一种冰区吊舱推进电机绕组结构的制作方法

本发明属于冰区吊舱推进器，具体涉及一种冰区吊舱推进电机绕组结构。

背景技术：

1、冰区吊舱推进器作为一种常见的船用破冰推进装置，拥有较大的过载能力和较宽的调速范围，需要同时满足电机的低速破冰和高速敞水运行。

2、冰区吊舱电机的转子由永磁体产生恒定磁场，定子绕组通入三相交流电产生交变的旋转磁场，此时定子的旋转磁场与转子的恒定磁场相互交链，二者的电磁能量转换使得电机的转子部分旋转起来，这是电机旋转的基本原理。

3、采用传统方案的缺点是冰区吊舱电机无法应对复杂的工况环境。吊舱电机在低速运行时需要实现破冰功能，因此拥有较大的过载能力，同时敞水工况下需要实现高速航行，由于冰区吊舱电机采用表贴式永磁同步电机结构，所以定子的交直轴电感相同，磁阻转矩不做功，交轴电流产生电机的转矩，电机在id=0控制时输出功率最大，冰区吊舱破冰时需要增加主磁场来实现更大的过载能力，同时电机的端电压与转速成正比，为了满足电机的敞水工况端电压不超过变频器的限制值，电机在高速下运行时需要增加绕组的直轴去磁电流降低绕组电压，从而实现弱磁扩速的功能，但是增加的电机的直轴电流会导致电机定子绕组的电流迅速增加，很快超过变频器的容量，使得变频器在设计时较大，同时在设计电机时考虑到这些复杂工况也需要留有更大的余量，使得电机的体积较大。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种冰区吊舱推进电机绕组结构，可以减小电机绕组下线难度，缩短电机轴向长度，减短了电机整体尺寸，对定子磁场的控制算法进行了物理解耦，实现了冰区吊舱推进器在低速破冰能拥有较高的过载能力，在敞水运行时拥有更宽的调速范围，同时保证电机能有一定的容错率。

2、为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰区吊舱推进电机绕组结构，包括定子铁心和定子绕组，定子铁心上均匀设置m个定子槽，所述的定子绕组包括设置在定子槽内的第一层线圈、第二层线圈、第三层线圈和第四层线圈四组独立线圈，第1个定子槽内的第一层线圈和第二层线圈分别与第n+1个定子槽内的第三层线圈和第四层线圈连接，第一层线圈和第三层线圈连接组成转矩控制线圈，第二层线圈和第四层线圈连接组成磁场调制线圈，转矩控制线圈和磁场调制线圈的端部线鼻子错位安装，1≤n＜m，相邻的转矩控制线圈和磁场调制线间距为15～50mm，相邻的端部线鼻子间距为15～50mm。

3、进一步，所述的第一层线圈、第二层线圈、第三层线圈和第四层线圈在每个定子槽内沿槽口往槽内依次设置。

4、进一步，所述的第一层线圈和第二层线圈并排设置，第三层线圈和第四层线圈并排设置，第一层线圈和第三层线圈在每个定子槽内沿槽口往槽内依次设置，第二层线圈和第四层线圈在每个定子槽内沿槽口往槽内依次设置。

5、更进一步，定子绕组共包含两套独立的三相控制模式，所述的第一层线圈和第三层线圈的匝数多于第二层线圈和第四层线圈。

6、更进一步，所述的相邻端部线鼻子间距为15～50mm。

7、本发明的有益效果是：

8、本发明定子槽内的线圈进行了物理解耦，每槽有4层线圈，一个定子槽内的第一层线圈和另一个定子槽内的第三层线圈连接组成转矩控制线圈，同理，一个定子槽内的第二层线圈和另一个定子槽内的第四层线圈连接组成磁场调制线圈，依此类推，解耦后可以简化绕线工艺和下线过程，能有效缩短线圈的端部长度，同时在设计电机时主磁场不需要留有更多的余量用于破冰和扩速，可有效减小电机的整体尺寸。

9、本发明定子有两套独立的控制方式，电机在破冰工况运行时，转矩控制线圈控制转速，磁场调制线圈产生的磁场用于增磁，增加了电机的气隙磁场，电机拥有更大的过载功能，在敞水运行时电机的磁场调制线圈运行于去磁工况，可以降低电机的端电压，实现更宽的调速范围。

10、本发明实现了同槽内的双绕组控制，大大简化了双绕组控制的加工工艺，同时电机的主磁场磁路与以前一致，可以规避重新设计双绕组电机带来的风险，这样的设计方案使得线圈运行时有一定的冗余性，同时在其中一套绕组故障时，另一套绕组仍能短时运行，在极端条件下电机受到强冲击导致永磁体失磁后，存在的两套独立绕组仍能保持电机短时过载运行。

技术特征：

1.一种冰区吊舱推进电机绕组结构，包括定子铁心和定子绕组，定子铁心上均匀设置m个定子槽（1），其特征在于：所述的定子绕组包括独立设置在定子槽（1）内的第一层线圈（4）、第二层线圈（5）、第三层线圈（6）和第四层线圈（7），第1个定子槽（1）内的第一层线圈（4）和第二层线圈（5）分别与第n+1个定子槽（1）内的第三层线圈（6）和第四层线圈（7）连接，第一层线圈（4）和第三层线圈（6）连接组成转矩控制线圈（2），第二层线圈（5）和第四层线圈（7）连接组成磁场调制线圈（3），转矩控制线圈（2）和磁场调制线圈（3）的端部线鼻子错位安装，1≤n＜m，相邻的转矩控制线圈（2）和磁场调制线（3）间距为15～50mm。

2.根据权利要求1所述的一种冰区吊舱推进电机绕组结构，其特征在于，所述的第一层线圈（4）、第二层线圈（5）、第三层线圈（6）和第四层线圈（7）沿槽口往内依次设置。

3.根据权利要求1所述的一种冰区吊舱推进电机绕组结构，其特征在于，所述的第一层线圈（4）和第二层线圈（5）并排设置，第三层线圈（6）和第四层线圈（7）并排设置，第一层线圈（4）/第二层线圈（5）、第三层线圈（6）/第四层线圈（7）沿槽口往内依次设置。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种冰区吊舱推进电机绕组结构，其特征在于，所述的第一层线圈（4）和第三层线圈（6）的匝数多于第二层线圈（5）和第四层线圈（7）。

5.根据权利要求4所述的一种冰区吊舱推进电机绕组结构，其特征在于，所述的相邻端部线鼻子间距为15～50mm。

技术总结本发明公开了一种冰区吊舱推进电机绕组结构，包括定子铁心、转矩控制线圈和磁场调制线圈，每个定子槽内有四层独立线圈，本发明将原有的双层绕组进行解耦分为转矩控制和磁场调制，解耦后可以简化绕线工艺和下线过程，能有效缩短线圈的端部长度，可有效减小电机的整体尺寸，在控制方面定子有两套独立的线圈控制方式，使得电机拥有更强过载能力和扩速能力，同槽内的双绕组设计，简化了双绕组设计的工艺，电机的方案有一定的冗余性，在其中一套绕组故障时，另一套绕组仍能短时运行，极端条件下永磁体失磁后，存在的两套独立绕组仍能保持电机短时过载运行。技术研发人员：匡恒,黄振华,熊用,陈炼,宋爽受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）技术研发日：技术公布日：2025/1/6