郭建兵，孫亮亮，黃細(xì)冬

（ 浙江三鋒實(shí)業(yè)股份有限公司，浙江 永康 321300 ）

0 引言

永磁直流無(wú)刷電機(jī)因其體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。隨著科技水平逐年提高，中小型無(wú)刷電機(jī)采用全自動(dòng)多軸定子繞線機(jī)，分?jǐn)?shù)槽集中繞組基本替代了半自動(dòng)飛叉式單線圈或多線圈繞線機(jī)預(yù)成型線圈、人工或機(jī)器嵌線的生產(chǎn)工藝[1-2]。本文從分?jǐn)?shù)槽集中繞組特有結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于針式繞線機(jī)工藝，提出了一種繞組線徑分層計(jì)算方法，利用Excel計(jì)算驗(yàn)證。

1 概述

分?jǐn)?shù)槽集中繞組相對(duì)于大節(jié)距繞組具有線圈端部矮、銅損小的特點(diǎn)，尤其在機(jī)械特性、效率、生產(chǎn)工藝性、相間絕緣性等方面具有優(yōu)勢(shì)。除特種電機(jī)外，大部分無(wú)刷電機(jī)均可采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組，其線徑通過(guò)槽滿率估算[3]。

2 結(jié)構(gòu)

典型的分?jǐn)?shù)槽集中繞組定子單元齒結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包含定子鐵心、槽絕緣及漆包線。

圖1 定子單元齒結(jié)構(gòu)

2.1 分層排線原理

1）第一層排線，如圖2所示

圖2 第一層排線

圖2中，A為漆包線起始圓心，B為終止圓心，第一層從A向B排線。起始漆包線圓心位于C1上，匝與匝相切排線，直至B位于C2上方或置于C2上，否則壓迫槽絕緣影響定子裝配。

2）第二層排線，如圖3所示

圖3 第二層排線

為了得到穩(wěn)固的繞組，層與層之間采用“疊壓”結(jié)構(gòu)。為減少漆包線交叉的可能，排線由B排向A，且B相對(duì)第一層的終止點(diǎn)向上縮減至少半個(gè)漆包線直徑。同時(shí)B外圓應(yīng)在Lt(線嘴避空曲線)上方或與Lt相切，排線間距為漆包線直徑，A應(yīng)位于C1曲線上或C1下方。

3）第三層排線，如圖4所示

圖4 第三層排線

第三層由A排向B。如A點(diǎn)相對(duì)第二層終止點(diǎn)向上偏移半個(gè)漆包線直徑，若仍位于C1曲線上或在C1下方則向上偏移半個(gè)漆包線直徑；否則向下偏移半個(gè)漆包線直徑。

4）第N層排線

采用與第二、三層相同的限制條件繼續(xù)多層繞線，直至排線起點(diǎn)漆包線與Lt相交或C1相交，奇數(shù)層排線由A排向B，偶數(shù)層由B排向A。

2.2 特征尺寸參數(shù)化

按照分層排線的基本原理，以圖1中的定子槽型為例將相關(guān)尺寸參數(shù)化。Lt為槽口中心線的偏移曲線，避免線嘴傷線的限制曲線；Lw為與定子齒中心線平行的排線中心線；C1為與槽絕緣同心的上極限漆包線圓心曲線；C2為與槽絕緣同心的下極限漆包線圓心曲線。軛部?jī)?nèi)徑Do、齒部?jī)?nèi)徑Di、齒寬Tw、漆包線直徑Dw、槽絕緣厚度Tins、漆包線與槽中心間隙Wt、匝數(shù)T。排線起點(diǎn)為A，終點(diǎn)為B，定子槽數(shù)為N，如圖5所示。

圖5 參數(shù)示意

1）第一層排線匝數(shù)T1

2）第二層排線匝數(shù)T2

計(jì)算排線起點(diǎn)B的Y軸坐標(biāo)，根據(jù)分層排線原理，第二層排線的起點(diǎn)從第一層排線的終點(diǎn)至少向上縮減半個(gè)漆包線直徑，先假設(shè)向上縮減半個(gè)漆包線直徑取Y坐標(biāo)By’，與Lw進(jìn)行相切判斷求取實(shí)際的By。(Ay)1為第1層排線起點(diǎn)。

圖6 層間間距

3）第三層排線匝數(shù)

采用與第二層終點(diǎn)相同的計(jì)算方法確定A點(diǎn)坐標(biāo)；按起點(diǎn)計(jì)算方法求出B點(diǎn)坐標(biāo)。

4）極限層數(shù)N

通過(guò)C1與Ltp的交點(diǎn)求出極限圓的X軸坐標(biāo)，即可求出極限層數(shù)NL。如圖7所示。

圖7 極限層數(shù)

Ltp斜率 =KLt= tan(90-α)，Ltp的直線方程

3 方程與建模

按照計(jì)算公式在Excel建立方程，輸入Dw=1.17，Excel方程中1～5層排線數(shù)分別為：10，9，8，5，1，如圖8所示。CAD中使用同樣的參數(shù)建模，每層的排線數(shù)量與Excel中計(jì)算的相同，如圖9所示，證明計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

圖8 Excel公式

圖9 CAD排布

依據(jù)理論公式及在CAD中建模，26匝的極限線徑為1.2 mm。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于繞線機(jī)排線時(shí)必有交叉，實(shí)際線徑為1.12 mm。如圖10所示，實(shí)際結(jié)果為計(jì)算值的93.3%，實(shí)際偏差隨著線徑的變小而增大。線徑越細(xì)，層數(shù)越多，繞線機(jī)層間交叉的概率也越大，計(jì)算誤差一般不低于90%。

圖10 實(shí)際產(chǎn)品

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)集中繞組特有的繞線方式提出分層排線的計(jì)算方法，對(duì)計(jì)算步驟進(jìn)行了詳細(xì)分析，在Excel中建立方程式，與CAD中建模對(duì)比，證明了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。計(jì)算方法對(duì)集中繞組無(wú)刷電機(jī)的設(shè)計(jì)及繞組電阻的計(jì)算具有一定的借鑒意義，同時(shí)也對(duì)制造車間的實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。