端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型方法及系统装置与流程

本发明涉及到一种电机定子线圈的绕制方法及装置，尤其是指一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型方法及系统装置，主要用于绕制端部为圆弧与直线边线成斜角的直驱风力发电机定子线圈，也可用于其它绕制端部为圆弧与直线边线成斜角的线圈绕制，属于电机定子线圈的绕制技术领域。

背景技术：

直驱风力发电机由定子和转子组成，定子直接连接叶轮，中间不经过齿轮箱，而无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱磨损问题而造成的机组故障，可有效提高系统运行的可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场青睐。其定子线圈由结构复杂，绕制十分困难；线圈端部与直线边成135°角度，两个端部为一个半圆，中间为直线部，其结构为空间复杂线圈，普通绕线机无法绕制其端部。现阶段，基本上是靠工人手工敲制到模具上，做一只135°线圈，需要4-5个工人同时进行绕制，效率低，一天生产一只，劳动强度大，线圈的质量也得不到保证，无法满足大批量工业生产的要求，严重制约了该型号直驱风力发电机的生产。因此，对此线圈的成形机理进行深入研究，研制出该线圈的自动生产设备，显得很有必要。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为cn201310441878，名称为“定子线圈绕制方法及绕制装置”的发明专利，该专利公开了一种定子线圈绕制方法及绕制装置，该方法包括将定子铁芯固定，将漆包线穿过绕线装置的飞叉组件，绕线装置的传动机构带动飞叉组件旋转将漆包线绕制在定子铁芯的齿上，绕线装置上设有移动滑头，飞叉组件旋转时移动滑头在传动机构带动下沿定子铁芯的径向往复运动，移动滑头的每次移动距离与定子铁芯的绕线槽的实际槽宽成反比。该装置包括固定装置，固定装置的一侧设有飞叉组件，飞叉组件在传动机构的带动下旋转，靠近固定装置处设有移动滑头，移动滑头在传动机构带动下沿定子铁芯的径向往复运动，移动滑头的每次移动距离与定子铁芯的绕线槽的实际槽宽成反比。

2、专利号为cn201010575123，名称为“定子线圈绕制工艺”的发明专利，该专利公开了一种定子线圈绕制工艺，其步骤包括将芯片折弯成首尾极片相接、芯片开口朝外的正多边形芯片；将正多边形芯片固定在绕线机上绕线；将绕线后的正多边形芯片反向弯折成芯片开口朝内的环形铁芯。所述芯片选取极片呈线性排列的芯片，所述极片呈线性排列的芯片是经冲压而成，所述极片呈“工”字形，所述芯片至少由三个极片排列组成，所述绕线机选用飞叉式绕线机。

3、专利号为cn201710400913，名称为“压缩机的定子、永磁电机、压缩机和定子线圈的绕制方法”的发明专利，该专利公开了一种压缩机的定子、永磁电机、压缩机和定子线圈的绕制方法，所述定子包括：定子铁芯，所述定子铁芯具有多个沿周向间隔开的绕线齿，相邻的两个所述绕线齿之间形成绕线槽；线圈，每个所述绕线齿外均从内向外顺次绕制有m个所述线圈，且每个所述绕线齿的m个所述线圈的出线抽头相连，每个所述绕线齿的m个所述线圈的进线抽头相连，其中，m≥2。

上述这些专利虽然都涉及到一些定子线圈绕制，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，尚没有提出关于端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型方法及装置在绕制所存在问题的解决技术方案，因此前面所述端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型绕制时所存在问题仍然存在，仍有待进一步加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型的成形方式，生产效率低，对工人操作技能要求高，劳动强度大等问题，在充分分析线圈结构特点的前提下，提出一种新的端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型的成形方法，利用该成形方法，可以自动实现端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型，且效率大大提高，且绕制过程中无需人工干涉，绕制线圈符合要求，且重复度高。

本发明的另一个发明目的在于提出一种实现上述方法的装置。

为了达到这一目的，本发明提供了一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型方法及系统装置，将导线从放线架引出，通过一个跟随装置，绕制到自动旋转绕制装置上，通过自动旋转绕制装置按照所需要的斜度进行定子线圈绕制成型，在自动旋转绕制成型过程中，通过跟随装置与自动旋转绕制装置的配合随动，按照一定的运动规律联动，使导线在绕线过程中，始终与模具贴合，从而完成端部为圆弧与直线边线成斜角的线圈自动绕制，实现端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型。

进一步地，所述自动旋转绕制装置按照所需要的斜度进行定子线圈绕制成型是通过一个可多向转动的主轴箱，在主轴箱上安装有仿形的线圈模具，导线从放线架引出后，牵引到仿形的线圈模具上固定，再通过主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈是在主轴箱包括两个旋转轴，一个为主轴，主轴绕设备z轴旋转，另一个为绕梁，绕梁绕设备x轴旋转；主轴上的两个旋转轴带动线圈模具旋转，实现主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的跟随装置与自动旋转绕制装置的配合随动是在主轴箱一侧有一个跟随放线机构，跟随放线机构上安装有成形所需的水平移动装置、上下移动装置、以及能使导线摆动一定角度的偏摆装置；主轴箱上的主轴和绕梁两个旋转轴带动线圈模具旋转，跟随机构上的3个轴通过调整导线的位置和角度使导线成型线圈端部时，导线始终与线圈模具贴合，直至定子线圈绕制成型完成。

进一步地，所述的圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型包括以下步骤：

步骤1:固定铜导线，设置张力，绕线各轴就位

将铜导线从放线架拉出，经过偏摆装置固定在模具上，调节放线架拉力，为绕线做好准备；

步骤2：绕制线圈一端直线部

通过主轴顺时针旋转，前后移动装置跟随移动，控制铜导线始终贴合模具，其余各轴均不动作；

步骤3：绕制线圈一端圆弧部

主轴从端圆弧部的起始角度旋转到端圆弧部的最终角度，旋转行程90°，绕梁从0°旋转180°；通过主轴和绕梁这两个轴位联动，其驱动伺服电机精确控制其位置，保证模具的铜导线靠面与铜导线贴合，而铜导线的位置由偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的位置决定，所以偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的3个轴须与主轴、绕梁同步运动；

步骤4：绕制线圈另一端直线部

主轴从端圆弧部的最终角度旋转到180°，其位置状态与初始位置相似，在此状态下，开始绕制线圈另一端的直线部和圆弧部，其绕制过程与步骤2和步骤3相同；在绕制圆弧时，绕梁从180°反绕回0°，各轴的运动关系与绕第一个端部圆弧相同。

一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型系统装置，包括绕线主机和放线机构，绕线主机上有模仿端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈形状的多方位转动主轴箱，主轴箱上安装有仿形的线圈模具，同时在绕线主机和放线架之间设有与主轴箱转动相配合移动的跟随装置，跟随装置使导线在绕线过程中，始终与主轴箱上的模具贴合，从而完成圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型自动绕制。

进一步地，所述的主轴箱包括两个旋转轴，一个为主轴，主轴绕设备z轴旋转，另一个为绕梁，绕梁绕设备x轴旋转；主轴上的两个旋转轴带动线圈模具旋转，实现主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的跟随装置为跟随放线机构，跟随放线机构上安装有成形所需的水平移动装置、上下移动装置、以及能使导线摆动一定角度的偏摆装置。

进一步地，所述的主轴箱上的主轴和绕梁两个旋转轴带动线圈模具旋转，跟随放线机构上的3个轴通过调整导线的位置和角度，使导线成型线圈端部时，导线始终与线圈模具贴合，直至定子线圈绕制成型完成。

进一步地，所述的主轴安装在主机箱上，其下安装有旋转驱动机构，通过该旋转驱动机构带动主轴360°旋转；所述的绕梁安装在主轴上，在主轴上安装有翻转机构，该机构带动绕梁0-180°旋转；线圈模具安装在绕梁上，绕梁上有两个定位配合销与模具配合，方便模具的拆卸。

本发明的优点在于：

本发明通过多方位旋转主轴箱与跟随装置的配合，利用多轴联动技术来实现复杂空间线圈的绕制，使的在绕制端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈时，通5个轴的同步动作，精确控制了模具位置和铜导线位置，保证了模具与铜导线在绕制过程始终紧紧相贴合。普通平面线圈的绕制，只需要一个主轴的旋转，而相对于空间线圈是行不通的，本发明采用2旋转轴加3移动轴联动技术，能很好的将线圈导线完全贴合到空间模具上，从而完成绕线。通过该方法，解决了手工绕制的靠敲打使铜导线贴合模具的问题，而且其铜导线和模具在整个绕制过程的状态可通过数控程序控制和调整，具有调整方便、绕制过程可控的特点，有效解决了该型号线圈的手工绕制效率低、操作难度大等问题。

附图说明

图1是本发明实施的结构示意图；

图2是本发明实施的结构示意俯视图；

图3是成形线圈过程主轴旋转示意图；

图4是成形线圈端部圆弧时模具位置示意图；

图5是成形线圈端部圆弧时各轴运动曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图1-4可以看出，本发明涉及一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型系统装置，包括绕线主机和放线机构，绕线主机上有模仿端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈形状的多方位转动主轴箱，主轴箱上安装有仿形的线圈模具，同时在绕线主机和放线架之间设有与主轴箱转动相配合移动的跟随装置，跟随装置使导线在绕线过程中，始终与主轴箱上的模具贴合，从而完成圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型自动绕制。

通过附图1和2可以看出，本发明涉及一个绕z轴旋转主轴1，在主轴1上安装有能自转的绕梁2，绕梁2上安装有仿线圈模具3，通过调整主轴1、绕梁2的位置来控制模具3的空间位置。铜导线8通过放线架7拉出，经过偏摆装置4、固定在模具3上，偏摆装置4安装在上下移动装置5上，而上下移动装置5安装在前后移动装置6上，通过调节偏摆装置4、上下移动装置5、前后移动装置6的位置，可以控制铜导线8的位置和姿态。

为使本发明更明显易懂，将绕线过程分解，并配合附图作详细说明如下。

步骤1:固定铜导线，设置张力，绕线各轴就位：

结合附图3的位置1，将铜导线8从放线架拉出，经过偏摆装置4固定在模具3上，调节放线架拉50kg，位绕线做好准备。其中，将导线8由放线架7拉出，经过偏摆装置4以及上面的过轮，固定在模具3上，模具3安装在绕梁2上，绕梁2旋转90°水平，使模具3保持水平状态，调整水平移动装置6、上下移动装置5、偏摆装置4使导线保持直线与模具贴合。

步骤2：绕制线圈一端直线部：

结合附图3的位置2，主轴1顺时针旋转45°，前后移动装置6跟随移动，控制铜导线8始终贴合模具3，其余各轴均不动作。其中，主轴1水平旋转45°，水平移动装置6、放线架7跟随主轴1水平移动，使导线在模具3上成形出135°的角度，并贴合模具、保持张力。

步骤3：绕制线圈一端圆弧部：

结合附图3位置2与位置3，主轴1从45°旋转到135°，旋转行程90°，绕梁2从0°旋转180°。这两个轴位联动，其驱动伺服电机精确控制其位置，保证模具3的铜导线靠面与铜导线贴合，而铜导线的位置由偏摆装置4、上下移动装置5、前后移动装置6的位置决定，所以这3个轴须与主轴1、绕梁2同步运动。附图4为模具3在绕制线圈端部圆弧的状态，由图可见在绕制时，铜导线大面与模具靠面贴合，小面与模具相切，从而保证在成弧过程中，铜导线始终为直线，且保持张力。以主轴旋转作为基准，主轴匀速运动时，通过运动换算列出各轴运动曲线，其曲线见附图5，各轴运动时按照图示的运动曲线运动。其中，主轴1由45°位置旋转90°、绕梁2由水平位置旋转180°，两轴按照一定的运动规律联动，水平移动装置6、上下移动装置5、偏摆装置4同步跟随。在成形端部过程中，使铜导线始终贴合模具面，并与模具相切，直至成形完所有圆弧段。

步骤4：绕制线圈另一端直线部和圆弧部；

结合附图3的位置4，主轴从135°旋转到180°，其位置状态与位置1相似，在此状态下，开始绕制线圈另一端的直线部和圆弧部，其绕制过程与位置2、位置4相同。在绕制圆弧时，绕梁从180°反绕回0°，各轴的运动关系与绕第一个端部圆弧相同。按照同样方式成形线圈另一端的直线边和圆弧段。

实施例二

实施例二与实施例一的基本原理结构基本相同，只是绕制的线圈的角度有所不同，为一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型系统装置，包括绕线主机和放线机构，绕线主机上有模仿端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈形状的多方位转动主轴箱，主轴箱上安装有仿形的线圈模具，同时在绕线主机和放线架之间设有与主轴箱转动相配合移动的跟随装置，跟随装置使导线在绕线过程中，始终与主轴箱上的模具贴合，从而完成圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型自动绕制。

进一步地，所述的主轴箱包括两个旋转轴，一个为主轴，主轴绕设备z轴旋转，另一个为绕梁，绕梁绕设备x轴旋转；主轴上的两个旋转轴带动线圈模具旋转，实现主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的跟随装置为跟随放线机构，跟随放线机构上安装有成形所需的水平移动装置、上下移动装置、以及能使导线摆动一定角度的偏摆装置。

进一步地，所述的主轴箱上的主轴和绕梁两个旋转轴带动线圈模具旋转，跟随放线机构上的3个轴通过调整导线的位置和角度，使导线成型线圈端部时，导线始终与线圈模具贴合，直至定子线圈绕制成型完成。

进一步地，所述的主轴安装在主机箱上，其下安装有旋转驱动机构，通过该旋转驱动机构带动主轴360°旋转；所述的绕梁安装在主轴上，在主轴上安装有翻转机构，该机构带动绕梁0-180°旋转；线圈模具安装在绕梁上，绕梁上有两个定位配合销与模具配合，方便模具的拆卸。

所述的圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型包括以下步骤：

步骤1:固定铜导线，设置张力，绕线各轴就位；

将铜导线从放线架拉出，经过偏摆装置固定在模具上，调节放线架拉力，为绕线做好准备；

步骤2：绕制线圈一端直线部；

通过主轴顺时针旋转，前后移动装置跟随移动，控制铜导线始终贴合模具，其余各轴均不动作；

步骤3：绕制线圈一端圆弧部；

主轴从端圆弧部的起始角度旋转到端圆弧部的最终角度，旋转行程90°，绕梁从0°旋转180°；通过主轴和绕梁这两个轴位联动，其驱动伺服电机精确控制其位置，保证模具的铜导线靠面与铜导线贴合，而铜导线的位置由偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的位置决定，所以偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的3个轴须与主轴、绕梁同步运动；

步骤4：绕制线圈另一端直线部

主轴从端圆弧部的最终角度旋转到180°，其位置状态与初始位置相似，在此状态下，开始绕制线圈另一端的直线部和圆弧部，其绕制过程与步骤2和步骤3相同；在绕制圆弧时，绕梁从180°反绕回0°，各轴的运动关系与绕第一个端部圆弧相同。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

根据上述实施例可以看出，本发明还涉及一种端部为圆弧与直线成斜角的线圈成型方法及系统装置，将导线从放线架引出，通过一个跟随装置，绕制到自动旋转绕制装置上，通过自动旋转绕制装置按照所需要的斜度进行定子线圈绕制成型，在自动旋转绕制成型过程中，通过跟随装置与自动旋转绕制装置的配合随动，按照一定的运动规律联动，使导线在绕线过程中，始终与模具贴合，从而完成端部为圆弧与直线边线成斜角的线圈自动绕制，实现端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型。

进一步地，所述自动旋转绕制装置按照所需要的斜度进行定子线圈绕制成型是通过一个可多向转动的主轴箱，在主轴箱上安装有仿形的线圈模具，导线从放线架引出后，牵引到仿形的线圈模具上固定，再通过主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈是在主轴箱包括两个旋转轴，一个为主轴，主轴绕设备z轴旋转，另一个为绕梁，绕梁绕设备x轴旋转；主轴上的两个旋转轴带动线圈模具旋转，实现主轴箱按照仿形的线圈模具上的形状进行自动多向旋转绕制定子线圈。

进一步地，所述的跟随装置与自动旋转绕制装置的配合随动是在主轴箱一侧有一个跟随放线机构，跟随放线机构上安装有成形所需的水平移动装置、上下移动装置、以及能使导线摆动一定角度的偏摆装置；主轴箱上的主轴和绕梁两个旋转轴带动线圈模具旋转，跟随机构上的3个轴通过调整导线的位置和角度使导线成型线圈端部时，导线始终与线圈模具贴合，直至定子线圈绕制成型完成。

进一步地，所述的圆弧与直线边线成斜角的定子线圈成型包括以下步骤：

步骤1:固定铜导线，设置张力，绕线各轴就位

将铜导线从放线架拉出，经过偏摆装置固定在模具上，调节放线架拉力，为绕线做好准备；

步骤2：绕制线圈一端直线部

通过主轴顺时针旋转，前后移动装置跟随移动，控制铜导线始终贴合模具，其余各轴均不动作；

步骤3：绕制线圈一端圆弧部

主轴从端圆弧部的起始角度旋转到端圆弧部的最终角度，旋转行程90°，绕梁从0°旋转180°；通过主轴和绕梁这两个轴位联动，其驱动伺服电机精确控制其位置，保证模具的铜导线靠面与铜导线贴合，而铜导线的位置由偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的位置决定，所以偏摆装置、上下移动装置、前后移动装置的3个轴须与主轴、绕梁同步运动；

步骤4：绕制线圈另一端直线部

主轴从端圆弧部的最终角度旋转到180°，其位置状态与初始位置相似，在此状态下，开始绕制线圈另一端的直线部和圆弧部，其绕制过程与步骤2和步骤3相同；在绕制圆弧时，绕梁从180°反绕回0°，各轴的运动关系与绕第一个端部圆弧相同。

本发明的优点在于：

本发明通过多方位旋转主轴箱与跟随装置的配合，利用多轴联动技术来实现复杂空间线圈的绕制，使的在绕制端部为圆弧与直线边线成斜角的定子线圈时，通5个轴的同步动作，精确控制了模具位置和铜导线位置，保证了模具与铜导线在绕制过程始终紧紧相贴合。普通平面线圈的绕制，只需要一个主轴的旋转，而相对于空间线圈是行不通的，本发明采用2旋转轴加3移动轴联动技术，能很好的将线圈导线完全贴合到空间模具上，从而完成绕线。通过该方法，解决了手工绕制的靠敲打使铜导线贴合模具的问题，而且其铜导线和模具在整个绕制过程的状态可通过数控程序控制和调整，具有调整方便、绕制过程可控的特点，有效解决了该型号线圈的手工绕制效率低、操作难度大等问题。主要有以下特点：

1）利用多轴联动技术来实现复杂空间线圈的绕制，普通平面线圈的绕制，只需要一个主轴的旋转，而相对于空间线圈是行不通的，该设备采用2旋转轴加3移动轴联动技术，能很好的将线圈导线完全贴合到空间模具上，从而完成绕线。

2）利用伺服电机回线技术来解决张力问题，该设备要求绕线过程中导线始终保持张力，通过伺服电机拖动放线架前后移动，来保持导线张力。