无轴承永磁同步电机是一种将产生悬浮力的磁轴承线圈(绕组)嵌入传统永磁同步电机的定子槽中,使电机具有转子自悬浮支撑能力的新型电机。它既有永磁同步电机功率大、寿命长、效率高和体积小等优点,又具有磁轴承无摩擦磨损、高速度、高精度、寿命长、免维护等特点,使其在高速高精数控机床、机器人、航空航天、飞轮储能、离心压缩机等领域具有潜在应用前景；其独具的悬浮驱动／传动机理使其在化学化工、生命科学等高新技术领域具有传统电机无法实现和替代的技术和经济优势。　　 本论文在国家高新技术研究发展计划(863计划)项目“基于无轴承永磁同步电机的机器人伺服驱动系统(2007AA042213)”的资助下,从理论到实验,对无轴承永磁同步电机的数学模型、转子磁场定向控制、转子初始定位方法和起动控制策略以及数字控制系统进行了较为深入的研究。论文主要研究工作如下:　　 首先,分析转矩绕组和悬浮力绕组的磁链耦合情况,采用机械／电气坐标变换的方法,推导出这两套绕组的磁链方程和电压方程。根据永磁同步电机数学模型,给出无轴承永磁同步电机的电磁转矩方程。利用虚位移方法,并考虑转子偏心情况,对磁能方程求偏导推导出无轴承永磁同步电机完整的径向悬浮力方程。根据无轴承永磁同步电机数学模型,提出采用转子磁场定向的矢量控制策略对无轴承永磁同步电机实行解耦控制。　　 其次,针对无轴承永磁同步电机无起动绕组的特点,根据其转矩产生原理,提出一种基于指令电流三步定位法的无轴承永磁同步电机转子初始位置定位方法。利用增量式光电编码器,给出转子位置角检测及误差矫正方法,进而采用转子磁场定向控制实现电机的起动。　　 最后,构建以TMS320LF2407A DSP为核心的无轴承永磁同步电机数字控制系统,运用模块化编程思想开发系统软件并给出相应的流程图。以二自由度无轴承永磁同步电机为实验研究对象,给出调试结果并进行了分析,实验结果验证了理论的正确性,为进一步研究无轴承电机转子实现五个自由度上的悬浮奠定了基础。