直驱式风电定子线圈缩短制造过程中的技术问题探讨

直驱式风电定子线圈缩短制造过程中的技术问题探讨

王鹏 ,倪红彦 ,李雪琴 ,张小芳, 薛文军

1.中车永济电机捷力风能有限公司，陕西 西安 710000

摘要：直驱式风电定子线圈逐渐向大功率方向发展，由于风电市场竞争激烈，降本增效、缩短线圈长度已成为风电制造过程中控制成本的大势所趋，这就必不可少给线圈生产制造的工艺过程带来了一系列的技术问题。

关键词：直驱式风电； 线圈缩短；跨距；鼻高

1引言

因直驱式风电产品市场日益趋于大功率方向，为了满足用户的需求，我公司研发的产品功率越来越大，线圈的总长尺寸也就越来越大。为满足大功率线圈的技术要求，还要计算成本的输出，故我公司设计的产品在保证线圈直线尺寸的前提下，线圈端部尺寸不断的缩短，在大功率线圈张形过程中大部分线圈出现端部R角绝缘破损，且嵌线后两端槽口处外翘，影响嵌线工序交出。未破损的线圈绝缘损伤程度也存在不确定性，这对产品后期的绝缘性能埋下了隐患。

2 现状调查

大功率线圈张形过程是在数控张形机上完成，在数控张形过程中线圈端部夹钳处受力较大，从而造成端部夹钳处线圈绝缘破损的问题严重。

2.1 因线圈绝缘破损程度不同，需要进行绝缘修补，给过程质量管控人员增加一定的麻烦，也给线圈张形操作员工增加了一道修补绝缘的工序。不但增加了员工的工作量，还延长了产品的交出时间，未破损的线圈的绝缘强度也存在不确定性，这对产品后期的绝缘性能埋下了隐患。

   2.2 因端部缩短后，端部长度与线圈总长比例发生了变化，导致嵌线时两端端部外翘，端部尺寸超铁芯外圆，嵌线后操作工必须用木榔头将线圈端部向铁芯中心方向敲击3mm-4mm来实现整形，满足本工序交出要求。一台线圈总数将近500支，且此线圈线规较大，每支线圈两端都要进行此操作，不但费时费力，也对线圈内部绝缘带来一定的质量隐患。这对后期线圈的电性能造成很大的破坏性，影响产品后期的电性能和绝缘寿命。

3 原因分析

    3.1从线圈结构分析，此线圈总长较长，端部尺寸较短，在端部缩短之前所张的线圈未出现夹钳处绝缘破损的现象；降本增效将两端端长分别缩短后，在鼻高成型过程中，两端夹钳处作为支点受力过大，故而造成夹钳处绝缘破损。

   3.2 嵌线工序出现的两端尺寸超铁芯外圆问题，同样是因为线圈端部成型过程中夹钳受力制约，如果要使线圈端部在嵌线后不超铁芯外圆，可以通过线圈张形过程中让两端鼻销再增加3-5mm行程得到改善，但此操作同时会使端部夹钳受力更大，会导致夹钳处绝缘破损更严重。

   3.3分析张形机机理：风电定子线圈张形是在数控张形机上完成，数控张形机在线圈成型时，鼻部两鼻销先将梭形撑开向两端拉至平展，在此基础上，再以直线处四个夹钳分别向前后拉开两直线边跨距，最后以直线夹钳为支点，鼻部鼻销带动线圈鼻部向下用力完成了线圈的鼻高成型。观察整个张形过程，线圈鼻高成型过程始终是受向两端拉展的力的前提下完成的，所以线圈端部夹钳处破损应该与线圈整体在张形过程中受力大小有关。

4 制定措施

    4.1措施一： 在数控张形机张形过程中，对线圈端部夹钳处用0.06mm厚5-8层聚酯薄膜粘带进行防护，可以连续涨5-10支线圈，基本能达到线圈防护用布带有少量发毛现象，线圈内部绝缘基本无破损。但在张形过程中粘带很容易被线圈挤皱成为高点，使张形后的线圈上下层直线边角度不符合跨距样板，测量时出现不同夹角，给嵌线工序进槽时造成一定难度，嵌线时线圈绝缘也存在被损伤的隐患。

    4.2 措施二：在数控张形机夹钳处用一层0.05mm厚NOMEX纸进行防护，并用一层聚酯薄膜粘带进行固定，可以连续涨20-30支线圈，基本能达到线圈防护用布带有少量发毛现象，线圈内部绝缘基本无破损。在此期间需要不停检查防护是否偏移，粘带是否被线圈挤皱或磨损，是否需要及时更换防护。否则线圈绝缘就会出现破损，还是不能起到根本性的作用。

    4.3 措施三：在张形前将线圈端部包防护用布带时，将迭包度1/2改为1/4。此方法导致张形过程中夹钳夹线时将多支线圈绝缘挤伤，且张形后的线圈夹钳处仍有不同程度的破损。

4.4 措施四：改换非标张形机。生产现场还有一种非标张形机，与数控张形机的张形过程不同之处在于线圈梭形没有拉平展这一步，而是直接先用四个夹钳夹紧梭形直线部分，再将鼻销从两端梭形穿过去，最后线圈跨距和鼻高同时成型，夹钳处相对受力较小，这两种张形机机理有所不同。对比图纸后，直线四个夹钳位置可以通过调整两端底座距离完成，线圈截面积不同，可通过增加和替换相应尺寸的夹钳垫块来完成，线圈端部长度可以通过鼻部夹钳定位的调整来完成，鼻高通过调节鼻部的油缸行程来控制，最后再将改制和调整后的非标张形机通过试张形一支线圈后，再进行微调整，张出的线圈完全符合大功率风电定子线圈图纸，且完全消除了端部夹钳处绝缘破损的问题。

5 实施情况

    5.1、改换非标张形机后，完全解决了数控张形机所涨缩短线圈的两个弊端，消除了端部夹钳处绝缘破损的问题，极大提高了产品质量

。嵌线时线圈进线顺利，无两端翘起现象，也完全杜绝了嵌线后端部尺寸超铁芯外圆的问题，避免了嵌线后操作工用榔头敲击线圈两端部造成后期的质量隐患。

    通过将大功率线圈张形从数控张形机改至非标张形机后，不但将线圈夹钳处绝缘破损完全降为零，省去了修补破损的工序，也杜绝了破损带来的质量隐患；同时还将嵌线后端部尺寸超铁芯外圆的问题得到了彻底解决，省去了嵌线后员工需要将500来支线圈的两端一支一支向铁芯中心方向敲击的工作。从而将直驱式风电大功率线圈因张形问题引起的绝缘损伤和隐患降到了最低，使嵌线得以顺利进行。

5.2、产能提高，是之前的2倍多。两种张形机速度不同，以前用数控张形机每台需要张形12小时，改为非标张形机后，张形一台只需要5.3小时，产能是以前的2倍多。且数控张形机担任的产品型号多，每次换型还需要调试1-2小时，大功率直驱式风电线圈改非标后为数控张形机腾出调试新型产品的调试时间，也减轻了数控张形机的生产压力。

5.3、提高了大功率直驱线圈质量一致性。数控张形机每次换型后同样的数据涨出的线形不稳定，需要在过程中严格把控。而非标张形机参数稳定，涨出的线圈线形一致性好，质量较稳定。

5.4、达到了降本增效的目的。缩短线圈批量生产后，每台节省4000元电磁线成本，也节省了500元的绝缘修补用料，同时杜绝了因张形问题损伤线圈绝缘所造成的后期质量隐患。每台节约原材料成本合计4500元。本年度共完成350台，共节约成本157.5万元。

结束语

    在风电定子缩短线圈张形出现绝缘破损的改善过程中，通过分析原因、制定工艺措施，最终将绝缘破损的问题得到了根本性解决，同时将大功率直驱式线圈的张形产能提高了2倍多，线圈线形一致性得到了极大改善，还实现了降本增效的目的，在一年内为公司节省原材料成本达157.5万元。

参考文献

[1]湘潭电机厂．交流电机设计手册[M]．湖南人民出版社，1997

[2]GB/T19960．1－2005风力发电机组 第1部分、通用技术条件[S].中国标准出版社，2005．