无轴承磁通切换电机直接悬浮力控制原理及实现

（南京工业职业技术学院电气工程学院，江苏 南京 210023）

无轴承电机由于转子磁悬浮的特点，与传统电机相比，具备许多特殊的优点。例如，在生命医疗、半导体等行业，无轴承电机作为一种微型电动机密封泵，对洁净液体的传输驱动具有重要价值[1-4]。在飞轮储能方面，由于无轴承电机无机械磨损，更容易实现超高速运行。但传统转子永磁型无轴承电机由于永磁体位于转子，高速运行时高频铁损会导致永磁体发生热退磁，限制了其应用场合。

无轴承磁通切换电机（bearingless flux-switching permanent motor，BFSPM）作为一种定子永磁式电机，更容易实现永磁体散热，因而鲁棒性更高，更具备高转速应用潜力，受到学界关注[5-8]。

目前，关于BFSPM研究的文献多集中于优化本体结构方面[9-10]，针对悬浮力控制研究较少。由于BFSPM的特殊齿槽结构，其悬浮力特性较传统无轴承电机结构更为复杂[11-15]，因此BFSPM的悬浮力控制策略需要深入研究。

本文在研究BFSPM悬浮力产生原理过程中发现，尽管BFSPM定转子凸极结构与传统无轴承电机有所区别，但其悬浮力控制本质上也是对悬浮绕组中合成磁链幅值和方向进行控制，与转矩控制具有相似性，可以借鉴直接转矩控制的思想。本文从理论上分析通过对悬浮磁链的控制可达到直接控制悬浮力的目的，证明了直接悬浮力控制策略（direct force control，DFC）应用于BFSPM中的可行性。最后，在一台样机实验验证了直接悬浮力控制的正确性。

1 悬浮力原理

本文以12∕10结构磁通切换电机为例探究BFSPM悬浮力产生的原理，电机结构如图1所示。……