鄭書河，何聰惠

?

盤式電機(jī)鐵心自動(dòng)卷繞在線補(bǔ)償成形機(jī)理研究

鄭書河，何聰惠

（福建農(nóng)林大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州 350002）

盤式電機(jī)基于其自身特點(diǎn)，日益得到廣泛的應(yīng)用，而盤式電機(jī)的生產(chǎn)關(guān)鍵在于定轉(zhuǎn)子鐵心的生產(chǎn)，本文在專用的鐵心卷繞設(shè)備基礎(chǔ)上，根據(jù)定轉(zhuǎn)子鐵心成形工藝特點(diǎn)，推導(dǎo)出一個(gè)完整鐵心自動(dòng)卷繞在線補(bǔ)償成形機(jī)理。該機(jī)理既包含了滿足鐵心自動(dòng)成形工藝特點(diǎn)的轉(zhuǎn)角補(bǔ)償，同時(shí)又含有為了提高鐵心成形質(zhì)量而實(shí)施的在線偏差補(bǔ)償。

盤式電機(jī)；定轉(zhuǎn)子鐵心；轉(zhuǎn)角補(bǔ)償；偏差補(bǔ)償；

1 引言

盤式電機(jī)以其機(jī)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，節(jié)約原材料，下線方便，能實(shí)現(xiàn)自身制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)而日益得到電機(jī)制造業(yè)的重視。盤式電機(jī)首先是其定轉(zhuǎn)子鐵心的生產(chǎn)。世界發(fā)達(dá)國家早已經(jīng)對盤式電機(jī)的系列生產(chǎn)，其中定轉(zhuǎn)子鐵心生產(chǎn)精度高，材料利用高。目前，國外已有計(jì)算機(jī)控制的卷繞專用設(shè)備問世，并在工業(yè)中得到應(yīng)用，在精度上，槽角度值已到-1.5~1.5度，外徑公差達(dá)到-1.5~1.5um，但國外銷往國內(nèi)的鐵心專用設(shè)備價(jià)格太過于昂貴，而且加工范圍小，使得國內(nèi)很多廠家經(jīng)濟(jì)上難以承受。而國內(nèi)，從80年代后期以來，盤式電機(jī)也逐步在我國某些起重機(jī)械設(shè)備，機(jī)械加工設(shè)備及家用電器行業(yè)中推廣，特別是中小功率的電機(jī)應(yīng)用更為廣泛。盡管有各種各樣的鐵心專用卷繞設(shè)備研制成功并申請專利號，但市場上始終未見高效的成形設(shè)備出售，而且生產(chǎn)盤式電機(jī)的廠家在生產(chǎn)鐵心時(shí)候大多數(shù)采用土辦法，先在硅鋼帶上沖好滿足槽距的帶料，然后用機(jī)械半自動(dòng)方式來卷繞成形。

這種鐵心成形方法，其特點(diǎn)一是生產(chǎn)效率低，材料利用率低，二是鐵心成形精度低。因?yàn)樵阼F心實(shí)際卷繞過程中，都沒有針對實(shí)際生產(chǎn)中，由于帶料厚度不均，以及卷繞成形過程中不可避免在層與層之間存在間隙導(dǎo)致卷繞輪半徑實(shí)際增大值和理論增大值之間存在偏差，而對之相應(yīng)的補(bǔ)償，從而影響最終的鐵心成形質(zhì)量。[1][2]本文基于原有專用卷繞設(shè)備的基礎(chǔ)上，研究既能自動(dòng)卷繞成形又能在線偏差補(bǔ)償?shù)囊环N成形機(jī)理。

2 卷繞機(jī)構(gòu)的自動(dòng)卷繞機(jī)理

2.1 定轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

盡管盤式電機(jī)的種類各種各樣，但其定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)大同小異，只是各種鐵心參數(shù)大小不一樣罷了。圖1為定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)簡圖，其中第一個(gè)為定子，后兩個(gè)為轉(zhuǎn)子，A為定轉(zhuǎn)子的斜槽偏角。他們均為硅鋼片卷繞成的空心圓柱體。一般同一臺盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子，他們的內(nèi)外徑尺寸相等，軸向尺寸不等，定子槽多為輻射狀直槽，轉(zhuǎn)子槽多為朝某個(gè)方向傾斜的斜直槽。另外，轉(zhuǎn)子的槽數(shù)與定子槽數(shù)不等。

圖1 定、轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 定轉(zhuǎn)子鐵心成形工藝特點(diǎn)

傳統(tǒng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)是用硅鋼帶先沖好槽，然后再一片片疊合。而盤式電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心成形是用沖好槽的硅鋼片帶料卷繞而成，并且在專用卷繞設(shè)備上自動(dòng)成形。如圖2，首先鋼帶坯料經(jīng)校平后，由高速?zèng)_床沖好槽，沖好槽的帶料經(jīng)送料機(jī)構(gòu)和卷繞輪本身提供的動(dòng)力送至卷繞機(jī)構(gòu)，卷繞自動(dòng)成形。沖床上沖槽必須保證，每隔一段距離沖出相同形狀的槽，帶料再經(jīng)卷繞成形，卷繞好的定轉(zhuǎn)子鐵心在外觀上要求槽孔一一對齊。由于圓周卷繞時(shí)，每卷繞一周，帶料到圓周中心的半徑值是不斷地增大，即每相鄰的槽孔在不同的圓周卷繞層上的弧長是不斷增大的，這個(gè)弧長稱之為相鄰槽距。它將隨著卷繞層數(shù)的不斷增加而增大，且滿足其相應(yīng)的規(guī)律。這就是定轉(zhuǎn)子鐵心卷繞成形工藝的特點(diǎn)。[3]

圖2 卷繞機(jī)構(gòu)簡圖

圖3 定轉(zhuǎn)子鐵心沖卷距與轉(zhuǎn)角的關(guān)系

2.3 自動(dòng)卷繞機(jī)理

如圖3，當(dāng)卷繞輪卷繞預(yù)置角α?xí)r，帶動(dòng)由沖頭沖好槽的鋼帶C點(diǎn)至卷繞輪的B點(diǎn)，將AB段的弧長稱為起始沖卷距。定子鐵心由于其下線槽呈徑向分布，故在卷繞過程中，若卷繞輪卷繞起始點(diǎn)A和硅鋼帶對應(yīng)沖模中心點(diǎn)C之間的距離為L,即為起始沖卷距L。如圖3(a)，而轉(zhuǎn)子鐵心由于其下線槽呈與徑向傾斜的斜槽，如圖3(b)，若該傾斜角為γ。很明顯，卷鐵心的起始沖卷距比定子鐵心相同的起始半徑下，大了ln或者小了mn的弧長。

3 卷繞機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償機(jī)理

前述表明，定轉(zhuǎn)子鐵心在卷繞時(shí)，其沖卷距的大小隨卷繞輪的實(shí)際半徑增大而增大，這就要求卷繞輪除了能按鐵心的槽數(shù)做等角度的間歇回轉(zhuǎn)外，還必須額外地多轉(zhuǎn)一些，來保證卷繞輪間歇回轉(zhuǎn)過程中，使得沖卷距隨卷繞輪實(shí)際半徑增大而增大。我們把這種多轉(zhuǎn)一些角度的機(jī)理稱為卷繞機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角補(bǔ)償機(jī)理。

3.1 定轉(zhuǎn)子鐵心卷繞的步距補(bǔ)償值

3.2 定轉(zhuǎn)子鐵心卷繞的轉(zhuǎn)角補(bǔ)償值

式中：N——卷繞輪間歇回轉(zhuǎn)的累加次數(shù)，

3.3 卷繞機(jī)構(gòu)的偏差轉(zhuǎn)角補(bǔ)償

定轉(zhuǎn)子鐵心在實(shí)際卷繞過程中，由于帶料厚度不均，卷繞層與層之間不可避免存在間隙，導(dǎo)致卷繞輪卷繞過程中，其半徑實(shí)際增大值與理論增大值之間存在偏差，該偏差影響鐵心最終的成形質(zhì)量。而在在線補(bǔ)償?shù)木砝@過程中，常將該半徑長度偏差值直接轉(zhuǎn)化為角度補(bǔ)償值。

3.4 卷繞機(jī)構(gòu)總轉(zhuǎn)角補(bǔ)償值

4 卷繞輪間歇工作各轉(zhuǎn)角值

卷繞機(jī)構(gòu)的工作節(jié)拍為：高速?zèng)_床每沖好一個(gè)槽后，同時(shí)卷繞輪卷過一個(gè)角度，由于沖裁機(jī)構(gòu)和卷繞機(jī)構(gòu)的空間布置需要，所以假設(shè)初始沖卷距為卷繞輪卷繞帶料六周的鋼帶弧長，那么卷繞機(jī)構(gòu)在第一次卷繞鐵心時(shí)，必須事先沖好滿足槽距的前6圈的帶料，當(dāng)卷繞輪卷繞第一角度時(shí)，此時(shí)，卷繞輪所卷入的鋼帶為卷鐵心第一圈的第一槽距鋼帶，而對應(yīng)著沖床沖下的槽的鋼帶則為第7圈第一個(gè)槽距的鋼帶。沖、卷同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)沖床沖好當(dāng)前卷鐵心最后一圈最后一個(gè)槽時(shí)鋼帶時(shí)，緊接著沖床將交替沖下下一個(gè)完整鐵心第一圈第一槽的鋼帶。從此時(shí)起，沖床依次為下個(gè)鐵心沖好前6圈鋼帶的槽。

式中：i——為卷繞輪轉(zhuǎn)過第i個(gè)轉(zhuǎn)角后，第i=m+1個(gè)轉(zhuǎn)角卷繞進(jìn)行偏差補(bǔ)償，m=100;

式中：

（8）式表明，對下個(gè)鐵心預(yù)先沖好6圈槽的鋼帶不做卷繞輪半徑值偏差補(bǔ)償。

式中：i——為卷繞輪轉(zhuǎn)過第i個(gè)轉(zhuǎn)角后，第i=m+1個(gè)轉(zhuǎn)角卷繞進(jìn)行偏差補(bǔ)償，m=100;

式中：

（10）式表明，對下個(gè)鐵心預(yù)先沖好6圈槽的鋼帶不做卷繞輪半徑值偏差補(bǔ)償。

5 結(jié)論

[1] 于集風(fēng).金駟.盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的自動(dòng)成形[J].微特電機(jī)，1990（7）：64-69.

[2] 奉明.一種盤式電機(jī)鐵心自動(dòng)成形方法[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，1998（4）：6-10.

[3] 鄭書河.盤式電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心自動(dòng)成形機(jī)理與在線補(bǔ)償控制系統(tǒng)研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2004.

[4] 何聰惠，陳學(xué)永，王祖忠,等.盤式電機(jī)卷鐵心轉(zhuǎn)角補(bǔ)償加工法[J].1996，7(1)：88-90.

Investigation of the automatic core winding and online compensation forming mechanism of disk-eletric motors

ZHENG Shu-he，HE Cong-hui

（School of Mechanical Electrical Engineering & Automation, Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China）

Disc-Electric motor has become increasingly widely applied because of its own characteristics, while the manufacture of the stator and rotor cores is the key to its manufacture.Based on a dedicated core-winding equipment, the author derives the automatic core winding and on-line compensation forming mechanism. The mechanism contains angle-rotation-compensation, and on-line deviation-compensation in order to improve the quality of the core forming.

disc-eletric motors; the stator and rotor cores; angle-rotation-compensation; deviation-compensation

2011－03－12

福建農(nóng)林大學(xué)青年基金項(xiàng)目(020757)

鄭書河（1976－），男，福建尤溪人，講師，在讀博士生，研究方向：機(jī)電一體化方向。

TM305.1

A

1673-1417（2011）02-0041-07

（責(zé)任編輯：季平）