軸向磁場磁通切換容錯電機設計及其控制研究.pdf

1、近年來，隨著電動汽車的發(fā)展，對電機驅動系統(tǒng)的安全可靠性提出了很高的要求。電機驅動系統(tǒng)發(fā)生故障后，電動汽車仍能可靠行駛，因此，設計具有容錯能力的電機本體和控制系統(tǒng)已成為國內外的研究熱點。軸向磁場磁通切換容錯(Axial FieldFlux-Switching Fault-Tolerant，簡稱AFFSFT)電機是一種新型軸向磁場永磁電機，該電機結合軸向磁場永磁電機和容錯電機的優(yōu)點，具有軸向尺寸短、體積小、功率和轉矩密度大以及容錯性能好的特

2、點，適用于直驅電動汽車。本文以三相AFFSFT電機為研究對象，分別對AFFSFT電機的設計理論、分析與優(yōu)化方法、不同拓撲結構、電磁性能和控制策略等一系列關鍵技術問題進行了深入系統(tǒng)的研究，并通過仿真與實驗進行了驗證，為進一步提高驅動系統(tǒng)的可靠性，增加電動汽車驅動系統(tǒng)的備選方案，奠定了重要的理論與技術基礎。
　　論文研究內容主要包括以下幾個方面:
　　1.詳細分析了三相軸向磁場磁通切換容錯電機結構、工作原理及繞組互補性，在此基礎

3、上推導了AFFSFT電機的功率方程、定子齒和轉子極之間的磁導公式，為電機的設計奠定了理論基礎。
　　2.研究了電機定/轉子極、裂比（定子內徑/定子外徑）、定子側齒寬度、定子中間齒寬度、永磁體厚度、轉子極寬、軸向氣隙長度、轉子極軸向長度等結構參數(shù)對電感的影響，在此基礎上，以大自感小互感為容錯設計目標，優(yōu)化AFFSFT電機的設計參數(shù)，確定電機設計方案，并且利用三維有限元法，研究了AFFSFT電機的靜態(tài)特性，有限元仿真計算結果驗證了設計

4、理論和優(yōu)化方法的正確性。
　　3.提出不同定子鐵芯形狀的AFFSFT電機結構，在相同電機外形尺寸的條件下，研究對比不同定子鐵芯結構軸向磁場磁通切換容錯電機的性能。分析轉子極數(shù)、定子齒/槽形狀、轉子極形狀對U、C、E不同定子鐵芯電機的影響，綜合考慮反電動勢和齒槽轉矩，優(yōu)化了三種定子鐵芯結構電機，對比分析了不同結構電機的電磁性能，包括磁密、反電動勢、齒槽轉矩、輸出轉矩、電感和電機損耗，驗證了E形鐵芯AFFSFT電機比其它兩種結構電機具

5、有更好的綜合性能。
　　4.建立三相AFFSFT電機的數(shù)學模型及其MATLAB系統(tǒng)仿真模型，提出AFFSFT電機正常運行和故障容錯運行控制策略，通過對電機驅動系統(tǒng)故障前后的仿真分析，驗證了AFFSFT電機控制策略的可行性與有效性。
　　5.基于AFFSFT電機結構，提出混合勵磁AFFSFT電機，對比兩種不同容錯電機的拓撲結構，分析了直流勵磁電流調節(jié)磁場的原理，在6/14極AFFSFT電機設計參數(shù)的基礎上，對比分析兩種拓撲結構