隨著全電/多電飛機、全電/多電艦船、電動汽車等應用領域的不斷髮展，具有高功率密度的電機驅動系統得到了學術界和工業界的高度重視。提高電機轉速可以使電機的功率密度顯著提升，然而傳統機械軸承在與高速電機轉軸的劇烈摩擦中會減少自身壽命並降低系統的可靠性。
針對此問題，業界先後採用了氣浮/液浮軸承和磁軸承等技術，但一定程度上會增加系統的體積和重量，不利於系統功率密度的進一步提高。因此，在磁軸承技術之後又提出了無軸承電機技術。無軸承電機是基於磁軸承與電機結構的相似性，將產生徑向力的繞組安裝在電機定子上，再通過特殊設計的懸浮力和轉矩協調控制方法同時實現電機的懸浮和旋轉功能。相比於磁軸承支撐的磁懸浮電機系統，採用無軸承電機技術可有效減小系統軸向長度，有利於提高系統的臨界轉速和功率密度[1-4]。
無軸承開關磁阻電機（Bearingless Switched Reluctance Motor, BSRM）具有結構簡單堅固、容錯性強、高速適應性好、無磨損、可實現大功率和超高速運行等優勢，近年來受到了廣泛關注[5,6]。由於BSRM懸浮力和轉矩的產生均源於電機定轉子齒極間的磁拉力，因而兩者在控制時不可避免地相互影響，產生了控制上的耦合。
為消除BSRM轉矩與懸浮力之間的耦合，一些學者嘗試從控制策略的角度出發，提出瞭如基於α階逆系統法、神經網絡逆系統法、最小二乘法等電機數學模型解耦控制算法，但都不可避免地增加了電機控制系統的複雜程度，降低了在線運算速度和動態性能
[7,8]。一些學者嘗試從電機結構的角度消除懸浮力和轉矩的耦合，相繼提出了一些特殊極對數的無軸承開關磁阻電機。8/6極BSRM是通過將電機轉子在軸向上區分為懸浮段和旋轉段，來解決極數較少的BSRM懸浮力缺失的問題，但複雜的電機結構削弱瞭解耦的效果[9]。
8/10極BSRM則是將定子齒劃分為轉矩齒和懸浮齒，其中徑向相對的兩組轉矩齒各自串聯，四個懸浮齒各自獨立控制，以產生持續的懸浮力，但專門設置的懸浮齒影響了電機的出力[10-12]。12/14極BSRM與8/10極BSRM結構上較為相似，同樣將定子齒分為提供懸浮力的寬齒和提供轉矩的窄齒，雖然一定程度上克服了前者鐵損大、出力小的缺點，但過多的轉子極數將提升功率變換器的開關頻率，不利於進一步提高電機轉速[13,14]。
12/8極雙定子BSRM通過分設內外轉子來分別實現電機的懸浮和旋轉，這種結構使得電機的控制算法得到簡化，並具有較好的懸浮力和轉矩解耦性能，但複雜的結構使得電機加工困難[11,15] 。
南京航空航天大學多電飛機電氣系統工信部重點實驗室、南京科技職業學院的研究人員曹鑫、劉從宇、鄧智泉、趙旭升，在2018年第15期《電工技術學報》上撰文，研究了一種12/4極單繞組無軸承開關磁阻電機，其具有轉矩和懸浮力解耦效果明顯、控制算法簡潔、結構簡單等優點。
該電機定子有12個齒極，轉子有4個齒極，其中定子每極獨立各繞一套勵磁繞組，12套繞組分別獨立控制，功率變換器電路拓撲為不對稱半橋，轉子上無繞組，轉子齒比定子齒寬30°，以此構造1/3電週期（機械角度30°）的最大電感平頂區，從而實現轉矩與懸浮力的分區獨立控制。
作者最後認為：
1）12/4極BSRM懸浮力和轉矩控制的解耦優勢得益於基於電機繞組電感平頂區所實現的轉矩和懸浮力分區控制。
2）基於本文所提出的電流導通策略，12/4極BSRM的數學模型在實際運用中可以簡化，減少控制變量數量，簡化控制算法和提高電機的實用性。
3）實驗結果表明，電機在空載和帶載情況下轉軸的位移波動可控制在50 μm以內，電機升降速過程中轉軸的位移不受影響，同時在突加突卸徑向負載時電機可以保持平穩的轉速。以上結果表明，12/4極BSRM具有懸浮穩定、調速性能良好、轉矩與懸浮力控制相互解耦的特點。
圖8 硬件實驗平臺
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