具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2和3所示的一种双悬浮力无轴承异步电机，沿径向由内往外依次为电机转轴29、转子铁芯30和定子铁芯31。

转子铁芯30套在电机转轴29上，工作时与电机转轴29同步旋转。转子铁芯30由型号为DW465-50的硅钢片叠压而成，沿周向均匀设有28个转子槽，转子槽沿转子铁芯30的轴向布置；为了叙述方便将28个转子槽分别用1～28表示。

沿顺时针方向，将中心对称且相邻夹角呈90°的4个转子槽划为一组，共划为7组，每组转子槽内沿轴向嵌入4根转子导条，转子导条由铝合金制成。转子导条包括轴向段和径向段，所述轴向段嵌入转子槽内部沿轴向布置，所述径向段用于连接轴向段的末端。具体地，在转子铁芯30的一端面，利用2根径向段将该端的轴向段连接，且2根径向段相互平行；在转子铁芯30的另一端面，利用另外2根径向段将另一端的轴向段连接，且2根径向段相互平行，进而实现这一组转子导条间形成闭合回路。

定子铁芯31是由型号为DW465-50的硅钢片叠压而成，沿定子铁芯31的周向均匀设有36个定子槽。沿径向将定子槽划为内外两层，靠近定子铁芯31的为内层；内层设有悬浮力绕组，外层设有转矩绕组34。

悬浮力绕组包括1套1对极的主控悬浮力绕组32和1套3对极的辅助悬浮力绕组33，主控悬浮力绕组32和辅助悬浮力绕组33依次间隔、交替嵌于定子槽内侧，各占18个定子槽。

转矩绕组34为1套2对极绕组，占满36个定子槽。

主控悬浮力绕组32、辅助悬浮力绕组33和转矩绕组34均采用集中式分布，绕线由导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成。

旋转原理是：给转矩绕组34通入额定电流，定子外侧产生2对极旋转磁场。转子槽内的轴向导条相对切割所述旋转磁场，同时在闭合转子导条内产生感应电流，转子感应电流在旋转磁场中产生洛伦兹力，进而产生作用于转子导条的电磁转矩，带动电机转子旋转。

悬浮原理是：给主控悬浮力绕组32通入电流，定子内侧产生1对极旋转磁场，与外侧的2对极磁场满足极对数相差1的关系，两者相互作用，产生麦克斯韦不平衡磁拉力，根据向量的点乘叉乘原则将主控悬浮力绕组电流分解到d、q轴，通过改变d、q轴电流实现电机悬浮。给辅助悬浮力绕组33通入电流，定子内侧产生3对极旋转磁场，与外侧的2对极磁场满足极对数相差1的关系，两者相互作用，产生另一个麦克斯韦不平衡磁拉力，将辅助悬浮力绕组33电流分解到d、q轴，通过控制d、q轴电流进一步控制电机悬浮力，从而提高电机悬浮控制精度。由于主控悬浮力绕组与辅助悬浮力绕组不满足极对数相差1的关系，二者作用不会产生麦克斯韦磁拉力。三套绕组磁场解耦容易，其同步控制可以提供4个力，提高无轴承异步电机的悬浮精度。

针对上述双悬浮力无轴承异步电机，如图1本申请还提出了一种双悬浮力无轴承异步电机矢量控制策略，包括如下步骤；

S1、基于上述双悬浮力无轴承电机，建立其数学模型，包括磁链方程、电压方程以及悬浮力方程，具体过程如下：

S1.1、构建双悬浮力无轴承异步电机在α、β坐标系下的两相磁链方程：

其中ψ_1sα、ψ_2sα、ψ_3sα、ψ_1rα分别为转矩绕组、主控悬浮力绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组磁链在α轴上的分量；ψ_1sβ、ψ_2sβ、ψ_3sβ、ψ_1rβ分别为转矩绕组、主控悬浮力绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组磁链在β轴上的分量；L_1s、L_2s、L_3s、L_1r分别为转矩绕组、主控悬浮力绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组的自感；M_1s2s、M_1s3s、M_1s1r、M_2s3s、M_2s1r、M_3s1r为转矩绕组和主控悬浮力绕组、转矩绕组和辅助悬浮力绕组、转矩绕组和转子绕组、主控悬浮力绕组和辅助悬浮力绕组、主控悬浮力绕组和转子绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组之间的互感。i_1sα、i_2sα、i_3sα和i_1rα分别是转矩绕组、主控悬浮力绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组电流在α轴上的分量；i_1sβ、i_2sβ、i_3sβ和i_1rβ分别是转矩绕组、主控悬浮力绕组、辅助悬浮力绕组和转子绕组电流在β轴上的分量。

S1.2、根据S1.1并以转子磁链、转矩绕组电流、主控悬浮力绕组电流以及辅助悬浮力绕组电流作为自变量，反解出双悬浮力无轴承异步电机转子电流在α、β轴上的分量：

S1.3、根据S1.2进一步化简S1.1中双悬浮力无轴承异步电机的定子磁链方程：

S1.4、根据S1.2构建双悬浮力无轴承异步电机在α、β轴上的转子电压方程：

其中，u_rα、u_rβ为转子电压在α、β轴上的分量；R_1r是转子电阻；ω_r是转子角频率；t为时间变量；p为微分算子；i_rα、i_rβ分别是转子电流在α、β轴上的分量。

S1.5、根据S1.4进一步构建双悬浮力无轴承异步电机在d、q轴上的转子电压方程：

其中，u_rd、u_rq为转子电压在d、q轴上的分量；ψ_1rd、ψ_1rq为转子磁链在d、q轴上的分量；i_1sd、i_2sd、i_3sd为转矩绕组、主控悬浮力绕组以及辅助悬浮力绕组电流在d、q轴上的分量；ω为转矩绕组电角频率。

S1.6、构建双悬浮力无轴承异步电机的悬浮力方程：

代入p₁＝2，p₂＝1，p₃＝3化简得：

式中，F_2m和F_3m分别为主控悬浮力方程和辅助悬浮力方程；ψ₁为转矩绕组气隙磁链；和分别为主控悬浮力定子电流和辅助悬浮力定子电流；μ₀为真空磁导率；l为电机转子有效铁心长度；r为转子半径；W₁和W₂分别为转矩绕组和悬浮力绕组每相串联的有效匝数。

S1.7、根据向量的点乘和叉乘原理，将无轴承异步电机主控悬浮力分解到d、q轴上：

其中，F_2x、F_2y为主控悬浮力在x、y轴上的分量；i_2sd和i_2sq为主控悬浮力绕组电流在x、y轴上的分量；ψ_1d和ψ_1q为转矩绕组气隙磁链在x、y轴上的分量；K₂为一常数，表示为常数p₁＝2，p₂＝1。

S1.8、根据向量的点乘和叉乘原理，将无轴承异步电机辅助悬浮力分解到d、q轴上：

其中，F_3x、F_3y为辅助悬浮力在x、y轴上的分量，K₃为一常数，表示为

S2、对主控悬浮力方程的优化过程为：

S2.1、构建BIM电压平衡方程：

其中，和为转矩绕组和主控悬浮力绕组的定子电压，和为其定子电流，Z_1s和Z_2s为其定子阻抗，和为其定子感应电动势，X_m为其互漏抗，为转子感应电动势，为转子电流，Z_r为转子等效阻抗。第二项可进一步化为：K_w为主控悬浮力绕组和转矩绕组匝数比；j为虚数符号；μ、λ分别为转矩绕组和主控悬浮力绕组的磁场初始相位角。

S2.2、进一步将S2.1中的第二项改写为：

式中，K_w为主控悬浮力绕组和转矩绕组匝数比。

S2.3、为使两套绕组的互漏感系数互逆，将悬浮力绕组电流变等效为由此得到：

其中，X'_m＝X_m/K_w，Z'_s2＝Z_s2/K_2w。

S2.4、进一步，将转子绕组参数折算到定子绕组上，构建转子电压平衡方程：

其中转子感应电势由转矩绕组和主控悬浮力绕组叠加产生，进一步将转子电流化简为：

其中、和x_r为转子静止时转矩绕组和主控悬浮力绕组的转子感应电动势和转子漏抗，s₁和s₂为转矩绕组和主控悬浮力绕组的转差率。R_r为转子电阻。

S2.5、根据S2.4推导出主控悬浮力绕组模块的等效电阻R_re：

取K_w＝1且λ＝μ，进一步化为：

S2.6、根据S2.5，同时将转矩绕组和主控悬浮力绕组线径、匝数、材料参数设为一致，进一步构建主控悬浮绕组励磁电流方程

其中，k_m为励磁电流系数，表示为x_s为转绕组和主控悬浮力绕组的定子漏抗，R_s为定子电阻。

S2.7、根据S2.6对双悬浮力无轴承异步电机的主控悬浮力方程进行优化，在传统数学公式后乘以励磁电流系数，得到：

其中，ψ₁为定子磁链，i_2s为主控悬浮力绕组电流；ψ_1d、ψ_1q为定子磁链在d、q轴上的分量。

S3、对双悬浮力无轴承异步电机的矢量控制过程如下：

S3.1、采用转子磁场定向矢量控制策略，令其中ψ_1r为转子磁链，同时由于转子导条内部短路，有u_rd＝u_rq＝0，将其代入S2.1.5中的转子电压方程：

S3.2、无轴承异步电机转矩绕组气隙磁链和转子磁链的关系:

其中，L_1rσ为转矩绕组的转子漏感，i_1sd和i_1sq为转矩绕组定子电流在d、q轴上的分量。

S3.3、将S3.2中的转矩绕组气隙磁链和转子磁链带入S2.7中优化后的双悬浮力无轴承异步电机的主控悬浮力计算式中，构建基于转子磁场定向的主控悬浮力方程：

S3.3、将S3.2中的转矩绕组气隙磁链和转子磁链带入S1.6中的双悬浮力无轴承异步电机的辅助悬浮力计算式中，构建基于转子磁场定向的辅助悬浮力方程：

S3.4、进一步，构建无轴承异步电机的电磁转矩方程的过程为：将ψ_1rd＝ψ_1r，ψ_1rq＝0代电机转矩方程T_e中，得到：ψ_1r为转子磁链。

S4、如图1基于S2和S3中的双悬浮力无轴承异步电机转子磁链方程、优化后的悬浮力方程和电磁转矩方程进行转子磁场定向的解耦方法为：将给定电磁转矩Te^*、转子磁链ψ_1r ^*、主控悬浮力在x、y轴上的分量F_2x ^*、F_2y ^*、辅助悬浮力在x、y轴上的分量F_3x ^*、F_3y ^*作为输入，根据式电机电磁转矩方程计算出i_1sq、根据转子磁链方程计算出i_1sd、根据主控悬浮力方程计算出i_2sd和i_2sq、根据辅助悬浮力公式计算出i_3sd和i_3sq。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。