绕组技术

绕组技术是制作线圈绕组的相关技术。线圈是电路中的元件，在电动机、发电机及变压器中提供磁场，也是喇叭以及麦克风的元件之一。绕组的外形和尺寸是配合应用需求而设计的。绕组的设计会大幅受到电感、品质因子、工作频率、绝缘强度以及期望磁场强度等参数的影响。绕组技术可以依绕组的种类以及外形来分为几组。绕组技术的量产会用自动化机械。

线圈

定子

相关的术语

此条目是绕组设计和制造的技术，其中许多内容都是针对电机机械。此段落会定义一些相关的词语。

转子和定子

转子和定子的叠片是由同一片电钢冲压下来的。内层的是转子，有40个槽和40个齿。外层的是定子，有36个槽和36个齿。定子和转子之间有很薄的气隙。在靠近气隙处，齿会变宽，而槽会变窄。齿较宽的部份称为齿鞋

组成定子后的叠片

电动机或发电机会包括一个圆柱形会旋转的部件，称为转子，另一个固定的部份，则是定子。定子和转子之间的空隙即为气隙，为了提升效率，气隙会越小越好，一般会是1–2 mm。

针对大部份交流的发电机而言，定子是电枢，而转子是场磁铁。

叠片

定子和转子都是由电工钢薄片冲压出来的许多叠片所制成，每一片薄片约1 mm，叠片的目的是为了减少涡电流，涡电流会发热，使效率下降。

槽和齿

绕组是由绝缘层的导体制成，导体会穿过定子（或转子）中所露出的槽。槽和槽之间的定子（或转子）则称为齿。槽和齿的外形也是电机机械设计的一部份。槽可能是长方形、锥形、圆形等。

齿的末端靠近气隙处会变宽，称为齿鞋。

极

“极”是指磁铁的磁极，一定是成对出现。磁极可能是在某固定位置不动的物体，也可能是随著机器旋转，没有实体的概念。磁极可能是某个磁性材料的一块，也有可能分散在数个定子或转子的齿上。

电气角

转子旋转一圈，会旋转360度。若是二极的电机，每旋转180度就会经过磁极一次，导体里的电流，在转子旋转一圈时，也完成一个完整的周期。

若是四极的电机，每旋转90度就会经过磁极一次，转子旋转90度时，导体里的电流完成了半个周期，电流上的角度相当180度。因为有四个磁极，在转子旋转一圈时，电流的角度会是四个180度，也就是720度，两圈。

为了区分转子转动的角度，以及导体中电流的变化的情形，会定义以下的机械角和电气角。

• 机械角（mechanical degrees）是指转子旋转的角度
• 电气角（electrical degrees）是导体中电流变化的情形

一般而言，电气角等于机械角乘以极数的一半。

不论极数有多少，每一极对应180度的电气角。

电气角和机械角的关系如下：

${\text{electrical degrees}}={\frac {P}{2}}\cdot {\text{mechanical degrees}}$

其中P是磁极数。

原则

好的绕组可以降低绕组的材料以及体积，同时仍可以达到所需的功能。导体面积除了可绕线面积的比值称为填充因子（fill factor）或占槽率。由于圆形导线之间会有一些间隙，而且线材也会有绝缘材质包覆，各层绕组之间可能还有额外的绝缘层，因此填充因子恒小于1 ，若要提升填充因子，可以用扁线或是截面是长方形的导线。

填充因子

截面圆形导线的填充因子可以用以下方式计算：

$F={\frac {d^{2}\cdot {\frac {\pi }{4}}\cdot n}{b\cdot h}}$

$d$ - 线径，包括线的绝缘层

$n$ - 绕线匝数

$b\cdot h$ - 可绕线空间的截面积

正交绕线的抛光切面

正交绕线的线圈

紧密绕线可以减少其中空气的空间，因此可以提高填充因子，可以提高电气设备的效率，也可以增强线圈的热传导能力。多层绕线中最好的绕线方式，就是上面一层绕线的每一根条放置在下一层绕线两条导线所形成的间隙上，至少有5/6的圆周都是被其他绕线围绕的。这种紧密绕线方式称为正交绕线（orthocyclic winding）。相反的绕法则是在绕线空间中随意的绕线，称为杂乱绕线（wild winding）。

书目

• Querfurth, William. Coil Winding: A Description of Coil Winding Procedures, Winding Machines and Associated Equipment. University of Michigan: G. Stevens Mfg. Company. 1954. 
• Gingery, David. Build a Universal Coil Winding Machine. David J Gingery Publishing. 1991. ISBN 978-1878087102. 

外部链接

• Toroid winding machine