CN1049758A - 直绕式空心杯电枢嵌绕方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种直绕式空心杯电枢嵌绕方法及装置。采用 了等斜率缠绕、绕组圈延长线抽头、强制排线和绕组 圈外裹压等特征技术，提高了空心杯电枢的绕组圈 数，编绕密度接近理论计算值；能嵌绕单层或多层的 空心杯电枢，并且对电枢尺寸、缠绕线直径的适应范 围很广；能抽出接线头，而且实现了“缠绕—抽头”全 过程自动化。

Description

本发明是关于直绕式空心杯电枢嵌绕方法及装置，用于嵌绕无铁心直流伺服电动机的空心杯电枢及其他类似制品。

直绕式空心杯电枢嵌绕方法及装置，国外已有若干专利，如：1978年公布的专利号为昭53-109107的日本专利《小型直流电动机的园柱形电枢嵌绕方法及其装置》和1980年公布的专利号4235656的美国专利《空心杯电枢绕组的嵌绕方法和装置》等。（以下简称前者为日本专利，后者为美国专利）。

先结合图5介绍日本专利。图中园柱成型面2倾斜安装在机座1上。绕线片11分别安装在园柱成型面两侧，并在其园周方向互成180°，在其轴线方向相距一个空心杯电枢长度，绕线片的一端与园柱成型面相切，另一端固定于机架。与绕线片在同一处安装的还有塑料薄带4，薄带一端夹紧在园柱成型面的槽3里，另一端施加适当拽拉阻力。缠绕头6通过滚轮7带着缠绕线8按箭头9指示方向旋转，缠绕线就在成型面2两绕线片11之间形成一个封闭的绕组圈。就在此一瞬间，成型面2带着塑料薄带4按箭头10指示方向转过1/N圈（N是空心杯电枢每层绕组圈数）。当缠绕头旋转N圈后就形成单层绕组的空心杯电枢，再继续嵌绕，可形成多层绕组的空心杯电枢。

该方法的缺点是：一、能嵌绕的绕组数与理论绕组数的百分比即所谓的缠绕密度低。二、塑料薄带被裹在绕组内，使空心杯电枢端部壁厚加大。原因是：

一、日本专利，缠绕线是做平面旋转。这样运动的缠绕线绕到园柱面上所形成的绕组圈，其展开形状如图7所示。这时空心杯电枢的每层绕组数W，应该按如下公式计算。

$W=\underset{\mathrm{arcSin}\frac{d}{(D+d)\mathrm{Cosarctg}\frac{D+d}{L\sqrt{1-{(1-\frac{2X}{L})}^2}}}}{\‾}$

式中：D和L分别为空心杯电枢的内径和长度，d是缠绕线的外径，X是计算截面到空心杯电枢端部的距离。

由公式可知，即使在D、L、d均相同的情况下，若X不同W也不同。也就是说空心杯电枢在不同的截面上能嵌绕的绕组圈数不同。为了使相邻的绕组圈在缠绕中不产生叠压现象，只能选取适当的X值来确定空心杯电枢的绕组圈数。所以，它的缠绕密度不可能很高。

二、日本专利的塑料薄带4，是采用了和绕线片11相同的方向延伸后安装在机架上的。这就使塑料薄带4被不断形成的绕组圈12裹在里面（参看图6）。当空心杯电枢嵌绕完，要去掉塑料薄带时，或是用溶剂化掉，或是按图6箭头14指示方向抽掉，这都是很困难的。特别是对多层的空心杯电枢是根本无法办到的。

再结合图8和9介绍美国专利的特点。

一、取消了塑料薄带。把绕线片做成象图8及图9中105和106那样的园弧形，并且每当沿箭头B指示方向转动的缠绕头101上安装的绕线杆带动缠绕线107缠绕形成一个绕组圈104时，它同园柱成型面103一起旋转1/N圈，待成型的绕组圈达到预定数后，通过外部加热把这些绕组圈粘在一起。然后，手轮102按箭头A指示的方向转动，把绕线片105和106返回起始位置，再继续缠绕。并如此循环。

二、采用了机械抽头。方法是在规定时刻把钩子4移至适当位置转动的缠绕线挂在钩子上，钩子旋转把缠绕线铰扭成辫子形状，然后放入缺口108，脱去钩子，像图中107a那样。

取消了塑料薄带，采用了机械抽头，显然是美国专利的优点。但带来的问题也很明显。比如：缠绕线107，要经过绕线片105或106的园弧面与园柱成型面103之间很小的缝隙，才能到绕组圈104的成型位置。又如：铰扭抽头时以及铰扭后从钩子上脱下抽头时，如何使绕组圈的位置不变化。经过实践，上述两点都是很难做到的。况且美国专利的缠绕线仍是平面旋转，所以缠绕密度同样很低。

本发明的目的是要克服现有的直绕式空心杯电枢在嵌绕当中存在的上述问题，采用等斜率缠绕、绕组圈延长线抽头、强制排线和绕组圈外裹压等特征技术而形成一种有高缠绕密度、绕组圈内没有塑料薄带、容易实现自动连续作业、适合批量生产的直绕式空心电枢嵌绕方法及装置。

下面结合图1至图4对本发明介绍于下：

图1所示的缠绕线204，在围绕着绕线片107a和207b及它两之间包容空间内的园柱成型面旋转时，不再是沿着平面运动，而是沿着特定的曲面运动。该曲面由两种运行轨迹形成。一种被定义为“等斜率缠绕运行轨迹”，另一种被定义为“绕组圈延长线抽头运行轨迹”。

缠绕线204按前一种，即等斜率运行轨迹运行时，缠绕线204（指从导向孔205开始，到绕组圈成型点为止的一段导线。）始终保持在过该成型点的绕组圈的切线位置上。显然，象这样运行的缠绕线，缠绕在园柱面上形成的绕组圈，展开后的形状就象图2所示那样，绕组圈各处的斜率β都一致。这时，空心杯电枢的每层绕组数W_o，就可以按如下公式确定。

式中：D、L和d同样分别为空心杯电枢的内径、长度和缠绕线外径。这时，空心杯电枢的各个截面上能嵌绕的绕组圈数都相等，并且数值最大。所以，采用本发明的方法缠绕空心杯电枢时，缠绕密度很高，实践证明，能接近甚至达到理论计算值。

缠绕线204按后一种，即绕组圈延长线抽头运行轨迹运行时，缠绕线204在两个蘑菇头销钉206a、206b和与它们相邻的绕组圈的折返点之间，形成象图3那样的抽头。两个蘑菇头销钉的位置是计算好的，保证抽出的两线段204c和204d分别是构成绕组圈的两支绕组204和204b的延长线。

上述两种运行轨迹的实施方法，是根据各自的技术特征，经过数字运算，计算出用一组数据表示的，反映出线口空间座标位置的空间曲线。而后，通过计算机及计算机控制的执行机构，把这组用数字表示的空间曲线，变成导向孔205的实体运行。

图1A-A和B-B切面中，绕线片207a和207b，其形状像鸭子，主体是个不完整的园盘，外园柱面上光滑伸出一个弧形薄片，通过主体中间的安装型孔，分别固定在两组连接机架上。两个绕线片的外园柱面上，分别安装有推线片212a和212b，它们又分别固定在两组传动机架上，并通过这两组传动机架，又使它们分别以两个绕线片的型孔中心线为轴线，相对于绕线片，在一定角度范围内间歇摆动。从而，把不断绕在绕线片上的绕组圈，即时推出它的成型位置，一方面保证了不断嵌绕的绕组圈总是在一个固定位置成型，同时也使已成型的绕组圈紧密靠在一起。所以，本说明将此过程取名为“强制排线”。

图1A-A和B-B切面中，槽形轮252a和252b内缠满了塑料薄带。从槽形轮内抽出的塑料薄带242a和242b，分别从槽轮盒241a、241b及调压板240a、240b之间的缝隙通过，又分别经过滚轮多次转换方向，最后固定在夹带环209a和209b的窄缝内。这样，对于同一端的绕线片来说，整条塑料薄带被安放在园柱成型面的同一侧，即整条塑料薄带在等斜率缠绕时，被安放在缠绕线运行曲面的这侧，或者那一侧，使塑料薄带不被缠在绕组圈内。并且当夹带环转动时，塑料薄带被拽拉着，把不断从绕线片上退落到夹带环上的绕组圈，象图4那样，从绕组圈外裹压在夹带环外园上。这样即使是多层绕组也能从箭头242E指示的方向，即从空心杯电枢端部，把薄带抽掉。本说明将此方法定义为“绕组圈外裹压”。

按照本发明的方法设计制造的实施例BKR-4型数控四座标自动嵌绕机，经实践证明，由于采用等斜率缠绕，绕组圈延长线抽头、强制排线和绕组圈外裹压等特征技术，使直绕式空心杯电枢嵌绕技术有明显。表现在：

一、较日本专利及美国专利较大地提高了缠绕密度。这对于相同尺寸相同导线的空心杯电枢来说，意味着能较大地提高绕组圈数。对于空心杯直流电动机来说，意味着在其他条件相同的情况下能较大提高输出力矩，在保持相同输出力矩的情况下能采用廉价的低性能永磁材料。

二、空心杯电枢绕组内，不再有塑料薄带存在，减小了空心杯电枢两端的壁厚，提高了空心杯电枢的尺寸精度和形状精度。

三、便于实现自动化嵌绕。比如在实施例中，已经实现了“缠绕-抽头”全过程自动作业。并且设计了双工位，使辅助时间和缠绕时间重合起来。还可以在每个工位上设计多个嵌绕装置，同时嵌绕若干空心杯电枢。所以，它可以实现很高的生产效率。

下面根据图1结合实施例对本发明做详细介绍：

缠绕头由缠绕杆201、导向杆203和滚轮202组成。导向杆上有直径略大于缠绕线外径的导向孔205，导向杆和缠绕杆是可调连接，滚轮就装在它们的连接处。

园柱成型面由套筒211、夹带环209a和209b、芯套210和挂线销座208等组成。它们一起装在削面空心轴218上。这些组件的一端（或两端）有互相对装的园锥面，两个夹带环上各有一条沿径向开通的窄缝，当轴向压紧这些组件时，两个窄缝便合拢。挂线销座的园圈上均匀安装着蘑菇头销钉206，蘑菇头销钉的数量和位置，由空心杯电枢的尺寸和抽头数确定。以上组件的外径与空心杯电枢的内径相等。

两个鸭形绕线片207a和207b，分别被固定在两组连接机架上。它们分别位于两个夹带环的一侧，沿夹带环园周方向互成180°，沿夹带环轴线方向相距一个空心杯电枢长度。

两个园弧形推线片212a和212b，分别被固定在两组传动机架上。它们分别装在两个绕线片外园柱面上。在传动机架作用下，在园柱成型面转动时，推线片相对绕线片，向绕在绕线片上的绕组圈的退出方向移动一定距离，并且在到达规定位置后立即返回。

连接机架是用于固定绕线片207a和207b的，有两组独立的机架。这两组机架，分别由小轴214a、Γ形板215a、升降板221a、弹性卡圈222a、调节板220c、固定杆221、止动片237b、固定板229组成一组，由小轴214b、Γ形板215b、升降板221b、弹性夹卷222b、调节板220d、连接杆236、连接块233、蝶形螺母231、拉杆232组成另一组。

传动机架是将拖动系统的运动传给两个推线片212a和212b，是分别通过两组机架来完成的。这两组机架，分别由内杆213a、Γ形板215a、杠杆217a、外杆219a、调节板220a、传动杆225a、止动片237a、传动板226组成一组，由内杆231b、Γ形板215b、杠杆217b、外杆219b、调节板220b、传动杆225b、传动块235、空心套234组成另外一组。

两组裹压机架分别由槽形槽252a、252b，槽轮盒241a、241b，调压板240a、240b，调节螺钉253a、253b和若干滚轮、支杆等零件组成。它们分别固定在两组连接机架上，对于同一端的绕线片来说，裹压机架安放在夹带环的同一侧。从槽形轮拉出塑料薄带，穿过槽轮盒与调压板之间的缝隙，再经滚轮转换方向，最后固定在夹带环上的窄缝里。用调节螺钉可以调正塑料薄带的拽拉阻力。

装置的控制拖动系统（图中没有画出），是一个由数控四座标两联动装置控制的，步进电机驱动的控制拖动系统。其中两联动座标是把一个直线运动和一个旋转运动合成一种运动，用来驱动缠绕头。另外两个座标，一个用来驱动园柱成型面实体，一个用来驱动两个推线片。

嵌绕空心杯电驱时，把从线轴（图中未画）来的导线200，经过滚轮202，从导向孔205中穿过，固定在某一蘑菇头销钉206上。缠绕头按等斜率运行轨迹旋转，一个周期结束时，缠绕线204就在芯套210和夹带环209a、209b的个园上，在绕线片207a和207b之间形成图2那样的绕组圈。就在这一瞬间，削面空心轴218带着安装在它上面的零件及零件上形成的绕组圈旋转1/N圈。（N是空心杯电驱每层绕组的圈数）同一时刻，推线片相对绕线片，推着绕线片上的绕组圈，向绕组圈的退出方向，移动同缠绕线外径相等的一个距离，并随即返回原位。如此循环M次后（M是空心杯电枢两抽头之间的绕组圈数），缠绕头按“绕组延长线抽头运行轨迹”运行一个周期，在两个蘑菇头销钉206a、206b及同它们相邻的绕组圈的折返点之间，形成象图3那样的一个抽头。然后，缠绕头又恢复按“等斜率运行轨迹”运行，开始下一个这样的循环，并如此重复Q次（Q是空心杯电枢抽头数）。在上述嵌绕过程中，塑料薄带242a和242b始终被夹带环209a、209b拽拉着，象图4那样，从绕组圈外，把绕组圈裹压在夹带环外园上。待空心杯电枢固化后，可以从箭头242E指示方向，即从空心杯电枢端部，把塑料薄带抽掉。

附图说明

图1是本发明提出的直绕式空心杯电枢嵌绕装置组装图。图1A是图1的AA剖面图。图1B是图1的BB剖面图。

图中：200-导线，201-缠绕杆，202-滚轮，203-导向杆，204-缠绕线，205-导向孔，206-蘑菇头销钉，207a、207b-绕线片，208-挂线销座，209a-209b-夹带环，210-芯套，211-套筒，212a、212b-推线片，213a、213b-内杆，214a、214b-小轴，215a、215b-Γ形板，218-销面空心轴，220c、220d-调节板，221a、221b-升降板，222a、222b-弹性夹卷，224-固定杆，225a、225b-传动杆，226-传动板，229-固定板，231-蝶形螺母，231b-内杆，232-拉杆，233-连接块，234-空心套，235-传动块，236-连接杆，237a、237b-止动片，240a、240b-调压板，241a、241b-槽轮盒，242a、242b-塑料薄带，243a～246a、243b～246b-滚轮，252a、252b-槽形轮，253a、253b-调节螺钉。

图2是在本发明提出的装置上缠绕的空心杯电驱展开图。图中：d-缠绕线外径，D-空心杯电枢直径，L-空心杯电枢长度，E-空心杯电枢壁厚。

图3是本发明采用的抽头样式立体图。图中：204a、204b-组成绕组圈的两只绕组，204a、204d-抽头抽出的两条线段，206a、206b-蘑菇头销钉。207a-绕线片。

图4是本发明采用的裹压式样立体图。图中：204a、204b-绕组圈，210a-园柱成型面，242b-塑料薄带，242E-塑料薄带取出方向。

图5是日本专利提出的直绕式空心杯电枢嵌绕装置主视图。图中：1-机座，2-园柱成型面，3-槽，4-塑料薄带，6-缠绕线，7-滚轮，8-缠绕线，9、10-箭头，11-绕线片。

图6是日本专利采用的裹压式样立体图。图中：2-园柱成型，面，4-塑料薄带，12-绕组圈，14-塑料薄带取出方向。

图7是在日本专利提出的嵌绕装置上缠绕的空心杯电枢展开图。图中d-缠绕线外径，D-空心杯电枢直径，L-空心杯电枢长度，P-绕组圈上任意一点。

图8是美国专利提出的直绕式空心杯电枢嵌绕装置立体图。图中：101-缠绕头，102-手轮，103-园柱成型面，104-绕组圈，105、106-绕线片，107-缠绕线，A、B-箭头。

图9是美国专利采用的抽头式样立体图。图中：105-绕线片，107a-抽头，108-缺口，109-挡板，141-钩子。

直绕式空心杯电枢嵌绕方法及装置勘误表

Claims (2)

1、一种直绕式空心杯电枢嵌绕方法，

(1)缠绕线始端固定在园柱成型面实体上，并且环绕着两个绕线片和两绕线片包容空间内的园柱成型面旋转；

缠绕线回转轴线与园柱成型面回转轴线共面且互成一定夹角，前者回转完1圈的一瞬间，后者回转1/N圈(N是空心杯电枢每层绕组圈数)；

(2)两个绕线片互成180°，分别安装在园柱成型面两侧，且在成型面轴线方向保持一定距离；

(3)两条塑料薄带始端固定在园柱成型面实体上，并且在另一端施加适当拽拉阻力；

其特征在于：

(4)在(1)中所述的缠绕线的旋转运动，是按照“等斜率缠绕运行轨迹”运行，运行M个周期之后；

(5)按照“绕组延长线抽头运行轨迹”运行1个周期，将抽头挂在(2)中所述两个绕线片包容空间外的，(1)中所述园柱成型面延伸出来的园柱面某截面上，沿园周均匀设置并且和园柱成型面一同转动的磨菇头销钉上，并且如此循环Q次(M是空心杯电枢两抽头间的绕组圈数，Q是空心杯电枢的抽头数)；

(6)在(2)中所述的两个绕线片上，还安装有推线片，当(1)中所述园柱成型面转动时，推线片相对绕线片，向缠在绕线片上的绕组圈的退出方向移动一定距离，实行“强制排线”，并在到达位置后立即返回；

(7)在(3)中所述的两条塑料薄带，分别用各自的一组滚轮变换方向，在等斜率缠绕时使整条塑料薄带被安装缠绕线运行曲面一侧，或者被安装在另一侧，

塑料薄带被(1)中所述的园柱成型面拽拉着，把不断从绕线片上退落到园柱成型面上的绕组圈，从“绕组圈外裹紧”，最后抽掉薄带。

2、采用权利要求1所述的方法的一种直绕式空心杯电枢嵌绕装置，包括：

（A）一个由缠绕杆和滚轮组成的，用以拖动和控制缠绕线运动的缠绕头;

（B）一个能转动的，直径等于空心杯电枢内径的，轴线和缠绕头轴线共面又成一定夹角的园柱成型面实体;

（C）两个一端固定，另一端与园柱成型面相切，并且在园周方向相距180°，轴线方向相距一个空心杯电枢长度的绕线片;

（D）两条一端夹在园柱成型面上，另一端沿成型面轴线的垂直方向伸出，并且给与适当拽拉阻力的塑料薄带;

其特征在于：

（E）在（A）中所述的缠绕头由缠绕杆、导向杆和滚轮组成，导向杆上有直径略大于缠绕线外径的导向孔;导向孔按“等斜率缠绕运行轨迹”或者按“绕组延长线抽头运行轨迹”带动缠绕线做空间曲线运动;

（F）在（B）中所述的园柱成型面实体由套筒、夹带环、芯套和挂线销座组成，这些组件一同安装在一个削面空心轴上，或在一端，或在两端有互相对装的园锥面，夹带环上还有一个沿径向开通的窄缝，挂线销座园周上还安装有与空心杯电枢抽头数量相对应的蘑菇头销钉;

（G）在（C）中所述的两个绕线片的主体是个不完整的园盘，外园柱面上光滑伸出一个弧形薄片，它们用主体中心的安装型孔分别固定在两组连接机架上;

绕线片的外园柱面上，还安装着一个园弧形推线片，两个推线片分别固定在两组传动机架上，并且通过传动机架，使它们以绕线片的型孔中心线为轴线，相对绕线片，在一定角度内做间歇摆动;

（H）在（D）中所述的两条塑料薄带被分别卷在两个槽形轮内，相对同一端的绕线片，槽形轮在园柱成型面同侧安装，从槽形轮中拽拉出来的塑料薄带，由可以调节大小的，两个板状物形成的缝隙通过，又经若干滚轮转换方向，最后固定在园柱成型面实体上。

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