四极凸极整体式结构转子磁极线圈平绕工艺研究

钟 军，邓灿华，尤 磊，陈 玮

（中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

四极凸极整体式结构转子磁极线圈平绕工艺研究

钟 军，邓灿华，尤 磊，陈 玮

（中车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

文章通过对某型无刷励磁发电机转子磁极结构特点的分析，介绍了四极凸极整体式转子磁极线圈的制作难点，及相应的制作工艺要点。

发电机；磁极线圈；工艺要点

某型无刷励磁发电机转子，该电机由于体积较小，因此设计结构与同类型无刷励磁同步发电机有很大区别，特别是主发转子的设计采用整体式结构，整个转子由四个极组成，完全不同于以往的装配式磁极铁芯结构。由于是一种全新的制作工艺方法，因此在线圈制作工艺上有很大难度，故在转子绕线工装设计、极身绝缘粘贴、转子线圈出线、转子线圈固定上有许多工艺难点需要解决，结合前期项目的制作经验，特对上述问题进行工艺研究以保证项目的顺利实施。

1 转子结构

该转子共有四个极，呈整体式结构，整个转子由转子铁心、线圈、绝缘材料及极间支撑组成，如图1所示，此种磁极设计方法被称之为多层绕线式，在这种设计方法中，电磁线绕着磁极绕制，电磁线通常是矩形或者是方形截面，电磁线绕在该转子磁极上的匝数有上百匝，深度方向有十几层，匝间绝缘即为电磁线的本体绝缘，从轴向看，转子铁心被做成具有极靴或极面（它是转子磁极距离定子最近的部分）的形状，通过该形状的设计起到固定绕组、抵抗离心力的作用，绝缘材料被放置在线圈和转子铁心之间，起对地绝缘的作用。

图1 转子结构

2 转子绕线工装设计

该转子磁极线圈绕线的特点是带转子铁芯绕线，这种绕线方式的主要难点有以下两点：①如何将转子固定在绕线机上。②在线圈的绕制过程中能实现旋转/固定功能。该转子一共有4个极，在绕制完第一个极的线圈后需要旋转转子以便绕制后续三个极的线圈，另外在绕线的过程中亦要保证整个转子铁芯无轴向窜动，否则线圈在带拉力绕制的情况下由于转子的窜动将无法绕线，为了解决上述两个问题，特专门设计了一套旋转/固定工装，该工装主要由固定架、假轴、固定件、旋紧件、夹板、搭板、加强筋共七个部分组成，主要设计思路是用四个4个M20的螺栓将旋转/固定工装的底板与绕线机法兰盘连接并固定；然后用左、右固定板及夹板固定假轴的两端，并用旋紧件、固定件实现旋紧、固定和旋转功能，最后为防止线圈在绕制过程窜动，在转子磁极板和支架固定板上分别配钻一个M10的螺纹孔，用1个M10×30及1个M16×90的螺栓将搭板、转子及支架的固定端固定在一起，保证线圈的绕制的过程中转子不沿轴向蹿动，整体效果如图2所示，这样转子就通过固定工装固定在了绕线机上，在绕完一个极的线圈后也能很方便快速的换极，通过设计优化，该工装整体满足转子绕线要求。

图2 整体效果

3 极身绝缘粘贴

在用NOMEX纸对磁极极身进行粘贴时，按最初的绝缘规范要求，对于要求包扎极身绝缘的磁极线圈，极身绝缘采用0.25 NOMEX纸、0.38NOMEX纸，采用胶粘剂粘接，具体操作要求是在极身的内表面刷一层TJ-1853双组份环氧胶刷胶，然后粘贴3张0.38厚的NOMEX纸，在实际操作过程中发现0.38厚的NOMEX纸偏硬，很难预成型，同时粘贴完极身绝缘后因刷胶不均匀其高度方向尺寸严重超差（该胶不易配比且固化时间较长），导致无法绕下规定匝数和层数，后经过以下几点进行工艺改进：①在保证绝缘的电气强度和机械强度满足要求的前提下，将3张0.38厚的NOMEX纸更改为3张0.25厚NOMEX纸+1张0.13厚的NOMEX纸且放弃刷胶，改为用0.09厚NOMEX纸胶带在转弯处和连接处粘接固定。②将0.13mm、0.25mm厚的NOMEX纸，分别按照图3、图4、图5尺寸要求下料并折弯成型，按台计算（其中0.13mm厚的W形4张；L形8张；十字形4张；0.25mm厚的W形12张；L形24张；十字形12张），通过预成型，NOMEX纸粘贴时很容易就与铁心服帖，无鼓包现象。经过优化，极身绝缘粘贴完毕后进行了试绕，试绕结果是极身能排下要求的匝数和层数。

图3

图4

图5

4 转子线圈出线

为确保主发转子引出线连接可靠，设计采用镀银铜片代替线圈母线的出线方式，该方式需要解决二个问题，一是镀银铜片在线圈内部的预埋方式，二是镀银铜片与线圈母线的焊接方式：

（1）转子内层引线出线方式按最初设计要求采取在磁极铁芯高度方向折回再引出的方法，由于此种方法影响线圈的高度尺寸，后将绕线起始位置改变直接从极靴下绕，这样引线就不用折回，也不会影响线圈的高度。

（2）由于设计采用的是由镀银铜片代替线圈母线的出线方式，考虑到镀银铜片较薄，且每个磁极线圈绕制完毕后，需要将预埋的镀银铜片与线圈尾部焊接在一起。由于线圈为玻璃丝包铜扁线，焊接时，焊点不能离线圈太近，以免损伤绝缘。并且，线圈尾部不能剪断后焊接，否则线圈会散掉，只能焊接完后再将尾部剪断。所以焊接前需考虑两点：①采用哪种焊接方式；②评估所采用的焊接方式对线圈损伤风险，焊接前预想的焊接方式电烙铁焊接，其次是火焰焊，首先对比了两者的焊接效果，为此制作了4个焊接试件（试件1、2为电烙铁焊接，试件3、4为火焰焊），焊接效果如下：

①外观检查。

试件1

试件2

试件3

试件4

结果分析：观察试件外表面，无裂纹、夹杂、气泡等缺陷，焊接长度符合要求；外观符合要求。

②剖切试验。

试件1

试件2

试件3

试件4

结果分析：试件2、试件3、试件4内部焊锡填充饱满、无气孔、裂纹和等缺陷，试件1的底部位置焊锡未填充满，其余无缺陷。

通过验证这两种焊接方式各有优缺点，采用大功率电烙铁焊接时，先将镀银铜片折弯后将电磁线包起来，然后用烙铁对电磁线和镀银铜片进行焊接，该焊接方式不会伤到线圈但焊接位置由于受热不均匀，镀锡过程中焊锡流动性不好，对试件解剖发现焊接位置焊锡填充不饱满且有气孔，易产生虚焊。火焰焊焊接时，由于受热均匀，焊锡填充饱满，无气孔，但火焰焊很难控制火焰且收尾时焊接位置离线圈太近，容易烧伤线圈。通过对比分析验证二者的优劣，决定采用火焰焊，在操作时必须做到以下3点：收尾时将引线头折弯，使其离线圈一段距离；焊接时，垫上几层NOMEX纸以保护下方线圈，同时加垫湿石棉进行防护，焊接完毕后，再将尾部剪断；整体线圈制作完成后需进行烘潮。总之在防护到位的情况下采用火焰焊的试件焊锡填充饱满且无气孔，焊接效果好于电烙铁焊接，将该方法运用在产品中也未发现虚焊及烧伤线圈的现象，通过验证优化采用火焰焊能满足设计要求。

5 转子线圈固定

主发转子线圈共有12层，1～8层每层14匝，9～12每层分别为13、12、11、10，依次递减，如图6所示，对于这种多层数，多匝数的线圈且是高转速的转子，线圈的固定非常重要，在试制过程中，工艺上做了两项改进：

（1）转子绕线时为防止出现垮线（从第10层开始），在线圈爬坡处加垫NOMEX纸，同时为防止线圈在绕线过程中错位，将线圈的爬坡换层位置定在线圈的端部，在线圈绕制完成后，提前在第12层第6匝的位置预埋一根涤玻带，在绕完剩余匝数后将预埋好的涤玻带拉紧，使线圈外层引线头能够锁紧不松动，同时在线圈四角R处加绑扎带固定整个线圈。

（2）将极间支撑板加长，确保每匝线圈在磁极高度方向被支撑板完全压住，防止线圈出现鼓包现象。

图6 主发转子线圈图

6 转子线圈检查

在利用了上述改进的工艺方法进行转子线圈的制造后，由检查员对转子四个极上的线圈进行了检验，检查结果显示所绕制的线圈尺寸都满足技术要求，线圈高度尺寸无超出铁心现象，同时，在每个极下的线圈绕制完成后，测量其电阻值，设计要求25℃电阻值为0.353Ω，偏差不大于1%，在环温18℃下测量四个极的线圈电阻值分别为0.3562Ω、0.3565Ω、0.3565Ω、0.3562Ω，换算成 25℃后分别为：0.3660Ω、0.3663Ω、0.3663Ω、0.3660Ω，满足设计要求。

7 结语

某型无刷励磁发电机转子线圈制作成功，标志着公司掌握了该型转子线圈制作的技术，此项工艺技术的改进，可作为一项新技术进行推广应用，该产品的制造成功，为公司创造了经济效益并积累了生产相关产品的经验。

［1］罗小丽.电机制造工艺及装配［M］.北京：机械工业出版社，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

钟军（1987-），江西宜春人，大学本科，主要从事于电机绝缘工艺技术工作。