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） 摘要：飛機(jī)或機(jī)器人用電機(jī)，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的特殊性，空間尺寸受到嚴(yán)格限制，可同時(shí)又要求高質(zhì)可靠?，F(xiàn)以交流發(fā)電機(jī)定子繞組為例，就傳統(tǒng)獨(dú)立線圈繞組方式和新連續(xù)繞組方式，從繞組的設(shè)計(jì)和嵌裝工藝出發(fā)，對比分析兩種方式對電機(jī)的制作工藝、工時(shí)、成本、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生的影響。新連續(xù)繞組方式的同相繞組所有線圈是連接在一起的，比起傳統(tǒng)的獨(dú)立繞組方式少了臨時(shí)連接跨接導(dǎo)線焊接、綁扎及中間檢測等步驟，節(jié)省了工時(shí)，提高了電機(jī)的質(zhì)量和可靠性，提高了企業(yè)的市場競爭力。 關(guān)鍵詞：繞組組數(shù)；導(dǎo)線連接；質(zhì)量；可靠性；獨(dú)立線圈法；連續(xù)繞組法 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、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。 線圈組數(shù)=相數(shù)極數(shù)=36=18組（1） 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稱和平衡，線圈繞組設(shè)計(jì)為211-121-112-211-121-112。 每個(gè)線圈組的線圈數(shù)=槽數(shù)/線圈組數(shù)=24/18=4/3（2） 跨距計(jì)算公式如下： 跨距=槽數(shù)/極數(shù)=24/6=4（3） 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 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位紊亂。 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號線槽內(nèi)，放槽頂絕緣?；氐紸相，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，檢測過程少了些環(huán)節(jié)，但檢測方法和評判依據(jù)與傳統(tǒng)獨(dú)立繞組方式相同。非接線端的綁扎、連接電源引線的過程和檢測項(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。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，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)的競爭力。新連續(xù)繞組方式適合有以下特征的電機(jī)：（1）對質(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。 參考文獻(xiàn) 1許實(shí)章.電機(jī)學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980. 2IECStandard60034-2-1xxRotatingElectricalMachinesPart2-1：StandardMethodsforDeterminingLossesandEfficiencyfromTests（ExcludingMachinesforTractionVehicles）S.Geneva：InternationalElectroTechnicalCommission（IEC），xx. 3IEEEStandard432000IEEERemendedPracticeforTestingInsulation