摘要：磁通切换永磁（fspm）电机是一种新型定子永磁型电机，具有功率密度高、效率高等优点。为提高其容错性能，提出了一种具有模块化结构的fspm（m-fspm）电机。建立了该电机定子／转子坐标系下的数学模型，验证了矢量控制应用于m-fspm电机的可行性。运用matlab/simulink仿真软件搭建了m-fspm电机系统的仿真模型。研究结果表明，m-fspm电机是一种新型容错电机，具有优良的稳态和动态性能。

关键词：永磁电机；模块化；容错；仿真中围分类号：tm351    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010)03-0037。05

    随着科学技术的不断发展，电机的应用涉及到军事、民用等各个领域。但是，由于电机及其驱动系统总是存在着一定的故障率，因此其可靠

性问题越来越引起人们的关注，特别是在航空航天等对连续运行有较高要求的领域，对电机可靠性的要求就更加严格。

  永磁电机由于使用高性能永磁材料作为励磁源，具有体积小、效率离、功率密度高等优点。研究表明，定子永磁型电机在兼具转子永磁型电机诸多优点的基础上其永磁体置于定子的结构降低了发生转子机械故障和永磁体高温退磁故障的可能性。已有学者对双凸极永磁( dspm)电机的容错性能进行了分析和研究1。而近期研究表明，磁通切换永磁( fspm)电机在功率密度、转矩性能等方面较dspm屯机优势明显。但是，由于自身结构特性的限制，fspm电机的相间互感较dspm电机偏大，这在一定程度上限制了fspm电机的容错运行能力。尽管已有国外学者为这一技术难题提出了解决方但仍存在诸多不足，如电机的反电势谐波较大、幅值不对称等。

    为此，本文提出一种模块化fspm( m-fspm)电机结构。该电机是在保留fspm电机高转矩性能的基础上，引入模块化绕组结构的一种新型定子永磁型电机。通过在定子齿部引入了容错齿，实现相间解耦，进一步提高电机的容错运行性能。本文基于matlab/simulink，建立了一台三相12/14极m-fspm电机的仿真调速系统，对电机的稳态和动态性能进行了分析研究。

    图1为一台三相12/14极m-fspm电机的截面图。m-fspm电机与传统结构的12/10极fspm电机结构较为相似，它由12个定子齿、12个容错齿以及14个转子齿组成。图2为该电机在1 000 r/min时的三相空载反电势波形。由图可见，反电势正弦度较好，三相反电势互差120度。由于定子上容错齿的引入，使得一相的磁力线不再像fspm电机那样从相邻相穿过，而是从容错齿穿出，到达气隙和转子，实现了磁路的解耦。

表l对比了具有同样电机外径和绕组匝数的2台fspm电机与m-fspm电机的自感和互感情况。通过对比可以发现，互感与自感的比例由fspm电机的近47.8 010降低到了m-fspm电机的百分之19. 3，所提出的电机在磁路独立性方面的性能提升较为明显。

 

    三相m-fspm电机数学模型为

  假设运行于永磁交流无刷( blac)方式的mfspm电机，其三相电枢电流与每相反电动势波形保持同相位，可以表示为：

其中，l为每相电枢电流幅值，p。为转子极数，θ为转子位置角。

    通过派克变换可得到转子坐标系下的直轴电流、交轴电流以及零轴电流满足：

    

  变换得到的交轴电流等于定子坐标系下的正弦电流幅值，而直轴相零轴电流都为零。

    电磁转矩表达式为：