Электроинструменты — аккумуляторные дрели, угловые шлифовальные машины, циркулярные пилы и ударные шуруповерты — являются «рабочими лошадками» как на стройках, так и в домашних мастерских. Их двигатели должны обеспечивать огромную мощность в компактном и прочном корпусе, выдерживающем пыль, удары и постоянные перегрузки. В основе каждого универсального или бесщеточного двигателя постоянного тока в этих инструментах находится статор, обмотки которого являются свидетельством производственной изобретательности. Машины для обмотки статора, предназначенные для производства электроинструментов, были разработаны для удовлетворения экстремальных требований высокоскоростного и крупносерийного производства, сохраняя при этом надежность, необходимую для данного применения. В этой статье рассказывается, как эти специализированные машины обеспечивают производительность и надежность, ожидаемые профессионалами и домашними мастерами.

В электроинструментах традиционно использовались универсальные двигатели (последовательные), работающие как на переменном, так и на постоянном токе. Эти статоры состоят из явных полюсов, намотанных катушками возбуждения. Процесс намотки включает в себя наматывание на полюс заданного количества витков толстого эмалированного провода, при этом каждая пара полюсов подключается последовательно для создания необходимой ориентации магнитного поля. Обычно используется машина для намотки статора флаерового типа, в которой статор удерживается неподвижно, в то время как вращающийся рычаг флайера вращается вокруг каждого полюса, укладывая провод аккуратными слоями. Проблемой статоров универсальных двигателей является большой диаметр проволоки (часто от 0,8 до 1,5 мм), что требует высокого напряжения и прочных намоточных головок для предотвращения перекручивания и обеспечения плотного уплотнения.

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) быстро завоевывают рынок электроинструментов премиум-класса благодаря более высокой эффективности и длительному времени работы. Эти статоры имеют внутреннее отверстие и несколько пазов, в которых формируются сосредоточенные обмотки. Для статоров BLDC с внутренними пазами лучше всего подходит игольчатая намоточная машина. Игла должна пройти через узкую щель, вытягивая проволоку и располагая ее точно на каждом зубе. Учитывая небольшие размеры статора аккумуляторного двигателя (иногда всего 30–40 мм в диаметре), машина для намотки статора должна достигать невероятной миниатюризации своих намоточных инструментов, при этом работать на скоростях, при которых статор срабатывает каждые 30 секунд или меньше.

Двигатели электроинструментов по необходимости имеют большую мощность. Пользователям требуются инструменты, легкие, но достаточно мощные, чтобы завинчивать большие винты или шлифовать сталь. Высокое заполнение слотов является ключом к такой плотности мощности. Высокопроизводительная намоточная машина для статоров BLDC использует активную систему натяжения, которая туго натягивает провод при его укладке в паз, в сочетании с игольчатым колебанием, которое уплотняет провод слой за слоем. Некоторые машины после намотки включают в себя станцию ​​прессования пазов, которая механически сжимает концевые обмотки и область паза, чтобы еще больше увеличить заполнение паза - иногда более 70%. В результате получается двигатель, который генерирует максимальный крутящий момент для своего размера, снижает резистивный нагрев и продлевает время работы от аккумулятора.

Компактное пространство для обмотки также создает риск перекрещивания проводов или задиров изоляции. Чтобы смягчить это явление, в современных машинах для обмотки статора используются игольчатые шпиндели с малоинерционными прямыми приводами и сложным планированием траектории. Они могут замедляться до того, как игла коснется краев прорези, и изменять скорость намотки по мере прохождения иглы через зуб, избегая острых углов. Вставка изоляционной бумаги часто автоматизируется и интегрируется в намоточную ячейку, гарантируя, что вкладыш паза будет идеально расположен перед укладкой первого витка провода.

Электроинструмент постоянно подвергается вибрации и механическим ударам. Если обмотка статора ослаблена или неравномерна, провода могут тереться друг о друга или о стенки паза, что в конечном итоге приводит к межвитковым коротким замыканиям. Обмоточная машина статора борется с этим благодаря совместимости с пропиткой смолой. Обмотка должна быть сформирована таким образом, чтобы смола могла глубоко проникать в пазы во время последующего процесса капельного орошения или горячего погружения. Контролируемое натяжение намотки оставляет микрозазоры, которые идеально подходят для капиллярного действия и обеспечивают полное сцепление смолы. После отверждения обмотка становится прочным монолитным блоком, устойчивым к истиранию, вызванному вибрацией.

Производство электроинструментов — это игра прибыли и объемов. Один завод может производить несколько миллионов двигателей в год. Машины статорной обмотки в таких условиях часто располагаются в составе высокоскоростных автоматизированных линий. Они оснащены таблицами индексации с несколькими станциями: первая станция загружает сердечник статора, вторая станция вставляет изоляцию, третья станция выполняет намотку, четвертая станция проверяет электрическое сопротивление и Hi-Pot, а пятая станция разгружает. При такой настройке одна машина может достичь времени цикла 15–20 секунд на статор. Быстросменные приспособления позволяют линии переключаться между различными моделями двигателей в течение нескольких минут. Прочная промышленная конструкция этих намоточных машин обеспечивает непрерывную работу в три смены с минимальными перерывами в обслуживании.

Машины для обмотки статора для электроинструментов спроектированы с учетом максимальной точности. Они работают с толстыми проводами, максимально заполняют узкие пазы и работают на постоянной скорости, создавая при этом обмотку, способную выдерживать самые суровые условия на рабочей площадке. По мере того как электроинструменты переходят от сетевых платформ к высокопроизводительным беспроводным, требования к обмоткам статора будут только возрастать. Постоянное развитие технологии намоточных машин — более быстрое движение иглы, более разумный контроль натяжения и более глубокая интеграция с системами смол — гарантирует, что современный электроинструмент останется компактной электростанцией в руках пользователей по всему миру.