【摘 要】
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无轴承异步电机（A Bearingless Induction Motor,BIM）是一种将磁轴承与异步电机（Induction Motor,IM）相结合的新型电机,既具有磁轴承无摩擦磨损、耐腐蚀、无需润滑、可实现高速超高速运行的优势,又具有IM结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便等优点。而固定极无轴承异步电机（A Fixed Pole Bearingless Induction Motor,F
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51875261, 51475214）； 江苏省自然科学基金项目（BK20180046）；
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无轴承异步电机（A Bearingless Induction Motor,BIM）是一种将磁轴承与异步电机（Induction Motor,IM）相结合的新型电机,既具有磁轴承无摩擦磨损、耐腐蚀、无需润滑、可实现高速超高速运行的优势,又具有IM结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便等优点。而固定极无轴承异步电机（A Fixed Pole Bearingless Induction Motor,FPBIM）则是BIM的改进型,其固定极转子结构只感应转矩绕组磁场而屏蔽悬浮绕组磁场。这种结构能有效地提高电机的运行性能,在洁净、腐蚀环境、高速超高速等特殊环境具有较为广泛的应用前景。本文在国家自然科学基金项目（51875261,51475214）和江苏省自然科学基金项目（BK20180046）的资助下就FPBIM运行原理、拓扑结构、改进型的数学建模、无速度传感器运行以及数字控制系统实现展开研究,主要工作与取得成果如下:1.综述了无轴承电机的研究背景和国内外研究现状;概述了FPBIM的发展趋势、应用领域、数学建模和无速度传感控制;分析了BIM运行原理,并推导了BIM传统数学模型;简述了FPBIM拓扑结构改进,并利用有限元法对其仿真验证。2.在传统BIM数学模型基础上,分析悬浮绕组与转子绕组之间的耦合关系,利用磁能与磁共能理论和虚位移定理,推导适用FPBIM本体结构的改进动力学模型,从中获得改进电磁转矩解析式和改进径向力解析式,并对影响附加转矩和附加径向力的电机本体设计因素进行分析。3.建立了适用于FPBIM无速度传感控制的α-β轴改进状态方程,包括电压方程、磁链方程、电磁转矩方程、径向力方程;同时基于模型参考自适应原理（Model Reference Adaptive System,MRAS）构建无速度传感器控制对改进α-β轴状态方程的有效性和可行性进行验证。4.以数字信号处理器芯片为基础,完成FPBIM数字控制平台的软硬件设计,在此基础上对电机开展试验研究。实验结果表明所设计的数字控制系统能实现FPBIM的稳定悬浮运行,并且具有良好的静、动态特性。
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