四極凸極整體式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁極線圈平繞工藝研究

鐘 軍，鄧燦華，尤 磊，陳 瑋

（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

四極凸極整體式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁極線圈平繞工藝研究

鐘 軍，鄧燦華，尤 磊，陳 瑋

（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

文章通過對某型無刷勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，介紹了四極凸極整體式轉(zhuǎn)子磁極線圈的制作難點(diǎn)，及相應(yīng)的制作工藝要點(diǎn)。

發(fā)電機(jī)；磁極線圈；工藝要點(diǎn)

某型無刷勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，該電機(jī)由于體積較小，因此設(shè)計結(jié)構(gòu)與同類型無刷勵磁同步發(fā)電機(jī)有很大區(qū)別，特別是主發(fā)轉(zhuǎn)子的設(shè)計采用整體式結(jié)構(gòu)，整個轉(zhuǎn)子由四個極組成，完全不同于以往的裝配式磁極鐵芯結(jié)構(gòu)。由于是一種全新的制作工藝方法，因此在線圈制作工藝上有很大難度，故在轉(zhuǎn)子繞線工裝設(shè)計、極身絕緣粘貼、轉(zhuǎn)子線圈出線、轉(zhuǎn)子線圈固定上有許多工藝難點(diǎn)需要解決，結(jié)合前期項目的制作經(jīng)驗(yàn)，特對上述問題進(jìn)行工藝研究以保證項目的順利實(shí)施。

1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

該轉(zhuǎn)子共有四個極，呈整體式結(jié)構(gòu)，整個轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、線圈、絕緣材料及極間支撐組成，如圖1所示，此種磁極設(shè)計方法被稱之為多層繞線式，在這種設(shè)計方法中，電磁線繞著磁極繞制，電磁線通常是矩形或者是方形截面，電磁線繞在該轉(zhuǎn)子磁極上的匝數(shù)有上百匝，深度方向有十幾層，匝間絕緣即為電磁線的本體絕緣，從軸向看，轉(zhuǎn)子鐵心被做成具有極靴或極面（它是轉(zhuǎn)子磁極距離定子最近的部分）的形狀，通過該形狀的設(shè)計起到固定繞組、抵抗離心力的作用，絕緣材料被放置在線圈和轉(zhuǎn)子鐵心之間，起對地絕緣的作用。

圖1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

2 轉(zhuǎn)子繞線工裝設(shè)計

該轉(zhuǎn)子磁極線圈繞線的特點(diǎn)是帶轉(zhuǎn)子鐵芯繞線，這種繞線方式的主要難點(diǎn)有以下兩點(diǎn)：①如何將轉(zhuǎn)子固定在繞線機(jī)上。②在線圈的繞制過程中能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)/固定功能。該轉(zhuǎn)子一共有4個極，在繞制完第一個極的線圈后需要旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以便繞制后續(xù)三個極的線圈，另外在繞線的過程中亦要保證整個轉(zhuǎn)子鐵芯無軸向竄動，否則線圈在帶拉力繞制的情況下由于轉(zhuǎn)子的竄動將無法繞線，為了解決上述兩個問題，特專門設(shè)計了一套旋轉(zhuǎn)/固定工裝，該工裝主要由固定架、假軸、固定件、旋緊件、夾板、搭板、加強(qiáng)筋共七個部分組成，主要設(shè)計思路是用四個4個M20的螺栓將旋轉(zhuǎn)/固定工裝的底板與繞線機(jī)法蘭盤連接并固定；然后用左、右固定板及夾板固定假軸的兩端，并用旋緊件、固定件實(shí)現(xiàn)旋緊、固定和旋轉(zhuǎn)功能，最后為防止線圈在繞制過程竄動，在轉(zhuǎn)子磁極板和支架固定板上分別配鉆一個M10的螺紋孔，用1個M10×30及1個M16×90的螺栓將搭板、轉(zhuǎn)子及支架的固定端固定在一起，保證線圈的繞制的過程中轉(zhuǎn)子不沿軸向躥動，整體效果如圖2所示，這樣轉(zhuǎn)子就通過固定工裝固定在了繞線機(jī)上，在繞完一個極的線圈后也能很方便快速的換極，通過設(shè)計優(yōu)化，該工裝整體滿足轉(zhuǎn)子繞線要求。

圖2 整體效果

3 極身絕緣粘貼

在用NOMEX紙對磁極極身進(jìn)行粘貼時，按最初的絕緣規(guī)范要求，對于要求包扎極身絕緣的磁極線圈，極身絕緣采用0.25 NOMEX紙、0.38NOMEX紙，采用膠粘劑粘接，具體操作要求是在極身的內(nèi)表面刷一層TJ-1853雙組份環(huán)氧膠刷膠，然后粘貼3張0.38厚的NOMEX紙，在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)0.38厚的NOMEX紙偏硬，很難預(yù)成型，同時粘貼完極身絕緣后因刷膠不均勻其高度方向尺寸嚴(yán)重超差（該膠不易配比且固化時間較長），導(dǎo)致無法繞下規(guī)定匝數(shù)和層數(shù)，后經(jīng)過以下幾點(diǎn)進(jìn)行工藝改進(jìn)：①在保證絕緣的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度滿足要求的前提下，將3張0.38厚的NOMEX紙更改為3張0.25厚NOMEX紙+1張0.13厚的NOMEX紙且放棄刷膠，改為用0.09厚NOMEX紙膠帶在轉(zhuǎn)彎處和連接處粘接固定。②將0.13mm、0.25mm厚的NOMEX紙，分別按照圖3、圖4、圖5尺寸要求下料并折彎成型，按臺計算（其中0.13mm厚的W形4張；L形8張；十字形4張；0.25mm厚的W形12張；L形24張；十字形12張），通過預(yù)成型，NOMEX紙粘貼時很容易就與鐵心服帖，無鼓包現(xiàn)象。經(jīng)過優(yōu)化，極身絕緣粘貼完畢后進(jìn)行了試?yán)@，試?yán)@結(jié)果是極身能排下要求的匝數(shù)和層數(shù)。

圖3

圖4

圖5

4 轉(zhuǎn)子線圈出線

為確保主發(fā)轉(zhuǎn)子引出線連接可靠，設(shè)計采用鍍銀銅片代替線圈母線的出線方式，該方式需要解決二個問題，一是鍍銀銅片在線圈內(nèi)部的預(yù)埋方式，二是鍍銀銅片與線圈母線的焊接方式：

（1）轉(zhuǎn)子內(nèi)層引線出線方式按最初設(shè)計要求采取在磁極鐵芯高度方向折回再引出的方法，由于此種方法影響線圈的高度尺寸，后將繞線起始位置改變直接從極靴下繞，這樣引線就不用折回，也不會影響線圈的高度。

（2）由于設(shè)計采用的是由鍍銀銅片代替線圈母線的出線方式，考慮到鍍銀銅片較薄，且每個磁極線圈繞制完畢后，需要將預(yù)埋的鍍銀銅片與線圈尾部焊接在一起。由于線圈為玻璃絲包銅扁線，焊接時，焊點(diǎn)不能離線圈太近，以免損傷絕緣。并且，線圈尾部不能剪斷后焊接，否則線圈會散掉，只能焊接完后再將尾部剪斷。所以焊接前需考慮兩點(diǎn)：①采用哪種焊接方式；②評估所采用的焊接方式對線圈損傷風(fēng)險，焊接前預(yù)想的焊接方式電烙鐵焊接，其次是火焰焊，首先對比了兩者的焊接效果，為此制作了4個焊接試件（試件1、2為電烙鐵焊接，試件3、4為火焰焊），焊接效果如下：

①外觀檢查。

試件1

試件2

試件3

試件4

結(jié)果分析：觀察試件外表面，無裂紋、夾雜、氣泡等缺陷，焊接長度符合要求；外觀符合要求。

②剖切試驗(yàn)。

試件1

試件2

試件3

試件4

結(jié)果分析：試件2、試件3、試件4內(nèi)部焊錫填充飽滿、無氣孔、裂紋和等缺陷，試件1的底部位置焊錫未填充滿，其余無缺陷。

通過驗(yàn)證這兩種焊接方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用大功率電烙鐵焊接時，先將鍍銀銅片折彎后將電磁線包起來，然后用烙鐵對電磁線和鍍銀銅片進(jìn)行焊接，該焊接方式不會傷到線圈但焊接位置由于受熱不均勻，鍍錫過程中焊錫流動性不好，對試件解剖發(fā)現(xiàn)焊接位置焊錫填充不飽滿且有氣孔，易產(chǎn)生虛焊?；鹧婧负附訒r，由于受熱均勻，焊錫填充飽滿，無氣孔，但火焰焊很難控制火焰且收尾時焊接位置離線圈太近，容易燒傷線圈。通過對比分析驗(yàn)證二者的優(yōu)劣，決定采用火焰焊，在操作時必須做到以下3點(diǎn)：收尾時將引線頭折彎，使其離線圈一段距離；焊接時，墊上幾層NOMEX紙以保護(hù)下方線圈，同時加墊濕石棉進(jìn)行防護(hù)，焊接完畢后，再將尾部剪斷；整體線圈制作完成后需進(jìn)行烘潮?？傊诜雷o(hù)到位的情況下采用火焰焊的試件焊錫填充飽滿且無氣孔，焊接效果好于電烙鐵焊接，將該方法運(yùn)用在產(chǎn)品中也未發(fā)現(xiàn)虛焊及燒傷線圈的現(xiàn)象，通過驗(yàn)證優(yōu)化采用火焰焊能滿足設(shè)計要求。

5 轉(zhuǎn)子線圈固定

主發(fā)轉(zhuǎn)子線圈共有12層，1～8層每層14匝，9～12每層分別為13、12、11、10，依次遞減，如圖6所示，對于這種多層數(shù)，多匝數(shù)的線圈且是高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，線圈的固定非常重要，在試制過程中，工藝上做了兩項改進(jìn)：

（1）轉(zhuǎn)子繞線時為防止出現(xiàn)垮線（從第10層開始），在線圈爬坡處加墊NOMEX紙，同時為防止線圈在繞線過程中錯位，將線圈的爬坡?lián)Q層位置定在線圈的端部，在線圈繞制完成后，提前在第12層第6匝的位置預(yù)埋一根滌玻帶，在繞完剩余匝數(shù)后將預(yù)埋好的滌玻帶拉緊，使線圈外層引線頭能夠鎖緊不松動，同時在線圈四角R處加綁扎帶固定整個線圈。

（2）將極間支撐板加長，確保每匝線圈在磁極高度方向被支撐板完全壓住，防止線圈出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。

圖6 主發(fā)轉(zhuǎn)子線圈圖

6 轉(zhuǎn)子線圈檢查

在利用了上述改進(jìn)的工藝方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子線圈的制造后，由檢查員對轉(zhuǎn)子四個極上的線圈進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢查結(jié)果顯示所繞制的線圈尺寸都滿足技術(shù)要求，線圈高度尺寸無超出鐵心現(xiàn)象，同時，在每個極下的線圈繞制完成后，測量其電阻值，設(shè)計要求25℃電阻值為0.353Ω，偏差不大于1%，在環(huán)溫18℃下測量四個極的線圈電阻值分別為0.3562Ω、0.3565Ω、0.3565Ω、0.3562Ω，換算成 25℃后分別為：0.3660Ω、0.3663Ω、0.3663Ω、0.3660Ω，滿足設(shè)計要求。

7 結(jié)語

某型無刷勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈制作成功，標(biāo)志著公司掌握了該型轉(zhuǎn)子線圈制作的技術(shù)，此項工藝技術(shù)的改進(jìn)，可作為一項新技術(shù)進(jìn)行推廣應(yīng)用，該產(chǎn)品的制造成功，為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益并積累了生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。

［1］羅小麗.電機(jī)制造工藝及裝配［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

Research on the Technology of Rotor Coil of Four-pole Salient-pole Integral Structure

ZHONG-jun，DENG CAN-hua，YOU-lei，CHEN Wei
（Zhuzhou Electric Co.，Ltd.，Zhuzhou，Hunan 412001，China）

This paper analyzes the characteristics of the structure of the rotor pole of a brushless field generator，and introduces the difficulty ofmaking thequadrupole salientpole integral rotorpole coiland the corresponding production process.

generator；pole coil；processpoint

TM312

A

2095-980X（2017）05-0077-02

2017-04-20

鐘軍（1987-），江西宜春人，大學(xué)本科，主要從事于電機(jī)絕緣工藝技術(shù)工作。