容错型永磁磁通切换电机的拓扑分析谢德娥，王宇，邓智泉，吴一丰**（南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市210016）5101520253035摘要：永磁磁通切换电机兼具开关磁阻电机转子结构简单坚固和永磁同步电机功率密度高的优点。本文分析比较了传统12/10FSPM电机和六种容错拓扑的电磁性能和容错性能，包括磁链、反电动势、输出转矩、定位力矩和电感。分析了单层绕组、永磁体个数、定转子极数和隔磁齿对电机电磁性能和容错性能的影响。本文研究结果为磁通切换电机拓扑的优化和磁通切换电机在高可靠应用场合的进一步应用提供借鉴。关键词：永磁磁通切换电机；双凸极；容错拓扑；模块化。：TM352StudyonFault-tolerantTopologiesofFluxSwitchingPermanentMagnetMotorDe'eXie,YuWang,ZhiquanDeng,YifengWu(CollegeofAutomationEngineering,Nan激ngUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nan激ng210016,激angsuProvince,China)Abstract:Comparedwiththeswitchedreluctancemachineandthetraditionalrotor-PMmachine,FSPMhassimpleandrobuststructureandhightorquedensity.Conventional12/10FSPMandsixfault-toleranttopologieshasbeencomparedby2-Dfiniteelementanalyses，intermsofoutputtorque,flux-linkage,backEMF,andinductances.Theinfluenceonelectromagneticperformanceandfault-tolerantcapabilityofsingle-layerwindings,thePMvolume,differentcombinationsofrotorandstatorpolesandfault-tolerancetoothareanalyzedinthepaper.TheresultsprovidereferenceforthefurtherapplicationofFSPMinharshenvironment.Keywords:fluxswitchingpermanentmagnetmotor;doublysalient;fault-toleranttopologies;modularization0引言电力作动器作为全电/多电飞机系统的关键之一，广泛应用于飞机刹车、舵面控制以及油泵等系统中[1]。全电/多电飞机技术的发展要求其电力作动器具有高可靠性，强容错能力，高转矩密度等特点[2]。开关磁阻电机转子结构简单坚固，无永磁体，无励磁绕组，电机互感小，无短路电流，这一系列优点使得开关磁阻电机最早应用于电力作动器中[3]。但是，在高转矩密度和低噪声等方面，开关磁阻电机要逊色于永磁电机[4][5]。永磁磁通切换型电机是近年出现的一种定子永磁式电机[6]，它的出现为研究高性能的容错电机系统提供了新思路，吸引了国内外学者的广泛关注研究[7]-[17]。与传统的转子永磁式电机相比，永磁磁通切换电机转子结构简单坚固，永磁磁场与电枢磁场为并联关系，永磁体无退磁风险[18][19]。文献[7]中分析了FSPM的电磁性能，由于电机具有绕组互补性，经典的作者简介：谢德娥（1990-），女，主要研究方向：永磁磁通切换电机通信联系人：邓智泉（1969-），男，教授，主要研究方向：高速电机；无轴承电机；磁悬浮电机；磁悬浮轴承；起动发电一体机；交流伺服系统.E-mail:dzq@nuaa.edu-1-12/10结构的永磁磁通切换电机具有磁链正弦度高、功率密度高的优点。文献[15]中阐述了，与经典永磁磁通切换电机相比，具有单层绕组结构的FSPM电机虽然转矩密度稍低，但是单40455055层绕组的结构实现了绕组之间的物理隔离和电磁隔离，减小了各相之间的耦合，提高了电机的模块性，具有较好的容错能力，如图1（b）—（d）所示。文献[16]中研究的电机拓扑利用隔磁齿减小互感，增强容错能力，但是该电机漏感大，转矩密度较低，如图（e）。拓扑5是一种由E型硅钢片构成的电机[17]，该电机可看作是未加极靴的拓扑4，如图1（f）所示。本文应用多齿结构，研究了一种具有多齿结构的电机，即多齿容错电机，如图1（g），多齿结构可减小定位力矩，增大自感，优化电机的电磁性能和容错性能；该电机隔磁齿的设计，减小了绕组间的耦合，具有容错能力。本文对其优缺点进行了总结，运用有限元仿真分析比较以上电机拓扑的电磁性能，为容错型磁通切换电机的进一步研究优化奠定了基础。1电机结构和参数电机参数如表1所示，电机结构如图1所示，传统的FSPM电机采用双层绕组，拓扑1—6采用单层绕组。图1（a）是传统12/10永磁磁通切换电机，该电机每个定子齿上都绕有绕组；拓扑1采用单层绕组，每个定子槽中只有...