空心線圈代工:方形 ( I )

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本處的方形空心線圈泛指四邊形,包括正方形、長方形及梯形等;方形空心線圈的型態與馬達繞線較為相似,主要是馬達矽鋼片留給線圈的走線空間皆為四邊形,故兩者往往會有相同的問題,在直線區段的線圈會有種向外膨起的現象。

方形空心線圈

方形空心線圈

理想的方形空心線圈應當是等距的層疊,最終完成的形狀應如下圖當中最左側的範例。然而在實務執行上會遇到銅材本身的剛性強度支撐,無法任意的彎曲變形,每當遇到彎角處後,會有集中應力卡住銅線,使得線圈無法自然的平貼直線區段,產生類似圓弧的繞線路徑,從視覺外觀來看就像是線圈外膨了一樣;事實上是從內層就開始形變,持續累積後就越來越接近圓形。此外這圓弧路徑的程度,與兩彎角的間距以及漆包線徑的粗細有關,距離越短則外擴的程度就越嚴重;而線徑越粗就代表銅線的剛性強度越好,就越不容易彎曲變形,也導致空心線圈越來越接近圓形。

越粗的線徑越外膨

越粗的線徑越外膨

由上述可知,此種外膨現象與銅線的受力變形能力有直接關係,因此最容易的解決辦法就是增強繞線時的拉力,讓線圈在遇到四邊彎角處時,能完美的貼合模具成形,即可達到理想的方形空心線圈目標。但那僅僅是針對外觀造型而言,空心線圈往往還有通電使用的需求,因此對於線圈上的電阻值是有一定的標準規格;過大的繞線拉力除了導致線圈彎角變形之外,往往還會導致漆包線徑直接被拉細。如1mm的漆包線徑,施力繞完線後的最終線徑被拉縮至0.9mm,這會導致線圈使用時的電器反應不同,包括電阻及電感值都有所差異,甚至絕緣強度都可能因為表層絕緣漆被拉薄後而弱化,造成線圈短路破壞的風險增加。故一昧地增加繞線拉力強度,迫使空心線圈變形,並不能滿足商業使用條件。也造成明明是方形的空心線圈設計,但實際的成品上,都會有些許圓弧外擴的結果,是一種妥協之後的結果。

因此在產品結構設計上,往往會有些容許尺寸來配合這些變形的空心線圈安裝;但若基於某些意外情況,仍然只能要求空心線圈的尺寸符合期望,那就必須在繞線工藝上加入整型的概念。單純一點的作法,可在線圈捲繞成型後,使用整形治具將空心線圈壓製成目標尺寸之內,這方式可應用於線圈層數堆疊較少的情況下,線圈累積的誤差量不多,擠一擠就有可能符合規格。當線圈的堆疊層數多時,也代表會累積較多的誤差量,再直接使用整形治具硬擠,則可能將外側的線圈直接壓扁,造成非預期的破壞。因此針對層數多的空心線圈仍需在繞線的當下就開始進行整型工作,比較常見的是利用外部的滾輪裝置,深入繞線模當中,達到邊繞線邊整形的效果;但這作法會導致繞線生產的速度降低,產能會受到大幅影響,對繞線廠商而言,是萬不得已時才會使用的技巧。

邊繞線邊整形

邊繞線邊整形

有趣的是這些在方形或多邊形線圈會遇到的彎折問題,在圓形線圈上是不存在的;這也是圓形線圈仍然是比較受到歡迎的線圈造型,可以避免設計與實務上的尺寸落差。


重點整理:

理想與現實的差異,要有所掌握。


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