本發(fā)明屬于冰區(qū)吊艙推進器，具體涉及一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、冰區(qū)吊艙推進器作為一種常見的船用破冰推進裝置，擁有較大的過載能力和較寬的調(diào)速范圍，需要同時滿足電機的低速破冰和高速敞水運行。

2、冰區(qū)吊艙電機的轉(zhuǎn)子由永磁體產(chǎn)生恒定磁場，定子繞組通入三相交流電產(chǎn)生交變的旋轉(zhuǎn)磁場，此時定子的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的恒定磁場相互交鏈，二者的電磁能量轉(zhuǎn)換使得電機的轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)起來，這是電機旋轉(zhuǎn)的基本原理。

3、采用傳統(tǒng)方案的缺點是冰區(qū)吊艙電機無法應(yīng)對復(fù)雜的工況環(huán)境。吊艙電機在低速運行時需要實現(xiàn)破冰功能，因此擁有較大的過載能力，同時敞水工況下需要實現(xiàn)高速航行，由于冰區(qū)吊艙電機采用表貼式永磁同步電機結(jié)構(gòu)，所以定子的交直軸電感相同，磁阻轉(zhuǎn)矩不做功，交軸電流產(chǎn)生電機的轉(zhuǎn)矩，電機在id=0控制時輸出功率最大，冰區(qū)吊艙破冰時需要增加主磁場來實現(xiàn)更大的過載能力，同時電機的端電壓與轉(zhuǎn)速成正比，為了滿足電機的敞水工況端電壓不超過變頻器的限制值，電機在高速下運行時需要增加繞組的直軸去磁電流降低繞組電壓，從而實現(xiàn)弱磁擴速的功能，但是增加的電機的直軸電流會導(dǎo)致電機定子繞組的電流迅速增加，很快超過變頻器的容量，使得變頻器在設(shè)計時較大，同時在設(shè)計電機時考慮到這些復(fù)雜工況也需要留有更大的余量，使得電機的體積較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，可以減小電機繞組下線難度，縮短電機軸向長度，減短了電機整體尺寸，對定子磁場的控制算法進行了物理解耦，實現(xiàn)了冰區(qū)吊艙推進器在低速破冰能擁有較高的過載能力，在敞水運行時擁有更寬的調(diào)速范圍，同時保證電機能有一定的容錯率。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，包括定子鐵心和定子繞組，定子鐵心上均勻設(shè)置m個定子槽，所述的定子繞組包括設(shè)置在定子槽內(nèi)的第一層線圈、第二層線圈、第三層線圈和第四層線圈四組獨立線圈，第1個定子槽內(nèi)的第一層線圈和第二層線圈分別與第n+1個定子槽內(nèi)的第三層線圈和第四層線圈連接，第一層線圈和第三層線圈連接組成轉(zhuǎn)矩控制線圈，第二層線圈和第四層線圈連接組成磁場調(diào)制線圈，轉(zhuǎn)矩控制線圈和磁場調(diào)制線圈的端部線鼻子錯位安裝，1≤n＜m，相鄰的轉(zhuǎn)矩控制線圈和磁場調(diào)制線間距為15～50mm，相鄰的端部線鼻子間距為15～50mm。

3、進一步，所述的第一層線圈、第二層線圈、第三層線圈和第四層線圈在每個定子槽內(nèi)沿槽口往槽內(nèi)依次設(shè)置。

4、進一步，所述的第一層線圈和第二層線圈并排設(shè)置，第三層線圈和第四層線圈并排設(shè)置，第一層線圈和第三層線圈在每個定子槽內(nèi)沿槽口往槽內(nèi)依次設(shè)置，第二層線圈和第四層線圈在每個定子槽內(nèi)沿槽口往槽內(nèi)依次設(shè)置。

5、更進一步，定子繞組共包含兩套獨立的三相控制模式，所述的第一層線圈和第三層線圈的匝數(shù)多于第二層線圈和第四層線圈。

6、更進一步，所述的相鄰端部線鼻子間距為15～50mm。

7、本發(fā)明的有益效果是：

8、本發(fā)明定子槽內(nèi)的線圈進行了物理解耦，每槽有4層線圈，一個定子槽內(nèi)的第一層線圈和另一個定子槽內(nèi)的第三層線圈連接組成轉(zhuǎn)矩控制線圈，同理，一個定子槽內(nèi)的第二層線圈和另一個定子槽內(nèi)的第四層線圈連接組成磁場調(diào)制線圈，依此類推，解耦后可以簡化繞線工藝和下線過程，能有效縮短線圈的端部長度，同時在設(shè)計電機時主磁場不需要留有更多的余量用于破冰和擴速，可有效減小電機的整體尺寸。

9、本發(fā)明定子有兩套獨立的控制方式，電機在破冰工況運行時，轉(zhuǎn)矩控制線圈控制轉(zhuǎn)速，磁場調(diào)制線圈產(chǎn)生的磁場用于增磁，增加了電機的氣隙磁場，電機擁有更大的過載功能，在敞水運行時電機的磁場調(diào)制線圈運行于去磁工況，可以降低電機的端電壓，實現(xiàn)更寬的調(diào)速范圍。

10、本發(fā)明實現(xiàn)了同槽內(nèi)的雙繞組控制，大大簡化了雙繞組控制的加工工藝，同時電機的主磁場磁路與以前一致，可以規(guī)避重新設(shè)計雙繞組電機帶來的風險，這樣的設(shè)計方案使得線圈運行時有一定的冗余性，同時在其中一套繞組故障時，另一套繞組仍能短時運行，在極端條件下電機受到強沖擊導(dǎo)致永磁體失磁后，存在的兩套獨立繞組仍能保持電機短時過載運行。

技術(shù)特征：

1.一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，包括定子鐵心和定子繞組，定子鐵心上均勻設(shè)置m個定子槽（1），其特征在于：所述的定子繞組包括獨立設(shè)置在定子槽（1）內(nèi)的第一層線圈（4）、第二層線圈（5）、第三層線圈（6）和第四層線圈（7），第1個定子槽（1）內(nèi)的第一層線圈（4）和第二層線圈（5）分別與第n+1個定子槽（1）內(nèi)的第三層線圈（6）和第四層線圈（7）連接，第一層線圈（4）和第三層線圈（6）連接組成轉(zhuǎn)矩控制線圈（2），第二層線圈（5）和第四層線圈（7）連接組成磁場調(diào)制線圈（3），轉(zhuǎn)矩控制線圈（2）和磁場調(diào)制線圈（3）的端部線鼻子錯位安裝，1≤n＜m，相鄰的轉(zhuǎn)矩控制線圈（2）和磁場調(diào)制線（3）間距為15～50mm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一層線圈（4）、第二層線圈（5）、第三層線圈（6）和第四層線圈（7）沿槽口往內(nèi)依次設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一層線圈（4）和第二層線圈（5）并排設(shè)置，第三層線圈（6）和第四層線圈（7）并排設(shè)置，第一層線圈（4）/第二層線圈（5）、第三層線圈（6）/第四層線圈（7）沿槽口往內(nèi)依次設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一層線圈（4）和第三層線圈（6）的匝數(shù)多于第二層線圈（5）和第四層線圈（7）。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的相鄰端部線鼻子間距為15～50mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種冰區(qū)吊艙推進電機繞組結(jié)構(gòu)，包括定子鐵心、轉(zhuǎn)矩控制線圈和磁場調(diào)制線圈，每個定子槽內(nèi)有四層獨立線圈，本發(fā)明將原有的雙層繞組進行解耦分為轉(zhuǎn)矩控制和磁場調(diào)制，解耦后可以簡化繞線工藝和下線過程，能有效縮短線圈的端部長度，可有效減小電機的整體尺寸，在控制方面定子有兩套獨立的線圈控制方式，使得電機擁有更強過載能力和擴速能力，同槽內(nèi)的雙繞組設(shè)計，簡化了雙繞組設(shè)計的工藝，電機的方案有一定的冗余性，在其中一套繞組故障時，另一套繞組仍能短時運行，極端條件下永磁體失磁后，存在的兩套獨立繞組仍能保持電機短時過載運行。

技術(shù)研發(fā)人員：匡恒,黃振華,熊用,陳煉,宋爽
受保護的技術(shù)使用者：武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶集團有限公司第七一二研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6