仪器仪表学报

作者：孙康阳，周扬忠，钟天云，赵家恺

单位：孙康阳,福州大学数字能源福建省高校重点实验室福州350108,,周扬忠,福州大学数字能源福建省高校重点实验室福州350108,zhouyangzhong@fzu.edu.cn,钟天云,福州大学数字能源福建省高校重点实验室福州350108,,赵家恺,福州大学数字能源福建省高校重点实验室福州350108,

关键词：无轴承磁通切换电机;五自由度磁悬浮;动力学模型;平动;锥动;磁悬浮协同控制

基金：福建省自然科学基金(2021J02023)项目资助

无轴承磁通切换电机(BFSPMM)永磁体置于电机定子侧，散热路径极佳，从根本上解决了高速下转子永磁体易退磁的难题，确保了高温工况下的可靠性。同时，它融合了磁通切换电机的高功率密度、高转矩特性与无轴承技术的无接触、无磨损优点，理论上可实现转子的多自由度主动悬浮。作为下一代高速电主轴的核心，将直接提升高端数控机床的加工精度与效率；在飞轮储能系统中，可实现超高转速运行，大幅提升储能密度；此外，在航空航天、半导体制造、生命科学等对无污染、超高转速有严苛要求的特种领域，具有不可替代的潜力，是驱动未来高端装备升级的关键技术之一。但现有的BFSPMM只能实现转子两自由度(2-DOF)磁悬浮。为此，利用两台BFSPMM及一个轴向磁轴承构建新型转子五自由度磁悬浮的无轴承磁通切换电机(5-DOF-BFSPMM)，并提出高性能五自由度磁悬浮协同控制策略。两台BFSPMM同轴，且沿圆周方向错开3°安装，实现两台电机齿槽转矩相互抵消；结合电机特殊结构，推导出5-DOF-BFSPMM的转子五自由度动力学模型；基于动力学模型，提出基于转子平动位移与锥动角解耦的转子五自由度磁悬浮协同控制策略。实验结果表明，所提出的转子五自由度磁悬浮协同控制策略实现了5-DOF-BFSPMM转子五自由度高性能磁悬浮控制,稳态径向位移脉动降低了41.9%,径向扰动幅值降低了32.9%。

来源：2025年第12期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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