阅读说明：本技术 用于缠绕线圈的装置和方法 (Apparatus and method for winding coil ) 是由 F.W.科楚尔 于 2018-05-17 设计创作，主要内容包括：一种用于缠绕丝状材料的装置,包括可绕主轴旋转轴线旋转的心轴和相对于主轴轴线在一定距离处往复运动的导线器,从而以8字形线圈配置缠绕丝状材料,其中放线孔从线圈的内绕组径向延伸到外绕组。该装置包括测量设备和控制器,测量设备用于在线圈缠绕在心轴上时测量线圈的直径,控制器用于基于测量的线圈直径控制导线器相对于心轴旋转的往复移动。测量设备可以包括第一传感器和第二传感器,第一传感器被配置为测量围绕心轴缠绕的丝状材料的长度,第二传感器被配置为在围绕所述心轴缠绕所述长度的丝状材料期间测量所述心轴的角位移。(An apparatus for winding filamentary material comprising a spindle rotatable about a spindle axis of rotation and a wire guide reciprocating at a distance relative to the spindle axis to wind filamentary material in a figure-8 coil configuration with a wire discharge aperture extending radially from an inner winding to an outer winding of the coil. The apparatus includes a measuring device for measuring a diameter of the coil as the coil is wound on the mandrel, and a controller for controlling the reciprocating movement of the wire guide in rotation relative to the mandrel based on the measured diameter of the coil. The measuring device may include a first sensor configured to measure a length of filamentary material wound around a mandrel and a second sensor configured to measure an angular displacement of the mandrel during winding of the length of filamentary material around the mandrel.)

用于缠绕线圈的装置和方法

技术领域

本申请涉及用于缠绕线圈的装置和方法。更具体地，本申请涉及一种用于控制线圈绕组参数的装置和方法。

背景技术

授予Taylor的美国专利#2,634,922描述了以8字形图案围绕心轴缠绕柔性线、线缆或丝状材料，从而获得丝状材料包装，该包装具有围绕中心核心空间的多层。通过旋转心轴并通过可控地移动相对于心轴侧向引导线的导线器，8字形图案的层设置有对准孔(累积为“放线孔”)，使得柔性材料的内端可以通过放线孔被拉出。当以这种方式缠绕线的包装时，线可以通过放线孔退绕，而不旋转该包装，不将旋转（即扭转)施加于围绕其轴线的线中，并且也不扭结。这向线的使用者提供了一个较大的优点。以这种方式缠绕并且从内向外分配而没有扭转、缠结、绊住或超限的线圈在本领域中被称为REELEX(Reelex PackagingSolutions, Inc.的商标)型线圈。REELEX型线圈被缠绕以形成大体上较短的中空圆柱体，其中径向开口形成在圆柱体的中部中的一个位置处。放线管可位于径向开口中，且构成线圈的线的端部可通过放线管给送以易于分配线。

美国专利5,470,026描述了一种具有放线孔的线圈，该放线孔在第一层中具有较大的角度开口，并且在围绕内层缠绕的层中角度大小减小，并且还描述了在线圈缠绕期间由于线圈层的自然转移而导致的放线孔角度的校正。角度大小的减小控制称为“孔锥度”的参数，而放线孔角度的校正控制称为“孔转移”的参数。以前，孔锥度和孔转移是根据线圈缠绕时线圈的预测直径计算的。线圈的假设或预测直径基于计数铺设在缠绕心轴上的线层数，并将该数乘以线的直径，以下称为“每层”方法或方案。

美国专利7,249,726描述了称为“密度”的另一个线圈绕组参数。Reelex线圈是通过使用称为“增益”或“导线器速度偏移”或“速度偏移”的线圈参数围绕线圈圆周径向放置多个8字形来生产的。例如，如果使用速度偏移来生产线圈，该速度偏移将8字形分开30°，那么这些8字形将在直径为8英寸的心轴上分开2.094英寸，并且当线圈直径达到16英寸时，分开4.188英寸。结果，在线圈的外(相对于线圈中心在径向上)层中，线圈的“密度”就8字形数量而言较低。密度参数已经被用来控制(即，减少)缠绕线圈的每一层之后的速度偏移，使得随着线圈层数的增加，可形成8字形数量增加的线圈。结果，随着线圈层计数的增加，8字形之间的角度空间减小，第一层之后的层密度增加。

当使用将丝状材料缠绕成线圈的现有方法时，参数即孔转移、保持锥度、密度和导线器速度偏移中的每一个相互作用。众所周知，在缠绕线圈的每一层之后，调整孔转移、密度和孔锥度参数，以获得具有直径相对均匀的相对直(径向)放线孔的相对紧凑的线圈。对每一层的孔转移、密度和孔锥度参数进行的调整量是基于预测线圈直径，预测线圈直径是基于被缠绕的丝状材料的直径和线圈中的层数。

发明内容

本发明内容提供成介绍一组下文在详细描述中进一步描述的构想。此发明内容不旨在确定要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用作限制要求保护的主题的范围的辅助。

线圈直径的实际测量值是在线圈缠绕过程中得出并跟踪的。线圈直径的实际测量值可以与线圈直径、速度偏移、孔转移、密度和孔锥度之间的现有函数关系一起使用，以控制线圈的缠绕。然而，通过测量缠绕过程中任何点的实际线圈直径，其他缠绕参数的确定不会像使用线圈直径预测值时那样受到共同影响。因此，通过测量线圈的实际直径，可以独立地改变每个缠绕参数，以实现特定的线圈配置。

根据本公开的一个方面，本文提供了该公开的进一步细节，一种用于缠绕丝状材料的装置包括心轴和导线器，心轴可绕主轴旋转轴线旋转，导线器相对于主轴轴线在一定距离处往复运动，以将丝状材料以8字形线圈配置缠绕，其中放线孔从线圈的内绕组径向延伸到外绕组。该装置包括测量设备和控制器，测量设备用于在线圈围绕心轴缠绕时测量线圈的直径，控制器用于基于测量的线圈直径控制导线器相对于心轴的旋转的往复运动，以将丝状材料以8字形配置的线圈缠绕在心轴上，从而形成具有恒定直径的径向放线孔。该测量设备包括第一传感器和第二传感器，第一传感器被配置成测量围绕心轴缠绕的丝状材料的长度，第二传感器被配置成测量对应于围绕心轴缠绕的丝状材料的长度的心轴的角位移。

在一个实施例中，第一传感器包括编码器，该编码器被配置为生成对应于围绕心轴缠绕的丝状材料的长度的一系列脉冲。在一个实施例中，第二传感器包括编码器，该编码器被配置为生成对应于心轴的角位移的一系列脉冲。在一个实施例中，测量设备包括直径确定单元，用于基于由第一传感器围绕心轴缠绕的丝状材料的长度和由第二传感器测量的心轴的角位移来确定线圈的直径。

在一个实施例中，控制器被配置成以8字形配置的线圈将丝状材料缠绕在心轴上，以形成具有直配置的径向放线孔。在一个实施例中，控制器被配置成将丝状材料以8字形配置的线圈缠绕在心轴上，使得线圈每层中的8字形的数量从线圈的内绕组向线圈的外绕组增加。在一个实施例中，每层中的8字形的数量从线圈的内绕组向线圈的外绕组线性增加。在一个实施例中，每层中的8字形的数量从线圈的内绕组向线圈的外绕组非线性增加。

根据另一个方面，本文描述了其进一步的细节，一种将丝状材料缠绕在心轴上的方法，该心轴可围绕主轴旋转轴线旋转，以及导线器相对于主轴轴线在一定距离处往复运动，以将丝状材料以8字形线圈配置缠绕，其中径向放线孔从所述线圈的内绕组径向延伸到外绕组，该方法包括控制心轴围绕主轴旋转轴线的旋转，以围绕心轴缠绕丝状材料。此外，该方法包括当丝状材料围绕心轴缠绕时测量线圈的直径，并且基于直径的测量值来控制导线器相对于心轴旋转的往复运动，以将丝状材料缠绕在心轴上，从而形成具有恒定直径的径向放线孔。

附图说明

图1示出了形成的现有技术线圈，其中放线孔偏移。

图2是根据本公开一个方面的缠绕系统的实施例的一部分的示意图。

图3以框图格式示出了根据本公开一个方面的缠绕装置的实施例。

图4示出了在线圈缠绕期间生成恒定直径的放线孔所涉及的各种参数之间的关系。

图5是任意导线器运动时主轴的相对位移与总行程距离关系的曲线图。

图6示出了利用本公开的缠绕装置形成的线圈，该线圈具有直的放线孔。

具体实施方式

在描述改进的缠绕系统之前，理解缠绕系统隐含的一些基本理论是有用的。如前所讨论，为了缠绕8字形线圈，已知的是调适孔转移、密度和孔锥度。每层的调整量都是基于预测的线圈直径。然而，线圈直径是基于线圈直径随线圈的每层线性增加的不准确假设(假设每层整齐地堆叠在前一内层上)以及仅基于被缠绕的线的直径的可预测量来预测的。由于各种原因，基于被缠绕的线的构造，该假设是不准确的，并且因为当上述参数偏离它们更准确地预测线圈直径的特定范围时，该假设不成立。

例如，被缠绕的丝状材料的性质(“刚度”、滑动性、可压缩性)、线张力和导线器速度偏移可能是导致预测线圈直径与实际线圈直径之间偏差的因素。在速度偏移的情况下，增加速度偏移可以导致缠绕在线圈每层中的8字形的数量减少，使得在每层中可能存在由外层的8字形占据的开放空间(即，在所有情况下，这些层并不是整齐地一个堆叠在另一个上)。例如，如果将十二个8字形缠绕在第一层中直径为8英寸的心轴上，缠绕长度可以计算为50.27英尺(忽略放线孔将使用的空间)。基于12个8字形，8字形之间的空间是周长的2.09英寸(因为12个8字形转换成30°间距，这对应于周长的2.09英寸)。由于8字形之间的空间是2.09英寸，合理的假设可能是缠绕在该第一层顶部的层可能具有来自第一层的足够基础，从而允许假设下一层将位于更大的直径，该更大的直径等于心轴直径加上丝状材料(即线或线缆)直径的两倍的总和。这允许计算出缠绕在下一层中的产品长度将等于另一个50.27英尺+(2·pi·8字形的数量·2·丝状材料直径)英尺。因此，如果产品直径为0.3英寸，并且在下一层缠绕了12个8字形，那么下一层将比紧接在它下面的层多3.77英尺(2·pi·12·2·0.3/12)。然而，如果第一层只用五个8字形缠绕，那么8字形之间的空间超过5英寸。这意味着，当第一层位于实心心轴上时，第二层在其下方的8字形之间经历长跨距，在此处它没有被丝状材料支撑，并因此当附加的丝状材料缠绕在其上时，第二层可能会被向内压缩。在这种情况下，第三层将没有坚实的基础，因为第二层将很少或没有被支撑。此外，由于第二层和第三层的支撑的可变性，很难知道第二层和第三层的实际直径，并且直径测量值的不确定性随着附加的层被缠绕和压缩下面的层而增加。

上述情况随着绕组线张力和产品可压缩性的变化而变得更加复杂。事实上，一些丝状材料相对容易压缩，使得例如在未压缩状态下直径可能测量值比如为0.230英寸的材料压缩或变平至0.210英寸。

下面的示例说明了线圈形成参数中的一些的相互影响和在本文引用的现有技术专利中使用的公式。下表1列出了用于该示例的参数。

心轴直径	8英寸
		产品直径	0.25英寸
导线器速度偏移	4.0%
		孔大小	90°
线圈长度	1000英尺

表1。

给定示例参数，基于现有技术的计算，将预期线圈直径为大约16.36英寸(大约16层缠绕产品)。如果导线器速度偏移从4%加倍到8%，则每层中8字形的数量将减半，因此需要更多的层(大约27层)来完全缠绕整个丝状材料长度。具体而言，在这种情况下，用于预测线圈直径的现有技术Reelex公式将预测最终线圈直径将为21.71英寸。然而，根据经验，这种预测的直径大小变化实际上并没有发生。相反，缠绕期间的线的线性张力径向压缩线圈，使得线圈的实际直径小于预测直径。

此外，由于线圈的直径被用作确定用于缠绕线圈的其他参数的输入，这些参数也可能受到线圈直径不准确的影响，导致所缠绕的线圈具有未径向对准的放线孔(放线孔可能沿径向方向弯曲，如图1所示)和/或具有非预期尺寸的线圈(最终直径可能小于预测值)。

使用上述示例中的参数，如果放线孔需要从直径为8英寸的心轴的起点转移64°到其直径为16英寸的完成点，则放线孔需要以大约每层4°的速率(或每英寸线圈壁16°的速率)进行“校正”或偏置。在缠绕过程中，绕线机将每层完成后的放线孔(或层)转移4°。然而，如果速度偏移加倍到8.0%，则放线孔将转移108°(27层·每层4°)。虽然对于21英寸的线圈直径而言这是正确的，但是如上文所提到的，由于线性张力，线圈可能小于21英寸，因此这可能是不正确的。如果根据过去的经验证据，假设实际成品线圈的直径为17.5英寸(而不是21英寸)，则适当的总孔转移大约为76°。然而，如果每层转移4°，这将导致转移过远的大约32°的放线孔。为了补偿这种超出，一种趋势是在缠绕的27层(27层·2.8°= 75.6°)上使用稍微低一些的每层2.8°的孔转移值。

此外，由于线圈的可压缩性，虽然第一层将在正确的位置具有放线孔，但是第二层将接近正确的直径，并且应该具有4°的转移，但是仅具有2.8°的转移。相反，第二层可能需要3.9°的转移，而不是2.8°。在缠绕过程中的某处时，所需要的转移和实际的转移将是相同的，其后情况会发生逆转。如果在缠绕期间没有调整孔转移，则放线孔将首先远离导线器转移(而不是径向转移)，并将继续以这种方式转移，但是转移得越来越少，直到线圈直径以2.8°的转移量为正确量的速率增长的那个点。然后它将开始向导线器倾斜。因此，线圈将具有弯曲的放线孔，而不是直的放线孔；首先在线圈缠绕的相同方向上，然后在相反方向上，如图1所示。

当应用于孔锥度时，使用这种每层方案也存在类似的问题。与孔锥度相关的一个问题是，当使放线孔更小时，线圈直径会稍微减小，因为放置缠绕的丝状材料的线圈面积增加了。重复使用上述示例的表1中的参数，如果假设起始放线孔角度大小为90°，那么在8英寸心轴的表面上产生的开口将具有6.28英寸的直径，并且将对应于16英寸的线圈直径的12.56英寸的开口大小。如果希望在放线孔的整个径向长度上保持6.28英寸的放线孔大小，当线圈直径达到16英寸时，放线孔角度大小需要为45°。然而，根据理论计算，线圈直径将减小约1/2英寸。这将需要46.4°的稍大的最终放线孔角度大小。通过对孔锥度应用与应用于孔转移相同的推理，并使用8.0%的导线器速度偏移，可以计算出大约34°的最终放线孔角度大小(对于直径为21英寸的线圈)。放线孔角度需要在27层上每层减少2.07°。然而，线圈直径将不会是21英寸——考虑到孔锥度导致的直径减小，可能略微更接近17英寸(基于经验证据的量)，这意味着最终放线孔角度大小应该是大约42°。差值(8°)相当于一个比放线孔原本应该的周长小大约1.18英寸的放线孔。因此，当线圈直径达到17英寸时，为了最终具有适当大小的放线孔需要每层大约1.78°的孔锥度。因此，每层方案的使用将产生一个放线孔，该放线孔在开始时是正确的，在中间扩大，并且随着线圈缠绕过程的进行又变小。如果孔转移的影响与孔锥度的影响相结合，结果是孔最靠近导线器的一侧可以开始是直的，然后远离导线器弯曲并且再返回。放线孔的另一侧将更加向外远离导线器倾斜，然后在外层中返回。

在上述示例中，在整个线圈缠绕过程中，导线器速度偏移保持恒定，这意味着每个8字形之间的径向间距在各层之间是相同的。密度参数与导线器速度偏移相关，因为密度参数在线圈的每层基础上有效地调整(例如，减小)导线器速度偏移，因此随着线圈层数在缠绕期间增加，减小了8字形之间的径向间距。结果是每一个经过层缠绕更多的丝状材料，不仅因为每一层的线圈直径更大，而且因为随着线圈直径生长，8字形的数量也增加。因此，线圈比在缠绕期间导线器速度偏移保持恒定时更“密集”。使线圈更密集的一个影响是，它减少了完成线圈所需的层数，并因此减小了线圈直径，而线圈直径减小又改变了上述对孔转移和孔锥度的Reelex计算。此外，线圈在内层中生长得更快，而随着线圈直径生长的增加生长得更慢。

现有密度实施方式存在局限性，其中导线器速度偏移随每层以一常数因子成比例降低。这个问题如下所示。如专利# 7,249,726中所描述，对于3.0%的导线器偏移速度，将围绕第一层线圈径向分布的8字形数量将为16.67(1/(2·3%/100)。对于这种解释，围绕放线孔使用的丝状材料的量被忽略，因为对于这种分析，感兴趣的仅仅是围绕线圈(或心轴)圆周的8字形之间的间隔，以度为单位。如果对导线器速度偏移应用0.2%的密度因子，则第二层将使用2.8% (3% - 0.2%)的导线器速度偏移产生。这产生了具有17.8571个8字形的第二层。如果导线器速度偏移以同样的方式以密度因子0.06连续减小，则每层的8字形数量变化如下:19.23、20.83、22.73、25.00、27.78、31.25、35.71、41.67、50.00、62.50、83.33、125.00、250.00。

因此，随着层数的增加，由0.2%的密度因子引起的速度偏移的0.2%的小变化对每层中8字形的数量有更大的影响。例如，到第15层时，机器仅使用0.2%的导线器速度偏移，并将尝试将250个8字形放置在该层中。此外，对于第十六层，8字形的方程式变得无法限定(分母变为零)。因此，通过将每层的速度偏移降低一个常数来控制密度的方法会在计算中产生失控情况。最明显的不一致性可以在上面的层15的示例中看到。在该层中有250个8字形(假设线圈直径为15英寸)，仅在该层中缠绕的材料量就几乎是2000英尺，这是没有意义的，因为在这些示例中进行的计算是针对1000英尺的线圈。

利用图2和3的系统10克服了这些问题和缺陷。图2示出了根据本公开的一个方面的缠绕系统10的一部分的示意图。该系统包括由主轴31驱动的心轴31A，用于将丝状材料29(例如，线或线缆)缠绕成线圈35。该系统10包括长度计数器24、往复运动导线器32和可选的弹簧加载缓冲器26。当心轴31A由主轴31驱动时(图2中顺时针方向)，被缠绕的丝状材料29穿过长度计数器24、缓冲器26和导线器32。当心轴31A绕其轴线(例如，图2中的顺时针方向)旋转时，导线器32往复运动(进出图2的页面和在图3中的从右到左到右)，使得丝状材料29围绕心轴31A以8字形图案铺设。

计数器24可以包括一对轮子24A或滑轮，丝状材料29在它们之间通过，使得轮子绕它们相应的轴线旋转。轮子24A具有已知的固定周长，使得轮子24A的每转对应于等于轮子24A之一的周长的放出的纤维材料29的长度。在一个实施例中，长度计数器24包括确定性高优先级硬件编码器中断，其创建长度计数器脉冲或信号并将其发送到控制器30(图3)，控制器30在信号或脉冲到达的微秒内确认该信号或脉冲。长度计数器24提供对应于丝状材料29的长度的可以是任意合理分辨率的脉冲。仅作为示例而非限制，分辨率可以是每线性英尺丝状材料29 为1至200个脉冲。使用的编码器可以类似于Sagle, Idaho的EncoderProducts Company的TR1型号的编码器。在一个实施例中，增量轴编码器可以附连到轮子24A之一。此外，在一个实施例中，霍尔效应设备可以与安装在轮子24A的旋转轴上的磁体一起使用。此外，也可以使用利用多普勒技术的激光型长度计数器。比例因子可以应用于这些脉冲，以提供更准确的测量值。在以下示例中，使用的分辨率为每线性英尺四个脉冲。因此，记录的每个中断脉冲代表缠绕在心轴31A上的0.25英尺丝状材料29的增量。

编码器33通过任何方式(例如，直接、齿轮、皮带等)连接到主轴31，编码器33会能够对每个主轴绕转编码360个脉冲。由编码器33生成的脉冲由控制器30(图3)计数，使得在每个长度计数器中断脉冲之间，心轴31A以及因此心轴31A上的线圈35的旋转位移是已知的(例如，以度为单位)。因此，每次接收到长度中断脉冲时，将当前编码器脉冲计数与先前编码器脉冲计数进行比较，以获得心轴或线圈位移（以度数为单位）。心轴31A或线圈35的角位移和中断脉冲之间丝状材料29的测量长度可用于测量线圈周长，并从而测量线圈直径，该线圈直径被假设为在当前编码器计数与先前编码器计数之间是恒定的。例如，当长度计数器24触发长度计数器中断时，控制器30(图3)将线圈的测量长度增加0.25英尺。控制器30(图3)还从编码器33读取当前主轴计数，并减去与先前长度计数器中断同时记录的先前主轴计数。在这个示例中，差值是25度。因此，0.25英尺横跨线圈周长(360度)的25度延伸。因此，在中断脉冲之间缠绕的丝状材料29的长度(0.25英尺)大约等于线圈周长的0.069 (25/360)。因此，长度中断之间的线圈周长C约为3.63英尺或43.48英寸，并且线圈直径D (D=C/pi)约为13.85英寸。这种直径测量值在中断脉冲之间可以被认为是常数。应当理解，随着中断脉冲分辨率的增加，线圈直径测量值向线圈直径更瞬时的测量值收敛。

虽然线圈直径的测量值比基于线圈层和丝状材料直径预测线圈直径更准确，但是由于缠绕系统的细节，测量值可能仍然具有有限的不准确性，如下文更详细描述。

例如，由于导线器32的往复运动和其他线圈缠绕过程操作，所以在该系统中缓冲器松紧调节器26被放置在长度计数器24与导线器32之间，如图2所示。在一个实施例中，缓冲器26包括弹簧加载并包含槽轮26A和26B的可移动块单元。当导线器32往复运动时，它引起长度计数器与线圈/心轴表面之间的丝状材料线速度和长度的变化。缓冲器26的作用是克服其弹簧26C用于响应于缠绕过程引起的长度和速度变化使块和槽轮26A和26B移动得更近或分开更远。

由于离长度计数器24和线圈35的表面的距离不断变化，所以缓冲器26的操作会在测量线圈直径时产生复杂的情况。在一个实施例中，控制器30(图3)可以存储在若干长度中断脉冲中主轴编码器计数的结果，并对它们进行平均，从而计算线圈直径的运行平均值，并用于需要知道线圈直径的其他计算中。在一个实施例中，对于线圈直径的运行平均值，对十个主轴编码器计数进行平均。结果是一个长度计数器中断脉冲对着的丝状材料29的长度的度数的运行平均值，如上所讨论，其可用于确定线圈直径。

能够影响线圈直径测量准确度的另一个因素是丝状材料29以8字形缠绕，8字形绕线圈具有迂回路径，并且比线圈的实际周长稍长。这种差异可以通过对计算的周长(以及因此对直径)应用比例因子来解决，诸如通过将其按比例调整到0.99(计算值减少1%)。

一旦如本文所描述测量(和/或按比例调整)线圈直径，线圈直径可用于计算和更新上述参数:孔转移、孔锥度和密度。例如，在美国专利5,470,026 (其全部内容以引用的方式并入到本文中)中，线圈直径(D)是以下公式中的变量，以确定放线孔直径和缠绕材料与放线孔处线圈中心线之间的孔角度“a”。然而，不是像以前所进行的那样基于线圈层和丝状材料直径(每层方案)来预测线圈直径，而是可以基于线圈直径的实时(运行平均)测量值来连续确定孔角度“a”。

由于线圈的直径使用上述方法是已知的，所以可以将以下方程式作为确定角度“a”的方程组来求解，其中以下变量和常数用于方程中，并且参照图4所示的放线孔示出。

P<sub>0</sub>	初始放线孔大小
		P	放线孔大小
M<sub>W</sub>	心轴宽度
		D	心轴/线圈直径
W	放线孔宽度
		w	W/2
r	放线管半径
		L	放线孔长度
H	L/2
		a	缠绕的丝状材料与放线孔处的线圈中心线之间的角度

在一个实施例中，假设导线器输出是正弦的，使得线圈图案也是正弦的。正弦位移在图5中示出，并且由以下方程式限定:

其中Y_c被定义为相对于导线器中心位置的导线器位移并且x定义为用于8字形的导线器的累积位移。

其中

和

使得当x = 0时，方程式(4)简化为

此外，如果线圈表面上的放线孔(L)的长度是已知的，并且线圈直径是根据本文描述的方法确定的，那么放线孔角度P可以从以下方程式计算，

方程组的其余方程包括:

。

方程式(8)示出了放线孔角度大小(P)、心轴宽度(M_w)、线圈直径(D)和放线管半径(r)之间的关系。方程式(8)中使用的线圈直径(D)根据本文描述的方法测量。使用方程式(8)，放线孔角度大小(P)可以在整个缠绕过程中连续计算。

在一个实施例中，放线孔开口大小(L)在放线孔的整个长度上保持恒定。以下示例方法可用于形成具有恒定孔开口大小的线圈。如果使用直径为8英寸的心轴，并且放线孔角度大小为九十（90）度，则心轴表面上的开口（L）将为6.28英寸。如上所描述，为了产生直径大致均匀的放线孔，对于线圈的每一层，放线孔角度大小根据过程的计算线圈直径而减小。作为示例，如果确定下一层直径确定为8.55英寸，则根据方程式(6)，保持6.28英寸开口所需的对应孔角度大小将为84.2度((360·6.28) / (8.55·pi))。此外，如果下一个测量直径是9.04英寸，那么放线孔角度大小将减小到79.6度((360 · 6.28) / (9.04 · 3.14))并以此类推。

线圈的密度也可以由如本文所描述准确地确定线圈直径来提高。如上所述，密度参数的常见用途是在线圈的每一层中保持8字形之间的间距基本恒定。由于基于线圈层数和丝状材料直径来预测线圈直径的不准确性，现有线圈缠绕方法实际上不能实现这一点。导线器速度偏移通常由两个参数规定:上速度偏移(也称为“上比率”和“正提前”)和下速度偏移(也称为“下比率”和“负提前”)。线圈缠绕过程在缠绕线圈的第一层(和奇数层)时使用上速度偏移，并且在缠绕线圈的第二层(和偶数层)时使用下速度偏移。

以下示例说明了上速度偏移和下速度偏移的使用。线圈任何一层中8字形之间的间距可通过以下方程式计算:

间距=2·速度偏移百分比/100·D·pi (10)

在该示例中，上速度偏移设置为3.5%，以及下速度偏移设置为3.2%。此外，出于该示例的目的，假设心轴具有8英寸的直径，并且线圈的周长和直径每秒计算大约100次。因此，对于线圈的第一层，基于计算的线圈/心轴直径和3.5%的初始上速度偏移，计算8字形之间的间距(例如，以英寸为单位)。在这个示例中，8字形之间的间距被计算为1.76 (2·(3.5%/100)·8 英寸·pi)。对于第二层，当过程切换到下速度偏移时，重复相同的计算(例如，方程式(10))，但是更新的线圈直径大于先前计算中使用的直径(即，初始直径等于心轴直径)，因为第一层就位，并且第二层缠绕在其顶部上。在这个示例中，如果第二层的直径被确定为8.46英寸，则8字形之间的间距是1.70英寸 (2·3.2%/100·8.46英寸·pi)。对于本例中的第三层，线圈直径可以计算为8.92英寸。如果8字形之间的间距保持在1.76英寸，那么基于求解速度偏移的方程式(10)，上速度偏移必须从3.5%变为3.1%(1.76英寸/ 2·8.92英寸·pi·100)。下表2列出了偏移、8字形间距和每层8字形数量。

层	偏移（%）	8字形间距（英寸）	8字形数量
				1	3.5	1.76	14.28
2	3.2	1.70	15.63
				3	3.14	1.74	15.92
4	2.88	1.71	17.33
				5	2.85	1.79	17.56
6	2.63	1.68	19.03
				7	2.60	1.76	19.21
8	2.41	1.69	20.73
				9	2.40	1.76	20.85
10	2.23	1.68	22.43
				11	2.22	1.74	22.49
12	2.07	1.72	24.13

表2。

使用如图6所示的示例尺寸形成的线圈具有直的(径向)放线孔100，该放线孔不受孔锥度或密度的影响，并且可以接收直的放线管105。使用这种方法形成的线圈108将比使用现有方法更稳定，现有方法倾向于将外层中8字形的数量增加到更高的值。

虽然缠绕线圈时通常需要恒定直径的放线孔和恒定的8字形间距，但也可能存在可能需要生产具有不同参数的线圈的情况。例如，众所周知，某些高速数据传送线缆可能会因线缠绕方式而受损(其传输特性受损)。更具体地说，关于Reelex线圈，已知即使导线器速度偏移被设置为类似直径的非信号传送线缆的“正常”范围内的值，也可能导致这种损坏。当缠绕线缆时，它会在8字形的交叉点处轻微弯曲。如果围绕线圈圆周径向分布的8字形太多，则交叉点的紧密靠近导致线缆更严重的弯曲，这可能损坏线缆。因此，大多数损坏发生在缠绕的线缆的第一内层上。这个问题的一个解决方案是在整个线圈缠绕过程中使用恒定的、非常高的导线器速度偏移。这种解决方案产生的线圈比导线器速度偏移较低时更大。然而，通过使用本文描述的方法和装置准确地知道线圈的直径，可以将导线器速度偏移从缠绕内层时的较高值改变到缠绕外层时的较低值，从而保护内层免于过度弯曲，而不产生具有的直径与相同长度的现有技术线圈一样大的线圈，其中现有技术的线圈使用均匀的、更大的导线器速度偏移来缠绕。此外，这可以在不影响孔锥度或孔转移的情况下实现。

在一个示例中，预定的导线器速度偏移对线圈直径的分布关系可用于产生线圈的内绕组或内层的8字形之间的间距非常高并且线圈的外绕组或外层的8字形之间的间距减小的线圈。这种分布关系可以实现为查找表或函数关系，以便于计算机实施。计算速度偏移对线圈直径的方法示例如下。假设内层需要8%的速度偏移，并且速度偏移将随着线圈直径成比例减小，直到线圈达到13英寸。在到达13英寸后，线圈将具有1.76英寸的恒定的8字形间距。0至13英寸的线圈直径之间的速度偏移公式为:

速度偏移= 6.2·(13 - D)/5 +1.8 (11)

然后，对于大于13英寸的直径，如上本文所描述，基于8字形之间的恒定间距计算速度偏移的方法能够被实施。因此，密度分布关系(层对速度偏移%)可以如下表3所示。

层	速度偏移%
		1	8
2	7.4
		3	6.9
4	5.7
		5	5.1
6	4.6
		7	4
8	3.4
		9	2.9
10	2.3
		11	2.2
12	2.1
		13	2.1
14	2.0

表3。

关于如图3所示的绕线机10的示意框图，控制器30可以分别用编码器33和34跟踪主轴31和导线器32的位移，尽管也可以使用其他设备，诸如电位计或分解器。必要的上速度偏移和下速度偏移(例如ADVANCES)用输入设备30A（诸如拇指轮开关、小键盘、计算机键盘、内部存储的数据库）输入，或者通过串行通信从数据库下载(图3中均未示出)。由丝状材料29的直径、心轴31A的直径以及导线器32离主轴31的表面31A的距离来计算ADVANCES。缠绕过程的各种参数经由显示器30B显示。

控制器30读取主轴31和导线器32的位置，并经由导线器驱动器40向导线器马达38提供参考信号41，这导致到导线器32的ADVANCE。当到了在绕组中形成放线孔的时候，控制器30切换ADVANCE 的方向(正或负)。上述操作对于缠绕领域的技术人员来说是已知的。主轴马达33由主轴驱动器42通过来自控制器30的参考信号43以缠绕领域已知的方式控制。

导线器32可以由曲柄臂35和连杆36驱动。当曲柄臂35和连杆36的这种布置由导线器马达38和凸轮箱39以 (曲柄臂36的)恒定的RPM驱动时，导线器32的运动可能产生畸变。凸轮箱39可以使用凸轮布置来消除这种畸变。

控制器30通过计数器电路44分别经由编码器34和33接收导线器马达38和主轴马达的相应位置的输入。可以通过对控制器30编程以求解上面的方程式(1)或者在计算机中提供“查找”表(诸如表3)来实现以编程的密度缠绕线圈，从而可以向导线器马达38和/或主轴马达33提供必要的ADVANCES。

在一个方面中，本文描述的绕线机10不应被认为局限于所描述的特定物理布局。绕线机特征的一些实际考虑如下。机械凸轮可以提供最高速度。也可以使用双皮带和单皮带导线器。电子凸轮可以提供一定的灵活量，但可能有速度限制。可以使用直流马达以及交流马达、步进马达或伺服马达。如果由机械凸轮驱动，导线器32可以用标准旋转马达(直流、交流、步进、伺服)来驱动。电子凸轮可以使用伺服马达或直线马达。

此外，应当理解，术语“控制器”不应被解释为将本文公开的实施例限制于任何特定的设备类型或系统。控制器可以包括计算机系统。计算机系统还可以包括用于执行上述方法和过程中任一个的计算机处理器(例如，微处理器、微控制器、数字信号处理器或通用计算机)。

计算机系统还可以包括存储器，诸如半导体存储设备(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM或闪存可编程RAM)、磁存储设备(例如，软盘或固定磁盘)、光存储设备(例如，CD-ROM)、PC卡(例如，PCMCIA卡)或其他存储设备。该存储器可用于存储例如来自传输的光信号、相对光信号和输出压力信号的数据。

如上所列，上述的方法和过程中的一些可以实施为与计算机处理器一起使用的计算机程序逻辑。计算机程序逻辑可以以各种形式实现，包括源代码形式或计算机可执行形式。源代码可以包括各种编程语言(例如，目标代码、汇编语言或高级语言，诸如，C、C++或JAVA)的一系列计算机程序指令。这种计算机指令可以存储在非暂时性计算机可读介质(例如，存储器)中，并由计算机处理器执行。计算机指令可以作为具有伴随的打印或者电子文档的可移除的存储介质(例如套装软件)以任何形式被分发，被预装有计算机系统(例如在系统ROM或者固定盘上)或者被从服务器或者电子公告牌通过通信系统(例如因特网或者万维网)分发。

控制器可以包括耦合到印刷电路板、集成电路(例如专用集成电路(ASIC))和/或可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列(FPGA))的分立电子元件。上述方法和过程中任一个都可以使用这样的逻辑设备来实现。

本文已经描述和说明了将丝状材料缠绕成线圈的装置和方法的几个实施例。虽然已经描述了特定的实施例，但并不意味着本发明局限于此，因为旨在本发明的范围应与本领域允许的一样宽，并且说明书应同样被阅读。因此，虽然已经公开了用于在缠绕过程中确定缠绕在心轴上的丝状材料长度的特定类型的设备，但是应当理解，也可以使用其他长度计数设备。因此，本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和所要求保护的范围的情况下，可以对所提供的发明进行其他修改。