电机绕线模如何设计

正确理解电机绕组中的 120° 相带划分：120度相带：每个相带各占120°电角度，共3个相带：U1、V1、W1，120度是指电角度，即所谓相位角。

每个极下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相带。因为每个磁极占有的电角度是180度，对三相绕组而言，一相占有60度电角度，称为60度相带。

电枢绕组简介

电机的电枢中按一定规律绕制和连接起来的线圈组。它是电机中实现机电能量转换的主要组成部件之一。组成电枢绕组的线圈有单匝的,也有多匝的,每匝还可以由若干并联导线绕成。所示为一只线圈在槽中安置的情况。

电枢绕组设计要求：电枢绕组的构成，应能产生足够的感应电动势，并允许通过一定的电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率，此外，还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。

推荐看两本书。

首先，肯定要明白电机的一些基本类型，原理，这个就看汤蕴璆老师的电机学。市面上各种各样的书多了去了，这本算是经典，写得通俗易懂。这个书也就是稍微看看，对电机有个印象。

第二本，重点，陈世坤老师的电机设计，这本书搞电机设计的我相信几乎每个人都看过。学习顺序，第一、二、三、四、五、十、十一章，中间那几章跳过。中间那几章针对性太强了，对初学者可以跳过，以后要再加强。

看这本书时候要争取每个公式都搞明白怎么来的，能推的公式都手动推一边。然后，后面附录的电机设计程序，手动至少算上三遍。这样下来，应该对电磁有一个初步的认识了。

电机设计的整个过程：

1、电磁场的基本概念

比如磁场强度与磁感应强度关系，磁通如何计算，磁链如何计算；

全电流定律，电磁感应定律，电磁力定律；

铁磁材料的特性。

2、磁路与电路的基本知识

磁路与电路是可以类比的，电机是在电源的激励下，产生旋转磁场，然后带动转子旋转。因此最基本的电路知识是必要的，比如LR串联后与电压源或电流源并联。在进阶一些的比如三相电源的链接，这些最基本的概念应该掌握。

磁路与电路是可以类比的，磁通类比电流源，磁势类比电压源，磁阻类比电阻，磁导类比电导。

3、电机中能量转换过程

比如电动机输入的是电能，输出的是机械能，中间部分是损耗。

损耗又分为铁损，铜损，涡流损，机械损耗。

损耗的引入又带来了电机温升问题，温升直接影响绝缘，绝缘分为AEBFHC几个等级。

4、交流电机绕组理论

绕组电动势的概念，三相绕组合成后产生旋转磁场的概念，分布系数与短距系数的概念。绕组谐波的概念以及削弱方法。

以上是电机最基本的理论，接下来无论是异步电机，同步电机都是基于以上几点进行拓展的，而我们上学的时候是异步同步都学习的，我建议接下来针对你要设计的电机开始第一次分叉，比如你要做永磁同步电机，那就分叉。

5、仿真软件的熟练使用

现在的仿真软件太强大了，我们电机专业都学过电机设计这本书，这个书学完还要我们手算一个电机，想想都做梦啊。仿真软件目前主流的是Maxwell，这个软件的资料比较多，你遇到的问题都能找到答案。

现在比较智能的软件是MotorCAD，这个上手也很快，集成了电磁，热，结构三场模块，建模也是基于模板的。

软件的熟练使用能让你掌握一门工具，随时验证你的想法。

电机绕组：

根据线圈绕制的形状与嵌装布线方式不同，可分为集中式和分布式两类。集中式绕组的绕制和嵌装比较简单，但效率较低，运行性能也差。目前的交流电动机定子绝大部分都是应用分布式绕组，根据不同机种、型号及线圈嵌绕的工艺条件，电动机各自设计采用不同的绕组型式和规格，故其绕组的技术参数也不相同。

①定子绕组

根据线圈绕制的形状与嵌装布线方式不同，可分为集中式和分布式两类。

1．集中式绕组

集中式绕组应用于凸极式定子，通常绕制成矩形线圈，经纱带包扎定型，再经浸漆烘干处理后，嵌装在凸形磁极的铁心上。一般换向器式电动机(包括直流电机和通用电动机)的激磁线圈以及单相罩极式凸极电动机的主极绕组都采用集中式绕组。

集中式绕组通常每极有一只线圈，但也有采用庶极(隐极)形式的，如框架式罩极电动机就是用一只线圈形成两极的电动机。

2．分布式绕组

分布式绕组的电动机定子没有凸形极掌，每个磁极由一个或几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组，通电后形成不同极性的磁极，故也称隐极式。根据嵌装布线排列形式的不同，分布式绕组又可分为同心式和叠式两类。

(1)同心式绕组 同心式绕组是由几个形状相似但大小不同的线圈，按同一中心位置嵌装成回字形状的线圈组。同心绕组可根据不同的布线方式而构成双平面或三平面绕组。一般单相电动机及部分小功率或大跨距线圈的三相异步电动机的定子绕组采用这种型式。

(2)叠式绕组叠式绕组一般是由形状、大小相同的线圈，分别以每槽嵌装1个或两个线圈边，并在槽外端部逐个相叠均匀分布的形式。叠式绕组又分单层叠式和双层叠式两种。每槽只嵌入一个线圈边的为单层叠式绕组，或称单叠绕组；每槽嵌入两个属不同线圈组的线圈边时是分置于槽中上、下层，为双层叠式绕组，或称双叠绕组。根据嵌装布线方式变化不同，叠式绕组又可派生出交叉式、同心交叉式以及单双层混合式等型式。目前，一般功率较大的三相异步电动机定子绕组较多采用双层叠式；而小电机则多用单层叠式绕组中的派生型式，但极少采用单层叠式绕组。

②转子绕组

交流异步电动机的转子绕组分鼠笼型与绕线型两类。鼠笼型结构较为简单，一般由合金铝浇注人转子铁心槽内并由两端端环短接而成；也有用铜条嵌入再焊上铜质端环的。为了改善起动性能，鼠笼型又可制成深槽式及双鼠笼等特殊型式。绕线型转子绕组与定子绕组相同，它除可用上述各式绕组外，还可用波形绕组。波形绕组是由单匝或几匝的杆形单元线圈，嵌装后由两个元件在端部焊接成一只线圈，并形成整个绕组，其布接线原理与上述绕组不同，但外形与双层叠绕组相似。波形绕组常应用于大型的交流电动机转子绕组及直流电动机的电枢绕组。

定子绕组不同的接线形式可以形成不同的极性，电动机根据其极性关系，可分为显极式与庶极式两种类型。

1．显极式绕组

一台具有四个凸极的电动机定子，它的每只线圈形成一个磁极；而且相邻两只线圈所形成的极性不同；在四个凸极上就形成了四个磁极。所以，在显极式绕组中，每组线圈形成一个磁极，即绕组的线圈组数与磁极数相等。此外，为使相邻磁极能呈N、s极性成对存在，则必须使相邻两组线圈里的电流方向相反。因此相邻两个线圈组的连接方式必须是反接串联，也就是电工术语称之为“头接头”、“尾接尾”。 实际上，除直流电机及单相凸极式罩极电动机外，一般定子都没有凸出的极掌。本图是为了较形象地说明问题而采用示意的画法。

2．隐极式绕组

庶极式四极绕组定子相邻两组线圈的极性是相同的，都是s极，由于同极性相斥的原理，使线圈形成的磁场经相邻凸极返回构成闭合磁路；从而使没有线圈的凸极上产生异极性N磁极。所以，在庶极式绕组中，每个线圈组将形成一对磁极，每相绕组的线圈组数为磁极数的一半。

在庶极式绕组中，因为每组线圈所产生的磁极极性都相同，因而所有线圈里的电流方向都相同，即相邻两个线圈组是顺接串联。接线方式便是电工俗称的“首尾相接”，即“尾接头”连接。

电机绕组是由线圈组构成一相或整个电磁电路的组合体；而线圈组则由一个或多个线圈顺接串联而成。因此线圈是电动机绕组的基本元件，也是以绝缘导线(圆形或矩形截面导线)按一定形状绕制而成。线圈可以是一匝，也可由数百上千匝绕成，其匝数的多少主要取决于电源电压和电动机电磁部分的参数，并由计算确定。

电动机线圈的形状有多种，但其基本结构由三部分组成，即嵌入铁心槽内的直线部分称有效边，而一只线圈有两个有效边，是产生电磁能量转换的有效部分；连接两有效边的部分，在线圈嵌装后处于铁心两端槽外，称线圈端部，它是线圈构成必不可少的部分，但不能作能量转换；引线是线圈绕制后的首、尾线头，也是引接线圈电流的连接点。

集中式绕组的绕制和嵌装比较简单，但效率较低，运行性能也差。目前的交流电动机定子绝大部分都是应用分布式绕组，根据不同机种、型号及线圈嵌绕的工艺条件，电动机各自设计采用不同的绕组型式和规格，故其绕组的技术参数也不相同。

如下图，（a）为水轮发电机，（b）为汽轮发电机。

两种电机的励磁绕组可以想像成拿一个导线去绕，上图中一个圈内部一个点代表电流流出，一个圈内部一个叉号代表电流流入，外部接一个直流电源。（当然励磁绕组是要通过电刷才能引出来）。

励磁绕组（也叫激磁绕组）：是可以产生磁场的线圈绕组。一般在电动机和发电机内，有串励和并励之分。发电机内用励磁绕组，可以替代永磁体，可以产生永磁体无法产生的强大的磁通密度，且可以方便调节，从而可以实现大功率发电。

扩展资料：

励磁绕组设计

励磁绕组设计包括确定励磁绕组匝数、线规及励磁系统对额定励磁电流及电压的要求。在系列电机设计中应尽量减少导线规格数，使电机励磁电流及其励磁装置的电流规格减少，便于批量生产。

根据励磁系统对额定励磁电流的要求，例如无刷发电机中选用旋转二极管的规格对额定电流的要求，自动电压调节器对额定励磁电流的要求等。由初选的额定励磁电流 IfN及磁极尺寸选取励磁绕组每极匝数 Wf 及其线规。

中小型发电机励磁绕组一般采用漆包圆线或漆包扁线。导线截面积由选用的电流密度 jf决定，jf选取与励磁绕组的绝缘等级、转子结构形式 (如隐极式，整体凸极式或分离凸极式等) 及通风效果等有关。

对同一机座号不同规格的发 电机，铁心越长，jf的取值应越小。jf的取值范围，对B级绝缘的发电机为3.8 ～5.5A/mm，F级发电机为4.5～7A/mm，H级发电机为5～8.5A/mm。

参考资料：百度百科-励磁绕组

由于印制绕组电机（如图1所示的结构，以下均指有刷电机）在电气及机械性能方面具有诸多突出优点，因而被广泛应用在有特殊要求的领域。

图1 小型印制绕组电机的结构示意图

目前，印制绕组电机的设计技术和生产技术在国外已经十分成熟，而在国内尚处在发展阶段。印制绕组电机的优良性能首先来源于完善的电机设计，其次来源于完善的工艺和生产技术。此外，所用材料的性能也很关键。电机设计应遵循正确的设计原则，借助计算机来进行精确地计算并进行优化设计。本文将阐述印制绕组电机的设计要点，正确地把握这些要点将有助于设计出性能优良的印制绕组电机。

2 设计要点

2.1 并联支路对数a

印制绕组电机的设计一般总是希望获得较高的反电势系数，因而电枢绕组的并联支路对数a也通常设计为1对而很少设计为2对，这是因为当电枢绕组总导体数及其它参数不变时，反电势系数与a成反比。并联支路对数a＝2的电枢一般可以用2个并联支路对数a＝l的电枢绕组相并联来代替，两者的性能参数可以互相代替。

2.2 绕组型式

印制绕组电机的电枢绕组都是波绕组，可以是左行的或右行的波绕组，一般采用左行波绕组，在理论上可以减小电枢的电阻。并联支路对数a＝l时，电枢绕组为单波绕组，是一个的闭合回路，只需要1对电刷；并联支路对数a=2时，电枢绕组为双波绕组，要么是单闭合回路，要么就是双闭合回路，需要用2对电刷。构成绕组的导条可以有两种形状，如图2所示的波形导条和叠形导条。为方便下面的叙述，在这里把绕组分为两种类型：类型1是电枢绕组仅仅由波形导条构成，类型2是电枢绕组由波形导条和叠形导条两种导条构成。一般来说，这两种类型绕组的性能参数是可以互相代替的。当电枢片采用冲制方法时，若不考虑模具的寿命，那么可以说采用类型1就节省了一副模具的费用。

图2 波形导条和叠形导条

2.3 串联层数L

这里所说的串联层数指构成某电枢绕组所需要的最少层数，这些层上的导条都是用来与其它层上的导条相串联而不是相并联的。显然串联层数一定是偶数，可以有2层、4层、6层等等。串联层数L＝2的一个电枢绕组只有两层，通常总是用两个或更多个这样的电枢绕组相并联来大大地减少整个电机电枢的电阻；串联层数L=4的电枢绕组通常是为获得较高反电势系数而设计的。串联层数越多，电机电枢越厚，散热条件越差，且磁路气隙越大，所用的磁极也越厚。另外，一定的电枢外径只能容纳一定数量的外端焊头，换句话说，就是给定外径的电枢，它的串联导体数是有限制的，并不能随着串联层数的增多而增多。因此，串联层数一般设计为2层或4层，对于大功率的电机，串联层数通常设计为2层，通过并联多个电枢绕组来获得较高的额定电流。

2.4 极对数p

极对数p一般可以选用4对、5对或6对，以p＝4或5为多见也较好，当电枢外径较大时，取p＝6也为多见。极对数太少会使导条用于相互连接的部分过分长，导致电枢电阻增加，难以采用冲制方法加工。极对数太多虽然因用于连接部分减短可以减少电枢电阻，但是当电刷尺寸不变时，被电刷直接短路的导条所占的比例也增大，电阻尼增大，磁极面积利用率下降，反电势系数相对减小，空载损耗增大，效率下降。另外，极对数并不是随意地选取，而是根据串联层数来定。表1给出了极对数p对应前面几个要点的选择方案。

表1 极对数的选择方案

并联支

路对数左行波绕组串联层数L极对数pa=1只用波形导条24、5、6(用于大直径的电机)456(很少用)4、5用波形导条和

叠形导条44、5、6(用于大直径的电机6(很少用)

2.5 电枢外径D

实际上，许多生产厂家常常以电枢外径为系列来给印制绕组电机命名，例如6cm电机系列、9cm电机系列、12cm电机系列等等。某种电机系列可以有许多种不同性能参数的电机，例如电压不同、电流不同或功率不同，但是这些电机的电枢的制造都使用相同的一些工装夹具，例如电枢冲片内外圆的斩断模具、内外端头的焊接夹具等。因此，电枢外径也不能随意地取值，应根据电机技术性能的要求，在算出所需要的电枢外径后(例如158mm)，然后再根据生产厂（或有关标准)定好的系列就近选取，假设某个电机系列的电枢外径为160mm，电枢外径就应确定为160mm。

2.6 导条数Z

此处的导条数，指的是一层电枢冲片的导条数。前面已经指出，一定的电枢外径所能容纳的外端焊点数量是有上限的。也就是说，导条数Z不能超过某个最大值Zmax。这个最大值Zmax大致可以由如下式来确定： (1)

其中，INT〔可被操作数〕为对被操作数的取整；

D—电枢外径；

L—串联层数；

W—外端焊点的宽度。

式（l）对串联层数 L≥4时有效，当串联层数L＝2时，一般按串联层数L＝4来计算Zmax，其结果可适当增加，同时应兼顾到导条各部分的宽度。树如，电枢外径D＝122mm，串联层数L＝4，取W=0.63mm，则Zmax＝152。

此外，导条数Z、极对数p、串联层数L必须满足一定的条件，当绕组只采用波形导条时，应满足下式：

(2)

当绕组同时采用波形导条和叠形导条时，应满足下式：

(3)

式（2）和式（3）只适用于并联支路对数a＝l、左行单波绕组的情况。由于篇幅的原因，本文不再讨论其它情况。

2.7 导条的设计

一根导条一般由内外端直线段、内外渐开线段（或圆弧，最好采用渐开线）和中间直线段五部分组成，相临的两部分之间则用圆弧过渡连接。导条的电阻要应尽量小，由导条组成的线圈的面积应尽量大，而这两者实际上是相矛盾的，应根据实际情况进行折中考虑。导条各部分的宽度应根据机械强度、导条电阻、电流密度和涡流损耗等方面进行折中考虑。相邻磁极之间的导条应尽量不要同时处在两个极性相反的磁极下，如图3所示。

图3 相邻磁极之间的导条

当磁极的极弧系数较大，尤其采用扇形磁极时，往往不能避免这种情况，此时应尽量减小磁极被导条切割的面积，这可以通过合理设计导条、合理选用磁极的面积来达到这个目的。否则会引起较大的电阻尼，降低磁极的利用率，减小电机的反电势系数。下面举一实例来说明：

一个印制统组电机的绕组为左行单波绕组，a＝1，L＝2，p=4，Z＝153，电机的电枢由两个这样的绕组并联而得。一般来说，导条内、外渐开线的基圆半径，以及中间直线段两个端点相对转轴的半径就决定了一根导条的形状。为简单起见，在此只改变导条内、外渐开线的基圆半径Ri1，Ri2，导条的其它参数不变，磁极半径为13mm，电刷旁边的磁极只用半个。表2给出了相应的计算结果。

表2 改变导条的计算结果

方案1方案2方案3Ri123.3682325Ri223.3682325磁极有效面积

(mm2/极)444.86451.22416.21Ke(V/kr.min-1)5.565.645.20电枢电阻(Ω)0.15910.16050.1553

从表2中不难看出，反电势系数越大，电阻也越大。只要合理地选取上述4个参数，就可以设计出满意的导条形状。下面举例说明如何合理地选取磁极的面积，不妨用表2中第1种方案的导条，并以圆形磁极为例，刷边磁极也只用半个。表3给出了改变磁极半径的计算结果。

表3中“/”后的百分比为磁极的利用率，不难看出，随着磁极半径的增大，磁极有效面积随着增大，但磁极的利用率也随着下降。由此可知，合理地选取磁极的面积是很重要的，必要时，可以增加磁极的厚度来减小磁极的面积，从而提高磁极的利用率。

此外，中间的直线段通常不是设计为径向，这样可以有较好的机械强度和较低的电阻。表3 改变磁极大小的计算结果

磁极有效面积

(mm2/极)Ke

(V/kr.min-1)9254.47/100%3.110311.40/99.12%3.8311362.45/95.35%4.4912406.72/89.9%5.0613444.86/83.79%5.5614477.15/77.49%5.93

2.8 电刷尺寸及角度

电刷尺寸应根据电流密度来确定，但是不宜过大。因为电刷可以直接短路许多导条，电刷尺寸越大，被短路的导条就越多，电机的反电势系数就越低。仍以2．7中的电机为例，选表1的方案1，磁极半径为13mm，刷边磁极只用半个。表4给出了不同电刷尺寸的计算结果。表4 不同电刷尺寸的计算结果

方案1方案2方案3电刷宽度(mm)3.245电刷长度(mm)6.488磁极有效面积(mm2/极)466.41445.06417.13Ke(V/kr.min-1)5.815.545.20电枢电阻(Ω)0.17010.15920.1474

从表4中可以看出，随着电刷尺寸的增大，磁极有效面积随着减小，电枢电阻也随着减小，反电势系数也减小。

被电刷短路的导条所产生的感应电势也被电刷直接短路，因而产生电阻尼。电刷的位置也很重要，它应该放置在绕组的几何中心线上。如果偏离较大，反电势系数也会减小。就会引起较大的电阻尼，相应的空载电流增大，引起电机正反转的性能不一致，电枢的两条支路的感应电势相差较大，容易产生换向火花。如果与电刷接触的是内渐开线部分，那么电刷应倾斜一定的角度以便与内渐开线相切，否则引起的后果与前述的相类似。另外电刷弹簧压力的大小也直接影响电机的性能，压力过大会引起大的摩擦，损耗增大，电枢片的磨损加快；另一方面，压力过小会引起电刷压降增大，电机运转时电刷容易跳动，容易产生换向火花，电刷和电枢片的磨损也会加快。

2.9 其它

除了以上八点以外，印制绕组电机的设计还需综合考虑所用的材料（如电枢铜片、绝缘坯布等）、制造工艺和应用环境等方面。还有其它方面的设计，如结构设计、磁路设计、优化设计和性能计算等，在此由于篇幅的原因就不能面面俱到了。3 结束语

在本文中，作者根据多年的设计和研究经验针对印制绕组电机的设计提出了几个设计要点。由于印制绕组电机的设计涉及面很广，加上篇幅的原因，因此不能一一详细阐述。如果本文的内容能引起其他设计者的注意并作为参考，作者将深感荣幸。

单相电源本身只能使主绕组产生磁极交替变化的磁场，但没有旋转磁场，转子不会转起来，为了产生旋转磁场，才设计了启动绕组。 启动绕组在电路中都是串联一个电容使用，通过电容的移相作用，主、启绕组配合产生一个旋转磁场，使电机转子转动，故名启动绕组。

启动绕组又称副绕组，只和电机启动和启动后运行平稳性（辅助驱动电机）有关。其实当电机转动以后，即使断开启动绕组，转子也会持续转（稳定性差）。启动绕组的功率设计。就启动本身而言，启动绕组的功率不需要大（绕组阻值大）；但带上较大的负载，可以增加启动绕组的功率（绕组阻值小）辅助驱动电机，维持正常的转速。

吊扇扇叶的重量和风阻远大于台扇、落地扇，所以启动绕组阻值设计得小，才能获得足够的功率辅助主绕组驱动负载正常运转。

至于你说的阻值比主绕组还要小，没测过，存疑。