空心杯绕组绕线工装及其绕线方法与流程

1.本发明涉及空心杯电机技术领域，具体涉及一种空心杯绕组绕线工装及其绕线方法。


背景技术：

2.空心杯电机不使用带齿槽的铁芯安放绕组，而是由漆包线绕制成的杯型绕组，因此能够有效提高电机功率以及电机的响应速度，有着其它电机无法比拟的效果。
3.作为空心杯核心部件的电机线圈绕组目前一般有斜绕式绕组，多边形(菱形、六边形等)等，现有技术中绕组元件不是直接被绕制成一个圆筒状的，而是首先使用一个合适的工装将绕组元件绕制成一个扁平的绕组带，此绕组带为多相绕组串联成型，并把各相绕组两个侧面上的导体依次拉在一起，直至它们被引领到彼此毗邻紧密接触位置，然后扁平的绕组带通过合适的工装被卷成一个圆筒状并粘结固化，整个过程对工艺都有很高的要求。在实际的绕组设计中，由于绕组线径和圈数以及单相幅宽的要求，幅宽的尺寸不能够容纳单层绕组的绕制，此时往往会采用多层绕制法，但此种方法虽然解决了绕组的绕制要求，但是在实际操作过程中，往往会出现第二层绕组绕制使会挤压第一层绕组，第三层绕组绕制时会挤压第一和第二层绕组，导致下层绕组位移绕组幅宽增加，且绕组分布不均，第一相绕组与第二相绕组混杂，成品线圈中间宽，两端细，导致成型的绕组带不整齐，从而导致产品成品率不高以及最终电机电气性能产生波动。
4.特别是医疗器械中应用的空心杯电机，如作为心室辅助装置的导管泵，其可以(部分)替代患者心脏功能，为心源性休克或心力衰竭患者提供血流动力支持，在经皮植入心脏后，体内电机驱动叶轮旋转，使得导管泵能够以3-5万转/分钟的转速实现2.5-6.0l/min的泵送流量，支持生命的短期(几天或几周)或长期(几周或几个月)应用。受限于血管内径，导管泵外径一般不大于7mm，结构尺寸制约了电机性能，这就意味着电机在满足几何尺寸小的前提下还要具备较高的转子速度、较大的扭矩。对于空心杯绕组来说，如果整个圆周上线圈有交叉重叠部分，不仅会使得绕组的直径增大，还会影响绕组的利用率，降低电机的效率。


技术实现要素：

5.本发明的其中一个目的是提供一种绕线平整且交叉重叠少、利用效率高的空心杯绕组绕线工装。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空心杯绕组绕线工装，包括轴管，轴管的一端与旋转机构相连、另一端呈悬伸状，轴管上沿其轴向间隔设置有第一插孔组和第二插孔组，第一插孔组包括沿圆周方向均匀、间隔开设的多个插孔，第二插孔组包括沿圆周方向均匀、间隔开设的多个插孔，且第一插孔组和第二插孔组的插孔一一对应布置，插孔内插置有插杆。
7.第一插孔组和第二插孔组的插孔的数量、排列位置、排列方向相同。
8.第一插孔组和第二插孔组均包含6n个插孔，其中n是≥1的整数。
9.一个插孔组上的插杆与另一个插孔组上的相错180
°
的插杆构成同一根绕线的线架。
10.轴管临近旋转机构的一端设置有连接轴段，连接轴段插置于旋转机构内同步转动。
11.连接轴段的外壁上设置有嵌线槽，所述的嵌线槽在连接轴段的圆周方向均匀、间隔设置有6个。
12.本发明的另一个目的是提供一种绕线平整且交叉重叠少、利用效率高的空心杯绕组绕线方法。
13.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空心杯绕组绕线方法，包括以下步骤：
14.s1)、将插杆插入插孔中；
15.s2)、将铜线的一端嵌在嵌线槽内，人工或绕线机在两组插孔组中相错180
°
的插杆的绕线空间内进行绕线，当绕到所需的圈数后，将铜线的出线进行剪断形成一个单相绕组；
16.s3)、单相绕组绕线完成后，利用同样的方法对下一相单相绕组进行绕线；
17.s4)、绕完线后先取下插杆，然后在空心杯绕组的外圆面上缠上绝缘胶带，接着取下空心杯绕组；
18.s5)、将空心杯绕组放入装有定子铁心的模具中，并注入环氧树脂将线圈与定子铁心进行固定。
19.当单相绕组中包含两个及以上线圈组时，绕制完一个线圈组后直接绕同一相的下一个线圈组。
20.本发明改变了传统空心杯绕组绕完线后卷圆的方式，而是直接在工装上绕线、整形使整个线圈不再有交叉重叠部分，一方面减小了空心杯绕组的直径，另一方面还提升了绕组的利用率，提高了电机的效率；由于绕线完成后不再需要卷圆等步骤，这样可以简化生产工序，节约人工成本。将该空心杯绕组应用到导管泵的电机中时，与原有的传统电机相比，相等外径的电机，本发明中的电机可以提供更高的转矩，增大整个导管泵的泵血流量，满足人体的生理机能。
附图说明
21.图1为绕线工装的立体图；
22.图2为图1中去除插杆后的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合图1、图2对本发明做进一步详细论述。
24.一种空心杯绕组绕线工装，包括轴管10，轴管10的外径与所需空心杯绕组的内径吻合，轴管10的一端与旋转机构相连、另一端呈悬伸状，悬臂结构的轴管10便于绕线完成后取出空心杯绕组，这里的旋转机构可以手动驱动(对应手工绕线方式)，也可以由驱动机构驱动旋转(对应绕线机绕线方式)，轴管10上沿其轴向间隔设置有第一插孔组11和第二插孔组12，第一插孔组11和第二插孔组12的间距根据空心杯绕组的长度来设置，第一插孔组11包括沿圆周方向均匀、间隔开设的多个插孔a，第二插孔组12包括沿圆周方向均匀、间隔开
设的多个插孔a，且第一插孔组11和第二插孔组12的插孔a一一对应布置，插孔a内插置有插杆13构成用于缠绕铜线a的线架。铜线a在绕制时，紧贴着轴管10的外表面，绕至插杆13处折返回来继续绕下一圈，由于轴管10是经精加工而成的，其外圆精度高，因此直接在其表面绕制的绕组的圆度得到可靠的保障。如果铜线a在缠绕时交叉重叠部分过多，一方面会增大曾哥空心杯绕组的直径，更为重要的另一方面是线圈中的电流所经过该交叠区域，在该交叠区域中线圈的电流的纵向分量方向相反，造成在该交叠区域中电流的纵向分量相互抵消，线圈对磁场的作用变差，结果是由于逃逸的杂散磁场而导致的磁损耗增加，减弱了该区域永磁转子产生的扭矩，影响永磁转子的转动速度和转动的平稳性；而本发明中每一圈铜线a都是直接紧贴轴管10表面缠绕的，因此减少了甚至杜绝了铜线a与铜线a之间的交叉重叠，提高了绕组的利用，进一步提高了电机的转动速度和转动的平稳性。
25.本发明改变了传统空心杯绕组先绕制扁平的绕组带，绕完线后再卷圆的方式，而是直接在绕线工装上绕线、整形使整个空心杯绕组不再有交叉重叠部分，一方面减小了空心杯绕组的直径，另一方面还提升了绕组的利用率，提高了电机的效率；同时由于绕线完成后不再需要卷圆等步骤，这样可以简化生产工序，节约人工成本。将该空心杯绕组应用到导管泵的电机中时，与原有的传统电机相比，本发明中的电机可以提供更下的电机外径和更大的电机转矩，因此在适用于血管介入的同时又能够增大整个导管泵的泵血流量，满足人体的生理机能需求。
26.第一插孔组11和第二插孔组12的插孔a的数量、排列位置、排列方向相同。换句话说就是，第一插孔组11和第二插孔组12相对于中线完全对称，在轴向方向上一条直线同时经过第一插孔组11上的一个插孔a和第二插孔组12上的一个插孔a。
27.作为本发明的优选方案，第一插孔组11和第二插孔组12均包含6n个插孔a，其中n是≥1的整数，6n个插孔a构成的平面与轴管10的轴线垂直。当n＝1时，绕线工装的结构如图1、图2所示，绕制出的空心杯绕组为普通三相电机绕组，每一组线圈跨机械角120
°
；当n＝2时，绕制出的空心杯绕组为三相电机绕组，每相包含两个线圈组，每一组线圈跨机械角60
°
，以此类推。可以根据具体要绕制的空心杯绕组类型的不同，选择在合适数量和合适位置的插孔a内插上插杆13，其他位置的插孔a闲置不用插插杆13，这样就可以利用同一个绕线工装实现多种空心杯绕组的绕制，提高绕线工装的通用性。
28.如图1所示，一个插孔组上的插杆13与另一个插孔组上的相错180
°
布置的插杆13构成同一根铜线a的线架，这是针对于斜绕式空心杯绕组而设计的。
29.上面提到过可以根据具体要绕制的空心杯绕组类型的不同，选择在合适数量和合适位置的插孔a内插上插杆13，其他位置的插孔a闲置不用插插杆13，为了实现上述目的，插杆13与插孔a构成可拆卸式连接，同时也便于收纳。
30.为了实现轴管10与旋转机构的可靠连接，轴管10临近旋转机构的一端设置有连接轴段14，连接轴段14插置于旋转机构内同步转动。
31.优选的，连接轴段14的外壁上设置有嵌线槽(图中未示出)，在绕线的时候用于固定铜线a的一端，有利于绕线时保证铜线a平整，所述的嵌线槽在连接轴段14的圆周方向均匀、间隔设置有6个，这6个嵌线槽可以与插孔a的位置一一对准，也可以相互错位，只要能够将铜线a的端部固定即可，位置的错位并不会影响铜线a的绕制效果。本发明中的绕线工装既可以绕制星型结构的绕组，也可以绕制三角形结构的绕组。所谓的星形结构绕组指将电
机绕组三相末端接在一起，三相首端为电源端，输出电压220v；三角形结构的绕组指将三相绕组首尾互相连接，三个端点为电源端，输出电压380v。这样当每相包含不止一个线圈组的时候，还能够保证每个相线圈组都只有1个引线头和1个出线头，整个空心杯绕组只有6个线头，相应地简化了后期把每个线头与对应的换向片焊接时的时间和难度工艺，可靠性高，生产效率也非常高；同时也使得后期用于对电机进行控制的控制系统相对简化了。
32.针对于上述的绕线工装，其对应的空心杯绕组绕线方法如下，包括以下步骤：
33.s1)、将插杆13插入插孔a中；根据所需要绕制的空心杯绕组的具体形式选择合适数量和合适位置的插孔a内插入插杆13。
34.s2)、将铜线a的一端嵌在嵌线槽141内，人工或绕线机在两组插孔组中相错180
°
的插杆13的绕线空间内进行绕线，当绕到所需的圈数后，将铜线a的出线进行剪断形成一个单相绕组；
35.s3)、单相绕组绕线完成后，利用同样的方法对下一相单相绕组进行绕线；线圈与线圈之间没有相互重叠现象，可以提升绕组的利用率使电机效率高于常规的直流无刷空心杯电机。
36.s4)、绕完线后先取下插杆13，然后在空心杯绕组的外圆面上缠上绝缘胶带，接着从轴管10的悬置端取下空心杯绕组。为了避免线圈受到外界的电磁干扰，通常会在线圈的外部缠绕数层的绝缘胶带，不仅能避免外界的电磁干扰，还能隔绝空气中的灰尘等杂质进入到线圈内，影响到线圈的工作，从而保护空心杯绕组不受损伤。
37.s5)、将空心杯绕组放入装有定子铁心的模具中，由于空心杯线圈在绕制的时候每一层都是紧贴在轴管10外壁上的，因此在绕制成型后，其外圆精度也是非常高的，不需要再利用整形工装进行整圆操作，简化加工工序；其次将空心杯绕组放入装有定子铁心的模具中，通过模具自身的结构来保证空心杯绕组和定子铁心的同心度，并注入环氧树脂将线圈与定子铁心进行固定，这样在组装电机的时候就不需要再对定子铁心和空心杯绕组另外进行组装了，进一步简化了电机的组装工艺。
38.当单相绕组中包含两个及以上线圈组时，绕制完一个线圈组后直接绕同一相的下一个线圈组。以三相绕组且单向绕组包含两个线圈为例，每个线圈跨机械角60
°
，这样在绕制完该相绕组的第一个线圈的时候，直接跨越120度绕制该相绕组的第二个线圈后剪断形成一个完整的单相绕组之后，再利用同样的方法对下一相单相绕组进行绕线，这样的优点就是可以节省中途换线的时间，提高绕线的效率。