磁場調(diào)制式永磁容錯電機的分析、設(shè)計與控制.pdf

1、直接驅(qū)動技術(shù)可消除齒輪箱等機械變速裝置，將負(fù)載直接與電機連接，從而可實現(xiàn)高效率、高可靠性、免維護(hù)和運行安靜的電機系統(tǒng)。因此，在傳統(tǒng)工業(yè)和新能源領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。永磁電機的轉(zhuǎn)矩密度高、效率高，但一般容錯性能較差，此外，其轉(zhuǎn)矩密度也有待進(jìn)一步的提升，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)電機系統(tǒng)高轉(zhuǎn)矩密度、強容錯性能的要求。本文基于磁齒輪的磁場調(diào)制基本原理和分?jǐn)?shù)槽集中繞組，提出兼具有高轉(zhuǎn)矩密度、強容錯性能的磁場調(diào)制式永磁(Flux-Modulation

2、 Permanent-Magnet，F(xiàn)MPM)容錯電機，形成了設(shè)計高轉(zhuǎn)矩密度、強容錯性能FMPM容錯電機的一般性方法。本文的研究內(nèi)容涉及分?jǐn)?shù)槽集中繞組FMPM電機磁場調(diào)制作用機理及基本工作原理分析、FMPM電機繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計選擇、新型FMPM電機的設(shè)計分析、FMPM電機等效磁網(wǎng)絡(luò)建模方法、容錯控制等方面。
　　本文的主要研究成果包含以下幾個方面:
　　1.基于磁動勢磁導(dǎo)模型，剖析分?jǐn)?shù)槽集中繞組FMPM電機的基本工作原理。揭示

3、磁場調(diào)制作用的產(chǎn)生原因及利用磁場調(diào)制效應(yīng)提升FMPM電機轉(zhuǎn)矩密度機理。推導(dǎo)電機功率方程。確定影響磁場調(diào)制效果的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，為優(yōu)化設(shè)計電機的轉(zhuǎn)矩密度提供理論依據(jù)和參考。
　　2.分析對比分?jǐn)?shù)槽集中繞組和集中繞組FMPM電機的工作原理、反電勢、轉(zhuǎn)矩、損耗和效率等各方面性能。提出最大輸出功率的弱磁控制策略，拓寬FMPM電機的運行范圍，揭示不同的繞組結(jié)構(gòu)對FMPM電機性能的影響機理，為合理設(shè)計FMPM電機繞組結(jié)構(gòu)，以滿足不同的性能要求，

4、提供參考。
　　3.提出了適用于FMPM容錯電機的新型混合定子結(jié)構(gòu)，在保證電機轉(zhuǎn)矩密度的前提下，降低電機永磁體極對數(shù)，減小鐵耗、永磁體渦流損耗，從而有效提升效率。闡明了新型混合定子結(jié)構(gòu)對磁場調(diào)制的作用效果。提出了基于混合定子結(jié)構(gòu)的FMPM容錯電機的一般性設(shè)計方法。
　　4.提出了混合定子和輻向永磁體陣列結(jié)構(gòu)FMPM容錯電機，解決了傳統(tǒng)FMPM容錯電機轉(zhuǎn)矩密度低和功率因數(shù)低的問題。在保證電機容錯性能的基礎(chǔ)上，顯著提升FMPM容

5、錯電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率因數(shù)，此外，混合定子結(jié)構(gòu)有效提升了電機高速運行時的效率。
　　5.提出了對調(diào)制極部分進(jìn)行基于剖分的等效磁網(wǎng)絡(luò)建模方法，簡化磁導(dǎo)計算模型，提高了等效磁網(wǎng)絡(luò)模型計算精度。同時聯(lián)合傳統(tǒng)等效磁網(wǎng)絡(luò)建模方式，建立整體電機的等效磁網(wǎng)絡(luò)模型，在不失計算精確性的同時保證了等效磁網(wǎng)絡(luò)計算的快速性，顯著提升FMPM電機前期優(yōu)化設(shè)計的效率。
　　6.研究了正常運行和容錯運行的控制策略，分析了電機正常運行和一相開路容錯運行的多