一种绕线式无轴承异步电机的解耦方法与流程

[0001]
本发明属于电气传动控制设备的技术领域，尤其是一种绕线式无轴承异步电机的解耦方法。


背景技术：

[0002]
随着现代工业的发展，电机的应用越来越广，其要求也越来越高。无轴承电机利用磁轴承和电机定子结构的相似性，在普通电机上巧妙地嵌入一套悬浮力绕组，分别控制悬浮力绕组和转矩绕组中的电流就可以同时实现稳定悬浮和无摩擦旋转。与普通电机相比，无轴承电机具有无机械摩擦、磨损、无需润滑等优点，在航空航天、高速硬盘、飞轮储能、生物医学以及无菌无污染操作的特种电气领域具有广阔的应用前景。
[0003]
无轴承异步电机兼顾了无轴承电机和异步电机的优点，随着研究的深入，其控制理论与方法也不断发展和完善。由于定子侧两套绕组的存在，无轴承异步电机是典型强耦合系统。因此，如何对输入量和被控对象进行精确的解耦，是无轴承异步电机研究与发展的最基础问题。
[0004]
目前，无轴承异步电机已研究出多种解耦方法。中国专利申请号为cn201210201675.3，名称为：基于支持向量机逆的无轴承异步电机控制系统，将支持向量机逆与复合被控对象串联构成由线性化伪线性系统并采用多内模切换控制进行闭环复合控制。中国专利申请号为cn201210276033.x，名称为：无轴承异步电机径向模糊神经网络广义逆控制器构造方法，将模糊神经网络广义逆串接在复合被控对象之前，实现无轴承异步电机径向位置非线性系统的开环线性化控制。上述两种解耦方法都依赖于电机精确的数学模型，而电机在实际运行中参数会不断变化，直接影响上述解耦方法的控制精度。同时，电机的精确数学模型应考虑悬浮力绕组感应电流和两套绕组之间的互感问题，而这些因素在大多数无轴承异步电机的研究中都被忽略。常用的鼠笼转子由于短路环结构，整个转子能感应任意极磁场。因此，悬浮力绕组磁场在鼠笼转子里的感应电流不仅会造成励磁磁场削弱，而且会对电机的电磁转矩产生干扰。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中存在的不足，本发明针对特殊结构的绕线式无轴承异步电机提出了一种解耦方法。
[0006]
本发明所采用的技术方案如下：
[0007]
一种绕线式无轴承异步电机的解耦方法，包括如下步骤：
[0008]
s1、建立绕线式无轴承异步电机转矩绕组和悬浮力绕组的a、b、c三相磁链方程；
[0009]
s2、基于s1中的三相磁链方程，采用转子磁场定向方法对无轴承异步电机进行解耦，具体过程为：
[0010]
s2.1、对无轴承异步电机的转子磁链进行解耦；
[0011]
s2.2、对无轴承异步电机悬浮力进行解耦；
[0012]
s2.3、构建无轴承异步电机的电磁转矩方程；
[0013]
s3、基于s1中的三相磁链方程，采用气隙磁场定向方法对无轴承异步电机进行解耦，具体过程为:
[0014]
s3.1、对无轴承异步电机的气隙磁链进行解耦；
[0015]
s3.2、对无轴承异步电机悬浮力进行解耦；
[0016]
s3.3、构建无轴承异步电机的电磁转矩方程；
[0017]
s4、基于s2中的电机转子磁链方程、悬浮力方程和电磁转矩方程对绕线式无轴承异步电机进行转子磁场定向的解耦方法为：将te
*
、ψ
1r*
、f
x*
、f
y*
作为输入，根据s2.3构建的电磁转矩方程计算出i
1sq
，用于控制电机的电磁转矩；基于s2.2中的无轴承异步电机的悬浮力方程计算出i
1sd
、i
2sd
和i
2sq
，分别控制电机的转子磁链、x轴上悬浮力和y轴上悬浮力； te
*
、ψ
1r*
、f
x*
、f
y*
分别是电机电磁转矩、转子磁链、x轴上悬浮力以及y轴上悬浮力的给定值。基于s3中的电机气隙磁链方程、悬浮力方程和电磁转矩方程对绕线式无轴承异步电机进行气隙磁场定向的解耦方法为：将te
*
、(ψ1+ψ2)
*
、f
x*
、f
y*
作为输入，根据s3.3构建的无轴承异步电机电磁转矩方程计算出i
1sq
，用于控制电机的电磁转矩；根据s3.2所构造的无轴承异步电机的悬浮力方程式计算出i
2sd
和i
2sq
，用于控制x轴上悬浮力和y轴上悬浮力；计算出i
1sd
，用于控制电机的气隙磁链，(ψ1+ψ2)
*
为气隙磁链给定值。
[0018]
进一步，s2.1对无轴承异步电机的转子磁链进行解耦的过程为:
[0019]
s2.1.1、对定子绕组、转子绕组进行3/2变换，构建两相磁链矩阵：
[0020][0021]
其中，ψ
1sα
和ψ
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子磁链；ψ
1rα
和ψ
1rβ
分别是α、β轴上的转子磁链；ψ
2sα
和ψ
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子磁链；l
1sα
和l
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子自感；l
1rα
和l
1rα
分别是α、β轴上的转子自感，l
2sα
和l
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子自感；i
1sα
和i
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子电流；i
1rα
和i
1rβ
分别是α、β轴上的转矩绕组转子电流；i
2sα
和i
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子电流；m
1sα1rα
和m
1rα1sα
、m
1sα2sα
和m
2sα1sα
、m
2sα1rα
和m
1rα2sα
分别是转矩绕组定子和转子在α轴上的互感、转矩绕组定子和悬浮力绕组定子在α轴上的互感、悬浮力绕组定子和转子在α轴上的互感； m
1sβ1rβ
和m
1rβ1sβ
、m
1sβ2sβ
和m
2sβ1sβ
、m
2sβ1rβ
和m
1rβ2sβ
分别是转矩绕组定子和转子在β轴上的互感、转矩绕组定子和悬浮力绕组定子在β轴上的互感、悬浮力绕组定子和转子在β轴上的互感；根据三相绕组的对称性。
[0022]
s2.1.2、由两相磁链矩阵构建αβ坐标系下的磁链方程：
[0023][0024]
令l
1sα
＝l
1sβ
＝l
1s
，l
1rα
＝l
1rβ
＝l
1r
，l
2sα
＝l
2sβ
＝l
2s
，m
1sα1rα
＝m
1sβ1rβ
＝m
1s1r
，m
1sα2sα
＝m
1sβ2sβ
＝m
1s2s
， m
2sα1rα
＝m
2sβ1rβ
＝m
2s1r
，l
1s
为转矩绕组定子自感等效值，l
1r
为转子自感等效值，l
2s
为悬浮力绕组定子自感等效值，m
1s1r
为转矩绕组定子与电机转子互感等效值，m
1s2s
为转矩绕组定子与悬浮力绕组定子互感等效值，m
2s1r
为悬浮力绕组定子与电机转子互感等效值，解得转子电流在α、β轴上的分量：
[0025]
s2.1.3、将转子电流在α、β轴上的分量i
1rα
、i
1rβ
代入s2.1.2的磁链方程求解转矩绕组和悬浮力绕组定子磁链方程：
[0026][0027]
s2.1.4、构建无轴承异步电机在αβ坐标系下的转子电压方程：
[0028][0029]
其中，r
1r
是电机转子电阻；t为时间变量；ω
r
为转子角频率；
[0030]
s2.1.5、进一步构建无轴承异步电机在dq坐标系下的转子电压方程：
[0031][0032]
其中，i
1sd
、i
1sq
分别为转矩绕组定子电流在d、q轴上的分量；i
1rd
、i
1rq
分别为转子电流在d、q轴上的分量；i
2sd
、i
2sq
分别为悬浮力绕组定子电流在d、q轴上的分量；ψ
1rd
、ψ
1rq
分别为转矩绕组转子磁链在d、q轴上的分量；ω为转矩绕组电角频率；构建dq坐标系下的转子磁链方程：转矩方程:t
e
＝p1(i
1sq
ψ
1d-i
1sd
ψ
1q
)；其中， p1为转矩绕组极对数，t
e
为电磁转矩；根据dq坐标系下的转子磁链方程解得转子电流在 d、q轴上的分量：
[0033][0034]
s2.1.6、采用转子磁场定向矢量控制，令ψ
1rd
＝ψ
1r
，ψ
1rq
＝0，ψ
1r
为转子磁链，代入上式解得：
[0035]
s2.1.7、将s2.1.6求得的i
1rd
和i
1rq
代入s2.1.5中的转子电压方程得：
[0036][0037]
其中，p为微分算子。
[0038]
进一步，s2.2中对无轴承异步电机悬浮力进行解耦的过程为：
[0039]
s2.2.1、构建无轴承异步电机悬浮力方程：其中，f
m
为无轴承异步电机悬浮力幅值；p1为转矩绕组极对数；p2为悬浮力绕组极对数；ψ1为转矩绕组气隙磁链；i
2s
为悬浮力绕组定子电流；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；
[0040]
s2.2.2、根据向量的点乘和叉乘原理，将无轴承异步电机悬浮力分解到d、q轴上：悬浮力在x、y轴上的分量f
x
、f
y
分别为：k为一常数，表示为
[0041]
s2.2.3、无轴承异步电机转矩绕组气隙磁链和转子磁链的关系：
[0042]
其中，l
1rσ
为转矩绕组的转子漏感；
[0043]
s2.2.4、将s2.2.3中的转矩绕组气隙磁链和转子磁链带入s2.2.2中无轴承异步电机悬浮力计算式中，步构建无轴承异步电机的悬浮力方程：
[0044]
[0045]
进一步，s2.3中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 代入s2.1.5的转矩方程中，得到：ψ
1r
为转子磁链。
[0046]
进一步，s3.1中对无轴承异步电机的气隙磁链进行解耦的过程为：
[0047]
s3.1.1、构建无轴承异步电机转矩绕组和悬浮力绕组的气隙磁链方程：
[0048][0049]
其中，ψ
1rd
、ψ
1rq
分别为转矩绕组转子磁链在d、q轴上的分量；，ψ
2d
、ψ
2q
分别为悬浮力绕组在d、q轴上的分量；进一步得到：
[0050]
s3.1.2、令ψ
1d
＝ψ1，ψ
1q
＝0，ψ
2d
＝ψ2，ψ
2q
＝0，ψ1为转矩绕组的气隙磁链，ψ2为悬浮力绕组的气隙磁链，则：
[0051]
s3.1.3、将i
1rd
、i
1rq
代入s2.1.5的转子电压方程得：
[0052]
s3.1.4、将i
1rd
、i
1rq
代入上式解得:
[0053][0054]
进一步，s3.2中对无轴承异步电机悬浮力进行解耦，具体过程为：将ψ
1d
、ψ
1q
代入s2.2.2 中的无轴承异步电机的悬浮力方程得到：
[0055][0056]
进一步，s3.3中将ψ
1d
、ψ
1q
代入s2.1.5的电机电磁转矩方程，构建无轴承异步电机电磁转矩方程：t
e
＝p1ψ1i
1sq
。
[0057]
进一步，s1中的绕线式无轴承异步电机转矩绕组和悬浮力绕组的a、b、c三相磁链方程如下：其中，是转矩绕组定子a、b、c相的磁链；是转矩绕组转子a、b、c相的磁链；是悬浮力绕组定子a、b、c相的磁链；是悬浮力绕组定子a、b、c相的磁链；分别
是转矩绕组定子、电机转子和悬浮力绕组定子a、b、c相的自感；是转矩绕组定子和转子任意相之间的互感；是转矩绕组定子和悬浮力绕组定子任意相之间的互感；和是悬浮力绕组定子和转子任意相之间的互感；是转矩绕组定子a、b、c相的电流；是转子a、b、c相的电流；是悬浮力绕组定子a、b、c相的电流；且
[0058][0059]
l
1m
为转矩绕组定、转子各相绕组的励磁电感，l
2m
为悬浮力绕组定子各相绕组的励磁电感且l
1m
＝l
2m
，l
1sσ
为转矩绕组的定子漏感，l
1rσ
为转矩绕组的转子漏感，l
2sσ
为悬浮力绕组的定子漏感，θ
1sr
为转矩绕组定子和电机转子之间的转差角，θ
2sr
为悬浮力绕组定子和电机转子之间的转差角。
[0060]
本发明的有益效果：
[0061]
1.对于转矩绕组极对数为2，悬浮力绕组极对数为1的绕线式无轴承异步电机，本发明通过采用特殊的绕线结构实现转子能正常感应转矩绕组磁场，而悬浮力绕组在转子绕线内的感应电流相互抵消，从而能够提升无轴承异步电机的悬浮力并减小电机电磁转矩脉动。
[0062]
2.本发明考虑了悬浮力绕组磁链对电机气隙磁场的影响问题，建立了绕线式无轴承异步电机完整的电感矩阵模型和精准的磁链、电磁转矩、悬浮力的数学模型，从而提高了绕线式无轴承异步电机的控制精度。
[0063]
3.本发明针对绕线式无轴承异步电机分别采用了转子磁场定向和气隙磁场定向的矢量控制方法，达到电机转速和磁链之间的完全解耦目标，最终实现了绕线式无轴承异步电机电磁转矩和悬浮力的独立控制。
附图说明
[0064]
图1是绕线式无轴承异步电机转子磁场定向控制解耦算法；
[0065]
图2是绕线式无轴承异步电机气隙磁场定向控制解耦算法；
[0066]
图3是绕线式无轴承异步电机定转子结构图；
[0067]
图4是绕线式无轴承异步电机转子的工作1模式；
[0068]
图5是绕线式无轴承异步电机转子的工作2模式。
具体实施方式
[0069]
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。
[0070]
本发明所设计的一种绕线式无轴承异步电机的解耦方法是针对如图3所示的绕线
式无轴承异步电机，该绕线式无轴承异步电机沿径向由内往外依次为电机转轴33、转子铁芯32、转矩绕组30、悬浮力绕组31和定子铁芯29。定子铁芯29是由型号为dw465-50的硅钢片叠压而成，定子铁芯29均匀设有36个定子槽。转子铁芯32和定子铁芯2之间设有转矩绕组30和悬浮力绕组31，转矩绕组30和悬浮力绕组31均采用集中式绕组，由导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成。转子铁芯32套装在电机转轴33上，转子铁芯32是由型号为dw465-50的硅钢片叠压而成，转子铁芯32均匀设有28个转子槽，为了叙述方便将28 个转子槽分别用1～28表示。
[0071]
沿顺时针方向，将28个转子槽中相互间隔90
°
的4个转子槽分为一组；例如：将图3 中编号为1、8、15、22的四个转子槽划分为一组，以此类推，将28个转子槽划分为7组。在每组的4个转子槽内设置1组铜制线圈。每组的4转子槽内铜制线圈的连接方式如图4、 5和3所示，第i组中的转子槽分别为i
ai
、i
bi
、i
ci
、i
di
，i＝1、2、
…
、7；其中，i
ai
与i
ci
相对布置，i
bi
和i
di
相对布置；在每组中，转子槽i
ai
和i
ci
内绕线的下方直接相连接且绕线的上方分别连接第一开关控制器34的两端；转子槽i
bi
和i
di
内绕线的下方直接相连接且绕线的上方分别连接第二开关控制器35的两端；转子槽i
ai
和i
bi
内绕线的上方分别连接第三开关控制器36，i
ci
和i
di
内绕线的上方分别连接第四开关控制器37；转子槽i
ai
和i
di
内绕线的下方分别连接第五开关控制器38，转子槽i
bi
和i
ci
内绕线的下方分别连接第六开关控制器39；所述第一开关控制器34和第二开关控制器35均连接继电器的常开触点，第三开关控制器36、第四开关控制器37、第五开关控制器38和第六开关控制器39均连接继电器的常闭触点。以转子槽1、8、15、22为例：转子槽1和转子槽15内绕线的下方直接相连接，上方接入第一开关控制器34的两端；转子槽8和转子槽22内绕线的下方直接相连接，上方接入第二开关控制器35的两端；转子槽1和转子槽8、转子槽15和转子槽22内绕线的上方分别接入第三开关控制器36、第四开关控制器37的两端；转子槽1和转子槽22、转子槽 8和转子槽15内绕线的下方分别接入第五开关控制器38、第六开关控制器39的两端；中心位置的第一开关控制器34和第二开关控制器35均连接继电器的常开触点，四周分布的开关控制器36、37、38、39均连接继电器的常闭触点。将所有继电器的控制电源接在单片机的输出端口，同时将继电器与单片机固定在转子铁芯上方，与铁芯和线圈构成完整的转子模块。当转矩绕组30的极对数为1时，悬浮力绕组31的极对数为2时，继电器通电，电机转速为60*f，f为电机频率，电机转速单位为：r/min；当转矩绕组30的极对数为2 时，悬浮力绕组31的极对数为1或3时，继电器断电，电机转速为30*f；当转矩绕组30 的极对数为3时，悬浮力绕组31的极对数为2时，继电器通电，电机转速为20*f。
[0072]
本发明针对上述绕线式无轴承异步电机所提出的一种绕线式无轴承异步电机的解耦方法，包括如下步骤：
[0073]
s1、基于上述绕线式无轴承异步电机，建立绕线式无轴承异步电机转矩绕组和悬浮力绕组的a、b、c三相磁链方程如下：
[0074][0075]
其中，是转矩绕组定子a、b、c相的磁链；是转矩绕组转子a、b、c相的磁链；
是悬浮力绕组定子a、b、c相的磁链；分别是转矩绕组定子、电机转子和悬浮力绕组定子a、b、c相的自感；是转矩绕组定子和转子任意相之间的互感；是转矩绕组定子和悬浮力绕组定子任意相之间的互感；和是悬浮力绕组定子和转子任意相之间的互感；是转矩绕组定子a、b、c相的电流；是转子a、b、c相的电流；是悬浮力绕组定子a、b、c相的电流。
[0076]
以上各个电感参数可根据下式等效计算：
[0077][0078]
其中，l
1m
为转矩绕组定、转子各相绕组的励磁电感，l
2m
为悬浮力绕组定子各相绕组的励磁电感且l
1m
＝l
2m
，l
1sσ
为转矩绕组的定子漏感，l
1rσ
为转矩绕组的转子漏感，l
2sσ
为悬浮力绕组的定子漏感，θ
1sr
为转矩绕组定子和电机转子之间的转差角，θ
2sr
为悬浮力绕组定子和电机转子之间的转差角。
[0079]
s2、基于式(1)的三相磁链方程，采用转子磁场定向方法对无轴承异步电机进行解耦，具体过程为:
[0080]
s2.1、对无轴承异步电机的转子磁链进行解耦，具体过程为：
[0081]
s2.1.1、对定子绕组、转子绕组进行3/2变换，构建两相磁链矩阵：
[0082][0083]
其中，ψ
1sα
和ψ
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子磁链；ψ
1rα
和ψ
1rβ
分别是α、β轴上的转子磁链；ψ
2sα
和ψ
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子磁链；l
1sα
和l
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子自感；l
1rα
和l
1rα
分别是α、β轴上的转子自感，l
2sα
和l
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子自感；i
1sα
和i
1sβ
分别是α、β轴上的转矩绕组定子电流；i
1rα
和i
1rβ
分别是α、β轴上的转矩绕组转子电流；i
2sα
和i
2sβ
分别是α、β轴上的悬浮力绕组定子电流；m
1sα1rα
和m
1rα1sα
、m
1sα2sα
和m
2sα1sα
、m
2sα1rα
和m
1rα2sα
分别是转矩绕组定子和转子在α轴上的互感、转矩绕组定子和悬浮力绕组定子在α轴上的互感、悬浮力绕组定子和转子在α轴上的互感； m
1sβ1rβ
和m
1rβ1sβ
、m
1sβ2sβ
和m
2sβ1sβ
、m
2sβ1rβ
和m
1rβ2sβ
分别是转矩绕组定子和转子在β轴上的互感、转矩绕组定子和悬浮力绕组定子在β轴上的互感、悬浮力绕组定子和转子在β轴上的互感；
[0084]
s2.1.2、根据三相绕组的对称性，令l
1sα
＝l
1sβ
＝l
1s
，l
1rα
＝l
1rβ
＝l
1r
，l
2sα
＝l
2sβ
＝l
2s
， m
1sα1rα
＝m
1sβ1rβ
＝m
1s1r
，m
1sα2sα
＝m
1sβ2sβ
＝m
1s2s
，m
2sα1rα
＝m
2sβ1rβ
＝m
2s1r
，l
1s
为转矩绕组定子
自感等效值，l
1r
为转子自感等效值，l
2s
为悬浮力绕组定子自感等效值，m
1s1r
为转矩绕组定子与电机转子互感等效值，m
1s2s
为转矩绕组定子与悬浮力绕组定子互感等效值，m
2s1r
为悬浮力绕组定子与电机转子互感等效值，由式(3)构建αβ坐标系下的磁链方程：
[0085][0086]
根据式(4)中的转子磁链方程解得转子电流在α、β轴上的分量：
[0087][0088]
s2.1.3、将式(5)代入式(4)求解转矩绕组和悬浮力绕组定子磁链方程：
[0089][0090]
s2.1.4、构建无轴承异步电机在αβ坐标系下的转子电压方程：
[0091][0092]
其中，r
1r
是电机转子电阻；t为时间变量；ω
r
为转子角频率。
[0093]
s2.1.5、进一步构建无轴承异步电机在dq坐标系下的转子电压方程：
[0094][0095]
其中，i
1sd
、i
1sq
分别为转矩绕组定子电流在d、q轴上的分量；i
1rd
、i
1rq
分别为转子电流在d、q轴上的分量；i
2sd
、i
2sq
分别为悬浮力绕组定子电流在d、q轴上的分量；ψ
1rd
、ψ
1rq
分别为转矩绕组转子磁链在d、q轴上的分量；ω为转矩绕组电角频率；
[0096]
构建dq坐标系下的转子磁链方程：
[0097][0098]
电磁转矩方程:
[0099]
t
e
＝p1(i
1sq
ψ
1d-i
1sd
ψ
1q
)
ꢀꢀ
(10)
[0100]
其中，p1为转矩绕组极对数，t
e
为电磁转矩。
[0101]
根据式(9)解得转子电流在d、q轴上的分量：
[0102][0103]
s2.1.6、采用转子磁场定向矢量控制，令ψ
1rd
＝ψ
1r
，ψ
1rq
＝0，其中，ψ
1r
为转子磁链，代入式(11)得：
[0104][0105]
s2.1.7、将式(12)代入式(8)得：
[0106][0107]
其中，p为微分算子。
[0108]
s2.2、对无轴承异步电机悬浮力进行解耦，具体过程为：
[0109]
s2.2.1、构建无轴承异步电机悬浮力方程：
[0110][0111]
其中，f
m
为无轴承异步电机悬浮力幅值；p1为转矩绕组极对数；p2为悬浮力绕组极对数；ψ1为转矩绕组气隙磁链；i
2s
为悬浮力绕组定子电流；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。
[0112]
s2.2.2、根据向量的点乘和叉乘原理，将无轴承异步电机悬浮力分解到d、q轴上：
[0113][0114]
其中，f
x
、f
y
为悬浮力在x、y轴上的分量，k为一常数，表示为
[0115]
s2.2.3、无轴承异步电机转矩绕组气隙磁链和转子磁链的关系：
[0116][0117]
其中，l
1rσ
为转矩绕组的转子漏感。
[0118]
s2.2.4、将式(16)带入式(15)，进一步构建无轴承异步电机的悬浮力方程：
[0119][0120]
s2.3、构建无轴承异步电机的电磁转矩方程：
[0121]
将ψ
1rd
＝ψ
1r
，ψ
1rq
＝0代入电机电磁转矩式(10)：
[0122][0123]
其中，ψ
1r
为转子磁链。
[0124]
s3、基于式(1)的三相磁链方程，采用气隙磁场定向方法对无轴承异步电机进行解耦，具体过程为:
[0125]
s3.1、对无轴承异步电机的气隙磁链进行解耦，具体过程为：
[0126]
s3.1.1、构建无轴承异步电机转矩绕组和悬浮力绕组的气隙磁链方程：
[0127][0128]
其中，ψ
2d
、ψ
2q
分别为悬浮力绕组在d、q轴上的分量。由式(19)进一步得到：
[0129][0130]
s3.1.2、令ψ
1d
＝ψ1，ψ
1q
＝0，ψ
2d
＝ψ2，ψ
2q
＝0，其中，ψ1为转矩绕组的气隙磁链，ψ2为悬浮力绕组的气隙磁链，则：
[0131][0132]
s3.1.3、将i
1rd
、i
1rq
代入式(8)得：
[0133][0134]
s3.1.4、将式(21)代入式(22)进一步解得:
[0135][0136]
s3.2、对无轴承异步电机悬浮力进行解耦，具体过程为：
[0137]
s3.2.1、将ψ
1d
、ψ
1q
代入无轴承异步电机的悬浮力方程式(15)：
[0138][0139]
s3.3、将ψ
1d
、ψ
1q
代入电机电磁转矩方程式(10)，构建无轴承异步电机电磁转矩方程：
[0140]
t
e
＝p1ψ1i
1sq
ꢀꢀ
(25)
[0141]
s4、如图1基于s2中的电机转子磁链方程、悬浮力方程和电磁转矩方程对绕线式无轴承异步电机进行转子磁场定向的解耦方法为：将te
*
、ψ
1r*
、f
x*
、f
y*
作为输入，根据式(18) 计算出i
1sq
，用于控制电机的电磁转矩。联立式(13)和(17)计算出i
1sd
、i
2sd
和i
2sq
，分别控制电机的转子磁链、x轴上悬浮力和y轴上悬浮力。其中，te
*
、ψ
1r*
、f
x*
、f
y*
分别是电机电磁转矩、转子磁链、x轴上悬浮力以及y轴上悬浮力的给定值。
[0142]
如图2基于s3中的电机气隙磁链方程、悬浮力方程和电磁转矩方程对绕线式无轴承异步电机进行气隙磁场定向的解耦方法为：将te
*
、(ψ1+ψ2)
*
、f
x*
、f
y*
作为输入，根据式(25) 计算出i
1sq
，用于控制电机的电磁转矩。根据式(24)计算出i
2sd
和i
2sq
，用于控制x轴上悬浮力和y轴上悬浮力。根据式(23)计算出i
1sd
，用于控制电机的气隙磁链。(ψ1+ψ2)
*
为气隙磁链给定值。
[0143]
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。