CN113364232B - 一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源电机制造技术领域，具体地说是一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法，包括机械手、堆叠芯轴、随行夹具、轴向压紧机构，堆叠芯轴的底部安装有升降机构，机械手抓取转子叠片并堆叠在堆叠芯轴外，随行夹具覆盖在堆叠后的转子叠片的两端，轴向压紧机构抵住一端的随行夹具，并向堆叠后的转子叠片施加轴向压紧力。本发明同现有技术相比，机械手实现精准定位，得到精确的堆叠角度，避免32片磁钢在堆叠过程中发生掉落。堆叠芯轴保证了堆叠后的内径同心度，防止叠片之间发生位移，导致精度损失。随行夹具与产品形成密闭腔体，便于后续注塑。轴向压紧机构保持堆叠后叠片的相对位置，避免发生位移，便于整组垫片的转移。

Description

一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法

技术领域

本发明涉及新能源电机制造技术领域，具体地说是一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法。

背景技术

为了消除电机运行中的噪音和振动，目前在电机设计上普遍采用对定子或转子铁心进行扭斜的做法。

目前，对定子铁心进行扭斜较为常见，但定子扭斜只适用于圆线定子，而不适用于Pin线定子，并且槽满率会显著降低；当需要对转子进行扭斜时，一般有以下的做法：

1）使用键槽来定位，不同扭斜角的叠片会有不同的键槽位置，这种做法需要单个叠片预先注塑，然后分别压入轴。好处是只需利用键槽即可定位，可直接入轴。缺点是只能按照设计好的角度堆叠，不利于同平台同样设计，而且需要扭斜的叠片数越多，不同设计的叠片也越多，非常不利于管控。

2）利用非对称定位孔进行正反堆叠，当两个叠片正反堆叠的时候，对准的定位孔使叠片转过了特定的角度。正反堆叠的好处是叠片只有一种，也可以堆叠到设计好的角度。缺点是只能堆叠成设计好的堆叠角以及只能堆叠2叠。

而堆叠的时候通常单个叠片已经利用点胶或者注塑的方式固定了磁钢，进行叠片堆叠的时候磁钢并不会掉落。但带来的问题就是生产效率比较低，不利于高节拍生产。

不同用户通常需要不同的性能和功率需求，这就要求即使在同样平台的产品设计中也要采用不同叠数，不同的扭斜角来实现不同的产品性能，但是以上设计都利用产品本身的特征来形成不同的扭斜角和叠数，不利于降低成本和高节拍生产。

为了提高堆叠的自由度，也为了便于成本和物料管控，考虑采用无特征的转子叠片进行堆叠。但是无特征的转子叠片堆叠存在以下难点：

1）每个叠片带32颗完全不固定的磁钢，在堆叠过程中必须保证磁钢没有掉落或丢失。

2）由于叠片没有任何外部特征，堆叠后的角度没有办法利用产品特征定位，堆叠后也没有办法确认堆叠角度是否正确。

3）叠片的堆叠角度的精度需要达到公称值±0.5°，堆叠后的内径同心度需要达到0.05mm。

由于以上这些难点和对堆叠精度的要求，设计一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法，从而提高堆叠的自由度，也便于成本和物料管控是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备及其方法，从而提高堆叠的自由度，也便于成本和物料管控。

为了达到上述目的，本发明提供一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，包括机械手、堆叠芯轴、随行夹具、轴向压紧机构，其特征在于：堆叠芯轴的底部安装有升降机构，机械手抓取转子叠片并堆叠在堆叠芯轴外，随行夹具覆盖在堆叠后的转子叠片的两端，轴向压紧机构抵住一端的随行夹具，并向堆叠后的转子叠片施加轴向压紧力。

机械手包括外径夹爪、夹爪驱动机构、磁钢托片、托片收紧机构、压板、定位销，压板的下方外侧设有向内收缩的外径夹爪和磁钢托片，外径夹爪的一端与夹爪驱动机构连接，磁钢托片的一端与托片收紧机构连接，压板上设置有定位销，定位销与转子叠片的风孔匹配。

机械手抓取转子叠片时，定位销插入风孔，周向定位转子叠片的角度，压板覆盖在磁钢的顶部，外径夹爪的另一端抵住转子叠片的外径，磁钢托片的另一端托在磁钢的底部。

可选的，所述的夹爪驱动机构包括雄克气爪。

可选的，所述的托片收紧机构包括旋转气缸、滑槽、连杆、滑块，旋转气缸安装在压板的中央，滑槽安装在压板的边缘，旋转气缸的轴与滑块之间采用连杆连接，滑块的两端安装在滑槽内，滑块的端部与磁钢托片连接。

可选的，所述的压板上设置有弹簧顶出机构，弹簧顶出机构包括弹簧、顶杆、弹簧室，顶杆的下端位于压板表面的通孔内，顶杆外套设有弹簧，弹簧的两端分别与弹簧室的顶部、顶杆下端的凸台接触。

可选的，所述的堆叠芯轴包括芯轴本体、管状拉杆、锥度滑块、弹簧圆环，管状拉杆套设在芯轴本体外，管状拉杆的下端与升降机构连接，管状拉杆的外侧从上至下设置有若干个分段结构，每个分段结构内设置有锥度滑块，每个分段结构的外侧套设有弹簧圆环，锥度滑块的外表面与弹簧圆环的内壁接触，锥度滑块的外径、弹簧圆环的内径设置有相同的锥度。

可选的，所述的弹簧圆环外表面设有交错切割结构，弹簧圆环的外径与转子叠片的内径匹配。

可选的，所述的随行夹具包括上模、下模，上模的顶部设有向外延伸的注塑流道，注塑流道的底部设有向下延伸的注胶口，上模的顶部边缘、下模的底部边缘设有夹取结构。

可选的，所述的上模、下模之间放置有若干个转子叠片，上模、下模与转子叠片之间形成密闭腔体。

可选的，所述的机械手与机器人连接。

一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备的堆叠方法，包括如下步骤：步骤1，在堆叠芯轴上放置随行夹具的下模；步骤2，机械手移动到位于托盘上的转子叠片上方，机械手的定位销插入转子叠片的风孔，周向定位转子叠片的角度，使每个被机械手抓取的转子叠片的初始角度相同；步骤3，外径夹爪在夹爪驱动机构的驱动下抓紧转子叠片的外径；步骤4，在托片收紧机构的驱动下，磁钢托片同步收紧，磁钢托片移动到磁钢下方并托住磁钢；步骤5，机械手在机器人的带动下，垂直移动将转子叠片抓起，水平移动到堆叠芯轴上方；步骤6，机械手在机器人的带动下，将转子叠片旋转到设定的角度，并平放到随行夹具的下模上方，磁钢托片松开，磁钢部分掉落到堆叠芯轴上；步骤7，机械手下压，将转子叠片轴向压紧到堆叠芯轴上；步骤8，堆叠芯轴上升，当堆叠芯轴接近并低于转子叠片的上沿时，堆叠芯轴停止上升并膨胀，锁紧转子叠片的内径；步骤9，外径夹爪松开，机械手轴向离开转子叠片；步骤10，重复步骤2~9，直到堆叠完最后一个转子叠片；步骤11，将随行夹具的上模堆叠到最上面的转子叠片顶部；步骤12，轴向压紧机构下压，将转子叠片和随行夹具轴向压紧，堆叠芯轴回复初始状态。

本发明同现有技术相比，机械手能够实现精准定位，得到精确的堆叠角度，同时避免32片磁钢在堆叠过程中发生掉落。堆叠芯轴保证了堆叠后的内径同心度，同时在堆叠过程中防止叠片之间发生位移，导致精度损失。随行夹具与产品组合，形成完整的密闭腔体，有利于后续注塑工序的进行。轴向压紧机构保持堆叠后叠片的相对位置，避免发生位移，便于机械手将整组垫片进行转移。本发明通过机械手可以堆叠成任何角度和任何叠数，提高堆叠的自由度；机械手配合堆叠芯轴、轴向压紧机构保证了堆叠的精度控制；单个叠片结构相同，便于成本和物料管控。

附图说明

图1为本发明无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备的轴测图。

图2为本发明机械手的轴测图。

图3为本发明机械手的主视图。

图4为本发明图3的D-D剖视图。

图5为本发明图4的I处放大图。

图6为本发明机械手的仰视图。

图7为本发明图6的B-B剖视图。

图8为本发明堆叠芯轴的轴测图。

图9为本发明堆叠芯轴的剖视图。

图10为本发明随行夹具上模的轴测图。

图11为本发明随行夹具下模的轴测图。

附图标记说明：1为机械手；2为堆叠芯轴；3为随行夹具；4为转子叠片；5为轴向压紧机构；11为压板；12为外径夹爪；13为磁钢托片；14为夹爪驱动机构；15为定位销；16为托片收紧机构；17为弹簧顶出机构；21为芯轴本体；22为管状拉杆；23为锥度滑块；24为弹簧圆环；31为上模；32为下模；41为磁钢；161为旋转气缸；162为滑槽；163为连杆；164为滑块；171为弹簧；172为顶杆；173为弹簧室；311为注塑流道；312为夹取结构。

实施方式

现结合附图对本发明做进一步描述。

参见图1，本发明提供一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，包括机械手、堆叠芯轴、随行夹具、轴向压紧机构，堆叠芯轴2的底部安装有升降机构，机械手1抓取转子叠片4并堆叠在堆叠芯轴2外，随行夹具3覆盖在堆叠后的转子叠片4的两端，轴向压紧机构5抵住一端的随行夹具3，并向堆叠后的转子叠片4施加轴向压紧力。

参见图2、图3、图6，机械手1包括外径夹爪12、夹爪驱动机构14、磁钢托片13、托片收紧机构16、压板11、定位销15，压板11的下方外侧设有向内收缩的外径夹爪12和磁钢托片13，外径夹爪12的一端与夹爪驱动机构14连接，磁钢托片13的一端与托片收紧机构16连接，压板11上设置有定位销15，定位销15与转子叠片4的风孔匹配。

机械手1抓取转子叠片4时，定位销15插入风孔，周向定位转子叠片4的角度，压板11覆盖在磁钢41的顶部，外径夹爪12的另一端抵住转子叠片4的外径，磁钢托片13的另一端托在磁钢41的底部。机械手1与机器人连接，能够实现任意角度的旋转。

外径夹爪12根据转子叠片4的外径结构设计，在定位销15对转子叠片4周向定位后，外径夹爪12夹紧转子叠片4的外径。

参见图2、图7，托片收紧机构16包括旋转气缸161、滑槽162、连杆163、滑块164，旋转气缸161安装在压板11的中央，滑槽162安装在压板11的边缘，旋转气缸161的轴与滑块164之间采用连杆163连接，滑块164的两端安装在滑槽162内，滑块164的端部与磁钢托片13连接。

托片收紧机构16由旋转气缸161驱动，滑块164、连杆163将旋转动作转换成直线运动，使磁钢托片13能够同步径向运动，实现开合。磁钢托片13的形状与磁钢41的分布匹配，在磁钢托片13向内收紧后，磁钢托片13托在磁钢41的底部，并能托住磁钢41一半的面积，保证在转子叠片4在转移过程中磁钢不会向下掉落。压板11覆盖在磁钢41的顶部，避免磁钢41从转子叠片4的顶部掉出。磁钢托片13和压板11的结构配合，避免了32片磁钢41在堆叠过程中发生掉落。

参见图3~5，压板11上设置有弹簧顶出机构17，弹簧顶出机构17包括弹簧171、顶杆172、弹簧室173，顶杆172的下端位于压板11表面的通孔内，顶杆172外套设有弹簧171，弹簧171的两端分别与弹簧室173的顶部、顶杆172下端的凸台接触。

弹簧顶出机构17的作用是在外径夹爪12释放后，将转子叠片4轴向推出，确保转子叠片4与机械手1可靠分离。

参见图8、图9，堆叠芯轴2包括芯轴本体21、管状拉杆22、锥度滑块23、弹簧圆环24，管状拉杆22套设在芯轴本体21外，管状拉杆22的下端与升降机构连接，管状拉杆22的外侧从上至下设置有若干个分段结构，每个分段结构内设置有锥度滑块23，每个分段结构的外侧套设有弹簧圆环24，锥度滑块23的外表面与弹簧圆环24的内壁接触，锥度滑块23的外径、弹簧圆环24的内径设置有相同的锥度。

弹簧圆环24的外表面设有交错切割结构，弹簧圆环24的外径与转子叠片4的内径匹配。分段式弹簧圆环24使堆叠芯轴2的膨胀会更均匀，能保证产品的每一个位置都能被涨紧。

芯轴本体21为实心，是为了保证整个堆叠芯轴2的稳定性，运行更加的平稳。

升降机构可以将管状拉杆22上升或下降到指定位置，当管状拉杆22向下滑动的时候，压住锥度滑块23向下移动，锥度滑块23外径的锥度推动弹簧圆环24膨胀，将轴向较大的位移稳定的转化为径向较小的直径变化，将轴向较大的位移稳定的转化为径向较小的直径变化，产生外径膨胀的效果，不仅能够固定铁芯内径，同时修正转子叠片4的内径同心度，使同心度小于0.05mm。

堆叠芯轴2除机械式膨胀外，也可根据精度和自动化要求，采用整体膨胀式芯轴、液压膨胀式芯轴。堆叠芯轴2可以采用气缸、油缸、弹簧等驱动。

参见图10、图11，所述的随行夹具3包括上模31、下模32，上模31的顶部设有向外延伸的注塑流道311，注塑流道311的底部设有向下延伸的注胶口，上模31的顶部边缘、下模32的底部边缘设有夹取结构312。注塑流道311和注胶口是为了便于将注塑材料导流至磁钢槽，便于后续注塑工序的进行。夹取结构312便于整组垫片进行转移。

上模31、下模32之间放置有若干个转子叠片4，上模31、下模32与转子叠片4之间形成密闭腔体。在堆叠阶段就将上模31、下模32与转子叠片4组合到一起，并一起加热到注塑的工艺温度，有利于注塑的批量生产。

本发明的机械手能够实现精准定位，得到精确的堆叠角度，同时避免32片磁钢在堆叠过程中发生掉落。堆叠芯轴保证了堆叠后的内径同心度，同时在堆叠过程中防止叠片之间发生位移，导致精度损失。随行夹具与产品组合，形成完整的密闭腔体，有利于后续注塑工序的进行。轴向压紧机构保持堆叠后叠片的相对位置，避免发生位移，便于机械手将整组垫片进行转移。本发明通过机械手可以堆叠成任何角度和任何叠数，提高堆叠的自由度；机械手配合堆叠芯轴、轴向压紧机构保证了堆叠的精度控制；单个叠片结构相同，便于成本和物料管控。

在一实施例中，夹爪驱动机构可为雄克气爪，如下以夹爪驱动机构为雄克气爪为例进行说明。

本发明中，无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠方法如下：

步骤1，在堆叠芯轴上放置随行夹具的下模。

步骤2，机械手移动到位于托盘上的转子叠片上方，机械手的定位销插入转子叠片的风孔，周向定位转子叠片的角度，使每个被机械手抓取的转子叠片的初始角度相同。

步骤3，外径夹爪在雄克气爪的驱动下抓紧转子叠片的外径。

步骤4，在托片收紧机构的驱动下，磁钢托片同步收紧，磁钢托片移动到磁钢下方并托住磁钢。

步骤5，机械手在机器人的带动下，垂直移动将转子叠片抓起，水平移动到堆叠芯轴上方。

步骤6，机械手在机器人的带动下，将转子叠片旋转到设定的角度，并平放到随行夹具的下模上方，磁钢托片松开，磁钢部分掉落到堆叠芯轴上。

步骤7，机械手下压，将转子叠片轴向压紧到堆叠芯轴上。

步骤8，堆叠芯轴上升，当堆叠芯轴接近并低于转子叠片的上沿时，堆叠芯轴停止上升并膨胀，锁紧转子叠片的内径。

步骤9，外径夹爪松开，机械手轴向离开转子叠片。

步骤10，重复步骤2~9，直到堆叠完最后一个转子叠片。

步骤11，将随行夹具的上模堆叠到最上面的转子叠片顶部。

步骤12，轴向压紧机构下压，将转子叠片和随行夹具轴向压紧，堆叠芯轴回复初始状态。

Claims (10)

1.一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，包括机械手、堆叠芯轴、随行夹具、轴向压紧机构，其特征在于：堆叠芯轴（2）的底部安装有升降机构，机械手（1）抓取转子叠片（4）并堆叠在堆叠芯轴（2）外，随行夹具（3）覆盖在堆叠后的转子叠片（4）的两端，轴向压紧机构（5）抵住一端的随行夹具（3），并向堆叠后的转子叠片（4）施加轴向压紧力，

机械手（1）包括外径夹爪（12）、夹爪驱动机构（14）、磁钢托片（13）、托片收紧机构（16）、压板（11）、定位销（15），压板（11）的下方外侧设有向内收缩的外径夹爪（12）和磁钢托片（13），外径夹爪（12）的一端与夹爪驱动机构（14）连接，磁钢托片（13）的一端与托片收紧机构（16）连接，压板（11）上设置有定位销（15），定位销（15）与转子叠片（4）的风孔匹配，

机械手（1）抓取转子叠片（4）时，定位销（15）插入风孔，周向定位转子叠片（4）的角度，压板（11）覆盖在磁钢（41）的顶部，外径夹爪（12）的另一端抵住转子叠片（4）的外径，磁钢托片（13）的另一端托在磁钢（41）的底部。

2.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的夹爪驱动机构（14）包括雄克气爪。

3.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的托片收紧机构（16）包括旋转气缸（161）、滑槽（162）、连杆（163）、滑块（164），旋转气缸（161）安装在压板（11）的中央，滑槽（162）安装在压板（11）的边缘，旋转气缸（161）的轴与滑块（164）之间采用连杆（163）连接，滑块（164）的两端安装在滑槽（162）内，滑块（164）的端部与磁钢托片（13）连接。

4.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的压板（11）上设置有弹簧顶出机构（17），弹簧顶出机构（17）包括弹簧（171）、顶杆（172）、弹簧室（173），顶杆（172）的下端位于压板（11）表面的通孔内，顶杆（172）外套设有弹簧（171），弹簧（171）的两端分别与弹簧室（173）的顶部、顶杆（172）下端的凸台接触。

5.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的堆叠芯轴（2）包括芯轴本体（21）、管状拉杆（22）、锥度滑块（23）、弹簧圆环（24），管状拉杆（22）套设在芯轴本体（21）外，管状拉杆（22）的下端与升降机构连接，管状拉杆（22）的外侧从上至下设置有若干个分段结构，每个分段结构内设置有锥度滑块（23），每个分段结构的外侧套设有弹簧圆环（24），锥度滑块（23）的外表面与弹簧圆环（24）的内壁接触，锥度滑块（23）的外径、弹簧圆环（24）的内径设置有相同的锥度。

6.根据权利要求5所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的弹簧圆环（24）外表面设有交错切割结构，弹簧圆环（24）的外径与转子叠片（4）的内径匹配。

7.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的随行夹具（3）包括上模（31）、下模（32），上模（31）的顶部设有向外延伸的注塑流道（311），注塑流道（311）的底部设有向下延伸的注胶口，上模（31）的顶部边缘、下模（32）的底部边缘设有夹取结构（312）。

8.根据权利要求7所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的上模（31）、下模（32）之间放置有若干个转子叠片（4），上模（31）、下模（32）与转子叠片（4）之间形成密闭腔体。

9.根据权利要求1所述的一种无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备，其特征在于：所述的机械手（1）与机器人连接。

10.一种如权利要求1所述的无特征转子叠片带磁钢自动带角度堆叠设备的堆叠方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，在堆叠芯轴上放置随行夹具的下模；步骤2，机械手移动到位于托盘上的转子叠片上方，机械手的定位销插入转子叠片的风孔，周向定位转子叠片的角度，使每个被机械手抓取的转子叠片的初始角度相同；步骤3，外径夹爪在夹爪驱动机构的驱动下抓紧转子叠片的外径；步骤4，在托片收紧机构的驱动下，磁钢托片同步收紧，磁钢托片移动到磁钢下方并托住磁钢；步骤5，机械手在机器人的带动下，垂直移动将转子叠片抓起，水平移动到堆叠芯轴上方；步骤6，机械手在机器人的带动下，将转子叠片旋转到设定的角度，并平放到随行夹具的下模上方，磁钢托片松开，磁钢部分掉落到堆叠芯轴上；步骤7，机械手下压，将转子叠片轴向压紧到堆叠芯轴上；步骤8，堆叠芯轴上升，当堆叠芯轴接近并低于转子叠片的上沿时，堆叠芯轴停止上升并膨胀，锁紧转子叠片的内径；步骤9，外径夹爪松开，机械手轴向离开转子叠片；步骤10，重复步骤2~9，直到堆叠完最后一个转子叠片；步骤11，将随行夹具的上模堆叠到最上面的转子叠片顶部；步骤12，轴向压紧机构下压，将转子叠片和随行夹具轴向压紧，堆叠芯轴回复初始状态。