新型电机绕组设计与嵌装方式研究

戚丽丽

（常州铁道高等职业技术学校轨道交通系，江苏 常州213011）

0 引言

飞机或机器人用电机因为其工作环境的特殊性，要求体积小、重量轻、高质性优。交流发电机比起直流发电机有明显优越性，而且交流发电机的性能更可靠，维护周期长、维护工作量小，飞机上的控制系统供电发电机采用的就是交流发电机。对于交流发电机的线圈绕组，双层叠绕绕组是最广泛应用的经典绕组方式，尽管叠绕和波绕都可行，但波绕有它的缺陷，交流发电机绕组应用中双层叠绕更为广泛接纳。双层叠绕又有整数槽和分数槽两种，为了满足相间对称要求，每相的槽数必须相同且为整数。

该类电机在大修中需更换成套的线圈绕组，而线圈绕组制作和将线圈嵌放入电机铁芯线槽有几种工艺程序呢？本文将分别对传统的独立绕组方式和新设计的连续绕组方式做详细讲解，并给出实例对比分析。

1 传统独立线圈绕组方式

本例电机为三相交流电机，3对极（6极）定子绕组双层叠绕嵌放在24个槽内，由式（1）可知每相有18个线圈组。

由式（2）可知每个线圈组有4/3个线圈，而4/3不是整数，也就是说每个线圈组的线圈数不是相同的。每相的24个线圈分成18个线圈组，其中有12个线圈组每组有1个线圈，另外6个线圈组每组有2个线圈。为了保持三相绕组在空间上的对称和平衡，线圈绕组设计为211－121－112－211－121－112。

跨距计算公式如下：

传统独立绕组方式的工艺流程如图1所示。

2 新连续绕组方式

2.1 新连续绕组方式的线圈连接

如同传统独立线圈绕组方式，绕组为双层叠绕，设计为211－121－112－211－121－112，12个单线圈绕组和6个双线圈绕组，共18个绕组构成3相6极电机定子绕组。新连续绕组方式比传统独立绕组方式流程简单，少了很多步骤，节省了工时，节约了原材料。新连续绕组方式的工艺流程如图2所示。

2.2 边制作线圈边嵌线

图1 传统独立绕组方式的工艺流程

采用新连续绕组方式时，同一相绕组的所有线圈是连续的，漆包线只在同一相的所有线圈做完后截断，而三相绕组在定子槽内空间上是均匀间隔分布的，所以每相要用一盘漆包线，三相绕组需要同时用到三盘漆包线。嵌线工人同时绕制嵌放三相绕组，在定子铁芯侧手工逐个制作线圈，每做完一个线圈，即刻嵌放线圈下层边入槽，适当绑扎线圈上层边以防匝之间错位紊乱。

图2 新连续绕组方式的工艺流程

从A 相开始，取一盘漆包线，用该定子专用线圈模做一个30匝的线圈，将线圈的下层边嵌放入1号线槽，注意漆包线在线圈内的走向为逆时针，不要截断漆包线。接着绕A 相第一个线圈组第二个线圈，漆包线在第二个线圈内的走向和第一个线圈的相同——逆时针。将第二个线圈的下层边嵌入2号线槽，不要截断漆包线。另取一盘漆包线，开始制作B 相的第一个线圈，嵌放线圈下层边于3号线槽，注意漆包线在线圈内的走向为逆时针，不要截断漆包线。取第三盘漆包线，开始制作C 相的第一个线圈，嵌放线圈下层边于4号线槽，注意漆包线在线圈内的走向为逆时针，不要截断漆包线。将C 相第一个线圈的上层边嵌入1号线槽内，放槽顶绝缘。回到A 相，线圈走向顺时针，制作定子的第5个线圈，嵌放同上，直至完成其他线圈，嵌完所有线圈。

2.3 连接电源引线

与传统独立绕组方式相比，新连续绕组方式不需要连接各线圈，检测过程少了些环节，但检测方法和评判依据与传统独立绕组方式相同。非接线端的绑扎、连接电源引线的过程和检测项目同传统独立绕组方式。

3 两种方式的比较

用传统独立线圈绕组方式，嵌线工人将每组线圈提前准备好，将每个线圈逐个嵌进线槽，然后将同相线圈端部的导线连接起来。以实际生产中常用的电机为例，每个绕组有两个端子，18个绕组有36个端子，其中30个端子在15处连接起来，剩余的6个端子接至电机的6条电源引线。将30个端子在15处连接并包扎绝缘是很费时间的工序，而且连接处的可靠性大打折扣，因导线连接的影响，绕组端部的机械强度也受到很大影响，同时15处导线连接也增加了电机的电阻，进而增加了电机的铜耗I2R。

新连续绕组方式每相只有一套连绕的线圈组，每个线圈在电机铁芯侧绕制后立即嵌放入槽。对三相电机，用3套连绕的线圈组，三相线圈组交替在电机铁芯侧绕制后嵌入槽内。新连续绕组方式每套绕组就是一个相，绕组的起始端和结束端就是电机电源引线的连接部分。因减少了导线的连接减少了不必要的功率损失，降低了材料消耗，而且更重要的是，提高了绕组端部的机械强度和导热性能。

（1）工艺过程：准备线圈和嵌放线圈在传统独立绕组方式中是两个步骤，在新连续绕组方式中是同一步骤，该步骤要求嵌线工人熟知嵌线工艺；传统独立绕组方式还因连接线圈的需要，多了必须的临时连接、焊接、中间检测等步骤。

（2）产品可靠性：传统独立绕组方式在15处连接线圈，连接处的焊接点降低了电机可靠性，绑扎绝缘也会影响电机端部绕组的通风散热。

（3）工时要求：本定子新连续绕组方式比传统独立绕组方式节省约35%的工时，但如果定子线圈的匝数很多，如100匝以上，边制作线圈边嵌线就难说省时间了。

（4）材料消耗：传统独立绕组方式为每个定子节省6m（约6%）漆包线和其他黄金薄膜、玻璃丝带、绑扎带、焊接材料等。

（5）槽满率：本定子的槽满率不高，手工制作线圈不影响嵌放线圈的难度，如果电机设计时的槽满率高，机器制作线圈会更容易嵌放，嵌放质量也容易控制。

4 结论和建议

新连续绕组方式能提高电机质量和可靠性，提高加工效率，节省材料和工时，大大降低了维修成本，从而为企业创造了更多的效益，增强了企业的竞争力。新连续绕组方式适合有以下特征的电机：（1）对质量性能要求非常高；（2）电机绕组有很多线圈组；（3）每个线圈匝数不多；（4）槽满率不太高；（5）电机绕组端部尺寸要求严格。因而传统的独立绕组连接方式仍然有它存在的空间。

［1］许实章.电机学［M］.北京：机械工业出版社，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.