专利名称：一种回转式自行车电动机绕线机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动机线圈绕制的绕线机，尤其是能够实现高密度多槽铁心
线圈绕制的回转式自行车电动机绕线机。
背景技术：
电机转子特别是电动自行车和摩托车等一体化电机的转子铁芯，通常种类繁多， 结构复杂，目前，电动自行车最常用的电动机为有刷无齿电动机和无刷无齿电动机。有刷电 机与无刷电机的区别在于，有刷电机是由炭刷与换向器进行机械换向，而无刷电机则是通 过霍耳元件感应信号并由控制器完成电子换向。 有刷无齿电动机的种类较多，有刷无齿电动机主要由转子线圈、定子磁钢、左右侧 盖、碳刷、换向器、电动机轴和轴承等组成。有刷无齿电动机定子上的磁钢通常为5 7对， 转子电枢的槽数通常为39 57个。转子绕组与换向片相连，经换向器和碳刷与外电路接 通。转子绕组通电后产生的磁场与定子磁钢的磁场相作用而驱动转子转动。有刷无齿电动 机属于低速电动机，由于转子在电动机外部，故称之为外转子式电动机。有刷无齿电机没有 齿轮减速机构，其动力性能和爬坡能力相对较弱，但冲击力小、运行安全，由于速度较低，电 刷磨损通常只有有刷有齿电机的1/16左右，因无齿轮减速装置噪音也较小。此外，由于电 枢绕组固定在轮子外壳内，借助转动的外壳和辐条，热量容易散发。 无刷无齿电动机主要由转子磁钢、定子绕组、轴承和左右侧盖等组成。无刷无齿电 动机的定子绕组通常通过一定的规律镶嵌在绕组支承体的槽内而形成三相绕组，三相绕组 的接线常采用星形连接。定子绕组通电后在电动机转子与定子的气隙内产生磁场并与永久 磁钢的磁场相作用而产生转矩，驱使电动机转动。无刷无齿电动机也属于低速电动机。无 刷电机由于采用电子换向装置，不仅转速精度高，而且从根本上消除了电刷磨损，不需要到 期更换电刷，并且噪音很小。无刷无齿电机虽然电路复杂，造价也相对较高，但优势明显。
上述低速自行车电动机通常槽数较多，槽间隙很小，最小的甚至不到2mm，给自动 绕制带来很大困难。由于传统绕线机主要适用于绕制圆筒式线圈，目前国内外主要采用手 工方法绕制自行车电动机绕组，在中国市场尚未见自行车电动机自动绕制设备销售。
自行车电动机绕组自动绕制的难点在于绕组支承体铁芯结构复杂、槽间隙很小、 绕线空间不充裕，绕制过程中由于转速较快，张力较大，可能出现绝缘层损坏和断线现象， 绕制速度的变化还可能导致槽内线圈的松弛和紊乱，另外，绕制完成后的绕组还存在槽内 空隙较大，填充系数较低等问题。 200510087484. 9公开了日本产业株式会社申请的"电枢线圈绕线机及绕线方法"。 该专利申请针对较薄的电枢绕制，提供了一种高密度圈绕线圈、同时在有限空间内限制线 圈端头的绕线机和使用该绕线机绕线的方法。该发明采用活动模、带飞旋器的模滑座和整 形结构等实现圈绕动作。虽然该专利能够基本实现高密度圈绕动作，但结构复杂，成本较 高，而且效率也不高。 本发明针对自行车电动机绕组绕制的上述现状，提供了一种回转式自行车电动机自动绕线机装置及绕制方法。
发明内容
技术问题为实现高密度多槽自行车电动机绕组的绕制，本发明针对传统绕线机 主要适用于绕制圆筒式绕组和现有自行车电动机绕线机专利结构复杂、成本较高及效率较 低等问题，提供一种回转式自行车电动机绕线机，该绕线机结构简单，成本低廉，可有效解 决现有自行车电动机不能自动绕制的难题。 技术方案本发明解决其技术问题所采用的技术方案是通过旋转臂的回转运动 实现绕制动作，并通过分置于支回架两侧的圆弧面靠模导引漆包线使其自然嵌入到槽中， 同时通过下压机构调整所绕线圈的高度以实现均匀绕制。绕完一个支回架后，与电动机铁 芯相连的步进电机可以驱动铁芯正向或反向旋转一定角度，使铁芯上待绕的下一个支回架 处于待绕工位，从而开始下一个支回架的绕制。 本发明所提供的自行车电动机绕线机主要由回转绕线机构、压线运动机构、压线 支承架高度调整机构、自行车电动机铁芯转动机构、计数机构和张紧机构等几个功能模块 组成。 回转绕线机构是本发明的主运动机构，该机构主要有主电动机、减速传动轮、绕线 盘和绕线管等组成。回转绕线机构能够模仿人手的绕线动作，通过回转运动将引线孔中的 漆包线经绕线管缠绕在自行车电动机铁芯的支回架上。 压线运动机构是由凸轮机构驱动的压线架(即摆杆)，其原理是通过回转运动的 凸轮驱动弯曲的压线架左右摆动，从而实现压线架的间隙压线动作。 压线支承架高度调整机构由螺杆驱动。绕制过程中，随着绕制的进程变化，绕制在 支回架上的漆包线高度需要同步改变，只有同步调节压线支承架高度，才能实现线圈的均 匀绕制。为防止支承架转动，通过导杆对其旋转运动进行约束。
自行车电动机铁芯转动机构是由步进电机驱动的运动机构。当机构完成一个支回
架上线圈的绕制后，需要通过转动机构驱动铁芯将下一个待绕制的支回架旋转到当前的绕
制工位上，从而实现支回架绕组的连续绕制，直至完成全部电动机绕组的绕制。 计数机构。计数机构用于统计当前支回架上所绕制的线圈匝数，当线圈匝数达到
设定的要求时，计数机构给出信号终止当前的绕制动作。 此外，为防止由于绕制速度变化导致线圈的松弛和紊乱，在漆包线辊34上设置张 紧机构，通过弹性使得漆包线维持适度的张紧力。 本发明最为显著的技术特征在于，采用相对的两个圆弧面靠模导引漆包线入槽和 采用压线机构调整所绕线圈的高度以实现均匀绕制。 有益效果本发明回转式绕线机可以很好地克服现有绕线机难以应用于自行车电 动机绕制的困难，也可以克服国外相关专利结构复杂、成本较高和效率不高的缺点，从而为 自行车电动机线圈绕制提供一个简单、高效、低成本的绕线机。 本发明为原创性、具有自主知识产权的创新产品，具有广阔的市场前景，目前国内 外市场上尚无专用的自行车电动机绕线机产品。
图1是本发明的所针对的应用对象。其中有自行车电动机铁芯1、支回架2。
图2是本发明的机械原理示意图。其中有自行车电动机铁芯1、支回架2、支座体 3、支承架4、主电动机5、传动轮6、传动轮7、引线管8、传动轮9、传动轮10、回转盘11 、绕线 管12、传动轮13、传动轮14、左凸轮15、左压线架16、左螺杆17、导杆18、支承架19、右凸轮 20、右压线架21、电机22、传动轮23、传动轮24、电机25、传动轮26、传动轮27、传动轮28、 传动轮29、传动轮30、传动轮31、传动轮32、漆包线架33、漆包线辊34、计数器35、后导线架 36和前导线架37。 图3是本发明的绕线机构结构图。其中有自行车电动机铁芯1、左凸轮15、左压线 架16、后导线架36和前导线架37。 图4是本发明的绕线机构的侧视图。其中有自行车电动机铁芯1、支承架4、左凸 轮15、左压线架16、左螺杆17、导杆18、支承架19、右压线架21、后导线架36、前导线架37 和铰链38。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。 图1是本发明的所针对的应用对象。其中有自行车电动机铁芯1、支回架2。其中 支回架2四周均布于电动机铁芯1的外周，两者构成一个整体，为待绕制线圈的支架。
图2是本发明的机械原理示意图。其中有自行车电动机铁芯1、支回架2、支座体 3、支承架4、主电动机5、传动轮6、传动轮7、引线管8、传动轮9、传动轮10、回转盘11 、绕线 管12、传动轮13、传动轮14、左凸轮15、左压线架16、左螺杆17、导杆18、支承架19、右凸轮 20、右压线架21、电机22、传动轮23、传动轮24、电机25、传动轮26、传动轮27、传动轮28、 传动轮29、传动轮30、传动轮31、传动轮32、漆包线架33、漆包线辊34、计数器35、后导线 架36和前导线架37。其中，支回架2四周均布于电动机铁芯l的外周，两者构成一个整体， 支回架2为待绕制线圈的骨架；支座体3为整个绕线机构的支座，与地面刚性固定在一起， 支承架4位于支座体3上方，用于安装绕线机构及相关零部件；主电动机5为主运动驱动电 机，并与传动轮6相联，传动轮6和传动轮7构成一对齿轮传动副，传动轮7与传动轮9及 回转盘11相连并构成刚性联接，引线管8以非接触方式从该刚性联接的中心小孔穿过，并 固定于绕线机的支座体3上，绕线管12位于回转盘11下方边缘，并与回转盘11刚性联接； 传动轮10与传动轮9相连，并与传动轮13构成一个刚性联接，传动轮14与传动轮13相连， 并构成一对锥齿轮传动副，左凸轮15与传动轮14相连，并驱动左压线架16往复摆动以实 现左侧的压线动作；电机22为压线支承架高度调整机构驱动电机，电机22通过传动轮23 和传动轮24构成的齿轮运动副与左螺杆17相连，左螺杆17与支承架19相连，导杆18固 定于支承架4上，并从支承架19的导孔穿过，左压线架16和右压线架21位于支承架19上 方，并以铰链方式与支承架19联接；右压线架21与右凸轮20相连，并在右凸轮20驱动下 实现往复摆动，右凸轮20与传动轮28相连，并构成一个刚性联接，传动轮28与传动轮29 相连，并构成一对锥齿轮传动副，传动轮29与传动轮30相连，并构成一个刚性联接，传动轮 30与传动轮9相连，并构成一对齿轮运动副；电机25为自行车电动机铁芯转动机构的驱动 电机，电机25与传动轮26相连，传动轮26与传动轮27相连，并构成一对齿轮运动副，传动轮27与电动机铁芯1的中心轴刚性联接，从而将来自电机25的运动传递给电动机铁芯1 ; 传动轮31与传动轮30刚性联接，传动轮32与传动轮31相连，并构成一对锥齿轮传动副， 传动轮32的心轴与计数器35相连，以实现绕线计数；漆包线架33与传动轮32相连，并构 成刚性联接，漆包线辊34位于漆包线架33上；后导线架36和前导线架37通过悬臂杆固定 在支承架4上。 图2中，电动机铁芯1和支回架2构成一个整体，为线圈绕制的对象，待绕制线圈 即绕制于铁芯1的支回架2上。电动机铁芯1、支回架2、支座体3和支承架4之外的部分 构成绕线机构，绕线机构包括回转运动机构、压线运动机构、压线支承架高度调整机构、自 行车电动机铁芯转动机构和计数机构等。图2中，主电动机5、传动轮6、传动轮7、回转盘 11和绕线管12构成绕线动作的回转运动机构；主电动机5、传动轮6、传动轮7、传动轮9、 传动轮10、传动轮13、传动轮14、左凸轮15和左压线架16构成左侧压线运动机构；主电动 机5、传动轮6、传动轮7、传动轮9、传动轮30、传动轮29、传动轮28、右凸轮20和右压线架 21构成右侧压线运动机构；电机22、传动轮23、传动轮24、左螺杆17、导杆18、支承架19构 成压线支承架高度调整机构；电机25、传动轮26、传动轮27构成自行车电动机铁芯转动机 构；传动轮30、传动轮31、传动轮32和计数器35构成计数机构。 线圈绕制前，首先将待绕制的自行车电动机铁芯置于绕线机构上，将其心轴与传 动轮27以刚性联接构成一个整体，并将漆包线辊34置于漆包线架33上，然后将漆包线通 过引线管8引导至绕线管12，并从绕线管12的引线孔末端引出，然后将线头固定即可进行 绕制。 线圈绕制过程中，回转绕线机构通过模仿人手的绕线动作实现线圈缠绕。绕线管12 在绕线回转运动机构带动下随回转盘11做圆周运动，由于漆包线的线头由绕线管12的引线 孔末端引出并被固定，因此，绕线管12每旋转一周，即相当于漆包线绕支回架缠绕一圈。
图3是本发明的绕线机构结构图。其中有自行车电动机铁芯1、支回架2、左凸轮 15、左压线架16、后导线架36和前导线架37。其中，后导线架36和前导线架37为具有圆 弧面的靠模，当漆包线绕支回架缠绕时，由于后导线架36和前导线架37圆弧面的阻挡，漆 包线被限制并被导入到支回架之间的线槽中，而当漆包线缠绕至两侧的线槽之外时，相应 侧的压线架会在凸轮驱动下顺势将漆包线下压至合适的高度，图3中示出了左压线架16在 左凸轮15驱动下进行下压的情形，右侧的压线动作与此类似。因此，绕线管12每绕支回架 一圈将能够在其上某一高度处缠绕一圈漆包线，漆包线缠绕的高度主要由压线支承架的高 度决定。绕制过程中，随着线圈绕制的进程变化，绕制在支回架上的漆包线高度需要同步改 变，只有渐进并合理调节压线支承架高度，才能实现线圈的均匀绕制。 图4是本发明的绕线机构的侧视图。图中有自行车电动机铁芯1、支回架2、支承 架4、左凸轮15、左压线架16、左螺杆17、导杆18、支承架19、右压线架21、后导线架36、前 导线架37和铰链38。其中，左螺杆17、导杆18、支承架19的作用主要为压线支承架高度调 整。由图4可见，左螺杆17在压线支承架高度调整机构的驱动下每旋转一圈，支承架19即 上升或下降一个牙距，合理调节左螺杆17的转速即可渐进调整压线支承架的高度，从而实 现漆包线的均匀缠绕。增大或减小左螺杆17的转速可动态调整和控制漆包线的缠绕密度。 为防止支承架19转动，通过导杆18对其旋转运动进行约束。 为便于计算绕制圈数，以实时统计和显示绕制圈数，并实现自动控制，回转盘11的缠绕运动通过传动轮30、传动轮31、传动轮32和计数器35构成的计数机构传至计数器
35，合理调整传动比使得回转盘11和传动轮32保持相同的转速，即可实现线圈绕制计数。
当线圈匝数达到期望的数值时，计数机构给出信号以终止当前的绕制动作。 图2中，漆包线架33与传动轮32相连，并构成刚性联接的目的是使得漆包线每缠
绕支回架一圈，漆包线架33能够带动漆包线辊34顺向旋转一圈，以释放线圈绕制动作产生
的漆包线扭曲应力。 由于支回架的外形，即线圈绕制的骨架，与绕线管12的圆形运动轨迹不是类似 形，因此，线圈绕制过程中，漆包线的运动速度会存在时快时慢的周期性动态变化，为防止 由于绕制速度变化导致的线圈松弛和紊乱，本发明在漆包线辊34上设置有弹性张紧机构， 通过弹性预紧使得漆包线维持适度的张紧力。 当完成一个支回架的线圈绕制后，自行车电动机铁芯转动机构在电机25的驱动
下，带动铁芯1将下一个待绕制的支回架旋转到当前的绕制工位上，以便进行下一个支回
架的绕制，从而实现支回架绕组的连续绕制，直至完成全部自行车电动机绕组的绕制。 上述实施例表明，本发明提供的回转式自行车电动机绕线机，不仅能够实现自行
车电动机线圈的连续自动绕制，而且能够自动释放漆包线扭曲应力，且具有简单、高效、成
本低廉和自动计数的特点，可有效解决现有自行车电动机不能自动绕制的难题。 本发明为原创性、具有自主知识产权的创新产品，目前国内外尚无专用的自行车
电动机绕线机产品。本发明可应用于自行车电动机线圈绕制，和其他类似电枢的线圈绕制，
具有非常广阔的市场前景，社会效益和经济效益显著。
权利要求
一种回转式自行车电动机绕线机，其特征在于该绕线机装置包括自行车电动机铁芯1、支回架2、支座体3、支承架4、主电动机5、传动轮6、传动轮7、引线管8、传动轮9、传动轮10、回转盘11、绕线管12、传动轮13、传动轮14、左凸轮15、左压线架16、左螺杆17、导杆18、支承架19、右凸轮20、右压线架21、电机22、传动轮23、传动轮24、电机25、传动轮26、传动轮27、传动轮28、传动轮29、传动轮30、传动轮31、传动轮32、漆包线架33、漆包线辊34、计数器35、后导线架36和前导线架37。其中，支回架2四周均布于电动机铁芯1的外周，两者构成一个整体，支回架2为待绕制线圈的骨架；支座体3为整个绕线机构的支座，与地面刚性固定在一起，支承架4位于支座体3上方，用于安装绕线机构及相关零部件；主电动机5为主运动驱动电机，并与传动轮6相联，传动轮6和传动轮7构成一对齿轮传动副，传动轮7与传动轮9及回转盘11相连并构成刚性联接，引线管8以非接触方式从该刚性联接的中心小孔穿过，并固定于绕线机的支座体3上，绕线管12位于回转盘11下方边缘，并与回转盘11刚性联接；传动轮10与传动轮9相连，并与传动轮13构成一个刚性联接，传动轮14与传动轮13相连，并构成一对锥齿轮传动副，左凸轮15与传动轮14相连，并驱动左压线架16往复摆动以实现左侧的压线动作；电机22为压线支承架高度调整机构驱动电机，电机22通过传动轮23和传动轮24构成的齿轮运动副与左螺杆17相连，左螺杆17与支承架19相连，导杆18固定于支承架4上，并从支承架19的导孔穿过，左压线架16和右压线架21位于支承架19上方，并以铰链方式与支承架19联接；右压线架21与右凸轮20相连，并在右凸轮20驱动下实现往复摆动，右凸轮20与传动轮28相连，并构成一个刚性联接，传动轮28与传动轮29相连，并构成一对锥齿轮传动副，传动轮29与传动轮30相连，并构成一个刚性联接，传动轮30与传动轮9相连，并构成一对齿轮运动副；电机25为自行车电动机铁芯转动机构的驱动电机，电机25与传动轮26相连，传动轮26与传动轮27相连，并构成一对齿轮运动副，传动轮27与电动机铁芯1的中心轴刚性联接，从而将来自电机25的运动传递给电动机铁芯1；传动轮31与传动轮30刚性联接，传动轮32与传动轮31相连，并构成一对锥齿轮传动副，传动轮32的心轴与计数器35相连，以实现绕线计数；漆包线架33与传动轮32相连，并构成刚性联接，漆包线辊34位于漆包线架33上；后导线架36和前导线架37通过悬臂杆固定在支承架4上。
2. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于电动机铁芯1、 支回架2、支座体3和支承架4之外的部分构成绕线机构，绕线机构包括回转运动机构、压线 运动机构、压线支承架高度调整机构、自行车电动机铁芯转动机构和计数机构等。其中，主 电动机5、传动轮6、传动轮7、回转盘11和绕线管12构成绕线动作的回转运动机构；主电 动机5、传动轮6、传动轮7、传动轮9、传动轮10、传动轮13、传动轮14、左凸轮15和左压线 架16构成左侧压线运动机构；主电动机5、传动轮6、传动轮7、传动轮9、传动轮30、传动轮 29、传动轮28、右凸轮20和右压线架21构成右侧压线运动机构；电机22、传动轮23、传动 轮24、左螺杆17、导杆18、支承架19构成压线支承架高度调整机构；电机25、传动轮26、传 动轮27构成自行车电动机铁芯转动机构；传动轮30、传动轮31、传动轮32和计数器35构 成计数机构。
3. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于线圈绕制过程 中，回转绕线机构通过模仿人手的绕线动作实现线圈缠绕。绕线管12在绕线回转运动机构 带动下随回转盘11做圆周运动，由于漆包线的线头由绕线管12的引线孔末端引出并被固定，因此，绕线管12每旋转一周，即相当于漆包线绕支回架缠绕一圈。
4. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其最显著的特征在于采用 相对的两个圆弧面靠模导引漆包线入槽和采用压线机构调整所绕线圈的高度以实现均匀 绕制。当漆包线绕支回架缠绕时，由于后导线架36和前导线架37圆弧面靠模的阻挡，漆包 线被限制并被导入到支回架之间的线槽中，而当漆包线缠绕至线槽左侧(或右侧)之外时， 左压线架16 (或右压线架21)在凸轮15 (或凸轮20)驱动下顺势将漆包线下压至合适的高 度。
5. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于左螺杆17每旋 转一圈，支承架19即上升或下降一个牙距，合理调节左螺杆17的转速即可渐进调整压线支 承架的高度，从而实现漆包线的均匀缠绕。为防止支承架19转动，通过导杆18对其旋转运 动进行约束。
6. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于绕制过程中， 随着线圈绕制的进程变化，绕制在支回架上的漆包线高度需要同步改变，合理调节左螺杆 17的转速可渐进调整压线支承架的高度，从而实现线圈的均匀绕制。调整左螺杆17的转速 可动态调整和控制漆包线的缠绕密度。
7. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于合理调整传动 比使得回转盘11和传动轮32保持相同的转速，可实现线圈绕制计数。当线圈匝数达到期 望的数值时，计数机构给出信号以终止当前的绕制动作。
8. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于漆包线架33与 传动轮32相连并构成刚性联接，使得漆包线每缠绕支回架一圈，漆包线架33能够带动漆包 线辊34顺向旋转一圈，以释放线圈绕制动作产生的漆包线扭曲应力。
9. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于漆包线辊34上 设置有弹性张紧机构，通过弹性预紧使得漆包线维持适度的张紧力，以防止由于绕制速度 变化导致的线圈松弛和紊乱。
10. 根据权利要求1所述的回转式自行车电动机绕线机装置，其特征在于当完成一个 支回架的线圈绕制后，自行车电动机铁芯转动机构在电机25驱动下，驱动铁芯1将下一个 待绕制的支回架旋转到当前绕制工位上，以便进行下一个支回架的绕制，从而实现支回架 绕组的连续绕制。
全文摘要
本发明为一种用于自行车电动机绕组绕制的自动绕线机。该绕线机主要包括回转绕线运动机构、压线运动机构、压线支承架高度调整机构、自行车电动机铁芯转动机构、计数机构和张紧机构等几个功能模块。其最显著的特征在于采用相对的两个圆弧面靠模导引漆包线入槽和采用压线机构调整所绕线圈的高度以实现均匀绕制。当漆包线绕支回架2缠绕时，由于后导线架36和前导线架37圆弧面靠模的阻挡，漆包线被限制并被导入到支回架之间的线槽中，而当漆包线缠绕至线槽左侧(或右侧)之外时，左压线架16(或右压线架21)在凸轮15(或凸轮20)驱动下顺势将漆包线下压至合适的高度。合理调节左螺杆17的转速可渐进调整压线支承架的高度，从而实现线圈的均匀绕制，并可动态调整和控制漆包线的缠绕密度。绕制过程中漆包线辊34随绕制方向同向转动，能够释放线圈绕制所产生的漆包线扭曲应力。本发明结构简单，高效且成本低廉，并具有自动计数的特点，可广泛应用于自行车电动机线圈绕制，和类似电枢的线圈绕制。
文档编号H02K15/09GK101697442SQ20091023362
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者帅立国 申请人:帅立国;