集中绕组定子铁芯结构研究

集中绕组定子铁芯结构研究

刘月

安徽皖南电机股份有限公司 安徽省宣城市泾县 242500

摘要：随着变频产品在家电领域的应用范围逐渐扩大，家用电器在使用的同时需要为其提供更多的直流变频电机。针对这一发展现状，对直流变频电机中集中绕组定子铁芯结构的研究具有一定的实践价值。本文首先阐述了集中绕组定子技术的界定，接着分析了定子铁芯的生产现状，探究了该结构的实现方式，最后对不同结构进行了对比分析，希望为集中绕组定子铁芯结构的研究提供参考。

关键词：定子铁芯；拼链式结构；集中绕组

引言：作为电机磁路的重要组成部分，定子铁芯能够实现定子绕组的放置。为了防止交变磁势引发的涡流使铁芯造成磁滞损耗，通常情况下，铁芯采用硅钢片材料叠合而成。定子铁芯中用来防止定子绕组的定子槽一般可以分为三种形态：开口槽、半开口槽、半闭口槽。高压大中型异步机普遍采用开口槽的形式用来嵌线，对于低压中小型异步机而言，通常使用半闭口槽。

一、集中绕组定子技术界定

定子作为磁场的重要构成，通常包含了绕组与铁芯两种组件，绕组在设置方面能够分为分布与集中两种绕组方式。参数的数量是检测电机稳定性能及效率的重要指标。在电机中采取分布绕组的形式，具有精准度高、稳定性强、运行效率高等特点。在一个或多个线圈串联的作用下形成了线圈组，作为电动机绕组的主要元件，线圈是由绝缘导线缠绕构成的，线圈可以由一匝或多匝构成，根据电动机电磁参数对匝数进行衡量^[1]。电动机中线圈具有多种形态，但通常情况下，主要为三部分构成，有效边为嵌入铁心槽的部分，一只线圈具备了两个有效边，能够进行电磁能力的转换。两个有效边的连接部分的位置为铁芯两端槽外，这一位置通常被称为线圈端部，是线圈的重要组成部分，但无法进行线圈能量的转换。线圈在绕制完成后，首尾两端的线头被称为引线，被作为线圈电流的引接点来使用。

二、集中绕组定子铁芯的生产现状

由于直流变频电机通常会运用分数槽的形式进行绕组，并在槽数与级数方面存在极为接近的特点，因而市面上的大多数产品采用集中绕组的形式进行设计。在定子齿上，每个都采用了齿线圈集中绕制的方式，促使绕线能够运用自动绕制的形式对设备进行缠绕，达到生产效率提高的效果，进而对电动机的成本进行一定程度的限制。从空调使用的变频风机中可以看出，通常情况下，采用的定子铁芯结构为具有十二槽八级的整圆，相较于传统加工模式的人工嵌线，自动化的绕线模式，具有提高生产制作质量与效率的效果，为定子铁芯的大规模生产制作提供了保障，实现了内绕机绕线的精准性^[2]。根据集中绕组定子铁芯生产自动化需求的深层次提高，电机领域相继出现了盘绕、分块、直条等形式的定子铁芯结构，并具备了不同的优势与不足。对于定子铁芯而言，为了满足实际生产需求，需要具备能量损耗低、导磁性良好、铁芯内径适宜等特点。

三、集中绕组定子铁芯结构的实现方式

通过将定子铁芯中的齿作为分类单位，能够将一个定子铁芯划分为多个铁芯单元，并在轭部的连接部位形成不同形式的凹凸结构。铁芯单元两端中的凸起结构，能够进行自有转动，进而实现一定角度的旋转，具有较强的灵活性。作为定子铁芯结构的一种，拼链式定子铁芯属于具有一定优势的新型结构，通过采用大量拼链式定子铁芯的相互连接，能够形成链条状态，与直条式的定子铁芯具有同样的绕线方式，并且可以相互分离，同样能够使用分块结构的铁芯绕线方式对定子铁芯进行绕制。从扣位方向角度来看，拼链式结构的定子铁芯朝向为外圆外部，实现对外圆空间的合理使用。对于凸扣方式而言，拼链式结构的定子铁芯与圆弧间共同组成弯曲形态，凸扣的角度不同，能够使铁芯形成不同直径。在这类结构的影响下，有利于铁芯形成一定的结构强度，且完整性良好，无法形成任何缺口，为电机的基本性能提供的有效保障^[3]。基于此，在进行定子铁芯的设计时，无需在轭部进行额外的加厚操作，防止材料的浪费，达到节省制作成本的效果。在进行凸扣的设计时，主要采用圆弧状的结构，利用桥型结构连接齿部的主体位置。在定子铁芯的扣位形成一定开口尺寸时，将凸扣的位置对另一扣位进行插入，并在达到特定的旋转角度时，对两个定子铁芯进行紧密贴合。在拼链式结构的定子铁芯无法将凸扣对另一扣位进行插入的情况下，便无法实现平面扣合，需从铁芯的轴向位置进行压入，使定子铁芯实现虽大角度的旋转，且不易出现松脱的现象。另外，定子铁芯的扣位及凸扣也能形成复合结构，在短平台内进行相互抵接后，能够促进扣合后机械强度的提高，有利于铁芯变形程度的减小，实现了定位的准确性。

四、集中绕组定子铁芯结构的对比分析

（一）盘绕式与整圆式结构对比

通常情况下，传统整圆式结构的定子铁芯采用手工嵌入的集中绕组形式，或可采取凸轮转动的形式，在定子铁芯的内部进行绕线，根据铁芯“口”的轨迹进行线圈的绕制。因此，整圆式定子铁芯在线圈绕制方面存在速率较慢、效率低下的特点

^[4]。整圆式的铁芯绕制结构中涵盖了盘绕式结构，但其并非由片状结构叠合而成，而是与直条式的铁芯结构类似，如同弹簧状将线圈进行盘绕，通过线圈的堆叠达到相应的厚度。这类线圈存在结构复杂的特点，从实际操作角度来看，工艺难度较大，因而其运用的场合较少。从材料利用效率角度而言，整圆式结构的定子铁芯具有一定优势，而其他方面不存在显著优势。相较于整圆式结构，拼链式结构具有节约材料、速率较快的特点。

（二）拼链式与直条式结构对比

在传统整圆式结构的衍生下，形成了直条式的定子铁芯结构。通过将整圆式定子铁芯进行展开，采用飞叉式的绕制方式，在绕线机的帮助下对定子铁芯进行绕线，其具备了速率较快的特点，相对于整圆式结构的绕线方式，直条式提高了三到六倍的绕制速率，实现了铁芯绕制效率的提升。但由于定子铁芯的展开，导致在结构方面形成了整体细长的直条式，难以控制结构改变对定子铁芯造成的公差，导致其冲制难度的进一步提升^[5]。因此，直条式结构的定子铁芯只能应用于部分小型电机。对于拼链式结构而言，由于属于分开冲制的形式，只需将铁芯进行叠压连接，形成链式状态，因而在各个规格的电机中，都可采用拼链式结构。由于拼链式结构能够进行弯折，因此，在进行绕线时，可结合实际需要对铁芯单元角度进行调整，具有较强的灵活性。

（三）拼链式与分块式结构对比

块状式铁芯结构中，铁芯单元间呈现相互分离的状态，因此，需要进行单独绕线，导致其绕组线头的数量为铁芯数量的两倍。如若对12槽定子铁芯进行集中绕线，将会形成24个线头，并在最后环节对24各线头进行单独去漆皮，进而采用母排或电源线对其进行焊接。因此，块状式结构的定子铁芯在绕线方面自动化程度较低，导致整体效率低下，由于存在较多的焊点，极易引发质量隐患问题。在拼链式结构中，能够将各个铁芯进行连接，进而形成直条的形态，并采取直条式的绕线方式对其进行绕制，具有良好的自动化效果，提高了电机的安全性、可靠性。

结论

综上所述，在交频产品日益普及的时代背景下，家用电器对变频电机具有广泛的需求，而集中绕组作为变频电机中的主要构成，成为了影响变频电机各项性能的关键因素。基于此，为了满足时代发展的自动化生产需求，变频电机领域应加强对集中绕组定子铁芯结构的研究，探究出电机成本低、性能指标良好、生产效率高的新型定子铁芯结构，实现对铁芯结构优势的全面覆盖，推动电机企业的发展，为电力资源的节约提供有效保障。

参考文献

[1]柏文珺,高凡,李宁.水电厂发电机定子绕组、铁芯温度趋势分析[J].水电与新能源,2020,35(04):50-54.

[2]张维伟,丰帆,郑国丽,王国辉,罗定辉.定子轴向通风孔对永磁同步牵引电机绕组温升的影响[J].电机与控制应用,2020,47(11):51-55.

[3]刘臻.汽轮发电机定子绕组绝缘检修工艺技术探讨[J].中国设备工程,2020(20):70-71.

[4]王浩.三相异步电动机定子绕组故障研究[J].河南科技,2019(16):54-56.

[5]周龙南,高波,周云飞,赵倩.简述异步电机定子绕组温度的检测方法[J].内燃机与配件,2018(18):136-137.