空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯,慣量小,有著卓越的性能和廣闊的應(yīng)用空間。電機(jī)中轉(zhuǎn)子線圈是影響電機(jī)性能的關(guān)鍵因素之一。電機(jī)的廣泛應(yīng)用促使線圈繞制設(shè)備的研發(fā)也愈發(fā)重要,馬鞍形線圈排列規(guī)整,磁體利用率高,但是國內(nèi)對于馬鞍形線圈繞制設(shè)備的研究較為匱乏。為解決馬鞍形空心杯電機(jī)線圈繞制困難的問題,本文研發(fā)一種針對馬鞍形線圈的自動化線圈繞制設(shè)備,對結(jié)構(gòu)和控制方案等做了相關(guān)研究分析。首先,根據(jù)繞線機(jī)的設(shè)計指標(biāo)和馬鞍形線圈的形狀特點,確定了包含結(jié)構(gòu)方案和控制方案的總體設(shè)計方案。結(jié)構(gòu)上包括了伺服主運動模塊和氣動驅(qū)動的輔助運動模塊。伺服主運動模塊包括用于線圈成型的主軸機(jī)構(gòu),擺線機(jī)構(gòu)以及線嘴機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)上各模塊布置緊湊,主運動和輔助運動協(xié)助完成線圈繞制。控制方式上選擇集散式控制方式,并確定了繞線過程等。其次,在總體方案設(shè)計基礎(chǔ)上,針對繞線設(shè)備中的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)——線嘴機(jī)構(gòu)和主軸機(jī)構(gòu),進(jìn)行了設(shè)計和校核。線嘴的變形對于繞制線圈的質(zhì)量有著重要的影響,借助ANSYS/Workbench分析線嘴在復(fù)雜的受力情況下的變形以及應(yīng)力應(yīng)變情況,驗證線嘴能否滿足使用要求。主軸部分熱風(fēng)造成溫升變形等一系列影響,利用Workbench中的熱分析工具,對主軸模塊進(jìn)行熱穩(wěn)態(tài)分析;并針對軸承受熱變形進(jìn)行分析,校核游隙變化能否滿足實際的要求。然后,對主要運動另一模塊——擺線模塊,完成了建模分析,首先建立動力學(xué)模型,進(jìn)而分析其同步帶傳遞函數(shù),通過bode圖分析影響系統(tǒng)響應(yīng)的剛度、負(fù)載等因素,輔之以電機(jī)模型進(jìn)行Simulink仿真檢驗。一方面驗證皮帶選型合理性;另一方面,建立擺線模塊模型,為接下來速度規(guī)劃的實驗提供仿真模型。繼而,對馬鞍形線圈進(jìn)行了軌跡規(guī)劃和速度規(guī)劃的分析。根據(jù)馬鞍形的線圈軌跡確定各軸的速度。速度規(guī)劃中,確定S型和三次多項式的速度表達(dá)式,使得加減速過程更加平順。最后基于擺線模塊模型,驗證規(guī)劃的速度響應(yīng)效果。最后,在上述研究分析基礎(chǔ)上,建立樣機(jī)實驗,測試出擺線模塊和主軸的速度與力矩情況,進(jìn)行后續(xù)的速度規(guī)劃分析;借助于dSPACE半物理仿真平臺,進(jìn)行電機(jī)速度加減速規(guī)劃的驗證試驗,分析未規(guī)劃前的速度與規(guī)劃后的速度響應(yīng)以及力矩的異同。