嚴博豐，徐衍亮，吳春九，焉來軍，黃志斌

(1.中國電力科學院 電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心，武漢 430074；2.山東大學 電氣工程學院，濟南 250100)

0 引 言

相較于傳統(tǒng)電機，磁懸浮球形電機的轉(zhuǎn)子是一個磁懸浮球體，可以在三維空間任意方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而輸出任意方向的姿態(tài)控制力矩，避免了多個傳統(tǒng)飛輪之間固有的動力學耦合問題，控制精度和驅(qū)動效率更高。磁懸浮球形感應(yīng)電機作為一種特殊用途的電機，在工作過程中不僅要能夠提供3個自由度上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，還需要同時兼顧磁懸浮軸承的懸浮力輸出。

本文給出了一種浮轉(zhuǎn)一體的磁懸浮球形感應(yīng)電機，該電機沒有專門的磁懸浮支承部件，而是利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動磁極，在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的同時，產(chǎn)生懸浮驅(qū)動，從而有效降低了電機結(jié)構(gòu)的復雜性，提高了電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。

1 浮轉(zhuǎn)一體磁懸浮球形感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)及基本原理

浮轉(zhuǎn)一體磁懸浮球形感應(yīng)電機由定子和球轉(zhuǎn)子組成，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。導磁球殼外表覆銅構(gòu)成了球電機的轉(zhuǎn)子，在定子上，以過轉(zhuǎn)子球心的X、Y、Z坐標軸為對稱軸，對稱分布了6個完全相同的定子塊X1、X2和Y1、Y2及Z1、Z2，各定子塊由完全相同的鐵心塊和其內(nèi)周的三相對稱繞組構(gòu)成。相對稱的兩個定子塊中，三相對稱電流的有效值分別為I0+ΔI和I0-ΔI，其中I0為偏置電流，ΔI為控制電流。這兩個定子塊中的三相對稱電流會在定轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生沿其對稱軸旋轉(zhuǎn)的磁動勢和磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子表面覆銅中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而受力，從而使球電機沿兩定子塊對稱軸旋轉(zhuǎn)；同時兩定子塊中的偏置電流I0產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場當作偏置磁場，兩定子塊中的控制電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場當作控制磁場，從而使球轉(zhuǎn)子在兩磁極塊所在平面方向上懸浮。

圖1 浮轉(zhuǎn)一體磁懸浮球形感應(yīng)電機的原理結(jié)構(gòu)圖

值得注意的是，每個定子磁極為2極、占有120°機械角度，換算成360°機械角度的整圓電機，則電機為6極，因此電機同步速ns與電流頻率f之間滿足：f=3ns/60。

電機的旋轉(zhuǎn)額定運行狀態(tài)為2 000 r/min、15 mN·m[1]，并具有低額定運行輸入功率。上述球轉(zhuǎn)子的懸浮力為12 N，因此考慮球轉(zhuǎn)子的懸浮支承，懸浮力應(yīng)高于球轉(zhuǎn)子的1.5倍，即高于18 N。

2 感應(yīng)電機電流源驅(qū)動的電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率分析

對電流源驅(qū)動的感應(yīng)電機來說，相同的額定工作點，可以有不同的定子電流、定子頻率(即轉(zhuǎn)差率)組合(Is，f)，由此具有不同的損耗等其他電機性能。

電流源供電的感應(yīng)電機T型等效電路如圖2所示。圖2中，R1及R′2分別為電機定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子繞組電阻折算值;L1σ及L′2σ分別為電機定子繞組漏電感和轉(zhuǎn)子繞組漏電感的折算值；Lm為激磁電感;s為轉(zhuǎn)差率，I1、I′2及Im分別為定子電流(等于電源電流Is)、轉(zhuǎn)子電流折算值及激磁電流。

圖2 電流源供電的感應(yīng)電機T型等效電路

從圖2的等效電路可以較容易得到電機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式：

(1)

由此得到感應(yīng)電機在電流源供電時的電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線，如圖3所示。在忽略電機的激磁電流時，電機轉(zhuǎn)子繞組電流折算值與電機定子繞組電流相等，即為電流源輸出電流Is。

對Te求導，得到臨界轉(zhuǎn)差率sm：

(2)

將式(2)代入式(1)便得到最大轉(zhuǎn)矩：

(3)

由式(2)、式(3)可以看出，在電流源供電時，感應(yīng)電機的臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻折算值成正比、與電源頻率f成反比；最大轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，這一點與電壓源供電感應(yīng)電機具有相同的特點。同時，電機的穩(wěn)態(tài)工作點位于低于臨界轉(zhuǎn)差率sm的某個點上，如圖3中的(sN，TN)，而且最大轉(zhuǎn)矩Tem與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值為過載倍數(shù)kM，顯然，過載倍數(shù)也是感應(yīng)電機的重要性能指標。

圖3 電流源供電的感應(yīng)電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性曲線

電流源電流Is保持不變，感應(yīng)電機的Te-s曲線隨電源頻率f的變化曲線如圖4所示。頻率f保持不變，Te-s曲線隨電源電流Is的變化曲線如圖5所示。由圖4和圖5可以看出，對已制作完成的電流源驅(qū)動感應(yīng)電機來說，其額定工作點有多個電源電流Is及頻率f組合，即其額定工作點可以通過不同的電流Is和頻率f實現(xiàn)，但是不同的Is和f具有不同的功率因數(shù)、功耗、運行效率及過載倍數(shù)。

圖4 不同頻率下感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性曲線

圖5 不同電源電流時感應(yīng)電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率特性曲線

例如，僅從損耗的角度，為保證額定工作點不變，增大電流頻率(導致電機的轉(zhuǎn)差率增大)時必須降低電源電流大小，電流變化使定轉(zhuǎn)子銅耗、定轉(zhuǎn)子鐵耗都有變化，從而影響總損耗和電機發(fā)熱、溫升。

考慮到本文分析的浮轉(zhuǎn)一體式球形感應(yīng)電機的額定性能要求，即電機必須滿足穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速2 000 r/min，輸出轉(zhuǎn)矩大于等于15 mN·m的額定要求，因此接下來的分析與仿真計算均考慮電機保持2 000 r/min，15 mN·m的情況，對電機施加不同驅(qū)動電流、頻率的組合也應(yīng)滿足這一條件。

3 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機額定工作時的(Is， f)組合性能研究

3.1 浮轉(zhuǎn)一體球形電機仿真模型建立

浮轉(zhuǎn)一體磁懸浮球形感應(yīng)電機是三維磁路結(jié)構(gòu)電機，在進行仿真研究時需要采用3D電磁場有限元方法(3D-FEM)，但是3D-FEM計算特別是瞬態(tài)場計算，帶外電路的瞬態(tài)場計算需要很高的計算資源和很長的計算時間。實際上，盡管電機是三維球形結(jié)構(gòu)，但是與一般旋轉(zhuǎn)電機的運行原理沒有區(qū)別，完全可以采用二維有限元方法進行分析，只不過在仿真分析時，鐵心厚度不是實際的鐵心疊片厚度，而是定子塊內(nèi)周沿旋轉(zhuǎn)軸方向的弧長長度。

圖6及圖7分別為浮轉(zhuǎn)一體球形電機的單自由度旋轉(zhuǎn)仿真時的等效二維場仿真模型圖及剖分圖。賦值電機各構(gòu)成材料的屬性、邊界條件，然后施加不同頻率、不同電流有效值的三相對稱電流源激勵，可以進行電機的電磁場有限元仿真計算，得到相關(guān)性能參數(shù)及損耗參數(shù)。

圖6 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機單自由度旋轉(zhuǎn)時二維場仿真模型

圖7 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機二維場仿真剖分圖

3.2 額定工況下(Is，f)組合分析

基于上述有限元模型，滿足額定工況下得到不同的(Is，f)組合，如表1所示。其中，對不同組合給出過載倍數(shù)、總損耗，圖8給出了不同組合時的磁密分布。

表1 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機各(Is， f)組合分析結(jié)果

圖8 不同(Is，f)組合下電機的各部分磁密

由表1及圖8可以看出：

(1)如前所述，不同的(Is，f)組合可產(chǎn)生相同的額定工作狀態(tài)(2 000 r/min，15 mN·m)，但不同組合具有不同的損耗。在每一狀態(tài)的損耗中，轉(zhuǎn)子銅耗、定子繞組銅耗、定子鐵耗及轉(zhuǎn)子鐵耗依次降低，其中定轉(zhuǎn)子鐵耗特別是轉(zhuǎn)子鐵耗很低，可以忽略不計，因此降低轉(zhuǎn)子銅耗是降低整體功耗的關(guān)鍵。

(2)隨著頻率的增加，滿足額定工作要求的定子繞組電流降低，形感應(yīng)球電機的總損耗降低，構(gòu)成總損耗的各部分損耗都降低?？梢?，提高頻率，有利于降低電流、降低電機的總損耗，但是太小的定子繞組電流不能滿足電機的懸浮要求，因此，在滿足懸浮要求的前提下需要采用盡可能高的頻率，從而降低電機電流，降低電機的總損耗。

(3)表1中，電源頻率最低為160 Hz，對應(yīng)的電機同步速為3 200 r/min，此時電機的轉(zhuǎn)差率為0.375，完全不同于普通感應(yīng)電機具有較低轉(zhuǎn)差率的運行狀態(tài)。實際上，盡管轉(zhuǎn)差率較大，但電機定轉(zhuǎn)子鐵耗較低。

(4)由圖8可以看出，各個(Is，f)下的電機運行磁路都沒有飽和，這也是定轉(zhuǎn)子鐵耗較低的主要原因。

(5)頻率增大，電機的過載倍數(shù)降低，對電機的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性不利。

由表1可以看出，電源頻率最低為160 Hz，再降低電機頻率，即使繞組電流大，也不能滿足額定運行要求，原因是電流的增大導致總損耗增大。同時，電機的端部效應(yīng)導致電機的出力降低，從而使電機不能運行于額定狀態(tài)，下面具體分析端部效應(yīng)對電機的影響。

3.3 端部效應(yīng)對電機性能的影響

如前所述，電機一個自由度運行時只有相對稱的分別占有120°機械角度的兩個完全相同的磁極鐵心構(gòu)成。由表1所示，電流的最低頻率為160 Hz左右，再降低電流的頻率無法滿足電機的額定輸出，其主要是定子鐵心斷開而導致的端部效應(yīng)。兩端開斷，三相對稱電流通入到三相繞組中產(chǎn)生的磁場分布如圖9所示。顯然，在初級兩端開斷處的磁通分布與中間鐵心部分的磁場分布完全不同，不但磁場較弱，而且發(fā)生了嚴重畸變，這就是所謂的端部效應(yīng)。由于鐵心和槽中繞組在兩端處不連續(xù)，所以各相之間的互感不相等，當三相繞組通入對稱的三相交流電流時，產(chǎn)生的三相反電動勢也不對稱，這就產(chǎn)生了正向正序行波磁場、反向負序行波磁場和零序脈振磁場，后兩類磁場在電機次級運行過程中會產(chǎn)生額外的阻力和附加損耗。同時，初級開斷產(chǎn)生相對初級不移動的脈振磁場，可導致電機運行過程中的推力波動，這也是直線電機發(fā)生推力波動的主要因素。

圖9 一角鐵三相繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生的磁場分布

在對球形感應(yīng)電機進行120 Hz、1.5 A組合時的仿真計算時，將該電機組合成整圓電機，如圖10所示，電機每線圈匝數(shù)調(diào)整為原電機的2/3，其他完全相同。原電機相對的兩個磁極鐵心通入三相對稱電流時產(chǎn)生相同方向的旋轉(zhuǎn)磁場，整圓電機相當于3個完全相同的角鐵，通入三相對稱電流時也產(chǎn)生相同方向的旋轉(zhuǎn)磁場。可以看出，這一比較是在相同輸入電流源(頻率和電流)、相同總安匝磁動勢、相同定子相電阻、相同定子銅耗下進行，差異是前者具有端部效應(yīng)，而整圓電機沒有端部效應(yīng)。

圖10 整圓電機模型

在相同的15 mN·m時，對原電機和整圓電機(120 Hz、1.5 A)進行穩(wěn)態(tài)仿真，表2為兩電機仿真計算結(jié)果比較，圖11為兩電機穩(wěn)定運行時在360°機械角度范圍內(nèi)的氣隙磁密分布?？梢钥闯觯?/p>

(1)在相同負載轉(zhuǎn)矩下整圓電機的穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速可以達到2 094 r/min，而原電機的穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速只有1 355 r/min，這顯然是球形感應(yīng)電機鐵心磁極分斷所造成；

(2)由圖11可以看出，原電機在磁極鐵心范圍內(nèi)的磁動勢是整圓電機的3/2，但氣隙磁密卻比后者具有較大的降低，主要原因是前者由于鐵心開斷，產(chǎn)生端部效應(yīng)，使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，從而有較高的轉(zhuǎn)差率，也就有較高的轉(zhuǎn)子反應(yīng)；

(3)原電機與其對應(yīng)的整圓電機相比，具有更低的功率因數(shù)和運行效率。

表2 原電機與整圓電機在(120 Hz、1.5 A)組合時的性能比較

圖11 原電機與整圓電機在(120 Hz、1.5 A)時的氣隙磁密波形

原電機改成整圓后，在(115 Hz，1.5 A)組合下就可以達到15 mN·m、2 000 r/min的額定運行狀態(tài)，其相關(guān)性能如表3所示，圖12為此時的氣隙磁密波形。與表1中的原電機最低工作頻率(160 Hz)時的相關(guān)性能比較可以看出，總損耗由40.4 W降低為30.1 W，其中轉(zhuǎn)子銅耗由31.8 W降低為21.68 W，是損耗的主要降低分量。由此也可以看出，由于球形感應(yīng)電機定子磁極鐵心分斷，會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子銅耗，因此降低銅耗成為球形感應(yīng)電機降低損耗的關(guān)鍵。

表3 整圓電機在最低頻率下產(chǎn)生15 mN·m、2 000 r/min時的相關(guān)性能

圖12 整圓電機在最低頻率下產(chǎn)生15 mN·m、2 000 r/min時的氣隙磁密分布

4 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機的懸浮特性分析

前面分析了球形感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)特性，由于浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電流和懸浮電流是同一個電流，因此本節(jié)在前述旋轉(zhuǎn)特性分析的基礎(chǔ)上，分析其懸浮特性。前述分析時，同一旋轉(zhuǎn)自由度的兩個相對磁極繞組中的電流相同，但是在分析懸浮特性時，由于采用磁懸浮的差動控制方式，兩個相對磁極繞組中電流的相同部分為偏置電流I0，但總電流不同，即兩個磁極繞組中的總電流是在偏置電流I0的基礎(chǔ)上分別加上和減去相同的控制電流ΔI。

本節(jié)分析包括以下內(nèi)容：

(1)以前述旋轉(zhuǎn)運行不同(Is，f)組合為基礎(chǔ)，分析計算其懸浮特性；

(2)考慮球形感應(yīng)電機的懸浮，使同一旋轉(zhuǎn)自由度的兩個相對磁極繞組中的電流有所不同，需要分析這一電流不同對電機旋轉(zhuǎn)的影響，同時需要研究如何彌補這一電流不同對電機旋轉(zhuǎn)的影響。

4.1 不同(Is，f)組合下的懸浮特性分析

以表1給出的(1.52 A，160 Hz)和(1.11 A，180 Hz)兩種組合為基礎(chǔ)，進行球轉(zhuǎn)子在平衡位置時的電機懸浮特性分析。在分析懸浮特性時，上述組合中電流Is=1.52 A和1.11 A為偏置電流I0，在偏置電流基礎(chǔ)上施加控制電流ΔI。在分析時，為了考慮電流頻率對懸浮特性的影響，再加一組合(1.11 A，160 Hz)(該組合時如果不加控制電流，球形感應(yīng)電機不能滿足額定運行要求)，即在保持電流I=1.11 A不變時，比較分析頻率f分別為160 Hz和180 Hz時懸浮特性的差異。表4、表5為相關(guān)計算結(jié)果，圖13為表4的曲線表示。由表4及圖13可以看出，旋轉(zhuǎn)運行電流(懸浮偏置電流)和電流頻率都對懸浮有影響。保持偏置電流有效值不變，降低電流頻率，有利于提高懸浮力。

表4 不同旋轉(zhuǎn)運行(Is，f)組合時的懸浮特性比較數(shù)據(jù)

圖13 不同旋轉(zhuǎn)運行(Is，f)組合時的懸浮力特性曲線

圖14給出了(1.52 A，160 Hz)組合時懸浮力-電流-位移特性，表5是相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果?？梢钥闯觯谄胶馕恢?，1.3 A的控制電流能夠滿足18 N的懸浮力要求，在球轉(zhuǎn)子最大偏移0.1 mm位置，0.7 A的控制電流就能夠起浮12 N的球轉(zhuǎn)子。同時由圖14可以看出，球轉(zhuǎn)子無論在平衡位置還是在最大偏移位置，都具有良好的線性懸浮力-電流-位移特性。

表5 (1.52 A，160 Hz)組合時懸浮力-電流-位移特性

圖14 (1.52 A，160 Hz)組合時懸浮力-電流-位移特性

4.2 差動懸浮對電機旋轉(zhuǎn)特性的影響

以(1.52 A，160 Hz)組合狀態(tài)為基礎(chǔ)，在平衡位置，通過改變控制電流ΔI的大小，在保持轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時，電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與ΔI的變化關(guān)系如圖15所示，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6所示?？梢钥闯?，隨控制電流ΔI的增大，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩增大。由圖5給出的相同頻率下不同電流下的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性可以看出，其最高轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比，假定在轉(zhuǎn)差率在0～sm范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩成線性變化，在固定轉(zhuǎn)速2 000 r/min時，電機每個磁極產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也與電流的平方成正比，即兩個磁極產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩分別與(I+ΔI)2和(I-ΔI)2和成正比，即兩個磁極中一個磁極電磁轉(zhuǎn)矩增大，另一個角鐵電磁轉(zhuǎn)矩降低，但是增大的電磁轉(zhuǎn)矩值大于降低的電磁轉(zhuǎn)矩值，因此合成的電磁轉(zhuǎn)矩增大。

圖15 差動懸浮對電機驅(qū)動力矩的影響

表6 差動懸浮對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的影響數(shù)據(jù)表

顯然，在低懸浮力要求時，控制電流ΔI較小，懸浮驅(qū)動對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的影響較小，特別是在太空應(yīng)用時，球形感應(yīng)電機處于失重狀態(tài)，所要求的懸浮力很低，此時懸浮控制對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動影響可以忽略不計。但在地面試驗時，要求具有較高懸浮力，懸浮控制影響到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。

表7給出了上述計算算例中兩個磁極分別產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大小?？梢悦黠@看出，電流增大和電流降低對電磁轉(zhuǎn)矩的不同影響，即在偏置電流的基礎(chǔ)上，疊加正控制電流的磁極產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的增加量，大于疊加負控制電流的磁極產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的降低量，控制電流越大，這一差值就越大。

表7 不同控制電流對兩角鐵驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩的影響

同時比較表7和表6可以看出，分別計算兩個磁極電磁轉(zhuǎn)矩合成得到的總電磁轉(zhuǎn)矩與同時計算兩磁極得到的總電磁轉(zhuǎn)矩具有差異，控制電流越小，差異越明顯，隨控制電流接近偏置電流，兩者結(jié)果接近。其原因在于兩個磁極之間的耦合關(guān)系。圖16為兩磁極同時通電和單獨通電時的氣隙磁密分布。比較圖16(a)和圖16(c)可以看出，兩個對應(yīng)磁極中，對方磁極繞組通入電流對己方磁極氣隙磁密造成影響；但在控制電流較大時，對方磁極繞組總電流已很小，對己方磁極的氣隙磁密影響很小(圖16(b)和圖16(d)為相同的狀態(tài)，對方角鐵繞組中的總電流為0)。

圖16 兩對應(yīng)角鐵同時或單獨通電時氣隙磁密分布

5 浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機(Is，f)組合的選擇

由前述分析可以看出，在只考慮旋轉(zhuǎn)驅(qū)動不考慮懸浮驅(qū)動時，電機電源頻率和電流有效值都影響到電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，但為了滿足額定輸出轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速，電機電流的頻率不能太低，這導致電機的轉(zhuǎn)差率較高，盡管高轉(zhuǎn)差率對球形感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)差損耗影響較小，但降低了電機的過載倍數(shù)，這對電機的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)不利。

在只考慮懸浮驅(qū)動時，電機的電源頻率和電流影響到電機的懸浮，特別是相同電流下，頻率降低有利于提高電機的懸浮力。

如果同時考慮球形感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和懸浮驅(qū)動，懸浮驅(qū)動在一定程度上有利于提高電機的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，即在同時考慮懸浮和旋轉(zhuǎn)時，可以降低電機電流的運行頻率，而且電機電流運行頻率的降低又有利于提高電機的懸浮力，從而降低電機的控制電流，有利于降低電機的整體功耗。因此，對浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機來說，電機的偏置電流、控制電流及電流頻率需要協(xié)調(diào)給定，才能在同時滿足旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和懸浮驅(qū)動的要求下具有最好的其他性能。

6 結(jié) 語

本文對浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動及懸浮驅(qū)動進行了理論分析和電磁場有限元分析計算，得到以下主要結(jié)論：

(1)基于電流源驅(qū)動的浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機，滿足相同的額定旋轉(zhuǎn)運行，可以有不同的(Is，f)組合，各運行組合具有不同的功耗和過載能力，在各運行組合的功耗構(gòu)成中，轉(zhuǎn)子銅球功耗最高、定子銅耗次之，而定、轉(zhuǎn)子鐵耗較低；隨頻率降低，電流、功耗及過載能力增大，但由于各旋轉(zhuǎn)自由度兩相對磁極的開斷結(jié)構(gòu)，影響到電機的性能，因此運行頻率不能太低；在相同電流容量下，降低頻率，有利于提高電機的懸浮能力。

(2)差動懸浮對電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動具有重要影響，滿足球電機的高懸浮力要求的同時，可以提高電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動能力。

(3)浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和懸浮驅(qū)動都與電流源的頻率、電流有效值有關(guān)，而且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動性能彼此相互影響，因此浮轉(zhuǎn)一體球形感應(yīng)電機的驅(qū)動應(yīng)該綜合優(yōu)化旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和懸浮驅(qū)動，才能得到最優(yōu)電機性能。