[发明专利]一种内嵌式混合磁材料容错圆筒直线电机

说明书

本发明公开了一种内嵌式混合磁材料容错圆筒直线电机，包括初级和次级，初级长度小于次级长度，初级和次级之间有气隙；所述初级包括电枢齿、容错齿和线圈绕组；所述初级均布2*m个电枢齿和2*m个容错齿，m为电机的相数且m≥3；电枢齿和容错齿交错间隔排列，初级每个电枢齿槽中都只放一套圆盘状线圈绕组，而容错齿上没有绕组；电机次级采用混合磁材料，用一部分铁氧体代替一部分稀土永磁体，构成四种不同的混合磁材料结构，一方面大大减少了稀土永磁体的使用量，降低了电机的成本，另一方面由于永磁体磁能积降低大大减小了电机的涡流损耗，使得电机的效率提高。

技术领域

本发明涉及一种新型电机和相短路故障容错控制方法，特别是五相容错永磁直线电机及其相短路故障容错矢量控制方法。适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性和动态性能有较高要求的场合。

背景技术

随着社会的发展以及人们生活水平的提高，对汽车驾乘的舒适性和安全稳定性要求越来越高。作为现代汽车的重要组成部分，悬架系统性能对汽车行驶平顺性和操作稳定性等有着极其重要的影响，因此主动悬架系统的研究受到业内高度重视。作为主动电磁悬架系统的核心部件，圆筒直线电机研究受到重视。电机在故障状态下的容错性能，直接决定着电磁悬架的可靠性和连续运行的能力。

容错电机是指通过改变绕组方式和定子齿结构，在空间上实现相与相之间的电隔离、磁隔离、热隔离和物理隔离，从而提高电机带故障运行能力的一类新型电机。文献IEEETransactions on plasma science 39(1):83-86,2011(Magnetic field of a tubularlinear motor with special permanent magnet)中提出的内嵌式电机没有容错能力，当某一相发生故障，便不能正常运行，无法满足高可靠性和连续运行的要求。中国发明专利申请号201010120847.5《一种容错式永磁直线电机》公开了一种三相容错磁通反向永磁单边平板直线电机，虽然其引入了隔离齿，容错性能提高，但没有解决漏磁严重的问题，其电枢齿表面贴装有两块磁化方向相反的永磁体，导致大量的磁力线不经过动子轭部形成磁回路，在齿端造成磁路短路的现象，产生比较严重的漏磁；另外，由于永磁体表贴在电枢齿表面，由于永磁体和电枢齿之间的机械强度较小，电机的推力或者推力密度很难做大。另一方面，近年来，国内外对稀土永磁体的使用量不断递增，而稀土材料储备有限且价格昂贵，所以电机设计过程中应关注如何减少稀土永磁体的用量，降低电机成本。铁氧体永磁材料价格低廉，产量丰富，供应稳定，所以铁氧体材料是稀土永磁体很好的替代品。

容错电机在某一相发生开路或者短路故障时，电机仍然具有一定的推力或者转矩输出能力，但是推力或者转矩波动很大，噪声增大，严重影响系统性能。容错控制的目标是针对不同应用场合对容错电流进行优化，使电机在故障状态下的输出推力或者转矩尽量平滑，并且使电机性能达到或接近故障前的性能。中国发明专利申请号为201510059387.2的专利《一种五相容错永磁电机的短路容错控制方法》针对五相容错表贴式永磁旋转电机，将短路故障对电机转矩的影响分解为两部分：一部分是开路故障对转矩的影响；另一部分是短路电流对转矩影响。针对开路故障，采用故障前后磁动势和不变原则以及故障后电流幅值相等原则，优化剩余非故障相的相电流；针对短路电流引起的转矩波动，采用故障后磁动势为零和铜耗最小原则求出非故障相补偿电流；最后两部分电流相加，求得剩余非故障相的电流指令。根据求得的剩余非故障相电流采用电流滞环控制策略，对五相容错表贴式永磁旋转电机进行控制。该方法用于抑制短路相电流导致转矩波动的剩余非故障相补偿电流的幅值是常数，与电机转速无关，且剩余非故障相的补偿电流之和不为零；更为主要的是仅仅给出了短路容错电流，用Maxwell进行了仿真验证，没有提及具体使用何种控制策略进行控制。目前，常用的容错控制方法是：计算出容错电流，然后采用电流滞环策略进行控制。但是，该方法存在开关频率杂乱、噪声大、电机动态性能差等问题，不适合功率较大以及对电机动态性能要求高的场合。

发明内容