1 无轴承永磁薄片电机介绍
无轴承永磁薄片电机是一种新颖的五自由度全悬浮功用的特种电机。五自由度别离指两个径向自由度、一个轴向自由度以及两个改变方向自由度。五自由度全悬浮指的是这五个自由度都得到了约束，只释放了一个绕轴向旋转的自由度。
无轴承永磁薄片电机使用电机自身的驱动磁场作为偏置磁场，外加一个操控磁场完成径向悬浮力操控。以1 对极无轴承永磁薄片电机为例，1对极的电机驱动磁场叠加上2 对极的操控磁场后，磁场的对称散布被打破，在图1(a)中磁场叠加后，左边磁场削弱，右侧磁场增强，发生了向右的径向力，而在图1(b)中磁场叠加后，上部磁场增强，下部磁场削弱，发生了向上的径向力。
轴向和改变方向上的被迫悬浮使用了薄片电机转子的直径远小于轴向长度的结构特色和磁阻力总是有使磁路磁阻最小的趋势的性质。如图2(a)所示，当转子发生轴向偏移时，磁拉力总会将转子拉向磁阻最小的方向;而发生改变时，同理也会发生相应的磁拉力矩迫使转子回到平衡位置，如图2(b)所示。
除具有无轴承电机的无摩损、无机械噪音、无需光滑、免保护、寿命长等长处外，无轴承永磁薄片电机还有自己共同的特色，首要体现在以下几个方面：
1)轴向长度短，转子成陀罗状，利于高速运转;
2)电机结构简略、紧凑、可靠性高、成本低;
3)定、转子彻底阻隔，可完成较好的密封功能;
4)悬浮操控的偏置磁场由永磁体供给，无需额定励磁电流，悬浮功耗比小、效率高。
无轴承永磁薄片电机的这些优势在生、化、医、机电等范畴的密封传送和出产体系中具有共同的使用价值。现在瑞士、德国、日本、美国、新加坡均在大力拔擢这项高新技术的研讨[2~6]，已有部分效果进入产品测验阶段。韩国的Seungjong Kim和日本的Keisuke Abe 等人提出了一种洛仑兹力型的2对极无轴承薄片电机，最高转速达12 600 r/min。
国内已有南京航空航天大学、西安交通大学、上海交通大学、沈阳工业大学、江苏大学等数家单位打开了这项研讨[7~13]。南京航空航天大学高速电机实验室提出了一种集中式绕组的2 对极无轴承永磁薄片电机，最高转速到达4 000 r/min。现在国内电机的转速有待于进一步的进步。
本文推导了1 对极无轴承永磁薄片电机径向悬浮力的准确数学模型，为完成高速运转，简化了操控战略，优化了电机结构，并搭建了一套原理样机的实验渠道。实验标明样机能够完成高速运转时的安稳悬浮。
2 理论基础
在文献[14~15]中，证明了当转矩绕组和磁悬浮绕组的极对数p1、p2 相差1，两个磁场的旋转方向共同而且两套绕组中的电流的频率共同时，电机能够发生可控的径向悬浮力。以转矩绕组1 对极、悬浮绕组2 对极、整数匝、不跨绕的表贴式无轴承永磁薄片电机为例，推导电机的径向悬浮力与转矩的数学模型。推导中作如下假定：
1)疏忽漏磁和磁路饱满;
2)取电机单位轴向长度进行剖析;
3)设永磁体的相对磁导率为1;
4)定子各齿沿圆周等距散布。
选用两套三相绕组，别离用作悬浮和旋转，绕组装备为悬浮绕组2 对极，各齿上的相数分配为(1：Al，3：Bl，5：Cl，4：Al，6：Bl，2：Cl);转矩绕组1 对极，各齿上的相数分配为(1：Ar，2：Br，3：Ct，4：-At，5：-Bt，6：-Ct)。将集中式绕组表贴式电机的气隙打开，如图3 所示。
