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干货 | 聊聊蜂房式线圈

2020-03-24
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蜂房式线圈现在已经很少见到了。其外形大致如图(01)所示。

图(01)

www.57u.com_【官方首页】-棋游之家绕制蜂房式线圈的绝缘导线通常是多股漆包线(有7股、13股、19股等多种)绞合后外面再包纱或者包丝,叫做纱包线或者丝包线。
  
网友对蜂房式线圈,主要关心两个问题:一是这种线圈怎么绕出来的,二是这种线圈和其它形式对比有什么优点。
  
先说蜂房式线圈是怎么绕出来的。
  
为说明蜂房式线圈是怎么绕出来的,先要把线圈管剖开再展平,如图(02)所示。
  
图(02)中,我们沿圆柱形线圈管轴向把线圈管剖开,然后把剖线上面部分卷到下面,如图中红色所示。www.57u.com_【官方首页】-棋游之家这就把线圈管外表面展开成了一个矩形平面。注意:虽然上面部分卷到了下面,但这只是为了便于观看,物理上并没有剖开,距形的上边缘和下边缘仍然是联接在一起的。

图(02)
  
蜂房式线圈是用专用蜂房式绕线机绕成的,而且必须绕在圆管或圆轴上,方管不行。蜂房式绕线机有个绕线头,绝缘导线要通过绕线头再绕到线圈管上。绕线头可以沿线圈管轴向摆动,线圈管每转一圈(严格地说,每转一圈多一点,后面会详细说)绕线头往复摆动一次。www.57u.com_【官方首页】-棋游之家摆动是随线圈管转动而匀速摆动的。
  
图(03)就是线圈管展开后的中间部分。
  
图(03)中,蓝色竖线是绕线头沿线圈管轴向摆动的两个极限位置。

图(03)
  
绕线开始,先要把导线的头O粘在线圈管上,如图(03)中O处红色箭头所指。
  
然后线圈管开始转动,导线与线圈管接触处记做转动的0°,如图中黑色箭头所示。随着线圈管转动,导线随绕线头向图中右边移动。转过半圈多一点(例如185°),到达绕线头右极限位置,导线开始随绕线头向图中左边移动。向下移动到达下边缘(注意这是展开图,实际上是转到了剖分线,亦即到达图中上边缘)。线圈管继续转动,越过0°之后,在370°也就是10°处到达绕线头轴向移动的左极限位置,然后随绕线头向右移动。导线在越过0°后,就把导线的始端压住,如图中A处红色箭头所示。
  
线圈管继续转动,到195°处,绕线头到达右极限位置,开始向左移动。导线也随绕线头向左折回。www.57u.com_【官方首页】-棋游之家在越过185°后,导线又把第1匝压住,如图中B处红色箭头所示。
  
www.57u.com_【官方首页】-棋游之家这样继续绕下去,每匝都越过前一匝一点并将前一匝压住。这样一直绕下去,直到绕满需要的匝数为止。这种折回并压住前一匝的方式,在图(01)中看得很清楚。把图(03)上下沿卷回到一起,就成了图(01)那种绕法。
  
www.57u.com_【官方首页】-棋游之家现在,为什么绕线头不是线圈管每转一圈往复移动一次,就看得很清楚了。绕线头必须线圈管转动一圈多一点往复移动一次,目的就是让导线越过前一匝,并把前一匝压住。
  
那么,这个“多一点”是多多少呢?
  
图(03)中,我们画出了导线与线圈管轴向之间的角度。线圈管轴向我们用红色线表示,导线和轴向之间的角度记为θ,那么线圈管上两匝相邻的导线沿周向的距离是多转的那“一点点”角度乘以线圈管半径。此“导线沿周向的距离”必须大于等于导线直径除以cosθ,这样导线才不会重叠。多转的“一点点”角度稍大是允许的,此时相邻的两匝导线并不密接,而是稍隔开一点距离。实际上,随着导线不断堆叠,绕线半径逐渐增大,“导线沿周向的距离”也在增大。相邻的两匝导线之间的距离也在逐渐增大。
  
蜂房式绕线机之所以能够每转多“一点点”角度,是靠一套复杂的齿轮系统实现的,换用不同的齿轮,就像汽车换档,可以改变绕线头往复移动的速度,绕成每层不同匝数的蜂房式线圈。绕线头左右往复移动的距离也可以调节,便于绕制不同宽度的蜂房式线圈。
  
蜂房式线圈可以叠绕多层,绕10层甚至20层也不会滑脱。这是因为:一、导线是纱包或者丝包,纱包线或者丝包线表面的摩擦远比漆包线大。二、每匝导线转折时都压住前一匝导线。所以蜂房式绕法可以绕出堆叠得很高的线圈,而不必使用框架。当然,绕好后的蜂房式线圈通常都需要浸渍,把各匝线圈粘住,避免松散。图(01)中就用了稀薄的清漆进行浸渍。
  
其实,蜂房式绕法绕制的一个线圈,和图(04)中的一格线圈是一样的。只不过图(04)是使用漆包线叠绕,没有交叉,每匝导线并不能压住前一匝导线,如果没有档墙,线圈就不可能堆叠那么高。

图(04)
  
图(05)所示骨架,每格如果用绝缘导线绕满,也就相当于一个蜂房式线圈。

图(05)
  
蜂房式线圈也可以绕完一个后,沿轴向移动一段距离,再绕一个,乃至连续绕三个四个。图(01)就是绕完一个蜂房式线圈后移动一段距离再绕一个。这就和用图(05)那种骨架连续绕制多格完全一样了。不同之处仅在于蜂房式绕法不必使用骨架。
  
蜂房式线圈的历史相当悠久,1933年创刊的《中国无线电》杂志上面就有,那时的线圈甚至所有元器件都是进口的。估计在西方各国蜂房式线圈出现还要更早,可能20年代就出现了。
  
为什么那时要把线圈绕成蜂房式?
  
理由非常简单:那个时代,没有铁氧体,也没有其它种类的可以用于高频率(数十kHz到数MHz)的磁性材料,只能绕空心线圈。这样,线圈的匝数必定比较多。如果单层平绕,线圈的体积势必很大。要体积小,就只能绕成多层。还必须知道:那个时代,还没有现在的各种热塑性塑料如尼龙、聚苯乙烯、聚酯等等,只有酚醛这一种热固性塑料。酚醛塑料制件加工麻烦,加工速度很慢,那时的模具加工技术也相当不发达,所以很难制作图(05)那样的骨架,也就很难绕制图(04)那样的线圈。又要匝数多,又要体积小,还没有骨架,只好采用蜂房式的绕法,虽然蜂房式线圈的导线必须多股漆包线纱包或者丝包,导线制作麻烦,成本较高,蜂房式绕线机结构复杂,齿轮加工复杂,成本相当高。采用蜂房式绕法,那是不得已的办法,是没有办法当中的办法。
  
现在有了导磁率相当高,高频性能相当好的铁氧体材料,线圈匝数不必绕那么多,线圈的体积也就比较小。如果需要很多匝,也可以制作多格骨架,分段绕制以减小分布电容。在现代,不必再采用纱包或者丝包线用蜂房式绕法绕线圈。
  
某些网站上有手工绕制蜂房式线圈的帖子,甚至有用漆包线绕蜂房式线圈的。我要告诉网友:手工绕制蜂房式线圈很困难,虽然不是绝对绕不成。用漆包线绕制蜂房式线圈就更困难。而且,即使手工绕好了一个蜂房式线圈,这个蜂房式线圈的各种性能也不会比加铁氧体磁芯的单层线圈或者多格线圈更好。


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