反饋電纜 1794-OV16 耐沖擊性能好

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三、空心杯線圈設計與生產

（一）線圈設計：三大主流設計各有千秋

空心杯電機線圈常用到三種設計—直繞組、斜繞組、菱形繞組。

菱形繞組設計為省材，功耗也小。劉明豪在《永磁直流有刷空心杯電機設計》中對 比分析了不同線圈設計的空心杯電機在 Maxwell 3D 中的銅損。當銅損達到穩定后，菱 形繞組的銅耗小，斜繞組次之，直繞組銅耗大。從根源上分析，繞組銅線的銅耗來 源于導線中的電阻。在材料相同的情況下，繞組跨距都為 180°，由于直繞組的軸向邊距 離較長，所需的銅線尺寸長，因此銅耗大。而斜繞組在拐角處距離略長于菱形繞組， 長度接近但銅耗略大于菱形繞組，因此菱形繞組為省材料，功耗也小。

繞制工藝方面，斜繞組更適合手動繞制而成，直繞組難度次之，菱形繞組手動繞制較難， 一般需要借助特定的繞線機工藝設備完成。手動繞制過程中人為誤差較大，且進行多邊 形繞制與固定時更易精度不夠、產生形變，會降低繞組的空間密度、形狀規范，從而會 影響到繞組發揮電磁轉換的作用。世界企業的空心杯電機多采用機械進行菱形繞制 方式。前人設計中，直繞組內的氣隙區域較大，空心杯軸向較長或者且額定功率較大的 電機中多采用此設計。

（二）線圈繞制工藝：“繞卷式”雖易，“一次成型”更佳

生產空心杯電機的關鍵在于空心杯線圈的繞制方式，目前主要有繞卷式生產和一次性繞 制成型兩種生產方式。

1、繞卷式生產工藝

繞卷式生產主要由送線、坯線圈繞制、板坯成型、卷制成型四大步驟組成，下面以劉青 星在《基于小樣本學習的空心杯線圈質量控制研究》中的貴州某企業的高精度空心杯線 圈智能制造生產線為例，介紹繞卷式生產的工藝流程。

送線：坯線圈繞制過程中，漆包線所受的張力將影響坯線成型松散程度，對后續的板坯 壓制、卷制成型過程均有不同程度的影響。因此，采用伺服磁阻尼張力器進行漆包線張 力控制，磁阻尼張力器以永磁體產生的磁場為媒介，傳遞恒定扭矩進行張力控制。 坯線圈繞制：經過張力控制器的張力調節，空心杯線圈繞線機將漆包線繞制成一定匝數 和引線腳數的坯線圈。棱形卷制柱將漆包線繞制到恒定匝數時，便停止旋轉，左右兩邊 的壓平板對棱形卷制柱上的線圈進行搓平，同時鉤針上升鉤下漆包線并進行旋轉，形成 一根引線。重復上述過程，當坯線圈的匝數與引線數達到設置值時，坯線圈成型。

板坯成型：坯線圈形成后，空心杯線圈壓扁裝置從棱形卷制柱上夾取坯線圈，通過夾具 上的涂膠加熱以及夾具的壓力定型，將坯線圈壓制為板坯并將坯線板放置在線圈成型裝 置上，進行卷制成型。

卷制成形：工裝夾具沿導軌運動，將壓制好的板坯送至線圈卷圓裝置中，由四個模具及 中間的卷制圓柱對板坯進行加熱、加壓定型，進而將板坯卷制成線圈。通過設定四個模 具定型時的壓力、定型溫度、定型時間等關鍵工藝參數，保證線圈的成型質量。線圈卷 制完成后，取料夾具將空心杯線圈從卷制圓柱上取下，并放置在圖片采集平臺上，以便 對其進行外觀缺陷檢測。

2、一次成型生產工藝

一次成型技術為全自動化生產，繞線機為核心設備。一次成型生產技術利用空心杯線圈 繞制設備一次繞制成型，繞線機降銅線按照既定的規則纏繞在主軸上，一次成型，全程 依靠繞線機工作，屬于全自動化生產。 一次成型技術主要分為加工準備、繞線、抽頭三步，由繞線機的六大模塊相互配合完成。 通過分析線圈的結構可以將繞線機的機械結構分為六個模塊：主運動模塊、排線模塊、 擺線模塊、加熱模塊、抽頭模塊、剪斷模塊。其中加工準備主要由加熱模塊完成，繞線主 要由主運動模塊、排線模塊和擺線模塊相互協調完成，抽頭主要由抽頭模塊和剪斷模塊 完成。

加熱模塊負責加熱自粘線導線以實現導線間的粘結。空心杯線圈繞線機采用自粘線導線作為生產原材料。采用自粘線導線生產線圈時需要設計加熱裝置，裴新平在《空心杯線 圈繞線機設計》中采用熱風加熱。將加熱模塊設計成伸縮結構。需要加熱時將熱風口伸 出至指定位置，實現加熱。

主運動模塊負責實現芯軸的旋轉。以一個芯軸按照一定規律的旋轉運動作為空心杯線圈 繞線機的主運動；芯軸充當纏繞線圈時的載體，芯軸的外徑決定了空心杯線圈的內徑。 排線模塊負責控制導線按一定的規律排列。空心杯線圈是由緊密排列的導線構成的。所 以空心杯線圈成型過程中需要導線按照一定的規律排列。而單獨靠做旋轉運動的芯軸并 不能完成排線功能，因此繞線機需要設計單獨的排線單元。通過仔細觀察線圈可知空心 杯線圈是由重復的導線回路構成的，各個回路的形狀理論上是一致的，也就意味著排線 過程中主軸旋轉一周排線機構與主軸在主軸圓柱表面的交點沿圓柱周向移動一個固定值 （該值由所要加工的線圈匝數和線圈內徑決定），即排線機構與主運動機構存在固定的相 位差，該相位差根據所加工的線圈匝數、內徑的不同而不同；繞線機的主運動為回轉運 動，所以排線機構也設計為回轉運動。

擺線模塊負責控制線嘴的運動，與主運動模塊一起決定了導線的纏繞方式。空心杯線圈 的導線軸線可以簡化為兩個空間正交的直線和圓柱體在圓柱體表面的交點的軌跡，主運動的芯軸即為該圓柱體，擺線結構的線嘴的軸線即為該直線。擺線機構帶動線嘴機構往 復擺動，線圈的長度即為線嘴部分的擺動范圍。擺線機構與主軸的運動規律共同決定了 空心杯線圈導線的纏繞方式。

抽頭模塊負責在指定位置留出抽頭。抽頭模塊主要由伸縮機構、勾頭、抽頭電機組成， 空心杯線圈需要在指定位置留出抽頭。在加工過程中，可以通過在指定位置暫停主運動 和擺線運動，將導線拉出一定長度的方式實現在指定位置留有抽頭的目的。為此設計抽 頭模塊，為避免運動干涉同樣將抽頭模塊設計成伸縮形式。

剪斷模塊負責在抽頭和加工完成后剪斷導線。空心杯線圈繞線機所采用的原材料導線為 成捆的整根導線。因此在抽頭和加工完成后均需要剪斷導線，方便撥叉將線圈推出，為 提高生產效率和自動化程度，將剪斷模塊也設計成自動化模塊。

（三）技術壁壘：繞線工藝與設備

繞卷式生產工藝大多為手工或半自動化模式，生產設備要求較低但批量生產能力較差 成品一致性差：傳統的線圈繞線工藝采用手工布線，線圈在布線模中的定位是通過肉眼 來判斷是否均勻，線圈的均勻定位誤差較大；而且由于手工繞制線圈，各個線圈之間存 在誤差。這種誤差的存在，使得線圈重量、寬度均不一致，由此造成繞組成型后分布不 均勻，成品一致性差。 生產效率低：采用該方法加工的空心杯電樞繞組貼成圓形后，后期還需要用刮板手工整 形、對線圈進行手工整理，繞組兩端手工整形，整理、固定浮線，操作工藝復雜，生產效 率低。 無法繞制大功率電機線圈：繞卷式工藝只能生產線徑為 0.2 以下的線圈，而較大功率電 機線徑較粗，該工藝無法生產。

一次繞制成型工藝生產效率高、產品質量高，但對生產設備要求較高。日本、瑞士、德 國等國研制空心杯電機的時間較早，現在都已具有高效而優良的生產設備，有能力進行 自動化程度更高、人為干擾因素更少的一次繞制成型生產，提高生產效率的同時提高了 線圈的生產質量。

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