CN115514175A - 一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，包括工作台，工作台上固定有环形主轴装置和多个旋转动力装置，多个旋转动力装置围绕着环形主轴装置设置，环形主轴装置包括层层嵌套的多层环形主轴，每层环形主轴与独立驱动其转动的一个旋转动力装置连接，成型模具装置包括多个成型模具，每个成型模具与矩形线电机定子绕组的层线一一对应，每个成型模具分别与一层环形主轴匹配可拆连接；上端绝缘纸保护机构与驱动其上下滑动的上端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接，下端绝缘纸保护机构与驱动其上下滑动的下端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接。本发明可大幅降低装配和调试时间，以及停机后的维修时间，大幅提高产线的利用率。

Description

一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备

技术领域

本发明涉及一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，属于矩形线电机定子绕组制作技术领域。

背景技术

新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要达到 4kW/kg，而且这是产品级标准。行业目前产品级的平均功率密度大约在 3.2-3.3kW/kg左右，这意味着功率密度至少还要提升30％。矩形线电机就是提升功率密度的解决方案之一。业界对于扁线电机趋势已达成基本共识，背后原因就在于其潜力非常之大。

矩形线电机虽优势明显，但其生产工艺、设备上的难点较多，也是矩形线电机的壁垒所在。扭转成型是矩形线定子产线的核心难点设备之一。目前公开了的扭转成型方法需要扭转装置和人高度配合，从绕组最外层线到绕组最内层线，每两层分别进行折弯，每成型一次需要更换一次模具，需要扭转多次才能达到效果，步骤繁琐，矩形线入扭转模具困难，成型后矩形线的一致性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提高矩形线电机的生产效率以及精度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，包括工作台，工作台上固定有环形主轴装置和多个旋转动力装置，多个旋转动力装置围绕着环形主轴装置设置，环形主轴装置上方设有成型模具装置，环形主轴装置包括层层嵌套的多层环形主轴，每层环形主轴与独立驱动其转动的一个旋转动力装置连接，成型模具装置包括多个成型模具，每个成型模具与矩形线电机定子绕组的层线一一对应，每个成型模具分别与一层环形主轴匹配可拆连接；环形主轴装置上固定有多个Z向导轨，多个Z 向导轨上滑动设有下端绝缘纸保护机构和上端绝缘纸保护机构，下端绝缘纸保护机构设于成型模具装置上方，上端绝缘纸保护机构设于下端绝缘纸保护机构上方，上端绝缘纸保护机构与驱动其上下滑动的上端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接，下端绝缘纸保护机构与驱动其上下滑动的下端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接；下端绝缘纸保护机构中间设有仅可供工件下端通过的通孔。

优选地，每个所述的成型模具上设有一个凸台，每个环形主轴上设有一个凹槽，每个成型模具的凸台与其对应环形主轴的凹槽匹配卡接。

优选地，每个所述的旋转动力装置包括一个伺服执行器和小齿轮，小齿轮与伺服执行器的转动端连接；环形主轴装置的每个环形主轴一端与成型模具装置上对应的成型模具连接，每个环形主轴另一端分别连接有一个扇齿；每个旋转动力装置上的小齿轮与环形主轴装置上对应不同层的扇齿分别相啮合。

优选地，所述的环形主轴为筒状结构，每个环形主轴对应一个成型模具，使得成型模具沿着矩形线电机定子周向转动；各个环形主轴之间采用轴承靠肩的方式定位并层层叠加。

优选地，每层所述的环形主轴的底部、顶部均设有用于定位的高精度轴承。

优选地，所述的多个Z向导轨另一端通过固定板连接在一起；上端绝缘纸保护机构Z向动力装置和下端绝缘纸保护机构Z向动力装置分别至少有两个；上端绝缘纸保护机构Z向动力装置的驱动端连接上端绝缘纸保护机构，上端绝缘纸保护机构Z向动力装置固定在固定板上；下端绝缘纸保护机构Z向动力装置的驱动端连接下端绝缘纸保护机构，下端绝缘纸保护机构Z向动力装置固定在上端绝缘纸保护机构上。

优选地，所述的下端绝缘纸保护机构上内嵌有用于定位电机定子的插销。

优选地，所述的上端绝缘纸保护机构和下端绝缘纸保护机构之间设有电机定子；通过上端绝缘纸保护机构Z向动力装置和下端绝缘纸保护机构Z向动力装置驱动上端绝缘纸保护机构和下端绝缘纸保护机构夹紧位于中间的电机定子，并使得上端绝缘纸保护机构和下端绝缘纸保护机构带着电机定子向着成型模具装置方向移动，直至电机定子顶在成型模具装置上。

优选地，所述的上端绝缘纸保护机构底部的中间位置设有内撑机构，上端绝缘纸保护机构中间设有可供内撑动力装置的驱动端通过的通孔，内撑动力装置的驱动端穿过上端绝缘纸保护机构并与内撑机构连接；内撑机构设于电机定子的铁芯内；内撑动力装置驱动内撑机构涨紧在电机定子内。

优选地，还包括下端绝缘纸保护机构动力装置、上端绝缘纸保护机构动力装置、绝缘纸保护机构和护纸齿，每个成型模具的周向设置多个插线槽；下端绝缘纸保护机构动力装置驱动绝缘纸保护机构将护纸齿插入每相邻两个线槽之间；上端绝缘纸保护机构动力装置驱动绝缘纸保护机构将护纸齿插入每相邻两个线槽之间。

本发明的结构简单紧凑，方便调试，易于维修，易于操作，生产效率高，使用成本低。模块化、无紧固件连接式设计提供了易扩展、高柔性的解决方案，可灵活适配机器人自动上料或桁架机械手自动上料至上端绝缘纸保护机构和下端绝缘纸保护机构之间，适合用于大批量自动化产线中。满足了多层矩形线定子产品成型时复杂动作的伺服驱动要求，能够完成绕组不同线层的一次性成型，节省工步，具有高速、高效、高精度、高良品率等特性。本发明的设备为立式布局结构，占地面积小，换型方便，关键零部件安装在设备外围，便于调试维修。

本发明采用多轴联动实现一次型成型，成型精度高、动作可靠、成型时间短、每层矩形线扭转角度单独可调等优点，完美切合大批量生产的需求。

采用NC系统(数控系统)控制，每个层环形主轴都有独立的伺服控制，动力为齿轮传递，单向扭转技术消除齿轮间隙，成型精度高。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明多层矩形线全自动一次型成型，成型过程伺服控制，成型效果好，成型精度高，保证成型后的矩形线形状的一致性。

本发明设备整体竖直排布，结构紧凑，占用空间小，非常方便布置在产线中；还能缩短自动上下料设施的长度，这样会降低产线的投资成本，并降低设施能耗。

本发明伺服驱动调整方便，定子制造调试简便。每个并联驱动单元的精度都是独立调整。这样大大缩短了调试时间，尽快启动生产以缩短投资回收期。

本发明模块化设计安装简单，调试简便，便于维修。可大幅降低装配和调试时间，以及停机后的维修时间，大幅提高产线的利用率。

附图说明

图1为本发明扭转成型设备的轴测图(1)；

图2为本发明扭转成型设备的轴测图(2)；

图3为本发明扭转成型设备的正视图；

图4为本发明扭转成型设备的剖视图；

图5为环形主轴装置的剖视图；

图6为成型模具装置的轴测图；

图7为环形主轴装置的轴测图；

图8为矩形线定子的铜线在扭转成型时的变化示意图；

图9为Z轴补偿机构的示意图；

图10为绝缘纸保护机构的结构示意图；

图11为护纸齿插入每相邻两个线槽中的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供了一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，适合于柔性自动化组线，如图1-图7所示，其包括工作台1-9，工作台1-9上固定有环形主轴装置6-1，在工作台1-9上围绕环形主轴装置6-1依次安装第一旋转动力装置1-1、第二旋转动力装置1-2、第三旋转动力装置1-3、第四旋转动力装置1-4、第五旋转动力装置1-5、第六旋转动力装置1-6、第七旋转动力装置1-7、第八旋转动力装置1-8。每个旋转动力装置配置高精度伺服执行器(可以为伺服电机)，每个旋转动力装置的顶部设有小齿轮，小齿轮与伺服执行器的转动端连接。

环形主轴装置6-1由若干能旋转的且相互连接的环形主轴组成，如图4所示，环形主轴装置6-1的环形主轴一端连接有成型模具装置5-1，环形主轴另一端连接有扇齿，扇齿水平套在环形主轴外侧。旋转动力装置上的小齿轮与环形主轴装置6-1上不同层的扇齿分别相啮合，驱动环形主轴装置6-1带动成型模具装置5-1 旋转。由于各个环形主轴对应的扇齿在不同高度叠在一起，因此，对应的各个旋转动力装置上的小齿轮也设置在不同高度，并与其他位置的扇齿相互不干涉。即小齿轮的厚度与扇齿的厚度相对应。

成型模具装置5-1包括多个成型模具，矩形线电机定子绕组每层线对应一个成型模具，每个成型模具的周向设置多个插线槽，与环形主轴卡槽式连接(每个成型模具上设有一个凸台5-2，每个环形主轴上设有一个凹槽6-2，凸台5-2与凹槽6-2匹配卡接)，无紧固件换型方便快捷。

环形主轴为筒状结构，每个环形主轴对应一个成型模具，用于驱动上述成型模具，使得成型模具沿着矩形线电机定子周向转动。各个环形主轴之间采用轴承靠肩的方式定位并层层叠加。

环形主轴装置6-1为层层嵌套结构，通过控制旋转动力装置各个可满足4-12 层矩形线电机定子的扭转成型。每一层环形主轴都有独立的伺服控制与Z轴匹配，成型曲线可调。环形主轴装置6-1采用同轴嵌套技术，每根环形主轴的底部、顶部均有高精度轴承8-1定位，确保环形主轴的旋转精度和稳定性，如图5所示。

采用了模块化设计，可根据定子产品矩形线层数的不同，选择不同的配置。环形主轴装置6-1布置在下方，各个旋转动力装置均匀布置在环形主轴装置6-1 周围，矩形线电机定子放置在本发明的设备上方，充分考虑了人机工程，便于在调试时观察。

扭转成型模具快速换型，成型模具装置5-1与环形主轴装置6-1之间采用卡槽无紧固件式连接，换型时可以直接将该成型模具装置5-1抬起，与环形主轴装置6-1脱离后取出，然后更换其它产品的成型模具装置5-1，满足不同产品的共线生产需求，如图6、图7所示。

标准化设计，各个旋转动力装置、环形主轴装置6-1、绝缘纸保护机构(即下端绝缘纸保护机构2-1和上端绝缘纸保护机构3-1)、绝缘纸保护机构动力装置、零部件具备互换性。

每个旋转动力装置对应一个环形主轴，可以独立驱动一个成型模具转动。

下端绝缘纸保护机构2-1与上端绝缘纸保护机构3-1共用多个Z向导轨7-1，即下端绝缘纸保护机构2-1与上端绝缘纸保护机构3-1均可以沿着多个Z向导轨 7-1上下滑动，保证了上、下端绝缘纸保护机构的同轴，如图2所示。多个Z向导轨7-1的一端固定在环形主轴装置6-1顶部周边，多个Z向导轨7-1另一端通过固定板连接在一起。

下端绝缘纸保护机构2-1设于成型模具装置5-1上方，上端绝缘纸保护机构 3-1设于下端绝缘纸保护机构2-1上方，下端绝缘纸保护机构2-1和上端绝缘纸保护机构3-1的中间均设有通孔。下端绝缘纸保护机构2-1中间的通孔可供工件下端通过，但工件上端不能通过；上端绝缘纸保护机构3-1的通孔可供内撑动力装置4-1的驱动端通过。

本实施例中，第一上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-2、第二上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-3的驱动端连接上端绝缘纸保护机构3-1，第一上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-2、第二上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-3均固定在固定板上；第一下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-2、第二下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-3的驱动端连接下端绝缘纸保护机构2-1，第一下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-2、第二下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-3均固定在上端绝缘纸保护机构3-1上。

Z轴补偿机构如下：如图8所示，矩形线定子9-1的铜线在扭转成型时，铜线会由直线A状态折弯成B状态，从A状态到B状态会有一个高度差C，所有在扭转成型过程中，矩形线定子9-1需要下降来补偿高度差C。如图9所示，矩形线定子9-1放置于下端绝缘纸保护机构2-1上并由定位键2-5将矩形线定子9-1 定位，如图11。扭转成型时，第一下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-2、第二下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-3驱动下端绝缘纸保护机构2-1与矩形线定子9-1下降补偿高度差C。下端绝缘纸保护机构2-1下降时，第一上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-2、第二上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-3驱动上端绝缘纸保护机构3-1跟随同步下降。

下端绝缘纸保护机构2-1和上端绝缘纸保护机构3-1的结构相同，如图10 所示，均包括中间均设有通孔的底盘2-9、定位盘2-7和转盘2-8，底盘2-9上表面设有与定位盘2-7、转盘2-8相匹配的圆形槽，定位盘2-7、转盘2-8均设于底盘2-9的圆形槽内，定位盘2-7覆盖在转盘2-8上方。转盘2-8一端设于穿过底盘2-9侧面的手柄，且通过拨动手柄，使得转盘2-8在底盘2-9绕着圆心转动，定位键2-5设于定位盘2-7中间内壁上。底盘2-9上圆形槽内的底部均布有多个位于底盘2-9半径上的护纸齿槽，每个护纸齿槽均设有一个护纸齿2-6，护纸齿 2-6可以在护纸齿槽内沿着底盘2-9半径方向移动，每个护纸齿2-6的外侧端均设有滚轮，滚轮的中心轴与护纸齿2-6垂直。转盘2-8的圆盘面上设有多个贯穿的弧形孔，弧形孔一端靠近转盘2-8圆心，另一端远离转盘2-8圆心。每个护纸齿2-6上的滚轮分别设于与其对应的一个弧形孔内，转动转盘2-8，滚轮沿着弧形孔移动，从而带动护纸齿2-6在护纸齿槽内沿着底盘2-9半径方向伸缩。

通过Z轴补偿机构，伺服驱动补偿成型时，电机定子绕组的矩形线由直线状态转弯成Z字型时的高度变化；绝缘纸保护机构中，每相邻两个线槽之间需要插入一个护纸齿2-6，如图11所示，避免成型过程中绝缘纸9-2发生撕裂现象；内撑机构4-2用于成型前内撑涨紧电机定子的铁芯，防止成型时铁芯发生形变。

工件(即矩形线定子9-1)放置在下端绝缘纸保护机构2-1上，下端绝缘纸保护机构2-1上内嵌有插销(即定位键2-5)，用于定位工件。下端绝缘纸保护机构动力装置2-4驱动绝缘纸保护机构将护纸齿2-6插入每相邻两个线槽之间。

第一上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-2、第二上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-3驱动上端绝缘纸保护机构3-1、内撑机构4-2下降至预设位置，上端绝缘纸保护机构动力装置3-4驱动绝缘纸保护机构将护纸齿2-6插入每相邻两个线槽之间。内撑动力装置4-1驱动内撑机构4-2涨紧矩形线电机定子。内撑机构4-2设于上端绝缘纸保护机构3-1底部的中间位置，内撑动力装置4-1的驱动端穿过上端绝缘纸保护机构3-1并与内撑机构4-2连接。

第一下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-2、第二下端绝缘纸保护机构Z向动力装置2-3驱动下端绝缘纸保护机构2-1，第一上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-2、第二上端绝缘纸保护机构Z向动力装置3-3驱动上端绝缘纸保护机构 3-1，下端绝缘纸保护机构2-1和上端绝缘纸保护机构3-1同步下降，将工件插入到成型模具装置5-1中。

本发明可适配机器人自动上料或桁架机械手自动上料与产线对接。本发明为模块化设计，当电机定子矩形线层数增加，可以增加成型模型装置5-1、环形主轴装置6-1和旋转动力装置，从而实现现有设备的快速适应性改造。

Claims (10)

1.一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，包括工作台(1-9)，工作台(1-9)上固定有环形主轴装置(6-1)和多个旋转动力装置，多个旋转动力装置围绕着环形主轴装置(6-1)设置，环形主轴装置(6-1)上方设有成型模具装置(5-1)，环形主轴装置(6-1)包括层层嵌套的多层环形主轴，每层环形主轴与独立驱动其转动的一个旋转动力装置连接，成型模具装置(5-1)包括多个成型模具，每个成型模具与矩形线电机定子绕组的层线一一对应，每个成型模具分别与一层环形主轴匹配可拆连接；环形主轴装置(6-1)上固定有多个Z向导轨(7-1)，多个Z向导轨(7-1)上滑动设有下端绝缘纸保护机构(2-1)和上端绝缘纸保护机构(3-1)，下端绝缘纸保护机构(2-1)设于成型模具装置(5-1)上方，上端绝缘纸保护机构(3-1)设于下端绝缘纸保护机构(2-1)上方，上端绝缘纸保护机构(3-1)与驱动其上下滑动的上端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接，下端绝缘纸保护机构(2-1)与驱动其上下滑动的下端绝缘纸保护机构Z向动力装置连接；下端绝缘纸保护机构(2-1)中间设有仅可供工件下端通过的通孔。

2.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，每个所述的成型模具上设有一个凸台(5-2)，每个环形主轴上设有一个凹槽(6-2)，每个成型模具的凸台(5-2)与其对应环形主轴的凹槽(6-2)匹配卡接。

3.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，每个所述的旋转动力装置包括一个伺服执行器和小齿轮，小齿轮与伺服执行器的转动端连接；环形主轴装置(6-1)的每个环形主轴一端与成型模具装置(5-1)上对应的成型模具连接，每个环形主轴另一端分别连接有一个扇齿；每个旋转动力装置上的小齿轮与环形主轴装置(6-1)上对应不同层的扇齿分别相啮合。

4.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，所述的环形主轴为筒状结构，每个环形主轴对应一个成型模具，使得成型模具沿着矩形线电机定子周向转动；各个环形主轴之间采用轴承靠肩的方式定位并层层叠加。

5.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，每层所述的环形主轴的底部、顶部均设有用于定位的高精度轴承(8-1)。

6.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，所述的多个Z向导轨(7-1)另一端通过固定板连接在一起；上端绝缘纸保护机构Z向动力装置和下端绝缘纸保护机构Z向动力装置分别至少有两个；上端绝缘纸保护机构Z向动力装置的驱动端连接上端绝缘纸保护机构(3-1)，上端绝缘纸保护机构Z向动力装置固定在固定板上；下端绝缘纸保护机构Z向动力装置的驱动端连接下端绝缘纸保护机构(2-1)，下端绝缘纸保护机构Z向动力装置固定在上端绝缘纸保护机构(3-1)上。

7.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，所述的下端绝缘纸保护机构(2-1)上内嵌有用于定位电机定子的插销。

8.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，所述的上端绝缘纸保护机构(3-1)和下端绝缘纸保护机构(2-1)之间设有电机定子；通过上端绝缘纸保护机构Z向动力装置和下端绝缘纸保护机构Z向动力装置驱动上端绝缘纸保护机构(3-1)和下端绝缘纸保护机构(2-1)夹紧位于中间的电机定子，并使得上端绝缘纸保护机构(3-1)和下端绝缘纸保护机构(2-1)带着电机定子向着成型模具装置(5-1)方向移动，直至电机定子顶在成型模具装置(5-1)上。

9.如权利要求1或8所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，所述的上端绝缘纸保护机构(3-1)底部的中间位置设有内撑机构(4-2)，上端绝缘纸保护机构(3-1)中间设有可供内撑动力装置(4-1)的驱动端通过的通孔，内撑动力装置(4-1)的驱动端穿过上端绝缘纸保护机构(3-1)并与内撑机构(4-2)连接；内撑机构(4-2)设于电机定子的铁芯内；内撑动力装置(4-1)驱动内撑机构(4-2)涨紧在电机定子内。

10.如权利要求1所述的一种可扩展矩形线电机定子自动扭转成型设备，其特征在于，还包括下端绝缘纸保护机构动力装置(2-4)、上端绝缘纸保护机构动力装置(3-4)、绝缘纸保护机构和护纸齿(2-6)，每个成型模具的周向设置多个插线槽；下端绝缘纸保护机构动力装置(2-4)驱动绝缘纸保护机构将护纸齿(2-6)插入每相邻两个线槽之间；上端绝缘纸保护机构动力装置(3-4)驱动绝缘纸保护机构将护纸齿(2-6)插入每相邻两个线槽之间。

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