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低速大扭矩电机线圈绕线机夹具的改进方法


随着科技的进步和市场竞争日益激烈,客户对电机的要求也越来越高,诸如超高转速、低振动、低噪声等等已成为市场的普遍要求,低速大扭矩永磁电机也成为新的发展方向和市场潮流,这也就对制造工艺提出了更高的要求。为了提升电机的市场竞争力,必须进一步提高电机各零部件的质量及工艺要求。本文阐述了低速大扭矩电机线圈绕线机构及其夹具的优化改进,不但可提高绕线精度,提升绕线质量,还可在减少电机机械损耗的同时降低劳动强度,提高生产效率,适用于普通三相异步电动机绕线工艺。

电机线圈在这里是指电感器,通常为呈环形的导线绕组,是通过绕线机构将漆包线一根一根绕在绕线模上,导线彼此相互绝缘,而形成了成型线圈;再将成型线圈嵌入定子铁心,就变成了有绕组的定子铁心。成型线圈的质量好坏,直接影响到后续嵌线工序的难易程度和嵌线质量。提高线圈绕制质量,可以降低对地、匝间等绝缘问题的发生概率,提升电机整机的质量和可靠性。

原绕线机构及其夹具

原绕线机构包括:放线架、绕线机、绕线模和夹具等。将绕线模套在绕线机的主轴上,再套入垫片,然后用锁紧螺母紧固到位,再将漆包线经过放线架固定在绕线模上,最后开启绕线机。通过绕线机主轴带动绕线模旋转,将漆包线绕制为成型线圈。通过绕线机的刻度盘,记录主轴的旋转圈数。原绕线机构如图1所示。

旧绕线机结构


与旋转轴的静摩擦力来传递旋转扭矩。绕线过程中的拉力不均匀,一旦拉力偏大,绕线模与旋转轴就会在圆周方向发生滑动错位(俗称“打滑”),导致在绕线机刻度盘上读取的旋转圈数与绕线模的实际旋转圈数出现误差,从而使成型线圈的股数和长度产生误差,严重影响线圈的质量。一旦出现“打滑”现象,按照工艺要求,整个绕线模的漆包线需要拆除,重新装夹绕线模,再从头开始绕线,不但降低了工作效率,还影响线圈绕制一次交检合格率。为了避免出现“打滑”现象,操作者会用力增加锁紧螺母的力矩,这样操作不但不能从根本上解决问题,反而增加了员工的劳动强度,加剧了工装夹具的磨损,降低了使用寿命。

新型绕线机构及其夹具

为了解决上述问题,对绕线机构进行了工艺研究和分析,通过不断验证及优化改进,最终设计出了一套新型的绕线机构及其夹具。新型的绕线机构如图2所示。

绕线机结构

这种绕线机构存在的问题有:

1)不同种类的成型线圈需要使用不同的绕线模,不同绕线模的装夹尺寸长度和宽度都不一样,如果绕线模的长度大于旋转轴的长度,就需要更换为长旋转轴;再使用短绕线模时需要再次更换短的旋转轴;电机线圈种类繁多,所以经常需要更换旋转轴,耗时耗力,工作效率低;经常更换旋转轴将导致其同心度越来越差,旋转轴的跳动明显变大,影响线圈质量。

2)每匝线圈的股数和长度是影响线圈质量的重要参数,这两个参数需靠绕线模旋转的圈数来保证。绕线机上有旋转刻度盘,可以读取绕线机旋转轴的旋转圈数。但原来的绕线机构的绕线模是依靠压紧螺母装夹在旋转轴上,通过旋转轴端部的螺母锁紧,通过绕线模端板新机构的旋转轴上增加了腰型键槽,滑板内圆安装对应的平键,平键与轴上的腰型键槽采用小间隙配合,保证滑板可以在旋转轴的轴向来回自由滑动。同时当旋转轴旋转时,平键可以传递旋转扭矩,确保滑板与旋转轴形成一个整体,保持同步旋转。旋转轴的腰型键槽的对称位置利用线切割加工成与腰型槽长度相等的齿条形状,在滑板内圆上设计与旋转轴上的齿部相配合的卡扣按钮,按下卡扣尾部,卡扣与旋转轴齿部脱开,滑板就可以在旋转轴的轴向滑动;松开卡扣按钮,卡扣的端部受到弹性橡胶圈的拉力作用,就会向旋转轴的齿部回弹,与齿部紧密配合,从而限制了滑板在轴向的滑动。若要根据不同长度的绕线模调整滑板在旋转轴上的位置,只需按住卡口按钮,将滑板调到合适位置,松开卡扣即可完成。整个过程操作方便简单,且可靠性高,与原来频繁更换旋转轴相比,工作效率有了很大的提升。

关于新机构的夹具,在滑板上还加工有两个对称的腰型槽,在两个腰型槽内装有T型的滑块,可以在腰型槽内上下滑动,通过螺钉锁紧。当使用不同宽度的绕线模时,可以调整两个T型滑块,将绕线模的端板两侧面夹住,再将螺钉锁紧,从而将绕线模与滑板连接成为一个整体,滑板又通过平键与旋转轴连接成一个整体。当旋转轴转动绕线时,绕线模与旋转轴成为一个整体,很好地解决了“打滑”的问题。且卡块的宽度可调,可以适用不同宽度的绕线模。解决“打滑”的同时,提高了工装利用率,降低了成本。

新旧绕线机及其夹具使用效果对比

对新旧绕线机及其夹具效果进行了对比试验, 试验数据如表1

新旧绕线机及其夹具效果对比 

成型线圈成品率 99.51% 99.63% 99.42% 99.65%转轴更换时间 35 810 35 810月通过在线圈车间随意抽取两名操作员AB来开展工艺对比试验,通过试验结果数据对比可以发现:

1)不论是员工A还是B,在使用原机构绕线时,压紧螺母的锁紧力矩要远远大于新机构,操作员手动锁紧螺母劳动强度明显增加;

2AB员工各绕10台不同规格的电机线圈,使用新机构所用的时间都明显少于原机构的时间,主要原因在于新机构无需更换旋转轴,节省了大量时间,工作效率明显提高;

3)员工AB在使用新机构的夹具时,都比原机构的工装绕制的线圈成品率高,新机构的工装夹具不会因“打滑”现象而进行二次返工;(4)原机构的转轴因螺母锁紧力矩较大,磨损相对新机构较为严重,一般3-5个月需更换,而新机构一般810个月才需更换转轴,从而降低了工装夹具的使用成本。

结语

新机构经过多种不同种类绕线模的使用,效果较好,夹具装夹简单方便,定位可靠性高,电机线圈质量有很大提升,同时也降低了员工的劳动强度,大大提升了工作效率。绕线机构可以一机多用,材料利用效率高,也降低了模具制造的成本,具有一定的推广价值。

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