随着全电/多电飞机、全电/多电舰船、电动汽车等应用领域的不断发展，具有高功率密度的电机驱动系统得到了学术界和工业界的高度重视。提高电机转速可以使电机的功率密度显著提升，然而传统机械轴承在与高速电机转轴的剧烈摩擦中会减少自身寿命并降低系统的可靠性。
针对此问题，业界先后采用了气浮/液浮轴承和磁轴承等技术，但一定程度上会增加系统的体积和重量，不利于系统功率密度的进一步提高。因此，在磁轴承技术之后又提出了无轴承电机技术。无轴承电机是基于磁轴承与电机结构的相似性，将产生径向力的绕组安装在电机定子上，再通过特殊设计的悬浮力和转矩协调控制方法同时实现电机的悬浮和旋转功能。相比于磁轴承支撑的磁悬浮电机系统，采用无轴承电机技术可有效减小系统轴向长度，有利于提高系统的临界转速和功率密度[1-4]。
无轴承开关磁阻电机（Bearingless Switched Reluctance Motor, BSRM）具有结构简单坚固、容错性强、高速适应性好、无磨损、可实现大功率和超高速运行等优势，近年来受到了广泛关注[5,6]。由于BSRM悬浮力和转矩的产生均源于电机定转子齿极间的磁拉力，因而两者在控制时不可避免地相互影响，产生了控制上的耦合。
为消除BSRM转矩与悬浮力之间的耦合，一些学者尝试从控制策略的角度出发，提出了如基于α阶逆系统法、神经网络逆系统法、最小二乘法等电机数学模型解耦控制算法，但都不可避免地增加了电机控制系统的复杂程度，降低了在线运算速度和动态性能
[7,8]。一些学者尝试从电机结构的角度消除悬浮力和转矩的耦合，相继提出了一些特殊极对数的无轴承开关磁阻电机。8/6极BSRM是通过将电机转子在轴向上区分为悬浮段和旋转段，来解决极数较少的BSRM悬浮力缺失的问题，但复杂的电机结构削弱了解耦的效果[9]。
8/10极BSRM则是将定子齿划分为转矩齿和悬浮齿，其中径向相对的两组转矩齿各自串联，四个悬浮齿各自独立控制，以产生持续的悬浮力，但专门设置的悬浮齿影响了电机的出力[10-12]。12/14极BSRM与8/10极BSRM结构上较为相似，同样将定子齿分为提供悬浮力的宽齿和提供转矩的窄齿，虽然一定程度上克服了前者铁损大、出力小的缺点，但过多的转子极数将提升功率变换器的开关频率，不利于进一步提高电机转速[13,14]。
12/8极双定子BSRM通过分设内外转子来分别实现电机的悬浮和旋转，这种结构使得电机的控制算法得到简化，并具有较好的悬浮力和转矩解耦性能，但复杂的结构使得电机加工困难[11,15] 。
南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室、南京科技职业学院的研究人员曹鑫、刘从宇、邓智泉、赵旭升，在2018年第15期《电工技术学报》上撰文，研究了一种12/4极单绕组无轴承开关磁阻电机，其具有转矩和悬浮力解耦效果明显、控制算法简洁、结构简单等优点。
该电机定子有12个齿极，转子有4个齿极，其中定子每极独立各绕一套励磁绕组，12套绕组分别独立控制，功率变换器电路拓扑为不对称半桥，转子上无绕组，转子齿比定子齿宽30°，以此构造1/3电周期（机械角度30°）的最大电感平顶区，从而实现转矩与悬浮力的分区独立控制。
作者最后认为：
1）12/4极BSRM悬浮力和转矩控制的解耦优势得益于基于电机绕组电感平顶区所实现的转矩和悬浮力分区控制。
2）基于本文所提出的电流导通策略，12/4极BSRM的数学模型在实际运用中可以简化，减少控制变量数量，简化控制算法和提高电机的实用性。
3）实验结果表明，电机在空载和带载情况下转轴的位移波动可控制在50 μm以内，电机升降速过程中转轴的位移不受影响，同时在突加突卸径向负载时电机可以保持平稳的转速。以上结果表明，12/4极BSRM具有悬浮稳定、调速性能良好、转矩与悬浮力控制相互解耦的特点。
图8 硬件实验平台
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