直线电机定子线圈绕线机.pdf

直线电机定子线圈绕线机 设计者：茅倩倩 王毓 杜超 指导老师：唐建敏 （常州工学院机电工程学 ，常州 213002） 摘要：永磁同步直线电机因其效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处，得 到广泛应用。现有的绕线机不能胜任直线电机定子线圈的绕制任务。开发直线电 机定子线圈绕线机，是当务之急。 关键词：直线电机定子线圈绕线机；直线电机；教学科研 1.引言 直线电机就是将我们通常见到的圆柱形电动机的静子和动子都展开，其结构 主要有两种，长静子或长动子。直线电机已经应用在我们的生活和生产中，大名 鼎鼎的上海磁悬浮列车，其实就是一台直线电机，其动子是静止不动的嵌入很多 磁极的长长的轨道，静子就是带有通电线圈的列车车体；许多现代加工中心或机 床上也会见到直线电机的身影，其移动平台就是一部直线电机，结构类似于磁悬 浮列车，静子通电移动，动子是有永久磁铁排列组合成的轴或平台。在军事上， 最近刚刚下水的美军最先进的 “福特”级航空母舰装备的电磁弹射器，也是一部 直线电机，其结构与磁悬浮列车不同，静子通电不动，动子在电磁力的推动下快 速移动。 随着现代电子技术的发展，在许多场合已经发生了直线电机取代步进电机的 进程，直线电机在我国的研究和应用也引起了人们的重视。 上届同学设计制造了一台直线电机-电磁弹射器演示实验台，苦于没有合适 的绕线机，其直线电机定子线圈，全部是手工制作完成的，线圈品质无法保障， 既劳神费力又浪费颇多，为此，我们设计制作了一款直线电机定子线圈绕线机。 2.绕线机知识 我们收集了阅读有关绕线机的资料，了解各种绕线机的原理、结构。 按照绕线方式可分为：平绕机、环形绕线机、飞叉绕线机、三维绕线机。 平绕机 由主轴旋转，配合三维通过空间移动定位，使线材在一工件外层以螺旋线排 列的绕线机。通常用于加工大多数变压器、电感和各类线圈。它是目前使用最广 泛的绕线机。其结构如图 1 所示。 1 图 1 平绕机结构原理图 环型 通过主轴 （储线轮）旋转，配合辅轮动作，使线材在一空心圆形、空心方形或其他类 似工件上以螺旋线环型排列的绕线机。通常用于加工环型线圈。 图2 环型绕线机实物 飞叉型 通过侧边电机带动飞叉进行绕线的绕线机。通常用于十字仪表线圈和转子的绕线加工。 图3 飞叉型绕线机 2 三维型 为了适应特别产品的特殊绕线模式而产生的绕线机。通常用于定子和特殊产品的绕线 加工。 图4 三维绕线机 3.设计目标及实现方案描述 分析直线电机定子线圈结构，其定子线圈属于深槽集中绕组，只有三维绕线 机才能胜任绕线任务。 图5 直线电机定子结构示意图 图6 是绕线机运动示意图，X 轴带动直线电机定子做水平往复运动，Y 轴带 动绕线针做垂直往复运动，四步完成一圈的绕线任务，如图所示。Z 轴垂直于 X 轴和 Y 轴，根据所绕导线的直径和排列要求，有规律地做往复运动，完成排线 的任务。 图6 绕线运动轨迹示意图 根据 XY 轴交替直线运动的规律，我们设计了槽轮机构来实现 XY 轴的绕线 功能，迫于槽轮机构对机械加工要求高，只好放弃这一设计，最终决定采用机电 一体化方案。图7 是直线电机定