基于田口法的钻井直驱永磁同步电机设计及优化

摘要

针对“三相电机+减速装置+钻具”系统存在的机组冗长、效率低及可靠性低等问题,研发了钻井直驱永磁同步电机。设计计算了电机关键部件;以效率和齿槽转矩为优化目标,开展了电机稳健参数优化,采用田口法开展了电磁优化设计,筛选影响效率和齿槽转矩的4个显著因子作为可控因子,利用正交表对优化参数及其水平进行试验,计算了优化参数对效率和齿槽转矩影响程度,得到最优参数组合;开展了优化后电机的空载与负载电磁仿真分析,研究了空载与负载下电机性能,验证了电机优化设计的合理性;计算了电机额定工况运行下的主要损耗及关键部件生热率,仿真分析了电机在有、无钻井液通入下的温度分布,进一步验证了电机设计的合理性。研究结论可为井下直驱电动钻具设计提供理论依据,也可为海洋油气及水合物钻采设备的创新提供技术支持。