电机电磁线圈设计程序

线圈设计程序

目 录

一、定子硬绕组…………………………………… 1 二、定子软绕组…………………………………… 2 三、转子插入式绕组………………………………四、转子散下线绕组………………………………五、简化公式………………………………………六、编制说明………………………………………

1

3 4 5 6 定子硬线圈（成型）

一、需要数据

定子外径Da；定子内径D； 铁心总长L；定子槽数Zi；极数2P；线圈节距Y（以槽数计）；每圈匝数n，每极每相槽数q； 未绝缘绕组的高度和宽度a′×b′， 绝缘后绕组直线部分的高度和宽度a″×b″ 绝缘后绕组端部的高度和宽度al″×bl″ 导线规格； 绝缘规范；槽形尺寸 二、线圈尺寸计算

1．线圈两边在定子圆周上所垮的角度： α=

Y?360?Z ?1?Y?180?2Z1

2．相邻二线圈端部之距离： Lcb= bl″+△

△ ——两线圈端部的间隙见表1（电压≤660）

表1

2P 2 4 ≥6 定子外径 △ Da≤500 1.8～2 1.5～1.8 1.2～1.5 Da＞500 2.2 2 1.7 3．上层线圈斜边所张开的角度（图一） Z1LcbΦ=sin-12?R1 R1=D/2+G

2

（图一） 4.槽口到未包绝缘的上层线圈的距离： G=hK+δ+δ′+ho hK——槽楔厚； δ——线圈槽部高度单边绝缘厚度； δ′——槽下垫条厚度； ho——齿尖高。

5．未包绝缘的下层线关到槽口的距离：

H=G+a″+δ″ （图三） δ″——层间垫条厚。

6．线圈鼻端到定子内圆的垂直距离j其值的大小以使线圈端部抬高6°～8°一般可选用表2数值（铁心外径大者选用大值）。

表2

极数 j de 7．拉轴直径

de——一般采用12或16见表2。

3

2 20～25 12 4 15～20 ≥6 10～15 16 三、用作图法求斜边平均长，线圈抬高值及其垮距： 8．作图步步骤（图四） （图四) （1） 以D/2为半径作一弧gi （2） 通过圆心O点作任意直线OX，使其与gi相交于V点。

（3） 作OX1及OX2两直线，使各与OX，成α/2角度，并分别与gi交于Q

和S点。

（4） 在OX取QB=G，取BB1=a′，在OX2上取SE=H，取EE1= a′，再在OX

上取VK=j。

4

（5） 连接BK，并作B1K1∥BK

（6） 在OX上取KY=YF=de/2，再连接EF并作E1F1∥EF。

（7） 作YX′，使用权YX′与YX成10°角，得YX′与F1E1交点L。 （8） 连接BE、B1E、EY并作LL1⊥BE，连接LO交gi上一点L2。 （9） 由作图量得BK、EY、B1E、LL1、LL2。 （10）修正BK与EY成弧长（只对2、4极）

以OK为半径分别以B、K点为圆心划弧，交于一点O1，再以O1为圆心，O1K为半径为BK，并量角∠BO1K。

以OY为半径分别以Y、E点为圆心划弧，交于一点O2，再以O2为圆心，O2Y为半径为EY，并量夹角∠YO2E。

?BK=180O1Kα1=1.745×O1Kα1×10-2 ?EY=180O2Yα21=1.745×O2Yα2×10-2

四、确定中部分尺寸

9．斜边部分的伸出长（图二）

Ld1=tgΦ×BK

10．斜边假想弧长（图二） （图二）

T=EY2?Ld12 11．斜边与直线部分弯曲之半径伸出长M及弧长PQ（图二） 弯曲半径rB=r+

??b12

r——见表3 M=rBtgPQ=

80??2

?r2?rB360B（90-Φ）=180（90-Φ）

5

表3

极数 2、4 6、8、10 r 25 20 12.线圈端部总伸长

Ld=A+M+Ld1+

de2+ae″

A——线圈端部伸出直线部分长见表4

表4

极数 电压 A 2、4极 6极以上 500以下 20～25 18～20 660～3000 25～30 20～25 13．平均每匝导线长（不计引线）

Lcp=2[L+2A+2PQ+2T-2M+de?a?2π]

14．两线圈间引线长

L1=

?(D?2LL2)2Z1+（20～30）

15．极间引线长

L2=

?(D?2LL2)2?2P+20

16．加引线长后的每个线圈平均长： L=n（Lcp+

2l1n?2l2nq）=nLcp+2L1+2l2q

17.每台绝缘导线总重： G=8.9×k×S×L×Z1×10-6公斤 S——导线截面积（包括并绕导线）

k——导线绝缘系数（双纱包线1.08；双玻璃丝包线1.2）。

6

转子插入式线圈

一、 需要数据：

转子外径D2；极数2P；铁心长L；转子槽数Z2；相数M；线圈跨距Y2（以槽数计）；接法； 铜线规格a×b；绝缘规范； （长度单位：毫米） 二、 计算

（一）槽尺寸校核：（参见绝缘规范）

线圈宽度=b×并列排数+线圈绝缘厚度+匝间绝缘厚。

线圈高度=a+线圈绝缘厚度 （图一） 则槽宽应≥线圈宽+槽绝缘厚度+铜线线圈槽宽的公差+装配间隙。 槽深应≥2×线圈高+槽绝缘厚度+铜线线圈及槽高的公差+装配间隙+槽口到楔底部的距离+垫条总厚度。 （二）线圈计算

1．半线圈沿转子槽间所跨之角度：（见图四α）

180y2图二整节距时α1=Z2 式中y2——整节距时的跨距 式中y2′——短节距时的跨距 式中y2″= y2（或y2′）+0.5 式中y2???= y2（或y2′）-0.5

180y2?图二短节距时α2=Z2180y2??图三长端部时α3=Z2180y2???图三短端部时α4=Z22．相邻二槽两线圈端部斜边之距离： E1F1=WS+△

式中：WS——端线部分绝缘后之宽度；

△ ——相邻两线圈斜边间隙，选用1.0～2.0（极数少者，功率大者选用较

7

大值）。 3．由槽口至上层线圈边之距离（见图二或图三） （图二） （图三） G= 4．由槽口至下层线圈边之距离（见图二或图三） H= 5．由中心至上层线圈端部导线之平均半径：

Ra1=

D22-（G+

线圈铜线高度2）

6．由中心至下层线圈端部导线之平均半径：

R2线圈铜线高度a2=

D2-（H+

2）

7．上层线圈端部射线之弧长： 图二整节距时L?R1y21=

Z2 图二短节距时L?R1y?21′=Z2

图三长端部时L?R1y?2?1″=Z2-（b2+槽内匝间绝缘）

图三短端部时L?R1y?2??Zb1???=

2-（2+槽内匝间绝缘）

8．下层线圈端部射线之弧长： 图二整节距时L?R2y22=

Z2 图二短节距时L?R2y?22′=

Z2

8

图三长端部时L2″=

???=图三短端部时L2??R1y?2Z2-（2+槽内匝间绝缘）

bb???R2y?2Z2-（2+槽内匝间绝缘）

9．上层线圈端部展开时与直线部分所成的平面角度（由三角形D1?E1?F1?可得）见图四、图五。 （图四） 9

（图五） sinα=

E1?F1?E1F1?Z2?E1F1?Z2?D1?F1?=

?2?R1=0.1593

?R2

10

10．下层线圈端部展开时与直线部分所成的平面角度： sinβ=0.1593

E?2F2?Z2R2

11．上层线圈斜边部分射线之弧长

K1=L1-（m1+m1?）=L1-2(r1+bs/2)(1-sinα) 设r1=r2=6～10 m1+m1? bs——绝缘后线圈宽 r1——从直线部分转向斜边部分的弯曲半径； r2——从斜边部分转向线圈端部的弯曲半径； 式中L1及下式L2分别以项7、8中的值计算之。 12．下层线圈斜边部分射线之弧长

K2=L2-（m2+m?2）=L2-2(r1+bs/2)(1-sinβ) 13．弯曲部分之伸出长a1、c1、a2、c2

a1值系由三角形D1N1C1求得 a1=D2N=（r1+ bs/2）cosα 取r2=r1 C1=a1=（r1+ bs/2）cosα a2=（r1+ bs/2）cosβ 同理C2=a2=（r1+ bs/2）cosβ 14．斜边部分伸出长Cx

图四时：Cx=1/2（Cx1+Cx2）=1/2（K1tanα+K2tanβ） 图五长端部时：Cx?? =1/2（K1tanα+K2tanβ） 图五短端部时：Cx??? =1/2（K1tanα+K2tanβ） 15．线圈端部伸出总长 图四时：Ld=A+a1+Cx1+C1+d

11

图五时：Ld=A+a1+Cx?? +C1+d=（A+2）+a1+Cx???C2+（d+2） 式中A——直线部分伸出铁心长，其值见表1

d——尖端部分伸出长=并头套宽度+10mm（一般取25~35）

表1

转子电压 V 500及以下 500～1000 A mm 20 25 16．上层线圈端部斜边弦长T1 图四时：TCx1=sin? 图五长端时：TC??x1? =sin? 图五短端时：TC???x1??? =sin? 17．下层线圈端部斜边弦长T2 图四时：TCx2=sin? 图五长端时：TC??x2?? =sin? 图五短端时：TC???x2??? =

sin?

18．端部斜边的弯曲半径ρ（从图六求得）K?所对的弦长K KK?11=2R1sin(2R1?180?)

KK?22=2R2sin(

2R2?180?)

MN1=R1-R211?(K2)2 MN2=R2-R2222?(K2)

ρMN11=2?T128MN1

ρMN2T222=

2?8MN2（也可以用作图法求出弯曲半径ρ）

19．斜边T??1T2所对的弧长T1T2

12

T?1 T?180?2RaicsinT1~22=2R

20.上层线圈由于r1r2所接之曲弧长 L1=（rb1+

S2）（90°-α）180?

21．下层线圈由于r1r2所接之曲弧长

L2=（r1+

bS2）（90°-β）180?

22．上层线圈半匝平均长

图四时Lcp?1=L+2（A+T1+2L1+d） 图五时Lcp?1=L+2A+T1??+T?1???+4L1+2d+4

23．下层线圈半匝平均长

图四时LcpA+T?2=L+2（2+2L2+d） 图五时Lcp?2=L+2A+T2??+T?2???+4L2+2d+4

24．每台线圈未绝缘导线的总重 Gcu=r(Lcp1+Lcp2)Z2S×10-6 (公斤)

式中r——导线比重，铜线r=8.9，铝线r=2.7 s——导线截面积（包括并绕导线的截面）

注：短节路与整节路线线圈计算方法一样，分别以短节距y?2或整节距y2计算即可。 13

（图六） 注：端部斜边的弯曲半径的求法： 1．计算法： ρ=

4(MN)2?T28MN

∵a?N??N???M?N?(2??M?N?) （(a?N?)2?2??M?N??(M?N?)2 ∴ρ=

(a?N?)2?(M?N?)2T2?4(MN)2M?N?=

8MN

2．作图法：

如图，先画R1（R2）和斜边伸出长Cx作一假想圆柱。

连aa?和a?p使其分别等于K、T。 作a?p的垂直平分线zz?，交a?p于N?。

在oz?上取M?N?=MN，过a?M?P三点作圆即得弯曲半径o1p??

14

转子软线图（散下线）

一、已知数据：

转子外径D2；铁心长L；转子槽数Z2；极数2P；节距y2（以槽数计）；每圈匝数n；导线规格；转子槽形（平均槽宽b，槽高h）；绝缘规范；长度单位：毫米。 二、线圈基本尺寸 1．

线圈平均跨距：

?n)???(Dy2 Z22． 线模宽度：

?m?(??b)?0.96

三、计算：

（一）单层链形线圈（图一） （图一）

3．弯曲半径的确定：R——一般采用20。 4．线圈端部伸出长：Ld=A+b+R

A——线圈端部伸出铁心直线长（一般为10~20，跨距大者选大值），见表1。

表1

跨距 A 80以下 10 80~120 15 120以上 20 5．线圈平均匝长：

Lcp=2[L+2A+?(R?b2)+(?m?2R)] （二）单层梭形线圈（图二）

15

（图二）

6．弯曲半径的确定：

R——一般采用20或25，τ大者用大值。 r——一般采用5。 7．线圈端部伸出长： Ld=A+b+k1?m k1见表2。

表2

极数 2 4 6 8、10 k1 0.28~0.3 0.3~0.32 0.32~0.34 0.34~0.36 8．作图量出L1、α1α2。 9．线圈平均匝长：

Lcp=2?L?2A?2L1?0.01745[(R?b2)?1?2(r?b2)?2]?

10．引线长：L=?(D?h)4P+20

二、 每台线圈的重量：

G=??k?S?Lcp?n?Z22?10-6 公斤

ρ——导线比重，铜线ρ=8.9，铝线ρ=2.7

16

k——导线绝缘及引线系数见表3（转准确计算可参数0EE.208.001-2表3）

表3

聚脂或高强度漆包线 导线种类 铜线 k 1.04 铝线 1.1 1.1 1.2 单纱漆包铜线 双玻璃丝包铜线 S——导线截面（包括并线导线的截面）

17

一、 定子硬绕组（成型）

Lcp=2[L+2A+kτ/cos?+?de2]

式中：L——定子铁心长；

A——线圈端部伸出直线部分长； τ——平均跨距=?(D1?h1)Z1y1

D1——定子内径 h1——定子槽高 Z1——定子槽数 y1——定子节距

Z(b1?2)? ——端部斜边所张开的角度=sin

-1

?D1 b1——定子槽宽

de——拉轴半径{=12（2、4P）；=16（≥6P）}

端部伸出长：Ld=A+k?2tan?+deh12?2

二、 定子散下线圈

Lcp=2（L+2A+k 1?cos?）

???(D1?h1)Z1y1 ?2??tan

-1

2k?=tan-12k2

铁心外径 120~145 167~245 280~327 ≥368 A 8~12 12~15 18 20 线圈形式 鼓形 梭形 半梭形 梯形 k1 1.05 1.1 1.12 1.1 LcP=L+1.4τ（仅适用于5#以下，2极单层，鼓形线圈）

18

极数 2 4 6 ≥8 k2 0.3 0.32 0.35 0.38 ? 31# 32.6# 35# 37.2# k3 0.5 0.34 0.26 0.25 端部伸出长

Ld=A+k2τ =A+k3τ（仅适用于单层鼓形线圈）

三、转子插入式线圈平均半匝长

Lcp=L+2[A+0.575τ/cos?+(25~35)]

转子电压 500伏以下 500~1000 A 20 25 式中：L——转子铁心长

A——端部直线伸出部分长

τ——半均跨距=?(D2?h2)Z2y2

D2——转子外径 h2——转子槽高 y2——转子线圈节距 Z2——转子槽数

Z2b2?——sin-1?D2

b2——转子槽宽

端部伸出长：Ld=A+?2tan??（25~35） 四、转子散下线单层键形线圈平均匝长

19

Lcp=2[L+2A+π（20+b2/2）+（τm～40）] 式中：b2——平均槽宽 τm——[?(D2?h2)Z2y2-b]0.96

端部伸出长：Ld=A+b+20

跨距τ 80以下 80~120 120以上 A 10 15 20

20

线圈设计程序编制说明

1．

此设计程序是在我厂设计人员多年来设计经验手稿公式的基础上参

考了外厂、外所的设计公式，并结合了我厂生产实际初步整理出来的初稿，还应在生产实践中反复验证。 2．

线圈设计程序共分四部分（定子硬绕组、定子散下线绕组、转子插

入式绕组；转子散下线绕组） 3．

线圈平均匝长的简化近似计算公式是在线圈设计程序的基本上简化

出来的，它仅供电磁时计算平均匝长及端部伸出长之用。 4．

根据本公式及简化公式抽算了我厂部分规格的产品，平均匝长与生

产图纸数据比较见附表。

21

线圈设计程序公式验算结果

线圈型式 定子硬绕组 转子插入绕组 定子散下线绕组 彭形 梭形 梯形 电机型号 JB41-2 JB51-2 1JB53-4 1JB42-4 JBR52-6 JBR62-8 JZRH82-10 JZR71-10 JZR82-10 JBR52-6 JBR62-8 JBR61-6 JBR51-8 8JO211-4 BJO251-6 JZR61-10 JZR51-8 JBS11-2 JBS22-4 JBS31-6 新程序计算结果 Lcp 1383.4 1586 1528 12542 16124 1715 576 792 826.5 804.9 359.4 523 730 826.8 434.4 534.6 454 简化计算结果 Lcp 1383.7 1582.6 1521.6 1241.6 1522.2 1634.4 1718.2 587.5 859 808 828 784 633.6 354.4 527 728 816.4 432 538 458

简化计算误差 % +0.029 -0.215 -0.42 -1.0 +1.39 +0.187 +1.96 +0.75 +1.5 -1.4 +0.76 -0.274 -1.31 -0.55 +0.64 +0.88 按旧程序计算（或旧图纸） Lcp 1350 1560 1520 1258 1512 1640 580 874 793 815 800 770 624 实测线模周长 348 实测线模周长515 816 436 537 480 新旧程序计算误差 % +2.47 +1.4 +0.525 -0.75 -1.08 -0.66 -0.126 +1.41 +0.61 +1.3 -0.37 -0.45 -5.4 22

定子软线圈（散下线）

一、 已知数据：

定子内径D1；铁心长L；槽数Z1；极数2P；节距y（以槽数计算）；每线圈匝数n；导线规格；定子槽形（平均槽宽b，槽高h）； （长度单位.毫米） 二、 线圈基本尺寸 1．线圈平均跨距：

???(D?h)Zy 2．线模宽度

τm=（τ-b）1.04

1.04——经验数据 3．线模厚度：（图一）

nB?d2bP=b×1.05 （图一）

bP——应为导线的直径d的整数倍。能取下数最好6、8、nB——每圈导体数 4．直线部分伸出长：

A——一般选用12~20机座号大者选大值，见表1

表1

、12、 23

1014铁心外径 A 120~145 8~12 167~245 12~15 280~327 18 368及以上 20 三、 计算： （一）双层梯形线圈计算（图二） （图二） 5．弯曲半径的确定：

R=k1τm k1——见表2。

表2

极数 2极 4极 6极 ≥8极 k1 0.28～0.30 0.30～0.32 0.32～0.34 0.34～0.36 k2 0.3 0.32 0.35 0.38 k4 0.29～0.30 0.30～0.32 0.32～0.35 0.35～0.37 k5 0.5 0.33～0.35 0.25～0.27 0.24～0.26 注：k1值在导线绝缘较厚者，取大值。 r——一般采用5～10跨距大者选大值。 6．线圈端部伸出长：

24

Ld=A+b+R 7．用作图法量L1、?1、?2 8．线圈平均匝长： Lcp=2{L+2A+L1+0.01745[（R+b/2）?1+（r+b/2）?2]} （二）双层梭形线圈计算（图三） （图三） 9．弯曲半径的确定： R——一般采用20 r——一般采用5。 10．线圈端部伸出长： Ld=A+b+k2τm k2——见表2

11．线圈平均匝长：

Lcp=2{L+2A+2L1+0.01745[（R+b/2）?1+2（r+b/2）?2]} （三）双层半梭形线圈的计算：（图四）

25

（图四） （与梭形线圈计算方法相似，只是跨距中心偏移，这种线圈的特点具有梭形及梯形之特点）。 12．偏移后的线圈跨距：

a=k3τm k3——0.55~0.57极数少者取大值

C=τm-a 13．线圈伸出长：

Ld=A+b+k4τm k4——见表2

14．线圈平均匝长

Lcp=2{L+2A+A?+L1+L2+0.01745[（R+b/2）?1+（r+b/2）?2+?3]}

A? ——一般为

5～7.5

（四）单层线圈的计算

单层梭形线圈计算与双层梭形一样。 单层鼓形线圈计算（图五）

（线模宽度2极为?m=（??b）0.9；4、6、8极按项2计算）

26

15．线圈端部伸出长 Ld=h+b+A h=k5?m

k5——见表2，机座号小者选大值 A——见表1，对2极者选小值 16．弯曲半径的决定： r——5~10 R=?h2?2m8h

R=0.5cm(2极) 17．线圈每匝平均长：

Lcp=2{L+2A+L1+0.01745[（R+b/2）?1+（r+b/2）?2]} Lcp=2（L+2A+πR）（2极）

注：（1）同心式绕组时应变动A值按内外层线圈端部留有3～5毫米的问题。

（2）交叉式有两种不同跨距的线圈时，可变动小跨距的线圈的A值，使两种线圈端部伸出长Ld相等。 18．每组平均引线总长： L=[

?(D?2h)2P+20]/qn

a——并联支路数

27

m——相数

x——双层x=1，单层x=2 19．每组线圈绝缘导线重： G1=??i?s(lcpn?l)k?10?6?q （公斤）

? ——导线比重，铜线?=8.9，铝线?=2.7

i——并绕导线数

S——单极导线截面积，见表4 k——绝缘导线重量系数，见表3 20．每台线圈绝缘导线总重： G=G1×2?m/x （公斤） x=2单层，1双层

绝缘导线重量系数k 表3

导线直径 聚脂或聚乙烯醇缩醛漆包 单纱漆包双玻璃线d≥ 铜线 铝线 铜线 包铜线 0.51 1.036 1.12 1.106 1.375 0.62 1.085 1.305 0.72 1.095 1.075 1.26 0.80 1.028 1.068 1.233 0.90 1.2 1.0 1.081 1.064 1.178 1.12 1.026 1.155 1.2 1.024 1.078 1.058 1.055 1.145 1.3 1.022 1.07 1.048 1.135 1.4 1.02 1.065 1.045 1.124 1.5 1.018 1.062 1.043 1.115 1.62 1.017 1.055 1.04 1.107

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绕组用绝缘圆铜线标准直径、截面积 表4

直径d mm 0.27 0.29 0.31 0.33 0.35 0.38 0.41 0.44 0.47 0.49 0.51 0.53 0.55 0.57 0.59 0.62 0.64 0.67 0.69 0.72 0.74 截面积S mm2 0.0573 0.0561 0.0755 0.0855 0.0962 0.1134 0.1320 0.1520 0.1735 0.1886 0.2040 0.2210 0.2380 0.2550 0.2730 0.3020 0.3220 0.3520 0.3740 0.4070 0.4300 绝缘后直径di 直径d 铜线牌号 mm QZ QQSOC SBEC 0.32 0.77 0.34 0.80 0.36 0.55 0.83 0.38 0.57 0.86 0.41 0.59 0.90 0.44 0.59 0.62 0.93 0.47 0.62 0.65 0.96 0.50 0.65 0.68 1.00 0.53 0.68 0.71 1.04 0.55 0.70 0.73 1.08 0.58 0.72 0.75 1.12 0.60 0.74 0.79 1.16 0.62 0.76 0.81 1.20 0.64 0.78 0.83 1.25 0.66 0.80 0.85 1.30 0.68 0.83 0.88 1.35 0.72 0.85 0.90 1.40 0.75 0.88 0.93 1.45 0.77 0.90 0.95 1.50 0.80 0.94 0.99 1.56 0.83 0.96 1.01 1.62 截面积S mm2 0.466 0.503 0.541 0.581 0.536 0.679 0.724 0.785 0.849 0.916 0.985 1.057 1.131 1.227 1.327 1.431 1.539 1.651 1.767 1.911 2.060 绝缘后直径di 铜线牌号 QZ QQSOC SBEC 0.86 0.99 1.04 0.89 1.04 1.07 0.92 1.07 1.10 0.95 1.10 1.13 0.99 1.14 1.17 1.02 1.17 1.20 1.05 1.20 1.23 1.11 1.24 1.29 1.15 1.28 1.33 1.19 1.32 1.87 1.23 1.36 1.41 1.27 1.40 1.45 1.31 1.44 1.49 1.36 1.49 1.54 1.41 1.54 1.59 1.46 1.59 1.64 1.51 1.64 1.69 1.56 1.69 1.74 1.61 1.74 1.80 1.67 1.82 1.86 1.73 1.88 1.92

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