无轴承异步电机(A bearingless induction motor,BIM)利用磁轴承和电机定子结构的相似性,在只有一套转矩绕组的普通电机上额外嵌入另一套悬浮力绕组,可以同时实现电机旋转和自悬浮,在航空航天、飞轮储能、人工血泵、无菌无污染操作等特种电气领域具有广泛应用前景。本文考虑BIM悬浮力绕组感应电流、铁芯磁饱和、齿槽效应等影响问题,围绕绕线式BIM本体结构设计、传统线性数学模型改进、悬浮力控制系统补偿以及数字控制硬件等方面展开研究,主要研究内容及取得的成果如下:1.概述了BIM研究背景、国内外研究现状、发展趋势以及应用领域。阐述了BIM设计思想、悬浮原理以及稳定悬浮条件。通过解析法推导了BIM的通用数学模型并基于该模型搭建了气隙磁场定向控制系统,为后续研究奠定基础。2.针对鼠笼型BIM悬浮力绕组在鼠笼转子里产生感应电流而影响悬浮力相位与幅值问题,在分析转矩绕组磁场和悬浮力绕组磁场空间分布的基础上,设计了一种新型绕线式BIM,实现整个转子只能感应转矩绕组磁场。仿真结果表明,设计出的新型绕线式BIM能有效抑制悬浮力绕组感应电流,消除了其对悬浮力的影响。3.针对传统BIM数学模型精度受电机铁芯磁饱和,齿槽效应因素影响问题,提出了一种利用有限元分析方法(Finite Element Method,FEM)和最小二乘原理(Least Squares Principle,LSP)相结合的非线性模型拟合方法,对悬浮力进行二维拟合,不平衡磁拉力进行三维拟合,对原本线性模型进行修正优化。4.针对BIM转矩绕组的电枢反应以及铁芯磁饱和所造成的悬浮力相位与幅值偏差问题,提出了一种悬浮力补偿方法。仿真结果表明,该方法有效地抑制了位移超调问题,减小了电机转子在启动过程中的振动。5.构建了BIM实验系统,并进行了电机旋转、转子悬浮实验研究。实验结果表明,所设计的新型绕式BIM不仅能获得较大的悬浮力,而且有效地减小了电机转子在启动过程中的震荡,提高了电机的悬浮性能。