直线电机定子线圈绕线机

 
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，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。
 
 
1.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。

 
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 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
 
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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 是直线电机定子的结构示意图。

 
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 图 7 直线电机定子线圈绕线机结构示意图
 
4.各部件的选型及其性能
 
（1） 三轴运动控制器：
 
XC6083 运动控制系统，采用高性能 32 为 CPU，可以驱动步进电机驱动器或交流伺服驱动器。配备液晶显示器，全封闭轻触式操作键盘。可以现场编程，也可以通过 485 通讯口与上位机通讯，下载程序。
 
主要功能和参数如下：
 
．系统主要功能：自动、手动、程序编辑、系统参数、自检、设置等；．X、Y、Z 两轴联动、三轴联动，支持直线、圆弧插补；．模拟主轴功能，0-10V 模拟量输出及正反转输出；
 
．脉冲量可转换为多种现实单位；
 
．强大的 PLC 功能，30 路可编程输入，16 路可编程输出；
 
．支持手轮功能；
 
．支持用户参数功能（类似宏程序、变量）；
 
．双坐标系统；
 
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．支持机械零点、软件零点和手动输入零点；
 
．最小数据单位： 0.001；
 
．最高脉冲输出频率： 200KHZ；
 
．电子齿轮：分子（n）：1-65535，分母（m）:1-65535。
 
（2）步进电机驱动器
 
步进电机驱动器采用具有细分功能的 XC542H 型步进电机驱动器，其主要性能如下：
 
．平均电流控制，两相正弦电流驱动输出；
 
．直流 24-70V 供电；
 
．光耦隔离信号输入输出；
 
．有过压、欠压、过流、相间短路保护功能；
 
．十五档细分和自动半流功能；
 
．高启动转速，高速力矩大等。
 
（3）步进电机和滚珠丝杠模组
 
步进电机采用 57BYG 混合型步进电机，具有 1.2N.m 扭矩。与之配套的滚珠丝杠模组采用 KR100 系列滚珠丝杠，螺距 5mm,
 
(4)限位传感器：
 
在 X、Y、Z 三轴上，设置六只限位传感器，限定绕线机在安全的范围内运行。
 
(5)开关电源：
 
根据三轴运动控制器、步进电机驱动器、步进电机的功率要求，
 
采用两只 DC24V 6.5A 的开关电源。

 
 
 
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5.实物制作
 
先设计 CAD 图，根据图纸加工安装板，转接座，导线轮安装座，
 
绕线针安装座等，钻螺纹孔。采用 30X30 铝型材制作机架，用螺栓和
 
连接件固定。通电源，多次进行实验。
 
作品照片
 
 装配好的直线电机定子线圈绕线机

 
 
 
 
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