电机定转子合装设备

摘要

本发明属于装配设备技术领域，公开一种电机定转子合装设备，包括用于将定子传送到指定水平位置的定子驱动及定位模块；用于对定子进行水平方向位置固定的定子定位夹紧模块；用于在合装高度对转子两端夹持并驱动处于合装高度的定子朝转子位置方向移动完成合装的转子定位及合装驱动模块；用于将水平位置的定子举升至适于合装的高度的定子高度举升模块；用于控制电机定转子合装设备整个工作过程的设备控制模块。本设备采用柔性闭环控制和柔顺装配技术，将转子中心位置固定，根据电机型号，设备自动调整定子中心至与转子中心同轴，达到不同型号电机合装的自适应目的，同时结合压力传感器的信号反馈及时对定子中心高度作出调整，有效提高电机装配质量。

权利要求

1.一种电机定转子合装设备，其特征在于，包括定子驱动及定位模块：用于将定子传送到指定的水平位置；

定子定位夹紧模块：用于对水平位置的定子进行水平方向的位置固定；

转子定位及合装驱动模块：用于在合装高度对转子两端进行夹持，同时可驱动处于合装高度的定子朝转子位置方向移动完成合装；转子由第一顶尖和第二顶尖进行夹持；

设备控制模块：用于控制定子驱动及定位模块、定子定位夹紧模块和转子定位及合装驱动模块的工作过程；

定子驱动及定位模块包括用于承托定子的工装板和可使工装板移动的传动机构，传动机构包括伺服电机、链条链轮装置和多个驱动轮，链条链轮装置可在伺服电机的带动下进行传动，驱动轮与工装板下底面接触并可在链条链轮装置的带动下发生旋转来驱动工装板水平移动；

还包括用于将水平位置的定子举升至适于合装的高度的定子高度举升模块，定子高度举升模块与设备控制模块电连接；

定子高度举升模块包括举升缸、举升缸安装底板、与举升缸的举升端相接的工作平台，工作平台可在举升缸的控制下作竖直方向移动；

举升缸为电动缸、液压缸或气缸中的任意一种；

工作平台设于驱动轮上方，工作平台上在驱动轮的对应位置设有贯通孔供驱动轮部分穿过并凸出于工作平台上表面以便与工装板下底面接触；

工作平台上还设有用于监测定子和转子合装过程中压力变化的压力传感器，压力传感器与设备控制模块信号连接，可在设备控制模块的控制下根据压力传感器提供的压力信号对定子中心的高度作出调整。

2.根据权利要求1所述的电机定转子合装设备，其特征在于，举升缸安装底板和工作平台之间在举升缸周围还均匀布置有多个导向柱，导向柱包括与举升缸安装底板固定连接的直线轴承及与工作平台固定连接的圆柱轴，圆柱轴可沿直线轴承在竖直方向移动。

3.根据权利要求1所述的电机定转子合装设备，其特征在于，工作平台上安装有多颗万向滚珠，万向滚珠可与工装板下底面接触。

4.根据权利要求1所述的电机定转子合装设备，其特征在于，工作平台上表面还设有辅助工装板沿直线移动的导向条，导向条与驱动轮平行设置，导向条呈包括横直部和竖直部的L型结构，横直部用于将导向条固接至工作平台上，导向条的竖直部之间的间距与工装板大小适配，工装板相对于导向条移动时工装板的两个侧表面与导向条竖直部的侧表面贴合移动。

5.根据权利要求1所述的电机定转子合装设备，其特征在于，定子定位夹紧模块包括设于工作平台上的定位挡板，定位挡板用于对定子进行水平方向限位；定子定位夹紧模块还包括可对工装板进行压紧固定的夹紧气缸，夹紧气缸连接在工作平台上并与定位挡板板面相对设置。

6.根据权利要求5所述的电机定转子合装设备，其特征在于，定子定位夹紧模块还包括可控制定位挡板移动的滚珠丝杠传动装置。

7.根据权利要求1所述的电机定转子合装设备，其特征在于，转子定位及合装驱动模块包括平行设置的第一滑台和第二滑台，第二滑台设于第一滑台上方并可沿第一滑台滑移，举升缸安装底板设置在第二滑台上方并可沿第二滑台滑移，第一滑台一端固定第一顶尖，第二滑台在远离第一顶尖的端部固定第二顶尖，第一顶尖和第二顶尖的设置高度为合装高度。

说明书

电机定转子合装设备

技术领域

[0001] 本发明涉及装配设备技术领域，具体地，涉及一种电机定转子合装设备。

背景技术

[0002] 电机产品配套面广，广泛地应用于能源、交通、石油、化工、冶金、矿山、建筑等各个领域。随着全球经济、贸易一体化进程的不断深化，科技水平的不断提高，过去同一类电机
同时用于不同性质、不同场合的局面正在被打破，电机产品正向着专业性、特殊性、个性化
方面发展。这对电机生产企业的研发能力、柔性生产能力、对市场需求的快速响应能力等都
提出了新的挑战。

[0003] 电机的定子与转子合装工艺一直是电机装配的核心工艺，影响到电机装配质量及速度。现有的定子与转子合装机大多为手动合装/液压合装等方式，只能适用于某款单一品
种的电机工艺，由于合装机条件限制，定子和转子中心存在不同程度的偏离，并在此情况下
进行合装，会影响电机性能，严重的可能会损坏电机。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种适用于多品种、多款式电机的装配、同时确保装配质量的电机定转子合装设备。

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0006] 一种电机定转子合装设备，包括

[0007] a)定子驱动及定位模块：用于将定子传送到指定的水平位置；

[0008] b)定子定位夹紧模块：用于对水平位置的定子进行水平方向的位置固定；

[0009] c)转子定位及合装驱动模块：用于在合装高度对转子两端进行夹持，同时可驱动处于合装高度的定子朝转子位置方向移动完成合装；

[0010] d)设备控制模块：用于控制定子驱动及定位模块、定子高度举升模块、定子定位夹紧模块和转子定位及合装驱动模块的工作过程。

[0011] 进一步地，定子驱动及定位模块包括用于承托定子的工装板和可使工装板移动的传动机构，传动机构包括伺服电机、链条链轮装置和多个驱动轮，链条链轮装置可在伺服电
机的带动下进行传动，驱动轮与工装板下底面接触并可在链条链轮装置的带动下发生旋转
来驱动工装板水平移动。

[0012] 更进一步地，电机定转子合装设备还包括用于将水平位置的定子举升至适于合装的高度的定子高度举升模块，高度举升模块与设备控制模块电连接。

[0013] 定子高度举升模块包括举升缸、举升缸安装底板、与举升缸的举升端相接的工作平台，工作平台可在举升缸的控制下作竖直方向移动。

[0014] 举升缸为电动缸、液压缸或气缸中的任意一种，优选地采用电动缸。

[0015] 工作平台设于驱动轮上方，工作平台上在驱动轮的对应位置设有贯通孔供驱动轮部分穿过并凸出于工作平台上表面以便与工装板下底面接触。

[0016] 再进一步地，举升缸安装底板和工作平台之间在举升缸周围还均匀布置有多个导向柱，导向柱包括与举升缸安装底板固定连接的直线轴承及与工作平台固定连接的圆柱
轴，圆柱轴可沿直线轴承在竖直方向移动。

[0017] 更进一步地，工作平台上安装有多颗万向滚珠，万向滚珠可与工装板下底面接触。

[0018] 更进一步地，工作平台上表面还设有辅助工装板沿直线移动的导向条，导向条与驱动轮平行设置，导向条呈包括横直部和竖直部的L型结构，横直部用于将导向条固接至工
作平台上，导向条的竖直部之间的间距与工装板大小适配，工装板相对于导向条移动时工
装板的两个侧表面与导向条竖直部的侧表面贴合移动。

[0019] 更进一步地，工作平台上还设有用于监测定子和转子合装过程中压力变化的压力传感器，压力传感器与设备控制模块信号连接，举升缸可在设备控制模块的控制下根据压
力传感器提供的压力信号对定子中心的高度作出调整。

[0020] 进一步地，定子定位夹紧模块包括设于工作平台上的定位挡板，定位挡板用于对定子进行水平方向限位；定子定位夹紧模块还包括可对工装板进行压紧固定的夹紧气缸，
夹紧气缸连接在工作平台上并与定位挡板板面相对设置。

[0021] 更进一步地，定子定位夹紧模块还包括可控制定位挡板移动的滚珠丝杠传动装置。

[0022] 进一步地，转子定位及合装驱动模块包括平行设置的第一滑台和第二滑台，第二滑台设于第一滑台上方并可沿第一滑台滑移，举升缸安装底板设置在第二滑台上方并可沿
第二滑台滑移，第一滑台一端固定有第一顶尖，第二滑台在远离第一顶尖的端部固定有第
二顶尖，第一顶尖和第二顶尖的设置高度为合装高度，第一顶尖和第二顶尖用于夹持转子，
转子的夹持过程为使第二滑台沿第一滑台朝第一顶尖方向滑移。

[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0024] 1)本设备采用柔性闭环控制技术，通过将转子中心位置固定，根据需合装电机的型号，设备自动调整定子的中心至与转子中心同轴，达到不同型号电机合装的自适应目的；

[0025] 2)本设备同时还兼具柔顺装配功能，工作平台上的压力传感器可及时感应合装压力，并及时指导举升缸对定子中心高度作出相应调整，利于定转子合装的顺利完成，同时有
效提高电机装配质量；

[0026] 3)工作平台、驱动轮和举升缸的配合，使得承载定子的工装板可在驱动轮的传送下进入本合装设备，随后又在举升缸的带动下被托举至合装高度，这一系列的配合设计，保
证了定子在水平方向和竖直方向的顺利移动，确保定子与转子的快速同轴定位；

[0027] 4)在举升缸安装底板与工作平台之间布置的导向柱，可支撑工作平台在举升缸的带动下平稳上升，不会发生偏倚，确保定子最终的中心定位精确；

[0028] 5)通过在工作平台上设置万向滚珠，定子在被水平传送定位的过程中，万向滚珠可与工装板下底面接触来承担了一部分定子和工装板的重量，协助定子的水平传送，提升
驱动轮对定子位移的驱动灵活性；

[0029] 6)采用滚珠丝杠传动装置控制定位挡板的移动，可使定位挡板实时根据待合装的电机型号快速移动到所需限位位置来进行定子的水平位置限位，辅助达到本设备对电机型
号适应性广的优点；

[0030] 7)本合装设备自动控制性强，可与电机的组装输送线进行连线运转。

附图说明

[0031] 图1为实施例1中电机定转子合装设备的立体结构示意图一(定子准备进入合装设备)；

[0032] 图2为实施例1中传动机构的结构示意图一；

[0033] 图3为实施例1中传动机构的结构示意图二；

[0034] 图4为图1中工作平台部分的局部放大图；

[0035] 图5为实施例1中电机定转子合装设备的主视示意图一(定子被举升)；

[0036] 图6为实施例1中电机定转子合装设备的主视示意图二(定子处于靠近第二顶尖的位置，以便为转子进入合装设备让出空间)；

[0037] 图7为实施例1中定位挡板的结构示意图。

具体实施方式

[0038] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实
施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员
来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以的。

[0039] 实施例1

[0040] 如图1所示，提供一种电机定转子合装设备，其包括

[0041] a)定子驱动及定位模块：用于将定子传送到指定的水平位置；

[0042] b)定子高度举升模块：用于将水平位置的定子举升到适于合装的高度；

[0043] c)定子定位夹紧模块：用于对处于合装高度的水平位置的定子进行水平方向的位置固定；

[0044] d)转子定位及合装驱动模块：用于在合装高度对转子两端进行夹持，同时可驱动处于合装高度的定子朝转子位置方向移动完成合装；

[0045] e)设备控制模块：用于控制定子驱动及定位模块、定子高度举升模块、定子定位夹紧模块和转子定位及合装驱动模块的工作过程。

[0046] 具体来说，本实施例的定转子合装设备设置了X、Y、Z三个自由度方向供定子A移动，转子则为通过工人手动或机器人上料至转子定位及合装驱动模块。

[0047] 将本实施例的转子夹持方向定义为X轴方向，Z轴方向为定子高度举升的方向，则Y轴方向为a)中定子被水平传送的方向。

[0048] 设备控制模块包括PLC(未示出)，指导整个合装设备各类机械过程。

[0049] 其中，定子A在Y轴方向的移动是通过以下执行机构设置来实现的，即定子驱动及定位模块包括用于承托定子的工装板11和可使工装板移动的传动机构，如图2和图3所示，
传动机构具体包括伺服电机12、链条链轮装置和多个驱动轮13，多个驱动轮13分两列并排
设置，每列的驱动轮间隔均匀排布，驱动轮的驱动方向与X轴垂直，伺服电机11与PLC信号连
接并在PLC发出相应指令时开始或停止工作。

[0050] 链条链轮装置包括两个可在伺服电机11驱动下旋转的第一链轮14(两个第一链轮14与两列驱动轮13位置对应)，还包括与每个驱动轮在轴向固定连接的第二链轮15，对应列
的第一链轮14和第二链轮15之间由一根链条16带动。

[0051] 驱动轮13与工装板11下底面接触并可在第二链轮15的带动下发生旋转来驱动工装板11水平移动进入合装设备。

[0052] 定子A在沿Y轴水平传送到位至合装设备后，接下来将沿Z轴方向移动，以便达到合适的与转子合装的高度，其Y轴方向的移动是通过定子高度举升模块来实现的，其包括举升
缸21、举升缸安装底板22、与举升缸21的举升端相接的工作平台23，工作平台23可在举升缸
21的控制下作竖直方向移动(图5示出了定子被举升时的状态)，举升缸21的安装位置对应
于工作平台23的几何中心，举升缸21与PLC信号连接并依PLC的相关指令执行伸出或复位动
作。

[0053] 本实施例中举升缸21为电动缸。

[0054] 为顺利实现工作平台23的竖直移动，工作平台23需设于驱动轮13上方，但考虑到驱动轮13需对工装板11起到驱动传送作用，因此，工作平台23上在驱动轮的对应位置设置
有贯通孔供驱动轮13部分穿过并凸出于工作平台上表面以便与工装板11下底面接触。

[0055] 现回到定子A作Y轴方向移动的状态，当工装板11与驱动轮13接触并被驱动轮驱动传送时，承载有定子的工装板11的重量全部压在驱动轮13上，将会给驱动轮的驱动带来较
大阻碍作用，本实施例选择在工作平台23上安装多颗万向滚珠231，如图4所示，万向滚珠
231可与工装板11下底面接触，即万向滚珠凸出于工作平台上表面的高度与驱动轮凸出于
工作平台上表面的高度相等，工装板11可同时与驱动轮13及万向滚珠231接触，万向滚珠
231即承担了一部分定子A和工装板11的重量，提升驱动轮对定子位移的驱动灵活性。

[0056] 由于万向滚珠的存在，工装板11在被驱动轮13传送时可能会发生方向偏移，为保持工装板11的移动方向一致性，工作平台23上表面还设有辅助工装板沿直线移动的导向条
232，导向条232与驱动轮13平行设置且对称设置在两列驱动轮两侧，导向条232呈包括横直
部和竖直部的L型结构，横直部用于将导向条固接至工作平台上，两个横直部位于两个竖直
部两侧，导向条232的竖直部之间的间距与工装板11大小适配，工装板相对于导向条移动时
工装板的两个侧表面与导向条竖直部的侧表面贴合移动，导向条长度为从工作平台的边缘
延伸至至少覆盖工作平台边长2/3的位置，以便工装板11完全被水平传送到位。

[0057] 为实现工作平台23被举升缸21平稳举升，举升缸安装底板22和工作平台23之间在举升缸周围还均匀布置有多个导向柱24，具体到本实施例中，四个导向柱24安装在工作平
台23和举升缸安装底板22的四个对应边角上。

[0058] 导向柱24包括与举升缸安装底板22固定连接的直线轴承241及与工作平台23固定连接的圆柱轴242，圆柱轴242可沿直线轴承241在竖直方向移动，当举升缸21伸出时，圆柱
轴242也从直线轴承241中伸出，当举升缸21复位时，圆柱轴242相应地回位至直线轴承241
中。

[0059] 本合装设备中，PLC可根据输入的电机型号提前计算出定子在Y轴方向需要产生的位移，链条链轮装置中的伺服电机12即根据该位移数据来控制驱动轮13对工装板11产生相
应位移的传送，然而定子在Y轴方向移动至传送终端时仍需加设行程限制机构，否则定子的
水平位置定位可能不精确，将会影响后续的合装过程，该行程限制机构是通过定子定位夹
紧模块来实现的。

[0060] 定子定位夹紧模块包括设于工作平台23上的定位挡板31，具体地，定位挡板31的定位面垂直于定子的移动方向，定位挡板31用于对定子进行水平方向限位；更具体地，定子
外壳上具有可与定位挡板板面平整接触的水平定位面31，工装板11在PLC的控制下被驱动
轮传送至定子外壳水平定位面32与定位挡板31发生接触后即不再发生移动了。

[0061] 此外，定子定位夹紧模块还包括可对工装板11进行压紧固定的夹紧气缸33(如图5和图6所示)，夹紧气缸33连接在工作平台23上并与定位挡板31板面相对设置。夹紧气缸33
为两个且间隔设置，夹紧气缸33在定子水平传送到位后或定子竖直举升到位后开始对工装
板11压紧(即将工装板11与工作平台23两者压紧固定)均可，夹紧气缸33结合定位挡板31及
导向条232对工装板11的限位作用，可有效避免工装板11在X和Y轴方向的随意溜动，本实施
例的设备控制模块设置为控制夹紧气缸在定子竖直举升到位后再进行工装板压紧的操作。

[0062] 定子外壳上还具有一个可为定子的Z向位移提供参考的高度定位面34，定子在其水平定位面32与定位挡板31接触时，其高度定位面34位于定位挡板31的上空，定位挡板31
上安装有用于测量高度定位面高度的激光位移传感器35，该激光位移传感器35与PLC信号
连接，PLC可根据其测得的高度计算出该定子中心高(定子中心高的计算需结合下文将提到
的第一顶尖、第二顶尖的设置高度(合装高度))，从而为后续的举升缸的举升行程提供指
导。

[0063] 为进一步提升本合装设备对不同型号电机的合装适用性，定子定位夹紧模块还包括可控制定位挡板31移动的滚珠丝杠传动装置36(见图7)，滚珠丝杠传动装置也由一在PLC
控制下的伺服电机进行带动，具体地，PLC根据前期输入的电机型号确定好Y轴方向需要产
生的位移后，随即发出指令控制该伺服电机带动滚珠丝杠传动装置36工作，使定位挡板31
迅速移动至定子的Y轴行程终端。

[0064] 转子定位及合装驱动模块包括平行设置的第一滑台41和第二滑台42，第二滑台42设于第一滑台41上方并可沿第一滑台41滑移，举升缸安装底板22设置在第二滑台42上方并
可沿第二滑台42滑移，第一滑台41一端固定有第一顶尖43，第二滑台42在远离第一顶尖的
端部固定有第二顶尖44，第一顶尖43和第二顶尖44的设置高度为合装高度，第一顶尖43和
第二顶尖44用于夹持转子，转子的夹持过程为使第二滑台42沿第一滑台41朝第一顶尖43方
向滑移。第一滑台41、第二滑台42均与PLC信号连接并可在PLC的指令控制下分别带动第二
滑台42、举升缸安装底板22朝相应方向滑移。

[0065] 第一顶尖和第二顶尖的同轴度为0.05mm，顶尖压力显示精度为0.1％，第一滑台和第二滑台的位移精度为±0.01mm。

[0066] 第一顶尖、第二顶尖和滑台的平行度要求为0.05mm，工作平台被举升缸举升的垂直度要求为0.02mm。

[0067] 定子和转子在合装过程中，由于受定子或转子自身加工精度等因素的影响，定子和转子的合装过程可能会产生配合不严密之类的卡滞问题，为避免这些问题的产生，可在
工作平台23上设置用于监测定子和转子合装过程中压力变化的压力传感器5，见附图1所
示，压力传感器5与PLC信号连接，举升缸21则可在PLC的控制下根据压力传感器5提供的压
力信号对定子中心的高度作出适应性的调整。

[0068] 压力传感器5宜设置在工作平台23正中心的对应位置，以便准确监测压力变化。

[0069] 压力传感器5的设置，使本设备具备了柔顺装配的功能，当然此为主动柔顺控制，事实上本设备也可通过增加一些辅助柔顺机构来实现被动柔顺控制，在此不作赘述。

[0070] 事实上，定子和转子的合装过程可采用PLC全程自动控制，也可采用人工点动操作，依操作者需求来定。

[0071] 本合装设备的工作过程如下：

[0072] 工人手动或采用机器人将定子置于工装板11上并将该工装板11送至与工作平台23接触，PLC即控制链条链轮装置的伺服电机12工作使驱动轮13驱动工装板11在工作平台
23上作Y轴方向移动，直至定子的水平定位面32与定位挡板31接触时伺服电机12停止工作，
此时定位挡板31上的激光位移传感器35根据定子的高度定位面34测量出定子的定位面高
度，并即时反馈给PLC，PLC即结合该定位面高度值及本合装设备的合装高度值进行计算得
出定子中心高并控制举升缸21举升工作平台23使定子作Z轴方向位移并到达该定子中心高
度处，随后PLC再控制夹紧气缸33工作实现工装板11与工作平台23之间的相对静止。此后，
PLC发出指令使举升缸安装底板22沿第二滑台42滑移(即X轴方向滑移)至靠近第二顶尖44
的滑台滑移终端，以此为将要进入合装设备的转子让出夹持空间。转子通过工人手动或采
用机器人送入合装设备，即持握转子使其中心对准第一顶尖43定位装夹，PLC随后控制第二
滑台42沿第一滑台41移动使第二顶尖44靠近第一顶尖43实现对转子的稳定夹持(稳定夹持
后工人的手或机器人可离开转子)，再之后PLC将控制举升缸安装底板22朝靠近第一顶尖43
的方向沿第二滑台42滑移来完成定子和转子的合装(举升缸安装底板在第二滑台上的滑移
距离由PLC计算得出)，当然，在定子和转子的合装过程中，压力传感器5可即时监测合装过
程中的压力变化，举升缸21则可在PLC的控制下根据压力传感器5提供的压力信号对定子中
心的高度作出适应性的调整，以确保合装过程顺利进行。定子和转子合装完成后，PLC控制
第二滑台42沿第一滑台41作远离第一顶尖43方向的滑移，使合装好的电机脱离第一顶尖43
的夹持限制，然后PLC再控制举升缸安装底板22沿第二滑台42作远离第二顶尖44方向的滑
移，该滑移距离无需很大，只需使转子脱离第二顶尖44的夹持限制即可，随后PLC再控制举
升缸21作复位动作使工作平台23下降至原水平传送高度，最后通过工人手动或机器人将电
机及工装板11从工作平台上移除即完成了电机定子和转子的整个合装过程。

[0073] 本合装设备自动控制性强，可与电机的组装输送线进行连线运转，考虑到本合装设备需要适应不同款式或型号电机的定转子合装，因此本合装设备设置的合装高度一般较
高，定子高度举升模块作为定子作Z向移动的执行机构，其工作平台处于未被举升状态时则
正好与电机组装输送线等高，以便顺利承接工装板进入合装设备。

[0074] 本合装设备兼具柔性闭环控制和柔顺装配的功能，通过将转子中心位置固定，根据需合装电机的型号，设备自动调整定子的中心至与转子同轴，达到不同型号和款式的电
机合装的自适应目的(可兼容多款城轨/标动电机的合装)，同时结合压力传感器的信号反
馈及时对工作平台的高度作出调整，使定子和转子的合装精准顺利地进行，有效提高电机
装配质量。

[0075] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还
可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在
本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要
求的保护范围之内。