在电动汽车、航空航天、铁路运输、海上风力发电等领域,电机的安全性和连续运行能力是两个主要问题,它们与电机系统的可靠性直接相关。因此,研究永磁电机结构与可靠性之间的关系,具有十分重要的现实意义。定子永磁电机是在转子永磁电机的基础上发展起来的新型无刷永磁电机,它不仅具有永磁电机的高功率密度、高效率等特点,而且其励磁源位于定子部分,具有强抗去磁能力,且易于散热,转子上没有绕组和励磁源,结构简单、牢固,所以它具有良好的应用前景。磁通切换永磁(Flux-Switching Permanent Magnet,FSPM)电机是定子永磁型电机最突出的代表,因此本文以FSPM电机系统为研究对象,分析它的可靠性,研究内容涉及FSPM电机系统故障模式及其产生的原因,FSPM电机主要拓扑结构、绕组相数、绕组分布、容错成功率等因素对可靠性的影响。最后通过三相FSPM电机系统故障实验和固有轴电压测量实验来验证可靠性评估和轴电压分析的准确性。可靠性评估和轴电压的结果为高可靠性电机设计提供参考建议。论文的主要研究内容与成果:1.通过对相似性产品的故障分析对比,建立定子永磁电机系统的功能模型,从影响零件功能的角度对定子永磁电机的故障模式及其原因进行分析,探讨影响定子永磁电机主要零件的失效因素和故障产生的机理。2.建立三相FSPM电机系统的可靠性评估模型,进行可靠性评估,并评判评估系统中各个零件的重要度。在马尔科夫模型的可靠性分析方法的基础上,提出快速马尔科夫可靠性计算方法,用此方法对系统发生不同故障数时的可靠性进行对比和探讨。探讨评估过程中最多发生故障数对可靠度评估结果的影响。3.研究了绕组相数与可靠度之间的关系,提出N相绕组的平均失效前时间(Mean Time to Failure,MTTF)计算公式;分析计算分布式绕组和集中式绕组的可靠度,对不同绕组分布结构可靠度进行对比,判断可靠度最高的绕组分布结构。对多三相绕组结构和容错成功率对可靠度的影响进行分析。4.在相同的评估条件下,对四相、五相、六相和九相FSPM电机系统的可靠度进行评估,对具有容错齿结构和使用混合励磁的不同相数的FSPM电机系统进行可靠性评估,探讨电机结构的变化对可靠度的影响。5.分析了固有轴电压和控制轴电压产生的机理。通过建立固有轴电压仿真模型来研究电机转速、转轴材料和大小、永磁体材料、转子偏心以及电枢电流对固有轴电压的影响。分析三相FSPM电机耦合电容的分布,探讨它们对控制轴电压的影响。6.搭建了三相FSPM电机实验平台,构建以DSP为核心的驱动控制电路。通过测量三相FSPM电机在发生开路故障和电流传感器故障的情况下的绕组电流和输出转矩大小,验证可靠性评估中故障仿真模拟结果,保证评估的准确性。同时,对三相FSPM电机在不同转速下的固有轴电压进行测量。其结果与相同情况下仿真结果进行对比来验证固有轴电压研究的准确性。