电机定子自动绕线机的研发

摘要

电机作为各类设备的动力源，已经广泛应用于社会各个领域。定子是电机的核心部件，其形成电磁场驱使转子旋转，故定子线圈绕制质量决定了电机的性能。定子骨架由中心开多极槽的薄硅钢片叠压形成外部封闭结构，电磁漆包线缠绕在内部各极硅钢片上，因此定子绕线要比普通的采用平绕法的电感线圈绕线和采用飞叉绕法的转子绕线复杂。目前国内定子大多仍采用手工绕制，加工效率低、线圈绕制质量差，已经无法满足当今对高性能电机的要求。本文通过分析电机定子骨架的结构特征，研究其自动绕线原理和运动控制算法，研发电机定子自动绕线机，实现电机定子自动绕线。
　　第一章，阐述论文选题背景及意义，介绍了绕线方法及绕线机的发展历程，总结了自动绕线机关键技术的发展现状，提出了本文研究的主要内容。
　　第二章，通过对电机定子骨架结构特征的分析，建立了导针垂直运动和骨架旋转运动复合而成的腰形绕线轨迹的数学模型，结合排线原理、主轴技术及相关辅助技术，确定了电机定子自动绕线机各功能模块，得出各功能模块的设计方案，综合得出电机定子自动绕线机的总体设计方案。
　　第三章，根据结构要求对排线系统的Z轴箱体进行初始设计，应用ANSYS Workbench对Z轴箱体进行模态分析，以1阶固有频率为优化目标，优化了侧壁最佳槽长及加强筋位置；添加两侧支板支撑，对Z轴箱体进行了瞬态动力学分析。最终得到1阶固有频率更优、动力学性能更好的Z轴箱体设计方案。
　　第四章，在考虑轴系零件和模拟轴承支撑刚度的基础上，在ANSYS Workbench中建立主轴有限元模型，并对主轴进行了基于模态分析的临界转速计算；分析底座受力情况，对底座进行谐响应分析，验证了底座结构的动力学性能满足要求。
　　第五章，依据绕线数学模型，提出了腰形轨迹两端分别为圆弧、椭圆、劣弧时的运动控制算法。利用ADAMS软件建立了电机定子自动绕线机的虚拟样机，通过运动仿真分析比较了两端弓高变化对绕线效率及绕线过程中加速度变化的影响。利用研发的样机测量线杆加速度，测试结果与理论结果、仿真结果基本一致，表明提出的运动控制算法能够较好地解决电机定子自动绕线运动控制问题。
　　第六章，对全文进行总结，提出进一步的研究方向。

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第一章 绪论

引言

1.1选题背景及意义

1.2绕线方法及绕线机发展历程、发展现状

1.3绕线机关键技术研究现状

1.4本课题主要研究内容

1.5本章小结

第二章 电机定子自动绕线机总体方案

引言

2.1定子自动绕线原理

2.2电机定子线圈绕制工艺流程

2.3绕线机的功能分解与结构组成

2.4绕线机总体设计方案

2.5电机定子自动绕线机总体设计方案

2.6本章小结

第三章 Z轴箱体设计及有限元分析

引言

3.1 Z轴箱体设计（初始结构）

3.2 Z轴箱体模态分析

3.3 Z轴箱体侧壁槽形优化

3.4 Z轴箱体后侧面加强筋位置优化

3.5 Z轴箱体模态叠加法的瞬态动力学分析

3.6本章小结

第四章 主轴、底座设计及有限元分析

引言

4.1主轴设计

4.2主轴模态分析

4.3底座设计

4.4底座有限元分析

4.4减震器的应用

4.5本章小结

第五章 电机定子自动绕线运动控制与实验

引言

5.1自动绕线机运动控制方法介绍

5.2定子自动绕线运动控制算法

5.3自动绕线运动仿真

5.4实验验证

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果