻转并且接着在需要时调整高度，从而接着对线圈的后侧部进行包扎。翻转后调整高度是为了使线圈后侧部达到与原先前侧部相同的高度，由于端部是弧形，包扎到端部中部后，必须升高或降低线圈高度以保证与包带头同心。
通过自动翻转机构，能够实现包带头只在线圈的一侧进行包扎即可，从而简化了包带头的驱动系统，在保持包带机的自动化操作的同时降低了整个系统的结构和控制的复杂程度。
按本发明的优选实施方式，所述包带机可配备不同类型和/或尺寸的包带头，以包扎不同类型和/或尺寸的线圈，这些包带头可快速拆换。
按本发明的优选实施方式，所述包带头设有恒张力系统，用于在包扎过程中保持绝缘带的张力恒定，该恒张力系统包括计算器、用于测量绝缘带外径的感应头和位于带盘中心的磁粉离合制动器，其中，计算器根据感应头测得的外径计算出所需的刹车转矩，磁粉离合制动器提供所需的刹车转矩。通过恒张力系统，能够实现绝缘带随着绝缘带盘的直径减小保持恒定的张力。
按本发明的优选实施方式，所述包带头设有包带盘角度控制装置，它包括伺服电机和转角测量编码器，用于沿着线圈轨迹控制包带盘转角。
按本发明的优选实施方式，所述包带头设有反向机构，用于在绝缘带的包扎反向时使包带头的包扎角度反向，从而实现双向包扎。
按本发明的优选实施方式，所述包带头的包扎参数包括包扎带张力、包扎角度、包扎速度、包扎层数和叠包率，其中，针对线圈的不同包扎区域可设置不同的包扎带张力、包扎角度、包扎速度和叠包率。
按本发明的优选实施方式，所述包带头上下对准地设置，并且被包扎的线圈上下对准平行地夹紧和固定在线圈夹紧装置上。
附图说明
下面结合附图和其中示出的实施例更详细地描述本发明。附图中：
图1本发明的多包带头包带机的透视图；
图2本发明的多包带头包带机的正视图；
图3本发明的多包带头包带机的侧视图；
图4本发明的多包带头包带机的顶视图；
图5本发明的多包带头包带机的包扎单元的侧视图；
图6本发明多包带头包带机的(线圈鼻部)夹紧装置的细部视图；
图7本发明的多包带头包带机包扎线圈直线部分时的透视图；
图8本发明的多包带头包带机包扎线圈端部时的透视图。
具体实施方式
图1-4分别示出本发明的多包带头包带机的透视图、正视图、侧视图和顶视图。本发明的包带机用于电动机或风力发电机定子线圈绝缘带自动包扎。该包带机包括底座1、机架2、包扎单元3、控制系统4、驱动系统5和线圈夹紧装置6，其中，机架2安装在底座1上，包扎单元3安装在机架2上，以及，所述驱动系统5用于在控制系统4的控制下驱动机架2以带着包扎单元3沿着线圈7的轨迹运动，并且包扎单元3同时对线圈7进行绝缘带8包扎。
如图所示的包带机设计为四轴系统，包括组成笛卡儿坐标系的X轴导轨51、Y轴导轨52和Z轴导轨53，这些导轨安装在底座1上，具体说是，X轴导轨51直接安装在底座1上，Y轴导轨52与X轴导轨51垂直并且平行于底座1的顶面地安装在X轴导轨51并且能沿着X轴导轨51在X方向上移动，Z轴导轨53垂直于X轴导轨51和Y轴导轨52地安装在Y轴导轨52上并且能沿着Y轴导轨55在Y方向上移动，其中，机架2安装在Y轴导轨52上并且能够绕着Z轴导轨53、即Z轴转动。所述驱动系统由伺服电机54、55、56和传动机构组成，其中，伺服电机54、55和相应的传动机构分别安装在X轴导轨51和Y轴导轨52上。传动机构设计为滚珠丝杠机构和机架旋转机构比如大小齿轮传动或锥形齿轮传动(未示出)，其中，滚珠丝杠机构分别用于实现机架1沿着X轴导轨51和Y轴导轨52作平移运动；机架旋转机构用于实现机架1绕着Z轴、即Z轴导轨53转动，参见图4中的旋转方向箭头R-R。当然，代替滚珠丝杠机构也可采用其他形式的平移机构，比如齿轮齿条机构、链条传动机构。线圈夹紧装置6的两侧的端部支撑62、63安装在底座1上并且配有驱动器(未示出)，该驱动器实施为伺服电机56、56与滚珠丝杠机构、齿轮齿条机构或链条传动机构或者其他的平移机构的组合，它们安装在线圈夹紧装置6的端部支撑62、63上，用于在包扎线圈7端部时驱动线圈夹紧装置6而使线圈7能沿着Z方向平移以调整线圈7高度，使得线圈截面中心和包带头中心重合，以保证包扎质量，参见图6中的双箭头Z。
图5示出本发明的多包带头包带机的包扎单元的侧视图，其中，包扎单元3包括两个上下重叠地、优选上下对准地设置的包带头31、32，被包扎的两个线圈7、7上下重叠、优选上下对准平行地夹紧和固定在线圈夹紧装置6上，使得包扎单元的两个包带头31、32能够同时对这两个线圈进行绝缘带包扎。优选地，两个线圈7、7位于水平面内，其中，线圈的被包扎侧和直线段到端部的两个转角部位是水平的。
本发明的包带机配备DTH220CE型包带头。除此之外，也可配备其他类型和/或尺寸的包带头。备用不同型号的包带头来应用于不同尺寸的线圈。所有型号的包带头可互换；使得同一台设备可覆盖更大尺寸范围和/或型号的线圈。包带头的包扎参数包括包扎带张力、包扎角度、包扎速度、包扎层数和叠包率，其中，针对线圈的不同包扎区域可设置不同的包扎带张力、包扎角度、包扎速度和叠包率。
| 包带头型号 | DTH220CE |
| 张力系统 | 电磁 |
| 包带头外径(毫米) | R220 |
| 绝缘带最大外径(毫米) | 120 |
| 绝缘带芯内径(毫米) | 25 |
| 绝缘带带宽(毫米) | 20，25 |
| 最大包扎角度 | ±20° |
| 最大转速(转数/分) | 250 |
| 恒张力(牛) | 10-60 |
| 叠包率 | 0-75％ |
| 叠包率偏差(毫米) | ＜0.1 |
优选地，包带头设有恒张力系统，用于在包扎过程中保持绝缘带的张力恒定，该恒张力系统包括计算器、用于测量绝缘带外径的感应头和位于带盘中心的磁粉离合制动器，其中，计算器根据感应头测得的外径计算出所需的刹车转矩，磁粉离合制动器提供所需的刹车转矩。通过恒张力系统，能够实现绝缘带随着绝缘带盘的直径减小保持恒定的张力，从而保证包扎质量。对于线圈不同的包扎区域(端部、转角和直线部分)带子的张力可恒定在10-60N之间。
包带头上设有按钮，用于操作者手动前后移动包带头手动上带。按压按钮时，张力被释放掉以利于手动上带。设备重新启动后张力回复。
包带盘的张力控制是通过磁粉离合制动器实现的。张力在线圈的不同位置可设置为恒定值：端部/外悬端、转角和直线部分。
优选地，包带头设有包带盘角度控制装置，它包括伺服电机和转角测量编码器，用于沿着线圈轨迹控制包带盘转角。依据包带头的几何形状、带宽及叠包率，控制系统4自动算出包扎角度的理论值。依据带子的物理特性(弹力、硬度、和表面摩擦力)，操作者可在理论自动值基础上进行手工调整，以达到最佳包扎效果。
每层叠包率可设定带宽的0-75％(该范围任意值)。可在线圈上不同的直线、转角、端部区域设定不同值。可在线圈上不同的直线、转角、端部区域设定0-250rpm范围内的所需包扎速度。
优选地，包带头设有反向机构，用于在绝缘带的包扎反向时使包带头的包扎角度反向，从而实现双向包扎。
图6示出本发明的多包带头包带机的线圈夹紧装置的细部A的透视图。该线圈夹紧装置6包括两个端部支撑62、63，和在大尺寸线圈的情况下可选用一个线圈后侧直线部分支撑(未示出)。每一个支撑上有一个夹钳64、65，用于夹紧和固定线圈鼻部。夹钳设计为气动式夹钳。
由于风电线圈尺寸特性和硬的特性，线圈前侧直线无需支撑。当前侧包扎结束，两个端部支撑62、63翻转线圈7的后侧到前侧进行包扎。当包扎完成，所有的夹钳同时打开，以利于卸下线圈和快速装上新的待包扎线圈。
本发明的包带机设有安装在线圈夹紧装置6的端部支撑62、63上的自动翻转机构9，用于在包扎封闭的定子线圈情况下，当线圈7的前侧部包扎完毕时，所述控制系统4控制该自动翻转机构7动作使所述线圈7前后翻转，并且接着在需要时调整线圈的高度，从而接着对线圈的后侧部进行包扎。
翻转后调整高度是为了使线圈后侧部达到与原先前侧部相同的高度，由于端部是弧形，包扎到端部中部后，必须升高或降低线圈高度以保证与包带头同心。
通过自动翻转机构9，能够实现包带头只需要在线圈的一侧进行包扎即可，从而简化了包带头的驱动系统，在保持包带机的自动化操作的同时降低了整个系统的结构和控制的复杂程度。
图7示出本发明的多包带头包带机包扎线圈直线部分时的透视图，图8示出本发明的多包带头包带机包扎线圈端部时的透视图，其中，图8中的包扎单元3相对图7中的包扎单元3转过一定角度，以包扎弯曲的线圈端部。
按本发明，在包扎相同类型和尺寸的第一个线圈时，通过使用包带盘上示教棒，操作者可矫正包带头在线圈上的位置并记录一系列点形成包扎路径(半自动化方式)，或者借助相应的自动感测装置，所述驱动系统在控制系统的控制下驱动机架以带着包带头沿着线圈轨迹运动进行示教，记录线圈的轨迹数据，以确定包扎路径(自动化方式)；然后包带头沿着示教出的包扎路径对第一个线圈进行绝缘带包扎。在此，示教出的包扎路径数据可存储在控制系统的硬盘上或者通过USB接口存储在外部的移动硬盘上。由此，对于相同的线圈，只需要对首个线圈进行示教，示教出的数据能够存储下来以备后用，与第一个线圈具有相同轮廓的其余线圈可直接采用该数据而无需再次示教。
线圈的轨迹数据(包扎路径或形状)记录后，操作者可用触摸屏输入包扎参数。示教后，线圈的形状显示在屏幕上。操作者可用鼠标设定不同的包扎区域。每一区域可设定不同的包扎参数，诸如包扎层数、速度、叠包率、梯度长度等。
本发明的包带机配有UPS不间断电源，使得在突然断电包扎停止时，操作者有时间或者控制系统自动存储中断点数据，以备电源回复时，从中断点起继续完成余下的包扎工作。
根据需要，本发明的包带机可选用导轮。每个包带头沿包扎方向在至少一侧带有一个伸缩导轮。当包带头包扎到达直线位置时，包带头的导轮下滑到线圈的直线部分，夹紧线圈随着包带头向前移动，以降低包扎时线圈的震动。在直线部分包扎结束时，导轮上缩。导轮采用快速空气接头和电气连接插座系统，其机械整体很容易安装在包带头上及容易从包带头拆除。
根据需要，本发明的包带机可选用安全垫。该安全垫铺放在底座1的前侧。包扎过程中，一旦踏上安全垫包带机立刻停车，以保证安全。
需要说明的是，上面只是借助于四轴系统描述了本发明的多包带头包带机，但本发明并不限于四轴系统，同样也可应用于例如二轴、三轴或五轴系统。本发明相对于现有技术的改进主要在于，通过为包带机配置多个包带头，能够实现同时对多个线圈并行进行绝缘带包扎，从而达到了生产效率倍增和节省空间、人工的效果。只要是采用了多包带头这种改进的包带机，就落入本发明申请要求保护的范围。
Claims (11)
1.一种用于电动机或风力发电机定子线圈绝缘带自动包扎的包带机，包括底座(1)、机架(2)、包扎单元(3)、控制系统(4)、驱动系统(5)和线圈夹紧装置(6)，其中，机架(2)安装在底座(1)上，包扎单元(3)安装在机架(2)上，以及，所述驱动系统(5)用于在控制系统(4)的控制下驱动机架(6)以带着包扎单元(3)沿着线圈(7)的轨迹运动，并且包扎单元(3)同时对线圈(7)进行绝缘带(8)包扎，其特征在于，所述包扎单元(3)包括至少两个上下重叠地设置的包带头(31、32)，被包扎的至少两个线圈(7、7)上下重叠平行地夹紧和固定在线圈夹紧装置(6)上，使得包扎单元(3)的至少两个包带头(31、32)能够同时对所述至少两个线圈(7、7)进行绝缘带(8)包扎。
2.如权利要求1所述的包带机，其特征在于，对于第一个线圈(8)，所述驱动系统(5)在控制系统(4)的控制下驱动机架(2)以带着包带头(31、32)沿着线圈(7、7)轨迹运动进行示教，以确定包扎路径；然后包带头(31、32)沿着示教出的包扎路径对第一个线圈(7)进行绝缘带(8)包扎。
3.如权利要求2所述的包带机，其特征在于，所述示教出的包扎路径被存储，用于对与第一个线圈(8)具有相同轮廓的其余线圈(8)进行绝缘带(8)包扎而无需再次示教。
4.如权利要求1所述的包带机，其特征在于，所述包带机设计为四轴系统，包括组成笛卡儿坐标系的X轴导轨(51)、Y轴导轨(52)和Z轴导轨(53)，这些导轨安装在底座(1)上，借助所述驱动系统(5)，所述机架(2)能够被驱动以带着所述包带头(31、32)分别沿着这些导轨在X、Y方向上平移运动并且能够绕着Z轴转动；并且所述线圈夹紧装置(6)配有驱动器，用于在包扎线圈端部时驱动该线圈夹紧装置而使线圈能沿着Z方向平移以调整线圈的高度，使得线圈(7、7)截面中心和包带头(31、32)中心重合，从而保证包扎质量。
5.如权利要求1所述的包带机，其特征在于，所述包带机设有自动翻转机构(9)，用于在包扎封闭的定子线圈情况下，当线圈的前侧部包扎完毕时，所述控制系统(4)控制该自动翻转机构(9)动作使所述线圈(7)前后翻转并调整高度，从而接着对线圈的后侧部进行包扎。
6.如权利要求4所述的包带机，其特征在于，所述包带机设有自动翻转机构(9)，用于在包扎封闭的定子线圈情况下，当线圈的前侧部包扎完毕时，所述控制系统(4)控制该自动翻转机构(9)动作使所述线圈(7)前后翻转并调整高度，从而接着对线圈的后侧部进行包扎。
7.如权利要求1至6中任一项所述的包带机，其特征在于，所述包带机可配备不同类型和/或尺寸的包带头，以包扎不同类型和/或尺寸的线圈，这些包带头可快速拆换。
8.如权利要求1至6中任一项所述的包带机，其特征在于，所述包带头(31、32)设有包带盘角度控制装置，它包括伺服电机和转角测量编码器，用于沿着线圈(7、7)的轨迹控制包带头的包带盘的转角。
9.如权利要求1至6中任一项所述的包带机，其特征在于，所述包带头(31、32)设有反向机构，用于在绝缘带的包扎反向时使包带头的包扎角度反向，从而实现双向包扎。
10.如权利要求1至6中任一项所述的包带机，其特征在于，所述包带头(31、32)的包扎参数包括包扎带张力、包扎角度、包扎速度、包扎层数和叠包率，其中，针对线圈的不同包扎区域可设置不同的包扎带张力、包扎角度、包扎速度和叠包率。
11.如权利要求1至6中任一项所述的包带机，其特征在于，所述包带头(31、32)上下对准地设置，并且被包扎的线圈(7、7)上下对准水平地夹紧和固定在线圈夹紧装置(6)上。
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