船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，包括電機(jī)外殼和主軸，所述主軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)，還包括兩個沿所述主軸軸線方向串聯(lián)設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)的定子，每個所述定子均電連接一個變頻器，每個所述定子獨(dú)立構(gòu)成一個電機(jī)三相電樞繞組，對應(yīng)每個所述定子在所述主軸上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子采用永磁材料制成。對比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，功率因數(shù)高，工作效率高，且對應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍廣，能提高船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體效率。
【專利說明】
船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及船舶制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知采用電力推進(jìn)系統(tǒng)的船舶有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，而為了充分發(fā)揮出電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)中主要設(shè)備的設(shè)計顯得異常重要，例如推進(jìn)電機(jī)。目前常規(guī)的電力推進(jìn)船舶較常用的推進(jìn)電機(jī)一般為普通的交流變頻異步電機(jī)，該電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均是單組整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，電機(jī)由一組定子對應(yīng)一組轉(zhuǎn)子組成電機(jī)的主體，具體的電機(jī)包括電機(jī)安裝座100、電機(jī)外殼200、主軸300、定子400和轉(zhuǎn)子500，電機(jī)外殼200固定在電機(jī)安裝座100上，主軸300通過軸承600可轉(zhuǎn)動的設(shè)置在電機(jī)外殼200內(nèi)，其中，定子400固定在電機(jī)外殼200內(nèi)，轉(zhuǎn)子500固定在主軸300上，可沿主軸300的軸線轉(zhuǎn)動，在電機(jī)外殼200外還設(shè)置接線盒700，接線盒700與定子400通過接線連接，定子400和轉(zhuǎn)子500均采用繞組結(jié)構(gòu)。上述電機(jī)具有以下缺陷:(I)、常用的交流變頻異步電機(jī)功率因數(shù)較低，一般其額定功率因數(shù)為0.8，低速運(yùn)行時將會更低，低功率因數(shù)的運(yùn)行負(fù)載會造成電網(wǎng)無功負(fù)擔(dān)加重，同時妨礙了有功功率的輸出，這點(diǎn)對于船舶有限的電站容量來說，更為明顯；(2)、額定工作效率低，因?yàn)楫惒诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)子繞組靠產(chǎn)生感應(yīng)電流并轉(zhuǎn)換為電磁力而旋轉(zhuǎn)，所以存在較大的鐵損及銅損，并需要靠異步轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電機(jī)的額定效率降低，而且在低速運(yùn)行狀態(tài)下，效率更加會大幅度的下降；(3)、由于轉(zhuǎn)子200需要做成繞組或鼠籠型結(jié)構(gòu)，會造成轉(zhuǎn)子200的結(jié)構(gòu)比較大，而且因?yàn)楦袘?yīng)電流與電磁力的轉(zhuǎn)換工作，增加了電機(jī)發(fā)熱量的產(chǎn)生，所以對電機(jī)的溫升、絕緣等級要求高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，效能高，能提高船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體效率。
[0004]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]提供一種船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，包括電機(jī)外殼和主軸，所述主軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)，還包括兩個沿所述主軸軸線方向串聯(lián)設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)的定子，每個所述定子均電連接一個變頻器，每個所述定子獨(dú)立構(gòu)成一個電機(jī)三相電樞繞組，對應(yīng)每個所述定子在所述主軸上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子采用永磁材料制成。
[0006]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，還包括分配控制系統(tǒng)，兩個所述變頻器均與所述分配控制系統(tǒng)電連接。
[0007]通過設(shè)置分配控制系統(tǒng)，并使兩個變頻器均與此分配控制系統(tǒng)電連接，可以利用分配控制系統(tǒng)實(shí)時檢測兩個定子(即電樞繞組)的輸出功率，并進(jìn)行分配控制，以實(shí)現(xiàn)兩個定子的功率輸出的平衡控制，即使兩個定子在同時通電工作時，始終能保持同樣的功率輸出狀態(tài)，同樣的功率輸出狀態(tài)可以保證兩個轉(zhuǎn)子施加給主軸的力矩相同，保證主軸的各部分作用力相同。
[0008]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，兩個所述定子的結(jié)構(gòu)和電樞功率均相同；兩個所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相同。
[0009]通過將兩個定子的結(jié)構(gòu)和電樞功率設(shè)置為相同，且將兩個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)置為相同，是為了使兩個定子在同時通電工作時，輸出功率能達(dá)到一致，而不受結(jié)構(gòu)等外在的因素的影響。
[0010]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，兩個所述定子分別為第一定子和第二定子，所述第一定子通過接線連接第一接線盒，所述第二定子通過接線連接第二接線合
ΙΤΓΤ.0
[0011]獨(dú)立的接線盒設(shè)計使得每個定子均能單獨(dú)通電，進(jìn)而使兩個定子不僅可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)通電工作還可以實(shí)現(xiàn)同時通電工作，且在其中一個定子出現(xiàn)故障時，另一個定子還能作為備用的部件通電工作，保證電機(jī)能正常運(yùn)行。
[0012]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，所述第一接線盒與所述第二接線盒均安裝在所述電機(jī)外殼上。
[0013]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，還包括電機(jī)安裝座，所述電機(jī)外殼固定在所述電機(jī)安裝座上。
[0014]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，所述電機(jī)外殼的相對的兩端分別設(shè)置前軸承和后軸承，所述主軸的兩端分別通過所述前軸承和所述后軸承與所述電機(jī)外殼連接。
[0015]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，所述主軸延伸出所述電機(jī)外殼的一端并位于所述后軸承的一側(cè)設(shè)置風(fēng)扇葉，所述風(fēng)扇葉外罩設(shè)有可通風(fēng)的外罩，所述外罩與所述電機(jī)外殼可拆卸連接。
[0016]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，兩個所述轉(zhuǎn)子分別為第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子沿所述主軸的軸線間隔設(shè)置，且位置與所述定子相對應(yīng)。
[0017]作為船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)子采用鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料中的任意一種制成。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提供的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)通過將兩個定子分別電連接一個變頻器，可以使兩個定子可以單獨(dú)通電工作也可以同時通電工作，即可以根據(jù)需要選擇工作模式，而且電機(jī)在廣闊的轉(zhuǎn)速范圍均具有很高的功率因素，減少電機(jī)運(yùn)行負(fù)載對電網(wǎng)造成的無功負(fù)擔(dān)，同時保障船舶電網(wǎng)充分的有功功率輸出，減少電機(jī)裝機(jī)容量需求和保持船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載功率小于電機(jī)額定功率的1/2時，可以由一組電機(jī)三相電樞繞組通電工作，對應(yīng)由一個轉(zhuǎn)子輸出力矩驅(qū)動電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)負(fù)載功率大于電機(jī)額定功率的1/2時，需要由兩組電機(jī)三相電樞繞組通電工作，對應(yīng)由兩個轉(zhuǎn)子輸出力矩驅(qū)動電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動;通過將兩個轉(zhuǎn)子均采用永磁材料制成，使得轉(zhuǎn)子不需要繞組，因而幾乎沒有鐵損和銅損，且也不需要靠異步轉(zhuǎn)速產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)的額定效率高，即使在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，也可以保持很高的工作效率，另外，采用永磁材料制成轉(zhuǎn)子，還使得轉(zhuǎn)子不再需要做成繞組或鼠籠型結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸，降低電機(jī)發(fā)熱量，進(jìn)而降低電機(jī)的制造成本。對比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，功率因數(shù)高，工作效率高，且對應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍廣，能提高船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有的交流變頻異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0021]圖1中:
[0022]100、電機(jī)安裝座;200、電機(jī)外殼;300、主軸;400、定子;500、轉(zhuǎn)子;600、軸承;700、接線盒。
[0023]圖2中:
[0024]1、電機(jī)外殼;2、主軸;3、第一定子;4、第二定子;5、第一接線盒;6、第二接線盒;7、前軸承;8、后軸承;9、電機(jī)安裝座;10、風(fēng)扇葉；11、外罩;12、第一轉(zhuǎn)子;13、第二轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0026]如圖2所示，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)包括電機(jī)外殼I和主軸2，主軸2可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在電機(jī)外殼I內(nèi)，還包括兩個沿主軸2軸線方向串聯(lián)設(shè)置在電機(jī)外殼I內(nèi)的定子，每個定子均電連接一個變頻器，每個定子獨(dú)立構(gòu)成一個電機(jī)三相電樞繞組，對應(yīng)每個定子在主軸2上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子采用永磁材料制成。通過將兩個定子分別電連接一個變頻器，可以使兩個定子可以單獨(dú)通電工作也可以同時通電工作，即可以根據(jù)需要選擇工作模式，而且電機(jī)在廣闊的轉(zhuǎn)速范圍均具有很高的功率因數(shù)，減少電機(jī)運(yùn)行負(fù)載對電網(wǎng)造成的無功負(fù)擔(dān)，同時保障船舶電網(wǎng)充分的有功功率輸出，減少電機(jī)裝機(jī)容量需求和保持船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載功率小于電機(jī)額定功率的1/2時，可以由一組電機(jī)三相電樞繞組通電工作，對應(yīng)由一個轉(zhuǎn)子輸出力矩驅(qū)動電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)負(fù)載功率大于電機(jī)額定功率的1/2時，需要由兩組電機(jī)三相電樞繞組通電工作，對應(yīng)由兩個轉(zhuǎn)子輸出力矩驅(qū)動電機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動;通過將兩個轉(zhuǎn)子均采用永磁材料制成，使得轉(zhuǎn)子不需要繞組，因而幾乎沒有鐵損和銅損，且也不需要靠異步轉(zhuǎn)速產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)的額定效率高，即使在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，也可以保持很高的工作效率，另外，采用永磁材料制成轉(zhuǎn)子，還使得轉(zhuǎn)子不再需要做成繞組或鼠籠型結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸，降低電機(jī)發(fā)熱量，進(jìn)而降低電機(jī)的制造成本。對比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，功率因數(shù)高，工作效率高，且對應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍廣，能提高船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體效率。
[0027]船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)還包括分配控制系統(tǒng)，兩個變頻器均與分配控制系統(tǒng)電連接。通過設(shè)置分配控制系統(tǒng)，并使兩個變頻器均與此分配控制系統(tǒng)電連接，可以利用分配控制系統(tǒng)實(shí)時檢測兩個定子(即電樞繞組)的輸出功率，并進(jìn)行分配控制，以實(shí)現(xiàn)兩個定子的功率輸出的平衡控制，即使兩個定子在同時通電工作時，始終能保持同樣的功率輸出狀態(tài)，同樣的功率輸出狀態(tài)可以保證兩個轉(zhuǎn)子施加給主軸的力矩相同，保證主軸的各部分作用力相同。
[0028]在本實(shí)施例中，兩個定子的結(jié)構(gòu)和電樞功率均相同；兩個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相同。通過將兩個定子的結(jié)構(gòu)和電樞功率設(shè)置為相同，且將兩個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)置為相同，是為了使兩個定子在同時通電工作時，輸出功率能達(dá)到一致，而不受結(jié)構(gòu)等外在的因素的影響。
[0029]具體的，兩個定子分別為第一定子3和第二定子4，第一定子3通過接線連接第一接線盒5，第二定子4通過接線連接第二接線盒6。獨(dú)立的接線盒設(shè)計使得每個定子均能單獨(dú)通電，進(jìn)而使兩個定子不僅可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)通電工作還可以實(shí)現(xiàn)同時通電工作，且在其中一個定子出現(xiàn)故障時，另一個定子還能作為備用的部件通電工作，保證電機(jī)能正常運(yùn)行。第一接線盒5與第二接線盒6均安裝在電機(jī)外殼I上。
[0030]船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)還包括電機(jī)安裝座9，電機(jī)外殼I固定在電機(jī)安裝座9上，電機(jī)外殼I的相對的兩端分別設(shè)置前軸承7和后軸承8，主軸2的兩端分別通過前軸承7和后軸承8與電機(jī)外殼I連接，主軸2延伸出電機(jī)外殼I的一端并位于后軸承8的一側(cè)設(shè)置風(fēng)扇葉10，風(fēng)扇葉10外罩設(shè)有可通風(fēng)的外罩11，外罩11與電機(jī)外殼I可拆卸連接。
[0031]在本實(shí)施例中，兩個轉(zhuǎn)子分別為第一轉(zhuǎn)子12和第二轉(zhuǎn)子13，第一轉(zhuǎn)子12和第二轉(zhuǎn)子13沿主軸2的軸線間隔設(shè)置，且位置與定子相對應(yīng)。
[0032]轉(zhuǎn)子采用鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料中的任意一種制成。在本實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)子12和第二轉(zhuǎn)子13均米用招鎳鈷系永磁合金制成。
[0033]本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)的額定效率可達(dá)到93%以上，對于100KW以上的大功率電機(jī)，額定效率更可以達(dá)到96%以上，而額定功率因數(shù)也在0.95以上，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)可以充分發(fā)揮出電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，其更加高效，能保持高效運(yùn)行的轉(zhuǎn)速范圍擴(kuò)大，即從低速至額定轉(zhuǎn)速的各個工作點(diǎn)均能保持較高的效率，以提高船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的總體效率，同時此電機(jī)能適應(yīng)不同的功率使用情況，體積小、重量輕，節(jié)能效果好，另外，此電機(jī)在廣闊的轉(zhuǎn)速范圍均具有很高的功率因數(shù)，減少電機(jī)運(yùn)行負(fù)載對電網(wǎng)造成無功負(fù)擔(dān)，同時保障船舶電網(wǎng)充分的有功功率輸出，減少電站裝機(jī)容量需求和保持船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0034]運(yùn)輸船舶在實(shí)際航行的過程中，基于航道條件、油耗等方面的原因，會將船舶的航行速度長時間控制在經(jīng)濟(jì)航速范圍，此時推進(jìn)主機(jī)一般工作在50%?60%的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，對應(yīng)地工作在30%?40%的額定功率狀態(tài)，對于電力推進(jìn)船舶而言，它的推進(jìn)電機(jī)將長期工作在這種低轉(zhuǎn)速、低負(fù)載的工況，所以對推進(jìn)電機(jī)的低轉(zhuǎn)速保持高效率的設(shè)計有迫切的需求。而本實(shí)用新型的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，在長時間、低轉(zhuǎn)速、低負(fù)載的工況下仍然能夠保持高效率、高功率因素的特性，顯然是最合適的設(shè)計。
[0035]于本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”，僅僅用于在描述上加以區(qū)分，并沒有特殊的含義。
[0036]需要聲明的是，上述【具體實(shí)施方式】僅僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理，在本實(shí)用新型所公開的技術(shù)范圍內(nèi)，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所容易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，包括電機(jī)外殼和主軸，所述主軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)，其特征在于，還包括兩個沿所述主軸軸線方向串聯(lián)設(shè)置在所述電機(jī)外殼內(nèi)的定子，每個所述定子均電連接一個變頻器，每個所述定子獨(dú)立構(gòu)成一個電機(jī)三相電樞繞組，對應(yīng)每個所述定子在所述主軸上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子采用永磁材料制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，還包括分配控制系統(tǒng)，兩個所述變頻器均與所述分配控制系統(tǒng)電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，兩個所述定子的結(jié)構(gòu)和電樞功率均相同；兩個所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，兩個所述定子分別為第一定子和第二定子，所述第一定子通過接線連接第一接線盒，所述第二定子通過接線連接第二接線盒。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述第一接線盒與所述第二接線盒均安裝在所述電機(jī)外殼上。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，還包括電機(jī)安裝座，所述電機(jī)外殼固定在所述電機(jī)安裝座上。7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)外殼的相對的兩端分別設(shè)置前軸承和后軸承，所述主軸的兩端分別通過所述前軸承和所述后軸承與所述電機(jī)外殼連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述主軸延伸出所述電機(jī)外殼的一端并位于所述后軸承的一側(cè)設(shè)置風(fēng)扇葉，所述風(fēng)扇葉外罩設(shè)有可通風(fēng)的外罩，所述外罩與所述電機(jī)外殼可拆卸連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，兩個所述轉(zhuǎn)子分別為第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子和所述第二轉(zhuǎn)子沿所述主軸的軸線間隔設(shè)置，且位置與所述定子相對應(yīng)。10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的船舶推進(jìn)用永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子采用鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料中的任意一種制成。
【文檔編號】H02K9/06GK205583964SQ201620349592
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】陳國堅
【申請人】佛山市派能機(jī)電有限公司