无轴承电机是电磁轴承与沟通电机相结合的产品，它将发作径向磁悬浮力的电磁轴承绕组嵌放进旋转电机的电枢铁心中，使得电机转子一起具有旋转和自悬浮支撑的才干，有用地处理了步进电机一起完成高速与大容量化的理论基础和技能关键，开辟了比电磁轴承更为广泛的应用远景。为完成转子的安稳悬浮，有必要对径向磁悬浮力进行有用操控，但悬浮力与电磁转矩之间、笔直与水平悬浮力之间存在耦合。因为磁悬浮力是无轴承电机转矩绕组与悬浮绕组发作的气隙磁场有源不平衡的成果，因此有必要选用气隙磁场定向操控才干完成解费和确保安稳悬浮运转。
国内外已有不少对感应型无轴承电机气隙磁场定向操控进行过研讨，这种操控办法能在负载下、动态中完成转子的安稳悬浮，但不能完成两笔直方向悬浮力的彻底解耦。进一步的剖析标明，悬浮力的彻底解耦不是发作在精确的气隙磁链定向办法下，而是在气隙磁链矢量与定子磁链矢量之间某一磁链矢量上定向时才可取得，这意味需求经过对气隙磁链矢量施行幅值和相位的实时批改。文提出了一种通用磁场定向操控器的概念，它可经过设定参数'V/“来设置定向磁通矢量的位置，以适应现有的任何一种磁场定向操控办法。这些研讨尽管敏锐地提出了疑问，但没有运用这些思维构成无轴承电机完成彻底解耦的处理方案，更未进行对于转子参数改动、电机铁磁非线性饱满影响的运转剖析和对策研讨。
为深化、完成这一解耦操控思维，这篇文章首要树立起感应型无轴承电机气隙磁场定向操控模型，进行安稳悬浮运转仿真。对于无轴承电机实践存在铁磁非线性饱满、大动态及过载下转子参数改动的实践工况，这篇文章经过非线性建模及仿真，指出有必要对定向气隙磁链完成幅值和相位的批改，进而提出了优化气隙磁场定向的新颖动态解费操控战略。一起还提出了依据通用磁场定向操控器的优化气隙磁场定向操控体系结构，处理了运转中盯梢和动态调整定向磁通矢量的完成技能，为感应型无轴承电机安稳悬浮所需的非线性动态解耦操控供给了完成途径。
2气隙磁场定向操控2.1概述为感应型无轴承电机磁悬浮力发作原理示意图，其间1和褚为4极转矩绕组，和为2极悬浮绕组。假如按图示极性给各绕组通入相应电流，则2极磁场将与4极磁场相叠加，致使区域1气隙磁密添加、区域2气隙磁密削减，不平无轴承电机磁悬浮力发作原理图衡的气隙磁通密度使电机转子上承受了沿方向的磁悬浮力，促进转子上浮。为完成对悬浮力的精确操控，关键是树立完成无轴承电机体系解耦的气隙磁场定向操控模型，包含悬浮力模型和转矩模型。2.2悬浮力模型依据文，若不计转子偏心影响，感应型无轴承电机在气隙磁场定向下水平缓笔直两正交方向上磁悬浮力。可表明为为4极气隙磁场与转矩绕组交链的磁链；i4，为转矩绕组的励磁电感，/.4，为转矩绕组励磁电流幅值；/2l/、/2l/别离为悬浮绕组在同步速么《坐标系中重量电流；r为转子外径；/为电机有用铁心长度；叫、处置别为转矩绕组和悬浮绕组每相串联有用匝数；戈为均匀气隙长度。
由此可见在气隙磁场定向条件下，凭据悬浮绕组的重量电流就可独立地操控两笔直方向的磁悬浮力。这么，在无轴承电机悬浮操控中能够经过检查转子位移来生成悬浮力值，再按下式计算出悬浮绕组的电流2.3转矩模型同步速么9坐标系中表明的感应型无轴承电机转矩绕组电压方程为与转子间每相互感；⑴为电源角频率；叫为转速角频率；D=d/d/为微分算子。下标么为转矩绕组么3轴重量，*V、/为定、转子量。
转矩绕组发作的气隙磁链巧，可表明为在气隙磁场定向条件下由此可得将式（6）代入式（3）第三、四行，别离得到/2=i2-M；2；=i，。/i，。为转子时间常数；（=出-叫为滑差角频率，=电机转矩方程为计及式（6）的联系=普D屮‘则Us可见在气隙磁场定向条件下，调理转矩绕组g轴电流可独立地操控电磁转矩，完成电磁转矩与悬浮力之间的解。气隙磁场定向下的转矩操控原理如所示。
影响，对附录中的感应型无轴承电机进行了气隙磁场定向矢量操控下的运转仿真。其间磁悬浮力解析模型式（1）的正确性已选用电机电磁场专用规划软件ANSOFT进行了有限元的剖析和验证。
为无轴承电机空载起动进程转子辨由方向位移的改动，设停止时初始气隙偏心为AFA；0=O.3mm.从（a）、（b）看出，起云力时转速《敏捷从停止升至1420r/min，转速超调量小于0.6%，转速稳态误差小于0.3r/min.在气隙磁场定向操控下转子取得了安稳悬浮，々方向位移安稳在±60|im范围内。（c）、（d）别离为气隙磁链幅值及其相位％，改动，相位角指实践气隙磁链与定向用气隙磁链之间的相位误差。
3转子参数及铁磁饱满对悬浮的影响以上运转仿真是依据无轴承步进电机的抱负工况，但在实践运转的加快、加载或过载中，负载突增致使电机转差增大，转子回路运转频率上升，集肤效应的影响会使转子电阻添加、转子漏感变小，转子电流增大，致使电机饱满程度添加。这些运转中的实践要素都会影响无轴承电机动态中的悬浮功能。
为转子电阻增大1.5倍、转子漏感减小20%、转子时间常数减小快到一半时，电机突加5N+m额外负载转子方向位移的改动。能够发现负载后，转矩绕组发作的气隙磁场幅值增大为本来1.28倍，相移了0.16rad，即实践气隙磁链向转子磁链方向偏移，破坏了原有的气隙磁场精确定向，致使转子位移由±60|jm增大到±160|jm.为调查铁磁非线性饱满对悬浮功能的影响，给出了经过ANSOFT软件电磁场计算求得的样机气隙磁密与转矩绕组励磁重量电流的非线性联系曲线，额外运转点在励磁电流/4，=2.8A、气隙磁密1.2T处。依据这个非线性联系和式（1）的悬浮力计算公式，求得a、方向悬浮力表达为出，当悬浮绕组电流增大后，因为直接饱满的影响，气隙磁密增幅减小，悬浮力不再与电流成正比增大。最大悬浮力出现在励磁电流/4，=2.8A时，若励磁重量电流进一步增大，悬浮力还会降低。
计算了不一样转矩绕组励磁重量电流/4，下，气隙磁链受转矩重量电流/，的影响。能够看出，气隙磁链随转矩重量电流/，的增大而减小，在较大的励磁电流/4，下，气隙磁链降低的速率变缓。这是因为q轴转矩电流增大后，穿插饱满程度进一步进步，使得在相同的励磁重量电流下轴气隙磁链随转矩重量电流的添加而减小，此外气隙磁链的方向还会随转矩重量电流的添加而发作改动，明显这都将致使磁悬浮力减小，影响电机安稳悬浮运转。
ANSOFT软件求得的转子悬浮力F与转矩绕组励fe重量电流/4m、悬浮绕组电流/2的联系。能够看无轴承电机中的铁磁饱满基本上由两种要素形成：一是发作悬浮力所需悬浮绕组电流的直接效果，二是发作转矩所需的转矩绕组转矩重量电流的直接效果。因为无轴承电机气隙磁场主要由转矩绕组中励磁重量电流发作，转矩重量电流对饱满的直接效果实践是《轴穿插饱满的一种体现。
为思考所示铁磁非线性饱满后、经过气隙磁链与转矩绕组转速重量电流的联系将以上气隙磁场饱满的影响思考进悬浮力模型，便可进行饱满对转子悬浮影响的仿真研讨。当负载由零俄然过载一倍至lON.m时，转子方向位移以及气隙磁链的幅值与相位均发作改动，如所示。能够看出，因为々增大，转矩绕组发作的气隙磁场饱满，磁通幅值减小为本来0.81倍，相移超前0.15rad，致使气隙磁场无法完成精确定向，转子隙磁链定向基础上，对于转子参数改动、电机铁磁饱满影响等要素，对定向用气隙磁链巨细、相位进行批改，寻找出一种优化的气隙磁场定向办法，确保在大动态、过载下的彻底解耦。
4优化气隙磁场定向操控战略这是一种不一样于规范气隙磁场定向、需选用通用磁场定向操控器完成的新式动态定向解耦操控。通用磁场定向操控器原理框图如0所示，操控器中界说了一个系数'、/“，经过挑选不一样的值，能够灵敏地挑选定向用磁通矢量*.表1中给出不一样《值对应的磁通矢量。
运用通用磁场定向器的概念，能够对步进电机转子参数改动、磁饱满影响等实践要素致使气隙磁通矢量幅值及相位的改动进行处理；经过选择恰当的值，动态地改动操控器的磁通矢量，完成气隙磁链实时批改后的精确定向。
1给出了转子电阻和漏感改动时气隙磁链相位超前角的改动规则，图中转子每相电阻、漏感均为标幺值。能够看出，跟着转子电阻的增大和漏感的减小，电机中实践的气隙磁链会比选作的磁链矢量滞后，即倾向转子磁链方向，如2所，J、2表明了通用磁场定向操控器中值的挑选与磁链相移角的联系。《<1时，跟着的减小，向转子磁链矢量R方向移动，气隙磁链相位变得滞后；（/>1时，跟着的增大，向定子磁链矢量方向移动，气隙磁链相位变得超前。这个超前角恰好能够用来抵消因为参数改动而致使的气隙磁链相位偏移，使气隙磁场从头到达精确定向。
2值与相位的影响选用相似办法能够完成对于铁磁饱满影响的气隙磁链幅值和相位的批改。一种思考转子参数改动和计及饱满影响的感应型无轴承电机优化气隙磁场定向操控体系如3所示。图中使用气隙磁链值和由气隙磁链观测器取得的实测值来完成幅值、相位的批改和通用磁场定向操控器参数值的选择。
3优化气隙磁场定向操控体系框图依据3的优化磁场定向操控模型，进行了过载条件下无轴承电机稳态和动态的仿真。以转子参数改动为例，当转子电阻增大为1.5倍、漏感减小20%时，气隙磁链I//，相对于磁链I//：。会滞后5.16°（1），为批改这个相移误差，通用磁场操控器选择了《=1.05.又因为这种改动使气隙磁链增大了1.28倍，故幅值批改时气隙磁链将缩小为本来的1/1.28.经过这种主动批改后的仿真成果如4所示。
4转子时间常数减小、突加负载时优化气障磁场定向操控仿真成果当负载由零俄然过载至lON.m时，饱满景象明显，经优化气隙磁场定向操控办法批改后的转子悬浮功能如5所示。因为优化气隙磁场定向操控完成了对定向用气隙磁链矢量的动态批改，有用地消除了转子参数改动、铁磁非线性饱满等实践要素对电机悬浮功能的影响，的确完成了大动态、过载下悬浮力的动态解耦。
5思考铁磁饱满时优化气隙磁场定向操控仿真成果5定论无轴承电机实践运转中转子参数的改动、磁饱满景象的影响，使得磁悬浮力不能彻底解费，其要素是定向用气隙磁链矢量出现了幅值及相位的误差，这篇文章对此景象经过仿真进行了深入的研讨和剖析，提醒了其间的规则。一起依据沟通调速技能中通用磁场定向操控器的概念，提出了一种优化气隙磁场定向操控战略及其操控体系，经过对定向用气隙磁场幅值和相位的实时批改，完成了感应型无轴承电机大动态、过载下的动态彻底解耦操控，使实践运转工况下无轴承电机仍能取得悬浮力的抱负解耦操控和转子安稳悬浮运转，为实践体系的运转操控供给了施行途径。