浅析线圈的绕制方法和线层缺陷
2007-01-09 10:07:11
来源：《国际电子变压器》2007年1月刊
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1 引言
随着国内电子技术的快速发展，各类线圈的需求量越来越大，同时对线圈的绕制精度提出了更高的要求。在以市场经济为主导的今天，绕线机制造企业遍及全国，其产品从简单的手摇设备到复杂的计算机控制自动设备；而国外产品发展更快，已出现多头全自动绕线设备。概括起来，无论国内还是国外，这类设备从绕制原理上大致可分为平绕机和环绕机两大类。简单地说，被缠绕骨架做旋转运动而被绕线做平动完成缠绕的就视为平行绕制，相反就可视为环形绕制。下文主要针对平行绕制线圈进行分析。
2 线圈的绕制种类
线圈绕制的种类，大体可以分为乱绕、整列绕线和准整列绕线等。
2.1关于乱绕
乱绕是线圈常见的一种绕制方法。乱绕的时候，尽量把线圈外径保持一致，对匝间的排列不过分要求。图1a为良好绕制，图1b、c、d均为不良绕制。
乱绕时，为了尽量保持线圈的外径一致性，可进行网状绕制见图2a，具体绕制方法如下：
▲ 节距设定为线径的2.5~3倍；
▲ 绕线宽度设定为线圈架内宽减去线径的2倍。见图2b。
2.2关于整列绕线
整列绕线是指将线匝密排在骨架上，且层匝有一定排列规则的绕线方法。
2.2.1 整列绕线的形式
整列绕线有两种形式即异数形式和同数形式。异数形式是指奇数层与偶数层排列匝数不同，相差一匝(有挡边)的绕线形式（见图3a）；同数形式是指每层间匝数相同的绕线形式（见图3b）。
2.2.2 整列绕线的条件：
a.绕线机要具备一定的精度：
▲主轴精度，包括轴向窜动和径向跳动精度；
▲回零位精度；
▲送进节距的精度（指排线精度）。
b.绕线机要具备整列绕线的技术措施：
▲主轴转速可以无级调整；
▲节距设定精度可达0.001mm；
▲绕线宽度设定精度可达0.01mm。
c.线材直径公差限于±0.002mm以内。
d.工装卡具要适合整列绕线的技术措施，且有较高的精度。
e.线圈骨架的精度要高。
f.绕线张力能自动调节，且能按线速稳定于设定的张力。
2.2.3整列绕线的好处
▲可以使线圈尺寸变小；
▲可以稳定线圈外径尺寸；
▲能节省线材，达到经济目的；
▲可以提高电特性；
▲可以稳定抵抗值；
▲外形美观。
2.3关于准整列绕线
往骨架上绕线时，为了尽量达到整列排线，一般采用下述准整列绕线方法。具体绕制形式见图4，其中A区为整列部分，B区为乱绕部分。
B区乱绕部分产生的根本原因为：
▲ 绕制线径尺寸是有误差的，且随张力以0.001mm为单位变化；
▲ 绕制骨架内宽度是有差别的。
由于以上两条原因乱绕部分的存在的是不可避免的。可见，前面整列绕线的形式在理论上是存在的，在实践中也只会巧合偶尔出现，而实际绕出的线圈几乎均为准整列绕线模式，即在A区为规则的整列绕线，而在B则从第二层塌下，并随绕制层数的递增，B区(乱绕部分)呈30°放射状增宽。
2.4整列、准整列绕制线圈的绕层排列形式及常见缺陷
2.4.1绕层排列形式分析
整列、准整列绕制线圈时，要求匝与匝之间规则排列，线圈的第一层绕制轻而易举的就可做到（见图5a第一层理想绕制），那是因为第一层绕在线圈骨架表面，其骨架表面很平整的缘故。从第二层起就容易产生缺陷，细心的绕线操作工也明白，第二层线匝排列的旋向与第一层线匝排列的旋向相反。这样，就必然形成跨越区（第一层与第二层绕线相交区）（见图5b为第二层理想绕制）。也只有在这个区域，两层的旋向相反，而这个区域，也最多占骨架的圆周展开长的十分之一左右，而剩下的大概十分之九的区域内，两层的旋向是相同的。也就是说，跨越区过后，绕线不再按排线方向走，而是顺着前层绕线形成的谷缝排绕，这样就出现了排线咀到骨架间的这段线飘摆的现象，这无疑就是整列绕线时线咀距离绕线骨架不能太近的缘故。如果太近，可能会出现两次甚至多次跨越（见图5c为第二层另一种理想绕制）。在第三层绕制时，经过跨越，旋向应与第一层相同。如果跨越理想，那么线匝排列应与第一层完全一致（见图5d为第三层理想绕制），排线咀到骨架间的线也不会飘摆（尽管存在跨越区）；如果跨越不理想，那么线匝排列与第一层会稍不一致，排线咀到骨架间的线将会飘摆。在实际绕线中，理想的跨越很少，影响因素较多。但奇数层的旋向和偶数层的旋向始终分别是一致的。层间的跨越是必然的。
2.4.2常见的绕层缺陷（见图6）
▲图6a：随机漏匝产生间隙缺陷。
▲图6b：因跨越过早，跨越位置发生变化引起一根光纤宽度的局部间隙。即由一次跨越变为两次跨越。
▲图6c：跨越过早引起跨越位置发生变化引起二根光纤宽度的局部间隙。
▲图6d：第三层不理想的跨越，排线咀到骨架间的线将会飘摆，容易产生间隙缺陷。
3 结束语
在线圈绕制形式中，常见的有单层绕制和多层绕制，单层绕制节距精度可达±0.0015mm，该精度我们已成功应用于螺线管绕制设备当中。多层线圈绕制按骨架形式又可分为无挡边和有挡边两种。在无挡边线圈绕制中，必须实现准列绕线，且层间自动跨匝（见图5b），我们采用对滞后角的精确控制实现准列绕线，通过气缸动作实现层间自动跨匝，该方法我们也成功应用于自动光纤精密缠绕机中，绕层可达170层。多层有挡边绕制准整列线圈自动化很难实现，必须依靠人工干涉纠正，绕制效率很低。目前，我们正以此为目标在不断的试验与探索中。
随着国内电子技术的快速发展，各类线圈的需求量越来越大，同时对线圈的绕制精度提出了更高的要求。在以市场经济为主导的今天，绕线机制造企业遍及全国，其产品从简单的手摇设备到复杂的计算机控制自动设备；而国外产品发展更快，已出现多头全自动绕线设备。概括起来，无论国内还是国外，这类设备从绕制原理上大致可分为平绕机和环绕机两大类。简单地说，被缠绕骨架做旋转运动而被绕线做平动完成缠绕的就视为平行绕制，相反就可视为环形绕制。下文主要针对平行绕制线圈进行分析。
2 线圈的绕制种类
线圈绕制的种类，大体可以分为乱绕、整列绕线和准整列绕线等。
2.1关于乱绕
乱绕是线圈常见的一种绕制方法。乱绕的时候，尽量把线圈外径保持一致，对匝间的排列不过分要求。图1a为良好绕制，图1b、c、d均为不良绕制。
乱绕时，为了尽量保持线圈的外径一致性，可进行网状绕制见图2a，具体绕制方法如下：
▲ 节距设定为线径的2.5~3倍；
▲ 绕线宽度设定为线圈架内宽减去线径的2倍。见图2b。
2.2关于整列绕线
整列绕线是指将线匝密排在骨架上，且层匝有一定排列规则的绕线方法。
2.2.1 整列绕线的形式
整列绕线有两种形式即异数形式和同数形式。异数形式是指奇数层与偶数层排列匝数不同，相差一匝(有挡边)的绕线形式（见图3a）；同数形式是指每层间匝数相同的绕线形式（见图3b）。
2.2.2 整列绕线的条件：
a.绕线机要具备一定的精度：
▲主轴精度，包括轴向窜动和径向跳动精度；
▲回零位精度；
▲送进节距的精度（指排线精度）。
b.绕线机要具备整列绕线的技术措施：
▲主轴转速可以无级调整；
▲节距设定精度可达0.001mm；
▲绕线宽度设定精度可达0.01mm。
c.线材直径公差限于±0.002mm以内。
d.工装卡具要适合整列绕线的技术措施，且有较高的精度。
e.线圈骨架的精度要高。
f.绕线张力能自动调节，且能按线速稳定于设定的张力。
2.2.3整列绕线的好处
▲可以使线圈尺寸变小；
▲可以稳定线圈外径尺寸；
▲能节省线材，达到经济目的；
▲可以提高电特性；
▲可以稳定抵抗值；
▲外形美观。
2.3关于准整列绕线
往骨架上绕线时，为了尽量达到整列排线，一般采用下述准整列绕线方法。具体绕制形式见图4，其中A区为整列部分，B区为乱绕部分。
B区乱绕部分产生的根本原因为：
▲ 绕制线径尺寸是有误差的，且随张力以0.001mm为单位变化；
▲ 绕制骨架内宽度是有差别的。
由于以上两条原因乱绕部分的存在的是不可避免的。可见，前面整列绕线的形式在理论上是存在的，在实践中也只会巧合偶尔出现，而实际绕出的线圈几乎均为准整列绕线模式，即在A区为规则的整列绕线，而在B则从第二层塌下，并随绕制层数的递增，B区(乱绕部分)呈30°放射状增宽。
2.4整列、准整列绕制线圈的绕层排列形式及常见缺陷
2.4.1绕层排列形式分析
整列、准整列绕制线圈时，要求匝与匝之间规则排列，线圈的第一层绕制轻而易举的就可做到（见图5a第一层理想绕制），那是因为第一层绕在线圈骨架表面，其骨架表面很平整的缘故。从第二层起就容易产生缺陷，细心的绕线操作工也明白，第二层线匝排列的旋向与第一层线匝排列的旋向相反。这样，就必然形成跨越区（第一层与第二层绕线相交区）（见图5b为第二层理想绕制）。也只有在这个区域，两层的旋向相反，而这个区域，也最多占骨架的圆周展开长的十分之一左右，而剩下的大概十分之九的区域内，两层的旋向是相同的。也就是说，跨越区过后，绕线不再按排线方向走，而是顺着前层绕线形成的谷缝排绕，这样就出现了排线咀到骨架间的这段线飘摆的现象，这无疑就是整列绕线时线咀距离绕线骨架不能太近的缘故。如果太近，可能会出现两次甚至多次跨越（见图5c为第二层另一种理想绕制）。在第三层绕制时，经过跨越，旋向应与第一层相同。如果跨越理想，那么线匝排列应与第一层完全一致（见图5d为第三层理想绕制），排线咀到骨架间的线也不会飘摆（尽管存在跨越区）；如果跨越不理想，那么线匝排列与第一层会稍不一致，排线咀到骨架间的线将会飘摆。在实际绕线中，理想的跨越很少，影响因素较多。但奇数层的旋向和偶数层的旋向始终分别是一致的。层间的跨越是必然的。
2.4.2常见的绕层缺陷（见图6）
▲图6a：随机漏匝产生间隙缺陷。
▲图6b：因跨越过早，跨越位置发生变化引起一根光纤宽度的局部间隙。即由一次跨越变为两次跨越。
▲图6c：跨越过早引起跨越位置发生变化引起二根光纤宽度的局部间隙。
▲图6d：第三层不理想的跨越，排线咀到骨架间的线将会飘摆，容易产生间隙缺陷。
3 结束语
在线圈绕制形式中，常见的有单层绕制和多层绕制，单层绕制节距精度可达±0.0015mm，该精度我们已成功应用于螺线管绕制设备当中。多层线圈绕制按骨架形式又可分为无挡边和有挡边两种。在无挡边线圈绕制中，必须实现准列绕线，且层间自动跨匝（见图5b），我们采用对滞后角的精确控制实现准列绕线，通过气缸动作实现层间自动跨匝，该方法我们也成功应用于自动光纤精密缠绕机中，绕层可达170层。多层有挡边绕制准整列线圈自动化很难实现，必须依靠人工干涉纠正，绕制效率很低。目前，我们正以此为目标在不断的试验与探索中。
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