一. 简介
随着家用电器、电动工具、仪器仪表、电动玩具、通信和交通等领域产品的发展, 微电机的需求增长很快。其中微电机绕组是微电机的重要部件， 绕组的好坏直接影响到电机的可靠性和运行性能。一种高质量的绕组离和高性能的绕线机是密不可分的，而制造高性能的绕线机离不开高性能的伺服驱动器。
而目前绕线机的市场可谓庞大，品种繁多，有平行绕线机、环型绕线机、定转子绕线机、转子绕线机和纺织绕线机等。本文介绍一种使用英威腾伺服驱动器作为驱动部件的全自动双飞叉绕线机，以及英威腾伺服在该绕线机上的应用案例。该绕线机主要用于电机，电器绕组的制造，是电子工业中的重要工装设备。
二. 工作原理
双飞叉数控全自动转子绕线机采用的是有三套伺服电机的控制系统, 两个电机用于双飞叉, 一个电机用于分度。控制系统主要采用气动控制, 气动系统主要由电磁阀和气缸并配合传感器来实现。为便于程序控制和检修, 整机可分为手动操作和自动操作两种,采用PLC和触摸屏相结合的方案。系统框图如图所示。
三. 工艺流程及主要技术指标
全自动双飞叉转子绕线机的工艺流程为: 操作者放好工件, 按下启动按钮, 系统初始化( 参数输入输出及显示、故障检测报警及处理、人工复位处理程序、张力控制程序、各参数运算及处理) →绕线主程序→飞叉定位→夹具合拢、转子定位→转子分度处理、嵌线→飞叉绕线→整个转子是否完毕→嵌最后一次线→是否停止工作→结束。
绕线机要求完成自动装夹、自动绕线、自动分度、自动嵌线、自动夹线、自动剪线等工序。在整个工艺流程中, 根据操作者的设置, 程序能自动进行判断。如可根据不同品种的转子、不同槽数的要求, 程序会自动判断分度的角度, 绕制是否完成、转子嵌线的槽沟是否准确( 通过编码器检测) 和自动反馈校准等功能。由于考虑了不同规格的工件, 因而在程序设计与夹具制造上更具灵活性, 加工的产品可靠性及成品率高于国外设备。
主要技术指标如下:
1) 电源为三相380V±15%, 50 /60Hz;
2) 输入容量为4.5kVA;
3) 气源压力为0.4～0.6MPa;
4) 最高绕线速度为2500r /min;
5) 最大分度速度为2000r /min;
6) 电动张力机构为20g～12kg;
7) 转子外径!20～!60mm;
8) 适用线径为!0.4～!1.0mm;
9) 控制方式采用PLC 控制;
10)参数输入方式采用触摸屏输入。
四. 方案设计
绕线部分采用双飞叉结构同时绕线, 两个绕线头由英威腾CHS100-1R5-2伺服驱动器驱动的电机分别驱动, 绕线伺服电机通过同步带传动至绕线主轴上, 传动速比可以根据绕线线径的要求设计, 以满足不同线径的电机绕线生产效率的要求。
分度部分采用的是英威腾CHS100-0R7-2伺服驱动器带动电机, 通过同步带传给分度轴, 夹紧气缸推动分度轴使弹簧夹头夹紧转子。平行气缸推动钩线外套, 配合分度电机实现转子整流子的自动挂钩。钩线套固定在箱体上,松开三个固定螺钉, 可以调整钩线套的挂钩角度。整个箱体通过导轨固定在台面上, 可以前后移动,以调整转子叠片在绕线模间的位置。
张力部分采用电控张力器, 漆包线通过夹紧毛毡, 产生一定的预张力, 然后在张力轮上缠绕至圈, 通过导轮进入弹力臂, 弹力臂的作用主要能使漆包线始终处于拉紧状态, 再通过导轮进入绕线主轴。电控张力器的核心部分是电控张力单元, 通过给它加上不同的电压, 在它的输出轴上产生不同的静力矩, 从而带动张力轮使漆包线产生不同的张力。
PLC是整个控制系统构成的核心, 采用三菱FX2N-80MR PLC，动作传输信号采用按钮、接近开关、磁性开关等与输人端相连, 输出端直接和主要控制信号的电磁阀、指示灯、 报警信号等相连。各种控制逻辑及时间控制全在PLC内部实现, 工作过程可在触摸屏上进行动态显示。PLC控制流程如下图所示：
绕线机与人的交互通过来触摸屏来实现，绕线机控制系统软件有三种工作状态: 编辑状态、手动状态和自动状态。在编辑状态下, 进行参数输入、读出和修改, 使机器能适应不同绕线线径、不同规格转子的绕制; 手动状态下, 通过点动按钮控制机器动作完成绕线运动; 自动状态下, 绕线机按工作流程自动执行转子线圈的绕制。软件界面: 整机电源接通后, 显示主页, 之后显示如下 所示画面。
这时用手触摸“参数修改”, 会弹出“请输入密码”及弹出一键盘, 在键盘上输入密码, 密码正确, 就会进入参数读出及参数修改画面。每一屏可以显示六个参数号码、参数意义及单位。如果要修改参数, 用手轻触参数号码键, 在弹出的键盘上按动数字键, 输入所需的参数值。本机参数设定包括绕线加速时间、自动绕线速度、点动绕线速度、分度加速时间、自动分度速度、点动分度速度、换向器嵌槽数、线包匝数、铁芯迭片槽数、转子定位微调角、飞叉挂线摆角、飞叉摆动速度、绕线张力、延时剪嵌线时间、剪嵌线保持时间等等, 本设计可存储二十个不同规格的转子型号及其参数。
五. 总结
使用英威腾伺服驱动器的该全自动双飞叉转子绕线机达到以下性能指标：
1. 飞叉额定绕线转速可以达到2500rpm以上；
2. 飞叉、分度加速度均可达到200KHz以上；
3. 绕线飞叉电机精度0.2度、分度电机精度0.01度 ；
4. 飞叉到位收敛速度快，无拖尾现象。
除此之外，英威腾伺服驱动器已经广泛应用于雕铣机、剥线机、水焰切割机、定子绕线机、包装机等多个行业。在一些关键性能指标上已经达到国内领先水平。
关于英威腾：
英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域产品与服务供应商，2010年在深交所A股上市。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，总部员工1100多人，国内、外办事处30余个，控股子公司9家，业务涉及电气传动、工业自动化、新能源、轨道交通牵引、矿用防爆、能源管理、楼宇智能等领域。在基础业务变频器领域，英威腾占据国内领先地位，拥有覆盖高、中、低压通用及各行业专用丰富的产品系列，产品在市政、塑胶、油田、化工、冶金、纺织、机床、矿山等行业广泛应用，产品销售遍布全球60多个国家和地区。
更多详情，请访问深圳市英威腾电气股份有限公司官网:www.invt.com.cn
