电机设计中的槽满率问题探讨

张老五

不好意思，前两天晚上都有事，没来得及发帖。今天补上，希望还不算迟。
槽满率，什么是槽满率？
要讨论这个问题，我们首先要明确问题是什么。
那么问题是什么呢？问题很简单，就是传统电机中，槽满率的理论极限值是多少？您要是说什么线绕在外面的电机，或者是什么无槽电机，槽满率不要说过1，过十过百过千过万都行，我就直接认输，曾教师您说多少就是多少，如何？
既然是传统电机，那么我们统一一下标准和计算方法，就以陈世坤老师的电机设计为准，截图如下：

下面还有一张

以下讨论均以此为基础。结论可以先放一放，公式有没有问题以后再讨论，其实公式并非没有可商榷的余地，然而这一点并不重要，公式的不完善之外可以用结论的限定范围来修正，正如工程计算中的各种系数。当然喽，您要是不承认这个基础，或者您喜欢自己定义公式，比如说，读MIT电机学的同学喜欢用英寸，因此槽面积的计算也是用英寸滴，可导线尺寸用英寸实在是太不方便了，还是用毫米算了。1英寸好像是25.4毫米吧？您的槽满率绝对可以达到600以上，您高明。

张老五

接下来，我们隆重推出曾老师的马步式绕线法和理想极限值的计算，大家鼓掌！
假设一个平面没有边界，里面可以放多少个圆？见下图：

我的图画得不好，大家原谅。

初中几何告诉我们，这种情况下一个圆实际所占的面积，是这个圆的外接六边形，来大家开动脑筋算一算这时的“槽满率”是多少。

巴拉巴拉巴拉。

报告老师，算出来了，是2除以根号3，等于115.47%。

恭喜你，答对了，你初中几何是优秀！

曾老师：我得意地笑，我得意地笑。我说得没错吧？我说可以过1就是可以过1，你们无知，知道了不？我还留了15%的余量泥，至于下线工好不好下就不管我事咧，那是你们电机厂的工艺问题，是你们滴水平问题，你们无知！对了，下线工系神木东东？

林肯、qwx、张老五以及众多电机厂的设计师：是是是，我们无知，白干了这么多年电机设计，汗。

张老五

可是，且慢！
我们讨论的是槽满率，不是圆满率，没有边界还叫槽吗？没有槽哪来的槽满率？
现在，93楼的同学闪亮登场。加上了边界，图我就不画了，有兴趣的同学自行翻到93楼进行围观。
93楼的同学画了一张槽形图，用了23根直径为2的圆线，放进了宽为10，高为8.93的槽子里。说真的你这位同学可不太好，有点偏心眼嘛，咋放的是23根不是27根泥？算了算了，这点小事就不较了，大家还是使出纸笔，算一下吧
巴拉巴拉巴拉。
报告老师，算出来了，是103.2%。！
众多设计师：还好还好，总算数字不大，实际上肯定过不了一，这回总算有点知了。
曾老师：这位同学你神木意思？你到底是来帮我滴还是来害我滴？就这么点大的数字，还差点算错了，回去罚重算一千遍！不管怎么说，这数字是过1的，你们不服不行。
众多设计师：晕。

张老五

可是，且慢！
曾老师：怎么还要慢？
各位电机厂的设计师工艺师下线工师傅，谁在传统电机的定子上见过方方正正的槽？像这种用圆线散嵌绕组的需要计算槽满率的电机，不敢过百分之百，怎么着三分之二是用梨形槽的吧？至少，常用的Y系列定子基本上都是梨形槽滴。梨形槽的形状，就是一头大一头小，底部还有个半圆。
所以我在Y系列的设计资料里选了一个规格，略微简化一下，数据如下：槽上部宽12，下部宽16，高大约40，图我就不画了，有兴趣的同学可以画下图，再算一下按曾老师马步式绕线法，一共可以放进去多少根直径1毫米的线？
我算过了，是152根。从上到下，是65656567676767676787654。不过曾老师的初中几何比我学得好，没准153或者155根也能放进去。不过说实话，曾老师的　马步式绕线法真的是很高明，可以充分利用层与层之间的空间，只不过略微浪费了一点两侧的空间罢了，比如有时按宽度可以放7根线的，现在只能放5根了。曾老师您真的是很高明，要不怎么会有无边界这一说泥？
现在槽满率成了多少了？
巴拉巴拉巴拉
报告曾老师，是92.05%！
不好意思，曾老师，您的100%永远也达不到了。
曾老师，我错了，我真的错了，我不是故意的，我只是无知，没见过世面，真的。
众设计师长长地舒了一口气。
曾老师：我不管，反正还是离100%不远，你们那个什么75%80%都不正确。
曾老师您圣明！

张老五

可是，且慢！
曾老师：你有完没完？慢慢慢，慢个没完了是吗？
大家回到原点，再好好看看图看看公式，没发现少了点什么？
众多设计师：好像是少点什么。曾老师：啥少了呀？我一教电机设计的，我说没少，就是没少！
那好，我们来看看这张图：

槽楔下面绕组上面的，是什么东东？

就这？啥稀罕玩意啊，不就是绝缘纸么？

答对了，加十分！

大家再回过头去看看公式，里面有这层绝缘纸的地盘么？有吗？没有吗？真的有吗？真的没有吗？

回答是没有！

也就是说，在实际上，这层绝缘纸所占的地方，应该从有效槽面积中去掉，然而在曾老师的计算中，是假设这块面积也可以放导线滴，这就导致了所算出来的槽满率变大了。那么这块面积有多少呢？请看大屏幕：

请仔细看这张图，绝缘纸在这个地方占了两层！

曾老师：谁说要两层，我一层不用。下线工：敢情耐压打穿了，扣的是我的奖金？

曾老师：那么一层好了。下线工：行，下回打槽楔的时候，你来替我按着绝缘纸！不用太多，每天按个三、五百次就行了。

圣力：中国人做不到的，并不等于德国人也做不到！

真是不好意思，上面这台电机就是德国人做的，看样子，德国和中国和差别并没有想象中那么大，大家的工艺，还都是差不多滴，说不定啊，这绝缘纸的垫法，还是跟德国银学滴。

那么绝缘纸有多厚呢？一般是0.3mm厚的复合绝缘纸，于是，要想放进这么多根线，槽有效面积就要增加0.3*2*12=7.2平方毫米。多乎哉，不多也。

这里槽满率变成了多少泥？

巴拉巴拉巴拉

这回是91.90%，您瞧，离您那100%是不是越来越远？

汗，瀑布汗

张老五

但是，且慢！
曾老师：你怎么总是慢慢慢的啊？一点追求都没有，要都这么慢，我的电梯给谁用去？
要知道，槽满率是一个工艺概念而不是一个理论概念，这个概念在纯理论上没有任何意义，但对下线工却有重大意义，至少，关系到他们的奖金。当然喽，这点小钱，曾老师，曾总您　是看不上眼的，不过曾老师您大人大量，也得理解人家不是？人家小工人一个，也不容易，少挣个几百块钱，心里不爽不是？
我们还漏了些神木？神木？神木？
公差，对了，公差！这方面曾老师您是专家，大家鼓掌！！大家欢呼！！！请曾老师给大家讲课！！！
啥东东有公差泥？啥都有，绝缘纸有，槽楔有，铜线也有。有银说咧，公差嘛，自然系有大有小，大家扯扯平不就是了么。
但是，且慢！
狂汗
你怎么保证正好可以扯平泥？万一扯不平泥？
暴汗
再者说了，就算面积上能扯平，可是位置上也能扯平吗？比如说前面图上这五根线，假如一根2.05一根1.96一根2.03一根1.97还有一根2.02，于是泥，边上高出来了。
这还不算，那下一层呢？再下一层呢？就算最终的面积没有变化，谁能保证层与层之间正好是粗细互补？
所以，必须为公差留出余量。按标准，2毫米的线直径公差是±0.02，余量不用那么多，咱留0.01行不？
接下来是绝缘纸，每层0.05，不过分吧？
还有叠片，您见过叠完片以后的铁心整齐划一，跟镜子似的？没有吧，片子既然会错开，槽面积就会浪费，每边总得再加点吧。
槽楔，2毫米的层压板，公差是±0.28，留多少余量，您自个儿看着办吧。
还有吗？不知道。
曾老师，要放下这152根线，槽子还得再大一点，一不小心就增加了一丢丢，真的不多，不多啦，只不过是一丢丢啦。
现在槽满率到底是多少泥？我不知道，真的不知道，真的不知道，我向毛主席保证！打死我也不说！救命啊！！！

但是，且。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
曾老师，我真的不知道该不该说这个慢字了，好像我还忘了点神木。是吧？最近记性真的是很差，很差。
下线工师傅可不是机器人，不是每一下都能精密到位，每根线正好都能下在前两根线的缝里，当然，这是我们的发展方向，这是我们的努力方向。只要下线工操作水平能够达到曾老师的轴承精度的水平，我相信，槽满率达到87%，并不是一个不可能完成的任务！对了，机器人有没有公差？

tjulix

完美结局啊，口头给你加10西莫币，呵呵

zengxiaodong

回复 116# 标准答案


    虽然无缘无故被您代表了一下没有一丁点点的不爽，但是我还是忍不住要提一个强烈的建议，以后请您还是少干代表别人的事为好，别重蹈我的覆辙！

张老五

回复 164# zengxiaodong


    最喜欢代表别人的人，倒是会说出这种话来，稀奇稀奇真稀奇

zengxiaodong

可是，且慢！
曾老师：怎么还要慢？
各位电机厂的设计师工艺师下线工师傅，谁在传统电机的定子上见过方方 ...
张老五 发表于 2010-10-15 21:14

                               
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    ...所以我在Y系列的设计资料里选了一个规格，略微简化一下，数据如下：槽上部宽12，下部宽16，高大约40，图我就不画了，有兴趣的同学可以画下图，再算一下按曾老师马步式绕线法，一共可以放进去多少根直径1毫米的线？
我算过了，是152根。从上到下，是65656567676767676787654。不过曾老师的初中几何比我学得好，没准153或者155根也能放进去...


巴拉巴拉：可以放进去导线693根，槽满率104.9％！大家如果有耐心的话请数一数下面的图中导线数。



当然啦，没有哪个人会真的去数数字的，实在太费力了，好我就提供简单的办法，下面的是CAD图，槽形已经制作成为块了，只要把槽删除，选取全部圆，马上显示693个对象！

这仅仅是其中一种情况而已，还有槽满率105.75％的情况等等，由于工作简单，建议其他的方案大家可以自己操作一下，我把图都已经全弄好了，移动、旋转、再加上删除就可以了！不过如果CAD操作不熟练的话可就难办了。

圣力

想了解一下槽满率与齿槽效应和电机效率之间的关系！

zengxiaodong

回复 167# 圣力


要减小齿槽效应一般要斜槽，这样的话会减小槽满率。电机效率也会降低！





换一个方向竟然可以放进去702根导线，槽满率达到106.28％！您瞧，离您那100%是不是越来越远？

汗，瀑布汗

圣力

回来后我专门又测了轴的弯度，没问题，怀疑换向器铣槽的分度不准，想个办法测后觉得也没问题！

那段时间几乎把所有能想到的问题都测了，但就是找不出原因来！

圣力 发表于 2010-10-12 18:51

                               
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这是德国产的碳换向器，如果换向器的开槽分度不够精密，转子就会抖动。

张老五

实在是很无聊的话题，很无趣过程，最后还有没有任何意义的数字。只是有些人乐此不疲。
当然，如果可以不考虑过程，不考虑可能性，不考虑可行性，那么我也许应该预订150岁的寿宴，再预订一辆能开到800的汽车，当然，路上要小心秒速10万公里的子弹。
现在想起来，昨天还是漏了不少东西。
其一，这个槽形是双层绕组，虽然层间绝缘的面积已经从中扣除，但位置的影响却不能忽略，一不小心，就得少绕一层。
其二，有谁见过绝缘纸跟槽子严丝合缝，没有间隙的？特别是槽口肩部，槽底圆形和直线的过渡部分？
其三、还是双层绕组，两层绝缘纸之间，平吗？紧贴吗？特别是上层绝缘下边的这一层，会不会水平向两侧延伸，碰到槽壁后，转一个精确的锐角然后紧贴着槽壁上升？
其四、虽然槽楔的宽度是按照槽口宽的尺寸来加工的，但是，由于叠片、毛刺等的原因，实际上槽楔的顶部是不可能与槽口的底部平齐的。
其五
其六
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所以我仍然会说，这个方案的槽满率过1了，肯定有问题
我仍然会对厂家的设计师说，设计槽满率最好不要超过0.8，否则下线困难
我仍然会对我的徒弟说，看到槽满率过1 的方案，先想想是不是有错
我仍然不会拿什么100%的图片去忽悠下线的师傅，因为如果看到0.85的数字，99%的人都会抱怨，剩下1%是没来得及说
我仍然相信，实践是检验真理的唯一标准。
我仍然相信，经不起实践检验的“理论”，是没有意义的东西。

张老五

又跑题了，跑题似乎是某些人讨论问题的必然结果
其实根本的问题是：在传统电机里，什么样的线才是能够绕出来又能够下进去的线？

圣力

请教一下！
根据博世转子上的编号，能查出其产地吗？

hualikaifa

回复 172# 圣力
你好：你可以专门发表帖子讨论有关永磁体的事。你的问题多数人是回答不了的。

圣力

转子绕线的问题一直是我的一块心病，正好大家谈论槽满率，我以为槽满率的大小主要取决于你的绕线方式以及绕线设备的先进与否！
后来有人告诉我联合电子的油泵转子是德昌生产的，我跟德昌上海分公司联系后报价要28元一只，（市场上的价格9---15元），德昌的人要我把联合电子的转子批号发给他们，查了以后告诉我，转子是博世自己在德国生产的！
这就更增加了我的疑惑，联合电子油泵的零件很多都国产化了，而这么简单的转子为什么偏偏要进口，难道国内生产不了？
所以希望有心人能关注一下此事，个中的道理我也想不明白。

长征4号

这年头流行裸奔，昨天咱哥几个还在开玩笑说有人穿的简直是开裆裤，这不五哥今天自己说根本就没有穿裤子，这不就是裸奔吗？

flytogod2

明明白白的事情 争论一下也好
让我们见识了 众位大腕细节上的功力 和表达上辩论语言上的犀利。