新型電機(jī)繞組設(shè)計(jì)與嵌裝方式研究

戚麗麗

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校軌道交通系，江蘇 常州213011）

0 引言

飛機(jī)或機(jī)器人用電機(jī)因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境的特殊性，要求體積小、重量輕、高質(zhì)性優(yōu)。交流發(fā)電機(jī)比起直流發(fā)電機(jī)有明顯優(yōu)越性，而且交流發(fā)電機(jī)的性能更可靠，維護(hù)周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量小，飛機(jī)上的控制系統(tǒng)供電發(fā)電機(jī)采用的就是交流發(fā)電機(jī)。對(duì)于交流發(fā)電機(jī)的線圈繞組，雙層疊繞繞組是最廣泛應(yīng)用的經(jīng)典繞組方式，盡管疊繞和波繞都可行，但波繞有它的缺陷，交流發(fā)電機(jī)繞組應(yīng)用中雙層疊繞更為廣泛接納。雙層疊繞又有整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽兩種，為了滿足相間對(duì)稱要求，每相的槽數(shù)必須相同且為整數(shù)。

該類電機(jī)在大修中需更換成套的線圈繞組，而線圈繞組制作和將線圈嵌放入電機(jī)鐵芯線槽有幾種工藝程序呢？本文將分別對(duì)傳統(tǒng)的獨(dú)立繞組方式和新設(shè)計(jì)的連續(xù)繞組方式做詳細(xì)講解，并給出實(shí)例對(duì)比分析。

1 傳統(tǒng)獨(dú)立線圈繞組方式

本例電機(jī)為三相交流電機(jī)，3對(duì)極（6極）定子繞組雙層疊繞嵌放在24個(gè)槽內(nèi)，由式（1）可知每相有18個(gè)線圈組。

由式（2）可知每個(gè)線圈組有4/3個(gè)線圈，而4/3不是整數(shù)，也就是說(shuō)每個(gè)線圈組的線圈數(shù)不是相同的。每相的24個(gè)線圈分成18個(gè)線圈組，其中有12個(gè)線圈組每組有1個(gè)線圈，另外6個(gè)線圈組每組有2個(gè)線圈。為了保持三相繞組在空間上的對(duì)稱和平衡，線圈繞組設(shè)計(jì)為211－121－112－211－121－112。

跨距計(jì)算公式如下：

傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式的工藝流程如圖1所示。

2 新連續(xù)繞組方式

2.1 新連續(xù)繞組方式的線圈連接

如同傳統(tǒng)獨(dú)立線圈繞組方式，繞組為雙層疊繞，設(shè)計(jì)為211－121－112－211－121－112，12個(gè)單線圈繞組和6個(gè)雙線圈繞組，共18個(gè)繞組構(gòu)成3相6極電機(jī)定子繞組。新連續(xù)繞組方式比傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式流程簡(jiǎn)單，少了很多步驟，節(jié)省了工時(shí)，節(jié)約了原材料。新連續(xù)繞組方式的工藝流程如圖2所示。

2.2 邊制作線圈邊嵌線

圖1 傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式的工藝流程

采用新連續(xù)繞組方式時(shí)，同一相繞組的所有線圈是連續(xù)的，漆包線只在同一相的所有線圈做完后截?cái)?，而三相繞組在定子槽內(nèi)空間上是均勻間隔分布的，所以每相要用一盤漆包線，三相繞組需要同時(shí)用到三盤漆包線。嵌線工人同時(shí)繞制嵌放三相繞組，在定子鐵芯側(cè)手工逐個(gè)制作線圈，每做完一個(gè)線圈，即刻嵌放線圈下層邊入槽，適當(dāng)綁扎線圈上層邊以防匝之間錯(cuò)位紊亂。

圖2 新連續(xù)繞組方式的工藝流程

從A 相開始，取一盤漆包線，用該定子專用線圈模做一個(gè)30匝的線圈，將線圈的下層邊嵌放入1號(hào)線槽，注意漆包線在線圈內(nèi)的走向?yàn)槟鏁r(shí)針，不要截?cái)嗥岚€。接著繞A 相第一個(gè)線圈組第二個(gè)線圈，漆包線在第二個(gè)線圈內(nèi)的走向和第一個(gè)線圈的相同——逆時(shí)針。將第二個(gè)線圈的下層邊嵌入2號(hào)線槽，不要截?cái)嗥岚€。另取一盤漆包線，開始制作B 相的第一個(gè)線圈，嵌放線圈下層邊于3號(hào)線槽，注意漆包線在線圈內(nèi)的走向?yàn)槟鏁r(shí)針，不要截?cái)嗥岚€。取第三盤漆包線，開始制作C 相的第一個(gè)線圈，嵌放線圈下層邊于4號(hào)線槽，注意漆包線在線圈內(nèi)的走向?yàn)槟鏁r(shí)針，不要截?cái)嗥岚€。將C 相第一個(gè)線圈的上層邊嵌入1號(hào)線槽內(nèi)，放槽頂絕緣。回到A 相，線圈走向順時(shí)針，制作定子的第5個(gè)線圈，嵌放同上，直至完成其他線圈，嵌完所有線圈。

2.3 連接電源引線

與傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式相比，新連續(xù)繞組方式不需要連接各線圈，檢測(cè)過(guò)程少了些環(huán)節(jié)，但檢測(cè)方法和評(píng)判依據(jù)與傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式相同。非接線端的綁扎、連接電源引線的過(guò)程和檢測(cè)項(xiàng)目同傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式。

3 兩種方式的比較

用傳統(tǒng)獨(dú)立線圈繞組方式，嵌線工人將每組線圈提前準(zhǔn)備好，將每個(gè)線圈逐個(gè)嵌進(jìn)線槽，然后將同相線圈端部的導(dǎo)線連接起來(lái)。以實(shí)際生產(chǎn)中常用的電機(jī)為例，每個(gè)繞組有兩個(gè)端子，18個(gè)繞組有36個(gè)端子，其中30個(gè)端子在15處連接起來(lái)，剩余的6個(gè)端子接至電機(jī)的6條電源引線。將30個(gè)端子在15處連接并包扎絕緣是很費(fèi)時(shí)間的工序，而且連接處的可靠性大打折扣，因?qū)Ь€連接的影響，繞組端部的機(jī)械強(qiáng)度也受到很大影響，同時(shí)15處導(dǎo)線連接也增加了電機(jī)的電阻，進(jìn)而增加了電機(jī)的銅耗I2R。

新連續(xù)繞組方式每相只有一套連繞的線圈組，每個(gè)線圈在電機(jī)鐵芯側(cè)繞制后立即嵌放入槽。對(duì)三相電機(jī)，用3套連繞的線圈組，三相線圈組交替在電機(jī)鐵芯側(cè)繞制后嵌入槽內(nèi)。新連續(xù)繞組方式每套繞組就是一個(gè)相，繞組的起始端和結(jié)束端就是電機(jī)電源引線的連接部分。因減少了導(dǎo)線的連接減少了不必要的功率損失，降低了材料消耗，而且更重要的是，提高了繞組端部的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能。

（1）工藝過(guò)程：準(zhǔn)備線圈和嵌放線圈在傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式中是兩個(gè)步驟，在新連續(xù)繞組方式中是同一步驟，該步驟要求嵌線工人熟知嵌線工藝；傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式還因連接線圈的需要，多了必須的臨時(shí)連接、焊接、中間檢測(cè)等步驟。

（2）產(chǎn)品可靠性：傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式在15處連接線圈，連接處的焊接點(diǎn)降低了電機(jī)可靠性，綁扎絕緣也會(huì)影響電機(jī)端部繞組的通風(fēng)散熱。

（3）工時(shí)要求：本定子新連續(xù)繞組方式比傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式節(jié)省約35%的工時(shí)，但如果定子線圈的匝數(shù)很多，如100匝以上，邊制作線圈邊嵌線就難說(shuō)省時(shí)間了。

（4）材料消耗：傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式為每個(gè)定子節(jié)省6m（約6%）漆包線和其他黃金薄膜、玻璃絲帶、綁扎帶、焊接材料等。

（5）槽滿率：本定子的槽滿率不高，手工制作線圈不影響嵌放線圈的難度，如果電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的槽滿率高，機(jī)器制作線圈會(huì)更容易嵌放，嵌放質(zhì)量也容易控制。

4 結(jié)論和建議

新連續(xù)繞組方式能提高電機(jī)質(zhì)量和可靠性，提高加工效率，節(jié)省材料和工時(shí)，大大降低了維修成本，從而為企業(yè)創(chuàng)造了更多的效益，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。新連續(xù)繞組方式適合有以下特征的電機(jī)：（1）對(duì)質(zhì)量性能要求非常高；（2）電機(jī)繞組有很多線圈組；（3）每個(gè)線圈匝數(shù)不多；（4）槽滿率不太高；（5）電機(jī)繞組端部尺寸要求嚴(yán)格。因而傳統(tǒng)的獨(dú)立繞組連接方式仍然有它存在的空間。

［1］許實(shí)章.電機(jī)學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

［2］IEC Standard 60034－2－1—2007 Rotating Electrical Machines Part 2－1：Standard Methods for Determining Losses and Efficiency from Tests（Excluding Machines for Traction Vehicles）［S］.Geneva：International Electro Technical Commission（IEC），2007.

［3］IEEE Standard 43—2000 IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery［S］.New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.，2000.