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飞轮电池是一种新型物理储能方式,具有功率密度高、无污染、安全性能高等优点,应用到电动汽车中可提高汽车动力性与经济性。无轴承永磁同步电机(Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor,BPMSM)是近年来出现的集悬浮与旋转于一体的新型电机,应用到飞轮电池系统中可进一步提升飞轮转速,简化系统结构。本文在国家自然科学基金(51305170)、江苏省优秀青年基金项目(BK20170071)与江苏省高等学校自然科学研究重大项目(17KJA460005)的支持下,主要开展了 BPMSM悬浮力数学模型、电磁特性分析、温度场建模与分析、数字控制系统与实验等相关研究。主要内容如下:1、在阐述麦克斯韦力的基础上,介绍了 BPMSM悬浮力产生的原理。应用麦克斯韦(Maxwell)应力张量法,从气隙磁动势的角度出发,逐步推导得出了BPMSM悬浮力数学模型。2、采用参数化建模的方法,建立了三种不同转子拓扑结构的BPMSM有限元模型。比较了三种结构BPMSM的转矩性能与悬浮力性能,考虑到在飞轮电池领域的应用,选择内置式无轴承永磁同步电机(Interior IBPMSM,IBPMSM)作为研究对象,并在此基础上详细研究了 IBPMSM的磁场分布、感应电动势、电感等其它电磁性能。3、BPMSM定子槽中具有两套绕组,导致损耗较大。针对该问题,开展了BPMSM温度场的研究。应用有限元法计算了 BPMSM的铁芯损耗和永磁体涡流损耗,并将其转换为热源。在此基础上,对气隙与绕组绝缘进行等效处理,并在ANSYS/Workbench中建立了 BPMSM温度场模型。通过加载热源、导热系数、散热系数,对BPMSM三种典型运行工况进行了仿真分析。4、针对BPMSM传统控制方法的不足,提出了基于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation SVPWM)的控制策略实现对BPMSM转矩与悬浮力的高效控制。基于控制核心芯片TMS320F2812DSP,设计了相应的硬件系统,包括电源电路、电流信号处理电路、位移信号处理电路、光码信号处理电路、PWM保护电路、驱动电路等;编写了相应的软件系统,包括转速及转子角度计算模块、转子初始定位模块等,为BPMSM的实验研究奠定了基础。5、在设计的BPMSM数字控制系统软硬件基础上,构建了 BPMSM实验平台,开展了相关实验,包括静态悬浮实验与悬浮运行实验。实验结果表明,两种实验状态下BPMSM均可实现稳定运行。