揭秘電機(jī)繞組針式繞線技術(shù)

電機(jī)繞組是將線圈內(nèi)的導(dǎo)線放置在齒槽內(nèi)，齒槽通常被包裹在一個(gè)有涂層的柔性鐵磁芯，以形成磁極。電機(jī)有兩種基本的磁極配置，即凸極和非凸極。定子繞有對(duì)應(yīng)于電能相位的成對(duì)線圈，2相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子有2對(duì)線圈，每對(duì)線圈對(duì)應(yīng)一個(gè)交流兩相。每對(duì)線圈串聯(lián)在一起，對(duì)應(yīng)電磁鐵的相對(duì)磁極。一個(gè)線圈對(duì)應(yīng)一個(gè)N極，另一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)S極，另一對(duì)線圈在空間上與第一對(duì)線圈成90°。如果是兩相電機(jī)，這對(duì)線圈與時(shí)間偏移90°的交流線圈相連，電機(jī)繞組圖如下所示。

繞組的連接方式

在凸極電機(jī)中，磁極可以由繞在磁極面下的繞組產(chǎn)生，在非凸極結(jié)構(gòu)中，繞組可以分散在極面槽內(nèi)。一般的罩極電機(jī)，包括繞著支撐磁場(chǎng)相位的極部放置的繞組。有些類型的電機(jī)包括導(dǎo)體，導(dǎo)體有較厚的金屬薄片組成，金屬條一般是銅的或鋁的材質(zhì)制作。根據(jù)電機(jī)所使用的起動(dòng)方法的類型，電機(jī)的三相繞組以星形或三角形連接。像鼠籠這樣的電機(jī)可以通過(guò)星形連接到三角形的定子上，頻繁地在軌道上運(yùn)行。

兩相電機(jī)和三相電機(jī)的繞組都安裝在定子槽中，線圈纏繞在外部固定裝置上，然后纏繞到槽中，夾在線圈外圍和槽之間的絕緣層可防止磨損。繞組由繞在鐵芯上的銅線制成的，用來(lái)制造或獲得電磁能。最常用的繞組材料是搪瓷油漆包裹的銅或鋁線，包括槽中的一組線圈以及在繞組邊緣區(qū)域的齒槽。在大型電機(jī)中，磁極繞組被分成幾束相同的線圈，這些線圈被插入比較小的槽中，該組稱為相位帶（見下圖）。相位帶的分布線圈抵消了一些奇次諧波，在磁極上產(chǎn)生了正弦的磁場(chǎng)分布。由于相位帶可以重疊，磁極邊緣的槽的匝數(shù)可能比其他槽的少，邊緣槽可能包含兩相繞組。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由兩個(gè)相互成直角的線圈產(chǎn)生的，由90°異相電流驅(qū)動(dòng)，三個(gè)繞組相隔120°放置在空間中，并由相應(yīng)的120°相電流供電，也會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 當(dāng)90°相位正弦波從（a）點(diǎn)到（d）點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖a-d）

定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與每相極對(duì)數(shù)有關(guān)，下面的“全速”圖共有6極或3極對(duì)和3相，每相只有一對(duì)極，磁場(chǎng)將每一個(gè)正弦波周期旋轉(zhuǎn)一次。在60HZ的情況下，磁場(chǎng)以每秒60次或每分鐘3600轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分）的速度旋轉(zhuǎn)，對(duì)于50HZ，它以每秒50轉(zhuǎn)或3000轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)。如果把電機(jī)的磁極數(shù)加倍，同步速度就被減半，因?yàn)榇艌?chǎng)在空間中旋轉(zhuǎn)180°，產(chǎn)生360°的正弦波。

為了有效地將電子換相的多極三相電機(jī)的極槽緊密地纏繞在一起，它們將被涂絕緣層，并用針繞組法直接纏繞。帶有噴嘴的針與運(yùn)動(dòng)方向成直角，以提升運(yùn)動(dòng)的方式移動(dòng)，通過(guò)定子組穿過(guò)電機(jī)兩個(gè)相鄰極之間的槽道，將導(dǎo)線落在所需位置。然后，將定子在繞組頭上的反轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，以便前一個(gè)過(guò)程可以按相反順序再次運(yùn)行。利用這種纏繞技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)特定的層結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是兩個(gè)相鄰的電極之間必須有間隙，間隙的大小至少為噴嘴直徑，噴嘴直徑大約是繞線直徑的三倍。相鄰兩極之間的空間不能完全填滿，下圖為直角繞組方式。

繞針技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，承載導(dǎo)絲嘴的針支架通常與數(shù)控坐標(biāo)系耦合，這樣可以使噴嘴通過(guò)空間朝著定子移動(dòng)。這樣，除了正常的提升運(yùn)動(dòng)和定子的旋轉(zhuǎn)之外，還可以執(zhí)行鋪設(shè)運(yùn)動(dòng)。由于銅絲以90°的角度從銅絲導(dǎo)向噴嘴拉出，只能在有限的范圍內(nèi)定向放置銅絲。由于導(dǎo)絲噴嘴可以在整個(gè)齒槽內(nèi)自由移動(dòng)，因此如果配備了額外的旋轉(zhuǎn)裝置，噴嘴可以在接觸點(diǎn)處終止導(dǎo)線。與傳統(tǒng)的線性繞組技術(shù)一樣，接觸針或鉤形觸點(diǎn)可以緊密接觸于運(yùn)動(dòng)面，適用于星形連接或三角形連接中的單極互連，下圖為角度為45°繞組方式。

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與行程運(yùn)動(dòng)需要精確同步，以便在上下運(yùn)動(dòng)期間針不會(huì)接觸槽道，影響最大繞線速度的變量有：針行程、定子旋轉(zhuǎn)角度（極數(shù)）、線徑、槽道寬度、斜槽定子螺旋角。由于導(dǎo)線導(dǎo)管和針支架運(yùn)動(dòng)方式是高加速度，這會(huì)導(dǎo)致不必要的振動(dòng)，影響繞組質(zhì)量。提升運(yùn)動(dòng)質(zhì)量通常由滾珠絲杠產(chǎn)生，在此移動(dòng)過(guò)程中，伺服驅(qū)動(dòng)器必須不斷反轉(zhuǎn)，以滿足導(dǎo)線導(dǎo)管的反方向移動(dòng)。

結(jié)論

利用針式繞線技術(shù)，可以生產(chǎn)成品組件，例如定子線圈或連接件。除了磁極之間未充分利用的空間外，與傳統(tǒng)的拉入技術(shù)相比，還可以將具有良好填充系數(shù)的電機(jī)線圈纏繞到較低的定子疊片的高度（卷取機(jī)頭高度）上。

編輯：jq