绕线系统及绕线方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210435046.7	申请日：	2012.11.02
公开号：	CN102910484A	公开日：	2013.02.06
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):B65H 54/02申请公布日:20130206\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B65H 54/02申请日:20121102\|\|\|公开
IPC分类号：	B65H54/02; B65H57/14; B65H57/26	主分类号：	B65H54/02
申请人：	上海电机学院
发明人：	丁斗章
地址：	200240 上海市闵行区江川路690号
优先权：
专利代理机构：	上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237	代理人：	郑玮
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内容摘要

本发明涉及一种绕线系统及绕线方法，该系统包括排线机构、绕制机构以及控制机构，所述绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。本发明利用计算机控制器控制的变频器改变电机的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机高速绕制，且该系统换层时间精确，无需触点控制，可靠性更高。

权利要求书

权利要求书一种绕线系统，其特征在于，包括排线机构、绕制机构以及控制机构，所述绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。
如权利要求1所述的绕线系统，其特征在于，所述排线机构包括两个相对设置的滚轮以及成形支架，所述线材穿过两滚轮之间进行理线。
如权利要求2所述的绕线系统，其特征在于，所述成形支架设于所述滚轮与所述绕制轮盘之间，用于线材的导向。
如权利要求3所述的绕线系统，其特征在于，所述成形支架与一步进电机连接。
如权利要求4所述的绕线系统，其特征在于，所述计算机控制器控制所述步进电机。
一种绕线方法，其特征在于，应用于如权利要求1~5中任意一项所述的绕线系统，其步骤如下：
第一步，将线材的绕制按照半径r的不同分为若干层；
第二步，所述计算机控制器根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t；
第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器控制所述排线机构进行换层，同时控制所述变频器利用公式ω＝v/r，改变电机的旋转角频率，
其中，ω为旋转角频率，v为线速度，r为该层半径；
第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构以及变频器以实现线速度恒定。
如权利要求6所述的绕线方法，其特征在于，所述计算机控制器控制所述步进电机的动作，进而改变所述成形支架的高度，完成换层。

说明书

说明书绕线系统及绕线方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种用于绕制线材的绕线系统及绕线方法。
背景技术
绕线机是一种机电一体化的设备，现有的绕线机多由旋转角频率恒定的电机直接带动绕制轮盘旋转，从而完成线材的绕制，但随着绕线圈数的增加，使得电机绕制的线速度不断增加，相对于线材来讲即绕制速度越来越快，影响绕制过程的平稳性，且由于电机转速的限制，不能实现高速绕制；另外一种绕线机是利用继电器‑接触器对电机的旋转角频率进行控制，即每隔一段时间调整一次电机的旋转角频率，使其线速度接近恒定，但这种方式中的继电器‑接触器为有触点控制，可靠性受限，且当控制对象改变时，控制参数难以修改，系统柔性不足。
因此，如何提供一种能够实现高速高性能控制的绕线系统及绕线方法是本领域的技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明提供一种绕线系统及绕线方法，以解决现有技术中的绕线系统无法实现高速高性能控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种绕线系统，包括排线机构、绕制机构以及控制机构，所述绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。
较佳地，所述排线机构包括两个相对设置的滚轮以及成形支架，所述线材穿过两滚轮之间进行理线。
较佳地，所述成形支架设于所述滚轮与所述绕制轮盘之间，用于线材的导向。
较佳地，所述成形支架与一步进电机连接。
较佳地，所述计算机控制器控制所述步进电机。
本发明还提供一种绕线方法，应用于上述的绕线系统，其步骤如下：
第一步，将线材的绕制按照半径r的不同分为若干层；
第二步，所述计算机控制器根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t；
第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器控制所述排线机构进行换层，同时控制所述变频器利用公式ω＝v/r，改变电机的旋转角频率，
其中，ω为旋转角频率，v为线速度，r为该层半径；
第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构以及变频器以实现线速度恒定。
较佳地，所述计算机控制器控制所述步进电机的动作，进而改变所述成形支架的高度，完成换层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.利用计算机控制器控制的变频器改变电机的旋转角频率，实现自适应控制，确保线速恒定，绕制过程平稳；
2.通用变频器的最高频率可达650Hz以上，比工频的50Hz高13倍，可实现高速绕制；
3.利用计算机控制器计算换层的时间点，更加精确；
4.利用计算机控制器和变频器对系统进行控制，无需触点控制，可靠性更高；
5.计算机控制器和变频器的控制参数设置和调整方便，使系统具有柔性，适用于不同的绕制要求。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的绕线系统的结构示意图。
图中：10‑排线机构、11‑滚轮、12‑成形支架、13‑步进电机、20‑绕制机构、21‑电机、22‑绕制轮盘、23‑固定支架、30‑控制机构、31‑变频器、32‑计算机控制器、40‑线材。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的绕线系统，如图1所示，包括排线机构10、绕制机构20以及控制机构30，所述绕制机构20包括电机21、绕制轮盘22以及固定支架23，所述电机21与所述绕制轮盘22均固定于所述固定支架23上，所述电机21的传动轴（图中未示出）与所述绕制轮盘22固定连接，所述排线机构10将线材40进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘22，所述控制机构30包括变频器31以及计算机控制器32，所述计算机控制器32与所述排线机构10以及变频器31相连，所述变频器31与所述电机21相连。本发明利用计算机控制器32控制的变频器31改变电机21的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机21高速绕制；且该系统换层时间精确，相较于现有技术中的继电器‑接触器的触点控制，本发明采用无触点控制，可靠性更高；本发明中的计算机控制器32以及变频器31的控制参数设置及调整方便，使得系统具有柔性，适用于不同的绕制要求。
较佳地，请继续参考图1，所述排线机构10包括两个相对设置的滚轮11以及成形支架12，所述线材40穿过两滚轮11之间进行理线，较佳地，所述成形支架12设于所述滚轮11与所述绕制轮盘22之间，用于线材40的导向，较佳地，所述成形支架12与一步进电机13连接，具体地，所述步进电机13改变所述成形支架12的高度，当所述绕制轮盘22的半径随线材40的绕制而不断变大时，改变所述成形支架12的高度可保持线材40缠绕的角度，确保线材40所受的力保持不变，进一步确保绕制过程的平稳。
较佳地，请继续参考图1，所述计算机控制器32控制所述步进电机13，当换层时间到达时，所述计算机控制器32同时控制所述步进电机13以及变频器31动作，可靠性更高。
本发明还提供一种绕线方法，请继续参考图1，应用于上述的绕线系统，其步骤如下：
第一步，将线材40的绕制按照半径r的不同分为若干层；
第二步，所述计算机控制器32根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t，
即每圈周长l＝2πr，总长度L=nl，采用计算机控制器32计算换层时间t，更加精确，由上述公式可知，当绕制半径r变大时，若想确保线速度v不变，则绕制时间t应变大，即使电机21的旋转速度下降；
第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器32控制所述排线机构10进行换层，较佳地，所述计算机控制器32控制所述步进电机13的动作，进而改变所述成形支架12的高度，完成换层，同时控制所述变频器31利用公式ω＝v/r改变电机21的旋转角频率，其中，ω为旋转角频率，具体地，ω＝2πf/p，f为变频器31的驱动频率，p为电机21的磁极对数，控制电机21的转速；v为线速度，r为该层半径，每次变层时进行更新，也就是说，所述计算机控制器32根据恒定的线速度v和新一层的半径r，计算新的电机旋转角速度ω，即新的驱动频率，输出给变频器31，变频器31再控制电机21实现恒定线速的绕制；
第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构10以及变频器31以实现自适应变化，确保线速度恒定，目前，通用的变频器31的最高频率可达650Hz以上，比工频的50Hz高13倍，可实现高速绕制。
综上所述，本发明提供的绕线系统及绕线方法，该系统包括排线机构10、绕制机构20以及控制机构30，所述绕制机构20包括电机21、绕制轮盘22以及固定支架23，所述电机21与所述绕制轮盘22均固定于所述固定支架23上，所述电机21的传动轴与所述绕制轮盘22固定连接，所述排线机构10将线材40进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘22，所述控制机构30包括变频器31以及计算机控制器32，所述计算机控制器32与所述排线机构10以及变频器31相连，所述变频器31与所述电机21相连。本发明利用计算机控制器32控制的变频器31改变电机21的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机21高速绕制，且该系统换层时间精确，无需触点控制，可靠性更高。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102910484 A(43)申请公布日 2013.02.06CN102910484A*CN102910484A*(21)申请号 201210435046.7(22)申请日 2012.11.02B65H 54/02(2006.01)B65H 57/14(2006.01)B65H 57/26(2006.01)(71)申请人上海电机学院地址 200240 上海市闵行区江川路690号(72)发明人丁斗章(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237代理人郑玮(54) 发明名称绕线系统及绕线方法(57) 摘要本发明涉及一种绕线系统及绕线方法，该系统包括。

2、排线机构、绕制机构以及控制机构，所述绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。本发明利用计算机控制器控制的变频器改变电机的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机高速绕制，且该系统换层时间精确，无需触点控制，可靠性更高。(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书3页附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页。

3、说明书 3 页附图 1 页1/1页21.一种绕线系统，其特征在于，包括排线机构、绕制机构以及控制机构，所述绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。2.如权利要求1所述的绕线系统，其特征在于，所述排线机构包括两个相对设置的滚轮以及成形支架，所述线材穿过两滚轮之间进行理线。3.如权利要求2所述的绕线系统，其特征在于，所述成形支架设于所述滚轮与所述绕。

4、制轮盘之间，用于线材的导向。4.如权利要求3所述的绕线系统，其特征在于，所述成形支架与一步进电机连接。5.如权利要求4所述的绕线系统，其特征在于，所述计算机控制器控制所述步进电机。6.一种绕线方法，其特征在于，应用于如权利要求15中任意一项所述的绕线系统，其步骤如下：第一步，将线材的绕制按照半径r的不同分为若干层；第二步，所述计算机控制器根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t；第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器控制所述排线机构进行换层，同时控制所述变频器利用公式v/r，改变电机的旋转角频率，其中，为旋转角频率，v为线速。

5、度，r为该层半径；第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构以及变频器以实现线速度恒定。7.如权利要求6所述的绕线方法，其特征在于，所述计算机控制器控制所述步进电机的动作，进而改变所述成形支架的高度，完成换层。权利要求书CN 102910484 A1/3页3绕线系统及绕线方法技术领域0001 本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种用于绕制线材的绕线系统及绕线方法。背景技术0002 绕线机是一种机电一体化的设备，现有的绕线机多由旋转角频率恒定的电机直接带动绕制轮盘旋转，从而完成线材的绕制，但随着绕线圈数的增加，使得电机绕制的线速度不断增加，相对于线材来讲即绕制速度越来越快，影响。

6、绕制过程的平稳性，且由于电机转速的限制，不能实现高速绕制；另外一种绕线机是利用继电器-接触器对电机的旋转角频率进行控制，即每隔一段时间调整一次电机的旋转角频率，使其线速度接近恒定，但这种方式中的继电器-接触器为有触点控制，可靠性受限，且当控制对象改变时，控制参数难以修改，系统柔性不足。0003 因此，如何提供一种能够实现高速高性能控制的绕线系统及绕线方法是本领域的技术人员亟待解决的一个技术问题。发明内容0004 本发明提供一种绕线系统及绕线方法，以解决现有技术中的绕线系统无法实现高速高性能控制的问题。0005 为解决上述技术问题，本发明提供一种绕线系统，包括排线机构、绕制机构以及控制机构，所述。

7、绕制机构包括电机、绕制轮盘以及固定支架，所述电机与所述绕制轮盘均固定于所述固定支架上，所述电机的传动轴与所述绕制轮盘固定连接，所述排线机构将线材进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘，所述控制机构包括变频器以及计算机控制器，所述计算机控制器与所述排线机构以及变频器相连，所述变频器与所述电机相连。0006 较佳地，所述排线机构包括两个相对设置的滚轮以及成形支架，所述线材穿过两滚轮之间进行理线。0007 较佳地，所述成形支架设于所述滚轮与所述绕制轮盘之间，用于线材的导向。0008 较佳地，所述成形支架与一步进电机连接。0009 较佳地，所述计算机控制器控制所述步进电机。0010 本发明还提供一种绕线方。

8、法，应用于上述的绕线系统，其步骤如下：0011 第一步，将线材的绕制按照半径r的不同分为若干层；0012 第二步，所述计算机控制器根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t；0013 第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器控制所述排线机构进行换层，同时控制所述变频器利用公式v/r，改变电机的旋转角频率，0014 其中，为旋转角频率，v为线速度，r为该层半径；0015 第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构以及变频器以实现线速度恒定。说明书CN 102910484 A2/3页40016 较佳地，所述计算机控制。

9、器控制所述步进电机的动作，进而改变所述成形支架的高度，完成换层。0017 与现有技术相比，本发明具有以下优点：0018 1.利用计算机控制器控制的变频器改变电机的旋转角频率，实现自适应控制，确保线速恒定，绕制过程平稳；0019 2.通用变频器的最高频率可达650Hz以上，比工频的50Hz高13倍，可实现高速绕制；0020 3.利用计算机控制器计算换层的时间点，更加精确；0021 4.利用计算机控制器和变频器对系统进行控制，无需触点控制，可靠性更高；0022 5.计算机控制器和变频器的控制参数设置和调整方便，使系统具有柔性，适用于不同的绕制要求。附图说明0023 图1为本发明一具体实施方式的绕线。

10、系统的结构示意图。0024 图中：10-排线机构、11-滚轮、12-成形支架、13-步进电机、20-绕制机构、21-电机、22-绕制轮盘、23-固定支架、30-控制机构、31-变频器、32-计算机控制器、40-线材。具体实施方式0025 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。0026 本发明提供的绕线系统，如图1所示，包括排线机构10、绕制机构20以及控制机构30，所述绕制机构20包括电机21、绕制轮盘22以及固定支架23，所述电。

11、机21与所述绕制轮盘22均固定于所述固定支架23上，所述电机21的传动轴（图中未示出）与所述绕制轮盘22固定连接，所述排线机构10将线材40进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘22，所述控制机构30包括变频器31以及计算机控制器32，所述计算机控制器32与所述排线机构10以及变频器31相连，所述变频器31与所述电机21相连。本发明利用计算机控制器32控制的变频器31改变电机21的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机21高速绕制；且该系统换层时间精确，相较于现有技术中的继电器-接触器的触点控制，本发明采用无触点控制，可靠性更高；本发明中的计算机控制器32以及变频器31的控制参数设置及调整方便，使得。

12、系统具有柔性，适用于不同的绕制要求。0027 较佳地，请继续参考图1，所述排线机构10包括两个相对设置的滚轮11以及成形支架12，所述线材40穿过两滚轮11之间进行理线，较佳地，所述成形支架12设于所述滚轮11与所述绕制轮盘22之间，用于线材40的导向，较佳地，所述成形支架12与一步进电机13连接，具体地，所述步进电机13改变所述成形支架12的高度，当所述绕制轮盘22的半径随线材40的绕制而不断变大时，改变所述成形支架12的高度可保持线材40缠绕的角度，确保线材40所受的力保持不变，进一步确保绕制过程的平稳。0028 较佳地，请继续参考图1，所述计算机控制器32控制所述步进电机13，当换层时间。

13、到达时，所述计算机控制器32同时控制所述步进电机13以及变频器31动作，可靠性更高。说明书CN 102910484 A3/3页50029 本发明还提供一种绕线方法，请继续参考图1，应用于上述的绕线系统，其步骤如下：0030 第一步，将线材40的绕制按照半径r的不同分为若干层；0031 第二步，所述计算机控制器32根据每层绕制的圈数n和半径r计算该层线材的总长度L，用总长度L除以恒定的线速度v得到本层的绕制时间t，0032 即每圈周长l2r，总长度L=nl，采用计算机控制器32计算换层时间t，更加精确，由上述公式可知，当绕制半径r变大时，若想确保线速度v不变，则绕制时间t应变大，即使电机21。

14、的旋转速度下降；0033 第三步，当到达所述绕制时间t时，所述计算机控制器32控制所述排线机构10进行换层，较佳地，所述计算机控制器32控制所述步进电机13的动作，进而改变所述成形支架12的高度，完成换层，同时控制所述变频器31利用公式v/r改变电机21的旋转角频率，其中，为旋转角频率，具体地，2f/p，f为变频器31的驱动频率，p为电机21的磁极对数，控制电机21的转速；v为线速度，r为该层半径，每次变层时进行更新，也就是说，所述计算机控制器32根据恒定的线速度v和新一层的半径r，计算新的电机旋转角速度，即新的驱动频率，输出给变频器31，变频器31再控制电机21实现恒定线速的绕制；0034 。

15、第四步，重复步骤二至三，根据不同的层数控制所述排线机构10以及变频器31以实现自适应变化，确保线速度恒定，目前，通用的变频器31的最高频率可达650Hz以上，比工频的50Hz高13倍，可实现高速绕制。0035 综上所述，本发明提供的绕线系统及绕线方法，该系统包括排线机构10、绕制机构20以及控制机构30，所述绕制机构20包括电机21、绕制轮盘22以及固定支架23，所述电机21与所述绕制轮盘22均固定于所述固定支架23上，所述电机21的传动轴与所述绕制轮盘22固定连接，所述排线机构10将线材40进行整理导向后，传递至所述绕制轮盘22，所述控制机构30包括变频器31以及计算机控制器32，所述计算机控制器32与所述排线机构10以及变频器31相连，所述变频器31与所述电机21相连。本发明利用计算机控制器32控制的变频器31改变电机21的旋转角频率，实现自适应控制，达到电机21高速绕制，且该系统换层时间精确，无需触点控制，可靠性更高。0036 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。说明书CN 102910484 A1/1页6图1说明书附图CN 102910484 A。

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