新型電機繞組設計與嵌裝方式研究

戚麗麗

（常州鐵道高等職業技術學校軌道交通系，江蘇 常州213011）

0 引言

飛機或機器人用電機因為其工作環境的特殊性，要求體積小、重量輕、高質性優。交流發電機比起直流發電機有明顯優越性，而且交流發電機的性能更可靠，維護周期長、維護工作量小，飛機上的控制系統供電發電機采用的就是交流發電機。對于交流發電機的線圈繞組，雙層疊繞繞組是最廣泛應用的經典繞組方式，盡管疊繞和波繞都可行，但波繞有它的缺陷，交流發電機繞組應用中雙層疊繞更為廣泛接納。雙層疊繞又有整數槽和分數槽兩種，為了滿足相間對稱要求，每相的槽數必須相同且為整數。

該類電機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鐵芯線槽有幾種工藝程序呢？本文將分別對傳統的獨立繞組方式和新設計的連續繞組方式做詳細講解，并給出實例對比分析。

1 傳統獨立線圈繞組方式

本例電機為三相交流電機，3對極（6極）定子繞組雙層疊繞嵌放在24個槽內，由式（1）可知每相有18個線圈組。

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

跨距計算公式如下：

傳統獨立繞組方式的工藝流程如圖1所示。

2 新連續繞組方式

2.1 新連續繞組方式的線圈連接

如同傳統獨立線圈繞組方式，繞組為雙層疊繞，設計為211－121－112－211－121－112，12個單線圈繞組和6個雙線圈繞組，共18個繞組構成3相6極電機定子繞組。新連續繞組方式比傳統獨立繞組方式流程簡單，少了很多步驟，節省了工時，節約了原材料。新連續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 傳統獨立繞組方式的工藝流程

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

圖2 新連續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的走向為逆時針，不要截斷漆包線。接著繞A 相第一個線圈組第二個線圈，漆包線在第二個線圈內的走向和第一個線圈的相同——逆時針。將第二個線圈的下層邊嵌入2號線槽，不要截斷漆包線。另取一盤漆包線，開始制作B 相的第一個線圈，嵌放線圈下層邊于3號線槽，注意漆包線在線圈內的走向為逆時針，不要截斷漆包線。取第三盤漆包線，開始制作C 相的第一個線圈，嵌放線圈下層邊于4號線槽，注意漆包線在線圈內的走向為逆時針，不要截斷漆包線。將C 相第一個線圈的上層邊嵌入1號線槽內，放槽頂絕緣。回到A 相，線圈走向順時針，制作定子的第5個線圈，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

與傳統獨立繞組方式相比，新連續繞組方式不需要連接各線圈，檢測過程少了些環節，但檢測方法和評判依據與傳統獨立繞組方式相同。非接線端的綁扎、連接電源引線的過程和檢測項目同傳統獨立繞組方式。

3 兩種方式的比較

用傳統獨立線圈繞組方式，嵌線工人將每組線圈提前準備好，將每個線圈逐個嵌進線槽，然后將同相線圈端部的導線連接起來。以實際生產中常用的電機為例，每個繞組有兩個端子，18個繞組有36個端子，其中30個端子在15處連接起來，剩余的6個端子接至電機的6條電源引線。將30個端子在15處連接并包扎絕緣是很費時間的工序，而且連接處的可靠性大打折扣，因導線連接的影響，繞組端部的機械強度也受到很大影響，同時15處導線連接也增加了電機的電阻，進而增加了電機的銅耗I2R。

新連續繞組方式每相只有一套連繞的線圈組，每個線圈在電機鐵芯側繞制后立即嵌放入槽。對三相電機，用3套連繞的線圈組，三相線圈組交替在電機鐵芯側繞制后嵌入槽內。新連續繞組方式每套繞組就是一個相，繞組的起始端和結束端就是電機電源引線的連接部分。因減少了導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械強度和導熱性能。

（1）工藝過程：準備線圈和嵌放線圈在傳統獨立繞組方式中是兩個步驟，在新連續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；傳統獨立繞組方式還因連接線圈的需要，多了必須的臨時連接、焊接、中間檢測等步驟。

（2）產品可靠性：傳統獨立繞組方式在15處連接線圈，連接處的焊接點降低了電機可靠性，綁扎絕緣也會影響電機端部繞組的通風散熱。

（3）工時要求：本定子新連續繞組方式比傳統獨立繞組方式節省約35%的工時，但如果定子線圈的匝數很多，如100匝以上，邊制作線圈邊嵌線就難說省時間了。

（4）材料消耗：傳統獨立繞組方式為每個定子節省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，如果電機設計時的槽滿率高，機器制作線圈會更容易嵌放，嵌放質量也容易控制。

4 結論和建議

新連續繞組方式能提高電機質量和可靠性，提高加工效率，節省材料和工時，大大降低了維修成本，從而為企業創造了更多的效益，增強了企業的競爭力。新連續繞組方式適合有以下特征的電機：（1）對質量性能要求非常高；（2）電機繞組有很多線圈組；（3）每個線圈匝數不多；（4）槽滿率不太高；（5）電機繞組端部尺寸要求嚴格。因而傳統的獨立繞組連接方式仍然有它存在的空間。

［1］許實章.電機學［M］.北京：機械工業出版社，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.