传统转子永磁型电机通常将永磁体置于转子上,当电机高速旋转时,为了防止磁钢因离心力而脱落,经常在转子上安装加固装置,导致转子耗散条件差,可能造成不可逆的退磁风险。所以,本文提出了一种定子永磁型电机—无轴承磁通切换永磁电机(Bearingless Flux Switching Permanent-magnet Motor,BFSPM)。由于该电机采用传统磁通切换永磁电机的双凸极结构,存在齿槽转矩大、转矩脉动大以及永磁体的端部漏磁等问题,影响电磁转矩和悬浮力的特性。为了克服上述缺点,研究了一种在永磁体两端进行削角的方案来降低电机的齿槽转矩。该电机集成了磁轴承和磁通切换永磁电机的优良特性,具有无摩擦、无磨损、使用寿命长、功率密度高、转矩输出能力强、负载能力强等优点,在航空航天、生命科学、交通运输等领域具有潜在的应用价值。本文以BFSPM电机为研究主体,对转矩和悬浮力运行原理、考虑转子偏心的数学建模、永磁体结构优化设计、转子偏心补偿控制器设计等关键技术进行研究。论文主要研究工作及取得成果如下:1、介绍了无轴承电机和磁通切换永磁电机的研究背景和国内外发展现状,结合两种电机的优良特性,概述了BFSPM的研究现状和未来发展趋势。2、传统BFSPM大多采用12槽/10极结构,在此基础上分析了电机基本结构和运行机理,并构建了考虑转子质量偏心位移的悬浮力数学模型。基于麦克斯韦张量法,对每对凸极转子采用分段积分方式,计算出转子上所受的径向悬浮力。最后,按照传统矢量控制和双闭环控制策略完成转矩和悬浮力子系统模型的搭建。3、凸极式转子结构会给电机带来较大的转矩脉动,采用优化电机内部气隙磁场的方式来降低电机的转矩脉动成为设计目标。为了降低齿槽转矩并减小永磁体产生的端部漏磁,提出了一种在永磁体两端对称削角的电机优化设计结构。在确保功率密度和输出转矩不变的前提下,制定了在一定范围内变化的永磁体削角变量,并完成削角方案的设计。接着,采用有限元仿真分析软件对电机的基本电磁特性、齿槽转矩、谐波特性、转矩和悬浮力性能以及解耦性能等进行分析,综合选取最优方案。最后,把最优削角式永磁体结构与原始结构对比,得出该方法可以在提高转矩和悬浮力性能的前提下,减小电机端部漏磁和铁损。4、为了解决转子加工不均匀造成的质量偏心问题,设计出最小均方凹陷滤波器。在分析不平衡振动产生的特点后,采用滤波器调整算法的权系数来产生振动位移补偿信号。在MATLAB/Simulink仿真环境下,完成了凹陷滤波器的可行性实验和不同转速下收敛能力试验。仿真结果表明:本文提出的转子径向位移补偿控制方法可以适用于高速甚至超高速场合。5、搭建了数字控制系统软硬件平台,设计出电机主控程序和中断服务子程序。在此基础上验证了本文提出电机的转矩和悬浮力特性,对比分析了削角前后样机的转子径向位移和转矩性能,证明了电机的可靠性和有效性。