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摘 要：三相永磁容错电机可以实现容错的前提为其自身特殊的结构设计，进而使电机自身具备物理隔离、热隔离、磁隔离以及电气隔离等能力，合理有效的电机结构设计可以在一定程度上使电机的性能得以提高。
关键词：永磁容错电机；原则；内容
电机以及控制系统的故障主要由电机本身的绕组开路、相间开路故障、匝间短路以及功率变换电路的短路故障与功率变换电路的开路故障，所以需要从电机结构以及电机控制系统这两个方面进行相关的容错设计。传统的永磁同步电机与开关磁阻电机两者之间存在相互弥补的关系，因此需要将传统的永磁同步电机与开关磁阻电机两者的优点相结合，实现设计三相永磁容错电机结构的目的。
一、永磁容错电机设计的基本原则
传统的永磁同步电机在处于故障的情况下，受各项绕组间的相互作用的影响，对电机正常运转造成严重的阻碍作用，所以可见传统的永磁同步电机不具有故障时的转矩输出功能，无法保证系统运行的可靠性以及稳定性。针对上述问题，相关的研究人员提出了永磁容错电机这一方案，永磁容错电机是在永磁同步电机的基础上，通过改变槽口的尺寸以及绕组结构形式等实现容错的效果。永磁容错电机为了实现其自身容错的性能，可以尝试从以下两个方面入手：第一方面，在电机发生故障时，应该尽可能减小故障相的电机绕组对正常相的干扰，上述方案可以通过对电机本体进行相对应的设计来实现；第二方面，在电机发生故障之后，需要保证电机系统可以输出一定的转矩来达到满足负载要求的效果，进而实现系统可以可靠运行的目的，上述方案可以通过对故障进行检测然后及时采取补救措施来实现，或者是通过采用合适的容错控制策略来实现。
二、三相永磁容错电机的结构设计
（一）三相永磁容错电机主要的设计内容
尽管在设计方面，三相永磁容错电机与传统的电机存在很大程度上的差异，但是三相永磁容错电机与传统的电机还是存在部分相同的基本的设计内容，永磁容错电机进行结构设计的设计内容包括电机磁路设计、电机主要尺寸设计、电机槽型参数以及定转子轭部参数。
（二）电机磁路设计
电机的磁路设计，也就是根据所需设计的磁场的实际需求，对永磁体材料、磁极的尺寸以及磁极的形状进行相对应的选择，进而达到使永磁体的性能最大程度上发挥的效果，使磁路设计的合理性以及磁路设计的优质性得到最大程度上的实现，其中关于永磁体材料的选择：根据永磁体材料的选择原则，将不同的永磁材料的性能参数进行相对应的对比、分析，比如永磁体材料为粘结式衫钴永磁材料，该材料具有较强的抗退磁能力，而且可以得到较大的电机功率密度，除此之外，粘结式衫钴永磁材料的最大使用温度为350摄氏度，可以较好的满足设计中对电机相对应的需求；关于磁极性状的确定：永磁电机的磁极与电励磁电机的磁极是不相同，永磁电机的磁极为永磁体，其磁路的形式多种多样，根据永磁体的位置、永磁体安置方式、永磁材料的种类以及永磁体的形状等，可以将磁路分为很多种，比如根据安置方式进行相对应的分类可以分为，内置式和表贴式，根据永磁体的形状可以分为环形磁极、爪形磁极、弧形磁极以及瓦片形磁极等，其中瓦片形磁极又由同心瓦片形磁极和等半径瓦片形磁极这两部分组合而成，等半径瓦片形磁极同时可以称之为离心式磁极。表贴式磁极具有可以增强绕组间的磁隔离能力，等半径瓦片形磁极具有可以在一定程度上提高材料的利用率的优点，所以应该根据实际需求选择合理有效的永磁体。
（三）磁极的尺寸设计
永磁体的尺寸参数包括永磁体磁化方向的宽度以及长度，在对永磁体磁化方向的宽度以及长度进行相对应的设计时需要考虑如下因素：永磁体磁化方向的长度不可以过于小，否则不仅会增加永磁体的生产成本，而且还会造成永磁体极易退磁；在对永磁体磁化方向的长度进行相关的设计过程中，需要尽最大可能使永磁体工作于最佳状态，这是因为在很大程度上永磁体的工作点取决于自身的磁化方向长度；因为永磁体的磁化方向宽度与永磁体提供的磁通的面积息息相关，所以在对永磁体磁化方向宽度进行相关的设计过程中，要根据电机性能的要求对永磁体的磁化方向宽度进行针对性的调整措施。
（四）电机槽型参数设计
电机槽型参数主要由定子齿宽度、槽口宽度、槽的深度以及槽口厚度等组合而成。其中关于定子齿参数，已知定子齿的最大磁密，通常情况下其取值在1.4T～1.6T之间，然后将定子齿的最大磁密代入相关的公式中即可求得定子齿宽，通常情况下，定子齿高是定子齿宽的1.5倍～3倍之间不等，在设计过程中可以结合槽内的电流密度对定子齿高与定子齿宽之间的倍数进行不断的核实，对两者之间的倍数进行不断核实的目的为，假如倍数过大，那么定子轭部就极有可能出现饱和的现象。进而造成电磁转矩的减小，假如倍数过小，那么绕组电流密度就极有可能超出安全值。在三相永磁容错电机设计过程中，绕组的安全电流密度取值与电机的冷却方式息息相关，因此应该根据三相永磁容错电机实际的冷却方式，对绕组的实际安全电流密度取值进行针对性的选择。
根据确定的基本电磁参数，对电机进行相对应的设计，使电机的永磁体尺寸、槽绕组参数以及定转子尺寸等进行确定，在完成设计电机之后，利用有限元软件进行仿真，仿真从磁力线分布、磁密分布、绕组电感、齿槽转矩以及空载反电动势波形等方面入手，对电机设计的合理性、有效性进行相关的验证。
三、 小结
永磁容错电机不仅具有永磁同步电机功率密度大，以及效率较高的优点，而且还具有一定的容错特性，所以越来越多的人员开始对永磁容错电机进行相关的研究，而且永磁容错电机特殊的结构更促进其容错性能，因此对三相永磁容错电机的结构设计进行分析具有十分重要的意义。
参考文献：
[1] 刁亮，朱景伟，宋荣远.双余度永磁容错电机的直接转矩控制策略研究[J].微电机，2013.46（11）：123-124.
[2] 王伟，程明，张邦富，朱瑛，丁石川.电流滞环型永磁同步电机驱动系统的相电流传感器容错控制[J].中国电机工程学报，2012， 32（33）：135-136.
[3] 郝振洋，胡育文.电力作动器用高可靠性永磁容错电机控制系统的设计及其试验分析[J].航空学报，2013.34（1）：109-110.
关键词：永磁容错电机；原则；内容
电机以及控制系统的故障主要由电机本身的绕组开路、相间开路故障、匝间短路以及功率变换电路的短路故障与功率变换电路的开路故障，所以需要从电机结构以及电机控制系统这两个方面进行相关的容错设计。传统的永磁同步电机与开关磁阻电机两者之间存在相互弥补的关系，因此需要将传统的永磁同步电机与开关磁阻电机两者的优点相结合，实现设计三相永磁容错电机结构的目的。
一、永磁容错电机设计的基本原则
传统的永磁同步电机在处于故障的情况下，受各项绕组间的相互作用的影响，对电机正常运转造成严重的阻碍作用，所以可见传统的永磁同步电机不具有故障时的转矩输出功能，无法保证系统运行的可靠性以及稳定性。针对上述问题，相关的研究人员提出了永磁容错电机这一方案，永磁容错电机是在永磁同步电机的基础上，通过改变槽口的尺寸以及绕组结构形式等实现容错的效果。永磁容错电机为了实现其自身容错的性能，可以尝试从以下两个方面入手：第一方面，在电机发生故障时，应该尽可能减小故障相的电机绕组对正常相的干扰，上述方案可以通过对电机本体进行相对应的设计来实现；第二方面，在电机发生故障之后，需要保证电机系统可以输出一定的转矩来达到满足负载要求的效果，进而实现系统可以可靠运行的目的，上述方案可以通过对故障进行检测然后及时采取补救措施来实现，或者是通过采用合适的容错控制策略来实现。
二、三相永磁容错电机的结构设计
（一）三相永磁容错电机主要的设计内容
尽管在设计方面，三相永磁容错电机与传统的电机存在很大程度上的差异，但是三相永磁容错电机与传统的电机还是存在部分相同的基本的设计内容，永磁容错电机进行结构设计的设计内容包括电机磁路设计、电机主要尺寸设计、电机槽型参数以及定转子轭部参数。
（二）电机磁路设计
电机的磁路设计，也就是根据所需设计的磁场的实际需求，对永磁体材料、磁极的尺寸以及磁极的形状进行相对应的选择，进而达到使永磁体的性能最大程度上发挥的效果，使磁路设计的合理性以及磁路设计的优质性得到最大程度上的实现，其中关于永磁体材料的选择：根据永磁体材料的选择原则，将不同的永磁材料的性能参数进行相对应的对比、分析，比如永磁体材料为粘结式衫钴永磁材料，该材料具有较强的抗退磁能力，而且可以得到较大的电机功率密度，除此之外，粘结式衫钴永磁材料的最大使用温度为350摄氏度，可以较好的满足设计中对电机相对应的需求；关于磁极性状的确定：永磁电机的磁极与电励磁电机的磁极是不相同，永磁电机的磁极为永磁体，其磁路的形式多种多样，根据永磁体的位置、永磁体安置方式、永磁材料的种类以及永磁体的形状等，可以将磁路分为很多种，比如根据安置方式进行相对应的分类可以分为，内置式和表贴式，根据永磁体的形状可以分为环形磁极、爪形磁极、弧形磁极以及瓦片形磁极等，其中瓦片形磁极又由同心瓦片形磁极和等半径瓦片形磁极这两部分组合而成，等半径瓦片形磁极同时可以称之为离心式磁极。表贴式磁极具有可以增强绕组间的磁隔离能力，等半径瓦片形磁极具有可以在一定程度上提高材料的利用率的优点，所以应该根据实际需求选择合理有效的永磁体。
（三）磁极的尺寸设计
永磁体的尺寸参数包括永磁体磁化方向的宽度以及长度，在对永磁体磁化方向的宽度以及长度进行相对应的设计时需要考虑如下因素：永磁体磁化方向的长度不可以过于小，否则不仅会增加永磁体的生产成本，而且还会造成永磁体极易退磁；在对永磁体磁化方向的长度进行相关的设计过程中，需要尽最大可能使永磁体工作于最佳状态，这是因为在很大程度上永磁体的工作点取决于自身的磁化方向长度；因为永磁体的磁化方向宽度与永磁体提供的磁通的面积息息相关，所以在对永磁体磁化方向宽度进行相关的设计过程中，要根据电机性能的要求对永磁体的磁化方向宽度进行针对性的调整措施。
（四）电机槽型参数设计
电机槽型参数主要由定子齿宽度、槽口宽度、槽的深度以及槽口厚度等组合而成。其中关于定子齿参数，已知定子齿的最大磁密，通常情况下其取值在1.4T～1.6T之间，然后将定子齿的最大磁密代入相关的公式中即可求得定子齿宽，通常情况下，定子齿高是定子齿宽的1.5倍～3倍之间不等，在设计过程中可以结合槽内的电流密度对定子齿高与定子齿宽之间的倍数进行不断的核实，对两者之间的倍数进行不断核实的目的为，假如倍数过大，那么定子轭部就极有可能出现饱和的现象。进而造成电磁转矩的减小，假如倍数过小，那么绕组电流密度就极有可能超出安全值。在三相永磁容错电机设计过程中，绕组的安全电流密度取值与电机的冷却方式息息相关，因此应该根据三相永磁容错电机实际的冷却方式，对绕组的实际安全电流密度取值进行针对性的选择。
根据确定的基本电磁参数，对电机进行相对应的设计，使电机的永磁体尺寸、槽绕组参数以及定转子尺寸等进行确定，在完成设计电机之后，利用有限元软件进行仿真，仿真从磁力线分布、磁密分布、绕组电感、齿槽转矩以及空载反电动势波形等方面入手，对电机设计的合理性、有效性进行相关的验证。
三、 小结
永磁容错电机不仅具有永磁同步电机功率密度大，以及效率较高的优点，而且还具有一定的容错特性，所以越来越多的人员开始对永磁容错电机进行相关的研究，而且永磁容错电机特殊的结构更促进其容错性能，因此对三相永磁容错电机的结构设计进行分析具有十分重要的意义。
参考文献：
[1] 刁亮，朱景伟，宋荣远.双余度永磁容错电机的直接转矩控制策略研究[J].微电机，2013.46（11）：123-124.
[2] 王伟，程明，张邦富，朱瑛，丁石川.电流滞环型永磁同步电机驱动系统的相电流传感器容错控制[J].中国电机工程学报，2012， 32（33）：135-136.
[3] 郝振洋，胡育文.电力作动器用高可靠性永磁容错电机控制系统的设计及其试验分析[J].航空学报，2013.34（1）：109-110.