[发明专利]一种五自由度共励式磁悬浮开关磁阻电机系统及控制方法

权利要求书

1.一种五自由度共励式磁悬浮开关磁阻电机系统，包括1个混合磁轴承、1个开关磁阻电机和1个径向磁轴承；

所述开关磁阻电机布置在混合磁轴承和径向磁轴承之间；

所述混合磁轴承，由径向定子Ⅰ、轴向定子Ⅰ、轴向定子Ⅱ、磁轴承转子Ⅰ、定子导磁轭、转子导磁轭、偏置线圈Ⅰ、径向悬浮线圈Ⅰ、轴向悬浮线圈组成；

所述径向磁轴承，由径向定子Ⅱ、磁轴承转子Ⅱ、偏置线圈Ⅱ、径向悬浮线圈Ⅱ组成；

所述开关磁阻电机，由磁阻电机定子、磁阻电机转子和电枢线圈构成；

所述磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构，磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数有12/8、6/4、8/6三种组合形式；其中磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为12/8或6/4时，开关磁阻电机为三相工作制，磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为8/6时，开关磁阻电机为四相工作制；

所述轴向定子Ⅰ、径向定子Ⅰ和轴向定子Ⅱ串联布置在定子导磁轭内，径向定子Ⅰ布置在轴向定子Ⅰ和轴向定子Ⅱ之间，径向定子Ⅰ与定子导磁轭间存在空气隙，轴向定子Ⅰ、轴向定子Ⅱ与定子导磁轭紧密布置；

所述磁轴承转子Ⅰ布置在径向定子Ⅰ内，且磁轴承转子Ⅰ套在转子导磁轭上；

所述磁轴承转子Ⅱ布置在径向定子Ⅱ内；

所述转子导磁轭、磁阻电机转子和磁轴承转子Ⅱ套在转轴上，且所述磁阻电机转子布置在转子导磁轭和磁轴承转子Ⅱ之间；

所述径向定子Ⅰ为双凸极结构，包括4个定子内齿和4个定子外齿；4个定子内齿均匀布置，在空间上相差90°；4个定子外齿均匀布置，在空间上相差90°；其中，2个定子内齿和2个定子外齿都位于水平方向，剩余2个定子内齿和2个定子外齿都位于竖直方向；

所述轴向定子Ⅰ与轴向定子Ⅱ均为├型结构，所述├型结构的凸极方向为轴向方向，与水平、竖直方向构成的平面垂直；所述轴向定子Ⅰ与轴向定子Ⅱ凸极朝向相反，均指向径向定子Ⅰ；所述├型结构内均有1个通孔，所述通孔的中心线与转轴的中心线重合；每个所述├型结构的凸极部分形成1个环形齿；所述环形齿的外径大于所述通孔的直径，所述通孔的直径大于转轴的外径；所述转轴贯穿所述轴向定子Ⅰ与轴向定子Ⅱ，且布置在所述通孔内；

所述定子导磁轭、磁轴承转子Ⅰ和转子导磁轭均为环形结构；

每个所述定子内齿上绕有1个径向悬浮线圈Ⅰ，共形成4个悬浮线圈Ⅰ；每个所述定子外齿上绕有1个偏置线圈Ⅰ，共形成4个偏置线圈Ⅰ；每个所述环形齿上绕有1个轴向悬浮线圈，共形成2个轴向悬浮线圈；

在水平方向位置处，绕在2个定子内齿上的2个径向悬浮线圈Ⅰ串联，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ；

在竖直方向位置处，绕在2个定子内齿上的2个径向悬浮线圈Ⅰ串联，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ；

4个所述偏置线圈Ⅰ串联构成1个偏置线圈串Ⅰ；

2个所述轴向悬浮线圈串联构成1个轴向悬浮绕组；

所述径向定子Ⅱ由4个E型结构构成，4个E型结构均匀分布，空间上相差90°；4个所述E型结构分别位于水平正方向、竖直正方向、水平负方向和竖直负方向；

每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等，且宽齿的齿宽等于窄齿的二倍；

所述磁轴承转子Ⅱ为圆柱结构；

所述E型结构的每个宽齿上绕有1个偏置线圈Ⅱ，共形成4个偏置线圈Ⅱ；所述E型结构的每个窄齿上绕有1个径向悬浮线圈Ⅱ，共形成8个径向悬浮线圈Ⅱ；

4个所述偏置线圈Ⅱ串联构成1个偏置线圈串Ⅱ；

在水平正方向位置处的E型结构中的2个径向悬浮线圈Ⅱ，串联在一起构成1个水平正方向悬浮线圈串Ⅱ；

在水平负方向位置处的E型结构中的2个径向悬浮线圈Ⅱ，串联在一起构成1个水平负方向悬浮线圈串Ⅱ；

在竖直正方向位置处的E型结构中的2个径向悬浮线圈Ⅱ，串联在一起构成1个竖直正方向悬浮线圈串Ⅱ；

在竖直负方向位置处的E型结构中的2个径向悬浮线圈Ⅱ，串联在一起构成1个竖直负方向悬浮线圈串Ⅱ；

1个所述水平正方向悬浮线圈串Ⅱ和1个水平负方向悬浮线圈串Ⅱ反向串联在一起，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ；

1个所述竖直正方向悬浮线圈串Ⅱ和1个竖直负方向悬浮线圈串Ⅱ反向串联在一起，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ；

1个所述偏置线圈串Ⅰ和1个所述偏置线圈串Ⅱ串联，构成1个偏置绕组；

所述开关磁阻电机的每个定子齿上绕有1个电枢线圈，所有磁阻电机定子齿上的电枢线圈，分m组，分别连接在一起，构成m个电枢绕组。