基于无轴承永磁同步电机的发展趋势的研究
摘 要：高速电机在特种传动、高速直驱领域具有广阔的应用前景，正成为国际电气工程领域的研究热点。高速电机具有在高速运行状态下，电机转子对机械轴承振动冲击大，使得轴承发热和磨损严重，大幅度缩短了电机与轴承的使用寿命。磁悬浮轴承能够实现转子无摩擦、无磨损运行，但是由磁悬浮轴承支承的高速电机轴向长度长、临界转速低，由磁悬浮轴承支承的高速电机难以突破转速和功率的限制，同时需采用多个磁轴承单元组成高速电机系统，造成系统结构复杂、体积庞大。而无轴承永磁同步电机结合了永磁同步电机和磁轴承的优点，在产生电磁转矩的同时，还产生使转子悬浮的径向悬浮力，可实现更大功率和更高转速运行，在未来有及其广泛的应用前景。
关键词：无轴承；永磁同步电机；磁悬浮轴承；大功率
一、引言
高速电机是高速、高精传动系统的核心，其结构、效率、精度等决定了高速、高精传动系统的综合性能。与中、低速电机相比，高速电机具有一系列独特优点。二十世纪七十年代中期，德国学者P.K. Hermann提出一种两套绕组极对数相差为1，既可以产生旋转力又能产生径向悬浮力的新型电机。1985年，日本学者T. Higuchi提出了具有磁悬浮轴承功能的步进电机。1991年，R. Schoeb首次实现了无轴承异步电机的稳定悬浮运行。在国内，南京航天航空大学对无轴承异步电机、无轴承永磁同步电机、无轴承开关磁阻电机等也开展了深入研究。基于现在已经取得的技术，未来该技术能扩展的更广阔的领域。
二、发展趋势
无轴承电机构成的高速电机系统除具备了磁轴承支承的电机系统寿命长、无机械摩擦和磨损、无须润滑等优点外，还具有临界转速高、体积小、转速高、精度高、寿命长，输出功率大等优点，特别是电能消耗较小，可突破更高转速和更大功率的限制，拓宽电机的应用范围。与无轴承开关磁阻电机、无轴承同步磁阻电机和无轴承异步电机相比，无轴承永磁同步电机具有体积小、重量轻、损耗小、功率密度大和效率高等独特优点，而且是由永磁体提供偏置磁场，永磁转子中不产生感应电流，悬浮控制系统不会产生相位滞后问题，易于实现，可用于航空航天、高速、高精电主轴以及高速离心泵、高速飞轮储能等，具有极高的应用价值。由于无轴承永磁同步电机定子中嵌入两套绕组，悬浮力、转矩之间存在顆合，控制系统复杂，目前的研究还是主要集中于悬浮机理分析等基础研究方面，还未实现高速化、实用化，因此有必要针对以下几个方面开展研究：
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