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1、32 5 一种盘式电机铁心自动成形方法 孙永泰 The Automotive Forming of Iron Core of Disc Type Motors Sun Yongtai 2.1 铁心成形工艺要求定、 转子铁心成形是硅钢带料在高效率、 高 质量的冲卷设备上完成的。 图2是盘式电机定、 转 子铁心成形系统示意图。 在硅钢带上， 每隔一定 的距离冲出1个形状尺寸完全相同的槽， 在保证 对应槽一一对齐的条件下 ， 经卷绕便可形成端面 带有下线槽的定、 转子铁心， 且相邻的槽距 （冲 槽模所需的送料长度） 必须随着卷绕半径的增 加而按一定规律增大。 这就是定、 转子铁心成形 在工艺上的要求
2、。 2.2 成形系统的工作原理图2是盘式电机定转子铁心成形系统示意 图。 卷绕装置与校平压料机构及压滚轮形成定张 力系统， 确保可移冲槽模在平整的硅钢带上准确 地冲出槽型 （冲槽时卷绕装置不动 ） 。 冲槽后冲 头上行脱离钢带时， 卷绕装置旋转一固定角， 带 动硅钢带送料， 硅钢带卷绕在卷绕装置上， 使铁 心的极半径增加一定值， 同时由于压滚轮固定不 动， 冲槽模随卷绕装置的直径增加， 将推动可移 冲模模座的斜面 （ 在铁心成形的过程中始终与铁 心外圈保持紧密接触） 左移一定距离从而准确地摘 要 ：对 盘 式 电 机 定 子 和 转 子 铁 心 成 形 工 艺 特 点 进行了研究， 提出冲槽模
3、移动的送料补偿成形系统及补 偿方法。 讨论了不同下线槽倾角 的铁心成形方法。关 键 词 ： 盘式电机铁心 冲模 移动 补偿Abstract: The forming workmanship of iron core of stators and rotors of the disc type motor was studied, materials feeding compensation system by means of moving the punching mould was put forward and finally the core forming method under
4、different angle of coil inserting was discussed.Keywords: Iron core of disc type motors Punching mould Moving Compensation由于盘式电机定、 转子铁心结构的特点， 必须用特殊的成形方法及专用冲卷设备进行生 产。 1 铁心的结构特点图1为盘式电机定、 转子铁心简图。 定、 转子 铁心是硅钢带卷绕而成的空心圆柱体， 其下线槽 均匀分布在圆柱体端面上， 下线槽为直槽， 下线槽 倾角 根据盘式电机定、 转子设计要求而定。 图1 盘式电机定转子铁心简图 1 托料机构 2 硅钢带 3 托
5、轮 4 校平压料机构 5 可移动冲槽模 6 定、 转子铁心 7 压滚轮 8 卷绕装置 图2 盘式电机定、 转子铁心成形系统示意图 1 2 345 7 L 6 8 S n S n-1 2 铁心成形工艺特点 Research 33 5 保证下 1个送料距离， 直至完成整个铁心。 2.3 铁心槽距 （送料长度）变化规律在图2中， 设 为定、 转子铁心 下线槽的分度 角， 则有 =2 /Z （其中Z为下线 槽的个数） 。 成形 后的定、 转子铁心的端部， 各层之间所形成的曲 线近似于阿基米德螺线。 设 0 为铁心的内径， 为 硅钢带的厚度， 则可设铁心相邻层表面间在端部 所形成的曲线极坐标方程为： =
6、 0 +a （ 1 ） 式中： a大于零的常数；极角； 极半径；当 从 n 增大为 （ n +2 ）时 ， 从 n 增大为 （ n + ） ， 于是有： n = 0 +a n n + = 0 +a （ n +2 ）解上面方程组得： a= /2 （2 ）如图2所示， 设第 （n-1 ）段 和 第 n段槽中心弧 长分别为S n-1 ， S n ， 则有 ：S n-1 = n n-1 ， d = n （ 0 +a ） d （ 3 ）S n = n+1 n ， d = n （ 0 +a ） d （ 4 ）而相邻槽中心弧长距之差为： D s =S n -S n-1将式 （ 3 ）和 式（4 ）代 入 上
7、 式 可 计 算 得 ：D s =a 2 =常数 （ 5 ）可见， 随着定、 转子铁心自动成形过程的进 行， 冲槽模所需的送料长度 （或槽距） 乘以D s 为 公差的等差数列递增。 3 铁心成型动作和送料补偿 3.1 卷绕为旋转加竖直移动、 冲模作水平移动补偿为保证这套系统自动协调地工作， 在冲槽模 冲好1个槽后， 在送料时间 （ 即卷绕装置转过 的 时间 ） 内一定要准确地给冲槽模送入成等差数列 递增的规定长度的硅钢带。 这样循环往复， 直至 完成对定、 转子铁心的成形。 如图2所示， 卷绕装 置的运动是旋转和竖直下降的复合运动， 旋转运 动由卷绕轴上的棘轮 （齿数与铁心 下线槽数相等 或为
8、嵌线槽数的整数倍 ） 控制， 若冲槽模中心线 与卷绕装置中心线重合， 则卷绕装置每转过 角， 正好给冲槽模送入成等差数列递增的规定角度 的硅钢带， 从而保证对应下线槽对齐。 但由于冲 槽模和卷绕装置结构上的限制， 冲槽模中心线与 卷绕装置中心线重合是不可能的， 两中心线之间 必须有一定距离L。在卷绕装置卷绕过程中 ， 铁心半径是逐渐增 大的， 在冲槽模对已送进的硅钢带冲出槽数相等 的前提下 ， L不为零时， 卷绕装置上所卷铁心外 径比L为零时耍小。 此外， L不为零时， 卷绕装置 转过 角所产生的对冲槽模的送料长度比L为零 时短， 也就是说在L不为零时， 卷绕装置转过 角 所产生的送料长度比冲
9、槽模此时所需的送料长 度短。 为了 补 偿 这一不足 量， 可让冲槽模中心向远 离卷绕装置方向移动一段距离 （即冲槽模水平移 动距离） ， 该距离即为所需补偿的不足量。 所以 这种送料方式L是变量， 它是通过冲槽模的水平 移动和卷绕装置的转动来满足送料长度的要求 的。 3.2 送料长度补偿量的确定图3为该种补偿成形的某一 工作瞬态。 设冲 槽模中心0到B点共有m个送料单元， 则下次所需 送料长度为S n+m ， 而由式 （4 ）可 得 ：S n+m =n+m+1 ） n+m） （ 0 +a ） d = 0 +a 2 （n+m+1/2 ） （ 6 ）而当卷绕装置从图3所示位置转过角时， 送料长度
10、为：S n+m = n + n + n + n （ 0 +a ） d = 0 +a 2 （n+ n / +1/2） （ 7 ）故所需送料长度补偿量为： S n+m =S n+m -S n+m将式 （ 6 ）、 式 （7 ）代 入 上 式 并 整 理 可 得 ：S n+m =a （m - n ） （ 8 ）该种送料方式， 每给冲槽模送料一次， 卷绕 装置绕其中心O 1 转过一个 角， 这样 n = n +1， 即在定、 转子铁心成形的整个过程中 ， n 及m均 为常数， （m - n ）亦 总 为 常 数 。m、 n 与冲槽 模中心到卷绕装置中心的距离的初始值L 0 有关， 与铁心内径 0 有关
11、。34 5 3.3 送料长度补偿量的实现 值， 为某一定值， 而 可由上式确定。 3.4 定、 转子铁心下线槽倾角的调节 图3 送料长度补偿成形的工作瞬态 S n+m S n+m-1 S n+1 S m A B P O O L为实现送料长度补偿， 可采用冲槽模的水 平移动来补偿。 可移动冲槽模模座斜面 （ 与水平 方向成 角） 紧 靠 铁 心 。 卷 绕 装 置 的 运 动 可 分 解 为纯转动和竖直向下移动两个运动， 如图4， 设 卷绕装置转过 角时这两个运动引起斜面向左 水平移动的距离分别为 X 1 、 X 2 ，总 移 动 量 为 X= X 1 + X 2 。当 X= S n+m =a
12、（m - n ）时 ， 下线槽口 正好一一对齐， 设在图4中， 斜 面 与 铁 心 的 接 触 点为M 。卷 绕 装 置 纯 转 动 角后， 铁心上的M 1 点与斜面接触成为M 1 点， 推动斜面左移 X 1 有 |MM 1 |= =a （即 接 触 点 极 半 径 增 加 量）由于压滚轮紧压在铁心上， 卷绕装置转过 角后， 极半径增加量为 =a ， 而铁心随卷绕装 置竖直下移量也为 =a ， 此时铁心与斜面的接 触点由M 1 变为M 1 ， 铁心推动斜面左移 X 2按图分析可知： 在 MM M 1 中：X 1 /sin =|MM 1 |/sinMM M 1因为|MM 1 |= =a ， MM
13、 M 1 = 故上式可变为： X 1 /sin =a /Sin X 1 =a Sin /Sin 。式中 为铁心与斜面切点与铁心基园中心连 线与斜面所成的夹角。在 M 1 M 1 M 1 中： |M 1 M 1 |=|M 1 M 1 |ctg M 1 M 1 M 1又|M 1 M 1 |= =a ， M 1 M 1 M 1 = 故上式可变为 X 2 =a ctg 所以要保证下线槽为直槽就有以下关系： X 1 + X 2 = S n+m即a sin /sin +a ctg =a （m - n ）化简得sin /sin +ctg =m - n在设计时， m、 n 可根据 0 、 L o 、 取适当前
14、面分析了下线槽倾角 =0的铁心成形方 法， 设此时可移动冲槽模斜面倾角为 0 。为 得 到不同下线槽倾角 的铁心， 可通过调节移动冲 槽模斜面倾角 来实现。 当 0 时， 卷 绕 装 置 每 转一个 角， 冲槽模水平移动距离小于所需的送 料补偿量， 这样形成的铁心 下线槽倾角 0 。当 0 时， 卷 绕 装 置 每 转 一 个 角， 冲槽模水平移 动距离大于所需送料补偿量， 这样形成的铁心 下 线槽倾角 0 。在 实 际 操 作 中 ，通过试调 角， 可 方便地得到满意的下线槽倾角 。 4 结论（ 1 ）盘 式 电 机 定 、转子铁心硅钢带料上相邻 槽孔之间的距离成公差为D s = /2 的等
15、差数列。（2 ）提 出 了 如 图 2所示的由托料机构、 压料 校平机构、 可移动冲槽模、 卷绕装置等组成的高 效率高质量定、 转子铁心成形系统。（ 3 ）提 出 了 卷 绕 装 置 转 动 并 竖 直 上 下 移 动 、 可移动冲槽模水平移动送料补偿方法， 并有相应 的计算式。（ 4 ）通 过 调 节 可 移 动 冲 槽 模 斜 面 倾 角 ， 可 以形成不同下线槽倾角 。 参 考 文 献 1 蒋豪贤、 宋 峰 圆盘式轴向磁场异步电动机N 中国电机工程 学报， 1998.2 2 ChanCC Axial-Field Electrical Machine and Application IEEE Trans VolEC-2.1987.2 （收 稿 日 期 ：2007-10-17） 作者简介： 孙永泰， 男， 1958年生， 1974年毕业于沈阳工业大学机电 系， 高级工程师。 图4 卷绕装置运动分解示意图 S n+m
