1.一种五自由度双定子磁悬浮开关磁阻电机系统,其特征在于,包括同轴连接的双定子锥形磁悬浮开关磁阻电机Ⅰ和双定子锥形磁悬浮开关磁阻电机Ⅱ;
所述双定子锥形磁悬浮开关磁阻电机Ⅰ由外定子a(1),锥形转子a(2),锥形内定子a(3),永磁体a(4),转矩线圈a(6)和悬浮线圈a(5)组成,其中转子a(2)和内定子a(3)均为锥形凸极结构,外定子a(1)为圆柱凸极结构;
所述双定子锥形磁悬浮开关磁阻电机Ⅱ由外定子b(13),锥形转子b(8),锥形内定子b(11),永磁体b(9),转矩线圈b(7)和悬浮线圈b(12)组成,其中转子b(8)和内定子b(11)均为锥形凸极结构,外定子b(13)为圆柱凸极结构;
外定子a(1)绕有转矩绕组a(6),内定子a(3)绕有悬浮绕组a(5);外定子b(13)绕有转矩绕组b(7),内定子b(11)绕有悬浮绕组b(12);
所述锥形转子a(2),锥形内定子a(3),锥形转子b(8),锥形内定子b(11)锥角开口角度相同,锥形转子a(2)和锥形内定子a(3)开口方向相同,锥形转子b(8)和锥形内定子b(11)开口方向相同,定锥形转子a(2)、锥形内定子a(3)开口方向和锥形转子b(8)、锥形内定子b(11)开口方向相反;所述永磁体a(4)放置于内定子a(3)内;所述永磁体b(9)放置于内定子b(11)内;
由于转子a(2)锥角的存在,内定子a(3)对转子a(2)产生轴向磁拉力,轴向磁拉力总是指向转子直径较小的一侧,通过调节内定子a(2)悬浮电流大小即可调节电机Ⅰ轴向力大小F1;
由于转子b(8)锥角的存在,内定子b(11)对转子b(8)产生轴向磁拉力,轴向磁拉力总是指向转子直径较小的一侧,通过调节内定子b(8)悬浮电流大小即可调节电机Ⅱ轴向力大小F2;
由于转子a(2)和转子b(8)锥形开口方向相反,F1和F2方向相反,五自由度双定子磁悬浮开关磁阻电机系统的轴向力大小为F1-F2,轴向力方向由F1-F2符号决定,若F1-F2结果符号为正,则该系统轴向力方向与F1方向相同,若F1-F2结果符号为负,则该系统轴向力方向与F2方向相同;
所述永磁体a(4)横截面为矩形,材料为钕铁硼,充磁方式为切向充磁;所述永磁体b(9)横截面为矩形,材料为钕铁硼,充磁方式为切向充磁;
永磁体a(4)与转轴(10)之间留有导磁桥,悬浮电流产生磁力线从导磁桥中通过,永磁体a(4)所产生永磁磁通与悬浮绕组a(5)产生的磁通在气隙一侧中叠加,在另一侧中互相削弱,产生径向悬浮力;电机励磁方式由传统的电励磁变为与永磁体共同作用的混合励磁;
永磁体b(9)与转轴(10)之间留有导磁桥,悬浮电流产生磁力线从导磁桥中通过,永磁体a(4)所产生永磁磁通与悬浮绕组a(5)产生的磁通在气隙一侧中叠加,在另一侧中互相削弱,产生径向悬浮力,电机励磁方式由传统的电励磁变为与永磁体共同作用的混合励磁;
永磁体在内定子中为径向设置。
2.根据权利要求1所述的五自由度双定子磁悬浮开关磁阻电机系统,其特征在于:转矩绕组a(6)与悬浮绕组a(5)产生磁路相互独立,转矩绕组a(6)实现转子旋转功能,悬浮绕组a(5)实现转子稳定悬浮功能,悬浮力和转矩可分别控制;同时径向两自由度的悬浮力之间耦合减小;
转矩绕组b(7)与悬浮绕组b(12)产生磁路相互独立,转矩绕组b(7)实现转子旋转功能,悬浮绕组b(12)实现转子稳定悬浮功能,悬浮力和转矩可分别控制,同时径向两自由度的悬浮力之间耦合减小。
3.根据权利要求1所述的五自由度双定子磁悬浮开关磁阻电机系统,其特征在于:所述外定子a(1)齿数为12、转子a(2)齿数为8、内定子a(3)齿数为4,绕有三相转矩线圈,通过串联方式将相隔90度的定子绕组连接在一起,内定子a(3)绕有悬浮绕组,采用单独控制的方式实现转子径向悬浮。
4.根据权利要求1所述的五自由度双定子磁悬浮开关磁阻电机系统,其特征在于:所述外定子b(13)齿数为12、转子b(8)齿数为8、内定子b(11)齿数为4,绕有三相转矩线圈,通过串联方式将相隔90度的定子绕组连接在一起,内定子b(11)绕有悬浮绕组,采用单独控制的方式实现转子径向悬浮。