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经过近30年研究无轴承电机在航空航天、生化医疗等领域的应用潜力逐渐显现，尤其无轴承永磁电机(BearinglessPermanent-MagnetMotors，BLPMM)兼具机械轴承和磁轴承永磁电机的高转矩密度、高效率及无摩擦悬浮运行的优点。本文将径向主动控制和轴向主动控制BLPMM作为研究对象，重点研究结构优化设计问题，其中径向主动控制BLPMM的研究以转子永磁用量递减为主线，分别研究表贴式、交替极和磁通切换三种类型；轴向主动控制BLPMM的研究以完善现有结构类型为目标。本文主要研究内容包括以下几个方面： 研究表贴式BLPMM结构优化方法以提高故障状态运行性能，重点研究3种定子结构对绕组故障的适应性并提出一种降低反电势谐波含量的定子形状优化设计方法，对比不同定子结构在不同绕组故障状态的性能差异。 研究交替极BLPMM结构优化方法以提高径向力和转矩性能。径向力性能优化方面，分析传统分布式和集中式径向力绕组的优缺点，研究利用环绕式绕组等效分布式绕组以解决分布式绕组端部较长的问题；提出基于磁势星形图的图形化绕组设计方法改进传统集中式径向力绕组以解决其径向力脉动问题，同时提出基于磁势总谐波最小原则的集中式绕组结构优化方法。转矩性能优化方面，研究磁极离心法和正弦包络法优化转子形状以降低转矩脉动；给出一种内置永磁式交替极转子结构及其形状优化方法。 研究磁通切换BLPMM结构优化方法。分析径向力和转矩的产生机理与绕组配置的关系并研究四种径向力绕组结构。对不同绕组结构分别建立数学模型，提出综合考虑控制算法模型和控制系统复杂度确定绕组中性点连接方式。为解决传统磁通切换BLPMM存在径向力控制依赖本体参数同时径向力谐波特性与气隙长度折中设计的问题，提出并列式磁通切换BLPMM结构并分析工作原理、建立数学模型，验证电磁特性及确定最优绕组形式。 研究轴向主动控制BLPMM拓扑结构。在总结此类电机已有结构基础上，提出一种双驱动控制型径向气隙的电机结构并分析工作原理、建立数学模型、优化设计结构参数及验证电磁特性。 设计适用于BLPMM的控制系统，研制径向主动控制并列式磁通切换BLPMM和轴向主动控制BLPMM原理样机并进行实验验证。