УСТРОЙСТВО ДЛЯ РУЧНОЙ НАМОТКИ КАТУШЕК

Полезная модель относится к ручным станкам и может быть применена в электротехнической отрасли, например, для ручной намотки катушек трансформаторов, дросселей и других электротехнических моточных изделий.
Известно намоточное устройство с ручным приводом для радиолюбителей УНРП-1 [1. Паспорт «Устройство намоточное с ручным приводом для радиолюбителей УНРП-1», издательство «Пензенская правда», дата выпуска-1991 г.]. Это устройство содержит корпус с винтом зажима для крепления к плоскости стола, держатель катушки, счетчик витков, центральную и сменную ось и ручку. Сменная ось выбирается в зависимости от диаметра наматываемой катушки. Данное намоточное устройство предназначено для намотки катушек индуктивности, трансформаторов и т.п., разных диаметров и разнообразной формы. Однако для определения требуемого количества витков на наматываемой катушке требуется запомнить предыдущее показание счетчика, к которому надо прибавить заданное количество витков, то есть определить контрольное число и выставить контрольное число на счетчик, после чего производить намотку провода. Что в целом затрудняет контроль точности количества наматываемых витков и является утомительным для оператора.
Известен также станок для ручной намотки катушек трансформаторов [2. Журнал «Конструктор», 2003, №1, с.12-13], который взят за прототип. Станок содержит Z-образную станину, выполненную в виде двух пластин. Один конец станины служит для крепления станка к плоскости стола, а другой - для крепления счетчика витков. Счетчик витков механически связан с валом для наматываемой катушки и имеет кнопку сброса. Вал для наматываемой катушки с помощью втулки закреплен на станине с возможностью осевого вращения. На одном конце вала размещена ручка, а на другом конце - распорки для фиксирования наматываемой катушки. Станок имеет также держатель бобины с проволокой, один конец которого жестко связан со станиной. Известный станок [2] позволяет вручную осуществлять намотку катушек трансформаторов и является простым в изготовлении.
Однако механическая связь между осью для наматывания катушки и счетчиком количества витков, выполненная в виде пассика, натянутого на ролики, со временем становится ненадежной за счет изнашивания пассика. Это ухудшает точность подсчета намотанных витков, а значит, ухудшает качество изготовленных катушек. Кроме того, необходим постоянный контроль степени изношенности элементов механической связи (например, пассика), соединяющего между собой вал для наматывания катушки и механический счетчик количества витков. Ресурс счетчика зависит и определяется количеством срабатываний кнопки «сброс», что в целом снижает эксплуатационную надежность станка для ручной намотки.
Задачей и техническим результатом полезной модели является обеспечение стабильного качества ручной намотки провода при изготовлении электротехнических моточных изделий, путем повышения точности подсчета количества витков, при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства для ручной намотки.
Задача и технический результат достигаются следующим образом. Устройство для ручной намотки катушек, как и прототип, содержит станину, нижняя часть которой выполнена в виде пластины с креплением типа струбцина; вал для наматываемой катушки, один конец которого жестко связан с рукояткой для вращения вала, а другой конец служит для крепления сменной оснастки, фиксирующей наматываемую катушку, и счетчик витков, связанный с валом для наматываемой катушки.
В отличие от прототипа в заявляемой полезной модели верхняя часть станины выполнена в виде цилиндра, имеющего осевое отверстие, внутри которого концентрично расположен вал для наматываемой катушки. В валу для наматываемой катушки радиально выполнены сквозные отверстия, оси которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, проходят через ось вала для наматываемой катушки и имеют одинаковый угол наклона относительно оси вала. В цилиндре станины радиально выполнены отверстия, соответствующие сквозным отверстиям вала для наматываемой катушки, оси которых проходят через ось цилиндра и под углом относительно друг друга. На валу для наматываемой катушки выполнена канавка, а в цилиндре станины выполнено соответствующее отверстие для размещения в нем фиксирующего винта, который позволяет зафиксировать вал для наматываемой катушки таким образом, что отверстия в валу находятся под отверстиями в цилиндре соответственно. С одной стороны каждого из отверстий в цилиндре размещены светодиоды, а с противоположной стороны соответственно размещены фототранзисторы. Счетчик витков выполнен в виде электронной схемы, содержащей систему управления, источник питания, кнопку «сброс» и индикатор числа оборотов. Система управления имеет пять входов и четыре выхода. Первый вход питания системы управления связан с источником питания. Второй вход системы управления связан с кнопкой «сброс». Третий, четвертый и пятый входы системы управления соответственно соединены с соответствующими фототранзисторами. Первый выход системы управления соединен с индикатором числа оборотов. Второй, третий и четвертый выходы системы управления соединены соответственно со светодиодами.
В частном случае выполнения полезной модели другой конец вала для наматываемой катушки, имеет меньший диаметр и предназначен для крепления соответствующей сменной оснастки. Рукоятка выполнена с противовесом. Количество сквозных отверстий, выполненных на валу для наматываемой катушки, и в цилиндре станины, равно трем. Оси сквозных отверстий, выполненных в цилиндре станины, расположены радиально под углом 60° относительно друг друга. Источник питания выполнен в виде электрохимической батареи или аккумулятора. Система управления выполнена на основе микроконтроллера MC9S08QE32CLC с программным обеспечением.
Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемую полезную модель, среди известных технических решений заявителем не обнаружена, что подтверждает новизну полезной модели.
Техническая суть полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства для ручной намотки катушек.
Устройство для ручной намотки катушек фиг.1 содержит станину 1, нижняя часть которой выполнена в виде пластины с креплением типа струбцина для фиксации станины на плоскости стола, например, с помощью винта 2. Верхняя часть станины 1 выполнена в виде цилиндра 3, имеющего осевое отверстие, внутри которого концентрично размещен вал 4 для наматываемой катушки. Один конец вала 4 жестко связан с рукояткой 5, имеющей противовес 6. Другой конец 7 вала 4, имеет меньший диаметр и служит для крепления сменной оснастки. Вал 4 имеет три сквозные отверстия 8, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга, выполненные радиально под одним углом, оси которых проходят через ось вала 4. В цилиндре 3 станины 1 выполнены три сквозных отверстия 9, оси которых проходят через ось цилиндра 3, и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, равном расстоянию между отверстиями 8 в валу 4. Оси отверстий 9 расположены радиально под углом 60° относительно друг друга. На валу 4 выполнена канавка 10, а в цилиндре 3 соответствующее отверстие для размещения в нем фиксирующего винта 11, который позволяет зафиксировать вал 4 таким образом, что отверстия 8 вала 4 находятся под отверстиями 9 цилиндра 3. С одной стороны каждого из отверстий 9 размещены соответственно светодиоды 12, 13, 14. С противоположной стороны каждого из отверстий 9 размещены соответственно фототранзисторы 15, 16, 17. Пары светодиодов и фототранзисторов 12-15, 13-16, 14-17 образуют оптопары 18, 19, 20 соответственно, которые выступают в роли датчиков положения и направления вращения вала 4. К выходам 21, 22, 23 системы управления 24 подключены светодиоды оптопар 18, 19, 20 соответственно. К входам 25, 26, 27 системы управления 24 подключены фототранзисторы оптопар 18, 19, 20 соответственно. К входу 28 системы управления 24 подключен источник питания (электрохимическая батарея) 29. К входу 30 системы управления 24 подключена кнопка «сброс» 31. К выходу 32 системы управления 24 подключен трехразрядный семисегментный индикатор числа оборотов 33. В зависимости от формы и размеров катушки 34, на которую наматывается провод, используют соответствующую оснастку 35 или 36. Электронная схема, содержащая систему управления 24, выполненная на основе микроконтроллера MC9S08QE32CLC с программным обеспечением, источник питания (аккумуляторная батарея) 29, кнопка «сброс» 31 и индикатор числа оборотов 33 образуют счетчик витков.
Промышленная применимость и работа станка для ручной намотки катушек рассмотрена на конкретном примере. Для намотки катушки необходимо расположить станок на плоскости стола и зафиксировать его положение при помощи винта 2. После чего необходимо закрепить катушку на валу 4 или на другом конце 7 вала 4, при помощи оснасток 35 или 36. Сменная оснастка 35 имеет различные типы посадочных мест, отличающиеся размерами и форм фактором, зависящим от формы сечения магнитопровода наматываемой катушки. Сменная оснастка 35 выбирается в зависимости от типа сердечников, используемых в импульсных преобразователях, источниках питания и т.д. Оснастка 36 в данном примере выполнена в виде пирамидальных распорок и служит для крепления катушек различных габаритов. После подготовки провода к намотке, необходимо ослабить винт 11 для свободного осевого вращения вала 4, затем нажать кнопку «сброс» 31, при этом система управления 24 выйдет из «спящего» режима пониженного энергопотребления и выведет на индикатор числа оборотов 33 значение, которое было достигнуто до перехода в «спящий» режим. Для обнуления числа оборотов необходимо удерживать кнопку «сброс» 31 в течение трех секунд. После обнуления числа оборотов система управления 24 переходит в режим определения начального положения вала 4, которое будет являться точкой отсчета. При вращении рукоятки 5 оси отверстий 8 вала 4 поочередно совпадают с осями 9 цилиндра 3, тем самым светодиоды поочередно засвечивают фототранзисторы оптопар 18, 19, 20. При засвечивании фототранзисторы оптопар 18, 19, 20 переходят в открытое состояние. При совершении полного оборота вала 4 вокруг своей оси, фототранзисторы оптопар 18, 19, 20 открываются по два раза. Если открытое состояние любого из фототранзисторов оптопар 18, 19, 20 обозначить за некое событие, поступающее на входы 25, 26, 27 системы управления 24, то можно выделить шесть различных положений вала 4, которые соответствуют шести состояниям системы управления 24. При вращении вала 4, в зависимости от его начального положения открывается один из фототранзисторов оптопар 18, 19, 20. Это фиксируется системой управления 24, которая переходит в одно из шести состояний в зависимости от открывшегося фототранзистора оптопар 18, 19, 20. На основании этого события система управления 24 определяет начальное положение вала 4. При дальнейшем вращении вала 4 по мере поступления очередных событий от фототранзисторов оптопар 18, 19, 20 система управления 24 переходит в следующее или предыдущее состояние, в зависимости от направления вращения вала 4, и по достижении начального состояния увеличивает или уменьшат число оборотов, при этом обновляя это число на индикаторе 33. Для удобства процесса намотки предусмотрен противовес 6 на рукоятке 5, который позволяет валу 4 оставаться на месте в любом пространственном положении рукоятки 5. Для более жесткой фиксации вала 4 следует затянуть винт 11. После чего можно провести все необходимые операции по подготовке к последующей намотке, к примеру, добавить межслоевую изоляцию. По истечении 1 минуты простоя система управления 24 переходит в «спящий» режим пониженного энергопотребления. Текущее количество оборотов вала 4 запоминается, индикатор числа оборотов 33 отключается.
Сказанное выше подтверждает обеспечение точности подсчета витков за счет того, что в данном примере точность подсчета равна одной шестой оборота вала. Это определяется количеством отверстий в валу и соответствующих отверстий в цилиндре, а соответственно количеством оптопар, входов и выходов системы управления. Например, при увеличении количества отверстий и оптопар до 6 точность подсчета возрастет до одной двенадцатой оборота вала. За счет исключения механической связи между валом для наматываемой катушки и счетчиком повышается эксплуатационная надежность заявляемого устройства.