开关磁阻电机系统

　　可靠性预计方法由于开关磁阻电机的失效主要表现为绕组失效、轴承失效和驱动控制
失效 3 个主要方面，并且可靠性模型为串联模型，则只需考虑这 3 个方面的失效模式。
　　根据电机设计的不同阶段，可以采用不同的可靠性预计方法：①在早期权衡研究和
方案设计阶段采用可靠度的相似设备法和相似复杂性法；②在早期设计阶段采用元器件
计数法和粗略应力分析法；③详细设计阶段采用应力分析法。
　　元器件计数法：这一方法应用于开关磁阻电机设计的早期阶段，此时所设计的电机
以及元器件数目都已确定，但元器件和部件的工作仍不确定。在这一阶段的分析中，假定
个部件和元器件的失效都服从指数分布。
　　应力分析法：计数法并没有考虑工作盈利的影响，同时认为一个单元的失效率服从
指数分布，这一结论与实际情况在大多数情况下相符，但不是绝对。因此，该方法估计精
确度不高。事实上，构成开关磁阻电机的各单元失效率、可靠性与工作应力密切相关。
　　可靠性计算恒定故障率下的可靠性验证试验通常采用的试验方案主要有以下 2 种。
（1）定时或者定数截尾试验方案。在试验期间，对电机样本进行连续地或短间隔地监测 ，
若累积的试验时间达到了预定的试验时间，而故障书未达到预定的故障数，则判为接受 ；
若累积的试验时间未达到预定的试验时间，而故障数超过了预定的故障数，则判为拒收。
（2）截尾序贯试验方案。试验期间，对电机样本进行连续地或短间隔地监测，同时将累
积试验时间和故障数与预定的判据进行比较，从而确定接收、拒收还是继续试验。
　　开关磁阻电机寿命近似服从单参数指数分布，即电机的故障率近似为一个常数。若设
为期故障率，则的极大似然估计可由以下方法获得。
　　设有 n 台电机 1 进行寿命试验，采用定时截尾试验方法，即在时间 tc 时停止试验，
得到寿命试验数据为 t1，t2，t3，，tn，则可以求出样机观察值出现的概率近似为：10 年
故障电机样本运行时间/a12345678910 故障数/台 72120131K（dt）r1re-tcn-rrt=1r-ti 选取似
然 函 数 为 ： L （ ） =e-1ri=1ti+ （ n-r ） tc （ 5 ） 将 等 式 两 边 取 对 数 ， 可 以 得 到 ：
lnL（）=rln1=1ri=1ti+（n-r）tc（6）令 lnL（）=max，即 dlnL（）d，则可求得平均寿命
的点估计值为：^=-1ri=1ti+（n-r）tc。

故障率的点估计为：^=ri=1ti+（n-r）tc（7）由得到的电机样本，根据定时结尾法将

10 年的开关磁阻电机的试验数据代入式（7），可以求出截止时间 10 年的故障率为：
^1.1110-5（8）即开关磁阻电机的寿命近似服从于故障率为 0.0000111 的单参数指数分布。
如果取 t=2000，则该厂生产的开关磁阻电机寿命为 2000h 的可靠度可以计算得到：
R=et=e-20000.00003834=0.978（9）4 提高可靠性的方法串联系统是指系统中任何一个元
件的失效均构成系统失效的一种系统。换句话说，必须全部元件完好，系统才算完好。
　　开关磁阻电机就属于这样的系统。若各元件的可靠度记为 Ri（i=1n），则其系统可靠
度可表示为 R（t）=ni=1Ri（t）。也就是说，串联系统中，系统的可靠度是元件可靠度的
乘积；因为 Ri（t）小于 1，所以 Rs（t）也必然小于 1，而且 Rs（t）　　并联系统是指
所有元件失效才构成系统失效的系统。或者说，元件中的任意一个工作，系统仍能正常工
作。R（t）=1-ni=1<1-Ri（t）>则可得：并联系统的可靠度比其中任何一个子系统的可靠
度都高。
　　所以对故障率高的元件进行并联，让其工作在冗余状态可以大幅度提高系统的可靠
性。如在本系统中，假设 6 个元件可靠度都为 0.9，则系统的可靠度为 0.531，如果都采用
并联结构，则易求得系统的可靠度为 0.999999.可见，系统可靠性大幅度提高。当然，在实
际应用中，只需要对障率高、易于实现的部件进行冗余。
　　结语可靠性问题是影响开关磁阻电机驱动系统在工农业生产等各个领域应用的一个