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

（中車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

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

發(fā)電機；磁極線圈；工藝要點

某型無刷勵磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子，該電機由于體積較小，因此設計結(jié)構(gòu)與同類型無刷勵磁同步發(fā)電機有很大區(qū)別，特別是主發(fā)轉(zhuǎn)子的設計采用整體式結(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需要解決，結(jié)合前期項目的制作經(jīng)驗，特對上述問題進行工藝研究以保證項目的順利實施。

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，此種磁極設計方法被稱之為多層繞線式，在這種設計方法中，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)子繞線工裝設計

該轉(zhuǎn)子磁極線圈繞線的特點是帶轉(zhuǎn)子鐵芯繞線，這種繞線方式的主要難點有以下兩點：①如何將轉(zhuǎn)子固定在繞線機上。②在線圈的繞制過程中能實現(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、加強筋共七個部分組成，主要設計思路是用四個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上，在繞完一個極的線圈后也能很方便快速的換極，通過設計優(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，在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)0.38厚的NOMEX紙偏硬，很難預成型，同時粘貼完極身絕緣后因刷膠不均勻其高度方向尺寸嚴重超差（該膠不易配比且固化時間較長），導致無法繞下規(guī)定匝數(shù)和層數(shù)，后經(jīng)過以下幾點進行工藝改進：①在保證絕緣的電氣強度和機械強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行了試繞，試繞結(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：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險，焊接前預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。

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。

通過驗證這兩種焊接方式各有優(yōu)缺點，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。火焰焊焊接時，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：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紙以保護下方線圈，同時加墊濕石棉進行防護，焊接完畢后，再將尾部剪斷；整體線圈制作完成后需進行烘潮。總之在防護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，通過驗證優(yōu)化采用火焰焊能滿足設計要求。

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：

（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匝的位置預埋一根滌玻帶，在繞完剩余匝數(shù)后將預埋好的滌玻帶拉緊，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

在利用了上述改進的工藝方法進行轉(zhuǎn)子線圈的制造后，由檢查員對轉(zhuǎn)子四個極上的線圈進行了檢驗，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，滿足設計要求。

7 結(jié)語

某型無刷勵磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈制作成功，標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，可作為一項新技術(shù)進行推廣應用，該產(chǎn)品的制造成功，為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟效益并積累了生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的經(jīng)驗。

［1］羅小麗.電機制造工藝及裝配［M］.北京：機械工業(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，大學本科，主要從事于電機絕緣工藝技術(shù)工作。