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2013-11-71电器制造工艺学电器制造工艺学（七）电器线圈工艺田新疆高级工程师厦门理工电气工程与自动化学院课程讲义2013年11月一、线圈概述学习目标二、线圈用材料及辅料三、线圈工艺及设备四、线圈的绝缘处理五、线圈制造问题及解决六、线圈质量检测一、线圈概述1、线圈的用途线圈是用导电材料绕制而成的，用来产生磁势的电磁系统的核心部件。线圈的作用是将电能转换成磁能，在电磁力的作用下，电器完成预定的机械动作、完成电量变换或信号传递等功能。由于线圈的设计、制造水平直接影响着电器的技术性能和可靠性，因此，线圈是电磁系统的核心部件。2、线圈的分类1）按电气参数的性质线圈分为电压线圈和电流线圈。电压线圈使用时与电源并联，承受电源电压，因此，它具有导线细、匝数多、绝缘水平要求高等特点；电流线圈使用时与负载串联，负载电流流过线圈导线，所以它具有导线粗而匝数少等特点。2）按结构工艺特点线圈分为电磁线圈和大电流线圈。电磁线圈用电磁线绕制，包括电压线圈和部分电流较小的电流线圈；大电流线圈用较粗的裸铜线或漆包线绕制，用于过电流脱扣或电磁吹弧。3、线圈的工作环境与耐受应力根据线圈的工作环境，线圈应能承受以下应力的作用：1）机械应力包括线圈通电时匝间电磁力、衔铁和磁轭碰撞时冲击力以及工作环境冲击振动作用力。2）热应力作用包括线圈过载而产生的过热加速线圈老化或烧毁、骤冷骤热产生交变应力等。3）电的击穿作用线圈过电压产生的电击穿使线圈绝缘遭到破坏。4）化学腐蚀作用空气中的腐蚀性气体使线圈绝缘发霉、腐烂等。二、线圈用材料及辅料1、线圈的主要材料和辅助材料概述线圈的主要材料有电磁线以及线圈骨架用绝缘材料等；线圈的辅助材料主要有绝缘包扎带、引接线、绝缘引出线套管以及层间绝缘隔纸等。2、线圈绝缘材料的基本性能和耐热等级1）基本性能（1）电气性能绝缘材料对电起着绝缘和隔离的作用。（2）力学性能绝缘材料要受到机械力、电磁力和热应力作用，所以它应具有一定的抗拉、抗压强度，以及耐弯曲和耐冲击性能。（3）化学性能绝缘材料应具有一定的耐酸、碱、盐侵蚀的能力，以及耐油性能。（4）耐热性能绝缘材料的耐热性能指比热容大、热膨胀系数小及热传导性能好。2）耐热等级绝缘材料的耐热等级分为Y、A、E、B、F、H、C等7个等级，绝缘等级划分了不同绝缘材料在其具有经济寿命的条件下，长期连续工作的允许温度，在此温度上每升高8℃，其寿命减少一半。电器中常用B、F、H级的绝缘材料。（1）B级绝缘B级绝缘材料的允许极限工作温度是130℃。（2）F级绝缘F级绝缘材料的允许极限工作温度是155℃。（3）H级绝缘H级绝缘材料的允许极限工作温度是180℃。3）电磁线电磁线（magnetwire）又称绕组线，根据电磁线电绝缘层所用的绝缘材料和制造方式分为漆包线、绕包线、漆包绕包线和无机绝缘线。电磁线必须满足：（1）使用上的要求：包括其形状、规格、能短时和长期在高温下工作，以及承受某些场合中的强烈振动和高速下的离心力，高电压下的耐受电晕和击穿，特殊气氛下的耐化学腐蚀等要求。有关标准还对其耐刮性能、针孔数等提出了要求。（2）制造工艺上的要求：包括绕制和嵌线时经受拉伸、弯曲和磨损的要求，以及浸渍和烘干过程中的溶胀、侵蚀作用等要求。常用的漆包线漆包线由导体和绝缘层两部组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。按其所用的绝缘漆可以分成：（1）聚酯漆包线（QZ）：普通聚酯漆包线的热级为130级（B级），经改性后漆包线热级为155级（F级）。优点是机械强度高，并具有良好的弹性、附着性、电气性能和耐溶剂性能，缺点是耐热冲击性能差，耐潮性能较低。（2）聚氨酯漆包线（QA）：聚氨酯漆包线的热级为130级以及155级。优点是具有直焊性，耐高频性能性好，易着色，耐潮性能好。弱点是机械强度稍差，耐热性能不高，且生产大规格线的柔韧性和附着性较差，因此该产品生产的规格以中小及微细线为多。（3）聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线（QZY）：聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线的热级为180级（H级），其优点是耐热冲击性能好，耐软化击穿温度高，机械强度优良，耐溶剂及耐冷冻剂性能均较好；缺点是在封闭条件下容易发生水解。（4）聚酯亚胺/聚酰亚胺复合漆包线（QZY/XY）：聚酯亚胺/聚酰亚胺复合漆包线的热级为200级(C级)，其优点是耐热性高，还具有耐冷冻剂，耐严寒，耐辐射等特性，机械强度高，电气性能稳定，耐化学性能和耐冷冻剂性能好，超负荷能力强。4）线圈骨架常用材料线圈骨架（英文bobbin）除了应具有良好的阻燃性、耐热性、绝缘耐压性能、坚韧性、延伸性和引脚保持性外，还要有和漆包线漆膜无腐蚀。常用的材料有：（1）热塑性塑料：热塑性塑料作成的线圈骨架具有加工容易、工作效率及成品率高等优点；其缺点是耐热性稍差、易变性。一般在小型电器中广泛使用，常用材料有PA66、PA46、PET、。（2）热固性塑料：热固性塑料作成的线圈骨架具有机械强度高和耐热性好等优点，但不足是易破裂。常用材料有酚醛模塑料、不饱和聚酯模塑料等。5）线圈常用辅助材料线圈骨架常用的辅助材料有：（1）引出（接）线：丁腈聚氯乙烯复合物绝缘引接线，耐热等级为130级（B级）用于交流500V以下电器，可用于湿热带地区；橡皮绝缘丁腈护套引接线，耐热等级为130级（B级）用于交流1140V以下电器，可用于湿热带地区；镀锡铜芯聚四氟乙烯绝缘安装线，耐热等级为200级（C级）用于交流550V以下、直流1000V以下的电器。（2）包扎胶带：常用包扎胶带有醇酸玻璃漆布带、环氧玻璃漆布带130级（B级），以及有机硅玻璃漆布带180级（H级）等。6）绝缘系统绝缘系统是是指把漆包线(Wire)、线圈骨架(Bobbin)、包扎带(Tape)、浸渍漆(Varnish)等材料集中使用紧密结合所组成的系统。电器常用UL绝缘系统有B、F、H等。绝缘系统需通过UL1446要求的热老化等严格测试，绝缘系统的认证是一个相当大的工程，费用要40万美元以上，周期约两年的时间。绝缘系统由以下两类组成：（1）主绝缘（Majorcomponent）：绝缘系统依靠此成分达到防止电击或防止火灾，有：wire,groundinsulation,interwindinginsulation,encapsulant等。（2）副绝缘（Minorcomponent）：绝缘系统用此成分达到结构能力或热传导能力。有：bobbin，varnish(不为主绝缘时)，tape，套管，PVC引线等。三、线圈工艺及设备1、线圈绕制的工艺原则1）线圈的形状和骨架选择线圈的形状主要取决于电磁铁心的结构与形状，按常规，直流电磁系统多采用圆柱形的线圈及其相对应的线圈骨架。交流电磁系统由于铁心由叠片铆压成矩形截面，故其线圈形状及其骨架为矩形。从结构工艺性考虑，圆柱形线圈具有绕制方便、均匀、填充系数高等优点。2）线圈的排线方式当线圈的漆包线线径小于0.5mm时，可采用乱绕方式；当线径大于0.5mm时，则采用派绕方式可以提高填充系数。注：填充系数，指线圈截面中铜线的截面积与截面总面积之比。填充系数除了受线圈结构形式、导线直径限制外，还与排线方式、层间绝缘厚度、绕线机的类型等工艺因素有关。乱绕方式排绕方式3）线圈的层间绝缘及浸漆处理用普通漆包线绕制的有较高绝缘要求的线圈，有时要加层间绝缘或进行浸漆处理；而某些用于普通场合的线圈，若采用高强度漆包线，则一般不用层间绝缘或不进行浸漆处理，这样可以省工、省料，降低成本。浸漆线圈4）线圈的绕线速度绕线速度的选择应根据线径的粗细而定，导线粗，绕速低；导线细，绕速高。直径在0.06以下的漆包线绕速，一般控制在8000～10000r/min为宜。5）线圈的引出线形式线圈导线粗细适中时，可以直接引出；导线细时，要焊接专门的引出线引出（或自身多股扭绞在一起引出）。引出线的焊接与固定很重要，弄不好会造成松动或根部断线。6）线圈的外层包扎线圈是否进行外层包扎，取决于电器结构及运行条件的要求。许多封装较好的继电器线圈可不采用外层包扎。需要包扎时，宜采用绝缘薄膜包扎，最好采用有自粘性的塑料薄膜进行包扎。7）线圈的绝缘及防霉处理普通用途线圈，如继电器线圈，可以不用浸漆处理；对于湿热带使用的电器线圈，除了要选用三防型材料以及要浸漆外，辅助材料还要进行防霉剂浸渍处理。9）线圈的绕线设备选用线圈导线较细、匝数较多时，宜选用速度高的数显自动或半自动绕线机；若导线粗、匝数少的大线圈，宜选用转速慢，绕制力大的绕线机；如大电流线圈，多选用车床式绕线机；环型线圈只能选用环型线圈绕线机绕制。手动绕线机半自动绕线机车床式绕线机环型线圈绕线机自动绕线机自动绕线机2、线圈导线的焊接1）去除漆包线绝缘层的方法（1）对于较粗的漆包线，一般可以用去漆皮机除掉表面绝缘层。如果用手工操作，则可用砂纸去除。（2）对于较细的漆包线，可用细砂纸去漆皮或用化学方法去除。化学脱漆配方一般为：①氨水70%、苯酚30%混合液；②三氯甲烷50%、甲酸40%、苯酚6%、石蜡2%、有机玻璃粉1%、乙基纤维素1%。注意：两种配方均对人的皮肤有腐蚀烧伤作用。2）焊接方法（1）线圈硬引出线的焊接，如图，硬引出线3是用铜材冲制而成。线圈导线1将3缠绕数匝并在缠绕处君匀含牢，焊后去除助焊剂。（2）线圈软引出线的焊接，如图，将导线1去除漆皮部分全部绕在软引出线丝上后再多绕几匝。在焊接部位（焊头）4处应光滑均匀，不要暴露导线娶妻部分，再对折玻璃丝漆布将焊接部位包严。硬引出线焊接软引出线焊接2）焊接方法（续）（3）导线与导线的焊接，如图，图a适用于直径小于1mm的导线焊接；图b适用于直径为1～2mm的导线焊接；导线直径大于2mm时，可参照图c方式焊接，导线的搭头形状可用锉刀锉成。注：现在大批量生产的线圈引脚焊接，一般用线圈缠脚后自动沾锡的方式。3、线圈绕制工艺过程1）电压线圈及小电流线圈的绕制（1）准备工作：备齐各种材料、工具、调整检查好设备。（2）绕制过程：（3）绝缘浸渍处理：视需要定，无要求可直接进行包扎。（4）贴标牌：把印有线圈信息的醋酸纤维粘胶带等包在最外层。（5）焊导电片：焊引线导电片。（6）检验。注：调整绕线张紧力的原则是，张紧力应在保证绕组不松动的条件下越小越好。2）大电流线圈的绕制（1）下料：按线圈展开长度下料，并留有适当余量。（2）调直。（3）绕制：多在专用的车床式绕线机上绕制。若手工绕制，应在专用胎具上进行。（4）整形。（5）检验。3）环型线圈的绕制通常要用专门的环形绕线机，按使用说明书进行绕制。当环形铁心的内径较小时，只能手工绕制。手工绕制方法是将导线绕在预制的梭子上，在芯径内反复穿梭而完成绕制的。环型线圈的绝缘、外引线、固定等方法，与前述方法大致相同。4、线圈的封装1）线圈环氧树脂灌封4、线圈的封装2）线圈PET塑料封装将绕好线、焊好引脚的线圈部件作为嵌件放入注塑模中注塑成型。4、线圈的封装3）线圈BMC热固性塑料封装将绕好线、焊好引脚的线圈部件作为嵌件放入压制模中压制成型。5、线圈生产车间及自动生产线1）线圈生产车间集自动上料、自动插端子、自动绕线、自动送料、自动沾锡、自动打弯、自动检测、自动下料、自动排版、张紧力自动调节、主轴转速连续可调、绕线圈数可调等多功能组合设备。可附加自动捻线功能，也可以按客户要求扩展其它功能。2）线圈全自动生产线可自动绕线、自动上线圈端子螺钉，同时与前道自动沾锡设备和后道自动检测设备的联机运行。设备由螺钉料斗、连接前道沾锡设备模块、自动上螺钉模块、连接后道检测设备模块三大模块组成。3）接触器全自动线圈生产线四、线圈的绝缘处理1、线圈绝缘处理的优点1）提高电气性能经过浸渍，使空隙充满漆，也使绝缘材料密实。2）提高耐潮性能经过浸渍，如果浸渍的是无机溶剂漆，可以排除空气，根绝了吸收潮气的条件；如果浸渍的是有机漆，也可以提高防潮性能。3）提高导热率经过浸渍，由于空隙中充满漆，改善了传导性能。线圈绝缘处理4）提高机械强度和防止匝间短路由于浸渍后的线圈层间都牢固结合成一个整体，更能经受住机械振动和电动力的作用，也不致由此引起匝间摩擦而造成短路。5）提高化学稳定性能经过浸渍后的线圈，