文献综述
汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具，它改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。但是，伴随汽车产业的高速发展，石油短缺、环境污染和气候变暖等一系列问题使得全球汽车产业的可持续发展受到严峻挑战。作为环境污染的重要来源，汽车尾气排放一直是政府头痛的问题。随着私家车拥有量的迅速增加，汽车尾气对环境产生的破坏越来越严重。因此，减少对传统燃料的消耗以及各类污染物，解决内燃汽车的问题已迫在眉睫。电动汽车具有高效、节能、低噪声、环保等显著优点，相较于内燃汽车具有不可比拟的优势，目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。
电机是汽车电系统中的关键部件，不仅汽车上电机应用的数量在增加，而且对电机的性能也提出更高的要求。相较于传统的电励磁电机，永磁电机具有结构简单、体积小、运行可靠、效率高，电机形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因此，在汽车上所用的电机中，除了交流发电机外，几乎所有品种的电机，如起动机、雨刮电机、暖风机、风扇电机、汽车空调电机等，均有被永磁电机取代的趋势。
轴向磁场磁通切换型永磁电机(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet,AFFSPM)是一种新型轴向磁场定子永磁型双凸极电机。传统电机采用转子永磁型结构，散热困难，过高升温会导致电机发生不可逆的退磁[1-2]。与传统转子永磁型电机相比，AFFSPM电机的电枢绕组和永磁体都位于定子上，转子既没有永磁体也没有绕组，结构简单，易于散热和冷却，解决了散热困难，永磁体高温下不可逆退磁等诸多问题，高速运行具有优势，能适应诸多恶劣的工作环境[3-5]。随着其应用领域的扩张，电机多的安全可靠性也越来越被重视。虽然电机本身故障可能性小，但由于器件的长时间运行以及本身脆弱性，故障就会发生，这将会限制电机在高可靠性驱动领域的应用[5]。
断路故障是永磁电机故障的其中一种，为了获得高性能高可靠高安全的永磁电机，在永磁电机的设计中必须要考虑到断路故障的发生，因此断路容错也是永磁电机研究的热点问题之一。目前，已经有许多学者提出了多种容错的方法，如最优电流直接控制[6-8]、恒磁动势控制[9-11]、直接转矩控制[12-14]和谐波转矩补偿的软件容错[13-16]等，采用了多种容错拓扑结构，例如三相转两相，三相四臂桥等[17-21]。文献[8]利用相量法对多相故障态的转矩脉动进行分析,得到综合脉动转矩相量的幅值及其变化规律。根据功率守恒原则,提出最优电流直接控制策略，保证电机的绕组或功率管发生一相、两相及三相故障时、包括短路、断路及其组合故障,系统可分别输出100%、80%及60%的额定功率,转速不变,转矩脉动最小化输出,进而实现高输出性能的强容错控制。文献[10]在单相断路情况下，基于维持磁动势不变的控制思路，提出了一种适用于DS-FSPM电机的新型容错控制策略。该策略充分利用DS-FSPM电机内外电机可以同时独立运行的特点，通过重新分配内外电机工作电流，避免了未故障相绕组工作电流发生扰动，从而保证了电机输出转速及转矩的稳定。文献[15]考虑到3次谐波磁链和电感对六相永磁同步发电机容错模式下的电压和转矩的影响,提出了基于定子铜耗最小约束下的闭环控制策略,针对电压和转矩中的3次谐波扰动,推导了闭环控制中的谐波补偿表达式。文献[16]针对电动汽车用永磁同步电机由于设计、制造等导致气隙磁场产生畸变,使得电机电流波形带有谐波,最终导致转矩产生波动。提出了一种谐波转矩补偿方法,在电机电流双闭环控制基础上,通过在电压上补偿一定的谐波,达到抑制电流和转矩波动的效果。
本课题以轴向磁场磁通切换型永磁电机为研究对象，以断路容错为研究目的，对电机进行优化，提高电动汽车驱动系统的容错性能。通过了解AFFSPM的结构及原理，建立电机仿真模型。选定AFFSPM电机容错控制系统采用id=0电流控制方法，采用基于铜耗最小的SVPWM的容错控制算法。在MATLAB/Sumulink建立电机容错控制仿真模型，对电机发生断路故障进行仿真。最后，基于建立的AFFSPM电机容错控制系统仿真模型，搭建系统硬件实验平台，验证容错控制策略的可行性与正确性。该课题的研究对AFFSPM电机应用到电动汽车中，增强驱动系统的安全可靠性有着重要的意义。
参考文献
[1] 裴召刚,林明耀,赵纪龙,等.轴向磁场磁通切换型永磁电机矢量控制[J].电机与控制应用,2013, 40(7):37-42.
[2] 李鑫,林明耀.新型轴向磁场磁通切换型永磁电机磁场三维有限元分析[J].微电机,2010, 42(7):29-31.
[3] 徐妲,赵旭鸣,林明耀,等.基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析[J].电机与控制应用, 2017, 44(11):79-84.
